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Verfahren zum Dichtmachen und Verfestigen von durchlässigen oder lockeren Bodenschichten und andern porösen Massen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur BildungWasser und Gase schwer oder nicht durchlassender
Schichten oder Schutzlagen in porösen und durchlässigen Böden und sonstigen Massen, wie unterirdischen Sandschichten, Kies, natürlichen Gesteinen, Mauerwerk, Beton, Steinaufschüttungen usw., zum Ausfüllen und Dichten der Zwischenräume, Hohlen, Risse und ähnlicher Hohlräume derartiger
Massen und bzw. oder zur Verbesserung der Kohäsion und Verfestigung von lockeren oder beweglichen
Böden, wie auch zum Dichtmachen der Wände von Bohrlöchern oder Quellen.
Es ist ein Verfahren zu ähnlichen Zwecken bekannt, das im wesentlichen darin besteht, dass man in den zu behandelnden Boden oder in die Masse eine wässrige Dispersion bituminöser Stoffe eindringen lässt und diese an der gewünschten Stelle zur Koagulation bringt, so dass eine Wasser und Gase schwer oder nicht durchlassende, verfestigte Schicht entsteht. Bei der Ausführung dieses bekannten Verfahrens kann die natürliche Anwesenheit von Elektrolyten im Boden oder in der andern Masse die Koagulierung der Dispersion ungünstig beeinflussen, weshalb es vorteilhaft oder erforderlich sein kann, die Konzentration dieser Substanzen im Boden herabzusetzen, was durch vorheriges Hindurch-oder Einführen reinen Wassers oder einer Lösung von entgegengesetzt wirkenden Stoffen, z. B. von koagulationshemmenden Mitteln, wie einer Lösung von Alkalien, geschehen kann.
Anderseits kann man auch geeignete Elektrolytlösungen oder andere, die Koagulation fördernde Mittel vor, während oder nach dem Einführen der Dispersion in den Boden bringen, um eine richtige Koagulation der Dispersion an der gewünschten Stelle hervorzurufen.
Ausser dem oben erwähnten Verfahren der Anwendung von Bitumendispersionen ist es auch bekannt, die Böden und sonstigen Massen mit Imprägnierungsmitteln verschiedener Art zu behandeln, wie mit Zement-oder Tonsuspensionen, einen Niederschlag z. B. von Kieselsäure und Aluminiumsilikat bildenden chemischen Stoffen usw.
Es wurde nun gefunden, dass bei der Durchführung der bekannten Verfahren in verschiedener Hinsicht bessere Erfolge in bezug auf die Dichtmachung oder Verfestigung der behandelten Masse dadurch erzielt werden können, dass Bitumendispersionen verschiedener Stabilität oder eine oder mehrere zweckentsprechend stabilisierte Bitumendispersionen in Verbindung mit andern Imprägnierungsmitteln bekannter Art, wie Zement-oder Tonsuspensionen u. dgl. nacheinander in zwei oder mehreren Stufen angewendet werden.
Je nach der Weise, in welcher der allgemeine Gedanke der stufenweisen Anwendung von Imprägnierungsmitteln verwirklicht wird, zeigt die Erfindung verschiedene wichtige Formen, die nachstehend näher beschrieben werden.
Es wurde gefunden, dass es zweckmässig ist, in der Vorstufe des eingangs erwähnten bekannten Verfahrensan StellevonreinemWasseroder einer Lösungvonkoagulationshemmendenoder-befördernden Mitteln, eine Bitumendispersion anzuwenden, die beständiger als jene Bitumendispersion ist, die durch ihre Koagulierung die Dichtung der behandelten Masse herbeizuführen hat.
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Mit Rücksicht hierauf besteht eine Ausführungsform der Erfindung darin, dass man zunächst in den Boden oder in die andere zu dichtende Masse eine stabilisierte Bitumendispersion einführt, die während des Eindringens nicht koaguliert, und darauf eine weniger beständige oder leichter koagulierend Bitumendispersion einbringt, die iran an der gewünschten Stelle koagulieren lässt, gegebenenfalls derart, dass die Koagulation bereits während der Einführung einsetzt. Je nach den Fällen kann es auch zu empfehlen sein, eine Reihe von Dispersionen von allmählich oder stufenweise abnehmender Beständigkeit oder zunehmender Koagulationsfähigkeit nacheinander zu verwenden.
Durch die vorangehende Anwendung einer sehr beständigen Bitumendispersion, die gegen die
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Substanzen beständig ist, wird diese Masse in einen derartigen Zustand gebracht, dass sie die darauf eingeführte, weniger beständige Dispersion nicht vorzeitig zur Koagulation bringt. Bei dieser stufenweisen Anwendung von mehreren Bitumendispersionen wird die erste durch die folgende verdrängt, ohne dass eine wesentliche Vermengung beider Dispersionen stattfindet. Es empfiehlt sich, dass die weniger beständige Dispersion vor ihrer Koagulation dieselbe Strecke wie die vorangehende, beständigere Dispersion zurücklegen kann.
Erwünschtenfalls können einer oder mehreren der im vorliegenden Verfahren verwendeten Bitumendispersionen Fiillstoffe, die in Verbindung mit dem Bitumen die Dichtung der Massen fördern, wie die im österr. Patente Nr. 148209 genannten kolloidalen oder andern Füllstoffe, z. B. eine Tonsuspension, zugesetzt werden.
Bei der Durchführung der bekannten Imprägnierungsverfahren trat manchmal der Übelstand auf, dass die Bildung der undurchlässigen Schichten in der behandelten Masse verhältnismässig grosse Mengen Imprägnierungsmittel forderte. Für Bildung einer wasserdichten Schicht in einem Sandboden verfährt man z. B. so, dass die Bitumendispersion in regelmässigen Abständen mittels Einspritzröhren eingeführt wird, u. xw. in derartigen Mengen, dass die von den verschiedenen Injektionszentren aus behandelten Bodenmassen aneinander anschliessen. Die grosse Stärke der derart gebildeten Schicht fordert dann selbstverständlich einen ziemlich grossen Materialverbrauch.
Eine Ausführungsform der Erfindung, die die Bildung von dünnen Schichten oder sogar Häuten gestattet und deshalb eine bedeutende Herabsetzung des Alaterialverbrauelis ermöglicht, besteht nun darin, dass man an der zu dichtenden Stelle erst eine ortsfeste, teilweise Dichtung bildet, und daraufhin dieser teilweise gedichteten Masse ein weiteres Imprägnierungsmittel zuführt, wodurch an der Stelle. wo dieses Mittel mit der bereits teilweise gedichteten Masse in Berührung kommt, eine undurch- lässige Schicht entsteht. In dieser Weise genügt als undurchlässige Schicht eine verhältnismässig dünne Schicht oder eine Haut, wobei doch eine sehr zweckmässige Dichtung erzeugt wird.
In der Durchführung dieser Form der Erfindung kann dasselbe oder dieselbe Art Imprägnierungmittel sowohl für die vorangehende teilweise Dichtung als für die endgültige Dichtung dienen oder man kann in den verschiedenen Stufen des Verfahrens verschiedene Imprägnierungsmittel anwenden. So kann man in den verschiedenen Stufen des Verfahrens Bitumendispersionen anwenden, die erwünschten- falls mit Füllstoffen vermengt sein können, oder die Anwendung von Bitumendispersion in einer oder mehreren Stufen des Verfahrens kann mit der Anwendung von andern Imprägnierungsmitteln bekannter Art, wie Zement-oder Tonsuspensionen, niederschlagbildenden Flüssigkeiten u. dgl., in einer oder mehreren andern Stufen des Verfahrens kombiniert werden.
Vorzugsweise verfährt man dabei in der Weise, dass man eine teilweise Dichtung mittels einer verhältnismässig schnell koagulierenden Bitumendispersion erzeugt und hierauf die undurchlässige Schicht mittels einer beständigeren Bitumendis- persion bildet, die vor, gleichzeitig mit, oder nach der zuerst erwähnten Bitumendispersion in die zu behandelnde Masse eingeführt wird. Nachdem die verhältnismässig schnell koagulierend Dispersion koaguliert und dadurch eine teilweise Dichtung entstanden ist, wird die beständigere Dispersion, die gegebenenfalls bereits früher eingeführt sein kann, durch eine Wasserströmung, die z. B. durch Abpumpen des Grundwassers in der Baugrube oder in anderer Weise hervorgerufen wird, der teilweise gedichteten Masse zugeführt, so dass sie bei Berührung dieser Masse abfiltriert und koaguliert wird.
In dieser Weise bildet sich eine undurchlässige Schicht an der Berührungsstelle gegen die teilweise gedichtete Masse.
An Stelle der beschriebenen zweistufigen Ausführungen des Verfahrens nach der Erfindung kann man das Verfahren auch in mehreren Stufen und in verschiedenen Kombinationen durchführen.
In gewissen Fällen kann man sich in der ersten Stufe des Verfahrens auf die Bildung einer vorübergehenden Dichtung beschränken, die nach der Bildung der eigentlichen Schicht wieder verschwinden kann, nämlich dadurch, dass das zeitweilige Imprägnierungsmittel durch Wasser weggespült wird oder
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Dichtung in Betracht kommende Stoffe sind u. a. organische Kolloide, die man an der Stelle koagulieren oder schwellen lässt, wie Polysaccharide, Gummi, Eiweissstoffe, z. B. eine Kaseinlösung oder Magermilch, während die eigentliche Schicht durch Anwendung einer Bitumendispersion erzeugt wird.
In den nachstehenden Beispielen werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, von denen einige an Hand der Zeichnung näher erklärt werden. Alle Prozentsätze und Verhältnisse sind auf Gewicht berechnet.
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Beispiel l : Eine ungefähr 50 cm dicke Bodenschicht, bestehend aus grobem Sand und Kies, wird wie folgt wasserdicht gemacht :
In regelmässigen Abständen von ungefähr 1 m worden Röhren bis zur betreffenden Bodenschicht eingetrieben. In jedes Rohr werden zuerst 50l einer beständigen Dispersion eingebracht, welche durch Dispergierung von einem Teil Bitumen (Penetration 300bei 25'C) in zwei Teilen einer 0'5% igen Seifenlösung hergestellt und darauf durch Zusatz von 1% Kasein, berechnet auf das Bitumengewicht, stabilisiert worden ist. Nach der Einführung dieser ersten Dispersion werden 200l einer in derselben Weise, aber ohne Zusatz von Kasein hergestellten Bitumendispersion in jedes Rohr eingebracht.
Man kann die Dispersionen einfach in die Röhren giessen und bloss durch das Eigengewicht in den Boden eindringen lassen, ohne dass es im allgemeinen nötig ist, hiebei Druck anzuwenden.
Beispiel 2 : In eine aus feinem Sand bestehende Bodenschicht, in welcher ein Grundwasserstrom besteht, werden Röhren in regelmässigen Abständen von ungefähr 2 m dreieckweise eingetrieben und durch diese Röhren werden der Reihe nach eingebracht :
1. 500 ! Bitumendispersion gemäss Beispiel l, stabilisiert mit 1% Kasein, der ausserdem 1 o Methylformiat, berechnet auf Bitumen, zugesetzt wurde ;
2. 5001 von derselben Dispersion wie oben, aber mit 0-7% Kasein ;
3. 500l von derselben Dispersion wie oben, aber mit 0'Ï Kasein ;
4. 1200l oder mehr von derselben Dispersion wie oben, aber mit 0'3% Kasein, welch letztere Dispersion bis zur vollständigen Dichtung eingeführt wird.
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Dammwand 2, 2'eine abdichtende Schicht zu erzeugen. Zu diesem Zweck wird eine Menge Bitumendispersion, z. B. 5% ige Dispersion, die durch Dispergierung von Erdöldestillationsbitumen in einer 0'5% igen Seifenlösung hergestellt wurde, in den betreffenden Bodenteil mittels Röhren : ; derart eingebracht, dass die aus jedem Rohr tretende Dispersion in der umgebenden Grundmasse 4, 4'koaguliert und dort eine teilweise Dichtung herbeiführt.
Um nun eine vollständige Dichtung zu erzielen, wird darauf mittels einer oder mehrerer Röhren 5 innerhalb oder ausserhalb des Bodenteils in der Baugrube eine zweite verdünnte Bitumendispersion eingeführt, z. B. eine 3%ige Dipersion, die durch Disperigerung von Bitumen in einer 0#5%igen Seifenlösung hergestellt und durch Zusatz von 2% Kasein, berechnet auf Bitumen, stabilisiert wurde, welche Dispersion derart beständig ist, dass sie nicht koaguliert, bevor sie die teilweise gediehtete Grundmasse 4, 4'erreicht hat. Die Bewegung dieser zweiten Dispersion in der Richtung gegen die teilweise gedichtete Masse 4,4'kann dadurch geschehen, dass an der Gegenseite dieser Masse mit Hilfe einer Pumpe 6 Wasser entzogen wird, so dass ein künstlicher Wasserstrom in der Richtung gegen den teilweise gedichteten Bodenteil entsteht.
In dieser Weise bildet sich durch Abfiltrierung und Koagulierung der Bitumenteilchen eine undurchlässige Schicht gegen die teilweise gedichtete Masse 4, 4'.
Beispiel 4 : Das Verfahren nach Beispiel 3 kann wie folgt abgeändert werden :
Durch die Röhren 3 wird zunächst die letzerwähnte, stabilisierte Bitumendispersion des Beispiels 3 eingeführt. Infolge ihrer hohen B3ständigkeit koaguliert diese Dispersion nicht sofort, sondern dringt in den umgebenden Boden ein, wo sie das Grundwasser ersetzt. Darauf führt man durch dieselben Röhren die ersterwähnte Bitumendispersion des Beispiels 3 ein, welche die bereits im Boden anwesende Dispersion ersetzt und bald koaguliert, was eine teilweise Dichtung der Grundmasse 4, 4'zur Folge hat.
Danach wird in derselben Weise wie im Beispiel 3 beschrieben, mit Hilfe der Pumpe 6 ein künstlicher Wasserstrom erzeugt, wodurch die unkoagulierte Dispersion zur teilweise gedichteten Grundmasse 4,4' zurückgeführt wird und dort durch Abfiltrierung und Koagulierung der Bitumenteilchen eine undurchlässige Schicht 7 bildet.
Beispiel 5 (Fig. 2) : Zwecks Bildung einer wasserdichten Schicht innerhalb eines wasserdurch-
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sondertes, aber gleichzeitiges Einführen von beschränkten Mengen 5 oiger Wasserglaslosung und 2%iger Kalziumchloridlösung eine teilweise gedichtete Schicht 12 erzeugt. Darauf setzt man dem Kanal- wasser 13 eine derartige Menge zweckentsprechend stabilisierter Bitumendispersion zu, dass durch Abfiltrierung des Bitumens gegen die teilweise gediehtete Masse 12 eine wasserdichte Schichte 14 entsteht.
Beispiel 6 (Fig. 3) : Zwecks Verlängerung der durch die Dammwand 20 gebildeten Schicht wird in der Nähe des unteren Endes dieser Dammwand mittels in gegenseitigen Abständen von 3 m angeordneter Röhren 21 eine zigue Dispersion von Bitumen in einer l% igen Seifenlosung, der 1% Ton, sowie 2% Äthylformiat (das letztere auf Bitumen berechnet) zugesetzt worden sind, eingeführt.
Diese Dispersion koaguliert nach einiger Zeit und erzeugt eine teilweise Dichtung bei 22. An der Gegenseite der Dammwand 20 wird in ähnlicher Weise durch Röhren 2. 3, möglichst in der Nähe des teilweise gedichteten Bodenteils 22 eine zweite Reihe von Injektionen ausgeführt, u. zw. mit einer 2 eigen Steinkohlenteerdispersion in einer O'l% igen Natriumhydroxydiösung. Diese Dispersion verbreitet sich im Bodenteil 24 und, wo sie den teilweise gedichteten Teil 22 berührt, entsteht durch Abfiltrierung eine dichte Schicht 25.