2.Жидкое стекло. Состав и свойства. Основные отвердители.

Растворимое жидкое стекло представляет собой смесь растворимых сили­катов щелочных металлов, отвечающих общей формуле R₂O*nSiO₂. Жидкое стекло характеризуется силикатным модулем (М_с) и плотностью.

Силикатным модулем жидкого стекла, представляет собой отношение числа грамм-молекул двуокиси кремния к числу грамм-мо­лекул окиси натрия и вычисляется по формуле: ,

где 1.0323 – это отношение молекулярных масс SiO₂ и Na₂O.

Значение модуля жидкого стекла меняется от 1 до 4.

Плотность жидкого стекла меняется от 1,28 г/см³ до 1,54 г/см³ при температуре от 31 до 50 ⁰С.

В составе растворимого стекла преобладают: метасиликат Na₂O*SiO₂ (Na₂SiO₃); ортосиликат - 2Na₂O*SiO₂ (Na₄Si0₄); дисиликат - Na₂O*2SiO₂ (Na₂Si₂O₅); трисиликат Na₂O*3SiO₂ (Na₂Si₃O₇). Силикаты натрия не вполне со­ответствуют указанным формулам, а представляют собой полимерные ионы.

Силикат-раствор хорошо смешивается в любых соотношениях с водой. Жидкое стекло в обычных условиях твердеет очень медленно (за счет карбонатизации). Карбонат влияет на щелочность раствора, чем меньше щелочи, тем больше осаждается гель кремнекислоты. Величина рН растворов жидкого стекла колеблется в пределах значений 13-14. При длительном хранении жидкое стекло постепенно густеет. Застуд­невание жидкого стекла происходит под воздействием углекислоты в резуль­тате разложения силиката натрия

Na₂Si₂O_s + 4Н₂O + СO₂ = Na₂CO₃ + 4H₄SiO₄

и последующей полимеризации ортокремневой кислоты.

При нейтрализации щелочных растворов силиката натрия до значений рН=10_,7 силикатные ионы разлагаются до кремневой кислоты. Последняя поликонденсируется с образованием объемного полимера. Нейтрализация ще­лочных растворов силиката натрия с последующей поликонденсацией, при­менительно к задачам инъекционного закрепления грунтов, осуществляется веществами-отвердителями, среди которых наиболее распространенными яв­ляются: кремнефтористоводородная кислота H₂SiF₆ (сильная кислота), щавелевая кислота СООН-СООН, Акриловая кислота (пропеновая кислота, этенкарбоновая кислота) СН2=СН-СООН, хлористый кальций СаС1₇*6Н₂O (гексагидрат), сернокислый алюминий (глинозем сернокислый) Al₂(SO₄)₃*18H₂O, двуокись углерода CO₂ и алюминат натрия NaAlO₂. Первые шесть уменьшают щелочность раствора, последний вызывает гелеобразование путем сополиконденсации алюминия и кремния.

3. Требования, предъявляемые к суспензионным и химическим растворам.

К числу наиболее важных технологических свойств суспензионных раство­ров относятся: 1) устойчивость во времени и, связанное с этим, расслаивание растворов и их водоотдача; 2) время седиментации или схватывания; это важ­но потому, что раствор в более или менее однородном состоянии должен быть доставлен (инъецирован) в нужный интервал, на что необходимо определен­ное время; 3) объем затвердевшего раствора; желателен максимальный объем при минимальной массе материалов; 4) достаточная сопротивляемость дей­ствию прилагаемых нагрузок и движущейся воде; 5) вязкость растворов; в общем случае - чем ниже, тем лучше; 6) реологические свойства растворов; структурная прочность, тиксотропия и т.п.; 7) размер частиц дисперсной фазы; максимальный диаметр, распределение по фракциям; 8) долговечность зат­вердевшего раствора.

Химические инъекционные растворы, приближающиеся к идеальным, дол­жны обладать следующими основными технологическими свойствами: 1) ра­створимость в воде цементообразующего вещества (это необходимо для обес­печения благоприятных условий взаимодействия вводимых реагентов с твер­дой фазой пород и образования качественных контактов в породах различной степени водонасыщенности); 2) низкие значения плотности и вязкости, прибли­жающиеся к величинам, характерным для воды; 3) неизменность (или незна­чительная изменяемость) плотности и вязкости растворов во времени до мо­мента образования геля; так как при этом физическое состояние раствора ос­тается практически неизменным на протяжении всего инъекционного процесса, что обеспечивает равномерность его протекания и однородность пропитки пород гелеобразующим раствором; 4) нечувствительность к разбавлению и изменению температуры; 5) регулируемость времени гелеобразования; 6) проч­ность и водостойкость геля; 7) высокая адгезия к породам и бетону и одновре­менно неагрессивность к металлу и бетону; 8) отсутствие влияния компонен­тов пород на ход реакции гелеобразования; 9) сравнительно низкая стоимость, недефицитность и нетоксичность.

Ни один из существующих инъекционных растворов не может быть опре­делен как идеальный, соответствующий всем вышеперечисленным требова­ниям. Поэтому в практическом употреблении находится несколько рецептур и способов, в той или иной степени приближающихся к идеальным системам и позволяющих решать конкретные инженерные задачи.

Билет 3