technologijos

INJEKCIJOS – PATIKIMAS BŪDAS

ne tik žmonėms, bet ir gruntams stiprinti

Danutė SLIŽYTĖ, Rimantas MACKEVIČIUS

Vilniaus Gedimino technikos universiteto Statybos fakulteto, Gelžbetoninių konstrukcijų ir geotechnikos katedros docentai, technikos mokslų daktarai

Kol nekviestas ir nepageidaujamas COVID-19 virusas nesutramdytas, kad paliktų viso pasaulio žmones ramybėje ir leistų mums džiaugtis savo kasdieniais malonumais ir rūpesčiais, vakcinos injekcijos vertinamos kaip gelbėjimo ratas galinčiam nuskęsti. Kas gavo, tas ramesnis. Medikamentų injekcijos jau išgelbėjo žmoniją nuo daugelio praeityje baisių ligų. Injekcijos gali būti labai veiksmingos ne tik gelbėjant žmones, bet ir gerinant gruntų savybes, kai tie gruntai būna per silpni, kad tenkintų jiems statybininkų keliamus reikalavimus. Injekcijos stabilizuoja ir žmones, ir gruntus.

Gruntų stiprinimą injekcijomis pirmasis sugalvojo ir pritaikė prancūzų inžinierius Šarlis Berinji (Charles Berigny). Jis įkvėpimo sėmėsi gamtoje: natūralūs cementai esant palankioms sąlygoms gali smėlį paversti smiltainiu – stipria ir nelaidžia vandeniui uoliena. Smiltelės susicementuoja, susiklijuoja ir virsta puikiu pagrindu įvairiems statiniams: tiltams, tuneliams, pastatams.

Š. Berinji pirmą kartą injekciją statyboje panaudojo 1802 m., kai Prancūziją valdė imperatorius Napoleonas. Siekdamas izoliuoti vandeningojo žvyro tarpsluoksnį, trukdžiusį dirbti rekonstruojant Djepo uosto šliuzą, jis pucolaninio cemento skiediniu sutvirtino žvyrą. Š. Berinji pirmasis pavartojo sąvoką procédé d‘injection (išvertus iš prancūzų kalbos – injekcijos metodas). 1810 m. Š. Berinji dar kartą panaudojo cemento skiedinio injekciją tilto per Senos upę Sevro mieste netoli Paryžiaus atramų pagrindui stiprinti.

Cemento suspensijos injekcija gali būti naudojama ir mūsų dienomis, nes šis skiedinys yra švarus ekologiniu požiūriu, puikiai sucementuoja žvyro daleles. Deja, jei paduodamas žemu slėgiu (iki 10 bar), jis yra tinkamas tik itin laidiems vandeniui žvyringiems gruntams, kurių filtracijos koeficientas yra didesnis nei 50 m per parą. Tokių gruntų, reikalaujančių stabilizacijos, pasitaiko ne tiek daug, dažniau sustiprinimas reikalingas įvairaus grūdėtumo smėliams, kurių filtracijos koeficientas daug mažesnis. Jiems cemento suspensijos injekcija žemu slėgiu netinka, nes ne ištirpusios, o pakibusios skiedinyje cemento dalelės greitai užkemša smėlinio grunto poras ir padaro injekciją į gruntą neįmanomą.

Smėliams ieškota kitų stabilizuojančios injekcijos medžiagų. Kai suspensijos bejėgės padėti, žvilgsnis nukrypo į tirpalus. 1886 m. Vokietijoje lenkų kilmės inžinierius P. Jeziorskis (Jeziorsky) užpatentavo taikyti kalnakasybos darbams vandeniui laidžių dispersinių uolienų stiprinimo metodą, pagal kurį į rupųjį (stambųjį) arba vidutinio rupumo (stambumo) smėlio gruntą paeiliui injekuojami natrio silikato (skystojo stiklo) ir kalcio chlorido tirpalai. Sąveikaudami nedelsiant po kontakto grunto porose, šie tirpalai duoda silicio rūgšties gelį, kuris suteikia smėliui stiprumo ir nelaidumo vandeniui. 1926 m. olandų kilmės inžinierius H. J. Jostenas (Joosten) patobulino, pritaikė ne kalnakasybos, o statybos inžinerijos reikmėms P. Jeziorskio pasiūlytą būdą, kuris nuo tol pasauliui labiau žinomas kaip Josteno metodas (retkarčiais vadinamas Jeziorskio–Josteno metodu). 1927 m. Vokietijoje porų injekcijos metodu sėkmingai sutvirtintas po polių padais tarp vandensparų (nelaidžių vandeniui molinio grunto sluoksnių) buvęs vandens prisotintas smėlis. Josteno metodas bemat pradėtas taikyti smėlio gruntams stiprinti Vokietijoje, Anglijoje, Prancūzijoje, Čekoslovakijoje, Lenkijoje. Kai kuriose šalyse (pavyzdžiui, Anglijoje) Josteno metodas ilgai buvo pagrindinis stiprinant gruntus injekcijomis. Šiuo ekologiškai švariu būdu kartais tvirtinami silpnieji pagrindai ir mūsų dienomis.

Injekuojamo grunto apimtys ypač padidėjo XX a. trečiojo dešimtmečio pabaigoje ir ketvirtojo pradžioje, kai pasaulio didmiesčiuose

Nuotr. iš fr.wikipedia.org

Taip 1908 m. pavaizdavo Sevro tiltą, kurio pagrindą cemento suspensijos injekcijomis sutvirtino Š. Berinji. Prancūzų dailininkas Anri Ruso (Henri Rousseau). Iki šių dienų tiltas neišliko.

Injekcija po esamo pastato siena Australijoje.

(Paryžiuje, Londone, Berlyne, Hamburge) intensyviai buvo tiesiami metro tuneliai ir dėl to teko stiprinti gretimų pastatų pagrindus, o kartais – ir paties tunelio skliautą.

Josteno metodas (kitaip vadintas silikatizacijos dviem tirpalais metodu) irgi turėjo savo ribas – smulkiajam smėliui stiprinti, jei jo filtracijos koeficientas buvo mažesnis nei 2 m per parą, nebuvo tinkamas. Reikėjo naujų paieškų.

Prancūzai Ž. Lemeras (Lemaire) ir R. Diumonas (Dumaunt) užpatentavo metodą, pagal kurį natrio silikatas sumaišomas su rūgštimi, o gautas mišinys injekuojamas į gruntą ir ten virsta silpnu, nelaidžiu vandeniui geliu. Šį metodą tobulino A. Žeiraras (Geyrard), D. Rodijus (Rodio) ir kiti. Šiuo būdu galima buvo sutvirtinti smulkųjį smėlį, kurio filtracijos koeficientas didesnis nei 1 m per parą.

XX a. ketvirtajame dešimtmetyje ekonomiškai išsivysčiusiose šalyse buvo taikomi ir kiti injekciniai smulkiųjų smėlių stiprinimo būdai: P. Fransua (Francois) metodas (kai naudojamas natrio silikato ir aliuminio sulfato mišinys), Rodijaus (skystasis stiklas su kalkių pienu) ir kiti. 1939 m. jaunas rusų mokslininkas V. Sokolovičius smėliams, kurių filtracijos koeficientas mažesnis kaip 2 m per parą ir todėl silikatizacija dviem tirpalais netinka, pasiūlė silikatizacijos vienu tirpalu metodą.

Nuotrauka iš cgisolutions.com.au

Injekcinis gruntų stabilizavimas – tai ne tik mokslas, bet ir menas.

/ W. G. Jaques, injekcinio gruntų stiprinimo JAV vystytojas /

Nuotr. iš kellergrundbau.de

Injekcija leidžia pagilinti pamatus.

Nuotr. iš protectivecoatingsystems.com.au Injekcijoms atlikti pakanka lengvos įrangos.

Nuotr. iš mainmark.com

Mano sėkmės priežastis ta, kad aš mokėjau savo susižavėjimą geotechnikos technologijomis perteikti kitiems.

/ Karlheinz Bauer, kurio dėka bandrovė „Bauer Spezialtiefba“ tapo pasauline geotechnikos technologijų lydere /

Esminis skirtumas tarp silikatizacijos dviem tirpalais (Josteno metodo) ir silikatizacijos vienu tirpalu (Lemero, Diumono, Žeiraro, Rodijaus, Fransua, Sokolovičiaus metodai) yra tas, kad pirmuoju atveju reakcijoje dalyvausiantys tirpalai į gruntą injekuojami paeiliui (reakcija prasideda jų kontakto metu grunte), o antruoju atveju tirpalai sumaišomi dar prieš injekuojant (gelio susidarymo reakcija prasideda žemės paviršiuje stovinčioje maišyklėje, vyksta ir baigiasi po numatyto laiko grunte).

Naudojant silikatizacijos vienu tirpalu metodą, injekuotas mažo klampumo (artimo vandens klampumui) reagentų mišinys sukietėja po 40–60 minučių. Prireikus kietėjimo laiką galima pailginti arba sutrumpinti, keičiant reagentų santykį. Be to, kietėjimo laikas priklauso nuo aplinkos temperatūros.

Penktajame dešimtmetyje greta pirmosios injekcinio pagrindų stiprinimo plėtotės krypties, paremtos daugiamolekulių neorganinių junginių taikymu, atsirado antroji. Ji buvo grindžiama organinių polimerų (sintetinių dervų) naudojimu.

Iš daugybės sintetinių dervų gruntams stiprinti labiausiai tiko karbamidinės, akrilinės, uretaninės dervos.

Karbamidinę (karbamido formaldehidinę) dervą gruntams tvirtinti pirmasis tyrė amerikiečių inžinierius G. Lautonas (Lawton). 1947 m. šia derva jis sutvirtino vandeningą smėlį naftos gręžinyje. Kaip dervos kietiklį jis naudojo amonio chloridą.

Vėliau karbamidine derva buvo stiprinami gruntai įvairiose šalyse. Ji gerai sutvirtindavo smulkųjį smėlį ir stambesnius smėlio gruntus: suteikdavo didelį atsparumą gniuždymui (iki 10 MPa), nelaidumą vandeniui, ilgaamžiškumą. Kietikliais būdavo naudojami druskos rūgšties HCl (3 arba 5 %), organinės 6 % rūgštynių rūgšties (oksalo rūgšties) H2C2O4, geležies chlorido FeCl3 (18 %) tirpalai.

Pagrindinis karbamidinių dervų trūkumas, ilgą laiką ribojęs jų naudojimą požeminėje statyboje ir mažai ventiliuojamose rūsio patalpose, yra formaldehido, nuodingos ir žmogaus uoslę bei akis erzinančios, net kai žema koncentracija, medžiagos buvimas pačiame dervos tirpale ir sutvirtintame tuo tirpalu grunte. Mokslininkų atlikti tyrimai buvo sėkmingi: pavyko rasti papildomą medžiagą, kurią įdėjus į karbamidinę dervą laisvojo formaldehido kiekis gerokai (iki 25 kartų) sumažėdavo. Šios modifikuotos karbamidinės dervos atitinka higienos bei sanitarijos reikalavimus ir gali būti taikomos tiek pamatų, tiek požeminėje statyboje.

Akrilinės dervos – tai akrilo ir metakrilo rūgščių amidų, nitrilų bei eterių polimerai. Apie galimybę naudoti akrilines dervas gruntams stiprinti pirmieji pranešė amerikiečiai F. Hauzeris (Houser) ir E. Danenbergas (Dannenberg). Nuo 1950 m. akrilamidinės receptūros geotechnikų naudojamos pagrindams stiprinti.

Akrilinės receptūros leidžia gauti silpną, bet nelaidų vandeniui gelį (sukietėjusį

želatinizacijos procese tirpalą). Ekologiniu požiūriu kai kurios jų nebuvo švarios. Pavyzdžiui, geotechnikos literatūroje 1977 m. aprašytas akrilinės dervos poveikis japonų šeimai, ėmusiai vandenį iš šulinio vos už 5 m nuo statybinės aikštelės, kurioje gruntai buvo stiprinami japonų akrilamidine receptūra „Sumisoil“. Laisvas akrilamido monomeras patekdavo į šulinį ir sudarė vandenyje 1 g/m3 koncentraciją. Jos pakako, kad šeimos nariams atsirastų nervinių ir psichinių sutrikimų. Paguldyti į ligoninę visi šeimos nariai pasveiko.

Naujos akrilinės dervos atitinka šių dienų higienos ir sanitarijos reikalavimus ir gali būti taikomos statyboje pagrindams tvirtinti. Kitos sintetinės dervos pagrindams stiprinti naudotos rečiau.

Būtina pabrėžti, kad žemo slėgio injekcija (angl. Permeation Grouting) tinkama tik smėlio gruntams, kurių filtracijos koeficientas didesnis nei 1 m per parą. Mokslininkai tyrė galimybę stiprinti molio gruntus skystuoju stiklu, pasitelkus į pagalbą pastoviąją elektros srovę, bet praktiškai pritaikyti šie bandymai nebuvo.

Injekcija po esamo pastato pamatu leidžia greta jo daryti iškasas.

Nuotr. iš www.foundationprosfl.com

Greitoji pagalba sėdantiems pastatams

Injekcijos į gruntą ekologiškais polimeriniais tirpalais išsprendžia ne tik rekonstruojamų ar renovuojamų visuomeninių pastatų problemas ir naudojamos ne vien daugiaaukščių ar inžinerinių statinių gruntams stiprinti. Neretai, kalbant apie gyvenamuosius pastatus, iš pat pradžių yra neįvertinama grunto geologija, dėl to sėda pamatai, grindys, įtrūksta sienos, o dėl vandentiekio avarijos atsiradusios ertmės po pamatais ilgainiui gali lemti kritinę pastato būklę. Tai menkina nekilnojamojo turto vertę, todėl atsiradus šioms problemoms būtina laiku kreiptis į specialistus. „Uretek“ profesionalai jau pirminėje apžiūroje įvertins ir patars, kokių priemonių reikėtų probleminei situacijai spręsti, supažindins su ekologiška ir aplinkai nekenksminga injektavimo į gruntą technologija.

Svarbiausia, kad ši technologija nereikalauja didelių intervencijų į pastatą, sudėtingų kasimo darbų. Injektuojama tik tose vietose, kur gruntas labiausiai susilpnėjęs. Tai padeda sutaupyti laiko, lėšų ir per palyginti trumpą laiką išspręsti problemą.

Daugiau galite sužinoti –

www.uretek.lt

off-grid

Atsinaujinančių išteklių vartojimui augant visame pasaulyje, o vartotojų įpročiams intensyviai keičiantis, off-grid sąvoka tampa vis labiau atpažįstama. Tuo tarpu mokslininkų bendruomenė kuria ambicingas inovacijas, skirtas gyvenimui atsijungus nuo tinklo.

Ar mokslininkų sukurti saulės dažai jau paruošti komerciniam naudojimui? Ar yra sukurtos technologijos, pasiūlysiančios alternatyvius atsinaujinančios energijos saugojimo metodus?

Susipažinkite ↓