WYBRANE PARAMETRY MIESZANEK INIEKCYJNYCH Z CEMENTU I POPIOàU LOTNEGO DO RENOWACJI RUROCIĄGÓW METODĄ RELININGU

(1)

Acta Sci. Pol. Architectura 15 (1) 2016, 55–67

www.acta.media.pl

WYBRANE PARAMETRY MIESZANEK INIEKCYJNYCH Z CEMENTU I POPIOàU LOTNEGO DO RENOWACJI RUROCIĄGÓW METODĄ RELININGU

Anna M. Grabiec

¹

, Jowita Lach-àączna

²

1 Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, PoznaĔ

2 ZRUG Sp. z o.o., PoznaĔ

Streszczenie. PodjĊto próbĊ ustalenia optymalnych receptur mieszanek iniekcyjnych na bazie cementu i popioáu lotnego oraz dwóch superplasty¿ katorów nowej generacji, umoĪli- wiających dokáadne wypeánienie przestrzeni miĊdzyrurowej podczas renowacji rurociągów metodą reliningu. Receptury wytypowano pod wzglĊdem najkorzystniejszych wáaĞciwoĞci reologicznych kompozytów iniekcyjnych, badając czas wypáywu z wiskozymetru, czas roz- páywu na odlegáoĞü 100 cm, maksymalną dáugoĞü rozpáywu oraz czas potrzebny do osią- gniĊcia maksymalnego rozpáywu. Ponadto okreĞlono początek czasu wiązania mieszanek iniekcyjnych, wytrzymaáoĞü na Ğciskanie po 28 dniach oraz skurcz. Stwierdzono wpáyw rodzaju i iloĞci superplasty¿ katora oraz stosunku cementu do popioáu na wáaĞciwoĞci reologiczne kompozytów iniekcyjnych. Za pomocą stosunkowo áatwych w realizacji metod laboratoryjnych pomiaru cech reologicznych wybrano receptury mieszanek iniekcyjnych, które w warunkach technicznych skutecznie wypeániają przestrzeĔ miĊdzyrurową.

Sáowa kluczowe: kompozyt iniekcyjny, cement, relining

WSTĉP

Kanalizacja wielu miast zostaáa wybudowana jeszcze przed 1900 rokiem. Ocena stanu technicznego czĊsto pozwala stwierdziü, Īe uszkodzenia przewodów, nieszczelnoĞci i ubytki w materiale konstrukcyjnym kanaáów Ğciekowych powodują przede wszystkim in¿ ltracjĊ w dwóch kierunkach: do wód gruntowych i do kanaáów. Skutkuje to rozcieĔ- czaniem Ğcieków, wymywaniem gruntu i tworzeniem zapadlisk [Kuliczkowski 2005], a takĪe przepáywem Ğcieków do gruntu, czyli jego zanieczyszczeniem oraz skaĪeniem wód gruntowych [Kempa 1995, Buczkowski 2007].

Adres do korespondencji – Corresponding author: Anna M. Grabiec, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Instytut Budownictwa i GeoinĪynierii, ul. Piątkowska 94E, 60-649 PoznaĔ, e-mail:

agra@up.poznan.pl

(2)

Ze wzglĊdu na z jednej strony rosnące potrzeby poprawy stanu technicznego ist- niejących przewodów kanalizacyjnych, ulegających ciągáej dekapitalizacji i niszczeniu wskutek starzenia siĊ materiaáu konstrukcyjnego, korozyjnego dziaáania Ğcieków i coraz wiĊkszych obciąĪeĔ dynamicznych wywoáanych ruchem pojazdów [Madryas i in. 2002, Kuliczkowski 2005], a z drugiej strony moĪliwoĞü uzyskania do¿ nansowania z funduszy Unii Europejskiej przedsiĊbiorstwa wodociągowo-kanalizacyjne coraz czĊĞciej decydu- ją siĊ na renowacjĊ rurociągów [Madryas 2007]. WĞród znanych i dostĊpnych metod rehabilitacji i odnowy duĪą popularnoĞcią cieszą siĊ technologie bezwykopowe, które w Polsce zaczĊto stosowaü w latach dziewiĊüdziesiątych ubiegáego stulecia. Są szybkie i proste w realizacji. Gáówną ich zaletą jest brak robót podziemnych lub ich minimalizacja [Kuliczkowski 2009]. Prace renowacyjne polegają na zastosowaniu wykáadziny, która, w zaleĪnoĞci od rodzaju wystĊpujących w przewodzie uszkodzeĔ, caákowicie lub czĊĞcio- wo przejmuje obciąĪenia, jakim poddawany jest kanaá, bądĨ teĪ peáni funkcjĊ zabezpie- czenia przed in¿ ltracją wody gruntowej i estry¿ kacją Ğcieków. Bezodkrywkowe metody odnowy rurociągów dzielą siĊ na ĞciĞle pasowane i swobodne. Metody ĞciĞle pasowane (tzw. metody insituform) polegają na wykonaniu wykáadziny wewnątrz istniejącego ka- naáu ĞciĞle przylegającego do wnĊtrza naprawianego przewodu, metody swobodne zaĞ – na montaĪu wewnątrz naprawianego przewodu rur lub moduáów o mniejszych gabary- tach niĪ pozwala na to jego Ğwiatáo [Abel 2006, 2009]. Wedáug Demskiego i Abla [2005]

do najpopularniejszych metod renowacji zaliczane są metody utwardzonego rĊkawa oraz metody z zastosowaniem wykáadzin z polimerów, obejmujące: metodĊ swagelingu, Kan- -Rem, troliningu oraz reliningu.

Terminologia stosowana w opisie technologii renowacji w wielu przypadkach jest an- glojĊzyczna i dlatego czĊsto spotykane są „spolszczenia”, nie do koĔca naleĪycie ujednoli- cone. TakĪe w niniejszym artykule zastosowano zamiennie pojĊcia: kompozytu iniekcyjnego, mieszanki iniekcyjnej, masy iniekcyjnej, iniektu i wypeániacza przestrzeni, przestrzeni miĊdzyrurowej oraz przestrzeni pierĞcieniowej, natomiast nową rurĊ wprowadzaną do sta- rego kanaáu zamiennie nazwano linerem, moduáem, wykáadziną bądĨ segmentem.

Relining jest technologią naprawy i wzmocnieĔ, polegającą na wprowadzeniu w Ğwiatáo istniejącego obiektu konstrukcji z tworzyw sztucznych lub stali karbowanej, a nastĊpnie wypeánieniu przestrzeni pomiĊdzy nową i starą konstrukcją specjalnymi wy- peániaczami. Technologia reliningu polega na wprowadzeniu do uszkodzonego rurociągu nowej rury, najczĊĞciej polietylenowej. Segmenty renowacyjne mają ksztaát odpowiada- jący ksztaátowi rurociągu poddawanego renowacji (koáowy bądĨ niekoáowy). Technolo- gie dáugiego reliningu stosuje siĊ dla jednego wykopu na odcinkach kanaáów dáugoĞci do okoáo 300 m, przy zastosowaniu rur o Ğrednicach od 80 mm [Demski i Abel 2005].

Alternatywą do technologii dáugiego reliningu jest technologia krótkiego reliningu, stosowana wszĊdzie tam, gdzie ze wzglĊdu na brak miejsca prace muszą byü prowadzone na maáej powierzchni.

Celem wypeánienia wolnej przestrzeni pomiĊdzy rurami jest:

ustabilizowanie poáoĪenia linera,

zapobieganie przedostawaniu siĊ wody i gruntu do przestrzeni pierĞcieniowej, stworzenie kontrolowanych warunków posadowienia linera w kanale, zapewnienie równomiernego przenoszenia obciąĪeĔ zewnĊtrznych, zapobieganie gromadzeniu siĊ gazu w przestrzeni pierĞcieniowej.

–

(3)

Jako wypeániacze wolnej przestrzeni stosowane mogą byü róĪne materiaáy. W ujĊ- ciu absolutnie historycznym, ze wzmianką, iĪ byáa ona przedmiotem pierwszej rozprawy doktorskiej obronionej w Akademii Górniczo-Hutniczej przez W. Budryka w 1929 roku, naleĪy wymieniü pulpĊ piaskową [Knothe 2003], a wspóáczeĞnie – pianobeton [Chady 2007] oraz masy iniekcyjne w postaci zaczynów i zapraw o zróĪnicowanym skáadzie [BarczyĔski i Podziemski 2006], mody¿ kowane superplasty¿ katorami, mikrowypeánia- czami i/lub regulatorami lepkoĞci.

Kompozyty wykorzystywane do wypeániania przestrzeni pierĞcieniowej powinny charakteryzowaü siĊ: krótkim czasem wiązania, brakiem odstoju wody, maáą lepkoĞcią, zdolnoĞcią do caákowitego wypeánienia przestrzeni miĊdzyrurowej, nieprzepuszczalno- Ğcią gazu, dobrą przyczepnoĞcią do stali i polietylenu, zadowalającą wytrzymaáoĞcią na rozciąganie przy zginaniu i Ğciskanie [Abel 2006, BarczyĔski i Podziemski 2006]. Wy- mienione wáaĞciwoĞci sytuują mieszanki iniekcyjne do wypeániania przestrzeni miĊdzy- rurowej w grupie samozagĊszczalnych materiaáów kompozytowych, w których kluczowe są parametry reologiczne, umoĪliwiające swobodne páyniĊcie mieszanki, jej samoodpo- wietrzenie bez segregacji skáadników. Cechy wytrzymaáoĞciowe i trwaáoĞciowe trakto- wane są jako wtórne, co akcentowane jest w literaturze dotyczącej betonów samozagĊsz- czalnych [Goáaszewski 2003, Szwabowski i Goáaszewski 2010]. Na ogóá cechy te są zadowalające pod warunkiem uzyskania stosownych wáaĞciwoĞci reologicznych.

DuĪe osiągniĊcia w technologii betonów samozagĊszczalnych zachĊcają do kompo- nowania róĪnych mas iniekcyjnych poprzez stosowanie wysokoefektywnych superplasty¿ katorów kompatybilnych z rodzajem uĪytego cementu [àukowski 2003, Spiratos i in. 2006, Kurdowski 2010, Szwabowski i Goáaszewski 2010, Grabiec 2011, Neville 2012], róĪnych mikrowypeániaczy [àukowski 2003, Jasiczak i Mikoáajczyk 2003, Jamro- Īy 2005, Grzeszczyk i in. 2006, Kurdowski 2010, Szwabowski i Goáaszewski 2010] oraz skutecznych mody¿ katorów lepkoĞci [Woyciechowski 2006, Goáaszewski 2009, Grabiec 2012, Nepomuceno i in. 2012]. ĝwiadome celowoĞci takiego podejĞcia ¿ rmy branĪowe coraz czĊĞciej „stawiają” na wielokomponentowe masy iniekcyjne do wypeániania wolnej przestrzeni miĊdzy rurami.

CEL I PRZYJĉTE ZAàOĩENIA

Celem badaĔ byáo ustalenie optymalnych receptur kompozytów iniekcyjnych wykonanych z cementu i popioáu lotnego oraz wysokoefektywnych Ğrodków upáynniających, które osiągając najkorzystniejsze wáaĞciwoĞci reologiczne, zdolne byáyby do caákowi- tego wypeánienia wolnej przestrzeni pomiĊdzy rurami w renowacji rurociągów metodą reliningu.

W przyjĊtych zaáoĪeniach kierowano siĊ wiedzą i wynikami badaĔ wáasnych na temat betonów samozagĊszczalnych [Grabiec i KosiĔski 2005, Grabiec i Chutek 2008, Grabiec 2011, 2012], zakáadając pewne podobieĔstwa mieszanek iniekcyjnyh do samozagĊsz- czalnych mieszanek betonowych, a takĪe czerpiąc z praktycznych doĞwiadczeĔ kilku wiodących na rynku krajowym i zagranicznym ¿ rm zajmujących siĊ montaĪem nowych i naprawianiem istniejących przewodów rurowych metodą bezwykopową.

(4)

Za kluczowe kryterium oceny przydatnoĞci mieszanki iniekcyjnej do wypeániania przestrzeni miĊdzyrurowej przyjĊto czas jej wypáywu z wiskozymetru skonstruowanego w Katedrze Mechaniki Budowli i Budownictwa Rolniczego Uniwersytetu Przyrodnicze- go w Poznaniu [Kostrzewski 2005], uznając za zadowalający czas wypáywu mieszczący siĊ w przedziale od 6 do 8 sekund. Przyrząd jest aktualnie przedmiotem postĊpowania w UrzĊdzie Patentowym RP, co uniemoĪliwia podanie szczegóáów dotyczących jego budowy. Badania czasu wypáywu wykonano jako wstĊpne [Lach 2010] i na ich podstawie wytypowano receptury iniektów do badaĔ zasadniczych. ObjĊtoĞü pojedynczego zarobu wynosiáa 1,1 dm³.

Harmonogram mieszania skáadników kompozytów iniekcyjnych przeznaczonych do badaĔ reologicznych, zarówno wstĊpnych, jak i zasadniczych, opisano w pracy Lach [2010].

Iniekty do badaĔ wykonano z cementu portlandzkiego CEM I 42,5 R, odpowiada- jącego wymaganiom normy PN-EN 197-1:2012, który jako spoiwo czystoklinkierowe w wiĊkszoĞci prowadzonych badaĔ z zakresu technologii kompozytów cementowych traktowany jest jako referencyjny.

W związku z róĪnorodną efektywnoĞcią wspóádziaáania cement – superplasty¿ kator w badaniach zastosowano dwa rodzaje domieszek upáynniających, jedną w formie proszkowej, drugą – w páynnej. Obie naleĪą do grupy PE i PC, ale o zróĪnicowanych skáadach, których, co oczywiste, w szczegóáach producenci nie podają.

Popióá lotny z elektrociepáowni, speániający wedáug informacji od dostawcy wymagania normy PN-EN 450-1:2009, wybrano jako mikrowypeániacz, kierując siĊ wiedzą o przydatnoĞci tego dodatku mineralnego w technologii kompozytów samozagĊszczal- nych oraz wzglĊdami ekologicznymi, bo jest to propozycja racjonalnego zagospodaro- wania go jako materiaáu odpadowego.

ChociaĪ cechy reologiczne kompozytów iniekcyjnych są najistotniejsze, to zbadano równieĪ ich 28-dniową wytrzymaáoĞü na Ğciskanie, zakáadając, Īe powinna wynosiü okoáo 10 MPa. Uznano takĪe za uzasadnione badanie skurczu kompozytów w związku ze zmniejszaniem siĊ, wskutek skurczu, dokáadnoĞci wypeánienia wolnej przestrzeni miĊ- dzyrurowej w renowacji rurociągów.

METODYKA

Mieszanki iniekcyjne zawierające proszkowy oraz páynny superplasty¿ kator, wykonane wedáug receptur zestawionych w tabeli 1, zbadano pod kątem ich cech reologicznych: czasu rozpáywu na odlegáoĞü 100 cm, maksymalnej dáugoĞci rozpáywu oraz czasu potrzebnego na jej osiągniĊcie. Zbadano początek czasu wiązania kompozytów iniekcyjnych, wytrzymaáoĞü iniektów na Ğciskanie po 28 dniach twardnienia oraz skurcz do ustabilizowania w czasie.

Zaroby iniekcyjne wykonywano w dwóch rodzajach mieszarek. Zaroby o objĊtoĞci wy- noszącej 1,1 dm³, przeznaczone do badaĔ reologicznych i początku czasu wiązania, byáy przygotowywane w mieszarce do cementowych zapraw normowych, natomiast zaroby o objĊtoĞci 30 dm³, przeznaczone do wykonania próbek do badania wytrzymaáoĞci na Ğci- skanie i skurczu – w mieszarce przeciwbieĪnej Tz 100/60 typu Atika.

(5)

Wykonaną mieszankĊ iniekcyjną poddawano najpierw badaniu czasu wypáywu z wiskozymetru. JeĞli czas wypáywu nie mieĞciá siĊ w zaáoĪonym przedziale, to sukcesywnie dokonywano wery¿ kacji receptury mieszanki iniekcyjnej poprzez zmianĊ procentowej iloĞci superplasty¿ katora wzglĊdem sumy masowej cementu i popioáu lotnego (tab. 2).

Czas potrzebny do rozpáywu mieszanek iniekcyjnych na odlegáoĞü 100 cm, wykonanych wedáug receptur wytypowanych na podstawie wyników badaĔ wstĊpnych (tab. 1), pomierzono za pomocą wymienionego wiskozymetru i rynny z PCV dáugoĞci 200 cm, zablokowanej z obu stron zaĞlepkami PCV. Rynna zostaáa umiejscowiona w ten sposób, aby w rzucie poziomym odlegáoĞü zewnĊtrznej krawĊdzi wiskozymetru byáa oddalona o 1 cm od zaĞlepki. Czas potrzebny do rozpáywu mieszanki na 100 cm mierzony byá od momentu uruchomienia stopera wiskozymetru do chwili osiągniĊcia rozpáywu w rynnie na dáugoĞü 100 cm (tab. 3).

OkreĞlenie maksymalnej dáugoĞci rozpáywu kompozytów iniekcyjnych odbyáo siĊ za pomocą tego samego oprzyrządowania, w którym mierzono czas potrzebny do rozpáywu iniektu na odlegáoĞü 100 cm. Za maksymalną dáugoĞü rozpáywu iniektu w rynnie przyjĊto odlegáoĞü, którą osiąga on do momentu zaprzestania páyniĊcia (tab. 4).

Tabela 1. Receptury iniektów zastosowanych do badaĔ zasadniczych Table 1. Recipes of injects used for basic studies

Oznaczenie receptury Recipe designation

IloĞü cementu na 1 m³iniektu

[kg]

Cement amount per cubic meter

of inject [kg]

W/(C+P) [–]

IloĞü superplasty¿ katora [% masy (C+P)]

Superplasticiser amount [% masy (C+P)]

IloĞü skáadników [g] na 1,1 dm³ iniektu Ingredient amount [g] per 1.1 dm³of inject

cement cement popióá À y ash woda water superplasty¿ kator superplasticiser

A 200 0,25 0,082 220 1350 393 1,29

B 220 0,25 0,080 242 1332 394 1,26

C 240 0,25 0,080 264 1315 395 1,26

D 260 0,25 0,080 286 1297 396 1,27

E 200 0,25 0,75 220 1337 389 11,7

Tabela 2. Czas wypáywu iniektu z wiskozymetru [s]

Table 2. Time of inject À owing from viscometer [s]

IloĞü superplasty¿ katora w stosunku do suchej masy [%]

Superplasticiser amount [%]

Stosunek cementu do popioáu [–]

Cement-À y ash ratio [–]

0,16 0,18 0,20 0,22

0,080 7,41 6,85 6,95 7,02

0,085 6,50 6,56 6,58 6,82

0,090 5,71 6,46 6,50 6,54

0,095 5,52 6,26 6,36 6,40

0,100 5,30 6,14 6,16 6,28

(6)

Podobne pod wzglĊdem metodyki pomiarów byáo badanie czasu potrzebnego do roz- páywu mieszanki na maksymalną odlegáoĞü. RóĪnica polegaáa na tym, Īe czas mierzony byá od momentu uruchomienia stopera wiskozymetru do chwili osiągniĊcia maksymalnego rozpáywu kompozytu iniekcyjnego w rynnie (tab. 5).

Początek czasu wiązania kompozytów iniekcyjnych zmierzono w aparacie Vica- ta. Napeániano pierĞcieĔ aparatu iniektem sporządzonym wedáug wybranej receptury, a nastĊpnie, zgodnie zaleceniami normy PN-EN 196-3:2006, mieszano wszystkich skáad- ników mieszanki iniekcyjnej do momentu, w którym odlegáoĞü igáy od páytki bazowej wyniosáa 6 ±3 mm (tab. 6).

Badanie wytrzymaáoĞci na Ğciskanie kompozytów iniekcyjnych po 28 dniach zostaáo wykonane zgodnie z normą PN-EN 12390-3:2002. Przeprowadzono badania na trzech próbkach szeĞciennych o krawĊdzi 150 mm dla pojedynczej serii, w maszynie wytrzyma- áoĞciowej typu 107/3000 A DIG 2000-P.C. produkcji szwajcarskiej (tab. 7).

Do badania wielkoĞci skurczu, z pozostaáej po wykonaniu próbek do badania wy- trzymaáoĞci mieszanki iniekcyjnej, uformowano próbki prostopadáoĞcienne o wymiarach 100 × 100 × 500 mm. Próbki wyjĊto z form po 48 godzinach i przeniesiono do basenu z wodą. Skurcz iniektu oznaczono wedáug zaleceĔ Instrukcji ITB 194/98. Po rozformo- waniu zostaáy na nich zamontowane repery (przyklejone klejem szybkoschnącym). War- toĞü skurczu iniektów odczytywano z czujników zamontowanych nad próbkami. Pomiary wykonywano przez pierwsze 15 dni codziennie, nastĊpnie co drugi dzieĔ (do 68. dnia), a póĨniej raz w tygodniu – do 111. dnia, czyli do momentu ustabilizowania. Pomiar skurczu odbywaá siĊ za pomocą czujników pomiarowych z podziaáką o dokáadnoĞci

±0,01 mm w stalowych stelaĪach wykonanych na potrzeby KMBiBR UP w Poznaniu.

KaĪde pojedyncze badanie danej cechy mieszanki iniekcyjnej, zarówno na etapie po- szukiwaĔ optymalnej receptury, jak i badaĔ zasadniczych, oraz oznaczanie cech stward- niaáych kompozytów iniekcyjnych wykonywano w trzech powtórzeniach.

Interpretacji statystycznej poddano wyniki badaĔ, dotyczące parametru do przyjĊte- go jako podstawowe kryterium oceny efektywnoĞci mieszanki iniekcyjnej wypeániającej przestrzeĔ miĊdzyrurową, a mianowicie czasu wypáywu iniektu z wiskozymetru (tab. 2).

Przeanalizowano wyniki badaĔ czasu wypáywu iniektów zawierających superplasty¿ kator proszkowy, z którego zastosowaniem wykonano cztery mieszanki iniekcyjne. Roz- patrzono dwie zmienne: czynnik A – iloĞü superplasty¿ katora, i czynnik B – stosunek iloĞci cementu do popioáu. W odniesieniu do czynników A i B, traktowanych indywidu- alnie oraz áącznie, sformuáowano hipotezy o braku ich wpáywu na czas wypáywu iniektu (hipotezy: H₀¹, H₀², H₀³) oraz hipotezy o istnieniu tego wpáywu (hipotezy: H₁¹, H₁², H₁³). W celu sprawdzenia prawdziwoĞci postawionych hipotez zerowych zastosowano analizĊ jednoczynnikową, biorąc pod uwagĊ wyniki dla piĊciu populacji (r = 5), doko- nując pomiaru kaĪdej populacji w czterech próbach w odniesieniu do czynnika A oraz dla r = 4 i n = 5 w odniesieniu do czynnika B. Natomiast sáusznoĞü hipotezy zerowej w odniesieniu do czynników A i B zbadano za pomocą analizy dwuczynnikowej. Przy- jĊty poziom istotnoĞci Į wynosiá 0,05. Hipotezy zwery¿ kowano wedáug Lach [2010], za Brandtem i Szymanowskim [1998].

(7)

WYNIKI BADAē

Czas rozpáywu mieszanek iniekcyjnych, wykonanych wedáug receptur zestawionych w tabeli 1, na odlegáoĞü 100 cm, maksymalną dáugoĞü ich rozpáywu oraz czas potrzebny do osiągniĊcia tej dáugoĞci przedstawiono w tabelach 3, 4 i 5. Wyniki badania początku czasu wiązania kompozytów iniekcyjnych zestawiono w tabeli 6, wytrzymaáoĞci 28-dnio- wej – w tabeli 7, a skurczu (wartoĞci Ğrednie) – na rysunku 1. Wyniki wygenerowane za pomocą moduáu analiza danych w zakresie wpáywu iloĞci superplasty¿ katora na czas wy- páywu kompozytu iniekcyjnego z wiskozymetru oraz wpáywu stosunku iloĞci cementu do popioáu na czas wypáywu kompozytu iniekcyjnego zestawiono odpowiednio w tabelach 8 i 9. Tabela 10 pokazuje rezultaty dotyczące równoczesnego wpáywu iloĞci superplasty-

¿ katora i stosunku iloĞci cementu do popioáu na czas wypáywu mieszanki iniekcyjnej.

Tabela 3. Czas rozpáywu iniektów na odlegáoĞü 100 cm Table 3. Time of inject spreading at a distance of 100 cm

Nr próbki No. of sample

Czas rozpáywu iniektów na 100 cm [s]

Time of inject spreading [s]

Receptura A Recipe A

Receptura B Recipe B

Receptura C Recipe C

Receptura D Recipe D

Receptura E Recipe E Próbka 1

Sample No. 1 26 26 28 26 2,0

Próbka 2

Sample No. 2 26 27 27 28 2,0

Próbka 3

Sample No. 3 24 26 28 28 3,0

ĝrednia

Average 25,3 26,3 27,7 27,3 3,3

Tabela 4. Maksymalna dáugoĞü rozpáywu iniektów Table 4. Maximal spread length of injects

Maksymalna dáugoĞü rozpáywu [cm]

Maximal spread length [cm]

Sample No.1 120 128 120 128 230

Próbka 2

Sample No. 2 121 128 120 129 243

Próbka 3

Sample No. 3 135 128 121 129 234

ĝrednia

Average 125 128 120 129 238

(8)

Tabela 5. Czas rozpáywu iniektów na maksymalną dáugoĞü Table 5. Time of inject spreading to maximal length

Nr próby No. of sample

Czas rozpáywu na maksymalną odlegáoĞü [s]

Time of inject spreading to maximal length [s]

Sample No. 1 99 99 92 100 16

Próbka 2

Sample No. 2 99 99 92 99 19

Próbka 3

Sample No. 3 105 98 93 99 15

ĝrednia

Average 101,0 98,7 92,3 99,3 16,7

Tabela 6. Początek czasu rozpáywu iniektów Table 6. Initial setting time of injects

Początek czasu wiązania [godz i min]

Initial setting time [hrs and minutes]

Sample No. 1 7 h 5 min 7 h 10 min 7 h 35 min 8 h 5 min 9 h 55 min Próbka 2

Sample No.2 7 h 15 min 7 h 15 min 7 h 30 min 8 h 15 min 10 h 20 min Próbka 3

Sample No. 3 7 h 10 min 7 h 15 min 7 h 15 min 8 h 20 min 10 h 10 min ĝrednia

Average 7 h 10 min 7 h 13 min 7 h 27 min 8 h 13 min 10 h 22 min

Tabela 7. WytrzymaáoĞü iniektów na Ğciskanie Table 7. Compressive strength of injects

WytrzymaáoĞü na Ğciskanie [MPa]

Compressive strength [MPa]

Sample No. 1 8,0 9,4 11,0 12,3 16,3

Próbka 2

Sample No. 2 7,5 9,8 11,0 12,8 16,2

Próbka 3

Sample No. 3 7,9 9,6 11,2 12,7 18,6

ĝrednia

Average 7,8 9,6 11,1 12,6 17,0

(9)

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Skurcz [mm·m–1] Shrinkage [mm·m–1]

Czas [dni]

Time [days]

Receptura A Recipe A Reeptura B Recipe B Receptura C Recipe C Receptura D Recipe D Receptura E Recipe E

Rys. 1. Skurcz iniektów Fig. 1. Shrinkage of injects

Tabela 8. Wyniki analizy 1-czynnikowej wariancji dla zmiennej prognozowanej (A) Table 8. Results of 1-factor variance analysis for variable forecast (A)

Zródáo wariancji

Variance source SS df MS F WartoĞü-p

p-value

Test F F test PomiĊdzy grupami

Between groups 92,05 4 23,01 26,65 1,16E-06 3,06

W obrĊbie grup

Within groups 12,95 15 0,86 x x x

Razem

Together 105,00 19 x x x x

Oznaczenia: SS – suma kwadratów; df – liczba stopni swobody; MS – wariancja z próby (Ğrednie kwadraty);

F – wartoĞci statystyki Fishera-Snedecora; wartoĞü p – poziom istotnoĞci odpowiadający wartoĞci krytycznej równej wartoĞci statystyki testu F; test F – wartoĞü krytyczna (F*) odczytana z tablic Fishera-Snedecora dla Į = 0,05; x – wypeánienie pozycji jest niemoĪliwe lub niecelowe.

Notes: SS – sum of squares; df – degrees of freedom; MS – variance (middle squares); F – values of Fisher- -Snedecor statistics; p-value – signi¿ cance level equal to critical value of F test statistics; test F – critical value (F*) from Fisher-Snedecor tables for Į = 0,05; x – ful¿ llment impossible or useless.

Table 9. Wyniki analizy 1-czynnikowej wariancji dla zmiennej prognozowanej (B) Table 9. Results of 1-factor variance analysis for variable forecast (B)

Zródáo wariancji

p-value

Test F F test PomiĊdzy grupami

Between groups 9,30 3 3,10 0,52 0,68 3,24

W obrĊbie grup

Within groups 95,70 16 5,98 x x x

Razem

(10)

PODSUMOWANIE

Na podstawie badaĔ przeprowadzonych na mieszankach iniekcyjnych w stanie Ğwie- Īym stwierdzono, Īe superplasty¿ kator w postaci páynnej (receptura E) efektywniej wpáywaá na wáaĞciwoĞci reologiczne kompozytu iniekcyjnego aniĪeli superplasty¿ kator proszkowy (receptury: A, B, C i D). Iniekt zawierający superplasty¿ kator páynny osią- gnąá krótszy czas rozpáywu na odlegáoĞü 100 cm (tab. 3), a takĪe osiągnąá dáuĪszy roz- páyw (tab. 4) w krótszym czasie (tab. 5). Zaobserwowano równieĪ, Īe iloĞü cementu, w przyjĊtym zakresie 200–260 kg na 1 m³iniektu (receptury: A, B, C i D), nie wpáynĊáa znacząco na wáaĞciwoĞci reologiczne iniektu.

Superplasty¿ kator proszkowy zastosowany w iloĞci od 0,07 do 0,40% w stosunku do suchej masy (cementu i popioáu lotnego), zmieniá konsystencjĊ kompozytów iniekcyjnych na bardziej páynną. PowyĪej wartoĞci 0,40% w stosunku do suchej masy nie stwierdzono zmian w upáynnieniu.

UwagĊ zwraca takĪe róĪne zachowanie mieszanek iniekcyjnych zarówno na bazie superplasty¿ katora proszkowego, jak i superplasty¿ katora páynnego podczas badania po- czątku czasu wiązania (tab. 6). OtóĪ ta pierwsza po wprowadzeniu do pierĞcienia aparatu Vicata sukcesywnie tĊĪaáa, natomiast mieszanka z superplasty¿ katorem páynnym po wprowadzeniu do pierĞcienia aparatu Vicata w pierwszej godzinie upáynniaáa siĊ, czemu towarzyszyáo widoczne oddzielanie wody od cementu. Miaáo to wpáyw na początek czasu wiązania, który dla kompozytu iniekcyjnego zawierającego superplasty¿ kator páynny okazaá sie znacznie dáuĪszy od początku czasu wiązania kompozytów z superplasty¿ katorem proszkowym. Dodatkowo na podstawie badaĔ przeprowadzonych na iniektach za- wierających proszkowy superplasty¿ kator stwierdzono, Īe iloĞü cementu w nieznacznym stopniu wpáynĊáa na początek czasu wiązania.

Zaobserwowano równieĪ róĪnice we wáaĞciwoĞciach stwardniaáych mieszanek iniekcyjnych. Rodzaj superplasty¿ katora wpáynąá na 28-dniową wytrzymaáoĞü iniektów na Ğciskanie. Iniekt zawierający superplasty¿ kator páynny charakteryzowaá siĊ wiĊkszą wy- trzymaáoĞcią (tab. 7). RównieĪ iloĞü cementu wpáynĊáa na tĊ cechĊ. Na podstawie do- ĞwiadczeĔ przeprowadzonych na kompozytach iniekcyjnych, w których skáad wchodziá Tabela10. Wyniki analizy 2-czynnikowej wariancji dla zmiennej prognozowanej (A i B)

Table 10. Results of 2-factor variance analysis for variable forecast (A and B) ħródáo wariancji

p value

Test F F test Czynnik A

Variable A 9,30 3 3,10 10,19 0,001 3,49

Czynnik B

Variable B 92,05 4 23,01 75,62 2,09E-08 3,26

Báąd

Error 3,65 12 0,30 x x x

Razem

Oznaczenia jak w tabeli 8.

Notes as in Table 8.

(11)

superplasty¿ kator proszkowy, stwierdzono, Īe im wiĊcej cementu zawieraá kompozyt, tym wiĊkszą wytrzymaáoĞü osiągaá po 28 dniach. W nawiązaniu do przyjĊtych zaáoĪeĔ stwierdzono, Īe iniekty wykonane wedáug receptur C i D (z superplasty¿ katorem w postaci proszkowej) oraz E (z superplasty¿ katorem w postaci páynnej), charakteryzujące siĊ wytrzymaáoĞcią na Ğciskanie powyĪej 10 MPa (w tym iniekt z superplasty¿ katorem páynnym wytrzymaáoĞcią przekraczającą 17 MPa), pozwoliáy uzyskaü w peáni satysfak- cjonujące cechy stwardniaáych kompozytów wypeániających przestrzeĔ miĊdzyrurową.

Skurcz iniektów zawierających proszkowy superplasty¿ kator wystąpiá do okoáo 110.

dnia, natomiast skurcz iniektu zawierającego superplasty¿ kator páynny utrzymywaá sie do okoáo 70. dnia. KoĔcowe wartoĞci skurczu dla kompozytów iniekcyjnych na bazie superplasty¿ katorów obydwu postaci, przy zaáoĪeniu tej samej iloĞci cementu (200 kg, odpowiednio receptury A i E), wyniosáy okoáo 1,04 mm·m^–1 (rys. 1). Dodatkowo zauwa- Īono, Īe koĔcowa wartoĞü skurczu iniektów zawierających superplasty¿ kator proszkowy (receptury: A, B, C i D) byáa zaleĪna jedynie od iloĞci cementu. Kompozyty iniekcyjne zawierające od 220 do 260 kg cementu w 1 m³ osiągnĊáy wiĊksze wartoĞci koĔcowe skurczu w porównaniu ze skurczem kompozytów z iloĞcią 200 kg cementu.

Udowodniono prawdziwoĞü stwierdzenia, Īe iloĞü superplasty¿ katora oraz stosunek cementu do popioáu mają wpáyw na czas wypáywu mieszanki iniekcyjnej z wiskozymetru, na co pozwoliáa analiza z uwzglĊdnieniem przyjĊtych hipotez statystycznych. War- toĞü statystyki F, zarówno dla czynnika zmiennego A, jak i B, naleĪaáa do przyjĊtych ob- szarów krytycznych, dlatego hipotezĊ zerową odrzucono na rzecz hipotezy alternatywnej (tab. 8, 9, 10).

Wytypowane dziĊki badaniom laboratoryjnym masy iniekcyjne sprawdziáy siĊ w warunkach technicznych, wypeániając z powodzeniem przestrzeĔ miĊdzyrurową. Uznano wiĊc, Īe za pomocą stosunkowo áatwych w realizacji metod laboratoryjnych moĪna okre- Ğliü cechy reologiczne kompozytów iniekcyjnych (czas wypáywu z wiskozymetru, czas rozpáywu na odlegáoĞü 100 cm, maksymalną dáugoĞü rozpáywu oraz czas potrzebny do osiągniĊcia maksymalnego rozpáywu) i wybraü receptury iniektów, które bez potrzeby wery¿ kacji w skali technicznej mogą byü w niej zastosowane.

PIĝMIENNICTWO

Abel, T. (2006). Maxi-trolining w Polsce. InĪynieria Bezwykopowa, 1, 58–60.

Abel, T. (2009). Trolining – bezwykopowa technologia naprawy rurociągów. Materiaáy Budowla- ne, 12, 24–25.

BarczyĔski, A., Podziemski, T. (2006). Sieci gazowe polietylenowe. Projektowanie, budowa, uĪyt- kowanie. SITPNiG, Warszawa.

Brandt, S. Szymanowski, L. (1998). Analiza danych: metody statystyczne i obliczeniowe. Wydaw- nictwo Naukowe PWN, Warszawa.

Buczkowski, W. (2007). Badania zmierzające do okreĞlenia stopnia zuĪycia betonowych kolekto- rów kanalizacyjnych. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 5, 6–8.

Chady, A. (2007). Zastosowanie pianobetonu przy realizacji systemów komunalnych (www.mura- torplus.pl; data publikacji: 30/05/2007).

Demski, M., Abel, T. (2005). Bezodkrywkowa regeneracja rurociągów. Inwestycje Komunalne – Przegląd ZamówieĔ Publicznych 2.

(12)

Goáaszewski, J. (2003). Ksztaátowanie urabialnoĞci mieszanki betonowej superplasty¿ katorami.

Wydawnictwo Politechniki ĝląskiej, Gliwice.

Goáaszewski, J. (2009). InÀ uence of viscosity enhancing agent on rheological and compressive strength of superplasticized mortars. Journal of Civil Engineering and Management, 15 (2), 181–188.

Grabiec, A.M. (2011). SkutecznoĞü dziaáania superplasty¿ katorów z uwzglĊdnieniem róĪnych ro- dzajów cementu. Wydawnictwo Uniwersytetu Pryrodniczego, PoznaĔ.

Grabiec, A.M. (2012). InÀ uence of viscosity modifying agent on some rheological properties, se- gregation resistance and compressive strength of self-compacting concrete. Journal of Civil Engineering and Management, 19 (1), 1–8.

Grabiec, A.M., Chutek, R. (2008). Cement type and properties of self-compacting concrete. Acta Sci. Pol. Architectura, 7 (4), 3–14.

Grabiec, A.M., KosiĔski, T. (2005). Wpáyw rodzaju mikrowypeániacza na wáaĞciwosci betonu sa- mozagĊszczalnego. Acta Sci. Pol. Architectura, 4 (2), 81–94.

Grzeszczyk, S., Janowska-Renkas, E., SkaliĔski, B. (2006). WáaĞciwoĞci reologiczne mieszanek samozagĊszczalnych – wpáyw mikrowypeániaczy. Cemenet Wapno Beton, 6, 337–342.

Instrukcja ITB 194/98. Badania cech mechanicznych betonu na próbkach wykonanych w for- mach.

JamroĪy, Z. (2005). Beton i jego technologie. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.

Jasiczak, J., Mikoáajczyk P. (2003). Technologia betonu mody¿ kowanego domieszkami i dodatka- mi. Alma Mater. Politechnika PoznaĔska, PoznaĔ.

Kempa, E.S. (1995). Ryzyko w procesach i obiektach inĪynierii sanitarnej. Ochrona ĝrodowiska, 2 (8), 43–48.

Knothe, S. (2003). Pierwszy doktorat w Akademii Górniczej. Biuletyn Informacyjny AGH, 118/119, 20.

Kostrzewski, W. (2005). Projektowanie analityczno-empiryczne mieszanek betonów samozagĊsz- czalnych w oparciu o wáaĞciwoĞci reologiczne zapraw. Praca magisterska. Uniwersytet Przyrodniczy, PoznaĔ.

Kuliczkowski, A. (2005). Przyczyny wystĊpowania katastrof kanalizacyjnych. Nowoczesne Bu- downictwo InĪynieryjne, 5, 20–25.

Kuliczkowski, A. (2009). Technologie bezwykopowe budowy i odnowy sieci podziemnych. Rynek Instalacyjny, 11, 6–7.

Kurdowski, W. (2010). Chemia cementu i betonu. Polski Cement, Kraków.

Lach, J. (2010). Opracowanie technologii parametrów iniektów na bazie cementów i popioáów lotnych do renowacji rurociągów metodą reliningu. Praca magisterska. Uniwersytet Przy- rodniczy, PoznaĔ.

àukowski, P. (2003). Domieszki do zapraw i betonów. Polski Cement, Kraków.

Madryas, C. (2007). Beton w infrastrukturze podziemniej miast przyszáoĞci. GeoinĪynieria. Drogi, Mosty, Tunele, 4, 28–35.

Madryas, C., Kolonko, A., Wysocki, L. (2002). Konstrukcje przewodów kanalizacyjnych. O¿ cyna Wydawnicza Politechniki Wrocáawskiej, Wrocáaw.

Nepomuceno, M.C.S., Oliveira, L., Lopes, S.M.R. (2012). Methodology for mix design of the mor- tar phase of self-compacting concrete using different mineral additions in binary blends of powders. Construction and Building Materials, 26 (1), 317–326.

Neville, A.M. (2012). WáaĞciwoĞci betonu. Arkady, Warszawa.

PN-EN 196-3:2006 Metody badania cementu. CzĊĞü 3: Oznaczenie czasów wiązania i staáoĞci objĊtoĞci.

PN-EN 197-1:2012 Cement. CzĊĞü 1: Skáad, wymagania i kryteria zgodnoĞci dotyczące cementów powszechnego uĪytku.

PN-EN 450-1:2009 Popióá lotny do betonu. De¿ nicje, specy¿ kacja i kryteria zgodnoĞci.

PN-EN 12390-3:2002 Badania betonu. CzĊĞü 3: WytrzymaáoĞü na Ğciskanie próbek do badania.

(13)

Spiratos, N., Page, M., Mailvaganam, N.P., Malhotra, V.M., Jolicoeur, C. (2006). Superplasticizers for Concrete. Fundamentals, Technology and Practice. Marquis, Quebec.

Szwabowski, J., Goáaszewski, J. (2010). Technologia betonu samozagĊszczalnego. Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków.

Woyciechowski, P. (2006). Domieszki mody¿ kujące lepkoĞü samozagĊszczalnych mieszanek betonowych. Konferencja „Dni betonu”, Wisáa, 623–633.

SOME PARAMETERS OF INJECTS BASED ON CEMENT AND FLY ASH FOR RENOVATION OF PIPELINES BY RELINING METHOD

Abstract. The study attemps to determine the optimal recipes based on cement, À y ash and two superplasticisers of new generation which would be able to ful¿ ll space between the pipes in renovation of pipelines by relining. Inject recipes were selected taking into ac- count the most favourable rheological properties of injects. There were À ow time from the viscometer, time of spread at the distance of 100 cm, time needed to achieve the maximum spread. Moreover, initial setting time, shrinkage and compressive strength after 28 days were determined. It was found that the type and amount of superplasticiser and cement- to-À y ash ratio affect the rheological properties of the injects. Relatively easy laboratory methods used for measurements of rheological properties made it possible to select optimal recipes of injects which in technical scale ful¿ ll space between the pipes successfully.

Key words: inject, cement, À y ash, relining

Zaakceptowano do druku – Accepted for print: 21.03.2016

Cytowanie: Grabiec, A.M., Lach-àączna, J. (2016). Wybrane parametry mieszanek iniekcyjnych z cementu i popioáu lotnego do renowacji rurociągów metodą reliningu. Acta Sci. Pol. Architectura, 15 (1), 55–67.