Mittel zum Abdichten und Verfestigen von Bodenschichten und Bauwerken Bei der Durchführung von Bauvorhaben oder bei der Sicherung vorhandener Gebäude oder in anderen Fällen erweist es sich oftmals als notwendig, die vor handenen Böden oder Bauwerke zu verfestigen.
Bei Talsperren, Dämmen, Baugruben usw. ist es andererseits oft erforderlich, durchlässige Schichten abzudichten, um den Durchtritt von Flüssigkeiten, meist Wasser, zu verhindern.
Für die Abdichtung und Verfestigung von Böden ist eine Reihe von Verfahren entwickelt worden. Hinzuweisen ist auf das Injizieren von Zementmilch sowie auf die speziellen chemischen Verfahren, die unter dem Namen Joostenverfahren und Monosol- verfahren u. a. bekannt sind. Bei den letztgenannten Methoden wird als eigentliche Abdichtungs- und Ver- festigungssubstanz Wasserglas verwendet. Durch Zu gabe von besonderen Chemikalien - beim Joosten- verfahren durch nachträgliches Einpressen von z. B.
Calciumchlorid, beim Monosolverfahren durch die Zumischung von Natriumaluminat vor dem Einpres sen - wird erreicht, dass die kolloidal gelösten Silikate des Wasserglases in wasserunlösliche Silikate umge wandelt werden und dadurch die zu konsolidierenden Bodenschichten oder Bauwerke entweder sofort oder in regelbarer Zeit verfestigen oder abdichten.
Der Nachteil dieser Verfahren liegt darin, dass zwei Lösungen nacheinander in den Boden gepresst werden müssen, wie beim Joostenverfahren, bzw. dass bei Verwendung von nur einer Lösung, wie beim Monosolverfahren, schon vor dem Einpressen eine Silikatbildung mit fester Struktur auftritt. Vor allem bei feinkapillaren Böden, wie schluffigen Feinsanden, treten grosse Schwierigkeiten beim Einpressen auf. Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen durch Zusatz sauer wirkender anorganischer Stoffe der pH- Wert der Wasserglaslösung herabgesetzt wird und Kieselsäuregele ausfallen.
Die Festigkeit dieser Gele ist aber sehr gering.
Weiter ist schon vorgeschlagen worden, den pH- Wert der Wasserglaslösung durch solche organische Stoffe herabzusetzen, die mit Wasser Säuren bilden wie z. B. Säureanhydride, Säureester, Säurehalogenide, Sulfonsäurehalogenide. Die hierbei ausgefällte Kiesel säure hatte eine genügende Festigkeit.
Es wurde nun gefunden, dass die Zeit zur Ab dichtung und Verfestigung von Bodenschichten und Bauwerken mit einer Mischung aus Wasserglaslösung und organischen Stoffen, die mit Wasser Säuren bilden, durch Zusatz von Katalysatoren zu diesen Mischun gen verkürzt werden kann. Als Katalysatoren kommen in Frage: Alkohole und zwar sowohl normale wie isomere, einwertige und mehrwertige; Ester, Alkoho- late und Ketone.
Von den einwertigen Alkoholen sind besonders die normalen und isomeren Verbindungen von Methyl- bis Amylalkoho'1, von den mehrwertigen Alkoholen vor allem Methylglykol, Aethylenglykol und Glyzerin geeignet. Als Ketone kommen z. B. Aceton, Methyl- äthylketon und Methyl-i-propylketon in Frage.
Die katalytisch wirkenden Substanzen werden in Mengen von 0,1 - 1 Gew.%, bezogen auf die Gesamt menge der Mischung, angewandt.
Diese Mengen genügen, um die Verfestigungszeit auf jeden für eine bestimmte Aufgabe notwendigen Wert einzustellen. Die Reaktionszeitverkürzungen kön nen Werte bis zu 75 % erreichen. In den folgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert.
EMI0002.0001
<I>Beispiel <SEP> 1</I>
<tb> 500 <SEP> ccm <SEP> Natriumsilikatlösung, <SEP> 38 <SEP> B6 <SEP> (480 <SEP> gr <SEP> Na20
<tb> und <SEP> etwa <SEP> 1600 <SEP> gr <SEP> Si02 <SEP> pro <SEP> Liter
<tb> Wasserglaslösung)
<tb> 500 <SEP> ccm <SEP> Wasser
<tb> 32,8 <SEP> ccm <SEP> o-Toluolsulfochlorid
<tb> (25 <SEP> % <SEP> der <SEP> theor.
<SEP> Neutralisation)
<tb> 20,0 <SEP> ccm <SEP> Emulgator <SEP> (Natriumsalz <SEP> einer <SEP> Isopropyl alkylnaphthalinsulfonsäure)
<tb> 20,0 <SEP> ccm <SEP> Emulsionsstabilisator <SEP> (1%ige <SEP> ammoniak alische <SEP> Lösung <SEP> von <SEP> Polyacrylsäure)
<tb> x <SEP> ccm <SEP> Katalysator <SEP> (Butanol)
EMI0002.0002
<I>Tabelle <SEP> 1</I>
<tb> Verfestigungszeit <SEP> des <SEP> Gemisches <SEP> in <SEP> Abhängigkeit
<tb> von <SEP> der <SEP> Katalysatorkonzentration <SEP> bei <SEP> 20 C
<tb> Katalysator
<tb> Menge <SEP> ccm <SEP> Konzentration <SEP> % <SEP> Verfestigungszeit
<tb> in <SEP> Minuten
<tb> 0,0 <SEP> 0,0 <SEP> 110 <SEP> - <SEP> 120
<tb> 1,0 <SEP> 0,1 <SEP> 70 <SEP> - <SEP> 75
<tb> 2,0 <SEP> 0,2 <SEP> 50 <SEP> - <SEP> 60
<tb> 5,0 <SEP> 0,5 <SEP> 45 <SEP> - <SEP> 50
<tb> 10,0 <SEP> 1,
0 <SEP> 40 <SEP> - <SEP> 45
EMI0002.0003
<I>Beispiel <SEP> 2</I>
<tb> 500 <SEP> ccm <SEP> Natriumsilikatlösung, <SEP> 38 <SEP> B6 <SEP> (480 <SEP> gr <SEP> Na20
<tb> und <SEP> etwa <SEP> 1600 <SEP> gr <SEP> Si02 <SEP> auf <SEP> 1 <SEP> Liter
<tb> Wasserglaslösung)
<tb> 500 <SEP> ccm <SEP> Wasser
<tb> 38,6 <SEP> ccm <SEP> aliphatisches <SEP> Säurechlorid
<tb> C-Kettenlänge <SEP> 7 <SEP> - <SEP> 9
<tb> 20,0 <SEP> ccm <SEP> Emulgator <SEP> (Natriumsalz <SEP> einer <SEP> Isopropyl alkylnaphthalinsulfonsäure)
<tb> 20,0 <SEP> ccm <SEP> Emulsionsstabilisator <SEP> (1%ige <SEP> ammoniak alische <SEP> Lösung <SEP> von <SEP> Polyacrylsäure)
<tb> x <SEP> ccm <SEP> Katalysator <SEP> (Methylglykol)
EMI0002.0004
<I>Tabelle <SEP> 2</I>
<tb> Verfestigungszeit <SEP> des <SEP> Gemisches <SEP> in <SEP> Abhängigkeit
<tb> von <SEP> der <SEP> Katalysatorkonzentration <SEP> bei <SEP> 20 C
<tb> Katalysator
<tb> Menge <SEP> ccm <SEP> Konzentration <SEP> % <SEP> Verfestigungszeit
<tb> in <SEP> Minuten
<tb> 0,0 <SEP> 0 <SEP> unendlich
<tb> 5,0 <SEP> 0,5 <SEP> 90 <SEP> - <SEP> 95
<tb> <B>1</B>0,0 <SEP> 1,0 <SEP> 60 <SEP> - <SEP> 65 Bei Katalysatorkonzentrationen über 1 Gew.% treten zwar noch grössere Zeitverkürzungen auf, je doch werden die Endprodukte immer stärker wasser löslich. Dies ist für die meisten Verfestigungszwecke unerwünscht.
Means for sealing and consolidating soil layers and structures When carrying out building projects or securing existing buildings or in other cases, it often turns out to be necessary to consolidate the existing soils or structures.
In the case of dams, dams, construction pits, etc., on the other hand, it is often necessary to seal permeable layers in order to prevent the passage of liquids, usually water.
A number of methods have been developed for sealing and stabilizing floors. Reference should be made to the injection of cement milk as well as to the special chemical processes that are known under the name Joosten process and Monosol process and the like. a. are known. With the latter methods, water glass is used as the actual sealing and strengthening substance. By adding special chemicals - in the Joosten process by subsequently pressing in z. B.
Calcium chloride, in the monosol process by adding sodium aluminate to it prior to injection, ensures that the colloidally dissolved silicates in the water glass are converted into water-insoluble silicates and thereby solidify or seal the soil layers or structures to be consolidated either immediately or in a controllable time.
The disadvantage of this method is that two solutions have to be pressed into the soil one after the other, as with the Joosten method, or that when only one solution is used, as with the monosol method, silicate formation with a solid structure occurs before the injection. Particularly with fine capillary soils, such as silty fine sands, great difficulties arise when injecting. Processes are also known in which the addition of acidic inorganic substances lowers the pH of the water glass solution and silica gels precipitate.
However, the strength of these gels is very low.
It has also been proposed to lower the pH of the water glass solution by using organic substances that form acids with water, such as. B. acid anhydrides, acid esters, acid halides, sulfonic acid halides. The silica precipitated in this way had sufficient strength.
It has now been found that the time for sealing and consolidating soil layers and structures with a mixture of waterglass solution and organic substances that form acids with water can be shortened by adding catalysts to these mixtures. Possible catalysts are: alcohols, both normal and isomeric, monohydric and polyhydric; Esters, alcohols and ketones.
Of the monohydric alcohols, the normal and isomeric compounds from methyl to amyl alcohol are particularly suitable, and of the polyhydric alcohols, especially methyl glycol, ethylene glycol and glycerol are suitable. As ketones come z. B. acetone, methyl ethyl ketone and methyl i-propyl ketone in question.
The catalytically active substances are used in amounts of 0.1-1% by weight, based on the total amount of the mixture.
These quantities are sufficient to adjust the solidification time to any value necessary for a specific task. The reduction in response times can reach values of up to 75%. The invention is explained in more detail in the following examples.
EMI0002.0001
<I> Example <SEP> 1 </I>
<tb> 500 <SEP> ccm <SEP> sodium silicate solution, <SEP> 38 <SEP> B6 <SEP> (480 <SEP> gr <SEP> Na20
<tb> and <SEP> about <SEP> 1600 <SEP> gr <SEP> Si02 <SEP> per <SEP> liter
<tb> water glass solution)
<tb> 500 <SEP> ccm <SEP> water
<tb> 32.8 <SEP> ccm <SEP> o-toluenesulfochloride
<tb> (25 <SEP>% <SEP> the <SEP> theor.
<SEP> neutralization)
<tb> 20.0 <SEP> ccm <SEP> emulsifier <SEP> (sodium salt <SEP> of a <SEP> isopropyl alkylnaphthalenesulfonic acid)
<tb> 20.0 <SEP> ccm <SEP> emulsion stabilizer <SEP> (1% <SEP> ammoniacal <SEP> solution <SEP> of <SEP> polyacrylic acid)
<tb> x <SEP> ccm <SEP> catalyst <SEP> (butanol)
EMI0002.0002
<I> Table <SEP> 1 </I>
<tb> Solidification time <SEP> of the <SEP> mixture <SEP> in <SEP> dependency
<tb> of <SEP> the <SEP> catalyst concentration <SEP> at <SEP> 20 C
<tb> catalyst
<tb> amount <SEP> ccm <SEP> concentration <SEP>% <SEP> solidification time
<tb> in <SEP> minutes
<tb> 0.0 <SEP> 0.0 <SEP> 110 <SEP> - <SEP> 120
<tb> 1.0 <SEP> 0.1 <SEP> 70 <SEP> - <SEP> 75
<tb> 2.0 <SEP> 0.2 <SEP> 50 <SEP> - <SEP> 60
<tb> 5.0 <SEP> 0.5 <SEP> 45 <SEP> - <SEP> 50
<tb> 10.0 <SEP> 1,
0 <SEP> 40 <SEP> - <SEP> 45
EMI0002.0003
<I> Example <SEP> 2 </I>
<tb> 500 <SEP> ccm <SEP> sodium silicate solution, <SEP> 38 <SEP> B6 <SEP> (480 <SEP> gr <SEP> Na20
<tb> and <SEP> about <SEP> 1600 <SEP> gr <SEP> Si02 <SEP> to <SEP> 1 <SEP> liter
<tb> water glass solution)
<tb> 500 <SEP> ccm <SEP> water
<tb> 38.6 <SEP> ccm <SEP> aliphatic <SEP> acid chloride
<tb> C chain length <SEP> 7 <SEP> - <SEP> 9
<tb> 20.0 <SEP> ccm <SEP> emulsifier <SEP> (sodium salt <SEP> of a <SEP> isopropyl alkylnaphthalenesulfonic acid)
<tb> 20.0 <SEP> ccm <SEP> emulsion stabilizer <SEP> (1% <SEP> ammoniacal <SEP> solution <SEP> of <SEP> polyacrylic acid)
<tb> x <SEP> ccm <SEP> catalyst <SEP> (methylglycol)
EMI0002.0004
<I> Table <SEP> 2 </I>
<tb> Solidification time <SEP> of the <SEP> mixture <SEP> in <SEP> dependency
<tb> of <SEP> the <SEP> catalyst concentration <SEP> at <SEP> 20 C
<tb> catalyst
<tb> amount <SEP> ccm <SEP> concentration <SEP>% <SEP> solidification time
<tb> in <SEP> minutes
<tb> 0.0 <SEP> 0 <SEP> infinite
<tb> 5.0 <SEP> 0.5 <SEP> 90 <SEP> - <SEP> 95
<tb> <B> 1 </B> 0.0 <SEP> 1.0 <SEP> 60 <SEP> - <SEP> 65 At catalyst concentrations above 1% by weight, even greater time reductions occur, but the End products increasingly soluble in water. This is undesirable for most consolidation purposes.