DD278392A1 - Verfahren zum verschliessen einer oertlich begrenzten undichtigkeit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschliessen von oertlichen Undichtigkeiten an im unterirdischen Bauraum verlegten Rohrleitungen. Das Ziel der Erfindung ist die Wiederherstellung der Dichtigkeit, Erhoehung der Bestaendigkeit, Verbesserung des Verformungsverhaltens bei ausreichend hoher Festigkeit des Bereiches der oertlichen Undichtigkeit. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit teilweise bekannten Abdichtungsvorrichtungen ein Gemisch aus Alkalisilicaten und Polyurethanpraepolymeren und/oder Isocyanaten in die oertliche Undichtigkeit einzupressen, dass die Dichtigkeit wieder hergestellt wird und dadurch die Bestaendigkeit erhoeht und das Verformungsverhalten bei ausreichender Festigkeit verbessert wird. Erfindungsgemaess wird ein Gemisch auf der Basis von Alkalisilicat und Polyurethanpraepolymer und/oder Isocyanaten im Verhaeltnis 1:10 bis 10:1 mit Zusatz eines Mischungshilfsmittels, z. B. eines Emulgators, und eines Beschleunigers oder Verzoegerers hergestellt und in die Undichtigkeit eingepresst bzw. injiziert, so dass diese durch die chemische Reaktion der Komponenten abgedichtet und verfestigt wird.

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Veranließen von örtlich begrenzt vorhandenen bzw. auftretenden Undichtigkeiten unter Verwendung eines Gemisches auf der Basis von Alkalisilicat und Polyurethanpräpolymer und/oder Isocyanaten und mit Zusatz eines Mischungshilfsmittels, z. B. eines Emulgators oder Verzögerers. Das Verfahren wird insbesondere an Rohrleitungen des Abwassernetzes im unterirdischen Bauraum angewendet; des weiteren auch in geologischen Formationen wie Lockergestein und dergleichen Körper.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Verfahren zürn Verschließen von örtlichen Undichtigkeiten an im unterirdischen Bauraum verlegten Rohrleitungen werden seit vielen Jahren erfolgreich in verschiedenen Bereichen der Wirtschaft eingesetzt (Stein; Niederehe/Instandhaltung von Kanalisationen - Berlin, Verlag Ernst & Sohn -1987).

Für das Verschließen der örtlichen Undichtigkeiten an im unterirdischen Bauraum verlegten Rohrleitungen werden Abdichtvorrichtungen eingesetzt. Bei den Verfahren zum Verschließen der örtlichen Undichtigkeiten an im unterirdischen Bauraum verlegten Rohrleitungen werden unterschiedliche Abdichtmaterialien eingesetzt. Am gebräuchlichsten sind Abdichtmaterialien auf der Basis von Alkalisilicaten und wasserlöslichen hydrogelbildenden Stoffen.

Ausgehend von den gewonnenen Erkenntnissen bei der Verwendung von Alkalisilicaten in der Injektionstechnik erfolgt auch eine Applikation als Abdichtmaterial mit Hilfe von Packern. Grundprinzip der Aushärtung von Alkalisilicaten ist dabei die Inaktivierung der negativ geladenen, kolloidalen Kieselsäureionen durch den Zusatz von positiv geladenen Wasserstoffionen.

Praktisch besitzt diese Prinziplösung eine Reihe von Nachteilen; wesentlich ist die fehlende chemische Einbeziehung der verschiedenen Härtungsmittel in die Gelbildung der Kieselsäureionen. Als Folge dieser technischen Lösung besitzen Gele aus Alkalisilicaten eine hohe Schrumpfung (Synärese), die vor allem in grobkörnigen Lockergesteinen zu wenig dichten Substanzen und einer geringen Festigkeit führen.

In der Praxis kann deshalb mit Alkalisilicaten keine höhere Dichtheit als k = 10~⁶cm/s erzielt werden. Außerdem ist durch Synärese und Lösungsprozesse mit einer relativ schnellen Abnahme der Dichtheit auf k = KT^cm/s zu rechnen. Dies ist in Fachkreisen seit vielen Jahren bekannt. Die. Temperaturabhängigkeit dieser Verfestigungsreaktion ist sehr groß und ergibt unter 10°C inhomogene, instabile Produkte.

Ein weiterer Nachteil der Gelbildung von Alkalisilicaten durch Säuren ist die chemische Umkahrbarkeit dieser Reaktion durch Zutritt von OH-Ionen (z.B. aus dem Grundwasser), so daß unter ungünstigen Umständen derartige Gele im nichtbindigen Lockergestein nur eine geringe Beständigkeit besitzen. Praktisch führt dies zu erheblichen Verschmutzungen des Grundwassers (Grundwasserbeeinflussung durch Silikatgelinjektionen, Müller-Kirchenbauer, H., Savidis, S.A.-in: Veröffentlichungen des Grundbauinstitutes der Technischen Universität Berlin (West), Heft 12,1982).

In der Patentliteratur wird deshalb z. B. die Zugabe von stark wasserbindenden Chemikalie η vorgeschlagen, um dadurch die Dichtheit zu erhöhen und den Zutritt von OH-Ionen aus dem Grundwasser zu verringern (CiD-PS 21276).

Das Hauptproblem, die Nichteinbeziehung des Härtungsmittels in die Reaktion, wird damit aber nicht gelöst.

In neuen Patentschriften wird deshalb ein Härtungsmittel für Alkalisilicate vorgeschlagen, welches mit diesem chemisch eine Bindung eingeht (DD-PS 147950, DD-PS 237865, DD-PS 237866). Dabei handelt es sich um polymere Salze des Diallyldimethylammoniumchlorids. Praktisch bereitet diese I jsung aber Probleme, weil die hochviskosen, polymeren Salze für die Anwendung erst mit viel Wasser verdünnt werden müssen. Außerdem sind die Ausgangsstoffe in einem stöchiometrisch genauen Verhältnis zu mischen, damit kein unvernetztes Alkalisilicat oder polymeres Salz zu einem inhomogenen, leicht löslichen Produkt führt.

Nach dem Verpressen der undichten Stelle entsteht ein sehr fester und starrer Körper, bestehend als Alkalisilicat und Lockergestein, der ungünstige Verformungseigenschaften besitzt. Die erforderliche Flexibilität von Muffenverbindungen an Rohrleitungen geht durch den Prozeß verloren. Gleichzeitig können die statischen Auflagerungsbedingungen nachteilig verändert werden.

Eine weitere Entwicklungsrichtung befaßte sich mit wasserlöslichen hydrogelbildenden Stoffen (DD-AP 202328, US-PS 4.199.625, DD-AP 202327, GEO/CHEM AC 400 Chemical-Grout Firmenschrift der Geochemical Corporation, Ridgewood, USA). Das Grundprinzip der Gelbildung beruht auf der Polymf risation der eingesetzten Monomere unter Einbeziehung von Wasser und verschiedenen Hilfsstoffen.

Die Nachteile dieser Stoffe bei der Anwendung bestehen in der geringen Haltbarkeit bei der Lagerung (u.a. Selbstpolymerisation) sowie der Giftigkeit (u. a. im Stopping water wich chemical grout/Jaques, W. B. - Civil Engineering (ASCE) - New York 51 [1981 ]

12. - S. 59-62). Die Eigenschaften dieser Stoffe bezogen auf den Anwendungsfall als Abdichtmittel sind unterschiedlich. Der ausgebildete Körper nach dem Verpressen der undichten Stellen zeichnet sich durch eine gute Beständigkeit und Dichtheit aus.

Durch den hohen Wassergehalt zeigen die Stoffe ein viskoelastisches Verformungsverhalten bereits bei geringen mechanischen Belastungen. Die Gewährleistung einer ausreichenden Stabilisierung der Rohrleitung im unterirdischen Bauraum kann deshalb insbesondere bei Vorhandensein von Grundwasser nicht gesichert werden. Durch den ausgelösten Fließvorgang des Stoffes geht auch die Abdichtwirkung verloren.

Weitere Forschungen (z. B. Schaumstoffentwicklung) haben das Ziel, die Nachteile der genannten organischen und anorganischen Stoffe durch Kombination zu kompensieren (DE-PS 2734692).

So werden u.a. Isocyanate, Polyisocyanate und Präpolymere in Kombination mit Alkalisilicaten zur Herstellung von Schaumstoffen eingesetzt (DE-OS 2359609, DE-OS 3625278), wobei deren Anwendung jedoch auf Grund der relativ hohen Viskosität und der Giftigkeit der Ausgangsstoffe eingeschränkt ist. Eine Anwendung von Polyisocyanaten in Kombination mit Alkalisilicaten zur Abdichtung von Klüften in unterirdischen Baukonstruktionen wird in DE-OS 3538791 vorgeschlagen. Nachteil bei diesem Stoff ist die geringe Reaktivität und das durch die hohe Festigkeit bedingte geringe Verformungsverhalten.

Zi'ei der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, die Undichtigkeiten vor allem von Rohrleitungen im unterirdischen Bauraum und anderen geologischen Formationen und Körpern durch eine Materialkombination in einfacher Weise zu verschließen, die Beständigkeit zu erhöhen, das Verformungsverhalten zu verbessern und unterirdischen Baukonstruktionen sowi.3 den umgebenden Bauraum zu stabilisieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verschließen einer örtlich begrenzten Undichtigkeit anzugeben unter Verwendung eines Gemisches auf der Basis von Alkalisilicat und Polyurethanpräpolymer und/oder Isocyanaten, wobei das Härtungsmittel in die Reaktion einbezogen ist. Die Undichtigkeit soll unabhängig von der Temperatur, mit hoher Festigkeit und Flexibilität bei geringer Schrumpfung verschlossen werden

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

- Es wird ein Gemisch aus den Ausgangsstoffen auf der Basis von Alkalisilicat und einem Emulgator oder einem anderen Mischungshilfsmittel als eine Komponente hergestellt und eine weitere Komponente aus den Ausgangsstoffen auf der Basis von Polyurethanpräpolymeren und/oder einem Isocyanat und einem Beschleuniger oder Verzögerer.

- Diese beiden Komponenten stehen im Mischungsverhältnis 1:10 bis 10:1.

Durch die große Differenz des Mischungsverhältnisses ist die Einstellbarkeit der Erhärtungszeit und eine große Anwendungsbreite gewährleistet.

- Das Gemisch der Komponenten wird am Einpreßort hergestellt.

- Die Komponenten werden entweder zugleich oder in zeitlich versetzter Folge in die örtlich begrenzte Undichtigkeit eingepreßt mittels bekannter Vorrichtungen, wie 2-Komponenten-Pumpen, Mischdüse, Schneckenmischer oder Packer.

- Das Gemisch bzw. die Komponenten werden in den angegebenen Verfahrensschritten vorzugsweise zum Verschließen von Undichtigkeiten in Rohrleitungen des Abwassernetzes verwendet sowie auch zum Abdichten/Verschließen von geologischen Formationen wie Lockergestein und dergleichen Körper angewendet.

Das Verfahren ist bei Temperaturen bis zu 5°C anwendbar, um den Ablauf der Reaktion des Gemisches mit ausreichender Geschwindigkeit und Aushärtung der verwendeten Ausgangsstoffe miteinander sowie mit den im unterirdischen Bauraum vorhandenen Stoffen, wie Lockergestein, zu gewährleisten.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel nachfolgend erläutert.

Zur Realisierung des Verfahrens sind verschiedene technologische Schritte notwendig. Die Herstellung des Gemisches aus Alkalisilicaten und Polyurethanpräpolymeren kann mi! oder ohne Zusätzen erfolgen; vorzugsweise in geeigneten, möglichst hochtourigen Mischern.

Die Herstellung der Gemische aus Alkalisilicaten und lösungsmittelhaltigen Polyurethanpräpolymeren mit oder ohne Zusätzen kann unmittelbar im Packer (z. B. Mischdüse im Reaktionsraum) erfolgen, wobei die Zuführung der Einzelkompcnenten über getrennte Zuleitungen erfolgt. Das so entstehende Gemisch wird in die Undichtigkeitsstelle gepreßt. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, daß die Einzelkomponenten Alkalisilicate und Polyu.rethc^präpolymeren getrennt voneinander mit und ohne Zusätze mit Hilfe der Abdichtvorrichtung in di? Undichtigkeitsstelle eingepreßt wird. In diesem Bereich erfolgt deren Mischung und die Gelbildung.

In Abhängigkeit von der örtlichen Undichtigkeit in der Rohrleitung, dem umgebenden unterirdischen Bauraum sowie des Materialgemisches werden unterschiedliche Eindringtiefen erzielt. Das Gemisch bildet in der örtlichen Undichtigkeitsstelle ein Gel, das sich abhängig von der gewählten Rezeptur und der Zeit verfestigt. Dabei wirken die Polyurethanpräpolymere und die Alkalisilicate wechselseitig als Gelbildneraufeinander. Bei diesem chemischen Prozeß entsteht ein geschlossen zelliges Gel, das sich durch eine geringe Schrumpfung/Synärese, eine ausreichend hoho Festigkeit, gute Verformbarkeit und Dichtheit auszeichnet. Diese gegenüber bekannten mit Säure gehärteten Alkalisilicatgelen verbesserten Eigenschaften werden durch Einbeziehung des Härtungsmittels in den Gelbildungsprozeß, Verbesserung der Gelstruktur und höhere chemische Bindungskräfte hervorgerufen. Gegenüber wasserlöslichen hydrogelbildenden Stoffen zeichnen sich die Gemische aus Alkalisilicaten und Polyurethanpräpolymeren durch eine höhere Haltbarkeit bei der Lagerung, keine'Giftigkeit der Ausgangsstoffe sowie gute Verformbarkeit bei ausreichend hoher Festigkeit aus. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin,

- daß die Reaktionsgeschwindigkeit des Gemisches durch die Wahl des Mischungsverhältnisses und/oder durch den Zusatz des Emulgators und des Beschleunigers oder Verzögerers gesteuert werden kann;

- daß die verwendeten Ausgangsstoffe des Gemisches mit den im unterirdischen Bauraum vorhandenen Stoffen (z. B. Lockergestein) reagieren;

- daß eine gute Verformbarkeit bei ausreichei .d hoher Festigkeit des abgedichteten Bereiches der Rohrleitung im unterirdischen Bauraum erreicht wird;

- daß sich die Schrumpfung/Synärese des abgedichteten Bereiches im unterirdischHn Bauraum und des Reaktionsproduktes verringert;

- daß sich die Funktionsfähigkeit des abgedichteten Bereiches der Rohrleitung im unterirdischen Bauraum verlängert.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verschließen einer örtlich begrenzten Undichtigkeit im unterirdischen Bauraum durch Verpressen bzw. Injizieren eines Mehrkomponenten-Gemisches aus Alkalisilikat und Polyurethanpräpolymer mit oder ohne Zusätzen mittels dafür bekannter Vorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß

   1. ein Gemisch aus einem Alkalisilikat und einem Emulgator oder einem anderen Mischungshilfsmittel, und
2. 2. ein Gemisch aus einem Polyurethanpräpolymer und/oder einem Isocyanatund einem Beschleuniger oder Verzögerer als eine weitere Komponente am Einpreßort hergestellt wird, und
3. 3. das Mischungsverhältnis der Komponente 1 zur Komponente 2 von 1:10 bis 10:1 beträgt, und
4. 4. die Komponenten 1 und 2 mittels einer Mischdüse oder in zeitlich versetzter Folge an die örtlich begrenzte Stelle der Undichtigkeit einer Rohrleitung des Abwassernetzes im unterirdischen Bauraum verpreßt bzw. injiziert werden.