CS244435B2 - Činidlo k docílení nerozpustnosti a/nebo zpevnění půd a stavebních materiálů - Google Patents

Abstract

činidlo k docílení nepropustnosti a/nebo zpevnění půd a stavebních materiálů, aplikovatelné injektáží, se vyznaěuje tím, že zahrnuje nekoloidní koncentrovaný alkalický roztok oxidu křemičitého, připravený rozpuštěním oxidu křemičitého o střední velikosti částic menší než 100 um v louhu sodném při teplotě místnosti, přičemž hodnota molérního poměru oxidu křemičitého k oxidu sodnému je nižší než 2, hmotnostní obsah oxidu křemičitého v roztoku je vyšší než 20 % a viskosita je v rozmezí 0,005 až 0,05 Pa.s. Činidlo výhodně obsahuje vápno nebo některou vápenatou sůl, zejména chlorid vápenatý, mravenčen vápenatý, octan vápenatý nebo propionan vápenatý.

Description

Vynález se týká činidla k docílení nepropustnosti a/nebo zpevnění půd a stavebních materiálů, aplikovatelná injektéží.

Toto činidlo k docílení nepropustnosti a/nebo zpevněni půd a/nebo stavebních materiálů je určeno zejména pro ošetření naplavenin nebo porézních hornin.

Půdy, a£ již jde o horniny s trhlinami nebo o naplaveainy, musí být zpevněny, aby se zajistila jejich stabilita. Podobně je tomu při hloubení stavebních jam nebo výkopů či vrtů, aby se zabránilo eesutí-stěn.

Usazení mostních pilířů nebo základů budov na takovýchto půdách může rovněž vyvolat nutnost zpevnění půdy, aby se zabránilo sedání těchto stavebních děl.

Docílení nepropustnosti takovýchto půd se může ukázat nezbytným též v případě, když se na nich mají postavit taková stavební díla, jako jsou například přehrady.

U malt, maltovin a betonů může docházet k určitým objemovým změnám, jež mohou mít za následek vznik trhlin více či méně hlubokých a Širokých, které mají nepříznivý vliv na nepropustnost, ochranu ocelové výztuže a popřípadě i stabilitu stavebního díla.

Naproti tomu se časem mohou projevit změny následkem vnějěích vlivů, které mohou vyvolat vznik více či méně rozsáhlé porovitosti rozpouštěním hydrátů solí.

Následné ošetření takovýchto materiálů je tedy nezbytné za účelem zlepšení jejich nepropustnosti a/nebo jejich zpevnění.

Problém,,spojený s docílením nerozpustnosti a/nebo zpevnění půd a stavebních materiálů, je tedy v podstatě stejný, totiž proniknout až dovnitř trhlin a mezer v naplaveninách pomocí činidla, schopného proniknout snadno ež k nim a natrvalo je vyplnit.

Až dosud používaná činidla k docílení nepropustnosti a/nebo zpevnění patří v podstatě do dvou skupin: jednak to jsou roztoky syntetických pryskyřic, jednak roztoky (břečky) alkalických křemičitanů, zejména křemičitanu sodného nebo draselného.

Pryskyřice nebo produkty na bázi pryskyřic, z nichž vznikají polymerní sloučeniny, mohou být v určitých případech vhodné, jde však o produkty poměrně obtížně aplikovatelné, poněvadž jejich tekutost vždy neumožňuje proniknout do hloubky mikrotrhlin nebo mikropórů. Nadto je injektáž pryskyřicemi poměrně novou technologií, takže dlouhodobá životnost stavebních děl nebo půd, ošetřených těmito produkty, není ještě dokonale prokázána.

Současná technika v tomto obořu spočívá hlavně v používáni alkalických suspenzi křemičitanu sodného, což jsou produkty sice snadno použitelné? avšak vykazují četné nedostatky.

Vskutku vyvolává vápno, přítomné ve stavebních materiálech a v některých půdách, jakmile přijede do styku s křemičitanem sodným, tvorbu gelu oxidu křemičitého následkem jeho nadbytku oproti hydroxidu sodnému v roztocích používaných k ošetřeni stavebních materiálů nebo půd.

Křeoičitan sodný je vlastně koloidním roztokem kyseliny křemičité v louhu sodném a jeho neutralizace vede k jeho přeměně v gel vybitím elektrického néboje křemičitanových iontů, které se kondenzují za vzniku polykřemičitanových iontů,

Nevčasný vznik gelu oxidu křemičitého má za následek blokováni injektáže, takže do některých dutin není možno proniknout. Kromě toho není gelovatšni nikdy úplné, nebol louh sodný zůstává ve struktuře gelu. Na druhé straně nejsou vzniklé gely časově stálé a mají sklon se rozkládat, čímž se znovu uvolňuje hydroxid sodný, tvořící nikoliv zanedbatelný zdroj znečištění a nestability.

Vynález umožňuje odstranit nedostatky známých činidel tím, že skýtá činidlo k docílení nerozpustnosti a/nebo zpevnění půd a stavebních materiálů, kteréžto činidlo lze snadno injektáží vpravit i do mlkrotrhlin o rozměrech řádově lOjum a které vykazuje velkou reaktivitu vůči vápnu, což vede k mineralizaci půd a/nebo stavebních materiálů následkem tvorby stabilních a nerozpustných hydrátů křemičitanú vápenatých, zejména tobermoritu (2 SiOg 3 CaO 3 HjO), čímž je zajiětěna trvalost účinků tohoto ošetření půd a stavebních materiálů.

Výsledky pokusů provedených na zkušebních tělíscích ukazují, že použitím činidla podle vynálezu nedochází ke gelovatěhí perkolací napřič mikropórovitými maltami, ba ani k jakémukoliv výskytu vrstvy gelu na výstupu za skušebních tělísek.

Tvorbu krystalů hydrátů křemičitanú vápenatého, a zejména tobermoritu, v-důsledku použití činidla podle vynálezu je možno dokázat difraktometrickými zkouškami za použití paprsků X.

Činidlo podle vynálezu k dosaženi nepropustnosti a/nebo zpevnění půd a stavebních materiálů umožňuje tedy zajistit

a) vynikající injektáž do prázdných dutin a mikropórů přítomných v půdách a/iiebo stavebních materiálech,

b) výrobu stabilních a nerozpustných hydratovaných křemičitanú vápenatých,

c) časově trvalou stálost produktu vzniklých po injektáži a

d) téměř žádné znečištění.

Předmětem vynálezu je tedy činidlo k docílení nepropustnosti a/nebo zpevnění půd a/nebo stavebních materiálů, aplikovatelná injektáží, které se vyznačuje tím, že zahrnuje nekoloidní koncentrovaný alkalický roztok oxidu křemičitého, připravený rozpuštěním oxidu křemičitého o střední velikosti částic menší než 100 um v louhu sodném při teplotě místnosti, přičemž hodnota molárního poměru oxidu křemičitého k oxidu sodnému je nižší než 2, hmotnostní obsah oxidu křemičitého v roztoku je vyšší než 20 % a viskozita je v rozmezí 0,005 až 0,05 Pa.s.

Nekoloidní charakter činidla podle vynálezu je možno kvalitně dokázat Tyndallovým jevem (měření nefelometrického indexu).

Použitým oxidem křemičitým může být oxid křemičitý v čistém stavu nebo jím výhodně mohou být látky obsahující oxid křemičitý s obsahem alespoň 80 až 9ft % hmotnostitoxidu křemičitého neskelné struktury.

Z výhodných sloučenin tohoto typu je možno uvést zejména pyrogenní oxidy křemičité, označované též jako kouřové oxidy křemičité, jež pocházejí z průmyslových odpadů, déle infusoriovou hlinku nebo aerogely oxidu křemičitého.

Velikost zrn oxidu křemičitého nebo látky obsahující oxid křemičitý má velkou důležitost pro dosažení rychlého a dokonalého rozpuštěni v louhu sodném: má proto být pokud možno meněí než 100 .um, s výhodou menší než 50 um.

Samozřejmě je možno podle vynálezu použít i jiných látek obsahujících oxid křemičitý, než jsou výěe zmíněné, pokud splňuji podmínku potřebné rozpustnosti.

Louhem sodným, použitým pro rozpuštění oxidu křemičitého, je výhodně roztok o koncentraci 35 až 37 °B, tj. mající hustotu 1,32 až 1,35.

Při rozpouštění oxidu křemičitého vzniká teplo, které však není nutno odvádět, nebol bylo zjištšno, že nemá žádný nepříznivý vliv na reaktivitu činidla k docílení nepropuatnosti a/nebo zpevnění půd a stavebních materiálů.

Rovněž hodnota poměru SiOg/NagO má značnou důležitost: jak již bylo výše uvedeno, má hodnota tohoto poměru být nižší než 2, s výhodou však v rozmezí 1,5 až 1,8. V případě vyšší hodnoty poměru by oxid křemičitý měl sklon k tvorbě gelu a tím by bránil dobré injektáži do hlubších mikrotrhlin nebo mikromezer.

Maximální hmotnostní obsah oxidu křemičitého není rozhodující, pokud hodnota poměru SiOg/NagO zůstává nižší než 2. Přesto však z praktických důvodů, týkajících se zejména viskozity činidla podle vynálezu, není tento obsah zpravidla vyšší než asi 30 %, a výhodně je v rozmezí 23 až 27 %.

Bylo zjištěno, že pro docílení dobré injektáže je žádoucí, aby viskozita činidla podle vynálezu byla v rozmezí 0,02 až 0,03 Pa.sj vhodné viákozity lze dosáhnout zředěním vodou.

Činidlo podle vynálezu může mimoto obsahovat přísady zlepšující pronikání do trhlin nebo dutin.

Podle jedné obměny vynálezu může činidlo k docílení nerozpustnosti a/nebo zpevnění půd a/nebo stavebních materiálů obsahovat vápno nebo některou sůl, zejména chlorid, mravenčen, octan nebo propion vápenatý.

Vápno nebo vápenatá sůl se zpravidla přidává do činidla, jde-li o ošetření určitých typů půd a/nebo stavebních materiálů chudých vápnem.

U půd a stavebních materiálů obsahujících větší množství hydroxidu vápenatého umožňuje oxid křemičitý, rozpuštěný v činidlu podle vynálezu, po zreagovéní vznik hydratovaných křemičitanů vápenatých (tobermoritu). Tak tomu však není u půd a/nebo stavebních materiálů s malým obsahem hydroxidu vápenatého, u nichž je nutné vyrovnat tento nedostatek přímým přidáním technického vápna nebo nepřímo přidáním některé vápenaté soli.

V případě, že činidlo podle výnélezu obsahuje vápno, je toto zpravidla přítomno v takovém množství, aby hodnota poměru GaO/SiOg byla vyšší než 0,3, přičemž maximální hodnota tohoto pomšru je 1,50.

Podle vynálezu se s výhodou používá některé vápenaté soli, zejména chloridu vápenatého, v takovém množství, že po zreagování s hydroxidem sodným se kromě vzniklého vápna získá neznečišlující sůl (chlorid sodný).

Rozpuštěný oxid křemičitý pak reaguje se vzniklým vápnem za vzniku nerozpustných stálých hydrátů křemičitanů vápenatých.

Použité množství vápenatých solí má být takové, aby stačilo k úplnému zneutralizování hydroxidu sodného, poněvadž nadbytek hydroxidu sodného by mohl později způsobit znečištěni.

I když je možno použít vápenaté soli v nadbytku, je podle vynálezu výhodné, použit stechiometrického množství potřebného k zneňtralizování hydroxidu sodného obsaženého v činidle podle vynálezu.

I když obohaceni činidla podle vynálezu vápenatou solí představuje výhodné řešení, je nicméně možno tento přídavek vápenaté soli uskutečnit i tak, že se roztok vápenaté soli injikuje před injektáži činidla. Avšak tento postup vyžaduje dvou po sobě následujících injektáži a tím ošetřeni prodlužuje a činí obtížnějším.

Různé zkouSky provedené za použití činidla podle vynálezu.ukázaly, že k vytvoření krystalů tobermoritu dochází přibližně 10 hodin po injektáži a že tvorba těchto krystalů pokračuje jeátě po 7 dnů po injektáži.

Z rentgenových difraktograraů nebo z výsledků zkoumání elektronovým mikroskopem vyplývá, že po 7 dnech jsou hydráty krystalů křemičitanú vápenatých přítomny ve velmi hojném počtu.

Pozorovaná velmi dobré reaktivita je způsobena aktivitou· rozpuštěného oxidu křemičitého a tím, že je roztok čerstvě připraven.

Dalším předmětem vynálezu je způsob docílení nepropustnosti a/nebo zpevnění půd a/nebo stavebních materiálů použitím uvedeného činidla, kterýžto způsob spočívá v tom, že se Činidlo podle vynálezu injikuje pod tlakem do dutin nebo dutinek v půdách nebo do trhlin či trhlinek ve stavebních materiálech pomoci vhodného zařízení.

Způsob podle vynálezu je obzvláště vhodný pro oSetření půd k docílení jejich nepropustnosti a zpevnění v přípedě, že jde o trhlinaté skály nebo naplaveniny.

U trhlinatých skal či hornin se nejprve provedou vrty a pak se do nich injikuje prostředek podle vynálezu injektáži posuvnou nebo vzestupnou.

U naplavenin se z důvodů nebezpečí sesutí pracuje nyní již klasickou metodou za použití trubek s manžetami /francouzský patent č. 986 619).

Vstřikovací tlak bývá zpravidla v rozmezí 0,5 až 2 MPa a množství použitého činidla činí 30 až 40 % objemu půdy, která se má oSetřit.

V průběhu zpevňovacích prací je možno stupeň oSetření kontrolovat odebíráním vzorků, které se podrobí zkouškám pro stanovení propustnosti.

Půda naplavenin o propustnosti přibližně 10“^ m.s^-1 propustí po injektáži a ztvrdnutí přibližně 10“⁶ až ,0^-7 m.s^-’.

Déle uvedený přiklad provedení vynález blíže objasňuje, aniž by vynález byl na něj omezen.

Příklad

Do velmi propustné půdy (propustnost 10 m.s ) bohaté vápnem se vyvrtá díra o hloubce 10 m za účelem ošetření k docílení nepropustnosti půdy o objemu 1 m^. Do vyvrtané díry se zasune injekční trubka a pomocí ní se vstřikuje pod počátečním tlakem 0,3 MPa roztok, získaný rozpuštěním 170 kg oxidu křemičitého o střední velikosti zrn přibližně 50 ,um ve 300 litrech louhu sodného o koncentraci 36 °B a 70 litrech vody (parametry roztoku po jeho připravení jsou tyto : poměr SiOg/HagO = 1,8; obsah Si0₂ = 26,6 %; obsah Na₂0 = 14,8 %; obsah H₂0 = 58,6 %; viskozita 0,04 až 0,05 Pa.s). Když tlak výtoku se ustálí přibližně na hodnotě 1 MPa, injektáž se zarazí; spotřebované množství injikovaného roztoku činí přibližně 320 litrů.

Po uplynutí 1 týdne se znovu stanoví propustnost, která nyní klesla na ,0“^ m.s^-', což naznačuje výbornou nepropustnost ošetřené půdy.

Claims (8)

1. pSedmEt VYNALEZU

   1. Činidlo k docílení nepropuatnosti a/nebo zpevnění půd a stavebních materiálů, aplikovatelné injektéží, vyznačující se tím, že zahrnuje nekoloidní koncentrovaný alkalický roztok oxidu křemičitého, připravený rozpuštěním oxidu křemičitého o střední velikosti částic menši než ΙΟΟ,ωη v louhu sodném při teplotě místnosti, přičemž hodnota molárního poměru oxidu křemičitého k oxidu sodnému je nižší než 2, hmotnostní obsah oxidu křemičitého v roztoku je vyšší než 20 % a viskozita je v rozmezí 0,005 až 0,05 Pa.s.
2. 2. Činidlo podle bodu 1, vyznačující se tim, že použitým oxidem křemičitým je látka alespoň 80 až 90 % hmotnosti oxidu křemičitého neskelné struktury.
3. 3. Činidlo podle bodů 1 a 2, vyznačující se tim, že použitým oxidem křemičitým je pyrogenní oxid křemičitý, infusoriová hlinka nebo aerogel oxidu křemičitého.
4. 4. Činidlo podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že hodnota molárního poměru oxidu křemičitého k oxidu sodnému je výhodně v rozmezí 1,5 až 1,8.
5. 5. Činidlo podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že maximální obsah oxidu křemičitého činí 30 % hmotnostní, s výhodou 23 až 27 % hmotnosti.
6. 6. Činidlo podle bodů 1 až 5, vyznačující se tím, že jeho viskozita je v rozmezí 0,02 až 0,03 Pe.s.
7. 7. Činidlo podle bodů 1 až 6, vyznačující se tím, že obsahuje vápno v hodnotě molárního poměru oxidu vápenatého k oxidu křemičitému vyšší než 0,3, s maximální hodnotou 1,5.
8. 8. Činidlo podle bodů 1 až 6, vyznačující se tím, že obsahuje chlorid vápenatý, octan vápenatý nebo propionan vápenatý v množství postačujícím k úplnému zneutralizování hydroxidu sodného.