СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1994 года по МПК E21D11/00 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при укреплении пористых пород и омоноличивании дефектных зон отделки гидротехнических тоннелей и метрополитена.

Известен способ укрепления пористых пород (напорных гидротехнических тоннелей), заключающийся в инъекцировании укрепляющих составов в рыхлую зону [1] . При относительной технологической простоте исполнения этот способ имеет существенные недостатки, основные из которых связаны с трудностями равномерной пропитки, необходимостью выполнения непрерывного цикла работ по отделке, т. к. свежеприготовленная композиция имеет недостаточную сцепляемость с затвердевшей, что сводит на нет эффект укрепления. Это особенно заметно при выполнении работ в зонах различной плотности и влажности грунтов.

Известен также способ укрепления массива горных пород, включающий бурение инъекционных шпуров и нагнетание твердеющего состава в полость до полного насыщения с формированием сплошной упрочненной частью массива пород, примыкающей к контуру выработки [2] .

Способ позволяет обеспечить безопасность выполнения работ и полноту заполнения пустот. Однако сложность технологии и ступенчатость его (необходимость работ полного отверждения предварительно инъекцированного состава) не обеспечивает прочного склеивания со следующим составом в случае с цементосодержащими композициями, эпоксидносодержащими составами).

Целью изобретения является повышение надежности укрепления.

Поставленная цель достигается тем, что способ, включающий операции бурения инъекционных шпуров и нагнетания отверждающих нагнетающих составов операцию инъекцирования проводят в две стадии: первую выполняют составом, содержащим ацетонформальдегидную смолу, 35% -ный водный раствор едкого натра, гидроксилсодержащий олигоэфир и воду, взятых в соотношении, мас, % :
Ацетонформальдегидная смола 15,0-20,0
35% -ный водный раствор едкого натра 1,5-2,0
Гидроксилсодержащий олигоэфир 1,0-2,0 Вода Остальное в вторую осуществляют составом, содержащим ацетонформальдегидную смолу, 35% -ный водный раствор едкого натра, сульфитно-дрожжевую бражку, бентонитовую глину и воду, в соотношении, мас. % :
Ацетонформальдегидная смола 15,0-20,0
35% -ный водный раствор едкого натра 1,5-2,0
Сульфитно-дрожжевая бражка 0,1-0,2 Бентонитовая глина 6,0-8,0 Вода Остальное Использованы следующие материалы.

Ацетонформальдегидная смола марки АЦФ-3М производства Ферганского химического завода фурановых соединений со следующими характеристиками:
Содержание основного вещества, мас% 68,0
Вязкость по ВЗ-4 при 20^оС, с 53,0
Содержание гидроксильных групп, мас. % 21,4 Плотность при 20^оС, г/см³ 1,18 рН среды 7
При этом ацетонформальдегидная смола выполняет основную роль компонента, обеспечивающего комплекс требуемых свойств. Приведено оптимальное количество в составах, когда достигаются удовлетворительные показатели в технологическом плане (вязкость системы, проникающая способность) и эксплуатационном (достижение требуемого комплекса свойств).

Едкий натр, согласно требований ГОСТ 4328-66 марки ЧДА, выполняет роль щелочного катализатора отверждение ацетонформальдегидной смолы. Приведено оптимальное соотношение смола: катализатор, которое обеспечивает полноту отверждения.

Гидроксилсодержащий олигоэфир, полученный на основе окиси этилена, марки лапрол 3503-2-70, производства Экспериментального завода Всесоюзного научно-исследовательского института синтетических смол (гор. Владимир), отвечающий требованиям ТУ 6-05-221-408-77 с характеристиками:
Содержание
гидроксильных групп, мас. % 1,7
Удельный вес при 20^оС, г/см³ 1,01
рН среды (метанол: вода = 70: 30) 7,0
Лапрол 3503-2-70 выполняет роль замедлителя отверждения ацетонформальдегидной смолы. Однако в отличие от других лапролов иного химического строения имеет три гидроксильные реакционноспособные группы, способные вступать во взаимодействие с ацетонформальдегидной смолой, что увеличивает механические характеристики укрепленного грунта при сравнении с лапролом 2502-2-70, имеющим две гидроксильные группы, это не наблюдается, имеет место только эффект замедления).

Сульфитно-дрожжевая бражка является отходом целлюлозно-бумажной промышленности, отвечает требованиям ОСТ 81-79-74. Выполняет роль пластификатора, снижая вязкость системы после добавления бентонитовой глины.

Бентонитовая глина в виде порошка Оглалынского месторождения Туркменской ССР является активным минеральным наполнителем, связывающим воду. При этом в первые четыре часа 1 г глины связывает до 0,5 см³ воды, но через 6 ч - до 10 см³ воды.

Порядок выполнения способа следующий.

Приготавливают первый состав в смесителе с мешалкой путем последовательного смешивания компонентов. При этом 35% -ный водный раствор едкого натра вводят в систему непосредственно перед началом проведения работы, т. к. стабильность реологических характеристик после введения едкого натра наблюдается в течение 6-7 ч.

Второй состав получают в смесителе, в который загружают заданное количество ацетонформальдегидной смолы и сульфитно-дрожжевой бражки и перемешивают в течение 5-10 мин, затем вводят 35% -ный водный раствор едкого натра и продолжают перемешивание еще 5-10 мин. После этого частями добавляют бентонитовую глину в виде порошка и перемешивают до получения однородной массы.

Затем производят инъекцирование первого состава в полость укрепляемого грунта, а затем второго. Интервал между инъекцированием первого и второго составов не должен превышать 3-х ч.

В табл. 1 приведены примеры выполнения способа.

Исследование свойств проводилось согласно принятым нормам и ГОСТ.

Результаты представлены в табл. 2.

Из данных табл. 2 видно, что предлагаемый способ обладает действенностью и эффективностью в сравнении с прототипом. Позволяет повысить механическую прочность, водостойкость и водонепроницаемость укрепленного грунта. Положительный эффект достигается за счет выполнения операций инъекцирования в две стадии. На первой стадии инъекцируют состав, обладающий большой проникающей способностью и жизнеспособностью (стабильностью реологических характеристик), что ликвидирует микропоры материала, оставляя свободными крупные пустоты.

Повышенная жизнеспособность достигается за счет введения гидроксилсодержащего олигомера - лапрола - 3503-2-70, содержащего три гидроксильные группы. Наличие трех гидроксильных групп приводит к образованию промежуточных соединений с ацетонформальдегидной смолой, замедляющих реакцию отверждения, но в дальнейшем увеличивает степень сшивки системы, что заметно увеличивает механическую прочность укрепленного грунта.

При инъекцировании второго состава происходит заполнение крупных пустот. При этом вследствие меньшей пластичности по сравнению с первым составом и содержанием бентонитовой глины происходит заполнение крупных пор с одновременным увеличением объема за счет взаимодействия бентонитовой глины с водой. Связывание воды приводит к нарастанию вязкости, концентрации полимеров в системе, что согласно законам полимерной химии приводит и к ускорению реакций конденсации ацетонформальдегидной смолы и подавлению эффекта замедления реакции гидроксилсодержащим олигомером (лапролом 3503).

Способ выгодно отличается от известных высокой технологичностью. Свойства укрепленного грунта в интервале 5-300 мин практически не зависят от момента нанесения второго инъекцируемого состава, что упрощает проведение работ.

Предлагаемый способ укрепления пористых материалов может найти при укреплении пористых пород дефектных зон обделки гидротехнических напорных сооружений, пористых пород с неоднородной структурой. (56) Инструкция по проектированию и производству инъекционных работ. - Л. : Энергия, Ленинградское отделение Г-1974.

Авторское свидетельство СССР N 1244239, кл. E 21 D 11/0, 1985.

Использование: изобретение относится к строительству и может быть использовано при укреплении пористых пород и омоноличивании дефектных зон обделки гидротехнических напорных сооружений (плотин, тоннелей, водоводов и т. п. ). Сущность: для повышения эффективности укрепления материала производят операции бурения инъекционных шпуров и нагнетания твердеющих упрочняющих составов, операцию инъекционирования проводят в две стадии: первую выполняют составом, содержащим ацетонформальдегидную смолу, 35% -ный водный раствор едкого натра, гидроксилсодержащий олигоэфир-лапрол-3503-2-70 и воду, взятых в соотношении, мас. % : ацетонформальдегидная смола 15,0 - 20,0, 35% -ный водный раствор едкого натра 1,5 - 2,0, гидроксилсодержащий олигоэфир 1,0 - 2,0, вода - остальное, затем через 5 - 300 мин инъекцируют составом, содержащим ацетонформальдегидную смолу, 35% -ный водный раствор едкого натра, сульфитно-дрожжевую бражку, бетонитовую глину и воду в соотношении, мас. % : ацетонформальдегидная смола 15,0 - 20,0, 35% -ный водный раствор едкого натра 1,5 - 2,0, сульфитно-дрожжевая бражка 0,1 - 0,2, бетонитовая глина 6,0 - 8,0, вода остальное.

СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий бурение инъекционных шпуров и нагнетание в них твердеющих упрочняющих составов, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности и снижения водопоглощения, операцию нагнетание твердеющих упрочняющих составов проводят в две стадии, при этом сначала нагнетают состав, содержащий ацетонформальдегидную смолу, 35% -ный водный раствор едкого натра, гидроксилсодержащий олигоэфир и воду, взятых в соотношении, мас. % :
Ацетонформальдегидная смола 15,0 - 20,0
35% -ный водный раствор едкого натра 1,5 - 2,0
Гидроксилсодержащий олигоэфир 1,0 - 2,0
Вода Остальное
а затем через 5 - 300 мин нагнетают другой состав, содержащий ацетонформальдегидную смолу, 35% -ный водный раствор едкого натра, сульфитно-дрожжевую бражку, бентонитовую глину и воду, в соот- ношении, мас. % :
Ацетонформальдегидная смола 15,0 - 20,0
35% -ный водный раствор едкого натра 1,5 - 2,0
Сульфитно-дрожжевая бражка 0,1 - 0,2
Бентонитовая глина 6,0 - 8,0
Вода Остальное