PL229788B1

PL229788B1 - Spoiwo hydroizolacyjne do tworzenia przegród przeciwfiltracyjnych

Info

Publication number: PL229788B1
Application number: PL406320A
Authority: PL
Inventors: Piotr IZAK; Piotr Izak; Łukasz Wójcik; Marcin GAJEK; Marcin Gajek; Joanna Mastalska-Popławska; Agata Stempkowska; Roman Kuś
Original assignee: Akademia Górniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie; Przed Robot Geologiczno Wiertniczych Grazyna Janik Roman Kus Spolka Jawna; Przedsiebiorstwo Robót Geologiczno Wiertniczych Grazyna Janik; Przedsiębiorstwo Robót Geologiczno Wiertniczych Grażyna Janik Roman Kuś Spółka Jawna
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2018-08-31
Also published as: PL406320A1

Abstract

Wynalazek dotyczy spoiwa hydroizolacyjnego do tworzenia przegród przeciwfiltracyjnych, przeznaczonych do uszczelniania obiektów hydrotechnicznych, wykopów budowlanych, składowisk odpadów, a także stabilizacji gruntu. Spoiwo zawiera 25,0 - 35,0% wagowych materiału ilastego, 8,0 - 20,0% wagowych cementu, 0,3 - 1,0% wagowego szkła wodnego sodowego oraz wodę jako uzupełnienie do 100,0% wagowych. Jako materiał ilasty spoiwo zawiera ił beidelitowy, w skład którego wchodzi co najmniej 60,0% wagowych beidelitu, natomiast ponad 80,0% wagowych suchych składników spoiwa stanowią cząstki o średnicy mniejszej niż 5,0 µm. Korzystnie ił beidelitowy zawiera 8,0 - 15,0% wagowych kaolinitu, 2,0 - 15,0% wagowych kalcytu oraz 1,0 - 18,0% wagowych minerałów nieaktywnych termicznie w zakresie temperatur od 170 - 650°C. Ponadto szkło wodne sodowe wykazuje moduł 1,6 - 2,6.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest spoiwo hydroizolacyjne do tworzenia przegród przeciwfiltracyjnych, przeznaczonych do uszczelniania obiektów hydrotechnicznych, wykopów budowlanych, składowisk odpadów, a także stabilizacji gruntu.

Przegrody przeciwfiltracyjne stosuje się w celu przeciwfiltracyjnego zabezpieczenia głębokich wykopów oraz wałów przeciwpowodziowych, a także w celu zapobiegania przenikaniu substancji szkodliwych do gruntu i wód gruntowych, jako elementy systemu ochrony środowiska składowisk odpadów i zakładów produkcyjnych. Przesłony tworzy się zwykle z płynnej zawiesiny o właściwościach wiążących, która po wpompowaniu do miejsca przeznaczenia przechodzi w ciało stałe o ustalonej wytrzymałości. Jej skład i rodzaj dostosowuje się do wymagań projektowych.

Znane są z publikacji Z. Kledyński i in. pt.: „Odpadowe materiały mineralne w przegrodach przeciwfiltracyjnych, Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne, 6(15) 2007, zawiesiny dotychczas stosowane lub badane w Polsce, m.in. cementowo - bentonitowo - wodne z dodatkami takimi jak piasek, popiół z węgla kamiennego, popiół fluidalny z węgla kamiennego lub brunatnego, żużel wielkopiecowy lub z domieszkami chemicznymi.

Znana jest ze zgłoszenia PL 386030 A1 hydrauliczna mieszanina do lokowania niebezpiecznych dla środowiska odpadów pochodzących z procesów przemysłowych w składowiskach gruntowych. Mieszanina zawiera 35-55% wagowych ultradrobnego lepiszcza mineralnego o zawartości cząstek o średnicy mniejszej od 20 gm powyżej 90%, zwłaszcza gliny, o gęstości od 1,20 do 1,30 T/m³, 10-15% wagowych cementu, 0,2-0,5% wagowych szkła wodnego, 30-35% wagowych odpadów niebezpiecznych.

Wynalazek PL 163027 B1 opisuje środek do wypełniania pustek i szczelin wokół podziemnych wyrobisk górniczych, w skład którego wchodzi 25-100% wagowych granulowanego żużla wielkopiecowego, 0-75% wagowych cementu portlandzkiego jako spoiwa, 0-15% wagowych w stosunku do spoiwa aktywatora w postaci NaOH i/lub Na2CO3 lub szkła wodnego o module krzemianowym 1,1-2,5, 0,02-0,3% wagowych w stosunku do spoiwa proszku glinowego lub 0,04-0,5% wagowych w stosunku do spoiwa proszku cynkowego, 0-75% wagowych w stosunku do spoiwa popiołu lotnego z elektrowni oraz woda zarobowa w ilości odpowiadającej wskaźnikowi wody do spoiwa W/S od 0,3 do 0,6, zawierająca 0-10% wagowych NaCI.

Zgłoszenie wynalazku RU 2010110894 A ujawnia masę ceramiczną do przygotowywania porowatego wypełniacza w formie agregatów. Masa zawiera 45-65% wagowych szkła wodnego, 5-15% wagowych chlorku sodu, 15-20% wagowych odpadów z przeróbki rud wzbogaconych węglem oraz 15-20% wagowych gliny beidelitowej, która zawiera beidelit w ilości 85-90% wagowych.

Przedmiotem opisu patentowego US 4886550 A jest elastyczna kompozycja do przygotowania wodoodpornej zaprawy cementowej, służącej np. do uszczelniania otworów wiertniczych i innych obiektów budowlanych. Kompozycja składa się z 10-80% wagowych gliny pęczniejącej w wodzie (np. bentonitu, atapulgitu, saponitu), 0-80% wagowych wypełniacza proszkowego, który stanowi substancja stała, zasadniczo nie pęczniejący w wodzie (m.in. piasek, talk), 5-20% wagowych dodatku dyspergującego (np. pirofosforanu sodu). Składniki miesza się z wodą w celu wytworzenia zawiesiny, a następnie wpompowuje do konkretnego miejsca.

Zgłoszenie wynalazku DE 3632247 A1 ujawnia zawiesinę twardniejącą do wypełniania wydrążonych ubytków poprzez iniekcję i do stabilizacji gruntu. Zawiesina zawiera na 1 m³ mieszaniny 300-500 kg cementu, 15-150 kg gliny lub iłu i/lub 200-400 kg piasku, w razie potrzeby 20-150 kg bentonitu oraz 50-20 litrów 25-30% roztworu nadtlenku (lub odpowiednia ilość nadtlenku), korzystnie nadtlenek wodoru lub nadtlenek baru lub aktywowany bentonit sodowy. Nadtlenek miesza się w pierwszym etapie z wodą lub jej częścią, a następnie dodaje się pozostałe składniki.

Na rynku występuje również szereg gotowych mieszanek przeznaczonych do tworzenia przegród przeciwfiltracyjnych, dopuszczonych do użycia stosowną aprobatą techniczną. Przykładem takiej mieszanki jest roztwór hydroizolacyjny na bazie glin polimineralnych, posiadający aprobatę techniczną AT/18-2002-0011-00-IMUZ. Roztwór składa się z 19-43% wagowych gliny o wymaganym składzie granulometrycznym, 6-15% wagowych cementu portlandzkiego, hutniczego lub specjalnego (w zależności od chemizmu wód podziemnych), 0,5-1% wagowego szkła wodnego sodowego oraz wody technologicznej, jako uzupełnienie do 100% wagowych.

Znane spoiwa zawierają zwykle składnik odpowiedzialny za uzyskanie niskiej wodoprzepuszczalności w postaci bentonitu. Bentonit pęcznieje w środowisku wodnym, natomiast spoiwa hydroizolacyjne są wprowadzane do środowiska gruntowego, które jest sezonowo poddane osuszaniu. Wtedy bentonit

PL 229 788 B1 kurczy się, co może powodować uszkodzenie struktury wytrzymałościowej spoiwa, stworzonej w trakcie hydratacji cementu. Cykliczne powtarzanie się takich zdarzeń może prowadzić do sytuacji, w której modyfikowany grunt po kilku latach osiąga gorsze parametry geotechniczne i przeciwfiltracyjne, niż pierwotnie.

Celem wynalazku jest spoiwo hydroizolacyjne do tworzenia przegród przeciwfiltracyjnych o dużej trwałości i odporności na działanie czynników zewnętrznych.

Spoiwo hydroizolacyjne do tworzenia przegród przeciwfiltracyjnych, zawierające 25,0-35,0% wagowych materiału ilastego, 8,0-20,0% wagowych cementu, 0,3-1,0% wagowego szkła wodnego sodowego oraz wodę jako uzupełnienie do 100,0% wagowych, charakteryzuje się tym, że jako materiał ilasty zawiera ił beidelitowy, w skład którego wchodzi co najmniej 60% wagowych beidelitu, przy czym ponad 80,0% wagowych suchych składników spoiwa stanowią cząstki o średnicy mniejszej niż 5,0 μm.

Korzystnie ił beidelitowy zawiera 8,0-15,0% wagowych kaolinitu, 2,0-15,0% wagowych kalcytu oraz 1,0-18,0% wagowych minerałów nieaktywnych termicznie w zakresie temperatur od 170-650°C.

Ponadto szkło wodne sodowe wykazuje moduł 1,6-2,6.

Spoiwo według wynalazku wykazuje reologię materiału plastycznego Binghama. W odróżnieniu od roztworów odkształcających się zgodnie z modelem Newtona, po zmieszaniu iłu beidelitowego z pozostałymi reagentami, następuje proces tworzenia wewnętrznej struktury odpornej na oddziaływanie czynników zewnętrznych, która powoduje, że spoiwo wprowadzone do gruntu lub skał nie jest wypłukiwane, nawet w warunkach turbulentnego przepływu wód. Ponadto obecne w spoiwie dodatki zasadowe w postaci cementu i szkła wodnego, są całkowicie związane w nowo tworzonej strukturze, dlatego w czasie instalacji przegrody nie następuje odciek wody. Formowanie się struktury w trakcie procesu twardnienia związane jest ze zmniejszaniem odległości pomiędzy elementarnymi składnikami (cząsteczkami) roztworu i jednoczesnym zwiększaniem siły wiązań międzycząsteczkowych (Van der Waalsa) i dlatego spoiwo może być zastosowane nawet w bezpośrednim sąsiedztwie ujęć wód, gdzie będzie zapewniać tworzenie trwałych przegród hydroizolacyjnych.

Zastosowanie iłu beidelitowego jako podstawowego składnika spoiwa całkowicie eliminuje zagrożenie uszkodzenia zestalonego materiału na skutek sezonowego osuszania gruntu, ponieważ ił beidelitowy nie zmienia w sposób istotny swojej objętości w obecności wody. Dzięki temu można precyzyjnie projektować ilość wprowadzonego do gruntu spoiwa.

Dodatkowo, uzyskany materiał jest odporny na destrukcyjne działanie niskiej temperatury i spełnia pozytywnie testy na wysadzinowość. Wartość wskaźnika nośności CBRd jest poniżej 20%, co kwalifikuje spoiwo do stosowania pod nawierzchnie drogowe. Ponadto w odróżnieniu od dotychczas stosowanych rozwiązań, spoiwo wykazuje dużo korzystniejsze parametry hydroizolacyjne, w tym współczynnik filtracji poniżej 5-10^-10 m/s.

Spoiwo według wynalazku zostało bliżej określone w poniższych przykładach, nie ograniczających jego zakresu.

P r z y k ł a d 1

Spoiwo hydroizolacyjne do tworzenia przegród przeciwfiltracyjnych zawiera wagowo:

- 8,5% cementu portlandzkiego

- 25,0% iłu baidelitowego, w skład którego wchodzi

- 65,0% wagowych beidelitu

- 15,0% wagowych kaolinitu

- 10,0% wagowych kalcytu

- 10,0% wagowych minerałów nieaktywnych termicznie w zakresie temperatur 170-650°C, w tym skalenie

- 0,5% szkła wodnego sodowego o module 2,5

- 66,0% wody

Przygotowanie spoiwa przebiega automatycznie. Operator wprowadza do systemu dane ilościowe składników w określonych powyżej proporcjach, po czym podawane są one do szybkoobrotowego mieszalnika. Po wymieszaniu, uzyskany roztwór o gęstości 1,18 T/m³ jest przelewany do agitatora, skąd pompami iniekcyjnymi podawany jest do miejsca wykonywania robót uszczelniających.

Spoiwo może być wykorzystywane do wykonywania przesłon hydroizolacyjnych w gruntach luźnych oraz skałach (wypełniając szczeliny), przez wprowadzanie go do środowiska gruntowego z wykorzystaniem urządzeń wiertniczych, przez iniekcję, jak też przez wymieszania gruntu ze spoiwem w technologii wgłębnego mieszania gruntów (Deep Soil Mixing).

PL 229 788 B1

P r z y k ł a d 2

- 20,0% cementu portlandzkiego

- 34,0% iłu baidelitowego, w skład którego wchodzi

- 65,0% wagowych beidelitu

- 15,0% wagowych kaolinitu

- 10,0% wagowych kalcytu

- 1,0% szkła wodnego sodowego o module 2,5

- 45,0% wody

Przygotowanie spoiwa przebiega automatycznie. Operator wprowadza do systemu dane ilościowe składników w określonych powyżej proporcjach, po czym podawane są one do szybkoobrotowego mieszalnika. Po wymieszaniu, uzyskany roztwór o gęstości 1,34 T/m³ jest przelewany do agitatora, skąd pompami iniekcyjnymi podawany jest do miejsca wykonywania robót uszczelniających.

Spoiwo może być zastosowane do wytwarzania przesłon hydroizolacyjnych zarówno dla obiektów hydrotechnicznych jak i wykopów budowlanych. Może być także zastosowane dla modyfikacji parametrów geotechnicznych podłoża gruntowego.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Spoiwo hydroizolacyjne do tworzenia przegród przeciwfiltracyjnych, zawierające 25,0-35,0% wagowych materiału ilastego, 8,0-20,0% wagowych cementu, 0,3-1,0% wagowego szkła wodnego sodowego oraz wodę jako uzupełnienie do 100,0% wagowych, znamienne tym, że jako materiał ilasty zawiera ił beidelitowy, w skład którego wchodzi co najmniej 60,0% wagowych beidelitu, przy czym ponad 80,0% wagowych suchych składników spoiwa stanowią cząstki o średnicy mniejszej niż 5,0 ąm.
2. Spoiwo według zastrz. 1, znamienne tym, że ił beidelitowy zawiera 8,0-15,0% wagowych kaolinitu, 2,0-15,0% wagowych kalcytu oraz 1,0-18,0% wagowych minerałów nieaktywnych termicznie w zakresie temperatur od 170-650°C.
3. Spoiwo według zastrz. 1, znamienne tym, że szkło wodne sodowe wykazuje moduł 1,6-2,6.