Тиксотропный эффект. Эта удивительная тиксотропность. Тиксотропные смеси – что это

Тиксотропия (тиксотропность, тиксотропное свойство) - это резкое повышение текучести вещества при механическом воздействии. Яркий пример из жизни - цементный раствор.

Если вы когда-нибудь замешивали ведро раствора, то наверняка замечали, что пока его мешаешь, он жидкий и текучий. Но стоит только оставить его в покое на некоторое время, как он становится очень густым. Даже миксер в него уже не так-то просто погрузить. Если вывалить ведро раствора на пол, то он так и останется лежать горкой. Но если создать некоторое вибрирующее воздействие на эту кучку при помощи шпателя, то раствор охотно растекается и затекает даже в маленькие щели.

Другой пример - трясина. В детстве у меня был печальный опыт общения с грязевым болотом. Отчетливо помню странное ощущение: пока ты не двигаешься, болото тебя не всасывает, ты ему не нужен. Но стоит только начать активные действия (я пытался ухватиться за какой-то кустик неподалеку), как тут же опора под ногами исчезает и ты начинаешь погружаться в грязь все глубже и глубже. Эх, если бы не подоспевшие на помощь товарищи, не писать бы мне эти строки...

В общем, смысл понятен. В состоянии покоя тиксотропное вещество очень вязкое (иногда почти твердое), но в процессе встряхивания, разбалтывания, размешивания, перетекания и т.п., вещество резко разжижается и сохраняет свое жидкое и текучее состояние до тех пор, пока его опять не оставят в покое на какое-то время. На молекулярном уровне это объясняется непрочными межмолекулярными связями, которые легко разрушаются под воздействием внешней силы. Но как только эта сила исчезает, связи снова начинают восстанавливаться и вещество дубеет.

Самым популярной тиксотропной добавкой является пирогенная двуокись кремния. Она должна быть в виде очень мелкой фракции - коллоидной (т.е. речной песок не подойдет). Такой мелкодисперсный порошок можно получить только в результате химической реакции. Например, взаимодействием четыреххлористого кремния с водяным паром.

Для получения диоксида кремния в домашних условиях можно взять разбавленный водой канцелярский силикатный клей (который представляет собой не что иное, как раствор силиката натрия в воде) и плеснуть туда немного уксусной или лимонной кислоты. В результате реакции получается кремниевая кислота, тут же распадающаяся на воду и диоксид кремния, который и выпадает в осадок.

Именно двуоксись кремния является стабилизирующим компонентом обычных малярных и типографских красок, который придает им свойство прочно держаться даже на вертикальных поверхностях.

Промышленность выпускает эту добавку под торговым названием "Аэросил".

В этом видео продемонстрированы свойства тиксотропной жидкости (водный раствор, а точнее - суспензия диоксида кремния):

Другие известные вещества, обладающие тиксотропными свойствами: мед, майонез, желатиновые растворы, кетчуп (пробовали ли вы когда-нибудь вылить кетчуп из бутылочки? Вот-вот!), некоторые кремы для бритья, горчица и... все. Я больше не знаю, а вы?

К слову сказать, тиксотропность кетчупу, соусам и майонезам придает добавка особых загустителей - раствора гуаровой (E412) или ксантановой (E415) камеди. Содержание этих пищевых добавок обычно не превышает 1%.

Для ремонта бетона часто используются строительные растворы специального назначения. Они характеризуются высокой атмосферостойкостью и способны использоваться на искусственном камне, работающем в условиях жесткой эксплуатации (фасады, тоннели, стоянки). Одним из таких растворов являются тиксотропные смеси, характеристики и принцип использования которых будут рассмотрены далее.

На искусственный камень могут действовать механические нагрузки (вибрационные, ударные и т.д.), физические (износ, усадка, замораживание и оттаивание, температурные колебания, кристаллизация солей).

Сильно ослабляют конструкции химические нагрузки. Благодаря капиллярно-пористой структуре, щелочи и сульфаты, солевые растворы способны проникать в толщу бетона и в конечном итоге влиять на его несущую способность. Если сооружение не выдержало нагрузок и требует ремонта, выбор рабочего состава опирается на оценку его состояния и причин повреждений.

Причины разрушения бетона весьма разнообразны, но все они неминуемо приводят к необходимости ремонта

Тиксотропные смеси – что это

Тиксотропный ремонтный состав для бетона – это сухая смесь, основанная на высокопрочном цементе, минеральном заполнителе, модифицирующих добавках. В отличие от других цементных аналогов смесь содержит армирующее волокно. При затворении с водой материал образует высокопрочный раствор, не дающий усадки. Он эффективен при ремонте и восстановлении горизонтальных и вертикальных поверхностей поврежденных бетонных конструкций.

Сфера применения

Материал предназначен для профессионального и непрофессионального применения.

При профессиональном ремонте тиксотропные смеси используются в следующих случаях:

конструкционный ремонт и реставрация разрушенных бетонных конструкций, в том числе вследствие коррозии арматуры (балки, кромки, колонны). Ликвидация дефектов, допущенных в ходе строительства или тех, которые возникли в период эксплуатации;
ремонт защитного слоя , заполнение жестких швов, устранение поверхностных дефектов (новые заливочные швы, гнезда гравия, открытая арматура, следы от снятия опалубки);
выравнивание стен , ограждающих конструкций;
ремонт оснований , находящихся под сильными истирающими нагрузками, ж/б конструкций гидротехнических сооружений;
гидроизоляционные работы на кровле, в подвальных помещениях, бетонных резервуаров и лотков;
заливка фундаментов и монолитное домостроение, замоноличивание сборных бетонных конструкций;
ремонт напольных покрытий промышленных сооружений, находящихся под большими механическими нагрузками и под действием агрессивных сред;
ремонт котельных , ТЭЦ, дымовых труб, мостов, виадуков.

В частной сфере тиксотропные смеси применяются для ремонта бетонных стяжек, полов, дорожек, колодцев, лестниц, ступеней, подвалов, овощных ям. Материал с успехом используется для заделки штроб, трещин, ремонта гаражей, бетонных плит различного назначения .

В целом, раствор эффективен при ремонте и восстановлении любых бетонных или ж/б конструкций, подверженных статическим и динамическим нагрузкам. Им работают на объектах гражданского, транспортного строительства, на гидротехнических сооружениях.

Технические характеристики

Ремонтная тиксотропная смесь – это готовый к приготовлению порошок со специально разработанной рецептурой. При затворении водой он превращается в рабочий раствор с высокой тиксотропностью. Это позволяет применять его на вертикальных поверхностях без сползания без опалубки. Материал может наноситься толстым слоем.

После отверждения состав характеризуется указанными свойствами:

водонепроницаемость;
высокая прочность при сжатии и изгибе;
хорошее сцепление со старым бетоном, арматурой;
тепловое расширение, паропроницаемость, модуль упругости почти полностью соответствуют аналогичным характеристикам высококачественного бетона;
стойкость к истиранию.

Тем не менее, тиксотропные смеси имеют ряд ограничений к применению. Они не работают на гладких поверхностях (следует обеспечить шероховатость), при необходимости вводится арматура . Материал не может применяться для анкеровки и при заливке в опалубку.

Нанесение тиксотропных смесей реализуется только при t свыше 5 градусов.

К недостаткам можно отнести такое свойство тиксотропных растворов, как необходимость в уходе. Материал проявляет все заявленные характеристики только при применении в условиях влажности или при распылении воды. Это гарантирует, что все свойства продукта раскроются правильно. Этого нелегко добиться в условиях стройплощадки.

Типовые технические данные

Консистенция и цвет	Серый порошок
Объемный вес	1250 кг/куб.м
Максимальная кратность заполнителя	2.5 мм
Сухой остаток	100%
Параметры смешивания	100 частей сухого порошка на 16-17 частей воды
Пластическая деформация	70%
Плотность	2150 кг/куб.м
рН	12.5
Рабочая температура	+5 +35 градусов
Жизнеспособность	60 минут
Послойная выдержка	4 часа
Максимальная толщина одного слоя	30-35 мм
Прочность на сжатие	60 Н/мм2 спустя 28 суток
Прочность на изгиб	8.5 Н/мм2 спустя 28 суток
Прочность на отрыв	2 Н/мм2 спустя 28 суток
Коэффициент упругости	25 000 Н/мм2

Инструменты, оборудование и оснастка для тиксотропного ремонта бетона

Для реализации ремонтных работ потребуется электрическое профессиональное оборудование и ручной инструмент.

На площадке должен присутствовать такой комплект оснастки:

оборудование для подготовки поверхности : шлифовальные машины, болгарки, строительные пылесосы, компрессоры, аппараты высокого давления, пескоструйные установки, перфораторы, отбойные молотки;
инструмент : мастерки, лопаты, шпатели, зубила, дрели с миксерными насадками, кисти, металлические щетки;
измерительные приборы : для определения прочности бетона, вязкости рабочих растворов, для поиска арматуры, термометры;
п/э пленка для защиты готового слоя;
спецодежда, средства индивидуальной защиты.

Подготовка основания

Тиксотропные смеси чаще всего применяются для конструкционного ремонта бетона, то есть для восстановления его несущей способности.

В виду этого к бетонным и ж/б поверхностям предъявляются особые требования:

прочность, способность нести нагрузку (несущая способность);
отсутствие отслаивающихся, разрушенных слоев;
отсутствие загрязнений, негативно влияющих на адгезию (жиры, масла, грязь, пыль, ржавчина, краска);
шероховатая фактура.

Все слабые части основания удаляются плоть до твердого структурного бетона. Любые составы, оставшиеся от предыдущих работ, также подлежат удалению. Армирующие стержни и сам бетон обрабатывают. Работу проводят до тех пор, пока элементы не освободятся от цементного молока, грязи, масел, жиров, лакокрасочных составов.

Гидравлический способ очистки непригоден там, где недопустимо повышение влажности воздуха

Способы очистки оснований:

механический – для расшивки трещин, дефектов используют отбойные молотки, перфораторы, кирки, пневмоотбойники. Очистку проводят пескоструйными, дробеструйными установками, шлифовальными машинами и аппаратами высокого давления. Это универсальный метод подготовки, который целесообразно применять во всех случаях, вне зависимости от того, насколько и как поврежден бетон. Однако методика не применяется там, где недопустима запыленность;
термический – реализуется при помощи специальных горелок. По бетону допустим нагрев не выше 90 градусов. Термический способ эффективен при незначительной глубине повреждений – до 5 мм. Высокая температура позволяет убрать следы от масел, резины, органических соединений. После такой обработки всегда следует механическая или гидравлическая;
гидравлический – применяют гидроустановки и аппараты высокого давления. Это универсальное решение для эффективной и быстрой очистки бетона;
химический – для подготовки бетона используют специальные химические составы. Способ может выручить там, где невозможно осуществить механическую очистку. После протравки основания всегда промывают водой.

Если на участке ведения работ обнаружен дефектный бетон, его требуется вырубить бетоноломами, отбойниками или перфораторами. Удалению подлежат все неплотные слои с недостаточной толщиной, структурные повреждения, отслаивающиеся покрытия.

До нанесения тиксотропного раствора основание насыщается водой . Поверхность должна быть влажной, но без луж. Если обнаружены скопления жидкости, их удаляют губкой или сжатым воздухом. В ряде случаев рабочий раствор наносится на невысохший слой грунтовки.

Нанесение адгезионного грунта

Материал тоже наносится на увлажненное основание. Если бетон хорошо впитывает влагу, увлажнение реализуется неоднократно. Грамотно подготовленная поверхность должна быть влажной, но без блеска.

Принцип нанесения:

грунт разносится методом мокрого торкетирования или щетками средней жесткости;
при работе контролируют заполнение пор и неровностей основы;
тиксотропный ремонтный состав наносят на непросохшую грунтовку. Но, если поверхность успела высохнуть, реализуют еще один свежий слой грунта.

Если требуется защита арматуры от коррозии

В соответствии с ГОСТ 31384-2008, ГОСТ 32016-2012 необходимо обеспечить длительную антикоррозийную и пассивацию (неактивность) стальной арматуры. На первом этапе защиты проводится очистка арматурных стержней. Согласно ГОСТ РИСО 8501-1-2014, вновь установленная или старая арматура должна быть очищена до степени Sa 2 ½ . Работы проводятся вручную или металлическими щетками. Может быть использован механизированный способ посредством пескоструйных машин.

В идеале, глубина расшивки должна превышать ширину шва в 3-4 раза

Если на рабочем участке есть поврежденный бетон, он удаляется вместе с арматурным стержнем . Применение перфораторов и отбойных молотков недопустимо, так как это может повлечь уменьшение адгезии бетона и арматуры. Вскрытые арматурные стержни полностью оголяются. Зазор между сталью и бетоном должен составлять не менее 20 мм. Если диаметр стержней небольшой (до 5 мм), допустим меньший зазор на 10 мм.

Нанесение защиты:

на очищенную арматуру в два подхода наносится антикоррозионный состав. При работе используют кисть средней жесткости или методику торкетирования (мокрого). Толщина первого слоя должна составлять 1 мм. Когда первый слой начнет схватываться, сразу реализуют второй идентичной толщины;
кромки, зоны перехода арматура-бетон, крепления проволокой проходят особо тщательную обработку;
если первый слой успел полностью схватиться до нанесения второго, устраивают еще один свежий слой.

Ликвидация активных протечек

На данном этапе стоит задача по гидроизоляции конструкции и устранению активных протечек. Если на поверхности обнаружены напорные течи, они устраняются гидропломбами (быстросхватывающимися гидроизоляционными составами). Такие материалы способны твердеть под давлением жидкости в течение 1 мин.

Тут требуется дополнительная подготовка поверхности:

участки активных протечек расшиваются. При работе обеспечивается расширение зазора внутрь конструкции на глубину не менее 3 см, шириной 2 см. Полость промывается водой;
основание проходит очистку при помощи пескоструйной обработки или аппаратов высокого давления.

При ликвидации течи на основе быстротвердеющей смеси формируется гидропломба. Материал должен принять форму усеченного конуса или шара. После этого он с силой вдавливается в зону активной протечки в течение 3-5 минут. Если участок гидроизоляции большой, с ним работают в несколько приемов.

Если течь характеризуется большой интенсивностью, в ремонтируемый участок вставляют дренажную полиэтиленовую трубку , что позволит локализовать отвод воды. Зона вокруг трубы обрабатывается гидропломбой. Когда материал затвердел, трубку удаляют, зачеканивая отверстие быстросхватывающимся составом.

Нанесение тиксотропного раствора

Если поверхность хорошо подготовлена, характеризуется шероховатой фактурой, и не требует грунтовки, ее предварительно увлажняют. Во всех остальных случаях проводят спектр операций, рассмотренных выше. В любом случае перед нанесением основного раствора бетон должен быть влажным, но без блеска.

Толщина наносимого раствора может варьироваться от 6 до 35 мм

Правильное приготовление раствора:

требуемое количество мешков раскрывается непосредственно перед смешиванием;
в смеситель наливается небольшое количество воды. На 25 кг сухой смеси требуется 3.9-4.0 л воды;
оборудование включается, после чего в смеситель непрерывно засыпается сухой порошок;
состав перемешивается 1-2 минуты до тех пор, пока он не станет однородным;
если требуется, добавляется небольшое количество воды, раствор повторно перемешивают 2-3 мин;
чтобы сократить риск усадочных деформаций, при замешивании рекомендовано применить влагоудерживающую добавку;
для замешивания небольшого количества раствора допустимо применять не бетоносмеситель, а чистую емкость и дрель с лопастной насадкой. При таком методе перемешивание реализуется 5-6 мин;
жизнеспособность раствора, вне зависимости от методики приготовления составляет 60 минут. Для приготовления 1 м3 рабочей смеси потребуется 1800 кг сухого тиксотропного порошка.

Потребность раствора в воде указана в таблице.

Производство работ

Раствор разносится на горизонтальных и вертикальных поверхностях вручную посредством шпателя, кельмы или мастерка или по методике мокрого торкетирования. При этом слой заглаживают.

Если условия работ таковы, что требуется реализовать слой свыше 35 мм по толщине, тиксотропный раствор наносится в два подхода. Второй и все последующие слои реализуются, когда предыдущий схватился, но не затвердел до конца .

При нанесении слоя, толщиной свыше 50 мм, необходимо армирование.

Сетка устанавливается так:

зазор между арматурой и основанием должен составлять 10 мм;
толщина защитного слоя над сеткой не может быть ниже 10 мм.

Если применяется механизированный способ (набрызг), используют специальное оборудование. После завершения работ и оборудование, и инструмент промываются водой.

Уход за поверхностью

Когда работы по тиксотропному ремонту завершены, поверхности должны быть защищены от преждевременной потери влаги на 24 часа. Если погода сухая и ветреная, срок защиты продлевается до двух суток.

Уход реализуется несколькими способами:

на отремонтированное основание распыляется вода;
поверхность укрывается влажной мешковиной или полиэтиленовой пленкой;
на бетон наносится пленкообразующий состав.

Контроль качества

Контроль реализуется внешним осмотром

По истечении трех суток после ремонта проверяется качество выполненных работ. На поверхности не должно быть видимых шелушений и трещин. Если подобные дефекты обнаружены, это говорит об ошибках в применении материала. Необходимо провести повторные ремонтные работы.

Если требуется более глубокая проверка, применяют метод оценки прочности адгезии, прочности на сжатие, также определяется марки водонепроницаемости бетона.

Техника безопасности

Сухие тиксотропные составы содержат цемент. Материал может вызывать раздражение слизистых оболочек и кожи. Необходимо избегать попадания смеси в глаза и контакта с кожей. Если это произошло, пораженные участки тщательно промывают водой, далее обращаются к врачу.

К работе допускаются лица не моложе 18 лет . Весь персонал должен пройти медицинское освидетельствование, обучение, инструктаж по ТБ. Если предполагается ведение работ на высоте, применяют лестницы и подмости.

Стоимость тиксотропного ремонта бетона

Тиксотропные смеси предлагают такие производители, как BASF, MAPEI. Средняя стоимость мешка, массой 30 кг начинается от 1.9 тысяч рублей. Стоимость работ по ремонту бетона начинается от 2.5 тысяч рублей за м3.

Выводы

Современные тиксотропные смеси можно уверенно использовать для ремонта и выравнивания бетонных конструкций. Материал удобен в работе, представлен по доступной стоимости, легко наносится даже на вертикальные поверхности. Единственное ограничение, с которым можно столкнуться, — производство работ возможно при температуре свыше +5 градусов . Если требуется ликвидировать дефект в зимнее время, лучше обратиться к полимерным составам.

Подробности ремонта бетона тиксотропным составом Профскрин показаны в видео:

(от греч. thixis — прикосновение и trope — поворот, изменение * а. thixotropy of rocks; н. Thixotropie der Gesteine; ф. thixotropie des roches; и. capacidad tixotropica de rocas, tixtropia de rocas) — физико-химическое явление, протекающее в некоторых коллоидных дисперсных системах, например в связных горных породах, и заключающееся в их самопроизвольном разжижении под влиянием механического воздействия (встряхивания, размешивания, вибрации, воздействия ультразвуком и т.д.) и последующем восстановлении структуры при устранении этих воздействий. Тиксотропность объясняется обратимым разупрочнением структурных связей между минеральными частицами связной породы. При определённом механическом воздействии происходит переход связанной и иммобилизованной воды в свободную, что приводит к снижению прочности структурных связей и разжижению породы. Прекращение воздействия приводит к обратному переходу воды из свободного в связанное состояние и упрочнению породы (тиксотропное упрочнение).

Показателем, характеризующим склонность горных пород к тиксотропному разупрочнению, является зыбкость. Её принято измерять средним радиусом основания цилиндрического образца (мм) после его вибрации при частоте колебаний 67 Гц и амплитуде 1 мм. Начальный радиус образца равен 8 мм, а высота цилиндра 20 мм. Величина показателя зыбкости изменяется от 8-9 для нетиксотропных пород до 15 и более для высокотиксотропных пород. Более общий показатель — предел структурной прочности при динамическом воздействии, определяемый как предельное знакопеременное ускорение, при котором прочность породы не снижается. Он измеряется в м/с 2 . Тиксотропное упрочнение характеризуется временем восстановления (с), в течение которого при восстановлении достигается максимальная прочность породы.

Тиксотропность определяется качественным и количественным составом их дисперсной фазы, формой частиц и их гидрофильностью, составом и концентрацией поровой влаги и др. Основное влияние оказывает гранулометрический состав породы. Тиксотропные явления характерны для пород с содержанием глинистых частиц не менее 1,5-2%.

Тиксотропность широко распространена в природе и оказывает как отрицательное, так и положительное влияние на технологические процессы при разработке влажных связных пород. Например, при транспортировке таких пород тиксотропное разжижение вызывает интенсивное их прилипание к рабочим поверхностям транспортного оборудования, снижая его производительность в 1,5 раза. С другой стороны, тиксотропность используют при ведении буровых работ , забивке свай. Тиксотропность — причина оползневых явлений.

Тиксотропные превращения относятся к физико-химическим явлениям, связанным с механическими воздействиями на грунты. В результате таких воздействий - встряхивания, перемятая, вибрации и т. п. - возникают два следующих друг за другом процесса - разупрочнение и упрочнение. Процессы разупрочнения являются следствием механических воздействий, протекают весьма быстро. По прекращении внешнего воздействия немедленно начинается обратный процесс - упрочнение грунта. Упрочнение - процесс более медленный и протекает с неодинаковой скоростью. В первое время это восстановление идет сравнительно быстро, а затем замедляется. Для учета явлений тиксотропии при проектировании земляного полотна необходимо знать, при каких грунтах, их состояниях и характерах механических воздействий тиксотропное разупрочнение становится особенно опасным, а также является ли процесс упрочнения полностью обратимым, т. е. идет ли он до конца, а если и идет, то через какое время можно рассчитывать на полное восстановление первоначальных свойств грунтов. К сожалению на современной стадии исследований еще нельзя исчерпывающе ответить на поставленные вопросы, тем не менее имеющийся материал позволяет дать некоторые рекомендации.
Г. Фрейндлихом было установлено, что тиксотропия проявляется в грунтах, у которых содержание глинистых частиц превышает 2%. Высказывается мнение, что потенциально тиксотропными являются все глинистые грунты, но для конкретного проявления тиксотропии необходимы определенные условия и, в первую очередь, достаточно интенсивные внешние воздействия. Очевидно, что в расчет должна приниматься не только склонность грунтов к тиксотропным превращениям, но и размер этих превращений. При этом не должны допускаться такие превращения, при которых снижение прочности и сопротивляемости деформированию становится уже опасным.
Исследования позволяют полагать, что склонность грунтов к тиксотропии определяется его природой, состоянием, а также интенсивностью и характером внешних воздействий. Под природой грунтов, в первую очередь, понимается их гранулометрический состав и минералогический состав глинистой фракции.
Большинство исследователей полагает, что склонность грунтов к тиксотропии зависит от содержания в них глинистых частиц. При этом чем большее количество этих частиц грунт содержит, тем меньше его склонность к тиксотропному понижению прочности. А. И. Лагойский это объясняет тем, что при малом содержании глинистых частиц имеется относительно небольшое число связей между грунтовыми частицами и агрегатами. При большом же количестве глинистых частиц образуется жесткий каркас, который уже труднее поддается разрушению, хотя потенциальные возможности для этого и возрастают.

Для определения не только качественной, но и количественной стороны влияния содержания в грунтах глинистых частиц на тиксотропные превращения были поставлены опыты. Исследовалось тиксотропное разупрочнение при одиночном ударном сотрясении грунта и при вибрационных нагрузках (рис. 17). Тиксотропное разупрочнение при одиночном ударе оценивалось по изменению скорости прохождения ультразвуковой волны. При этом был принят следующий показатель:

где v1 и v2 - скорости прохождения ультразвуковой волны, измеренные соответственно до и после удара.
При вибрационном воздействии для этой цели был принят показатель

где Е01 и E02 - модули деформации грунта, измеренные до вибрации и во время вибрационного воздействия.
Из рис. 17 можно заключить, что наибольшим тиксотропным превращениям подвержены супесчаные грунты с содержанием глинистых частиц 3-7%, а также пылеватые грунты. При вибрационных воздействиях сопротивляемость грунта внешним нагрузкам может быть утрачена на 60 и даже 90%. Таким образом, при неблагоприятных условиях может произойти практически полная потеря сопротивляемости этих грунтов внешним нагрузкам. Приведенные данные относятся к грунтам, влажности которых превосходят оптимальные значения (W=1,2/1,3W0).
С повышением содержания в грунтах глинистых частиц их склонность к тиксотропным превращениям, в общем, уменьшается. Однако при некотором количестве глинистых частиц интенсивность тиксотропных превращений снова возрастает. В данном случае это относится к глинистому грунту, содержащему 26% глинистых частиц; подобное явление наблюдалось в опытах, проведенных Г. И. Жинкиным и Л. П. Зарубиной, где таким грунтом оказался тяжелый суглинок с содержанием глинистых частиц 20%.
Из рис. 17 видно, что вибрационные воздействия более опасны, чем одиночные удары. При ударах с увеличением содержания в грунтах глинистых частиц тиксотропное разупрочнение монотонно убывает и потому для суглинков и особенно тяжелых оно практически уже не является опасным. Вибрационные воздействия могут быть опасными и для тяжелых грунтов.
По-видимому, минералогический состав глинистой фракции грунтов не оказывает решающего влияния на степень тиксотропного разупрочнения грунтов. Некоторые исследователи считают, что у монтмориллонита способность к тиксотропным превращениям выражена сильнее, чем у каолинита и гидрослюд. Имеется также мнение, согласно которому наибольшие тиксотропные превращения соответствуют каолинитовым грунтам, а наименьшие - монтмориллонитовым. Гидрослюда занимает промежуточное положение.
На тиксотропные превращения оказывают влияние плотность грунтов. Опыты позволили заключить, что наибольшим тиксотропным превращениям подвержены грунты, плотность которых находится в диапазоне (0,85-0,93)δmax. У более рыхлых и более плотных грунтов склонность к тиксотропным превращениям заметно уменьшается. Большое влияние на тиксотропные превращения оказывает влажность грунта (рис. 18). При влажности менее оптимальной и равной ей тиксотропные превращения наблюдаются только у супесей. С повышением влажности сверх ее оптимального значения интенсивность тиксотропных превращений заметно и непрерывно возрастает.

При вибрационных нагрузках большое значение имеет частота колебаний. Изменяя постепенно частоту колебаний от нуля до нескольких сот герц и сохраняя неизменной интенсивность встряхивания грунта, которая в общем характеризуется амплитудными значениями ускорений его частиц, можно выделить два значения частот колебаний, при которых наблюдаются аномальные явления.
При размещении возбудителя колебаний с массой 2 т на насыпи при какой-то определенной для данных условий частоте колебаний, которая обычно находится в пределах 12-28 Гц, амплитуда колебаний возбудителя увеличивается и, кроме того, наблюдаются заметные сотрясения всего грунта с передачей этих сотрясений на значительные расстояния. Таким образом, при этих частотах наблюдается явление, сходное с тем, которое возникает при резонансных колебаниях упругих систем. Ввиду того, что грунт представляет собой систему с большим сопротивлением, где колебания затухают весьма быстро, то это явление, в отличие от резонансных упругих систем, можно назвать квазирезонансным. Интересно отметить, что при квазирезонансных частотах больших изменений в состоянии и свойствах грунта не происходит. Практически не происходят также и тиксотропные изменения грунтов. При таких колебаниях грунт представляет собой систему с относительно небольшим затуханием колебаний, вследствие чего они передаются на дальние расстояния.
Вторая характерная для данного вида и состояния грунта частота обусловливает локализацию колебательных движений в сравнительно небольшой зоне, но зато объем грунта, расположенный в этой зоне, претерпевает интенсивные тиксотропные превращения, которые сопровождаются обильным влаговыделением и, по существу, спонтанным уплотнением грунта, происходящим при весьма небольшой нагрузке, измеряемой в десятых, а иногда и в. сотых долях кгс/см2. Это явление, так же как и предыдущее, наблюдается лишь при грунтах, плотность которых находится в диапазоне (0,85-0,93) δmax.
Интенсивные тиксотропные превращения наблюдаются не при какой-то определенной частоте колебаний, а в широком интервале частот. Этот интервал оказался равным 175-300 Гц. Он относится к влажности грунта (1,0-1,3)W0. He было обнаружено-также явной зависимости этого интервала от гранулометрического состава грунтов. Возможно, что он находится в зависимости от нагрузки.
Наиболее опасны для устойчивости земляного полотна частоты, при которых происходят интенсивные тиксотропные превращения грунтов. Однако эти частоты велики и возникают весьма редко. Очевидно, их целесообразно создавать при уплотнении грунтов, что приведет к получению требуемой плотности при наименьших затратах механической работы.
В период эксплуатации дорог частота приложения внешней нагрузки, близкой к квазирезонансной, может возникнуть лишь только случайно, поэтому в большинстве случаев приходится иметь дело с нагрузками, при которых возникают частоты колебаний, по своей численной величине меньше квазирезонансных, либо несколько превышающие их.
Воздействие на грунты земляного полотна динамических нагрузок, вызывающих колебательные движения грунта, не исследовалось. По этому вопросу имеются некоторые данные, относящиеся к железным дорогам. Если земляное полотно возведено из увлажненных глинистых грунтов, при проходе груженого поезда с общей массой 4500-4800 т возникающие вибрации могут снизить модули сдвига грунтов на 45-48%. При проходе с той же скоростью (70 км/ч) порожнего поезда модуль уменьшается уже на 15-20%, а при пассажирском, т. е. более легком составе - на 8-16%. Таким образом, имеется зависимость тиксотропных превращений грунтов от интенсивности воздействия, которая в данном случае определяется массой движущегося поезда. По-видимому, такое же явление происходит и на автомобильных дорогах при движении автомобилей. Очевидно, что возникновению вибраций в грунтах способствуют колебательные движения подрессоренных масс и общей массы автомобиля в результате упругости рессор и шин. Возникновению таких колебаний способствуют неровности дорожного покрытия.
Большой практический интерес представляет восстановление первоначального состояния грунта, т. е. процесс тиксотропного упрочнения. Оказалось, что после прохода поезда этот процесс идет до конца, т. е. начальные свойства грунта полностью восстанавливаются. Восстановление происходит вначале быстро, а затем замедленно. Первоначальное значение модуля сдвига восстанавливается за 60-70 мин. Если периодичность движения поездов будет меньше этого времени, то возможно появление остаточных деформаций.
На магистральных автомобильных дорогах происходит интенсивное движение автомобилей, поэтому тиксотропные изменения грунтов приводят к остаточным деформациям грунта, а следовательно, и к деформациям дорожных покрытий. При движении автомобилей тиксотропные превращения грунтов наблюдаются всегда. Однако важно, чтобы они не вышли за допустимые пределы. Практически они уже не оказывают влияния на устойчивость грунтов в случаях, когда грунты уплотнены до плотности, превышающей 0,93δmах, и когда влажность их не выше оптимального значения. Следовательно, тщательное уплотнение грунтов и недопущение в них влаги является весьма эффективным средством снижения тиксотропных разупрочнений. Когда хотя бы одно из этих условий не соблюдается, во избежание разрушений дорожных покрытий, связанных с интенсивным увлажнением грунтов, приходится ограничивать или же полностью закрывать движение автомобилей.