Dung dịch Bentonite Supergel được hợp thành chủ yếu bởi đất sét bentonite, nó được đặc trưng bởi sự tạo thành lớp màng bùn bảo vệ trên bề mặt của vách hố khoan và tính xúc biến của nó. Hai đặc trưng cơ bản này làm ổn định đất trong hố khoan. Hiệu quả của tính xúc biến của dung dịch được thể hiện qua khả năng ngăn ngừa sự nhiễm bùn khoan vào dung dịch và sự lắng đọng mùn khoan ở đáy hố khoan trong một thời gian dài sau khi khoan xong.
Khi đào, hố khoan được đổ đầy dung dịch Bentonite Supergel , cao trình dung dịch Bentonite Supergeo luôn được giữ cho cao hơn cao trình mực nước ngầm ít nhất từ 1 – 2m, để có thể tạo được một áp lực dư tạo xu hướng cho dung dịch Bentonite Supergel ngấm vào đất xung quanh. Tuy nhiên, các hạt sét huyền phù trong dung dịch Bentonite Supergeo tạo nên một màng mỏng theo dạng “vỏ bánh” nên áp suất dung dịch Bentonite Supergel trong hố đào và áp lực nước ngầm ở thành hố đào chênh nhau tạo ra một lực làm ổn định vách hố đào.
Trong sét độ dày của “vỏ bánh” rất nhỏ nhưng trong đất không dính kết, lớp vỏ này có thể lớn hơn 1-2m và hoạt động như một màng mỏng không thấm nước.
Lớp màng này ngăn nước chảy vào hố đào và ngăn sự xáo trộn ở bề mặt phân chia. Độ ổn định chính của tường vách hố đào là do áp suất dư của dung dịch Bentonite trong hố đào tạo ra. Nên việc giữ cho hố đào luôn luôn đầy dung dịch Bentonite có một tầm quan trọng đặc biệt.
Bentonite Supergeo được chuyển đến công trường theo dạng rời và được cất giữ vào xi lô hoặc cũng có thể theo dạng bao giống như bao xi măng. Người ta sử dụng máy trộn tương tự như máy trộn bê tông trong thời gian khoảng 20 phút với tỷ lệ 50 – 60 kg bột Bentonite Supergel cho 1m3 nước tuỳ theo đặc tính kỹ thuật yêu cầu còng nh ®Þa chÊt chÊt cña C«ng tr×nh và được chứa vào những xi lô cao sẵn sàng để cấp cho hố đào.
Thành phần dung dịch Bentonite Supergeo : nước, bột sét, CMC và tác nhân phân tán khác.
Dung dịch khoan có thể là nước thường tại nơi mà địa tầng là đất dính như: đất sét, á sét, đất thịt, hoặc gơ-nai phong hoá, đá v.v..
Tác dụng của dung dịch giữ thành – Bentonite Supergel
– Tạo áp lực lớn hơn áp lực ngang của đất và nước bên ngoài để chống sạt lở thành.
– Giữ cho mùn khoan không lắng đọng dưới đáy hố khoan.
– Đưa mùn khoan ra ngoài
Thành phần bột Bentonite Supergeo hoạt hoá:
Bentonite Supergeo là một loại đất sét tự nhiên được nghiền và hoạt hóa nhiều lần cùng với phụ gia để tạo thành bột ( cỡ hạt 70 – 75 micomet) và được đóng thành bao tương tự bao xi măng, 50 kg/bao. (Tùy theo nhu cầu sử dụng có khi 25 kg/bao). Khi trộn với nước tạo thành chất huyền phù THIXOTROPIC, chất này bền vững trong nhiều ngày.
+ Thành phần chủ yếu như khoáng:
Monmorilonit: 74 – 77,3%
Thạch anh: 6,0%
Dolomit: 10,0%
Hydromica: 6,7%
+ Công thức hóa học: Al 2 O 3 4SiO 2 H2 O
+ Hàm lượng cát: 0,2 – 0,6%.
Các hoá phẩm để tạo dung dịch có các thông số chất lượng cao được chọn là sô đa với các lý do sau:
– Tạo được cấu trúc cho dung dịch với tỷ trọng nhỏ có độ nhớt khá cao được các phần tử pha sẵn trong trạng thái lơ lửng khá tốt. Tính ổn định cao.
– Hệ số thải nước thấp, độ dày vỏ bùn nhỏ, tạo lớp vữa mỏng và chắc trên vách lỗ khoan.
– Ứng suất cắt tĩnh bé, có ý nghĩa trong khoan sâu với đường kính bé.
Tuy nhiên, hoá phẩm này không xử lý được trường hợp có nước khoáng xâm nhập và với nhiệt độ cao (lớn hơn 1000 oC) cấu trúc bị phá huỷ, dung dịch thay đổi các thông số và mất dần tác dụng cần có.
+ Với đối tượng khoan nông, các yêu cầu này có thể bỏ qua.
+ Quá trình hoạt hoá được tiến hành ngay trong giai đoạn nghiền.
Tỷ trọng kế AG-1.
Nhớt kế VP-5.
Đo độ thải nước và vỏ bùn VM-5 đồng thời chất lượng dung dịch Bentonite Supergeo được kiểm tra thường xuyên cho từng cọc và tuân theo giới hạn cho phép. Dung dịch có thể tái sử dụng trong thời gian thi công công trình nếu đảm bảo được các chỉ tiêu thích hợp.
1. PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG BENTONITE
1.1. Yêu cầu khi pha trộn:
- Tỷ lệ trộn Bentonite Supergel là 50 – 60 kg đối với khoan cần Kely, hoặc (07 – 0.8) kg CMC cho khoan tuần hoàn. Tỷ lệ trộn phụ thuộc vào địa chất của từng công trình
- Tránh trường hợp CMC bị vón cục cần trộn khô CMC và bột Bentonite Supergel trước.
- Xử lý nước: Nước ở khu vực nào mang tính phèn, độ cứng cao thì khi dùng nước để pha dung dịch cần xử lý như sau: Pha soda (Na2CO3) với tỷ lệ 1/1000 cùng với nước sau đó mới trộn dung dịch.
1.2. Phương pháp trộn
- Trộn cưỡng bức: Thường trộn từ 1 – 2,5 m3 với máy khuấy tốc độ cao 1.000 v/p. Cách thức: bơm nước vào trong bể theo mức định sẵn, đổ Bentonite Supergel theo tỷ lệ như ở mục 5.1 vào thùng chứa và khuấy trong 15 phút trong bể rồi xả xuống thùng chứa.
- Trộn bằng máy bơm trục đứng: Trộn sơ qua Bentonite Supergel theo tỷ lệ như ở mục 5.1 sau đó xả xuống thùng chứa và dùng máy bơm trục đứng trộn đi trộn lại với thời gian 1 giờ để trộn 15 m3 dung dịch với công suất bơm 40m3/h
1.3. KIỂM TRA CÁC THÔNG SỐ CỦA DUNG DỊCH SAU KHI PHA:
1.3.1. Một số thiết bị đo cơ bản
- Giấy đo độ pH : độ chính xác 0,5
- Cân bùn xác định tỷ trọng (tỷ trọng của nước ở 25 0C là 1.00 g/cm3.
- Phễu đo độ nhớt chia làm 3 loại: 1500/946; 700/500; 500/500.
- Lực kế cắt tĩnh: Đo ứng suất trượt tĩnh.
1.3.2. Kiểm tra chất lượng của dung dịch sau khi trộn:
Dung dịch Bentonite Supergel không được tách lớp, bề mặt dung dịch phải mịn, sờ tay không thấy hạt Bentonite Supergel chưa tan, đất đá khi đưa lên nhặt ra không thấy có màu của Bentonite Supergel . Sau khi trộn dung dịch Bentonite Supergel cần kiểm tra các yêu cầu sau:
* Kiểm tra độ nhớt dung dịch:
Yêu cầu độ nhớt của dung dịch thông thường từ 20 – 41 sec.
Nếu khoan qua tầng sét, bột kết thì một phần đất sét sẽ tan lẫn vào dung dịch dẫn đến quá trình vận chuyển mùn khoan, đất đá trong lòng lỗ khoan sẽ dễ dàng hơn và việc bổ sung thêm CMC để tăng độ nhớt là không cần thiết. Độ nhớt của dung dịch trong khoảng 29 – 31 sec.
Nếu khoan qua tầng đất cát, cát sẽ theo dung dịch Bentonite Supergel và lắng xuống trong bể chứa dẫn đến độ nhớt của dung dịch giảm nhanh. Phải tùy theo từng trường hợp để xem xét cần duy trì độ nhớt hay không, nếu cần thì bổ sung thêm CMC để tăng độ nhớt thích hợp vào khoảng 34 – 36 sec.
Nếu khoan qua tầng đá cuội, sỏi nếu muốn đưa nhanh những loại mùn khoan có kích thước lớn từ 5 – 10 mm thì cần phải bổ sung thêm 1 lượng CMC vào dung dịch trong khoảng từ 1 – 1,5 kg/m3 để đạt tăng độ nhớt thích hợp vào khoảng 39 – 41 sec
1.4. Kiểm tra tỷ trọng dung dịch:
Yêu cầu tỷ trọng dung dịch 1.05 g/cm3
Trước khi cÊp dung dÞch Bentonite Supergel vµo lỗ khoan dung dịch có tỷ trọng càng nhỏ càng tốt. Ở đầu lỗ khoan, dung dịch đưa vào luôn phải nhỏ hơn 1,2 g/cm3 và nhỏ hơn tỷ trọng của dung dịch đi ra lỗ khoan. Muốn làm được điều này, phải có một hệ thống tách lắng bùn khoan, hoặc thiết bị tách cát bằng sàng rung.
Chú ý: Khi khoan phải luôn luôn kiểm tra độ nhớt và tỷ trọng của dung dịch.
1.4.1. Kiểm tra độ pH của dung dịch:
Yêu cầu độ pH của dung dịch thường nằm trong khoảng 7 – 9.
1.4.2. Ủ dung dịch sau khi pha trộn
Để sử dụng dung dịch Bentonite Supergel đạt hiệu quả cao nên ủ dung dịch tối thiểu từ 12 – 24 giờ sau khi trộn rồi mới đưa vào sử dụng
2. TÍNH CHẤT DUNG DỊCH KHOAN BENTONITE
6.1. Các thông số chính về sản phẩm
Bentonite Supergel là một loại sét bao gồm phần lớn chất montmorillonite, một nguyên liệu thiên nhiên không độc hại. Bentonite Supergel có thành phần cơ bản là Natri tự nhiên, được sản xuất theo tiêu chuẩn của Viện nghiên cứu dầu khí Hoa kỳ API hoặc theo tiêu chuẩn 326 -2004 TCXD Việt Nam.
Bentonite Supergeo được sử dụng rộng rãi trong công nghệ khoan, xây dựng. Nó có tác dụng giữ ổn định kích thước của lỗ khoan và vết cắt, hạn chế tình trạng sạt lở thành hố khoan trong quá trình thi công và hạ lồng thép, đổ bê tông. Chất lượng của Bentonite Supergeo càng cao, tính ổn định càng lớn, điều đó thể hiện trong các chỉ số của dung dich khi trương nở như độ nhớt, lực cắt tĩnh, độ thải nước, tỷ trọng. Ngoài ra, do cố định độ nhớt và tính nở cao nên Bentonite Supergel còn được sử dụng để tạo các bức vách cô lập vùng đất bị ô nhiễm môi trường và đảm bảo hệ thống dự trữ nước.
6.2 Thành phần hóa học và tính chất cơ lý của Bentonite Supergeo
6.2.1 Thành phần hóa học
| SiO2 | 45,40% | CaO | 1,18% |
| Al2O3 | 16,04% | K2O | 0,13% |
| Fe2O3 | 5,6% | TiO2 | 1,86% |
| Na2O | 3,1% | LOl | 13,28% |
| MgO | 2,43% | P2O | 0,1% |
6.2.2 Tính chất cơ lý
| Sàng khô ( qua lỗ đường kính 75 microns) | 90% |
| Sàng ướt (không qua lỗ đường kính 75 microns) | 1,0% |
| Tỷ trọng khối (tấn/m3) | 0,9 |
| Giới hạn lỏng | 500% |
| Độ ẩm | 10% |
| Khả năng trao đổi Cation | 85 |
Chỉ tiêu tính năng ban đầu của dung dịch Bentonite (TCXDVN 326:2004)
| Tên chỉ tiêu | Chỉ tiêu tính năng | Phương pháp kiểm tra |
| Khối lượng riêng | 1,05 ÷ 1,15g/cm3 | Tỷ trọng kế hoặc Bome kế |
| Độ nhớt | 18 ÷ 45 giây | Phễu 500/700cc |
| Hàm lượng cát | < 6% | |
| Tỷ lệ chất keo | > 95% | Đong cốc |
| Lượng mất nước | < 30ml/30phút | Dụng cụ đo lượng mất nước |
| Độ dày áo sét | 1 ÷ 3mm/30phút | Dụng cụ đo lượng mất nước |
| Lực cắt tĩnh | 1 phút: 20 ÷ 30mg/cm210 phút: 50 ÷ 100mg/cm2 | Lực kế cắt tĩnh |
| Tính ổn định | < 0,003g/cm2 | |
| Độ pH | 7 ÷ 9 | Giấy thử pH |
6.2.3 Yêu cầu khi sử dụng Bentonite Supergel
Trong quá trình thi công sử dụng Bentonite Supergel ở công trình nên tính toán sao cho có hiệu quả nhất, đồng thời phải che đậy cẩn thận tránh mưa nắng cũng như sắp đặt cẩn thật nhằm giảm thiểu những rủi ro không đáng có, trong quá trình pha trộn lên có bảo hộ lao động và khẩu trang.
