Czym są geopolimery?

Geopolimery to ekspansywne żywice, których podstawowym atutem jest szybkość działania. Swoje właściwości użytkowe osiągają w bardzo krótkim czasie po penetracji gruntu – materiał zyskuje nośność w zaledwie 90 sekund od rozpoczęcia procesu polimeryzacji. Jest to możliwe m.in. dzięki dobraniu składu materiału do sytuacji zastanej na placu budowy. Takie żywice „szyte na miarę” uwzględniają nie tylko właściwości gruntu (jak rodzaj i nośność), ale także przewidywane obciążenie, szybkość procesu wiązania czy projektowane parametry konsolidacji. Dzięki temu nie ma konieczności stosowania dodatkowych, inwazyjnych, generujących utrudnienia i wydłużających czas pracy, rozwiązań jak wykopy, czy używania ciężkiego sprzętu budowlanego.

Właściwości geopolimerów

Szybkie tempo uzyskania wytrzymałości to niejedyny atut geopolimerów. Wśród innych materiałów stosowanych do wzmacniania gruntu żywice te wyróżniają się „elastycznością” – mogą być stosowane w bardzo szerokim zakresie temperaturowym. Ma to szczególne znaczenie w przypadku realizacji prac drogowych, gdzie temperatury wahają się od 20 stopni Celsjusza poniżej zera do +60 stopni Celsjusza. Prace naprawcze w ciągu dróg, np. związane z podbudową nawierzchni czy torowiska, są z tego powodu realizowane często w okresie od wiosny do jesieni. Wybierając do wzmocnienia gruntu geopolimery, roboty te można wykonywać także zimą.

Co ciekawe, żywice ekspansywne charakteryzują się jednocześnie stałością właściwości użytkowych. W praktyce oznacza to, że nie wykazują zmienności w żadnych, nawet najbardziej agresywnych warunkach, a wpływ długotrwałych obciążeń dynamicznych jest w ich przypadku ograniczony do minimum. Dodatkowo żywice geopolimerowe odznaczają się wysokim współczynnikiem pęcznienia. Jego wysokość waha się od 5 do 30 w zależności od zastosowanej substancji i warunków gruntowych.

Dodatkowo materiał jest neutralny dla środowiska naturalnego. Dzięki temu może być stosowany w realizacji wszelkich projektów uwzględniających najwyższe normy ekologiczne.

Iniekcja ekspansywnymi gepolimerami – zastosowanie

Ekspansywne geopolimery stosowane są do wzmacniania gruntu zarówno pod nowo budowane obiekty, jak i przy naprawach podłoża i posadowienia już istniejących budynków. Iniekcje z wykorzystaniem tego typu materiału wykonuje się m.in. dla poprawy nośności i wzmocnienia podbudowy (wypełnienie, zagęszczenie i konsolidacja) oraz poprawy nośności podłoża gruntowego poprzez konsolidację, zbrylenie gruntu i ujednolicenie podłoża. Geopolimery dobrze sprawdzają się także w przedsięwzięciach, których celem jest podparcie konstrukcji. Dzięki iniekcji można wypełnić pustki i kawerny oraz usunąć wodę z porów i pustych przestrzeni.

Iniekcje geopolimerowe – przebieg i monitoring procesu

Punktem wyjścia każdej iniekcji geopolimerowej są badania geotechniczne. To na ich podstawie ustala się skład ekspansywnej żywicy i dobiera materiał do zastanej sytuacji gruntowej. Rozmieszczenie punktów iniekcyjnych odbywa się z zachowaniem odpowiednich odległości (zwykle w środkowej części stref, w promieniu 1–1,5 m). Nie tylko zapewnia to oddziaływanie robót na całym obszarze wzmacniania gruntu, ale umożliwia też ewentualne modyfikacje.

Bardzo ważną częścią procesu iniekcji jest jego kontrola. Monitoring wybranych elementów jest możliwy dzięki zastosowaniu obrotowych laserów oraz czujników z wbudowanymi w pobliżu aktywnego punktu iniekcyjnego sensorami. Kontrola ta odbywa się w czasie rzeczywistym, a iniekcja trwa aż do momentu, gdy system zarejestruje reakcję (<0,5 mm). To dowód osiągnięcia odpowiedniego stopnia zagęszczenia/konsolidacji, a także wzmocnienia gruntu. Podłoże jest wówczas gotowe do zniesienia obciążeń, jakie wywołuje konstrukcja, ponieważ siła skierowana jest ku górze i działa na spodnią stronę fundamentu.

Ale monitoring konstrukcji nie jest jedyną formą badania wzmacnianego gruntu. Aby ilościowo wyrazić wzrost nośności gruntu, już po iniekcji materiału geopolimerowego, przeprowadzane jest badanie za pomocą sondy dynamicznej stożkowej (DPL). Jego celem jest ustalenie charakterystyki gruntu oraz określenie, jaką badane podłoże ma nośność (z dokładnością do 100 mm). Dzięki porównaniu wyników sprzed iniekcji z analizą badania DPL otrzymujemy pełną informację o poprawie nośności gruntu.

Zalety iniekcji geopolimerowej

Choć właściwości geopolimerów w oczywisty sposób wskazują na atuty materiału, warto podkreślić, dlaczego ta metoda wzmacniania podłoża gruntowego jest dobrą alternatywą dla tradycyjnych technik poprawy nośności podłoża. Najistotniejszy jest tu stopień uciążliwości wybranej metody – i to nie tylko dla wykonawcy, ale także sąsiadów budowy. Zastosowanie metod cementowych, jak iniekcje wysokociśnieniowe (jet grouting) czy palowanie, wiąże się z koniecznością zastosowania ciężkiego sprzętu oraz wykopem. Uniemożliwia to zarówno użytkowanie obiektu, jak i swobodną komunikację w rejonie placu budowy, co w przypadku choćby napraw dróg, linii kolejowych czy robót na terenie takich obiektów jak lotnisko, może wręcz sparaliżować komunikację.

W tym kontekście iniekcje geopolimerowe okazują się najmniej inwazyjną metodą wzmacniania gruntu. Nie powodują ograniczeń w ruchu pojazdów czy pieszych, nie niszczą nawierzchni, nie generują kosztów związanych z przestojami produkcyjnymi (w przypadku obiektów przemysłowych). Dodatkową przewagą jest możliwość prowadzenia prac w sposób mobilny. W taki sposób iniekcje geopolimerowe realizuje m.in. firma Geobear:

Wszystkie prace iniekcyjne prowadzimy z poziomu mobilnego zaplecza – urządzenia niezbędne do realizacji projektu znajdują się w samochodzie ciężarowym. Dzięki temu nie ma potrzeby wprowadzania na plac budowy ciężkiego, wielkogabarytowego sprzętu – mówi Oscar Nojszewski, inżynier geotechnik w Geobear.

Geopolimery w praktyce

W krajach Europy Zachodniej i Skandynawii iniekcje geopolimerowe znane są i stosowane już od ponad 40 lat, a geopolimery zajmują na tamtejszych rynkach wysoką pozycję wśród rozwiązań w zakresie poziomowania, wzmacniania i stabilizacji gruntu.

W Polsce technologia także zdobywa coraz większą popularność. Iniekcję ekspansywnymi żywicami zastosowano m.in. w ramach wzmacniania posadowienia konstrukcji drogi kołowania samolotów w porcie lotniczym Warszawa-Modlin. Zadanie to stanowi doskonały przykład jednej z najważniejszych cech geopolimerów – szybkości działania. Prace zostały tu wykonane w czasie nocnej przerwy technicznej, która trwała zaledwie cztery godziny.

Zarówno przed rozpoczęciem naprawy, jak i tuż po zakończeniu robót, Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych przeprowadził testy weryfikacyjne w zakresie geotechniki. Ich wyniki potwierdziły skuteczność działania – nośność gruntu została poprawiona, a problem osiadania rozwiązany – opowiada Oscar Nojszewski, inżynier geotechnik w Geobear, odpowiedzialnej za realizację prac naprawczych.

Wysoką skuteczność iniekcja geopolimerowa wykazała również w fabryce części samochodowych w Łomiankach, gdzie firma dokonała wzmocnienia posadzki pod modernizowaną suwnicą. W ramach zadania podbitych zostało 11 stóp fundamentowych, a realizacja przedsięwzięcia zamknęła się w czasie czterech dni. Co istotne, produkcja nie została zakłócona – podczas gdy w jednej części hali trwały prace naprawcze, w dalszej toczyły się codzienne prace produkcyjne.

Więcej o obu realizacjach przeczytasz na stronie www wykonawcy, firmy Geobear.