SE447266B - Forfarande for stabilisering av mark innehallande kvicklera - Google Patents

Description

15 20 ZS 30 35 40 D44? 266 2 ning och formníng av kalkon med lera för att bilda en serie pålar, som sträcker sig ned in i leran. Dessa pålar åstadkommer lateral stabilisering i lerfyndigheten.

Både kalken och kalíumkloridmetoderna har vissa nackdelar.

KCl kommer att stabilisera den ostörda kringliggande leran, men inte den störda leran. Vidare gör Ca0 en heterogen stabilisering.

Fickor av kalk förorsakar spröda cylindrar med låg skjuvhåll- fasthet i tvärled. Dessutom är Ca0 inte användbar i leror med hög vattenhalt. Under det att hydroxíalumínium i form av A1(0H)2,5Cl0,5 inte har blivit använd som ett lerstabíliserande medel vid grundläggningsteknik förut har det tillämpats som ett bindemedel vid framställning av önskade lermikrostrukuuer för laboratoriestudier. Hydroxi-aluminiumlösning innehållande KCl har också blivit använt i brunnar för att behandla vattenkäns- lig lera innehållande flockigheter och att åstadkomma sandsta- bilisering. Relativt spädda lösningar och översvämmade lösningar användes vanligen inom tekniken. Dessa förfaranden beskrives i amerikanska patenten 3,603,399 utgiven 7 september 1971 och 3,8Z7,49S utgiven 6 augusti 1974 båda med uppfinnaren Marion G.

Reed och överlåtna till Chevron Research Company.

De anförda besläktade ansökningarna sörjer för stabili- sering av lerjord genom inblandning av en effektiv mängd av hydroxi-aluminium och i några fall dessutom kemikalier såsom kaliumklorid tillsammans med leran. Kaliumklorid föredrages men andra kemikalier är användbara i stället för kaliumklorid såsom kaliumnitrat, kaliumsulfat, ammoniumklorid, ammoniumnit- rat och ammoniumsulfat. Inblandningen är företrädesvis utfört på ett sådant sätt så att den stabiliserade leran bildar en serie av pålar som sträcker sig in i lerfyndigheten med mellan- rum mellan dem för att åstadkomma stabilitet för hela lerfyn- digheten. Den önskade storleken platsen och antalet pàlar be- stämmes. En effektiv mängd av hydroxialuminium inblandas med leran på plats i varje placering i fyndigheten för att reagera med leran därigenom bilda de önskvärda pålarna.

Det har befunníts att tillsatsen av andra material kan förbättra förfarandet som beskrivits ovan.

Föreliggande uppfinning åstadkommer en metod för stabili- .sering av lerjord genom inblandning i lerjorden av hydroxíalu- minium med en effektiv mängd av bas som blandas därmed. Karbo- nater och bikarbonater är användbara i överensstämmelse med 10 15 35 40 5 447 266 uppfinningen och särskilt kalciumkarbonat och kalciumbikarbo- nat och blandningar därav. Den i första hand föredragna basen för användning tillsammans med hydroxialuminium i överensstäm- melse med uppfinningen är kalciumkarbonat.

Det är ett särskilt ändamål hos föreliggande uppfinning att åstadkomma ett förfarande för stabilisering av kvicklera genom inblandning i kvickleran med en blandning smnföreträdes- vis innehåller hydroxialuminium och en effektiv mängd av en bas för att reagera med leran. Ytterligare ändamål och fördelar hos föreliggande uppfinning kommer att framgå av följande detal- jerade beskrivning under hänvisning till bifogade ritningar, där fig. 1 är ett diagram som visar effekten av behandling av lera med hydroxialuminium innehållande en bas i överensstämmel- se med uppfinningen; och fig. 2 är ett diagram illustrerande en jämförelse av hydroxialuminium ensamt mot hydroxialuminium plus en bas.

Föreliggande uppfinning är riktad på ett förfarande för stabilisering av mark innehållande kvicklera genom inblandning av en effektiv mängd av torr hydroxialumínium tillsammans med lermarken, karakteriserat därav, att man till det torra hydroxí- aluminiumet tillsätter en effektiv mängd av torr bas, som ut- väljes från gruppen bestående av karbonater och bikarbonater, varvid den torra blandningen av kemikalier innehåller mellan 5 viktprocent av 70 viktprocent torr hydroxialuminium och mel- lan 1 viktprocent och 5 viktprocent bas av porvattnet som fanns i leran. _ I en föredragen form bildas ett flertal pàlliknande av- sättningar på platsen i lerjordsfyndígheten genom inblandning med våt lera en torr blandning innehållande åtminstone 5 vikt- procent hydroxialuminium och en effektiv viktmängd bas till porvattnet som finns i lerjorden. Bästa resultaten syntes er- hållas när den torra blandningen av kemikalier innehåller mel- lan 5 viktprocent till 70 viktprocent torr hydroxialuminium mellan I viktprocent och 5 viktprocent av en bas av porvattnet som finns i leran. För olika leror kan den optimala koncentra- tionen av hydroxialuminium och bas naturligtvis variera. Opti- mal koncentration för en given lera kan bestämmas genom enkla laboratorieprov såsom beskrives nedan.

Hydroxialuminium som är användbar i enlighet med före- liggande uppfinning har ett hydroxyl till aluminiumförhållande av åtminstone 2,0. Vid lågt tryck tenderar hydroxyl till alu- 10 20 25 40 447 266 4 miníumförhållanden av mindre än 2,2 att bli så sura att karbo- nater som finns i lerjorden överföres till koldioxid, vilket förorsakar bubblor vilket icke är önskvärt enligt föreliggande uppfinning. I lerjordar som innehåller karbonat föredrages det därför att använda hydroxíaluminium med ett hydroxyl till alu- miniumförhållande av 2,5.

Hydroxialuminium som sålunda är användbart i föreliggande uppfinning har den allmänna formeln A1(0H)n X3_n vari n har vär- det av åtminstone 2,0 och företrädesvis 2,5 till 2,7 och X är en anjon vald från gruppen bestående av klorid, bromíd, jodíd, nitrat, sulfat och acetat. Exempelvis har torr hydroxialuminium- klorid med en formel av Al(OH)2,5 C10,5 använts med framgång i i laboratoriedemonstrationer av föreliggande uppfinning. Hydroxi- aluminium är en kommersiellt tillgänglig kemíkalie och kan er- hållas exempelvis från Reheís Chemical Company i Berkeley Heights, New Jersey eller Hoechst Aktiengesellschaft, Frankfurt am Main, Västtyskland.

"Torrt" hydroxialuminium refererar till den torra kemika- lie som inte har någon tillsatt vattenmängd. Torrt'hydroxialu- minium har naturligtvis en väsentlig mängd kemiskt bundet vatten.

En Reheisprodukt innehåller exempelvis ca 20,5 viktprocent ke- miskt bundet vatten.

Pig. 1 är en beskrivning över kvicklera som använts i de- monstrationer i överensstämmelse med föreliggande uppfinning.

Hydroxialuminium och olika kemikalier inblandades med kvickle- ran och resultaten framgår av fig. 1.

Såsom illustreras i fig. 1 grafiskt var hydroxialuminium- innehållande kalciumkarbonat (CaCO3) mycket effektivt för för- bättring av tryckhållfastheten hos kvickleran. Ingen av de and- ra tillsatserna till hydroxialuminium kom i närheten av resul- tatet som uppnåddes med hydroxialuminium plus kalciumkarbonat.

Den speciella leran som användes vid demonstrationerna visade i fig. l var Hönefoss. Hönefosslera innehåller inte mycket kal- ciumkarbonat naturligt under det att många andra kvickleror gör detta. Koncentrationen av hydroxialuminium i den effektiva de- monstrationen var 0,57 g per g vatten och kalciumkarbonatkon- centrationen var ekvivalent med 0,37 g per g KCl. Resultaten framgår av tabell 1. fig. 2 visar en jämförelse av hydroxialumínium ensamt jämfört med hydroxialuminium plus en bas. I detta fall var ba- sen 1,3 % kalciumkarbonat. 447 266 Tabell NHUN Nm.= wme pcoHm>H>xmV Nwwpmm WNN N moumu Nm.Q :V NHUM Nm.° wwä wcmHm>fl>xov NN»@N@w om N NHUM NN.° wwë uflmHm>fi>Mmv pxwflpmmfim ONN N moz«mz Nm.@ mowwëëmn wwë flmxuømv ~p@N@w CNN N «owNNN:zv mmfl Nm.Q nopmsemn noe wwxuæmv -@N@m oww N «owNN«mz, Mm; Nm.Q Nñuz NNQ ÜGE HÉHOHNFMNÖMUU Nxmfipmwñm ON N «ow~N NNUM Nm.o voä u=oHm>«>xou pgwpflm m@~ N pxwfiflmmfim m@N N Hog Nw.° N.@ pxmfipmmfim QON N Hu» m.Q Nm.o NMWNNWNNN mw_ N NU» Nm.@ Nm.@ pxwflpmmfiß CNN N HUM N.Q Nm.@ pmwfipwmñm mm N Hoz Nm.° N.@ N=@MU cam N O N.o Nqoxv N.~ N Q 0.0 ~øcxV,N.m N o Nm.o Naoxv o.N N Q m.@ Nøoxv mmm N Q <.@ Nflogv QÅNN N Q m.o Nqoxv O ON N Q. ~.@ NNNMV um: |wwmmHHm:xu>Nu ficmzwv ~ONm m\mv fiowm m\mU wwcommusupopm wmmcwhwma mm @msmNwxmNm> >Nw«vv< H<|IO 10 15 20 25 30 SS 447 266 6 Föreliggande uppfinning åstadkommer sålunda ett förfa- rande för stnbilisering av kvicklera genom inblandning av hyd- roxialuminium innehållande en effektiv mängd av bas tillsam- mans med leran. Basen är vald från gruppen bestående av karbo- nater och bikarbonater och är företrädesvis antingen kalcium- karbonat eller kalciumbikarbonat. Kalciumkarbonat är den före- dragna basen.

En av mekanismerna genom vilken OH-Al stabíliserar kvick- leror är gelbildning av vatten. Gelbildning erfordrar att OH-Al polymeriserar för att bilda större oorganiska konstruktioner.

Denna polymerisation i sin tur erfordrar att hydroxidgrupper kan tíllsáttas genom de naturliga baserna i lerfyndigheten. I överensstämmelse med uppfinningen blandas fast gas med den fas- ta OH-A1 under tillämpning av behandlingen. Reaktionen kan skri- vas empiriskt enligt följande: Använd OH-Al Tillsatteller jordbas OH-Al erfordrad för stabiliseringsprocessen + 0,2Cl Al(OH)2 5Cl + 0,2 OH----> Al(OH)2 7C10 3 9 7 i 0,5 Fasta former av kemikalierna måste användas när basen är till- satt till OH-Al under användningen på grund av att reaktionen måste retarderas till dess de är i kontakt med vatten som skall gelbildas.

I dessa kvickleror som innehåller naturliga baser såsom karbonater kan det finnas tillräckligt med naturlig bas för att tillfredställa den totala fordran. I annat fall måste hela eller en del av fordringen mötas genom tillsats av en fast form av gas tillsammans med OH-Al. För att göra dessa bedömningar måste man bestämma den naturliga bashalten i kvickleran. En pro- cedur är enligt följande: Bestämning av naturlig bashalt i jordarter (1) Väg upp 20 g av ugnstorkad jord (110°C under 48 timmar) eller en mängd av fuktig jord som är ekvivalent med 20 g av ugnstorkad jord. (2) Tillsätt S0 ml destillerat vatten och omrör med en magnetisk omrörare under:50 minuter..- (3) Placera kalibrefade pH elektroder in i jordvatten- blandningen och omrör sakta. (4) Titrera blandningen sakta vid pH 4,5 under användning l0 15 20 35 447 266 av 0,2 normal HCl. Anteckna den använda syravolymen. (5) Räkna den naturliga bashalten enligt följande: volym använd s ra (ml) X 0 Z N: , mek-bas/g torr jord 20 g torr jord (6) Beräknat exempel: 20 ml använd syra ïo g torr jOrd-- x 0,2 N = 0,2 mek'bas/g torr jord I reaktionen så som den är skriven behövs totalt 0,2 ek- vivalenter av bas för varje mol tillsatt A1. Om vi subtraherar från detta mängden av tillsatt bas genom jorden, är återstoden den vilken måste tíllsättas. En steg för steg procedur för att utföra denna beräkning är följande: Bestämning av nödvändig mängd tillsatt bas (1) Beräkna mängden (moler) Al som skall tillsättas per 100 g torr jord. (2) Antag att totalt 200 millí-ekvivalenter bas erfordras för varje mol Al som är tillsatt (som Al(OH2 5Cl0 5) till jorden.

I 7 (3) subtrahera den naturliga bashalten (bestämd genom den tidigare titreringsmetoden) från denna totala fordran att be- stämma den ytterligare basen som erfordras för stabílíserings- processen. (4) Beräkningsexempelz speciella antaganden (a) Vattenhalten i jorden är 0,35 g per g torr jord. (b) 0,5 g fast hydroxialuminium tillsatt per g porvatten. (c) Totalt 200 mek.bas erfordrad per mol Al tillsatt. (d) Naturlig bashalt hos jorden är 0,2 meg. per gram torr jord. (e) Fast CaCO3 användes för att bättra på basbristen.

(E) Fast hydroxialuminium med 24,9 % aluminium.

Total basfordran 0,37 g porvatten X 0,5 g OH-Al X 0,249 g Al X torr jord g porvatten 7 g OH-Al l Y 200 mek; bas = 0,34 mek. bas 27 g Al/mol Al mol A1 g torr jord 0,2 mek. bas 447 266 s Naturlig bashalt i jorden (från titreringsexemplet) g torr jord Tillsatt erforderlig bas (CaC03 (0,34 mek. bas - 0,2 mek. bas) 50 mg CaCO3 = 7,0 mg CaCO5 U torr jord g torr jord mek. CaCO3 g torr jord 5 5,1 mg CaCO g våt jord 3 ll 19 mg CaCO3 g porvatten Av ovanstående beskrivning framgår tydligt att föreliggan- de uppfinning åstadkommer en metod för stabilisering av kvick- lera genom inblandning av torr hydroxialumínium och bas med le- ran. Ehuru endast specifika utföringsformer av föreliggande uppfinning har blivit beskrivna i detalj är uppfinningen inte begränsad därtill utan avses att inkludera alla utföríngsformer som faller inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (3)

9 447 266 gatentkrav

1. Förfarande för stabilisering av mark innehållande kvicklera genom inblandning av en effektiv mängd av torr hydroxialuminium tillsammans med lermarken, k ä n n e - t e c k n a t därav, att man till det torra hydroxialumi- niumet tillsätter en effektiv mängd av torr bas, som utväljes från gruppen bestående av karbonater och bikarbonater, varvid den torra blandningen av kemikalier innehåller mellan 5 vikt- procent och 70 víktprocent torr hydroxialumínium och mellan 1 viktprocent och 5 viktprocent bas av porvattnet som fanns i leran.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att basen är utvald från gruppen bestående av kalcium- karbonat och kalciumbikàrbonatu "

3. Förfarande enligt krav 1, k ä'n n e t e c k n a t därav, att basen består av kalciumbikarbonat.