1. วัสดุสารเคมี
วัสดุสารเคมีถูกใช้ในกระบวนการฉีดเข้าสู่ชั้นของดินเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของชั้นดิน ลดการซึมผ่านของน้ำ และป้องกันการเปลี่ยนเป็นของเหลว
วัสดุสารเคมีเหล่านี้บรรลุผลผ่านกระบวนการดังนีั การเจาะ การแพร่กระจาย การกลายเป็นวุ้น หรือการกลายเป็นของแข็ง
วัสดุสารเคมีที่ใช้มากที่สุดประกอบด้วยสารละลายที่แท้จริง (สารละลายไอออนิก) และสารคอลลอย (สารละลายโคโลยอล) ซึ่งสร้างปฏิกิริยาการกลายเป็นวุ้นหรือการกลายเป็นของแข็งผ่านกระบวนการเคมีและกระบวนการกายภาพ
ในความหมายที่กว้างขึ้น วัสดุสารเคมียังหมายถึงสารพอลิเมอร์ระดับสูง (เช่น รีซินโพรฟานเนต) วัสดุเคมีสำหรับควบคุมมลพิษในดิน (เช่น สารเคมีพิเศษ ฮีโดรเจนเปอร์ออกไซด์ กรดซัลฟิวริก สารแขวนลอยผงโลหะละเอียดพิเศษ) รวมถึงการผสมผสานของปูนหรือเบนโทไนต์กับสารละลายเคมี
วัสดุเหล่านี้ถูกเรียกว่าเป็นวัสดุสารเคมีเช่นกัน จากความแตกต่างของคุณสมบัติและวัตถุประสงค์ แนะนำให้จัดประเภทแยกต่างหากเพื่อหลีกเลี่ยงความสับสน
2.1 ประเภทที่พบบ่อย
โซเดียมซิลิเกต: โซเดียมซิลิเกตที่เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายในชื่อ “แก้วเหลว” เป็นวัสดุเคมีที่ใช้ในหลากหลายภาคสาขา เช่น วิศวกรรมโยธา ผลิตภัณฑ์ใช้ในบ้าน ผลิตภัณฑ์เคมีและอุตสาหกรรมเครื่องจักรกล โซเดียมซิลิเกตมีความหลากหลายตามเกรดของอัตราส่วนโมลาร์ และมีการใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ตามความเหมาะสม
เกรดที่ใช้ในวิศวกรรมโยธาอยู่ที่ #3 และ #5 ของโซเดียมซิลิเกต ความแตกต่างระหว่างทั้งสองเกิดจากส่วนประกอบของไอออนโซเดียมและซิลิกอนไดออกไซด์ #3 ซิลิเกตโซเดียมมีปริมาณไอออนโซเดียมสูงกว่า #5 ซิลิเกตโซเดียม
- โซเดียมซิลิเกตถูกสังเคราะห์จากทรายควอร์ตซ์ โซเดียมคาร์บอเนต และโซดาไฟ โซเดียมซิลิเกตสามารถละลายในน้ำและแสดงคุณสมบัติที่เป็นด่าง
เกรดต่างๆ ของซิลิเกตโซเดียมมีส่วนผสมของอิออนโซเดียมที่แตกต่างกัน
- กลไกการเป็นวุ้นของโซเดียมซิลิเกตถูกควบคุมด้วยความเป็นกรดหรือด่าง (pH) ของสภาพแวดล้อม ซึ่งจะกระตุ้นการเกิดปฏิกิริยาเคมี
- ความคงทนของวุ้นโซเดียมซิลิเกตขึ้นอยู่กับปริมาณของไอออนโซเดียม (ไฮโดรไลซิส) อย่างไรก็ตามไอออนโลหะอื่น ๆ และสิ่งสกปรกอาจมีผลกระทบในบางกรณีด้วย
- โซเดียมซิลิเกตเกรด #3 มีปริมาณไอออนโซเดียมที่สูงกว่าและเหมาะสำหรับการใช้ในระยะเวลาสั้น (แนะนำให้ใช้เป็นเวลาประมาณ 2 ปี) แต่มีคุณสมบัติในการกลายเป็นวุ้นที่ไม่ดีในรูปแบบเกลือด่างของสาร และการควบคุมเวลาการกลายเป็นวุ้นและพฤติกรรมการกลายเป็นวุ้นทันทีเมื่อมีสิ่งเร้า
- โซเดียมซิลิเกตเกรด #5 มีปริมาณไอออนโซเดียมที่น้อยกว่าและเหมาะสำหรับการใช้ในระยะยาว มีคุณสมบัติในการกลายเป็นวุ้นที่ดีในรูปแบบเกลือด่างของสาร และควบคุมเวลาการกลายเป็นวุ้นได้ง่ายขึ้น สามารถใช้สำหรับการกลายเป็นวุ้นได้ทันทีและกลายเป็นวุ้นทันทีแบบความเร็วสูง
เพื่อให้เกิดกลายเป็นวุ้นในระยะยาวโดยไม่เกิดการไฮโดรไลซิส และสามารถใช้โซเดียมซิลิเกตในรูปแบบพิเศษเช่น รูปแบบเกลือด่าง รูปแบบที่มีเนื้อที่อินทรีย์สูง หรือรูปแบบที่ปนเปื้อนด้วยสารเคมี สามารถใช้ตัวเดียวหรือใช้ร่วมกับปูนซีเมนต์เพื่อเกิดการกลายเป็นวุ้นทันทีแบบความเร็วสูง (การแข็งตัว)
ผู้ผลิตมืออาชีพได้พัฒนาเวอร์ชันปรับปรุงของโซเดียมเกรดซิลิเกต #5 ที่เรียกว่า “SSA” (Specially Purified Sodium Silicate) โดยลดสารปนเปื้อนและไอออนโลหะในซิลิเกตโซเดียมเกรด #5
รหัสการใช้งานในวิศวกรรมคือ “SSA”
2-2 ประเภทใหม่ของวัสดุอัดฉีด:
ซิลิกาโคโลยดัล: ซิลิกาโคโลยดัลเป็นวัสดุเคมีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น วิศวกรรมโครงสร้าง, ผลิตภัณฑ์ในครัวเรือน, และอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ มีให้เลือกใช้ในหลายประเภท โดยแบ่งตามประเภทการใช้งาน ซึ่งรวมถึงซิลิกาโคโลยดัลประจุเป็นกลาง ประจุบวกและประจุลบ
กระบวนการผลิตซิลิกาโคโลยดัลขนาดนาโนสำหรับการอัดฉีด เป็นที่ต้องการสูงและค่าใช้จ่ายสูงกว่าโซเดียมซิลิเกต
นี่คือบางลักษณะของซิลิกาโคโลยดัล:
- ความเข้มข้น: 7-50% ซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2)
- การกระจายขนาดของอนุภาค
- ลักษณะ: กลม (ค่า S สูง) หรือลักษณะเชื่อมโยง (ค่า S ต่ำ)
- ขนาดอนุภาค: 2-100 นาโนเมตร
- พื้นที่ผิว: 30-1100 ตารางเมตรต่อกรัม
- ความเป็นกรด-ด่าง: 2-12
- การปรับเปลี่ยนพื้นผิว: ปรับเปลี่ยนด้วยอะมอเนียม, ปรับเปลี่ยนด้วยอลูมิเนียม, ปรับเปลี่ยนด้วยคลอไรด์ไอออน, ปรับเปลี่ยนด้วยอัลคิล, ลดปริมาณไอออน
ซิลิกาโคโลยดัลเป็นชนิดของสารแขวนลอย (suspension) และกลไกการกลายเป็นวุ้นของมันเป็นปฎิกิริยาทางกายภาพ การตกตะกอนไม่มีส่วนร่วมในการแปลงการเชื่อมโยงของซิลิกอนไดออกไซด์ มันเพียงแค่ทำให้เกิดความไม่สมดุลในปริมาณของประจุที่รวมกัน จึงเริ่มต้นกระบวนการกลายเป็นวุ้น
ในเชิงปฏิบัติการ ซิลิกาโคโลยดัลมีความยากน้อยกว่าในเรื่องของเทคนิค
เนื่องจากกลไกการกลายเป็นวุ้นของซิลิกาโคโลยดัลเป็นการตอบสนองทางกายภาพ การเปลี่ยนแปลงปริมาณของสารสามารถเปลี่ยนแปลงเวลารกลายเป็นวุ้นได้
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากซิลิกาโคโลยดัลมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของประจุสารหลัก ไม่เหมาะสมกับการเตรียมสารในไซด์ ด้วยสิ่งนี้อาจส่งผลให้ค่าวัสดุและค่าขนส่งเพิ่มขึ้น
3-1 วิธีการใช้งาน
จุดสำคัญ:
• วัตถุประสงค์:
• ผลลัพธ์:
• เวลา:
• ค่าใช้จ่าย:
ข้อกำหนด:
• ความสอดคล้องของสถานที่ก่อสร้าง
• ผลกระทบรอบๆพื้นที่ (ช่องระบายน้ำ, ท่อประปา, พื้นที่ใต้ดิน, โครงสร้าง/ถนน ฯลฯ)
• ผู้รับเหมามีประสบการณ์ในงานที่คล้ายคลึงกันหรือไม่
• ความสามารถในการจัดการในสถานที่ก่อสร้าง
• สามารถบริหารเวลาทำงานได้
3-2 หน้าที่หลักและการใช้งานหลัก
โซเดียมซิลิเกตและซิลิกาโคโลยดัล:
- ปิดการไหลเข้าของน้ำ
- ลดการซึมผ่าน
- เพิ่มความยึดเกาะของเนื้อดิน
- ป้องกันการกลายเป็นของเหลวของดิน
ความเข้ากันได้กับวิธีการก่อสร้าง
- วิธีการอัดฉีดสารด้วยDouble-Packer: การปรับปรุงการเจาะทะลุ
- วิธีการอัดฉีดสารด้วยท่อคู่: การปิดรู, การอัดแน่น, การปรับปรุงการแตกหัก
- วิธีการอัดฉีดสารด้วยท่อเดียว (ขนาดหนึ่ง) – การแตกหัก
4. ข้อดีและข้อเสีย
ข้อดี:
• การแข็งอย่างรวดเร็ว; การอัดฉีดและแข็งตัวอย่างรวดเร็ว ลดความเสี่ยงในการปนเปื้อนหรือการเคลื่อนไหวของวัสดุโดยน้ำใต้ดิน
• ประสิทธิภาพในการป้องกันการซึมผ่านและความทนทานสูง; วัสดุมีความสามารถในการป้องกันการซึมผ่านและความทนทานสูง ทำให้เหมาะสำหรับการอัดฉีดสารเพื่อการซึมในดินทราย
• สามารถลดความชื้นในพื้นที่ของชั้นหิน
• เพิ่มความแข็งแรงอย่างเหมาะสม; เพิ่มความแข็งแรงของดิน (สูงสุด 0.4 มิลลิปาสกา)
• สามารถทำการซ้อนทับกันได้; สารอัดฉีดสามารถก่อตัวเผื่อกันน้ำได้อย่างต่อเนื่อง
• เข้ากันได้กับวิธี Double-Packer; สามารถทำการซ่อมแซมเสมอได้
ข้อเสีย:
• ความแข็งแรงของน้อยลงหลังจากการบ่ม
• รูปการเกิดต้องรักษาความชื้นในระดับที่เหมาะสมเพื่อให้สารคงความหนืดอยู่
• การผสมวัสดุโซเดียมซิลิเกตต้องมีความชำนาญทางเทคนิคสูง สำหรับคอโลยดัลซิลิก้าจำเป็นต้องผสมในโรงงาน
• การควบคุมและการจัดการในสถานที่ก่อสร้างต้องมีการจัดการที่ดี
5-1 ข้อมูลเคสศึกษา
การปรับปรุงพื้นที่ใต้ดินสำหรับการขุดเจาะ TBM ที่พื้นที่เริ่มต้น พื้นที่สิ้นสุด
และทางเชื่อมต่อ
การปรับปรุงพื้นที่ใต้ดินสำหรับการสร้างตัวส่งรถไฟฟ้าใต้ดินและพื้นที่ดินน้อยของระบบรถไฟฟ้าใต้ดิน (Metro Tunnel)
การปรับปรุงพื้นที่ใต้ดินสำหรับการเชื่อมต่อช่องท่อรถไฟฟ้าใต้ดิน (MRT)
การตอบสนองฉับพลันต่อการไหลเข้าของน้ำและ
การพังทะลายของดินในการก่อสร้างอุโมงค์ TBM
การตอบสนองฉับพลันต่อการไหลเข้าของน้ำในการขุห้องใต้ดิน
ระหว่างกระบวนการขุดห้องใต้ดินด้วยการก่อสร้างแบบย้อนกลับ ได้เกิดปัญหาการไหลเข้าของน้ำและทรายที่พัดเข้ามาที่หน้ากระบวนการขุดลอกของหลุมแนวตั้ง
ปัญหาการไหลเข้าของน้ำได้ถูกแก้ไขอย่างมีประสิทธิภาพด้วยการใช้วิธีการหยุดน้ำด้วยท่อคู่ที่ร่วมกับการฉีดสารเคมีโซเดียมซิลิเกตชนิดที่มีความเร็วสูงในการก่อตัวและความเร็วช้าในก่อตัว