NO164988B

NO164988B - Innsproeytbar herdbar, vannholdig, granulaer moertel samt anvendelse av en slik moertel.

Info

Publication number: NO164988B
Application number: NO854053A
Authority: NO
Inventors: Michel Auguste Georges Gandais; Francis Marcel Louis Delmas; Yves Marie Francois Ren Lacour
Original assignee: Sif Entreprise
Priority date: 1984-10-12
Filing date: 1985-10-11
Publication date: 1990-08-27
Also published as: ATE33262T1; NO164988C; JPH0581632B2; AU4794585A; PT81268A; JPS6197381A; AU578741B2; PT81268B; EP0178213A1; FR2571734A1; DE3562015D1; EP0178213B1; HK43890A; FR2571734B1; NO854053L; AR244776A1

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en innsprøytbar, herdbar/" vannholdig, granulær• mørtel samt anvendelse av en slik mørtel.

Injeksjonsbehandling av jordarter omfatter det å fylle

de intergranulære hulrom i granulære jordarter eller sprekkene i jordarter med sprekker med forskjellige sorter mørtel som har til hensikt å modifisere egenskapene hos det jordsmonn som blir.behandlet på denne måte.

Modifikasjonene innbefatter generelt en forbedring av

de mekaniske egenskaper hos jordartene i tilfellet av konsolideringsbehandling, eller en reduksjon av permeabiliteten i tilfellet hvor behandling går ut på vannavtetting. Hyppig har en injeksjonsbehandling det formål å modifisere begge egenskaper.

Av tekniske, historiske og økonomiske grunner blir de største hulrom i et jordsmonn som skal behandles, fylt med mørtler bestående av en granulær suspensjon i vann av materiale med egenskaper for hydrauliske bindemidler, eventuelt i til-knytning til kolloidale materialer og/eller materialer som fremfor alt er ment å øke kvantiteten av fast materiale i mørtelen.

Som et eksempel kan der nevnes materialer med egenskaper som vannbindemiddel: - vanncementer, f.eks. Portlandcement, med eller uten sekundære komponenter,

- cementer basert på masovnslagg,

- aluminiumoksidcementer.

Blant de hyppigst anvendte kolloidale materialer skal

der nevnes:

- naturlige leirarter, og spesielt dem som inneholder montmorillonitt, og som generelt betegnes bentonitt.

Blant materialer som har til hensikt å øke kvantiteten

av faststoffmateriale i mørtelen, og som hyppig benyttes ved injeksjoner, skal der nevnes:

- sandarter,

- flyveaske som skriver seg fra kraftstasjoner med kull-

fyring,

- fyllmidler som skriver seg fra utnyttelsen av stein-brudd, som kan være kalkholdige og/eller silisium-holdige, - forskjellige naturlige materialer, f.eks. vulkanaske, pimpstentuff o.l.

Forskjellige kriterier gjør det mulig å kvantifisere finheten av et granulært materiale, og blant disse foreligger muligheten å angi deres overflateareal (målt i samsvar med B.E.T. eller Blaine. Denne målemetode er definert i den franske AFNOR standard NF P 15-442 (Mars 1967) og er betegnet som: "Measurement of the surface area by the Blaine permea-bilimetor". Henvisninger til "Blaine" i denne sak skal referere til denne metode). Som en indikasjon kan de cementer som generelt benyttes for injeksjon i jordsmonnet, ha en spesifikk overflate hovedsakelig mellom 2.500 cm<2>/g og 4.500 cm<2>/g. Imidlertid er noen cementer som er spesielt behandlet for oppnåelse av høy finhet, utført med en spesifikk overflate som ligger noe over 5.000 cm<2>/g. Flyveaske har en spesifikk overflate som generelt ligger mellom 2.500 og 4.500 cm<2>/g.

Mørtler som er tildannet av de ovenfor angitte materialer, idet suspensjonsvirkningen av disse ofte blir stabilisert ved hjelp av små mengder av leiraktige kolloider, benyttes hyppig for behandling ved injeksjon av alluviale jordarter. Det gjør de mulig å impregnere granulære jordarter innbefattende grusarter og sandarter hvis vannpermeabilitetskoeffisient som er betraktet som en egenskap for distribusjon av størrelsen av hulrommene, strekker seg fra 5-10 -4 m/s til 1 -10 -3m/s, avhengig av typen mørtel. Disse mørtler som har en væskebinde-middelegenskap, benyttes for konsolidering og/eller vann-tettende behandlinger.

Jordarter med finere granularitet og med en vannpermeabilitetskoeffisient under 5 • 10 -4 m/s, kan gjennomtrenges av mørtler hvor de eneste partikler er leiraktige partikler, f.eks. mørtler tildannet av deflokkulert bentonitt. Bentonitter kan herdes på stedet ved hjelp av forskjellige kjemiske tilsetningsstoffer, den. mekaniske styrke som man oppnår ved denne type mørtel er imidlertid er meget lav, noe som resulterer i at de benyttes bare for vannavtetnings-behandlinger.

Den foreliggende oppfinnelse har som siktemål å skaffe en ny innsprøytbar, herdbar, vannholdig, granulær mørtel som kan benyttes for konsolidering og/eller vannavtetning av-jordarter med en vannpermeabilitetskoeffisient som ligger under den for de jordarter som man har kunnet behandle med de inntil nå kjente mørtler.

Mørtelen i henhold til oppfinnelsen skal ha" følgende spesielle trekk: - de granulære komponenter skal ha en finhet som er betydelig større enn den for de materialer som for tiden benyttes ved preparering av mørtler, - tatt individuelt skal hver av dem ikke ha karakter av et væskebindemiddel,

- deres innlemmelse i den samme mørtel skal gi opphav

til en kombinasjonsreaksjon av pozzolan natur som skaffer setningen og herdingen av mørtelen, - om nødvendig skal størkningen av mørtelen kunne akselereres ved hjelp av en aktivator som også er et mineral.

Oppfinnelsen vedrører således en innsprøytbar, herdbar, vannholdig, granulær væskemørtel som er kjennetegnet ved at den innbefatter som vesentlige ingredienser: a) fine partikler av amorft silisiumoksid, vanligvis kalt røkt silisiumoksid, med en spesifikk overflate på

2

minst 50.000 cm /g, og

b) fine partikler av lesket kalk med en spesifikk overflate i henhold til Blaine på minst 8.000 cm<2>/g,

at vekt- forholdet kalk/silisiumoksid ligger i området fra 0,2 til 5, og at den fordelaktig inneholder opp til 350 kg faststoffer pr. m<3> mørtel, og eventuell størknings-aktivatorer. Ytterligere trekk fremgår av underkravene.

Oppfinnelsen vedrører også anvendelsen av mørtelen til konsolidering og/eller vanntetting av fine granulære jordarter og jordarter med fine sprekker, ved innsprøyting i disse jordarter av den herdbare granulære vannholdig mørtel.

Bestanddelen (a) er et industrielt materiale vanligvis kalt "røkt silisiumoksid" ("fumed silica"). Dette materiale er et biprodukt fra silisiumoksid- og ferrosilisiumindustrien og er kjennetegnet ved en meget liten partikkelstørrelse (gjennom-snittlig under 0,2 um) og ved et høyt innhold av amorft silisiumoksid. De vanlige verdier av den kjemiske sammensetning ligger innenfor følgende områder (som tillater det forhold at røkt silisiumoksid kan skrive seg fra fremstillingen av silisium eller av ferrosilisium med forskjellige innhold av silisium) :

Finheten for partiklene er vanligvis kjennetegnet ved deres spesifikke overflate som bør være større enn 50.000 cm<2>/g, fortrinnsvis større enn 100.000 cm<2>/g. Røkte silisiumoksider som er^kommersielt tilgjengelige og har en spesifikk overflate på 180.000-220.000 cm<2>/g, er funnet å være spesielt anvendelige, men silisiumoksider med en høyere spesifikk overflate kan også benyttes.

Bestanddelen (b) er lesket kalk som er kjennetegnet ved et kalsiumhydroksid Ca (OH) 2>-innhold større enn 90%. Dette materiale kan man oppnå med en meget fin partikkelstørrelse og en spesifikk overflate i henhold til Blaine som er større en

8.000 cm<2>/g. Ved anvendelse av passende behandlinger, enten under prosessen eller etter fremstillingen av den leskede kalk, er det mulig å skaffe materialer med større finhet som vil være fordelaktig ved bruk. Disse behandlinger gjør det på enkel måte mulig å skaffe, kalk med en Blaine-finhet opp til eller over 20.000 cm<2>/g. En kalk med en spesifikk overflate i

henhold til Blaine som er større enn 10.000 cm<2>/g, kan med fordel benyttes......

Mulige doseringer dekker et bredt område av konsen-trasjoner av faststoffsubstanser og strekker seg fra en meget vannholdig mørtel som kan innbefatte mindre enn ca. 100 kg faststoffer pr. m<3> av mørtelen,'idet denne fortrinnsvis er tenkt brukt for innsprøyting i fine granulære jordarter eller jordarter med fine sprekker opp til tykke vellinger som kan innbefatte opp til 350 kg faststoffer pr. m<3> mørtel.

Kalk/silisiumoksid-vektforholdet kan variere, f.eks., mellom 0,2 og 5, fortrinnsvis mellom 0,2 og 2. Det optimale forhold kan lett bestemmes som en funksjon av de spesielle ingredienser

som blir benyttet og av det resultat som man streber etter, idet man bruker testprøver. I de eksempler som er gitt i det følgende, vil man befinne seg i området ved 0,5, hvor kompresjonsstyrke er innbefattet. Økonomiske betraktninger som går ut på at kalk er rimeligere enn røkt silisiumoksid, kan gjøre det foretrukket å benytte en høyere andel med kalk enn det som gir den beste mekaniske styrke, spesielt når vannavtetting er det høyeste siktemål.

Selv om bruken av en aktivator ikke er nødvendig for å utvikle størkningsreaksjonen for silisumoksid/kalk-kombi-nasjonen, kan det være ønskelig å bruke en aktivator for akselerasjon av mørtelstørkningen i det tilfelle hvor det er ønsket å avkorte perioden før belastning av den injeksjons-behandlede jord. Som aktivator kan der brukes en basisk substans, f.eks. natriumhydroksid NaOH (foretrukket), natrium-silikater med forskjellige vektproporsjoner, natriumkarbonat, kaliumhydroksid o.l. Disse aktivatorer kan benyttes alene eller i blandet tilstand. Vektproporsjonene for aktivatoren vil vanligvis være mellom 0 og tilnærmet 5%, basert på kalkens vekt.

Eventuelt kan man om nødvendig innlemme et fyllmateriale med høy finhet i mørtelen ifølge oppfinnelsen, et fyllmateriale med en spesifikk overflate etter Blaine som minst er 8.000 cm<2>/g, og som kan være inert eller ha noe iboende reaktivitet som et resultat av sin finoppdelte tilstand. Denne iboende reaktivitet kan fordelaktig utnyttes for påvirkning av størknitfgstiden, endringen i -styrke med hensyn på tid og mørtelens økonomi. Som eksempel på et slikt reaktivt fyllmiddel skal kalsiumkarbonat nevnes.

Mørtlene blir tilberedt på vanlig måte i en blander hvor de blandes med vann, røkt silisiumoksid som kan foreligge i tørr pulverform eller allerede i form av en konsentrert suspensjon i vann, den leskede kalk og den eventuelle aktivator eller aktivatorer.

De mørtler som blir fremskaffet, ligner vanlige cement-baserte mørtler og kan underkastes vanlige målinger hva angår viskositet, setning, vannutskillelse, densitet, størkningstid, endring i mekanisk styrke med hensyn på tid, o.l.

Disse mørtler kan således benyttes med samme type materiale som dem som vanligvis brukes ved innsprøytnings-operasjoner under bruk av granulære suspensjonsmørtler.

Som et resultat av den høye finhet for de partikler som danner suspensjonen er denne nye type mørtel av stor interesse for innsprøytning i granulære eller sprekkomfattende jordarter: i virkeligheten blir det mulig å utføre vannavtetnings-behandling og fremfor alt konsolideringsbehandling av fin-granulært jordsmonn som det er umulig å impregnere med vanlige konsolideringsmørtler basert på cement, flyveaske og lignende.

Denne type mørtel gjør det mulig å redusere den lavere grense for permeabilitet for impregnerbare granulære jordsmonn, typisk ned til IO-<5> m/s, og dette kan gjelde for meget høye proporsjoner eller t.o.m. totalt med hensyn til alluviale jordarter som inntil nå ikke kunne bli behandlet ved bruk av kjente mørtler.

I sammendrag har den nye type mørtel følgende spesielle

trekk og fordeler:

- den består av en vannholdig suspensjon av røkt silisiumoksid og lesket kalk i spesielle proporsjoner. Den inneholder hverken Portland-cement eller slaggcement eller bentonitt, slik tilfellet er ved hovedandelen av vanlige mørtler, - tatt individuelt utgjør ikke røkt silisiumoksid og lesket kalk vannholdige bindemidler. Søkerne har overraskende funnet at deres kombinasjon i en mørtel fører til en størkne- og herdereaksjon, - i forbindelse med konsolidering og/eller vannavtetnings-behandling kan mørtelen impregnere fine jordarter eller granulære jordarter med fine sprekker som ikke kan behandles ved bruk av klassiske mørtler, - størkningen kan, om ønsket, akselereres ved innlemmelse av en eller flere aktivatorer, - alle komponenter er mineraler. Fraværet av et eventuelt organisk produkt er av stor interesse for behandlingen av steder hvor omgivelsesbeskyttelse og økologiske be grensninger krever et slikt fravær.

De følgende eksempler vil nå bli gitt med hensyn til å anskueliggjøre den foreliggende oppfinnelse ytterligere.

Mørtler som er dosert med 175 og 225 kg faststoff pr. m<3 >av mørtel, ble tilberedt i en kommersiell blander ved variasjon av kalk/silisiumoksid-vektproporsjonen fra 0,2 til 5, idet en aktivator som består av 5 vektprosent NaOH basert på vekten av den kalk som ble benyttet, ble tilført til noen av mørtlene. Disse mørtler ble støpt i form av prøver og deres kompresjonsstyrke (i bar) ble målt etter 7, 14 og 28 dager.

Det røkte silisiumoksid som ble benyttet, var silisiumoksid av typen 100 levert av Elkem A/S, Oslo, Norge. Denne silisiumoksid med en spesifikk overflate fra 18 til 22 m<2>/g, hadde følgende kjemiske sammensetning referert til vekt: 94-98% Si02, 0,02-0.15 F<e>203, 0,1-0,4% A1203, 0,08-0,3% CaO, 0,2-0,9% MgO, 0,1-0,4% Na20, 0,2-0,7% K20 og 0,1-0,3% S.

Den leskede kalk som ble benyttet, var "luftet", lesket kalk som vanligvis betegnes "flower of lime" og kommer fra Etablissement Bonargent-Goyon, 36800 Saint-Gaultier, Frankrike. Denne kalk hadde følgende kjemiske sammensetning, basert på vekt: 93,6% Ca(OH)<2>, 3,6% CaCO<3>, 1,6% CO<2>, 0,3% SiO<2>, 0,13% Al<2>0<3>, 0,10%Fe<2>0<3> og 0,28% MgO. Dens spesifikke overflate ifølge Blaine var tilnærmet 10.000 cm<2>/g.

De resultater som ble oppnådd, er anskueliggjort i form av kurver på den eneste tegningsfigur, som er et diagram som viser kompresjonsstyrke i bar som en funksjon av kalk/silisiumoksid-forholdet for forskjellige testede mørtler. Fra disse kurver kan det ses. at det optimale kalk/silisiumoksid-forhold befinner seg tilnærmet ved 0,5, at kompresjonsstyrken øker med innholdet av faststoffer i mørtelen, såvel som størkningstiden. Det kan også ses at nærværet av en aktivator som akselererer størkningen,, gjør det mulig å nå et gitt nivå av kompresjonsstyrke raskere.

Det skal til slutt noteres at mørtelen ifølge oppfinnelsen også kan benyttes som fyllmiddelmateriale for vanntette skillevegger eller.lignende, tildannet i grunnen. Disse vegger kan tildannes enten ved graving av en grøft med et passende jordgraveutstyr og oppfylling av grøften med mørtelen, eller ved tildannelse av en sekvens av mønstre i bakken med et verktøy som drives ned i bakken og oppfylling av mønsteret med mørtelen, samtidig som verktøyet fjernes fra bakken.

En spesiell interesse ved den foreliggende mørtel er at den ikke inneholder, leirholdige materialer. Således kan den benyttes spesielt i de■tilfeller hvor fluidum som har en tendens til å sive gjennom avskjæringsveggene, har en aggresiv oppførsel med hensyn til de leirholdige materialer.

Claims

1. Innsprøytbar, herdbar, vannholdig, granulær mørtel, karakterisert ved at den omfatter som hovedbestanddeler: (a) fine partikler av amorft silisiumoksid, vanligvis betegnet røkt silisiumoksid ("fumed silica") med en spesifikk overflate på minst 50.000 cm /g og b) fine partikler av lesket kalk med en spesifikk overflate i henhold til Blaine på minst 8.000 cm<2>/g, at vektforholdet kalk/silisiumoksid ligger i området fra 0,2 til 5, at den fordelaktig inneholder opp til 350 kg faststoffer pr. m<3> mørtel, og eventuelt størkningsaktivatorer.

2. Mørtel som angitt i krav 1, karakterisert ved at vektforholdet ligger i området 0,2-2.

3. Mørtel som angitt i krav 2, karakterisert ved at vektforholdet er ca.

0,5.

4. Mørtel som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at den leskede kalk har en spesifikk overflate i henhold til Blaine på minst 10.000 cm<2>/g, og at det røkte silisiumoksid har en spesifikk overflate på minst 100.000 cm<2>/g.

5. Mørtel som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at den ytterligere inneholder opp til 5 vektprosent av en størkningsaktivator bestående av en basisk substans i forhold til vekten av lesket kalk.

6. Mørtel som angitt i krav 5, karakterisert ved at aktivatoren er valgt fra natriumhydroksid, kaliumhydroksid, natriumsilikat og natriumkarbonat.

7. Mørtel som angitt i krav- 1, karakterisert ved at den ytterligere inneholder et inert eller reaktivt fyllmiddel.

8. Anvendelse av en mørtel i henhold til et eller flere av de ovenstående krav til konsolidering og/eller vannavtetning av fingranulære jbrdarter og jordarter med fine sprekker ved innsprøyting ay mørtelen i jordartene.