2. Силикатизация лёссовых грунтов.

Поиск возможностей метода силикатизации для закрепления малоактивных грунтов осуществлялся в направлении интенсификации процесса закрепления на основе активизации физ-хим ресурсов грунта и (или) более полной мобилизации кремневой кислоты в водостойких формах. Этого можно достичь добавлением к раствору силиката натрия солей типа: хлоридов натрия и калия, сульфатов и карбонатов натрия, введением раствора аммиака, повышением модуля силиката, нагреванием силиката.

Для закремления активных лёссов (ЕКО в щелочной среде > 20) можно использовать однорастворную силикатизацию только за счет введения силиката натрия. Отверждение происходит за счет реакций с компонентами грунта.

[ПК]Ca + Na₂O^.nSiO₂ + mH₂O = [ПК]Na + nSiO₂(m-1)H₂0 + Ca(OH)₂

CaSO₄ + Na₂O^.nSiO₂ + mH₂O = nSiO₂(m-1)H₂O + Ca(OH)₂ + Na₂SO₄

Плотность жидкого стекла – 1,08 г/см³, его вводят под давлением 2-4 атм, радиус закрепления составляет 0.7-1м. Массив приобретает прочность 5-6 кг/см², устраняются просадочные свойства.

В холодных силикатных растворах и гелях благоприятное состояние системы для поликонденсации достигается через увеличение координации кремния. Временному увеличению координатного числа кремния способствуют молекулы органических соединений. Экспериментально установлено, что среди наиболее эффективных активизаторов процесса полимеризации кремневой кислоты оказались амиды, благодаря их способности образовывать комплексы за счет водородной связи, что влечет за собой адсорбцию полярных молекул на поверхности поликремневой кислоты.

В качестве отвердителей жидкого стекла используют амиды. В результате реакции гелеобразования выделяется гель кремниевой кислоты и аммиак, способный дополнительно активизировать протекание физико-химических реакций раствора с грунтовыми частицами.

Также при однорастворной силикатизации двукомпонентным раствором (жидк стекло + отвердитель) в качестве отвердителя можно использовать акриловые, щавелево-алюмосиликатные, персульфатные (Na₂S₂O₈) рецептуры.

Можно использовать газовую силикатизацию, которая применяется в 3х вариантах:

1)замачивание массива р-ром жидкого стекла с плотностью 1,05-1,15 г/см³, после этого под давлением 0.5-1.5 атм пропускается CO₂ в количестве 1,5-3 кг/м³.

2)Пропускаем CO₂ и потом закачиваем в массив жидкое стекло.

3)Пропускаем CO₂ , закачиваем жидкое стекло и опять пропускаем CO_2.

Углекислый газ растворяется в пленочной влаге, происходит ее подкисление и понижение рН. Карбонаты кальция пород взаимодействуют с CO₂ :

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂

Бикарбонат кальция взаимодействует с раствором силиката натрия:

2Ca(HCO₃)₂ + 2Na₂O^.nSiO₂ = 4NaHCO₃ + 2CaO^.nSiO₂

На поверхности частиц формируется микрослой цементирующих новообразований известково-силикатного вяжущего.

Непрореагировавший силикат натрия в порах породы отверждается углекислым газом:

Na₂O^.nSiO₂ + 2CO₂ + mH₂O = SiO₂^.mH₂O + 2NaHCO₃

В водонасыщенных грунтах при нагнетании углекислого газа кроме понижения рН среды и появления бикарбоната кальция, образуется газовая фаза, что определяет более эффективное всасывание силикатного раствора за счет активного поглощения щелочным силикатным раствором углекислого газа. В результате прочность закрепления грунтов значительно повышается.

Аммонизация лёссовых пород. Через массив нагнетают газообразный аммиак под давлением 0,2-0,6 атм. Аммиак поглощается водными пленками, рН порового раствора повышается, в рез образовавшийся ион аммония вступает в обменные реакции и вытесняет Са.

[ПК]Ca₃ + 6NH₃ + 6H₂O = [ПК](NH₄)₆ + 3Ca(OH)₂

Щелочность такой системы больше 12, Са выпадает в осадок в виде мелкодисперсного Ca(OH)₂, который в последующем при взаимодействии с СО₂ карбонатизуется до СаСО₃. Происходит поверхностное известкование грунта. В условиях повышенной щелочности аморфный SiO₂ лёссовых грунтов растворяется и начинаются пуццолановые реакции с образованием гидроокислов Са. Радиус такого закрепления достигает 1,5м.

После нагнетания NH₄ через массив можно пропустить CO₂ – метод карбонатизации лёссовых грунтов.