Стабилизация глинистых грунтов известью

17.06.2018
Еще давно было известно, что прочностные свойства глинистых пород обычно существенно улучшаются при добавке к ним гашеной извести, Са(ОН)2. Недавно строители дорог и аэродромов обнаружили, что известь, применяемая в качестве стабилизатора, существенно улучшает строительные свойства глинистых грунтов с большим содержанием разбухающих глинистых минералов, уменьшая число пластичности и увеличивая прочностные параметры несущих поверхностей. Это воздействие извести на свойства глинистых грунтов объяснялось агрегацией диспергированной глины, замещением кальцием других обменных катионов, например водорода, натрия и калия, пуццолановыми реакциями, которые, по-видимому, приводят к образованию силикатов кальция при взаимодействии извести со свободным кремнеземом, содержащимся в грунтах, и постепенной реакцией извести с атмосферным и почвенным углекислым газом с образованием углекислого кальция, что приводит к цементации частиц грунта.

Идее и Грим исследовали реакции извести с некоторыми чистыми глинистыми минералами, которые имеют место при стабилизации грунтов. По данным этих исследований, между известью, с одной стороны, и каолинитом, иллитом, монтмориллонитом и некоторыми смешаннослойными минералами, с другой, происходят химические реакции, сопровождающиеся увеличением прочностных характеристик глин. Реакции извести с другими глинистыми минералами не изучались, однако эти реакции, вероятно, также имеют место. В зависимости от состава глинистых минералов колеблется и количество извести, необходимое для эффективной обработки грунта для повышения его прочности. Например, для глин, изученных Идесом и Гримом, в случае каолинита оптимальное количество извести для развития максимальной прочности составило 4—6%, а для иллита и монтмориллонита 8%; в некоторых случаях требовалось даже больше извести.

Прочность каолинитовых глин повышается сразу после добавки небольших порций извести (фиг. 5-34). В случае же иллитовой и монтмориллонитовой глин требуется примерно 4—6% извести, чтобы их прочность стала хоть несколько выше первоначальной.

Реакция извести с каолинитом приводит к образованию новых кристаллических фаз, которые на основании рентгеноструктурных данных определяются как гидросиликаты кальция. Эта реакция, по-видимому, заключается в разъедании известью краев каолинитовых частиц, причем новая фаза образуется в виде оболочки, облекающей ядро, представленное неизмененным каолинитом. В противоположность этому реакция извести с трехслойными глинистыми минералами начинается с замещения межслоевых катионов ионами кальция. После насыщения кальцием межслоевых позиций меняется структура глинистого минерала в целом без промежуточных новых кристаллических фаз. Впоследствии, особенно при добавке больших количеств извести, образуются новые, трудно определимые кристаллические вещества, которые несомненно являются гидросиликатами кальция и алюмокальциевыми гидратами. В случае иллитовых и монтмориллонитовых глин происходит лишь незначительное увеличение прочности. Разрушение глинистых минералов начинается сразу после того, как глина насыщается известью. Прочность каолинитовой глины повышается сразу после воздействия извести на некоторые участки поверхностей частиц каолинита.

В случае монтмориллонитов, обладающих высокой емкостью катионного обмена, требуется много извести, чтобы кальций проник в межслоевые позиции минералов и покрыл поверхности частиц. Поэтому небольшие добавки извести почти или совсем не вызывают увеличения прочности монтмориллонитовых глин. Для полного насыщения натриевых монтмориллонитов кальцием требуется больше извести, чем для насыщения кальциевого монтмориллонита, и поэтому в случае натриевого монтмориллонита прочность увеличивается медленнее, чем в случае кальциевого монтмориллонита.

Образец иллитовой глины (фиг. 5-34) содержал некоторое количество ионов сульфата, образовавшихся в результате окисления пирита. Начальное уменьшение прочности этой глины, возможно, объясняется реакцией сульфат-ионов с известью. Первоначально присутствовавший сульфат, вероятно, обусловливал некоторое увеличение прочности природной глины, которая исчезла в результате реакции с известью. После того как все сульфаты прореагируют, иллитовая глина насыщается кальцием и ее прочность повышается.

Идее и Грим указали, что прочность глин повышается в результате разобранных выше реакций. Увеличение прочности сопровождается явными структурными превращениями глинистых минералов, а, следовательно, эти реакции более или менее обычны. В некоторых случаях в грунтах может оставаться свободная известь, которая позднее, вероятно, переходит в углекислый кальций, повышая тем самым прочность грунтов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: