Czym są geopolimery i ich zastosowanie w inżynierii.
Iniekcje geopolimerowe to szybka i nieinwazyjna metoda poprawy nośności podłoża poprzez aplikację ekspansywnych geopolimerów, stosowana w projektach infrastrukturalnych i komercyjnych w krajach Europy Zachodniej i Skandynawii od ponad 40 lat. Geopolimery na tamtych rynkach od lat z powodzeniem znajdują swoje zastosowanie w zakresie poziomowania, stabilizacji i wzmacniania gruntu w obiektach komercyjnych i infrastrukturalnych.
Proces naprawczy, polegający na szybkiej i małoinwazyjnej iniekcji w głąb gruntu, pozwala na jego zagęszczenie bezpośrednio pod obiektem bez wykopów i ciężkiego sprzętu budowlanego. Geopolimery stosowane w inżynierii lądowej to ekspansywne żywice, szybko penetrujące grunt i osiągające swoje właściwości użytkowe w bardzo krótkim czasie. Dzięki temu stanowią szybką i nieuciążliwą alternatywę dla tradycyjnych technologii stosowanych w celu rozwiązania problemów osiadania obiektów infrastruktury czy przemysłu. Skład żywic dobierany odpowiednio do warunków i wymogów obiektu, uwzględniając wiele czynników, w oparciu o uprzednio przeprowadzony szereg badań geotechnicznych, a zatem: właściwości gruntu, rodzaj i nośność gruntu, przewidywane obciążenie, szybkość procesu wiązania oraz zkolakładane parametry konsolidacji.
Zastosowanie iniekcji geopolimerowych w infrastrukturze i obiektach komercyjnych
Rozwój dużych aglomeracji miejskich i przemysłowych wiąże się z gwałtownym rozwojem i intensywną eksploatacją sieci infrastruktury (autostrad, dróg, kolei czy lotnisk). To wymusza na inżynierii lądowej/branży budowlanej poszukiwanie nowych, innowacyjnych rozwiązań w zakresie budownictwa i konserwacji – tak, aby prace konstrukcyjne czy naprawcze nie powodowały utrudnień, narażając biznes prywatny czy spółki skarbu państwa na wielomilionowe straty spowodowane wykluczeniem z użytkowania danego obiektu.
Naprawy gruntu i podłoża oraz posadowienia istniejących obiektów infrastrukturalnych czy przemysłowo-handlowych (lub innych, np. o charakterze użyteczności publicznej) zawsze są „wymagającymi” projektami: zarówno po stronie inwestora, jak i wykonawcy. Z uwagi na charakter użytkowy, obiekty te nie mogą/nie powinny być wyłączone z użytkowania podczas naprawy.
W przypadku obiektów infrastruktury czy budynków komercyjnych, iniekcje geopolimerowe mogą być stosowane w celach:
- poprawy nośności i wzmocnienie podbudowy – rozumiane jako wypełnienie, zagęszczenie i konsolidacja;
- podparcia konstrukcji – wypełnienie pustek i kawern, usunięcie wody z porów i pustych przestrzeni;
- poprawy nośności podłoża gruntowego – konsolidacja, zbrylenie gruntu (w przypadkach gruntów ziarnistych) i ujednolicenie podłoża.
Jedną z kluczowych właściwości geopolimerów jest wyjątkowa szybkość, z jaką materiał geopolimerowy uzyskuje właściwości nośne w wyniku reakcji chemicznej (polimeryzacji), która powoduje uzyskanie około 90–95% zakładanej wytrzymałości podanego materiału w czasie ok. 90 sekund.
W praktyce oznacza to, że naprawy przebiegają ekstremalnie szybko, jak np. wzmocnienie drogi kołowania samolotów w Modlinie: czas napraw zamknął się w zaledwie 4 godzinach, bez zakłóceń w pracy lotniska (prace zostały wykonane w nocy).
W przypadku obiektów biznesowych (hale produkcyjne, magazynowe, biura, centra logistyczne) oznacza to, że podczas napraw produkcja czy codzienna praca w obiekcie może toczyć się bez zakłóceń. Jednym z przykładów może być wzmocnienie części hali w fabryce samochodów w Łomiankach: podczas gdy w jednej części hali trwały prace naprawcze, w dalszej toczyła się produkcja.
Kolejną, bardzo istotną właściwością iniekcji geopolimerowych i aplikowanych geopolimerów jest możliwość ich zastosowania w bardzo szerokim zakresie temperaturowym. Prace naprawcze podłoża lub podbudowy nawierzchni drogi, autostrady czy torowiska można swobodnie wykonywać w zakresie od – 20°C do + 60°C. Biorąc pod uwagę warunki klimatyczne w Polsce, prace naprawcze można wykonywać niezależnie od pory roku. Żywice geopolimerowe charakteryzują się również wysokim współczynnikiem pęcznienia, który waha się w przedziale 5–30 w zależności od zastosowania danej substancji i warunków gruntowych.
Opisując powyższe właściwości materiałów geopolimerowych należy wspomnieć, że są one również neutralne dla środowiska naturalnego i nie wykazują zmienności swoich właściwości nawet w bardzo agresywnych środowiskach lub pod wpływem długotrwałych obciążeń dynamicznych.
Metody iniekcji i właściwości
Punkty iniekcyjne rozmieszcza się zazwyczaj w środkach stref o promieniu 1,0–1,5 m, aby zapewnić oddziaływanie robót iniekcyjnych w całym obszarze wymagającym wzmocnienia. Rozmieszczenie to może zostać zmodyfikowane w zależności od czynników takich, jak rodzaj gruntu, jego nośność oraz obciążenie.
Kontrola i weryfikacja procesu iniekcji
Podczas całego procesu iniekcji materiału geopolimerowego istotne elementy opierającej się na danym podłożu konstrukcji są monitorowane przy użyciu laserów obrotowych i zamontowanych czujników, z sensorami umieszczonymi w pobliżu aktywnego punktu iniekcyjnego. Każda iniekcja zostanie przedłużona do momentu zarejestrowania reakcji (< 0,5 mm). Wskazuje to na osiągnięcie odpowiedniego stopnia zagęszczenia/konsolidacji. Stanowi to również dowód, że stabilizowany grunt został odpowiednio wzmocniony, aby znosić obciążenia wywoływane przez konstrukcję, ponieważ siła skierowana ku górze będzie działać na spodnią stronę leżącego wyżej fundamentu, powodując przemieszczanie w górę.
W celu ilościowego wyrażenia wzrostu nośności gruntu w wyniku iniekcji materiału geopolimerowego, stosuje się badanie sondą dynamiczną stożkową (DPL). Badanie to umożliwia dokładne poznanie charakterystyki wzmacnianego gruntu, a także precyzyjne określenie nośności badanego podłoża z dokładnością do 100 mm. Poprawę nośności gruntów można wykazać poprzez porównanie wyników badań wykonanych przed wzmocnieniem, z wynikami badań sondą dynamiczną stożkową (DPL) wykonanych po wzmocnieniu.
Przewaga napraw z wykorzystaniem iniekcji geopolimerowych vs tradycyjne metody betonowe
Wśród dostępnych obecnie na rynku rozwiązań w zakresie wzmacniania podłoża gruntowego mamy do wyboru w większości metody cementowe: iniekcje wysokociśnieniowe (jet grouting), palowanie, mikropale czy też inne metody polegające na odkopaniu i próbach wzmocnienia fundamentów metodą tradycyjną. Wszystkie te metody wiążą się jednak z dużą ingerencją w konstrukcję obiektu i skutkują dużą uciążliwością: konieczność przeprowadzenia skomplikowanych robót budowlanych z użyciem wielkogabarytowego sprzętu budowlanego często paraliżuje pracę naprawianego obiektu i praktycznie uniemożliwia jego użytkowanie. W przypadku napraw obiektów infrastrukturalnych (drogi, autostrady, koleje czy lotniska) oznacza to zamknięcie tych obiektów dla użytkowników i pasażerów. W przypadku obiektów produkcyjnych czy usługowych wiąże się to z przestojami produkcyjnymi, które rzecz jasna niosą bardzo konkretne i wymierne straty finansowe. Tym samym decydując się na metody tradycyjne, inwestorzy bardzo często nie biorą pod uwagę kosztów pośrednich, które pojawiają się w związku z utrudnieniami, jakie powoduje wybór tradycyjnej technologii naprawczej.
Mając to na uwadze, iniekcje geopolimerowe stanowią nieuciążliwą alternatywę dla tradycyjnych metod naprawczych:
- w przypadku obiektów infrastrukturalnych (drogi, koleje, lotniska): bez konieczności zamykania ruchu, bez utrudnień dla pasażerów, zmian w rozkładach jazdy, bez wykopów i niszczenia starej nawierzchni;
- w przypadku obiektów handlowych czy produkcyjnych: bez wstrzymywania pracy czy inwestycji. Tym samym bez generowania dodatkowych kosztów związanych z przestojami produkcyjnymi. W ujęciu kosztów całkowitych (koszty napraw + pośrednie koszty przestojów) metoda iniekcji geopolimerowych jest też dużo tańsza w porównaniu do tradycyjnych metod.
Co w praktyce oznacza nieuciążliwość?
Wszystkie prace iniekcyjne Geobear są prowadzone z poziomu mobilnego zaplecza (całe zaplecze technologiczne znajduje się na samochodzie ciężarowym) wyposażonego we wszystkie urządzenia niezbędne do realizacji projektów. Prace naprawcze zatem odbywają się bez wprowadzania ciężkiego sprzętu budowlanego na teren inwestycji.
Case Study, czyli przykłady realizacji z użyciem metody iniekcji geopolimerowych w infrastrukturze i obiektach komercyjnych
Technologia wzmocnień za pomocą geopolimerów ma ponad 40-letnią historię i jest z powodzeniem wykorzystywana w projektach infrastrukturalnych i komercyjnych w krajach europejskich od ponad 40 lat. Poniżej znajdziemy dwa przykłady realizacji wykonanych w Polsce z wykorzystaniem geopolimerów:
Realizacja nr 1: Port Lotniczy Warszawa-Modlin.
Wzmocnienie posadowienia konstrukcji drogi kołowania samolotów (taxiway). Prace zostały wykonywane w czasie nocnej przerwy technicznej, trwającej zaledwie 4 godziny.
Przed i po wykonaniu prac naprawczych zostały przeprowadzone weryfikacyjne testy geotechniczne przez Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, potwierdzające znaczną poprawę nośności gruntu i rozwiązanie problemu osiadania.
Szczegóły realizacji (wraz z opinią klienta) TUTAJ
Realizacja nr 2: Fabryka części samochodowych Cad/Cam Solutions. Wzmocnienie posadzki pod suwnicą.
Hala produkcyjna wraz z parkiem maszynowym.
Wzmocnienie fundamentów w związku z modernizacją suwnicy. Firma nie była w stanie obsługiwać rosnącej i coraz bardziej wymagającej produkcji.
Za pomocą iniekcji geopolimerowych zostało podbitych 11 stóp fundamentowych, w ciągu 4 dni, bez inwazyjnych robót budowlanych, które wpłynęłyby niekorzystnie na produkcję i realizację zleceń.
Szczegóły realizacji: TUTAJ
Kontakt
Po więcej informacji lub w celu nieodpłatnych konsultacji lub wizji lokalnej, zapraszamy do kontaktu z jednym z inżynierów firmy Geobear:
– 885 805 900 (mazowieckie i wschodnia część Polski)
– 885 807 600 (Wielkopolska i zachodnia część Polski)
lub 885 801 300, kontakt@geobear.com
Geobear Poland
ul. Belwederska 9a/5
00-761 Warszawa
