Влияние модифицирующих добавок на увеличение сорбционной ёмкости глинистых грунтов

Глава 2. Характеристика объектов исследования

В главе приведена инженерно-геологическая характеристика исследуемых природных грунтов и грунтов, модифицированных щелочными добавками. Экспериментальная часть работы проведена на образцах 6 природных дисперсных глинистых грунтов различного состава и генезиса, а также на их модельных разностях, модифицированных 8 видами добавок разного состава (жидкое стекло, негашёная известь, частично карбонатизированная известь, известь с жидким стеклом, известь с цементом).

В качестве объектов исследования были использованы (по классификации ГОСТ 25100-95): суглинки лёгкие песчанистые gIIms (неоднородные, незасолённые, ледникового генезиса, среднеплейстоценового возраста, г. Москва) и J₃v (неоднородные, сильнозасолённые, морского генезиса, позднеюрского возраста, г. Москва); суглинки лёгкие пылеватые laIII (неоднородные, слабозасолённые, озёрно-аллювиального генезиса, позднеплейстоценового возраста из опорного разреза лёссовых отложений, с. Большая Салба, Красноярский край) и la₃III^2-3 (неоднородные, незасоленные, озёрно-аллювиального генезиса позднеплейстоценового возраста, Западная Сибирь, III надпойменная терраса р. Вах, Самотлорское месторождение нефти и газа); суглинки тяжёлые пылеватые vIII (однородные, сильнозасолённые, эолового генезиса, позднеплейстоценового возраста из опорного разреза лёссовых отложений, г. Георгиевск) и ₁ (неоднородные, слабозасолённые, морского генезиса, раннекембрийского возраста, г. Силламяэ, Эстония).

Химический анализ состава грунтов выполнен в спектрально-химической лаборатории геологического факультета МГУ (зав. лаб., в.н.с. С.А. Лапицкий), минеральный состав - с.н.с. В.Г. Шлыковым в лаборатории кафедры инженерной и экологической геологии МГУ. Химический и минеральный составы исследуемых грунтов традиционны для дисперсных глинистых грунтов, в их составе преобладают кварц и полевые шпаты. Встречаются амфиболы, кальцит, доломит, гипс, пирит и глинистые минералы. Наибольшее содержание карбонатов характерно для лёссовых грунтов (суглинки vIII и laIII) и составляет 11 % и 8 % соответственно; в остальных грунтах его количество не превышает 2 % или отсутствует. Более чем половина карбонатов представлена кальцитом в рентгеноаморфной фазе. Содержание рентгеноаморфного вещества составляет от 18 % ( ₁) до 44 % (laIII), в среднем около 35 %. Обращает на себя внимание полное отсутствие рентгеноаморфного вещества в составе суглинка J₃. В тяжёлых пылеватых суглинках ( ₁, и vIII) содержится наибольшее количество глинистых минералов - 34 % и 22 %; в лёгких пылеватых (laIII и la₃III^2-3) - 10 %; в лёгких песчанистых (J₃v и gIIms) - 17 % и 5 %. По относительному количественному содержанию глинистых минералов исследуемые грунты входят в три типа ассоциаций по классификации В.Г. Шлыкова. Тип 1 б (СГК) - суглинки лёгкие песчанистые (J₃v и gIIms), для них характерно преобладание смектитовой ассоциации глинистых минералов. Тип 3 б (КГС) - суглинки лёгкие пылеватые (la₃III^2-3 и laIII), каолинитовая ассоциация. Тип 4 (ГКС) - суглинки тяжёлые пылеватые ( ₁, и vIII), гидрослюдистая ассоциация. Наибольшее количество органического вещества содержится в J₃v (1,8 %) и la₃III^2-3(1,2 %), в остальных грунтах его не более 0,6 % ( ₁) (от 0,1 % в gIIms и до 0,4 % в vIII и laIII).

Растворы водных вытяжек из исследуемых грунтов имеют нейтральную, преимущественно слабощелочную реакцию (рН от 6,7 ( ₁) до 8,3 (laIII)). Анионы представлены в основном HCO₃^- и SO₄^2-, в меньшей степени Cl^-. В грунте laIII, имеющего самый высокий рН = 8,3, отмечено присутствие незначительного количества свободной углекислоты (CO₃^2- = 0,002 %). Катионы представлены Ca²⁺ и (Na⁺ + K⁺), содержание Mg²⁺ - незначительное.

По классификации Н.Н. Маслова исследуемые грунты по их водопроницаемости делятся на две группы. В первую группу практически водонепроницаемых грунтов вошли тяжёлые пылеватые суглинки vIII и ₁ с коэффициентами фильтрации от 3*10^-5 до 8*10^-5 м/сут, в составе которых содержится наибольшее количество глинистых минералов (22 % и 34 %), глинистых частиц (33 % и 37 %), с наименьшим значением среднего диаметра частиц (d₅₀ = 0,005 мм). Площадь удельной поверхности составляет 182 м²/г и 104 м²/г для vIII и ₁ соответственно. В группу весьма слабо водопроницаемых грунтов входят лёгкие песчанистые и лёгкие пылеватые суглинки. Коэффициент фильтрации лёгких песчанистых суглинков gIIms и J₃v имеет значения от 3*10^-4 до 6*10^-4 м/сут. Для них характерно наименьшее содержание глинистых минералов 5 % и 17 % и глинистых частиц 14 % и 12 %, средний диаметр частиц равен 0,03 и 0,10 мм, площадь удельной поверхности составляет 62 м²/г и 81 м²/г для суглинков gIIms и J₃v, соответственно. Коэффициент фильтрации лёгких пылеватых суглинков laIII и la₃III^2-3 имеет значения от 1*10^-4 до 3*10^-4 м/сут. В составе грунтов отмечается среднее содержание глинистых минералов (10 %) и глинистых частиц (15 % и 27 %) по сравнению с остальными грунтами. Площадь удельной поверхности для laIII равна 71 м²/г при среднем диаметре частиц 0,02 мм, для la₃III^2-3 - 125 м²/г при среднем диаметре частиц 0,01 мм.

Для всех изученных грунтов можно отметить следующую закономерность: в ряду (исходный грунт) - (грунт с известью) - (грунт с известью и жидким стеклом) происходит увеличение пористости и порового объёма; снижение плотности и плотности скелета за счёт агрегации глинистых и пылеватых частиц, а также отмечается уменьшение степени влажности. В результате взаимодействия глинистых грунтов с модифицирующими добавками происходит изменение их состава и строения. Образуются гидросиликаты кальция, увеличивается площадь удельной поверхности. Микростроение и химический состав поверхности грунтов изучались под руководством проф. В.Н. Соколова на сканирующем растровом электронном микроскопе с микрозондовой приставкой на кафедре инженерной и экологической геологии МГУ. Типы микроструктур (по классификации В.Н. Соколова) изменяются от крупнодисперсной среднеориентированной со смешанными коагуляционными, переходными и фазовыми контактами (B II б) для исходных грунтов и грунтов, модифицированных добавкой извести, до крупнодисперсной среднеориентированной с преимущественно кристаллизационно-цементационными фазовыми контактами) (B II в) для грунтов, модифицированных комплексной добавкой жидкого стекла и извести.