PL120818B1 - Agent for surface hardening and sealing mine excavations,earth cuts and building structurea gornykh vyrabotok,zemljanykh vyemok i stroitel'nykh konstrukcijj - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest srodek do powierz¬ chniowego utwardzania i uszczelniania wyrobisk górniczych, wykopów ziemnych oraz konstrukcji bu¬ dowlanych.W budownictwie górniczym i wodnym przy wszel¬ kich pracach ziemnych, drazeniu szybów, uszczelnia¬ niu fundamentów itp. niejednokrotnie zachodzi ko¬ niecznosc przeprowadzania zabiegów majacych na celu utwardzanie, uszczelnianie i odwadnianie po¬ wierzchni tych budów.Tradycyjne materialy takie jak cegla, beton, za¬ prawy cementowe nie zapewniaja odpowiedniej szczelnosci, nie sa tez odporne na agresje siarcza¬ nowa, a ich czas wiazania jest dosc dlugi tak, ze nie nadaja sie zupelnie do stosowania w przypadkach awaryjnych.Znane sa sposoby i srodki do zestalania i uszczel¬ niania gruntów na drodze chemicznej, polegajace na wprowadzaniu do otworów lub pokrywaniu pekniec czy powierzchni zaprawami cementowymi, zawiera¬ jacymi roztwory silikatowe, bituminy i tym podobne.Z opisu patentowego PRL nr 86068 znany jest sro¬ dek sluzacy do zeskalania lub uszczelniania gruntów metoda injekcji, wtlaczania lub powlekania. Cha¬ rakteryzuje sie on tym, ze sklada sie z soli kwasu akrylowego i/lub metakrylowego, zwlaszcza soli ta¬ kich metali jak Ca, Mg, Fe, Al, z kwasu maleino¬ wego lub jego soli, katalizatorów typu „redox", in¬ hibitorów polimeryzacji i dodatków modyfikuja¬ cych. 10 15 20 30 Jako dodatki sieciujace i modyfikujace wlasnosci srodka, a zwlaszcza nadajace wieksza twardosc lub elastycznosc, powstajacemu w trakcie utwardzania gruntu polimerowi, zwiekszajace wlasnosci adhezyj- ne i ulatwiajace przenikanie roztworu srodka do gruntu, korzystnie jest stosowac zwiazki wielofunk¬ cyjne i polielektrolity, nienasycone aldehydy i ni¬ tryle oraz ich pochodne a takze aminy alifatyczne i aromatyczne i ich pochodne, w szczególnosci styren, mocznik, melamine, zywice fenolowe i mocznikowe, alkohole wielowodorotlenowe i polikwasy, siarczan poliakroleiny i formaldehyd.Inny srodek sluzacy do stabilizacji i uszczelniania górotworów stanowi monomer metakrylanii metylu.Srodek moze zawierac znane rodnikotwórcze ini^ cjatory — nadtlenki, wodorotlenki, nadkwasy, azo- zwiazki, uklady typu „redox" i znane katalizatory takie jak aromatycznoalifatyczne zwiazki amin, a takze zwiazki metaloorganiczne, w tym przypad¬ ku metakrylan metylu polimeryzuje pod ich wply¬ wem.Z opisu patentowego PRL nr 101571 znany jest uklad katalityczny, zlozony z nadtlenku wodoru i laktanu kwasu l-keto-2,3,4,5-czterohydroksypenta- no-karboksylowego 1, umozliwiajacy polimeryzacje monomerów akrylowych przy malym zuzyciu kata¬ lizatorów, w krótkim czasie, w dowolnych warun¬ kach atmosferycznych.Zaleta tego ukladu jest nieznaczny wplyw tempera¬ tury na czas inicjowania i szybkosc procesu, co umo- 120 818I 3 zliwia prowadzenie polimeryzacji w szerokim za¬ kresie temperatur, tak w lecie jak i w zimie. Wada jego jest natomiast wrazliwosc na pewne zanieczysz¬ czenie, zwlaszcza wystepujace w cemencie jony ze¬ laza, które powoduja katalityczny rozklad nadtlenku wodoru.Podobne srodki opisano w opisach patentowych RFN nr 1767349, 2207793 i 1811838. Z pierwszego z nich znany jest srodek do wzmacniania gruntu, za¬ wierajacy obok akryloamidu i czynnika sieciujace¬ go, dodatki soli kwasu metakrylowego oraz meta- krylan 2-hydroksyetylowy. W drugim natomiast, opisano wzmocnienie gruntu przy uzyciu mieszaniny amidu kwasu akrylowego lub metakrylowego i z\^iazkpw typu 1,2-fl^Iuhydroksyetyleno N,N'-dwu- akryloamidu. * " f natomiast w opisie*RFN Nr 1811838 zaleca sie stopowanie ukladu inicjatorów zawierajacego jako skfednik.redukiijacy mieszanine amin i kompleksu redukujacego jonu metalicznego, rozpuszczalnych w wodzie i stabilnych w obecnosci amin.Dotychczas znane preparaty typu soli kwasu akry¬ lowego i maleinowego lub akryloamidu, metakryla- nu metylu i innych monomerów winylowych, stoso¬ wane dla injekcji górotworu, maja glównie znacze¬ nie uszczelniajace. Utworzony w górotworze zel spaja wprawdzie w pewnym stopniu — luzne czastki piasku i okruchów skal, co prowadzi do pewnego wzrostu ogólnej wytrzymalosci gruntu, jednakze w przypadku powierzchniowego naniesienia — utwo¬ rzona warstwa bez obecnych w gruncie wypelniaczy, jest bardzo slaba i latwo ulega uszkodzeniu.Powierzchniowe uszczelnienie i wzmocnienie przy uzyciu opisanych wyzej rozwiazan, uzyskac mozna tylko w przypadku silnie porowatych materialów, umozliwiajacych wnikniecie srodka do glebszych warstw, przed jego utwardzeniem. Nie nadaja sie one natomiast do utwardzania powierzchni mniej przepuszczalnych, np. betonu, poniewaz tworzaca sie powierzchniowo gumowata warstwa jest zbyt miek¬ ka i bez wypelniacza posiada niedostateczna wytrzy¬ malosc mechaniczna.Srodki dotychczasowe nie nadaja sie równiez dla uszczelniania dna wykopów ziemnych wypelnionych woda, poniewaz latwo ulegaja rozcienczeniu, unie¬ mozliwiajacemu ich polimeryzacje.Celem wynalazku jest znalezienie takiej kompozy¬ cji cementowej, która po utwardzeniu posiadalaby wszelkie zalety srednich betonów, równoczesnie zas charakteryzowalaby sie przyspieszonym czasem utwardzania, duza adhezja i wysoka zdolnoscia la¬ czenia z róznego typu podlozem, a takze posiadalaby zdolnosc wiazania pod powierzchnia wody.Istota srodka wedlug wynalazku przeznaczonego do powierzchniowego utwardzenia i uszczelnienia wyrobisk górniczych wykopów ziemnych oraz kon¬ strukcji budowlanych jest to, ze stanowi on miesza¬ nine produktu polimeryzacji 1—30 czesci wagowych akryloamidu, 10—30 czesci wagowych akrylanu mag¬ nezu, w obecnosci 50—170 czesci wagowych wody i 0,05—2 czesci wagowych inicjatorów polimeryzacji oraz 100—150 czesci wagowych cementu, ewentualnie do 10 czesci wagowych poliakryloamidu oraz ewen¬ tualnie do 400 czesci wagowych piasku. 0 818 4 Korzystnie jest stosowac produkt polimeryzacji uzyskany z zastosowaniem inicjatora polimeryza¬ cji stanowiacego mieszanine nadsiarczanu amonu z trójetanoloamina w proporcji 0,2—1,5 czesci wago- 5 wyeh trójetanoloaminy na 0,05—0,5 czesci wagowych nadsiarczanu amonu.Przy sporzadzaniu srodka stosowac nalezy wodne roztwory zwiazków akrylowych.* Poszczególne skladniki srodka spelniaja nastepu- io jaca role: akryloamid nadaje otrzymanym uszczelnie¬ niom pewna elastycznosc, tym wieksza im wyzsza jest jego zawartosc, równoczesnie w pewnych grani¬ cach podwyzsza wytrzymalosc mechaniczna uszczel¬ nienia na sciskanie oraz przedluza czas wiazania, 15 akrylan magnezu skraca czas wiazania oraz zmniej¬ sza elastycznosc uszczelnienia, spowodowana obec¬ noscia akryloamidu, zwieksza wytrzymalosc. Obser¬ wuje sie tutaj efekt synergiczny: wytrzymalosc mechaniczna uszczelnienia uzyskanego przy udziale 20 obu skladników jest kilkakrotnie wyzsza niz w przypadku obecnosci tylko jednego z nich.Najlepsze wyniki uzyskuje sie przy stosunku wa¬ gowym akryloamid : akrylan magnezu = 0,3—1:1, poliakryloamid podwyzsza lepkosc ukladu, ulatwia- 25 jac uzyskanie stabilnych zawiesin cementu i piasku, zmniejsza plynnosc mieszaniny, co jest wazne przy nanoszeniu srodka na powierzchnie pionowe oraz w pewnym stopniu podwyzsza wytrzymalosc na scis¬ kanie, jego obecnosc w srodku zalezy od wymaganej 30 lepkosci, oraz rodzaju uszczelnianej konstrukcji, piasek spelnia role analogiczna jak w betonach tra¬ dycyjnych; zapobiega zmianom objetosci w czasie oraz pozwala na obnizenie kosztów uszczelnienia.Nieoczekiwanie stwierdzono, ze jesli przy sporza- 35 dzaniu betonu zastosuje sie zamiast wody zarobowej wodny roztwór ukladu monomerów akryloamid — — akrylan magnezu, wraz z inicjatorami polimery¬ zacji, czas wiazania cementu skraca sie do kilku¬ nastu minut, a uzyskany produkt posiada nowe, nie- 40 zwykle cenne wlasnosci jak elastycznosc, wysoka szczelnosc i odpornosc na sole. Nieodzowny jest udzial obu wymienionych monomerów oraz odpo¬ wiednia ich wzajemna proporcja. Uzycie tylko je¬ dnego z monomerów prowadzi do uzyskania produk- 45 tu o niewielkiej wytrzymalosci mechanicznej. W wy¬ niku synergicznego dzialania obu skladników, wy¬ trzymalosc produktu kilkakrotnie wzrasta.Sklad srodka wedlug wynalazku pozwala na utwo¬ rzenie w ciagu bardzo krótkiego czasu, rzedu kilku 50 minut, zwartej, elastycznej warstwy doskonale przy¬ czepnej do róznego rodzaju podloza, to jest do grun¬ tów, materialów budowlanych takich jak beton, ce¬ gla, gips itp. Jest to szczególnie wazne przy tworze¬ niu powlok izolacyjno-ochronnych. 55 Srodek wedlug wynalazku moze byc stosowany w warunkach silnego zawodnienia, jak równiez i zaso¬ lenia. Zdolnosc wiazania srodka wedlug wynalazku w srodowisku wodnym jest tak wysoka, ze w okre¬ slonych warunkach moze on sluzyc do uszczelniania 60 dna zbiorników wypelnionych woda, a takze do ta¬ mowania wycieków przez wprowadzenie mieszaniny uszczelniajacej w strumien wyplywajacej wody.Dzieki wysokiej wytrzymalosci mechanicznej oraz elastycznosci, preparat doskonale nadaje sie do li- 65 kwidacji pekniec i szczelin w konstrukcjach budo-5 wlanych i tamach, zwlaszcza narazonych na osuwa¬ nie sie podloza i ruchy górotworów.Utwardzona srodkiem wedlug wynalazku powierz¬ chnia ma wytrzymalosc rzedu 14,7 '106—19,6* 106 Pa juz po 15 minutach po naniesieniu srodka. Ma to szczególnie duze znaczenie we wszystkich awaryj¬ nych przypadkach, w których konieczne jest szyb¬ kie utwardzanie podloza, na przyklad dróg, walów przeciwpowodziowych, wykopów ziemnych, rumo¬ wisk skalnych itp. Ze wzgledu na krótka zywotnosc srodka zawierajacego inicjatory polimeryzacji za¬ leca sie przechowywanie inicjatorów oddzielnie i przygotowanie preparatu tuz przed jego stosowa¬ niem.Przyklad I. Srodek o skladzie 30 czesci wago¬ wych akryloamidu, 29 czesci wagowych akrylanu magnezu, 145 czesci wagowych wody, 0,5 trójetano- loaminy, 0,1 czesci wagowej nadsiarczanu amonu i 150 czesci wagowych cementu, ule^ga zestaleniu w czasie 15 minut z wydzieleniem znacznych ilosci ciepla. Otrzymany produkt, badany po czasie wyno¬ szacym 1 godzine od uformowania, poddany nacis¬ kowi wynoszacemu 14,7 '106 Pa, ulega nieznacznemu, odwracalnemu odksztalceniu.Preparat o identycznym skladzie pozbawiony akry¬ lanu magnezu, ulega zestaleniu po okolo 1 godzinie, dajac elastyczny produkt o konsystencji miekkiej gumy.Przeprowadzajac analogiczne doswiadczenie z po¬ minieciem akryloamidu, uzyskano produkt zestala¬ jacy sie w czasie 4-ch minut, którego wytrzymalosc mechaniczna na sciskanie, mierzona po czasie 1 go¬ dziny wynosi 2,35'106 Pa. Same monomery — bez cementu tworza warstwe typu miekkiej gumy o nis¬ kiej wytrzymalosci.Srodek wedlug przykladu moze byc stosowany do uszczelniania wykopów, których dno znajduje sie pod lustrem wody, uszczelnianie obudów szybów górniczych, powlekania wykopów ziemnych czy pryzm piasku.Przyklad II. Srodek o analogicznym skladzie jak w przykladzie I, zawierajacy dodatkowo 2 czesci wagowe poliakryloamidu zestala sie w czasie 10 mi¬ nut. Po czasie 15 minut od uformowania, poddany naciskowi 17,5 *106 Pa, ulega nieznacznemu, odwra¬ calnemu odksztalceniu.Przyklad III. Srodek o skladzie 10 czesci wa¬ gowych akryloamidu, 29 czesci wagowych akrylanu magnezu, 2 czesci wagowych poliakryloamidu, 70 czesci wagowych wody, 0,2 czesci wagowych trójeta- noloaminy, 0,05 czesci wagowych nadsiarczanu amo- 0 818 6 nu i 150 czesci wagowych cementu i 300 czesci wagowych piasku zestala sie w czasie 6 minut, a po 24 godzinach jego wytrzymalosc na sciskanie wynosi 13,7 -106 Pa.Przyklad HV. Srodek o skladzie 10 czesci wa¬ gowych akrylanu magnezu, 1 czesc wagowa akrylo¬ amidu, 50 czesci wagowych wody, 1,5 czesci wago¬ wych trójetanoloaminy, 0,5 czesci wagowych nad¬ siarczanu amonu, 100 czesci wagowych cementu i 200 czesci wagowych piasku zestala sie w czasie 2 minut a jego wytrzymalosc na sciskanie wynosi 8,34-106 Pa.Opisane w przykladach I—IV srodki tworza w czasie od 2^15 minut zwarta elastyczna warstwe doskonale przyczepna do betonu, gipsu, ziemi, two¬ rzac powloki izolacyjnoochronne. Tworzeniu powlo¬ ki utwardzajacej i uszczelniajacej nie przeszkadza woda. Srodek tworzy równiez trwale i wytrzyma¬ le uszczelnienia pod woda, uszczelniajac dna zbiorni- 20 ków wypelnionych woda. Opisane srodki nadaja sie równiez do likwidacji pekniec i szczelin w konstruk¬ cjach budowlanych i tamach narazonych na osuwa¬ nie sie podloza i ruchy górotworów.Utwardzona srodkami wedlug przykladów I—IV „ powierzchnia ma duza wytrzymalosc a utwardzenie i uszczelnienie uzyskuje sie w stosunkowo krótkim czasie, co ma istotne znaczenie szczególnie w czasie awarii lub zagrozenia. 30 Zastrzezenia patentowe 1. Srodek do powierzchniowego utwardzania i uszczelniania konstrukcji budowlanych oraz wyko- _ pów ziemnych i wyrobisk górniczych, zawierajacych w swym skladzie sole kwasu akrylowego , inicjatory polimeryzacji, wode, znamienny tym, ze stanowi mieszanine produktu polimeryzacji 1—30 czesci wa¬ gowych akryloamidu, 10—30 czesci wagowych akry- lanu magnezu, w obecnosci 50—170 czesci wagowych wody i 0,05—2 czesci wagowych znanych inicjatorów polimeryzacji oraz 100—150 czesci wagowych cemen¬ tu, ewentualnie do 10 czesci wagowych poliakrylo¬ amidu oraz ewentualnie do 400 czesci wagowych 45 piasku. 2. Srodek do powierzchniowego utwardzania we¬ dlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako produkt po¬ limeryzacji stosuje sie polimer uzyskany z zastoso¬ waniem inicjatora polimeryzacji stanowiacego mie- 50 szanine nadsiarczanu amonu z trójetanoloamina, w proporcji 0,2—1,5 czesci wagowych trójetanoloaminy na 0,05—0,5 czesci wagowych nadsiarczanu amonu. r PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Srodek do powierzchniowego utwardzania i uszczelniania konstrukcji budowlanych oraz wyko- _ pów ziemnych i wyrobisk górniczych, zawierajacych w swym skladzie sole kwasu akrylowego , inicjatory polimeryzacji, wode, znamienny tym, ze stanowi mieszanine produktu polimeryzacji 1—30 czesci wa¬ gowych akryloamidu, 10—30 czesci wagowych akry- lanu magnezu, w obecnosci 50—170 czesci wagowych wody i 0,05—2 czesci wagowych znanych inicjatorów polimeryzacji oraz 100—150 czesci wagowych cemen¬ tu, ewentualnie do 10 czesci wagowych poliakrylo¬ amidu oraz ewentualnie do 400 czesci wagowych 45 piasku.
2. 2. Srodek do powierzchniowego utwardzania we¬ dlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako produkt po¬ limeryzacji stosuje sie polimer uzyskany z zastoso¬ waniem inicjatora polimeryzacji stanowiacego mie- 50 szanine nadsiarczanu amonu z trójetanoloamina, w proporcji 0,2—1,5 czesci wagowych trójetanoloaminy na 0,05—0,5 czesci wagowych nadsiarczanu amonu. r PL