วัสดุกรูตเคมี – บทนำแบบครบวงจร

1. วัสดุเคมี

วัสดุกรูตเคมีใช้ในการฉีดเข้าสู่ชั้นดินเพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งของชั้นดิน, ลดสมบัติการซึมซับ, และป้องกันการเหลวไหลของดิน.

วัสดุเหล่านี้ทำให้เกิดการฟื้นฟูดินผ่านกระบวนการที่เช่น การเจาะเข้า, การกระจาย, การเจลนตัว, หรือการเติบตั้ง.

วัสดุกรูตเคมีที่ใช้กันทั่วไปประกอบด้วยแซลูชันที่แท้จริง (น้ำยาไอออน) และสารแขวนเจลเหมือน (น้ำยาคอลลอยด์) ซึ่งสร้างพฤติกรรมการเจลนตัวหรือการเติบตั้งผ่านการเกิดปฏิกิริยาเคมีและวิธีการตกตะกอนทางกายภาพ.

ในความหมายที่กว้างขึ้น, วัสดุกรูตเคมียังครอบคลุมสารพอลิเมอร์ความสูง (เช่น น้ำยาพอลิยูเรเทน) วัสดุเคมีสำหรับควบคุมการปล่อยสารมลพิษของดิน (เช่น สารเคมีพิเศษ, ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์, กรดกำมะถัน, สารแขวนเกล็ดโลหะเนื้อละเอียด) รวมถึงการผสมของปูนซีเมนต์หรือเบนโตไนท์กับน้ำยาเคมี.

วัสดุเหล่านี้ยังถูกเรียกว่าวัสดุกรูตเคมี.

เนื่องจากมีความแตกต่างที่สำคัญในคุณสมบัติและวัตถุประสงค์ระหว่างวัสดุเหล่านี้, แนะนำให้จัดประเภทแยกกันเพื่อป้องกันความสับสน.

2.1 ประเภททั่วไป

ซิลิเกตโซเดียม: ซิลิเกตโซเดียม ที่รู้จักกันในชื่อ “แก้วน้ำ” เป็นวัสดุเคมีที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

วัสดุนี้มีการใช้งานในหลายภาคส่วน เช่น วิศวกรรมโยธา, ผลิตภัณฑ์ในครัวเรือน, ผลิตภัณฑ์เคมี, และอุตสาหกรรมเครื่องกล

ซิลิเกตโซเดียมมีให้เลือกในระดับต่างๆ ตามอัตราส่วนโมเลกุล และมันถูกใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆตามความต้องการ

ระดับที่ใช้กันทั่วไปในวิศวกรรมโยธาคือ ซิลิเกตโซเดียม #3 และซิลิเกตโซเดียม #5

ความแตกต่างระหว่างทั้งสองอยู่ที่ประกอบของไอออนโซเดียมและไดออกไซด์ซิลิคอน ซิลิเกตโซเดียม #3 มีปริมาณไอออนโซเดียมที่สูงกว่า ในขณะที่ซิลิเกตโซเดียม #5 มีปริมาณไอออนโซเดียมที่ต่ำกว่า

• ซิลิเกตโซเดียมผลิตจากทรายควอตซ์, คาร์บอเนตโซเดียม และโซดาแก้ว มันสามารถละลายในน้ำได้และแสดงคุณสมบัติเป็นด่าง.
• ระดับต่าง ๆ ของซิลิเกตโซเดียมประกอบด้วยสัดส่วนของไอออนโซเดียมที่แตกต่างกัน.
• กลไกการเจลเลชั่นของซิลิเกตโซเดียมถูกควบคุมโดยความเป็นกรดหรือความเป็นด่าง (pH) ของสภาพแวดล้อม ซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมี.
• ความทนทานของการเจลเลชั่นขึ้นอยู่กับเนื้อหาไอออนโซเดียมเป็นหลัก (การไฮโดรไลซิสของน้ำ) แม้ว่าไอออนโลหะอื่น ๆ และสิ่งปนเปื้อนก็สามารถมีผลต่อความทนทานได้.
• ซิลิเกตโซเดียม #3 มีเนื้อหาไอออนโซเดียมที่สูงกว่า และเหมาะสำหรับการใช้งานระยะสั้น (แนะนำให้ใช้ประมาณ 2 ปี) มันแสดงคุณสมบัติการเจลเลชั่นที่ไม่ดีในการก่อตัวของเกลือและด่าง และการควบคุมเวลาการเจลเลชั่นและพฤติกรรมการเจลแบบทันทีเป็นความท้าทาย.
• ซิลิเกตโซเดียม #5 มีเนื้อหาไอออนโซเดียมที่ต่ำกว่า และเหมาะสำหรับการใช้งานระยะยาว มันแสดงคุณสมบัติการเจลเลชั่นที่ดีในการก่อตัวของเกลือและด่าง และเวลาการเจลเลชั่นง่ายต่อการควบคุม มันสามารถใช้สำหรับการเจลแบบทันทีและการเจลแบบที่รวดเร็วมาก.

เพื่อที่จะได้การเจลเลชั่นระยะยาวโดยไม่มีปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส และเพื่อที่จะสามารถใช้ซิลิเกตโซเดียมในก้อนพิเศษเช่น ก้อนเกลือ-ด่าง ก้อนที่มีสารอินทรีย์สูง หรือก้อนที่ถูกปนเปื้อนด้วยสารเคมี มันสามารถใช้คนเดียวหรือร่วมกับซีเมนต์กราวต์เพื่อให้ได้ผลการเจลแบบทันทีสุด (การข้นตัว)

ผู้ผลิตระดับมืออาชีพได้พัฒนาเวอร์ชันที่อัพเกรดของซิลิเกตโซเดียม #5 ซึ่งรู้จักว่า “SSA” (ซิลิเกตโซเดียมที่ผ่านการล้างเฉพาะ) โดยการลดสิ่งเจือปนและไอออนโลหะในซิลิเกตโซเดียม #5

รหัสการใช้งานวิศวกรรมคือ “SSA”.

2-2 ประเภทใหม่ของวัสดุการฉีดเสริม

ซิลิกาโคลลอยด์: ซิลิกาโคลลอยด์เป็นวัสดุเคมีที่ใช้กันอย่างแพร่ญในหลายอุตสาหกรรมเช่น วิศวกรรมโยธา, ผลิตภัณฑ์ใช้ในบ้าน, และอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์

มีให้เลือกในประเภทต่าง ๆ ตามสาขาการใช้งาน รวมถึง ประเภทเป็นกลาง, มีประจุบวก, และมีประจุลบ

กระบวนการผลิตซิลิกาโคลลอยด์ขนาดนาโนสำหรับการใช้ในการฉีดเสริมมีความซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งทำให้ราคาของมันสูงขึ้นเมื่อเทียบกับซิลิเกตโซเดียม

นี่คือคุณสมบัติบางประการของซิลิกาโคลลอยด์:
– ความเข้มข้น: 7-50% ไซลิคอนไดออกไซด์ (SiO2)
– การกระจายขนาดอนุภาค
– ลักษณะ: กลม (ค่า S สูง) หรือเป็นสาย (ค่า S ต่ำ)
– ขนาดอนุภาค: 2-100 นาโนเมตร
– พื้นที่ผิว: 30-1100 ตารางเมตรต่อกรัม
– pH: 2-12
– การปรับปรุงผิว: การปรับปรุงด้วยแอมโมเนียม, การปรับปรุงด้วยอะลูมิเนียม, การปรับปรุงด้วยไอออนคลอไรด์, การปรับปรุงด้วยอัลคิล, ไดออนไอซ์.

ซิลิกาโคลลอยด์เป็นประเภทของสารแขวนลอย และกลไกการเจลนั้นเป็นปฏิกิริยาทางกายภาพ

สารตั้งต้นไม่มีส่วนร่วมในการเปลี่ยนแปลงการเชื่อมต่อไซลิคอนไดออกไซด์; มันเพียงทำให้เกิดการไม่สมดุลในประจุรวม เริ่มต้นปฏิกิริยาการเจล

เมื่อพูดถึงการดำเนินการ ซิลิกาโคลลอยด์มีเกณฑ์ทางเทคนิคที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับวัสดุอื่น ๆ

เนื่องจากกลไกการเจลของซิลิกาโคลลอยด์เป็นปฏิกิริยาทางกายภาพ จึงสามารถเปลี่ยนแปลงเวลาสิ้นสุดการเกิดปฏิกิริยาได้โดยการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้น

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากตัวตั้งต้นในซิลิกาโคลลอยด์มีความรู้สึกต่อการเปลี่ยนแปลงของประจุ จึงไม่เหมาะสมที่จะเจือจางและเตรียมวัสดุในสถานที่

ข้อจำกัดนี้สามารถทำให้เกิดค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นในด้านวัสดุและค่าขนส่ง

―

3-1 วิธีการใช้งาน

ประเด็นสำคัญ:
• วัตถุประสงค์:
• ผลกระทบ:
• เวลา:
• ค่าใช้จ่าย:

ประการที่ควรพิจารณา:
• ความเข้ากันได้กับแหล่งก่อสร้าง
• ผลกระทบรอบๆแหล่งก่อสร้าง (ท่อบางส่วน, ท่อส่งน้ำ, พื้นที่ใต้ดิน, โครงสร้าง/ถนน, ฯลฯ)
• ว่าผู้รับเหมามีประสบการณ์คล้ายกันหรือไม่
• ความสามารถในการจัดการในสถานที่
• สามารถตรงกับเวลาเข้าร่วมได้หรือไม่

 ―

3-2 ฟังก์ชันหลักและการใช้งาน:

ซิลิเกตโซเดียมและซิลิกาคอลลอยด์:

• การปิดทางการรั่วของน้ำ:
• การลดความซึมได้:
• การเพิ่มความแน่นของดิน:
• การป้องกันการเหลวของดิน:

ความเข้ากันได้กับวิธีการก่อสร้าง:

• วิธีดับเบิ้ล-แพ็กเกอร์: – การปรับปรุงการเจาะซาก
• วิธีท่อคู่: – การปิดกั้น, การอัดแน่น, การปรับปรุงการแตกของเส้นเลือด
• วิธีการฉีดท่อเดี่ยว (หนึ่งเส้นผ่าศูนย์กลาง) – การแตก

―

4.ข้อดีและข้อเสีย

ข้อดี:

• ตั้งค่าเร็ว; วัสดุการติดตั้งปรากฏในเวลาที่รวดเร็ว, ลดความเสี่ยงของการทิ้งวัสดุหรือการย้ายโดยน้ำบาดาล.
• มีการซึมผ่านและความคงทนสูง; วัสดุมีความซึมผ่านและความคงทนสูง, ทำให้เหมาะสมสำหรับการฉีดซึมผ่านในดินทราย.
• สามารถลดปัจจัยการซึมผ่านของสิ่งบ่อย่างเป็นอย่างต่อเนื่อง.
• เพิ่มความแข็งแรงเป็นปานกลาง; เพิ่มความแข็งแรงของดินในระดับปานกลาง; (สูงสุด 0.4mpa)
• ความสามารถในการซ้อนทับ; วัสดุสามารถสร้างฉากกั้นหยุดน้ำแบบต่อเนื่อง.
• เข้ากันได้กับวิธี Double-Packer; อนุญาตการฉีดซ้ำ.

ข้อเสีย:

• ไม่เหมาะสำหรับการเติมว่างใต้ดิน.
• ความแข็งแรงของวัสดุฉีดน้อยหลังจากการรักษา.
• การสร้างต้องรักษาความชื้นในระดับที่เหมาะสมเพื่อให้วัสดุฉีดยังคงอยู่ในสภาพเจล.
• ความเชี่ยวชาญทางเทคนิคในการผสมวัสดุซิลิเกตโซเดียมสูง; ซิลิกาแบบคอลไลด์ต้องผสมในโรงงาน.
• ให้ความสำคัญกับการจัดการและควบคุมการก่อสร้างในสถานที่.

―

5-1 กรณีศึกษา

การปรับปรุงคุณภาพพื้นดินสำหรับการขุดท่อด้วยเครื่องขุด TBM ในพื้นที่เริ่มต้น, พื้นที่ที่เครื่องจะถึง, และพื้นที่ทางเชื่อม

อุโมงค์รถไฟฟ้าใต้ดินในพื้นที่เริ่มต้นและส่วนที่มีดินคลุมที่ตื้น

การปรับปรุงแห่งที่สำหรับอุโมงค์การเชื่อมต่อรถไฟฟ้าใต้ดิน (MRT)

การตอบสนองฉุกเฉินต่อการไหลเข้าของน้ำและการพังทลายในการก่อสร้างอุโมงค์ด้วยเครื่อง TBM

การตอบสนองฉุกเฉินต่อการไหลเข้าของน้ำในการขุดหลุมฐาน

ระหว่างการขุดหลุมฐานด้วยวิธีการก่อสร้างแบบย้อนกลับ, เกิดปัญหาน้ำและทรายไหลเข้าที่พื้นผิวการขุดของยอดดินแนวตั้ง

ปัญหาการไหลเข้าของน้ำได้รับการแก้ไขอย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้วิธีการยืนยันน้ำแบบคู่คู่ร่วมกับการฉีดยากัมดังและยากัมที่ตั้งตัวช้าที่ทำจากซิลิเกตโซเดียม.