CZ34029U1 - Přísada pro ztekucení zemin - Google Patents

Description

Oblast techniky

Předkládané technické řešení se týká přísady pro vytvoření samozhutnitelných zálivek na bázi zemin s výhodnou kombinací pevnosti, rozlití a smrštění. Samozhutnitelná zálivka je určena jako výplň pro geotechnické konstrukce, kde je vhodně využito schopnosti dokonale vyplnit prostor a samozhutňujícího efektu. Nejčastějším využitím jsou výkopy inženýrských sítí (IS).

Dosavadní stav techniky

V dnešní praxi existuje celá řada technologií pro úpravu či ošetření zemin tak, aby bylo možné jejich zpětné použití v geotechnických konstrukcích. Způsoby zlepšení vlastností zeminy lze rozdělit do dvou širokých kategorií, kterými je mechanická stabilizace (dosažena změnou fýzikálních vlastností půdních částic, např. vibrací, hutněním bariérami, přibíjením atd.) a chemická stabilizace (dosažena chemickou reakcí mezi stabilizátorem/pojivem a minerálními látkami v zemině).

Běžnou praxí je provádění zásypů inženýrských sítí pomocí technologie zhutňování zeminy. Mezi netradiční a zcela unikátní možnosti úpravy zemin patří jejich ztekucení do podoby samozhutnitelné zálivky. V České republice se jedná o dosud zcela nepoužívanou technologii. Samozhutnitelná zálivka by měla být schopna vyplnit veškerý prostor výkopu, a to i v těch nejméně přístupných místech, bez nutnosti hutnění a vibrace ve vrstvách. Proces vytvrzení zálivky by měl nastat během několika hodin.

Způsob úpravy zeminy formou ztekucení může umožnit zpětné využití téměř jakéhokoliv druhu zeminy z výkopových prací. Podmínkou je ovšem splnění požadovaných technických vlastností ztekucené zeminy.

Obecně je pojem samozhutnitelná zálivka výraz pro vysoce tekutou směs (někdy také „cementovou kaši“), která je složena ze zeminy (jemného kameniva), vody, pojiv (vápna, cementu), příměsí (alternativních typů surovin) a chemických přísad. Ve zvláštních případech to mohou být ještě další materiály, používané pro cílenou modifikaci některé z vlastností.

Známé jsou např. tzv. suché směsi složené z vytěžené zeminy, bentonitu, cementu apucolánově aktivních látek (křída, sádra) jako vodu vázajícího činidla (DE 102005056568).

Dále se jedná např. o stavební materiál podle dokumentu WO 2004065330 určený pro zpětné zásypy, složený ze směsi kameniva, štěrku, písku, jílu nebo hlíny, recyklovaného materiálu a/nebo vytěžené zeminy. Jako přísady je použito alespoň jedno pojivo (cement, vápno, sádra a/nebo přírodní nebo umělé pucolány) a přísada ekologicky odbouratelných látek ve formě směsi rostlinných a anorganických látek (celulóza, organická vlákna, látky s obsahem tenzidů).

Známá je také směs vrstvených minerálních materiálů podle dokumentu EP 1997959, která se po jejich stabilizaci, po přidání vody, používá zejména pro výkopy. Materiál je připraven hnětením přírodních minerálů s příměsí sodného nebo lítaného aktivačního činidla (vodní sklo), směs se přivádí do stavu sypké granulované volně tekoucí směsi.

Jinou alternativou je např. materiál na bázi zemin popsaný v JP 3210636, který obsahuje zpomalovač tuhnutí, jenž je tvořen 100 váhovými díly škrobu a 1 až 150 váhovými díly obsah vody snižující přísady, kde až 40 % hmota, tvoří maltóza k rozkladu škrobu. Jeden ze zde uvedených zpevňovacích materiálů je tvořen 100 váhovými díly cementu, 5 až 60 váhovými díly

- 1 CZ 34029 U1 jílovitých minerálů a 0,9 až 3,6 váhovými díly výše uvedeného zpomalovače tuhnutí. Výše uvedený zpomalovač tuhnutí může být též smíchán s vodním sklem pro zvýšení účinku.

Úpravy samozhutnitelných zálivek lze také dosáhnout pomocí alternativních typů surovin (popílků). Technologie popsaná v KR 101148655 B1 vedla ke způsobu výroby vysoce fluidizováných půdních zásypů, za použití popílků, jež umožňuje rychlé otevření provozu a výstavbu bez nutnosti hutnění. Společně je při této metodě míchána zemina s popílkem a voda se stabilizačními činidly.

Materiály podle stavu techniky mají nižší zpracovatelnost a poměrně vysokou objemovou hmotnost. Předkládané technické řešení si klade za cíl poskytnout přísadu pro ztekucení zemin, jejímž použitím lze připravit samozhutnitelnou zálivku na bázi zemin, která by na základě svého složení vykazovala zvýšenou hodnotu rozlití (schopnost tečení zálivky bez nutnosti vibrace či hutnění), sníženou hodnotu smrštění, a přitom si udržovala požadované parametry pevnosti v tlaku. Ve srovnání se stávající technologií zhutňování zemin a poznatcích ostávajících samozhutnitelných zálivkách by unikátnost nové přísady spočívala ve využitelnosti veškerých typů zemin pro výrobu samozhutnitelné zálivky.

Podstata technického řešení

Předmětem předkládaného technického řešení je přísada pro ztekucení zemin, obsahující:

- 18 až 60 % hmoto, hydroxidu vápenatého,

- 38 až 80 % hmoto, cementu,

- plastifikační přísadu na bázi polykarboxylátu v množství 0 až 2 % hmota., nebo ztekucující přísadu, kterou je uhličitan sodný, v množství 1,5 až 2 % hmota.

S výhodou obsahuje přísada dále 0,01 až 0,3 % hmota, superabsorpčního polymeru (kopolymer kyseliny akrylové a akrylamidu).

Přísada se přidává do zemin s cílem jejich ztekucení, čímž se vytvoří samozhutnitelná zálivka. V některých provedeních je vhodnou zeminou jílovitá zemina třídy F5-F8 podle ČSN EN ISO 14688-1 (2018), tedy s obsahem částic o velikosti méně než 0,063 mm alespoň 65 %. Lze ovšem využít zeminy jak jílovitého, tak jílovito-písčitého a písčitého typu. V případě přítomnosti nežádoucí frakce o velikosti částic > 22 mm je vhodné tuto frakci vytřídit. Obsah organických látek vyšších než 6 % hmoto, je nutné ze zeminy odstranit. Část zeminy (až 30 % hmota, zeminy) lze nahradit fluidním popílkem, v takovém případě se pak množství hydroxidu vápenatého v přísadě pohybuje u nižší hranice výše uvedeného rozmezí, neboť fluidní popílek obsahuje oxid vápenatý. Při smísení přísady se zeminou se přidá také záměsová voda.

Hydroxid vápenatý a cement jsou pojivá, přičemž hydroxid vápenatý (vápenný hydrát) dobře spolupracuje s jemnozmnou zeminou.

Plastifikační a ztekucující přísada jsou alternativní možnosti, může být přítomna jen plastifikační přísada, nebo jen ztekucující přísada. Plastifikační nebo ztekucující přísady se přidávají pro snížení vlhkosti a zvýšení parametru rozlití. Plastifikační a ztekucující přísady jsou komerčně dostupné. Plastifikační přísadou je plastifikační přísada na bázi polykarboxylátů. Ztekucující přísadou je uhličitan sodný. Zajištění vzájemného synergického působení ztekucujících či plastifikačních přísad s minerály, obsaženými v zemině, vede ke snížení obsahu vody, a tím i ke zlepšení dalších parametrů zálivek.

Přísada podle předkládaného technického řešení může být ve formě směsi všech složek, která je připravena pro smíchání se zeminou a zámě sovou vodou, čímž se vyrobí samozhutnitelná zálivka. Alternativně může být přísada podle předkládaného technického řešení ve formě sady

-2 CZ 34029 U1 jednotlivých složek, což umožňuje smíchávat jednotlivé složky se zeminou postupně. Pak lze samozhutnitelnou zálivku na bázi zemin připravit tak, že se nejprve zemina smíchá s hydroxidem vápenatým, k této směsi se přidá cement a popřípadě i fluidní popílek, poté se k suché směsi přileje suspenze obsahující plastifikační nebo ztekucující přísadu a 1 až 30 % celkového množství vody, směs se rozmíchá, a nakonec se ke směsi dolije zbývající množství vody. Zálivka se po přidání druhé části vody homogenizuje za intenzivního míchání po dobu alespoň 8 minut, výhodněji po dobu 10 min.

Příklady uskutečnění technického řešení

Měření parametrů samozhutnitelných zálivek na bázi zemin s přísadou podle technického řešení bylo prováděno podle následujících norem:

Sednutí - rozlitím - ČSN EN 12350-8 Zkoušení čerstvého betonu - Část 8: Samozhutnitelný beton - Zkouška sednutí - rozlitím, (2019)

Pevnost v tlaku - ČSN EN 12390-3 Zkoušení ztvrdlého betonu - Část 3: Pevnost v tlaku zkušebních těles, (2019)

Lineární smrštění - ČSN 72 1019 Laboratorní stanovení smršťování zemin, (1990)

Údaje uváděné v % znamenají hmotnostní %, není-li uvedeno jinak.

Není-li uvedeno jinak, byla přísada o složení podle příslušné Receptury připravena prostým smícháním všech uvedených složek.

Příklad 1

Receptura 1:

• 32,8 % hydroxid vápenatý (vápenný hydrát), • 65,6 % cementu CEM II/B-M (S-LL) 32,5 R, • 1,6 % uhličitanu sodného.

Použita zemina třídy F7 MH = Cl,

Použito 68 % vody, vztaženo na celkovou hmotnost suchých složek.

Před experimentem byla zemina vysušena v laboratorní sušárně při teplotě 60 °C po dobu 24 hodin. Po této úpravě byla zemina míšena s přísadou po dobu 10 minut. Následně byla do směsi přimícháno 68 % (z hmotnosti suchých složek) vody. Množství vody přidané do směsi se řídilo hodnotou optimálního sednutí rozlitím (v rozmezí 680 až 750 mm). Konkrétně byla naměřena průměrná hodnota 700 mm. Míchání probíhalo minimálně 5, maximálně však 15 minut.

Veškeré míchání bylo prováděno v míchačce s nuceným oběhem při nastavených otáčkách na hodnotu 50 ot./minutu a laboratorních podmínkách (23±2 °C, 55±5% relativní vlhkosti vzduchu).

Z výsledné směsi byla vyrobena zkušební tělesa o rozměrech 100x100x100 mm, na kterých bylo následně provedeno stanovení rozhodujících parametrů.

Vlastnosti výrobku:

Pevnost v tlaku po 28 dnech zrání: 0,40 MPa Lineární smrštění po 28 dnech zrání: 3,0 %

-3 CZ 34029 U1

Příklad 2

Receptura 2:

• 26,8 % hydroxid vápenatý (vápenný hydrát), • 71,4 % cementu CEM II/B-M (S-LL) 32,5 R, • 1,8 % uhličitanu sodného.

Použita zemina třídy F7 MH = Cl s 30 % fluidního popílku (min. 15 % CaO), vztaženo na hmotnost zeminy,

Použito 78 % vody, vztaženo na celkovou hmotnost suchých složek.

Před experimentem byla zemina vysušena v laboratorní sušárně při teplotě 60 °C po dobu 24 hodin. Po této úpravě byla zemina míšena s přísadou po dobu 10 minut. Následně byla do směsi přimícháno 78 % (z hmotnosti suchých složek) vody. Množství vody přidané do směsi se řídilo hodnotou optimálního sednutí rozlitím (v rozmezí 680 až 750 mm). Konkrétně byla naměřena průměrná hodnota 700 mm. Míchání probíhalo minimálně 5, maximálně však 15 minut.

Veškeré míchání bylo prováděno v míchačce s nuceným oběhem při nastavených otáčkách na hodnotu 50 ot./minutu a laboratorních podmínkách (23±2 °C, 55±5% relativní vlhkosti vzduchu).

Z výsledné směsi byla vyrobena zkušební tělesa o rozměrech 100x100x100 mm, na kterých bylo následně provedeno stanovení rozhodujících parametrů.

Vlastnosti výrobku:

Pevnost v tlaku po 28 dnech zrání: 0,7 MPa

Lineární smrštění po 28 dnech zrání: 2,5 %

Příklad 3

Receptura 3:

• 32,7 % hydroxid vápenatý (vápenný hydrát), • 65,3 % cementu CEM II/B-M (S-LL) 32,5 R, • 2,0 % plastifikační přísady na bázi polykarboxylátů.

Použita zemina třídy F6 Cl = saCl,

Použito 59 % vody, vztaženo na celkovou hmotnost suchých složek.

Před experimentem byla zemina vysušena v laboratorní sušárně při teplotě 60 °C po dobu 24 hodin. Po této úpravě byla zemina míšena s přísadou po dobu 10 minut. Následně byla do směsi přimícháno 59 % (z hmotnosti suchých složek) vody. Množství vody přidané do směsi se řídilo hodnotou optimálního sednutí rozlitím (v rozmezí 680 až 750 mm). Konkrétně byla naměřena průměrná hodnota 700 mm. Míchání probíhalo minimálně 5, maximálně však 15 minut.

Veškeré míchání bylo prováděno v míchačce s nuceným oběhem při nastavených otáčkách na hodnotu 50 ot./minutu a laboratorních podmínkách (23±2 °C, 55±5% relativní vlhkosti vzduchu).

-4 CZ 34029 U1

Z výsledné směsi byla vyrobena zkušební tělesa o rozměrech 100x100x100 mm, na kterých bylo následně provedeno stanovení rozhodujících parametrů.

Vlastnosti výrobku:

Pevnost v tlaku po 28 dnech zrání: 0,4 MPa

Lineární smrštění po 28 dnech zrání: 1,9 %

Příklad 4

Receptura 4:

• 58,8 % hydroxid vápenatý (vápenný hydrát), • 39,2 % cementu CEM II/B-M (S-LL) 32,5 R, • 2,0 % uhličitanu sodného.

Použita zemina třídy F6 Cl = saCl,

Použito 55 % vody, vztaženo na celkovou hmotnost suchých složek.

Před experimentem byla zemina vysušena v laboratorní sušárně při teplotě 60 °C po dobu 24 hodin. Po této úpravě byla zemina míšena s přísadou po dobu 10 minut. Následně byla do směsi přimícháno 55 % (z hmotnosti suchých složek) vody. Množství vody přidané do směsi se řídilo hodnotou optimálního sednutí rozlitím (v rozmezí 680 až 750 mm). Konkrétně byla naměřena průměrná hodnota 700 mm. Míchání probíhalo minimálně 5, maximálně však 15 minut.

Veškeré míchání bylo prováděno v míchačce s nuceným oběhem při nastavených otáčkách na hodnotu 50 ot./minutu a laboratorních podmínkách (23±2 °C, 55±5% relativní vlhkosti vzduchu).

Z výsledné směsi byla vyrobena zkušební tělesa o rozměrech 100x100x100 mm, na kterých bylo následně provedeno stanovení rozhodujících parametrů.

Vlastnosti výrobku:

Pevnost v tlaku po 28 dnech zrání: 0,30 MPa

Lineární smrštění: 2,3 %

Příklad 5

Receptura 5:

• 19,6 % hydroxid vápenatý (vápenný hydrát), • 78,4 % cementu CEM II/B-M (S-LL) 32,5 R, • 2,0 % uhličitanu sodného.

Použita zemina třídy F6 Cl = saCl s 10 % fluidního popílku (min. 15 % CaO), vztaženo na hmotnost zeminy,

Použito 56 % vody, vztaženo na celkovou hmotnost suchých složek.

Před experimentem byla zemina vysušena v laboratorní sušárně při teplotě 60 °C po dobu 24 hodin. Po této úpravě byla zemina míšena s přísadou po dobu 10 minut. Následně byla do směsi přimícháno 56 % (z hmotnosti suchých složek) vody. Množství vody přidané do směsi se řídilo hodnotou optimálního sednutí rozlitím (v rozmezí 680 až 750 mm). Konkrétně byla

-5 CZ 34029 U1 naměřena průměrná hodnota 700 mm. Míchání probíhalo minimálně 5, maximálně však 15 minut.

Veškeré míchání bylo prováděno v míchačce s nuceným oběhem při nastavených otáčkách na hodnotu 50 ot./minutu a laboratorních podmínkách (23±2 °C, 55±5% relativní vlhkosti vzduchu).

Z výsledné směsi byla vyrobena zkušební tělesa o rozměrech 100x100x100 mm, na kterých bylo následně provedeno stanovení rozhodujících parametrů.

Vlastnosti výrobku:

Pevnost v tlaku po 28 dnech zrání: 0,50 MPa

Lineární smrštění: 2,3 %

Příklad 6

Receptura 6:

• 58,7 % hydroxid vápenatý (vápenný hydrát), • 39,1 % cementu CEM II/B-M (S-LL) 32,5 R, • 1,9 % uhličitanu sodného, • 0,3 % superabsorpčního polymeru (kopolymer kyseliny akrylové a akrylamidu).

Použita zemina třídy F6 Cl = saCl,

Použito 60 % vody, vztaženo na celkovou hmotnost suchých složek.

Před experimentem byla zemina vysušena v laboratorní sušárně při teplotě 60 °C po dobu 24 hodin. Po této úpravě byla zemina míšena s přísadou po dobu 10 minut. Následně byla do směsi přimícháno 60 % (z hmotnosti suchých složek) vody. Množství vody přidané do směsi se řídilo hodnotou optimálního sednutí rozlitím (v rozmezí 680 až 750 mm). Konkrétně byla naměřena průměrná hodnota 700 mm. Míchání probíhalo minimálně 5, maximálně však 15 minut.

Veškeré míchání bylo prováděno v míchačce s nuceným oběhem při nastavených otáčkách na hodnotu 50 ot./minutu a laboratorních podmínkách (23±2 °C, 55±5% relativní vlhkosti vzduchu).

Z výsledné směsi byla vyrobena zkušební tělesa o rozměrech 100x100x100 mm, na kterých bylo následně provedeno stanovení rozhodujících parametrů.

Vlastnosti výrobku:

Pevnost v tlaku po 28 dnech zrání: 0,60 MPa

Lineární smrštění: 1,8 %

Příklad 7

Receptura 7:

• 58,8 % hydroxid vápenatý (vápenný hydrát), • 39,2 % cementu CEM II/B-M (S-LL) 32,5 R, • 1,9 % uhličitanu sodného, • 0,1 % superabsorpčního polymeru (kopolymer kyseliny akrylové a akrylamidu).

Použita zemina třídy F6 Cl = saCl,

-6 CZ 34029 U1

Použito 57 % vody, vztaženo na celkovou hmotnost suchých složek.

Před experimentem byla zemina vysušena v laboratorní sušárně při teplotě 60 °C po dobu 24 hodin. Po této úpravě byla zemina míšena s přísadou po dobu 10 minut. Následně byla do směsi přimícháno 57 % (z hmotnosti suchých složek) vody. Množství vody přidané do směsi se řídilo hodnotou optimálního sednutí rozlitím (v rozmezí 680 až 750 mm). Konkrétně byla naměřena průměrná hodnota 700 mm. Míchání probíhalo minimálně 5, maximálně však 15 minut.

Veškeré míchání bylo prováděno v míchačce s nuceným oběhem při nastavených otáčkách na hodnotu 50 ot./minutu a laboratorních podmínkách (23±2 °C, 55±5% relativní vlhkosti vzduchu).

Z výsledné směsi byla vyrobena zkušební tělesa o rozměrech 100x100x100 mm, na kterých bylo následně provedeno stanovení rozhodujících parametrů.

Vlastnosti výrobku:

Pevnost v tlaku po 28 dnech zrání: 0,4 MPa

Lineární smrštění: 2,1 %

Claims (2)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Přísada pro ztekucení zemin, vyznačující se tím, že obsahuje:

- 18 až 60 % hmoto, hydroxidu vápenatého,

- 38 až 80 % hmoto, cementu,

- plastifikační přísadu na bázi polykarboxylátu v množství 0 až 2 % hmota., nebo ztekucující přísadu, kterou je uhličitan sodný, v množství 1,5 až 2 % hmota.

2. Přísada podle nároku 1, vyznačená tím, že dále obsahuje 0,01 až 0,3 % hmota, kopolymeru kyseliny akrylové a akrylamidu.