ITRM950457A1 - Composito idraulico e procedimento di fabbricazione. - Google Patents
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Abstract
Il terreno scavato da siti di costruzione può essere riciclato come materiale di riempimento o di rinterro o malta liquida mediante la sua incorporazione in un composito idraulico. Questo risultato viene ottenuto in primo luogo mescolando il suolo scavato con una quantità solidificante di un materiale idraulico e con una quantità fluidizzante di acqua ed almeno un primo miscuglio scelto dal gruppo che comprende acidi idrossicarbossilici, derivati di acido fosfonico e saccaridi e relativi derivati e mescolando il miscuglio così creato con un agente di dispersione del cemento in un tempo opportuno fra l'aggiunta del materiale idraulico e l'inizio della presa del materiale idraulico. I compositi idraulici così prodotti presentano buona fluidità, buona resistenza meccanica finale e bassa suscettibilità alle screpolature.
Description
DESCRIZIONE
a corredo di una domanda di Brevetto d'invenzione, avente per titolo:
"Composito idraulico e procedimento di fabbricazione"
La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la fabbricazione di una composizione mi_ sta o composito idraulico con l'uso di suolo di scavo.
In un qualsiasi tipo di progetto costruttivo che implica uno scavo viene prodotta una grande quantità di terreno di scavo (a cui qualche volta viene fato anche riferimento come "terra di scavo" o "terra di costruzione") la cui eliminazione può dare origine a considerevoli problemi. Più recentemente, è stato proposto che questo terreno di scavo possa essere usa to come materiale di rinterro o di riempimento oppure anche come materiale da costruzione. Gli sforzi iniziali hanno implicato l'aggiunta di una sostanza idraulica al terreno di scavo. Il problema che si incontra con questa soluzione consiste nel fatto che, quando il terreno di scavo contiene una elevata proporzione di argilla e di limo, una sufficiente fluid_i_ tà può essere ottenuta soltanto mediante aggiunta di quantità relativamente grandi di acqua. Ciò ha l'effetto di ridurre la resistenza meccanica finale ad un livello intollerabilmente basso. In aggiunta, il mate riale presenta un elevato indice di restringimento e sviluppa rapidamente delle grandi screpolature.
Un ulteriore impiego del terreno di scavo è co me componente di una malta liquida usata nella schermatura di gallerie. In questo caso, il procedimento consiste nel convertire il terreno di scavo dalla superficie di scavo in una malta liquida aggiungendo ad essa un agente solidificante (per esempio cemento) ed un agente fluidizzante e mediante l'impiego dei risul_ tante miscuglio come malta liquida. Anche in questo caso, il contenuto di argilla e di limo del terreno di scavo provoca dei problemi. Dopo il mescolamento, la fluidità della malta liquida diminuisce rapidamente con il passare del tempo e vi possono essere dei problemi con il pompaggio e con la posa in opera. In aggiunta, si richiedono grandi quantità di agenti fluidificanti. Inoltre, tali malte non consumano gran di quantità di terreno di scavo, il che significa che rimane ancora il problema principale dello smaltimento .
E' stato ora constatato che è possibile produrr re un composito idraulico che utilizzi quantità effet tivamente grandi di terreno di scavo, che conservi un appropriato grado di fluidità per un tempo sostanziale, che presenti eccellente resistenza meccanica e che abbia scarsa o nessuna formazione di screpolature a seguito dell'essiccamento.
In conformità con la presente invenzione, viene fornito un procedimento per la fabbricazione di un composito idraulico, comprendente le seguenti operazioni:
1. mescolare un terreno di scavo con una quantità solidificante di un materiale idraulico e con una quantità fluidificante di acqua ed almeno una sostanza scelta dal gruppo comprendente acidi idrossicarbossilici, derivati di acido fosfonico e saccaridi e loro derivati (a cui viene fatto riferimento nel se guito come "primo mescolamento") per creare un primo miscuglio; e
2. mescolare un agente di dispersione del cemento con questo primo miscuglio in un tempo intermedio fra l'aggiunta del materiale idraulico e l'inizio della presa del materiale idraulico.
Il materiale idraulico è un qualsiasi materiale noto come tale nella tecnica. Nel termine di "mate riale idraulico" si intende un materiale che, a segui to dell'aggiunta di acqua, reagisce per formare una massa solida e dura. I materiali idraulici che sono utili nella esecuzione pratica della presente invenzione comprendono i vari tipi di cemento, per esempio il cemento portland, il cemento di scoria ed il cemen to ad alto tenore di allumina. Tali materiali sono i materiali idraulici preferiti, ma altri materiali com prendono la calceviva, la calce spenta e la dolomite calcinata a grana fine.
Con il termine di "quantità solidificante" si intende quella quantità di materiale idraulico che, in combinazione con l'acqua e con il terreno di scavo, produrrà una massa solida. La quantità di materia le idraulico naturalmente sarà diversa nelle diverse circostanze, in dipendenza dalle caratteristiche del terreno (altamente variabili), del materiale idraulico e del primo mescolamento, però la persona esperta nel ramo può facilmente accertare in ogni caso quale sia la quantità che costituisca una quantità solidifi_ cante.
Per quanto riguarda il contenuto di acqua, vi dovrebbe essere una quantità di acqua sufficiente per fluidificare il miscuglio, vale a dire sufficiente per formare un primo miscuglio ma non tanto da impedirne la solidificazione. Il terreno di scavo general mente contiene acqua e la persona esperta nel ramo può facilmente accertare se e quanta ulteriore acqua sia necessaria.
Il primo miscuglio che viene scelto dal gruppo comprendente acidi idrossicarbossilici, derivati di acido fosfonico e saccaridi e loro derivati può essere scelto fra uno o più di tali materiali noti nella tecnica.
Esempi di convenienti acidi idrossicarbossi1ici comprendono acido gluconico, acido glutarico, acido glucoeptonico, acido arabinonico, acido malico, acido citrico e loro sali. I sali comprendono per esempio i sali di metalli alcalini, come il sodio ed il potassio, i sali di metalli alcalino terrosi, come il calcio ed il magnesio, nonché i sali di materiali non metallici, come ammonio e trietanolammina. I der_i_ vati di acido fosfonico comprendono acido amminometafosfonico, acido amminotrimeti1 fosfonico, acido met_i len fosfonico, acido 1-idrossietiliden-1,1-difosfoni co, i derivati di acido fosfonocarbossilico e loro sa li. I saccaridi ed i loro derivati comprendono galattosio, mannosio, xilosio, arabinosio e ribosio, i disaccaridi come il maltosio, il saccarosio ed il latto sio, i trisaccaridi come il maltotriosio ed il raffinosio e gii alcool zuccherini, come gli oligosaccaridi e sorbitolo.
Gli agenti di dispersione del cemento sono pre feribilmente agenti di riduzione in acqua, agenti di riduzione in acqua che trascinano aria, agenti di riduzione in acqua ad alto intervallo, agenti di riduzione in acqua di trascinamento in aria ad alto intervallo ed agenti fluidificanti. Essi comprendono materiali come gli acidi lignin solfonici, gli acidi idrossicarbossi1ici ed i loro sali, i saccaridi, i prodotti di condensazione di melammin solfonato e formaldeide, i prodotti di condensazione di naftalin solfonato e formaldeide, gli acidi poiicarbossilici, gli acidi poiialchi1 solfonici, gli acidi amminosolfo nici aromatici oppure i loro derivati e/o i loro sali.
Non vi è alcuna limitazione al tipo di terreno di scavo che pud essere usato nella presente invenzio ne. In generale, un tale terreno comprenderà materiali come sabbia, limo ed argilla.
La quantità relativa dei vari materiali usati nel procedimento della presente invenzione può variare in conformità con la natura di questi materiali e la persona esperta nel ramo può facilmente accertare le proporzioni appropriate in qualsiasi dato caso. Una quantità solidificante di materiale idraulico può essere facilmente determinata per semplice via sperimentale su un campione del terreno scavato. Una tipica proporzione del primo miscuglio comprende da 0,01 a 5% in peso di materiale idraulico ma, come precedentemente menzionato, la quantità dipenderà dalla natura dei materiali implicati e sarà sottinteso che è talvolta possibile ed anche desiderabile operare al di fuori di questo intervallo. L'agente di dispersione del cemento può generalmente essere anche aggiunto in quantità fra 0,01 e 5% in peso del materiale idraulico, ma può ancora essere possibile e/o desiderabile operare al di fuori di questo intervallo.
Un ulteriore componente utile è un polimero sa lubile in acqua. Esempi particolarmente utili comprendono gli eteri cellulosici, i poliacrilati, gli ossidi polietilenici, il Curdlan (un saccaride prodotto per via batterica) e gli oligosaccaridi naturali, per esempio gomma xanthan e gomma welan.
L'invenzione viene facilmente realizzata in pratica utilizzando convenzionali materiali ed apparecchiature. La sua esecuzione è rapida e conveniente, dato che il tempo che intercorre fra l'aggiunta del materiale idraulico e l'aggiunta dell'agente di dispersione del cemento è dell'ordine di 5 minuti mas simo.
La presente invenzione consente la utilizzazio ne di grandi quantità di terreno di scavo in maniera molto utile. I risultanti prodotti sono considerevolmente più stabili sotto l'aspetto dimensionale di quanto non siano i prodotti noti equivalenti e sono meno suscettibili di formare screpolature o incrinata re. L'invenzione, pertanto, permette la formulazione di composizioni di rinterro e di malte di buona qual tà. L'invenzione, pertanto, fornisce anche un procedi_ mento per il riempimento di una cavità scavata median te preparazione dal terreno scavato da essa e colloca_ mento in essa di un composito idraulico, in cui detto composito viene preparato mescolando prima nel terreno per creare un primo miscuglio una quantità solidificante di un materiale idraulico, una quantità fluidificante di acqua ed almeno una sostanza scelta dal gruppo che comprende acidi idrossicarbossilici, derivati di acido fosfonico e saccaridi e loro derivati ed in questo primo miscuglio mescolare un agente di dispersione del cemento, quest'ultimo mescolamento e^ sendo eseguito in un tempo intermedio fra l'aggiunta del materiale idraulico e l'inizio della presa o dell'indurimento del materiale idraulico.
L'invenzione inoltre fornisce una malta che è costituita da un composito idraulico che comprende terreno di scavo, una quantità solidificante di un ma terlale idraulico, una quantità fluidificante di acqua, almeno una sostanza scelta dal gruppo che comprende acidi idrossicarbossilici, derivati di acido fosfonico e saccaridi e loro derivati, nonché un agente di dispersione del cemento. L'invenzione inoltre fornisce un procedimento di intonacatura in un procedimento di scavo di gallerie per mezzo di uno schermo, in cui una faccia di scavo viene intonacata con una malta fabbricata dal terreno di scavo derivato dalla faccia di scavo, la malta essendo preparata dai terre^ no di scavo con il procedimento che consiste:
(a) nell'aggiungere prima al terreno di scavo una quantità solidificante di un materiale idraulico, una quantità fluidificante di acqua ed almeno una so stanza scelta dal gruppo che comprende acidi idrossicarbossilici, derivati di acido fosfonico e saccaridi e loro derivati, per fornire un primo miscuglio; e
(b) nell'aggiungere e nel mescolare in questo primo miscuglio un agente di dispersione del cemento, in un tempo intermedio fra l'aggiunta del materiale idraulico e l'inizio dell'indurimento del materiale idraulico.
L'invenzione è ulteriormente illustrata dai se guenti esempi.
Materiali I seguenti materiali sono usati per costituire una varietà di compositi idraulici:
a) Cemento: cemento di scoria d'alto forno Portland, Classe B, fabbricato dalla Nihon Cenrent Co., Ltd.
b) Terreno di scavo: terreno di scavo di formazioni Yurakucho No. 1 (contenuto di argilla limo 16,1%) e terreno di formazioni Yurakucho No. 2 (cont£ nuto di argilla limo 10,1%). Il terreno di scavo viene suddiviso nelle porzioni sabbiose e nelle porzioni di argilla limo mediante lavaggio con acqua ed impiegando un setaccio da 75 micrometri e viene usato come dispersione di argilla limo in acqua.
c) Bentonite: Kunibond (nome proprietario) fabbricata dalla Kunimine Kogyo Co., Ltd.
d) Acqua di miscelamento: acqua corrente. e) Primo miscuglio: vengono usati sette tipi. Essi sono citrato di sodio come acido ossicarbossilico (abbreviato come Fi), gluconato di sodio (abbrevi^ to come F2), acido gluconico (abbreviato come F3), acido malico (abbreviato come F4), sciroppo di amido in qualità di saccaride (abbreviato come F5), glucosio (abbreviato come F6) ed acido metilen fosfonico, in qualità di derivato di acido fosfonico (abbreviato come F7).
f) Agente di dispersione del cemento: se ne usano quattro tipi. Essi sono il prodotto di condensa zione di melammin solfonato e formaldeide (abbreviato come R1), il prodotto di condensazione di sodio naftalin solfonato e formaldeide (abbreviato come R2), l'etere di poiicarbossilato di calcio (abbreviato come R3) ed il sodio polialchiì solfonato (abbreviato come R4).
Le proporzioni di miscelamento dei compositi idraulici sono riportate nella Tabella 1.
(Tabella 1)
Procedimenti di prova
a) Procedimento di mescolamento del composito idraulico
Il primo miscuglio viene aggiunto ad acqua, cemento e terreno di scavo in un mescolatore per malta, l'agitazione ed il mescolamento vengono effettuati per 2 minuti, dopodiché viene aggiunto l'agente di dispersione del cemento e l'agitazione ed il mesco lamento vengono ancora effettuati per 2 minuti.
b) Prova della variazione di fluidità in dipendenza dal tempo del coposito idraulico.
Il composito idraulico prodotto nell'operazione a) viene lasciato a riposo per l'intervallo di tem po designato, viene quindi mescolato per 30 secondi con il mescolatore prima della misura e la fluidità viene misurata con la prova di scorrimento o di flusso JIS (Japanese Industriai Standard) R 5201.
c) Pompabilità.
La valutazione viene effettuata osservando la condizione di segregazione dopo la prova di flusso per ispezione visiva. In situazioni non soddisfacenti, l'aggregato rimane nel tubo flessibile di pompaggio ed alla fine lo ostruisce.
d) Resistenza alla compressione.
La prova viene effettuata in conformità con la specifica JIS A 1108.
e) Ritiro da essiccamento.
La prova viene effettuata per approssimativamente 3 mesi applicando una versione modificata della procedura JIS A 1129.
Risultati delle prove
I risultati sono riportati nella Tabella 2 e nella Tabella 3. Le due tabelle mostrano le variazioni dipendenti dal tempo (mm) nella fluidità e le res_i_ stenze meccaniche alla compressione senza delimitazio
2
ne (kgf/cm ) delle singole combinazioni delle varietà di proporzioni di mescolamento riportate nella Tabella 1 e dei primi miscugli e degli agenti di dispersio ne del cemento. Nella Tabella 2 sono riportati esempi di confronto nelle prove da No. 1 a No. 10 ed esempi nelle prove No. 11 e 12. I dosaggi dei primi miscugli e degli agenti di dispersione del cemento nella tabel_ la indicano le percentuali di contenuti solidi espres^ si sulla base del peso del cemento. Inoltre, nella Ta bella 3, sono riportati esempi di confronto nelle prove da No. 13 a No. 15 ed esempi nelle prove da No.
16 a No. 42. Anche in questo caso, i dosaggi dei primi miscugli e degli agenti di dispersione del cemento indicano le percentuali dei contenuti solidi espressi sulla base del peso del cemento. Inoltre, nella Tabel_ la 2 e nella Tabella 3, gli esempi di confronto No.
13 e No. 14 non contengono i primi miscugli ed agenti di dispersione del cemento e l'Esempio No. 15 contiene soltanto l'agente di dispersione del cemento.
(seguono Tabelle 2 e 3)
Variazione della fluidità del composito idraulico dipendente dal tempo Nei confronti relativi alle prove da No. 2 a No. 10 e nelle prove da No. 13 a No. 15 (Esempi di Confronto), quando vengono esaminate le prove No. IV, No. 12 e da No. 16 a No. 42 (Esempi), si constata che le desiderate fluidità sono state ottenute dopo il mescolamento di finitura, inoltre, dopo che sono trascorsi 90 minuti, non si riscontra alcuna diminuzione di fluidità in confronto con la tecnologia convenzionale. Nella prova No. 21 (esempio), il dosaggio del primo miscuglio è inferiore e si vede che la lunghezza dell'intervallo di tempo in cui la fluidità viene mantenuta risulta ridotta.
Pompabilità Le prove No. 11, No. 12 e da No. 16 a No. 42 (Esempi) non presentano alcuna segregazione in confronto con la tecnologia convenzionale e si vede che non vi è alcun problema con la pompabilità.
Resistenza alla compressione Nei confronti con le prove No. 1 e No. 13 (E-sempi di Confronto), aumenti di resistenza alla compressione sono stati osservati in tutte le prove No.
11, No. 12 e nelle prove No. 17, da No. 20 a No. 28, No. 30, No. 34, da No. 37 a No. 42 (Esempi).
Ritiro da essiccamento
Variazioni di lunghezza vengono misurate a seguito di maturazione in ambiente interno con una umidità del 60%. L'indice di variazione di lunghezza nella prova No. 11 dopo un tempo di 30 giorni è di 4,2 x 10 e difficilmente si verifica alcuna variazione dopo tale termine. Questo valore è superiore al l'indice di variazione per il materiale di calcestruzzo, ma non è elevato per un materiale di cemento del terreno. Inoltre, una delle caratteri stiche è che si osserva la stabilizzazione dell'indice di variazione.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la fabbricazione di un com posito idraulico, comprendente le seguenti operazioni 1. mescolare un terreno di cavo con una quanti tà solidificante di un materiale idraulico e con una quantità fluidificante di acqua ed almeno un primo miscuglio scelto dal gruppo che comprende acidi idro_s sicarbossilici, derivati di acido fosfonico e saccar_i_ di e loro derivati, per creare un primo miscuglio; e 2. mescolare un agente di dispersione del cemento con questo primo miscuglio in un tempo intermedio fra l'aggiunta del materiale idraulico e l'inizio dell'indurimento del materiale idraulico.
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il primo miscuglio è presente in quantità compresa fra 0,01 e 5% in peso del materiale idraulico.
- 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui l'agente di dispersione del cemento è presente in quantità compresa fra 0,01 e 5% in peso del materiale idraulico.
- 4. Procedimento per il riempimento di una cavità di scavo mediante la preparazione dal terreno scavato da essa e collocamento in essa di un composito idraulico, in cui detto composito viene preparato mescolando prima nel terrena per creare un primo miscuglio una quantità solidificante di un materiale idraulico, una quantità fluidificante di acqua ed almeno una sostanza scelta dal gruppo che comprende aci_ di idrossicarbossilici, derivati di acido fosfonico e saccaridi e loro derivati, e mescolando, in questo primo miscuglio, un agente di dispersione del cemento, quest'ultimo mescolamento essendo effettuato in un tempo intermedio fra l'aggiunta del materiale idrauli co e l'inizio dell'indurimento del materiale idraulico.
- 5. Procedimento di intonacatura in un procedimento di scavo di gallerie a schermo, in cui la faccia di scavo viene intonacata con una malta fabbricata dal terreno di scavo derivato dalla faccia di scavo, la malta essendo preparata dal terreno di scavo con il procedimento che consiste: (a) nell'aggiungere prima al terreno di scavo una quantità solidificante di un materiale idraulico, una quantità fluidificante di acqua ed almeno una sostanza scelta dal gruppo che comprende acidi idrossicarbossilici, derivati di acido fosfonico e saccaridi e loro derivati, per fornire un primo miscuglio; e (b) nell'aggiungere e nel mescolare in questo primo miscuglio un agente di dispersione del cemento in un tempo intermedio fra l'aggiunta del materiale idraulico e l ' inizio dell ' indurimento del materiale idraulico.
- 6. Malta che è costituita da un composito idraulico che comprende terreno di scavo, una quantità solidificante di un materiale idraulico, una quantità fluidificante di acqua, almeno una sostanza scel_ ta dal gruppo che comprende acidi idrossicarbossi1ici , derivati di acido fosfonico e saccaridi e loro derivati , nonché un agente di dispersione del cemento.
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