Влияние минерального состава, поверхностных пленок и температуры промораживания на дисперсность модельных песков при циклическом промерзании-оттаивании

Песчаные грунты, формирующие дневную поверхность, слагающие массивы насыпных оснований и сооружений, в условиях сезонного оттаивания или сезонного промерзания подвергаются циклическому (многократному) термическому воздействию, связанному, в том числе, с фазовыми переходами воды. Статья посвящена анализу влияния циклического промерзания-оттаивания на дисперсность песчаных грунтов. Описываются результаты лабораторного эксперимента по циклическому промерзанию-оттаиванию (120 циклов) водонасыщенных модельных песчаных грунтов разного минерального состава, с природными поверхностными пленками на зернах и без них, проведенного для изучения влияния минерального состава, температуры промораживания и наличия поверхностных пленок на изменение дисперсности. Объектами исследования стали кварцевый, полевошпатовый и карбонатный модельные пески. Для изучения влияния поверхностных пленок у части образца кварцевого песка природные пленки были удалены при помощи химической обработки. Гранулометрический анализ песчаных образцов выполнялся ситовым методом. Анализировались данные по изменению содержания отдельных фракций, а также различных показателей, привлекались опубликованные данные других исследователей. В отличие от мономинеральных и монодисперсных песков проведение анализа изменения гранулометрического состава для полидисперсных разностей выявило сложности в описании этих изменений, отсутствие комплексного показателя. По результатам исследования установлено, что в зависимости от минерального состава отмечается уменьшение интенсивности криогенного дробления в ряду: карбонатный песок, полевошпатовый песок, кварцевый песок (без пленок на зернах), что объясняется наибольшей устойчивостью кварца в зоне гипергенеза по сравнению с другими минералами. На устойчивость зерен кварца к криогенному выветриванию значительное влияние оказывают поверхностные пленки. При увеличении их удельной поверхности интенсивность дробления зерен в условиях эксперимента возросла вследствие повышения физико-химической активности поверхности зерен за счет вещества пленок. Для описания эффекта дробления предложен новый показатель – коэффициент криогенного измельчения, отражающий прирост содержания продуктов разрушения частиц грунта за единичный цикл промерзания-оттаивания. На его основе с использованием полученных данных и метода аналогии предложена методика прогноза изменения гранулометрического состава в результате процессов циклического промерзания-оттаивания, представлен пример такого прогноза.

песчаные грунты, минеральный состав зерен, гранулометрический состав, аутигенные пленки, циклическое промерзание-оттаивание, дробление частиц, прогноз изменения дисперсности, насыпные сооружения, песчаные сооружения, физико-химическая активность