Лабораторное моделирование замерзания цементно-песчаного раствора буроопускных свай в многолетнемерзлых грунтах

При строительстве на многолетнемерзлых грунтах широко применяются буроопускные сваи. Пространство между стенкой скважины и поверхностью сваи заполняется раствором. Несущая способность свай определяется прочностью смерзания раствора с боковой поверхностью сваи. Для цементно-песчаного раствора стандартизированный метод подготовки образцов для проведения лабораторных испытаний сил смерзания на этапе проектно-изыскательских работ не учитывает гидратации цемента, так как образцы малого объема быстро замерзают. Метод лабораторных испытаний не соответствует реальным полевым условиям твердения/замерзания образцов цементно-песчаного раствора. Целью работы является экспериментальное обоснование корректировки метода подготовки образцов цементно-песчаного раствора, разработка нового способа подготовки образцов и устройства для воспроизведения температурного режима твердения/замерзания образцов, соответствующего полевым условиям. Представлены результаты экспериментов по определению времени замерзания восьми составов растворов при температуре -1 и -4^оС. По результатам экспериментов подтверждено, что стандартные образцы цементно-песчаного раствора замерзают не более чем за сутки, гидратации цемента не происходит. Разработан способ ступенчатого охлаждения образцов по заранее заданному температурному режиму, соответствующему реальным условиям устройства свай, и устройство для его осуществления, содержащее нагревательный элемент и терморегулятор. Неучет гидратации цемента занижает расчетное сопротивление сдвигу. Предложенный способ повышает достоверность лабораторных определений и позволяет использовать резервы несущей способности буроопускных свай.

П.М. САЗОНОВ¹, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
А.Г. АЛЕКСЕЕВ², д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ НИИОСП им. Н.М. Герсеванова АО «НИЦ «Строительство» (109428, г. Москва, ул. 2-я Институтская, 6)
² Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)

1. Бояринцев А.В. Репрезентативный анализ опыта строительства фундаментов на многолетнемерзлых грунтах // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2019. Т. 10. № 1. С. 57–68. EDN: VVMRUS. https://doi.org/10.15593/2224-9826/2019.1.06
2. Landers K., Streletskiy D. (Un)frozen foundations: A study of permafrost construction practices in Russia, Alaska, and Canada. Ambio. 2023. Vol. 52. No. 7, pp. 1170–1183. EDN: ­QNLGRE. https://doi.org/10.1007/s13280-023-01866-9
3. Qiu K., Yu W., Kong X., Han F., Zhao Y. Investigation on the bearing capacity evolution of building pile foundation during permafrost degradation. Cold Regions Science and Technology. 2024. Vol. 221. 104152. EDN: ­PLMMEU.
https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2024.104152
4. Chen T., Song Q., Wang J., Wu Zh. Experimental study on shear mechanical properties of pile-soil interface under freezing conditions. Applied Sciences (Switzerland). 2025. Vol. 15. No. 10. 5457. EDN: ­SMIBLY. https://doi.org/10.3390/app15105457
5. Порфирьев Б.Н., Елисеев Д.О., Стрелецкий Д.А. Экономическая оценка последствий деградации вечной мерзлоты для жилищного сектора российской Арктики // Вестник Российской академии наук. 2021. Т. 91. № 2. С. 105–114. EDN: ­HCOKLD. https://doi.org/10.31857/S0869587321020067
6. Никифорова Н.С., Коннов А.В. Несущая способность свай в многолетнемерзлых грунтах при изменении климата // Construction and Geotechnics. 2021. Т. 12. № 3. С. 14–24. EDN: ­HADEJW. https://doi.org/10.15593/2224-9826/2021.3.02
7. Краев А.Н., Сахаров И.И., Мальцева Т.В. Термостабилизация грунтового основания в условиях изменения климата // Construction and Geotechnics. 2025. Т. 16. № 1. С. 19–33. EDN: ­FUPWNM. https://doi.org/10.15593/2224-9826/2025.1.02
8. Nikiforova N.S., Konnov A.V. Forecast of the soil deformations and decrease of the bearing capacity of pile foundations operating in the cryolithozone. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022. Vol. 18. No. 1, pp. 141–150. EDN: ­VJKLGK. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2022-18-1-141-150
9. Набережный А.Д. Исследование несущей способности мерзлых грунтов основания ребристых буроопускных свай: Дис. … канд. техн. наук. М., 2018. 149 с. EDN: BVUJXO
10. Pang X., Sun L., Sun F., et al. Cement hydration kinetics study in the temperature range from 15^оC to 95^оC. Cement and Concrete Research. 2021. Vol. 148. 106552. EDN: ­RIASME.
https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2021.106552
11. Kiernożycki W., Błyszko Ja. The influence of temperature on the hydration rate of cements based on calorimetric measurements. Materials. 2021. Vol. 14. No. 11. 3025. EDN: ­RUUIGZ. https://doi.org/10.3390/ma14113025
12. Wang Yu., Wu Z., Teng Le., et al. A review of concrete exposed to low-temperature environments at early ages: Fresh properties and microstructure. Journal of Building Engineering. 2026. Vol. 118. 115014. EDN: ­XRUSGV.
https://doi.org/10.1016/j.jobe.2025.115014
13. Chen H., Li Zh., Ying G. Improvement of the negative-temperature properties of calcium sulphoaluminate cement by three multifunctional chemical admixtures. Developments in the Built Environment. 2024. Vol. 20. 100537. EDN: ­UNGCNI. https://doi.org/10.1016/j.dibe.2024.100537
14. Патент РФ 2755575. Способ приготовления образцов с цементно-песчаным раствором и устройство для его осуществления. Сазонов П.М., Алексеев А.Г. Заявл. 21.10.2020. Опубл. 17.09.2021. EDN: ­AKWBZO