ready 1 “Polyuretanresiner (harts) i berginjektering och tunnelreparationer” Part 66 “Polyuretanresiner (harts) i berginjektering och tunnelreparationer” Trondheim 7-8 januari 2010 (Part 66, PP 2007, , short version, animation+p/r ) Copyright notice Unauthorised copying of this presentation as whole or in parts in any form or by any means, electronic, photocopying, recording or otherwise, without prior written permision is prohibited.

ready 1-komponent PU resiner (harts) 2-komponents PU resiner Snabbreagerande 2-komponents urea-silicate resiner (skum) 2 press press press % A:B = 1:1 30”- 3’ 2’- 12’ PUR PUR = flyttande plast (harts) för tätning och stabilisering av jord, berg och betong press

Beskrivning 2- komp. PU 1- komp. PU Grundsystem B Resin = B Reagens A Härdare = A KAT Katalysator (accelerator, aktivator) = KAT Beredning AB A + B BKAT B + KAT Reaktionen startarEfter blandning AB A + B vatten Efter kontakt med vatten (min 6%) Reaktionens starttidNästan omedelbart = f (temp.) → (20”– 30’) Variabeln “in situ” KAT = f (temp., % KAT) → (1’– 6’) Start av reaktionFabriksbestämdVariabeln “in situ” 2-komponents polyuretan 1-komponent polyuretan Kemiska skillnader mellan så kallade 2-komponents polyuretan och 1-komponent polyuretan 3 Hydrofilapolyuretaner vatten Hydrofila polyuretaner kommer att ”svälja” vatten som det hittar i berg, betong eller jord. Hydrophobicapolyuretaner vattnet. Hydrophobica polyuretaner kommer att slå tillbaka den och skjuta undan vattnet. ready presspresspresspress

4 Problem med cementbaserade injekteringsmedel p.g.a låg temperatur Klimatet ready press

5 Lokalisering av Ísafjörður ready Ísafjörður press Bergmassans konduktivitet cementbaserade för cementbaserade injekteringsbruk press

Vatteninflöde Vatteninflöde från isländsk bergmassa: - Ólafsfjördur Tunnel ready 6 Vattentryck ~ 30 bar Vattenflöde ~ 50 l/s/hål Vattentemperatur ung. +3 ºC press

vattenpermeabilitet cementbaserade Bergmassans vattenpermeabilitet och konduktivitet för cementbaserade injekteringsbruk (Héðinsfjarðargöng) ready PU resiner cementinjektering cementinjektering press 7

8 förkastning 1 förkastning 2 press ready Inläckage l/s !!! Inga provhål !!!

9 förkastning Berginjektering i Breiđalsheiđi och Botnsheiđi (Island) vatten ready Vattentryck ~ 60 bar Vattenflöde ~ 50 l/s/hål Vattentemperatur ung. +20 ºC X Cementinjektering 6m/s!!! press

låg temperatur Lämplig i låg temperatur 10 ready Egenskaper för olika injekteringsmedel Reaktivitet med vatten Reaktivitet med vatten Reaktionstid Reaktionstid Skumegenskaper Skumegenskaper Tryckhållfasthet[MPa] Bortspolning under bindetiden Bortspolning under bindetiden presspresspress

2-komponents polyuretansystem Mitt förslag: 2-komponents polyuretansystem eller växelvis ett vanligt bruk med mineralkomponent (OPC) (sequential grouting) 11 Komponent B - polyisocyonate Komponent A - polyol Komponent A+B ready 1-komponent PU resiner presspress Hydrofilapolyuretaner Hydrofila polyuretaner – för liten inträngnigsradie! press Komponent A+B

Polyuretan ≠ skum Polyuretanresin vattenreactivt PU resin Polyuretanresin är inte ett skum - vattenreactivt PU resin det enda rätta namnet är det enda rätta namnet på det här injekteringsmedlet Semi-fast och sprött skum Fast gel [MPa] 12 ready

PU Fri PU skumning genom gasbildning ( CO 2 ) i kaffemugg PU Nästan fri PU skumning i bergrum PUvatten PU semi-fast slutlig form vid begränsad tillförsel av vatten PU PU semi-fast slutlig form vid vatten begränsad tillförsel av vatten 13 ready

PU PU injekterad spricka 14 ready Kárahnjúkar Headrace Tunnel

PU Stenblock från PU injekterad tunnel PU resin - fast PU resin form liknande bärnsten (Ólafsfjörður Tunnel) PU Stenblock från PU injekterad tunnel PU resin - fast PU resin form liknande bärnsten (Ólafsfjörður Tunnel) PU Stor förkastning injekterad med PU (Ólafsfjörður Tunnel) 15 ready

16 Icke injekterbart cementbruksfyllningar Icke injekterbart berg (skoria): - observera små cementbruksfyllningar PU PU injekterad sandsten PU PU injekterade porer i skoria leraPU Grus ”cementerat” med lera efter PU injektering: - porer delvis penetrerade och delvis frakturerade (uppspräckning) ready

Breda förkastningar fyllda med lera “ lera cementerad” morän Kárahnjúkar Headrace Tunnel Vatten:+1°C÷+65°C 17 ready

leraPU Morän (“cementerad” med fast lera) efter PU injektering PU 100% PU inträngning i porsystem PU PU inträngning i sand och grus (lågtryckinjektering) 18 ready

Komponent B - polyisocyanate Komponent A - polyol 2-komp. PU resin Luftdriven kolvpump Minova CT-GX 45-II för 2-komp. PU resin Värmeelement för komponent B ready 19 1-komp. PU resin Eldriven membranpump 1-komp. PU resin

20 Bortspoling (”wash-out”) av grusfyllning från förkastningen (TBM tunnel) - Kárahnjúkar Headrace Tunnel ready

21 Bortspoling (”wash-out”) av grusfyllning från förkastningen (D&B tunnel) ready 8m

SPECIFIC CARACTERISTIC IN PRACTICAL APPLICATION WILKIT FOAM T GEOFOAM PUMPING SYSTEMSIMILAR INJECTION RATIO1/1 EXPANSION RATIO (V) FILLING DRY HOLES AT 10º C AT 25º C x 20 x 40 x 15 x 30 RATIO OF PERFORMANCE IN VERY HIGH WATER FLOW AS SEEN IN KARAHNJUKAR %> % COUNSELLED TO INJECT AGAINST HIGH WATERFLOWS ++++ TOUGHNESS OF FOAM++++ FIRE PROTECTION EURO CLASS B2 → Urea – Silikat skum OMROMR Vald lösning → Urea – Silikat skum (OMR = Organo-Mineral-Resin) 22 ready press

23 Faktor λ grundvattenshastighet = förhållande mellan volymen av injekterat material / material fortfarande kvar i bergmassan efter avslutat härdning vs grundvattenshastighet i mm/min WilkitFoam, GeoFoam WilkitFoam, GeoFoam λ = 15÷30 x CarboPur λ = 3÷5 x De Neef Scandinavia AB 1991 bortspolning 15 mm/sek λ Vattenhastighet Vattenhastighet [mm/min] ready presspress

24 Materiella volymkostnader i Kárahnjúkar: OPC 0.30 €/l (vct = 0.67) PU 5.50 €/l PU / OPC ≈ x 18 Relativa materiella volymkostnader för olika injekteringsprodukter 15x Garshol 2003 ready cement PU

25 cementpartiklar vatten ready Vatten är cementbaserade injekteringsmedlens fiende (utspädning) (utspädning)

26 vatten polyuretanmolekyler ready PU resiner vattenför sin reaktion PU resiner älskar vatten för sin reaktion

27 förkastning Injekteringskonsumtion i Kárahnjúkar: cementbrukpolyuretan resin cementbruk/polyuretan resin ≈ x 10÷15/löppmeter borrhål PUcementbrukLugeon värde Konsumtion av PU och cementbruk vs Lugeon värde De Neef Scandinavia AB 1991 x 18 PUl/m Lugeon värde cementbruk l/m ready

28 2-komp. PU resin Luftdriven kolvpump Minova CT-GX 45-II för 2-komp. PU resin cementbruk Injekteringsutrustning för cementbruk Cementbruk timmar Cementbruk l: pumpningstid ca. 9 timmar (20 l/min) timmar härdning = timmar PU resin 4-5 timmar PU resin l: pumpningstid ca. 3 timmar (6 l/min) timmar härdning = 4-5 timmar Garshol 2003 USD USD $ Δ = 15 timmar / 24 timmar x $ → $ ready presspress För att få samma resultat …… press

29 cementbruk och/eller PU resin Slutsatser: cementbruk och/eller PU resin Cementbruk PU 1. Materialkostnad [volym i liter]: 1 x Materialkonsumtion [m 3 berg]: x Ytterligare dagskostnad $ 4. Vinterförhållande (temp. +3÷5 ºC) vattenhastighet 5. Hög vattenhastighet 6. “Conductivity contrast” berg 7. Materialinträngning i berg med hydrauliskt permeabilitet < Lu ≈ presspresspress ready

ready press Cement har rykte om att vara ett "säkert" injekteringsbruk ??? 30

31 Endast polyuretanresiner testade för kemisk stabilitet, biologisk nedbrytning, i dricksvatten och dess miljöinverkan får användas ready

32 ready Cementbruks- och PU prestanda i mycket höga vattenflöden och låga temperaturer PU> % PU > % OPC < 20% OPC < 20% Faktorer som påverkar en framgångsrik och säker injektering: Rätt högkvalitativt material. 1. Rätt högkvalitativt material. Rättmetodbeskrivning. 2. Rätt metodbeskrivning. Erfaret injekteringsteam. 3. Erfaret injekteringsteam. press 10% PU 80%OPC 80% OPC OPC / PU ≈ x10!! press ?

ready „The Great Melen Project“ i Istanbul (TBM): - vatteninträngningskärminjektering(”cut-off” grouting - 3) - vatteninträngning före skärminjektering (”cut-off” grouting - 3) % ”annulus grouting“ -1) (”annulus grouting“ -1) press

ready Skärminjektering (“cut-off” grouting - 3) OMR Skärminjektering (“cut-off” grouting - 3) med OMR 34 (“proof grouting“- 2) OMR Kontrollinjektering (“proof grouting“- 2) med OMR press

ready Minskad vattenflöde skärminjektering (“cut-off” grouting) Minskad vattenflöde efter nästa utförande av skärminjektering (“cut-off” grouting) OMR med OMR 35

ready Olika medel för kontaktinjektering och skärminjektering: -när du vill stoppa inträngande vatten, kan du använda flera olika material för att stoppa det:  Cement:  Cement: - det är ett mycket billigt material, men det inte kan stoppa inläckning av höga vattentryck och stora flöden.  Polyuretanresiner:  Polyuretanresiner: - det kan stoppa vattnet även under svåra förhållanden. Det största problemet är att polyuretaner normalt är antändbara. Inuti TBM-tunnlar är det förbjudet att använda brandfarliga material !!!  Expanderande Urea-Silicate Resiner (OMR):  Expanderande Urea-Silicate Resiner (OMR): - - det kan stoppa vattnet under svåra förhållanden också, och kan dessutom inte orsaka eld och kan därför användas i TBM-tunnlar. 36 presspresspress

injekteringsmanschett Betongreparationer PU med PU 1 mm 37 ready press

α ≈ 30º 2 / 3 D 1 / 3 D PU(1-komp.) Principer för borrning och PU (1-komp.) injektering av sprickan i betongvägg Betongsprittring α p.g.a. för hög pumphastighet eller för stor vinkel α Alternativ borrningsmetod Skum 1 Skum 2 Skum 1 ready 38

Enkel handpump for vattenspolning genom manschetter 1-komp. PU resin och membranpump för 1-komp. PU resin ready 39

40 1-komp. PU resin. Tätning av arbetsfog med 1-komp. PU resin. PU Till höger: semielastisk slutlig form av reagerat PU PU skum ready

41 1-komp. PU resin Injektering av dilatationsfogar med 1-komp. PU resin ready

42 Cut & cover tunnel. Dilatationsfog efter gjutningen ready

43 PU injektering Cut & cover tunnel. Dilatationsfog 6 veckor efter PU injektering ready

44 1 komp. PU Tätning av dilatationsfog med 1 komp. PU ready

45 „The Great Melen Project“ i Istanbul (TBM): 2-komp.PU - 2-komp. PU injektering för sprickor och fogar ready

46 Polyuretan ≠ Akrylamid XXX ”Syndrom Hallandsås” ready Acrylamide Chemical name: 2-propenamide). A substance that A substance that is toxic on skin contact if ingested. There is a risk of severe damage to health in case of long-term exposure. Acrylamide exposure can lead to cancer and genetic damage. press

47 ready Certifikat

Tack för er uppmärksamhet! Ph.D Civ. Eng. Tomasz Najder Senior Consultant Senior Consultant Movägen 3, SE Saltsjöbaden - Sweden Tel:Fax: Tel: 0046 (0) Fax: 0046 (0) Mobil: Mobil: 0046 (0) Org. nr: – 2148 ready 48