ROZPRAWA DOKTORSKA

Pełen tekst

(1)mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich”. mgr inŜ. Bogumił Klimaszewski. ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich”. Promotor: dr hab. eur. inŜ. Tomasz Z. Błaszczyński – prof. nadzw.. Poznań 2019. 1.

(2) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich”. Panu dr hab. eur. inŜ. Tomasz Z. Błaszczyński – prof. nadzw. serdeczne podziękowania za Ŝyczliwą pomoc, wyrozumiałość, cierpliwość oraz cenne wskazówki przy pisaniu niniejszej pracy.. 2.

(3) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. Spis treści 1. 2. 3. 4. 5. 6.. Streszczenie ................................................................................................................................................... 5 Summary........................................................................................................................................................ 6 Zastosowane waŜniejsze oznaczenia. ............................................................................................................ 7 Wstęp……………………………………………………………………………………………………… 8 Cel i zakres pracy .......................................................................................................................................... 9 Iniekcje gruntowe i ich efektywność ........................................................................................................... 9 6.1. Iniekcje gruntowe na przestrzeni lat .................................................................................................. 20 6.2. Dotychczasowe badania nad iniekcjami ośrodków sypkich .............................................................. 26 6.3. Praktyka i przepisy prawne ................................................................................................................ 33 6.4. Charakterystyka materiałów stosowanych do iniekcji ośrodków sypkich ........................................ 35 6.4.1. Zastrzyki cementowe ..................................................................................................................... 35 6.4.2. Zastrzyki krzemianowe ................................................................................................................. 35 6.4.3. Zastrzyki iłowe .............................................................................................................................. 36 6.4.4. Zastrzyki bitumiczne ..................................................................................................................... 36 6.4.5. śywice mocznikowo – formaldechydowe .................................................................................... 37 6.4.6. śywice poliuretanowe (PU) .......................................................................................................... 37 6.4.7. śywice akrylowe i ich zastosowanie.............................................................................................. 38 7. Główne tezy pracy ....................................................................................................................................... 42 8. Program i metodyka badań własnych oraz przygotowanie próbek do badań ............................................. 42 8.1. Charakterystyka zastosowanych materiałów ..................................................................................... 42 8.1.1. Grunt wykorzystany do badań ....................................................................................................... 42 8.1.2. śywica akrylowa wykorzystana do przygotowania próbek .......................................................... 44 8.1.3. Technologia przeprowadzenia iniekcji gruntu .............................................................................. 46 8.2. Przyjęte rodzaje próbek oraz warunki ich przechowywania .............................................................. 47 8.2.1. Przygotowanie próbek do oznaczenia mrozoodporności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego po 14 i 28 cyklach mrozoodporności (F14, F28) dla gruntów o stałym stopniu zagęszczenia ..... 51 8.2.2. Przygotowanie próbek do oznaczenia mrozoodporności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego po 25 i 50 cyklach mrozoodporności (F25, F50) dla gruntów o stałym stopniu zagęszczenia oraz zróŜnicowanym stęŜeniu Ŝywicy akrylowej. ......................................................................... 52 8.2.3. Przygotowanie próbek do oznaczenia mrozoodporności po 150 cyklach (F150) dla gruntów o zróŜnicowanym stopniu zagęszczenia poddanych iniekcji Ŝywicą akrylową ............................... 56 8.2.4. Przygotowanie próbek do oznaczenia wodoszczelności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego dla gruntów o zróŜnicowanym stopniu zagęszczenia gruntu na próbkach sezonowanych w warunkach laboratoryjnych ........................................................................................................... 60 8.2.5. Przygotowanie próbek do oznaczenie wodoszczelności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego po 25 i 50 cyklach mrozoodporności(F25, F50) dla gruntu o stałym stopniu zagęszczenia gruntu oraz zróŜnicowanym stęŜeniu Ŝywicy akrylowej .............................................................. 61 8.3. Opis stanowisk badawczych .............................................................................................................. 64 8.4. Oznaczenie cech fizycznych gruntu wykorzystanego do badań ........................................................ 66 8.4.1. Oznaczenie maksymalnej i minimalnej gęstości objętościowej oraz stopnia zagęszczenia gruntu............................................................................................................................................. 66 8.4.2. Oznaczenie wilgotności gruntu ..................................................................................................... 69 8.4.3. Oznaczenie stopnia zagęszczenia gruntu ...................................................................................... 70 8.4.4. Obliczanie współczynnika filtracji ................................................................................................ 71 8.5. Oznaczenie mrozoodporności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego .................................................. 72 8.5.1. Oznaczenie mrozoodporności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego po 14, 25, 28, 50, i 150 cyklach mrozoodporności dla gruntów o stałym zróŜnicowanym stopniu zagęszczenia oraz zróŜnicowanym stęŜeniu roztworu akrylowego ............................................................................ 72 8.5.2. Oznaczenie wodoszczelności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego dla gruntów o stałym i zróŜnicowanym stopniu zagęszczenia gruntu na próbkach sezonowanych w warunkach laboratoryjnych oraz poddanych 25 i 50 cyklom mrozoodporności oraz o stałym i zróŜnicowanym stęŜeniu Ŝywicy akrylowej. ................................................................................. 76 9. Wyniki badań własnych ............................................................................................................................. 79 9.1. Wyniki badań cech fizycznych gruntu ............................................................................................... 79 9.1.1. Stopień zagęszczenia gruntu .............................................................................................................. 78 9.1.2. Wilgotność gruntu .............................................................................................................................. 81 9.1.3. Współczynnik filtracji ........................................................................................................................ 82 9.2. Mrozoodporność próbek kompozytu gruntowo - Ŝywicznego........................................................... 85 9.2.1. Oznaczenie mrozoodporności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego po 14 i 28 cyklach mrozoodporności (F14, F28) dla gruntów o stałym stopniu zagęszczenia ................................... 85. 3.

(4) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. 9.2.2. Oznaczenie mrozoodporności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego po 25 i 50 cyklach mrozoodporności (F25, F50) dla gruntów o stałym stopniu zagęszczenia oraz zróŜnicowanym stęŜeniu Ŝywicy akrylowej. ........................................................................................................... 93 9.2.3. Oznaczenie mrozoodporności po 150 cyklach mrozoodporności (F150), dla gruntów o zróŜnicowanym stopniu zagęszczenia poddanych iniekcji Ŝywicą akrylową ............................ 118 9.3. Wodoszczelność kompozytu gruntowo - Ŝywicznego ..................................................................... 144 9.3.1. Oznaczenie wodoszczelności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego dla gruntów o zróŜnicowanym stopniu zagęszczenia gruntu, na próbkach sezonowanych w warunkach laboratoryjnych. ........................................................................................................................... 144 9.3.2. Oznaczenie wodoszczelności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego po 25 i 50 cyklach mrozoodporności (F25, F50) dla gruntów o stałym stopniu zagęszczenia gruntu oraz zróŜnicowanym stęŜeniu Ŝywicy akrylowej ............................................................................... 151 10. Analiza statystyczna uzyskanych wyników ............................................................................................. 166 10.1. Oznaczenie mrozoodporności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego po 14 i 28 cyklach mrozoodporności (F14, F28) dla gruntów o stałym stopniu zagęszczenia ...................................... 166 10.2. Oznaczenie mrozoodporności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego po 25 i 50 cyklach mrozoodporności (F25, F50) dla gruntów o stałym stopniu zagęszczenia oraz zróŜnicowanym stęŜeniu Ŝywicy akrylowej. .............................................................................................................. 167 10.3. Analiza po 150 cyklach mrozoodporności (F 150) dla gruntów o zróŜnicowanym stopniu zagęszczenia poddanych iniekcji Ŝywicą akrylową ......................................................................... 170 10.4. Oznaczenie wodoszczelności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego dla gruntów o zróŜnicowanym stopniu zagęszczenia gruntu na próbkach sezonowanych w warunkach laboratoryjnych ............... 171 10.5. Oznaczenie wodoszczelności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego po 25 i 50 cyklach mrozoodporności (F25, F50) dla gruntu o stałym stopniu zagęszczenia gruntu oraz zróŜnicowanym stęŜeniu Ŝywicy akrylowej..................................................................................... 172 11. Analiza uzyskanych wyników badań gruntu poddanego iniekcji Ŝywicą akrylową ................................ 174 11.1. Mrozoodporność próbek kompozytu gruntowo - Ŝywicznego......................................................... 174 11.1.1. Oznaczenie mrozoodporności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego po 14 i 28 cyklach mrozoodporności (F14, F28) dla gruntów o stałym stopniu zagęszczenia............................... 175 11.1.2. Oznaczenie mrozoodporności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego po 25 i 50 cyklach mrozoodporności (F25, F50) dla gruntów o stałym stopniu zagęszczenia oraz zróŜnicowanym stęŜeniu Ŝywicy akrylowej. ............................................................................ 178 11.1.3. Oznaczona mrozoodporności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego po 150 cyklach (F150) dla gruntów o zróŜnicowanym stopniu zagęszczenia poddanych iniekcji Ŝywicą akrylową .. 184 11.2. Wodoszczelność kompozytu gruntowo – Ŝywicznego .................................................................... 190 11.2.1. Oznaczenie wodoszczelności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego dla gruntów o zróŜnicowanym stopniu zagęszczenia na próbkach sezonowanych w warunkach laboratoryjnych ......................................................................................................................... 191 11.2.2. Oznaczenie wodoszczelności kompozytu gruntowo - Ŝywicznego po 25 i 50 cyklach mrozoodporności (F25, F50) dla gruntów o stałym stopniu zagęszczenia oraz zróŜnicowanym stęŜeniu Ŝywicy akrylowej, ............................................................................ 193 11.3. Wpływ wieku próbek ....................................................................................................................... 193 12. Znaczenie uzyskanych wyników badań dla praktyki budowlanej ........................................................... 195 13. Uwagi i wnioski końcowe ........................................................................................................................ 196 13.1. Wnioski wynikające z przeprowadzonych badań 25 i 50 cykli mrozoodporności (F25, F50), gruntu o zróŜnicowanym stęŜeniu roztworu Ŝywicy akrylowej ....................................................... 196 13.2. Wnioski wynikające z przeprowadzonych badań 150 cykli mrozoodporności (F150), gruntu o zróŜnicowanym stopniu zagęszczenia poddane iniekcji Ŝywicy akrylowej .................................... 197 13.3. Wnioski wynikające z przeprowadzonych badań wodoszczelności dla próbek gruntu poddanych iniekcji roztworem Ŝywicy akrylowej o zróŜnicowanym stęŜeniu próbek sezonowanych w warunkach laboratoryjnych oraz po 25 i 50 cyklach mrozoodporności (F25, F50), a takŜe dla próbek o zróŜnicowanym stopniu zagęszczenia gruntu sezonowanych w warunkach laboratoryjnych ................................................................................................................................ 198 14. Podsumowanie ......................................................................................................................................... 199 15. Kierunki dalszych badań .......................................................................................................................... 200 16. Bibliografia .............................................................................................................................................. 201 17. Załączniki ................................................................................................................................................. 207 Załączniki nr 1. Wybrane iniekty akrylowe dostępne na rynku europejskim ........................................... 207 Załączniki nr 2. Porównanie chemicznych iniektów i ich wpływu na zdrowie ludzi i środowisko.......... 208 Załączniki nr 3. Zastosowanie technologii iniekcji wg Wytycznych wzmacniania podłoŜa gruntowego IBDIM .............................................................................................................................................. 209 Załączniki nr 4. Iniekty akrylowe do wzmacniania i uszczelniania podłoŜa gruntowego będące obecnie dostępne w sprzedaŜy ......................................................................................................... 210 Załącznik nr 5. Obiekty referencyjne poddane iniekcji Ŝelami akrylowymi ............................................ 211. 4.

(5) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. 1. Streszczenie W pracy przedstawiono analizę zagadnienia polimerowej iniekcji gruntu. W pierwszej części przedstawiono dotychczasowy stan wiedzy nt. iniekcji gruntu, a w drugiej przedstawiono autorskie badania gruntu poddanego iniekcji Ŝywicą akrylową. Zastosowanie Ŝywic akrylowych, poprzez iniekcję w podłoŜe gruntowe, umoŜliwia jego uszczelnienie. W pracy wykazano równieŜ, Ŝe dodatkowym efektem iniekcji Ŝelami akrylowymi gruntu moŜe być jego wzmocnienie. Iniekty, na bazie Ŝywic akrylowych, posiadają lepkość zbliŜoną do lepkości wody, dzięki czemu znajdują one szerokie zastosowanie w gruntach niespoistych. Obecnie iniekty Ŝywic akrylowych bardzo powszechnie wykorzystywane są w trakcie realizacji nowopowstałych obiektów budowlanych, a takŜe przy rewitalizacji obiektów juŜ istniejących, zwłaszcza wszędzie tam, gdzie grunt wymaga poprawy właściwości fizycznych albo mechanicznych (uszczelnienia, wzmocnienia) lub poprawy obu właściwości jednocześnie. Rozwiązania związane z iniekcją w grunt wykorzystywane są w budownictwie ogólnym, podziemnym, tunelowym oraz komunikacyjnym. Iniekcja w grunt z zastosowaniem Ŝywic akrylowych, znajduje zastosowanie w sytuacjach, gdzie wymagane jest szybkie, skuteczne zrealizowanie stabilizacji gruntu oraz likwidacja przecieków występujących w przegrodach i wszędzie tam, gdzie zrealizowanie tych robót okazałoby się zbyt kosztowne lub niemoŜliwe do zrealizowania. Iniekcja Ŝywic akrylowych polega na aplikacji iniektu w grunt bezpośrednio przylegający do nieszczelnej przegrody obiektu budowlanego lub podłoŜa wymagającego wzmocnienia albo uszczelnienia. Technologia związana z iniekcją w grunt, bezpośrednio znajdujący się przy przegrodzie zagłębionej w gruncie, określana jest, jako iniekcja kurtynowa, stanowi skuteczne zabezpieczenie przeciwwodne przegrody znajdującej się w gruncie. Przeprowadzane procesy iniekcyjne, bardzo często opierają się na praktycznych umiejętnościach wykonawcy. Brak dostępnych wyników badań, potwierdzających moŜliwość przeprowadzenia procesu iniekcji, a takŜe trwałości tych zabezpieczeń iniekcyjnych, stał się pretekstem do realizacji badań w tym obszarze. W niniejszej pracy, została zaprezentowana analiza literatury i omówienie rozwoju iniekcji gruntowych na przestrzeni lat. Poruszono takŜe zagadnienia związane z efektywnością iniekcji gruntowych oraz z badaniami nad iniekcjami ośrodków sypkich. Zaprezentowano przepisy polskie oraz europejskie dotyczące zagadnień związanych z iniekcją gruntową, a takŜe dokonano charakterystyki stosowanych środków do iniekcji w podłoŜe niespoiste. W dalszej części pracy przedstawiono charakterystykę zastosowanej metodologii badań oraz sprzętu wykorzystanego do ich przeprowadzenia. Określono parametry fizyczne gruntu wykorzystanego do przeprowadzenia iniekcji. W przeprowadzonych badaniach próbek gruntu poddanych iniekcji, podjęto weryfikację wytrzymałości na ściskanie oraz wodoszczelności gruntu w zaleŜności od oddziaływania termicznego, stopnia zagęszczenia gruntu, stęŜenia roztworu iniekcyjnego oraz wieku próbki. Otrzymane wyniki, z przeprowadzonych badań, zostały poddane analizie, włącznie z analizą statystyczną, która wykazała, Ŝe decydujący wpływ na właściwości gruntu, poddanego iniekcji, ma oddziaływanie temperatury (w odniesieniu do wytrzymałości na ściskanie), stęŜenie roztworu iniekcyjnego oraz wiek próbki. Na zakończenie, podano moŜliwe kierunki dalszych badań umoŜliwiających ich kontynuację oraz propozycję dalszego rozwoju iniekcji gruntowych z wykorzystaniem Ŝywic akrylowych. 5.

(6) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. 2. Summary The paper presents an analysis of polymer injection into soil. The first part describes the current state of knowledge on soil injection and the second part presents a proprietary study of soil subjected to acrylic resin injection. The use of acrylic resins for injection allows for sealing of soil. The study also demonstrates that acrylic gel injection may additionally result in soil reinforcement. The viscosity of injections based on acrylic resins is similar to that of water, due to which they are widely used in noncohesive soils. At present acrylic resins are commonly used in the construction of new buildings as well as in the revitalization of existing buildings, especially in those places where soil requires an improvement of physical and mechanical properties (sealing, reinforcement) or the improvement of both properties at the same time. Solutions for injections into soil are used in various types of construction: general, underground, tunnel and infrastructural construction. The injection of acrylic resins into soil is used in situations where fast and effective stabilization of soil and elimination of leaks occurring in partitions are required, i.e. in all those places where the completion of these construction works would be too expensive or impossible to accomplish. The injection of acrylic resins consists in applying the injection into soil adhering directly to the leaking partition of the building or to the substrate requiring reinforcement or sealing. The technology related to the injection into soil adjacent to earth-sheltered wall, referred to as curtain injection, is an effective waterproof protection of the partition located in the ground. The injection processes are very often based on practical skills of contractors. The lack of available test results confirming the possibility of the injection process as well as the durability of such injection protections became a driver to perform studies in this area. This paper presents an analysis of literature and description of the development of soil injection over the years. It also discusses issues related to the effectiveness of soil injection and studies of injections into non-cohesive soils. In addition, the paper presents Polish and European regulations on issues related to soil injection as well as the characteristics of the injection agents used for non-cohesive substrates. The further part of the study focuses on the characteristics of the research methodology and the equipment used to carry out the research. Physical parameters of the soil used to perform an injection have been determined. In the tests of soil samples subjected to injection, an attempt was made to verify compressive strength and water tightness of the soil in relations to thermal influence, the degree of soil density, concentration of the injection solution and the age of the sample. The results obtained from the tests were analysed, including a statistical analysis, which showed that temperature (in relation to compressive strength), concentration of the injection solution and the age of the sample had a decisive impact on properties of the injected soil. Finally, possible directions of further research were provided to enable continuation of the studies and development of soil injection with the use of acrylic resins.. 6.

(7) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. 3. Zastosowane waŜniejsze oznaczenia a1, a2,.., an- procentowa wagowa zawartość poszczególnych frakcji w badanej próbce gruntu wyraŜona w postaci ułamka dziesiętnego ustalonego z krzywej uziarnienia [%], C - pole powierzchni cząstek gruntu zawarte w 1m3gruntu [cm2], D - średnica próbki kompozytu gruntowo – Ŝywicznego [mm] d1, d2,..,d - średnica cząstek w granicach poszczególnych przedziałów wyznaczona z krzywej uziarnienia [mm], df - stopień swobody [-], dq - średnica miarodajna obliczana na podstawie krzywej uziarnienia [mm], e - wskaźnik porowatości [-], emin, emax - minimalna, maksymalna wartość wskaźnika porowatości [-], F - statystyka testowa [-], F… - ilość cykli mrozoodporności wg PN-88/B-06250, H - wysokość próbki kompozytu gruntowo – Ŝywicznego [mm] i=∆h/l - spadek hydrauliczny (gradient), ID - stopień zagęszczenia [-], Is - wskaźnik zagęszczenia [-], k - współczynnik filtracji [m/24h], k10 -współczynnik filtracji przy temperaturze wody filtrującej t=+10oC [m/24h] - współczynnik filtracji przy temperaturze wody filtrującej t=+21oC [m/24h] k21 M - średnia wytrzymałość na ściskanie [MPa], mmt - masa cylindra stalowego wraz z gruntem [g], mmtw - masa wilgotnego gruntu z masą parowniczki [g], msw - masa gruntu wysuszonego z masą parowniczki [g], - masa cylindra stalowego [g], mt mtw - masa parowniczki do oznaczenia wilgotności gruntu [g], n - liczebność [szt.] (statystyka), n - porowatość [%], nmin, nmax, - minimalna, maksymalna wartość porowatości [-], p - poziom istotności [-], PS - przyśpieszone starzenie [-], S.W.W - sezonowanie w wodzie [-], S.W.W.L - sezonowanie w warunkach laboratoryjnych powietrzno suchych [-], SD - odchylenie standardowe [MPa] SR - stęŜenie roztworu [%] Vst - objętość próbki gruntu znajdująca się w próbce do iniekcji [cm3] w - wilgotność gruntu [%] W… - wodoszczelność wg PN-88/B-06250 [-] 2 χ - wartość statystyki [-], ζdmin, ζmax,- minimalna, maksymalna wartość gęstości objętościowej szkieletu gruntowego [g/cm3], ζs - gęstość właściwa szkieletu gruntowego [g/cm3], ∆u - wielkość zagłębienia tłoka poniŜej górnej krawędzi cylindra [mm], Η - statystyka testowa na liczność grup [-], ρ - gęstość objętościowa [g/cm3], - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego [g/cm3], ρd - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego próbki do iniekcji [g/cm3], ρdst ρs - gęstość właściwa [g/cm3].. 7.

(8) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. 4. Wstęp W przypadku realizacji nowo wznoszonych obiektów w skomplikowanych warunkach gruntowych, a takŜe przy rewitalizacji obiektów istniejących, występuje konieczność wzmacniania lub uszczelniania podłoŜa gruntowego poprzez poprawę właściwości fizycznych i mechanicznych podłoŜa gruntowego. W sytuacjach tych wykorzystywana jest iniekcja w strukturę gruntu materiałem stabilizującym. Bardzo chętnie przy realizacji robót, polegających na iniekcji pod ciśnieniem w grunt, wykorzystywana jest Ŝywica akrylowa, która posiada wiele cech umoŜliwiających sprawne wykonanie trwałego kompozytu gruntowo - Ŝywicznego posiadającego oczekiwane właściwości fizyczne oraz mechaniczne. Technologia związana z wykorzystaniem Ŝywic do aplikacji w ośrodek gruntowy znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie realizacja wzmocnienia lub uszczelnienia w innej technologii byłaby bardzo kłopotliwa, kosztowna lub niemoŜliwa. Proces iniekcji polegający na wprowadzeniu w pory gruntu materiału iniekcyjnego powoduje łączenie cząstek gruntu w jednolitą strukturę. W literaturze proces przeprowadzania tego zabiegu nazywany jest zeskaleniem lub petryfikacją gruntu [23]. Rozwój chemii wielocząsteczkowej oraz technologii iniekcji do wzmacniania i uszczelniania gruntu umoŜliwił praktyczne zastosowanie, polimerów organicznych, do których zaliczamy Ŝywicę akrylową. Iniekty akrylowe stanowią istotną grupę związków wielocząsteczkowych, otrzymywanych w procesie chemicznym z kwasu akrylowego lub metakrylowego [30]. Preparaty te są wodnymi roztworami monomerów akrylowych i Ŝywic organicznych umoŜliwiających tworzenie się elastycznego Ŝelu [4]. Początkowo iniekty chemiczne naleŜące do tej grupy roztworów (akryloamidy), w literaturze określano mianem Ŝywic akrylowych. Niektórzy autorzy [1, 44], proponują, aby obecnie wykorzystywane polimery akrylowe (poliakrylany), ze względu na znaczący udział wody w składzie roztworu iniekcyjnego określać mianem Ŝeli akrylowych. Roztwory akrylowe do iniekcji w grunt nazywane są równieŜ: hydroŜelami, Ŝelami polimerowymi, akrylanami metylowymi, a takŜe Ŝywicami hydrostrukturalnymi [61]. Wykorzystane w przeprowadzanych badaniach roztwory poliakrylanu zawierają w swoim składzie Ŝywice organiczne. W związku z powyŜszym postanowiono roztwór iniekcyjny poliakrylanu określać w przeprowadzonych badaniach, jako Ŝywicę akrylową, gdyŜ nazewnictwo to odnosi się do szerszego spektrum związków akrylowych wykorzystywanych w procesie iniekcji w grunt.. 8.

(9) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. 5. Cel i zakres pracy Celem pracy jest zbadanie właściwości gruntu poddanego iniekcji Ŝywicą akrylową. W tym celu postanowiono udzielić odpowiedzi na następujące pytania: 1. Jaki wpływ wywiera iniekcja podłoŜa gruntowego Ŝywicą akrylową na właściwości fizyczne i mechaniczne kompozytu gruntowego: wytrzymałość na ściskanie oraz wodoszczelność ? 2. Jaki wpływ na właściwości mechaniczne oraz fizyczne kompozytu gruntowoŜywicznego ma niska temperatura ? 3. Jaki wpływ wywiera wprowadzenie dodatkowej ilości wody do Ŝywicy na właściwości mechaniczne oraz fizyczne kompozytu gruntowo-Ŝywicznego? 4. Jaki wpływ na właściwości kompozytu gruntowo - Ŝywicznego ma wiek próbek? Powodem podjęcia tego zadania było: − szerokie i powszechne zastosowanie Ŝywic akrylowych w procesie budowlanym, − niepowodzenia wykonawcze występujące przy realizacji tych robót, − brak jednoznacznego określenia, przez producentów zakresu zastosowania Ŝywicy akrylowej do iniekcji podłoŜa gruntowego, − brak informacji dotyczących przeprowadzonych badań potwierdzających trwałość właściwości mechanicznych oraz fizycznych gruntów poddanych iniekcji Ŝywicą akrylową. Dostępne na rynku materiały iniekcyjne do aplikacji w podłoŜe gruntowe posiadają certyfikaty uzyskiwane po przeprowadzonych badaniach laboratoryjnych, które potwierdzają przydatność tych materiałów do wyŜej wspomnianych aplikacji. Natomiast w zakresie przeprowadzanych badań nie ocenia się trwałości tych rozwiązań. Podejmowane w pracy aspekty miały na celu wykazanie wybranych czynników wywierających wpływ na trwałość właściwości gruntu poddanego iniekcji Ŝywicą akrylową.. 6. Iniekcje gruntowe i ich efektywność Początki technologii iniekcji gruntowych sięgają XIX w. Pomimo szerokiego zastosowania tej technologii, rozwoju środków iniekcyjnych oraz postępu w dziedzinie technik aplikacji, proces iniekcji opiera się na wiedzy empirycznej i doświadczeniu wykonawcy. Z dostępnej literatury na uwagę zasługują publikacje [73, 69, 81], które opisują podstawy technologii iniekcji i opisują charakterystyki zastosowania materiałów iniekcyjnych. Z publikacji dotyczących metod otrzymywania [2, 4, 6], oraz sprawozdań [67], moŜna zaczerpnąć informacje dotyczące badań nad zastosowaniem poliakrylanów do aplikacji w grunt oraz technologii uszczelniania. Dostępne poradniki, dotyczące tematyki zabezpieczeń przeciwwodnych budynków, zagadnienie iniekcji gruntowych, z wykorzystaniem Ŝywic syntetycznych, prezentują bardzo powierzchownie [31, 98, 104, 70, 22, 119]. Publikacje dotyczące iniekcji gruntowych, z wykorzystaniem Ŝywic akrylowych, dostarczają publikowane artykuły: [77, 102, 108, 8, 37, 113, 82, 39, 47], które prezentują technologię iniekcji gruntowych z wykorzystaniem Ŝeli akrylowych umoŜliwiających odtwarzanie, (renowację) izolacji wodochronnych. Publikacje prezentują iniekcyjne wzmacnianie i uszczelnianie gruntów Ŝelami akrylowymi na tle innych technologii umoŜliwiających odtworzenie hydroizolacji wtórnej części budynków zagłębionych w gruncie, a takŜe prezentujących materiały do iniekcji w 9.

(10) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. grunt oraz stawiane im wymagania. Dostępne materiały techniczne dostarczane przez producentów materiałów iniekcyjnych bardzo często mają charakter poglądowo – reklamowy, zawierają niewystarczającą ilość informacji: [56, 61, 54, 51, 57, 60]. Ponadto dostępne są normy, wytyczne zalecenia (rozdział 6.3), które mogą być pomocne w trakcie przygotowywania projektu, a takŜe procesu realizacji robót iniekcyjnych. Brak jest w literaturze materiałów prezentujących praktyczne zastosowanie roztworów akrylowych obecnie dostępnych do aplikacji w grunt, w których została przeprowadzona iniekcja i przedstawiono wyniki tej modyfikacji. Brak norm do projektowania i wykonawstwa iniekcji gruntowych z wykorzystaniem roztworów syntetycznych uwzględniających dokonanie pełnej analizy moŜliwości realizacji iniekcji w grunt z wykorzystaniem Ŝywic akrylowych sprawia, Ŝe prace te są często prowadzone, przez wykonawcę w sposób intuicyjny bez dokumentacji projektowej. Aktualne informacje dotyczące efektywności, trwałości oraz właściwości fizycznych i mechanicznych gruntów, poddanych iniekcji Ŝywicą akrylową moŜna zaczerpnąć z publikacji [10-20]. Konieczność realizacji inwestycji w miejscach, w którym występują grunty niespełniające oczekiwanych warunków sprawia, Ŝe niezbędna jest modyfikacja poprawiająca parametry mechaniczne i fizyczne gruntu. Konieczność wzmacniania podłoŜa realizuje się w celu [26, 79, 80, 84]: − zwiększenia nośności, − redukcji osiadań, − zmniejszenia przepuszczalności hydraulicznej (wodoprzepuszczalności), − wyeliminowania lub zredukowania zjawisk szkodliwych (np. upłynnienia, sufozji), − zabezpieczenia stateczności budowli, − zwiększenia odporności na obciąŜenia dynamiczne. Generalnie poprawę właściwości gruntu moŜna osiągnąć poprzez: − zagęszczenie, − prekonsolidację, − zbrojenie, − wymianę gruntu, − iniekcję (zastrzyk). Powszechnie wykorzystywana, przy realizacji nowych inwestycji, jest technologia modyfikacji podłoŜa poprzez przeprowadzenie iniekcji. Jej szybki rozwój nastąpił dzięki dynamicznemu rozwojowi stosowanych materiałów oraz sprzętu umoŜliwiającego szybkie przeprowadzenie zabiegu iniekcji gruntowej. Zabieg ten polega na wprowadzeniu pod ciśnieniem materiału stabilizującego zawiesiny / roztworu w podłoŜe gruntowe. Proces iniekcji gruntu moŜna podzielić na cztery podstawowe rodzaje: a) penetracyjną, b) zagęszczającą, c) rozpierającą, d) jet-grouting. Na rysunku 6.1 przedstawiono schematy iniekcji gruntowych.. 10.

(11) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. a). b). c). d). Rysunek.6.1 Schematy wybranych rodzajów iniekcji gruntowych: a) penetracyjna, b) zagęszczająca, c) rozpierająca, d) jet- grouting. Proces iniekcji z wykorzystaniem roztworów akrylowych, ze względu na niskie ciśnienie, jakie naleŜy zastosować w procesie iniekcji, sklasyfikowany jest jako iniekcja penetracyjna czyli bez przemieszczenia struktury gruntu. Wśród materiałów wykorzystywanych przy realizacji iniekcji penetracyjnej występują takie materiały wiąŜące jak: − zawiesiny cementowe, − Ŝywice poliuretanowe, − Ŝywice akrylowe, − Ŝywice epoksydowe. Na rysunku 6.2 w sposób ogólny przedstawiono materiały do iniekcyjnego wzmacniania i uszczelniania gruntów.. Rysunek 6.2 Materiały do iniekcji gruntowych [116]. W tablicy 6.1 zaprezentowano strukturalne modele stosowanych iniektów gruntowych. 11.

(12) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. Tablica 6.1 Struktura sieci iniektów gruntowych [108]. Rodzaj iniektu. Model sieci iniektu. Cement portlandzki. Blokowane kryształy. Bentonit. Neutralizacja ładunku powierzchniowego. Krzemian. Polikondensat. Fenoplast. Polikondensat. Aminoplasty. Wiązanie NH2-CH2 Polikondensacja. Typ AM-9. Polimeryzacja winylowa. Przedstawienie graficzne. 12.

(13) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywicc akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich” sypkich. Przeprowadzanie iniekcji gruntowych z wykorzystaniem Ŝywic ywic akrylowych znajduje szerokie zastosowanie przy odtwarzaniu hydroizolacji części ci budowli zagłębionych zagł w gruncie. Realizacja powierzchniowej iniekcji gruntu bezpośrednio bezpo rednio przylegającego przylegaj do przegrody budynku nazywana jest iniekcją iniekcj kurtynową.. Na rysunku 6.3 przedstawiono schemat iniekcji kurtynowej w grunt z zastosowaniem zastosowa Ŝywicy akrylowej, natomiast na rysunku 6.4 przedstawiono szczegół iniekcji kurtynowej (iniekcji gruntu bezpośrednio bezpo znajdującego ącego si się przy ścianie zagłębionej bionej w gruncie).. Rysunek. 6.3 Schemat iniekcji gruntowej (kurtynowej) [101] 1. tynk zewnętrzny zewn 2. poziom terenu 3. wtórna izolacja zewnętrzna zewn typu kurtynowego w grunt 4. uszczelnienie fug (opcjonalnie). Rysunek. 6.4 Szczegół izolacji kurtynowej [101] 1. pustka powietrzna 2. lanca iniekcyjna 3. nasadka uszczelniająca 4. grunt. Ze względu wzgl du na bardzo ograniczone moŜliwości mo ci kontroli zrealizowanych robót iniekcyjnych oraz złoŜoność czynników, mogących wywierać wpływ na końcowy ko rezultat robót iniekcyjnych, iniekcyjnych wytyczne ABI [1],, zalecają, z , aby proces iniekcji został poprzedzony analizą: − wykonalności, wykonalno − efektywno fektywności, − trwało rwałości uszczelnienia. Ze względu wzgl du na brak szczegółowych informacji informacji, dotyczących cych dalszego uszczegółouszczegóło wienia tych wytycznych, wytycznych autorzy publikacji [20] podjęli próbę zakwalifikowania istotnych czynników mających maj wpływ na pomyślność pomy zrealizowania iniekcji gruntowych z wykorzystaniem ystaniem Ŝywic akrylowych. I tak: Analiza wykonalności wykonalno powinna obejmować ować: − przyczyny zawilgocenia, zawilgocenia − badania gruntowo gruntow - wodne, − stan konstrukcji, konstrukcji − weryfikację weryfikacj występowania powania instalacji podziemnych w obszarze iniekcji. iniekcji 13.

(14) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. Analiza efektywności powinna obejmować: − ocenę parametrów gruntowych pod kątem moŜliwości przeprowadzenia iniekcji , − dobór materiałów iniekcyjnych, − technologię iniekcji (1-stopniowa, wielostopniowa), − przeprowadzenie próbnej iniekcji, − doświadczenie wykonawcy, − kontrolę wykonania. Analiza trwałości powinna obejmować: weryfikację aspektów projektowo wykonawczych. Mają tu bezpośredni wpływ czynniki związane z przyjęciem odpowiedniego rozwiązania projektowego (dotyczącego doboru materiału na podstawie badań warunków gruntowych) oraz zastosowania go w rzeczywistych warunkach, przy przestrzeganiu reŜimu technologicznego, potwierdzonego kontrolą weryfikacji. PoniewaŜ pełna kontrola poprawności wykonania robót jest trudna, szansę na częściową weryfikację poprawności zrealizowania robót moŜe stanowić kontrola powykonawcza dokumentacji przedstawiona przez doświadczonego wykonawcę, który posiada wykwalifikowany personel oraz sprzęt do przeprowadzenia iniekcji rejestrujący jej proces. Kontrola ta powinna ograniczyć popełnianie błędów w realizowaniu robót iniekcyjnych. Proces aplikacji Ŝywic akrylowych realizowany jest poprzez wprowadzenie odpowiedniej ilości materiału w podłoŜe gruntowe przy niskim ciśnieniu (≤ 10 bar). W trakcie iniekcji w podłoŜe, woda znajdująca się w porach gruntu, zostaje wyparta z nich i zastąpiona iniektem bez naruszenia struktury podłoŜa gruntowego. Iniekcję w tej technologii wg PN-EN 12715 [91] klasyfikuje się, jako iniekcję bez przemieszczeń. Aby móc przeprowadzić iniekcję, która zapewni nam wprowadzenie roztworu iniekcyjnego w podłoŜe bez naruszenia jego pierwotnej struktury, muszą być zapewnione warunki gruntowe umoŜliwiające jej zrealizowanie. Generalnie warunki te spełniają grunty mineralne niespoiste (sypkie). Na rysunku 6.5 przedstawiono porowatą strukturę gruntu umoŜliwiającą przeprowadzenie procesu iniekcji bez przemieszczeń. Przy realizacji iniekcji bez przemieszczeń warunki umoŜliwiające wykonanie tych robót posiadają grunty o strukturze ziarnistej takie jak piaski oraz Ŝwiry, które cechuje znikome wzajemne przyciąganie [104].. Rysunek. 6.5 Ziarnista struktura gruntu umoŜliwiająca przeprowadzenie procesu iniekcji bez przemieszczeń. Jak juŜ wspomniano elementami waŜnymi, umoŜliwiającymi przeprowadzenie iniekcji bez przemieszczeń, są warunki, jakie musi posiadać to podłoŜe. Niezbędne jest laboratoryjne określenie badań podstawowych podłoŜa gruntowego umoŜliwiających potwierdzenie moŜliwości przeprowadzenia tego zabiegu. Najistotniejszym z parametrów fizycznych gruntu, określający moŜliwość przeprowadzenia iniekcji, jest współczynnik filtracji.W tablicy 6.2 przedstawiono niezbędne właściwości gruntu, które naleŜy określić laboratoryjnie, ułatwiające podjęcie decyzji dotyczącej wyboru moŜliwej technologi iniekcji. 14.

(15) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. Tablica 6.2 Parametry fizyczne gruntu poddanego iniekcji Parametr. Symbol. Gęstość właściwa Gęstość objętościowa Wilgotność naturalna Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego Porowatość Współczynnik filtracji. ρ ρ. . Jednostka. / / %. ρ. / . . %. . / /. Określenie ρ

(16) . (6.1). ρ

(17)

(18) . (6.2).

(19) . (6.3). ρ

(20) . (6.3).

(21)

(22) 1 . (6.4). Określenie parametru na podstawie badań: • laboratoryjnych, • polowych lub • na podstawie wzorów empirycznych.. Płynąca woda w sieci drobnych kapilarów podłoŜa gruntowego porusza się bardzo wolno. Najczęściej jest to ruch laminarny[85]. Stan ten moŜna określić liczbą Reynoldsa Re < 2320. Prędkość filtracji wody w gruncie zwana współczynnikiem filtracji stanowiąca zaleŜność pomiędzy spadkiem hydraulicznym a prędkością przepływu w gruncie v określić moŜna za pomocą wzoru Darcy’ego: v = ki. [m/s]. (6.5). gdzie: k- współczynnik filtracji (m/s) i=∆h/l – spadek hydrauliczny (gradient) ∆h- róŜnica wysokości (m) l- długość drogi przepływu (m) Orientacyjne wartości współczynników filtracji gruntu zostały zamieszczonnne w Tablicy 6.3. Tablica 6.3 Orientacyjne wartości współczynników filtracji i ich klasyfikacja [83, 123, 28, 29]: Stan gruntu Nazwa gruntu. k [m/s]. Drobny Ŝwir. -2. 10 -10. -3. Piasek grubo i średnioziarnisty Piasek drobnoziarnisty Piasek pylasty, less o strukturze nienaruszonej Pyły Less o strukturze przerobionej Gliny Gliny zwięzłe Iły -. -3. -4. 10 -10 10-4-10-5 10-5-10-6 10-6-10-7 10-7-10-8 10-8-10-9 10-9-10-10 10-10-10-11 10-11-10-12. wg DIN 18130. wg DIN 18195. Dobrze przepuszczalny. Dobrze przepuszczalny. Przepuszczalny Słabo przepuszczalny. Słabo przepuszczalny. Bardzo słabo przepuszczalny. Obok współczynnika filtracji, niezmiernie istotnym parametrem fizycznym gruntu mającym wpływ na moŜliwość przeprowadzenia iniekcji, który naleŜy zweryfikować na 15.

(23) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. etapie badań umoŜliwiających podjęcie decyzji dotyczącej moŜliwości przeprowadzenia iniekcji z zastosowaniem roztworu akrylowego, jest porowatość gruntu. Orientacyjne parametry porowatości gruntu oraz wskaŜniki porowatości zostały zamieszczone w Tablicy 6.4 [71]. Tablica 6.4 Orientacyjne wartości porowatości n i wskaźnika porowatości e gruntów budowlanych [71] Rodzaj gruntu świry Pospółki Piaski Gliny Iły plastyczne Iły półzwarte Iły zwarte. Porowatość n [%] 30 ÷ 55 20 ÷ 40 26 ÷ 45 20 ÷ 35 40 ÷ 70 35 ÷ 50 18 ÷ 35. Wskaźnik porowatości e [-] 0,43 ÷ 1,22 0,25 ÷ 0,66 0,35 ÷ 0,82 0,25 ÷ 0,54 0,66 ÷ 2,33 0,54 ÷ 1,00 0,22 ÷ 0,54. W literaturze znaleźć moŜna informacje, Ŝe moŜliwość przeprowadzenia iniekcji z zastosowaniem Ŝywic akrylowych występuje w gruntach posiadających porowatość w zakresie 32-38% [44]. Zakres zastosowania materiałów do iniekcji gruntu zaleŜy głównie od: − rodzaju materiału iniekcyjnego, − uziarnienia gruntu, − współczynnika filtracji. Zakres zastosowania materiałów iniekcyjnych w zaleŜności od rodzaju gruntu oraz jego uziarnienia został zamieszczony na rysunku 6.6.. Rysunek. 6.6 Zakres zastosowania środków iniekcyjnych na podstawie zdolności penetracyjnych środków iniekcyjnych [115, 60]. Z rysunku 6.6 wynika, Ŝe Ŝywice akrylowe znajdują bardzo szerokie praktyczne zastosowanie w iniekcji gruntu, o współczynniku filtracji na poziomie k ≥ 10-6 (m/s). W literaturze znaleźć moŜna informacje dotyczące orientacyjnego zakresu zastosowania środków iniekcyjnych w zaleŜności od współczynnika filtracji gruntu (rys. 6.7). Wykres ten umoŜliwia, za pomocą znanego współczynnika filtracji gruntu, w którym ma zostać przeprowadzona iniekcja, z nomogramu określić rodzaj moŜliwego materiału iniekcyjnego umoŜliwiającego jej przeprowadzenie oraz określić maksymalne parametry kruszyw w 16.

(24) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. zawiesinach i maksymalną lepkość w roztworach, jaką mogąą posiadać posiada materiały iniekcyjne, aby moŜliwe liwe było poprawne przeprowadzenie procesu iniekcji. Z rysunku 6.7 wynika, Ŝe iniekty akrylowe znajdują znajdują zastosowanie w gruntach o współczynniku filtracji -6 sięgającym ącym k=10 (m/s) a ich lepkość ść (η), ( przy takiej wartości współczynnika współczynnik filtracji powinna wynosić wynosi maksymalnie 5 cP.. Rysunek. 6.77 Zakres zastosowań róŜnych środków rodków iniekcyjnych w zaleŜności zale od współczynnika filtracji [21]. WaŜnym Ŝnym nym elementem, który powinien by być rozpatrywany, podczas planowania robót iniekcyjnych, jest moŜliwość zrealizowania w procesie iniekcyjnych procesie iniekcji struktury kompozytu gruntowo - Ŝywicznego, którego grubość bość po zakończeniu czeniu procesu iniekcji nie będzie b mniejsza niŜ ni 10 cm. Warunek ten jest wymagany przez wytyczne ABI [1], gdyŜ taka grubość ść kurtyny zabezpieczającej zabezpieczaj cej przegrod przegrodę, moŜee zapewnić zabezpieczenie wodochronne. dochronne. Na rysunku 6.8, zamieszczono obraz ukształtowanego iniektu wprowadzonego w podłoŜe podło e niespoiste oraz oraz spoiste przy przeprowadzonej iniekcji kilkuetapowej. Z analizy tego rysunku wynika, Ŝe przy tak przeprowadzonej iniekcji w gruncie niespoistym (rys. 6.8a) moŜna jąą zrealizować na wymaganąą grubość. grubo Niestety, w gruncie spoistym, spoistym wymóg ten, ze względu ędu na niedostateczną porowatość ść gruntu, moŜe być nie do osiągnięcia. osiągni. a) b) Rysunek.. 6.8 6. Proces kilkuetapowego wprowadzania roztworu akrylowego w strukturę struktur gruntu: a) grunt niespoisty, b) grunt spoisty [97]. 17.

(25) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. Po przeprowadzonej analizie gruntu oraz doborze iniektu niezwykle istotnym elementem etapu planowania iniekcji w grunt jest przeprowadzenie iniekcji próbnej. Na rysunku 6.9 zaprezentowano proces przeprowadzenia iniekcji próbnej oraz schemat ostatecznego rozmieszczenia otworów iniekcyjnych. Jest to bardzo waŜne, aby potwierdzić moŜliwość przeprowadzenia iniekcji w gruncie, w którym zabieg ten jest planowany. Przeprowadzenie iniekcji próbnej umoŜliwia, poza potwierdzeniem moŜliwości zrealizowania robót w gruncie, dostarczenie informacji dotyczących: - określenia zasięgu penetracji w gruncie środka iniekcyjnego, - określenia rozstawu siatki otworów iniekcyjnych w przegrodzie, przez które wprowadzany jest iniekt w grunt, - umoŜliwienie oszacowania zuŜycia środka iniekcyjnego. a). 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.. b). Zasięg iniekcji próbnej (rozchodzenia się iniektu w gruncie) Miejsce pobrania próbki kontrolnej poza strefą iniekcji Miejsce pobrania próbki kontrolnej znajdujące się w strefie iniekcji Obszar poza strefą iniekcji próbnej Strefa rozchodzenia się iniekcji w gruncie Miejsce wtłaczania iniektu w grunt Strefa nakładania się płaszczyzn iniekcji. Rysunek. 6.9 Proces przeprowadzenia kontroli zasięgu iniekcji próbnej a) oraz schemat ostatecznego rozmieszczenia otworów iniekcyjnych b). Posiadając wiedzę dotyczącą moŜliwości przeprowadzenia iniekcji gruntowej w określonych warunkach, naleŜy wziąć pod uwagę równieŜ efektywność posiadanego sprzętu, doświadczenie wykonawcy oraz kontrolę wykonania robót. Na rysunku 6.10, przedstawiono pompę typu 2K do przeprowadzania procesu iniekcji w podłoŜe gruntowe oraz zestaw komponentów Ŝywicy akrylowej. Pomimo tak szerokiego zastosowania technologii iniekcji, na bazie roztworów syntetycznych sukces wykonanych robót zaleŜy od praktycznych umiejętności wykonawców, którzy powinni stosować sprzęt umoŜliwiający poprawne zrealizowanie robót. Ze względu na fakt, Ŝe przy realizacji robót iniekcyjnych wymagane jest często indywidualne do nich podejście, niezbędne jest doświadczenie wykonawcy, kompetentny nadzór na tymi robotami oraz kontrola. Posiadanie przez wykonawcę sprzętu iniekcyjnego z oprogramowaniem do rejestracji procesu iniekcji sprawia, Ŝe po przeprowadzonej iniekcji jest moŜliwość ogólnej oceny poprawności przeprowadzonych robót.. 18.

(26) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. Rysunek. 6.10 Pompa do przeprowadzania procesu iniekcji oraz zestaw komponentów roztworu akrylowego do przeprowadzenia aplikacji w podłoŜe gruntowe [50]. ZłoŜoność czynników mających wpływ na pomyślność przeprowadzenia robót iniekcyjnych, związanych z iniekcją z wykorzystaniem roztworów syntetycznych sprawia, Ŝe przed podjęcie decyzji dotyczącej przeprowadzenia robót naleŜy przeprowadzić dokładną analizę ich wykonalności efektywności oraz trwałości, która potwierdzi moŜliwość wykorzystania Ŝywicy akrylowej w weryfikowanych warunkach gruntowych.. 19.

(27) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. 6.1.. Iniekcje gruntowe na przestrzeni lat. Zastosowanie procesów iniekcyjnych w podłoŜe gruntowe znajduje zastosowanie przy realizacjach związanych z wzmocnieniem oraz uszczelnianiem gruntu od ponad 200 lat. Ciągły postęp w zakresie rozwoju nowych materiałów iniekcyjnych oraz dostępnego sprzętu sprawia, Ŝe technologia związana z wykorzystaniem zabiegów iniekcyjnych jest obecnie wykorzystywana powszechnie przy realizacji robót budowlanych. W rozdziale tym zamieszczony został rozwój tej technologii na przestrzeni lat. W tablicy 6.5, przedstawiony został chronologiczny rozwój procesów iniekcyjnych. Tablica. 6.5 Rys historyczny rozwoju procesów iniekcyjnych. 1802. Pierwsze uszczelnienie iniekcyjne śluzy z wykorzystaniem zawiesiny cementowej wykonane przez Charlesa Beringa we Francji. 1886. Powstanie pierwszej receptury Ŝelu krzemianowego wiąŜącego grunty sypkie przez Jezierskiego [33]. 1911 1919 1920-1950 1925 1948 1953. Pierwsze zastosowanie preparatów chemicznych do iniekcji gruntu z wykorzystaniem procesu silikatyzacji do uszczelniania szybów Pierwsza próba przeprowadzenia iniekcji z wykorzystaniem gorącego asfaltu do uszczelnienia tamy (USA) Szybki rozwój technologii injekcji z wykorzystaniem silikatyzacji [36] Opatentowany proces iniekcji chemicznej przez Hoogo Joostena, który polegał na wprowadzeniu szkła wodnego oraz chlorku wapnia w grunt Pierwsze zastosowanie elektroosmozy w procesie iniekcji krzemianowej przez prof. Cembrowicza (Instytut Budownictwa Wodnego w Gdańsku) [84] Opatentowano roztwór iniekcyjny o nazwie AM-9 będący związkiem akryloamidu i N,N’ metylenodwuakryloamidu [73]. 1970-1974. W Instytucie Wiertnictwa Naftowego Akademii Górniczo - Hutniczej została opracowana receptura wodnego roztworu poliakrylamidowego o nazwie Solakryl M [96]. 1976-1985. W Instytucie Meteorologii i Gospodarki Wodnej w Warszawie, prowadzono badania, pod kierunkiem prof. Bolesława Jacenkowa, nad wykorzystaniem Ŝywic mocznikowo-formaldehydowych i acetonowo formaldehydowych oraz badania dotyczące „Iniekcyjnego wzmacniania i uszczelniania gruntów polimerami”. W IMGW prowadzono badania pod nazwą: „Zastosowanie nowych środków chemicznych do wzmacniania i uszczelniania podłoŜa budowli”. 1980. Wprowadzono na rynek produkt AC-400 będący roztworem akrylanu, który był zamiennikiem toksycznego roztworu AM-9 [72]. Technologia procesów iniekcyjnych umoŜliwia modyfikację właściwości fizycznych i mechanicznych podłoŜa gruntowego wzmocnienie i uszczelnienie gruntu. Pierwsze doświadczenia związane z iniekcją gruntu miały miejsce na przełomie XIX wieku. Pierwszymi materiałami wprowadzanymi w podłoŜe gruntowe były zawiesiny cementowe (cementyzacja) oraz roztwory krzemianów (silikatyzacja) [34]. W 1802 r miała miejsce pierwsza próba iniekcji przez Charlesa Beringa. Dokonał on pierwszej iniekcji, w podłoŜe pod śluzą, za pomocą zawiesiny z cementu puculanowego wymieszanego z wodą. Materiał ten pomimo wielu zalet cechowała bardzo ograniczona zdolność penetracji gruntu o współczynniku filtracji w zakresie 0,9-1,7•10-3 m/s [34]. Wydarzeniem, które stanowiło przełom w rozwoju iniekcji było wynalezienie przez Hugo Joostena iniekcji chemicznej. Na rysunku 6.11 zaprezentowano schemat procesu iniekcji opracowanej przez tego badacza.. 20.

(28) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. Rysunek. 6.11 Opracowany proces iniekcji chemicznej przez Joostena [73]. Jako pierwszy zastosował on szkło wodne oraz chlorek wapnia do wzmocnienia i uszczelnienia gruntu. Początkowo Pocz tkowo proces iniekcji znajdował znajdował zastosowanie w piaskach średnich, natomiast moŜliwość zastosowania iniektów iniekt o niŜszej szej lepkości lepko umoŜliwiło przeprowadzenie procesu iniekcji równieŜ równie w piaskach z niewielkąą zawartością zawarto pyłów [113].. Równolegle z rozwojem materiałów iniekcyjnych następował nast pował postęp post w zakresie technik aplikacji oraz teorii filtracji, która odgrywa bardzo istotną istotn rolę w procesie iniekcji penetracyjnej. Zastosowanie roztworów na bazie szkła wodnego, jako czynnika mającego maj polepszyćć wła właściwości fizyko – mechaniczne, mechaniczne nie przynosiło w pełni oczekiwanych rezultatów. Lepsze właściwości wła ci przynosiło wykorzystanie Ŝywic ywic i monomerów organicznych do iniekcji w grunt. Najbardziej rozpowszechnionym roztworem w tamtym czasie był wyprodukowany wyprodukowany w Stanach Zjednoczonych jednoczonych roztwór pod nazwą nazw AM-9. Głównym składnikiem tego roztworu iniekcyjnego była mieszanina monomerów akryloamidu i N,N’ metylenodwuakrylamidu. Zastosowanie tego roztworu przewidywano do aplikacji w grunt o współczynniku filtracji filtracj 9•10-7 m/s [80]. PodłoŜe Ŝe gruntowe poddane iniekcji z wykorzystaniem AM-9 AM 9 wykazywało szczelność szczelno na poziomiee 2•10-12 m/s oraz wytrzymało w granicach 0,2÷1,5 MPa [32]. WaŜną kwestią jest fakt, Ŝe zastosowanie wytrzymałość Ŝywic ywic iniekcyjnych i monomerów organicznych znajduje zastosowanie wszędzie wsz tam, gdzie nie ma moŜliwości mo ci zastosowania meto metod tradycyjnych, a takŜe Ŝe przeprowadzenia iniekcji z wykorzystaniem zawiesin cementowych [35]. Środki rodki te wykorzystywane były był równieŜŜ do stabilizacji, uszczelnienia upłynnio upłynnionych nych gruntów przed ich erozją. erozj DuŜy wkład w Polsce,, w rozwój środków rodków iniekcyjnych po drugiej wojnie światowej miał prof. Cembrowicz, który przeprowadzał badania w zakresie zastosowania Cembrowicz, zastosowania szkła wodnego do 21.

(29) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. wła ci mechanicznych i fizycznych gruntu. gruntu. Wraz z rozwojem technologii poprawy właściwości zaczęto to wykorzystywa wykorzystywać roztwory chemiczne z wykorzystaniem procesu elektroosmozy, czyli wprowadzenie roztworu iniekcyjnego przy wykorzystaniu prądu pr elektrycznego. Technologia znana jest pod nazwą nazw Cebertyzacja i była wykorzystywana tywana w sytuacjach, gdy występował pował problem z aplikacj aplikacją środka rodka iniekcyjnego w podłoŜe podło e gruntowe. Cebertyzacja wykorzystywana była w gruntach, które posiadały współczynnik filtracji w zakresie 1•10-5 -7 ÷10 m/s, a wartość frakcji iłowej w gruncie nie przekraczała przekrac 15 %, ponadto zastosowany środek rodek iniekcyjny ccechowała niska przewodność przewodno elektryczna (woda, alkohol) [64]. Jedną z pierwszych publikacji w języku j zyku polskim dotycz dotyczących stabilizacji gruntów Ŝywicami syntetyczn syntetycznymi była publikacja pt. Wzmacnianie i uszczelnianie górotworów środkami chemicznymi [80] wniosła ona znaczący ący cy wkład w rozwój wiedzy z tej dziedziny. W publikacji tej zamieszczono informacje dotyczące dotycz ce materiałów wykorzystywanych w procesie iniekcji, iniekcji metod aplikacji oraz zaprezentowano zaprezentowan przykłady zastosowań zastosowa tych technologii w praktyce. W latach osiemdziesiątych osiemdziesi tych publikowane były artykuły prezentujące wyniki badań bada laboratoryjnych oraz polowych polowych, a takŜe Ŝe zastosowania Ŝywic organicznych (mocznikowo-formaldehydowych, formaldehydowych, acetonowo-formaldechydowy formaldechydowych, furanowych) [66]. [66] Dostępne pne publikacje dotyczą dotyczące ce monomerów akrylowych prezentowane w artykułach odnosiły się si do metod otrzymywania tych roztworów, które mogłyby być by później niej praktycznie wykorzystywane wykorzystywane w procesie iniekcji [6]. Na rysun ysunku 6.12 zaprezentowano owano dostępne środki rodki iniekcyjne, które były wykorzystywane, wykorzystywane a takŜe tak zakres ich zastosowania w zaleŜności ci od rodzaju gruntu. gruntu. Rysunek 6.12.. Zakres stosowania niektórych środków rodków do iniekcyjnej stabilizacji gruntów [34]. Syntetyczne yntetyczne środki rodki iniekcyjne wykorzystywane były w piaskach średnioziarnistych, ś drobnoziarnistych oraz pylastych, w których współczynnik filtracji tych gruntów nie jest mniejszy niŜ ni 10-6 m/s [35].. Roztwory syntetyczne takie jak Ŝywice ywice akrylowe posiadały lepkość ść w zakresie od kilku do kilkunastu cP. W latach osiemdziesi osiemdziesiątych ątych Instytut CięŜkiej Ci Syntezy Organicznej Organicznej (ICSO) w Kędzierzynie Kę Koźlu lu prowadził badania nad wykorzystaniem Ŝywic akrylowych do modyfikacji właściwości wła ci gruntu. gruntu Natomiast w Instytucie Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMIGW) w Warszawie, Warszawie pod kierunkiem prof. Bolesława Jacenkowa, prowadzone były badania dotyczące ce wykorzystania Ŝywic mocznikowo formaldehydowych oraz acetonowo - formaldehydowych wykorzystywanych do iniekcji gruntowych. grunt . W IMIGW w latach 1976-1980r. 1976 1980r. prowadzono badania: „Iniekcyjne wzmacnianie i uszczelnianie gruntów polimerami”, natomiast natomiast w latach 19811981 1985 r. kontynuowano badania, pt: „Zastosowanie nowych środków rodków chemicznych do 22.

(30) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. wzmacniania i uszczelniania podłoŜa budowli”[65]. Powszechne w tamtym okresie do iniekcji w grunt wykorzystywano materiały zamieszczone w Tablicy 6.6. Tablica 6.6 śywice i inne środki stosowane do wzmacniania i uszczelniania gruntów [35, 81] Wytrzymałość Lepkość, po [cP] stwardnieniu, [MPa]. Nazwa środka. Producent. Podstawowy związek. AM-9. USA. akrylamid i NNdwumetylodwuakryloamid. nadsiarczan sodowy. 1,2. 1,5. śywica rezorcynowa. Francja. roztwór rezorcyny i formaliny. nadsiarczan amonowy. 3. 2,0. Versamont 200. Austria. Ŝywica epoksydowa. Versamont B. do 1000. -. śywica MS-10. KędzierzynKoźle. Ŝywica mocznikowoformaldehydowa. sole amonowe, kwasy. 2-15. 14. śywica 116. Pustków. Ŝywica mocznikowoformaldehydowa. sole amonowe, kwasy. 6-200. 10. śywica AF-3. KędzierzynKoźle. Ŝywica acetonowoformaldehydowa. wodorotlenek sodu. 10-30. 3,5. Solakryl S. KędzierzynKoźle. sole kwasu akrylowego. nadsiarczan amonowy. 6-8. -. Solakryl M. KędzierzynKoźle. sole kwasu akrylowego. nadsiarczan amonowy. 10. -. Utwardzacz. Instytut CięŜkiej Syntezy Organicznej był najbardziej znanym ośrodkiem badawczym, w którym prowadzono badania Ŝywic akrylowych oraz kompozytów akrylowych słuŜących do iniekcji gruntowych. Badania w ICSO były prowadzone pod kątem odporności gruntu poddanego iniekcji na przenikanie wody, agresywne media, rozpuszczalniki organiczne, a takŜe wszędzie tam, gdzie wymagane było w procesie iniekcji osiągnięcie wysokiej wytrzymałości oraz odporności termicznej. śywice akrylowe, poza moŜliwościami związanymi z poprawą właściwości mechanicznych i fizycznych gruntów, znajdują zastosowanie przy likwidacji przecieków występujących w przegrodach [67].. Rysunek 6.13 Proces przeprowadzania iniekcji z wykorzystaniem roztworów chemicznych [9]. 23.

(31) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. Rysunek 6.14 Proces przeprowadzania injekcji [87]. Rysunek 6.15 Schemat instalacji do wtłaczania iniektu z wypełniaczami [84]: 1 - mieszalnik łopatkowy. 2 - manometr, 3 - pompa śrubowa, 4 - przewód zwrotny, 5 - przewód tłoczny, 6 - ściskacz dc rozpierania uszczelki, 7 - uszczelka, 8 - uszczelniana strefa, 9 - wodomierze dozujące. ICSO prowadził eksperymentalne badania laboratoryjne i polowe (rys. 6.13-6.15), których celem było przygotowanie instrukcji wykonawczych. Przykładową instrukcją opracowaną przez ICSO jest instrukcja dotycząca uszczelniania dna zbiornika na odpady przemysłowe za pośrednictwem iniekcji gruntu z wykorzystaniem Ŝywic akrylowych [3]. Podejmowane były równieŜ próby zastosowana róŜnych podłoŜy (piaski, cementy, pyły dymnicowe, z domieszkami wapna hydratyzowanego gipsu i kredy), w które to podłoŜa podejmowano próby iniekcji Ŝywicą akrylową. W 1980 r. zorganizowano Ogólnopolską Konferencję Naukowo-Techniczną, „Iniekcyjne uszczelnianie i wzmacnianie gruntów i skał”. Na konferencji zaprezentowano referaty dotyczące, technologii robót, metod otrzy24.

(32) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich. mywania środków iniekcyjnych, przedstawiono przykłady zastosowania technologii iniekcyjnych oraz badania trwałości i skuteczności iniekcji gruntowych [97, 63]. W publikacji [96] zamieszczono informacje o pomyślnie przeprowadzonych, w latach osiemdziesiątych, umocnieniach nadbrzeŜy, do których uszczelnienia, wykorzystano Ŝywice syntetyczne. Przy realizacji robót (umocnienie nadbrzeŜy i tam) wykorzystywano iniekcję powierzchniową a takŜe wgłębną. Przy realizacji tych przedsięwzięć wykorzystywano bardzo często Ŝywice mocznikowo - formaldehydowe, a takŜe acetonowo - formaldechydowe. Zrealizowane iniekcje gruntowe pomyślnie przeszły próbę zmiennego oddziaływania termicznego, hydrologicznego, UV oraz mechanicznego. Przykłady te pokazują, Ŝe wykorzystanie tych materiałów przy realizacji iniekcji obiektów hydrotechnicznych oraz skarp potwierdziły, Ŝe zastosowanie do poprawy właściwości gruntu Ŝywic syntetycznych jest uzasadnione [120]. Dotychczas w Polsce powstały dwie prace doktorskie poruszające zagadnienia z geoinŜynierii związane z modyfikacją podłoŜa gruntowego z wykorzystaniem Ŝywic syntetycznych. Są nimi praca dr Krzysztofa Czarneckiego z Politechniki Warszawskiej oraz dr Marka Gnatowskiego [24, 34]. W pracach tych poruszano zagadnienia powierzchniowej oraz wgłębnej modyfikacji podłoŜa gruntowego. Obecnie większość Ŝywic akrylowych jest produkowana na terenie Niemiec. Wprowadzone do obrotu materiały posiadają niezbędne dokumenty do wprowadzenia. Jednym z nich jest Certyfikat MFPA Instytutu w Lipsku, który przeprowadza badania wg określonej metodologii, mającej wykazać przydatność Ŝywicy akrylowej do modyfikacji podłoŜa gruntowego na podstawie zaleceń zawartych w ABI-Merkblatt [1] oraz DB Richtlinie 804.6102 [25]. Wykorzystywane obecnie Ŝywice akrylowe poddane są obligatoryjnym badaniom wykazującym brak negatywnego oddziaływania na środowisko oraz moŜliwość aplikacji Ŝywicy akrylowej w bezpośrednim kontakcie z wodą uŜytkową [27].. 25.

(33) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich”. 6.2.. Dotychczasowe badania nad iniekcjami ośrodków sypkich. Pomimo tak szerokiego zastosowania tej technologii i wykorzystywania Ŝywic akrylowych od lat 30 XX w. nie ma w literaturze wielu przykładów potwierdzających właściwości gruntów poddanych iniekcji i ich trwałości. W tablicy 6.7 zostały zaprezentowane wyniki badań iniekcji z wykorzystaniem Ŝeli akrylowych, w których to dokonywano badania efektywności procesu iniekcji. Kolejno zostały przedstawione przykłady weryfikacji właściwości gruntu poddanego iniekcji, takich jak: wytrzymałość na zginanie, wytrzymałość na ściskanie oraz ugięcie, a takŜe zagadnienia związane z odpornością na czynniki zewnętrzne mogące oddziaływać na kompozyt gruntowo Ŝywiczny. Na proces skutecznie wykonanego zabezpieczenia mają wpływ właściwości materiału iniekcyjnego, właściwości gruntu umoŜliwiające przeprowadzenie proces iniekcji, ale równieŜ poprawnie przeprowadzony proces aplikacji Ŝelu iniekcyjnego w podłoŜe gruntowe. W publikacji [105] podkreślono znaczenie interakcji pomiędzy właściwościami gruntu, zastosowanym materiałem iniekcyjnym oraz technologią wtrysku. Zaprezentowano eksperymenty ukazujące rozprzestrzenianie się Ŝelu w podłoŜu i ocenę efektywności przeprowadzenia iniekcji. Zwraca się uwagę, Ŝe zagadnienia te są podstawą eksperckiego zaplanowania robót. Autorzy artykułu prezentują badania eksperymentalne, podczas, których przeprowadzają testy wtrysku Ŝelu akrylowego w róŜne podłoŜa, przy zmiennych prędkościach przepływu i róŜnych czasach reakcji wiązania Ŝelu. Autorzy publikacji wykazują, Ŝe równomierne rozmieszczenie Ŝelu w strukturze gruntu jest moŜliwe, gdy grunt posiada porowatość umoŜliwiającą wprowadzenie iniektu w pory podłoŜa gruntowego, przy niskim kontrolowanym ciśnieniu i odpowiednio dobranym czasie reakcji iniektu. W sytuacjach braku dostatecznej porowatości pojawia się konieczność zastosowania wyŜszego ciśnienia, co moŜe prowadzić do szczelinowania gruntu (nierównomiernego rozmieszczenia iniektu w gruncie) lub wprowadzenie iniektu w strefę pomiędzy gruntem a przegrodą budynku. PoniewaŜ proces weryfikacji zrealizowanej iniekcji podłoŜa gruntowego jest bardzo trudny lub nawet niemoŜliwy, przeprowadzone są badania, które wskazują na czynniki mające wpływ na efektywne przeprowadzenie procesu iniekcji w grunt. Badania mające zaprezentować wpływ tych czynników zostały przeprowadzone w ramach projektu badawczego na Uniwersytecie Nauk Stosowanych w Dortmundzie [40] (Tabl.6.7). Badanie polegało na wstrzyknięciu 2 litrów Ŝelu akrylanowego w przygotowane podłoŜe testowe z piasku z recyklingu. Proces iniekcji przeprowadzany był jedno – bądź dwuetapowo. Iniekcję przeprowadzano ze zróŜnicowanym ciśnieniem wtrysku i czasem wtrysku. Ciśnienie wtrysku/ czas wtrysku roztworu iniekcyjnego 0 -0,5 bar. / 60-120 sekund, 0,5-1,0 bar. / 30-50 sekund. Przeprowadzony eksperyment wykazał, Ŝe wyraźny wpływ na efektywne przeprowadzenie procesu iniekcji ma rodzaj gruntu oraz technologia wtrysku. Eksperyment wykazał, Ŝe niŜsze ciśnienie iniekcji jest korzystniejsze niŜ wysokie ciśnienie iniekcji. Próba iniekcji w grunt spoisty (Tabl. 6.7 d), wykazała, Ŝe występują trudności z uzyskaniem poŜądanego procesu równomiernego rozmieszczenia Ŝelu akrylowego w gruncie. Eksperyment wykazał zdecydowanie bardziej efektywne rezultaty iniekcji dwuetapowej (Tabl. 6.7a), nad iniekcją jednoetapową (Tabl. 6.7 b-c). Iniekcja dwuetapowa umoŜliwia bardziej, równomierne oraz pełniejsze wypełnienie powierzchni przewidzianej do iniekcji. Badania wykazały, Ŝe czas reakcji Ŝelowania miał tylko niewielki wpływ na proces rozmieszczania roztworu iniekcyjnego w gruncie. Autorzy publikacji [40] podkreślają, Ŝe iniekcje gruntowe, z wykorzystaniem Ŝeli akrylowych nie umoŜliwiają w kaŜdym gruncie efektywnego wykonania procesu iniekcji. Warunkiem umoŜliwiającym pomyślne przeprowadzenie iniekcji jest znajomość warunków gruntowych, technologii iniekcji oraz doświadczenie wykonawcy. W tablicy 6.7 przedstawiono uzyskane efekty 26.

(34) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich”. przeprowadzonych badań iniekcji w grunt dla roŜnych warunków gruntowych oraz roŜnych parametrów przeprowadzenia procesu iniekcji.. Tablica 6.7 Badania eksperymentalne iniekcji gruntu Ŝywicami akrylowymi firmy MC Bauchemie. Analiza skuteczności procesu przeprowadzenia iniekcji w gruncie.. a). Wtrysk: 2 etapowy (2 stopniowa procedura wtrysku) Ciśnienie wtrysku: 0,5-1,0 bar. Czas wtrysku: 30-50 sek. Rozstaw otworów iniekcyjnych: 50 cm. b). Wtrysk: 1 etapowy Ciśnienie wtrysku: 0-0,5 bar. Czas wtrysku: 60-120 sek. Rozstaw otworów iniekcyjnych: 50 cm. 27.

(35) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich”. Tablica 6.7 cd.. c). Wtrysk: 1 etapowy Ciśnienie wtrysku: 0,5-1,0 bar. Czas wtrysku: 30-50 sek. Rozstaw otworów iniekcyjnych: 50 cm. d). Grunt uniemoŜliwiający przeprowadzenie procesu iniekcji. W raporcie z badań [44] zostały przedstawione wyniki badań laboratoryjnych próbek gruntu poddanych iniekcji Ŝelami akrylanowymi. W publikacji tej zaprezentowano wyniki ugięć, wytrzymałości na zginanie, ściskanie oraz badania mające na celu weryfikację odporności na szkodliwe ciecze. Badania laboratoryjne przeprowadzono dla kompozytów gruntowo - Ŝelowych przygotowanych z piasków drobnych i grubych sezonowanych w warunkach laboratoryjnych dla pięciu róŜnych Ŝeli akrylanowych przewidzianych do realizacji iniekcji gruntowych. Z wyników badań ugięć próbek zaprezentowanych na rysunku 6.16, wynika, Ŝe próbki zrealizowane z piasku drobnego wykazują większe 28.

(36) mgr. inŜ. Bogumił Klimaszewski ROZPRAWA DOKTORSKA „Zastosowanie Ŝywic akrylowych do uszczelniania i wzmacniania ośrodków sypkich”. ugięcia w stosunku do próbek wykonanych z piasku grubego. Ugięcie próbek przygotowanych z piasku drobnego wynosiły w zaleŜności od rodzaju Ŝelu iniekcyjnego w granicach 8-34 mm, natomiast dla próbek przygotowanych z piasku grubego ugięcia te wynosiły w granicach 5-24 mm.. Rysunek 6.16 Wykres ugięć próbek kompozytu gruntowo - Ŝelowego przygotowanych z drobnego i grubego piasku dla róŜnych rodzaju Ŝeli akrylanowych [44]. Wyniki badań ugięć próbek kompozytu gruntowo-Ŝelowego przygotowanych z drobnego i grubego piasku, sezonowanych w warunkach laboratoryjnych oraz sezonowanych w wodzie przedstawiono na rys. 6.17. Badania te wykazują wyŜsze ugięcia dla próbek przygotowanych z piasku drobnego względem próbek przygotowanych z piasku grubego.. Rysunek 6.17 Wykres ugięć próbek kompozytu gruntowo Ŝelowego przygotowanych z drobnego i grubego piasku dla próbek porównawczych oraz próbek sezonowanych w wodzie [44]. Zaprezentowane w pracy [44] wyniki badań wytrzymałości na zginanie widoczne na rys. 6.18 prezentują wyniki, które posiadają bardzo zróŜnicowany zakres wytrzymałości na zginanie , w zaleŜności od zastosowanego Ŝelu akrylanowego. Wytrzymałość na zginanie próbek przygotowanych z piasku drobnego wynosiła w granicach 0,15-2,25 MPa, natomiast dla piasku grubego wytrzymałość na zginanie mieściła się w przedziale 0,25 -1,6 MPa.. 29.