FR2486090A1

FR2486090A1 - Bentonite slurry as grout substitute - contg. quicklime for ground consolidation, preventing collapse or caving in of walls

Info

Publication number: FR2486090A1
Application number: FR8014702A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-07-01
Filing date: 1980-07-01
Publication date: 1982-01-08

Abstract

Substitution of a grout based on bentonite and cement, a cement milk, a mortar or a concrete for a bentonitic slurry contd. in a cavity is described. The improvement comprises utilising a bentonitic slurry contg. a quantity of lime which corresponds to or slightly exceeds the amt. of lime needed to confer the max. rigidity tothe slurry. The grout is used to fill cavities in the ground for supporting walls to prevent collapse or caving in during e.g. reinforcements, panelling, channel formation etc. in which pockets of incomplete solidity occur. The use of CaO rather than cements of prior art ensures more stable dilling.

Description

L'une des activités principales des entreprises de fondations spéciales, branche des travaux publics, consiste à faire une cavité dans le sol et à y sceller, en général à l'aide de ciment, une pièce rapportée ou même à y disposer directement du ciment. One of the main activities of special foundation companies, a branch of public works, consists in making a cavity in the ground and in sealing it, generally using cement, an added piece or even in directly placing cement there. .

La plupart du temps, la rencontre de la nappe phréatique risquant de provoquer l'éboulement du trou conduit à utiliser deux méthodes de perforation soit en blindant le terrain mécaniquement soit en utilisant un fluide de soutènement. Most of the time, the meeting of the water table likely to cause the collapse of the hole leads to using two methods of perforation either by shielding the ground mechanically or by using a support fluid.

L'objet du présent brevet est de décrire une nouvelle méthode permettant de réaliser un trou ou une excavation avec un fluide de soutènement et d'obtenir un produit fini comportant tout ou partie de ciment. The object of this patent is to describe a new method for making a hole or an excavation with a retaining fluid and to obtain a finished product comprising all or part of cement.

A titre indicatif, ceci concerne le scellement de tirants ou de micro-pieux dans les forages de petit diamètre, la réalisation des pieux moulés ou préfabriqués, la réalisation des parois moulées bétonnées ou préfabriquées, la pose d'ouvrages en souille sous la nappe tels que égouts, la réalisation de tunnel à la boue, etc... As an indication, this concerns the sealing of tie rods or micro-piles in small-diameter boreholes, the production of molded or prefabricated piles, the production of concrete walls which are concreted or prefabricated, the laying of soiled works under the sheet such as sewers, building a mud tunnel, etc ...

A l'heure actuelle toutes ces méthodes, consistant à utiliser un fluide pendant la perforation, lequel fluide comportera tout ou partie de ciment au stade final, peuvent se classer en deux catégories. At the present time all these methods, consisting in using a fluid during the perforation, which fluid will comprise all or part of cement at the final stage, can be classified in two categories.

- la première catégorie consiste à utiliser, pour la perforation,
le meme fluide à base d'un mélange de bentonite et de ciment
et à le conserver au stade final, - la deuxième catégorie consiste à utiliser, pour la perforation,
un fluide composé de boue bentonitique et à n'envoyer le ciment
qu'une fois la phase perforation terminée.- the first category consists in using, for the perforation,
the same fluid based on a mixture of bentonite and cement
and to keep it at the final stage, - the second category consists in using, for the perforation,
a fluid composed of bentonite mud and not to send the cement
once the perforation phase has ended.

Dans la première catégorie, on conçoit que le fait d'utiliser pour la perforation le meme produit que le produit final est une simplicité alléchante. Malheureusement, il y a deux inconvénients non majeurs sur le plan technique mais qui grèvent, par contre, la rentobilité économique du procédé. In the first category, it is understood that the fact of using for the perforation the same product as the final product is an enticing simplicity. Unfortunately, there are two drawbacks which are not major from a technical point of view but which, on the other hand, affect the economic profitability of the process.

D'une port, pour éviter la prise de ce mélange bentonite-ciment, il faut aller très vite ou le retarder par des additifs, ce qui provoque de nombreux aléas. From a port, to avoid taking this bentonite-cement mixture, you must go very quickly or delay it with additives, which causes many hazards.

D'autre part, ces coulis bentonite-ciment sont relativement perméables avant la prise et s'essorent, ce qui provoque des surconsommations et des phénomènes de mise en ploce. On the other hand, these bentonite-cement grouts are relatively permeable before setting and are wrung out, which causes overconsumption and phenomena of plotting.

La deuxième catégorie, qui consiste à perforer d'abord avec un fluide ne faisant pas prise, généralement de la bentonite, et à le remplacer ensuite par le coulis faisant prise soit par une substitution soit par perfusion, c'est-à-dire mélange in situ de la bentonite existante et du coulis de ciment rapporté à l'aide de jets ou d'air lift, n'est pas une méthode sûre et amène de graves décomptes techniques dus à l'incompatibilité physique du mélange bentonite et ciment. En effet, comme cela sera développé plus loin, il se produit, au moment ou on met du ciment en contact avec la bentonite, un épaississement tellement important que de la bentonite non mélangée reste emprisonnée au milieu du produit final ce qui nuit à sa résistance. The second category, which consists of first perforating with a non-setting fluid, generally bentonite, and then replacing it with the setting grout either by a substitution or by infusion, i.e. mixing in situ of existing bentonite and cement grout added using jets or air lift, is not a safe method and leads to serious technical counts due to the physical incompatibility of the bentonite and cement mixture. Indeed, as will be developed further on, when the cement is brought into contact with the bentonite, there is such a thickening that unmixed bentonite remains trapped in the middle of the final product, which affects its strength. .

L'objet du présent brevet est de proposer une METHODE
MIXTE consistant à utiliser pour la perforation une boue de bentonite chimiquement traitée de façon qu'au stade ultérieur de l'introduction du ciment, il n'y ait plus cet épaississement et qu'ainsi le fluide de perforation puisse être évacué complétement ou mélangé intimement au coulis final sans qu'il y ait de résidus non résistants.The purpose of this patent is to provide a METHOD
MIXED consisting in using for the perforation a bentonite mud chemically treated so that at the later stage of the introduction of the cement, there is no longer this thickening and thus the perforating fluid can be completely evacuated or intimately mixed to the final grout without any non-resistant residue.

Pour faire comprendre le processus, il suffit de suivre le diagromme de la figure 1 qui représente l'évolution de la viscosité mesurée au cane Marsh d'un coulis de bentonite pure c'est-à-dire d'un silico aluminate auquel on ajoute progressivement du ciment. To make the process understand, it suffices to follow the diagram in FIG. 1 which represents the evolution of the viscosity measured with the Marsh cane of a pure bentonite slurry, that is to say of a silico aluminate to which we add gradually cement.

Pour plus de clarté, sans que cela nuise à la généralité de l'explication, ce graphique a été gradué à titre d'exemple pour une certaine bentonite Y et un ciment X. For clarity, without affecting the generality of the explanation, this graph has been graduated by way of example for a certain bentonite Y and a cement X.

On remarque qu'il faut, en l'absence de ciment,efl c'est-o-dire pour la perforation habituelle, 50 kilogs de bentonite ce qui permet d'atteindre une viscosité Marsh de 40 à 50 secondes admise génralement comme nécessaire à la perforation pour la mise en suspension des sédiments et la tenue des terres. Note that in the absence of cement, efl that is to say for the usual perforation, 50 kilograms of bentonite which allows to reach a viscosity Marsh of 40 to 50 seconds generally accepted as necessary to perforation for the suspension of sediments and soil maintenance.

Or, lorsqu'on ajoute de faibles quantités de ciment, en général moins de 50 kilogs au mètre cube, il se produit un épaississement qui, avec ce dosage initial de bentonite stristement nécessaire à la perforation, va jusqu'au gel. However, when small amounts of cement are added, generally less than 50 kilograms per cubic meter, a thickening occurs which, with this initial dosage of bentonite which is strictly necessary for perforation, goes as far as freezing.

On conçoit que, Si ceci se passe sous terre en dehors d'un puissant engin de malaxage, il est impossible de déplacer la bentonite et a fortiori de la mélanger au ciment même si le coulis de ciment ou de bentonite-ciment ajout est beaucoup plus lourd. It is understood that, if this happens underground outside a powerful kneading machine, it is impossible to move the bentonite and a fortiori to mix it with the cement even if the cement grout or bentonite-cement addition is much more heavy.

A titre d'exemple, il arrive qu'on constate ce phénomène même lors de remplacement complet à l'aide de béton comme dans les parois moulées. De la bentonite reste alors accrochée au terrain ou aux armatures et la partie supérieure de béton en fin de forage est complètement polluée et doit être recépée. For example, it happens that this phenomenon is observed even during complete replacement using concrete as in the diaphragm walls. Bentonite then remains attached to the ground or to the reinforcements and the upper part of the concrete at the end of drilling is completely polluted and must be coppiced.

Il faut rappeler ici que la bentonite seule n'a pas de résistance intrinsèque et qu'il faut la remplacer soit par du ciment pur, soit par un mélange de bentonite ciment qui n'est ni plus ni moins, comme le ciment, qu'un silico aluminate de chaux, la bentonite ajoutée à faible dose au ciment renforçant considérablement ses résistances, son imperméabilité et sa stabilité à la décantation, mais à condition que le mélange soit parfait. It should be recalled here that bentonite alone has no intrinsic resistance and that it must be replaced either by pure cement or by a mixture of bentonite cement which is nothing more or less, like cement, than a silico aluminate of lime, bentonite added in low dose to the cement considerably reinforcing its resistances, its impermeability and its stability to decantation, but on condition that the mixture is perfect.

A titre indicatif, lorsque les résistances du ciment pur à haute dose ou du béton ne sont pas exigées, on obtient un excellent produit d'environ 10 à 30 bars de résistance à l'écrasement en mélangeant uniquement pour 1 mètre cube d'eau 50 kilogs de bentonite Y et 200 à 300 kilogs de ciment X, point D sur la figure 1. As an indication, when the strengths of pure high-dose cement or concrete are not required, an excellent product of around 10 to 30 bars of crushing resistance is obtained by mixing only for 1 cubic meter of water 50 kilograms of bentonite Y and 200 to 300 kilograms of cement X, point D in Figure 1.

On remarquera que la viscosité Marsh de ce mélange est du même ordre de grandeur que celle nécessaire à la perforation pure et qu'il est tentant d'utiliser la bentonite de forage pour fabriquer ce coulis si ce n'était le passage du pic de viscosité
Or, ce pic est dû à l'action de la chaux contenue dans le ciment sur les feuillets de bentonites, action qui a pour effet de coller entre eux les feuillets et de gélifier la structure.It will be noted that the Marsh viscosity of this mixture is of the same order of magnitude as that necessary for pure perforation and that it is tempting to use drilling bentonite to manufacture this grout if it were not for the passage of the viscosity peak
However, this peak is due to the action of the lime contained in the cement on the sheets of bentonites, action which has the effect of sticking the sheets together and of gelling the structure.

Selon nous, l'explication du phénomène, sans que cela nuise au contenu du brevet, serait due à un effet de collage sur la tranche, stabilité instable qui serait détruite par un excès de choux. In our opinion, the explanation of the phenomenon, without affecting the content of the patent, would be due to a sticking effect on the edge, unstable stability which would be destroyed by an excess of cabbage.

Si on trace l'allure de la viscosité Marsh en fonction d'un ajout de chaux (fig. 2), on constate que le phénomène est le meme qu'avec le ciment mais avec des quantités moindres, puisque la chaux active du ciment qui réagit sur la bentonite est cinq à vingt fois plus faible que le poids du ciment selon les ciments. If we trace the pace of the Marsh viscosity according to an addition of lime (fig. 2), we see that the phenomenon is the same as with cement but with lesser quantities, since the active lime of the cement which reacts on bentonite is five to twenty times less than the weight of the cement depending on the cements.

On arrive ainsi à l'aide de quelques kilogs de chaux au mètre cube à provoquer un pic de viscosité Marsh plutôt gênant qu'autre chose. One thus arrives using a few kilograms of lime per cubic meter to cause a spike in viscosity Marsh rather troublesome than anything else.

C'est du moins ce que croyait tout le monde jusqu'ici y compris les pétroliers bien au courant du phénomène depuis plusieurs décennies parce qu'il leur causait un sérieux problème au moment de la rencontre d'un horizon chaulé naturel ou artificiel par exemple en cas d'une cimentation de tubage. At least this is what everyone believed so far, including oil companies well aware of the phenomenon for several decades because it caused them a serious problem when meeting a limed natural or artificial horizon for example in case of casing cementation.

I1 faut dire que l'augmentation de viscosité observée sur cône Marsh n'est pas réellement une augmentation de viscosité mais une augmentation de rigidité, c'est-à-dire de frottement à l'arrêt. On comprend qu'à grande profondeur, cette rigidité empêche la remise en circulation d'un forage à cause des énormes pertes de charges proportionnelles à la profondeur. It must be said that the increase in viscosity observed on the Marsh cone is not really an increase in viscosity but an increase in rigidity, that is to say of friction when stationary. It is understood that at great depth, this rigidity prevents the recirculation of a borehole because of the huge pressure drops proportional to the depth.

La solution qu'ils ont trouvée est d'opérer une conversion, c'est-à-dire de passer au-delà du pic en ajoutant de la chaux pour se retrouver dans une zone de viscosité et rigidité plus faible (point C sur la figure 1 ou 2). The solution they found is to operate a conversion, that is to say to go beyond the peak by adding lime to find themselves in a zone of lower viscosity and rigidity (point C on the figure 1 or 2).

La nouveauté de l'invention décrite ici est d'opérer aussi une conversion à la chaux mais non pas pour fuir le pic mais au contraire pour se placer dessus et dans sa zone descendante. Evidemment, ceci n'est pas applicable aux travaux pétroliers mois, par contre, est tout à fait adapté aux travaux de surface à faible profondeur ou le frottement dû à la rigidité est négligeable. The novelty of the invention described here is also to convert to lime but not to escape the peak but on the contrary to be placed on it and in its descending zone. Obviously, this is not applicable to petroleum work months, on the other hand, is entirely suitable for surface work at shallow depth or the friction due to rigidity is negligible.

Tout d'abord puisqu'une viscosité supérieure à 40 ou 50 secondes Marsh est superflue, il suffit de réduire la quantité initiale de bentonite. L'opération est financièrement très rentable puisque, pour obtenir la même viscosité de 40 à 50 secondes, il suffit de diminuer la quantité de bentonite de quelques dizaines de kilogs et de la remplacer par quelques kilogs de chaux ayant le même ordre de prix au kilog. First of all, since a viscosity greater than 40 or 50 seconds Marsh is superfluous, it suffices to reduce the initial quantity of bentonite. The operation is financially very profitable since, to obtain the same viscosity from 40 to 50 seconds, it suffices to reduce the quantity of bentonite by a few tens of kilogs and to replace it by a few kilograms of lime having the same order of price per kilog. .

A titre indicatif, sur la figure a avec la bentonite
Y on peut remplacer les 50 kilogs de bentonite initialement nécessaire; par 30 kilogs de la même bentonite et quelques kilogs de chaux. Cette opération s'effectuant évidemment sans problème en surface dans un malaxeur au moment de la fabrication du coulis de perforation.As an indication, in figure a with bentonite
You can replace the 50 kilograms of bentonite initially necessary; per 30 kilograms of the same bentonite and a few kilograms of lime. This operation is obviously carried out without problem on the surface in a mixer at the time of the manufacture of the perforating grout.

Un deuxième avantage est qu'en apportant de la rigidité à ce coulis de perforation, on maintient en suspension des grains de terrain allant jusqu'au centimètre qui autrement, avec un coulis normal sans rigidité, auraient décanté vers le fond ou il est extrêmement difficile de les enlever-et ce qui peut causer parfois des malfaçons. On peut même utiliser ce procédé pour alourdir volontairement le fluide en matiere de perforation ou pour d'autres applications de stabilisation. A second advantage is that by bringing rigidity to this perforation grout, we maintain in suspension grains of ground up to the centimeter which otherwise, with a normal grout without rigidity, would have settled towards the bottom or it is extremely difficult to remove them - and this can sometimes cause poor workmanship. This process can even be used to deliberately weigh down the fluid in terms of perforation or for other stabilization applications.

Un troisième avantage est, qu'en diminuant la quantité de bentonite, on évite au pic de monter trop haut et qu'on est sûr ainsi d'éviter un épaississement malencontreux en cas de modificotion inopinée du taux de chaux par absorption dans certains déblais avides de chaux. A third advantage is that by decreasing the quantity of bentonite, the peak is avoided from rising too high and it is thus certain to avoid an unfortunate thickening in the event of an unexpected change in the lime level by absorption in certain greedy cuttings of lime.

Evidemment, on court le risque, dans un horizon comme la craie qui tend elle-meme à.libérer de la chaux, à voir, par augmentation du taux de chaux, la rigidité descendre, ce qui nécessite une certaine surveillance mais c'est beaucoup moins grave que les augmentations de rigidité énormes qu'on trouvait dans ces terrains chaulés lorsqu'on travaillait avant le pic. Obviously, we run the risk, in a horizon like chalk which tends itself to release lime, to see, by increasing the rate of lime, the rigidity go down, which requires some monitoring but it is a lot less serious than the enormous stiffness increases found in these limed soils when working before the peak.

Le quatrième avantage est précisément le but principal du brevet à savoir que, lors d'un ajout de ciment, la rigidité tend à diminuer voire à s'effondrer. C'est finalement là bien l'idéal du spécialiste en fondations spéciales : avoir un fluide particulièrement ferme pendant la perforation et qui ne demande qu'à se liquéfier au moment ou on n'en a plus besoin. The fourth advantage is precisely the main purpose of the patent, namely that, when adding cement, the rigidity tends to decrease or even collapse. This is ultimately the ideal of the specialist in special foundations: to have a particularly firm fluid during the perforation and which only asks to liquefy when it is no longer needed.

Enfin, un cinquième avantage lorsqu'on désire utiliser le produit de perforation pour participer au produit final lorsqu'il est à base de bentonite-ciment, est que la bentonite de perforation ainsi traitée n'a plus aucune difficulté à se mélanger in situ au ciment s'il est d'à peu près même densité et éventuellement brassé à l'air lift. Dans le cas d'un bétonnage classique ou on ne désire pas que la bentonite se mélange au béton, il suffit de ne pas agiter et il se forme un film fluide entre la surface supérieure du béton injecté par le bas et la surface inférieure de la boue qui remonte. Le béton final arrivont en surface est ainsi beaucoup moins pollué, ce qui limite le recépage. De plus, les aciers de la paroi sont beaucoup mieux enrobés par le béton. Finally, a fifth advantage when it is desired to use the perforation product to participate in the final product when it is based on bentonite-cement, is that the perforation bentonite thus treated no longer has any difficulty in mixing in situ with cement if it is of approximately the same density and possibly brewed with air lift. In the case of conventional concreting, or one does not want the bentonite to mix with the concrete, it is sufficient not to agitate and a fluid film is formed between the upper surface of the concrete injected from below and the lower surface of the rising mud. The final concrete arriving on the surface is thus much less polluted, which limits coppicing. In addition, the steels of the wall are much better coated with concrete.

Il est possible que parfois, avec certaines bentonites, le sous dosage initial de cette méthode soit incompatible avec la stabilité du coulis bentonite-ciment final, mais rien n'empeche de remonter ce dosage en bentonite au moment de l'hydratation préalable du ciment. It is possible that sometimes, with certain bentonites, the initial sub-dosage of this method is incompatible with the stability of the final bentonite-cement grout, but nothing prevents this dosage of bentonite from being raised during the prior hydration of the cement.

On en arrive alors dans le cas de coulis final de bentonite-ciment à trois methodes possibles de remplacement du coulis initiol de bentonite traitée à la chaux - fabrication du coulis de bentonite-ciment en centrale de
molaxage avec utilisation eventuelle de la bentonite de la
tranchée puis renvoi du mélange final au fond de la tranchée
ce qui est une substitution avec air-lift final éventuel, - injection directe d'un ciment surdosé dans la masse de la
bentonite de perforation puis malaxage in situ à l'air-lift
ce qui est une perfusion, - vidange directe en vrac du ciment poudreux sur la tranchée et
brassage à l'air-lift, ce qui est un ballastage.We then arrive in the case of final bentonite-cement grout with three possible methods of replacing the initiol lime of bentonite-treated lime - manufacture of bentonite-cement grout in a central
kneading with possible use of the bentonite of the
trench then return of the final mixture to the bottom of the trench
which is a substitution with possible final air-lift, - direct injection of an overdosed cement into the mass of the
perforation bentonite then in situ air-lift mixing
which is an infusion, - direct emptying in bulk of the powdery cement on the trench and
air-lift mixing, which is ballasting.

Les essais réalisés à ce jour ont montré que l'homogé- néité des substitutions aux mélanges ainsi réalisés était sans commune mesure avec ce qui se faisait jusqu'ici. The tests carried out to date have shown that the homogeneity of the substitutions for the mixtures thus produced was incommensurate with what was done hitherto.

Claims

located to its immediate right.

of the first Marsh viscosity peak or on the downward curve

stiffness depending on the lime level is located at the top

on the other hand, that the figurative point of viscosity Mersh or

pessary to perforation in the absence of doping with lime, and

amount of bentonite is less than strictly born ~

manufacturing on site so that, on the one hand, the

a few kilograms of lime per cubic meter at the time of its

bemtonitic mud base consisting in doping this mud with

I. Mode d.e manufacture of a fluid of perforation of the ground to

2. Use of the product of claim I to maintain in

suspension of spoil or solid bodies to prevent

their sedimentation at the bottom of the borehole and / or increase the stabilization

excavation head

3. Use of the product of claim I to avoid

inconsiderate thickening of drilling mud in contact with

layer of polluting soil or cement has been placed.

4. Use of the product of claim I to allow

substitution, infusion or subsequent ballasting of

cement-based coulais without thickening or formation of inclu ~

bentonite nodular ions, but on the contrary with liquefaction ~

tion of the mud in place.

5.Use of one of the preceding claims for

placement in an excavation of grout of eiment, bento.

such as sewers, tunnels to mud,

molded or prefabricated walls, continuous filthy structures

sation of tie rods or piles, molded or prefabricated piles,

cement or concrete nite, necessary for the drying or the realization ~