NO178887B - Injiserbar sementslurry - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en injiserbar sementslurry for stabilisering og/eller tetting av fine granulære jordarter, jordarter med fine sprekker og sprekker i berg eller betongkonstruksjoner.

De kjente sementslurryer som benyttes for injeksjon av den ovennevnte art består av såkalt mikrosement, vann og eventuelt overflateaktive midler. Mikrosement er Portland sement som er blitt malt og/eller klassifisert slik at en vesentlig andel av sementpartiklene er mindre enn 10 Jim og hvor alle partiklene er mindre enn 50 |im. For injeksjonssementslurryer er det for å oppnå god inntrengning ved injeksjon viktig at sementslurryen er tyntflytende. Det er derfor en fordel ved slike sementslurryer å benytte et vann/sementforhold som er så høyt som mulig. For sementslurryer bestående av mikrosement og vann, og eventuelt overflateaktivt middel, er imidlertid det høyeste forhold mellom vann og sement som kan benyttes ca. 3. Ved høyere vanninnhold oppstår det stor vannseparasjon i slike sementslurryer.

Norsk patentsøknad nr. 903531 vedrører en sementbasert injeksjonsmasse av denne art bestående av findelt Portland sement hvor så mye som mulig av partiklene med størrelse over 30 (im er fjernet og hvor det til sementen er tilsatt et vannreduserende middel og hvor vektforholdet mellom vann og sement ikke overskrider 0,6. Det er videre angitt at injeksjonsmassen kan inneholde fine bindende produkter som pozzolaner, finoppmalt slagg, silicagel og silisiumdioksid i en andel mellom 0,5 - 10 vekt % av den totale mengde tørt produkt. Det er imidlertid ikke angitt at det ved tilsetning av de nevnte bestanddeler kan benyttes et høyere vektforhold mellom vann og sement ved tilsetning av de nevnte bestanddeler. Ved det lave vann/sementforhold som er angitt i den norske patentsøknaden vil således inntrengningsdybden være meget begrenset.

Fra EP-A 572261 er det kjent en sementslurry for bruk ved sementering av olje-, gass- og vannbrønner omfattende microsement og et herderetarderende middel. Slurryen kan videre inneholde microsilica, men av de oppfitte densiteter fremgår det at forholdet mellom vann og sement + microsilica i slurryen i EP-A 572261 er mindre enn 2. Disse slurryene vil derfor også ha en meget begrenset inntregningsdybde ved injisering i fine granulære jordarter.

I tillegg til injiserbare slurryer bestående av mikrosement og vann er det kjent å benytte injiserbare mørtler bestående av lesket kalk, microsilica og vann for å stabilisere og/eller tette fine granulære jordarter. Slike mørtler er beskrevet i norske patenter nr. 168765, 164988 og i svensk utlegningsskrift nr. 452455. Mørtlene basert på lesket kalk og microsilica har imidlertid den ulempe at de har en lang tyknings- og settetid, og må derfor tilsettes herdeakselerator for at man skal oppnå en akseptabel settetid. Tilsats av herdeakselerator slik som beskrevet i norsk patent nr. 168765, fører imidlertid til en mer komplisert og kostbar injeksjonsmørtel i tillegg til at de store mengder herdeakselerator kan nedsette inntrengingen av mørtlene.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en mikrosementbasert injeksjonsslurry med et høyt vann/sement forhold, liten vannseparasjon og god inntrengning.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således en injiserbar slurry inneholdende mikrosement og vann for bruk ved stabilisering og/eller tetting av fine granulære jordarter, jordarter med fine sprekker og sprekker i berg eller betongkonstruksjoner, hvilken slurry inneholder findelte amorfe silicapartikler i en mengde av 5 - 70 vekt % basert på vekten av sement og 0 - 10 % vannreduserende middel basert på vekten av sement, hvilken slurry er kjennetegnet med at vektforholdet mellom vann og sement + amorf silica er mellom 2 og 8.

Ifølge en foretrukket utførelsesform inneholder slurryen 10-60 vekt % og fortrinnsvis 15 - 40 % av de findelte amorfe silicapartikler basert på vekten av sement.

Som amorfe silicapartikler anvendes det fortrinnsvis amorft silicastøv oppsamlet fra elektrotermiske smelteovner som produserer minst 75 % ferrosilisium, men støv fra ovner som produserer 50 % ferrosilisium og støv fra elektrotermiske smelteovner som produserer CaSi kan også benyttes som utgangsmateriale for den foreliggende oppfinnelse. Slikt silicastøv betegnes idet følgende microsilica.

Det er også mulig å oppnå silicastøv som hovedprodukt fra ovennevnte smelteovner ved å justere reduksjonsbetingelsene. Amorf silica av den type kan også fremstilles syntetisk uten reduksjon og reoksydasjon. Alternativt kan en silicastøvgenerator benyttes for å produsere findelt silica. Amorf silica kan også anvendes i form av kolloidal silica, silica gel og utfelt silica. Amorf silica av denne type kan også utgjøres av naturlig forekommende silica så som diatomerjod.

De findelte amorfe silicapartiklene kan eksempelvis inneholde 60 - 100 vekt % Si02 og ha en tetthet på 2,00 - 2,40 glcvc? og et spesifikt overflateareal over 10 m^/g. Partiklene har fortrinnsvis en slik partikkelstørrelse at minst 90 % av partiklene er mindre enn 10|im. Variasjoner i disse verdier er selvsagt mulig. Eksempelvis kan silicapartiklene ha et lavere Si02-innhold og partikkelstørrelsesfordelingen kan silicapartiklene males. For best resultater foretrekkes det at 98 % av de amorfe silicapartiklene har en partikkelstørrelse mindre enn lO^im.

Vektforholdet mellom vann og sement + amorf silica i sementslurryen er fortrinnsvis mellom 3 og 6.

Sementslurryen i henhold til den foreliggende oppfinnelse inneholder fortrinnsvis vannreduserende middel i en mengde av 1 - 10 vekt % beregnet på vekten av sement. Som vannreduserende middel kan det anvendes konvensjonelle sementreduserende midler som benyttes i forbindelse med sement og betong, slik som for eksempel sulfonerte melaminderivater, sulfonerte naftalenderivater, sulfonerte ligninderivater, karbohydratderivater og polyakrylater.

Den injiserbare sementslurry i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan videre inneholde herdeakselerator og eventuelt konvensjonelle fortykningsmidler så som for eksempel bentonitt.

Det har overraskende vist seg at selv ved et forhold mellom vann og sement + amorf silica på 5 er vannseparasjon for den injiserbare sementslurry i henhold til den foreliggende oppfinnelse meget liten, hvilket fører til en god inntrengning ved injisering. Den herdede sementslurry i henhold til oppfinnelsen har videre vist seg å gi en god tetning og en akseptabel styrke.

Den foreliggende oppfinnelse vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av de etterfølgende eksempler.

EKSEMPEL 1

Det ble fremstilt slurryer av mikrosement med varierende innhold av microsilica og med et varierende vann/sement + microsilica forhold. For sammenligningsformål ble det videre fremstilt sementslurryer av mikrosement uten tilsats av amorfe silicapartikler.

Som mikrosement ble det anvendt en ultrafin sement fra Cementa AB Sverige. Sementen hadde en slik partikkelstørrelse at minst 95 % av partiklene var mindre enn 16 |i.m. Som microsilica ble det benyttet microsilica fra Elkem a/s, Norge. Microsilicaen hadde en slik partikkelstørrelse at minst 90 % av partiklene var mindre enn 10 jxm. Microsilicaen ble tilsatt i form av en vandig slurry inneholdende 50 vekt % microsilica.

Sammensetningen av sementslurryene er vist i tabell 1.1 tabell I er slurryene 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11 og 12 i henhold til den foreliggende oppfinnelse, mens slurryene 1, 4, 7 og 10 er sementslurryer som ikke inneholder amorfe silicapartikler og som er tatt med for sammenligningsformål.

Sementslurryene 1 - 12 i tabell 1 ble testet med hensyn til settetid, vannseparasjon og inntrenging.

Settetiden ble bestemt ved at 200 ml sementslurry ble fylt i et plastbeger. Lokk ble satt på begeret og begeret ble med jevne mellomrom snudd. Settetiden ble bestemt til tiden fra blanding til slurryen hadde stivnet så mye at den ikke rant når begeret ble snudd.

Vannseparasjonen ble bestemt ved å helle sementslurry i en 250 ml målesylinder. Fritt vann i ml etter 2 timers lagring av målesylinderen gir et uttrykk for vannseparasjonen.

Inntrengning ble testet ved at et rør av plexiglass med en lengde på 85 cm og en diameter på 5 cm ble fylt med Silversand 17 levert av Ahlsell, Stockholm, Sverige. Silversand 17 har en slik partikkelstørrelse at alle partikler er mindre enn 0,5p.m og 95 % av partiklene er større enn 0,1 |im.

Røret ble montert liggende på et stativ og sementslurryen ble så pumpet inn i slurryen med en hastighet på 16 liter pr. time inntil slurryen ikke lot seg pumpe lenger inn ved et trykk på 60 kPa, og inntrengningslengden ble avlest.

Resultatene er vist i tabell I.

Resultatene i Tabell I viser at sementslurryene i henhold til den foreliggende oppfinnelse viser meget liten vannseparasjon selv ved et vann/sement + microsilica forhold på 6, mens sementslurryene i henhold til teknikkens stilling (slurry nr. 1,4,7, 10) allerede ved et vektforhold mellom vann og sement på 3 har en uakseptabel høy vannseparasjon og allerede av denne grunn ikke kan anvendes for injeksjon.

Når det gjelder settetid viser resultatene at settetiden for sementslurryene i henhold til foreliggende oppfinnelse ikke er vesentlig lenger enn settetiden for slurryene i henhold til teknikkens stilling selv ved meget høyt vektforhold mellom vann og sement + microsilica.

EKSEMPEL 2

For å undersøke innvirkningen av vannreduserende middel ble det fremstilt en sementslurry med en sammensetning som angitt for sementslurry 3 i Tabell 1. Sementslurryen ble tilsatt henholdsvis 1, 3 og 5 vekt % Peramin F basert på vekten av sement. Peramin F er et vannreduserende middel bestående av et sulfonert melaminformaldehyd-derivat levert av Perstorp AB, Sverige.

Inntrengningen ble målt som angitt i eksempel 1. Resultatet viste en inntrengning i cm på henholdsvis 21, 33 og 49.

Det oppnås således en ytterligere sterk økning av inntrengningen ved tilsats av vannreduserende midler.

Claims (4)

1. Injiserbar slurry inneholdende mikrosement og vann, for bruk ved stabilisering og/eller tetting av fine granulære jordarter, jordarter med fine sprekker og sprekker i berg eller betong-konstruksjoner, hvilken slurry inneholder findelte amorfe silicapartikler i en mengde av 5 - 70 vekt % basert på vekten av sement og 0 - 10 % vannreduserende middel basert på vekten av sement, karakterisert ved at vektforholdet mellom vann og sement + amorf silica er mellom 2 og 8.

2. Slurry i henhold til krav 1, karakterisert ved at den inneholder 10 - 60 vekt % findelte amorfe silicapartikler basert på vekten av sement.

3. Slurry i henhold til kravene log2, karakterisert ved at vektforholdet mellom vann og sement + amorf silica i sementslurryen er mellom 3 og 6.

4. Slurry i henhold til krav 1-3, karakterisert ved at den inneholder vannreduserende middel i en mengde av 1 - 10 vekt % basert på vekten av sement.