3. Состав и свойства тампонажных суспензионных растворов

К суспензионным растворам относятся цементные и глинистые растворы. Тампонажные растворы – растворы, снижающие водопроницаемость. Процесс снижения водопроницаемости путем инъекции такого раствора называют тампонированием или уплотнением. Так же существуют и процессы упрочнения. Разделение на уплотняющие и упрочняющие растворы условно. В ряде случаев одни и те же растворы могут рассматриваться в зависимости от назначения и как тампонажные, и как упрочняющие.

Тампонажные суспензионные растворы применяются для инъекционной обработки скальных и грубозернистых грунтов.

К числу наиболее важных технологических свойств суспензионных раство­ров относятся: 1) устойчивость во времени и, связанное с этим, расслаивание растворов и их водоотдача; 2) время седиментации или схватывания; это важ­но потому, что раствор в более или менее однородном состоянии должен быть доставлен (инъецирован) в нужный интервал, на что необходимо определен­ное время; 3) объем затвердевшего раствора; желателен максимальный объем при минимальной массе материалов; 4) достаточная сопротивляемость дей­ствию прилагаемых нагрузок и движущейся воде; 5) вязкость растворов; в общем случае - чем ниже, тем лучше; 6) реологические свойства растворов; структурная прочность, тиксотропия и т.п.; 7) размер частиц дисперсной фазы; максимальный диаметр, распределение по фракциям; 8) долговечность зат­вердевшего раствора.

Но не один из существующих растворов не обладает всеми вышеперчесиленными свойствами. В практике используются различные рецептуры, в той или иной степени приближающихся к идеальным системам и позволяющих решать конкретные инженерные задачи.

Билет№6. 1. Геохимические и физико-химические аспекты ТМГ. Уплотнение – это любое увеличение плотности пород как процесс увеличения вещества в единице объема. Существует 2 пути реализации. 1. Применение внешнего давления. Уплотнение происходит из-за уменьшения объема, вследствие деформирования и уменьшения пористости – механическое уплотнение – широко используется для дисперсных пород для повышения устойчивости и уменьшения коэффициента фильтрации. 2. Заполнение порового пространства каким-либо веществом. В этом случае уплотнение происходит вследствие уменьшения объема пор. Такой процесс называется инъекционным уплотнением суспензионными или коллоидными растворами. В основе механического уплотнения лежит деформирование за счет перемещения частиц относительно друг друга. Соответственно, для этого надо частично или полностью утратить структурное сцепление. Уплотнение водонасыщенных пород сопровождается удалением воды и уменьшением влажности. Достижение эффективной пористости возможно только после преодоления сил сопротивления структурных связей и снятия порового давления. Особенно сложно в глинах и лессах из-за того, что эти грунты обладают различными видами связей и неодинаковым напряженным состоянием по объему. Механическое уплотнение достаточно хорошо изучено, а эффект для глинистых грунтов существенно зависит от влажности. Метод нашел широкое применение в строительной технике, за счет того, что можно эффективно добиваться нужных результатов, регулируя влажность. График Р.Проктора 1933г. (зависимость плотности скелета от влажности) – типа параболы с ветвями вниз, вершина – Wопт – оптимальная влажность уплотнения при заданной нагрузке Р. Чем больше Р, тем ближе Wопт к Wммв. Ропт – оптимальная нагрузка уплотнения – такая, при превышении которой эффект уплотнения существенно падает (график, типа у=√х). Св-ва уплотненного грунта зависят от влажности, при которой его уплотняли. Прочность выше у грунта уплотненного при Wе<Wопт, причем она не зависит от способа уплотнения. А для Wе>Wопт прочность возрастает по ряду: перемятие-вибрация-статическое нагружение. Грунты с Wе<Wопт лучше набухают, меньше усыхают. Сжимаемость выше у грунтов, уплотненных при Wе>Wопт. Существует 2 точки зрения на процесс уплотнения: 1.Физическая теория. При низкой влажности пленки воды вокруг частиц тонкие. Пленочная вода обладает высокой когезией (типа, работа по разделению двух фаз) и трение между частицами, которое возникает при уплотнении, очень большое. При увеличении влажности вытесняется поровый воздух, уменьшается поверхностное натяжение воды и уменьшается её вязкость, и так до тех пор, пока объем воды не станет равен объему пор. При дальнейшем увеличении влажности в образце возникает избыточное поровое давление, которое препятствует успешному уплотнению, задуманному проектировщиком. 2. Физико-химическая теория. При маленькой влажности воды мало, концентрация растворенных солей очень высокая, следовательно, частицы грунта находятся в агрегированном состоянии. При увеличении влажности концентрация уменьшается, происходит диспергация агрегатов и процесс уплотнения легче реализуется. При превышении оптимальной влажности в грунте возникает осмотическое давление. Физико-химические основы искусственного цементообразования. Цементирующее действие порошкообразных гидравлических вяжущих обусловлено гидратацией и гидролизом метастабильных в воде, искусственных силикатов и алюмосиликатов, в резалте образуются коллоидные гели и кристаллические вещества класса водных силикатов и алюмосиликатов устойчивых в зоне гипергенеза, которые составляют основу цементного камня. Процесс твердения отражает тенденцию силикатов к проявлению вяжущих свойств при взаимодействии с водой. Основным вяжущим является ортосиликат кальция. При гидролизе ортосиликата возрастает в растворе концентрация Ca, раствор пересыщается по извести и аморфной кремнекислоте, в резалте выпавшие из раствора гидроокись кальция и аморфная кремнекислота вступают в реакцию поликонденсации с образованием полимерного геля. Кроме этого наблюдается отдельно поликонденсация кремнекислоты. В резалте образуются кислые и основные соли ортокремневой кислоты, образующие при гидролизе полимеры кремнекислоты могут образовывать соли и путем хемосорбции.

Коллоидные силикатные растворы. Суспензионные растворы типичные коллоидные системы, которые состоят из дисперсионной среды и дисперсной фазы, роль которых выполняют коллоидные мицеллы кремнекислоты. Различают гидрофильные, гидрофобные, промежуточные (полуколлоидные). Если частичка поликремневой кислоты содержит более 5 атомов Si, то ее можно рассматривать как коллоидальную мицеллу. Золи полуколлоидов и растворы ВМС способны самопроизвольно или под действием катализаторов переходить в состояние твердого тела. Это происходит когда отдельные коллоидные частицы соединятся в отдельных точках с образованием каркаса, ячейки которого заполнены иммобилизованными молекулами дисперсионной среды (структура гель, процесс гелеобразование). Успешное применение кремнегелей обусловлено тем, что при добавлении электролитов золь кремнекислоты коагулируют не сразу, то есть процесс поликонденсации идет в 2 стадии: 1)аддетивная (укрупнение коллоидальных мицел), 2)конденсационная (собственно гелеобразование).