SK283393B6 - Hydraulické spojivo - Google Patents

Abstract

Opísané sú hydraulické injektážne spojivá, ktoré sú vhodné na výrobu injektážnych suspenzií, aby sa vtlačili nízkotlakovou injektážou do pôd alebo horniny na utesnenie alebo spevnenie, ktoré obsahujú hydraulické mleté veľmi jemné spojivo bez síranového nosiča, aspoň jeden spomaľovač tuhnutia, aspoň jeden stekuťovač a aspoň jeden stabilizátor zo skupiny mikrobiálnych polysacharidov.ŕ

Description

Oblasť techniky

Predložený vynález rieši zloženie hydraulického spojiva na výrobu injektážnych suspenzií, ktoré sú vhodné na vtlačenie nízkotlakovou injeklážou do pôd alebo hornín, alebo podobne na utesnenie alebo spevnenie.

Doterajší stav techniky

Je známe použitie injektážnych suspenzií na spevnenie alebo utesnenie pôd alebo horniny so zloženiami spojiva, ktoré majú hlavne vedľa cementov bez obsahu síranového nosiča vždy bentonitovú prísadu (Charvát, I.: Special claycement mixtures for injection and grouting, Práce Vyzkumného ústavu geologického inženýrství, zv. XXXIX, Brno, 1987). Bentonitová prísada je medzí 2 až í 5 % hmotn. a slúži na stabilizáciu suspenzie proti usadzovaniu čiastočiek pevnej látky. Používa sa slinková múčka s jemnosťou 7200 cm²/g. Je opísaný predpis na utesnenie spevnenia, ktorý sa mení v množstve bentonitu a hodnote spojiva tuhnutia pod vodou (vodného súčiniteľa).

V patentovom spise CS 260 577 je opísaná injektážna suspenzia na utesnenie alebo spevnenie horniny a nespevnené zeminy, ktorá je založená na slinkovej múčke so špecifickými povrchmi nad 6000 cm²/g. Suspenzia obsahuje menej ako 3 % hmotn. lignínsulfonátu alebo podobne, až 3 % hmotn. alkalického uhličitanu a prípadne spomaľovač na základe organických kyselín. Použitie pri nízkotlakovej injektáži eventuálne penetračnej injektáži, pri ktorej sa používajú tlaky pod 100 bar, a ktoré sa vyznačuje tým, že sa zloženie injektovanej pôdy alebo horniny nezničí, opísané nie je. Skôr sa uvádza, že sa majú spevniť pôdy s každou jemnosťou, z čoho vyplýva, že má byť použitá v každom prípade vysokotlaková injektáž.

Podľa stavu techniky je obmedzené použitie suspenzií s obsahom pevných látok na pôdach s podielom veľmi jemného piesku (veľkosť zŕn < 2 mm) až na 90 %. Od podielu prachu (veľkosť zŕn < 0,063 mm) cca 10 % nie je nízkotlaková injektáž možná suspenziami s obsahom veľmi jemných pevných látok.

Podstata vynálezu

Úlohou vynálezu je uviesť zloženie hydraulických spojív, ktoré sú vhodné, aby sa použili pri nízkotlakovej injektáži (< 100 bar tlak vtláčania ) a sú predovšetkým vhodné na utesnenie a spevnenie tiež pôd s obsahom podielu prachu cca 10 % a viacej, pričom majú byť vyrobiteľné injektážne suspenzie so zložení spojív, ktoré sú stabilné, pokiaľ ide o sedimentáciu a majú zlepšenú schopnosť vniknutia.

Táto úloha je riešená znakmi nároku 1. Ďalšie formy uskutočnenia vynálezu sú uvedené v závislých nárokoch.

Podstatné je to, že sa používajú veľmi jemné slinkové múčky bez obsahu síranového nosiča s rôznou jemnosťou, napr. múčky s d₉₅ < 25 pm alebo <Τ,₅ < 16 μια, alebo d₉₅ < 9 pm, alebo d₉₅ < 6,5 pm. Tieto slinkové múčky môžu byť kombinovane' aspoň s inertnou jemne mletou kamennou múčkou, napr. s vápencovou múčkou alebo s aspoň jednou pucolánovou látkou ako trasorn, mikrokremičitanmi, lietavým popolčekom, metakaolinitom, zeolitom neupravenými alebo temperovanými alebo s aspoň jednou latentnou hydraulickou látkou ako múčkou hutníckeho piesku s rovnakou alebo vyššou jemnosťou. Okrem toho môžu byť obsiahnuté ďalšie hydraulické látky ako kremi čitany vápenaté alebo hlinitany vápenaté, samotné alebo v kombinácii.

Zloženie spojiva obsahuje okrem toho aspoň jeden spomaľovač tuhnutia, prípadne plastifikujúci spomaľovač tuhnutia. Do tejto skupiny prísad patria taktiež étery celulózy (metyl-, etyl- alebo propyléter); alebo polysacharidy (fruktóza, glukóza atď.); akrylová kyselina a jej soli; oxykarboxylové kyseliny a jej soli (napr. kyselina citrónová); fosforečné kyseliny a jej soli; kyselina boritá a jej soli; alkylamidy; styrénbutadién.

Zloženie spojiva podľa vynálezu môže obsahovať tiež urýchľovač. Urýchľovače môžu byť nasledujúce prísady: alkalické uhličitany alebo alkalické hydrouhličitany; dusičnan vápenatý Ca(NO₃)₂; alkalické kremičitany; hydroxidy kovov alkalických zemín (napr. Ba(OH)₂); chloridy viacmocných katiónov (napr. CaCl₂, CrCl₃); alkalické sírany; alkalické pyrosiričitany (napr. K₂S₂O₅); amínové zlúčeniny (napr. trietanolamín); kalciumformiát.

Zloženie spojiva podľa vynálezu má okrem toho aspoň jeden stekuťovač, napr. obsahuje slekuťovač bez sulfonátových skupín, príkladne polykarboxylát, predovšetkým modifikovaný polykarboxylát, ktoré sú opísané napríklad v spise DE 196 53 524 Al. Ďalej je taktiež možné použiť namiesto polykarboxylátov eventuálne iné známe stekuťovače bez sulfonátových nosičov, predovšetkým ale v kombinácii. Príkladne sú tieto prísady zo skupiny polyakrylátov alebo polyasparagínových kyselín; posledné sa môžu počítať tiež k polykarboxylátom. Pri polykarboxylátoch ide väčšinou o homo- alebo kopolyméry monomérov, obsahujúcich karboxylové skupiny, ktorých bočné reťazce sú modifikované (ConChem-Journal, 5. Ročník 4/97, s. 147). Ďalšími vhodnými stekuťovačmi sú napríklad ligninsulfonáty, sulfonované melamínformaldehydové živice a naflalénsulfonáty.

Jemnosť zloženia spojiva závisí od šírky dutiny dutinového systému, ktorý je potrebné injektovať v hornine alebo od podielu jemného piesku eventuálne od podielu pôdy, ktorou je potrebné injektovať. Okrem toho je potrebné určiť množstvo prísady na jemnosť spojiva.

Zo zloženia spojív podľa vynálezu môžu byť vyrobené injekcie na spevnenie alebo utesnenie nesúdržnej horniny. Injektážne suspenzie sú okrem toho použiteľné na imobilizáciu škodlivín v pôdach a na spevňujúce alebo utesňujúce injektáže horniny (dutiny). Pritom záleží na tom, aby dutinové injektážne horniny pôsobili utesňujúco rýchlo.

Suspenzie zo zloženia spojiva podľa vynálezu poskytujú značne zlepšenú injektáž pri nízkom injektážnom tlaku, rýchly vývoj počiatočnej pevnosti s vyššími počiatočnými pevnosťami alebo lepším tesniacim účinkom pri teplotách predovšetkým medzi 5 až 15 °C. Suspenzie sú okrem toho únosné pre životné prostredie - čo je prospešné pre bezpečnosť práce - s malým obsahom chrómu. Do tej miery nespôsobujú žiadne príslušné ochorenia, napr. alergie.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Vynález je bližšie objasnený na základe nasledujúcich príkladov:

Príklad 1

Na injektáž v pôdach s vysokým podielom jemného piesku, asi 50 % sú na spevnenie a utesnenie vhodné nasledujúce suspenzie:

jemnosť slinkovej múčky portlandského cementu alebo podobného hydraulického spojiva	0-6 μπι
spomaľovač tuhnutia	0,1 -2,0 % hmotn. (čo sa týka slinkovej múčky)
stekuťovač	0,1-1,0 % hmotn. (čo sa týka slinkovej múčky)
stabilizátor proti sedimentácii	0,01 -1,0 % hmotn. (čo sa týka slinkovej múčky)
hodnota tuhnutia spojiva pod vodou (vodný súčiniteľ)	0,4 - 5,0

Príklad 2

Injektážne suspenzie na pôdy so stredným podielom jemného piesku asi 20 %, môžu mať nasledujúce zloženie:

jemnosť slinkovej múčky portlandského cementu alebo podobného hydraulického spojiva	0-15 |xm
spotnaľovč tuhnutia	0,1-1,5 % hmotn. (čo sa týka slinkovej múčky)
stekuťovač	0,5 - 2,0 % hmotn. (čo sa týka slinkovej múčky)
stabilizátor proti sedimentácii	0,01 -1,5 % hmotn. (čo sa týka slinkovej múčky)
hodnota tuhnutia spojiva pod vodou (vodný súčiniteľ)	0,4 - 5,0

Príklad 3

V pôdach bez podielu jemného piesku môžu byť použité nasledujúce injektážne suspenzie:

jemnosť slinkovej múčky portlandského cementu alebo podobného hydraulického spojiva	0-30 pm
spomaľovač tuhnutia	0,1 - 1,0 % hmotn. (čo sa týka slinkovej múčky)
stekuťovač	0,1 -3,0 % hmotn. (čo sa týka slinkovej múčky)
stabilizátor proti sedimentácii	0,01 - 2,0 % hmotn. (čo sa týka slinkovej múčky)
hodnota tuhnutia spojiva pod vodou (vodný súčiniteľ)	0,6-4,0

Nasledujúce dva príklady 4 a 5 objasňujú účinok vynálezu.

Pri príkladoch 4 a 5 boli uskutočňované injektážne pokusy v laboratóriu. Injektážna schopnosť injektážnych spojív môže byť skúšaná v laboratórnom meradle napríklad podľa „predbežného predpisu pre vtláčacie práce s veľmi jemnými spojivami do nespevnenej zeminy“. Tu sa skúšajú injektážne spojivá v jednorozmernom pokuse prietoku na definovaných modelových pieskoch. Výška inštalovaného modelového piesku v skúšobných valcoch musí byť aspoň 20 cm, Injektážne spojivo sa posúdi ako „schopné injektáže“, ak je možný dvoj- až trojnásobný prietok modelového piesku injektážnym tlakom maximálne 6 bar.

Príklad 4

V príklade 4 sa použije predpis injektážnej suspenzie s nasledujúcim zložením:

slinková múčka portlandského cementu s obsahom síranového nosiča

0,5 % hmotn. spomaľovač (kyselina citrónová),

1,0 % hmotn. stekuťovač (naftalénsulfonát),

0,03 % hmotn. stabilizátor (xantán), hodnota tuhnutia spojiva pod vodou: 0,9 (vodný súčiniteľ).

Rozdelenie veľkosti zŕn v suspenzii predstavovalo: d₉₅ < 9,5 pm. Čas výtoku suspenzie po pretoku predstavoval pod 40 sekúnd. Sedimentácia bola 0 %.

Ako modelový piesok bol použitý kremenný piesok (typ: F31) s jemným podielom cca 20 % hmotn.< 0,2 mm.

Ako injekčná schopnosť vyplývala z dvojnásobného prietoku modelového piesku injekčným tlakom cca 6 bar.

Príklad 5

Podľa príkladu 5 bol použitý rovnaký predpis ako v príklade 4. Na rozdiel od príkladu 4 bola však použitá slinková múčka portlandského cementu bez síranového nosiča.

Prekvapivo mohol byť dosiahnutý štvornásobný prietok modelového piesku injektážnym tlakom cca 1 bar. Z tohto výsledku vyplýva značne zlepšená injektáž ako v príklade 1.

Prekvapivý účinok vyplýva z použitia vybraného stabilizátora. Podľa vynálezu sa používa stabilizátor zo skupiny mikrobiálnych polysacharidov. Týmito sú syntetické biopolyméry, z ktorých sú na účely podľa vynálezu predovšetkým vhodné xantán a welan.

Predovšetkým vhodné biopolyméry sú opísané napr. vo Velco Prospekt: „Xantán Gum“, str. 1 až 24 a pomenované predovšetkým na str. 1 stĺpec „Microbial polysacharides“. Ide o dextran, gelanovú živicu, rhansanovú živicu, welanovú živicu, xantanovú živicu.

Je prekvapivé, že použitie stabilizátora, ktorý pravidelne zvyšuje injektážny tlak, vedie k značne zlepšenej injektovateľnosti, keď sa vykoná zvláštny výber. Vybrané mikrobiálne polysacharidy pôsobia kombinatoricky s použitím bezsíranovcho hydraulického veľmi jemného spojiva. Tento prekvapivý účinok vyplýva z príkladu 4 a 5.

Použitie bezsíranového spojiva prispieva k tomu, že suspenzia je bezchrómatová, pretože sa komponenty chrómu nadväzujú v jemnej slinkovej múčke hydrátovými fázami. Tak ďaleko plynie synergický efekt.

Suspenzie, vyrobené zo zloženia hydraulického injektážneho spojiva, ukazujú zlepšený priebeh tuhnutia a vyššie hodnoty počiatočnej pevnosti k skoršiemu okamihu. Či z toho vyplýva zvláštny účinok nie jc ešte známe. Ako steku3 ťovače sú obzvlášť účinné taktiež karboxyláty, pretože umožňujú, aby sa mohol presnejšie nastaviť spomaľovací čas tuhnutia. Ďalšia možnosť konania vyplýva z použitia zrnitostných frakcií spojiva, v ktorých sú vypustené podiely pod určitou veľkosťou zŕn. Napríklad môže byť použité spojivo s veľmi jemnými podielmi medzi 6 až 16 pm, aby sa reguloval dodatočne čas spomalenia tuhnutia.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Hydraulické spojivo na výrobu injektážnych suspenzií, ktoré sú vhodné na vtlačenie nízkotlakovou injektážou do pôd alebo horniny, alebo podobných na utesnenie alebo spevnenie, vyznačujúce sa tým, že obsahuje hydraulické mleté veľmi jemné spojivo bez síranového nosiča

   a) aspoň jeden spomaľovač tuhnutia,

   b) aspoň jeden stekuťovač,

   c) aspoň jeden stabilizátor zo skupiny mikrobiálnych polysacharidov.
2. 2. Hydraulické spojivo podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že obsahuje aspoň jeden syntetický biopolymér zo skupiny mikrobálnych polysacharidov.
3. 3. Hydraulické spojivo podľa nároku 2, vyznačujúce sa tým, že ako syntetický biopolymér obsahuje xantán.
4. 4. Hydraulické spojivo podľa nároku 1 alebo 3, vyzná í u j ú c e sa tým, že ako syntetický biopolymér obsahuje welan.
5. 5. Hydraulické spojivo podľa jedného alebo viacerých nárokov 1 až 4, vyznačujúce sa t ý m , žc veľmi jemné spojivo má jemnosť ^95 ^< 25 pm alebo d₉₃ < 16 pm, alebo d₉₅ < 9 pm, alebo d₉₅ < 6,5 pm.
6. 6. Hydraulické spojivo podľa jedného alebo viacerých nárokov 1 až 5, vyznačujúce sa tým, že veľmi jemným spojivom je slinková múčka portlandského cementu.
7. 7. Hydraulické spojivo podľa jedného alebo viacerých nárokov 1 až 6, vyznačujúce sa t ý m , žc veľmi jemné spojivo je kombinované aspoň s jednou inertnou jemne mletou kamennou múčkou alebo aspoň s jednou pucolánovou látkou, alebo aspoň s jednou latentnou hydraulickou látkou s rovnakou alebo vyššou jemnosťou.
8. 8. Hydraulické spojivo podľa jedného alebo viacerých nárokov 1 až 7, vyznačujúce sa tým, že ako spomaľovač tuhnutia obsahuje éter celulózy alebo monoalebo polysacharid, alebo kyselinu akrylovú ajej soli, alebo oxykarboxylovú kyselinu a jej soli, alebo kyselinu fosforečnú ajej soli, alebo kyselinu boritú ajej soli, alebo alkylamid, alebo styrénbutadién.
9. 9. Hydraulické spojivo podľa jedného alebo viacerých nárokov laž 8, vyznačujúce sa tým, že ako urýchľovač obsahuje alkalický uhličitan alebo alkalický hydrouhličitan.
10. 10. Hydraulické spojivo podľa jedného alebo viacerých nárokov laž 9, vyznačujúce sa tým, že ako stekucovač obsahuje stekuťovač s obsahom sulfonátových skupín alebo stekuťovač bez obsahu sulfonátových skupín.
11. 11. Hydraulické spojivo podľa nároku 10, vyznačuj ú ce sa t ý m, že ako stekuťovač obsahuje polykarboxylát.
12. 12. Hydraulické spojivo podľa jedného alebo viacerých nárokov 1 až 11, vyznačujúce sa tým, že má nasledujúce prísady, vztiahnuté na veľmi jemné spojivo:

    spomaľovač tuhnutia stekuťovač stabilizátor vodný súčiniteľ

    0,1 - 2 % hmotn.,

    0,1 - 5 % hmotn.,

    0,01 - 2 % hmotn.

    0,04 - 5,0.
13. 13. Hydraulické spojivo podľa nároku 12, vyznačujúce sa tým, že urýchľovač tvrdnutia je v množstve 0,5 až 2 % hmotn., vztiahnuté na veľmi jemné spojivo.