Tradycyjna stabilizacja cementem jest skuteczną metodą ulepszania podłoża w przypadku występowania niekorzystnych warunków gruntowych na terenie inwestycji. Mimo to, z uwagi na charakterystykę materiału jakim jest grunt, często nie wykorzystujemy pełnych możliwości jakie daje nam cement i jego wiązania. Właśnie dlatego powstały środki jonowymienne wpływające korzystnie na hydratację cementu. Prekursorem tego rodzaju chemii jest holenderska firma Geo-Products B.V. (http://geo-products.com/, https://geosta.com/en/), oferująca od wielu lat, także na rynku polskim, sypki środek jonowymienny o nazwie handlowej GEOSTA K-1. Do znanych europejskich producentów należy także szwajcarska firma InfraCrete GmbH (https://www.infracrete.com/en) oferująca środek jonowymienny Infracrete, reprezentowana w Polsce przez firmę VISOLIS (http://www.infracrete.pl/, http://visolis.pl/).
Czym jest sypki środek jonowymienny?
Skład środków jonowymiennych to z reguły kompozycje wielu składników bazujących na glinokrzemianach oraz związkach soli. Mają one postać sypką, zazwyczaj o różnorodnym uziarnieniu. Taka postać pozwala na precyzyjne dozowanie do gruntu oraz jednorodne jego wymieszanie. Środki jonowymienne z uwagi na to, że zawierają naturalne składniki są bezpieczne dla środowiska i nie powodują zanieczyszczenia gruntu.
Jak działa środek jonowymienny?
Działanie sypkiego środka jonowymiennego jest ściśle związane z cementem. Środki jonowymienne typu Geosta, Infracrete czy MIX-GeoLitz wpływają na morfologię faz krystalicznych, a ich zadaniem jest przyśpieszanie oraz aktywizowanie zjawiska krystalizacji w procesie hydratacji cementu poprzez zmianę równowag jonowych (zwłaszcza jonów chlorkowych i wodorotlenkowych) pomiędzy dodatkiem, cementem oraz cząsteczkami stabilizowanego gruntu.
Sam środek jonowymienny zawiera w sobie dwie główne grupy składników: minerały glinokrzemianowe oraz sole (w tym sole ziem alkalicznych, sole metali ziem alkalicznych). Struktura minerałów glinokrzemianowych zawiera wolne przestrzenie wypełnione wysokowartościowymi jonami i cząsteczkami wody. Woda dostając się do struktury powoduje wymianę jonów zawartych w roztworze na jony minerałów. Środek reaguje w obecności wody ze składnikami cementu tworząc związki wapnia i związki silikatów wapiennych oraz glinianów wapnia. W materiale zwiększa się także ilość hydratyzowanych cząsteczek oraz następuje ujednolicenie struktury minerałów i cementu.
Co powoduje środek jonowymienny w stabilizacji gruntu?
Warstwa stabilizowana cementem z dodatkiem środka jonowymiennego odznacza się polepszonymi parametrami fizyko-mechanicznymi. Do najważniejszych zmian można zaliczyć:
- krystalizację w pustkach dodatkowych struktur w formie igiełek oraz heksagonalnych płaskich płytek, co powoduje zagęszczenie struktury i ograniczenie powstawania soczewek lodu,
- zwiększenie wytrzymałości materiału,
- stabilizację wilgotności materiału i ograniczenie jej gwałtownych zamian,
- zmniejszenie migracji wody w materiale,
- zwiększenie właściwości sprężystych materiału przy zapewnieniu odpowiedniej sztywności,
- obniżenie temperatury zamarzania wody w materiale co wpływa na wyższą mrozoodporność materiału.
Jaki cement wykorzystuje się do stabilizacji jonowymiennej?
Do stabilizacji z środkiem jonowymiennym (Geosta K-1, Infracrete, MIX-GeoLitz) stosuje się cement portlandzki CEM I. Jest to związane z działaniem środka jonowymiennego i jego wpływem na przebieg hydratacji. Cement portlandzki CEM I ma ustalony normowo skład oraz rodzaj i zawartość dodatków. Oznacza to, że skład środków jonowymiennych jest tak dobrany aby przynieść jak najlepsze efekty przy danej zawartości poszczególnych składników cementu, a w szczególności klinkieru cementowego (alit, belit, brownmilleryt, glinian trójwapniowy).
Dodatkowo ważną rolę odgrywa odpowiednie dozowanie, które powinno zapewnić równowagę między strukturą produktów hydratacji oraz zapewnić optymalną budowę sieci krystalicznej.
Jaka jest recepta dla stabilizacji cementem z środkiem jonowymiennym?
Recepta dla stabilizacji jonowymiennej jest dobierana w ten sam sposób jak dla tradycyjnej stabilizacji cementem. Typowa zawartość cementu zazwyczaj waha się w przedziale od 5% do 10% w stosunku do masy gruntu, a zawartość środka jonowymiennego, w zależności od producenta (Geosta, Infracrete lub GeoLitz), mieści się w przedziale od 1 kg do 3 kg na metr sześcienny gruntu.
Analiza mikrostruktury pod mikroskopem elektronowym
Najlepszym sposobem sprawdzenia zmian jakie powoduje środek jonowymienny w strukturze materiału jest wykorzystanie elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM - scanning electron microscope). Jest to zaawansowana technika obserwacji topografii materiałów w skali od nanometrycznej do mikrometrycznej. Pozwala nam na zaobserwowanie zmian jakie zachodzą podczas hydratacji cementu i zaobserwowanie struktur na które środek jonowymienny ma wpływ.
Struktura „plastra pszczelego” fazy C-S-H
Faza C-S-H (tj. uwodnione krzemiany wapnia) to połączenia krystaliczne, które w mieszance cementowo-gruntowej odpowiadają za wzrost wytrzymałości materiału. Dodatki jononwymienne powodują dodatkowy rozrost formy plastra pszczelego fazy CSH dzięki czemu otrzymujemy wyższą wytrzymałość materiału.
Struktury igiełkowate
Dodatek jonowymienny powoduje rozrost włóknistej formy fazy CSH co przekłada się na lepsze właściwości sprężyste materiału.
Płytkowe formy krystaliczne
Płytkowe formy to dodatkowe struktury krystaliczne o bardziej zbitej masie i dużej gęstości struktury fazy CSH. Dzięki nim zwiększa się początkowy przyrost wytrzymałości materiału.
Posiadamy w naszej ofercie w konkurencyjnej cenie środek jonowymienny MIX-GeoLitzTM , spełniający wymagania większości obowiązujących na rynku STWiORB. Zapraszamy do kontaktu i kierowania zapytań.
