Andrzej Gonet, Stanis³aw Stryczek, Krzysztof Szerszeñ MO LIWOŒCI ZASTOSOWANIA DiWa-mix DO PRAC GEOIN YNIERYJNYCH*

Transkrypt

1 WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 26 ZESZYT Andrzej Gonet*, Stanis³aw Stryczek*, Krzysztof Szerszeñ** MO LIWOŒCI ZASTOSOWANIA DiWa-mix DO PRAC GEOIN YNIERYJNYCH*** 1. WPROWADZENIE W Polsce w ostatnich latach mo na zaobserwowaæ znaczny rozwój budownictwa specjalistycznego. Zwi¹zane jest to g³ównie ze wzrostem zakresu prac w budownictwie, zw³aszcza w du ych miastach, gdzie siêga siê po ma³e dzia³ki po³o one miêdzy istniej¹c¹ zabudow¹. Jednym z warunków rozpoczêcia prac budowlanych w takich przypadkach jest wczeœniejsze wykonanie œcianek szczelinowych [6]. Te rozwi¹zania techniczne tak e s¹ coraz to popularniejsze w ochronie œrodowiska. Przyk³adem tutaj mog¹ byæ ekrany przeciwfiltracyjne budowane wokó³ starych sk³adowisk odpadów [7] czy wbudowywane w wa³y przeciwpowodziowe. Istotnym czynnikiem wp³ywaj¹cym na skutecznoœæ ca³ego rozwi¹zania jest odpowiednie dobranie receptury zaczynu uszczelniaj¹cego [8] podawanego do ekranu przeciwfiltracyjnego, gdy od jego parametrów technologicznych i wytrzyma³oœciowych zale y w przysz³oœci efektywnoœæ zrealizowanych prac. Przyk³adowe parametry zawiesin twardniej¹cych do wykonywania przegród przeciwfiltracyjnych w wa³ach przeciwpowodziowych podano w tabeli 1. Tabela 1 Wymagane w³aœciwoœci zawiesin twardniej¹cych Lp. W³aœciwoœci Jednostki Wartoœci Oznaczenie wed³ug 1 Stê enie naturalnych pierwiastków promieniotwórczych w zawiesinie (jeœli jest taka potrzeba ze wzglêdu na poszczególne sk³adniki) f 1 f 2 Bq/kg 2,0 400 Rozporz¹dzenie Rady Ministrów z dn. 2/01/2007 Dz. U. Nr 4, poz. 29 * Wydzia³ Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków ** Góra d e Cement S.A. *** Praca wykonana w ramach badañ statutowych WWNiG

2 Tabela 1 cd. Lp. W³aœciwoœci Jednostki Wartoœci Oznaczenie wed³ug W³aœciwoœci œwie ej zawiesiny 2 Gêstoœæ objêtoœciowa metoda wg³êbnego mieszania metoda wibracyjna metoda szczeliny kopanej 3 Lepkoœæ umowna s/l 4 5 Odstój wody dobowy metoda wg³êbnego mieszania metoda wibracyjna metoda szczeliny kopanej Czas wi¹zania pocz¹tek koniec W³aœciwoœci stwardnia³ej zawiesiny 6 Wytrzyma³oœæ na œciskanie jednoosiowe po 28 dobach Mg/m 3 1,40 1,50 1,50 1,60 1,10 1,30 % 3 50 zalecana do 40 do 10 do 4 do 3 doby 1 10 poni ej 20 PN-EN :2001 BN-90/ PN-EN :2001 BN-90/ (czas wyp³ywu z lejka Marsh a) PN-85/G PN-EN 196-3:1996 (aparatu Vicata) MPa 0,3 PN-EN : Wspó³czynnik filtracji po 28 dobach m/s 10 8 jak dla gruntów s³abo Metody laboratoryjne przepuszczalnych 2. CHARAKTERYSTYKA MATERIA U DiWa-mix W wielu przypadkach od ekranów przeciwfiltracyjnych wymaga siê osi¹gania bardzo ma³ej przepuszczalnoœci, d³ugiej trwa³oœci i korzystnej wspó³pracy z otaczaj¹cym oœrodkiem gruntowym. Z tych wzglêdów najczêœciej do wype³niania szczelin s¹ stosowane receptury na bazie cementu i bentonitu. Ta konfiguracja sk³adników pozwala na osi¹gniêcie wzglêdnie niskich przepuszczalnoœci i zró nicowanych parametrów wytrzyma³oœciowych [2, 3, 4, 5]. Jednak e nie ustaj¹ poszukiwania jeszcze lepszych receptur zaczynów uszczelniaj¹cych, gdy spotykane wymagania w praktyce bywaj¹ bardzo zró nicowane. I w³aœnie DiWa-mix jest jednym z materia³ów, który pojawi³ siê ostatnio na rynku, jest produkowany przez HeidelbergCement Baustoffe für Geotechnik GmbH & Co. KG z Eunigerloh w Niemczech. Jest to gotowa mieszanka sk³adaj¹ca siê z cementu, dodatków o w³aœciwoœciach hydraulicznych i pucolanowych oraz wype³niacza, którym jest i³. Szczegó³owe receptury stanowi¹ tajemnicê handlow¹ producenta i s¹ jedynie podawane produkty pod symbolami: np. DiWa-mix 180, DiWa-mix 200, DiWa-mix 210, DiWa-mix 220, DiWamix 230, DiWa-mix 250, DiWa-mix 300 [1]. Zestawienie g³ównych sk³adników przedstawiono w tabeli

3 Tabela 2 Zestawienie sk³adu chemicznego produktów DiWa-mix Rodzaj sk³adnika Sk³ad [%wag.] DiWa-mix SiO CaO Al 2 O MgO 4 9 Fe 2 O BADANIA LABORATORYJNE Sporz¹dzenie zawiesiny twardniej¹cej na bazie DiWa-mix polega to na zmieszaniu go z wod¹. Do badania brano 2 dm 3 wody, do której dodawano ró ne iloœci suchej mieszanki [9]. Zasadnicze receptury podano w tabeli 3. Tabela 3 Receptury badanych zawiesin twardniej¹cych Oznaczenia receptury Oznaczenia mieszanki Masa mieszanki g Wspó³czynnik wodno- -mieszaninowy A B C D E F G DiWa-mix 180 DiWa-mix 200 DiWa-mix 210 DiWa-mix 220 DiWa-mix 230 DiWa-mix 250 DiWa-mix ,17 4,59 4,38 4,16 3,96 3,62 2,95 5,17 Dla okreœlenia wybranych w³aœciwoœci technologicznych zawiesin twardniej¹cych przeprowadzono badania: gêstoœci objêtoœciowej przy pomocy wagi typu Baroid, lepkoœci umownej lejkiem Marsha, odstoju dobowego z wykorzystaniem cylindra pomiarowego, filtracji pras¹ filtracyjn¹ typu Baroid, granicy p³yniêcia na harfie kulkowej. 159

4 Otrzymane wyniki z badañ laboratoryjnych przedstawiono w tabeli 4. Oznaczenie receptury Tabela 4 Parametry technologiczne zawiesin twardniej¹cych Gêstoœæ objêtoœciowa kg/m 3 Lepkoœæ umowna s Odstój dobowy % Filtracja ml Granica p³yniêcia Pa A 1, , ,2 B 1, , ,2 C 1, , ,8 D 1, , ,8 E 1, , ,8 F 1, , ,3 G 1, , ,7 Spoœród parametrów wytrzyma³oœciowych badano wytrzyma³oœæ próbek na jednoosiowe œciskanie po ró nych okresach twardnienia tj. po 7 dniach, 14 dniach i 28 dniach. Badaniom poddano próbki w kszta³cie walca o œrednicy i wysokoœci równej 100 mm, które znajdowa³y siê w temperaturze 20 o C ±0,5 o C. Badania wytrzyma³oœciowe przeprowadzono na prasie hydraulicznej, a uzyskane wyniki pokazano na rysunku 1. Rys. 1. Zale noœæ wytrzyma³oœci próbki na jednoosiowe œciskanie dla ró nych zawiesin twardniej¹cych. Parametrem jest czas utwardzania zawiesin 160

5 Za jeden z najwa niejszych parametrów dla ka dego ekranu przeciwfiltracyjnego uwa a siê uzyskiwany wspó³czynnik filtracji. Dlatego dla oceny przydatnoœci mieszanki DiWa-mix wykonano badania tej wielkoœci zgodnie z norm¹ DIN umieszczaj¹c walcowe próbki w komorze z trójosiowym systemem ciœnieniowym. Otrzymane wyniki z badañ laboratoryjnych zamieszczono w tabeli 5. Tabela 5 Wartoœci wspó³czynnika filtracji dla ró nych zawiesin twardniej¹cych Rodzaj receptury Wspó³czynnik filtracji k f [m/s] DiWa mix , , , , , , , ANALIZA WYNIKÓW BADAÑ LABORATORYJNYCH Uzyskane wyniki z przeprowadzonych badañ laboratoryjnych wybranych receptur zawiesin twardniej¹cych wskazuj¹ na korzystne parametry i mo liwoœci ich wykorzystania w ekranach przeciwfiltracyjnych. Gêstoœci objêtoœciowe by³y w granicach od 1110 kg/m 3 do 1180 kg/m 3, co odpowiada wymaganiom zawiesin stosowanych w tego typu pracach. Lepkoœci umowne mieszcz¹ siê w granicach od 39 s do 43 s i w pe³ni mieszcz¹ siê w zalecanym przedziale od 30 s do 60 s. Ogólnie mo na stwierdziæ, e wzrost lepkoœci jest proporcjonalny do zmniejszania siê wspó³czynnika wodno-mieszaninowego oraz istotnie zale y od zawartoœci bentonitu w zawiesinie. Uzyskane wyniki z badañ odstoju dobowego ró ni¹ siê nieznacznie, bo s¹ w zakresie (1,1 1,2)% i w pe³ni spe³niaj¹ wymagania stawiane tego typu zawiesinom przewidzianym do wykonywania ekranów przeciwfiltracyjnych, gdy s¹ znacznie ni sze od 3%. Natomiast filtracja waha³a siê od 36 ml do 55 ml. Wartoœci granicy p³yniêcia zawiesin znajdowa³y siê w przedziale (28,7 48,2) Pa. Taki szeroki zakres zmian jest g³ównie zwi¹zany z zawartoœci¹ bentonitu wzglêdem pozosta³ych sk³adników. Zasadniczo im mniej jest bentonitu w recepturach tym p³ynniejsza jest zawiesina. Ka dy otrzymany wynik spe³nia stawiane zawiesinom wymagania techniczne w tym zakresie, który wynosi ponad 13 Pa. Uzyskane wytrzyma³oœci na jednoosiowe œciskanie po 28 dniach utwardzania mieszcz¹ siê w granicach od 0,68 MPa do 1,76 MPa i s¹ wiêksze od minimalnej wartoœci (0,3 MPa) stawianej zawiesinom do ekranów przeciwfiltracyjnych. Zazwyczaj wytrzyma- ³oœci ekranów powinny charakteryzowaæ siê zbli onymi wytrzyma³oœciami do gruntu lub nieco go przewy szaæ, co ma zasadniczy wp³yw na warunki wspó³pracy obu oœrodków. Wyniki wspó³czynnika filtracji próbek mo na oceniæ jako bardzo korzystne, gdy wynosz¹ od 8, m/s do 9, m/s Powy sze wyniki wskazuj¹, e zawiesiny sporz¹dzone na osnowie DiWa-mixu z powodzeniem mog¹ byæ zastosowane w ró nych pracach geoin ynieryjnych, a w szczególnoœci w ekranach przeciwfiltracyjnych maj¹cych na celu odizolowaæ lub ograniczyæ przep³yw 161

6 wody w oœrodku gruntowym. Przyk³adem mo e byæ uszczelnianie zapór, wa³ów przeciwpowodziowych, wykopów fundamentowych i sk³adowisk odpadów. Do tego rodzaju prac mog¹ byæ zastosowane nastêpuj¹ce metody: w¹skoprzestrzennej szczeliny kopanej, wg³êbnego mieszania gruntu, wibracyjnie iniekowanej przes³ony szczelinowej (WIPS), iniekcji otworowej, która mo e byæ realizowana w odmianie: klasycznej, strumieniowo-ciœnieniowej (jet-grouting), ciœnieniowej z mechanicznym urabianiem oœrodka gruntowego, wiertniczo-frezowej. Ta ró norodnoœæ technologii wykonywania przegród izolacyjnych umo liwia ich realizowanie jako pionowe lub poziome. 5. WNIOSKI 1) DiWa-mix jest now¹ mieszank¹ zawieraj¹c¹ cement, dodatki o w³aœciwoœciach pucolanowych i hydraulicznych oraz wype³niacz, którym jest i³. Zasadniczymi sk³adnikami s¹ SiO 2 (35 42%) i CaO (32 40%). 2) Przeprowadzone badania laboratoryjne potwierdzi³y korzystne technologiczne parametry zawiesin twardniej¹cych sporz¹dzonych z mieszanki DiWa-mix. 3) Zawiesiny twardniej¹ce sporz¹dzane na osnowie produktu DiWa-mix bardzo dobrze nadaj¹ siê do wykonywania ekranów przeciwfiltracyjnych w budownictwie hydrotechnicznym i ochronie œrodowiska. LITERATURA [1] Materia³y szkoleniowe firmy Heidelberg Cement [2] Brylicki W., Stryczek S., Gonet A.: Sk³ad fazowy i mikrostruktura stwardnia³ych zaczynów do prac uszczelniaj¹cych w górotworze solnym. Wiertnictwo, Nafta, Gaz (rocznik AGH), 21/1, Kraków 2004 [3] Brylicki W., Stryczek S.: Wp³ywu zeolitów klinoptilolitowych na mikrostrukturê i sk³ad fazowy stwardnia³ych zaczynów u lowo-alkalicznych. Wiertnictwo, Nafta, Gaz (rocznik AGH), 23/1. Kraków 2006 [4] Gonet A., Stryczek S., Wójcik K.: Ocena stabilizacji cementem gruntu ilastego zanieczyszczonego olejem napêdowym. Wiertnictwo, Nafta, Gaz (rocznik AGH), 22/1, Kraków 2005 [5] Gonet A., Rzyczniak M., Czekaj L. i inni: Modyfikacja w³aœciwoœci fizycznych gruntów ilastych domieszkami mineralnymi. Nowoczesne Techniki i Technologie Bezwykopowe, nr 2 3, Kraków

7 [6] Kuleta K., Szkotak P.: Wykonywanie przes³on i œcian wodoszczelnych o szerokim zakresie stosowania metod¹ krokow¹ oraz ci¹g³¹. Geoin ynieria, Drogi, Mosty, Tunele, nr 1, 2009 [7] Stryczek S., Gonet A.: Geoin ynieria. IGSMiE PAN, Kraków 2000 [8] Stryczek S., Zachwieja R.: Zaczyny uszczelniaj¹ce do prac iniekcyjnych. Nowoczesne Techniki i Technologie Bezwykopowe, nr 2, Kraków 2002 [9] Szerszeñ K.: Ocena przydatnoœci DiWa-mixu i Seku-mixu do wykonywania ekranów przeciwfiltracyjncyh. Praca niepublikowana, WWNiG AGH, Kraków