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Verfahren zur Abdichtung und Befestigung von Böden
Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum Abdichten und Befestigen von Böden, beispielsweise für den Strassenunterbau, für Bodenoberflächen, Talsperren usw. Sie ermöglicht es, Bitumenemulsionen herzustellen und zur Bodenabdichtung zu verwenden, die sich in einfacher Weise in den Boden einbringen lassen und in diesem durch Aufhebung der Dispergierwirkung der als Dispergator verwendeten Sulfitablauge in zeitlich steuerbarer Weise verfestigen und hiedurch eine befriedigende Abdichtung des Bodens bewirken.
In der Technik besteht vielfach die Aufgabe, Böden abzudichten oder zu befestigen. Meist handelt es sich hiebei darum, dass der Boden wasserundurchlässig werden soll ; dies ist beispielsweise wichtig für den Strassenbau, da durch Eindringen von Wasser im Winter an Strassen erhebliche Frostschäden entstehen, oder auch für den Bau von Talsperren durch Aufschüttung, bei denen sowohl der Damm selbst als auch der Untergrund wasserdicht sein müssen. In andern Fällen handelt es sich darum, Böden zu verfestigen, beispielsweise bei der Anlage von Rollbahnen auf Flugplätzen. Man hat bisher für diese Zwecke den Boden mit verschiedenen Mitteln abzudichten oder zu verfestigen versucht, beispielsweise auch mit Bitumen- emulsionen.'Man musste diese, um überhaupt einen gewissen Effekt zu erzielen, in möglichst dichter Konsistenz in den Boden einbringen.
Im Strassenbau war es hiefür üblich, das Profil auf die erforderliche Tiefe auszuschachten, in grossen Mischmaschinen eine Mischung des zur Herstellung des Unterbaus verwendeten Rohmaterials mit der Bitumenemulsion herzustellen und diese Mischung alsdann in die Baugrube einzufüllen. Bei diesem Verfahren war es nun aber natürlich nicht möglich, die auf umständlichem Wege eingebrachte Emulsion wieder zu brechen, so dass der Effekt des Dichtungsmittels später oder früher wieder unwirksam gemacht werde. Bei der Oberflächenbearbeitung von Böden, beispielsweise bei der Herstellung von Rollbahnen auf Flugplätzen hat man daher schon versucht, an Stelle der Mischung des Bodens mit der Bitumenemulsion in einem besonderen Grossmischer den Boden mit Hilfe von Bodenfräsen aufzu- lockern und mit der Emulsion zu mischen.
In einem zweiten Arbeitsgang wurde dann ein Mittel zum Brechen der Emulsion auf demselben Wege eingemischt, beispielsweise bei Verwendung von Seifen als Emulgiermittel durch Einbringung von Kalksalzen. Abgesehen davon, dass dies einen besonderen Arbeitsgang erfordert, zeigten diese Verfahren den grossen Nachteil, dass bei der Einmischung der Kalksalze eine sofortige Ausfällung von Kalkseifen stattfand, wodurch die Brechung der, Emulsion nur ungleichmässig und unvollkommen erfolgte. Vor allem aber wurde durch die nochmalige Auflockerung und Durchmischung des Bodens gleichzeitig mit der Brechung der Emulsion die innige Verbindung zwischen den Einzelteilen des Bodens und des Dichtungsmittels, die für die Dichtungswirkung wesentlich ist, wieder zerstört.
Besonders schwerwiegend und bisher nur umständlich oder schwierig zu lösen war das Problem der Bodendichtung beim Bau von Talsperren durch Schüttung. Der Vorteil dieser Bauweise gegenüber der von massiven Sperrmauern, dass man den Bau nicht auf massiven Felsen zu gründen braucht, ging hiebei zum grossen Teil wieder dadurch verloren, dass man gezwungen war, einen entsprechend breiten Schacht bis auf den gewachsenen Fels auszuheben und mit einem Kern aus wasserundurchlässigem Material, beispielsweise Ton, zu füllen.
Eine unelastische Abdichtung, etwa durch Zement, ist in diesen Fällen nämlich nicht möglich, da der Boden unter dem Damm arbeitet und durch die hiebei auftretenden gewaltigen Kräf- te einen derartigen Bau wieder zerstören würde, wenn dieser t.. in wirtschaftlich tragbares Ausmass behalten soll. Man ist daher gezwungen, die Bodenabdichtung mit elastischen Mitteln vorzunehmen. In aller
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diesen und weiteren ähnlich gelagerten Fällen war bisher eine einwandfreie Abdichtung des Bodens nicht möglich.
Es wurde nun gefunden, dass es gelingt, Böden in einfacher und einwandfreier Weise unter Verwendung von Bitumenemulsionen abzudichten oder zu verfestigen, wenn man bei der Herstellung der Emulsion als Dispergator Sulfitablauge aus der Zellstoffabrikation verwendet und diese mit einem Oxydationsmittel vermischt. Es zeigte sich nämlich überraschenderweise, dass durch das Oxydationsmittel die Dispergierwirkung der Sulfitablauge derart gebrochen wird, dass dieser Vorgang zeitlich in gut behemch- barer Weise gesteuert werden kann. Man hat es weitgehend in der Hand, durch die Zusammensetzung der verwendeten Mischung unter Mitberücksichtigung physikalischer Faktoren, wie der herrschenden Temperatur, die Zeit der Brechung der Emulsion in bestimmten Grenzen. zu variieren und danach den Zeitpunkt der Herstellung bzw.
Anwendung der Emulsion zu bestimmen, den man entsprechend dem Zeitpunkt der gewünschten Verfestigung des Dichtungsmittels wählt. Hiedurch wird es ermöglicht, die erfindungsgemäss hergestellte Bitumenemulsion in verhältnismässig einfacher Weise in den Boden einzubringen, wo sie sich durch die zeitlich gesteuerte Aufhebung der Dispergierwirkung der Sulfitablauge in der gewünschten verhältnismässig kurzen Zeit verfestigt und den Boden abdichtet.
Als Dichtungsmittel kommen beliebige Bitumenpräparate, wie Teere, Peche, Naturasphalte, destillierte, geblasene und verschnittene Bitumina, in Frage. Die als Dispergiermittel verwendete Sulfitablauge kann beliebiger Natur und Herkunft sein. Beispielsweise kommt sowohl Nadelholz- als auch Laubholzsulfitablauge in Frage. Sie kann ungereinigt ein, kann aber auch durch Reinigungsmethoden von einem Teil ihrer kationischen Bestandteile, beispielsweise Kalk oder andern Stoffen befreit sein. Sie kann vergoren oder unvergoren sein. In manchen Fällen ist es zweckmässig, Fraktionen von durch Fällung fraktionierter Sulfitablauge zu verwenden. Oft wird man zweckmässig die Ablauge durch Eindampfen konzentrieren oder gar trocknen, was insbesondere ihren Versand erleichtert.
Erfindungsgemäss kommen als Zusätze zu der Emulsion beliebige Oxydationsmittel in Frage. Zweckmässigerweise verwendet man sechswertige Chromverbindungen, wie insbesondere Natriumbichromat.
Doch auch vierwertige Bleiverbindungen oder Perverbindungen, beispielsweise Persulfate und Permanganate sind geeignet. Sowohl die Menge der auf die Einheit Boden zu verwendenden Bitumenemulsion als auch die mengenmässige Zusammensetzung derselben sind in weiten Grenzen variierbar. Die Menge der Emulsion hängt von verschiedenen faktoren, wie der Beschaffenheit des Bodens, insbesondere der Korngrösse, beim Talsperrenbau auch von dem hydrostatischen Druck, dem der gedichtete Boden ausgesetzt wird, ab. In den meisten Fällen sind Zusätze zwischen 5 und 20% ausreichend. Unter günstigen Verhältnissen kommt man eventuell auch mit geringeren Mengen aus. Nach oben hin setzen die Kosten einem beliebig hohen Zusatz eine Grenze.
Auch beim Zusatz der Sulfitablauge zu dem Bitumen wird man sich bemühen, mit möglichst geringen Mengen auszukommen. Im übrigen richten sich diese auch nach der Art des Bitumens und der Sulfitablauge, sowie nach den sonstigen Gegebenheiten des Einzelfalles. Im allgemeinen kommen Mengen zwischen 5 und 500/0, berechnet als Ablauge- Trockensubstanz je Gewichtseinheit Bitumen, in Frage. In den meisten Fällen sind Zusätze zwischen 10 und 3CP/o zweckmässig.
Zur zeitlichen Steuerung der Brechung der Emulsion kann man, unter Berücksichtigung der Art der Sulfitablauge und des Oxydationsmittels, von der Wahl des Verhältnisses dieser beiden ausgehen. Bei Verwendung von Oxydationsmitteln, die im sauren Bereich reagieren, wie sechswertige Chromverbindungen, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den zeitlichen Ablauf der Reaktion durch die vorherige Einstellung des pH-Wertes zu steuern. Zweckmässig setzt man hiezu der Emulsion zu einem bestimmten Zeitpunkt vor ihrer Anwendung das Oxydationsmittel und die erforderliche Menge einer Säure oder eines sauren Salzes zu.
Durch die Erfindung gelingt es, in einfacher und zuverlässiger Weise Böden derart abzudichten, dass der mit einfachen Mitteln eingebrachte Dichtungsstoff eine einwandfreie Verfestigung des Bodens herbeiführt und nicht wieder durch Sickerwasser und ähnliche Einflüsse entfernt werden kann.
Sowohl bei der Oberflächenbehandlung von Böden, beispielsweise bei der Anlage von Flugplatz-Rollbahnen, als auch bei der Herstellung. von Strassenunterbauten kann erfindungsgemäss die vor ihrer Anwendung entsprechend eingestellte Bitumenemulsion in einfacher Weise, sei es mittels einer Bodenfräse oder auch einer gesonderten Mischanlage, in den Boden eingebracht werden, ohne dass es erforderlich ist, durch zusätzliche Arbeitsgänge für eine Brechung der Emulsion zu sorgen oder sich gar mit dem späteren Unwirksamwerden des Dichtungsmittels abfinden zu müssen. Durch das Oxydationsmittel tritt in verhältnismässig kurzer, vorher einstellbarer Zeit eine Gelierung der Sulfitablauge ein, wobei diese zum grossen Teil wasserunlöslich wird.
Hiedurchverliertsie ihre Dispergierwirkung, und das Bitumen haftet an der Stelle
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im Boden, an die es beim Einbringen der Emulsion gelangte, also in gleichmässiger Verteilung. Zudem hat die Erfindung in diesen Fällen den Vorteil, dass beim Walzen der abgedichteten Bodenschicht infolge der Brechung der Emulsion das Wasser derselben hinausgepresst wird. Es kann also schnellstens ablaufen oder entfernt werden, während man bei den bisher bekannten Verfahren warten musste, bis es verdunstet war, was natürlich längere Zeit dauerte. Durch die Erfindung wird der Boden so dicht, dass Regenwasser oder Sickerwasser nicht eindringen kann, wodurch beispielsweise Frostschäden im Winter verhindert werden.
In vielen Fällen kann man die Erfindung mit Vorteil auch so anwenden, dass man die Bitumenemulsion mit geeigneter Konsistenz durch Sonden in den Boden einpresst. Dieses Verfahren ist beispielsweise in Fällen angebracht, wo eine Strasse auf sandigem Untergrund verlegt werden soll. Hier lässt sich der Kies oder Sand ohne komplizierte und teure Ausschachtungsarbeiten durch die Erfindung abdichten und verfestigen, wodurch gleichzeitig die erforderliche Höhe für den eigentlichen Strassenunterbau verringert wird.
Eine besonders wichtige und vorteilhafte Anwendung findet die Erfindung beim Bau von Talsperren durch Schüttung. Ein Hauptproblem war hiebei bisher stets die erforderliche Abdichtung der Bauten u. zw. sowohl des Talsperrendammes selbst als auch des Untergrundes. Ein Vorteil geschütteter Talsperren ge- genüber massiven Sperrmauern besteht darin, dass man nicht bis auf gewachsenen Fels zu gründen braucht.
Dieser Vorteil ging bisher bei den bekannten Verfahren zum wesentlichen Teil dadurch wieder verloren, dass man, um ein Durchsickern des unter Druck stehenden Sperrenwassers unter dem Sperrdamm zu verhindern, in den Grund einen bis auf den gewachsenen Fels reichenden Graben ausschachten musste, der mit Ton oder ähnlichem dichten Material gefüllt wurde und der so breit sein musste, dass er dem hydrostatischen Druck des Staues standhielt und überdies auch durch das Arbeiten des Bodens unter dem Sperrdamm nicht beeinträchtigt wurde. Durch die Erfindung lässt sich nun die Abdichtung des Untergrundes in viel einfacherer Weise vornehmen. Es genügt, einen verhältnismässig schmalen Graben auszuheben, von dem aus die Bitumenemulsion in den Boden eingebracht wird, wo sie durch Brechung der Emulsion erhärtet und hiebei den Boden zugleich abdichtet und verfestigt.
Am einfachsten geschieht dies, indem man den Graben mit einem Gemisch von Sand und Emulsion füllt. In manchen Fällen ist es jedoch auch möglich, die Emulsion mit Hilfe von Sonden in den Boden einzubringen. In ähnlicher einfacher Weise kann auch der Sperrdamm selbst abgedichtet werden. Hiebei erzielt man durch die Erfindung zugleich den oneil, dass die Abdichtung in einer elastischen Weise erfolgt und infolgedessen durch das Arbeiten des Bodens keinen Schaden erleidet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Abdichten und Verfestigen von Böden, beispielsweise für den Strassenbau, für Bodenoberflächen, Talsperren usw., mit Bitumenemulsionen, dadurch gekennzeichnet, dass man in den Boden eine Bitumenemulsion einbringt, die mit Sulfitablauge hergestellt und mit einem Oxydationsmittel vermischt ist.