Вопросы внедрения метода в практику и его исторические аспекты [31, 32] изложены в работах Йостена, Стаматиу, Ржаницына. Двухрастворная силикатизация применяется для закрепления песков при коэффициенте фильтрации 2—80 м/сут и сводится к поочередному нагнетанию в грунт растворов силиката натрия и хлористого кальция. В результате химической реакции, происходящей между этими растворами, в порах грунта выделяется гидрогель кремневой кислоты (Si02) и грунт быстро и прочно закрепляется [31]. Химическая реакция взаимодействия между растворами протекает следующим образом:
Помимо геля кремневой кислоты, как видно из реакции, в порах грунта образуется и гидроокись кальция, которая также участвует в его упрочнении, связывая своей аморфной массой мелкие частицы грунта. В дальнейшем, как показали исследования, реакция между гидратом окиси кальция и избытком хлористого кальция приводит к образованию оксихлоридов кальция, что является также положительным фактором в процессе закрепления грунта:
В результате всех этих процессов песчаный грунт приобретает прочность порядка 1,5—5 МПа, водонепроницаемость и устойчивость в агрессивных средах. Эти свойства обеспечили способу применение в различных областях строительства для: увеличения несущей способности грунта под фундаментами зданий и сооружений; защиты котлованов от притока грунтовых вод; закрепления грунтов при проходке шахт, штолен и других подземных выработок; создания водонепроницаемых завес и стенок гидротехнических сооружений; борьбы с фильтрацией воды в бетонных сооружениях.
3. Однорастворная силикатизация
Возводить фундаменты и подземные сооружения часто приходится в сложных гидрогеологических условиях. Особую опасность представляют мелкие пески и плывуны, обладающие подвижностью. Коэффициент фильтрации их незначителен и колеблется в пределах 0,5—1 м/сут. Для закрепления мелких песков и плывунов разработан способ однорастворной силикатизации [19, 20]. Он основан на введении в грунт гелеобразую-щего раствора, состоящего из двух или трех компонентов, с вязкостью, близкой к вязкости воды (2—5 спз) и с замедленным (заранее заданным) временем гелеобразования. Однорастворная силикатизация сообщает грунту водонепроницаемость, достаточно высокую механическую прочность и применяется для защиты котлованов от притока грунтовых вод; закрепления грунтов при проходке подземных выработок; создания водонепроницаемых завес в гидротехнических сооружениях; увеличения несущей способности грунтов под фундаментами зданий и сооружений (рецептура: силикат натрия+кремнефтористоводородная кислота).
Силикатно-фосфорнокислая рецептура. В качестве отвердителя в данной рецептуре используется ортофосфорная кислота — Н3РО4. Выделение геля из гелеобразующего раствора происходит по реакции
Широкого применения в строительной практике из-за дефицитности фосфорной кислоты рецептура не получила.
Силикатно-алюмосернокислая рецептура. Отвердителем в этой рецептуре является жидкое стекло кислого золя, состоящее из двух компонентов — серной кислоты и сернокислого алюминия. Использование серной кислоты в качестве коагулянта рентабельно. Однако она слишком быстро коагулирует жидкое стекло, вследствие чего затрудняется регулирование времени гелеобразования. Для замедления процесса коагуляции в раствор серной кислоты добавляют реагенты, выполняющие роль буфера в процессе гелеобразования. Таким реагентом и является сернокислый алюминий.
Общий ход реакции между компонентами смеси можно представить следующим уравнением:
По тампонажным качествам силикатно-алюмосерно-кислый раствор не уступает силикатно-фосфорнокислому, но в состав его входят дешевые и недефицитные реактивы: серная кислота и сернокислый алюминий, что в 3—4 раза уменьшает стоимость материалов.
Силикатно-фтористосернокислая рецептура. В качестве отвердителя в указанной рецептуре используется серная кислота (в составе кислого золя). Буферные свойства кислоте придает фтористый натрий. Кислый золь готовится на 5%-ном растворе серной кислоты, в которую добавляется 0,5% фтористого натрия. Отдельно готовится раствор жидкого стекла плотностью 1,05 г/см3. Эти два раствора сливаются в соотношении 1:1. Приготовленный кислый золь вводится в раствор силиката натрия плотности 1,19 г/см3 в соотношении 4,3—3,4 части кислого золя (в зависимости от времени гелеобразования) на 2 части раствора силиката натрия.
