ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЙ ИНЪЕКЦИОННЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ВНУТРИГРУНТОВОЙ ЗАЩИТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ (ВАРИАНТЫ)
WATERPROOFING INJECTION COMPOSITION FOR THE BUILDING OBJECTS UNDERGROUND PROTECTION (OPTIONS)

Группа изобретений относится к области строительства, в частности к инъекционным составам для создания внутригрунтовых гидроизоляционных объемных мембран и может быть использована для устранения протечек в подземных частях зданий и сооружений, тоннелей, коллекторов, водоводов, фундаментов, конструкций метрополитена, при строительстве гидроизоляционных завес в гидротехническом строительстве и строительстве и эксплуатации горных предприятий и т.д., в условиях аварийных ситуаций при возникновении вод прорыва.
Известны гидроизоляционные составы строительных смесей для защиты бетонных конструкций зданий:
Известен гидроизоляционный состав для защиты бетонных и каменных конструкций, включающий портландцемент, силикат натрия в виде порошкообразной силикат-глыбы, кварцевый песок, суперпластификатор в виде поликарбоксилата, микрокремнезем и эфир целлюлозы, RU №2511198 C1, C04B 41/65, C04B 28/04, 10.04.2014.
Известна гидроизоляционная смесь для обработки бетонной поверхности, содержащая портландцемент, сульфат натрия или углекислый натрий, кремнийорганическую жидкость ГКЖ-11 и суперпластификатор C-3, RU №2459785 C1, C04B 41/61, C04B 28/04, 27.08.2012; RU №2457193 C1, C04B 41/65, C04B 28/04, 27.07.2012.
Известен гидроизоляционный состав для пропитки поверхности бетона, включающий портландцемент, кварцевый песок, нитрат натрия, сульфат натрия, кварцевый песок и дополнительно натриевую силикат-глыбу, хлорид натрия, нитрат кальция, углекислый натрий, микрокремнезем и суперпластификатор С-3, RU №2350583 C1, C04B 41/65, 27.03.2009; RU №2350582 C1, C04B 41/65, 27.03.2009.
Известна гидроизоляционная полимерцементная смесь, включающая портландцемент, полимер и кварцевый песок, при этом она содержит в качестве полимера тройной сополимер этилена, винилаурата и винилхлорида и дополнительно натриевый бентонит, лигносульфонат, метилгидроксиэтилцеллюлозу, натрийкарбоксиметилцеллюлозу и гидроксипропилкрахмал, RU №2193634 C2, E04B 1/62, 27.11.2002.
Известен тампонажный материал для проведения гидроизоляционных работ в скважинах:
Известен полимерный тампонажный состав, включающий карбамидоформальдегидную смолу, кислотный отвердитель, содержащий резорцин и феррохромлигносульфонат, и наполнитель в качестве которого используют белую сажу БС-120 или тальк, или резиновую крошку, или мел, RU №2426866 C1, E21B 33/138, 20.08.2011.
Известен тампонажный раствор, содержащий цемент, глинопорошок бентонитовый, полиакриламид гидролизованный, кальцинированную соду, воду и дополнительно сульфит-спиртовую барду, RU №2211304 C1, E21B 33/138, 27.08.2003.
Известен состав для гидроизоляционного покрытия при строительстве нефтяных и газовых скважин, содержащий портландцемент 52-56; бентонит 8-9; поливиниловый спирт 0,05-0.2; вода, при этом состав готовят простым смешением реагентов, RU №1772303 A1, E02B 3/16, 30.10.1992.
Известен состав тампонирующего действия на основе минерального вяжущего и расширяющейся добавки, при этом в качестве минерального вяжущего он содержит один компонент из ряда: напрягающий цемент, глиноземистый цемент, гипсоглиноземистый цемент, портландцемент, известь, соль кремниевой или фосфорной кислоты, а в качестве расширяющейся добавки - продукт взаимодействия кислоты и/или основания с цементом, RU №2341624 C2, E04B 1/68, C09K 3/10, C09K 8/467, C04B 28/00, 20.12.2008.
Известен тампонажный состав, включающий глинопорошок, полимер водопоглощающий и растительное, синтетическое или минеральное масло, RU №2285713 C1, C09K 8/467, C09K 8/24, C09K 8/502, 20.10.2006.
Известны компоненты гидроизоляционного состава и способы их использования:
Бентонитовая глина
Известны монтмориллонитовые или бентонитовые глины, являющиеся сырьем для производства глинопорошков. Бентонит обладает огромными гидроизоляционными свойствами, основной составляющей которого является монтмориллонит, благодаря которому приобретает выдающиеся свойства гидрофильности и разбухания. Монтмориллонитовые минералы, содержащие много магния, имеют кристаллические структуры, в которых слои гидроокиси алюминия замещены слоями гидроокиси магния, подобными слоям, составляющим чистый брусит, _chem21.info/info/1658153.
Известен способ получения фильтровально-сорбционного материала, включающий нанесение на подложку алюмосиликатного минерала, в качестве которого применяют бентонитовую глину с содержанием монтмориллонита не менее 80%, RU №2345834 C1, B01J 20/16, B01D 39/06, 10.02.2009.
2
3
2
Известен способ получения активированного бентонита, включающий предварительное дробление бентонитовой глины и последующий совместный помол глины с натрийсодержащим активатором, в качестве которого используют ромбический кристаллогидрат соды NaCO⋅HO или природный минерал - термонатрит, RU №2297434 C1, C09K 8/05, C04B 33/04, 20.04.2007.
Природный диоксид кремния
Известен диоксид кремния (silica, Silicon dioxide, кремнезем) - вещество, состоящее из бесцветных кристаллов, обладает высокой прочностью, твердостью и тугоплавкостью, устойчив к воздействию кислот и не взаимодействует с водой. В природе диоксид кремния распространен довольно широко: кристаллический оксид кремния представлен такими минералами как яшма, агат (мелкокристаллические соединения двуокиси кремния), кварц (свободная двуокись кремния). Природный диоксид кремния (кремнезем) широко применяется в строительстве (бетон, песок, звуко- и теплоизолирующие материалы), neboleem.net/dioksid-kremnija.php.
Известен способ получения аморфного диоксида кремния, используемого в качестве минерального наполнителя, включающий стадии измельчения кремнийсодержащего сырья, в качестве которого используют природные горные породы с высоким содержанием связанного аморфного кремнезема до 70-75%, RU №2402485 C1, C01B 33/12, 27.10.2010.
Полиакрилат натрия
Известен полиакрилат натрия - натриевая соль полиакриловой кислоты. Одним из основных свойств соединения является способность абсорбировать жидкости в 200-300 раз больше собственной массы. Представляет собой анионный полиэлектролит с отрицательно заряженной карбоксильной группой в основной цепи. Используется как диспергирующий агент, полиэлектролит, влаго адсорбирующий материал, chemsystem.ru/catalog/265.
Известна пластифицирующая добавка к бетонной смеси, содержащая водный раствор технического пентаэритрита и 40%-ный водный раствор полиакрилата натрия, при этом массовое соотношение полиакрилата натрия и пентаэритрита составляет 100:1, а указанные компоненты содержатся в виде комплексного соединения, RU №2554993 C1, C04B 28/02, C04B 24/02, C04B 24/04, C04B 103/14, 10.07.2015.
Анионный полиакриламид
Известно применение анионного полиакриламида в нефтедобывающей, газовой промышленности и геологии для регулирования вязкости и водоотдачи буровых растворов, при заводнении и ремонтно-изоляционных работах, а также в качестве ингибитора набухания глин. Этот тип полимера состоит из молекул, которые несут отрицательный заряд. Он может притягивать позитивно заряженные частицы (глина, песок), как магнит притягивает гвозди и другие металлические объекты. Существует более 100 разновидностей этого типа полимера. Анионный полиакриламид не обладает водной токсичностью и широко используется в бороздовом орошении, регулировании запыленности, опылении посевов, гидропосевов, обработке отходов животных, в строительных проектах, на спортивных площадках, в буровых растворах, разработке недр, водопользовании, охране почв, ru.njgaokechem.com/Anionic-…
Известен способ обезвоживания суспензий, включающий обработку суспензии катионным и анионным флокулянтами с последующим отделением твердой фазы от жидкой фазы, при этом предварительно определяют содержание твердой фазы и ее зольность, затем суспензию последовательно обрабатывают в аппарате для перемешивания раствором полиакриламида в анионной форме, самотеком переводят в следующий аппарат для перемешивания и в процессе перевода обрабатывают суспензию раствором полиакриламида в катионной форме, RU №2165900 C1, C02F 11/14, B01D 21/01, 27.04.2001.
Триглицериды жирных кислот
Известны жирные кислоты как продукты расщепления гидрированных и негидрированных растительных масел и животных жиров, которые являются триглицеридами жирных кислот - стеариновой, пальмитиновой, олеиновой и др., chem21.info/info/1087235.
Многоатомные спирты
Известны многоатомные спирты (полиспирты, полиолы) - органические соединения класса спиртов, содержащие в своем составе более одной гидроксильной группы. Особое значение многоатомные спирты имеют в двух областях: пищевой промышленности и химии полимеров, fb.ru/article/43028/…
Известна полимерная композиция для изоляции водопритока в нефтяные и газовые скважины, включающая раствор суммарных сланцевых алкилрезорцинов в спиртах и отвердитель, при этом в качестве спиртов содержит одно и/или двухатомные спирты, а отвердитель дополнительно содержит многоатомные спирты - водорастворимые продукты гидролиза крахмала, RU №2504570 C1, C09K 8/504, 20.01.2014.
1
3
Известен состав для предотвращения гидратных, солевых отложений и коррозии, включающий поверхностно-активное вещество, спирт, минерализованную воду, и дополнительно содержит полимер (полиакриламид), ингибитор солеотложений, спирт в виде смеси формалина, двухатомный спирт C-C, многоатомный спирт: глицерин или продукт его содержащий - полиглицерин, RU №2504571 C2, C09K 8/528, 20.01.2014.
Известен способ гидрофобной обработки призабойной зоны продуктивного пласта, включающий нагнетание в порово-трещинное пространство призабойной зоны пласта смеси поверхностно-активных веществ, выдержку скважины в покое для капиллярной пропитки и перевод в режим притока углеводородов, при этом в качестве смеси используют раствор, содержащий, мас. %: смесь многоатомных спиртов - побочный продукт при производстве моно-, ди- и триэтиленгликолей 75,0-96,0, RU №2425210 С2, E21B 43/22, C09K 8/84, 27.07.2011.
Известен состав для изоляции водопритока в нефтяные и газовые скважины, содержащий фенолоформальдегидную смолу резольного типа и отвердитель, при этом в качестве отвердителя состав содержит композиционный отвердитель, включающий формалин и гидроксид натрия, и дополнительно - многоатомный спирт, выбранный из группы, включающей этиленгликоль, диэтиленгликоль, глицерин, RU №2215009 С2, E21B 33/138, C08K 13/02, 27.10.2003.
В известных гидроизоляционных составах признаков сходных с заявляемым составом не обнаружено.
Известна смесь для получения гидроизолирующего шовного состава проникающего действия, включающая бентонитовую глину, кремнеземистую породу, полимерные смеси, RU №2408553 С2, C04B 28/06, C04B 111/27, 10.01.2011.
Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога настоящей группы изобретений.
Смесь для получения гидроизолирующего шовного состава проникающего действия ближайшего аналога включает расширяющийся цемент, наполнитель, содержащий песок с частичной или полной его заменой на трепел, диатомит, кремнеземнистую породу, глину-бетонит и дополнительно фибру, редиспергируемые полимерные порошки (полимерные смеси), неорганические соли и обеспечивает заделку холодных швов бетонирования, стыков и примыканий железобетонных конструкций, трещин и открытых полостей в бетоне с повышенной водонепроницаемостью и трещиностойкостью.
Однако в качестве наполнителя в ближайшем аналоге использован песок, который может быть частично или полностью заменен на глину-бетонит или кремнеземнистую породу, совместное использование в качестве наполнителя глины-бетонита и кремнеземнистой породы в нем не предусмотрено.
Кроме того, в смеси ближайшего аналога отсутствуют компоненты, обеспечивающие высокую скорость реакции состава с водой и необходимую для устранения высоконапорных вод прорыва объемную плотность состава.
В основу настоящей группы изобретений положено решение задачи, позволяющей повысить качество и надежность гидроизоляции, обеспечить экологичность при проведении гидроизоляционных работ, расширить эксплуатационное использование инъекционного состава.
Технический результат группы изобретений заключается:
- в набухании гидроизоляционной смеси и получении вязкоупругой резиноподобной нетвердеющей гидроизоляционной смеси, в возможности надежно кольматировать поры и трещины грунтового массива при многократном (на сотни процентов) увеличении объема после доставки ее в зону водопроявления за счет наличия в составе смеси водочувствительных акриловых полимеров (Варианты 1 и 2) и монтмориллонитовых минералов;
- в прочности и стабильности гидроизоляционного состава за счет наличия диоксида кремния, гидратированных алюмосиликатов и триглицеридов жирных кислот;
- в адгезионной прочности гидроизоляционной смеси за счет наличия анионного полиакриламида;
- в обеспечении высокой скорости реакции гидроизоляционного состава с водой в гидроизолируемом массиве и объемной плотности гидроизоляционного состава (наличие в единице объема состава активных компонентов) необходимой для устранения высоконапорных вод прорыва за счет наличия в составе триглицеродов жирных кислот (Вариант 1) и многоатомных спиртов (Вариант 2);
- в обеспечении пространственной матрицы, равномерно распределяющей и удерживающей водочувствительные полимеры равномерно в каждой единице объема гидроизоляционной смеси за счет наличия в ней бентонитовых глин.
Согласно группе изобретений (Варианты 1, 2) эта задача решается за счет того, что гидроизоляционный инъекционный состав для внутригрунтовой защиты строительных объектов включает бентонитовую глину, кремнеземистую породу, полимерные смеси.
Вариант 1
Состав содержит природные тонкодисперсные бентонитово-монтмориллонитовые минералы, природный тонкофракционный диоксид кремния, полиакрилат натрия, и дополнительно содержит анионный полиакриламид молекулярной массой не менее 15 млн. и триглицериды жирных кислот (с примесями свободных жирных кислот, восков) при следующем соотношении компонентов, мас. %
природные тонкодисперсные
бентонитово-монтмориллонитовые минералы
10-99
природный тонкофракционный диоксид кремния
0,1-90
полиакрилат натрия
0,1-50
анионный полиакриламид
0,1-30
триглицериды жирных кислот
0,7-70
Вариант 2
Состав содержит природные тонкодисперсные бентонитово-монтмориллонитовые минералы, природный тонкофракционный диоксид кремния, полимер акриловый водопоглощающий серии АК, дисперсностью не, более 200 мкм. и дополнительно содержит анионный полиакриламид молекулярной массой не менее 15 млн. и многоатомные спирты при следующем соотношении компонентов, мас. %
природные тонкодисперсные
бентонитово-монтмориллонитовые минералы
10-99
природный тонкофракционный диоксид кремния
0,1-90
полимер акриловый водопоглощающий серии АК
0,1-50
анионный полиакриламид
0,1-30
многоатомные спирты
0,7-70
Заявителями не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящей группе изобретений, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
За счет реализации отличительных признаков группы изобретений (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта.
Многократное увеличение объема гидроизоляционного состава, образующегося вследствие взаимодействия заявляемых компонентов с водой и при воздействии давления, уплотняющего композит, обеспечивает возможность надежно кольматировать поры и трещины грунтового массива, благодаря чему достигается надежная гидроизоляция, при этом практически не требуется времени на созревание гидроизолирующего композита и исключается необходимость использования дополнительных активационных добавок для полимеризации, а воздействие разнонаправленных векторов давления (со стороны фильтрационных протечек и со стороны нагнетаемых под давлением инъекций) эффективно уплотняет композит, устраняя фильтрационные протечки воды или высоконапорный вод прорыв, а также дефекты гидроизолируемых зон строительных объектов: фундаментов зданий, гидротехнических сооружений, скважин различного назначения.
Заявителям не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков группы изобретений на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителей, можно сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию «изобретательский уровень».
Сущность группы изобретений
Гидроизоляционный инъекционный состав предназначен для устранения протечек в подземных частях строительных объектов.
Гидроизоляционный инъекционный состав включает следующие компоненты:
Вариант 1
Компонент 1. Природные тонкодисперсные бентонитово-монтмориллонитовые минералы (гидратированные алюмосиликаты) (10-99 мас. %);
Компонент 2. Тонкофракционный диоксид кремния (0,1-90 мас. %);
Компонент 3. Полиакрилат натрия (0,1-50 мас. %);
Компонент 4. Анионный полиакриламид молекулярной массой не менее 15 млн. (0.1-30 мас. %);
Компонент 5. Триглицериды жирных кислот (с примесями свободных жирных кислот, восков и др.) (0,7-70 мас. %).
Вариант 2
Компонент 1. Природные тонко дисперсные бентонитово-монтмориллонитовые минералы (гидратированные алюмосиликаты) (10-99 мас. %);
Компонент 2. Тонкофракционный диоксид кремния (0,1-90 мас. %);
Компонент 3. Полимер акриловый водопоглощающий серии АК, дисперсностью не более 200 мкм. (0,1-50 мас. %);
Компонент 4. Анионный полиакриламид молекулярной массой не менее 15 млн. (0,1-30 мас. %);
Компонент 5. Многоатомные спирты (0,7-70 мас. %).
Полимер акриловый водопоглощающий серии АК выпускается по ТУ 2216-016-55373366-2007 относится к высокомолекулярному полиакриламиду или производным полиакриламида, молекулы которого имеют трехмерную пространственную структуру. Макромолекулы пространственной структуры полимера сшиты ковалентными связями, что обеспечивает высокие адсорбционные и водопоглощающие свойства. (Т.А. Байбурдов А.Б. Шиповская «Синтез, химические и физико-химические свойства полимеров акриламида» Учебное пособие. Саратов 2014 г.)
Компоненты 1, 2, 3, 4, 5 (Варианты 1 и 2) взяты при оптимальных значениях их величин.
Были проведены пять опытов исследования гидроизоляционного состава по определению скорости реакции (начало полимеризации), пластической прочности и увеличения объема при контакте компонентов с водой.
Результаты исследований по определению скорости реакции при взаимодействии гидроизоляционного состава с водой приведены в таблице 1 «Определение начала полимеризации гидроизоляционного состава при контакте с водой. Вариант 1» и таблице 2 «Определение начала полимеризации гидроизоляционного состава при контакте с водой Вариант 2».
Из таблиц 1 и 2 видно, что высокая скорость начала полимеризации гидроизоляционного состава при контакте с водой (и при воздействии давления грунтовых вод или вод прорыва) обеспечивает быстрое и эффективное устранение водопроявлений, что особенно важно при возникновении аварийных ситуаций.
Результаты исследований по определению пластической прочности при взаимодействии гидроизоляционного состава с водой приведены в таблице 3 «Определение пластической прочности гидроизоляционного состава при контакте с водой Вариант 1» и таблице 4 «Определение пластической прочности гидроизоляционного состава при контакте с водой Вариант 2».
Из таблиц 3 и 4 видно, что оптимальным соотношением компонентов, относительно прочности структуры гидроизоляционного состава является опыт №3, т.к. пластическая прочность состава равная не менее 8400 Па, что обеспечивает удержание гидроизоляционного состава в порах, трещинах и пустотах гидроизолирующего массива под воздействием давления вод прорыва, а вязкоупругие свойства состава обеспечивают эффект «самовосстановления» структуры гидроизоляционного состава после воздействия динамических нагрузок. Несмотря на рост пластической прочности гидроизоляционного состава в опыте №4, отсутствие в нем компонента 5, отрицательно сказывается на скорости полимеризации при контакте с водой, что подтверждается выводами таблицах 1 и 2.
Результаты исследований по определению увеличения объема при взаимодействии гидроизоляционного состава с водой приведены в таблице 5 «Определение увеличения объема гидроизоляционного состава при контакте с водой Вариант 1» и таблице 6 «Определение увеличения объема гидроизоляционного состава при контакте с водой Вариант 2».
Из таблиц 5 и 6 видно, что значительное увеличение объема гидроизолирующего состава зависит от увеличения процентного содержания компонента 3. Многократное увеличение объема обеспечивает надежную кольматацию и заполнение водопроводящих пустот и трещин гидроизолируемого массива. Несмотря на рост показателей увеличения объема в опытах №4-5, оптимальным соотношением компонентов следует считать опыт №3, т.к. при отсутствии в опыте №4 компонентов 2 и 5 состав теряет структурную однородность и высокую скорость реакции полимеризации согласно таблицам 1 и 2. Присутствие же в гидроизолирующем составе повышенного количества компонента 3 в опыте №5 отрицательно сказывается на прочностных характеристиках, что подтверждается выводами по таблицам 3 и 4.
Оптимальные значения компонентов гидроизоляционного состава определены экспериментально и подтверждены данными исследований согласно таблицам 1, 3, 5 (Вариант 1) и таблицам 2, 4, 6 (Вариант 2).
Заявляемый гидроизоляционный инъекционный состав приготавливают путем фракционного отсева или помола сыпучих компонентов гидроизоляционного состава и смешивания компонентов в течение 5-15 мин. при температуре 10°C-30°C в установке, предназначенной для смешивания.
Гидроизоляционный состав инъектируют в предварительно пробуренные скважины (отверстия, шпуры) посредством подачи его гидравлическим способом под давлением 0,1-2 МПа с помощью поршневых или винтовых насосов.
Гидроизоляционный состав инъектируют в предварительно пробуренные скважины (отверстия, шпуры) посредством подачи его аэродинамическим способом под давлением 0,2-1 МПа с помощью пневмонагнетателей.
Выбор способа инъектирования зависит от интенсивности водопроявлений в подземных частях строительных объектов, а также от гидрогеологических характеристик окружающего строительный объект грунтового массива.
После подачи гидроизоляционного инъекционного состава в зону водопроявления вследствие взаимодействия его с водой и при воздействии давления происходит его уплотнение и многократное увеличение в объеме, что обеспечивает качественную и надежную гидроизоляцию подземных частях строительных объектов.
Заявленный гидроизоляционный инъекционный состав был использован при проведении гидроизоляции заглубленных бетонных нулевых емкостей, срок безремонтной эксплуатации которых на момент выполнения работ превышал 25 лет. Восстановление гидроизоляционных свойств заглубленного сооружения осуществлено по расчетной схеме при использовании гидроизоляционного инъекционного состава по Варианту 1. Водоприток остановлен.
Для устранения вод прорыва в бетонном здании ГЭС был использован гидроизоляционный инъекционный состав по Варианту 2. Произведено инъектирование гидроизоляционного состава в раскрытую водопроводящую трещину, водопроявление устранено в течение нескольких минут.
Заявленная группа изобретений «Гидроизоляционный инъекционный состав для внутригрунтовой защиты строительных объектов Варианты» содержит компоненты, широко используемые в области строительства при проведении гидроизоляционных работ, а проведенные работы по защите строительных объектов от водопроявлений в подземных частях строительных объектов обусловливают, по мнению заявителей, соответствие группы изобретений критерию «промышленная применимость».
Предложенная группа изобретений позволяет:
- повысить качество и надежность гидроизоляции;
- обеспечить экологичность при проведении гидроизоляционных работ;
- расширить эксплуатационное использование инъекционного состава.