Смолы и их использование в геотехнологиях и строительстве

Dr. A.Gerzen, руководитель проекта фирмы Минова Карбо Тех, Германия

Возникновение и развитие фирмы Minova

История фирмы Minova CarboTech GmbH начинается в 19 столетии с основания в Дортмунде, Германия, предприятия Виллих (Willich) по производству «Изолированных трубопроводов и сосудов с облицовкой жестью». Семейное предприятие растет и развивается на протяжении десятков лет, и к настоящему времени оно имеет в своем составе более 2000 сотрудников, работающих в ее отделениях по всему свету.

В середине восьмидесятых годов прошлого столетия группа Виллих решает расширить область применения своих ноу-хау и внести их в новую область — горное дело. С этой целью была образована фирма Willich Berg- und Bautechnik GmbH. Были открыты дочерние предприятия в Швейцарии, Польше и Южной Африке, и таким образом был заложен фундамент для успешной работы и дальнейшего развития предприятия.

В середине девяностых годов группа Виллих концентрирует активность основной сферы своей деятельности на изоляции. В это время фирма Горная и строительная техника Виллих (Willich Berg- und Bautechnik) была куплена английским обществом Fosroc Mining, известным по всему миру своими специальными строительными материалами для горного дела. Под своим новым именем Willich Fosroc GmbH принимает на себя внутри группы Fosroc Mining оперативную ответственность за горное дело в Европе и осуществляет руководство большими проектами в международном туннелестроении.

Вторым партнером в связке сегодняшней фирмы Minova CarboTech GmbH является CarboTech Berg- und Tunnelbausysteme GmbH , которая ведет свое происхождение от образованной в 1958 году Бергбауфоршунг ГмбХ, исследовательской организации германской угольной промышленности.
В 1989 г. эти предприятия преобразованы в Карбо Тех Общество горного и промышленного производства ГмбХ (CarboTech Gesellschaft fur Berg- und Industrieprodukte GmbH). Как дочернее предприятие фирмы DMT Deutsche Montan Technologie GmbH (Немецкие горные технологии ГмбХ), преемник Бергбауфоршунг, Карбо Тех в последующие годы образует дочерние общества и отделения в различных странах мира — в России, Украине, Казахстане, Польше, Чехии, Австралии, США, ЮАР и Чили.

Слияние

В мае 2000 г. на основе двух фирм возникает совместное предприятие Карбо Тех Фосрок ГмбХ (CarboTech Fosroc GmbH). Оно впитывает в себя все европейские дочерние предприятия и отделения CarboTech Berg- und Tunnelbausysteme GmbH и Willich Fosroc GmbH. В начале 2004 г. им были взяты также функции последнего дочернего предприятия Виллих, а именно Willich D+I, производителя полиуретановой твердой пены для изоляции.

Минова Карбо Тех ГмбХ

Между тем в середине 2002 г. предприятие продано британскому инвестиционому дому Close Brothers Private Equity. При этом Fosroc Mining переименовано в Minova.
В августе 2004 г. Minova переводит на себя оставшуюся часть активов (50%), которыми до этого владело DMT, и теперь полностью владеет всеми 100%. Под своим новым именем Минова Карбо Тех ГмбХ (Minova CarboTech GmbH), размещающаяся в Эссене, эта фирма является частью международных предприятий с собственными дочерними обществами, отделениями и представительствами. Используя свои ноу-хау, она ведет деятельность в областях анкерных крепей, упрочнения пород, наполнителей, покрытий, клеев и изоляций, и как достоинство, для своих клиентов предоставляет им преимущества, которые может дать предприятие, распространенное по всему миру.

Техническое развитие фирмы

В Эссенском «Bergbauforschung» в конце 50-х годов начата разработка искусственных реактивных смол для применения в горном деле. Впоследствие были разработаны патроны со смоло-цементирующими растворами на полиэфирной основе, которыми осуществляется крепление анкеров в шпурах для повышения устойчивости пород вокруг горных выработок. Сегодня группа Минова посредством своих 10 производственных предприятий держит 60% мирового рынка клеящих патронов.
В 1968 году были получены патенты на применение пенящихся полиуретановых смол для угля и породы. С помощью этого способа можно стабилизировать разрушенные участки. Это мера, без которой сегодня невозможно представить разработку месторождений полезных ископаемых.

В 1979 г. появились так называемые силикатные смолы на основе жидкого стекла/изоцианата. На предприятии Виллих были разработаны варианты с высоким пенообразованием, так называемая Викит-пена (WilkitFoam), с помощью которой было расширено поле применения для гидроизоляции и заполнения выработанного пространства.

С начала 80-х годов применение полиуретановых смол прочно заняло свое место в каменноугольной промышленности. В это время они стали применяться и заграницей — во Франции, США, Советском Союзе, Польше, Австралии и ЮАР.

Первое значительное применение вне горного дела произошло в 1980/81 гг при строительстве туннеля Фурка в Швейцарии, где эти технологии были исользованы для решения геомеханических проблем. Применение в строительной промышленности продемонстрировало выдающиеся свойства полиуретановых смол для изоляции водопритока, как, например, в девяностые годы при строительных работах вокруг Потсдамской площади в Берлине.
Особое внимание уделяется проверке совместимости современных методов инъекционных смол с окружающей средой.

Палитра применения укрепляющих инъекций может быть существенно расширена посредством комбинации с инъекционными анкерами, такими как, например, Wiborex и Irma. Могут быть использованы также и другие типы анкерных крепей. В то же время Минова Карбо Тех занимается разработкой и собстенных анкеров. В дочернем предприятии Геоболт (Geobolt) выпускаются гидравлически раскрепляемые трубчатые анкера.

В восьмидесятые годы появилась еще одна область применения — канализация, область рынка, которая сегодня носит на себе отпечаток последних технических достижений и инновационных решений. Минова Карбо Тех предлагает, между тем, большое число материалов, по большей части силикатные смолы, для различных способов ремонта.

В 1994 году появились клеящие составы для укладки напольных покрытий на полиуретановой основе, затем двухкомпонентные продукты, затем и однокомпонентные продукты, экологически благоприятные для пользователя. Так как все системы фирмы Минова не содержат растворителей, они находят одобрение на рынке. Между тем палитра продукции содержит большое количество клеев для совершенно различных применений.

Как последняя линейка продукции в полиуретановом секторе в 2003 г. была создана целая гамма твердых пен. Здесь были разработаны и производятся легкие пенные матералы для изоляции, упаковки, пенные блоки для выращивания цветов и т д. Кроме того в порфолио имеются также пены из фенольных смол, мочевино-формальдегидных смол, метакрилат-желе.

Области применения

Области применения смол весьма широки. Это горное дело, строительная промышленность, специальное глубокое подземное строительство, проходка тоннелей, санирование каналов, промышленные клеи, твердопенные системы, системы с изолирующими пенами.
Минова Карбо Тех ГмбХ предлагает большое число продуктов для различных применений. Это инъекционные полиуретановые смолы, анкерные системы для скальных пород, изолирующие системы, клеи для полов и промышленные клеи, материалы для санирования каналов, различные принадлежности.

Суть технологий

Технология смолоинъекционного упрочнения и гидроизоляции грунтов, породных массивов, строительных объектов включает в себя бурение шпуров, размещение в них штанг или пакеров. На рисунках показаны принципиальные схемы работ по гидроизоляции в коллекторе и в шахте.

После того, как пробурены шпуры, в них производится установка инъекционного оборудования, через которое нагнетаются смолы. Инъекционное оборудование показано на фото.
Для нагнетания смол используются насосы различной конструкции и производительности. Часто они снабжаются контрольными и записывающими устройствами, позволяющими отслеживать и регулировать режим подачи смол. На фото изображены установки для нагнетания смол с приборами для регистрации параметров технологических режимов.

7. Предотвращение коррозии металлической крепи. Применяются и более простые насосные установки. На фото внизу показан процесс инжекции с помощью насоса CT-GX5-II.

С помощью смол осуществляется гидроизоляция массива пород вокруг выработок, что благоприятно сказывается на уменьшении водопритока и осушении. Это приводит к устранению коррозии и увеличению срока службы металической крепи.

Гидроизоляция подземных сооружений

Здание подземного гаража состоит из 3 этажей, причем третий подземный этаж занимает половину площади. Здание было построено приблизительно 30 лет назад. В последние годы в месте, где размещен гараж, существенно поднялся уровень грунтовых вод. Первоначально работы по санации были проведены только на этом третьем подземном этаже, поскольку именно здесь были отмечены наибольшие повреждения. Речь идет о проникновении воды через стыки плит, причем, как в полу, так и в стенах. Несмотря на уплотняющие прокладки, вода поступала через стыки и бетон, который в некоторых местах был очень плохого качества из-за несоблюдения технологии во время его укладки.

Вдоль уплотнительных швов с шагом около 20 см были пробурены вертикальные отверстия. Их глубина выбиралась ниже глубины шва. Применялись стальные пакеры с соединением головкой со смещением. Через них под низким давлением нагнетался акрилатный гель CarboCryl Hv. Закачка осуществлялась до тех пор, пока он не появлялся на поверхности. На первом шаге производилось уплотнение бетона. На втором шаге еще раз осуществлялась закачка смолы в пакеры и употнение швов. Результаты такой гидроизоляции были успешными. После проведения работ стало возможным использование третьего подземного этажа, что было невозможным ранее.

Санация коллектора под Ландсхутер Аллее в Мюнхене

К проблемам, возникающим при эксплуатации коллекторных сетей, относится изоляция подземного пространства тоннеля от подземных вод, источником которых являются атмосферные осадки и грунтовые воды. В коллектор, построенный в 30-е годы прошлого столетия под Ландрсхуттер Аллее, проникали грунтовые воды. Причиной этого были продольные трещины на участке 287 м и радиальные трещины на участке 141 м. Санация открытым способом, ввиду расположения на глубине 10 м под улицей с интенсивным городским движением, была невозможна. Было решено провести герметизацию коллектора непосредственно изнутри путем нагнетания полиуретановых смол. После откачки воды из коллектора, он был очищен, вдоль продольной трещины произведено бурение шпуров, через которые была закачана сильно пенящаяся полиуретановая смола Bevedol WFA — Bevedan. Результат этой операции можно увидеть при сравнении двух фотографий, сделанных до и после инъекции уплотняющего вещества. Можно привести еще массу примеров успешного использования смол для решения различных задач в области геотехнологий.