VIII.1.4. Глинисто-силикатные растворы
При больших объемах тампонажных работ, например, при создании противофильтрационных завес высотных плотин, применение способа двухрастворной силикатизации экономически нецелесообразно, поэтому он заменяется тампонажными растворами, обладающими следующими свойствами:
- – высокой дисперсностью и малой вязкостью, что обеспечивает проникаемость их в песчаные грунты;
- – замедленным временем гелеобразования, дающим возможность нагнетать заданный объем раствора;
- – стабильностью (отсутствием явления расслаивания).
Грунт, закрепленный раствором, должен обладать небольшой прочностью, но достаточной для оказаний сопротивления разрушающему действию фильтрующих вод, а фильтрационные свойства его должны быть уменьшены до значений, задаваемых условиями эксплуатации сооружения (обычно менее 1 м/сут).
Тампонажные глинисто-силикатные растворы — это водные растворы высокодисперсных глин с малой добавкой силиката натрия. Добавка силиката натрия вызывает образование эластичного геля в порах грунта, что и придает закрепляемому грунту практическую водонепроницаемость. В отличие от обычных глинистых растворов образовавшийся и затвердевший в порах грунта глинисто-силикатный раствор прочно связывает свободную воду. Эта вода не подвержена синерезису и не способна к перемещению при наложении на затвердевший глинисто-силикатный раствор высоких градиентов. В глинисто-силикатных гелях высокодисперсный раствор как бы армируется полимерной сеткой кремневой кислоты с образованием прочных контактов в местах касания поверхности глинистых частиц с поверхностью разветвленного полимера кремневой кислоты.
Глинисто-силикатные растворы готовятся на основе высокодисперсных бентонитовых глин (бентонитосиликатные растворы) и некоторых местных глин.
В растворы бентонитовых глин вводится раствор силиката натрия (плотностью 1,38 г/см3) в количестве 0,5% массы глины, в растворы из местных глин —7%. В растворы на местных глинах кроме силиката натрия для диспергации глинистых частиц вводятся диспергаторы, например гексаметафосфат натрия (ГМФ) (NаРО3)6 в количестве 0,5% массы глины. Плотность исходных глинистых растворов составляет: на бентонитовых глинах — 1,09—1,1 г/см3, на местных —1,37—1,4 г/см3.
В качестве примера в табл. VIII-1 приводятся состав и свойства тампонажных глинисто-силикатных растворов, примененных в Асуане.
Таблица VIII-1
Свойства тампонажных глинисто-силикатных растворов, использованных для закрепления песков в основании Асуанской плотины
| Параметры тампонажного раствора | Тампонажные растворы | ||
| обычные | активизированные на местной глине «13 км» | ||
| на местной глине «13 км» | на бентонитовой глине | ||
| Содержание раствора силиката натрия (γ = 1,38 г/см3), % | 7 | 0,5 | 2 |
| Количество диспергатора, % | 0,5 ГМФ | 0,0 | 0,5 ДАХ |
| Объемная масса, г/см3 | 1,35—1,38 | 1,09—1,11 | 1,5—1,55 |
| Расплыв начальный (конус АзНИИ), см | 26—30 | 28—30 | 26—28 |
| Водопоглощение, % | < 2 | – | 1 |
| Предельное сопротивление сдвигу (на 10-е сутки), МПа | >0,5 | 0,3—0,5 | >0,5 |
Иногда для получения необходимой дисперсности глинистых растворов на местных глинах введение химического диспергатора оказывается недостаточным. Поэтому приходится прибегать к механической очистке глинистых растворов от крупных частиц с помощью гидроциклонов.
В настоящее время рецептура глинисто-силикатных растворов продолжает совершенствоваться. В НИИ оснований разработана рецептура так называемых активизированных глинисто-силикатных растворов (АГС). В них дорогостоящий диспергатор ГМФ (гексаметафосфат) заменен недефицитным и доступным ДАХ, в состав которого вводится фтористый натрий. Введение недефицитного диспергатора ДАХ делает новые растворы более экономичными, стоимость материалов в них по сравнению с обычными растворами на 40% ниже. Особенно перспективны глинисто-силикатные растворы для подземного строительства.