An Experimental Study to Measure And Improve the Grout Penetrability

An essential demand in any underground facility is to seal it against the water ingress to reduce the time and cost of the construction and the corresponding environmental hazards. To achieve this, obtaining sufficient grout spread is of great importance. Among the grouts, cement grouts with lower costs and environmental issues have been more reliable, whereas their main problem is filtration that restricts the grout spread. Several investigations have been therefore aimed to develop instruments to measure the grout penetrability as a fundamental means to improve the grout spread. Due to the difference in assumptions, limitations, and test conditions, and the deficiency in design their results are occasionally in contradiction. The question here is how to measure the grout penetrability more realistic? To answer this, two of the most frequently used instruments, Filter pump and Penetrability meter, were adjusted to approach the test conditions in Short slot. The results were discussed with respect to the origins of contradictions to better evaluate the reliability and functionality of the instruments. Among the influencing parameters on grout spread, applied pressure is a key element. The stepwise pressure increment is the method currently used to improve the grout spread in rock. Application of dynamic grouting has been studied as a solution to improve the grout spread for almost three decades. Despite some promising results, the method has not been yet industrialized due to the limited efficiency and issues in the type and frequency of the applied pressure, and the geometry of the test equipment. Therefore, finding a more efficient alternative of the applied pressure was the second goal of this study. A pneumatic pressure control system was consequently employed to examine the efficiency of the method in Short slot. The results conclusively revealed the effectiveness of the method and provided a strong basis for further development of the dynamic grouting.Ett viktigt krav när man bygger under mark är att konstruktionen blir tillräckligt tät, så att inläckage av grundvatten minimeras. Detta minskar både projektkostnaden och eventuell miljöpåverkan. För att skapa en tät konstruktion måste injekteringsbruket spridas tillräckligt i bergmassan. Kemiska injekteringsmedel har ofta bättre spridning i bergmassan än cementbaserade bruk, men cementbaserade bruk är både billigare och ger mindre miljöpåverkan. Det finns dock en del problem med cementbaserade bruk, nämligen att cementpartiklarna filtreras och att brukets reologiska egenskaper begränsar brukets utbredning. Ett antal studier har därför utförts för att studera dessa egenskaper hos cementbaserade bruk och utveckla metoder och instrument för att mäta brukets inträngningsförmåga. Detta i syfte att förbättra brukets utbredning. Dagens metoder och instrument ger nämligen ibland motsägelsefulla resultat på grund av de olika antaganden, begränsningar och förutsättningar som används i de olika testerna. Huvudfrågan är alltså hur man kan mäta brukets inträngningsförmåga på ett mer realistiskt sätt. För att undersöka detta modifierades två vanliga mätinstrument – filterpumpen och filterpressen – för att passa förhållandena i testanordningen Short slot. Resultaten diskuterades med avseende på olika typer av skillnader mellan metoderna i syfte att utröna dels vad som påverkar inträngningsförmågan, dels instrumentens tillförlitlighet och funktionalitet. Bland de parametrar som påverkar brukets spridning i bergmassan har injekteringstrycket en central roll. I dagsläget används stegvis tryckökning för att förbättra brukets spridning i sprickigt, hårt berg. Hur man kan använda dynamisk injektering för att förbättra brukets spridning har dock undersökts under snart tre decennier. Trots lovande resultat av denna metod ännu inte börjat användas i praktiken. Ett problem är svårigheten att ta försök på labb till fältmässiga förhållanden. Ett exempel är att man använde ett tryck som varierade med hög frekvens i en spricka som modellerades med två parallella skivor utan förträngningar, vilket är mycket annorlunda jämförelse med en riktig bergspricka. I modellen blir nämligen brukets spridning starkt beroende av brukets reologiska egenskaper, medan det snarare är filtrering som är problemet i en naturlig spricka på grund av förträngningarna. Dessutom fokuserade tidigare studier endast på sprickor med en sprickvidd större än 100 μm, trots att god spridning av bruket även i de smala sprickorna med mindre än 70 μm bredd är mycket viktigt när det är höga krav på anläggningens täthet. Ett annat mål med denna licentiatuppsats var därför att hitta nya sätt att förbättra brukets spridning i berget. Därför övervakades trycket med ett pneumatiskt kontrollsystem vid tester i Short slot för att studera hur effektiv denna metod är under mer realistiska förhållanden med förträngningar på mindre än 70 μm. Resultaten visade att metoden är effektiv, vilket utgör en bra bas för att fortsätta utveckla dynamisk injektering.QC 20160413