Het verkitten van zand

Abstract

Een alternatieve methode voor erosiebestrijding. Een offshore pijpleiding die op de bodem van de zee gelegd wordt, is vaak onderhevig aan uitwendige krachten die de constructie kunnen beschadigen. Om zo'n pijpleiding te beschermen tegen deze krachten, kan de leiding worden ingegraven. In zand kan de ingraving gerealiseerd worden door de bodem rondom de leiding te fluldiseren, waama de leiding in het zand-watermengsel wegzinkt onder invloed van zijn eigen gewicht. Na dit proces bezinkt het gefluYdiseerde zand en wordt de pijpleiding bedekt door een beschermende zandlaag. Onder bepaalde condities kunnen delen van de pijpleiding echter weer vrij aan het bodemoppervlak komen te liggen. Om dit te voorkomen wordt in veel gevallen plaatselijk een extra bodembescherming op de deklaag boven de pijpleiding aangebracht; meestal in de vorm van een steenbestorting of met erosiebestendige matten. Deze extra bodembescherming dient om de stabiliteit van de deklaag te waarborgen. Daar de extra beschermingsconstructies kostbaar zijn, is er voortdurend gezocht naar goedkopere altematieven. Een mogelijk altematief berust op het vergroten van de erosiebestendigheid van de zandlaag op de pijpleiding, door in het gefluldiseerde zand een bindend additief te injecteren. Hierdoor zal na het fluldisatieproces de weerstand van de beschermende laag tegen erosie (of andere mechanische belastingen) toegenomen zijn. Dit altematief gaat ervan uit, dat tussen het gefluldiseerde zand een goede verspreiding van het additief mogelijk is. Dit afstudeerverslag richt zich op het onderzoek naar de mogelijkheden van deze altematieve erosiebescherming, waarbij met behulp van fluldisatietechnieken een bindend additief in een zandbodem wordt verspreid. Hiertoe is literatuuronderzoek en experimenteel onderzoek verricht. Tijdens het literatuuronderzoek is aandacht besteed aan grouten en groutmaterialen. Dit is gedaan, omdat bij grouten ook een additief aan de bodem wordt toegevoegd met het doeI de eigenschappen van deze bodem te verbeteren. Bij grouten wordt een additief in de porien van de plaatsvaste deeltjes van het in situ bodemmateriaal gelnjecteerd, terwijl bij dit onderzoek een geschikte methode wordt gezocht om een additieftussen de beweeglijke deeltjes van het gesuspendeerde materiaal te injecteren. In dit onderzoek is gebruik gemaakt van cement-bentonietsuspensies als additiefvoor een zandbodem. Bij grouten zou een dergelijke suspensie niet toegepast kunnen worden, omdat de cementdeeltjes zouden worden uitgefilterd ten gevolge van de (beperkte) poriengrootte van het in situ bodemmateriaal. Om een zandbodem met behulp van grouten te verstevigen, moet gebruik gemaakt worden van duurdere additieven, zoals ultrafijne cement-bentonietsuspensies, of oplossingen van sodium-silicaat in water (silicagels). In dit onderzoek wordt gebruik gemaakt van een cement-bentonietsuspensie om de eigenschappen van een zandbodem te verbeteren. Deze suspensies zijn goedkoper dan andere additieven en milieuneutraal. Hoe lager de gebruikte water/cement-factor, hoe meer cement het additiefper eenheid bevat, hoe duurder het additief zal zijn. Tijdens het experimentele onderzoek is met name aandacht besteed aan de verspreiding van cementbentonietsuspensies tussen het gesuspendeerde zand en de invloed van deze verspreiding op de eigenschappen van het eindproduct, het verkitte zand. Daamaast is de invloed van de samenstelling van de cement-bentonietsuspensie op de eigenschappen van het verkitte zand bekeken. Tijdens de experimenten is gebruik gemaakt van een roerder om het zand in suspensie te brengen. Dit was in opzet veel eenvoudiger te bewerkstelligen dan het fluldiseren. Er is voorhands aangenomen dat het roeren geen emstige afbreuk aan de resultaten van het onderzoek heeft gedaan.