Химическое закрепление - относительно молодой метод, его новая эра наступила в начале 1950-х. Впервые химическое закрепление в Европе было применено Езерским, который в 1886 г. получил патент на инъецирование концентрированного силиката натрия и коагулянта (соли щелочно-земельных элементов) - в рядом расположенные скважины. В 1909 г. Лемэр и Даймон запатентовали процесс (single-shot) инъецирования в скважину смеси силиката натрия и сульфата алюминия. В 1925 г. в Германии H.J.Joosten использовал двурастворную силикатизацию с хлоридом кальция в качестве коагулянта. Этот процесс, названный по имени первооткрывателя, с модификациями или в чистом виде, с успехом используется до настоящего времени. Фактически с момента первого использования в конце 19-ого века и до начала 1950-х силикат натрия был синонимом химического закрепления [2].

Новая эра химического закрепления наступила в начале 1950-х. В течение этого десятилетия появились материалы и технологии, получившие широкое распространение в геотехнике, в первую очередь благодаря разработкам в области разведочной нефтяной геологии. В течение 10-15 лет были разработаны и внедрены в практику полиакриламидные и хром-лигниновые инъекционные растворы а также смолы на фенол-формальдегидной, резорцин-формальдегидой и мочевин-формальдегидной основе. В конце 1960-х годов в Японии был разработан инъекционный раствор на основе полиуретана (TACSS), твердеющий при взаимодействии с грунтовыми водами [1].

В последние два десятилетия активный поиск исследователей был направлен как на улучшение и модифицирование уже известных систем, так и на поиск принципиально новых составов, пригодных для инъецирования. Так появились растворы на основе акрилатов щелочных металлов, а также предварительно катализированные составы на основе ранее известных рецептур. К новейшим разработкам, появившимся последние 10-15 лет, следует отнести: инъекционный состав на основе коллоидного кремнезема, водорастворимый полисилоксан и Montan Wax.

Частички коллоидного кремнезема получают из насыщенного раствора кремневой кислоты. При формировании Si-O-Si (силоксановая) связей образуются поликремниевые кислоты с низкой молекулярной массой. Рост молекул по указанному механизму приводит к образованию частичек, размер которых можно контролировать в пределах 20-100 нм. Водный раствор коллоидного кремнезема при хранении поддерживается в стабильном состоянии при повышенном рН. Для начала гелеобразования необходимо понизить рН, после чего частички начинают слипаться друг с другом, образуя единую массу. Время гелеобразования варьирует от нескольких минут до нескольких часов.

Полисилоксан представляет собой инертный цепочечный полимер на основе кремнезема и метилена (процесс производства вулканизированных силиконовых полимеров был запатентован в 1958 г.). Гелеобразование протекает путем сшивания линейных полимеров в трехмерную матрицу (перекрестное соединение катализируется при добавлении платины) и контролируется системой катализатор-ингибитор.

Наиболее значимое преимущество указанных инъекционных материалов - вязкость меньшая чем у воды, то есть меньше 1 сП. Это позволяет таким растворам хорошо распространяться в массиве, так как фронт смачивания не зависит от давления инъекции. Контакт между раствором и грунтовой водой нестабилен и не имеет выраженной границы.

Действительно новый продукт - Montan Wax, использованный в Европе. Это твердый, высокоплавкий материал, экстрагированный из угля или горючих сланцев. Montan Wax - инъекционный раствор суспензионной группы, состоящий из стабильной эмульсии горного воска (20 %), воды (78 %) и эмульгатора (2 %). Чтобы инициировать процесс расслоения эмульсии, перед инъекцией в нее добавляют 2-5 % натриевого или кальциевого бентонита. Однако, рабочий раствор из-за добавок бентонита характеризуется очень большой вязкостью. а время схватывания трудно контролируется и изменяется от получаса до нескольких часов [2].

Литература.
1. Воронкевич С.Д. Основы технической мелиорации грунтов. М., <Научный мир>, 2005, 504 стр.
2. Karol R.H. Chemical grouting and soil stabilization. New York-Basel. Marcel Dekker, Inc., 2005, 505 p.