EKSPANSĪVU ĢEOPOLIMĒRU IZMANTOŠANA BETONA GRĪDAS PLĀTŅU IESĒŠANĀS MAZINĀŠANAI

’70 gados Uretek inženieri sāka eksperimentēt un izmantot ģeo-polimēru injekcijas, lai stabilizētu ēku pamatus, kas cieš no to iegrimšanas. Kopš tā laika šī tehnoloģija ir ievērojami attīstījusies un tiek plaši izmantota dažādās būvniecības nozarēs. Ģeo-polimēru injekcijas ar lieliem panākumiem ir izmantotas ēku, ceļu, lidlauku un dzelzceļu plātņu pacelšanai un stabilizēšanai.

Jau 50 gadus Uretek ir bijis šīs tehnoloģijas līderis, ir izstrādājis un patentējis vairākus ģeo-polimēru veidus, kas optimāli atrisina dažādas strukturālas problēmas.

Šajā rakstā ir sniegts pārskats par Uretek ģeo-polimēriem kā ilgtspējīgu inženiertehnisko materiālu, kas var piedāvāt rentablus risinājumus, lai stabilizētu un paceltu ļoti noslogotas betona plātnes, kas cieš no pārmērīgas nosēšanās. Rakstā detalizēti apskatīts gadījums, kad ar izmantojot Uretek ģeo-polimēru injekcijas metodi tika stabilizēta bojāta betona plātne kādā noliktavā, neietekmējot noliktavas darbību.

Ekspansīvi ģeo-polimēri

Ģeo-polimēri ir ekspansīvi sveķi, kurus ar īpašu augstspiediena injicēšanas aprīkojumu var iesmidzināt grunts slāņos, lai aizpildītu dobumus, stabilizētu un celtu grunts nestspēju. Ģeo-polimēru injekciju tehnoloģijai salīdzinājumā ar konvencionālajām celtniecības metodēm ir unikālas un izcilas inženiertehniskās īpašības, tāpēc tā ir ideāli piemērota ilgtspējīgai celtniecībai.

Ātra sacietēšana. Atšķirībā no tradicionālās būvjavas ģeo-polimēru sacietēšanas laiks parasti ir īsāks par minūti. Tas nozīmē, ka ģeo-polimēru priekšrocības būs redzamas acumirklī. Jāpiebilst, ka ģeo-polimēru maisījumu var pielāgot, lai iegūtu dažādiem projektiem un pielietojumiem nepieciešamo izplešanos un sacietēšanas laiku.

Kontrolēta uzbriešana. Uretek Ģeo-polimēri var izplesties līdz pat 40 reizēm un nodrošināt atšķirīgu celšanas spēku. Ļoti reaktīviem ģeo-polimēriem parasti ir lielāka tilpuma izplešanās un mazāks gala blīvums. Bet ģeo-polimēriem ar zemu reaktivitāti parasti ir mazāka tilpuma izplešanās un lielāks blīvums. Lai izvēlētos vispiemērotāko ģeo-polimēru veidu, ir jāzina, kādā nolūkā tie tiks pielietoti. Piemēram, lai paceltu plātnes un sasniegtu vēlamo to augstumu, Uretek jāizvēlas ģeo-polimēru ar augstu reaktivitāti. Taču grunts stiprināšanas nolūkā priekšroka jādod ģeo-polimēriem ar zemu reaktivitāti, jo tie nodrošina lielāku kompozīta stingrību un izturību.

1. attēls. Tilpuma izplešanās dažāda veida ģeopolimēriem.

 

Viegls materiāls. Uretek ģeo-polimēru galīgais blīvums ir no 150 kg/m³ līdz 300 kg/m³, tas ir attiecīgi gandrīz 10 un 5 reizes vieglāks nekā tipisks betons un java.

Augsta spiedes un stiepes izturība. Injicējamā Uretek ģeo-polimēra neierobežotā spiedes izturība mainās atkarībā no blīvuma. Lielāks ģeo-polimēra blīvums dos lielāku spiedes izturību. Spiedes īpašību testēšana, ko veikusi Padujas universitāte Itālijā (Dominijanni and Manassero, 2014), parādīja, ka pastāv eksponenciāla saistība starp ģeo-polimēra blīvumu un spiedes izturību, un, ja ģeo-polimēra blīvums ir 300 kg/m³, tā var sasniegt līdz 5 MPa (skatīt 2.a attēlu), kas ir 30 reizes lielāks nekā parastajiem inženiertehniskajiem pildījumiem. Pretēji inženiertehniskajiem pildījumiem ģeo-polimēriem ir arī laba stiepes izturība; tā ir atkarīga arī no sveķu blīvuma un var sasniegt līdz 3 MPa, ja ģeo-polimēra galīgais blīvums  ir 300 kg/m³ (skatīt 2.b attēlu).

(a) Spiedes izturība                                                                              (b) Stiepes izturība

2. attēls. Padujas laboratorijas testu rezultāti.

Kontrolētā stinguma modulis. Saskaņā ar Padujas universitātes laboratorijā veiktajiem testiem (Dominijanni and Manassero, 2014) Uretek ģeo-polimēra stinguma modulis ir atkarīgs no izvēlētā ģeo-polimēra aprēķinātā blīvuma, un ģeo-polimēram ar blīvumu no 150 kg/m³ līdz 300 kg/m³ tas var mainīties no 30 MPa līdz 80 MPa (skatīt 3. attēlu).

3. attēls. Saistība starp ģeo-polimēra blīvumu un moduli.

 

Šķīdums bez ūdens. Uretek ģeo-polimēriem, lai sāktu saistīšanu un cietēšanu, nav nepieciešams ūdens, tāpēc tie arī nepalielinās ūdens saturu augsnē. Ģeo-polimēru sacietēšana notiek ar eksotermisku ķīmisku reakciju, ko sauc par polimerizāciju.

Videi draudzīgs materiāls. Uretek ģeo-polimēru molekulārā struktūra ir ļoti stabila, tāpēc tie nepiesārņo augsni vai gruntsūdeņus un ir mazāk pakļauti ķīmiskai iedarbībai.

PIEREDZE STĀSTS noliktava Pierīgā

Pārtikas preču noliktava atrodas netālu no Rīgas. Noliktavas kopējā platība pārsniedz 24.000 m². Tas ir viens no lielākajiem pārtikas preču distribūcijas centriem Latvijā, un tajā ir aptuveni 65 ejas ar smagi noslogotiem plauktiem. Kopējais grīdas plātnes spiediens uz zemi bija 30 kPa (skatīt 4. attēlu). Grīdas plātni veidoja 24 cm biezs, armēts dzelzsbetons uz 3,00 m režģī izvietotiem pāļiem.

Drīz pēc noliktavas ekspluatācijas uzsākšanas sāka parādīties plātnes nosēšanās pazīmes. Nosēšanās dziļums bija līdz pat ~3,00 cm, kas galu galā radīja ievērojamas plaisas.

4. attēls. Noliktavas ejas un plaukti.

Pārmērīgā grīdas plātnes iesēšanās apdraudēja produktīvu noliktavas darbību. Sākotnēji tika lēsts, ka kopējā, problēmas skartā platība bija aptuveni 7600,00 m², jeb 26 % no kopējās platības. Pēc plašas grunts izpētes tika secināts, ka galvenais pārmērīgās nosēšanās iemesls ir 8 m biezs irdenu smilšu slānis zem plātnes. 5. attēlā ir parādīta urbuma informācija un standarta iespiešanās testa (SPT) rādījumi (iegūti ar konusa iespiešanās testu) vienā no vissmagāk skartajām vietām. Attēlā redzams, ka zem plātnes pamatu granulētā materiāla ir aptuveni 8 m biezs, ļoti mīksts irdenu smilšu slānis, kura SPT vērtība ir mazāka par 2. 

 

Lielā plātnes slodze un īpaši zemas stiprības māls zem plātnes izraisīja māla pārmērīgu konsolidāciju, kā rezultātā tika novērots augsts iesēšanās līmenis.

Lai mazinātu pārmērīgo nosēšanos noliktavā, Uretek tika uzdots ar ģeo-polimēru injekcijām pacelt grīdas plāksni tās sākotnējā līmenī.

5. attēls. Urbuma informācija un SPT rādījumi vienā no vissmagāk skartajām vietām.

Parasti, ģeo-polimēru injicēšana notiek trīs galvenajos posmos, kā parādīts 7. attēlā. Pirmajā posmā cauri plātnei līdz vajadzīgajam dziļumam tiek izurbts caurums ar diametru 12 mm. Tajā tiek ievietota injekcijas caurule, caurules galam ir jābūt zem plātnes. Trešajā posmā zem plātnes tiek iesmidzināts atbilstošs daudzums vajadzīgā veida ģeo-polimēra. Ģeo-polimērs izplešas zem plātnes un paceļ plātni, kā parādīts 8. attēlā. Šī procesa laikā plātņu līmenis tiek rūpīgi uzraudzīts ar lāzera līmeņrāžiem, lai nodrošinātu, ka tiek sasniegti vēlamie pacēlumi un ka tie atbilst pielaidēm. 

1. posms. Urbšana.

2. posms. Cauruļu ievietošana.

3. posms. Ģeopolimēra iesmidzināšana un sacietēšanas uzraudzīšana.

 

Distribūcijas centra noliktavai grīdas plātņu pacelšana tika veikta trīs piegājienos. Pacelšana tika kartēta atbilstoši noliktavas plānojumam, kā parādīts 9. attēlā. Trīs piegājieni tika izvēlēti, lai samazinātu spriegumu plātnē un ievērotu noteiktās pielaides. Šie piegājieni tika noteikti atbilstoši konstatētajam nosēšanās līmenim katrā vietā un bija šādi:

• pirmais pacelšanas piegājiens tika izpildīts, lai paceltu zonas, kurās nosēšanās bija līdz 8 mm;
• otrais pacelšanas piegājiens tika izpildīts, lai paceltu zonas, kurās nosēšanās bija no 8 mm līdz 20 mm;
• trešais pacelšanas piegājiens tika izpildīti, lai paceltu zonas, kurās nosēšanās bija no 20 mm līdz 32 mm.

 9. attēls. Pacelšanas piegājienu karte atbilstoši noliktavas plānojumam.
 

Katrā piegājienā plātņu pacelšana tika veikta vairākos nelielos soļos, līdz tika sasniegts mērķa līmenis ar pielaidi –0,1/+0,1 cm. 

Pacelšanas darbi vienlaikus notika divās ejās, kas tobrīd bija pilnībā noslogotas. Pēc darbu pabeigšanas ejas tika nodotas ekspluatācijā, un sekoja nākamo divu eju pārņemšana. Uretek darbus pabeidza 2 nedēļās, neietekmējot noliktavas darbību. Betona grīdas līmeni pēc darbu veikšanas pārbaudīja pasūtītāja izvēlēts ārpakalpojums. Uretek ģeo-polimēru injekcijas tehnoloģijas izmantošana bija rentabls risinājums, lai mazinātu noliktavas plātņu pārmērīgo nosēšanos. Konvencionālā alternatīva būtu plātnes rekonstrukcija plašā apmērā, kas īpašniekam būtu izmaksājusi ievērojamu summu, kā arī radītu nopietnus traucējumus noliktavas darbībā.

Secinājumi

Šī raksta mērķis bija iepazīstināt lasītājus ar Uretek ģeo-polimēru injekcijas tehnoloģiju kā rentablu risinājumu, lai stabilizētu un līmeņotu pārmērīgi iesēdušās plātnes. Metodes pamatojumam tika izmantota distribūcijas centra noliktavas gadījuma izpēte, kurā uzsvērtas ar Uretek tehnoloģijas izmantošanu un efektivitāti saistītie ieguvumi. Secinājumi:

• Uretek ģeo-polimēriem piemīt izcilas inženiertehniskās īpašības, kas tos padara par rentablu alternatīvu efektīvam un ilgtspējīgam celtniecības materiālam;
• objekta pienācīga izpēte ir būtiska, lai noteiktu pamatproblēmu un izvēlētos un izmantotu piemērotāko ģeo-polimēru procedūru;
• rūpīga plānošana un darba izpildes mērījumi ir ļoti svarīgi, lai pilnībā izmantotu ģeo-polimēru injekciju priekšrocības;
• Uretek ģeo-polimēru injekciju tehnoloģija var būt rentabls risinājums sarežģītām problēmām pēc būvniecības pabeigšanas.