Способ электрохимического закрепления глинистых или илистых грунтов

 

ОЛИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советски

Социалистическими

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 19.V.1965 (№ 1009372/29-14) 7. 84С, 3, 14 с присоединением заявки №

Приоритет

М11К Е 02с1 а ДК 624.138.5(088.8) Комитет по делан изобретений N открытий при Совете Министров

СССР

Опубликовано 04Х.1967. Бюллетень ¹ 10

Дата опубликования описания 13Х11.1967

Автор изобретения

В. В. Чепелев

Ленинградская военная инженерная Краснознаменная академия им. A. Ф. Можайского

Заявитель

СНОСОВ ЗЛЕКТРОХИМИт1ЕСКОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГЛИНИСТЫХ

ИЛИ ИЛИСТЫХ (РУНТОВ

Изобретение относится к способам искусственного закрепления слабых водонасьпценпых грунтов и грунтовых оснований и может быть использовано как при строительстве, так и эксплуатации гражданских промышленны. :., гидротехничсских и других сооружений и объектов с целью улучшения физико-механических свойств переувлажненных глинистых и илистых грунтов и повь,шения их несущей способности.

Известны способы электрохимического закрепления глинистых грунтов введением в них различных растворов солей.

Предлагаемый способ позволяет повысить прочность, водостойкость грунта и равномерность закрепления его в межэлектродном пространстве.

Достигается это тем, что в грунт последовательно нагнетают раствор СаС!з и смесь растворов Fe (SO<): и KA!(SO„) ° 12Н,О соответственно в первую и вторую трети периода закрепления, а через катоды-пнъекторы вводят в течение всего периода закрепления раствор жидкого стекла.

При этом для повышения надежности закрепления грунта через катод-инъсктор подают раствор жидкого стекла повышенной Koilцентрации.

Новая технология введения в грунт растворов солей, а такзке их состав позволяют насыщать его ионами, образующими между собой и с минеральными частицами грунта как в анодной (кислой), так и в катодной (щелочной) зон",х прочные водонерастворимые соединения прп одновременном снижении начальной влажности. В связи с этим глинистые и илистые грунты приобретают пониженную влажность, высокую прочность и водостоикость практически одинаковые во всем меж10 электродном пространстве.

Кроме -:îãî,,сокращается длительность процесса закрепления на 15 — 25%.

На чертеже изображена схема размещения

1 электродов и основных элементов растворной сети в процессе закрепления, В грунт через аноды-инъекторы 1 самотеком пз резервуаров

2 и 8 по разводящей сети 4 вводят раствор

СаС1 и смесь растворов Fe>(SO4)з, KA1(SO<)

12Н:О соответственно 10 и 5%-ной концентрации.

При этом раствор СаС1в подается в течение первой трети периода закрепления, а смесь растворов Fe>(SOq)з и KA!(SOq) ° 12НвО, взятых в отношении 1: 1, в течение второй трети периода. В заключительную треть периода растворы в аноды-инъекторы не вводятся. Через катоды-пнъекторы 5, снабженные песчаной прослойкой 6, в течение всего периода за30 крепления под небольшим избыточным давле195974

65 нием циркулирует раствор жидкого стекла с объемным весом у=1,1 — 1,2 г/смз.

При этом направление циркуляции может быть принято прямым и обратным. В первом случае раствор из резервуара 7 по распределителю 8 подается в катод-инъектор и, переходя песчаную прослойку снизу вверх, изливается в сборочный резервуар 9, откуда при помощи центробежного насоса 10 перекачивается в резервуар 7. При обратном направлении циркуляции раствор из резервуара 7 подастся в песчаную прослойку и далее через катодинъектор в сборочный резервуар 9.

Постоянная циркуляция катодного раствора через песчаную прослойку обеспечивает введение под воздеиствием постоянного электри" ческого тока в грунт анионов Si03 и ОН, а также увеличение и вынос в сборочный резервуар электроосмотических выделяемой у катодов-инъекторов воды.

Периодически в течение периода закрепления производится восстановление начальной концентрации раствора добавлением в циркулирующий раствор концентрированного жидкого стекла.

В процессе обработки глинистого грунта постоянным электрическим током происходит перераспределение ионов Н и ОН в межэлектродном пространстве с образованием у катодов-инъекторов щелочной среды, а у анодов-инъекторов — кислой среды. Поэтому в состав электролитов должны входить такие компоненты, ионы которых могут участвовать в образовании гелей и других водонерастворимых соединений в щелочной и кислой средах.

В лучшей степени этим требованиям удовлетворяют соли кальция, железа и алюминия, чем и объясняется выбор анодных электролитов — С а С 1, Fe> (SO<) з и КА1 (SO4) ° 12Н О.

Ион кальция способен вступать во взаимодействие с другими ионами и участвовать в образовании гидроокиси Са(ОН) ° в щелочной среде.

В результате вторичных реакций, происходящих между гидроокисью кальция и углекислотой, содержащейся в грунтовом растворе, или минеральными частицами, образуются карбонаты и гидросиликаты кальция, придающие грунту повышенную прочность и водостойкость.

В кислой среде ион кальция не участвует в образовании легко растворимых солей и эффекта закрепления пе производит. Ионы окисного железа и алюминия при взаимодействии с находящимися в грунтовом растворе ионами

ОН, СОз, SiO a и др. образуют прочные водонерастворимые соединения. Наиболее благоприятной для этих реакций является кислая среда.

Кроме того, попы Аl " и Fe" участвуют в образовании большого числа коллоидных частиц, которые в результате последующей коагуляции и склеивающего действия также способствуют упрочнению структуры грунта.

Последовательность введения в грунт анодного электролита переменного состава принимается из условий, благоприятствующих прохождению соответствующих реакций.

Поскольку ионом Са" необходимо насыщать катодную зону, то раствор его соли вводится и первую очередь.

За первую треть периода электрообработкн произойдет насыщение ионами Ca" анодной зоны, в которой он, в основном, остается в свободном состоянии. 3а вторую треть иоп

Са" переместится в катодную зону, где участвует в образовании гидроокиси, карбонатов и других солей. Лнодная зона в этот период насьпцается одпогремепно ионами Аl" и Ге", которые при перемещении в сторону катода у IBcTBvfoT B образовании гидроокисей, кислых и основных солей и т. п.

В третий период электрообработки в аноды электролиты не вводятся с тем, чтобы снизить влажность закрепляемого грунта. Это условие необходимо для ускорения процесса старения гелей и цементации глинистых частиц. В этот же период ионы Са" достигают поверхности катодов, т. е. заканчивается полностью процесс насыщения закрепляемого грунта.

Большая роль в общем процессе электрохимического закрепления при циркуляционном способе отводится катодному электролиту. Оп поглощает и транспортирует на поверхность земли выделяющуюся на катодах воду и является истоГпшком анионов, которые под действием электрического поля перемещаются в сторону анода и участвуют с другими ионами и минеральными частицами грунта в образовании прочных водоперастворимых соединений. Этим требованиям в большей степени удовлетворяет раствор жидкого стекла (силикат натрия), который является богатым источником апионов ОН и $!Оз, активно участвующих, совместно со всеми катионами анодного электролита) в образовании гидроокисей и водонерастворимых солей.

Таким образом, совокупное применение указанных электролитов (анодного и катодного) способствует развитию в грунте большого числа химических реакций, происходящих между ионами электролитов, поглощенным комплексом и минеральными частицами грунта в самом разнообразном сочетании. В резулы ате реакций большое количество продуктов, которые участвуют в формировании новых структурных очагов, достраивают кристаллическую решетку частиц или просто склеивают (цементируют) минеральные частицы.

Наряду с химическими реакциями в грунте при закреплении его циркуляционным способом наиболее интенсивно (в сравнении с сугцествующими способами) происходят реакции обмена.

Как известно, наиболее распространенными

195974

Предмет изобретения

Составитель Л. Ларина

Рс",àêòîð М. Жиляева Техред Т. П. Курилко Корректорьп H. В. Черетаева и Л, В. Наделяева

"-аказ 2142, 6 Тираж 535 Подписное

ЦНИИ11И Комитета по делам изобретений и открь тий прп Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр Сапунова, 2 катионами поглощенного комплекса глинистых грунтов являются Na, К, Са" и Mg", которые по энергии вхождения располагаются в конце ряда активных металлов. Применяемые же в составе анодного электролита ионы

Fc" и Л1", наоборот, имеют наибольшую энергию вхождения в диффузионные слои глинистых частиц. Поэтому замена одно- и двухвалентных ионов на трех валентные вызывает значительное уменьшение толщины диффузного слоя частиц и перераспределение зарядов. Все это приводит к наиболее интенсивной коагуляции мелкодисперсной фазы грунта.

Таким образом, закрепление глинистых и илистых грунтов описываемым способом предусматривает наиболее эффективное использование всех видов физико-химических, химических и структурообразовательных процесcoi3, происходящих в грунте при воздействии на него постоянного электрического тока.

1. Способ электрохимического закрепления глинистых плн илистых грунтов посредством введения в них через электроды-инъекторы растворов солей, отличающийся тем, что, с целью повь:щения прочности и водостойкостп, через аноды-пнъекторы в грунт последовательно нагнетают раствор СаС1е и смесь растворов Fe.; (SO„).- и KA1(SO ) ° 12НвО соотвстстьенно в первую и вторую трети периода закрепления, а через катоды-инъекторы вводят в течение всего периода закрепления раствор жидкого стекла.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности закрепления грунта, через катод-инъектор периодически подают раствор жидкого стекла повышенной

20 копцснтрац!п!,