Способ определения объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе при струйной цементации

Авторы патента:

Гришко Дмитрий Алексеевич (RU)

G01N33/38 - бетона; извести; цемента; гипса; кирпичей; керамики; стекла; строительных растворов

G01N23/223 - облучением образца рентгеновскими лучами и измерением рентгенофлуоресценции

Владельцы патента RU 2625770:

Гришко Дмитрий Алексеевич (RU)

Изобретение относится к способам экспрессного контроля объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе при создании подземных строительных конструкций струйной цементацией. При осуществлении способа отбирают пробу исследуемого материала, перед струйной цементацией выбирают химические элементы для закачки их в грунт совместно с цементным раствором при струйной цементации из условия непревышения весового содержания каждого из них 0,1% в грунте и возможности его количественного определения рентгенофлуоресцентным методом, приготавливают цементный раствор замешиванием цемента в воде и при приготовлении цементного раствора вводят два или более химических элемента, рентгенофлуоресцентным методом производят измерение весовой концентрации каждого химического элемента в пробах и плотности материалов проб, по каждому химическому элементу определяют объемную концентрацию цементного раствора в грунтоцементной пульпе, и за результат принимают среднеарифметическое значение определенных по каждому элементу объемных концентраций. При этом по крайней мере один химический элемент или вещество, содержащее этот элемент, находится в другом агрегатном состоянии, чем остальные. Достигается повышение точности определения. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

В основном патенте RU 2611373 C1 описан способ определения объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе при струйной цементации при котором в цементный раствор, при его приготовлении, вводят химический элемент, содержание которого в грунте не превышает 0,1%, и в количестве, определяемом рентгенофлуоресцентным анализом, затем при помощи рентгенофлуоресцентного спектрометра и плотномера производят определение концентрацию химического элемента в пробах и плотность проб цементного раствора и грунтоцементной пульпы и рассчитывают объемную концентрацию цементного раствора в грунтоцементной пульпе по формуле.

При строительстве подземных конструкций струйной цементацией «Для правильного подбора параметров на практике, как правило, устраивают колонны на опытном участке при различных режимах нагнетания скрепляющих составов. После проходки контрольных шуфтов и замеров диаметра свай определяют наилучший режим технологии.» (Малинин А.Г. Струйная цементация грунтов. - Пермь: Пресстайм, 2007. - С. 22). А так же «Производство работ по устройству геотехнического барьера должно начинаться с опытного участка. На опытном участке следует отработать способ погружения инъекторов, подобрать состав инъекционного раствора, его температуру (в зимнее время), определить оптимальное расстояние между инъекторами, объем закачиваемого раствора в каждую точку инъектора, необходимое давление и др. После выполнения работ на опытном участке выполняется контрольная откопка шурфов, по которым определяется достаточность выполнения геотехнического барьера и осуществляется контроль качества работ» (СТО 36554501-007-2006. Стандарт организации проектирование и устройство вертикального или наклонного геотехнического барьера методом компенсационного нагнетания. – Москва, 2006 - ФГУП ЦПП - п. 4.5, п. 4.6).

В этих случаях определение объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе должно проводиться с повышенной точностью, так как точность определения влияет на количество материала, производительность и качество возводимых струйной цементацией подземных конструкций.

Цель изобретения - увеличение точности определения объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе при струйной цементации.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе при струйной цементации, включающем отбор проб исследуемого материала и определение рентгенофлуоресцентным методом количественного содержания химического элемента в отобранных пробах, в котором

- перед струйной цементацией выбирают химический элемент для закачки его в грунт совместно с цементным раствором при струйной цементации,

- приготавливают цементный раствор замешиванием цемента в воде и при приготовлении цементного раствора вводят выбранный химический элемент в цементный раствор,

- отбирают пробу цементного раствора,

- при проведении струйной цементации отбирают пробу грунтоцементной пульпы,

- рентгенофлуоресцентным методом производят измерение весовой концентрации химического элемента в пробах и плотности материалов проб,

- вычисляют объемную концентрацию цементного раствора в грунтоцементной пульпе по формуле

где Cv - объемная процентная концентрация цементного раствора в грунтоцементной пульпе;

Сп - весовая концентрация химического элемента в грунтоцементной пульпе, мг/кг;

Сс - весовая концентрация химического элемента в цементном растворе, мг/кг;

ρ_п - плотность грунтоцементной пульпы, кг/л;

ρ_с - плотность цементного раствора, кг/л, при этом выбор химического элемента осуществляют из условия непревышения его весового содержания 0,1% в грунте и возможности его количественного определения рентгенофлуоресцентным методом, кроме того, в цементный раствор вводят два или более химических элемента, по каждому из которых определяют объемную концентрацию цементного раствора в грунтоцементной пульпе, и за результат принимают среднеарифметическое значение определенных по каждому элементу объемных концентраций, а также по крайней мере один химический элемент или вещество, содержащее этот элемент, находится в другом агрегатном состоянии, чем остальные.

Сущность заявляемого изобретения

Определение объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе по двум и более химическим элементам относится к способу совокупных измерений, при которых производят одновременно несколько измерений одной величины. «Очевидно, что точность среднего арифметического значения из полученной совокупности измерений будет выше точности отдельного измерения» (Точность совокупных измерений, http://chem21.info/info/934170).

Введение в цементный раствор веществ, содержащих химические элементы, по которым идет определение концентрации цементного раствора в двух агрегатных состояниях - жидком и твердом, уменьшает и выявляет случайную погрешность (ошибочное определение количества химического элемента, введение в раствор ошибочного количества вещества, другого вещества и т.п.), а также увеличивает точность измерений (см. Наиболее часто применяемые на практике методы и способы повышения точности измерений, п. 9 http://metrob.ru/html/Stati/staty/tochnost.html).

Возможность осуществления заявляемого изобретения показано следующим примером.

Строительство тоннеля метрополитена проводилось в сложных инженерно-геологических условиях. Было принято решение о закреплении грунтов при проходке тоннеля сваями, сооружаемыми струйной цементацией. По трассе прокладки тоннеля было сооружено несколько экспериментальных свай, при строительстве которых проводилось определение объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе. При замесе цементного раствора, для определения объемной концентрации цементного раствора в пульпе, в него вводили гидрооксид кобальта Co(H₂O)₂ ТУ261-001-469133-78-2002 (применяется при изготовлении строительных материалов, стекла) и порошок цинка Zn ПЦР -3 ГОСТ 12601-76 (применяется при изготовлении лакокрасочных материалов и в металлургии). Инженерно-геологическими изысканиями по трассе тоннеля было установлено, что грунт содержит лишь следы кобальта и цинка, что дает возможность проводить определение объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе согласно патенту RU 2611373 C1. Гидрооксид кобальта - порошок, хорошо растворяется в воде цементного раствора, массовая доля кобальта в порошке 62%. Порошок цинка в воде нерастворим, имеет размер частиц 100 мкм, что соответствует размерам частиц цемента 80-100 мкм. Концентрацию элементов в пробах определяли спектрометром Delta Premium (США), а плотность плотномером Densito 30 РХ (Италия).

Минимальное количество вводимого элемента согласно RU 2611373 C1 рассчитывают по формуле Р_{р мин}=5 С_по;

где Р_{р мин} - минимальное количество химического элемента, вводимого на 1 кг цементного раствора (мг/кг);

С_по - предел обнаружения применяемым спектрометром химического элемента (мг/кг).

Для кобальта С_по=10 мг/кг (Портативный анализатор металлов и сплавов Olympus Delta Professional, http://pvp-snk.ru/dalta_profesional. С.5. Таблица LOD) Р_{р мин}=5×10 мг/кг=50 мг/кг и с учетом его содержания 62% в порошке гидрооксида кобальта, минимальное количество порошка гидрооксида кобальта равно 80 мг/кг.

Для цинка С_по=3 мг/кг (там же), отсюда Р_{р мин}=5×3 мг/кг=15 мг/кг.

При приготовлении цементного раствора в него вводили 90 мг/кг гидрооксида кобальта и 20 мг/кг порошка цинка.

При проведении струйной цементации производился отбор проб цементного раствора и грунтоцементной пульпы, в которых определяли концентрацию кобальта и цинка, а так же плотность проб.

Для цементного раствора:

ρ_с=1,48 кг/л	С_{с Со}=87,8 мг/кг
	С_{с Zn}=18,5 мг /кг

Для пульпы:

ρ_п=1,86 кг/л	С_{п Со}=25,9 мг/кг
	С_{п Zn}=5,5 мг/кг

Расчет объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе производят по формуле:

где Cv - объемная процентная концентрация цементного раствора в грунтоцементной пульпе;

Сп - весовая концентрация химического элемента в грунтоцементной пульпе, мг/кг;

Сс - весовая концентрация химического элемента в цементном растворе, мг/ кг;

ρп - плотность грунтоцементной пульпы, кг/ л;

ρс - плотность цементного раствора, кг /л.

Для кобальта:

Для цинка:

Среднеарифметическое значение

Заявляемый способ позволяет обеспечить более точное определение объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе при струйной цементации.

1. Способ определения объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе при струйной цементации, включающий отбор проб исследуемого материала и определение рентгенофлуоресцентным методом количественного содержания химического элемента в отобранных пробах, в котором

- отбирают пробу цементного раствора,

- при проведении струйной цементации отбирают пробу грунтоцементной пульпы,

- вычисляют объемную концентрацию цементного раствора в грунтоцементной пульпе по формуле

где Cv - объемная процентная концентрация цементного раствора в грунтоцементной пульпе;

Сп - весовая концентрация химического элемента в грунтоцементной пульпе, мг/кг;

Сс - весовая концентрация химического элемента в цементном растворе, мг/кг;

ρ_п - плотность грунтоцементной пульпы, кг/л;

ρ_с - плотность цементного раствора, кг/л,

при этом выбор химического элемента осуществляют из условия непревышения его весового содержания 0,1% в грунте и возможности его количественного определения рентгенофлуоресцентным методом, отличающийся тем, что в цементный раствор вводят два или более химических элемента, по каждому из которых определяют объемную концентрацию цементного раствора в грунтоцементной пульпе, и за результат принимают среднеарифметическое значение определенных по каждому элементу объемных концентраций.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по крайней мере один химический элемент или вещество, содержащее этот элемент, находится в другом агрегатном состоянии, чем остальные.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в строительстве при расчете ограждающих конструкций зданий. Способ заключается в том, что в исследуемом месте ограждающей конструкции на всю глубину кирпичной кладки отбирают два керна, первый керн отбирают по центру ложковой стороны наружного ряда кирпичей, второй керн отбирают так, чтобы слой раствора находился в центре керна.

Способ определения объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе при струйной цементации // 2611373

Изобретение относится к экспрессному контролю объемной концентрации цементного раствора в грунтоцементной пульпе при создании подземных строительных конструкций струйной цементацией.

Способ моделирования взаимодействия строительных материалов со средой, вызывающей биологические повреждения строительных изделий и конструкций // 2609863

Изобретение относится к методам испытаний строительных материалов в условиях лабораторий заводов - изготовителей. Способ заключается в погружении образцов строительных материалов в слабоагрессивную среду.

Устройство, система и способ для измерения влажности конструкционного материала // 2602910

Изобретение относится к устройству, системе и способу для измерения влажности в конструкциях зданий. Трубчатый корпус (100) может быть внедрен в материал во время его отливки.

Способ определения оптимальных параметров давления прессования и влажности пресс-порошка для получения стеновых керамических материалов // 2595879

Изобретение относится к производству строительных материалов. Способ включает подготовку пресс-порошка, прессование образца, фиксацию изменений деформаций при сжатии, построение компрессионных кривых и проведение испытания, причем прессование осуществляют одностадийно и непрерывно, с переменными значениями давления прессования и формовочной влажности пресс-порошка, при этом требуемое оптимальное соотношение влажности и давления прессования определяют положением оптимальной точки на компрессионной кривой, лежащей на ее пересечении с отрезком, перпендикулярным хорде, соединяющей начальное и конечное значения интервала давления прессования на кривой, и проходящим через точку пересечения касательных к кривой в области заданного интервала давления прессования.

Способ определения запаздывающих во времени изменений физических величин, зависящих от температуры или механического напряжения, для стекла или стеклокерамики // 2593917

Изобретение относится к изготовлению или получению изделий из стекла или стеклокерамики. Изобретение основано на том, чтобы обеспечить получение изделий из стекла или стеклокерамики, имеющих точно охарактеризованные термомеханические свойства.

Форма для изготовления асфальтобетонных образцов // 2593065

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления образцов из дорожно-строительных материалов. Форма содержит корпус, расположенный на подставках, и верхние и нижние вкладыши.

Способ испытания гипсового вяжущего на пригодность для производства сухих штукатурных смесей на его основе и тест -концентрат для него // 2589901

Группа изобретений относится к области строительной индустрии и предназначена для испытания гипсового вяжущего в заводских, строительных и научно-исследовательских лабораториях для оценки эффективности применения этого вяжущего в рецептурах штукатурных смесей.

Способ испытания гипсового вяжущего на пригодность для производства сухих напольных смесей на его основе и тест - концентрат для него // 2589898

Группа изобретений относится к области строительной индустрии и предназначена для испытания гипсового вяжущего для оценки эффективности применения этого вяжущего в рецептурах сухих строительных смесей, а именно напольных.

Способ испытания прочности бетона монолитных строительных конструкций и анкерное приспособление для испытания прочности бетона монолитных строительных конструкций // 2582277

Группа изобретений относится к области строительства, в частности к испытаниям бетона монолитных вертикальных строительных конструкций методом отрыва со скалыванием.

Устройство для рентгеновского флуоресцентного анализа пульп обогатительного производства // 2624096

Использование: для рентгеновского флуоресцентного анализа пульп обогатительного производства. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для рентгеновского флуоресцентного анализа пульп обогатительного производства содержит пробозаборник, измерительную камеру, малогабаритный многоканальный рентгенофлюоресцентный анализатор, электронный блок обработки информации и управления устройством, при этом пробозаборник выполнен в виде аэролифта, а измерительная камера выполнена в виде проточной емкости с переливом, при этом устройство дополнительно содержит динамический сократитель пробы, перекачивающий насос, вакуум-линию, вакуумный насос, датчик вакуума, держатель пробы, состоящий из корпуса фильтр-патрона, закрепленного на подвижной тяге, содержащей на противоположном от корпуса фильтр-патрона конце зубчатую рейку, находящуюся в зацеплении с ведущей шестерней, насаженной на ротор шагового электродвигателя, управляемого контроллером, обжимной механизм, устройство также дополнительно содержит автоматические переключающие клапаны подачи воздуха в аэролифт, сброса пробы пульпы в дренаж из накопительной емкости, сброса пульпы в дренаж из циркуляционного контура подачи пробы пульпы в измерительную камеру, подачи воды на промывку накопительной емкости, подачи воды на обмыв валиков, автоматический трехходовой клапан переключения присоединения вакуум-линии к магистрали поддачи воды на промывку или к всасывающему входу вакуумного насоса.

Устройство и способ облучения рентгенолюминофоров рентгеновизиализирующих устройств, работающих как в режиме рентгенографии, так и рентгеноскопии // 2623691

Использование: для получения рентгеновского изображения. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют облучение рентгенолюминофоров рентгеновизиализирующих устройств пакетом импульсов рентгеновского излучения наносекундной длительности, при котором формирование изображения рентгеновизиализирующим устройством происходит путем регистрации как конвертированного рентгенолюминофором рентгеновского излучения непосредственно во время воздействия рентгеновского излучения, так и светосуммы конвертированного рентгенолюминофором рентгеновского излучения в паузах между импульсами рентгеновского излучения.

Способ и устройство для проведения рентгенофлуоресцентного анализа // 2623689

Использование: для проведения рентгенофлуоресцентного анализа. Сущность изобретения заключается в том, что от источника рентгеновского излучения на исследуемый образец направляют первичное излучение, при этом вторичное излучение, излученное исследуемым образцом, детектируют при помощи детектора и оценивают при помощи блока оценки, причем на траектории лучей вторичного излучения размещают по меньшей мере один фильтр, имеющий по меньшей мере один фильтрующий слой, образующий плоскость фильтра, и действующий в качестве полосового фильтра в зависимости от угла α фильтрующего слоя относительно вторичного излучения, при этом мешающую длину волны вторичного излучения отбирают посредством брэгговского отражения, причем устанавливают, при помощи установочного устройства, угол α фильтрующего слоя фильтра для отражения по меньшей мере одной мешающей длины волны вторичного излучения посредством брэгговского отражения, при этом детектируют отобранную длину волны вторичного излучения при помощи второго детектора, а полученные в результате сигналы передают в блок оценки.

Способ рентгенофлуоресцентного определения микроэлементов с концентрированием методом соосаждения // 2623194

Использование: для определения микроэлементов рентгенофлуоресцентным методом. Сущность изобретения заключается в том, что заявленный способ включает предварительное концентрирование микроэлементов из растворов соосаждением их комплексов с органическими реагентами с индифферентными – невзаимодействующими с определяемыми элементами и применяемыми реагентами – органическими соосадителями, представленными полимерами, не растворимыми в воде, но растворимыми в смешивающихся с водой органических растворителях.

Рентгеноспектральный способ определения содержания углерода в чугунах и устройство для его реализации // 2621646

Использование: для определения содержания углерода в чугунах. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют регистрацию интенсивности отраженных от кристаллической структуры цементита дифракционных линий.

Способ определения спектрального состава излучения собственных и примесных дефектов в кварцевом сырье // 2616227

Использование: для предварительной оценки качества кварцевого сырья. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют отбор проб кварцевого сырья, прокаливание, получение спектров люминесценции приготовленных проб при рентгеновском возбуждении (спектры рентгенолюминесценции).

Многоканальный рентгеновский анализатор // 2615711

Использование: для рентгеноспектрального анализа. Сущность изобретения заключается в том, что многоканальный рентгеновский анализатор содержит источник рентгеновского или гамма-излучения, коллиматор и фильтр первичного пучка, держатель образца и аналитические каналы, включающие коллиматоры и фильтры вторичных пучков, устройство детектирования с расположенными в ряд детекторами и регистрирующую аппаратуру, подключенную к выходам детекторов, при этом использован источник излучения или рентгеновская трубка с выходом пучка с ее торца, источник или его фокус расположен на окружности в плоскости оси источника или пучка электронов (в аксиальной плоскости), держатель образца выполнен с возможностью установки образца с плоской или вогнутой рабочей поверхностью на упомянутой окружности канала, детекторы или выходные отверстия коллиматора вторичного пучка расположены на линии, проходящей через диаметрально противоположную источнику точку окружности перпендикулярно каналу, кроме того, аналитические каналы расположены аксиально вокруг источника излучения и содержат отдельные держатели образца, а в коллиматоре первичного пучка выполнены отверстия, направленные на держатели образцов.

Рентгеновский анализатор золота и тяжелых элементов // 2614318

Использование: для рентгеноспектрального анализа золота и тяжелых элементов. Сущность изобретения заключается в том, что рентгеновский анализатор золота и тяжелых элементов содержит рентгеновскую трубку с боковым окном в качестве источника излучения, держатель образца, устройство детектирования с расположенными в ряд детекторами, регистрирующую аппаратуру, входы которой подключены к выходам детекторов, коллиматоры и фильтры первичного и вторичного пучков, причем коллиматор вторичного пучка выполнен с множеством отверстий или каналов, при этом держатель образца выполнен с возможностью установки образца с плоской или вогнутой по цилиндру рабочей поверхностью на цилиндре, ось рентгеновской трубки расположена в перпендикулярной цилиндру плоскости, а ее фокус расположен на образующей цилиндра, детекторы или выходные отверстия коллиматора вторичного пучка расположены на образующей, проходящей через диаметрально противоположную источнику точку цилиндра, причем коллиматор вторичного пучка выполнен с разделительными пластинами в аксиальных к пучку электронов плоскостях.

Рентгеновский спектрометр // 2611726

Использование: для рентгеноспектрального анализа веществ. Сущность изобретения заключается в том, что рентгеновский спектрометр содержит рентгеновскую трубку, фильтры первичного и вторичного пучков, держатель образца, пластинчатые коллиматоры, кристаллы-анализаторы, устройство детектирования с детекторами, регистрирующую аппаратуру, подключенную к выходам детекторов, причем кристаллы и устройство детектирования выполнены с возможностью сканирования (вращения) вокруг оси, проходящей через центр отражающей поверхности кристалла, и установки кристалла под углом θ, а детекторов под углом 2θ к оси вторичного пучка, при этом использовано устройство детектирования с полупроводниковыми детекторами и соответствующей регистрирующей аппаратурой, введен дополнительный коллиматор с отверстиями в поперечных вторичному пучку перегородках и обеспечена возможность работы спектрометра в режимах с волновой и энергетической дисперсией.

Рентгеновский анализатор // 2611713

Использование: для рентгеноспектрального анализа тяжелых элементов. Сущность изобретения заключается в том, что рентгеновский анализатор содержит источник рентгеновского или гамма-излучения, держатель образца, устройство детектирования с множеством детекторов, регистрирующую аппаратуру, входы которой подключены к выходам детекторов, коллиматор первичного пучка, коллиматор и фильтр вторичного пучка, при этом держатель образца выполнен с возможностью установки образца с плоской или вогнутой по сфере рабочей поверхностью на сфере, источник или его фокус расположен на упомянутой сфере, коллиматор вторичного пучка содержит поперечные пучку перегородки с отверстиями, его выходное отверстие расположено в противоположной источнику точке, а детекторы компактно расположены во вторичном пучке.

Способ определения количества цемента в грунтоцементном материале конструкции, создаваемой струйной цементацией // 2633750

Изобретение относится к оперативному определению количества содержания цемента в грунтоцементной конструкции, созданной струйной цементацией. При проведении струйной цементации из количества цемента, необходимого для создания подземной строительной конструкции, замешивают цементный раствор с добавлением в него химического элемента, содержание которого в грунте не превышает 0,1% и в количестве, определяемом рентгенофлуоресцентным анализом, производят бурение лидерной скважины до проектной отметки и в процессе обратного хода в буровую колонну под высоким давлением подают цементный раствор для образования в грунте строительной конструкции, при этом из грунта выделяется грунтоцементная пульпа, отбирают пробу цементного раствора и грунтоцементной пульпы, рентгенофлуоресцентным методом производят измерение весовой концентрации химического элемента в пробах и плотности материалов проб, производят замер верхней части возведенной конструкции, вычисляют ее площадь, а затем количество цемента (в сухом состоянии), содержащееся в 1 м3 подземной конструкции, рассчитывают из заданного соотношения. Достигается возможность оперативно определять количества содержания цемента в грунтоцементной конструкции, созданной струйной цементацией.