PL100545B1 - Sposob stabilizacji gruntow - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób stabilizacji gruntów zarówno sypkich jak i spoistych, o dowolnym pochodzeniu, odczynie jak tez praktycznie o dowolnej zawartosci wody.

W znanych sposobach stabilizowania (wzmacniania) gruntów stosuje sie róznego rodzaju spoiwa w postaci systetycznych zywic stalych lub cieklych. Jak zywice najszersze zastosowanie do tego celu znalazly zywice mocznikowe, fenolowo-formaldehydowe i epoksydowe. Przed wprowadzeniem tych spoiw do gruntu, grunt nalezy odpowiednio przygotowac przez rozdrobnienie go, doprowadzenie do okreslonej wilgotnosci jak tez do odczynu o okreslonym zakresie pH.

Celem wynalazku bylo opracowanie takiego sposobu stabilizacji gruntów, który nie wymagalby specjalnej preparacji podloza jak tez nadawalby sie do stabilizacji powierzchniowej jak i wglebnej gruntów o dowolnym skladzie mineralogicznym bez wzgledu na ich odczyn oraz stopien wilgotnosci.

Stwierdzono, ze wyzej zalozony cel osiaga sie przez wprowadzenie do gruntu spoiwa opartego na cieklej heterofazowej mieszaninie otrzymanej z roztworu nienasyconych zywic poliestrowych w styrenie oraz z wodnego roztworu zywicy karbamidowej, przy czym zarówno stezenie jak i ilosci obydwu zywic musza byc zawarte w okreslonych granicach.

Wprawdzie znane jest spoiwo poliestrowe-karbamidowe w postaci emulsji typu woda w oleju i zawierajace —60% wagowych handlowej zywicy karbamidowej (w postaci 50% wodnego roztworu zywicy), okolo 70% roztwór nienasyconej zywicy poliestrowej w styrenie oraz znane katalizatory, inicjatory jak tez aktywatory polireakcji, ale spoiwo takie nie nadaje sie do stabilizacji gruntów, zwlaszcza silnie zawilgoconych. Taknp. przy wprowadzeniu tego znanego spoiwa emulsyjnego do gruntu o wilgotnosci rzedu 15% w ilosci okolo 15%, nastepuje odwrócenie emulsji typu woda w oleju, a w konsekwencji tego usieciowanie zywicy poliestrowej w postaci mikroziaren, nie wiazacych czastek gruntu pokrytych filmem wodnym.

Nieoczekiwanie stwierdzono, ze przez zmniejszenie zawartosci zywicy karbamidowej w spoiwie opartym na ukladzie: zywica poliestrowa-styren, zywica karbamidowa - woda do ilosci wynoszacych maksymalnie 10% wagowych zywicy karbamidowej uzyskuje sie spoiwo wiazace róznego rodzaju grunty o dowolnym stopniu wilgotnosci i to nawet zawierajace znaczne ilosci substancji organicznych.2 100S4S W sposobie wedlug wynalazku jako spoiwo stosuje sie wiec heterofazowa mieszanine roztworów nienasyconych zywic poliestrowych w styrenie oraz wodny roztwór zywicy karbamidowej z dodatkiem znanych katalizatorów, inicjatorów i aktywatorów polireakcji, o skladzie 35-60% wagowo nienasyconej zywicy poliestro¬ wej, 1,6-10% wagowo zywicy Karbamidowej, 24-43% wagowo styrenu, 1,6-23% wagowo wody, 0,5-28% wagowo katalizatora polireakcji, 3,2-6,6% wagowo inicjatora polireakcji oraz 3-7 ppm aktywatora.

Jako nienasycona zywice poliestrowa nalezy rozumiec produkty kondensacji kwasu maleinowego i ftalowego lub adypinowego z glikolami lub triolami, zas jako zywice karbamidowa pochodne N-metylowe mocznika i melaminy. Jako inicjator polireakcji moze znalezc zastosowanie np. nadtlenek benzoilu, wodorotle¬ nek cykloheksanonu, jako aktywator-N,N-dwumetyloanilina lub aminy trzeciorzedowe, a jako katalizator- kwa¬ sy mineralne, kwasy organiczne np. kwas p-toluenosulfonowy, oraz sole hydrólizujace kwasno np. siarczan amonu, a zwlaszcza chlorek amonu. < Stabilizacje gruntu przeprowadza sie za pomoca spoiwa w ilosci 10—25% wagowych w odniesieniu do ilosci gruntu. • W zaleznosci od rodzaju gruntu, jego spoistosci, wilgotnosci jak tez od tego czy prowadzi sie stabilizacje powierzchniowa czy tez wglebna, dobiera sie odpowiednio sklad spoiwa. Przy gruntach suchych nalezy stosowac wieksza ilosc wody, a przy gruntach spoistych wieksza ilosc rozpuszczalnika, to jest styrenu. Grunt spoisty i suchy wymaga spoiwa zarówno o podwyzszonej zawartosci wody jak i styrenu.

Zawartosc zywic w spoiwie dobiera sie równiez w zaleznosci od rodzaju gruntu, jego wlasciwosci fizycznych jak i od tego jakie parametry wytrzymalosciowe powinien wykazywac grunt po stabilizacji « W przypadku gruntów kwasnych korzystne jest stosowanie wiekszych ilosci nienasyconych zywic poliestrowych i obnizenie zawartosci zywicy karbamidowej. Przypadek ten ma miejsce w odniesieniu do gruntów sypkich, gruntów torfiastych jak tez gleb.

Przy stabilizowaniu gruntów zasadowych, do których naleza grunty spoiste jak np. gliny, ily celowe jest podwyzszenie zawartosci zywicy karbamidowej i obnizenie zawartosci nienasyconych zywic poliestrowych.

Kolejnosc wprowadzenia do gruntu poszczególnych skladników spoiwa zalezy przy tym od rodzaju stabilizacji gruntu. W przypadku stabilizacji wglebnej do gruntu wprowadza sie równoczesnie wszystkie skladniki. Przy stabilizacji powierzchniowej skladniki spoiwa wprowadza sie w okreslonej kolejnosci, a mianowi¬ cie najpierw heterofazowa mieszanine roztworów nienasyconych zywic poliestrowych i karbamidowych z dodatkiem inicjatora polireakcji i dopiero po wymieszaniu ich z gruntem dodaje sie aktywator i katalizator ^polireakcji, znowu calosc miesza i dopiero nanosi na podloze. W przypadku gruntów bardzo suchych nawilza sie je uprzednio woda w takiej ilosci, azeby zawartosc jej po kolejnym dodaniu spoiwa nie przekraczala maksymalnej, dopuszczalnej zawartosci wody w spoiwie. ¦ W sposobie wedlug wynalazku, jako roztwory nienasyconych zywic poliestrowych jak tez karbamidowych mozna sosowac dostepne w handlu roztwory wymienionych zywic np. Polimal (67% roztwór nienasyconego poliestru w styrenie), karbadur (50% roztwór wodny pochodnych N-metylolomocznika).

Grunty stabilizowane sposobem wedlug wynalazku sa nienasiakliwe, a tym samym odporne na dzialanie mrozu. Wykazuja one wysoka wytrzymalosc na sciskanie (0,5-1,5 MN/M* po 24 godzinach, a 2-8 MN/m2 po 7 dniach), zalezna od rodzaju gruntu, ilosci i skladu spoiwa.

Sposobem wedlug wynalazku mozna stabilizowac grunty o róznym skladzie mineralogicznym, o róznym pH jak tez róznej wilgotnosci. Dalsza istotna zaleta tego sposobu jest to, ze nadaje sie on do stabilizacji gruntów zawierajacych znaczne ilosci substancji organicznych np. gruntów ornych oraz torfu. Nieoczekiwanie stwierdzono równiez, ze spoiwo stosowane w sposobie wedlug wynalazku stabilizuje równiez zbutwiale drewno, co zezwala najego zastosowanie jeszcze w innej dziedzinie, amianowicie do konserwacji zbutwialych, drewnianych obiektów archeologicznych. Poza tym spoiwo to nadaje sie do wzmacniania i uszczelniania betonów w konstrukcjach hydrotechnicznych.

Wlasciwosci mechaniczne gruntu stabilizowanego sposobem wedlug wynalazku ilustruja zalaczone wykresy, na których fig. 1 przedstawia wytrzymalosc na sciskanie Rc (MN/m2) w funkcji czasu t(w dniach), fig. 2 — wytrzymalosc na rozciaganie R^MN/m2) w funkcji czasu t(w dniach) a fig. 3 wytrzymalosc na zginanie Rg(MN/m2) w funkcji czasu (w dniach). Krzywe ABC przedstawiaja wyzej wskazane zaleznosci przy zastosowa¬ niu odpowiednio 20,15 i 12% wagowych spoiwa w stosunku do ilosci gruntu.

Wykresy obrazuja próby dla piasku drobnego o wilgotnosci 5%.

Nizej przytoczone przyklady objasniaja blizej sposób wedlug wynalazku.

Przyklad I. Stabilizacje powierzchniowa gruntu sypkiego o wilgotnosci naturalnej Wn = 8% i o pH = 4 przeprowadzono za pomoca spoiwa o skladzie: 100 czesci wagowych 67% roztworu nienasyconych zywic poliestrowych w styrenie (Polimal),100545 3 17 czesci wagowych 50% roztworu wodnego zywicy mocznikowej (Karbadur) skladnik A czesci wagowych 50% pasty nadlenku benzoilu we ftalanie dwubutylu. 6 czesci wagowych 1% roztworu dwumetyloaniliny wstyrenie skladnik B 3 czesci wagowe chlorkuamonu skladnik C Do rozdrobnionego gruntu wprowadzono 12% wagowych spoiwa o wyzej podanym skladzie, przy czym w pierwszej kolejnosci grunt wymieszano dokladnie ze skladnikiem A, a nastepnie dodano równoczesnie skladniki B i C i calosc ponownie wymieszano. Po wstepnym okresie utwardzania, trwajacym 30-45 minut (w zaleznosci od temperatury otoczenia) mieszanine gruntu i spoiwa naniesiono na podloze i zageszczono walcarka. Po uplywie 24 godzin wytrzymalosc gruntu na sciskanie byla rzedu 1,5 MN/m2.

Przyklad II. Stabilizacji powierzchniowej poddano grunt spoisty z gliny piaszczystej, o wilgotnosci naturalnej Wn = 10,5% i pH = 9. Grunt rozdrobniono i rozrobiono z woda (0,7 kg H2O/10 kg gruntu/ w celu nadania mu konsystencji miekkoplastycznej). Do tak przygotowanego gruntu wprowadzono 12% wagowych spoiwa w sposób analogiczny jak w przykladzie I.

Skladniki ABC spoiwa zastosowano takie same jak w przykladzie I, z tym, ze do gruntu wprowadzono 150 czesci wagowych skladnika A 8 czesci wagowych skladnika B 4 czesci wagowe skladnika C Po uplywie 24 godzin wytrzymalosc gruntu na sciskanie wynosila okolo 1 MN/m2.

Przyklad III. Przeprowadzono stabilizacje wglebna gruntu sypkiego. Spoiwo wtlaczano za pomoca inzektora, pod cisnieniem kilku atmosfer. Do stabilizaqi uzyto spoiwa o skladzie: 86 czesci wagowych 67% roztworu nienasyconej zywicy poliestrowej w styrenie (Polimal), 14 czesci wagowych 50% wodnego roztworu zywicy karbamidowej (Karbadur), czesci wagowych 50% pasty nadtlenku benzoilu we ftalanie dwubutylu, czesci wagowych styrenu 4 czesci wagowe 1% roztworu dwumetyloaniliny w styrenie 2 czesci wagowe chlorku amonowego Wszystkie skladniki spoiwa zmieszano bezposrednio przed przystapieniem do wtlaczania ich do gruntu.

W celu wzmocnienia 50 dcm3 piasku o porowatosci n = 25% i otrzymania strefy stabilizowanej o grubosci n=40cm uzyto 12 dcm3 spoiwa. Spoiwo wtlaczano pod cisnieniem 0,2 MN/m2. Po 48 godzinach wytrzymalosc gruntu na sciskanie wynosila okolo 3 MN/m2.

Claims (5)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób stabilizacji gruntów za pomoca spoiwa opartego na heterofazowej mieszaninie roztworu nienasyconej zywicy poliestrowej w styrenie i zywicy karbamidowej w roztworze wodnym i zawierajacego dodatki katalizatora, aktywatora i inicjatora polireakcji, znamienny tym, ze do gruntu wprowadza sie spoiwo, które zawiera 35—60% wagowo nienasyconych zywic poliestrowych, 1,6—10% wagowo zywicy karbamidowej, 24—43% wagowo styrenu, 1,6-23% wagowo wody, 0,5-2,8% wagowo katalizatora polireakcji, 3,2—6,6 wagowo inicjatora polireakcji oraz 3—7 ppm aktywatora.

2. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze spoiwo wprowadza sie w ilosci 10—25% wagowych w stosunku do ilosci gruntu. <

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przy powierzchniowej stabilizacji zdjeta warstwe gruntu miesza sie ze spoiwem zawierajacym dodatek inicjatora polireakcji, po czym dopiero dodaje sie aktywator i katalizator polireakcji, calosc ponownie miesza i nastepnie rozprowadza sie na podlozu.

4. Sposób wedlug zastrz. ^znamienny t y m, ze przy wglebnej stabilizacji do gruntu wstrzykuje sie pod cisnieniem równoczesnie wszystkie skladniki spoiwa.100 545 * JO a JO

5 . r / / *er.rr. ¦ ^ '¦ « j 4 : ~r • i ~ i i . 2 i 1 i i _s_ | c —' !——I ' 1 : 1 i i i 1 ! I 1 J 1 1 i 1 I 1 1 1 1 I 7 n ri'9-1 «w t'9.2100 545 : /I li I 0 V 1 ! T : I r T i • i f ! ! ! ! l^—~~~— !>^H^! i ! i ! i ! '! i ! | • 1 1 i \ . : ': ! i ! i i Mi i i ;¦ ¦li 1 1 M i : i Mi! li: : ! ! i i "~ j i i ! ; i H ' " i. c y , * 1 t ¦fcr ¦h A 5$.3