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Verfahren zum Verfestigen und. Dichten von lockeren oder porösen Massen,
insbesondere ganz oder teilweise feinsandigen Böden Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur chemischen Verfestigung lockerer oder poröser Massen, insbesondere von sandigen
Böden.
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Es ist bekannt, zur Verfestigung von lockeren, porösen, gewachsenen
oder geschütteten Massen, Bauwerken und Baukörpern Lösungen von Wasserglas und einem
Fällungsmittel, wie Calciumchloridlösung, zu verwenden. Diese Lösungen werden entweder
gleichzeitig oder nacheinander in die zu verfestigenden Massen, gegebenenfalls unter
Druck, eingeführt. Die bekannten Verfahren erweisen sich zwar in vielen Fällen als
gut brauchbar, insbesondere, wenn dabei zunächst eine hochkonzentrierte Wasserglaslösung
und alsdann eine konzentrierte Salzlösung in die zu verfestigenden Massen eingepreßt
wird. Mitunter aber genügen die dabei erzielten Ergebnisse den Anforderungen der
Technik nicht, und zwar deswegen, weil in gewissen Fällen die Verfestigung nicht
in der erforderlichen Vollständigkeit und Gleichmäßigkeit erfolgt. Es erweist sich
dann, daß einzelne Zonen der behandelten Massen neben genügend verfestigten Teilen
unverfestigte Nester enthalten, die von einer ungleichmäßigen Durchdringung der
zu verfestigenden Massen mit den Verfestigungsmitteln herrühren.
Derartige
Übelstände zeigen sich besonders da, wo es sich um die Verfestigung sehr feinkörniger
und daher dicht gelagerter Sande handelt. Die Wasserglaslösung sucht sich naturgemäß
stets den Weg des geringsten Widerstandes, und es bilden sich infolgedessen kleine
Kanäle beim Einpressen des Wasserglases in der Sandmasse; in denen die Verfestigung
zur Wirkung kommt, während dazwischenliegende Partien uriverfestigt bleiben. Eine
weitere Schwierigkeit bei der Behandlung von Feinsanden zeigt sich auch darin, daß
der Druck beim Einpressen der Wasserglaslösung außerordentlich stark ansteigt. Noch
stärker wird diese Drucksteigerung aber bei nachfolgendem Einpressen der Salzlösung.
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Man könnte nun daran denken, die gerügten Übelstände dadurch zu beseitigen,
daß man die anzuwendenden Lösungen mit Wasser verdünnt, um so ihre Viskosität herabzusetzen
und ihre Fließfähigkeit zu erhöhen. Durch solche Verdünnung wird aber die Verfestigüngswirkung
sehr stark abgeschwächt. Versuche haben ergeben, daß, wenn an Stelle einer Wasserglaslösung
von etwa 37° Be eine solche von etwa 3o bis 32° verwendet wsrd, die Druckfestigkeit
der verfestigten Masse auf etwa 1/s gegenüber der Verwendung der konzentrierten
Lösungen herabsinkt.
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Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß man die oben besprochenen
Übelstände beseitigen und zu einer sehr guten Verfestigung auch von feinen Sanden
kommen kann, wenn man die Alkalität des Wasserglases heraufsetzt. Zu diesem Zweck
versetzt man die gebräuchliche hochkonzentrierte Wasserglaslösung von etwa 37 bis
38° Be mit alkalisch wirkenden Stoffen, wie Alkalihydrokyden oder Alkalikarbonaten,
und zwar zweckmäßig in solcher Menge, daß die Konzentration der Wasserglaslösung
nicht zu tief herabgesetzt wird, beispielsweise von 37 bis 38° B8 nur auf 34 bis
35° Be. Eine derartige hochalkalische Wasserglaslösung läßt sich sehr viel leichter
in feine Sande einpressen als eine normale Wasserglaslösung gleicher Grädigkeit,
der keine Alkalien zugesetzt sind. Die nachgepreßte hochkonzentrierte Salzlösung
läßt sich dann überraschenderweise gleichfalls viel leichter in die zu verfestigende
Masse einpressen, als wenn für die erste Einpressung die normale Wasserglaslösung
verwendet worden ist. Der feine Sand wird auf diese Weise ohne Mühe gleichmäßig
mit beiden Lösungen durchtränkt, und die dadurch erzielte -Verfestigung ist auch
in allen Teilen gleichmäßig. Die dabei erzielte Druckfestigkeit des verfestigten
Feinsandes ist ebenso hoch wie die eines Sandes, der sich durch das bisher gebräuchliche
Verfahren, also bei Anwendung nicht alkalisch gemachten Wasserglases gut verfestigen
läßt. Auch wird durch den Zusatz von Alkalien od. dgl. zum Wasserglas das schon
ohnehin -hohe Durchdringungsvermögen der Salzlösungen durch die Hydrogele hindurch
noch gesteigert. So gelingt es mit Hilfe des neuen Verfahrens feine und feinste
Sande, die sich nach den bisher bekannten Verfahren nicht oder nur unvollkommen
verfestigen ließen, in gleich guter Weise zu verfestigen wie gröbere Sande. Ein
weiterer Vorteil des neuen Verfahrens liegt auch darin, daß die bei der Verfestigung
normaler Sande üblichen Niederdruckpumpen beibehalten werden können, -während man
beim Versuch, Feinsande und Mehlsande nach dem bekannten Verfahren zu verfestigen,
Hochdruckpumpen brauchte, weil der Einpreßdruck sehr schnell anstieg.
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Die großen Vorteile; die sich bei Anwendung des neuen Verfahrens ergeben,
werden durch das nachfolgende Ausführungsbeispiel erläutert: Weißer Sand, der in
der Gesamtmischung 51,5 0/0 Teilchen unter o,2 mm Korngröße, 47,5% Teilchen von
o,2 bis 0,54 mm Korngröße und 1% Teilchen über 0,54 mm Korngröße und außerdem 230/0
Wasser enthielt, wurde zunächst nach dem bisher gebräuchlichen Verfahren verfestigt,
indem zuerst eine normale Wasserglaslösung von 37 bis 38° Be eingepreßt wurde. Der
Druck stieg dabei auf 8 bis to atü. Beim Naahpresisen einer Cbiltorcalciumlösung
von 35° Be stieg der Druck auf 2o bis 22 atü an. Es trat eine Gewichtszunahme von
zoo g auf zooo g Versuchsmasse ein. Die Druckfestigkeit des erhaltenen Produktes
betrug im Durchschnitt nur 1o,5 kg/cm2.
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Wurde hingegen an Stelle der normalen Wasserglaslösung eine hochalkalische
angewandt, die beispielsweise auf zoo Volumteile Wasserglaslösung von 37° Be 2o
Volumteile Ätznatronlösung von 27° Be enthielt, und deren Volumgewicht 35° B8 betrug,
so belief sich die Gewichtszunahme des verfestigten Sandes- .nur auf 70 g
statt zoo g, und der Einpreßdruck stieg beim Einpressen der hochalkalischen Wasserglaslösung
nur auf o,5 atü. Es wurde dann die gleiche Chlorcalciumlös:ung nachgepreßt. wie
im ersten Fall, wobei aber der Einpreßdruck nur auf 2 atü anstieg. Die Druckfestigkeit
der verfestigten Massen betrug hierbei im Durchschnitt 6o bis 61 kg/cm2. Dabei ist
noch beachtlich, daß die Gewichtszunahme, die durch das Einpressen der beiden Chemikalien
in der verfestigten Masse erreicht wird, also der tatsächliche Verbrauch an Verfestigungsmittel,
bei Anwendung des neuen Verfahrens geringer ist als bei Anwendung des bekannten,
was nicht nur auf den Unterschied im spezifischen Gewicht der in beiden Fällen angewandten
Wasserglaslösungen zurückgeführt werden kann. Natürlich kann man auch gewöhnliche,
gröbere Sande und sonstige lockere Massen unter Verwendung des hochalkalischen Wasserglases
verfestigen; dabei ergeben sich aber keine wesentlichen Vorteile gegenüber der Verwendung
der normalen Wasserglaslösung; im Gegenteil gelingt es dabei im allgemeinen nicht,
gleich hohe Druckfestigkeit zu erreichen wie bei Anwendung der normalen Wasserglaslösung
für grobe Sande bzw. wie bei Anwendung der hochalkalischen für Feinsande. Unter
groben Sanden werden hierbei vorzugsweise solche verstanden, die nur verhältnismäßig
geringe Mengen von Teilchen unter o,2 mm Korngröße enthalten. Zum Beispiel enthält
eine bestimmte Mischung derartiger Sande 2¢% Teilchen
mit Korngröße
i bis 3 mm, 7oo/o mit Korngröße 0,2 bis i mm und 61/o, mit Korngröße unter 0,2 mm.
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An Stelle der Ätznatronlauge kann der Wasserglaslösung auch Sodalösung,
Kalilauge, Pottaschelösung u. dgl. zugesetzt werden. Auch die Verwendung ammoniakalischer
Lösungen ist möglich. Ebenso können Mischungen von normalem Wasserglas mit hochalkalischem
Wasserglas zur Anwendung kommen.. An Stelle der Chlorcalciumlösung kann man als
Fällungsmittel auch andere geeignete Salzlösungen verwenden. Auch ist es möglich,
die beiden Chemikalien gleichzeitig, sei es im Gemisch, sei es nebeneinander, in
an sich bekannter Weise einzupressen. Indessen ist das Nacheinandereinpressen vorteilhafter.
Das Verfahren ist auch auf andere sehr feinporige Massen, wie z. B. Mörtel, Beton
u. dgl., anwendbar.