VIII.1.5. Газовая силикатизация

Способ газовой силикатизации основан на применении в качестве отвердителя жидкого стекла углекислого газа СО2. Сущность этого способа заключается в последовательном нагнетании в грунт через инъекторы или специально оборудованные скважины раствора силиката натрия и углекислого газа. Растворимая углекислота связывает щелочной компонент силиката натрия по реакции

Н2О + СО2 >> Н2СО3; NaOH + Н2СО3 >> NaHCO3 + Н2О,

что приводит к увеличению модуля силиката натрия и при определенных его значениях к коагуляции с образованием геля кремнекислоты, который цементирует грунт. Реакция протекает не более 2—3 мин. Грунт приобретает прочность и водоустойчивость [24].

Проведенными работами [24] установлено следующее:

  • – можно закреплять данным методом песчаные и супесчаные грунты с Kф = 0,1—20 м/сут, в том числе и водонасыщенные;
  • – объем закрепления увеличивается по сравнению с обычной однорастворной силикатизацией на 75% в зоне аэрации и на 25—40% в водонасыщенных грунтах;
  • – оптимальное количество углекислого газа на 1 м3 грунта равно 4 кг.

В лессовых грунтах после закрепления их силикатом натрия и углекислым газом наблюдалось:

  • – увеличение в 2—2,5 раза объема закрепления по сравнению с контрольным закреплением (силикатом натрия без СО2);
  • – возрастание в 2 раза показателей прочности при сжатии;
  • – повышение водостойкости, так как при хранении в воде в образцах Rсж снизилась на 30% против 50% для контрольных образцов [24].

Увеличение объема происходит за счет перемещения при нагнетании газа неотвержденного силикатного раствора из приинъекционной зоны в незакрепленный грунт. Повышение прочности (до 2—3 МПа) достигается химическим связыванием избытка раствора силиката натрия, не вступившего в реакцию с лессовым грунтом, который, по исследованиям В.Е. Соколовича, всегда присутствует в силикатированном лессе (рис. VIII-2). Оптимум расхода СО2 на 1 м3 грунта составляет 2—3 кг. Углекислый газ — дешевый и доступный реагент [42].

Инъецирование силикатного раствора при обычной силикатизации   Инъецирование силикатного раствора при газовой силикатизации
Рис. VIII-2. Инъецирование силикатного раствора плотности γp = 1,09 при силикатизации
а — обычная силикатизация; б — газовая силикатизация

Существуют два варианта этого способа — без предварительной и с предварительной обработкой песчаного грунта углекислым газом.

По первому варианту закрепление грунта идет по схеме:

  • – грунт + раствор силиката натрия + СО2;

по второму — по схеме:

  • – СО2 + грунт + раствор силиката натрия + СО2.

Второй вариант более эффективен, так как дает довольно высокую прочность — до 2 МПа и в 150—500 раз снижает водопроницаемость грунта (рис. VIII-3).

Газовая силикатизация песков с предварительной активизацией их углекислым газом
Рис. VIII-3. Газовая силикатизация песков с предварительной активизацией их углекислым газом
а — технология производства работ; б — влияние предварительной активизации на прочность закрепления; в — кинетика процесса закрепления

Газовую силикатизацию рекомендуется применять для закрепления:

  • – бескарбонатных и карбонатных песчаных грунтов с неограниченным содержанием карбонатов с различной степенью влажности QС1 и загипсованных грунтов с неограниченным содержанием гипса с Kф от 0,1 до 20 м/сут;
  • – лессовых грунтов со степенью влажности не более 0,7* (* Степень влажности грунта С для заполнения объема грунта водой — см. СНиП II-Б.1-62.) и Kф не ниже 0,1 м/сут.

Области использования способа в строительной практике:

  • – повышение несущей способности слабых грунтов, залегающих в основании строящихся или существующих зданий и сооружений;
  • – создание фундаментов из закрепленного грунта;
  • – проходка подземных выработок;
  • – придание грунту водонепроницаемости при устройстве противофильтрационных завес в основании гидротехнических сооружений, проходке котлованов, устройстве экранов.

Смородинов М.И. Справочник по общестроительным работам. Основания и фундаменты