Pagājušā gadsimta 70. gados Uretek inženieri sāka eksperimentēt un izmantot ģeopolimēru injekcijas, lai stabilizētu iegrimstošus ēku pamatus. Kopš tā laika šī tehnoloģija ir ievērojami attīstījusies un tiek plaši izmantota dažādās būvniecības nozarēs.
Ģeopolimēru injekcijas ar lieliem panākumiem ir izmantotas ēku, ceļu, lidlauku un dzelzceļu plātņu pacelšanai un stabilizēšanai. Jau 50 gadu Uretek ir bijis šīs tehnoloģijas līderis, ir izstrādājis un patentējis vairākus ģeopolimēru veidus, kas optimāli atrisina dažādas strukturālas problēmas.
Šajā rakstā ir sniegts pārskats par Uretek ģeopolimēriem 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, izmantojot Uretek ģeopolimēru injekcijas metodi, tika stabilizēta bojāta betona plātne kādā noliktavā, neietekmējot noliktavas darbību.
Ekspansīvi ģeopolimēri
Ģeopolimēri ir ekspansīvi sveķi, kurus ar īpašu augstspiediena injicēšanas aprīkojumu var iesmidzināt grunts slāņos, lai aizpildītu dobumus, stabilizētu un celtu grunts nestspēju. Ģeopolimēru injekciju tehnoloģijai salīdzinājumā ar konvencionālajām celtniecības metodēm ir unikālas un izcilas inženiertehniskās īpašības, tāpēc tā ir ideāli piemērota ilgtspējīgai celtniecībai.
1. attēls. Tilpuma izplešanās dažādu veidu ģeopolimēriem.
Ātra sacietēšana. Atšķirībā no tradicionālās būvjavas ģeopolimēru sacietēšanas laiks parasti ir īsāks par minūti. Tas nozīmē, ka ģeopolimēru priekšrocības būs redzamas acumirklī. Jāpiebilst, ka ģeopolimēru maisījumu var pielāgot, lai iegūtu dažādiem projektiem un lietošanai nepieciešamo izplešanos un sacietēšanas laiku.
Kontrolēta uzbriešana. Uretek ģeopolimēri var izplesties līdz pat 40 reizēm un nodrošināt atšķirīgu celšanas spēku. Ļoti reaktīviem ģeopolimēriem parasti ir lielāka tilpuma izplešanās un mazāks gala blīvums, bet ģeopolimēriem ar zemu reaktivitāti – mazāka tilpuma izplešanās un lielāks blīvums. Lai izvēlētos vispiemērotāko ģeopolimēru veidu, ir jāzina, kādā nolūkā tie tiks lietoti. Piemēram, lai paceltu plātnes un sasniegtu vēlamo to augstumu, jāizvēlas ģeopolimēri ar augstu reaktivitāti. Taču grunts stiprināšanas nolūkā priekšroka jādod ģeopolimēriem ar zemu reaktivitāti, jo tie nodrošina lielāku kompozīta stingrību un izturību.
Viegls materiāls. Uretek ģeopolimēru galīgais blīvums ir no 150 līdz 300 kg/m3, tas ir attiecīgi gandrīz 10 un piecas reizes vieglāks nekā tipisks betons un java.
Augsta spiedes un stiepes izturība. Injicējamā Uretek ģeopolimēra neierobežotā spiedes izturība mainās atkarībā no blīvuma. Lielāks ģeopolimēra blīvums dos iespaidīgāku spiedes izturību. Spiedes īpašību testēšana, ko veikusi Padujas universitāte Itālijā (Dominijanni and Manassero, 2014), parādīja, ka pastāv eksponenciāla saistība starp ģeopolimēra blīvumu un spiedes izturību, un, ja ģeopolimēra blīvums ir 300 kg/m3, tā var sasniegt līdz 5 MPa (skatīt 2. attēlu (A)), kas ir 30 reižu lielāks nekā parastajiem inženiertehniskajiem pildījumiem. Pretēji inženiertehniskajiem pildījumiem ģeopolimēriem ir arī laba stiepes izturība; tā ir atkarīga arī no sveķu blīvuma un var sasniegt līdz 3 MPa, ja ģeopolimēra galīgais blīvums ir 300 kg/m3 (skatīt 2. attēlu (B)).
2. attēls. Padujas laboratorijas testu rezultāti.
Kontrolētā stinguma modulis. Saskaņā ar Padujas universitātes laboratorijā veiktajiem testiem (Dominijanni and Manassero, 2014) Uretek ģeopolimēra stinguma modulis ir atkarīgs no izvēlētā ģeopolimēra aprēķinātā blīvuma, un ģeopolimēram ar blīvumu no 150 līdz 300 kg/m3 tas var mainīties no 30 līdz 80 MPa (skatīt 3. attēlu).
3. attēls. Saistība starp ģeopolimēra blīvumu un moduli.
Šķīdums bez ūdens. Uretekģeopolimēriem, lai sāktu saistīšanu un cietēšanu, nav nepieciešams ūdens, tāpēc tie arī nepalielinās ūdens saturu augsnē. Ģeopolimēru sacietēšana notiek ar eksotermisku ķīmisku reakciju, ko sauc par polimerizāciju.
Videi draudzīgs materiāls. Uretekģeopolimēru molekulārā struktūra ir ļoti stabila, tāpēc tie nepiesārņo augsni vai gruntsūdeņus un ir mazāk pakļauti ķīmiskai iedarbībai.
Pieredzes stāsts – noliktava Pierīgā
Pārtikas preču noliktava atrodas netālu no Rīgas. Noliktavas kopējā platība pārsniedz 24 tūkstošus kvadrātmetru. 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. Grīdas plātni veidoja 24 cm biezs stiegrots dzelzsbetons uz trīs metru režģī izvietotiem pāļiem.
Drīz pēc noliktavas ekspluatācijas sākšanas sāka parādīties plātnes nosēšanās pazīmes. Nosēšanās dziļums bija līdz pat trim centimetriem, kas radīja ievērojamas plaisas.
Pārmērīgā grīdas plātnes iesēšanās apdraudēja produktīvu noliktavas darbību. Sākotnēji tika lēsts, ka kopējā problēmas skartā platība ir aptuveni 7600 kvadrātmetru jeb 26% no kopējās platības. Pēc plašas grunts izpētes tika secināts, ka galvenais pārmērīgās nosēšanās iemesls ir astoņus metrus biezs irdenu smilšu slānis zem plātnes. 4. 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 astoņus metrus biezs ļoti mīksts irdenu smilšu slānis, kura SPT vērtība ir mazāka par divi. 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 ģeopolimēru injekcijām pacelt grīdas plāksni tās sākotnējā līmenī.
4. attēls. Urbuma informācija un SPT rādījumi vienā no vissmagāk skartajām vietām.
Parasti ģeopolimēru injicēšana notiek trīs galvenajos posmos:
1) urbšana;
2) cauruļu ievietošana;
3) ģeopolimēra iesmidzināšana un sacietēšanas uzraudzīšana.
Pirmajā posmā cauri plātnei līdz vajadzīgajam dziļumam tiek izurbts caurums ar diametru 12 mm. Tajā tiek ievietota injekcijas caurule, caurules galam jābūt zem plātnes. Trešajā posmā zem plātnes tiek iesmidzināts atbilstošs daudzums vajadzīgā veida ģeopolimēra.
Ģeopolimērs izplešas zem plātnes un paceļ plātni, kā parādīts 5. attēlā. Šī procesa laikā plātņu līmenis tiek rūpīgi uzraudzīts ar lāzera līmeņrāžiem, lai nodrošinātu, ka tiek sasniegti vēlamie pacēlumi un ka tie atbilst pielaidēm.
5. attēls. Pacelšana ar ģeopolimēru.
Distribūcijas centra noliktavai grīdas plātņu pacelšana veikta trīs piegājienos. Pacelšana tika kartēta atbilstoši noliktavas plānojumam, kā parādīts 6. attēlā. Trīs piegājieni 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 veikts, lai paceltu zonas, kurās nosēšanās bija līdz astoņiem milimetriem;
- otrais pacelšanas piegājiens tika veikts, lai paceltu zonas, kurās nosēšanās bija no astoņiem līdz 20 mm;
- trešais pacelšanas piegājiens tika veikts, lai paceltu zonas, kurās nosēšanās bija no 20 līdz 32 mm.
Katrā piegājienā plātņu pacelšana veikta vairākos nelielos soļos, līdz tika sasniegts mērķa līmenis ar pielaidi –0,1/+0,1 cm.
6. attēls. Pacelšanas piegājienu karte atbilstoši noliktavas plānojumam.
Pacelšanas darbi notika vienlaikus divās ejās, kas tobrīd bija pilnībā noslogotas. Pēc darbu pabeigšanas ejas tika nodotas ekspluatācijā un sekoja nākamo divu eju pārņemšana. Uretek darbus pabeidza divās nedēļās, neietekmējot noliktavas darbību. Betona grīdas līmeni pēc darbu veikšanas pārbaudīja pasūtītāja izvēlēts ārpakalpojums. Uretek ģeopolimēru 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 ģeopolimēru injekcijas tehnoloģiju kā rentablu risinājumu, lai stabilizētu un līmeņotu pārmērīgi iesēdušās plātnes. Metodes pamatojumam tika izmantota distribūcijas centra noliktavas gadījuma izpēte, kurā uzsvērti ar Uretek tehnoloģijas izmantošanu un efektivitāti saistītie ieguvumi.
Secinājumi ir šādi:
- Uretek ģeopolimēriem 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 ģeopolimēru procedūru;
- rūpīga plānošana un darba izpildes mērījumi ir ļoti svarīgi, lai pilnībā izmantotu ģeopolimēru injekciju priekšrocības;
- Uretek ģeopolimēru injekciju tehnoloģija var būt rentabls risinājums sarežģītām problēmām pēc būvniecības pabeigšanas.
Dainis Dronka, Uretek pārdošanas un projektu vadītājs Latvijā
Attēli no uzņēmuma arhīva
Pārpublicēts no žurnāla Būvinženieris oktobra numura (Nr.95).
