PL223921B1

PL223921B1 - Środek do hydrofobizacji gruntów spoistych i sposób hydrofobizacji gruntów spoistych

Info

Publication number: PL223921B1
Application number: PL389574A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Jerzykiewicz; Bronisław Naraniecki; Jacek Kosno; Izabela Semeniuk; Jadwiga Wilczek; Andrzej Porszke; Artur Zdunek; Renata Fiszer
Original assignee: Inst Ciężkiej Syntezy Organicznej Blachownia
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2016-11-30
Also published as: PL389574A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest środek do hydrofobizacji gruntów spoistych, szczególnie gruntów drobnoziarnistych, gliniastych, stosowany do utwardzania gruntów, przede wszystkim w drogownictwie i w budownictwie.

Przedmiotem wynalazku jest sposób hydrofobizacji gruntów spoistych, szczególnie gruntów drobnoziarnistych, gliniastych, stosowany do utwardzania gruntów, przede wszystkim w drogownictwie i w budownictwie.

Budowa oraz utrzymanie dróg i fundamentów zazwyczaj pociąga za sobą stosunkowo duże wydatki, zarówno publiczne jak i prywatne. Ogrom tych wydatków zależy, przynajmniej częściowo, od rodzaju obecnego gruntu. Na przykład trudności z budową dróg i fundamentów pojawiają się często w przypadku gruntów drobnoziarnistych, to znaczy składających się z gleb drobnoziarnistych i gruboziarnistych - ze sporą ilością drobnoziarnistych; trudności takie skutkują zwiększeniem wydatków. Grunty drobnoziarniste, szczególnie te zawierające gliny pęczniejące, mają tendencje do zmiany objętości w cyklu „sucho-mokro”. W czasie opadów deszczu woda wsiąka i jest wchłaniana przez grunt, co osłabia jej strukturę i zmniejsza stabilność. Siła ssania kapilarnego może również chłonąć wody gruntowe do powierzchni gruntu. W zimniejszych regionach problem stanowią zniszczenia powodowane zamarzaniem, szczególnie w okresie roztopów wiosennych. Nadmiar wody jest uwalniany w czasie odwilży, co powoduje utratę zwięzłości gleby. Również minerały zawarte w glebie mają naturę hydrofilową. Tak więc grunty zagęszczone mają silne tendencje do wchłaniania wody poprzez ssanie kapilarne z powodu hydrofilowej natury minerałów zawartych w glebie. Wchłaniając wodę grunt staje się miękki i zmniejsza się zdolność nośna drogi lub fundamentów. W konsekwencji niestabilność gruntu powoduje zniszczenia dróg niebrukowanych, jak również podłoża lub fundamentów dróg brukowanych. Jednym z podejść do stabilizacji gleby było użycie na gruncie materiałów „zapożyczonych”, takich jak żwir lub inne materiały ziarniste. Materiały zapożyczone w gruncie zapewniają podparcie i drenaż. Jednak takie materiały mogą być niepraktyczne w użyciu, lub mogą nie być w danym m omencie dostępne. Na przykład pojawić się mogą trudności w transporcie tych materiałów na miejsce budowy, co skutkuje zwiększeniem kosztów całkowitych. Kolejnym podejściem do polepszenia stabilności gruntu jest dodawanie tradycyjnych składników takich jak wapno, mieszanka wapna i popiołu lotnego, cement i asfalt. Jednak takie składniki mają ograniczone zastosowanie i często muszą być stosowane w połączeniu z materiałami zapożyczonymi. Ponadto te składniki bywają stosunkowo drogie i trudne do zastosowania w ilościach wymaganych do ustabilizowania gruntu. Ostatnio na rynku pojawiły się chemiczne stabilizatory gruntu. Te stabilizatory chemiczne są dostarczane w szczególności po to, by zmienić skład chemiczny gleby i tym samym poprawić jej stabilność. Jednak te stabilizatory chemiczne bywają z natury anionowe. Odkryto, że środki chemiczne anionowe nie są w pełni satysfakcjonujące lub odpowiednie do stabilizowania gruntu, a dokładniej do modyfikowania jego h ydrofilowej natury. W szczególności stwierdzono, iż anionowe środki chemiczne mogą nie być łatwo przyciągane do ujemnie naładowanych minerałów zawartych w gruncie. Tak więc do tej pory żadne z tych podejść nie było w pełni satysfakcjonującym lub odpowiednim rozwiązaniem polepszającym stabilność gruntu, a dokładniej modyfikującym hydrofilową naturę gruntu.

Amerykański patent 5827568 z dnia 27 października 1998 roku opisuje modyfikującą asfaltową emulsję zawierającą kauczuk naturalny i miał gumowy z używanych opon samochodowych, które są mieszane z asfaltowym materiałem brukarskim i nakładane na powierzchnię w celu ustabilizowani a gruntu.

Amerykański patent 3854968 z dnia 17 grudnia 1974 roku opisuje zmodyfikowaną wiążącą mieszaninę wapna i popiołu lotnego składającą się z materiału siarkowo-wapniowego, który jest używany jako podpowierzchniowy materiał bazowy lub środek stabilizujący grunt. Najlepiej, by materiał siarkowo-wapniowy był tworzony przez dodanie roztworu kwasu siarkowego do wapna palonego w zmodyfikowanym procesie uwodnienia wapnia. Alternatywnie materiał wapniowo-siarczanowy może składać się z wapnia i osobnego związku siarki, takiego jak gips.

Amerykański patent 5336022 z dnia 9 sierpnia 1994 roku opisuje metodę stabilizacji gruntu gliniastego poprzez dodanie związku krzemu do gruntu i zastosowanie wapna do przyspieszenia reakcji pucolanowej w glebie.

PL 223 921 B1

Amerykański patent 5354787 z dnia 11 października 1994 roku opisuje środek stabilizujący grunt składający się z mieszaniny materiału zawierającego wapno gaszone i/lub kalcynowany dolomit, oraz z żywicy politetrafluoroetylenowej włóknistej.

Amerykański patent 5795104 z dnia 18 sierpnia 19998 roku opisuje materiał do stabilizacji gruntu składający się z alkalicznego szkła wodnego krzemianowego i utwardzacza. Utwardzacz składa się z szybko działającego środka utwardzającego, najlepiej estru, laktonu, laktamu, nieorganicznych lub organicznych kwasów, anhydrytu, azotanu, amidu lub chlorku kwasowego, oraz wolniej działającego utwardzacza funkcjonującego jako zwalniacz utwardzania, najlepiej by był to węglan butylenu lub mieszanka różnych karboksylanów dwualkilowych.

Amerykański patent 4276077 z dnia 30. 06. 1981 roku opisuje reagenty stosowane na grunt poprawiające jego strukturę poprzez stabilizację kruszywa. Reagenty są polimerami szczepionymi otrzymywanymi z surowego lignosulfonianu oraz monomeru wybranego z grupy składającej się z cyjanku winylu (akrylonitryl), octanu winylu, octanu winylu zhydrolizowanego oraz akryloamidu w obecności środka inicjującego.

Amerykański patent 4277203 z dnia 7. 07. 1981 opisuje metodę stabilizacji gruntu, w której płyn jest stosowany na grunt, by umożliwić polimeryzację, w wyniku czego utworzyć się ma żywica elastomeryczna, która wiąże cząsteczki gleby. Płyn jest wybierany z grupy składającej się z mieszanki diizocyjanku dimeru i diaminy dimeru, oraz mieszanki diizocyjanku dimeru i etaminowej pochodnej diaminy dimeru.

Amerykański patent nr 5770639 z dnia 23 czerwca 1998 roku opisuje wykorzystanie stabilizatora zwiększającego odporność na wodę, jaką mają impregnaty do gruntu stworzone na bazie octanu poliwinylu i porównywalnych estrów alkoholu poliwinylowego z niższymi kwasami monokarboksylowymi. Stabilizator zawiera kwasy tłuszczowe lub alkohole tłuszczowe i/lub przynajmniej częściowo nierozpuszczalne w wodzie estry, etery i/lub ich sole.

Amerykański patent 3980490 z dnia 14 września 1976 opisuje środek stabilizujący grunt składający się ze źródła wapnia, na przykład węglanu wapnia, oraz odpadowego kwasu siarkowego w ro ztworze wodnym.

Amerykański patent 5000789 z dnia 19 marca 1991 roku opisuje metodę chemicznej stabilizacji gruntów spójnych, w których kwas siarkowy, olej ściągany z cytrusa oraz woda są dodawane do gruntu.

Patent kanadyjski CA 2281164 z 2001 roku jako środek do stabilizacji gruntu poleca kationowy związek powierzchniowo czynny. Grunt stabilizowany tworzy się przez wymieszanie gleby i środka stabilizującego, a metoda stabilizacji gruntu składa się z etapów wprowadzania środka powierzchniowo czynnego kationowego a następnie nakładania środka powierzchniowo czynnego kationowego na grunt. Najlepiej, by środek powierzchniowo czynny kationowy miał następujący wzór strukturalny:

R' +

I

R _ N _CH Y I 3 ^λ gdzie R jest wybierane z grupy składającej się z CH₃, C₆H₅ oraz CH₂-C₆H₅; gdzie R’ jest wybierane z grupy składającej się z CH₃, C₆H₅, CH₂-C₆H₅, łańcucha alkilowego z przynajmniej 8 cząsteczkami węgla i uwodornionego alkilu łojowego; gdzie R” jest wybierane z grupy składającej się z łańcucha alkilowego z przynajmniej 8 cząsteczkami węgla i uwodornionego alkilu łojowego; oraz gdzie X~ jest anionem. Składniki mineralne gleby mają zazwyczaj ujemny ładunek powierzchniowy i przeważnie hydrofilowy charakter. Natura hydrofilowa skutkuje przyciąganiem wody do gruntu i wchłanianiem jej poprzez ssanie kapilarne. Kationowy środek powierzchniowo czynny jest bardziej przyciągany do m inerałów znajdujących się w gruncie i modyfikuje tym samym naturę gruntu. Szczególnie dobrany środek powierzchniowo czynny sprawia, że grunt staje się mniej lub bardziej hydrofobowy, lub względnie hydrofobowy, w porównaniu z nieutwardzonym lub niemodyfikowanym gruntem. Wówczas przyciąganie wody przez glebę jest ograniczone a tym samym wchłanianie wody do gruntu jest również zredukowane. A zatem stabilność gruntu jest poprawiona. Podobny efekt winien nastąpić w przypadku

PL 223 921 B1 wprowadzania określonych soli amin, drogą wymiany kationu sodu lub wapnia na grupę amoniową unikając jednocześnie procesu kwaternizacji i wprowadzając biodegradowalny środek.

Tak więc w przemyśle istnieje potrzeba stworzenia środka stabilizującego grunt, gruntu stabilizowanego stworzonego z tego środka, oraz metody stabilizacji gruntu, która poprawia lub polepsza cechy charakterystyczne gruntu, najlepiej gruntu zagęszczonego, ułatwiając tym samym budowę oraz utrzymanie dróg i fundamentów.

Celem wynalazku było opracowanie niedrogiego i skutecznego środka do hydrofobizacji, umożliwiającego utwardzanie gruntu spoistego, przede wszystkim w drogownictwie i w budownictwie.

Celem wynalazku było opracowanie niedrogiego i skutecznego sposobu hydrofobizacji, umożliwiającego utwardzanie gruntu spoistego, przede wszystkim w drogownictwie i w budownictwie.

Nieoczekiwanie okazało się, że bardzo dobre efekty utwardzania gruntu spoistego uzyskuje się przy zastosowaniu w roli środka hydrofobizującego związku powierzchniowo czynnego posiadającego w kationie amidoaminę o wzorze [(RCONHCH₂CH₂)₂NH₂]+ [CH₃CH(OH)COO]^-, gdzie R=(CH₂)_nCH₃, a w anionie mleczan.

Nieoczekiwanie okazało się, że bardzo dobre efekty utwardzania gruntu spoistego uzyskuje się przy zastosowaniu zraszania spulchnionego gruntu spoistego roztworem związku powierzchniowo czynnego posiadającego w kationie amidoaminę o wzorze [(RCONHCH2CH2)2NH2]⁺ [CH3CH(OH)COO]^-, gdzie R=(CH2)nCH3, a w anionie mleczan, a następnie naniesienie spoiwa hydraulicznego.

Środek według wynalazku zawiera:

• 0,5-30 cg/g mleczanu amidoaminy o wzorze [(RCONHCH₂CH₂)₂NH₂]+ [CH₃CH(OH)COO]^-, gdzie R=(CH2)nCH3.

• 70-99,5 cg/g wody.

Korzystnie jest, jeżeli środek zawiera mleczan amidoaminy o wzorze [(RCONHCH₂CH₂)₂NH₂]+ [CH3 CH(OH)COO]^-, gdzie R=(CH2)nCH a n=18.

Sposób według wynalazku polega na tym, że warstwę gruntu spoistego o grubości 20-100 cm i o wilgotności 10,2-15,4%, spulchnia się do uzyskania rozdrobnienia minimum 80%, równomiernie zrasza się ją wodnym roztworem związku powierzchniowo czynnego posiadającego w kationie amidoaminę, a w anionie mleczan o wzorze: [(RCONHCH2CH2)2NH2]⁺ [CH3CH(OH)COO]^-, gdzie R=(CH₂)_nCH₃, przy czym stosuje się roztwór o stężeniu 0,5-30 cg/g, w ilości 0,005-5 cg/g mleczanu amidoaminy w stosunku do masy spulchnionego gruntu spoistego, następnie na spulchnioną warstwę gruntu spoistego nanosi się równomiernie spoiwo hydrauliczne w ilości od 2-20 cg/g w stosunku do masy spulchnionego gruntu spoistego, tak przygotowaną warstwę gruntu poddaje się wymieszaniu, wyrównuje się ją i ubija.

Korzystnie jest, jeżeli jako związek powierzchniowoczynny stosuje się [(RCONHCH₂CH₂)₂NH₂]+ [CH3CH(OH)COO]^-, gdzie R=(CH2)nCH3, a n=18.

Korzystnie jest, jeżeli do zraszania stosuje się 0,05-5 cg/g związku powierzchniowo czynnego w stosunku do masy spulchnionej gleby spoistej.

Korzystnie jest, jeżeli mieszanie i spulchnianie gruntu spoistego prowadzi się recyklerem.

Korzystnie jest, jeżeli jako spoiwo hydrauliczne stosuje się cement.

Korzystnie jest, jeżeli jako spoiwo hydrauliczne stosuje się cement aktywowany krzemionką.

Korzystnie jest, jeżeli na warstwę spoiwa hydraulicznego nakłada się warstwę kruszywa.

Korzystnie jest, jeżeli nakłada się warstwę kruszywa w ilości od 5-10 cg/g w stosunku do masy spulchnionego gruntu spoistego.

Korzystnie jest, jeżeli jako kruszywo stosuje się łupek przywęglowy przepalany.

P r z y k ł a d 1

Środek do hydrofobizacji gruntów spoistych zawiera 10 cg/g mleczanu amidoaminy o wzorze: [(RCONHCH2CH2)2NH2]+ [CH3CH(OH)COO]^-, gdzie R=(CH2)nCH3, a n=18, oraz 90 cg/g wody.

P r z y k ł a d 2

Środek do hydrofobizacji gruntów spoistych zawiera 5 cg/g mleczanu amidoaminy o wzorze: [(RCONHCH2CH2)2NH2]+ [CH3CH(OH)COO]^-, gdzie R=(CH2)nCH3, a n=18, oraz 95 cg/g wody.

P r z y k ł a d 3

Grunt spoisty o wilgotności 10,9 cg/g spulchnia się recyklerem do głębokości 47,5 cm. Spulchniony grunt o rozdrobnieniu 87,6% równomiernie polewa się 10 cg/g wodnym roztworem związku powierzchniowo czynnego posiadającego w kationie amidoaminę, a w anionie mleczan o wzorze:

[(RCONHCH2CH2)2NH2]+ [CH3CH(OH)COO]^-, gdzie R=(CH2)nCH3, a n=18, stosując 7,1 dm³ roztworu ₂ na m gruntu spoistego. Następnie równomiernie rozsypuje się 42,5 kg cementu aktywowanego krzePL 223 921 B1 mionką o nazwie fabrycznej Silment CQ-25 na każdy m gruntu spoistego. Tak przygotowany grunt miesza się recyklerem, wyrównuje i profiluje się powierzchnię gruntu równiarką, całość zagęszcza się przy użyciu walca stalowego gładkiego.

W ten sposób uzyskuje się:

Wskaźnik nośności warstwy (CBR) według testu Cleg'a po 3 dniach = 10%, po 28 dniach = 14%.

Statyczny moduł odkształcenia E2 według normy PN-S-02205: po 3 dniach 118 MPa, po 28 dniach 173 MPa.

Wskaźnik odkształcenia l₀ według normy PN-S-02205: po 3 dniach 2,1, po 3 dniach 1,7.

Wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach = 0,64 MPa.

P r z y k ł a d 4

Grunt spoisty o wilgotności 11,0 cg/g spulchnia się recyklerem do głębokości 47,9 cm. Spulc hniony grunt o rozdrobnieniu 85,7% równomiernie polewa się 10 cg/g wodnym roztworem związku powierzchniowo czynnego posiadającego w kationie amidoaminę, a w anionie mleczan o wzorze:

[(RCONHCH₂CH₂)₂NH₂]+ [CH₃CH(OH)COO]^-, gdzie R=(CH₂)nCH3, a n=18, stosując 7,1 dm³ roztworu ₂ na m gruntu spoistego. Następnie równomiernie rozsypuje się 42,5 kg cementu aktywowanego krze22 mionką o nazwie fabrycznej Silment CQ-25 na każdy m gruntu spoistego oraz 42,5 kg na każdy m gruntu spoistego łupka przywęglowego przepalanego o uziarnieniu 0-8 mm. Tak przygotowany grunt miesza się recyklerem, wyrównuje i profiluje się powierzchnię gruntu równiarką, całość zagęszcza się przy użyciu walca stalowego gładkiego.

W ten sposób uzyskuje się:

Wskaźnik nośności warstwy (CBR) według testu Cleg'a: po 3 dniach = 21%, po 28 dniach = 23%.

Statyczny moduł odkształcenia E2 według normy PN-S-02205: po 3 dniach 161 MPa, po 28 dniach 450 MPa.

Wskaźnik odkształcenia l₀ według normy PN-S-02205: po 3 dniach 1,7, po 28 dniach 1,8.

Wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach = 1,87 MPa.

P r z y k ł a d 5

Grunt spoisty o wilgotności 11,1 cg/g spulchnia się recyklerem do głębokości 48,6 cm. Spulchniony grunt o rozdrobnieniu 89,7% równomiernie polewa się 10 cg/g wodnym roztworem związku powierzchniowo czynnego posiadającego w kationie amidoaminę, a w anionie mleczan o wzorze:

[(RCONHCH₂CH₂)₂NH₂]+ [CH3CH(OH)COO]^-, gdzie R=(CH₂)nCH3, a n=18, stosując 7,1 dm³ roztworu ₂ na m gruntu spoistego. Następnie równomiernie rozsypuje się 42,5 kg cementu o nazwie fabrycznej ₂

CEM II 32,5R na każdy m gruntu spoistego. Tak przygotowany grunt miesza się recyklerem, wyrównuje i profiluje się powierzchnię gruntu równiarką, całość zagęszcza się przy użyciu walca stalowego gładkiego.

W ten sposób uzyskuje się:

Wskaźnik nośności warstwy (CBR) według testu Cleg'a: po 3 dniach = 8%, po 28 dniach = 15%.

Statyczny moduł odkształcenia E2 według normy PN-S-02205: po 3 dniach 102 MPa, po 28 dniach 150 MPa.

Wskaźnik odkształcenia l₀ według normy PN-S-02205: po 3 dniach 2,0, po 28 dniach 1,9.

Wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach = 0,48 MPa.

PL 223 921 B1

P r z y k ł a d 6

Grunt spoisty o wilgotności 10,9 cg/g spulchnia się recyklerem do głębokości 47,5 cm. Spulc hniony grunt o rozdrobnieniu 87,6% równomiernie polewa się 10 cg/g wodnym roztworem związku powierzchniowo czynnego posiadającego w kationie amidoaminę, a w anionie mleczan o wzorze: [(RCONHCH2CH2)2NH2]+ [CHsCH(OH)COO], gdzie R=(CH₂)nCH3, a n=18, stosując 7,1 dm³ roztworu na m gruntu spoistego. Następnie równomiernie rozsypuje się 42,5 kg cementu aktywowanego krze₂ mionką o nazwie fabrycznej Silment CQ-25 na każdy m gruntu spoistego. Tak przygotowany grunt miesza się recyklerem, wyrównuje i profiluje się powierzchnię gruntu równiarką, całość zagęszcza się przy użyciu walca stalowego gładkiego.

W ten sposób uzyskuje się:

Wskaźnik nośności warstwy (CBR) według testu Cleg'a: po 3 dniach = 5%, po 28 dniach = 11%.

Wskaźnik odkształcenia l₀ według normy PN-S-02205: po 3 dniach 2,1, po 28 dniach 2,1.

Wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach = 0,44 MPa.

Claims

1. Środek do hydrofobizacji gruntów spoistych, znamienny tym, że zawiera:

• 0,5-30 cg/g mleczanu amidoaminy o wzorze [(RCONHCH₂CH₂)2NH₂]+ [CH₃CH(OH)COO]^-, gdzie R=(CH₂)nCH3, • 70-99,5 cg/g wody.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek zawiera mleczan amidoaminy o wzorze [(RCONHCH₂CH₂)₂NH₂]+ [CH3CH(OH)COO]^-, gdzie R=(CH₂)nCH a n=18.

3. Sposób hydrofobizacji gruntów spoistych, znamienny tym, że warstwę gruntu spoistego o grubości 20-100 cm i o wilgotności 10,2-15,4%, spulchnia się do uzyskania rozdrobnienia minimum 80%, równomiernie zrasza się ją wodnym roztworem związku powierzchniowo czynnego posiadającego w kationie amidoaminę, a w anionie mleczan o wzorze: [(RCONHCH₂CH₂)₂NH₂]+ [CH₃CH(OH)COO]^-, gdzie R=(CH2)nCH3, przy czym stosuje się roztwór o stężeniu 0,5-30 cg/g, w ilości 0,05-5 cg/g mleczanu amidoaminy w stosunku do masy spulchnionego gruntu spoistego, następnie na spulchnioną warstwę gruntu spoistego nanosi się równomiernie spoiwo hydrauliczne w ilości od 2-20 cg/g w stosunku do masy spulchnionego gruntu spoistego, tak przygotowaną warstwę gruntu poddaje się wymieszaniu, wyrównuje się ją i ubija.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że jako związek powierzchniowo czynny stosuje się [(RCONHCH₂CH₂)₂NH₂]+ [CH3CH(OH)COO]-, gdzie R=(CH₂)nCH3, a n=18.

5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że do zraszania stosuje się 0,05-5 cg/g związku powierzchniowo czynnego w stosunku do masy spulchnionej gleby spoistej.

6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że mieszanie i spulchnianie gruntu spoistego prowadzi się recyklerem.

7. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że jako spoiwo hydrauliczne stosuje się cement.

8. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że jako spoiwo hydrauliczne stosuje się cement aktywowany krzemionką.

9. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że na warstwę spoiwa hydraulicznego nakłada się warstwę kruszywa.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że nakłada się warstwę kruszywa w ilości od 2-20 cg/g w stosunku do masy spulchnionego gruntu spoistego.

11. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że jako kruszywo stosuje się łupek przywęglowy