DE1914554C3 - Verfahren zum Abdichten von Bodenformationen und Tiefbaukonstruktionen - Google Patents
Verfahren zum Abdichten von Bodenformationen und TiefbaukonstruktionenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten von Bodenformationen und Tiefbaukonstruktionen durch Einbringen einer fließbaren, verfestigbaren, Verbindungen mit Isocyanatgruppen enthaltenden Zubereitung in die abzudichtenden Hohlräume.
Bei herkömmlichen Bodenverfestigungsverfahren durch Injektion chemischer Zubereitungen injiziert
man eine chemische Flüssigkeit, die unmittelbar vor der Injektion durch Mischen zweier oder mehrerer
chemisch reagierender Komponenten erhalten wurde, in den Boden, wobei zunächst das in den Bodenhohlräumen befindliche Wasser durch das chemische Ge
misch verdrängt wird und wobei dann durch Reaktion der verschiedenen chemischen Komponenten wasserunlösliche, feste Massen in den Hohlräumen "»wischen
den Bodenteilchen gebildet werden, die Wasser ab
halten bzw. den Boden verfestigen. Dieses Verfahren
hat jedoch den Nachteil, daß von dem Zeitpunkt ab, in welchem die verschiedenen chemischen Komponenten zusammengemischt werden, die Verfestigungsreaktion des Gemisches beginnt. Dieses Festwerden
des chemischen Gemisches führt zu einem raschen Viskositätsanstieg, wobei das Gemisch schnell eine
gelartige Konsistenz annimmt. Dies führt zu Pfropfbildungen an den Ausgängen der Injektionsvorrichtung im Boden, wobei das feste Reaktionsprodukt
ao einen Durchgang der nicht reagierten Flüssigkeitsanteile verhindert. Somit ist dieses Verfahren mangelhaft.
Verwendet man andererseits eine chemische Zubereitung, die sich nur langsam verfestigt, so ist es
zwar möglich, den Viskositätsanstieg in der Injektionsvorrichtung niedrig zu halten, jedoch bleibt die chemische Zubereitung selbst nach Erreichen der zu
behandelnden Bodenstelle noch dünnflüssig. Sie wird dann durch das im Boden anwesende Wasser verdünnt,
so daß die Verfestigung noch weiter verzögert und die injizierte chemische Zubereitung gelegentlich durch
das Grundwasser von der zu behandelnden Bodenstelle zu anderen Stellen transportiert wird, was zu einem
völligen Fehlschlag der Injektion führt.
Somit sollte bei dem herkömmlichen Verfahren die angewandte chemische Zubereitung zwei sich grundsätzlich widersprechende Eigenschaften besitzen. Sie
sollte nämlich einerseits eine gute Fließbarkeit in der
Injektionsvorrichtung aufweisen, andererseits jedoch
an der zu behandelnden Stelle rasch fest werden.
Wegen dieses Widerspruchs besteht die einzige bekannte Methode zur Regelung der Verfestigungsgeschwindigkeit der chemischen Flüssigkeit darin, die
Geschwindigkeit der chemischen Reaktion entlang
der ansteigenden Zeit-Viskositäts-Kurve zu steuern,
wobei man den Viskositätsanstieg zu Beginn der Injektion so niedrig wie möglich hält, die Viskosität
aber nach einer gewissen Zeit rasch ansteigen läßt. Da die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion jedoch
so von einer Reihe von Faktoren, wie z. B. von der Umgebungstemperatur, der Konzentration der cheiTiischen Zubereitung, dem Verhältnis der chemischen
Komponenten zu einander u. dgl., abhängt, ist die Regelung äußerst schwierig. Hierzu treten in der
SS Praxis noch weitere Komplikationen, wie z. B. die unterschiedlichen Bodenbedingungen, die Leistungsfähigkeit der Injektionsvorrichtung, die unterschiedliche Erfahrung des Bedienungspersonals u. dgl., auf.
Ein derartig kompliziertes Verfahren, das überdies
noch eine große technische Erfahrung erfordert, ist für
ein Arbeiten an nicht einzusehenden Stellen, vor allem im Gelände, wo die Arbeitsbedingungen noch erschwert sind, ungeeignet.
Auch bei Baukonstruktionen, wie z. B. beim Bau
von Kellergeschossen oder Tunnels, kann es vorkommen, daß Grundwasser durch Risse in Betonwänden
oder-auskleidungen durchsickert. Herkömmlicherweise wurde der Wassereintritt an solchen Stellen in einer
3 4
ähnlichen Weise wie bereits beschrieben mit einer räume zu schaffen, das die vorstehend geschilderten
ähnlichen chemischen Flüssigkeit abgedichtet. Diese Nachteile der bisherigen Verfahren vermeidet bzw. auf
Verfahren waren jedoch, ähnlich wie die vorstehend wirksame und billige Weise behebt,
beschriebenen, mangelhaft. Selbst wenn es gelang, die Diese Aufgabe wurde nun dadurch gelöst, daß man
beschriebenen, mangelhaft. Selbst wenn es gelang, die Diese Aufgabe wurde nun dadurch gelöst, daß man
chemische Flüssigkeit in den Rissen zu verfestigen, 5 die Isocyanatzubereitung erst mit im Boden befindkonnte
man jedoch eine Wasserschicht zwischen der liehen Wasser unter Verfestigung umsetzt und unter
verfestigten Zubereitung und der Oberfläche des Risses Freisetzung eines Gases die Hohlräume abdichtet,
nicht vermeiden; dieses Wasser verursacht nun auf Es wird bevorzugt, daß die fließbare Zubereitung
nicht vermeiden; dieses Wasser verursacht nun auf Es wird bevorzugt, daß die fließbare Zubereitung
jeden Fall einen schlechten Kontakt zwischen der ver- oberflächenaktive Mittel enthält,
festigten Zubereitung und der Riß-Oberfläche. Darüber io Vorteilhafterweise enthält die fließbare Zubereitung hinaus führt das Eindringen des Wassers in die ver- auch feinkörnige Feststoffteilchen als Füllstoffe,
festigte Zubereitung durch Erweichungsvorgänge zu Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des
festigten Zubereitung und der Riß-Oberfläche. Darüber io Vorteilhafterweise enthält die fließbare Zubereitung hinaus führt das Eindringen des Wassers in die ver- auch feinkörnige Feststoffteilchen als Füllstoffe,
festigte Zubereitung durch Erweichungsvorgänge zu Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des
einer Herabsetzung der Festigkeit, so daß eine gute erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die fließbare
Abdichtung gegen Wasser unmöglich wird. Zubereitung Zement.
Die deutsche Auslegeschrift 1 129 894 betrifft ein 15 Vorteilhafterweise wird so gearbeitet, daß die fließverfahren
zur Abdichtung und Verfestigung von bare Zubereitung ein Gemisch einer Isocyanatverbingeologischen
Formationen gegen Wasser oder Gas, dung und eines Silanderivates als reaktionsfähiges Verbei
welchem für die Injektionen ein Mittel verwendet dünnungsmittel enthält.
wird, das durch Mischen einer Isocyanatverbindung Es ist ferner vorteilhaft, daß die fließbare Zube-
und einer organischen Verbindung, die zumindest drei 20 reitung ein Gemisch aus einer Isooyanatverbindung,
reaktionsfähige OH-Gruppen besitzt und imstande ist, einem Silanderivat als reaktionsfähiges Verdünnungssich
mit der Isocyanatverbindung umzusetzen, in mittel und einem feinkörnigen Carbidpulver enthält,
einem flüssigen Träger erhalten wird. Offensichtlich Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindet
in der so hergestellten Mischung eine chemische findungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man
Reaktion unter Bildungeines quervernetzten Produktes 25 zunächst Wasser in die Hohlräume einer Bodenmit
der chemischen Gruppierung formation und dann die fließbare Zubereitung in diese
Hohlräume eindringen läßt, wo sie mit dem vorher H O zugesetzten Wasser reagiert und dabei in den Hohl-
räumen eine verfestigte Masse bildet.
— N — C — O — 30 Man kann ferner auch mit Vorteil so verfahren, daß
— N — C — O — 30 Man kann ferner auch mit Vorteil so verfahren, daß
das zuvor zuzusetzende Wasser einen Beschleuniger
statt, wodurch eine Abdichtung gegen Wasser bzw. für die Verfestigung enthält.
eine Verfestigung der Bodenformation erzielt werden Eine weitere vorteilhafte Arbeitsweise, insbesondere,
soll. Hierbei setzt die Quervernetzungsreaktion un- wenn die fließbare Zubereitung feinkörnige Feststoffmittelbar
nach dem Zusammenmischen der beiden 35 teilchen als Füllstoffe enthält, besteht darin, daß man,
Komponenten ein. Eine derartige Reaktion ist un- nachdem die Isocyanatzubereitung in den Boden einzweifelhaft
mit einem Anstieg der Viskosität der gebracht ist, die noch nicht verfestigte Zubereitung
Mischung oder unter Umständen gar mit einer un- mit einer Flüssigkeit wegdrückt und dann die fließbare
beabsichtigten Verfestigung innerhalb der Injektions- Zubereitung durch Reaktion mit Wasser unter Bildung
vorrichtung verbunden. 40 eines verdichteten, schalen- oder zellenförmigen Kör-
Die österreichische Patentschrift 252134 betrifft ein pers im Boden verfestigt. Vorteilhafterweise verwendet
Verfahren zur Behandlung durchlässiger Massen, z. B. man hier als Flüssigkeit Wasser. Das Wasser kann
von Bodenformationen, wobei man eine Lösung eines nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
harzbildenden Stoffes und einer metallorganischen einen Beschleuniger für die Verfestigungsreaktion entVerbindung
in einem geeigneten Lösungsmittel her- 45 halten.
stellt, die Lösung in den Porenrauir. der Masse injiziert Das Verfahren gemäß Erfindung ist außerordentlich
und die Lösung in der Masse beläßt, bis ein hartes, wirksam und läßt sich sehr leicht durchführen,
vernetztes Harz entstanden ist, wobei man eine Kömmt ein flüssiges Gemisch einer Isocyanat-
vernetztes Harz entstanden ist, wobei man eine Kömmt ein flüssiges Gemisch einer Isocyanat-
melallorganischs Verbindung verwendet, die mindestens verbindung und einer Silanverbindung mit Wasser in
eine zur Reaktion mit vtn Teilchen der zu behandeln- so Berührung, das sich in Hohlräumen im Boden oder
den Masse geeignete funktioneile Gruppe und min- in Bauteilen befindet, so reagiert das Gemisch mit dem
destens ehe andere zur Reaktion mit einer der Korn- Wasser, und das wasserunlösliche Reaktionsprodukt
ponenten des harzbildenden Systems oder dem hierbei dient unter Mitwirkung des bei der Reaktion gebildeten
gebildeten Produkt geeignete funktionell Gruppe ent- Gases zum Verstopfen der Hohlräume. Es bildet sich
hält. Hierbei werden beispielsweise Silane mit Amino- 55 also in den behandelten Hohlräumen eine feste Masse,
funktionen oder Epoxyfunktionen verwendet. Die in So können in einfacher und wirksamer Weise Hohldem
Verfahren der Entgegenhaltung eingesetzte me- räume verstopft werden, z. B. beim Abdichten wasser-,
tallorganische Verbindung hat lediglich den Zweck, gas- und/oder öldurchlässiger Stellen im Bauwesen
die Bindung zwischen den Bodenkörnern und dem und in Bodenformationen, und es kann auch ein Gassich
verfestigenden Harz zu verstärken. Dement- 60 austritt durch Hohlräume in Bodenformationen oder
sprechend ist der Anteil ah metallorganischer Verbin- Bauteilen, 2. B. Gäsäustritt beim Erbohren von natiirdung
in der Lösung sehr gering und beträgt nur etwa liehen Gasquellen oder Erdgasquellen, verhindert
0,25 bis maximal 1 Volumprozent. werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verwendet man eine Flüssigkeit, die eine tsocyanat-
Verfahren zum Abdichten von Bodenformationen und 65 verbindung von verhältnismäßig hohem Molekular-Baukonstruklionen
durch Einbringen einer fließbaren, gewicht enthält, so ist das durch Reaktion mit Wasser
verfestigbaren, Verbinungen mit Isocyanatgruppen entstehende Reaktionsprodukt sehr zäh und ein Festenthaltenden
Zubereitung in die abzudichtenden Hohl- körper von hoher mechanischer Festigkeit; die dabei
auftretenden flüchtigen Stoffe sind nicht giftig. Festkörper, die zu einem hohen Anteil reaktionsfähige Isocyanatgruppen
enthalten, sind leicht zugänglich; die Isocyanatverbindung hat nur den einen Nachteil, daß
sie eine verhältnismäßig hohe Viskosität besitzt und daher dem Eindringen in Boden- oder Bauteile-Hohlräume
einen großen Widerstand entgegensetzt und schwierig zu injizieren ist.
Erfindungsgemäß verwendet man daher bevorzugt ein fließbares Gemisch, das aus einer Isocyanatverbindung
und einem Derivat einer Silanverbindiing
besteht. Dies hat den bemerkenswerten Vorteil, daß ilas Silanderivat als Lösungsmittel für die Isocyanatvcrbindungeii
dient und die Viskosität herabsetzt, wodurch das Eindringen in die Hohlräume erleichtert
wird. Obwohl dieses Silanderivat ein biolies Verdünnungsmittel darstellt, unterliegt es wie die Isocyanatverbindung
der Hydrolyse unter Bildung eines wasserunlöslichen Reaktionsprodukte, das uiii da/.u
dient, die Poren zu verstopfen; das bei der Hydrolyse des Silanderivats entstehende Reaktionsprodukt ist
zwar für sich allein spröde, doch kann es einen Festkörper von äußetst großer Zähigkeit und hoher Druckfestigkeit
bilden, wenn es zusammen mit dem Gel vorliegt, das durch die Reaktion des Silanderivats mit
Wasser gebildet worden ist. Erfindungsgemäß kann man auf diese Weise Hohlräume besonders haltbar
abdichten. Verwendet man eine fließbare Zubereitung gemäß der Erfindung, so reagiert dieses bei Berührung
mit Wasser so schnell, daß der sich bildende Festkörper vom strömenden Grundwasser nicht weggespült
werden kann. Wird bei der Hydrolyse des Silanderivats unter Bildung eines Silikatgels ein reaktiven
Wasserstoff enthaltender Alkohol gebildet, der leicht mit der Isocyanatverbindung reagiert, so bildet sich in
besonders vorteilhafter Weise rasch ein Festkörper. Dies wird näher in der nachfolgenden Ausführungsform 3 beschrieben. Dies stellt die am meisten bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung dar. Es ist jedoch auch möglich, eine Isocyanatverbindung allein
zu verwenden.
Die Erfindung unterscheidet sich vom herkömmlichen Verfahren sowohl in der Theorie als auch in der
Praxis grundsätzlich in den folgenden Punkten:
a) Die erfindungsgemäß angewandte chemische Zubereitung verfestigt sich nur dann, wenn sie ?uf
Feuchtigkeit trifft.
b) Es ist besonders vorteilhaft, daß bei der erfindungsgemäßen
Verwendung der fließbaren Zubereitung gleichzeitig mit der Bildung einer verfestigten
Masse ein Gas freigesetzt wird. Der Gasdruck erleichtert das automatische Vordringen
und Eindringen der chemischen Zubereitung zu bzw. in die gewünschte Stelle. Die verfestigte
Masse wird so an einen Teil oder an die Gesamtheit der Oberfläche des Hohlraums fest gebunden,
wodurch Wasser und öl abgehalten und eine Gasdurchlässigkeit verhindert wird; die fließbare oder
verfestigte Masse wird unter dem Gasdruck in die Hohlräume gedruckt, wobei diese vollkommen
verstopft und abgedichtet werden. Dies ist der größte Vorteil der Erfindung.
c) Die fließbare Zubereitung, die bei der Reaktion mit Wasser fest wird, ist vor dem Zusammentreffen
mit Wasser gut fließbar. Sie dringt also an der injizierten Stelle leicht in die Hohlräume des
Bodens ein.
d) Beim Zusammentreffen mit Wasser entsteht eine feste Masse, ohne daß eine Verdünnung durch
Wasser und die damit verbundenen Störungen auftreten. Das freigesetzte Gas verdrängt kurzzeitig
überschüssiges Grundwasser. Der wirksame Verfestigungsbereich wird beim erfindungsgemäßen
Verfahren durch die Gasblase weit ausgedehnt.
e) Die Masse wird in eine Form gebracht, die von >o Wasser nicht wegtransportiert werden kann, wobei
die Hohlräume einer Bodenformation so gefüllt werden, daß Wasser oder Öl abgehalten,
eine Gasdurchlässigkeit verhindert und der Boden wirksam verfestigt wird.
f) Die Durchführung des Verfahrens ist sehr einfach, da die Geschwindigkeit der Verfestigung
leicht zu steuern ist.
g) Die erfindungsgemäß verwendete fließbare Zubereitung reagiert automatisch an den Stellen,
wo Wasser abgehalten werden soll oder eine Verfestigung erforderlich ist und dichtet diese
Stellen ab. Infolgedessen kann das Verfahren billig und rationell durchgeführt werden, ohne
daß dazu besondere technische Erfahrungen wie
bei den herkömmlichen Verfahren erforderlich sind.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genügt daher eine sehr einfache Jnjektionseinrichtung.
F i g. 1 zeigt eine vereinfachte Seitenansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bodenverfestigung;
F i g. 2 zeigt ein Injektionsrohr zum Injizieren der chemischen Zubereitung in den Boden;
F i g. 3 und 5 zeigen vergrößert und teilweise geschnitten Injektionsdüsenteile anderer Jnjektionseinrichtungen;
F i g. 4 zeigt teilweise geschnitten eine handliche Injektionsvorrichtung, mit der man bequem eine chemische
Zubereitung in den Boden injizieren kann;
F i g. 6 zeigt im Schnitt ein Bauwerk mit wasserdurchlässigen Rissen, die erfindungsgemäß abgedichtet
werden können;
F i g. 7 bis 9 sind Schnittansichten, welche Verfahrensstufen beim Abdichten von wasserdurchlässigen
Rissen zeigen;
Fig. 13 zeigt perspektivisch eine im Boden angeordnete
Wasserschutzwand üblicher Art;
Fig. 14 zeigt perspektivisch teilweise geschnitten eine im Boden angeordnete flüssigkeitsdichte Vrand, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebaut wurde;
Fig. 14 zeigt perspektivisch teilweise geschnitten eine im Boden angeordnete flüssigkeitsdichte Vrand, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebaut wurde;
F i g. 15 zeigt zum Teil im Schnitt lediglich die feste Masse einer verfestigten Bodenfonnation.
Bevorzugte Ausführungsform 1
Das Bodenverfestigungs- bzw. Abdichtverfahren wird an einem Beispiel in F i g. 1 und 2 gezeigt; das
untere Rohrteil 21 ist von geeigneter Länge, hat eine scharfe Spitze 20 und viele Löcher 22 als Auslaßöffnungen
für die chemische Zubereitung; das Injektionsrohr wird, wie es beispielsweise in F i g. 1 gezeigt
ist, in vorbestimmter Tiefe in den Boden getrieben, der
verfestigt werden soll, z. B. der Boden 25, der dem
Boden 24 benachbart ist, der seinerseits ausgehoben werden soll; der Kopfteil 26 des Injektionsrohrs 23 ist
mit dem Tank 27 für die chemische Zubereitung mit
einem Schlauch 28 verbunden, die flüssige Zubereitung
im Tank 27 wird in das Injektionsrohr 23 unter statischem Druck gepreßt, der durch Druckluft aufrechterhalten
wirci, die von einem Luftkompressor 29 geliefert wird; so wird die chemische Zubereitung
durch die Auslaßlöcher 22 in den Boden 25 injiziert.
Bei der Verwendung einer fließbaren chemischen ZubervJung, die bei Berührung mit Wasser mit diesem
reagiert and eine wasserunlösliche, verfestigte Masse bildet und ein Gas freisetzt, wird automatisch ein
wasserunlöslicher, verfestigter Erdklump?n 30 durch die Feuchtigkeit gebildet, die sich im Boden rund um
den die AuslaßöfTnungcn aufweisenden Teil 21 des
Injeklionsrohrs 23 befindet, so daß clic Bodcnformationcn
mit Hohlräumen abgedichtet und der Hoden verfestigt wird. Gleichzeitig mit dem Verfestigen der
Wand kann, wenn der Boden 24 ausgehoben wird, da>,
Austreten von Wasser aus der ausgehobenen Baugrube auch verhindert werden, indem die porösen Bodenformationen
abgedichtet werden. F:.rstrcckt sich der zu verfestigende Boden stark von oben nach unten, so
können die Injcktionsaiislaßlöchcr 22 am Injektionsrohr 23 in entsprechender Länge angeordnet sein, oder
es kann die Injektion der chemischen Zubereitung in der Weise erfolgen, daß das Injektionsrohr 23 allmählich
gehoben oder gesenkt wird.
Wenn die fließbare zu verwendende Zubereitung flüssig ist, so kann sie leicht und sicher in äußerst kleine
Hohlräume eindringen.
Als Beispiel für eine im erfindungsgemäßcn Verfahren
s('ir wirksam verwendbare chemische fließbare Zubereitung kann eine Isocyanatverbindiing genannt
werden, die der allgemeinen Formel R — (NCO)n entspricht
oder eine andere Gruppe von Isocyanatverbindungen, die durch Reaktion der erwähnten Isocyanatverbindungen
mit anderen Verbindungen, enthaltend aktiven Wasserstoff und die damit verbundene
Eigenschaft der Reaktivität gegenüber Wasser, erhalten werden. Diese Verbindungen können leicht mit
Grundwasser unter Bildung einer wasserunlöslichen, hochpolymeren Verbindung unter Freisetzung von
Kohlendioxydgas polymerisieren.
In der voranstehenden Formei R — (NCO)n bedeutet
R eine organische Gruppe, wie eine aliphatische und/oder aromatische Gruppe; η bedeutet die Zahl 2
oder eine größere Zahl.
Beispiele für derartige Isocyanate sind: 2,4-ToIuoI-diisocyanat,
2,6-ToluoIdiisocyanat, ein Gemisch von 2,4- und 2,6-Toluoldiisocyanat, rohes Toluoldiisocyanat,
Diphenylmethan^^diisocyanat, Polyallylenpolyisocyanat,
m - Phenylendiisocyanate, Hexamethylen-l,6-diisocyanat, o-, m- und p-Xyloldiisocyanate,
Methylen-bis-p-phenylendiisocyanat und Polyallyleapolyphenylisocyanat;
und Vorpolymere, die eine endständige Isocyanatgruppe enthalten und durch Reaktion
eines Überschusses dieser voranstehend anfänglich genannten Isocyanate mit aktivem Wasserstoff
enthaltenden Verbindungen erhalten wurden.
Beispiele für aktiven Wasserstoff enthaltende Verbindungen,
die für die Herstellung der Vorpolymeren verwendet werden können, sind Wasser, Alkohole, organische
Säuren, Amine u. dgl.; 2- und mehrwertige Alkohole sind bevorzugt, z. B. Äthylenglykol, Propylenglykol,
Diäthylenglykol, Glycerin, Trimethylo!- äthan, Trimethylolpropan und Pentaerythrit; sowie
Rieinusö! und seine Derivate und Polyether mit endständigen
Hydroxylgruppen sowie Polyester.
Die genannten Polyäther mit endständigen Hydroxylgruppen sind die Addilions-Polymerisations-Produkte
zwischen niedrig-molekularen Verbindungen, die aktiven Wasserstoff enthalten, und Alkylenoxiden,
und in diesem Fall ist es wünschenswert, niedrigmolekulare Verbindungen auszuwählen, die zwei oder
mehr aktive Wasserstotfatome pro Molekül enthalten. Als Beispiele für solche Polyäther können die Reaktionsprodukte
zwischen einer oder mehreren der folgenden, aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbin-
düngen genannt werden: Wasser, Äthylenglykol, Propylenglykol,
Glycerin, Trimethylolpropan, Sorbit, Saccharose. Phosphorsäure, hypophosphorigc Säure,
Orthophosphorsäure, Phosphorsäurederivate, wie GIyccrophosphorsäure.
Ammoniak, Athylcndiamin, Di-
äthylcntriamin, Älhylenlriamin oder Harnstoff u. dgl.,
und einer oder mehreren der folgenden Alkylenoxide: Äthylenoxid, Propylenoxid, 2,3-Biilylenoxid, Tetrahydrofuran,
Epichlorhydrin, Styroloxid u. dgl.
Heispiele für Polyester mit endständigen Hydroxylgruppen sind die Produkte, die durch Reaktion mehrbasischer
organischer Säuren mit einem Überschuß mehrwertiger Alkohole erhalten werden; hierfür
eignen sich als mehrbasische Säuren Oxalsäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure,
Maleinsäure, Fumarsäure, Phthalsäureanhydrid, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Tetrachlorphthalsäure,
Trimellithsäure u.dgl.; als mehrwertige Alkohole eignen sich hierfür Äthylenglykol, Propylenglykol. Diäthylenglykol,
Dipropylenglykol, 1,3-Butylenglykol,
1,4-ButyIenglykol, Neopentylglykol, 1,6-Hexandiol,
1.3.6-Hexantriol, Glycerin, Trimethylolpropan, Trimethyloläthan.
Pentaerythrit, Sorbit und Gemische davon. Die Polyester können durch Hinzufügen kleiner Mengen organischer einbasischer Säuren und
einwertiger Alkohole modifiziert werden. Auch sind Polyester mit endständigen Hydroxylgruppen, die
durch Polymerisation von Oxysäuren erhalten worden sind, und Lactonverbindungen brauchbar. Als organische
Säuren können auch all die organischen Säuren verwendet werden, die zur Herstellung der vorgenannten
Polyester mit endständigen Hydroxylgruppen dienen; Polyester mit endständigen Hydroxylgruppen,
die aus den erwähnten organischen Säuren und Rohstoffen zur Herstellung der erwähnten PoIyäther
mit endständigen Hydroxylgruppen hergestellt wurden, können ebenso verwendet werden.
Gemäß der Erfindung werden Isocyanate bevorzugt, die im flüssigen Zustand vorliegen, oder, wenn sie
selbst fest sind, sich in einem Lösungsmittel lösen und dann unter den Anwendungsbedingungen als Flüssigkeit
vorliegen; in dieser Form eignen sich die Isocyanate genausogut. Ferner ist es möglich, die Viskosität
der Flüssigkeit mit geeigneten Lösungsmitteln je nach den Bodenbedingungen an der zu injizierenden
Stelle einzustellen, um die für das Arbeiten erforderliche Viskosität aufrechtzuerhalten. Im allgemeinen
eignet sich eine Viskosität von 1 bis 2000 cP, und es ist ein Isocyanatgruppengehalt von 2°/„ und mehr
wünschenswert. Als Lösungsmittel werden solche verwendet, die keine mit der Isocyanatgruppe reagierende
Gruppen und kein Wasser enthalten, z. B. aromatische Kohlenwasserstoffe, aliphatische Kohlenwasserstoffe,
Ketone, Ester, Äther und Alkylhalogenide. Praktische Beispiele sind Benzol, Toluol, Xylol, Aceton, Methyl-
äthylketon, Äthylacetat, Butylacetat, Cellosolveacetat,
Trichlorethylen, Methylenchlorid, Dichlorbenzol u. dgl.
Zur Einstellung der Geschwindigkeit der Reaktion
der Isocyanatverbindung mit im Boden enthaltenem
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1 914 564
ίο
Wasser kann eine geeignete Menge von Katalysatoren und Vernetzungsmitteln hinzugefügt werden. Als Katalysatoren können alle geeigneten Katalysatoren verwendet werden, die die Reaktion bekannter Isocyanate
mit aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindungen beschleunigen, z. B. Triäthylamin, N-Methylmorpho-Hn, N-Äthylmorpholin, N-Cocomorpholin, Dimethylbenzylamin, Triäthylendiamin, N,N-Dimethyl-2-methylpiperazin, Pentamethyldiäthylentriamin und ähnliche tertiäre Amine, oder Zinn(II)-chlorid, Dibutyl-
zinndilaurat, Dibutylzinnoxid, Zinn(Il)-octat und andere
organische Zinnverbindungen. Diese Katalysatoren können als Gemisch oder mit einem geeigneten
Lösungsmittel verdünnt verwendet werden, und man kann sie an den Stellen des Bodens eindringen lassen,
der erfindungsgemäß behandelt werden soll. IJm die Berührung der Isocyanatverbindung mit Wasser zu
verbessern und um die dabei auftretende Reaktion gleichförmig ablaufen zu lassen oder um die Stabilität
der Üasbiasen von freigesetztem Kohlendioxid zu steuern, können den Isocyanatverbinclungen oberflächenaktive
Mittel zugesetzt werden. Als oberflächenaktive Mittel eignen sich besonders nicht
ionische «om Silikontyp, die zur Herstellung des wohlbekannten Urethanschaums brauchbar sind.
Wenn die voranstehend beschriebener. Zusätze erforderlichenfalls den Isocyanatverbindungen zugesetzt
werden und die Isocyanatverbindung in den Boden injiziert wird, so beginnt die Polymerisationsreaktion
in dem Augenblick, in dem die Isocyanatverbindung mit dem im Boden befindlichen Wasser in Berührung
kommt, und es bildet sich eine wasserunlösliche, gelartige, hochpolymere feste Masse in den Schlitzen oder
Hohlräumen >zw. Zwischenräumen zwischen den Bodenteilchen, ohne daß die den herkömmlichen Verfahren eigenen, am Anfang der Beschreibung erläuter-
S ten Mängel auftreten. Der Boden wird vielmehr mit sofortiger Wirkung verfestigt und die Abdichtung
bewirkt.
Isocyanatverbindungen setzen im allgemeinen Kohlendioxid frei, wenn sie mit Wasser in Berührung
ίο kommen; das freigesetzte Kohlendioxidgas verdrängt
kurzzeitig überschüssiges Wasser in der Umgebung des zu verfestigenden Teils des Bodens, was zu den bereits
beschriebenen Vorteilen der Erfindung führt.
Nachstehend werden die Ergebnisse von Vergleichsversuchen angegeben.
Versuch 1
Man stellt einen Modellboden aus einer Sandschicht »° her, in welchem der hydraulische Gradient frei gesteuert
werden kann. An diesem Modellboden wurden unter den in Tabelle I angegebenen Bedingungen Vergleichsversuche
durchgeführt, und zwar mit vier handelsüblichen wasserlöslichen chemischen Flüssigkeiten
sowie mit einem Vorpolymerisat vom Isocyanattyp, das aus 70 Gewichtsteilen eines bifunktionellen Urethan-Vorpolymerisats
aus Polypropylenglykol-Toluoldiisoeyanat und 30 Gewichtsteilen Xylol als Lösungsmittel
bestand und noch einen Zusatz von 0,1 % (bezogen auf das Gesamtgewicht) oberflächenaktives
Mittel vom Silikontyp und 0,5% Triäthylamin als Katalysator enthielt.
Tabelle I Bedingungen bei den Beispielen 1 bis 3
Korngröße der Bodenprobe
Porosität der Bodenprobe
Hydraulischer Gradient
Scheinbare Wasserfließgeschwindigkeit
Wahre Wasserfließgeschwindigkeit
Wasserpermeabilitätskoeffizient der Bodenprobe
Injektionsmassenmenge
Injektionsdruck
Injektionszeit
Gelbildungszeit
0,3 bis 0,6 mm
40%
1,5
0,600 mm/sec
1,50 mm/sec
4,00 · 10"2 cm/sec
300 ml
0,5 kg/cma
20 bis 40 see
60 ± 5 see
0,6 bis 1,2 mm
38%
1,5
0,747 mm/sec
1,965 mm/sec
4,98 · 10-2 cm/sec
300 ml
0,5 kg/cm2
20 bis 40 see
60 ± 5 see
1,2 bis 2,5 mm 37,5%
1,5
0,800 mm/sec
2,130 mm/sec
5,83 · 10-" cm/sec
300 ml
0,5 kg/cm»
20 bis 40 see
60 ± 5 see
Die Ergebnisse der Versuche sind in den Tabellen II bis IV angegeben. Das Vorpolymerisat vom Isocyanattyp
der Erfindung zeigte sehr wirksame Verfestigungen des Modellbodens bei starkem Grundstrom.
Tabelle II Ergebnisse der ersten Versuche
Art der verwendeten
Injektionsmasse
Verfestigungsvolumen
(cm3)
(Injektions | |
(Verfestigungs | wirksamkeit |
volumen/Injektions | Hohlraumvolumen/ |
massenmenge) · 100 | Injektionsmassen |
menge) · 100 | |
(0W | (%) |
629,0 | 251,6 |
124,0 | 49,6 |
171,7 | 68,7 |
134,0 | 53,6 |
153,3 | fil,3 |
Vorpolymerisat vom Isocyanattyp
Acrylainidtvp
Wasserglastyp
Harnstoff-Formaldehyd-Typ
Chrom-Lignin-Typ
1887
572
515
402
460
572
515
402
460
Tabelle III Ergebnisse der zweiten Versuche
12
Art der verwende:«! Injektionsmasse
Veriestigungsvolumen
1860
279
181
86
120
(Verfestigungsvolumen/Injektionsmas?enmenge)
■ 100
(VJ
620,0
93,0
60,3
2S.7
40,0
(Injektions-
wirksamkeit
Hohlraumvolumen/
Injektionsmassen-
menge) ·
235,6 35,0 22,9 10,9 14,9
Tabelle IV Ergebnisse der dritten Versuche
Art der verwendeten Injektionsinasse
Verfestigungsvolumen
1560
565
330
295
295
CVerfestigungsvolumen/Injektior.smassenmenge)
■ 100
(Vt)
Versuch 2
Es wurde eine Modellbodenformation vom Sandwich-Typ hergestellt, bei der eine Schicht gesiebten
Sandes einer Korngröße von 0,6 bis 1,2 mm Durch· messer zwischen einer oberen und unteren undurchlässigen Tonschicht angeordnet ist. An dieser Modell·
bodenformation wurden Vergleichsversuche mit dem Ziel durchgeführt, die Sandschicht wasserdicht zu
machen. Unter den in der nachfolgenden Tabelle V angegebenen Bedingungen wurden vier verschiedene
handelsübliche wasserlösliche chemische Flüssigkeiten
und das Vorpolymerisat vom Isocyanattyp der Erfindung geprüft. Das verwendete Vorpolymerisat vom
Isocyanattyp bestand aus 70 Gewichtsteilen eines bifunktionellen Ürethanvorpolymerisats aus Toluol·
diisocyanat-Polypropylenglykol, 10 Oewichtsteilen Aceton und 20 Oewichtsteilen Xylol unter Zusatz von
0,2% (bezogen auf das Gesamtgewicht) Triäthylendiamin als Katalysator.
520,0
183,3
110,0
98,3
98,3
(Injektionswirksamkeit Hohlraumvolumen/ Injektionsmassenmenge) ·
197,6 71,6 41,8 37,7 37,7
Versuchsbedingungen
Porosität der Bodenprobe ... 38%
Scheinbare Wasserfließgeschwindigkeit 1,39 mm/sec
Wahre Wasserfließgeschwindigkeit 3,66 mm/sec
Die Ergebnisse des Versuchs 2 sind in der Tabelle VI angegeben. Nur bei Verwendung des ',Vorpolymerisats vom Isocyanattyp der Erfindung war der
Verfestigungsgrad derart, daß fließendes Wasser mit einer Wirksamkeit von 100% abgehalten werden
konnte.
Tabelle VI Efgebnisse des Versuches 2 des Abdichtete gegen Wasser
Art der verwendeten
injektionsmasse |
Verfestiguflgs-
voiumen (cm·) |
(Verfestigung*·
volumen/Injektions- massenmenge) · 100 (V.) |
(Injektion*·
Wirksamkeit Hohlraumvolumen/ Injektionsmusen» menge) ■ ICX) (V.) |
Wirksamkeit des
Abhattens von fliegendem Wasser (V.) |
Votpolymerisat vom Isocyanattyp
Acrylamidtyp Wasserglastyp Hafttstoff-Formaldehyd-Typ Chrom-Lignin-Typ |
4 750
weggeschwemmt weggeschwemmt 760 555 |
7 917
126,7 92,5 |
300,8
48,1 35,2 |
100
7,15 17,4 |
13 I4
Wirksamkeit des Abdichtens gegen Wasser = α — b' . ,.., , -
100, wobei a = Wasserfließgeschwindigkeit vor der Ausfuhrungsform 3
Injektion, b = Wasserfließgeschwindigkeit nach der Erfindungsgemäß kann als chemische Flüssigkeit
Injektion ist. eine Lösung verwendet werden, die durch Hinzufügen
Verwendet man als Gas freisetzende Verbindung ein 5 eines Silanderivats der in der Ausführungsform 2 be-Metallcarbid
in der Form eines sehr feinkörnigen Pul- schriebenen allgemeinen Formel Rn — Si — R'u-»)
vers, so ist dies, wie in der folgenden Ausführung- (worin R' nicht Halogen bedeutet) zu einer Isocyanatform
2 gezeigt wird, vorteilhaft, das das Carbid eine verbindung der in der Ausführungsform 1 beschriewasserunlösliche
Mase bildet. benen allgemeinen Formel R — (NCO)1, oder zu
i° einem anderen Isocyanat hergestellt ist, das durch
Reaktion eines Isocyanate der Formel R — (NCO)n
Ausführungsform 2 mii einer aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung
erhalten worden ist. Da sich in diesem Fail die Isocyanatverbindung
und das Silanderivat gegenseitig
Man verwendet eine flüssige Zubereitung, die ein 15 lösen und mit Wasser unter Bildung von wasserunlös-Silanderivat
der allgemeinen Formel liehen festen Gelen reagieren, kann man durch Ver
wendung des Silanderivats als reaktives Ver^vnnungs-
Rn — Si — X(4-n) mittel für die Isocyanatverbindung verschiedene Vor
teile erzielen. Wegen ihrer überlegenen mechanischen
und eine kleine Menge in dem Silanderivat suspen- 20 Eigenschaften sind beispielsweise Isocyanatvorpolydiertes,
feinkörniges Metallcarbid enthält. Bei der merisale vorteilhaft, die eine endständige Isocyanaterfindungsgemäßen
Verwendung dieser flüssigen Zu- gruppe enthalten und durch Reaktion zwischen einer
bereitung reagiert das flüssige Silanderivat mit Wasser aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung und
und hydrolysiert dabei bei Umgebungstemperatur überschüssigem Polyisocyanat hergestellt worden sind,
unter Bildung einer wasserunlöslichen gelartigen 25 das einen aromatischen oder aliphatischen Rest ent-Siliciumverbindung,
und das feinkörnige Metallcarbid hält Zudem wirken Isocyanatverbindungen auf den
setzt Kohlenwasserstoffgas bei Berührung mit Wasser menschlichen Körper nicht giftig, doch haben die
frei. meisten dieser Isocyanatvorpolymerisate den Nachteil,
In der Formel Rn — Si — Xu-»; bedeutet R eine sehr viskos zu sein, so daß sie nur wenig in die Hohl-Alkyl-
oder Arylgruppe und X eine Alkoxygruppe 30 räume von Böden und Bauteilen eindringen können,
oder ein Halogenatom. _ Deswegen ist es notwendig, die Viskosität durch Zu-
Je weniger Kohlenstoffatome R enthält, um so satz verschiedener organischer Lösungsmittel, wie in
schneller hydrolysiert im allgemeinen das Silanderivat Ausführungsform 1 beschrieben, herabzusetzen, doch
und um so besser ist seine Fließfähigkeit, weswegen es wjrd dabei unvermeidbar auch die Konzentration an
wirksam gemäß der Erfindung angewendet werden 35 wirksamer Komponente herabgesetzt. Verwendet man
kann. jedoch als Lösungsmittel Alkoxysilanverbindungen,
Bedeutet X ein Halogenatom, so ist die Anwendung WJC Tetraäthoxysilan, Tetramethoxysilan, Dimethoxydes
Silanderivats auf die Fälle beschränkt, bei denen silan und Dipropoxysilan, so unterliegen diese Lödie
durch den freigesetzten Halogenwasserstoff ver- sungsmittel bei Berührung mit Wasser der Hydrolyse
ursachte Korrosionswirkung unberücksichtigt bleiben 4O und bilden mit Wasser Silikatgele. Deswegen können
kann. diese chemischen Zubereitungen erfindungsgemäß
Silanderivate, bei denen X eine Alkoxygruppe be- wirksamer eingesetzt werden, weil sie brauchbare feste
deutet, sind verhältnismäßig billig und setzen keine Komponenten in höherer Konzentration enthalten,
korrosiven Stoffe frei; dagegen hydrolysieren sie im Zudem setzen solche Alkoxysilanverbindungen bei der
allgemeinen langsam. Man muß daher die Hydrolyse 45 Hydrolyse Alkohol frei, der in vorteilhafter Weise die
beschleunigen. weitere Umwandlung der chemischen Zubereitung in
Eine wirksame Beschleunigung erfolgt durch Zu- eine feste Masse beschleunigt, weil der Alkohol
mischen einer kleinen Menge einer organischen Säure aktiven Wasserstoff enthält und deswegen mit dem
oder einer geeigneten Menge Alkohol, in dem Natrium- Isocyanatvorpolymcrisat reagiert. Eine derartige chealkoholat
gelöst ist. 50 mische Flüssigkeit, die ein mit einer Alkoxysilanverbin-
In der Praxis werden meistens Alkoxysilane yer- dun?, verdünntes Isocyanatvorpolymerisat enthält,
wendet, wie Tetramethoxysilan, Tetraäthoxysilan besitzt eine niedrige Viskosität und eine bessere Einu.
dgl. Im Vergleich zu den gereinigten Produkten sind dringfähigkeit und enthält doch die brauchbaren Testen
die Rohprodukte mit niedrigem Salzsäuregehalt ver- Komponenten in hoher Konzentration. Durch Reakhältnismäßig
billig und hydrolysieren rasch, so daß sie j5 tion mit dem Grundwasser wird unter gleichzeitiger
sich für die Praxis eignen. Bildung von Gasblasen ein anorganisches Silikatgel
Als feinkörnige Metallcarbidverbindungen, die in gebildet, das in Polyurethan eingebettet ist, so daß ein
der obengenannten Flüssigkeit suspendiert sind, Gel von sehr hoher mechanischer Festigkeit erhalten
können unter anderem Calciumcarbid oder Magne- wjrd. Weiterhin führt die Verwendung des im Versiumcarbid
u.dgl. verwendet werden, die mit Wasser eo gleich zum Isocyanatvofpolymerisat billigeren Alkoxyunter
Bildung von Acetylengas reagieren. silanderivats zu höherer Wirtschaftlichkeit, ohne daß
Wenn man viel Gasschaum wünscht, so kann man das Verhalten der chemischen Flüssigkeit verschlechdies
durch Erhöhen der Menge dieser in der Flüssigkeit tert wird; das Verhalten wird vielmehr verbessert,
suspendierten feinkörnigen Metallcarbide erzielen. Verringert man den Lösungsmittel-Silanderivat-
suspendierten feinkörnigen Metallcarbide erzielen. Verringert man den Lösungsmittel-Silanderivat-
Verwendet man Calciumcarbid, so hydrolysiert 6s Anteil in bezug auf die Isocyanatverbindung, so wird
diese« unter Bildung von Calciumhydroxid, das wegen die Entwicklung von Gas durch Reaktion mit dem
seiner Alkalinität die Hydrolyse des Silanderivats be- Grundwasser herabgesetzt, doch ist ein Anteil von |]
schleunig!. 5 bis 80n/0 Silanderivat in der Praxis ausreichend. Um
in diesem Fall die Reaktion mit Wasser zu beschleunigen, können als Katalysator alle die tertiären Amine
oder organischen Metallverbindungen verwendet werden, die in der Ausführungsform 1 beschrieben sind.
Die Verwendung einer im Anspruch 5 angegebenen Zubereitung ist vorteilhaft, da die Hydrolysereaktion
durch sehr feinkörniges Carbidpulver beschleunigt wird.
Zur praktischen Durchführung des Verfahrens verwendet man ein in F i g. 3 gezeigtes Rückschlag- u»
ventil 33 an der Auslaßöffnung 32 eines Injektionsrohrs 31 zur Injektion einer chemischen Zubereitung,
wobei das gezeigte Rückschlagventil während der Injektion folgende drei mögliche Pannen verhindert:
»5
a) Ein Zurückfließen der chemischen Flüssigkeit im Injektionsrohr wegen eines rückwärts zum Tank
der chemischen Zubereitung gerichteten Drucks infolge eines artesischen Drucks des Grundwassers,
b) ein Zurückfließen der chemischen Flüssigkeit wegen eines Bodendruckanstiegs infolge fortwährender Injektion der chemischen Flüssigkeit,
c) ein rückwärts gerichteter Druck des durch die in den Boden injizierten Isocynatverbindungen frei- »5
gesetzten Gases.
Auf diese Weise kann die Injektion der chemischen Zubereitung unter jeder Bedingung einfach und wirksam erfolgen.
Weiterhin kann die Kraft, die mit dem Druck des Gases einhergeht, das von der injizierten chemischen
Flüssigkeit gebildet wird, an aera Rückschlagventil angreifen und dort Widerstand findt.i, so daß die
injizierte chemische Flüssigkeit aktiv im Boden ausgebreitet wird, wobei der wirksame, gegen Wasser
abgedichtete und verstärkte Bereich stark vergrößert wird.
Als handliche Einrichtung zur wirksamen Durchführung von Arbeiten an Arbeitsplätzen im Notfall
eignet sich die in F i g. 4 dargestellte Injektionseinrichtung 40, bei der ein Injektionsrohr 38 über einen Anschluß 37 mit der Druckkammer 36 der Pumpe von
der Art einer handbetriebenen Injektionsspritze 35 verbunden ist. Mit dem handgetriebenen Kolben 39 kann 4S
die in der Druckkammer 36 befindliche chemische Flüssigkeit unter einem geeigneten statischen Druck
injiziert werden.
Auch hier ist es wünschenswert, ein wie oben beschriebenes, als Rückschlagventil wirkendes System So
einzubauen.
F i g. 5 stellt ebenfalls eine handliche Einrichtung zur wirksamen Durchführung des Verfahrens der Erfindung dar und zeigt ein Injektionsrohr 45 mit einem
offenen Ende 46 als Auslaß; der Randteil 48 springt seitlich über das Injektionsrohr 45 hinaus und ist zusammen mit der Kappe 50, die ein scharf zugespitztes
Ende 49 hat, am Auslaß 46 des Injektionsrohrs angeordnet; in dieser Anordnung wird das Injektionsrohr 45 in den Boden in eine vorbestimmte Tiefe
getrieben, dann ein wenig herausgezogen, wobei der vorspringende Randteil 48 der Kappe als Widerstand
wirkt, so daß die Kappe 50 an der erreichten Stelle zurückgelassen und der Auslaß 46 geöffnet wird.
Werden die Teile derartig vorher angeordnet, so kann das Verstopfen des Auslasses 46 mit Erde beim Eintreiben des Injektionsrohrs in den Boden verhindert
werden: auch kann diese Anordnung verwendet
werden, um die injizierte flüssige Zubereitung in horizontaler Richtung zu verteilen.
Wird eine solche Kappe mit einem das ZurückflieUen hindernden, oben beschriebenen mechanischen
System kombiniert, so lassen sich Injektionen von chemischen Flüssigkeiten sicherer und besser durchführen.
Das Verfahren erfolgt erfividungsgemäß gemäß Anspruch 2 oder 3.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann besonders luch beim Abdichten von Hohlräumen im Bauwesen, z. B. von Hohlräumen zwischen Betonauskleidungen und dem anstehenden Gestein bzw. Erdmaterial in Tunneln, von Rissen in Kelleraußenwänden oder von Hohlräumen, die sich zwischen
einem Zementmörtelputz und Baubeton gebildet haben, angewandt werden. Auf diese Weise kann man
das Durchsickern von Wasser durch diese Hohlräume verhindern. Die beispielsweise in F ϊ g. 6 gezeigten
Risse 58, die sich in der Außenbetonwand 55 gebildet haben, und der gebildete Hohlraum 60 zwischen der
Außenbetonwand und der Zementmörtelverkleidung 59, wodurch Grundwasser von außen nach innen
durchsickern kann, können wirksam behandelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch wirksam bei undichten Rissen in Tunnel- oder Wassertankwänden angewandt werden, wie es beispielsweise in
der F i g. 7, 8 und 9 gezeigt ist. Man macht beim Riß 61, der an der Stirnfront freigelegt wird, einen
V-förmigen Einschnitt 62 und gießt diesen, wie in F i g. 8 gezeigt, mit schnell abbindendem Mörtel 63
aus, bringt dann, wie in F i g. 9 gezeigt, für die Injektion der chemischen Zubereitung Löcher 64 an, die
bis zum Inneren der Risse gehen, und injiziert dann die erforderliche Menge chemischer Flüsigkeit oder
chemischer Flüssigkeit, die gegebenenfalls Wasserkitt oder andere feinkörnige Feststoffteilchen enthält,
durch die Injektionslöcher 64 mittels einer handbetriebenen Kolbenpumpe oder einer einfachen Kolbenvorrichtung mit einer Düse 65, die in die Injektionslöcher 64 paßt. Wegen des durch das freigesetzte Gas
ausgeübten inneren Drucks füllt die chemische Flüssigkeit automatisch das Innere der Risse vom einen
bis zum anderen Ende unter Bildung der festen Masse 66, so daß das Abdichten bzw. Abhalten von Wasser
fehlerlos erzielt wird.
Die Ergebnisse sind noch günstiger, wenn man als rasch abbindenden Mörtel 63 einen Mörtel verwendet,
der durch Mischen der chemischen Injektionsflüssigkeit der Erfindung mit einem pulverförmigen oder feinkörnigen Material, wie natürlichem Sand und gemahlenem Sand, oder mit einem aktiven feinkörnigen
Pulver, wie mit Wasserkitt und Wassermörtel, erhalten wird,
Dieser Mörtel bindet nämlich ohne Schwierigkeiten, auch wenn sich am V-förmigen Einschnitt 62 Wasser
befindet, und man kann auch zwischen den Innenoberflächen des V-förmigen Einschnitts und dem
Mörtel eine gute Bindung erzielen.
Wegen des aus dem Inneren des Mörtels stammenden Gasdrucks wird der Mörtel gegen die Innenseiten
des V-förmigen Einschnitts gedrückt, läßt keine ungebundenen Teile übrig und ergibt eine ausgezeichnete
Füllung und Abdichtung. Im Gegensatz zu diesem erfindungsgemäßen Verfahren verhindert bei den ver-
schiedenen herkömmlichen Verfahren die Gegenwart
von Wasser bei diesen Arbeiten das Abbinden, Ferner bleiben die durch die injizierte chemische Zubereitung
gebildeten verfestigten Massen nicht nur innerhalb der Hohlräume oder Bauteile und des Bodens, sondern
sie können auch in die Umgebung der Hohlräume ausgebreitet werden, wodurch das Abhalten von Wasser
wirksamer wird. Nach einem anderen Verfahren können wasserdurchlässige Risse in Bauteilen dadurch
abgedichtet werden, daß die Wandoberfläche mit den Rissen etwas abgehauen und an dieser Stelle die sich
verfestigende Zubereitung aufgetragen wird und die Stelle verspachtelt oder verfülk wird. Dieses Verfahren
eignet sich besonders an den Stellen, wo Risse in der Form einer einzigen Linie verlaufen und nicht klar
zu sehen sind, und an Stellen, wo Wasser durchsickert.
Zum Abdichten von Wasser eignet sich auch folgendes Verfahren der Erfindung:
Die bereits beschriebene chemische Zubereitung wird mit Sand, Glaspulver, Kohlepulver oder anderem
Pulver oder feinkörnigem inertem Matrial oder mit einem aktiven Material, wie Zementmörtel, zu einem
teigartigen, rasch abbindendem Mörtel gemischt. Dieser rasch abbindende Mörtel wird zum Wasserabhalten
in der in F i g. 8 gezeigten Stufe verwendet. Setzt man dabei dem Gemisch der chemischen Flüssigkeit
eine geringe Menge Wasser zu, so wird eine gute Verfestigung der festen Massen erzielt, wobei die zuauf,
die 13 m unter der Grundwasserhöhe auf einer sandig-kieseligen Gebirgsschicht lag. Der Riß war
etwa 1 mm breit und etwa 3,5 m lang und ließ pro
Minute etwa 1501 Wasser hindurch. Zur Abdichtung dieser undichten Stelle gegen das Durchsickern von
unter hohem Druck stehendem Grundwasser wurden drei Löcher in die Fundamentplatte entlang des Risses
in ungefähr gleichen Abständen gebohrt; in jedes gebohrte Loch wurde ein Injektionsrohr eingeführt, das
mit einer zugespitzten Kappe, wie in F i g. 5 gezeigt, und einem gegen das Zurückfließen wirkenden Mechanismus,
wie in F i g. 3 gezeigt, ausgerüstet war. Das Injektionsrohr wurde so weit eingeführt, daß die zugespitzte
Kappe etwa 20 cm unterhalb der Fundament-
,5 platte im Boden zu liegen kam; durch jedes Injektionsrohr wurden etwa 80 1 chemische Flüssigkeit injiziert,
die ein Vorpolymerisat vom Isocyanattyp enthielt.
Infolge der Injektion traten etwa 10% der Gesamtmenge
der injizierten chemischen Flüssigkeit aus dem Spalt aus und flössen über die Fundamentplatte, während
der Hauptanteil der Zubereitung den Spalt und den Boden darunter füllte und sich verfestigte; das
Durchsickern von Wasser durch den Spalt verringerte sich auf etwa 21/min.
Weiterhin wurde dort, wo die Abdichtung noch unvollkommen war, ein teilweiser V-förmiger Einschnitt
gemacht, und es wurden, wie in F i g. 9 gezeigt, Löcher für die Injektion der chemischen Flüssigkeit
gebohrt und die um den V-förmigen Einschnitt
gesetzte Menge Katalysator auf die gewünschte Ab- 3O befindlichen Stellen mit rasch abbindendem Mörtel
bindegeschwindigkeit abgestimmt wird. Damit an den gefüllt; nachdem durch diese Löcher eine Gesamtmenge
inneren Oberflächen des V-förmigen Einschnitts genügend Wasser vorhanden ist, ist es wünschenswert,
zuvor Wasser einzusprühen.
Da es längere Zeit dauert, bis das Leckwasser mit der Stirnoberfläche der verfüllten Zubereitung reagiert,
bleibt die zum Verspachteln geeignete Plastizität genügend lange aufrechterhalten, so daß dies den Vorteil
hat, daß genügend Zeit bleibt, die bearbeitete Oberfläche sauber und mit den nicht bearbeiteten um- 4„
gebenden Oberflächen bündig zu schließen.
Durch die voranstehend genannten Zusätze zur chemischen Flüssigkeit wird also ein teigartiges Gemisch
erhalten, das wie Zementmörtel angewendet
wird, aber zu einem Ergebnis führt, das mit Zement- 45 Wasser; nach dem Zusammenmischen der Kompomörte]
nicht erreicht wurde; ob das Abdichtmaterial nenten ließ sich der Mörtel in wünschenswerter Weise
in einer zum Arbeiten und Abdichten optimalen Kon- handhaben, sistenz gelagert oder ob es direkt zum Abdichten verwendet
wird, es ist jeweils möglich, das Wasser durch
von 11 der chemischen Flüssigkeit, die das Vorpolymerisat
vom Isocyanattyp enthielt, mit einer einfachen, handbetriebenen Injektionspumpe, wie in
F i g. 4 gezeigt, injiziert worden war, hörte das Durchsickern von Wasser durch den Riß völlig auf. Die hierbei
verwendete, ein Vorpolymerisat vom Isocyanattyp enthaltende chemische Flüssigkeit war die gleiche, die
in dem Versuch 2 der Ausführungsform 1 verwendet wurde; der zum Abfüllen verwendete, schnell abbindende
Mörtel bestand aus 1 Gewichtsteil dieses Vorpolymerisats vom Isocyanattyp, 3 Gewichtsteilen gesiebtem
Flußsand mit einer durchschnittlichen Korngröße von 0,1 bis 0,3 mm Durchmesser und 0,4 Teilen
Ausführungsform 5
sofortige Verfestigung des Verfüllungsmaterials ab- 5„
zuhalten.
Da die chemische Flüssigkeit bei Berührung mit Wasser polymerisiert und gleichzeitig Gas freisetzt, ist
es im Hinblick auf die voranstehende Erklärung verständlich, daß ein genaues und wirksames Abdichten
gegen Wasser erzielt werden muß.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur an wasserundichten Stellen bei im Boden befindlichen Bauteilen
verwendet werden, sondern auch bei Wassertankwänden, Stützwänden, Böschungsoberflächen
u. dgl.
Der folgende Versuch veranschaulicht das Verfahren des Abdichtens gegen Wasser.
Versuch
3 Jahre und 5 lunate nach dem Bau traten in der
Fundamentplatte eines Gebäudes aus Stahlbeton Risse Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum
Bau von im Boden befindlichen Bauwerken verwendet werden, die wirksam als wasserabhaltende Wände verwendet
werden können. Bei einer wasserabhaltenden Wand, die nach einem herkömmlichen Injektionsverfahren
in der Form einer kontinuierlichen Reihe von Pfählen gebaut wird, die, wis es F i g. 13 zeigt,
aus verfestigter Erde bestehen, 1st die für das Abhalten von Wasser tatsächlich wirksame Zone die schraffiert
dargestellte Zjne 95, und die nicht schraffierte Zone 96
wird nut aus Bequemlichkeit mitgebaut, ist aber funktionell nicht notwendig. Die in der Zone 96 verwendeten
chemischen Zubereitungen· werden also vergeudet. Um die Menge der verwendeten chemischen
Zubereitungen zu verkleinern, verringert man den Ab-
6S stand der Injeküonsrohre und gleichzeitig den Radius
der pfahlförmig verfestigten Erde. Hierbei muß jedoch die Anzahl der Injektionsrohre 97 erhöht werden, so
daß der wirtschaftliche Nachteil nicht vermieden
t 914554
werden kann. Verringert man den Radius der pfahlförmigen
verfestigten Erde, so neigen die eingetriebenen Injektionsrohre 97 beim Bau einer wasserabhaltenden
Wand von großer Tiefe dazu, aus der richtigen Lage wegzurücken, was zu Schwierigkeiten
beim Bau einer kontinuierlichen wasscrabhallenden Wand führt.
Verwendet man dagegen eine chemische Injektionsfliissigkeit,
die bei Berührung mit Wasser eine wasserunlösliche feste Masse bildet und gleichzeitig Gas frei- ln
setzt, so ist die Bildung von zcllcnartigen verfestigten
Erdklumpen möglich. In diesem Fall injiziert man zunächst
die chemische Injektionsflüssigkeit durch das Injektionsrohr in den Hoden und injiziert anschließend,
bevor die chemische Zubereitung durch Reaktion mit in den Hohlräumen des Bodens befindlichem Wasser
unter Bildung eines Gels reagiert, solange also der ::rr 7:·.'.:r.r.t*. H.-r rhrr
anhält, eine geeignete Menge Wasser oder eine andere Flüssigkeit durch dasselbe Injektionsrohr. Dieses ao
Verfahren wird in den Ansprüchen 8 und 9 beansprucht. Bei diesem Zweistufenverfahren wird die
zuerst injizierte chemische Zubereitung an die von den Auslaßöffnungen des Injektionsrohrs entfernten
Stellen durch die Injektion der zweiten Flüssigkeit gedrückt; es ist auf diese Weise möglich, im Boden
zellenartige verfestigte Erdklumpen zu bilden, in denen das Innere nicht verfestigt ist. Da in diesem Fall der
innere Teil des verfestigten Erdklumpens mit dem in den Hohlräumen des Bodens befindlichen Wasser
nicht in Berührung gekommen ist, wird die Verfestigung des inneren Teils verzögert. Verwendet man
jedoch als später injizierte Flüssigkeit Wasser, so hat dies den Vorteil einer raschen Verfestigung, da, während
die Außenseite des zellenartigen verfestigten Erdklumpens mit dem in den Hohlräumen des Bodens
befindlichen Wasser in Berührung kommt, der innere Teil des Erdklumpens mit dem später injizierten Wasser
in Berührung kommt, so daß sowohl die Innen- als auch die Außenseite des verfestigten Erdklumpens mit
Wasser in Berührung steht. Setzt man dem als zweite Injektionsflüssigkeit verwendeten Wasser in kleiner
Menge einen Katalysator zu. der die chemische Reaktion der injizierten chemischen Flüssigkeit mit
dem Wasser beschleunigt, so wird die Verfestigung des Erdklumpens von der Innenseite her beschleunigt.
Durch die Reaktion zwischen der chemischen Zubereitung und dem später injizierten Wasser wird
Kohlendioxidgas freigesetzt, worauf die zuerst injizierte chemische Zubereitung durch den von dem Gas
ausgeübten Druck automatisch zur Außenseite gedrückt wird, so daß die Verfestigungszone ohne zusätzliche
Arbeit vergrößert wird und ausgezeichnete Ergebnisse erhalten werden.
Zur Bildung von mechanisch festen verfestigten Erdklumpen oder zum Abhalten von oder Abdichten
gegen Grundwasser ist im allgemeinen eine chemische Injektionsflüssigkeit, die Verbindungen vom Isocyanattyp
enthält, den üblicherweise verwendeten herkömmlichen chemischen Injektionszubereitungen überlegen.
Die Erfindung eröffnet durch Ausnutzung der den Verbindungen vom Isocyanattyp eigenen Merkmale
einen Weg zu einem rationellen, wirtschaftlichen und billigen Verfahren.
F i g. 14 zeigt perspektivisch und teilweise im Schnitt eine im Boden befindliche flüssigkeitsdichte
Wand, die nach einem mehrstufigen Injektionsverfahren gebaut wurde, bei dem die Injektionsarbeiten in vertikaler Richtung wiederholt wurden,
wobei hintereinander zellenartige verfestigte Erdklumpen 98 und damit kontinuierlich ein pfahlförmiger
verfestigter Erdklumpen 99 gebildet wurde. Verbindet man diese pfahlförmigen verfestigten Erdklumpen 99
in horizontaler Richtung, so ergibt sich eine Wand 100 von bienenwabenartiger Bauweise.
Bei der injektion wird die chemische Zubereitung wegen der Gasbildung vorangetrieben und bildet
einen weit ausgebreiteten verfestigten Erdklumpen, wie es nachfolgend im einzelnen beschrieben wird.
Bei dieser flüssigkeitsdichten Wand stellen die in F i g. 14 mit horizontal verlaufenden gestrichelten
Linien markierten Zonen 101 und 102 eine Doppelwand dar, die gegen Flüssigkeit wirksamer abdichtet.
Die vordere und rückseitige Zone 101 und 102 der kontinuierlichen flüssigkeitsdichten Wand sind untereinander
an der Zoni? 'Π.1 verbunden, so daß die Wand
sehr fest ist und als im Boden befindliche flüssigkeitsdichte Wand mit hoher Zuverlässigkeit verwendet
werden kann.
Da ein gebogener, schalenförmiger verfestigter
Erdklumpen vorliegt und der schalenartige Teil davon die Bodenteile enthält, aus denen der Boden besteht,
kann die Menge des sich verfestigenden Materials sehr klein gehalten werden.
In ^'-ser Anordnung können die erfindungsgemäßen,
im Boden befindlichen Bauteile sehr wirksam zur Erhöhung der Tragkraft des Bodens (bei vertikalen
und horizontalen Lasten) verwendet werden.
Bei dem beschriebenen Verfahren zum Bau von im Boden befindlichen Bauteilen verwendet man vorzugsweise
als Flüssigkeit, die die chemische Zubereitung drückt und ausbreitet, eine solche, die das Verfestigen
der chemischen Zubereitung beschleunigt. Auch wenn als Flüssigkeit, die die chemische Zubereitung drückt
und ausbreitet, eine andere Flüssigkeit als Wasser verwendet wird, so kann diese Flüssigkeit und die chemische
Zubereitung getrennt voneinander bequem zugeführt werden, indem zwei Rohre an das Injektionsrohr
97 so angeschlossen werden, daß sie wechselweise mit dem Injektionsrohr 97 über ein Ventil verbunden
sind.
Versuch
Für den Bau eines Abwasserkanals sollte unter einer Straße ein Stollen im Schildvortriebverfahren mit
einem Schild von 3 m Durchmesser gebaut werden. Der Stollen sollte in einer rißgefährdeten, wassf haltigen,
sandigen Schicht vorgetrieben werden. Um diese Schicht abzudichten und zu verfestigen, wurde ein
Versuch durchgeführt, bei dem eine wabenartige Bodenstruktur gebildet wurde, die aus zusammenhängenden
zellenartigen verfestigten Erdklumpen bestand. Bei diesem Versuch wurden an der Stelle des
Bodens, die vor dem Schild in Richtung des Schildvortriebs lag, Injektionsrohre im Abstand von 80 cm
in einem rasterartigen Muster in den Boden getrieben. Unter Verwendung dieser Injektionsrohre wurden in
einem mehrstufigen Verfahren Injektionen der Reihe nach durchgeführt, und es wurde damit im Boden eine
wabenartige Struktur gebildet, die sich über den beim Schildvortrieb ausgehöhlten Raum erstreckte und aus
zusammenhängenden, zeüenartigen verfestigten Erdklumpen, wie es F i g. 15 zeigt, bestand. Der vertikale
Abstand zwischen jeder Stufe betrug dabei 1,2 m. Es wurden zunächst 401 chemische Flüssigkeit injiziert,
21 22
die ein Vorpolymerisat vom Isocyanatlyp enthielt. kimg auf und machte den Schildvortrieb äiifterst sicher
Unmittelbar anschließend wurden 50 I Wasser durch und leicht. Die in diesem lall verwendete chemische
das gleiche Injoktionsrohr injiziert, um die zunächst Injektionsflüssigkeit bestand ans 70 Gcwichtsteilcn
injizierte chemische Zubereitung durch Drücken in modifizierten bifunktionellen Urcthan-Vorpolymeri-
einen weiteren Bereich auszubreiten; die gleiche Arbeit 5 sats aus Polypropylcnglvkol — Toluoldiisocyanat.
wurde bei jeder Stufe wiederholt, und so wurden die modifiziert mit KohlenwasserslofTharz. und als Ver-
zelk'iirtigen verfestigten Erdklumpen in vertikaler diinnungsmittcl 30 Gewiehtsteile Xylol; der Isocyanal-
Richtii'ng und in zueinander senkrecht stehenden. gehalt betrug 18.5% und die Viskosität bei 200C
horizontalen Richtungen miteinander verbunden. 16,7 cP. Zu diesem Gemisch wurden 0,5 "/'„ (bezogen
Die so gebildete wabenförmige Bodc.istruktur ver- 10 auf die Gesamtmenge) Triäthylamin als die Reaktion
festigte die beim Schildvortrieb entstehenden Schnitt- beschleunigender Katalysator hinzugefügt. Das nach
oberflächen und wies eine geeignete I cstigkeil. die der Injektion der chemischen Zubereitung inji/ierle
beim Schildvortrieb keine Schwierigkeiten bereitete. Wasser war gewöhnliches frisches W asscr. dem 0,1 "/„
und eine vollkommen gegen Wasser abdichtende Wir- Triäthylamin als llärtungshcschleimiger /ugcset/l war.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
KI. C 09 K Gr. 17/00 ausgegeben am 02.04 87
Das Patent 19 14 554 ist durch rechtskräftiges Urteil des Bundesgerichtshofs
vom 14.10.1986 teilweise für nichtig erklärt:
In Patentanspruch 1 werden die Worte " und Tiefbaukonstruktionen"
gestrichen.
gestrichen.
Claims (10)
- Patentansprüche:1, Verfahren zum Abdichten von Bodenformationen . durch Einbringen einer fließbaren, verfestigbaren, Verbindungen mit Isocyanatgruppen enthaltenden Zubereitung in die abzudichtenden Hohlräume, dadurch gekennzeichnet, daß man die Isocyanatzubereitung erst mit im Boden befindlichem Wasser unter Verfestigung umsetzt und unter Freisetzung eines Gases die Hohlräume abdichtet.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fließbare Zubereitung oberflächenaktive Mittel enthält.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fließbare Zubereitung feinkörnige Feststoffteilchen als Füllstoffe enthält.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fiießbare Zubereitung Zement enthält.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fließbare Zubereitung ein Gemisch einer Isocyanatverbindung und eines Silanderivates als reaktionsfähig« Verdünnungsmittel enthält.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die fließbare Zubereitung ein Gemisch aus einer Isocyanatverbindung, einem Silanderivat als reaktionsfähiges Verdünnungsmittel urd einem feinkörnigen Carbidpulver enthält.
- 7. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst Wasser in die Hohlräume einer Bodenformation und dann die fließbare Zubereitung in diese Hohlräume eindringen läßt, wo sie mit dem vorher zugesetzten Wasser reagiert und dabei in den Hohlräumen eine verfestigte Masse bildet.
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zuvor zuzusetzende Wasser einen Beschleuniger für die Verfestigung enthält.
- 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man, nachdem die Isocyanatzubereitung in den Boden eingebracht ist, die noch nicht verfestigte Zubereitung mit einer Flüssigkeit wegdrückt und dann die fiießbare Zubereitung durch Reaktion mit Wasser unter Bildung eines verdichteten, schalen- oder zellenförmigen Körpers im Boden verfestigt.
- 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser ist.
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