Влияние модифицирующих добавок на увеличение сорбционной ёмкости глинистых грунтов

Глава 3. Методика экспериментальных исследований.

Показатели состава и свойств исследуемых грунтов определяли по стандартным методикам. Перед началом исследований проводили предварительную обработку образцов. Исходные природные грунты в воздушно-сухом состоянии растирали резиновым пестиком в фарфоровой ступке и просеивали через сито 1 мм, затем их использовали в дальнейшей работе. Все лабораторные эксперименты проводили при нормальных условиях.

При влажности, соответствующей нижнему пределу пластичности, были приготовлены образцы природных и искусственных грунтов, полученные методом перемешивания глинистого грунта с модифицирующими добавками. Из приготовленных однородных смесей образцы формовали путём уплотнения нагрузкой 0,3 МПа в течение 10 минут. До начала фильтрационных испытаний образцы выдерживали в фильтрационной колонне в воздушно-влажных условиях в течение недели. Для определения оптимального времени выдерживания модифицированных грунтов в воздушно-влажной среде с целью образования силикатов кальция была изучена кинетика изменения прочности образцов на одноосное сжатие.

Для проведения экспериментальной части работы был спроектирован и создан оригинальный лабораторный фильтрационный стенд (рис. 1), позволяющий изучать проницаемость грунтов нарушенного сложения агрессивными растворами в стационарном режиме непрерывной фильтрации при постоянном давлении жидкости. Во всех опытах давление жидкости было равно 0,3 МПа.

Рис. 1. Схема лабораторного фильтрационного стенда: I - компрессор; II - распределительная гребёнка; фильтрационная установка: III - насос монтежю; IV - фильтрационная колонна

Фильтрационная установка исключает пристенную фильтрацию, позволяет контролировать параметры фильтрации в системе раствор - грунт. Предложенная схема фильтрации, а именно, сверху вниз без предварительного замачивания, наиболее корректно моделирует работу экрана в естественных условиях, так как в образце сохраняется защемлённый воздух, который всегда присутствует в условиях зоны аэрации. Поэтому полученные результаты отражают потенциальную возможность использования исследованных в работе природных и модифицированных грунтов в реальных условиях эксплуатации защитных глинистых экранов.

Отработана комплексная методика проведения эксперимента, позволяющая определять динамику сорбции, кислотно-основную буферность и изменение проницаемости объекта в условиях реального времени. В ходе фильтрационных испытаний, длившихся от двух суток до трёх месяцев в зависимости от проницаемости и сорбционной ёмкости исследуемых образцов, проводили частые и непрерывные параллельные определения химического состава фильтрата (кадмий, кальций, кремний, рН), рассчитывали коэффициент фильтрации. Исследования поглотительно-сорбционной способности природных и модифицированных грунтов проводили с использованием растворов нитрата кадмия. Кадмий был выбран как один из наиболее опасных токсичных элементов. Он обладает повышенной подвижностью в нейтральной и кислой среде, является хорошим трассером и индикатором при изучении надёжности грунтовых экранов.

Сорбцию азотнокислого кадмия изучали при стационарном режиме в условиях непрерывной фильтрации растворов: а) рН = 2, Сd²⁺ = 0,5 мг/л; б) рН = 3, Cd²⁺ = 0,5 мг/л; в) рН = 3, Cd²⁺ = 1000 мг/л; для разных по составу композиций модифицированных и всех исходных грунтов, отличающихся по химико-минеральному составу и дисперсности. После завершения фильтрационных испытаний определяли остаточную прочность образцов на одноосное сжатие, которая характеризовала их устойчивость к подобным воздействиям фильтрационного потока.