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AMichtungs-und Verfestigungs-Mittel auf Basis von Wasserglaslösungen für Bauwerke oder Bodenformationen
Die Erfindung betrifft Abdichtungs-und Verfestigungs-Mittel Basis von Wasserglaslösungen für Bauwerke oder Bodenformationen aller Arteinschliesslich schluffigen Feinsanden.
Bei Talsperren, Dämmen, Baugruben usw. müssen oft durchlässige Schichten gegen Durchtritt von Flüssigkeiten - meist Wasser - abgedichtet werden ; anderseits erweist sich bei Bauvorhaben bzw. zur. Sicherung'vorhandener Gebäude oder in anderen ähnlichen Fällen häufig eine Verfestigung des vorhandenen Bodens oder Bauwerkes als notwendig.
Zur Abdichtung und Verfestigung von Böden wurde bereits eine Reihe von Verfahren entwickelt, von welchen hier insbesondere das Injizieren von Zementmilch sowie spezielle, als , ,Joosten-Verfahren"und,,Monosol-Verfahren"bekannte chemische Verfahren erwähnt seien, bei denen als eigentliche Abdichtungs-und Verfesti- gungs-'Substanz Wasserglas verwendet wird. Durch Zugabe besonderer Chemikalien-beim Joosten- Verfahren durch nachträgliches Einpressen von z. B. Calciumchlorid, beim Monosol-Verfahren durch Zumischung von Natirumaluminat vor dem 'Einpressen-wird erreicht, dass die in Wasserglas kollodial gelösten Silikate in wasserunlösliche Silikate umgewandelt werden und die zu. konsolidierenden Bodenschichten oder Bauwerke entweder sofort oder in regelbarer Zeit verfestigt bzw. abdichten.
Das Monosol-Verfahien mit nur einer Einpress- lösung bietet in vielen Fällen - speziell zur Boden-Abdichtung-zwar besondere Vorteile, kann aber auch nicht überall verwendet werden, da bei Zumischung des Natriumaluminates zum Wasserglas die Reaktion momentan beginnt und sich dadurch die Injektionsfähigkeit des Gemisches sehr schnell verringert ; durch Wahl geeigneter Mischungsverhältnisse sowie der Konzentration des Wasserglases kann man zwar die Geschwindigkeit der Verdickung in gewissen Grenzen variieren, doch hängt von diesen Mischungsverhältnissen anderseits auch die, Festigkeit des schliesslich erhalte- nen Gels ab. Praktisch hat sich nun gezeigt, dass dieses Gemisch wegen der sofort beginnenden und
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Verdickungzu verfestigen.
Eine verfestigende Wirkung tritt ohnehin über die Verleihung von Kohäsion hinaus nicht ein.
Nach dem oben schon erwähnten Joosten-Verfahren können wegen der Viskosität der benutzten Lösungen auch nur Mittel- und Grobsande
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Die Eignung von Wasserglas zur Verfestigung oder Abdichtung beruht auf verschiedenen bekannten Reaktionen : entweder können aus dem kolloidal gelösten Alkalisilikat des Wasserglases durch Basenaustausch unlösliche Silikate entstehen oder es wird amorphe, unlösliche Kieselsäure durch Kondensation im alkalischen bzw. durch Erniedrigung des pH-Wertes im sauren Bereich gebildet ; diese Reaktionen können durch zahlreiche anorganische Substanzen bewirkt werden : z. B. Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Natriumaluminat, Zement, freie Säuren usw.
Die durch Erniedrigung des pH-Wertes entstehenden Kieselsäuren sind günstigenfalls gelartige Körper, deren Festigkeit im feuchten Zustande ziemlich gering ist ; die durch Fällung mittels Chemikalien entstehenden schwerlöslichen Silikate haben zwar eine grössere Festigkeit als die (Kieselsäuren, erfordern jedoch , das nacheinander erfolgende Einpressen zweier Lösungen :
der Wasserglas- sowie der Fällungs-Lösung - wie z. B. beim Joosten-Verfabren ; die beim Monosol-Verfaheen zur Erniedrigung des pH-Wertes übliche Vermischung beider Lösungen vor dem Einpressen kommt infolge der sofort einsetzenden Bildung von Silikaten nut besonders fester Struk- tur nicht in IFrage, da die Injizierung einer solchen Lösung auf grosse Schwierigkeiten stösst.
Nach der Erfindung enthalten nun Abdichtungsund Verfestigungs-Mittel auf Basis von Wasserglas- lösungen für Bauwerke und Bodenformationen mindestens 20 Gew.-% der zur Neutralisation der
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Wasserglaslösung erforderlichen Menge der Säurebildner: wie Säureanhydride der ein-bzw. mehr-
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dgl.
So bilden sich bekanntlich aus einem Mol Säureanhydrid durch Wasseraufnahme zwei Mol gleichartiger Säuren ; Carbonsäurechloride gehen durch Hydrolyse in je ein Mol Carbonsäure und ein Mol Halogenwasserstoff über ; analog dazu entstehen aus
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dung von Hydroxylion der pH-Weit erniedrigt wird und daher in Gegenwart von Natriumsilikat Ausfällung von Kieselsäure eintritt.
Bei Versetzung von Abdichtungs-und Verfesti- gungs-Substanzen mit den nach der Lehre der Erfindung vorgesehenen Säurebildner lassen sich die Verfestigungszeiten nach Belieben verändern, wobei die Geschwindigkeit der Ausfällung von Kieselsäure der Erniedrigung des pH-Wertes entspricht, die ihrerseits wiederum von der Umsetzungsgeschwindigkeit der Säurebildner mit Wasser abhängt. Benzoylchlorid z. B. hydrolysiert in Wasserglaslösungen bei Raumtemperatur in 15 Minuten, während Benzosulfonsäurechlorid zur Hydrolyse 50 Minuten und Toluolsulfonsäurechlorid unter den gleichen Bedingungen 100 Minuten braucht.
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rebildner steuern.
Nach dem Joosten-Verfahren erhält man gelartige Verfestigungen bei Anwendung niedriger Konzentration und festere Konkretionen bei höherer Konzentration der Lösungen ; beim Monosol-Verfahren können überhaupt nur gelartige Festigkeiten erreicht werden - eine Erhöhung der Konzentrationen bedingt jedoch in jedem Falle eine Verkürzung der Verfestigungszeit.
Werden dagegen dem Wasserglas die erfindungs-
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Konzentrationen gipsähnliche Festigkeiten.
'So können also bei erfindungsgemäss aufgebauten Abdichtungs- und Verfestiungsmitteln Dauer und Grad ihrer Verfestigung aufeinander abgestimmt
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:schwindigkeit mit Wasser angewendet-will man umgekehrt in kurzer Verfestigungszeit gelartige Endprodukte erhalten, so muss man Säurebildner von grosser Umsetzungsgeschwindigkeit mit Wasser in geringer Konzentration verwenden.
Mit der Wahl eines Säurebildners kann man also die Verfestigungszeiten und mit seiner Konzentration den Grad der Verfestigung steuern.
Die Säurebildner müssen nicht in jedem Fall in Wasserglas vollkommen in Lösung gehen. Mit gleich guter Wirkung lassen sich auch Emulsionen oder Suspensionen aus Wasserglas und Säurebildner verwenden, deren Bildung'jedoch erfindungs- gemäss vorteilhaft mit Hilfe oberflächenaktiver Stoffe erleichtert bzw. ihre Beständigkeit erhöht wird ; hiefür erweisen sich Kondensationsprodukte von Alkylphenolen mit #thylenoxyden bzw. Alkylarylsulfonsäuren als besonders geeignet, durch deren Anwendung gleichzeitig die beim Erstarren der Silikatlösungen auftretende Synärese verhindert wird, die sich durch Schrumpfung sowie durch Verringerung der Dichtigkeit der gelartigen oder festen Körper besonders nachteilig auswirkt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können dem Abdichtungs- und Verfestigungsmit- tel zweckmässig noch Schutzkolloide zugesetzt werden, um die Beständigkeit der Emulsionen bzw.
Suspensionen zu erhöhen ; als solche Zusätze sind Stabilisatoren, wie Harnstoff, Sorbit, Carboxymethylcellulose, polvacrylsaure Salze od. dgl. geeignet.
Für den Aufbau der erfindungsgemässen Sub- stanz können selbstverständlich auch Gemische der hier angegebenen Säurebildner verwendet werden : so lassen sich durch Kombination schnell und langsam hydrolysiernder Säurebildner die Verfesti-
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von Puffersubstanzen-wie Soda. Natriumacetat od. dal. - nach Wunsch variieicn, welche die Einstellung eines beliebigen pH-Wertes und damit der Geschwindigkeit der Hydrolyse erlauben.
Im folgenden werden mehrere Beispiele zur Herstellung und Zusammensetzung des erfindungsgemässen Abdichtungs- und Verfestigungsmittels angegeben, u. zw. die Beispiele I und 2 zur Verfestigungszeit der Substanz in Abhängigkeit von der Auswahl des Säurebildners : die Beispiele 3 und 4 zu ihrer Verfestigung in Abhängigkeit von der Konzentration des Säurebildners; die Beispiele 5 und 6 zur Anwendung von Emulgatoren ; Beispiel 7 zur Anwendung von Puffersubstanzen und schliesslich die Beispiele 8-10 zu Einpressversuchen mit der erfindungsgemässen Substanz.
Beispiele :
1. 25 cm3 Wasserglas werden mit 25 cm3 Wasser verdünnt und 5,3 cm3 Benzoylchlorid sowie 0,5 cm3 Hostapal CV (Emulgator) zugegeben : das Gemisch geliert nach etwa 11 Minuten und bildet schliesslich einen festen Körper von etwa Gipsfestigkeit.
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2.25 cm3 Wasserglas werden mit 25 cm3 Wasser verdünnt und 6, 5 cm3 o-Toluolsulfochlorid sowie 0, 5 cm3 Hostapal CV (Emulgator) zugegeben : dieses Gemisch geliert nach etwa 90 Minuten und bildet schliesslich einen festen Körper von etwa Gipsfestigkeit.
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Wasserglas werden0, 5 cm3 Hostapal CV (Emulgator) zugesetzt : das Gemisch geliert nach etwa 13 Minuten und bleibt
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Wasserglas werden0, 5 cm3 Hostapal CV (Emulgator) zugesetzt : dieses Gemisch geliert nach etwa 140 Minuten und
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5. 25 cm3 Wasserglas werden mit 50 cm3 Wasser verdünnt und darin 1, 64 cm3 o-Toluolsulfochlorid unter Zugabe von 0,2 cm3 Hostapal CV (Emulgator) verteilt :
nach etwa 150 Minuten ist das Gemisch verfestigt und nach 24 Stunden eine Volu- men-Kontraktion auf Grund der Synärese auf etwa 50% eingetreten.
6. Bei Verwendung desselben Ansatzes wie in Beispiel5-jedochmit1,0cm3HostapalCVanstatt mit 0,2 cm3 - wird wiederum eine Verfestigungszeit von etwa 150 Minuten erreicht ; der gebildete Silikatkörper zeigt dagegen auch nach mehreren Monaten nur eine Volumen-Kontraktion von unter 5%.
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Gemisch geliert nach etwa 110 Minuten und bleibt gelartig.
8. Ein Glasrohr mit 18 mm lichtem Durchmesser wird mit Feinsand von einer Korngrösse unter 0, 2 mm gefüllt, in den ein Gemisch. aus 25 cm3 Wasserglas, 25 cm3 Wasser, 1,64 cm3 o-Toluolsulfochlorid und 0, 2 cm3 Hostapal CV mit etwa 2 atü eingepresst wird : nach Ablauf der Verfesti-
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10. Ein Glasrohr mit 18 mm lichtem Durchmesser wird mit Feinsand von Korngrössen unter 0, 2 mm gefüllt und in diesen nach Befeuchtung
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Wasserglas,PATENTANSPRÜCHE :
1. abdichtungs- und Verfestigungsmittel auf Basis von Wasserglaslösungen für Bauwerke oder Bodenformationen, gekennzeichnet durch einen Gehalt von mindestens 20 Gew.-% der zur Neu-
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