Jak inżynierowie konstrukcji budowlanych mogą wykorzystać technologię iniekcji materiałów geopolimerowych?

Iniekcja materiałów geopolimerowych stanowi nieuciążliwą, efektywną alternatywę dla tradycyjnego podbudowywania i palowania, którą firma Geobear udoskonaliła w wyniku prawie 40 lat badań, rozwoju, testowania i praktycznych robót. Implementację systemu iniekcji materiałów geopolimerowych firmy Geobear można zaliczyć do kategorii działań proaktywnych (poprawa nośności gruntów w celu umożliwienia zwiększenia obciążeń lub przeciwdziałanie osiadaniu w długiej perspektywie czasowej) lub reaktywnych (usuwanie zapadnięć).

Zastosowanie iniekcji materiałów geopolimerowych można podzielić na dwie kategorie:

  1. Konsolidacja powierzchniowa
  2. Konsolidacja wgłębna

W przypadku konsolidacji powierzchniowej materiał geopolimerowy jest wstrzykiwany w płytki obszar pod fundamentem. Ma to na celu przywrócenie pełnej styczności spodniej strony fundamentu z położonym pod nim gruntem poprzez wypełnienie wszelkich pustych przestrzeni we wzmacnianym gruncie.

Konsolidacja wgłębna dotyczy gruntów wzmacnianych na większej głębokości, a tym samym odnosi się głównie do sił powodowanych przez obciążenie. Celem wzmocnienia wgłębnego jest zwiększenie gęstości gruntu poprzez:

  • Wyeliminowanie pustych przestrzeni przez wypełnienie i zagęszczenie / konsolidację
  • Usunięcie powietrza i wody
  • Zbrylenie gruntu (w przypadkach gruntów ziarnistych)

Po iniekcji materiał geopolimerowy będzie się przemieszczać i pęcznieć zarówno w poziomie, jak i pionie do obszaru umożliwiającego obranie drogi najmniejszego oporu, a tym samym najbardziej potrzebującego wzmocnienia. Gdy to nastąpi, materiał geopolimerowy będzie pęcznieć w pionie i wywrze nacisk na spodnią stronę fundamentu, przechodząc w końcu z fazy ciekłej w stały stan skupienia.

Z reguły każdy punkt iniekcyjny tworzy strefę oddziaływania o promieniu około 1 m (w zależności od charakterystyki użytego materiału geopolimerowego), dając w wyniku sekcję wzmocnionego gruntu. Punkty iniekcyjne rozmieszcza się zazwyczaj w środkach stref o promieniu 1,0 – 1,5 m, aby zapewnić oddziaływanie robót iniekcyjnych w całym obszarze wymagającym wzmocnienia. Rozmieszczenie to może zostać zmodyfikowane w zależności od czynników takich, jak rodzaj gleby, nośność gruntu i obciążenie.

Firma Geobear bazuje na portfolio obejmującym ponad 30 materiałów przeznaczonych do użytku w gruntach o różnych właściwościach. Każdy materiał geopolimerowy ma inną charakterystykę, co czyni je przydatnymi w różnych scenariuszach:

Czas kremowania – czas potrzebny wstrzykiwanemu materiałowi geopolimerowemu na rozpoczęcie zmiany stanu skupienia z fazy ciekłej w fazę stałą.

Czas żelowania – czas potrzebny materiałowi geopolimerowemu na osiągnięcie stanu przylepności do powierzchni, co oznacza rozpoczęcie fazy pęcznienia.

Czas osiągnięcia stanu pyłosuchości – czas potrzebny materiałowi geopolimerowemu na utratę przylepności do powierzchni, co oznacza zakończenie fazy pęcznienia.

Gęstość po swobodnej ekspansji – gęstość materiału geopolimerowego po iniekcji z możliwością nieograniczonej ekspansji (stopień ograniczenia pęcznienia ma bezpośredni wpływ na rzeczywistą gęstość materiału geopolimerowego, zatem gęstość po swobodnej ekspansji jest najmniejszą możliwą gęstością tego materiału).

Zgodnie z praktykowaną przez firmę Geobear zasadą „nieuciążliwości” roboty iniekcyjne mające na celu poprawę właściwości gruntu są prowadzone z poziomu mobilnych warsztatów (samochodów ciężarowych) wyposażonych we wszystkie urządzenia i sprzęty niezbędne do realizacji projektów. W zależności od szeregu czynników technicy firmy Geobear zastosują iniekcję metodą ekstrakcyjną lub metodą wielorurową.

Metoda ekstrakcyjna

  1. Wywiercenie otworu o średnicy 16–50 mm do wymaganej głębokości wzmocnienia
  2. Wprowadzenie w otwór pojedynczej rury iniekcyjnej o wymaganej długości
  3. Iniekcja materiału geopolimerowego przez rurę z pomiarem natężenia przepływu oraz szybkości jednoczesnego wyciągania rury iniekcyjnej

Metoda wielorurowa

  1. Wywiercenie otworów o średnicy 16–50 mm do wymaganej głębokości
  2. Wprowadzenie wielu rur iniekcyjnych o różnych długościach na całej głębokości otworu
  3. Iniekcja określonej ilości materiału geopolimerowego w każdą rurę

Materiały

Materiały geopolimerowe firmy Geobear są wytwarzane z wielu różnych składników. Gdy składniki te łączą się ze sobą w trakcie wykonywania robót, rozpoczyna się proces polimeryzacji. Jest to proces, który powoduje, że materiał zmienia stan skupienia z fazy ciekłej w fazę stałą (pęczniejąc w trakcie tej przemiany).

Wytrzymałość mechaniczna materiałów geopolimerowych została oceniona przez producentów materiałów firmy Geobear w drodze prób wytrzymałości na ściskanie wykonanych zgodnie z normą EN 826 (według tej normy wytrzymałość na ściskanie mierzy się przy 10% odkształceniu materiału).

Wytrzymałość materiału geopolimerowego na ściskanie zależy od stosowanej gęstości. Dlatego też pomiarów wytrzymałości na ściskanie każdego z materiałów dokonano w warunkach różnej stosowanej gęstości w celu uzyskania szeregu wyników mogących w razie potrzeby służyć do interpolacji.

Oddziaływanie środowiskowe żywic firmy Geobear na glebę i wody gruntowe:  składniki materiałów firmy Geobear są wtryskiwane do gruntu, w związku z czym mogą wywierać wpływ na stan środowiskowy i ekologiczny gleby i pobliskich wód podziemnych. Na podstawie kilku studiów oddziaływań środowiskowych żywic firmy Geobear na glebę i wody gruntowe wyciągnięto wniosek, że wyroby te mają co najwyżej niewielki wpływ na środowisko.

Żywice te można więc uznać za w zasadzie nieprzepuszczalne i praktycznie niepodatne na wchłanianie wody.

 

Weryfikacja

Niezależnie od tego, czy iniekcje materiału geopolimerowego mają na celu zapobieżenie osiadaniu w przyszłości czy też zwiększenie nośności gruntu, technicy firmy Geobear przeprowadzają standardową kontrolę na miejscu wykonywania robót — kontrolę pracy konstrukcji. Podczas całego procesu iniekcji materiału geopolimerowego istotne elementy opierającej się na danym podłożu konstrukcji są monitorowane przy użyciu laserów obrotowych i zamontowanych czujników, z sensorami umieszczonymi w pobliżu aktywnego punktu iniekcyjnego. Każda iniekcja zostanie przedłużona do momentu zarejestrowania reakcji (< 0,5 mm). Wskazuje to na osiągnięcie odpowiedniego stopnia zagęszczenia / konsolidacji. Stanowi to również dowód, że stabilizowany grunt został odpowiednio wzmocniony, aby znosić obciążenia wywoływane przez konstrukcję, ponieważ siła skierowana ku górze będzie działać na spodnią stronę leżącego wyżej fundamentu, powodując przemieszczanie w górę.

W celu ilościowego wyrażenia wzrostu nośności gruntu w wyniku iniekcji materiału geopolimerowego stosuje się zazwyczaj badanie sondą dynamiczną stożkową (DCP). Badanie to umożliwia dokładne poznanie charakterystyki wzmacnianego gruntu, a także precyzyjne określenie nośności badanego podłoża z dokładnością do 100 mm. Poprawę nośności gruntów można wykazać poprzez porównanie wyników badań wykonanych przed wzmocnieniem z wynikami badań sondą dynamiczną stożkową (DCP) wykonanych po wzmocnieniu.

Badania sondą dynamiczną stożkową (DCP) zarówno przed rozpoczęciem, jak i po zakończeniu robót wykonuje się przy użyciu tego samego sprzętu — penetrometrów Pagani DPM 30-20 ze spadającymi obciążnikami o masie 30 kg. Zliczenie uderzeń wymaganych do wbicia pręta na głębokość 100 mm w badany grunt pozwala uzyskać wymierny wskaźnik nośności gruntu.

 

Podsumowanie

Firma Geobear nieustannie dąży do dalszego rozwoju zarówno w dziedzinie geopolimerów (doskonaląc istniejące i opracowując nowe materiały geopolimerowe), jak i zakresie wypracowywania najlepszych praktyk wykonywania i weryfikowania robót. Dla inżyniera konstrukcji budowlanych główną zaletą stosowania iniekcji materiałów geopolimerowych w stosunku do metod tradycyjnych jest efektywność systemu:

 

  • Szybkie i nieuciążliwe wzmocnienie gruntu
  • Nieodczuwalny, dla codziennego funkcjonowania proces naprawy gruntu. Bez konieczności opuszczania obiektu, wstrzymywania pracy, czy inwestycji.
  • Wyeliminowanie konieczności wykopów
  • 50% tańsze rozwiązanie w porównaniu do tradycyjnych metod
  • Technologia iniekcji geopolimeru zapewnia oszczędności rzędu 40-50% w porównaniu do tradycyjnych metod podbicia gruntu.
  • Aplikowany polimer jest niewrażliwy na wodę. Projektowana żywotność tego materiału wynosi 100 lat.
  • Minimalne oddziaływanie na środowisko

 

Sprawdź nasze Case Study: