Die Erfindung betrifft Kalkschutzsteine zur Minimierung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in einem Bauwerksentwässerungssystem, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung in Verfahren zur Minimierung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in Bauwerksentwässerungssystemen.
Unter Bauwerksentwässerungssystemen sind hier die Entwässerungssysteme von Bauwerken des Hoch- und Tiefbaus, beispielsweise von Gebäuden, Hochbauten, Bahnhöfen, Flughafenanlagen, Tunnelbauten, Stollen, Kavernen, Staumauern, Talsperren, Wasserkraftbauten, Erddämmen, Stützmauern, Strassenbauten, Quellfassungen oder provisorischen Baugruben sowie Hangentwässerungsanlagen zu verstehen.
Der hier verwendete Ausdruck "Entwässerungssysteme" umfasst sowohl die "primären Entwässerungssysteme" eines Bauwerks, die Elemente beinhalten, die nach Fertigstellung des Bauwerks nicht mehr frei zugänglich sind, wie z.B. Noppenbahnen bzw. -streifen, Drainagematten, Sickerpackungen um die Drainageleitungen herum, Öffnungen der Drainagerohre (aussen) und dgl., als auch die "sekundären Entwässerungssysteme" eines Bauwerks, die frei zugängliche Elemente beinhalten, wie z.B. Drainagerohre (innen), Kontrollschächte, Schlammsammler, Zuleitungen, Entwässerungsleitungen und dgl.
Bei der Entwässerung von Bauwerken des Hoch- und Tiefbaus fallen Grund- und Bergwässer (Sickerwässer) an, die einen unterschiedlich hohen Gehalt an gelösten, überwiegend anorganischen Wasserinhaltsstoffen aufweisen, die häufig harte Ablagerungen verursachen. Die Bildung von harten Ablagerungen aus überwiegend Carbonaten in Drainage- und Entwässerungssystemen wird auch als Versinterung bezeichnet. Unter der Versinterungsstärke ist die Menge an Carbonat-Ablagerungen zu verstehen, die pro m<3 >anfallendem Grund- und Bergwasser in einem Drainage- und Entwässerungssystem in einer definierten Zeiteinheit ausgeschieden wird, und der Versinterungsgrad beurteilt den Zustand eines Drainage- und Entwässerungssystems bezüglich der darin enthaltenen Carbonat-Ablagerungen.
Die Problematik der Versinterung von Bauwerksentwässerungssysteme ist in der Forschungsarbeit Nr. 16/90 des Vereins der Schweizer Strassenfachleute (VSS), die mit einem Schlussbericht im Januar 1996 unter dem Titel "Versinterungen von Entwässerungsleitungen, Ursachen und Gegenmassnahmen", abgeschlossen wurde, dargestellt. Darin werden als Ergebnis der Forschungsarbeit die folgenden Schlussfolgerungen gezogen: - die CO 2 -Konzentration (CO 2 -Partialdruck) der Porenluft im Boden nimmt i.a. mit zunehmender Tiefe zu und damit steigt auch der Anteil des Kohlensäuregehaltes (H+ und HCO 3 - ) im Wasser, sodass zusätzliches CaCO 3 gelöst wird; - beim Kontakt des Grund- und Bergwassers mit atmosphärischer Luft nimmt der CO 2 -Partialdruck i.a. wieder ab, d.h.
CO 2 entweicht aus dem Wasser in die Luft, sodass weniger CaCO 3 in Lösung bleiben kann und ein Teil ausfällt; - im Zusammenhang mit der Versinterung von Entwässerungssystemen spielen die zementgebundenen Baustoffe mit ihrem basischen Charakter und ihrem hohen Gehalt an Ca 2 + eine entscheidende Rolle. Die in dem Wasser gelöste Kohlensäure wird durch die Base Ca(OH) 2 neutralisiert und steht damit nicht mehr zur Lösung von CaCO 3 zur Verfügung. Zudem enthält vor allem junger Beton in den Poren selbst vielleicht lösliches Calciumhydroxid (Ca(OH) 2 ). Beides führt schliesslich zu einer starken Ausfällung von CaCO 3 .
Aus hydrologischer Sicht lassen sich drei grundsätzlich voneinander verschiedene Versinterungsmechanismen unterscheiden:
Typ 1: die Bildung von Ablagerungen durch natürliche Carbonat- bzw. Kalkübersättigung. Carbonat- bzw. kalkgesättigtes Bergwasser verliert einen Teil seines CO 2 -Gehaltes beim Eintritt in ein Bauwerksentwässerungssystem und verursacht als Folge einer Gleichgewichtsreaktion die Bildung von Carbonatablagerungen;
Typ 2: die Bildung von Ablagerungen durch pH-Wert-Erhöhung des Bergwassers, wie sie beispielsweise durch den Kontakt des Grund- und Bergwassers mit alkalischen Baustoffen (Beton) verursacht wird. Dadurch erhöht sich der pH-Wert des Grund- und Bergwassers und führt zu massiven Carbonatausfällungen;
Typ 3: die Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, durch kohlensaures Bergwasser im Kontakt mit Betonbauten. Kohlensaures Bergwasser bildet beim Zuströmen auf das Bauwerk als Folge der Druckentlastung Kohlendioxid-Gasblasen. Diese können nicht entweichen und strömen zusammen mit dem Bergwasser dem Hohlraum entgegen. Um die Gasblasen herum bildet sich eine aggressive kalklösende Umgebung. Beim Kontakt dieses Bergwassers mit Beton wird Calciumhydroxid aus der Zementmatrix herausgelöst und beim Eintritt des Bergwassers in das Entwässerungssystem durch Entweichen des überschüssigen CO 2 in Form von Carbonatablagerungen wieder ausgeschieden.
Unabhängig von ihrer Bildungsart verkleinern die bei der Versinterung entstehenden harten, festhaftenden Ablagerungen die Abflussquerschnitte der Entwässerungssysteme oder schliessen sie in Extremfällen sogar ganz. Als Folge davon können die anfallenden Wassermengen nicht mehr frei abfliessen, und es entstehen Rückstaus, die grosse Schäden verursachen können. Die Schäden reichen von unerwünschten Wasserinfiltrationen ins Bauwerksinnere über hohe Wasserdrucke auf die Bauwerksschale bis hin zu Eisbildungen auf Fahrbahnen und Vernässungen in Gewölben, verbunden mit der Gefahr von elektrischen Kurzschlüssen bei Bahntunneln und dergleichen. Zudem setzt der direkte Wasserkontakt die Dauerhaftigkeit (Lebensdauer) der Bauwerke herab.
Insbesondere bei solchen Bauwerken, deren Stabilität von der einwandfreien Funktionstüchtigkeit des Entwässerungssystems abhängig sind, kann die Bildung von Ablagerungen in dem Entwässerungssystem fatale Folgen haben. Diese Ablagerungen vermindern nämlich die Funktionsfähigkeit aller Teile eines Bauwerksentwässerungssystems.
In Teilen des primären Entwässerungssystems, beispielsweise den Sickergräben 10, Sickerschichten 11, Sanddrains 12, Geodrains 13 oder Drainagebohrungen im Fels 20 (vgl. die beiliegenden Zeichnungen Fig. 1 und 2) können Ablagerungen die Leistungsfähigkeit der Entwässerung reduzieren oder ganz zerstören. Im primären Teil eines Entwässerungssystems sind Unterhaltsarbeiten, wenn überhaupt, nur mit sehr hohem Aufwand möglich, wobei aufwändige Sanierungsarbeiten oft die einzige Möglichkeit darstellen, um die Funktionstüchtigkeit des Entwässerungssystems wiederherzustellen. In den Bereichen des sekundären Entwässerungssystems, beispielsweise in den Sickerleitungen 2, Rinnen 5, Gräben 6, Abschlüssen 7, Schlammsammlern 8 und Einlaufschächten 9 (vgl. die beiliegenden Zeichnungen Fig.
1 und 2) sind periodische Unterhaltsarbeiten zum Entfernen entstandener Ablagerungen wegen der besseren Zugänglichkeit zwar möglich, aber auch hier sind die periodischen Unterhaltsarbeiten sehr kostenintensiv und nicht immer erfolgreich. Man ist daher seit langem bestrebt, die Bildung dieser unerwünschten Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in Bauwerksentwässerungssystemen zu verringern oder zu verhindern. Nach den Angaben der Vereinigung der Schweizer Strassenfachleute (VSS) in dem oben genannten Schlussbericht vom Januar 1996 wird insbesondere durch die zur Herstellung der Entwässerungssysteme verwendeten Werkstoffe sowie deren Oberflächenbeschaffenheit die Wachstumsrate der Ablagerungen an den Wasser führenden Teilen stark beeinflusst.
Nach Meinung dieser Kommission sind nur konstruktive Massnahmen geeignet, die Bildung von harten Ablagerungen zu hemmen. In diesem Zusammenhang empfiehlt sie, den Wasserabfluss möglichst ruhig zu halten und die Wasser führenden Teile mit einer glatten Oberfläche zu versehen, um die Anhaftung von Ablagerungen zu verringern. Derartige Verfahren sind ebenfalls sehr kostspielig und darüber hinaus wenig wirksam. Die zurzeit gebräuchlichsten Verfahren zum Entfernen von Ablagerungen in Entwässerungssystemen sind die elektromechanische Reinigung mit Spezialwerkzeugen, beispielsweise Kanalfernsehen verbunden mit Robotik sowie Hochdruckspülen oder Hochdruckfräsen mit Wasser. Auch diese Verfahren sind ausserordentlich kostspielig und arbeitsintensiv und führen häufig zu unerwünschten Betriebsunterbrechungen.
Sind diese Arbeiten aus bautechnischen Gründen (beispielsweise in primären Entwässerungssystemen) nicht möglich oder führen sie nicht zu den gewünschten Ergebnissen, so kann die Funktionstüchtigkeit des Entwässerungssystems meist nur mit aufwändigen Sanierungsarbeiten wiederhergestellt werden.
Auch die bereits vorgeschlagene Konditionierung des Berg- oder Grundwassers mit handelsüblichen Wasserkonditionierungsmitteln, um die Bildung von Ablagerungen nach dem Eintritt in ein Bauwerksentwässerungssystem mittels mechanischer und elektronisch gesteuerter Dosierungsanlagen zu vermindern, hat sich als technisch ausserordentlich aufwändig erwiesen und ist mit hohen Investitions- und Unterhaltskosten verbunden. Darüber hinaus ist sie nicht anwendbar auf die primären Bauwerksentwässerungssysteme und führt auch dann nicht zu den gewünschten Ergebnissen, wenn die anfallenden Wassermengen starken Schwankungen unterworfen sind und die Entwässerungsanlage nur periodisch Wasser führt bzw. zeitweise trocken liegt.
Bei grossen Bauwerken wie Tunnelbauten können solche Schwankungen auch in einem einzelnen Bauwerk, über mehrere Stellen verteilt, auftreten und die Bergwasser-Austrittsstellen können sich innerhalb des einzelnen Bauwerks auch örtlich verlagern. Die in solchen Fällen erforderlichen Bauwerksentwässerungssysteme sind äusserst feingliedrig und verfügen über eine Vielzahl von Verästelungen und Nebenarmen, sodass dann eine gezielte Konditionierung des Bergwassers mittels Dosierungsanlagen in solchen Systemen technisch und finanziell sehr aufwändig ist.
Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Methode zur Verminderung bzw. Verhinderung der Entstehung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in Bauwerksentwässerungssystemen zu finden, die der oben genannten vielfältigen Problemstellung gerecht wird und sich nicht nur auf primäre und sekundäre Entwässerungssysteme anwenden lässt, sondern auch technisch einfach und wirtschaftlich durchführbar ist in den Fällen, in denen die anfallende Wassermenge nicht konstant ist, sondern starken Schwankungen unterworfen ist, und bei der keinerlei korrosive Wechselwirkungen mit den eingesetzten Bauwerksmaterialien, beispielsweise den Bauwerksabdichtungen, die in der Regel aus Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) bestehen, dem Beton, der Stahlarmierung, den Glasfaserankern oder dergleichen, eintreten.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass die oben genannte Aufgabe gelöst werden kann mittels Kalkschutzsteinen zur Minimierung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in einem Bauwerksentwässerungssystem und deren Verwendung in einem Verfahren zur Minimierung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in einem Bauwerksentwässerungssystem.
Gegenstand der Erfindung sind gemäss einem ersten Aspekt Kalkschutzsteine zur Minimierung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in einem Bauwerksentwässerungssystem, die gekennzeichnet sind durch einen Gehalt an mindestens einem Wasser-Konditionierungsmittel, gegebenenfalls im Gemisch mit mindestens einer Trägersubstanz und/oder Bindemittel, sowie gegebenenfalls weiteren üblichen Zusätzen, wie z.B. Fliessreguliermittel, Gleitmittel und/oder Konservierungsmittel.
Die erfindungsgemässen Kalkschutzsteine haben vorzugsweise einen homogenen oder strukturierten, insbesondere schichtenförmigen, Aufbau und sind vorzugsweise von beliebiger Grösse und Gestalt. Sie liegen vorzugsweise in gegossener oder gepresster Form, insbesondere in Form von Blöcken oder Tabletten, vor.
Die erfindungsgemässen Kalkschutzsteine enthalten mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 50 bis 100 Gew.-% Wasser-Konditionierungsmittel und als Rest Trägermaterial und/oder Bindemittel sowie gegebenenfalls weitere übliche Zusätze, wie z.B. Fliessreguliermittel, Gleitmittel und/oder Konservierungsmittel.
Letztere schützen die Kalkschutzsteine vor vorzeitigem Abbau (Zersetzung) durch Mikroorganismen, insbesondere sulfatreduzierende Mikroorganismen, wie sie in Grund- und Bergwässern enthalten sein können.
Die erfindungsgemässen Kalkschutzsteine können sowohl in dem primären als auch in dem sekundären Bauwerksentwässerungssystem eingesetzt werden. Bei Kontakt des anfallenden Grund- und Bergwassers (Sickerwassers) mit den Kalkschutzsteinen geben diese das in ihnen enthaltene Konditionierungsmittel ab und schützen so auf dem nachfolgenden Fliessweg das Entwässerungssystem vor der Entstehung von harten Ablagerungen (Versinterungen). Durch die spezifische Zusammensetzung und die Menge an Trägersubstanz in den Depotsteinen kann die Abgabemenge an Konditionierungsmittel in beliebiger Weise gesteuert werden.
Die erfindungsgemässen Kalkschutzsteine enthalten als Wasser-Konditionierungsmittel vorzugsweise Homopolymere, Copolymere oder Terpolymere von gesättigten oder ungesättigten, ein oder mehrere Hyd-roxy-, Oxo- oder Aminogruppen enthaltenden Mono-, Di-und Polycarbonsäuren und ihren Salzen, Estern, Amiden und Anhydriden, oxidierte Kohlen-hydrate, Proteine und Mischungen davon.
Besonders bevorzugte Wasser-Konditionierungsmittel sind Homopolymere, Copolymere oder Terpolymere von gesättigten oder einfach oder mehrfach ungesättigten Monocarbonsäuren, Dicarbonsäuren oder Polycarbonsäuren, die eine oder mehrere Hyd-roxy-, Oxo- oder Aminogruppen aufweisen, von deren Estern, Salzen, insbesondere Ammonium- und Alkalimetallsalzen, Amiden, Imiden und Anhydriden, insbesondere diejenigen von Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylamid, Methacrylamid, Maleinsäure, Maleinsäureamid oder -imid, Maleinsäureanhydrid, alpha -Aminobernsteinsäure, alpha -Aminobernsteinsäureamid oder -imid, alpha -Aminobernsteinsäureanhydrid, Itaconsäure (Methylenbernsteinsäure), Itaconsäureamid oder -imid, Itaconsäureanhydrid, alpha -Aminoglutarsäure, alpha -Aminoglutarsäureamid oder -imid, alpha -Aminoglutarsäureanhydrid, Aconitsäure (Propen-1,2,
3-tricarbonsäure), Mesaconsäure, Fumarsäure und sulfomethylieren oder sulfoethylierten Derivaten davon, die einzeln oder in Form einer Mischung eingesetzt werden können.
Als Wasser-Konditionierungsmittel besonders geeignet sind Bernsteinsäureamid, Polysaccharide, Polyoxycarbonsäuren und deren Copolymer, Proteine, insbesondere Polysuccinimid, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyacrylamide, Copolymere von Acrylsäure bzw. Methacrylsäure und Acrylamid, sulfomethylierte oder sulfoethylierte Polyacrylamide, Copolymere und Terpolyacrylamide, Copolymere von Acrylsäure bzw. Methacrylsäure und Acrylamid, sulfomethylierte oder sulfoethylierte Polyacrylamide, Copolymere und Terpolymere mit Acrylsäure und Maleinsäureester, Maleinsäureanhydrid-Polymere und Copolymere oder oxidierte Kohlenhydrate, wobei diese Produkte einzeln oder im Gemisch zur Herstellung von Kalkschutzsteinen eingesetzt werden können.
Als Trägersubstanz und/oder Bindemittel für die erfindungsgemässen Depotsteine besonders gut geeignet sind Gelatine, hydrophobe Fette, Wachse oder Harze, Hydrokolloidbildner wie Metolose, Hydroxypropylmethylcellulose und -ethylcellulose oder Fettsäuren, insbesondere Laurinsäure, gehärtetes Ricinusöl, Carnaubawachs, mikrokristalline Cellulose oder Gemische davon, die gegebenenfalls mit einem Fliessregulierungsmittel wie kolloidalem Siliciumdioxid einem Gleitmittel wie Saccharosestearat und/oder einem Konservierungsmittel wie Methylparaben oder Buthylparaben versetzt sind.
Besonders gut geeignete Kalkschutzsteine für die Behandlung von Grund- und Bergwässern mit einem pH-Wert von vorzugsweise 5 bis 9 sind solche, die 10 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 55 bis 95 Gew.-% Polycarbonsäure (vorzugsweise Polymere auf Acrylat- und Methacrylat-Basis) und 90 bis 0 Gew.-%, vorzugsweise 45 bis 5 Gew.-% Trägersubstanz, vorzugsweise Laurinsäure, enthalten.
Für die Konditionierung von Grund- und Bergwässern mit einem pH-Wert von vorzugsweise 7 bis 13 eignen sich besonders gut Kalkschutzsteine, die 10 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 100 Gew.-% Polysuccinimid mit einem Molekulargewicht von 3000 bis 6000 Dalton, insbesondere von 4000 bis 5000 Dalton, als Wasser-Konditionierungsmittel enthalten.
Die erfindungsgemässen Kalkschutzsteine können hergestellt werden unter Anwendung von Giessverfahren oder Pressverfahren.
Das Giessverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man das Wasser-Konditionierungsmittel mit der Trägersubstanz und/oder einem Bindemittel mit einem niedrigen Schmelzpunkt von vorzugsweise unter 60 DEG C in dem gewünschten Mengenverhältnis unter Erwärmen mischt und die dabei erhaltene Schmelze aus der Trägersubstanz und/oder dem Bindemittel mit den darin dispergierten Wasser-Konditionierungsmittel-Teilchen abkühlt und formt unter Bildung von homogenen Kalkschutzsteinen. Bei diesem Verfahren verwendet man als Trägersubstanz vorzugsweise Gelatine, hydrophobe Fette, Wachse oder Harze oder Mischungen davon.
Das Pressverfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Kalkschutzsteine ist dadurch gekennzeichnet, dass man das Wasser-Konditionierungsmittel mit pulverförmigen Trägersubstanzen und/oder Bindemitteln in dem gewünschten Mengenverhältnis trocken mischt und die dabei erhaltene trockene Mischung anschliessend zu Formkörpern verpresst. Als Trägersubstanz für dieses Verfahren besonders geeignet sind Hydrokolloidbildner wie Metolose, Hydroxypropylmethylcellulose und -ethylcellulose, Fettsäuren, insbesondere Laurinsäure, gehärtetes Ricinusöl, Carnaubawachs oder mikrokristalline Cellulose oder Mischungen davon.
Vor oder während der Herstellung der Kalkschutzsteine werden der Trägersubstanz vorzugsweise Fliessreguliermittel, beispielsweise kolloidales Siliciumdioxid, Gleitmittel, beispielsweise Saccharosestearat, und/oder Konservierungsmittel, beispielsweise Methylparaben oder Butylparaben, zugemischt. Die Konservierungsmittel schützen die Kalkschutzsteine vor vorzeitigem biologischem Abbau (Zersetzung) durch Mikroorganismen, beispielsweise sulfatreduzierende Mikroorganismen, wie sie überall in Grund- und Bergwässern vorkommen können. Den erfindungsgemässen Kalkschutzsteinen können zusätzlich auch herkömmliche Härtestabilisatoren, Dispergatoren oder Sequestriermittel zugesetzt werden, sodass sie auch gegen Neubildung von Ablagerungen, die durch natürliches kalkübersättigtes Bergwasser entstehen, geschützt sind.
Kalkschutzsteine, die Polysuccinimid als Wasser-Konditionierungsmittel enthalten, lassen sich besonders gut bei zementbedingten Ablagerungen einsetzen und für die Konditionierung von Bergwässern mit einem hohen pH-Wert, vorzugsweise in dem Bereich von 7 bis 13. Dagegen eignen sich Polycarbonsäure-Konditionierungsmittel besonders gut für die Konditionierung von Bergwässern mit niedrigeren pH-Werten, vorzugsweise in dem Bereich von 5 bis 10.
Gemäss einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Minimierung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in einem Bauwerksentwässerungssystem, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man dem abzuführenden Berg- oder Grundwasser Wasser-Konditionierungsmittel in Form von Kalkschutzsteinen, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, zugibt, die unter Berücksichtigung des Gefälles in das Bauwerksentwässerungssystem eingebracht werden.
Bei Neubauten werden die erfindungsgemässen Kalkschutzsteine in das primäre und/oder sekundäre Entwässerungssystem eingebracht, während sie bei bereits bestehenden Bauwerken dem sekundären Entwässerungssystem zugesetzt werden.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Depotsteine in solchen Mengen in dem Bauwerksentwässerungssystem angeordnet, dass sie an der Wasserzulauf-Stelle bei kleinen Wasserzulaufmengen vorzugsweise 0,5 bis 50 000 ppm, bei mittleren Wasserzulaufmengen vorzugsweise 0,5 bis 5000 ppm und bei konstanten hohen Wasserzulaufmengen vorzugsweise 0,5 bis 100 ppm Wasser-Konditionierungsmittel an das sie überströmende Grund- oder Bergwasser abgeben.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Kalkschutzsteine vorzugsweise in solcher Menge und solcher Anordnung in das Bauwerksentwässerungssystem eingebracht, dass am Ende des Entwässerungssystems der Wasser-Konditionierungsmittel-Gehalt in dem Berg- oder Grundwasser nicht weniger als 0,1 ppm beträgt. Besonders bevorzugt werden Kalkschutzsteine der vorstehend beschriebenen Art verwendet, die mit Drainagevliesen, Noppenfolien, Kunststoffdichtungsbahnen oder Halbschalen zur Wasserableitung verbunden sind und in das Bauwerk eingebracht werden.
Die Zugabemenge des Wasser-Konditionierungsmittels wird bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens durch die Anzahl und Anordnung sowie die Art und Zusammensetzung der Kalkschutzsteine in Abhängigkeit von der am Ende des Entwässerungssystems anfallenden Wassermenge in der gewünschten Weise gesteuert.
Als besonders geeignet hat sich erwiesen die Verwendung von Kalkschutzsteinen, die als Wasser-Konditionierungsmittel Polysuccinimid mit einem Molekulargewicht von 3000 bis 6000 Dalton, enthalten.
Bei genauer Kenntnis der anfallenden Wassermenge und des zugehörigen Wasserchemismus lässt sich die geeignete Menge an Konditionierungsmittel vom Fachmann leicht bestimmen, die erforderlich ist, um eine ausgeprägte Verminderung bzw. eine vollständige Verhinderung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in einem Entwässerungssystem zu bewirken. In der Regel genügen 2 ppm, d.h. 2 g Konditionierungsmittel zur erfolgreichen Behandlung von 1 m<3> anfallendem Grund- und Bergwasser. Die Konzentration an Konditionierungsmittel in dem Grund- und Bergwasser ist in unmittelbarer Nähe der Kalkschutzsteine natürlich viel höher und kann über 50 000, besonders bevorzugt über 5000 mg/l betragen. Sie nimmt aber auf dem nachfolgenden Fliessweg ab und sollte am Ende des Entwässerungssystems nicht weniger als 0,1 mg/l betragen.
Die Erfindung eignet sich zur Konditionierung der anfallenden Grund- und Bergwässer mit pH-Werten von 4,0 (gemessen 1998 im Sicherheitssstollen des Gotthard-Strassentunnels) bis zu 13 (gemessen 1980 während der Bauphase des Tunnels durch die Beeinflussung alkalischer Baustoffe). Nach der erfindungsgemässen Konditionierung wird das anfallende Grund- und Bergwasser in der Regel am Ende des Entwässerungssystems direkt in einen Vorfluter geleitet, da es den entsprechenden ökologischen Anforderungen genügt. Die erfindungsgemässe Wasser-Konditionierung ist auch geeignet für Entwässerungssysteme, in deren Bereich eine sehr hohe Luftfeuchtigkeit herrscht und deren Temperatur in tief liegenden Tunnelbauwerken bis zu 40 DEG C betragen kann.
Sie ist insbesondere geeignet für äusserst feingliedrige Bauwerksentwässerungssysteme, die über eine Vielzahl von Verästelungen und Nebenarmen verfügen, deren konventionelle Konditionierung sehr aufwändig und kostspielig wäre. Bei der erfindungsgemässen Konditionierung treten auch keinerlei korrosive Wechselwirkungen mit den eingesetzten Bauwerksmaterialien, wie beispielsweise den Bauwerksabdichtungen, die in der Regel aus PVC, PE oder PP bestehen, dem Beton, der Stahlarmierung, den Glasfaserankern oder dgl. auf, sodass die Dauerhaftigkeit des Bauwerks dadurch nicht beeinträchtigt wird. Die erfindungsgemässe Wasser-Konditionierung ist nicht nur technisch einfacher, sondern auch wirtschaftlicher als die konventionellen Reinigungsmethoden und die Konditionierung mittels mechanischer und elektronisch gesteuerter Dosieranlagen.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Zeichnungen für zwei Beispiele und einen Vergleichsversuch näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung der zurzeit gebräuchlichsten Elemente von Entwässerungssystemen.
Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung der zurzeit gebräuchlichsten Elemente von Entwässerungssystemen anhand eines Schnittes auf Höhe der Linie A-A der Fig. 1. Diese Darstellung gehört zum Beispiel 1.
Fig. 3 enthält zusammen mit der Fig. 2 alle wesentlichen Elemente, die ein Entwässerungssystem beinhalten kann. Die Elemente der Oberflächenentwässerung, dem so genannten sekundären Entwässerungssystem, sind: Rinnen 5, Gräben 6, Abschlüsse 7, Schlammsammler 8, und Einlaufschächte 9. Die Elemente der Drainagen, dem so genannten primären Entwässerungsystern, sind Sickergräben 10, Sickerleitungen 2 mit durchlässiger Wandung, z.B. unverfugte, gelochte oder geschlitzte Rohre, Rigolen, Sickerschichten 11, Sanddrains 12, z.B. Sickeranlagen aus Sandlagen, Geodrains 13, z.B. Sickeranlagen aus Kunststoff wie Drainagevliese, Noppenfolien oder Geotextilien, sowie Drainagebohrungen im Fels 20.
Die Elemente der Kanalisation (sekundäres Entwässerungssystem) sind Sammelleitungen 3, die das gesamte, ihnen durch Sekundärleitungen zugeführte Grund- und Bergwasser eines Abschnitts des Entwässerungssystems aufnehmen und ableiten, zudem Kontrollschächte 1 und Einlaufbauwerke 14. Die Elemente der Rückgabebauwerke sind Auslaufbauwerke 15, Rückhaltebecken 16, Versickerungsanlagen 17, Regenüberlauf 18 und Ölabscheider 19.
Fig. 3 gehört zu Beispiel 2 und 3 und zeigt einen Schnitt durch den Nationalstrassentunnel Crapteig der A 13 in der Schweiz im Bereich der Gehwegkonsole. Die Darstellung zeigt den Aufbau der verschiedenen Entwässerungsleitungen in diesem Strassentunnel. Die Darstellung enthält die Fahrbahnplatte 4, die Isolationssickerleitung 21, die Transportleitung 22 und die Drainageleitung 23, Kalkschutzsteine in Tablettenform in den Sickerpackungen der Drainageleitungen 24, sowie Kalkschutzsteine in Blockform in den Sickerpackungen der Drainageleitungen sowie in Drainagerohr 25. Beispiel 1: Verfahren zur Konditionierung des Grund- und Bergwassers
Im ersten Beispiel nach Fig. 1 und Fig. 2 erfolgt die Zugabe des Konditionierungsmittels über Kalkschutzsteine in die Elemente des Entwässerungssystems. Bei bestehenden Bauwerken lassen sich die Kalkschutzsteine ohne grösseren Aufwand nur im sekundären, d.h. dem zugänglichen Entwässerungssystem auslegen. Ein umfassender Schutz des Entwässerungssystems ist bei bestehenden Bauwerken also nur bedingt möglich. Bei Neubauten können die Kalkschutzsteine auch in das primäre Entwässerungssystem eingebaut werden. Wie lange ihre Wirksamkeit anhält, hängt von der Wasserführung an der jeweiligen Stelle und der Menge an eingebauten Kalkschutzsteinen ab. Bei Bedarf können Öffnungen eingebaut werden, die ein Nachfüllen der Kalkschutzsteine ermöglichen.
Bei einem durchschnittlichen Wasseranfall von 50 m<3> pro Laufmeter Drainagerohr und Jahr bedarf es rund 1 kg Kalkschutzsteine pro Laufmeter Drainagerohr, wenn eine Wirkzeit von 5 Jahren erreicht werden soll. Dabei sollte der Anteil der Trägersubstanzen zweckmässig < 50% betragen. Beispiel 2: Vergleichsversuch mit dem Versinterungstyp 2; pH-Werterhöhung des Grund- und Bergwassers
Im Nationalstrassentunnel Crapteig der A 13 wurde im Laufe des Jahres 1998 ein Vergleichsversuch zur Reduktion von Carbonatablagerungen in den Drainagerohren mit Kalkschutzsteinen unterschiedlicher Zusammensetzung durchgeführt. Die Fig. 3 zeigt den Strassentunnel im Bereich der Gehwegkonsole. Die Ausführungen der linken und rechten Seite des Tunnels sind identisch.
Der Bergwasseranfall, der Wasserchemismus sowie die Versinterungsstärke in beiden Drainagerohren 23 des Tunnels unterscheiden sich nur unwesentlich. Während achtzehn Monaten wurden in beiden Drainagerohren 23, unterhalb der rechten und linken Gehwegkonsole des Strassentunnels Kalkschutzsteine mit unterschiedlicher Zusammensetzung ausgelegt und deren Wirksamkeit für Bergwasser beurteilt. Die Kalkschutzsteine im Drainagerohr 23 unterhalb der Fahrspur nach Chur bestanden zu 80% aus pulverförmiger Polycarbonsäure (Polymer auf Acrylat/Methacrylat-Basis) mit 20% Laurinsäure als Trägersubstanz und wurden im Tablettierverfahren hergestellt. Demgegenüber bestanden die Kalkschutzsteine im Drainagerohr 23 unterhalb der Fahrspur San Bernardino zu 100% aus Polysuccinimid.
Im Verlauf des Versuchs hat sich gezeigt, dass bei Versinterungen, die durch den Versinterungstyp 2 entstehen, d.h. also durch eine pH-Werterhöhung des Bergwassers auf pH 13, Kalkschutzsteine mit Polysuccinimid eine doppelt so hohe Wirksamkeit besitzen wie Kalkschutzsteine aus Polycarbonsäuren.
Nachfolgende Untersuchungen haben ergeben, dass sich Polysuccinimid mit einem Molekulargewicht zwischen 3000 und 6000 Dalton als Konditionierungsmittel besonders gut eignet. Einerseits ist die Wirksamkeit dieses Polysuccinimids als Konditionierungsmittel in Kalkschutzsteinen bei hohen pH-Werten über 9 viel besser als bei allen übrigen Konditionierungsmitteln, und zudem wird dieses Polysuccinimid in die Wassergefährdungsklasse 1 (schwach wassergefährdend) eingeteilt, was ökologische Vorteile bietet.
Die unterschiedliche Härtestabilisations-Wirkung wird deutlich sichtbar, wenn man die an den verschiedenen Bergwasserproben gemessenen Ca-Härten betrachtet. Bergwasserproben mit Polycarbonsäuren als Konditionierungsmittel erreichen eine maximale Carbonathärte (Ca-Härte) von 13 DEG dH, während Bergwasserproben mit Polysuccinimid bis zu 16 DEG dH erreichen. Die Carbonathärte (Ca-Härte) des unbehandelten Bergwassers beträgt dagegen etwa 11 DEG dH. Grundsätzlich gilt, je höher die Ca-Härte des Grund- und Bergwassers, desto geringer die Neubildung von Kalkablagerungen im Entwässerungssystem. Die Dosiermengen an Konditionierungsmittel betrugen auf beiden Seiten des Entwässerungssystems rund 2 ppm (2 g pro m<3> anfallendem Grund- und Bergwasser), wobei diese Konzentrationen am Ende des Entwässerungssystem, beim Tunnelportal, ermittelt wurden.
Beispiel 3: Anwendung der Kalkschutzsteine
In der Fig. 3 ist der Nationalstrassentunnel Crap-teig der A 13 im Schnitt dargestellt. Zum Schutz der Isolationssickerleitung 21 vor der Bildung von harten Ablagerungen könnte beispielsweise ein Konditionierungsmittel über eine Dosieranlage in konstanten Mengen in flüssiger Form zugegeben werden. Bei sachgerechter Handhabung erfordert dieses Verfahren eine zuverlässige Dosieranlage mit entsprechender Ausrüstung. Bei der Vielzahl der Isolationssickerleitungen in einem Nationalstrassentunnel, im Schnitt > 200 Stück, wird der Aufwand für die Installation der Anlagen zu gross und finanziell unrentabel, weshalb hier diese Lösung nicht in Frage kommt. Alternativ dazu können Kalkschutzsteine 25 eingesetzt werden.
Kalkschutzsteine 25 eignen sich besonders an den Stellen, wo die anfallende Wassermenge nicht sehr gross ist, d.h. unter 2 l/s liegt in einem Entwässerungsabschnitt oder das Entwässerungssystem zeitweise trocken liegt. Ein Entwässerungssystem besteht in der Regel aus einer Vielzahl identischer Abschnitte wie z.B. einer einzelnen Isolationssickerleitung. Während dieser Trockenperiode bleibt der Kalkschutzstein an Ort und behält sein Wirkungspotenzial über Monate oder Jahr bei, ohne dabei an Substanz zu verlieren.
Enthalten die Kalkschutzsteine zusätzlich herkömmliche Härtestabilisatoren, Dispergatoren oder Sequestiermittel, so sind sie auch sehr gut geschützt gegen die Neubildung von Ablagerungen, die durch natürliches kalkübersättigtes Bergwasser entstehen. Enthalten die Kalkschutzsteine Polysuccinimid lassen sie sich besonders gut bei zementbedingten Ablagerungen einsetzen. Gerade in der Bauphase, der Periode mit den stärksten Versinterungen, tragen Kalkschutzsteine mit Polysuccinimid dazu bei, die Neu-bildung von Ablagerungen zu verhindern. Die Kalk-schutzsteine können auch vorgängig mit anderen Baumaterialien verbunden und in das Bauwerk eingebaut werden. Für diese Kombination eignen sich Drainagevliese, Noppenfolien, Sickerpackungen, Kunststoffhalbschalen zur direkten Wasserableitung, Kunststoffdichtungsbahnen und dergleichen.
Grundsätzlich sollte man versuchen, das anfallende Grund- und Bergwasser unmittelbar beim Austritt aus dem Fels zu konditionieren. Wegen der Vielzahl der Wassereintrittsstellen ist dies aus finanziellen Gründen mit Dosieranlagen nicht immer möglich und zudem bewegen sich häufig die Wassereintrittsstellen im Laufe der Zeit, sodass fest installierte Dosieranlagen ihre Wirkung verlieren würden. Deshalb sind flächendeckende Massnahmen durch Einbringen von Kalkschutzsteinen zum Schutze des primären und auch des sekundären Entwässerungssystems wirksamer und wirtschaftlicher.
The invention relates to limescale protection stones for minimizing the formation of deposits, in particular carbonate deposits, in a building drainage system, processes for their production and their use in processes for minimizing the formation of deposits, in particular carbonate deposits, in building drainage systems.
Building drainage systems are to be understood here as the drainage systems of buildings and civil engineering structures, for example buildings, high-rise buildings, train stations, airport facilities, tunnel structures, tunnels, caverns, dams, dams, hydropower structures, earth dams, retaining walls, road structures, spring catchments or provisional building pits and slope drainage systems ,
The term "drainage systems" used here encompasses both the "primary drainage systems" of a building, which contain elements that are no longer freely accessible after completion of the building, such as e.g. Dimpled sheets or strips, drainage mats, drainage packs around the drainage pipes, openings of the drainage pipes (outside) and the like, as well as the "secondary drainage systems" of a building, which contain freely accessible elements, such as e.g. Drainage pipes (inside), inspection shafts, sludge collectors, supply lines, drainage lines and the like.
In the drainage of buildings in civil engineering, groundwater and mountain water (leachate) occur, which have different levels of dissolved, predominantly inorganic water constituents, which often cause hard deposits. The formation of hard deposits from predominantly carbonates in drainage and drainage systems is also referred to as sintering. The sintering strength is to be understood as the amount of carbonate deposits per m <3> accumulating groundwater and mountain water in a drainage and drainage system is excreted in a defined unit of time, and the degree of sintering assesses the condition of a drainage and drainage system with regard to the carbonate deposits contained therein.
The problem of the sintering of building drainage systems is described in research work No. 16/90 by the Association of Swiss Road Experts (VSS), which was completed with a final report in January 1996 under the title "Sintering of drainage pipes, causes and countermeasures". The following conclusions are drawn as a result of the research work: - The CO 2 concentration (CO 2 partial pressure) of the pore air in the soil generally increases. with increasing depth and thus the proportion of carbon dioxide (H + and HCO 3 -) in the water increases, so that additional CaCO 3 is dissolved; - When the ground and mountain water comes into contact with atmospheric air, the CO 2 partial pressure generally increases. again, i.e.
CO 2 escapes from the water into the air so that less CaCO 3 can remain in solution and part of it fails; - In connection with the sintering of drainage systems, the cement-bound building materials with their basic character and their high content of Ca 2+ play a decisive role. The carbonic acid dissolved in the water is neutralized by the base Ca (OH) 2 and is therefore no longer available for the solution of CaCO 3. In addition, especially young concrete may contain soluble calcium hydroxide (Ca (OH) 2) in the pores themselves. Both ultimately lead to a strong precipitation of CaCO 3.
From a hydrological point of view, three fundamentally different sintering mechanisms can be distinguished:
Type 1: the formation of deposits through natural carbonate or lime oversaturation. Carbonate or lime-saturated mountain water loses part of its CO 2 content when it enters a building drainage system and causes the formation of carbonate deposits as a result of an equilibrium reaction;
Type 2: the formation of deposits by increasing the pH of the mountain water, as is caused, for example, by the contact of the ground and mountain water with alkaline building materials (concrete). This increases the pH of the groundwater and mountain water and leads to massive carbonate precipitation;
Type 3: the formation of deposits, especially carbonate deposits, from carbonated mountain water in contact with concrete structures. Carbonated mountain water forms carbon dioxide gas bubbles as it flows towards the building as a result of the pressure relief. These cannot escape and flow together with the mountain water towards the cavity. An aggressive limescale-dissolving environment forms around the gas bubbles. When this mountain water comes into contact with concrete, calcium hydroxide is released from the cement matrix and excreted when the mountain water enters the drainage system by escaping the excess CO 2 in the form of carbonate deposits.
Regardless of their type of formation, the hard, adherent deposits that occur during sintering reduce the drainage cross-sections of the drainage systems or, in extreme cases, even close them completely. As a result, the amount of water can no longer flow away freely, and there are backlogs that can cause great damage. The damage ranges from undesirable water infiltration into the interior of the building, high water pressure on the building shell, ice formation on carriageways and wetness in vaults, combined with the risk of electrical short-circuits in railway tunnels and the like. In addition, direct water contact reduces the durability (lifespan) of the structures.
In the case of such structures in particular, the stability of which depends on the proper functioning of the drainage system, the formation of deposits in the drainage system can have fatal consequences. These deposits reduce the functionality of all parts of a building drainage system.
In parts of the primary drainage system, for example the septic trenches 10, seepage layers 11, sand drains 12, geodrains 13 or drainage bores in the rock 20 (cf. the accompanying drawings FIGS. 1 and 2), deposits can reduce or completely destroy the efficiency of the drainage. In the primary part of a drainage system, maintenance work, if at all, can only be carried out with a great deal of effort, whereby complex renovation work is often the only way to restore the functionality of the drainage system. In the areas of the secondary drainage system, for example in the drainage pipes 2, channels 5, trenches 6, closures 7, sludge collectors 8 and inlet shafts 9 (see the accompanying drawings, Fig.
1 and 2) periodic maintenance work to remove deposits that have formed is possible because of the better accessibility, but here too the periodic maintenance work is very cost-intensive and not always successful. For a long time, efforts have therefore been made to reduce or prevent the formation of these undesirable deposits, in particular carbonate deposits, in building drainage systems. According to the Association of Swiss Road Experts (VSS) in the above-mentioned final report from January 1996, the growth rate of the deposits on the water-bearing parts is particularly influenced by the materials used to manufacture the drainage systems and their surface properties.
In the opinion of this commission, only constructive measures are suitable to inhibit the formation of hard deposits. In this context, she recommends keeping the water drain as calm as possible and providing the water-carrying parts with a smooth surface in order to reduce the build-up of deposits. Such methods are also very expensive and, moreover, are not very effective. The currently most common methods for removing deposits in drainage systems are electromechanical cleaning with special tools, for example sewer television combined with robotics, as well as high-pressure flushing or high-pressure milling with water. These processes are also extremely expensive and labor-intensive and often lead to undesired business interruptions.
If this work is not possible for structural reasons (for example in primary drainage systems) or if it does not lead to the desired results, the functionality of the drainage system can usually only be restored with extensive renovation work.
The conditioning of the mountain or groundwater with commercially available water conditioning agents, which has already been proposed, in order to reduce the formation of deposits after entering a building drainage system by means of mechanically and electronically controlled dosing systems, has also proven to be technically extremely complex and is associated with high investment and maintenance costs , In addition, it is not applicable to the primary building drainage systems and does not lead to the desired results even if the water volumes are subject to strong fluctuations and the drainage system only carries water periodically or is temporarily dry.
In the case of large structures such as tunnels, such fluctuations can also occur in a single structure, distributed over several locations, and the mountain water outlet points can also move locally within the individual structure. The building drainage systems required in such cases are extremely delicate and have a large number of branches and side arms, so that targeted conditioning of the mountain water by means of dosing systems in such systems is technically and financially very complex.
The object of the invention was therefore to find a method for reducing or preventing the formation of deposits, in particular carbonate deposits, in building drainage systems, which does justice to the abovementioned various problems and can be applied not only to primary and secondary drainage systems, but also technically is simple and economically feasible in cases where the amount of water is not constant, but is subject to strong fluctuations, and in which there are no corrosive interactions with the building materials used, for example the building seals, which are usually made of polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE) or polypropylene (PP) exist, the concrete, the steel reinforcement, the glass fiber anchors or the like occur.
It has now surprisingly been found that the above-mentioned object can be achieved by means of limescale protection stones to minimize the formation of deposits, in particular carbonate deposits, in a building drainage system and their use in a method for minimizing the formation of deposits, in particular carbonate deposits, in a building drainage system.
According to a first aspect, the invention relates to limestone protection stones for minimizing the formation of deposits, in particular carbonate deposits, in a building drainage system, which are characterized by a content of at least one water conditioning agent, optionally in a mixture with at least one carrier substance and / or binder, and, if appropriate other usual additives, such as Flow regulators, lubricants and / or preservatives.
The limescale protection stones according to the invention preferably have a homogeneous or structured, in particular layered, structure and are preferably of any size and shape. They are preferably in cast or pressed form, in particular in the form of blocks or tablets.
The limescale protection stones according to the invention contain at least 10% by weight, preferably at least 25% by weight, particularly preferably 50 to 100% by weight of water conditioning agent and, as the remainder, carrier material and / or binder and, if appropriate, other customary additives, such as, for example, Flow regulators, lubricants and / or preservatives.
The latter protect the limestone protection stones from premature degradation (decomposition) by microorganisms, in particular sulfate-reducing microorganisms, as can be contained in groundwater and mountain water.
The limescale blocks according to the invention can be used both in the primary and in the secondary building drainage system. When the groundwater and mountain water (leachate) comes into contact with the limestone protection stones, they release the conditioning agent they contain and thus protect the drainage system from the formation of hard deposits (sintering) on the subsequent flow path. Due to the specific composition and the amount of carrier substance in the depot stones, the amount of conditioning agent dispensed can be controlled in any way.
The limescale protection stones according to the invention preferably contain, as water conditioning agents, homopolymers, copolymers or terpolymers of saturated or unsaturated mono-, di- and polycarboxylic acids containing one or more hydroxy, oxo or amino groups and their salts, esters, amides and anhydrides, oxidized Carbohydrates, proteins and mixtures thereof.
Particularly preferred water conditioning agents are homopolymers, copolymers or terpolymers of saturated or mono- or polyunsaturated monocarboxylic acids, dicarboxylic acids or polycarboxylic acids which have one or more hydroxy, oxo or amino groups, their esters, salts, in particular ammonium and alkali metal salts , Amides, imides and anhydrides, especially those of acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide, methacrylamide, maleic acid, maleic acid amide or imide, maleic anhydride, alpha-amino succinic acid, alpha-amino succinic acid amide or imide, alpha-amino succinic anhydride, itaconic acid or itaconic acid (methacrylic acid), itaconic acid (methacrylic acid), itaconic acid (methacrylic acid), itaconic acid, imide, itaconic anhydride, alpha-aminoglutaric acid, alpha-aminoglutaric acid amide or imide, alpha-aminoglutaric anhydride, aconitic acid (propene-1,2,
3-tricarboxylic acid), mesaconic acid, fumaric acid and sulfomethylating or sulfoethylated derivatives thereof, which can be used individually or in the form of a mixture.
Particularly suitable water conditioning agents are succinic acid amide, polysaccharides, polyoxycarboxylic acids and their copolymers, proteins, in particular polysuccinimide, polyacrylates, polymethacrylates, polyacrylamides, copolymers of acrylic acid or methacrylic acid and acrylamide, sulfomethylated or sulfoethylated polyacrylamides, copolymers and terpolyacrylamide or copolymers of Methacrylic acid and acrylamide, sulfomethylated or sulfoethylated polyacrylamides, copolymers and terpolymers with acrylic acid and maleic acid esters, maleic anhydride polymers and copolymers or oxidized carbohydrates, whereby these products can be used individually or as a mixture for the production of limescale protection stones.
Gelatin, hydrophobic fats, waxes or resins, hydrocolloid formers such as metolose, hydroxypropylmethyl cellulose and ethyl cellulose or fatty acids, in particular lauric acid, hydrogenated castor oil, carnauba wax, microcrystalline cellulose or mixtures thereof, are particularly suitable as a carrier substance and / or binder for the depot stones according to the invention a flow control agent such as colloidal silicon dioxide, a lubricant such as sucrose stearate and / or a preservative such as methyl paraben or butyl paraben are added.
Particularly suitable limescale protection stones for the treatment of groundwater and mountain water with a pH of preferably 5 to 9 are those which contain 10 to 100% by weight, preferably 55 to 95% by weight, of polycarboxylic acid (preferably polymers based on acrylate and Methacrylate base) and 90 to 0 wt .-%, preferably 45 to 5 wt .-% carrier, preferably lauric acid.
Lime protection stones containing 10 to 100% by weight, preferably 50 to 100% by weight polysuccinimide with a molecular weight of 3,000 to 6,000 Daltons are particularly suitable for conditioning groundwater and mountain water with a pH of preferably 7 to 13 , in particular from 4000 to 5000 daltons, as a water conditioning agent.
The limescale protection stones according to the invention can be produced using casting processes or pressing processes.
The casting process is characterized in that the water conditioning agent is mixed with the carrier substance and / or a binder with a low melting point, preferably below 60 ° C., in the desired quantitative ratio with heating, and the melt obtained in this way from the carrier substance and / or the binder with the water-conditioning agent particles dispersed therein cools and forms with the formation of homogeneous limescale protection stones. In this process, the carrier substance used is preferably gelatin, hydrophobic fats, waxes or resins or mixtures thereof.
The pressing process for producing the limescale protection stones according to the invention is characterized in that the water conditioning agent is dry-mixed with powdered carrier substances and / or binders in the desired quantitative ratio and the dry mixture obtained in this way is then pressed into shaped bodies. Hydrocolloid formers such as metolose, hydroxypropylmethyl cellulose and ethyl cellulose, fatty acids, especially lauric acid, hardened castor oil, carnauba wax or microcrystalline cellulose or mixtures thereof are particularly suitable as carriers for this process.
Before or during the production of the limescale protection stones, flow control agents, for example colloidal silicon dioxide, lubricants, for example sucrose stearate, and / or preservatives, for example methyl paraben or butyl paraben, are preferably added to the carrier substance. The preservatives protect the limestone protection stones from premature biodegradation (decomposition) by microorganisms, for example sulfate-reducing microorganisms, which can occur anywhere in ground and mountain water. Conventional hardness stabilizers, dispersants or sequestering agents can also be added to the limescale protection stones according to the invention, so that they are also protected against the formation of new deposits caused by natural lime-saturated mountain water.
Limescale protection stones, which contain polysuccinimide as a water conditioning agent, can be used particularly well for cement-related deposits and for the conditioning of mountain water with a high pH value, preferably in the range from 7 to 13. In contrast, polycarboxylic acid conditioning agents are particularly suitable for the Conditioning of mountain waters with lower pH values, preferably in the range from 5 to 10.
According to a further aspect, the present invention relates to a method for minimizing the formation of deposits, in particular carbonate deposits, in a building drainage system, which is characterized in that water conditioning agent in the form of limescale stones, as described above, is added to the mountain or groundwater to be discharged are admitted, which are introduced into the building drainage system taking into account the gradient.
In new buildings, the limescale protection stones according to the invention are introduced into the primary and / or secondary drainage system, while in existing structures they are added to the secondary drainage system.
When carrying out the method according to the invention, the depot stones are arranged in the building drainage system in such quantities that they are preferably 0.5 to 50,000 ppm at the water inlet point for small water inlet quantities, preferably 0.5 to 5000 ppm for medium water inlet quantities and at constant high ones Water supply quantities preferably 0.5 to 100 ppm water conditioning agent to the overflowing ground or mountain water.
When the method according to the invention is carried out, the limescale protection stones are preferably introduced into the building drainage system in such an amount and in such an arrangement that the water conditioning agent content in the mountain or groundwater is not less than 0.1 ppm at the end of the drainage system. Limestone blocks of the type described above are particularly preferably used, which are connected to drainage fleeces, dimpled sheets, plastic sealing sheets or half-shells for water drainage and are introduced into the building.
When the method according to the invention is carried out, the amount of water conditioning agent added is controlled in the desired manner by the number and arrangement, and the type and composition of the limescale protection stones, depending on the amount of water obtained at the end of the drainage system.
It has proven particularly suitable to use limescale protection stones which contain polysuccinimide with a molecular weight of 3000 to 6000 daltons as water conditioning agent.
With a precise knowledge of the amount of water and the associated water chemistry, the person skilled in the art can easily determine the appropriate amount of conditioning agent that is required to bring about a marked reduction or complete prevention of the formation of deposits, in particular carbonate deposits, in a drainage system. As a rule, 2 ppm is sufficient, i.e. 2 g conditioning agent for the successful treatment of 1 m <3> accumulating groundwater and mountain water. The concentration of conditioning agent in the groundwater and mountain water is of course much higher in the immediate vicinity of the limescale protection stones and can be over 50,000, particularly preferably over 5000 mg / l. However, it decreases on the subsequent flow path and should not be less than 0.1 mg / l at the end of the drainage system.
The invention is suitable for conditioning the resulting groundwater and mountain water with pH values from 4.0 (measured in 1998 in the safety tunnel of the Gotthard road tunnel) to 13 (measured in 1980 during the construction phase of the tunnel by influencing alkaline building materials). After the conditioning according to the invention, the groundwater and mountain water that is produced is generally conducted directly into a receiving water at the end of the drainage system, since it meets the corresponding ecological requirements. The water conditioning according to the invention is also suitable for drainage systems in which there is very high atmospheric humidity and the temperature of which can be up to 40 ° C. in deep-lying tunnel structures.
It is particularly suitable for extremely delicate building drainage systems that have a large number of branches and side arms, the conventional conditioning of which would be very complex and costly. In the conditioning according to the invention, there are also no corrosive interactions with the building materials used, such as the building seals, which usually consist of PVC, PE or PP, the concrete, the steel reinforcement, the glass fiber anchors or the like, so that the durability of the building is thereby is not affected. The water conditioning according to the invention is not only technically simpler, but also more economical than the conventional cleaning methods and conditioning by means of mechanical and electronically controlled metering systems.
The invention will be explained in more detail below with reference to drawings for two examples and a comparison test.
Fig. 1 shows the schematic representation of the currently most common elements of drainage systems.
FIG. 2 shows the schematic representation of the currently most common elements of drainage systems on the basis of a section at the line A-A of FIG. 1. This representation belongs to example 1.
FIG. 3 together with FIG. 2 contains all the essential elements that a drainage system can contain. The elements of surface drainage, the so-called secondary drainage system, are: gutters 5, trenches 6, closures 7, sludge collectors 8, and inlet shafts 9. The elements of the drainages, the so-called primary drainage system, are septic tanks 10, seepage pipes 2 with permeable walls, eg unauthorized, perforated or slotted pipes, trenches, seepage layers 11, sand drains 12, e.g. Seepage systems made of sand, geodrains 13, e.g. Infiltration systems made of plastic such as drainage fleeces, dimpled sheets or geotextiles, as well as drainage holes in rock 20.
The elements of the sewage system (secondary drainage system) are collecting pipes 3, which absorb and discharge the entire groundwater and mountain water of a section of the drainage system, which are supplied to them by secondary pipes, as well as inspection shafts 1 and inlet structures 14. The elements of the return structures are outlet structures 15, retention basins 16, Infiltration systems 17, rain overflow 18 and oil separator 19.
Fig. 3 belongs to Examples 2 and 3 and shows a section through the national road tunnel Crapteig of the A 13 in Switzerland in the area of the sidewalk console. The illustration shows the structure of the various drainage pipes in this road tunnel. The illustration contains the roadway slab 4, the insulation seepage line 21, the transport line 22 and the drainage line 23, limestone protection stones in tablet form in the seepage packs of the drainage lines 24, and limescale protection stones in block form in the seepage packings of the drainage lines and in the drainage pipe 25 Groundwater and mountain water
In the first example according to FIGS. 1 and 2, the conditioning agent is added to the elements of the drainage system via limescale protection stones. In existing structures, the limescale protection stones can only be used in the secondary, i.e. the accessible drainage system. Comprehensive protection of the drainage system is therefore only possible to a limited extent in existing buildings. In new buildings, the limescale protection stones can also be installed in the primary drainage system. How long their effectiveness lasts depends on the water supply at the respective point and the amount of limescale protection stones installed. If necessary, openings can be installed that allow refilling of the limescale protection stones.
With an average waterfall of 50 m <3> per running meter of drainage pipe and year requires around 1 kg of limescale protection stones per running meter of drainage pipe if an effective time of 5 years is to be achieved. The proportion of carrier substances should be appropriate <50%. Example 2: Comparison test with sintering type 2; pH increase in groundwater and mountain water
In the national road tunnel Crapteig on the A 13, a comparison test was carried out in 1998 to reduce carbonate deposits in the drainage pipes using limescale protection stones of different compositions. 3 shows the road tunnel in the area of the sidewalk console. The left and right sides of the tunnel are identical.
The amount of mountain water, the water chemistry and the sintering strength in both drainage pipes 23 of the tunnel differ only slightly. For eighteen months, limestone protection stones with different compositions were laid out in both drainage pipes 23, below the right and left sidewalk consoles of the road tunnel, and their effectiveness for mountain water was assessed. The limescale protection stones in the drain pipe 23 below the lane to Chur consisted of 80% powdered polycarboxylic acid (polymer based on acrylate / methacrylate) with 20% lauric acid as the carrier substance and were produced in the tabletting process. In contrast, the limescale protection stones in drain pipe 23 below the San Bernardino lane consisted of 100% polysuccinimide.
In the course of the experiment, it has been shown that in the case of sintering that results from sintering type 2, i.e. So by increasing the pH value of the mountain water to pH 13, limestone protection stones with polysuccinimide are twice as effective as limestone protection stones made from polycarboxylic acids.
Subsequent investigations have shown that polysuccinimide with a molecular weight between 3000 and 6000 daltons is particularly suitable as a conditioning agent. On the one hand, the effectiveness of this polysuccinimide as a conditioning agent in limescale protection stones at high pH values above 9 is much better than that of all other conditioning agents, and in addition, this polysuccinimide is classified in water hazard class 1 (slightly hazardous to water), which offers ecological advantages.
The different hardness stabilization effect is clearly visible when you look at the Ca hardness measured on the different mountain water samples. Mountain water samples with polycarboxylic acids as conditioning agents achieve a maximum carbonate hardness (Ca hardness) of 13 DEG dH, while mountain water samples with polysuccinimide reach up to 16 DEG dH. In contrast, the carbonate hardness (Ca hardness) of the untreated mountain water is about 11 ° dH. Basically, the higher the Ca hardness of the ground and mountain water, the less the formation of new limescale in the drainage system. The dosing quantities of conditioning agent on both sides of the drainage system were around 2 ppm (2 g per m <3> accumulating groundwater and mountain water), these concentrations being determined at the end of the drainage system, at the tunnel portal.
Example 3: Use of limescale protection stones
In Fig. 3 the national road tunnel Crap-dough of the A 13 is shown in section. To protect the insulation seepage line 21 from the formation of hard deposits, for example, a conditioning agent could be added in constant amounts in liquid form via a dosing system. If handled properly, this process requires a reliable dosing system with appropriate equipment. With the large number of insulation drainage pipes in a national road tunnel, on average> 200 pieces, the effort for installing the systems is too large and financially unprofitable, which is why this solution is out of the question here. As an alternative, limescale protection stones 25 can be used.
Limestone protection stones 25 are particularly suitable in places where the amount of water is not very large, i.e. is below 2 l / s in a drainage section or the drainage system is temporarily dry. A drainage system usually consists of a large number of identical sections, e.g. a single insulation drainage pipe. During this dry period, the limestone protection stone remains in place and retains its effectiveness for months or years without losing its substance.
If the limescale protection stones also contain conventional hardness stabilizers, dispersants or sequestering agents, they are also very well protected against the formation of new deposits caused by natural lime-saturated mountain water. If the limescale protection stones contain polysuccinimide, they can be used particularly well for cement-related deposits. Especially in the construction phase, the period with the strongest sintering, limestone protection stones with polysuccinimide help to prevent the formation of new deposits. The limescale protection stones can also be previously connected to other building materials and installed in the building. Drainage fleeces, dimpled sheets, percolation packs, plastic half-shells for direct water drainage, plastic sealing sheets and the like are suitable for this combination.
Basically, you should try to condition the groundwater and mountain water immediately upon exiting the rock. Due to the large number of water entry points, this is not always possible for financial reasons with dosing systems and, moreover, the water entry points often move over time, so that permanently installed dosing systems would lose their effect. For this reason, measures covering the entire area by introducing limescale protection stones to protect both the primary and secondary drainage systems are more effective and more economical.