Файл: Воронкевич, С. Д. Газовая силикатизация песчаных пород.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 60
Скачиваний: 0
Максимальная прочность через 2 года после закрепления установлена в гор, Q и В2, где благодаря наличию горизон тальных железистых прожилок наблюдалась значительная концентрация кремниевой кислоты (2,60—2,75%, табл. 36, опыт 7). Прочность образцов грунта с указанным содержа нием S i0 2 достигала 8— 10 кг/см2, а в отдельных случаях — 12,7 кг/см2. Уменьшение содержания кремниевой кислоты в
этом горизонте |
до 1,73— 1,88% |
сопровождалось |
понижением |
прочности до |
5—7 кг/см2 с |
минимальным ее |
значением |
(3,3 кг/см2). |
|
|
|
При отсутствии ожелезненностн і(табл. 36, опыт 8) и со держании кремнекислоты 1,88—2,24% прочность закрепления изменяется в пределах 4—6 кг/см2. В образцах с содержани ем кремниевой кислоты до 1,30—0,87% она колеблется от 2,5 до 4 кг/см2, в отдельных случаях достигая 5 кг/см2. Более
низкому |
содержанию S i0 2 (0,87—0,65) |
отвечает |
прочность |
0,5—2,5 |
кг/см2. В гумусированных |
горизонтах |
(рис. 17, |
гор. Ап; |
табл. 37), несмотря на высокие концентрации S і02 |
||
(1,66—2,75%), прочность колеблется от 1 до 3 кг/см2. В от дельных местах, где концентрации S i0 2 достигают высоких значений, прочность составляет 8,2 кг/см2.
Т а б л и ц а 37
Результаты определения прочности на сжатие закрепленных грунтов
ч сж . |
кг/см* |
ло данным |
|
j\° опытов |
1970 г. |
1968 г. |
|
3, |
по различным горизонтам . |
2 ,5 — |
7,0 |
5 , |
по различным горизонтам . |
2 ,5 — |
7,5 |
6, по различным горизонтам . |
2,5 — |
10,0 |
|
7, |
погоебенный органогенный |
1,0— |
2,5 |
|
с л о н ...................................................... |
||
7, слоистый ожелезненный го- |
6— 12 |
||
8 , |
ризонт ................................................. |
||
по различным горизонтам . |
2— |
6 |
|
2,5 — 7,0
3,0 — 7,5
2,5 — 10,0
О 1 со о
6— 12 2— 6
Неоднородность толщи аллювиальных отложений, наличие погребенных почв и ожелезненных горизонтальных прослоек обусловливают известную неоднородность закрепления. Ред кие железистые прослойки вертикального направления задер живают движение раствора силиката натрия, приводят к кон центрации S i0 2 в отдельных точках, в связи с чем прочность повышается до 8— 12 кг/см2.
112
**
*
При подробном рассмотрении результатов большого числа полевых опытов было обнаружено, что эффективность газо вой силикатизации при прочих равных условиях определяется литологическими особенностями пород, выступающих в дан ном случае в качестве условий развития механизма искусст венного цементообразоваиия. Наиболее существенное зна чение имеют те особенности песчаных пород, которые опре деляют их проницаемость, физико-химическую активность и анизотропию свойств, гранулометрический и минеральный со став, состав поверхностных пленок и строение массива.
Существенное влияние, например, на механизм формиро вания искусственного цемента при газовой силикатизации мо жет оказывать характер распределения относительного со держания щелочного и кремнекислого компонентов жидкого стекла в массиве породы перед подачей углекиского газа. Легко можно представить себе селективное поглощение ос новных компонентов жидкого стекла отдельными участками массива из-за его литологической неоднородности. Перерас пределение компонентов жидкого стекла может произойти также в ходе движения неоднородной по химическому' соста ву п физическому состоянию жидкости через пористую в раз ной степени увлажненную среду. Все это приведет к возник новению локального преобладания одного из компонентов по отношению к исходному соотношению. Кроме того, следует учитывать разнородность условий газопроницаемости и газопоглощення в различных сечениях закрепляемого массива при пропускании С 0 2, обусловленную литологической неодно родностью, характером распределения содержания щелочного компонента п неоднородностью пропитывания пород раствоDOM жидкого стекла. Можно ожидать, что в пределах пропи танного силикатом натрия объема могут оказаться участки повышенного содержания щелочи, блокированные слабопро ницаемыми прослоями или защемленным воздухом, и другие локальные отклонения от условий идеальной пропитки. Эти отклонения и создают многообразие условий протекания ре акции карбонизации и, как следствие этого, различное соот ношение и состояние продуктов реакции.
Песчаные породы, не содержащие частиц < 0 ,1 мм, в ре зультате действия газовой силикатизации приобретают, как правило, незначительную прочность (4—5 кг/см2), которая практически не изменяется в зависимости от увеличения круп ности таких песков, что связано с особенностями действия газообразного отвердителя. Прочность закрепления тонких, пылеватых песков и супесей является функцией содержания частиц размером 0,1—0,01 мм. Увеличение содержания тон
8ких частиц сопровождается возрастанием числа контактов, что |
|
1/» Зак. 256 |
ИЗ |
приводит к увеличению общей площади взаимодействия це мента и зерен, и к возрастанию прочности закрепления.
Влияние основных породообразующих минералов на эф фективность газовой силикатизации проявляется следующим образом. Наименее прочное взаимодействие силнкатноуглекнслого геля и зерен наблюдается при обработке порошка кварца, что обусловлено отсутствием гидратированного слоя на поверхности кварцевых зерен. Максимальная прочность получена при обработке фракций микроклина, что, вероят но, связано с наличием на поверхности зерен гидроксильных групп и некомпенсированных ионов алюминия. Роговая об манка среди силикатных минералов по интенсивности взаи модействия с силикатноуглекислым гелем занимает проме жуточное положение. Значительная прочность закрепления кальцита обусловливается реакцией бикарбонизации, широ ко протекающей на поверхности карбонатных зерен и интен сифицирующей процесс гелеобразоваиия.
Помимо силикатных гидратированных пленок на поверх ности песчаных зерен часто встречаются органические и же лезистые пленки. Любая поверхностная пленка при взаимо действии частиц породы с цементообразующим гелем игра ет двоякую роль: физическую и химическую. В первом слу чае, как правило, отсутствует химическое средство материала пленки и геля и пленка выполняет функции экрана, препят ствуя непосредственному контакту и снижая эффект упроч нения. Такую роль выполняют тонкие гумусовые пленки на поверхности кварцевых зерен.
При наличии той или иной степени химического сродства материала пленки и геля наблюдается повышенная адсорб ция и химическое взаимодействие с образованием железисто силикатных соединений, что приводит к повышению прочно сти контакта и обусловливает высокий физико-механический комплекс закрепленных грунтов.
Строение песчаной толщи контролирует главным образом равномерность закрепления и устойчивость эффекта закреп ления во времени. В последнем случае решающее значение имеет то, что особенностями строения обусловливается появ ление различного рода градиентов: концентрационного, влаж ностного, температурного и т. д.
На распределение искусственного кремнезема и прочности закрепления существенное влияние оказывает анизотропия гранулометрического состава и плотности сложения, суммар ное проявление которых сказывается через проницаемость отдельных частей массива. В общем виде уменьшение водо проницаемости ведет к концентрированию S i0 2 и увеличе нию прочности закрепления. Однако эта закономерность мо жет искажаться в ту или другую сторону особенностями со става отдельных слоев и прослоев массива. Ожелезненность
114
II карбонатность как бы повышают эффективность действия единицы веса кремнеземного цемента, а гумусированность ее снижают.
Скорость выщелачивания солен N aH C 0 3 и Na2C 0 3 н под вижность S i0 2 также тесно связаны с проницаемостью и хи мическим составом отдельных участков песчаной толщи. При чем высокая поглотительная способность некоторых просло ев (гумусированные горизонты) проявляется пе только в со средоточении S i0 2, но и в замедленном выщелачивании Na2C 0 3, т. е. в длительном поддерживании относительно вы соких значений pH, что вызывает несколько повышенный вынос кремнеземистого цемента. В горизонтах с низкой по глотительной способностью процесс выщелачивания раство римых карбонатов происходит значительно быстрее и может завершиться в условиях проведенного опыта в течение двух лет. Общая тенденция, направленная на стабилизацию гео химической обстановки в пределах массивов песка, закреп ленного газовой силикатизацией, указывает на долговечность эффекта закрепления этим способом, что подтверждается дан ными 3-летних наблюдений.
ГЛАВА IV
ОПЫТ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ СПОСОБА ГАЗОВОЙ СИЛИКАТИЗАЦИИ ПЕСЧАНЫХ ПОРОД
Промышленное освоение способа газовой силикатизации началось в 1970 г. практически одновременно по двум на правлениям. Институт «Гидроспецпроект» разработал проект производства работ по закреплению грунтов газовой силика тизацией в целях увеличения несущей способности песков ос нования одного из корпусов московского комбината «Крас ная Роза» для ликвидации аварийного состояния корпуса.
При составлении проекта были использованы результаты опытных работ и временные указания, составленные на ос новании проведенных исследований и полевых испытаний гео логическим факультетом Московского университета. В состав
лении проекта принимала участие |
лаборатория |
№ 4 |
Н И И О П С . Работы по закреплению |
выполнялись |
трестом |
«Гидроспецстрой» при участии института «Гидроспецпроект» и Н И И О П С .
Аналогичные работы при участии перечисленных органи заций были выполнены для увеличения несущей способности грунтов основания одного из архитектурных памятников в Москве.
Кроме того, М ГУ были проведения работы по промышлен ному применению способа газовой силикатизации для лик видации аварийного состояния ствола шахты отстойника очистных сооружений. В основу технологической схемы за крепления были положены результаты исследований и поле вых испытаний, проведенных геологическим факультетом М ГУ.
ГАЗОВАЯ СИЛИКАТИЗАЦИЯ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПЕСКОВ В ОСНОВАНИИ ЗДАНИЙ В МОСКВЕ
Комбинат «Красная Роза» расположен на поверхности I надпойменной террасы р. Москвы. Грунтовая толща в осно вании фундамента аварийного корпуса имела следующее строение:
116
1. Насыпной |
грунт в виде темно-серого и желтого песка |
с включениями |
гравия, обломков кирпича, бетона, извести |
и органических остатков средней плотности, слабо влажный. Общее содержание карбонатов около 5%. Мощность слоя
3м.
2.Песок мелкозернистый и среднезернистый местами с включениями гравия, светло-желтого до темно-желтого цвета, средней плотности, слабо влажный (Ц 7=4% ). Содержание карбонатов примерно 3—4%, pH водной вытяжки около 8. Мощность слоя 12— 14 м.
По заключению Н И И О П С , |
химическому закреплению |
подлежал 5-метровый слой песка |
(слой 2), залегающий ни |
же подошвы фундамента в интервале 131,0— 126,0 м абс. вы соты.
По мнению авторов проекта, способ газовой силикатиза ции давал ряд преимуществ по сравнению с другими мето дами закрепления:
1.Использование дешевых и недефицитных материалов.
2.Сокращение затрат рабочей силы на единицу объема закрепленного грунта.
3.Использование нетоксичных химических реагентов, что особенно важно при производстве работ в закрытом поме щении.
4.Быстрое достижение проектной прочности закрепления,, что являлось весьма положительным фактором, принимая во внимание аварийное состояние корпуса.
В соответствии с проектом производства работ предусмат ривалось использование следующих химических реагентов и особенностей технологии:
а) |
водный |
раствор силиката |
натрия |
2 |
удельным |
весом |
|
1,30 г/см3 с |
силикатным модулем 2,7—.3,0 (ГОСТ |
962—41) |
|||||
завода |
«Клейтук». |
Углекислый газ СО |
|
(ГОСТ 3050—64) |
|||
Московского завода углекислого газа; |
1 |
м3 закрепленного' |
|||||
б) |
общий |
расход |
материалов |
на |
|||
грунта: |
|
|
|
|
|
|
|
Na20 - n S i0 2(d— 1,45 т/м3, М с— 2,70 — 3,00) — 395 л,
С0 2 — 3 кг,
Н20 — 130 л;
в) скорость подачи на первой заходке не должна превы шать 1—2 л/мин при давлении 1,5—2 атм;
г) при последующей инъекции по заходке удельный рас ход водного раствора жидкого стекла целесообразно повы шать до 5 л/мин, а давление нагнетания до 5—7 атм;
д) углекислый газ должен пропускаться не более 30 мин при давлении не выше 10 атм. Контроль за расходом газа осуществлялся взвешиванием.