Н. Г. Максимович

МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГИПСА С ПОСТИНЪЕКЦИОННЫ МИ ЩЕЛОЧНЫМИ КРЕМНЕЗЕМСОДЕРЖАЩИМИ РАСТВОРАМИ

В технической мелиорации грунтов развивается новое направление - химическое закрепление скальных пород. Е. М. Сергеев и К. П. Мельникова (1963) указывали на необходимость изучения взаимодействия пород с веществами, вносимыми в грунт, при его искусственном улучшении. Такое исследование позволит судить об окончательных результатах воздействия на грунт.

При создании противофильтрационной завесы в гипсоносных породах основания Камской ГЭС с применением щавелевоалюмосиликатного гелеобразующего раствора возникланеобходимость оценки результатов взаимодействия раствора и гипса. Образование геля кремневой кислоты, который тампонирует пустотное пространство пород, происходит при взаимодействии жидкого стекла и раствора сернокислого алюминия в растворе щавелевой кислоты (комплексного отвердителя). Учитывая химическую активность гипса и растворов, входящих в состав геля (рН>11), необходимо было установить характер и физико-химические особенности их взаимодействия и влияния этих процессов на устойчивость гипса.

Количественное изучение процессов, происходящих на контакте гипса и геля, связано с большими методическими и техническими трудностями. В основе этих процессов лежит воздействие жидкой фазы геля на гипс. Очевидно, что в этом случае процессы будут протекать еще интенсивнее. Жидкая фаза геля состоит из сульфата и оксалата натрия и жидкого стекла. Количественное соотношение этих компонентов можно рассчитать по уравнению гелеобразования (Воронкевич, Евдокимова, Сергеев, 1978). Кроме раствора, соответствующего жидкой фазе геля, для исследования применялись растворы, содержащие компоненты, диффундирующие из геля (КДГ) в подземные воды района завесы. Соотношение этих компонентов к настоящему времени неизвестно, т. к. создана только часть завесы и нет данных анализов подземных вод. Для выявления особенностей взаимодействия гипса с растворами, содержащими КДГ, была приготовлена равновесная с гелем жидкость. Гель кремневой кислоты, приготовленный в соответствии с рецептурой, применяемой на Камской ГЭС (Воронкевич, Евдокимова, Сергеев, 1978), заливался дистиллированной водой. Каждые сутки в растворе над гелем определялось содержание щелочи, насыщение раствора которой произошло на пятые сутки. Химический; анализ жидкости показал следующее, г/л: Na2SO4-1,92; Na2C2O4-3,35; NaOH-3,40; SiO2-7,00.

Использовался также раствор, близкий по составу к жидкой фазе геля, но не содержащий силикат натрия, для выяснения роли последнего.

В опытах использовались диски гипса-селенита диаметром около 6 см. Диски запарафинированной нижней гранью помещались на дно стакана и заливались 100 мл перечисленных выше растворов. Для увеличения поверхности, взаимодействующей с раствором, и создания наиболее неблагоприятных условий применялась также фракция гипса 1- 3 мм в количестве 5 г, которая заливалась 50 мл раствора

Увеличение количества и уменьшение дисперсности гипса приводит к гелеобразованию в растворах, содержащих силикат. Стаканы с растворами герметизировались. Через определенные промежутки времени (от 1 до 180 суток) производился химический анализ растворов на Са2+ - комплексонометрическим методом, С2О42- - титрованием перманганатом, ОН-, SiO2 - по методу Соколовича, SO42- - весовым методом (осаждение барием).

Наиболее сложным оказалось определение SO42- в присутствии С2О42- и силикат-иона. Целесообразно разлагать последний концентрированный соляной кислотой, а осаждения сульфат-иона производить в сильно кислой среде, в которой С2О42- не осаждается барием.

Кроме химического анализа производилось рентгенометрическое изучение осадка, образовавшегося на гипсе, его исследование и фотографирование под бинокуляром.

Установлено, что при взаимодействии силикатсодержащих жидкостей с гипсом, на поверхности последнего происходит синтез весьма химически устойчивых кальциевых и кальций-натриевых гидросиликатов переменного состава. В равновесном с гелем растворе в присутствии гипса, кроме того, образуется гель кремневой кислоты. Таким образом, применение щавелевоалюмосиликатного раствора не только вызывает тампонажный эффект, но и повышает устойчивость гипса к растворению.