Egna mätningsresultat

Tabell 4.10 visar uppskattade bmin och bkritiskt för olika bruk från egna mätningar där bruket är blandat med en enkel blandare. Det syns hur inträngningen förbättras av malningen fram till INJ30, sedan försämras den p.g.a. flockuleringen och hydratationen. Det kan betyda att den blandartyp som används i denna studie är helt olämplig för blandning av UF16 och UF12.

Tabell 4.10 Uppskattade bmin och bkritiskt för olika bruk från egna mätningar

bmin [µm] bkritiskt [µm]

cement vct tryck [bar] act (alkohol–

cement-talet ) flytmedel

[% av 4.5.2 Jämförelse av egna mätresultat med dem från

litteraturstudien

De uppmätta resultaten från olika mätmetoder är inte helt jämförbara p.g.a. något olika bruk samt p.g.a. olika tryck vid mätningen, men ändå borde de överensstämma någorlunda om man försöker uppskatta bmin och bkritiskt för varje metod. Tabell 4.11 visar att de uppmätta resultaten skiljer sig ganska mycket från metod till metod. bkritiskt är det värde där de uppmätta resultat visar den största skillnaden.

Tabell 4.11 Jämförelse av egna mätningar med andra metoder

Metod Bruk Uppmätta resultat

(uppskattade)

Figur Anmärkning cement vct tillsatsmedel bmin bkritiskt

Egen INJ30 0,6 - 30 50 Figur

I denna studie gjordes det cirka 75 filtreringsförsök. Mätningarna med vatten (3 försök för en mätning) visade god repeterbarhet. Försöken i Figur 4.58 och Figur 4.59 (2 försök för en mätning, utom för 30 µm spalt) visade också en god repeterbarhet.

Det var inte möjligt att göra alla försök 3 gånger och studera repeterbarheten hos alla försök.

Det skulle ta för mycket tid. Även om vissa slutsatser baseras på några få mätningar var de logiska och inom förväntade gränser.

4.5.4 Slutsatser

Den genomförda studien visar att filtreringen av bruket är både vct- och tryckberoende.

Hydratisering och flockulering är två mycket viktiga processer som påverkar filtreringen. De påverkar mest hos bruk gjorda med finare malda cement, som UF16 och UF12, mindre hos bruk gjorda med grövre cement, som ANL.

Det går att förbättra inträngningen med finare malning till en viss partikeldiameter som t.ex.

INJ30. Fortsatt malning kan dock ge en försämrad inträngning genom flockuleringen och hydratationen. Flockuleringen ger flockar som är större än de ursprungliga partiklarna.

För att bryta flockar krävs en bättre korndispergering, som enligt Hjertström & Petersson (2006) kan uppnås med vissa flytmedel eller med en bättre blandning.

Ett högre tryck eroderar pluggen och håller kanaler öppna för injektering.

Den egna metoden liknar mest NES-metoden, vilka kanske mest efterliknar förhållandena vid injekteringen. Fördelen över NES-metoden är en mera systematiserad mätning och tolkning av resultat, som liknar Eriksson & Stilles metod, samt en bättre sprickgeometri.

Resultatet av en filtreringsmätning är en kurva. Från mätkurvan kan hela filtreringsförloppet följas.

5 FÖRSLAG TILL VIDARE FORSKNING

5.1 SEPARATION HOS CEMENTBRUK

Separationsförsöken har visat att det är två huvudmekanismer, nämligen sedimentering och konsolidering, som orsakar separationen. Detta innebär också att separationen och dess tidsförlopp påverkas av provhöjden. Separationen hos grövre cement (ANL) visade sig huvudsakligen vara ett resultat av sedimenteringen av bruket. Försöken med finare mald cement (INJ30; d95 < 30µm) visade att konsolideringens andel var större.

Den genomförda studien har påvisat att separationsförloppet vid låga provhöjder (10 mm) går snabbt. Extrapolering av försöksresultaten och teoretiska analyser visar att förloppet för en spricka går mycket snabbt och tar ungefär den tid som en normal injektering pågår. Det innebär att resultat som uppmäts med dagens standardiserade utrustning inte utan vidare kan överföras att gälla för bergssprickor.

Vid brantstående eller vertikala sprickor sker teoretiskt sett förloppet relativt långsamt p.g.a.

den stora höjden. Separationen kommer då att motverkas av valvbildning,

upphängningskrafter på väggarna och härdning. Rimligen kommer endast en mycket liten separation att ske.

Resultatet från de utförda försöken har lett till några frågor som är viktiga vid injekteringen och borde besvaras vid vidare forskning:

• Hur mycket bidrar sedimentering och konsolidering till separationen hos bruket för de mycket finmalda cement (UF16, UF12) som behövs för injekteringen av mycket fina sprickor (under 75 µm)?

• Hur stor är och hur snabbt sker separationen i sprickor med sprickvidder under ca 100 µm?

• Hur ser brukets front ut om separationen pågår i sprickan under själva injekteringen? Ser den ut som i Figur 5.1 nedan.

Figur 5.1 Brukets front som ändras i sprickan p.g.a. separationen.

5.2 INTRÄNGNINGSFÖRMÅGA (PLUGGBILDNING OCH FILTRERING)

Hur långt bruket kommer att tränga in i sprickan påverkas inte bara av brukets reologiska egenskaper som viskositet och flytgräns, utan även av brukets tendens att fastna dvs. bilda en plugg. Faktorer som påverkar pluggbildningen är brukets egenskaper, sprickans geometri inklusive råhet samt injekteringsförfarandet.

I dag finns olika sätt att mäta pluggbildning och metoderna ger olika resultat och betydelsen av påverkande faktorer tolkas olika.

Undersökningarna i denna avhandling är gjorda i en 100 mm lång och 50 mm bred spalt med vidden 1 mm och därefter en spaltviddsminskning till 0,02 – 0,3 mm över en 10 mm lång sträcka. Se Figur 5.2 a).

Figur 5.2 a) Geometrin hos den mätutrustning som användes i avhandlingen. b) Geometri som föreslås vid vidare forskning. c) Tryckfördelning längs spalten under injektering av spalt 1 och 2. De två punkterna i spalt 1 är uppmätta värden och förloppet i spalt 2 är det förväntade. Tryckfallet över strypningen blir därmed helt olika.

Undersökningarna visade att inträngningen beror på cementets kornkurva och vct. Utförda filtreringsförsök med egen utrustning med varierande tryck visade en bättre inträngning vid ökade tryck. Det påverkade både valvbildning och erosion av ansamlade partiklar.

Följande frågor avses att studeras vid den fortsatta forskningen om pluggbildning:

• Hur mycket bättre blir inträngningsförmågan för mikrocement om blandare med bättre korndispergering används?

• Hur påverkas pluggbildning av olika tryck och gradienter över pluggen?

För att bättre studera både separationsförlopp och pluggbildning föreslås studier sker i full skala men dock i laboratoriemiljö.

Figur 5.2 b) illustrerar ett förslag till försöksutrustning som ger möjligheter att studera dessa frågor vid vidare forskning.

Förbätring i mätsystemet för viktsändringen bör göras.

6 REFERENSER

Angelis, E., Mancini, A., (1997), A Model for the Evaluation of Sedimentation Beds in the Dynamic of a Pipelined Non-Newtonian Fluid. Mathl. Comput. Modelling, Vol. 25, No. 7, ss.

65–78.

Betonghandbok, (1994). Material, utgåva 2 AB Svensk Byggtjänst. ISBN 91-7332-799-9.

Eklund, D. (2005). Penetrability due to Filtration Tendency of Cement Based Grouts.

Doctoral Thesis in Soil and Rock Mechanics, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden.

Eriksson, M (2002 b). Prediction of Grout Spread and Sealing Effect. A Probabilistic Approach. Doctoral Thesis in Soil and Rock Mechanics, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden 2002.

Eriksson, M., Dalmalm T., Brantberger M., Stille H., (1999). Separations- och

filtreringsstabilitet hos cementbaserade injekteringsmedel., Rapport:3065, Avdelning för Jord- och bergmekanik, Kungliga Tekniska Högskolan.

Eriksson M., Stille H. och Andersson J., (2000), Numerical Calculations for Prediction of Grout Spread with Account for Filtration and Varying Aperture. Tunneling and Underground Space Technology, Vol. 15, No. 4, ss. 353–364.

Eriksson M., Friedrich M. och Vorschulze C. (2004).Variation in the Rheology and Penetrability of Cement-based Grouts – An Experimental Study. Cement and Concrete Research Vol. 34, Issue 7, ss. 1111–1119.

Eriksson M. och Stille H (2002). A Method for Measuring and Evaluating the Penetrability of Grouts. Division of Soil and Rock Mechanics, Royal Institute of Technology, Stockholm.

Eriksson M. och Stille H (2005). Cementinjektering i hårt berg. SveBeFo Rapport K22. ISBN 91-631-6632-1. Stockholm, Sverige.

Gandais M. och F. Delmans (1987). High Penetration C3S Bentonite-cement Grouts for Finely Fissured and Porous Rock. Foundation and Tunnels, University of London.

Graton, L.C., och Fraser, H.J.,(1935). Systematic Packing of Spheres with Particular Relation to Porosity and Permeability: Journal of Geology, v. 43, s. 785–909.

Gotthäll, R (2006). Rock Mass Response during High Pressure Grouting. Licentiate Thesis in Soil and Rock Mechanics. Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden 2006.

Gustafson G. och Stille H. (1996). Prediction of Groutability from Grout Properties and Hydrogeological Data, Tunneling and Underground Space Technology, Vol. 11, No. 3, ss.

325–332.

Hakami E (1995). Aperture Distribution of Rock Fractures. Doctoral Thesis. Division of Engineering Geology. Department of Civil and Environmental Engineering. Royal Institute of Technology. Stockholm, Sweden. June 1995.

Hansson P., (1995). Filtration Stability of Cement Grout for Injection of Concrete Structures.

IABSE symposium San Francisco.

Hansson P., (1998). Cementbaserade injekteringsmedels inträngningsförmåga – mätning och modellering. Konferensartikel, Nordiska symposiet i berginjektering. Esbo, Finland 981118.

Herzig J.P., Leclerc D.M. och LeGoff P. (1970). Flow of Suspensions through Porous Media- Application to Deep Filtration. Industrial and Engineering Chemistry, s. 130–157. 1970.

Hjertström S, Petersson S Å, (2006). Fortsatta undersökningar om dispergering av

mikrocement. Föredrag vid bergmekaninkdag i Stockholm 13 mars 2006. ISSN 0281-4714.

ss. 131–140.

Houlsby, A.C., (1990), Construction and Design of Cement Grouting – A Guide to Grouting in Rock Foundations, John Wiley & sons Inc., ISBN 0-471-51629-5

Hässler L, Håkansson U och Stille H, (1992). Computer-simulated Flow of Grouts in Jointed Rock. Tunneling and Underground Space Technology, Vol. 7, No. 4, ss. 441–446.1992.

ISRM (co-ordinator R.Widman), (1996). International Society for Rock Mechanics Commission on Rock Grouting, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol.33. No.8, ss. 803–847, 1996

Juenger M.C.G., Monteiro P.J.M, Gartner E.M. och Denbraux G.P. (2005). A Soft X-ray Microscope Investigation into the Effects of Calcium Chloride on Tricalcium Silicate Hydration. Cement and Concrete Research, vol. 35, ss. 19–25, 2005.

Lambe, W.T., och Whitman R.V., (1979). Soil Mechanics. SI version. John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd. ISBN 9971-513-17-X

Lei W.,G., Struble L., J., (1997). Microstructure and Flow Behaviour of Fresh Cement Paste, Journal of the American Ceramic Society Vol.80, No.8, 2021–2028 (1997)

Loh, C. K., Tan, T.S., Yong K.W och Wee T.H.,(1998), An Experimental Study on Bleeding and Channeling of Cement Paste and Mortar, Advances in Cement Research Vol.10, No.1, s.

1–16 Jan. 1998.

Martinet P, (1998). Flow and Clogging Mechanisms in Porous Media with Application to Dams. Doctoral Thesis, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden.

Montemagno C. D. och Pyrak-Nolte L. J. (1999). Fracture Network Versus Single Fractures:

Measurement of Fracture Geometry with X-ray Tomography. Journal of Physics and Chemistry of the Earth (A), Vol. 24, No. 7, ss. 575–579, 1999.

Powers, T. C., (1939). The Bleeding of Portland Cement Paste, Mortar and Concrete Treated as a Special Case of Sedimentation. Portland Cement Association Bulletin, 1939, No. 2.

Powers, T. C. (1962a). Physical Properties of Cement Paste. Ur: Chemistry of Cement.

Proceedings of the 4^th International Symposium, Washington, 1960. Washington D.C., 1962.

National Bureau of Standards, Monograph 43, vol II, s. 577–613.

Pyrak-Nolte, L.J., (1996). The Seismic Response of Fractures and the Interrelations Among Fracture Properties. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol.33.

No.8, ss. 787–802, 1996.

Rosquoet, F. Alexis, A., Khelidij, A., Phelipot,A., (2003). Experimental Study of Cement Grout: Rheological Behaviour and Sedimentation, Cement and Concrete Research n 33 (2003) s. 713–722.

Sandberg P., (1997). NES-metod för mätning av injekteringsbruk inträngningsförmåga.

Svensk Bergs- & Brukstidning 5–6/97.

Schwarz, L.G., (1997). Roles of Rheology and Chemical Filtration on Injectability of Microfine Cement Grouts, Dissertation Thesis, Northwester University, Evanston, Illinois, UMI number 9814310

Smellie, J.A.T., Waber, H.N., Frape, S.K., (2003). Matrix Fluid Chemistry Experiment. Final report June 1998–March 2003. TR-03-18, SKB, Stockholm.

Steinour, H.,(1945). Further Studies of the Bleeding of Portland Cement Paste. Portland Cement Association Bulletin, 1945, No. 4.

Tan, T.S., Wee T.H., Tan S.A., Tam C.T. och Lee S.L., (1987). A Consolidation Model for Bleeding of Cement Paste, Advances in Cement Research Vol.1, No.1, October 1987.

Tan, T.S., Loh C. K, Yong K.W och Wee T.H., (1997). Modeling of Bleeding of Cement Paste and Mortar, Advances in Cement Research Vol.9, No.34, s. 75–91 April 1997.

Tritthart J. och Häuβler, F., (2003). Pore Solution Analysis of Cement Pastes and

Nanostructural Investigations of Hydrated C3S . Cement and Concrete Research 33 (2003) s.

1063–1070

Yang, M., Neubauer, C. M. och Jennings, H. M., (1997). Interparticle Potential and

Sedimentation Behavior of Cement Suspensions – Review and Results from Paste, Advanced Cement Based Materials, v 5 n 1 Jan 1997, Elsevier Science Inc New York NY USA, ss. 1–7, 1065–7355 ACATE9;