Полиуретановое укрепление песчаных грунтов — метод химической стабилизации рыхлых горных пород, заключающийся в обработке грунта полиуретановыми смолами для повышения его прочностных и деформационных характеристик. Технология применяется в горном деле, при строительстве и эксплуатации инженерных объектов для предотвращения разжижения, осадки и эрозии песчаных оснований.
Описание метода Для укрепления песчаных грунтов используются полиуретановые смолы, способные диффундировать в породу и связывать минеральные частицы в единую матрицу в процессе полимеризации. В зависимости от решаемой задачи применяются как однокомпонентные, так и двухкомпонентные системы.
В исследовании, проведённом Институтом горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН (2025), рассматривается двухрастворный способ обработки, который включает последовательное смешивание грунта с двумя типами полиуретановых составов: медленно реагирующей высокоэластичной смолой (состав МС) и быстротвердеющей однокомпонентной смолой (состав БС)Shilova T. V., Serdyukov S. V., Drobchik A. N. Experimental research of stress-strain properties of sandy soil when strengthened with polyurethane compounds // Mining Science and Technology (Russia). — 2025. — Vol. 10, No. 1. — P. 15-24. — DOI: 10.17073/2500-0632-2024-08-303..
Характеристики составов +Свойства полиуретановых смол (по данным)СоставНазначениеВязкость (МПа·с)Время отвержденияМСГидроизоляция, противофильтрационные завесы95-120~3 чБСУкрепление неустойчивых пород800-100090-180 с Оба состава после отверждения образуют эластичные пенополимеры, которые заполняют поровое пространство и связывают минеральные зёрна.
Результаты экспериментальных исследований Лабораторные испытания проводились на мелкозернистом песке (фракция 0,2-0,25 мм, пористость 0,65) с использованием трёхосного сжатия при боковом давлении 100 кПа и скорости деформации 0,5 мм/мин.
Влияние на структуру По данным электронной сканирующей микроскопии:
При однорастворном способе (только МС) полимер заполняет до 75 % пустот при объёмном соотношении смола/песок 0,4. При двухрастворном способе (МС + БС) быстротвердеющий полимер формирует агрегаты на поверхности зёрен, оставляя межзерновые пустоты частично свободными. При малых объёмных соотношениях (0,05-0,15) формируется контактная структура, при высоких (более 0,3) — базальная (равномерное распределение частиц в связующем).
Прочностные характеристики +Прочность и модуль деформации геоматериаловСпособ смешенияОбъёмное соотношение (смола/песок)Предел прочности (при ε₁=0,15)Модуль деформации, МПаОднорастворный0,05-0,3выше в 1,3-2,3 раза (по сравнению с необработанным песком)до 70,6Однорастворный0,4снижение прочности в 1,3-1,7 раза5,6Двухрастворный0,05-0,3 (с добавлением 5 % БС)выше в 2-5 раз (по сравнению с необработанным песком)до 132,7Двухрастворный0,4незначительное увеличение (по сравнению с однорастворным)5,2 Ключевые выводы:
Двухрастворный способ позволяет увеличить прочность песка до 5 раз при малом расходе полимера. Эффективность дополнительной обработки составом БС максимальна при объёмном соотношении МС/песок < 0,3. При соотношении > 0,3 геоматериал приобретает свойства эластомера и теряет несущую способность.
Практическое значение Предложенная технология позволяет:
снизить расход дорогостоящих полимеров; повысить механическую прочность укреплённого грунта без сплошного заполнения пустот; адаптировать режимы обработки под конкретные геотехнические задачи (например, стабилизация оснований, противофильтрационные завесы).
Работа имеет рекомендательный характер и подчёркивает необходимость оптимизации рецептур в зависимости от условий применения. Дальнейшие исследования направлены на изучение органоминеральных смол и поведения укреплённых пород в условиях фильтрации и горного давления.
См. также Стабилизация грунтов Полимерные композиции в горном деле Трёхосное сжатие Полиуретаны
Примечания
Литература Shilova T. V., Serdyukov S. V., Drobchik A. N. Experimental research of stress-strain properties of sandy soil when strengthened with polyurethane compounds // Mining Science and Technology (Russia). — 2025. — Vol. 10, No. 1. — P. 15-24. — DOI: 10.17073/2500-0632-2024-08-303.
Категория:Техническая мелиорация грунтов Категория:Инженерная геология