книги из ГПНТБ / Воронкевич, С. Д. Газовая силикатизация песчаных пород

91

to

ы

раствора силиката натрия удельным весом 1,19 г/см3 в грун­ ты с влажностью менее 5%.

В горизонтах погребенных почв с содержанием гумуса до 3,22—3,34% при наличии слабоминерализованных раститель­ ных остатков п невысокими значениями Кф (до 4 м/сут) дви­ жение раствора силиката натрия встречает большее сопро­ тивление, чем в горизонтах рыхлого сложения. В этих про­ слоях наблюдается концентрация жидкого стекла и создают­ ся оптимальные условия для карбонизации углекислым га­ зом. Однако наличие органических пленок на минеральных частицах и присутствие слабоминерализованных органичес­ ких остатков обусловливают прочность таких прослоек по­ рядка 2—3 кг/см3 после закрепления раствором силиката натрия 1,19 кг/см3 п 3—3,5 кг/см2 при использовании раство­ ра жидкого стекла удельным весом 1,27. В местах локали­ зации раствора жидкого стекла прочность закрепления мо­ жет быть более высокой (до 8— 10 кг/см2).

Кроме особенностей строения на эффект закрепления в зоне аэрации влияет и содержание влаги. В случаях, когда естественная влажность была более 10% и коэффициентводонасыщения достигал 0,60—0,65, наблюдалось общее сни­ жение прочности закрепления. Это происходило, очевидно, за счет частичного разведения силикатного раствора в резуль­ тате его движения по увлажненному грунту. Несложный рас­ чет показывает, что в 1 м3 песка при влажности 10% содер­ жатся более 100 л воды, т. е. при определенных условиях может иметь место почти двойное разбавление инъекцион­ ного раствора.

Закрепление аллювиальных песков раствором силиката натрия удельным весом 1,30 г/см3 позволяет получать проч­ ности до 17—26 кг/см2 при влажности до 5% и 7—22 кг/см2 при влажности более 10%• Характерно зональное распреде­ ление прочности закрепления (см. рис. 16): четко выделяют­ ся центральная часть с величинами а = 7-—22 кг/см2 и пери­ ферическая зона, где прочность колеблется в пределах от 0,9 до 5 кг/см2. В результате инъекции в песок с влажностью вы­ ше 10% раствора силиката натрия удельным весом 1,30 г/см3 (100 л) был закреплен массив объемом около 0,9 м3.

Несомненный интерес представляет опыт с использовани­ ем сильноразведенного силиката натрия удельным весом 1,10. Низкая вязкость раствора обусловливает хорошую проницае­ мость его в песчаном грунте. Закрепленный массив характе­ ризуется большой плотностью и стойкостью по отношению к ударным механическим воздействиям, хотя прочность за­ крепления сравнительно небольшая (1,0—2,5 кг/см2).

Закрепление песков на участках склона I надпойменной террасы производилось с расчетом погружения перфориро­ ванной части ниже уровня грунтовых вод.

94

Определение реакции среды в опытах 1—8 показало, что во всех случаях после отверждения силиката натрия pH был меньше 10,5. Максимальное значение (10,54) зафиксировано в опыте 5, где произошла значительная утечка газа и связан­ ная с этим низкая степень карбонизации силикатного раст­

грунте присутствие гидроокиси натрия и существенно боль­ шее содержание карбонатов натрия. Это обусловило некото­ рое увеличение щелочности обработанного грунта. Однако н в этих опытах значение pH не превышало 10,89 при расходе углекислого газа 3 кг на 1 м3 закрепленного грунта (опыт 9). При закреплении грунта раствором силиката натрия удель­ ным весом 1,30 г/см3 с расходом 5 кг газа на 0,9 м3 обрабо­ танного грунта значения pH колебались от 8,65 до 10,75 (табл. 28).

Относительно низкие значения pH и преимущественное преобладание бикарбонатов в опытах 1—8 обусловлены,оче­ видно, предшествующей карбонизацией силиката натрия в результате длительного (более года) его хранения на воз­ духе. В опытах 9— 12 использовались растворы силиката нат­ рия, разваренного непосредственно перед производством ра­ бот.

В распределении легкорастворнмых щелочных солей в за­ крепленном массиве можно отметить определенные законо­ мерности (табл. 29). Основная масса легкорастворнмых солен сосредоточена, как правило, в пределах 20—30 см от пнъектора. В горизонтах, расположенных выше и ниже перфори­ рованной части инъектора, концентрация солей обычно сни­ жается.

Содержание легкорастворнмых солен возрастает, и каче­ ственный состав их изменяется с увеличением удельного ве­ са раствора силиката натрия, используемого для закрепле­ ния. Так, содержание гидроокиси натрия в грунтах, закреп­ ленных раствором силиката натрия удельным весом 1,19 г/см3, колеблется от 0 до 5,18 мг-экв%, а в грунтах, закрепленных раствором удельным весом 1,30 г/см3, — от 0,84 до

12,01 мг-экв%.

Концентрирование солей натрия в приинъекторной и центральной частях массива обусловлено защемлением вод­ но-солевого раствора и иепрореагировавшей гидроокиси нат­ рия в структурной сетке геля, что связано с почти мгновен­ ной коагуляцией силиката натрия в этой зоне.

За пределами зоны интенсивного поглощения углекислого газа к периферии закрепленного массива на расстоянии бо­ лее 20—30 см от инъектора в этот период происходит отжа-

96

* Участки сильно уплотнены в связи со скоплением тонких железистых прослоек.

98

давлением 3—4 атм в короткий промежуток времени до соз­ дания в жидкой фазе предельной концентрации угольной кислоты происходит частичное оттеснение раствора силиката натрия, обедненного кремнекислотой. Радиус закрепления увеличивается, а концентрация жидкого стекла в удаленных участках несколько уменьшается. Локальные изменения плот­ ности сложения закрепляемого грунта в горизонтальном на­ правлении, например в случае присутствия тонких уплотнен­ ных прослоек, препятствуют растеканию раствора жидкого стекла, приводят к местной концентрации его, а следователь­ но, к местному повышению содержания кремниевой кислоты

(опыт 13, табл. 30).

Т а б л и ц а 30

Изменение содержания кремниевой кислоты в массивах закрепленного песка

Т а б л и ц а 31

Содержание различных форм кремниевой кислоты в закрепленных песках

100

Кремниевая кислота в закрепленном грунте качественно неравноценна, значительно меньшая ее часть растворима.в присутствии избытка фтористого натрия (табл. 31). Большая часть кремниевой кислоты характеризуется высокой химиче­ ской устойчивостью и деполимеризуется только при нагре­ вании в 10-процентном растворе едкого калия.

Однако не следует рассматривать всю кремниевую кисло­ ту, растворяющуюся в насыщенном растворе NaF, как рас­ творимую в воде. При титровании соляной кислоты в присут­ ствии избытка NaF происходит химическое растворение крем­ ниевой кислоты согласно уравнению реакции:

Si (ОН)4 + 6NaF + 4H Cl-j-N a2SiFe + 4NaCl.

Кремниевая кислота, входящая’в состав силикатных ионов, растворима в воде. Содержание водно-растворимой кремние­ вой кислоты при закреплении грунтов раствором силиката

Водно-растворимая кремниевая кислота практически отсут­ ствует при значении pH меньше 10,2 (рис. 18). При неболь­ ших расходах углекислого газа (опыт 9) возможны локаль-

101