PL189107B1 - Sposób uszczelniania i konsolidacji gruntu - Google Patents

Abstract

1. Sposób uszczelniania i konsolidacji gruntu o podwyzszonej wytrzymalosci me- chanicznej i zwiekszonej wodoodpomosci, polegajacy na zastosowaniu krzemianowych mieszanin spajajacych, powstajacych w trakcie reakcji chemicznych pomiedzy szklem wodnym i utwardzaczem, znamienny tym, ze do uszczelniania stosuje sie kompozycje skladajaca sie ze szkla wodnego w ilosci od 20% do 80% wagowych na kompozycje, estrów alifatycznych dowolnych alkoholi i polialkoholi z grupy alkoholi alifatycznych o dlugosci lancucha weglowego od 1 do 10 oraz dowolnych kwasów i polikwasów kar- boksylowych o dlugosci lancucha weglowego od 1 do 10, w ilosci od 1% do 20% wago- wych na kompozycje, nanoczasteczkowej hydrofobowej krzemionki plomieniowej o rozmiarach pierwotnych czastek od 7 nm do 20 nm, w ilosci od 0,1% do 10% wago- wych na kompozycje, zawierajacej podstawione grupy hydroksylowe grupami heksamety- lodisilazonowymi, dimetylosililowymi, trimetylosililowymi lub polimetylosililowymi, nadajacymi powierzchni charakter silnie hydrofobowy. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób uszczelniania i konsolidacji gruntu w budownictwie, szczególnie podziemnym, polegający na zastosowaniu iniekcyjnego spoiwa silikatowego o podwyższonej wytrzymałości mechanicznej i zwiększonej wodoodpomości.

Znany jest sposób stabilizacji i uszczelniania gruntu polegający na zastosowaniu krzemianowych mieszanin spajających, opierających się na reakcji klejenia cząstek gruntu przez żel silikatowy, powstający w trakcie reakcji chemicznych pomiędzy szkłem wodnym a utwardzaczem. Według polskiego opisu patentowego nr 150 854 sposób stabilizacji gruntów prowadzi się poprzez iniekcję mieszaniny szkła wodnego, emulsji wodnej octanu etylu jako utwardzacza, środków powierzchniowo czynnych oraz składników hydrofobowych takich jak woski parafinowe lub olej mineralny. Tak zastosowana kompozycja spaja podłoże w czasie do 45 minut, dając końcowe wytrzymałości na ściskanie w granicach od 1,5 do 4,5 MPa i wysoką wodoodpomość. Jednakże wprowadzenie substancji hydrofobowych jakimi są woski parafinowe i oleje mineralne daje niskie wytrzymałości na ściskanie uszczelnionego podłoża, głównie ze względu na ich inertny charakter fizykochemiczny, powodujący brak trwałych wiązań chemicznych z uszczelnianym podłożem.

Według innego polskiego opisu patentowego nr 151 409, sposób stabilizacji gruntu opiera się na zastosowaniu jednorodnej kompozycji wykazującej cechy niepalności zawierającej jako utwardzacz niskolotne estry organiczne o długości łańcucha alkilowego od 4 do 10 atomów węgla. Próbki spojonego tym sposobem podłoża wykazują wytrzymałość na ściskanie od 0,8 do 3,2 MPa.

Według polskiego opisu patentowego nr 146 860 środek iniekcyjny powinien posiadać jako utwardzacz ester alifatyczny zawierający do 6 atomów węgla w takiej ilości, aby pozorny stosunek molowy krzemionki do tlenku sodowego w kompozycji wynosił przynajmniej 4,5. Po iniekcji w podłoże środek żeluje w ciągu 30 minut dając końcową wytrzymałość na ściskanie rzędu kilku MPa. Inny polski opis patentowy nr 121 399 charakteryzuje sposób stabilizacji skał na drodze iniekcji mieszaniny szybko hydrolizujących estrów, wolno hydrolizujących amidów ze szkłem wodnym, mający na celu długotrwałe wzmocnienie i uszczelnienie podłoża. Jednakże zastosowanie amidów powoduje wywiązywanie się silnie toksycznego amoniaku i zastosowanie tego sposobu według opisu staje się problematyczne.

189 107

Spotykane sposoby uszczelniania gruntów za pomocą szkła wodnego i estrów alifatycznych kwasów karboksylowych dają w wyniku związane podłoża o wytrzymałości na ściskanie do 4,5 MPa i niskiej wodoodpomości głównie ze względu na własności fizykochemiczne żelu silikatowego i jego wysokie powinowactwo do wody. W przypadkach praktycznych pożądane są sposoby uszczelniania podłoża o wyższych parametrach wytrzymałościowych przy zachowaniu dobrej wodoodpomości.

W znanych opisach patentowych brak jest sposobów uszczelniania gruntu, dających w wyniku uszczelnienia, podłoże o znacznie wyzszych parametrach wytrzymałościowych i jednocześnie wysokiej wodoodpomości.

Celem wynalazku było opracowanie takiego środka wiążącego, który nie posiadałby wyżej wymienionych wad dotychczas stosowanych środków i nadawałby się do wzmacniania wszelkiego rodzaju gruntów.

Stwierdzono, że wyzsząniż dotychczas wytrzymałość na ściskanie i jednocześnie dobrą wodoodpomość można osiągnąć, gdy do uszczelniania gruntu używa się kompozycji zawierającej: szkło wodne, utwardzacz, środki powierzchniowo czynne, wypełniacz i nanocząsteczkową, hydrofobowy krzemionkę płomieniową o rozmiarach pierwotnych cząstek od 7 nm do 20 nm i powierzchni właściwej od 400 do 90 m²/g.

Sposób według wynalazku polega na tym, że do uszczelniania gruntu stosuje się kompozycję składającą się ze szkła wodnego w ilości od 20% do 80% wagowych na kompozycję, korzystnie od 30% do 70% wagowych, estrów alifatycznych dowolnych alkoholi i polialkoholi z grupy alkoholi alifatycznych o długości łańcucha węglowego od 1 do 10, korzystnie od 1 do 4, oraz dowolnych kwasów i polikwasów karboksylowych o długości łańcucha węglowego od 1 do 10, korzystnie od 3 do 6, w ilości od 1% do 10% wagowych na kompozycję, korzystnie od 3% do 7% wagowych, nanocząsteczkowej hydrofobowej krzemionki płomieniowej o rozmiarach pierwotnych cząstek od 7 nm do 20 nm, w ilości od 0,1% do 10% wagowych na kompozycję, korzystnie od 1% do 5 % wagowych, zawierającej podstawione grupy hydroksylowe grupami heksametylodisilazanowymi, dimetylosililowymi, trimetylosililowymi lub polimetylosililowymi, nadającymi powierzchni charakter silnie hydrofobowy. Ponadto do kompozycji wprowadza się dowolne środki powierzchniowo czynne, w ilości od 0,1% do 10% wagowych na kompozycję, korzystnie od 0,1% do 5% wagowych, oraz dowolne wypełniacze mineralne lub organiczne w ilości od 0,1% do 50% wagowych na kompozycję, korzystnie od 0,1% do 10% wagowych.

Nanocząsteczkowa krzemionka płomieniowa ulega wbudowaniu za pomocą nie podstawionych grup hydroksylowych w strukturę utwardzanego gruntu, dając w wyniku próbki o wytrzymałości na ściskanie w granicach od 6,5 do 9,2 MPa. Silnie hydrofobowe grupy zawarte na powierzchni wbudowanej krzemionki płomieniowej, decydują o wysokiej wodoodpomości uszczelnionego gruntu. Czas utwardzania gruntu sposobem według wynalazku wynosi do 60 minut. Ponadto, stwierdzono korzystne działanie krzemionki płomieniowej o większej powierzchni właściwej, dającej w efekcie większe wytrzymałości na ściskanie utwardzonego gruntu.

Przykład I

Do gruntu zainiekowano kompozycję zawierającą 50 kg szkła wodnego sodowego o module 3,3, 20 kg adypinianu dietylu, 1 kg oleinianu potasu i 3 kg hydrofobowej krzemionki płomieniowej o powierzchni właściwej około 100 mi/g i 26 kg wody. Grunt utwardził się po czasie około 60 minut. Pobrane i wysuszone do stałej masy próbki gruntu wykazały wytrzymałość na ściskanie 8,5 MPa. Test wodoodpomości wykonany przez zanurzenie wysuszonej próbki w wodzie przez 24 godziny wykazał spadek wytrzymałości na ściskanie do wartości 6,5 MPa.

Pr zykład II

Jak w przykładzie I oprócz zastosowania w takiej samej ilości krzemionki płomieniowej powierzchni około 215 m2/g. Grunt utwardził się po czasie około 50 minut. Pobrane wysuszone próbki gruntu wykazały wytrzymałość na ściskanie 9,2 MPa. Test wodoodpomości wykonany przez zanurzenie wysuszonej próbki w wodzie przez 24godziny wykazał spadek wytrzymałości na ściskanie do wartości 8,1 MPa.

189 107

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób uszczelniania i konsolidacji gruntu o podwyższonej wytrzymałości mechanicznej i zwiększonej wodoodpomości, polegający na zastosowaniu krzemianowych mieszanin spajających, powstających w trakcie reakcji chemicznych pomiędzy szkłem wodnym i utwardzaczem, znamienny tym, że do uszczelniania stosuje się kompozycję składającą się ze szkła wodnego w ilości od 20% do 80% wagowych na kompozycję, estrów alifatycznych dowolnych alkoholi i polialkoholi z grupy alkoholi alifatycznych o długości łańcucha węglowego od 1 do 10 oraz dowolnych kwasów i polikwasów karboksylowych o długości łańcucha węglowego od 1 do 10, w ilości od 1% do 20% wagowych na kompozycję, nanocząsteczkowej hydrofobowej krzemionki płomieniowej o rozmiarach pierwotnych cząstek od 7 nm do 20 nm, w ilości od 0,1% do 10% wagowych na kompozycję, zawierającej podstawione grupy hydroksylowe grupami heksametylodisilazonowymi, dimetylosililowymi, trimetylosililowymi lub polimetylosililowymi, nadającymi powierzchni charakter silnie hydrofobowy.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do kompozycji wprowadza się dowolne środki powierzchniowo czynne, w ilości od 0,1% do 10% wagowych na kompozycję, oraz dowolne wypełniacze mineralne lub organiczne w ilości od 0,1% do 50% wagowych na kompozycję.