Читайте также:
|
Дослідженнями Філатова, Охотіна, Безрука було встановлено, що при укріпленні ґрунтів вапном, так само як і при укріпленні їх цементом, в результаті процесів кристалізаційно-конденсаційного структуроутворення відбувається корінна зміна властивостей оброблюваних ґрунтів, які набувають відносно високої механічної міцності і водостійкості.
З кінця п'ятдесятих років у ряді країн намітилася тенденція до різкого збільшення об'ємів робіт по укріпленню ґрунтів вапном в дорожньому і аеродромному будівництві.
Для укріплення ґрунтів, як показала практика і теоретичні дослідження, можуть застосовуватися гашене гідратне Са(ОН)2 і мелене негашене СаО вапно, що відноситься до маломагнезійного, магнезійного і доломітового (високомагнезійного) вапна. Успішно можна застосовувати також слабогідравлічне і сильногідравлічне вапно.
При твердінні будівельних розчинів, приготованих на гашеному гідратному вапні, тонкодисперсні частки гідрату оксиду кальцію у присутності води починають перекристалізовуватися в крупніші кристали. В результаті зрощення кристалів Са(ОН)2 утворюється розгалужений вапняний каркас. Такий процес кристалізації протікає повільно.
Разом з вказаним вище процесом при твердненні вапна відбувається процес карбонізації гідрату оксиду кальцію за рахунок поглинання вуглекислоти з повітря. Такий процес протікає достатньо інтенсивно тільки у присутності вологи і при достатньо крупних газопроникних порах в матеріалі і розповсюджується на невелику глибину в тверднучому матеріалі.
Плівка вуглекислого кальцію, що утворюється в перший період тверднення на поверхні вапна, кольматує пори і тим самим утрудняє проникнення вуглекислоти в глибші внутрішні шари матеріалу. Завдяки цьому процес карбонізації сильно гальмується і може навіть майже припинитися.
При зачиненні водою і подальшому твердінні меленого негашеного вапна СаО, відбувається процес гідратаційного твердіння, що виражається в гідратації оксиду кальцію і подальшої коллоїдації і кристалізації продукту гідратації.
При твердненні меленого негашеного вапна спочатку відбувається його розчинення у воді з утворенням насиченого розчину, який швидко стає перенасиченим, оскільки розчинність вапна з підвищенням температури, що має місце при гасінні зерен СаО, істотно зменшується. Перенасичення виникає також і внаслідок відсмоктування води всередину зерен непогашеного вапна.
Через швидке і сильне перенасичення розчину при зачиненні водою негашеного вапна гідрат оксиду кальцію складається з часток, що наближаються за своїми розмірами до колоїдних. Колоїдний гідрат оксиду кальцію швидко коагулює в гідрогель, який склеює частки ґрунту одну з одним. В міру подальшого відсмоктування води внутрішніми шарами зерен СаО і мікроагрегатів ґрунту (у разі обробки глинистих ґрунтів), а також випаровування води, утворений гідрогель ущільнюється, що викликає зростання міцності твердіючого вапна.
При твердненні гашеного гідратного вапна такої картини не спостерігається, оскільки в цьому випадку гідрогель містить дуже багато води і його клеюча здатність ослаблена.
Умовами, сприяючими гідратаційному твердінню, є: швидке і рівномірне відведення тепла, що виділяється при гасінні часток СаО, і твердінні продуктів гідратації, недопущення збільшення об'єму тверднучої маси. Виникаюча за таких умов коагуляційна структура не руйнується, а зберігається і в ній викристалізовуються гідрати новоутворень. Деякі поверхневоактивні речовини, наприклад сульфітно-спиртна барда, що вводиться одночасно з добавкою гіпсу, уповільнюють процес гідратації вапна, що сприяє утворенню міцної структури матеріалу.
Описані вище умови можуть бути забезпечені при укріпленні суглинків і глин добавками меленого негашеного вапна. Наявність процесів гідратаційного твердіння при укріпленні глинистих ґрунтів добавками СаО була встановлена дослідженнями Безрука, Морозова і Єгорова. Ефект гідратаційного тверднення особливо помітний при укріпленні ґрунтів добавками магнезійного і високомагнезійного (доломітового) меленого негашеного вапна, яке гаситься поволі.
У тому випадку, коли в суспензії в’яжучого ще мало гідрату і у водній фазі підтримується достатньо високе перенасичення, виникає каркас, що представляє остов кристалізаційної структури. Надалі, коли перенасичення зменшується, відбувається в основному зростання кристалів, при цьому спостерігається зростання міцності структури тверднення.
Кристалізаційні контакти, що є місцями безпосереднього зрощення кристалів новоутворень, неминуче повинні мати спотворену кристалічну решітку, оскільки вони сполучають кристали, що мають абсолютно безладну орієнтацію.
Процес твердіння, що включає зростання кристалів, зв'язаних контактами зрощення, супроводжується значним кристалізаційним тиском, що приводить до виникнення внутрішніх напружень, слідством чого при дуже жорстких контактах може мати місце зниження кінцевої міцності структури.
З цього виходить, що за інших рівних умов повинно існувати оптимальне перенасичення продуктами гідратації, при якому і досягатиметься максимальна міцність структури тверднення.
Виходячи з цього можна вважати, що при укріпленні глинистих ґрунтів вапном відбуваються наступні взаємозв'язані процеси. Двовалентні іони кальцію, будучи сильним коагулятором, викликають коагуляцію глинистих і колоїдних часток ґрунту, а також сприяють укріпленню мікроагрегатної структури тонкодисперсної частини ґрунту.
Одночасно з процесами коагуляції і фізико-хімічними (обмінними) реакціями велике значення мають реакції хімічної взаємодії вапна з тонкодисперсною частиною ґрунту, в результаті якого утворюються гідросилікати і гідроалюмінати кальцію, що володіють цементуючою здатністю. Про наявність активної хімічної взаємодії вапна з алюмосилікатною і силікатною частиною ґрунту свідчить той факт, що звичайне повітряне вапно набуває властивостей гідравлічного в’яжучого.
Реакції хімічної взаємодії займають важливе місце в процесах твердіння і структуроутворення вапнованого ґрунту.
При укріпленні ґрунтів гашеним гідратним вапном разом з вказаними вище процесами має місце перекристалізація Са(ОН)2.
У разі використання добавок меленого негашеного вапна протікають також процеси гідратаційного тверднення, що забезпечують істотне підвищення міцності і прискорення тверднення ґрунту, укріпленого вапном.
Ця реакція має місце, коли вапно хімічно взаємодіє з частинками каолініту на їх краях, внаслідок чого утворюється кірка навколо каолініту. На відміну від цього реакції вапна з тришаровими мінералами (монтморилоніт) починаються із заміщення катіонів, адсорбованих між шарами силікату, на Са++. Услід за насиченням міжшарового пакетного простору Са++ вся структура глинистого мінералу руйнується без значного утворення нових кристалічних фаз.
Дата добавления: 2014-12-15; просмотров: 219 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |