CS223910B1 - Způsob injektáže konstrukcí a horninových masivů a zařízení k jeho provádění - Google Patents

Description

Vynález se týká injektáže konstrukcí, zejména stavebních a horninových masívů, kde dosavadní způsoby selhávají nebo jsou málo účinné, tedy především konstrukcí a horninových masívů málo propustných, al již z důvodu malých rozměrů a špatné průchodnosti mezer, nebo proto, že na dosavadní injektážní látky působí odpudivě. Obě tyto vlastnosti jsou sice z hlediska zajištění nepropustnosti v běžných případech příznivé, avšak brání zdaru injektéže v náročných případech, kdy se požaduje dosažení dokonalé těsnosti a neprodyšnosti íi zpevnění materiálu v celém objemu.

Injektážní látky se dosud užívají pouze kapalné, a to ve formě suspenzí pevných zrn v kapalině, dále emulzí a konečně pravých kapalin. Suspenze mohou pronikat jen do mezer značně větších než rozměr největších zrn v suspenzi, protože jinak se hrubší a postupně i jemnější zrna při průchodu mezerami odfiltrují. Emulze a pravé kapaliny sice toto omezení nemají, ale jejich pronikání do jemných mezer je limitováno jejich viskozitou a popřípadě i odpudivými silami mezi nimi a injektovaným materiálem. Tím se zmenšuje akční rádius injektáže i množství injektážní látky proniklé do vzdálenějších míst, prodlužují se injektážní doby a případně je třeba nadměrně zvyšovat injektážní tlaky. V některých náročných případech nevyhovují ani injektážní kapaliny, které mají viskozitu podobnou jako čistá voda. Suspenzemi ani emulzemi nelze injektovat uzavřené dutiny a jejich zaplnění prodifundovanými pravými kapalinami přichází v úvahu jen nepatrnou měrou.

Popsané nevýhody, jakož i omezenou použitelnost a malou účinnost dosavadních způsobů injektáže v náročných případech odstraňuje způsob injektáže konstrukcí a horninových masívů podle vynálezu, kdy se injektážní látka vhání do injektovaného místa v plynném stavu samostatně, případně ve směsi se vzduchem, případně neaktivním plynem nebo s jemně dispergovanou injektážní kapalinou ve formě aerosolu, a teprve v injektovaném místě dochází k jejímu ukládání zkapalněním nebo ztuhnutím s výhodou polymeračním v širším slova smyslu, to znamená polyadioí nebo polykondenzací. Přitom injektážní látkou jsou buň páry látek s teplotou tuhnutí, případně teplotou resublimace vySSí než nejvyěěl přípustná teplota injektovaného místa nebo směs polymerů 8 delěí vytvrzovaoí dobou než doba jejího proniknuti do injektovaného místa nebo monomer v plynném stavu zbavený vlhkosti, který se vytvrzuje vlhkostí přítomnou v injektovaném místě. Další výhodu přináší, jestliže se složky injektážní látky přivádějí do injektovaného místa odděleně, tj. zvláštními potrubími, a teprve v injektovaném místě dochází k jejich smísení v polymerující smgs, buS samovolně, nebo ve směšovací hubici. Další výhodu přináší, jestliže se injektované místo předem prosytí vytvrzovacím činidlem a pak se sem přivádí vytvrzovaná látka.

Obdobné výhody přináší, jestliže se vytvrzovaná injektážní látka přivádí na injektované místo, kteréžto se pek prosytí vytvrzovacím činidlem. Ukládání injektážní látky během a zejména na konci injektování lze urychlovat zvyšováním injekčního tlaku nebo snižováním případně zvyšováním teploty a speciálně při užití polymerující směsi i zvyšováním obsahu tvrdidla nebo urychlovače. V případě potřeby lze injektáž provádět opakovaně v intervalech větších než vytvrzovací, případně kondenzační či resublimační doba injektážní látky. X provedení způsobů dle vynálezu, zejména pro případ vytvrzování monomerů vlhkostí přítomnou v injektovaném místě, je určeno zařízení, které sestává z odpařovací nádoby J, na kterou je připojeno přes dmýchadlo 6 injektážní potrubí 10,. Odpařovací nádobě je možno předřadit exsikátor j., eventuálně předehřívák £. Odpařovací nádoba může být případně opatřena topidlem. Na dmychadlo 6 lze připojit difuzér 2.

Při injektáži podle vynálezu je třeba zajistit, aby se injektážní látka ukládala v patřičné vzdálenosti od svého přívodu do injektovaného prostředí a v patřičném množství.

Toho lze dosáhnout regulací rychlosti jejího proudění a ukládání.

Rychlost proudění injektážní látky v daném prostředí lze měnit v širokých mezích regulací injekčního tlaku. Přitom ovšem musí být zaručeno, že. injektované prostředí je pro injektážní látku do dostatečné vzdálenosti prostupné. Je-li toto prostředí zvodnělá, je nutno na počátku injektáže vodu z mezer v potřebné míře odstranit. Jestliže tato voda není tlaková, dosáhne se toho buS vháněním vzduchu nebo vlastní injektážní látky s mírným přetlakem. Pokud má přítomná voda velký hydrostatický tlak, kteiý by injekčním přetlakem nebylo možno překonat, je třeba zajistit odvodnění zvláštními opatřeními, např. drenážl, snížením hladiny a v případě prostředí málo propustného také odsáváním prosakující vody proti směru jejího proudění na rubové ploše injektovaného místa.

Rychlost ukládání injektážní látky lze ovlivňovat v případě kondenzace a tuhnutí či resublimace hlavně teplotním režimem, v případě polymerace úpravami obsahu tvrdidel a urychlovačů a také teplotním režimem, speciálně pak u látek vytvrzovaných vlhkostí regulací poměru obsahu monomeru v injektážní látce a vlhkosti v injektovaném místě. Menši měrou lze na rychlost ukládání působit i tlakovým režimem a je třeba též uvážit závislost rychlosti ukládání na množství ukládané látky ve vztahu k teplu přeměny skupenství nebo k teplu polyraeračnťmu a k možnostem jejich odvodu. Při zachování ostatních podmínek nezměněných se u látek kondenzujících a tuhnoucích resp. resublimujících zvýšením koncentrace injektážní látky rychlost jejího vylučování sníží, u látek polymerujících naopak zvýší.

Injektážní látky kondenzující a tuhnoucí či resublimující. a rovněž i polymerující směsi* se ovšem vylučují i na stěnách potrubí a blízkého okolí jejich přívodu do injektovaného místa. To však zpravidla do určité doby nevadí, neboť injektážní látka se vylučuje na všech stěnách vcelku rovnoměrně a uvedené přístupové cesty mají značně větší profil než jemné mezery, které se mají zainjektovat. Nicméně v případě přílišného zanesení potrubí a vždy po skončení injektáže je třeba toto potrubí vyčistit. Z těchto důvodů je i účelné volit teplotu kondenzujících a tuhnoucích, resp. resublimujících injektážních látek co možná nejvyšší a popřípadě i bránit jejich vylučování v potrubí jeho předehřátím a/nebo zvláštním zahříváním oo dobu.injektáže. Jinou možností jak předcházet zanášení potrubí je jeho provedení z materiálu odpuzujícího injektážní látku, případně vytvoření souhlasného elektrického náboje na stěnách potrubí i v částicích injektážní látky. Zvýšenou pozornost je třeba věnovat tSnto otázkám při použití aerosolových injektážních látek.

Vytvrzuje-li se injektážní látka, zbavená zcela vodních par, vlhkostí přítomnou v injektováném místě, dochází při silném proudění této suché injektážní látky záhy k VysuSení injektovaného prostředí, přinejmenším povrchovému, v oblasti přímo u jejího přívodu, takže pak zde k její polymeraci nedochází vůbec nebo jen nepatrně. S rostoucí vzdáleností od přívodu injektážní látky rychlost jejího proudění klesá, prostředí se zde vysuSuje postupně méně a méně a polymerace je pak intenzivnější. Tím ovšem koncentrace injektážní látky klesá, takže při překročení jisté meze se ve vzdálenějších oblastech množství ukládané injektážní látky opšt postupně zmenšuje. V izotropních podmínkách se tak vytvoří zainjektovaná zóna kulového tvaru, v níž od zmíněné meze směrem ke středu i směrem ven stupeň zaplnění mezer klesá.

V případě potřeby lze blízké okolí přívodu injektážní látky předsušit a/nebo předehřát, popřípadě toto prostředí podchladit, aby se odstup nainjektované zóny od zmíněného přívodu zvětšil a zabránilo se tak předčasnému ucpání přístupových cest ke vzdálenějším místům.

K dosažení plynulých změn vlastností zainjektováného prostředí, zejména ke zlepšení adheze a spolupůsobení vytvořením kotvící vrstvy mezi uloženou injektovanou látkou a injektovaným prostředím lze využít měněni poměru složek injektážní látky, a to jak obsahu tvrdidel a urychlovačů či zpožSovačů, tak i poměru injektážních látek různého druhu ve směsi.

Způsob injektáže dle vynálezu je výhodný zejména proto, že injektážní látky ve formě plynů, par či aerosolů mají o několik řádů nižší viskozitu než nejméně vazké kapaliny, pronikají proto velmi jemnými mezerami ve velmi málo propustných prostředích podstatně lépe, případné odpudivé síly jejich pronikání prakticky nebrání a rovněž jejich difúze do uzavřených dutin je daleko intenzivnější. Z těchto důvodů není třeba užívat velkých injekčních tlaků, které by mohly injektované prostředí narušovat; navíc pak dalšímu postupu injektážní látky do injektovaného místa napomáhá podtlak, vznikající při jejím ukládáni její přeměnou z plynného do kapalného Si pevného stavu.

Pro dosažení těsnicího účinku je výhodné, že se plynná injektážní látka při svém proudění ukládá na stěnách mezer injektovaného místa a vytváří zde souvislé těsnicí blanky, které v zúžených místech srůstají, a není tedy třeba usilovat o úplné zaplnění všech mezer. K zajištění vodotěsnosti a zejména k omezení nasákavosti a navlhavosti je účelné použit hydrofobních injektážních látek, z nichž lze vytvořit na stěnách mezer i velmi tenké blanky, takže pak hydrofobní účinek nad účinkem těsnicím převažuje.

K utěsnění rozměrnějších oblastí lze vytvářet plošným nebo i prostorovým řazením zainjektovaných zón těsnicí clony. Jsou-li tyto zóny uzavřené a duté, jak je výše popsáno pro případ vytvrzování vlhkostí přítomnou v prostředí a jak je možno dosáhnout i v ostatních případech vhodnou volbou parametrů injektáže, vznikne tak,dvojitá či vícenásobná clona s příčnými přepážkami v místech bočních průniků sousedních zainjektovaných zón. Spolehlivost takovéto soustavy proti úplnému selhání je větší než u prostých clon řazených za sebou, protože příčné přepážky zabrání bočnímu pronikání média do větší oblasti.

Při zainjektování materiálu v celém daném objemu injektážní látkou, vykazující po uložení dostatečnou adhezi, kohezi, tuhost i protaživost, se zlepšuje jeho pevnost a/nebo tuhost. I když se totiž plynná injektážní látka při svém proudění do ostrých čel strukturních trhlinek a defektů ve větším množství nedostane, napomáhají kapilární a sorpční síly za předpokladu dobré smáčivosti jejímu vtažení a uložení v těchto místech. Zvýšením odporu proti rozvírání těchto trhlinek a defektů nastává zpevnění i ztužení materiálu. Vhodným tlakovým a vytvrzovacím injektážním režimem, nejlépe cyklickým, je ovšem třeba dbát na to, aby byl v těchto případech materiál zainjektován v celém daném objemu, zejména aby se předčasným vytvořením neprodyšné slupky další pronikání injektéžní látky do dané oblasti nezabrzdilo.

Injektáž plynnými látkami dle vynálezu přináší zvláštní výhody i při kombinaci s tradičními kapalnými injektážemi, kdy zvyšuje jejich účinek. Bud jí lze použít v druhé fázi za účelem dotěsnění a/nebo dalšího zpevnění, nebo jako první krok, kterým se předem spolehlivě zacelí čela strukturních trhlinek a jiné ostré defekty a/nebo se vytvoří kotvicí mezivrstvá, která zlepší soudržnost kapalná injektážní látky s injektovaným prostředím.

Injektáž dle vynálezu je použitelná pro všechna obtížně injektovatelná prostředí. Je vhodná i k zajištění, resp. ke zlepšení plynotěsnosti,'a je-li přitom vyloučena možnost přístupu vody či vlhkosti, lze v tomto případě použít i injektážních látek rozpustných ve vodě.

Zařízení podle vynálezu je dále blíže objasněno na příkladu jeho provedení pomocí výkresu, kde obr. 1 až obr. 3 znázorňuji schéma zařízení.

Příklad 1

Zařízení podle obr. 1 sestává z exsikátoru 1, kterým je například nádoba se silikageilem, ke kterému je připojen předehřivék 2· Na tento předehřivák 2 je připojena odpařovaci nádoba 3, opatřená topidlem 12. Tato odpařovaci nádoba 3 je připojena jednak na zásobní nádrž 13 a jednak přes dmychadlo .6 na potrubí 10 opatřené obturátorem 14. Injektážní vzduch je nejprve nasáván do exsikátoru £, dále je veden do předehříváku £ a pak prochází volným prostorem g nad hladinou injektážní kapaliny 4 v odpařovaci nádobě 3. Injektážní kapalina 4 se přivádí do odpařovaci nádoby 3 ze zásobní nádrže 13· Injektéžní látka, tj. suchý vzduch obohacený parami injektážní kapaliny 4i je pak z odpařovaci nádoby 3 odváděn dmychadlem 6, tvořeným ventilátorem nebo kompresorem. Toto dmychadlo 6 jednak vyvozuje injekční tlak a pohyb injektážní látky potrubím 10 s obturátorem 14 do injektovaného místa 15, jednak zajiěíuje nasávání vzduchu exsikátorem 1 do zařízení a pohyb tohoto vzduchu až do odpařovaci nádoby 3 ^a s výhodou vyvozuje v této odpařovaci nádobě 3 podtlak., který napomáhá odpařování injektážní kapaliny 4·

Příklad 2

Zařízení podle obr. 2 sestává z tlakových lahví 16 se suchým neaktivním plynem a exsikátoru 1, které jsou paralelně připojeny přes předehřivák 2 na odpařovaci nádobu 3· Tato odpařovaci nádoba 3 je stejně jako v příkladě 1 připojena jednak na zásobní nádrž 13 a ? jednak přes dmychadlo 6 na potrubí 10 opatřené obturátorem 14,. Injektážní plyn tvořený směsí neaktivního plynu z tlakových lahví 16 a vzduchu z exsikátoru 1 se do odpařovaci nádoby 3 přivádí pod hladinou injektéžní kapaliny 4, takže do volného prostoru 3 injektážní kapalinou 4 probublává, a tím se účinnost odpařování injektážní kapaliny 4 zvyěuje.

Příklad 3

Zařízeni podle příkladu 3 sestává z dmychadla 6, ke kterému je přes exeikátor £, předehřívák 2 a přívod 11 připojen difuzér 2. Průměr tohoto difuzéru 2 se plynule zvětšuje na průměr větší-, než je průměr přívodu 11. Na tento difuzér 2 je připojeno potrubí 10 s obturátorem 14· Dmychadlo 6 zajištuje pohyb injektážního vzduchu i Injektážní látky do exsikátoru £ a předehřívače 2 injektážního vzduchu. Odtud je injektážní vzduch veden difuzérem 2, do něhož se tryskou g přivádí injektážní kapalina 4 ze zásobní nádrže 2· Injektážní kapalina 4 se nasává účinkem podtlaku, vzniklého při rychlém proudění injektážního vzduchu v nejužším místě difuzéru 2> vývěvovým působením, které se může zesílit žehnutím ústí trysky 8 do směru proudění injektážního vzduchu. Množství nasávané injektéžní kapaliny £ lze regulovat měněním nasávací výšky nebo škrcením trysky 8, popřípadě je možné injektážní kapalinu vstřikovat tryskou 8 do difuzéru 2 pod tlakem. Injektážní kapalina A vytvoří v difuzéru 2 aerosol a při delším postupu k injektovanému místu J*> se pak zčásti nebo zcela vypaří. Nebezpečí opětného zkapalnění přítomných par přitom prakticky nehrozí.

Claims (13)

1. . 1. Způsob injektáže konstrukcí s horninových masívů injektážními látkami, vyznačující se tím, že se injektážní látka vhání do injektovaného místa v plynném stavu.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se společně s plynem do injektovaného místa vhání jemně dispergovaná injektážní kapalina ve formě aerosolu.
3. 3. Způsob podle bodu 1, 2, vyznačující se tím, že injektážní látky jsou páry látek s teplotou tuhnuti, případně resublimace vyšší než nejvyšší přípustná teplota injektovaného místa.
4. 4. Způsob podle bodu 1, 2, vyznačující se tím, že injektážní látky jsou polymery.
5. 5. Způsob podle bodu 1, 2, vyznačující se tím, že injektážní látky jsou monomery v plynném stavu zbavené vlhkosti a které se vytvrzují vlhkostí přítomnou v injektovaném místě.
6. 6. Způsob podle bodu 1, 2, 4, 5, vyznačující se tím, že se složky injektážní látky a případné katalyzátory reakce přivádějí do injektovaného místa odděleně, případně na rozdílných stranách od injektovaného místa, a to současně nebo následně.
7. 7. Způsob podle bodů 1 až 6, vyznačující se tím, že se injektážní látka vhání do injektovaného místa opakovaně v intervalech větších než vytvrzovací, případně kondenzační, případně resublimační doba injektážní látky.
8. 8. Zařízení k provádění způsobu podle bodů 1 až 7, vyznačující se tím, že sestává z odpařovací nádoby (3), na kterou je připojeno přes dmýchadlo (6) injektážní potrubí (10).
9. 9. Zařízení podle bodu 8, vyznačující se tím, že odpařovací nádobě (3) je předřazen exsikátor (1).
10. 10. Zařízení podle bodu 8, 9, vyznačující se tím, že odpařovací nádobě (3) je předřazen předehřívák (2).
11. 11. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1 až 7, vyznačující se tím, že sestává z dmychadla (6) a difuzéru (7), jehož vstup je připojen na přívodní potrubí (11) injektážního plynu, tryska (8) difuzéru je spojena s nádrží injektážní kapaliny (4) a výstup difuzéru je spojen s injektážním potrubím (10), jehož průměr se s výhodou plynule zvětšuje na průměr větší, než má přívodní potrubí (11).
12. 12. Zařízení podle bodu 11, vyznačující se tím, že za dmychadlo je připojen exsikátor.
13. 13. Zařízení podle bodu 11 a 12, vyznačující se tím, že za dmychadlo je připojen předehřívák.