200493. lajstromszámú szabadalom • Eljárás talajok és mérnöki létesítmények szilárdságának és vízzáróságának fokozására
1 HU 200493 A 2 talajrészen, így végeredményben a kialakult gél is csatornás szerkezetű, tehát víz számára - ha csökkent mértékben is - de még átjárható lesz. A kifogástalan vízzárást ezért a feltöltési ciklusok többszöri megismétlésével lehet elérni, ami rontja az eljárás termelékenységét, és jelentősen növeli a költségeket. Ismertek olyan megoldások is, amikor mindkét folyadék tartalmaz a folyadékok összekeverésekor lezajló reakció hatására gélesedő komponenst. Ilyen megoldást közöl a 181 775 sz. magyar és a 2 186 879 sz. nagy-britanniai szabadalom, valamint a PCT(HU-85)00027 sz. közzétett nemzetközi szabadalmi bejelentés, amelyek szerint a szilárdítandó talajba vagy műtárgyba juttatott folyadékok egyike vízüveget, másika pedig polimerizálódó monomert tartalmaz. Ha a két folyadék homogénen összekeverhető egymással, ezekből egymással homogénen összeépült szerves és szervetlen egységekből álló gél képződik, amely egyesíti a tisztán szerves és tisztán szervetlen polimerekből álló gélek előnyös tulajdonságait. Abban az esetben azonban, ha a folyadékok keveredése egyenetlen, túlnyomórészt olyan gél képződik, amely jól megkülönböztethető szervetlen blokkokból (kovasavból) és szerves blokkokból (polimerből) áll. Minthogy a szerves és szervetlen gél-blokkok szilárdsági és duzzadási jellemzői nagymértékben eltérnek egymástól, az egyenetlen keveredéskor képződött gélek lényegében a tisztán szerves és tisztán szervetlen anyagokból felépített gélek hátrányos tulajdonságait egyesítik: a tisztán szervetlen anyagokból felépülő blokkoknál a gél rugalmatlan, merev és talajmozgások hatására törik, míg a tisztán szerves anyagból felépülő blokkoknál a gél túl lágy és nem teherbíró. Minden, két folyadékot alkalmazó feltöltéses talaj- és műtárgyszilárdítási technológia szükségszerű velejárója a fent ismertetett egyenetlen keveredés. Az egyenetlen keveredés káros következményeinek kiküszöböléséhez olyan gélképző folyadék-párra van szükség, ahol mindkét folyadékból önmagában is képezhető kémiai reakció hatására gél, és a két folyadékból önmagukban is képződő gélek tulajdonságai nagymértékben hasonlóak egymáshoz. Ennek a követelménynek eleget tesz a 2 103 682 sz. nagy-britanniai szabadalmi leírásban ismertetett megoldás, amely szerint vízüveg oldatot gélesítenek savas SÍO2 oldattal. Ebben az esetben mindkét folyadékból azonos mechanizmus szerint, -Si-O- csoportok polimerizácíójával képződik gél, és a két folyadékból önmagukban is képezhető gélek kémiai és fizikai jellemzői megegyeznek egymással. Noha ezzel a megoldással kiküszöbölhetők az egyenetlen keveredés káros következményei, a megoldásnak több hátránya van. Az egyik gélesítő folyadékként felhasznált savas SÍO2 oldat eltarthatósága csekély (13-40 óra). A csekély eltarthatósággal együtt jár az is, hogy az esetlegesen fel nem használt, fölöslegben bevezetett savas SÍO2 oldat visszavezetésére és újrahasznosítására semmiféle lehetőség nincs. A savas SÍO2 oldatban jelenlévő sav esetenként környezetszennyező lehet. Hátrányos az is, hogy a savas SÍO2 oldat és a vízüveg keveredésekor szinte pillanatszerű a gélképződés, így az érintkezés helyein azonnal kialakul a gél, ami megakadályozza, hogy a gélképző folyadékok a mélyebben fekvő rétegekbe is behatoljanak. Finomabb szemcsés talajban, ahol az áramlási sebesség csekély, ezzel a módszerrel nem lehet kellő gélvastagságot létrehozni. Végül hátrányt jelent, hogy a kialakuló gél a tisztán szervetlen gélekre jellemzően merev és rugalmatlan. Célul tűztük ki olyan eljárás kidolgozását talajok és műtárgyak szilárdítására feltöltéses technikával, amellyel az egyenetlen keveredésből származó gélminőség-romlás kiküszöbölhető, és amely egyúttal a következő követelményeknek is eleget tesz:- a kialakuló gél lágyabb, rugalmasabb és deformációképesebb legyen a tisztán szervetlen kovasavgélnél,- a gélesedési idő ne legyen túl rövid,- a gélképző folyadékok ne tartalmazzanak környezetre és egészségre ártalmas anyagokat, és gélképzéskor se szabaduljanak fel ilyen anyagok,- a gélképző folyadékok stabilok, igen hosszú időn át eltarthatóak legyenek, és- a gélképző folyadékok fölöslege hasznosíthatóan visszavezethető legyen. Felismertük, hogy mindezek a célok maradéktalanul elérhetők, ha egyik gélképző folyadékként vizes vízüveg-oldatot, másik gélképző folyadékként pedig a vízüveg lúgtartalmával reagálni képes, vízzel elegyedő szerves oldószert és adott esetben vizet tartalmazó kovasav-szólt használunk. A diszperziós közegként lúggal reagálni képes, vízzel elegyedő szerves oldószert (adott esetben vízzel együtt) tartalmazó kovasav-szólok (ún. „organoszólok”) ismertek vagy ismert módszerekkel állíthatók elő (R.K. Her: Colloid Chemistry of Silica and Silicates; Cornell University Press, Ithaca, N.Y., 1955, 90-95. oldal és R.K. Iler: The Chemistry of Silica; John Wiley and Sons, N.Y., 1979, 331-343. és 415— 419. oldal). Ezek a szólok jellemzően 5-40 nm átmérőjű diszpergált SÍO2 részecskéket tartalmaznak. A diszperziós közeg fogyásakor (tehát a szerves oldószert és a vízüveg-oldat lúgtartalmának reakciójával párhuzamosan) az egyedi diszpergált SÍO2 részecskék nagyobb halmazokká állnak össze, és a gélképződés az aggregációs folyamat eredménye. Ezzel ellentétben a vizes vízüveg-oldat gélesedésekor a gél a -Si-O- aktív csoportok polimerizációjával, tehát alapvetően kémiai folyamatban alakul ki. Az eltérő gélesedési mechanizmus eltérő szerkezetű géleket eredményez: míg a vizes vízüveg-oldatból kialakuló gél mikroszkóp alatt vizsgálva egybefüggő és homogén, az organoszólokból mozaikstruktúrájú gél alakul ki, amelyben mikroszkóp alatt vizsgálva jól megkülönböztethetők a gélt felépítő aggregátumok. Ennek ismeretében szakember számára nem volt várható, hogy e két gélképző folyadék használatával kiküszöbölhetők az egyenetlen keveredésből származó hátrányok, és a gélképzés minden pontján (még az egyenetlen keveredés helyein is) egymáshoz nagymértékben hasonló tulajdonságú gélek alakulnak ki. Szakember arra számíthatott, hogy a kialakuló kovasavgélnek az egyenetlen keveredés helyein mindig lesznek gyengébb minőségű részei (fizikailag összetapadt aggregátumok), amelyek szilárdsági és vízzárósági tulajdonságai elégtelenek. Gyakorlatilag tapasztalataink azonban ezzel ellentétesek. Ennek pontos magyarázatát nem ismerjük, feltételezzük azonban, hogy a mozaikstruktűrájú gélrészek említett hiányosságait a gélesedés során fizikailag vagy kémiailag 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
