DE4227417C1

DE4227417C1 - Hydraulisch abbindendes Injektionsmaterial für ringförmige Spalträume großer Länge

Info

Publication number: DE4227417C1
Application number: DE19924227417
Authority: DE
Inventors: Michael Luerweg
Original assignee: HOLDERCHEM BETEC GmbH
Current assignee: BETEC BAUSTOFFTECHNIK GMBH, 45356 ESSEN, DE
Priority date: 1992-08-19
Filing date: 1992-08-19
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2012-08-20

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch abbindendes Injektionsmaterial für ringförmige Spalträume großer Länge, bestehend aus einem Gemisch aus Zement einer Zementart mit 50 bis 100% Portlandzementklinker und Betonzusatzmitteln, wobei die Betonzusatzmittel Naphthalinsulfonsäure-Polykondensat mit einem Kondensationsgrad von n=5 bis 10 als Fließmittel sowie - jeweils bezogen auf 1000 Gewichtsteile Zement - 0,4 bis 2,0 Gewichtsteile Entschäumer und bis zu 0,05 Gewichtsteile Treibmittel umfassen, wobei das Gemisch mit Wasser zu dem gebrauchsfertigen Injektionsmaterial ansetzbar ist. Betonzusatzmittel bezeichnet im Rahmen der Erfindung Feststoffe, die in geringen Mengen von weniger als 30 g je kg Zement zugesetzt werden und durch chemische und/oder physikalische Wirkung die Produkteigenschaften des Injektionsmaterials beeinflussen. Als Fließmittel werden die Natriumsalze von Naphthalinsulfonsäure-Polykondensat bevorzugt. Das Fließmittel - auch Betonverflüssiger genannt - vermindert den Wasseranspruch und verbessert im Rahmen der herrschenden Lehre die Verarbeitbarkeit zur Herstellung von Beton mit fließfähiger Konsistenz. In anderen Bereichen der Technik wird das genannte Zusatzmittel als Dispergiermittel eingesetzt.

Die Anwendung des Injektionsmaterials zielt insbesondere auf die Sanierung von Abwasserkanälen, die mit geringem Gefälle verlegt sind. In sanierungsbedürftige Abwasserkanäle werden flexible Kunststoffrohre, sogenannte Inliner, eingeführt. Zwischen dem Inliner und der Kanalwand, ggf. auch zwischen dem Inliner und einer an der Kanalwand verlegten Dichtungsbahn, bildet sich ein ringförmiger Spaltraum. An der Rückseite des Inliners angeformte Abstandshalter in Form von Stegen oder Noppen halten den Spaltraum offen. Die Spaltbreite ist relativ klein und beträgt in der Praxis etwa 10 mm. Im Zuge der Sanierungsarbeiten erfolgt eine Verfüllung des Spaltraumes mit einem hydraulisch abbindenden Injektionsmaterial (Firmendruckschrift "TroLining System" der Hüls Troisdorf AG, 1992). Um Ausbeulungen des dünnwandigen Inliners zu vermeiden, muß das Injektionsmaterial unter geringem Druck, vorzugsweise unter hydrostatischem Druck einer von dem Injektionsmaterial gebildeten Flüssigkeitssäule, eingeführt werden. Eine gleichmäßige Verfüllung des von Abstandshaltern durchsetzten Spaltraumes ist erforderlich. Um das Verfahren wirtschaftlich durchführen zu können, ist ferner eine Verfüllung großer Längen, ausgehend von einer Einfüllstelle, erforderlich. Das Injektionsmaterial muß eine niedrige Viskosität aufweisen und soll ferner eine hohe Frühfestigkeit und Endfestigkeit besitzen.

Aus CH 6 58 854 A5 ist ein Zusatzmittel für Zementmörtel- oder Betonmischungen bekannt, das eine in Wasser aufgeschlämmte Mischung aus Microsilica und mindestens einem Bestandteil aus der Gruppe der wasservermindernden Mittel enthält. Zu dieser Gruppe gehören Naphthalin-Derivate, Melamin-Derivate sowie anorganische Stoffe, wie Zinksalze, Borate, Phosphate und Chloride. Es lassen sich fließfähige Baustoffmischungen erzeugen, die dort einsetzbar sein sollen, wo gute Fließeigenschaften benötigt werden. Die plastifizierende Wirkung der Baustoffmischungen läßt jedoch bereits nach 30 bis 60 min nach.

Aus CH 2 00 314 ist ein Injektionsverfahren zur Verfestigung und Abdichtung von durchlässigen Böden, feinzerklüfteten Gesteinen, porösem Mauerwerk, Beton und Fundamenten bekannt, bei dem als Injektionsmaterial eine Natriumsilikatlösung verwendet wird, deren Stabilität durch Hinzufügung einer Säure so herabgesetzt ist, daß durch Hinzufügung eines löslichen Schwermetallsalzes die Ausfällung eines Kieselsäuregels veranlaßt wird. Bekannt ist ferner die Zugabe von Bleioxiden im Rahmen der Herstellung säure- und feuerfester Zementmörtel (DE-OS 4 83 110). Schließlich beschreibt die DE-PS 4 04 616 einen Mörtel zum Ausfugen von Steineisenplatten, dem Zink- oder Bleioxid zugesetzt ist, um eine störende Streifenbildung auf der Putzdecke zu vermeiden. Durch die beschriebenen Maßnahmen ist die Entwicklung von hydraulischen Injektionsmaterialien mit guten Fließeigenschaften nicht beeinflußt worden.

Das Injektionsmaterial, von dem die Erfindung ausgeht, weist als Fließmittel eine Mischung aus Polykondensaten der Naphthalinsulfonsäure und Melaminsulfonsäure auf. Die Gesamtmenge des Fließmittels beträgt 9 g pro kg Zement. Die Mischung enthält ferner eine geringe Menge Aluminiumpulver als Treibmittel sowie alkoxylierte Fettsäureester als Entschäumer. Das Wasser/Feststoffverhältnis beträgt 0,30. Das gebrauchfertige angesetzte Injektionsmaterial weist eine Anfangsviskosität, gemessen nach MARSH (Normalisation Francaise P 18-358 (AFNOR), Juli 1985) mit einem Düsendurchmesser von 8 mm, von ca. 100 s/l auf. Versuche, die nicht zum Stand der Technik gehören, zeigten, daß ringförmige Spalträume großer Länge nicht sicher und gleichmäßig verfüllt werden können und bei Kanalsanierungsarbeiten nach dem beschriebenen Verfahren Spalträume von maximal 20 m Länge ausgehend von einer Einfüllstelle verfüllbar sind. Das ist für die Praxis unbefriedigend. Ursache ist eine zu große Anfangsviskosität und insbesondere ein drastischer Viskositätsanstieg mit zunehmendem Injektionsmaterialalter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisch abbindendes Injektionsmaterial der eingangs beschriebenen Art, insbesondere für Kanalsanierungsarbeiten, anzugeben, mit dem ringförmige Spalträume großer Länge ausgehend von einer Einfüllstelle verfüllt werden können.

Gegenstand der Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe ist ein hydraulisch abbindendes Injektionsmaterial mit den eingangs beschriebenen Merkmalen, welches erfindungsgemäß 1 bis 10 Gewichtsteile, vorzugsweise 1 bis 3 Gewichtsteile, Bleiverbindungen, bezogen auf 1000 Gewichtsteile Zement, aufweist. Als Bleiverbindungen sind insbesondere basisches Bleicarbonat 2 PbCO₃·Pb(OH)₂, Blei-2-acetat Pb (Ca₃COO)₂·3 H₂O und Blei-2,4-Oxid Pb₃O₄ einsetzbar. Basisches Bleicarbonat wird bevorzugt. Überraschenderweise zeigt sich, daß Bleiverbindungen in den beanspruchten Mengen die Viskosität des gebrauchsfertigen Injektionsmaterials über einen langen Zeitraum stabilisieren, und zwar ohne daß die Frühfestigkeit leidet. Die Viskosität des Injektionsmaterials bleibt über mehrere Stunden ausreichend klein, um eine Verfüllung von ringförmigen Spalträumen zwischen Inliner und Kanalwand im Zuge von Kanalsanierungsarbeiten sicherzustellen. Eine Verfüllung des Injektionsmaterials unter hydrostatischem Druck ist möglich.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Fließmittel aus einem Gemisch aus Naphthalinsulfonsäure-Polykondensat und einem sulfonsäuremodifiziertem Aceton-Formaldehyd-Kondensationsprodukt (Natriumsalz) im Mischungsverhältnis 1:2 bis 2:1, vorzugsweise 1:1, besteht. Das Wasser/Feststoffverhältnis ist im Bereich von 0,35 bis 0,45 einzustellen. Das sulfonsäuremodifizierte Aceton-Formaldehyd-Kondensationsprodukt ist als Verdickungsmittel, Dispergiermittel, oberflächenaktives Mittel und als Verflüssigungsmittel für wäßrige Systeme an sich bekannt (DE-OS 31 44 673). Das Gemisch aus diesem Kondensationsprodukt und Naphthalinsulfonsäure-Polykondensat erweist sich jedoch als überraschend wirksam und verhindert eine Entmischung des hydraulisch abbindenden Injektionsmaterials auch bei hohem Wasser/Feststoffverhältnis bis 0,45. Vorzugsweise beträgt der Anteil des Fließmittels in der Mischung 7 bis 10 Gewichtsteile, bezogen auf 1000 Gewichtsteile Zement.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre wird Zement mit einem Blaine-Wert von weniger als 5500 cm²/g bevorzugt. Als Treibmittel eignet sich Aluminiumpulver, und als Entschäumer sind insbesondere alkoxylierte Fettsäureester auf vegetabilischer Basis einsetzbar. Microsilica in Mengen bis zu 10 Gewichtsteilen, bezogen auf 1000 Gewichtsteile Zement, können dem Injektionsmaterial ferner beigegeben werden.

Das erfindungsgemäße Injektionsmaterial zeichnet sich durch eine niedrige Anfangsviskosität aus, die über einen Zeitraum von mehreren Stunden stabil ist. Das Injektionsmaterial erlaubt eine Verfüllung von ringförmigen Spalträumen großer Länge und ist insbesondere im Zuge von Kanalsanierungsarbeiten zum Verfüllen von Spalträumen zwischen einem flexiblen Kunststoff-Inliner und der Kanalwand geeignet. Die Verfüllung ist mit druckloser Förderung unter Ausnutzung des üblicherweise vorhandenen hydrostatischen Gefälles möglich. Kanalabschnitte von 60 m Länge und mehr sind ausgehend von einer Einfüllstelle verfüllbar, wobei eine gleichmäßige Verfüllung des von Abstandshaltern durchsetzten Spaltraumes ohne Gefahr einer Deformierung des Inliners gewährleistet ist. Das erfindungsgemäße Injektionsmaterial zeichnet sich ferner durch hohe Frühfestigkeit und hohe Endfestigkeit aus.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen mit hydraulisch abbindendem Injektionsmaterial verfüllten ringförmigen Spaltraum zwischen einer Kanalwand und einem Kunststoff-Inliner, ausschnittsweise und im Querschnitt,

Fig. 2 den Viskositätsanstieg von hydraulisch abbindendem Injektionsmaterial verschiedener Zusammensetzung mit zunehmendem Injektionsmaterialalter.

Fig. 3 die zur Fig. 2 korrespondierende Entwicklung der Druckfestigkeit,

Tabelle 1 bis 3 eine Aufstellung der Versuchsergebnisse korrespondierend zu den Fig. 2 und 3.

Die Fig. 1 zeigt die Kanalwand 1 eines Abwasserrohres und einen Inlinder 2 aus Kunststoff, der im Zuge von Sanierungsarbeiten eingeführt wurde. Der Inliner 2 ist ein flexibles Polyethylen-Rohr und weist an seiner Rückseite Abstandshalter 3 in Form von Noppen auf. Zwischen dem Inliner 2 und der Kanalwand 1 bildet sich ein ringförmiger Spaltraum 4, der mit einem hydraulisch abbindenden Injektionsmaterial verfüllt ist.

Das Injektionsmaterial besteht aus einem Gemisch aus Zement einer Zementart mit 50 bis 100% Portlandzementklinker und Betonzusatzmitteln, wobei die Betonzusatzmittel Naphthalinsulfonsäure-Polykondensat mit einem Kondensationsgrad von n= 5 bis 10 (vorzugsweise in Form der Natriumsalze) als Fließmittel und - bezogen auf jeweils 1000 Gewichtsteile Zement - 0,4 bis 2,0 Gewichtsteile Entschäumer und bis zu 0,05 Gewichtsteile Treibmittel umfassen. Das Gemisch enthält ferner 1 bis 10 Gewichtsteile Bleiverbindungen in Form von basischem Bleicarbonat. Das Gemisch ist mit Wasser in einem vorgegebenen Wasser/Feststoffverhältnis zu dem gebrauchsfertigen Injektionsmaterial ansetzbar.

Beispiel A (Vergleichsbeispiel)

Das Injektionsmaterial gemäß Beispiel A ist auf Basis Portlandzement Typ PZ 55 mit einem Blaine-Wert von mehr als 5000 cm²/g aufgebaut. Die Betonzusatzmittel umfassen, jeweils auf 1 kg Portlandzement bezogen: 6 g Naphthalinsulfonsäure-Polykondensat (Natriumsalz); 3 g Melaminsulfonsäure-Polykondensat (Natriumsalz); 0,38 g Entschäumer; 0,03 g Aluminiumpulver. Das Wasser/Feststoffverhältnis der gebrauchfertigen Mischung beträgt 0,30.

Beispiel B (Vergleichsbeispiel)

Das Injektionsmaterial gemäß Beispiel B weist eine Zement-Mischung aus Portlandzement Typ PZ 55 mit einem Blaine-Wert von mehr als 5000 cm²/g und aus C₃A-freiem Portlandzement PZ 45 F/HS mit einem Blaine-Wert von etwa 4000 cm²/g auf. Die Betonzusatzmittel bestehen, jeweils bezogen auf 1 kg Zement, aus: 7 g Naphthalinsulfonsäure-Polykondensat (Natriumsalz); 3,5 g Melaminsulfonsäure-Polykondensat (Natriumsalz); 0,45 g Entschäumer; 0,03 g Aluminiumpulver. Das Wasser/Feststoffverhältnis der gebrauchsfertigen Mischung beträgt 0,30.

Beispiel C

Das Injektionsmaterial gemäß Beispiel C ist auf Basis Portlandzement Typ PZ 55 (Blaine-Wert größer als 5000 cm²/g) aufgebaut. Die Betonzusatzmittel umfassen, jeweils bezogen auf 1 kg Portlandzement: 5 g Naphthalinsulfonsäure-Polykondensat (Natriumsalz); 5 g sulfonsäuremodifiziertes Aceton-Formaldehyd-Kondensationsprodukt (Natriumsalz); 1,25 g basisches Bleicarbonat (2 PbCO₃·Pb(OH)₂); 1,25 Entschäumer; 0,03 g Aluminiumpulver. Das Wasser/Feststoffverhältnis der gebrauchsfertigen Mischung beträgt 0,40.

Beispiel D

Das Injektionsmaterial gemäß Beispiel D ist auf Basis Portlandzement PZ 55 aufgebaut und umfaßt, jeweils bezogen auf 1 kg Portlandzement, die folgenden Betonzusatzmittel: 3,6 g Naphthalinsulfonsäure-Polykondensat (Natriumsalz); 3,6 g sulfonsäuremodifiziertes Aceton-Formaldehyd-Kondensationsprodukt (Natriumsalz); 1,8 g basisches Bleicarbonat; 1,8 g Entschäumer; 0,4 g Aluminiumpulver; 8,9 g Microsilica. Das Wasser/Feststoffverhältnis der gebrauchsfertigen Mischung beträgt 0,4 bis 0,425.

Beispiel E (Vergleichsbeispiel)

Das Injektionsmaterial gemäß Beispiel E weist eine dem Beispiel D entsprechende Zusammensetzung auf, jedoch ohne Zusatz von Bleiverbindungen. Das Wasser/Feststoffverhältnis der gebrauchsfertigen Mischung ist ebenfalls entsprechend dem Beispiel D eingestellt.

Das Injektionsmaterial gemäß Beispiel A ist ein handelsübliches Produkt. Die Beispiele C und D betreffen Injektionsmaterialien gemäß der erfindungsgemäßen Lehre. Die Beispiele B und E zeigen Vergleichsmischungen, die nicht unter die Lehre der Erfindung fallen. In Fig. 2 ist die Viskosität der beschriebenen Injektionsmaterialien A bis E, gemessen nach MARSH mit einem Düsendurchmesser von 8 mm, in Abhängigkeit des Injektionsmaterialalters, aufgetragen. Das Injektionsmaterial nach der erfindungsgemäßen Lehre (Beispiele C und D) weisen gegenüber den Vergleichsmaterialien A, B eine wesentlich geringere Viskosität auf, die vor allem über einen sehr langen Verarbeitungszeitraum stabil bleibt. Dadurch ist eine sichere und gleichmäßige Verfüllung enger, ringförmiger Spalträume über große Längen möglich. Die erreichten Früh- und Endfestigkeiten sind ausreichend groß. Die vorteilhafte Wirkung von Bleiverbindungen in der Mischung wird aus einer vergleichenden Betrachtung insbesondere der Beispiele D und E deutlich. Das keine Bleiverbindungen enthaltende Injektionsmaterial (E) weist, beginnend bei einem Injektionsmaterialalter von 240 min, einen sprunghaften Anstieg der Viskosität auf. Bei einem Injektionsmaterialalter von 300 min ist das Material angesteift (Tabelle 1). Demgegenüber behält das im übrigen gleich aufgebaute erfindungsgemäße Material D seine niedrige Viskosität bei. Auf die Festigkeitsentwicklung hat der Zusatz von basischem Bleicarbonat in den beanspruchten Mengen keinen Einfluß (vgl. Tabelle 2 und 3).

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Claims

1. Hydraulisch abbindendes Injektionsmaterial für ringförmige Spalträume großer Länge, bestehend aus einem Gemisch aus Zement einer Zementart mit 50 bis 100% Portlandzement und Betonzusatzmitteln, wobei die Betonzusatzmittel Naphthalinsulfonsäure-Polykondensat mit einem Kondensationsgrad von n=5 bis 10 als Fließmittel sowie - jeweils bezogen auf 1000 Gewichtsteile Zement - 0,4 bis 2,0 Gewichtsteile Entschäumer und bis zu 0,05 Gewichtsteile Treibmittel umfassen, wobei das Gemisch mit Wasser zu dem gebrauchsfertigen Injektionsmaterial ansetzbar ist, gekennzeichnet durch 1 bis 10 Gewichtsteile Bleiverbindungen, bezogen auf 1000 Gewichtsteile Zement.

2. Injektionsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleiverbindungen in Form von basischem Bleicarbonat, Blei-2-acetat oder Blei-2,4-Oxid vorliegen.

3. Injektionsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Bleiverbindungen, vorzugsweise von basischem Bleicarbonat, 1 bis 3 Gewichtsteile, bezogen auf 1000 Gewichtsteile Zement, beträgt.

4. Injektionsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fließmittel aus einem Gemisch aus Naphthalinsulfonsäure-Polykondensat und einem sulfonsäuremodifiziertem Aceton-Formaldehyd-Kondensationsprodukt (Natriumsalz) im Mischungsverhältnis 1:2 bis 2:1 besteht.

5. Injektionsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Fließmittels in der Mischung 7 bis 10 Gewichtsteile, bezogen auf 1000 Gewichtsteile Zement, beträgt.

6. Injektionsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zement einen Blaine-Wert von weniger als 5500 cm²/g aufweist.

7. Injektionsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Microsilica in Mengen bis zu 10 Gewichtsteilen, bezogen auf 1000 Gewichtsteile Zement.

8. Injektionsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibmittel Aluminiumpulver und als Entschäumer alkoxylierte Fettsäureester eingesetzt sind.