AT218970B - Verfahren und Mittel zum Injizieren von undichten und nicht genügend tragfähigen Böden - Google Patents

Description

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  Verfahren und Mittel zum Injizieren von undichten und nicht genügend tragfähigen Böden 
Boden-, Baugrund- und Bauwerkuntersuchungen zeigen oft, dass nicht genügende Festigkeit oder
Dichtigkeit vorhanden ist. 



   Zur Verfestigung und Verdichtung von undichten und nicht genügend tragfähigen Böden, losen, rolli- gen Lockergesteinen und zerklüfteten Gesteinen, Baugründen und Felsen, Aufschüttungen von verschiedenen Materialien, wie Sand und Kies usw., porösem Mauerwerk und Beton werden verschiedene Konsoli- dierungsverfahren angewendet, nämlich mechanische, physikalische und chemische. 



   Die Grosszahl der physikalisch-chemischen Verfahren arbeiten nach der Injektionsmethode, wobei durch vorgebohrte Löcher oder Leitungen Suspensionen, Lösungen oder Emulsionen in den gewachsenen oder aufgeschütteten Baugrund (Fels, Kies-, Sandablagerung) wie auch in Mauerwerk, Beton usw. eingepresst werden. 



   Als Injektionsmittel werden Zement-, Ton-, Zement-Ton-Suspensionen, Tongele und andere thixotrope Suspensionen, Lösungen elektrolytisch ausfällbarer Stoffe und Emulsionen, meist von Bitumen, angewendet. 



   Dabei zeigt es sich aber, dass dort, wo Grund- oder andere Wasserströmung vorhanden ist, das Injektionsgut zum grossen Teil mitgerissen wird, weil das flüssige Injektionsmaterial nicht genügend rasch ansteift, erstarrt und sich verfestigt. 



   Ähnliche Erscheinungen treten auch auf, wenn beispielsweise die über dem Scheitel eines Tunnels oder Stollens lagernden Massen verfestigt werden sollten, da entweder infolge Gebirgsdruckes Felsschichtungen einbrachen oder aus den überlagernden Schichten durch Wasserinfiltration die feineren Anteile derselben ausgespült wurden. In beiden Fällen entstehen Klüftungen, die die Festigkeit und Dichtigkeit des Bauwerkes beeinträchtigen und welche ausgefüllt werden sollten.

   Bei der bisherigen Injektionsart fliesst das in den Scheitel injizierte Gut seitwärts durch die Klüftungen oder Infiltrationsgänge des Wassers infolge seines natürlichen Strebens nach einem tieferen Punkte ab und hinterfüllt die Wandungen, sowie die seitlich oder in der Sohle des Tunnels oder Stollens angebrachten   Entlastungsabläufe.   Dadurch sammelt sich hinter dem Gewölbe Wasser an und droht, den Tunnel oder Stollen zu überschwemmen oder gar einzudrücken. 



   Beim Verarbeiten hydraulischer Bindemittel bei Injektionen beobachtet man vom Moment des Anmachens bis zur   vollständigenDurchhärtung   generell folgende Phasen : der flüssige, aus Bindemittel und Wasser - normalerweise im Verhältnis   1 : 1/2 - 1 : 1 - angemachte   Brei wird einige Minuten nachdem Zusammenmischen infolge Wasseradsorption des pulvrigen Teiles etwas dickflüssiger. In diesem aber noch flüssigen Zustand lässt sich die Bindemittel-, meist Zement-Suspension während zirka 2 Stunden durch Rohre befördern. Je nach der Grösse des auszupressenden Hohlraumes muss dabei mehr oder weniger Druck angewendet werden. Nach 2 Stunden beginnt durch Gelbildung und Kristallisation das   Ansteifen   der Suspension. Dann schreitet die Ansteifung weiter bis zum Stockpunkt.

   Die nun ohne Druckeinwirkung stehende Masse gelangt in die Erstarrungsphase, deren Ende nach 4-6 Stunden mit Abbindebeginn, gemessen mit dem Vikat-Gerät, bezeichnet wird. Darauf setzt die Erhärtungsphase ein, deren Ende als Abbindeende bezeichnet wird. Zum Schluss folgt der   Durchhärtungsprozess.   

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   Bis mindestens der Stockpunkt überschritten ist, wird aber das Injektionsgut durch Grund- und andere Wasserströmung fortgetragen und so der Zweck der Injektion nicht oder nur zu sehr geringem Teil erzielt. 



   Überlegungsmässig könnte man nun dem hydraulischen Bindemittel einen bekannten Abbindebeschleuniger zusetzen, der je nach dessen Dosierung das Abbinden mehr oder weniger stark beschleunigt. 



   Untersuchungen zeigten aber, dass bei hoher Dosierung des Abbindebeschleunigers das Erstarren zu früh, schon beim Anmischen, einsetzt. Bei mittleren Dosierungen wird der Stockpunkt auf dem Weg vom Mischen zum Einpressort erreicht. In diesem Falle kann aber die Einpressstelle nicht mehr genügend verpresst werden und es treten leicht Leitungsverstopfungen auf. Bei geringen Dosierungen des Abbindebeschleunigers erreicht die ansteifende Suspension wohl den gewollten Einpressort, doch verläuft der Übergang vom Ansteifen zur Erstarrung nur sehr langsam. Während der dafür nötigen Zeit wird aber das Injektionsgut durch die Strömung zum grossen Teil weggeschwemmt. 



   Es wurde auch   versucht, wechselweise wässerige Zementsuspension   und Abbindebeschleuniger zu injizieren, doch einerseits vermischen sich die beiden Flüssigkeiten, besonders in feinen Klüften, nicht genügend, um eine gleichmässige   Abbindung herbeizuführen, anderseits   wirkt der Abbindebeschleuniger, der ja auch das in der normalen Zementsuspension schon vorhandene Wasser chemisch binden muss, zu wenig, um die benötigte Abbindebeschleunigung zu erzielen, denn der Abbindebeschleuniger in Form einer wässerigen Lösung muss sein eigenes Lösungsmittel und das Suspensionsmittel chemisch binden, weshalb höchste Dosierungen nicht besser das Abbinden beschleunigen als geringe Dosierungen,
Der Idealfall wäre also, das Verhalten der Zementsuspension derart zeitlich zu regeln, dass diese so lange flüssig bleibt,

   als der wechselnd lange Weg vom Anmischen zur zu injizierenden Stelle dauert bzw. 



  Zeit beansprucht. Dann soll die Ansteifung bis zum Stockpunkt sehr rasch erfolgen und sofort zur Erstarrung übergehen, so dass an den Kontaktpunkten von Injektionsgut und Strömung nur minimalste Mengen des Gutes durch Strömung weggeschwemmt werden können. 



   Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Injizieren von undichten und nicht genügend tragfähigen Böden, losen rolligen Lockergesteinen und zerklüfteten Gesteinen, Baugründen und Felsen,   Aufschüttungen   von verschiedenen Materialien, wie Sand und Kies usw., porösen Mauerwerk und Beton bei Wasserströmung zwecks Verfestigung, Verdichtung und Abdichtung mit Suspensionen hydrauli- scher Bindemittel und das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines derartigen Verfahrens, bei welchem die Suspensionen zu einem wählbaren Zeitpunkt zur Erstarrung gezwungen werden können. 



  Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass durch Zusatz mindestens eines Abbindebeschleunigers und mindestens einer abbindeverzögernden Substanz, wobei das Gewichtsverhältnis der beiden mindestens 9 : 1 beträgt, unter eventuell weiterem Zusatz mindestens eines die   Plastizität der Suspension erhöhenden   Stoffes zum Injektionsgut, das Abbinden der ganzen Injektionsmasse derart beeinflusst wird, dass dasselbe einerseits während der ganzen zur Injektion erforderlichen Zeit genügend flüssig bleibt, um durch Rohre oder vorgebohrte Löcher an den Injektionsort   befördert werden   zu können, anderseits aber nach Ablauf dieser Zeit innerhalb weniger Minuten erstarrt.

   Auf diese Weise ist es möglich, die Suspension des hydraulischen Bindemittels während einer bestimmten wählbaren Zeitdauer flüssig zu erhalten, worauf dann innerhalb kürzester Zeit die Ansteifung erfolgt, der Stockpunkt rasch überschritten wird und die Masse bald zum Abbindebeginn erstarrt. Die Erhärtung hingegen erfolgt mässig schnell. 



   Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch   ein Mittel zur Durchführung   des oben genannten Verfahrens, welches sich dadurch auszeichnet, dass es als abbindeverzögernde Substanzen Phosphorsäure und deren Salze, aliphatische und zyklische Oxysäuren, deren Derivate und Salze, wie z. B. Dextronsäure, Glukonsäure, Traubensäure, Weinsäure, Zuckersäure usw. oder Ligninsulfosäure, Alizarinsulfosäure, Humussäure, deren Derivate und Salze oder   wasserlösliche   Cellulosederivate, wie Methylcellulose, enthält.

   Als Abbindebeschleuniger kann dieses Mittel   Metallchloride, insbesondere Alkali-und   Erdalkalichloride, wie Kaliumchlorid, Calziumchlorid oder ein Chlorid des Eisens, oder Silikate der Alkalien oder Erdalkalien oder Hydroxyde und Karbonate der Alkalien, wie auch wasserlösliche Verbindungen des Aluminiums enthalten und die   die Plastizität   der Suspension erhöhenden Stoffe können von plastifizierenden Pulvern, wie z. B. Kieselgur, Kaolin, Flugasche, Bentonit und Stoffen, welche die Oberflächenspannung des Wassers herabsetzen, wie anion-,   kation-und nichtionogen-oberflächenaktiven Stoffen,   bekannter Art gebildet sein. 



   Je nach Zusammensetzung des   tempiertenAbbindebeschleunigers   kann die   flüssige Phase   auf 2,5, 10 oder 20 Minuten abgestimmt werden, je nach den lokalen Erfordernissen. 



   Als   abbindeverzögernde Stoffe, welche   nur in geringsten und geringen Mengen dem Abbindebeschleuniger zugegeben werden, eignen sich Phosphorsäure und deren Salze, wie auch alle aliphatischen und zy- 

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 klischen Oxysäure, deren Derivate und Salze, wie Dextron-, Glukon-, Trauben-, Wein-, Zuckersäure   usw., Calciumlingninsulfosäure,   Alizarinsulfosäure, Humussäure, sowie wasserlösliche Cellulosederivate, wie Methylcellulose, einzeln oder in Kombination mit einem oder mehreren. 



   Als Abbindebeschleuniger eignen sich Chloride der Metalle der Alkalien und Erdalkalien, wie des Eisens, Kaliums, Calciums, Silikate, Hydroxyde und Karbonate der Alkalien, wie auch wasserlösliche Verbindungen des Aluminiums, einzeln oder in Kombination mit einem oder mehreren Stoffen. 



   Zur Erhöhung der Plastizität der hydraulische Bindemittel enthaltenden Suspensionen können zusätzlich noch plastifizierende Stoffe, wie Kieselgur, Flugasche, Bentonit und Stoffe, welche die Oberflächenspannung von Wasser herabsetzen, wie anion-, kation- und nichtionogen-oberflächenaktive Stoffe dem tempierenden Abbindebeschleuniger oder der zu beschleunigenden Suspensionen zugegeben werden. 



     Beispiel l :   50 kg Portlandzement werden mit   30 1   Anmachflüssigkeit, enthaltend 68   Gew.-Teile     Calciumchlorid,10 Gew.-Teile Kupferchlorid,20 Gew.-Teile   Eisenchlorid und 2   Gew.-Teile Seignette-   salz in einer   15% eigen   Lösung, angemacht. Die flüssige Zementsuspension behält ihren flüssigen Zustand während 6Minuten, überschreitet den Stockpunkt nach 7 Minuten und erstarrt sofort. Der Abbindebeginn, bestimmt mit dem Vikat-Gerät, erfolgt 10 Minuten nach Mischbeginn und nach weiteren 4 Minuten ist das Abbindeende erreicht. 



   Beispiel 2 : 50 kg Portlandzement werden mit 25 1 Wasser gemischt. Dieser Mischung werden 5   l   einer 40   %igen   Lösung von Ätzkali, welche 1% Natriumphosphat und 3 % Sulfitablauge enthält, zugefügt. Die Zementsuspension bleibt während 13 Minuten flüssig, überschreitet nach 14 Minuten den Stockpunkt, hat einen Abbindebeginn von 20 Minuten und erreicht das Abbindeende nach 25 Minuten. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zum Injizieren von undichten und nicht genügend tragfähigen Böden, losen rolligen Lockergesteinen und zerklüfteten Gesteinen, Baugründen und Felsen. Aufschüttungen von verschiedenen Materia-   lien, wie Sand und Kies usw., porösem Mauerwerk und Beton   bei Wasserströmung zwecks Verfestigung, Verdichtung und Abdichtung mit Suspensionen hydraulischer Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zusatz mindestens eines Abbindebeschleunigers und mindestens einer abbindeverzögernden Substanz, wobei das Gewichtsverhältnis der beiden mindestens   9 :

   1   beträgt, unter eventuell weiterem Zusatz mindestens eines die Plastizität der Suspension erhöhenden Stoffes zum Injektionsgut, das Abbinden der ganzen Injektionsmasse derart beeinflusst wird, dass dasselbe einerseits während der ganzen zur Injektion erforderlichen Zeit genügend flüssig bleibt, um durch Rohre oder vorgebohrte Löcher an den Injektionsort befördert werden zu können, anderseits aber nach Ablauf dieser Zeit innerhalb weniger Minuten erstarrt.

Claims (1)

1. 2. Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass es als abbindeverzögernde Substanzen Phosphorsäure und deren Salze, aliphatische und zyklische Oxysäuren, deren EMI3.1 derivate, wie z. B. Methylcellulose, enthält.

   3. Mittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es als Abbindebeschleuniger Metall- chloride, insbesondere Alkali- und Erdalkalichloride, wie Kaliumchlorid, Calciumchlorid oder ein Chlorid des Eisens, oder Silikate der Alkalien oder Erdalkalien oder Hydroxyde und Karbonate der Alkalien, wie auch wasserlösliche Verbindungen des Aluminiums enthält.

   4. Mittel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es als die Plastizität der Suspension erhöhende Stoffe plastifizierende Pulver, wie z. B. Kieselgur, Kaolin, Flugasche, Bentonit und Stoffe, welche die Oberflächenspannung des Wassers herabsetzen, wie anion-, kation-und nichtionogen-ober- flächenaktive Stoffe bekannter Art enthält.