Тиксотропные свойства грунтов. Часть 1

В коллоидной химии под тиксотропными явлениями, или тиксотропией, понимается способность некоторых коллоидных систем разжижаться под влиянием механического воздействия (встряхивания, размешивания, вибрации, воздействия ультразвуком и т. д.) и затем, когда это воздействие устранено, переходить в прежнее гелеобразное состояние. Аналогичные обратимые изменения довольно широко протекают в дисперсных преимущественно песчано-коллоидных и связных грунтах при неизменной их влажности и температуре. Разупрочнение этих грунтов под воздействием динамических нагрузок происходит в результате нарушения естественной структуры грунта и может выразиться в виде его разжижения и полной потери прочности. Тиксотропное упрочнение, проявляющееся при прекращении воздействия на грунт, обусловлено формированием новых структурных связей, увеличением их количества и прочности. Следовательно, тиксотропные явления в грунтах представляют собой обратимый изотермический процесс, который выражается, с одной стороны, разжижением и потерей несущей способности грунтов под влиянием механического воздействия, а с другой, — последующим тиксотропным упрочнением. Обе стороны этого явления требуют изучения, так как и тиксотропное разупрочнение, и тиксотропное упрочнение грунтов могут быть значительными и должны учитываться при проектировании сооружений.

О природе и механизме тиксотропных изменений высказывались различные точки зрения. Наибольшее признание получили взгляды П. А. Ребиндера (1949, 1958 и др.), который считает, что в основе тиксотропных превращений лежит образование сетчатой структуры из удлиненных частиц, в ячейках которой иммобилизован весь объем дисперсионной среды. Частицы связываются между собой лиофобными концами, на которых или совсем отсутствует сольватная оболочка (первый случай) или она имеет минимальную толщину (второй случай) обеспечивающую проявления молекулярных сил между сближенными; концами частиц. Во втором случае сольватная оболочка характеризуется особыми свойствами, а структурная сетка обладает пластичностью она менее прочна и легко восстанавливается. Можно предположить, что механизм тиксотропных явлений заключается в том, что при определенном механическом воздействии на коллоидную систему связанная и иммобилизованная вода переходит в свободное состояние, водные оболочки на местах бывших контактов резко утолщаются и частично или полностью экранируют молекулярное сцепление, благодаря чему нарушаются связи между частицами, образующими сетку, и коллоидная система (в нашем случае тонкодисперсный грунт) разжижается. После того как причина, порождающая разжижение, будет устранена, частицы свяжутся между собой, а свободная вода или перейдет в связанное состояние, или будет иммобилизована в ячеях.

Таким образом, по современным представлениям, (причина тиксотропных изменений в грунтах связывается «с особенностями водно-коллоидных и коагуляционных связей между частицами грунта. Эти связи осуществляются за счет сил молекулярного притяжения частиц через водные оболочки, экранирующие эти слои. Однако тончайшая прослойка жидкой среды между частицами в местах сцепления не только понижает прочность связи, но и обеспечивает ее легкую восстанавливаемость, полную обратимость и легкоподвижность. Поэтому коагуляционные связи часто называют тиксотропно-обратимыми. Грунты, прочность которых полностью обусловлена коагуляционными связями, после их нарушения со временем полностью восстанавливают первоначальную прочность.