Назначение глинистых растворов, их свойства

При строительстве методом "стена в грунте" для количественной характеристики свойств глинистой суспензии принята выработанная опытом, совокупность ее эксплутационных параметров, включающая плотность, условную вязкость, статистическое напряжение сдвига, показатель водоотдачи, толщину глинистой корки, стабильность. Одним из основных требований к глинистым суспензиям является обеспечение ими устойчивости стен траншей как в период ее разработки, так и в период последующего возведения в ней стеновых конструкций. Глинистая суспензия, заполняющая разрабатываемую или уже готовую траншею, должна предотвращать обрушение последней, создавая требуемое гидростатическое противодавление, превышающее в любой точке на стенке траншеи активное давление окружающего грунта и грунтовых вод. Для этого она должна обладать необходимой плотностью, которая достигается соответствующим подбором состава суспензии. Контроль за плотностью суспензии в полевых условиях и лаборатории осуществляется при помощи ареометра марки АГ-2.

Условную вязкость суспензии, характеризующую ее подвижность, измеряют временем истечения (в секундах) 500 мл глинистой суспензии через воронку вискозиметра СПВ-5. Требования к вязкости глинистой суспензии противоречивы. Для уменьшения сопротивления рабочих органов землеройных машин эта вязкость должна быть по возможности меньшей, а для того, чтобы глинистая суспензия удерживала во взвешенном состоянии частицы разрабатываемого грунта и предотвращала их осаждение на дно траншеи, она должна быть достаточно большой. Одновременно для обеспечения требуемой толщины заглинизированного слоя экрана суспензия должна быть подвижной, т. е. маловязкой, а для обеспечения прочности этого слоя — достаточно вязкой. На практике всем этим требованиям обычно удовлетворяет условная вязкость суспензии Т, равная 20-25 с.

Статическое напряжение сдвига (СНС) характеризует прочность структуры суспензии и способствует образованию прочного экрана на стенке траншеи, а также лучшему взвешиванию грунтовых частиц суспензии, но снижает производительность разрабатывающих траншей землеройных машин с быстро вращающимся рабочим органом. Статическое напряжение сдвига, выражаемое в Па, определяется при помощи прибора СНС-2, основанном на измерении сопротивления вращению цилиндра в вязкой суспензии. СНС определяют через 1 мин. и 10 мин. после перемешивания суспензии.

Приемлемое значение СНС через 10 мин. после перемешивания находится в пределах 2—5 КПа, причем верхний предел этой величины относится к разработке траншей в крупных песках.

Показатель водоотдачи суспензии является также важным и выражает ее способность отдавать воду окружающим траншею водопроницаемым грунтам и породам. Водоотдача измеряется прибором ВМ-6 под давлением 0,1 МПа за 30 мин. на площади 100 см2. Она не должна превышать 25—30 мл.

Толщина глинистой корки на стенках траншеи, создаваемых под глинистой суспензией, имеет особо важное значение, если ширина или диаметр скважины невелики и в результате фильтрации чистой воды из них в окружающий грунт на стенках выработки образуется глинистая корка большой толщины и остающийся просвет окажется меньше требуемого. Показатель "толщина глинистой корки" определяется на фильтровальной бумаге в приборе ВМ-6 одновременно с определением показателя "водоотдача глинистой суспензии" и принимается равным 3—4 мм.

Важным также является показатель стабильности глинистой суспензии, характеризующий ее способность, оставаясь в покое, не расслаиваться. Он определяется в сосуде ЦС-2 емкостью 800 мл через 24 часа после его наполнения как разность объемных масс верхних и нижних слоев глинистой суспензии. Этот показатель не должен превышать 0,02 г/см3. Стабильность глинистой суспензии измеряется также относительной величиной так называемого отстоя, т.е. отношением объема чистой прозрачной воды к общему объему суспензии после суточного пребывания ее в покое в градуированном цилиндре вместимостью 100 мл. Если показатель стабильности выше указанной величины, также глинистые суспензии называются расслаивающимися или нестабильными.

Водородный показатель (рН), выражающий концентрацию водородных ионов в суспензии, важен для ее тиксотропных свойств, наиболее ярко проявляющихся при рН 8—10. Максимальная стабильность суспензии имеет место при рН 10, 5— 11,5.

Содержание песка и недиспергированных частиц в глинистой суспензии определяют в приборе-отстойнике ОМ-2 и выражают в процентах от объема суспензии. Допустимое содержание песка принимают равным 4%. Избыток песка в суспензии удаляется: крупный — процеживанием, а средний и мелкий — в отстойниках или гидроциклонах.

Для приготовления высококачественных тиксотропных суспензий применяют бентонитовые высокодисперсные и местные глины, которые должны иметь следующие предварительные характеристики:

1. Плотность — 2,7-2,75 г/см3.

2. Число пластичности — не менее 20.

3. Набухание — не менее 15-20%.

4. Влажность на пределе раскатывания — не менее 25%.

5. Гранулометрический состав песчаных частиц размером 1,0-0,05 мм.

Местные глины могут быть облагорожены добавками привозных качественных глин. В каждом конкретном случае выбор глины для приготовления глинистых суспензий должен быть обоснован лабораторными исследованиями и технико-экономическим расчетом.

Применение суспензий из дешевых глин дает большой экономический эффект, так как это не только снижает общую стоимость строительства заглубленных сооружений, но и разгружает железнодорожный транспорт, сокращает объем перевозок высококачественных бентонитовых глин, месторождения которых расположены далеко от мест их потребления.