СОСТАВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ГРУНТОВ И ПОРОД

СОСТАВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ГРУНТОВ И ПОРОД


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2289652 (13) C2

(51) МПК
E02B 3/16 (2006.01)
E02D 3/12 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.12.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004131313/03 
(22) Дата подачи заявки: 2004.10.25 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.10.25 
(45) Опубликовано: 2006.12.20 
(56) Аналоги изобретения: SU 1705500 A1, 15.01.1992. SU 649788 A, 28.02.1979. SU 1772303 A1, 30.10.1992. SU 1110873 A, 07.11.1988. RU 2039150 C1, 09.07.1995. JP 2003-064618 A, 05.03.2003. Химические способы закрепления песчаных и горных пород. Часть II. Глубинные методы закрепления. - Л.: ВНИИ гидротехники им. Б.Е. Веденеева, 1971, с.5. ЧЕРКАСОВ И.И. и др. Стабилизация грунтов дорожных оснований синтетическими смолами с применением новых отвердителей. Материалы к VI Всесоюзному совещанию по закреплению и уплотнению грунтов. - М.: Издательство Московского университета, 1968, с.168-174. 
(72) Имя изобретателя: Алтунина Любовь Константиновна (RU); Кувшинов Владимир Александрович (RU); Стасьева Любовь Анатольевна (RU); Долгих Сергей Николаевич (RU); Мельник Геннадий Анатольевич (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Акционерная компания "АЛРОСА" (закрытое акционерное общество) (АК "АЛРОСА" (ЗАО) (RU); Институт химии нефти СО РАН (ИХН СО РАН) (RU) 
(98) Адрес для переписки: 678170, Республика Саха (Якутия), г.Мирный, ул. Ленина, 39, Институт Якутнипроалмаз АК "АЛРОСА" (ЗАО) 

(54) СОСТАВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ГРУНТОВ И ПОРОД

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано для восстановления водонепроницаемости гидротехнического сооружения из низкотемпературных грунтов и пород, особенно в районах вечной мерзлоты, а также при создании и ремонте противофильтрационных завес в грунтовых плотинах, построенных в районах распространения многолетнемерзлых пород. Технический результат - повышение эффективности и структурной прочности состава при замораживании - размораживании. Состав для создания водонепроницаемости низкотемпературных грунтов и пород, содержащий поливиниловый спирт и воду, дополнительно содержит борную кислоту при следующих соотношениях компонентов, мас.%: поливиниловый спирт - 3-10, борная кислота - 0,2-1,0, вода - остальное. 2 табл., 3 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано для восстановления водонепроницаемости гидротехнического сооружения (понижения водопроницаемости) из низкотемпературных грунтов и пород, особенно в районах вечной мерзлоты, а также при создании и ремонте противофильтрационных завес (экранов) в грунтовых плотинах, построенных в районах распространения многолетнемерзлых пород.

Известен состав для закрепления грунта на основе акриламида (а.с. №395543, БИ №35, 1973 г.). Этот состав не пригоден для укрепления грунта в районах вечной мерзлоты.

Известен инъекционный раствор (а.с. №649788, БИ №8, 1979 г.) на основе цемента и хладостойкой добавки, однако такие составы имеют небольшую проникающую способность, кроме того, при закачке в зоны с большим поглощением, характерным для грунтовых плотин в районах вечной мерзлоты, он быстро размываются и не успевает схватываться.

Наиболее близким по технической сущности является состав для закрепления оттаявшего грунта в районах распространения вечной мерзлоты, для защиты грунтовых откосов от размывания талыми водами, содержащий 2-8%-ный водный раствор поливинилового спирта (ПВС), смешанный с грунтом и подвергнутый замораживанию в течение 3-4 часов (А.с. №1705500, БИ №2, 1992). Однако растворы ПВС образуют гели только в процессе замораживания - оттаивания, при положительных температурах они гелей не образуют. Поэтому при закачке растворов ПВС в инъекционные скважины они не могут создать противофильтрационный экран, а разбавляются и выносятся водой, как и цементные растворы.

Задачей настоящего изобретения является разработка состава для создания противофильтрационного экрана в гидротехнических сооружениях в районах распространения многолетнемерзлых пород, подвергающихся процессам периодического сезонного замораживания и размораживания.

Технический результат изобретения - повышение эффективности водонепроницаемости и структурной прочности состава при замораживании - размораживании.

Предлагаемый состав для образования противофильтрационного экрана содержит поливиниловый спирт, борную кислоту и воду при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

поливиниловый спирт 3.0-10.0 
борная кислота 0.2-1.0 
вода остальное 


Указанный раствор при температуре 0-10°С образует гель, создающий противофильтрационный экран, который в процессе замораживания - размораживания превращается в криогель, при этом его противофильтрационные и прочностные характеристики улучшаются. Чем в большем количестве циклов замораживания - размораживания участвует криогель, тем лучше становятся его механические свойства: увеличивается прочность и упругость. При создании противофильтрационного экрана борная кислота, входящая в предлагаемый состав, улучшает механические свойства геля и усиливает его сцепление с карбонатной породой (фиг.1, 2).

Раствор закачивают через нагнетательные скважины в тело и основание плотины или другого гидротехнического сооружения при давлении, меньшем давления гидроразрыва грунта. За счет сцепления состава с породой фильтрационное сопротивление потоку воды увеличивается, вязкость состава возрастает (фиг.3), скорость потока замедляется. Через определенное время при температуре 0-10°С образуется гель, создающий противофильтрационный экран. Скорость потока становится равной нулю, то есть поток останавливается. В дальнейшем при сезонном замораживании - размораживании прочностные характеристики противофильтрационного экрана улучшаются.

Состав готовят следующим образом. В воду с температурой 70-90°С при постоянном перемешивании помещают необходимое количество борной кислоты, затем поливинилового спирта и перемешивают до получения однородного раствора. Получается раствор с вязкостью 6-146 мПа·с. Изменение вязкоупругих свойств составов после термостататирования при 2°С приведены в таблице 1, вязкоупругие свойства составов до и после процесса замораживания - размораживания - в таблице 2.

Измерение вязкости проводили методом вибрационной вискозиметрии с использованием вибрационного вискозиметра «Реокинетика» с камертонным датчиком. В качестве калибровочной жидкости использовали дистиллированную воду.

Определение модуля упругости гелей проводили на основании диаграмм «напряжение - деформация», полученных в квазистатическом режиме сжатия цилиндрических образцов. Использовалась оригинальная аппаратура на базе микрометра и электронных весов. Модуль упругости рассчитывали как угол наклона начального линейного участка зависимости напряжения сжатия от величины деформации, для которого соблюдается закон Гука. Результаты измерения вязкости и упругости криогелеобразующих составов показали, что они образуют маловязкие растворы с невысокой упругостью, их легко можно прокачивать насосом и продвигать на достаточно большое расстояние в процессе тампонажа. При образовании криогелей после однократного замораживания - размораживания вязкость композиций увеличивается в 9,2 раза, модуль упругости - в 4,6 раза. Результаты измерений приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 - Изменение вязкоупругих свойств составов после термостататирования при 2°С 
№ Вещества Концентрация, мас. % Время, сут Вязкость, мПа·с Модуль упругости. Па 
1 ПВС 5 0 27,8 3685 
2 35,6 8723 
5 10530 
2 ПВС 3,0 0 5,9 4747 
Борная кислота 0,5 2 7,3 8627 
3 ПВС 5,0 0 23,3 7923 
Борная кислота 0,2 2 13790 
5 63,7 13440 
4 ПВС 5,0 0 24,5 8235 
Борная кислота 0,5 2 77,7 15000 
5 86,3 17470 
5 ПВС 5,0 0 36,0 10260 
Борная кислота 1,0 2 81,6 21310 
5 88,2 23830 
6 ПВС 7,0 0 54,9 8953 
Борная кислота 0,2 2 147,1 17530 
5 161,6 32600 
7 ПВС 7,0 0 73,1 6176 
Борная кислота 0,5 2 157,0 29480 
5 220,6 38240 
8 ПВС 7,0 0 96,3 7389 
Борная кислота 1,0 2 238,4 38650 
6 300,8 45850 
9 ПВС 10,0 0 146,8 8206 
Борная кислота 1,0 2 469,6 96954 


Таблица 2 - Вязкоупругие свойства составов до и после процесса замораживания - размораживания 
Вещества Концентрация, мас, % Раствор Криогель 
Вязкость, мПа·с Модуль упругости, Па Вязкость, мПа·с Модуль упругости, Па 
ПВС 5,0 
Борная кислота 1,0 43,9 5176 404,5 236500 
ПВС 7,0 
Борная кислота 1,0 96,3 7389 486,5 254200 
ПВС 10,0 
Борная кислота 1,0 146,8 8206 2216 314650 


Приведем примеры конкретного выполнения. 

Пример 1 (по прототипу). 50,0 г поливинилового спирта заливают 950,0 г горячей воды с температурой 70-90°С и перемешивают до получения однородного раствора.

Полученный раствор содержит 5,0 мас.% поливинилового спирта. Изменения вязкости и модуля упругости раствора после термостатирования при 2°С приведены в таблице 1.

Пример 2. В воду с температурой 70-90°С при постоянном перемешивании помещают 5,0 г борной кислоты, затем 30,0 г поливинилового спирта и перемешивают до получения однородного раствора. Получается раствор, содержащий 3,0 мас.% поливинилового спирта. Изменения вязкости и модуля упругости раствора после термостатирования при 2°С приведены в таблице 1.

Примеры 3-9. (Аналогично примеру 2 при различных соотношениях компонентов.) Изменения вязкости и модуля упругости раствора после термостатирования при 2°С приведены в таблице 1.

Пример опытно-промышленных испытаний состава. 

В 5 скважин на плотине Иреляхского гидроузла РЦ-6, Г-1, Г-2, Г-3 и РЦ-7 произведена поинтервальная закачка криогелеобразующих составов с целью тампонажа фильтрующего основания плотины. Был закачан криогелеобразующий состав, содержащий ПВС - 5 мас.%, борная кислота - 1 мас.%, вода - остальное. Приготовление состава, содержащего 5% ПВС и 1% борной кислоты, осуществлялось следующим образом. В теплоизолированную емкость вместимостью 0.75 м 3 с лопастной мешалкой помещали 700-710 л воды, предварительно нагретой до 90°С, при постоянном перемешивании засыпали 7.5 кг борной кислоты, затем 40 кг ПВС и перемешивали 3-5 часов до получения однородного раствора. Полученный раствор в количестве 750 л по шлангам буровым трехплунжерным насосом НБ4-160/63 перекачивали в емкость вместимостью 1.5 м3 с лопастной мешалкой, где раствор охлаждался до 20-30°С. Раствор готовили параллельно в двух емкостях по 0.75 м3 с мешалками.

Всего была закачана 51 тонна раствора. По скважинам опытного участки объем закачки раствора находился в пределах 0.3-0.6 м3 , в среднем 0.4 м3 на 1 м пробуренного интервала. Опытно-промышленные работы показали, что криогелеобразующие растворы можно готовить непосредственно на плотине и закачивать в скважины с использованием стандартной техники для цементации.

Разбуривание скважин РЦ-6 и РЦ-7, в которых 3 месяца назад была проведена цементация до 37 и 38 м, показало, что цементирование этих скважин не создало цементной завесы и не остановило на этом участке фильтрацию воды через основание плотины, так как вода появилась в скважине РЦ-6 с 26 м, в скважине РЦ-7 - с 22-27 м, водопоглощение при гидроопробовании составило 120 л/мин при 0 атм. Поэтому закачку раствора проводили в те же интервалы, и только после остановки фильтрации воды и создания в вышележащей зоне гелевого экрана производили закачку раствора в нижележащие интервалы - до 45 м.

В опытных скважинах Г-1, Г-2 и Г-3 вода появилась с 24-26 м, водопоглощение при гидроопробовании составляло максимально 120 л/мин при 0-1 атм, до образования криогелевого экрана между скважинами существовала хорошая гидродинамическая связь. В этих скважинах закачку раствора производили поинтервально, с интервалами 3-7 м. Разбуривание нижележащих зон после закачки криогеля происходило легко, при этом из промороженных зон плотины криогель выбуривался в виде кусков и крупинок, а из растепленных зон - в виде геля. В тех зонах, куда был закачан криогель, как правило, водопритока не было. Во всех опытных скважинах криогелевая завеса была создана до глубины 45-46 м.

За счет закачки состава в скважины РЦ-6, Г-1, Г-2, Г-3 и РЦ-7 на опытном участке в основании плотины с глубины от 16 до 45 м образовался криогелевый экран длиной 15 м, площадью приблизительно 430 м2 и толщиной около 3 м, создавший противофильтрационную завесу. Об этом свидетельствует тот факт, что при последующем разбуривании нижележащих зон скважин в тех зонах, куда был закачан раствор криогеля, водопритока не наблюдалось. При бурении контрольной скважины КГ-1 между скважинами Г-1 и Г-2 в разбуренных интервалах 21-37 м водопритока не наблюдалось, при этом закачивалось «до отказа» очень мало цементного раствора, например 37 кг для зоны 21-27 м. Кроме того, старая температурная скважина 57, находящаяся в нижнем бьефе напротив опытного участка закачки криогеля, с 30 августа перестала фонтанировать.

Согласно Акту опробования контрольной скважины КГ-1, пробуренной между скважинами Г-1 и Г-2, в интервале 21-36 м при давлении 0.5-1.5 атм удельное водопоглощение находилось в пределах 0.018-0.022 л/(мин·м·м), в среднем 0.017 л/(мин·м·м); в интервале 36-40 м при давлении 0.7-1.5 атм удельное водопоглощение находилось в пределах 0.14-0.44 л/(мин·м·м), в среднем 0.28 л/(мин·м·м). В интервале 21-40 м при давлении 0.5-1.5 атм среднее удельное водопоглощение равно 0.15 л/(мин·м·м). Инъекционные работы по криогелевой завесе следует признать достаточными, так как среднее удельное водопоглощение в контрольной скважине до глубины 40 м составляет 0.15 л/(мин·м·м), что не превышает 1 л/(мин·м·м).

В процессе цементирования контрольной скважины КГ-1 при закачивании цементного раствора «до отказа» поглощение цемента было незначительным: в интервале 21-36 м - 0.8 кг/м, в интервале 36-40 м - 16.5 кг/м. Эти значения существенно меньше наблюдавшихся при цементации скважины РЦ-6, разбуренной и зацементированной за 3 месяца до проведения опытных работ (поглощение цемента составляло: в интервале 21-24 м - 142 кг/м, в интервале 24-27 м - 530 кг/м).

Результаты проведения опытно-промышленных работ показали, что для создания противофильтрационной завесы достаточное количество раствора составляет в среднем 0.4 м3 на 1 м пробуренного интервала.

Опытно-промышленные работы показали, что составы можно готовить непосредственно на плотине и закачивать в скважины с использованием стандартной техники для цементации. При образовании криогелей после однократного замораживания - размораживания вязкость составов увеличивается в 5.4-32.8 раза, модуль упругости - в 4-6.9 раза.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Состав для создания водонепроницаемости низкотемпературных грунтов и пород, содержащий поливиниловый спирт и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит борную кислоту при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Поливиниловый спирт 3-10 
Борная кислота 0,2-1,0 
Вода Остальное





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к СТРОЙИНДУСТРИИ: строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ, бетон, специальный бетон, добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства, специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения, лакокрасочные, клеевые составы и композиции, строительные изделия, окна и двери. шторы и жалюзи. фурнитура, гарнитура и комплектующие, устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. приспособления и устройства, устройство покрытий полов. наливные полы. смеси и композиции, строительство и ремонт гидротехнических сооружений, технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ, строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ.



Новые технологии и изобретения в стройиндустрии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "силикатный кирпич" будет найдено словосочетание "силикатный кирпич". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("силикатный" или "кирпич").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+силикатный -кирпич".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "кирпич" будут найдены слова "кирпич", "кирпичи" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "кирпич!".


Строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения | Лакокрасочные, клеевые составы и композиции | Строительные изделия | Новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ | Окна и двери. Шторы и жалюзи. Фурнитура, гарнитура и комплектующие | Устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. Приспособления и устройства | Бетон. Добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства | Устройство покрытий полов. Наливные полы. Смеси и композиции | Строительство и ремонт гидротехнических сооружений | Технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения | Строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Способы производства строительных материалов из древесины и отходов деревообработки


Рейтинг@Mail.ru