СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГЛИНИСТЫХ ИЛИ ИЛИСТЫХ ГРУНТОВ Советский патент 1967 года по МПК E02D3/11 

Изобретение относится к способам искусствениого закрепления слабых водопасыщеииых грунтов и грунтовых основаии и может быть использовано как при строительстве, так и эксплуатапии гражданских промышленных, гидротехнических и других сооружений и объектов с целью улучшения физико-ме санических свойств переувлажненных глинистых и илистых грунгов и повышения их иесундей 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 rpyiii последовательно нагнетают раствор СаСЬ и смесь растворов Ре2(804)з и KA1(S04)2 12Н,О соответственно в первую и вторую трети периода закрепления, а через катоды-ннъекторы вводят в течение всего периода закрепления раствор жидкого стекла.

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

щать его ионами, образующими между собой и с минеральными частицами грунта как в анодной (кислой), так и в катодной (щелочной) зонах прочные водонерастворимые соединения при одновременном снижении начальной влажности. В связи с этим глинистые и илистые грунты приобретают пониженную влажность, высокую прочность и водостойкость практически одииаковые во всем межэлектродном пространстве.

Кроме того, сокращается длительность процесса закрепления на 15-25%.

На чертеже изображена схема размещения

электродов и основных элементов растворной сети в процессе закрепления. В грунт через аноды-ииъекторы / самотеком из резервуаров 2 и 3 но разводящей сети 4 вводят раствор СаСЬ и смесь растворов Ре2(504)з, KA1(S04)2

-121-120 соответственно 10 и БО/О-НОЙ концентрации.

При этом раствор СаСЬ подается в течение первой трети периода закрепления, а смесь растворов Реа(504)з и КА1 (504)2- 12Н2О, взятых В отношеиин 1 : 1, в течение второй трети периода. В заключительную треть периода растворы в аноды-инъекторы не вводятся. Через катоды-инъекторы 5, сиабженные песчаной прослойкой 6, в течение всего периода занием циркулирует раствор жидкого стекла с объемным весом 1Д - г/см.

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 подается в песчаную прослойку и далее через катодинъектор в сборочный резервуар 9.

Постоянная циркуляция катодного раствора через песчаную прослойку обеспечивает введение под воздействием постоянного электрического тока в грунт апионов SiOs 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 коицентрированного 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 водоиерастворимых соединений в щелочной и кислой средах.

В лучшей степени этим требованиям удовлетворяют соли кальция, железа и алюминия, чем и объясняется выбор анодных электролитов - CaCla, Ре2{5О4)з и KA1(SO4)2-ISHoO.

Ион кальция способен вступать во взаимодействие с другими ионами и участвовать в образовании гидроокиси Са(ОН)о 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 не производит. Ионы окисного железа и алюминия при взаимодействии с находящимися в грунтовом растворе ионами ОН , СОз, SiOs и др. образуют прочиые водоиерастворимые соединения. Наиболее благоприятной для этих реакций является кислая среда.

гуляции 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 в первую очередь.

За первую треть периода электрообработки произойдет насыщение ионами Са анодной зоны, в которой он, в основном, остается в свободном состоянии. За вторую треть ион Са переместится в катодную зону, где участвует в образовании гидроокиси, карбонатов и других солей. Анодная зона в этот период насыщается одновременно ионами А1 и Fe, которые при перемещении в сторону катода участвуют в 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 электрохнмического закрепления при циркуляционном способе отводится катодному электролиту. Он поглощает н транспортирует на поверхность земли выделяющуюся на катодах воду н является источником анионов, которые под действием электрического поля перемещаются в сторопу анода и участвуют с другими нонами и минеральными частицами грунта в образовании прочных водоиерастворимых соедииеНИИ. Этим требованиям в большей степени удовлетворяет раствор жидкого стекла (силикат натрия), который является богатым

источником анионов ОН и SiOa , 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, поглощепиым комплексом и минеральными частицами грунта в самом разнообразном сочетании. В результате реакций большое количество продуктов, которые участвуют в формировании новых структурных очагов, достраивают кристаллическую рещетку частиц или просто склеивают (цементируют) минеральные частицы.

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

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 и АУ, наоборот, имеют наибольшую энергию вхождения в диффузионные слои глинистых частиц. Поэтому замена одно- и двухвалентных ионов на трехвалентные 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 процессов, происходящих в грунте при воздействин на пего постоянного электрического тока.

Предмет изобретения

1.Способ электрохимического закрепления глинистых пли илистых грунтов посредством введения в них через электроды-инъекторы растворов солей, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и водостойкости, через аиоды-инъекторы в грунт последовательно нагнетают раствор CaCU и смесь растворов Ре2(5О4)з и KA1(SO4)2-12Н2О соответственно в первую и вторую трети периода закрепления, а через катоды-инъекторы вводят в течение всего периода закрепления раствор жидкого стекла.

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