Ну и липучка!

Распутица. Бездорожье. Водители автомашин боятся съехать с асфальтовых и бетонных магистралей. На грунтовых глинистых дорогах буксуют машины. Пешеходы с трудом передвигаются по проселкам.

В истории известны даже сражения, проигранные из-за бездорожья. Вообще, большинство военачальников старались избегать крупных военных операций в периоды дождей и распутицы.

Вспомните, как трудно двигаться по полевой дороге в осенний дождливый день. На ноги налипают куски и целые комья глины.

Прилипание глин затрудняет не только передвижение транспорта и пешеходов, но и наносит серьезный ущерб работе землеройных машин. На ковши и гусеницы экскаваторов, драглайнов, ножи бульдозеров налипают комья глины, значительно уменьшая их коэффициент полезного действия. Такое же налипание глинистых почв происходит при работе сельскохозяйственных машин. Все эти явления связаны с удивительной способносыо глинистых и лёссовых грунтов при определенной влажности прилипать к различным поверхностям: металлическим, резиновым, кожаным и др.

Возникает вопрос: почему глина сильно прилипает, а песок нет?

Академик Е. М. Сергеев показал, что это явление начинается при влажности, близкой к пределу раскатывания (нижней границе пластичности). Дело в том, что, когда в грунтах имеется только связанная вода, прочно удерживаемая частицами, она не может взаимодействовать с внешними предметами.

Но вот влажность увеличивается, пленки влаги нарастают, и молекулярные связи образующейся рыхлосвязанной воды становятся слабей. Тогда периферические молекулы водных пленок не только взаимодействуют с поверхностью частиц, но и начинают реагировать с внешними предметами. Это обнаруживается при возникновении явления прилипания. Однако усиление этого процесса происходит только до определенного значения влажности. Когда толщина пленок становится значительной и формируется свободная вода, при достижении такой влажности прилипание начинает уменьшаться. Обычно липкость грунта оценивается по величине усилия, которое нужно приложить, чтобы оторвать предмет от грунта. Ее значение может достигать 5 Н на 1 см2.

Так, для отрыва комка глины от подошвы ботинка при его площади 10—12 см2 потребуется усилие 50—60 Н. Представьте себе, как трудно идти по дороге, непрерывно сбрасывая налипшую глину с подобным усилием. При этом чем больше вес человека, тем значительнее сила прилипания.

Разные глины липнут с различной силой. Так, каолинитовые глины прилипают быстрее, но сила, необходимая для их отрыва, меньше, чем для монтмориллонитовых глин. При прочих равных условиях липкость последних оказывается в два раза большей. Прилипание зависит также от количества тонких частиц, содержащихся в грунте. Чем их больше, тем оно выше. Влияют на липкость и химические особенности грунта (содержание обменных катионов, водорастворимых солей и др.).

Опыт показывает, что глины больше прилипают к деревянным предметам, а торфянистые и супесчаные грунты — к металлам. Борьба с липкостью является важной задачей, стоящей перед учеными и инженерами и сегодня. Ее разнообразные решения позволяют повысить производительность землеройных механизмов, улучшить проходимость грунтовых дорог.

Как же уменьшить липкость глин? Эта задача не из легких. Прошлые поколения строителей решали ее просто. Устраивали на глинистых дорогах деревянные настилы, покрывали плитами, просто мостили или забрасывали щебнем.

В начале нашего века грунтоведы В. В. Охотин, Н. Н. Иванов и другие разработали метод пескования. Он заключался в том, что глина перемешивалась с песком и теряла липкость. Был создан метод подбора «оптимальных» смесей. Благодаря ему повысилось качество получаемых искусственных  глинисто-песчаных  грунтов.

И сейчас пескование используется при строительстве грунтовых дорог. Однако этот простой прием улучшения дорог не решает проблемы, потому что транспорт быстро разрушает такие грунты.

В 20-х годах нашего столетия А. П. Земятченский, В. В. Охотин, М. ф. Филатов предложили смешивать глинистые (и песчаные) грунты с известью. Она не только подсушивала глины и уменьшала липкость, но и значительно повышала прочность дорожного полотна. Сначала применяли гашеную, а позже молотую негашеную известь.

При ее внесении в грунт происходят сложные процессы кристаллизации окиси кальция. Впоследствии начинают образовываться новые минералы (карбонаты, гидросиликаты и др.). Прочность таких смесей достигает 0,7 МПа. В настоящее время этот метод используется  для  строительства  сельских  автодорог и  аэродромов.

Следующий шаг в борьбе с липкостью и вязкостью глин был сделан, когда применили цементацию. В 1912 г. в России впервые употребили цемент для обработки дорожных грунтов. Введение цемента в глины не только уничтожает липкость и вязкость, по и значительно повышает их прочность (до 5 МПа). При этом цементом укрепляются не только глины, но и любые рыхлые грунты. Пески в смеси с цементом теряют свою рыхлость и превращаются в прочную породу типа песчаника.

Сейчас цементация — один из наиболее распространенных методов укрепления грунтов. Более 3500 км дорог в бывшем СССР были цементно-грунтовые.

Применяется также внесение в грунты других веществ: дегтя, битума и гидрофобных (отталкивающих воду) веществ.

Для борьбы с прилипанием глины к землеройным механизмам (экскаваторы, бульдозеры и др.) разработан метод приложения к поверхности режущих инструментов электрического потенциала. В результате глинистые частицы, покрытые пленочной влагой, отталкиваются, а не прилипают.