AT394858B

AT394858B - Verfahren zur herstellung von suspensionen aus zement, sio2 und caco3 zur injektion in boeden od.dgl., und danach hergestellte erzeugnisse

Info

Publication number: AT394858B
Application number: AT0158786A
Authority: AT
Inventors: Daniel Gouvenot; Hubert Vattement
Original assignee: Soletanche
Priority date: 1985-06-12
Filing date: 1986-06-11
Publication date: 1992-07-10
Also published as: DE3619551A1; FR2583441B1; GB8614230D0; DE3619551C2; KR930010927B1; JPS6284177A; GB2179080A; AU582859B2; AU5855086A; FR2583441A1; GB2179080B; JPH0417997B2; ATA158786A; KR870000408A

Description

AT 394 858 B

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Breis, der in poröses oder rissiges Material oder in feinkörnige Ablagerungen injiziert werden kann, welche aus einem in Teilchenform vorliegenden Erzeugnis aus Zement, Siliziumoxid-Pulver oder Calziumcarbonat-Pulver, einer Flüssigkeit aus Wasser, einer Kieselsäurelösung oder einer Natriumwasserglas-Lösung und einem Entflockungsmittel besteht, und danach hergestellte Erzeugnisse. Die Erfindung betrifft weiters die Herstellung von Pulversuspensionen in einer Flüssigkeit, die in poröse oder rissige Materialien oder in feinkörnige oder sehr feinkörnige Böden injiziert werden sollen, um insbesondere deren Konsistenz zu verändern.

Bei bestimmten Materialien ist bekanntlich eine Behandlung durch Injektion von Zementbrei erforderlich. Es handelt sich dabei z. B. um Stahlbeton, der porös oder von aggressivem Wasser angegriffen ist, oder auch um rissig gewordenen Beton. In solchen Fällen ist das Eindringen des Zementbreis in die Masse eines derartigen Materials begrenzt, sowohl durch die Körnigkeit des einzelnen Zementteilchens als auch durch Aggregation dieser Teilchen untereinander.

Ferner ist es bekannt, daß bei Ablagerungen zwei Arten von Ablagerungen unterschieden werden: grobkörnige Ablagerungen und feinkörnige Ablagerungen.

Bei grobkörnigen Ablagerungen können leicht Injektionen mit Zementbrei oder mit Betonit-Zement-Brei vorgenommen werden (Brei, bei dem die Zementteilchen in Wasser suspendiert sind, wobei unter Umständen Bentonit zur Verbesserung der Stabilität der Suspension zugefügt wird). Aus der FR-A 1 347 791 sind Pulversuspensionen in einer Flüssigkeit, welche unter anderem auch Entflockungshilfsmittel enthalten, bekannt-gewordea

Demgegenüber können derartige Breie nicht in feinkörnige Ablagerungen injiziert werden, denn die Bodenporen sind dort so klein, daß normale Zementteilchen dort nicht eindringen and sich darin nicht bewegen können. Aus diesem Grunde können Injektionen nur dann vorgenommen werden, wenn man mit Lösungen auf der Grundlage von Silikat oder Siliziumoxid arbeitet, die keine suspendierten Teilchen enthalten, und wenn mit einem Reagenz geliert wird.

Mit der letztgenannten Arbeitsweise kann als Nachteil eine gewisse Bodenverunreinigung verbunden sein, insbesondere im Bereich freiwandemder (phreatischer) Schichten, und die Dauerhaftigkeit ist fraglich wegen der Struktur des erhaltenen Gels, das unter Umständen auf die Dauer nicht stabil ist Diese als Synärese bekannte Erscheinung kann sich bei mit Hilfe von Silikatlösungen erhaltenen Gelen als sehr nachteilig erweisen.

Ein Brei zur Injektion in poröses oder rissiges Material kann beispielsweise der FR-A 2 528 441 entnommen werden.

Wegen der genannten Nachteile hat man schon früher versucht, in poröses oder rissiges Material oder auch in feinkörnige Ablagerungen Zementbrei zu injizieren, indem man mit sehr fein gemahlenem Zement arbeitete, d. h. mit Zementen mit einer Teilchengröße von weniger als etwa 15 pm, während bei normalen Zementen im allgemeinen Komdurchmesser zwischen 0 und 100 pm Vorkommen.

Derartige feingemahlene Zemente lassen sich aber nur schwer herstellen, und sie sind teuer, beispielsweise etwa zwanzigmal so teuer wie ein üblicher Zement.

Ferner wurde versucht, den benötigten Zement zu gewinnen, indem man von üblichem Zement ausging, der pneumatisch gefördert wurde, wobei er einer Zyklonwirkung ausgesetzt wurde, um die feinen Teilchen von den gröberen zu trennen.

Dieses Verfahren ist aber auch nicht befriedigend, denn seine Ausübung verursacht hohe Kosten, und die Erzeugnisse sind zu ungleichmäßig, als daß sie mit derartigen Breien vorgenommenen Injektionen zuverlässig sein könnten.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines Breis, der aus einer Suspension von Teilchen in einer Flüssigkeit besteht, u. zw. von Teilchen, die so fein sind, daß der genannte Brei in feinkörnige Ablagerungen injiziert werden kann, weil der Teilchendurchmesser kleiner ist als der intergranulare Raum des Bodens, der die Injektion erhält

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Breis, der in feinkörnige Ablagerungen oder in poröses oder rissiges Material injiziert werden kann, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mischung des in Teilchenform vorliegenden Erzeugnisses in einem Behälter so lange aufbewahrt wird, bis eine Teil-Sedimentation abgelaufen ist, und daß das Volumen entflockter Suspension abgezogen wird, das sich in dem Behälter oberhalb eines vorgegebenen Flüssigkeitsstandes befindet

Gemäß der Erfindung werden 0,5 bis 5 Gew.-% Entflockungsmittel im Verhältnis zum Gewicht der in Suspension befindlichen Teilchen angewandt

Indem man die Höhe des Behälters wählt, der als Absetztrog wirkt, sowie die Absitzzeit und den Flüssigkeitsstand, aus dem die Suspension abgezogen wird, kann man den größten Durchmesser der in der abgezogenen Suspension enthaltenen Teilchen festlegen, der von den Abmessungen der durch Injektion zu füllenden Hohlräume abhängt. Vorzugsweise werden die Absitzzeit und die Höhe der abgezogenen Suspension derart festgelegt daß sich Teilchenabmessungen unterhalb von 15 pm und vorzugsweise unterhalb von 10 pm ergeben.

Gemäß der Erfindung wird die so gewonnene Suspension benutzt, um einen Brei herzustellen, der in die feinkörnigen Ablagerungen oder in rissiges oder poröses Material injiziert werden kann.

Der übrig gebliebene untere Teil der Suspension kann zu anderen Zwecken eingesetzt werden oder ist zu verwerfen. -2-

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Bei einer bevorzugten Ausführungsweise der Erfindung besteht die teilchenförmige feste Substanz aus Zement, und die zur Bildung der Suspension benutzte Flüssigkeit ist Wasser.

Anstelle von Zement kann auch Siliziumoxidstaub oder gemahlenes Calziumcarbonat verwendet werden; man verwendet diese Stoffe erfindungsgemäß getrennt und vermischt sie unmittelbar vor der Injektion oder injiziert sie einzeln in den zu behandelnden Bereich, so daß sie sich an Ort und Stelle beim Zusammentreffen miteinander veibinden.

Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, als Suspensionsflüssigkeit eine Natriumwasserglas-Lösung oder eine Siliziumoxidlauge oder jede beliebige andere Flüssigkeit zu verwenden, die nach der Injektion mit dem festen Produkt zu reagieren vermag, das in Teilchenform vorliegt.

Vorzugsweise werden die der Suspension der Feststoffteilchen zugefügten Entflockungsmittel aus Melaminharzen, Naphthalinsulfonaten von Natriumpolyphosphat, Natriumalkylnaphthalinsulfonat, Natriumalkylsulfonat oder Ammoniumpolyacrylat gewählt

Gegenstand der Erfindung sind ferner die Suspensionen teilchenförmiger Feststoffe, soweit sie aus den angegebenen Verfahren gewinnbar sind.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachstehend einige Methoden der Ausübung der Erfindung erläutert; eine Beschränkung der Erfindung auf diese Methoden ist nicht beabsichtigt

Beisniel 1:

Um einen Brei herzustellen, der aus einer wäßrigen Suspension von Zement besteht und in einen feinkörnigen Sand injiziert werden soll, bei dem die Teilchendurchmesser zwischen 0 und 0,3 mm liegen, kann man folgendermaßen vorgehen: 500 kg Zement CLK 45 werden in 830 1 in einem Turbulenzmischer befindliches Wasser gegeben. Man mischt ungefähr 3 min lang, danach werden zwischen 2,5 und 7,5 kg eines als Entflockungsmittel wirkendes Melaminharz zugefügt, und das Mischen wird ungefähr 2 min lang fortgesetzt 9

Dann wird das so hergestellte Gemisch in eine Wanne von 2 m Querschnitt gegeben, an der 25 cm unterhalb des Flüssigkeitsspiegels ein Ablaßhahn angebracht ist; man läßt die Flüssigkeit 1 h lang absitzen.

Dann wird der Ablaßhahn geöffnet, und man erhält 5001 Brei, der zwischen 30 und 35 % der anfänglich eingesetzten 500 kg Zement enthält.

Die in diesem Brei enthaltenen Zementteilchen haben Abmessungen zwischen 0 und 10 |xm, während sich in dem zunächst benutzten Zement Teilchen in einer Größe zwischen 0 und 100 |xm befanden.

Der auf diese Weise gewonnene Brei wird in einem mit einem Rührwerk ausgestatteten Trog gelagert Er kann dann nach den üblichen Verfahren in einen Boden injiziert werden, der von einem Sand mit einer Korngröße zwischen 0 und 0,3 mm gebildet ist

Nach einer Verfahrensvariante wird die Sedimentationszeit auf 30 min begrenzt; dann lassen sich 5001 Brei abziehen, der zwischen 50 und 55 Gew.-% des eingangs zugeführten Zements mit Teilchengrößen zwischen 0 und 15 pm enthält

Beispiel 2:

Um eine wäßrige Siliziumoxid-Suspension herzustellen, die zur Injektion in einen feinkörnigen Boden mit einer Korngröße zwischen 0 und 0,3 mm bestimmt ist, werden 300 kg Kieselsäurepulver mit einer Korngröße zwischen 0 und 50 pm in 1 m·^ in einem Turbulenzmischer befindliches Wasser gegeben. Die Mischung wird ungefähr 3 min lang durchgearbeitet, dann werden 3 bis 9 kg Entflockungsmittel zugeführt, beispielsweise Naphthalinsulfonat. 9

Die Lösung wird anschließend in eine Wanne von 2 m Querschnittsfläche gegeben, an der 25 cm unterhalb des Flüssigkeitsspiegels ein Ablaßhahn angeordnet isL

Nach einer Absitzzeit von 3 h wird die oberhalb des Ablaßhahns befindliche Suspension abgezogen. Während die ursprüngliche Suspension eine Dichte 1,147 hatte, hat die abgezogene Suspension eine Dichte zwischen 1,120 und 1,125. Sie läßt sich leicht in einen feinkörnigen Boden der in Beispiel 1 angegebenen Art injizieren und dichtet diesen ab.

Zum Vergleich: die ursprüngliche Suspension läßt sich auf keinen Fall injizieren, weil sie sich von selbst ausfiltert.

Demgegenüber kann die erfindungsgemäß gewonnene Suspension sehr leicht mit geringem Druck injiziert werden. Die Bodenporen werden durch den Siliziumoxidstaub verlegt, und da- Boden wird dicht

Beispiel 3:

Um ein Gemisch von Suspensionen von Kieselsäurestaub und Calziumcarbonatstaub in einen feinkörnigen Boden zu injizieren, ist folgendermaßen vorzugehen:

Zunächst wird eine Suspension von Siliziumoxid-Staub gemäß Beispiel 2 hergestellt

Im übrigen werden dann in einen Turbulenzmischer 300 kg gemahlener Marmor, staubförmig, (CaCOß) in

Suspension in 10001 Wasser gegeben. -3-

Claims

AT394 858 B Als Entflockungsmittel werden 6 kg Naphthalin zugefügt, und anschließend läßt man 45 bis 60 min äbsitzen und zieht dann die 25 cm Suspension ab, die sich unterhalb des ursprünglichen Flüssigkeitsspiegels befinden. Die Korngrößen des ursprünglich verwendeten Calziumcarbonats liegen zwischen 0 und 50 pm, und die Dichte der ursprünglichen Suspension liegt zwischen 1,16 und 1,18. In der erfindungsgemäß gewonnenen Suspension hat das Calziumcarbonat eine Korngröße zwischen 0 und 20 μιη, und die Dichte beträgt 1,14 bis 1,16. Die beiden in der oben beschriebenen Weise erhaltenen Suspensionen werden in gleichen Volumenteilen miteinander vermischt, und das Gemisch wird in einen Boden injiziert, der aus feinkörnigem Sand mit einer Korngröße zwischen 0 und 0,3 mm besteht. Auf diese Weise eihält man einen dichten und widerstandsfähigen Sand. Nach einer Verfahrensvariante lassen sich die beiden Suspensionen nacheinander in den Boden injizieren. Beispiel 4: Um eine Suspension von Calziumcarbonatpulver in einer Lösung von Siliziumoxid oder von Natriumwasserglas, die in feinkörnigen Boden injizierbar ist, zu erhalten, ist folgendermaßen vorzugehen: Zunächst wird, wie in Beispiel 3 beschrieben, eine Calziumcarbonat-Suspension hergestellt, dann wird diese Suspension mit einer Natriumwasserglas-Lösung oder Siliziumoxid-Lauge vermischt, die 10 bis 25 Gew.-% Siliziumoxid SiOj im Verhältnis zu einem Volumen der Calziumcarbonat-Suspension für ein 0,5 bis 1,5 Volumen Natriumwasserglas oder Siliziumoxid-Lauge enthält Das auf diese Weise hergestellte Gemisch wird in einen Boden injiziert, der aus Teilchen von 0 bis 0,3 mm Größe besteht, und es entsteht ein dichter und widerstandsfähiger Boden. Natürlich wird die Erfindung durch die angegebenen Verfahren zu ihrer Ausübung nicht eingeschränkt; im Rahmen der Erfindung sind vielmehr zahlreiche Abwandlungen der Methode denkbar. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines Breis, der in poröses oder rissiges Material oder in feinkörnige Ablagerungen injiziert werden kann, welche aus einem in Teilchenform vorliegenden Erzeugnis aus Zement, Siliziumoxid-Pulver oder Calziumcarbonat-Pulver, einer Flüssigkeit aus Wasser, einer Kieselsäurelösung oder einer Natriumwasserglas-Lösung und einem Entflockungsmittel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung des in Teilchenform vorliegenden Erzeugnisses in einem Behälter so lange aufbewahrt wird, bis eine Teil-Sedimentation abgelaufen ist, und daß das Volumen entflockter Suspension abgezogen wird, das sich in dem Behälter oberhalb eines vorgegebenen Flüssigkeitsstandes befindet
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entflockungsmittel aus Melaminharz, Natriumnaphthalinsulfonat, Natriumpolyphosphat, Natriumalkylnaphthalinsulfonat, Natriumalkylsulfonat oder Ammoniumpolyacrylat besteht.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entflockungsmittel im Verhältnis von 0,5 bis 5 Gew.-% zu dem in Teilchenform vorliegenden Erzeugnis verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absitzzeit und die Höhe der abgezogenen Suspension derart festgelegt werden, daß sich Teilchenabmessungen unterhalb von 15 pm und vorzugsweise unterhalb von 10 pm ergeben.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Suspensionen getrennt hergestellt werden, z. B. eine Siliziumoxidpulver-Suspension und eine Calziumcarbonatpulver-Suspension, die vor dem Injizieren in den Boden miteinander vermischt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Suspensionen getrennt hergestellt werden, z. B. eine Siliziumoxidpulver-Suspension und eine Suspension, beispielsweise von Calziumcarbonatpulver, die nacheinander in den Boden injiziert werden.
7. Suspensionen zum Injizieren in feinkörnige Böden oder in poröses oder rissiges Material, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt werden. -4-