DD278392A1

DD278392A1 - METHOD FOR CLOSING AN INDEPENDENTLY LIMITED LIGHTNESS

Info

Publication number: DD278392A1
Application number: DD32347388A
Authority: DD
Inventors: Peter Drewniok; Hartmut Kasper; Thorsten Spohler
Original assignee: Bauakademie Ddr
Priority date: 1988-12-20
Filing date: 1988-12-20
Publication date: 1990-05-02

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.The invention relates to a method for closing local leaks to laid in the underground space pipelines. The object of the invention is to restore the tightness, increase the durability, improve the deformation behavior with sufficiently high strength of the area of the local leakage. The invention has for its object to press with partially known sealing devices a mixture of alkali silicates and polyurethane prepolymers and / or isocyanates in the local leakage that the tightness is restored, thereby increasing the durability and the deformation behavior is improved with sufficient strength. According to the invention, a mixture based on alkali silicate and polyurethane prepolymer and / or isocyanates in a ratio of 1:10 to 10: 1 with the addition of a mixing assistant, for. As an emulsifier, and an accelerator or Verzoegerers and injected into the leak or injected so that it is sealed and solidified by the chemical reaction of the components.

Description

Anwendungsgebietfield of use

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.The invention relates to a method for inducing localized or occurring leaks using a mixture based on alkali silicate and polyurethane prepolymer and / or isocyanates and with the addition of a mixing aid, for. As an emulsifier or retarder. The method is used in particular on pipelines of the sewage network in the underground space; further also in geological formations such as loose rock and the like body.

Characteristic of the known technical solutions

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).Procedures for sealing local leaks in pipelines laid in the underground installation space have been used successfully for many years in various sectors of the economy (Stein, Niederehe / Instandhaltung von Kanalisations - 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.Sealing devices are used to seal the local leaks in pipelines laid in the underground installation space. Different sealing materials are used in the procedures for closing the local leaks in pipelines laid in the underground installation space. The most common are sealing materials based on alkali silicates and water-soluble hydrogel-forming substances.

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.Based on the knowledge gained in the use of alkali silicates in the injection technique also takes place as a sealing material with the help of packers. The basic principle of the curing of alkali silicates is the inactivation of the negatively charged, colloidal silicic acid ions by the addition of positively charged hydrogen ions.

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.Practically, this principle solution has a number of disadvantages; essential is the lack of chemical inclusion of the various hardeners in the gelation of the silica ions. As a result of this technical solution, gels of alkali silicates have a high degree of shrinkage (syneresis), which leads, especially in coarse-grained loose rocks, to poorly dense substances and low strength.

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.In practice, with alkali silicates no higher density than k = 10 ~ ⁶ cm / s can be achieved. In addition, by syneresis and solution processes a relatively rapid decrease in the density to k = KT cm / s is to be expected. This has been known in the art for many years. The. Temperature dependence of this solidification reaction is very large and results in less than 10 ° C inhomogeneous, unstable products.

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).Another disadvantage of the gelling of alkali silicates by acids is the chemical permeabilization of this reaction due to the entry of OH ions (e.g., from groundwater), so that in unfavorable circumstances, such gels have poor resistance in nonbonded soil. Practically, this leads to significant pollution of the groundwater (groundwater contamination by Silikatgelinjektionen, Müller-Kirchenbauer, H., Savidis, S.A.-in: Publications of the Basic Institute of the Technical University of Berlin (West), Issue 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).In the patent literature is therefore z. B. the addition of highly hydrophilic chemical η proposed to thereby increase the tightness and to reduce the access of OH-ions from the groundwater (CiD-PS 21276).

Das Hauptproblem, die Nichteinbeziehung des Härtungsmittels in die Reaktion, wird damit aber nicht gelöst.The main problem, the non-inclusion of the curing agent in the reaction, but this is not solved.

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.In new patents, therefore, a curing agent for alkali silicates is proposed, which chemically bonds with this (DD-PS 147950, DD-PS 237865, DD-PS 237866). These are polymeric salts of diallyldimethylammonium chloride. In practice, however, this problem causes problems because the highly viscous polymeric salts must first be diluted with plenty of water for use. In addition, the starting materials must be mixed in a stoichiometrically accurate ratio so that no uncrosslinked alkali silicate or polymeric salt results in an inhomogeneous, easily soluble product.

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.After pressing the leak, a very strong and rigid body is formed, consisting of alkali silicate and loose rock, which has unfavorable deformation properties. The required flexibility of socket joints on piping is lost through the process. At the same time, the static Auflagerungsbedingungen can be adversely affected.

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.A further development direction has been concerned with water-soluble hydrogel-forming substances (DD-AP 202328, US Pat. No. 4,199,625, DD-AP 202327, GEO / CHEM AC 400 Chemical-Grout company publication of Geochemical Corporation, Ridgewood, USA). The basic principle of gel formation is based on the polymerization of the monomers used, including water and various excipients.

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 ]The disadvantages of these substances in use are their low storage stability (including self-polymerization) and their toxicity (inter alia, 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.12.-p. 59-62). The properties of these substances with respect to the application as a sealant are different. The trained body after pressing the leaks is characterized by good resistance and tightness.

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.Due to the high water content, the substances show a viscoelastic deformation behavior even at low mechanical loads. Ensuring adequate stabilization of the pipeline in the underground construction space can therefore not be ensured, in particular in the presence of groundwater. Due to the triggered flow of the substance and the sealing effect is lost.

Weitere Forschungen (z. B. Schaumstoffentwicklung) haben das Ziel, die Nachteile der genannten organischen und anorganischen Stoffe durch Kombination zu kompensieren (DE-PS 2734692).Further researches (eg foam development) have the aim of compensating the disadvantages of the organic and inorganic substances mentioned by combination (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.So u.a. Isocyanates, polyisocyanates and prepolymers used in combination with alkali silicates for the production of foams (DE-OS 2359609, DE-OS 3625278), but their use is limited due to the relatively high viscosity and the toxicity of the starting materials. An application of polyisocyanates in combination with alkali silicates for sealing joints in underground structures is proposed in DE-OS 3538791. Disadvantage of this substance is the low reactivity and the high strength due to low deformation behavior.

Zi'ei the invention

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.The aim of the invention is to close the leaks especially of pipelines in the underground space and other geological formations and bodies by a combination of materials in a simple manner, to increase the resistance to improve the deformation behavior and underground building structures sowi.3 the surrounding space stabilize.

Explanation of the essence of the invention

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 werdenThe invention has for its object to provide a method for closing a localized leakage using a mixture based on alkali silicate and polyurethane prepolymer and / or isocyanates, wherein the curing agent is included in the reaction. The leak should be sealed, regardless of temperature, with high strength and flexibility with low shrinkage

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte gelöst: According to the invention the object is achieved by the following method steps:

- 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.- A mixture of the starting materials based on alkali silicate and an emulsifier or other mixing assistant is prepared as a component and another component of the starting materials based on polyurethane prepolymers and / or an isocyanate and an accelerator or retarder.

- Diese beiden Komponenten stehen im Mischungsverhältnis 1:10 bis 10:1.- These two components are in the mixing ratio of 1:10 to 10: 1.

Durch die große Differenz des Mischungsverhältnisses ist die Einstellbarkeit der Erhärtungszeit und eine große Anwendungsbreite gewährleistet.Due to the large difference in the mixing ratio, the adjustability of the hardening time and a wide range of applications is guaranteed.

- Das Gemisch der Komponenten wird am Einpreßort hergestellt.- The mixture of components is produced at the injection site.

- 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.- The components are pressed either at the same time or in a staggered sequence in the localized leakage by means of known devices, such as 2-component pumps, mixing nozzle, screw mixer or 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.- The mixture or the components are preferably used in the specified process steps for closing leaks in pipelines of the sewage network and also used for sealing / closing of geological formations such as loose rock and the like body.

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.The process can be used at temperatures up to 5 ° C to ensure the reaction of the mixture with sufficient speed and curing of the raw materials used with each other and with the substances present in the underground space, such as loose rock.

embodiment

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel nachfolgend erläutert.The invention will be explained below with reference to an exemplary embodiment.

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.To implement the method, various technological steps are necessary. The preparation of the mixture of alkali silicates and polyurethane prepolymers can mi! or without additions; preferably in suitable, high-speed mixers as possible.

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.The preparation of the mixtures of alkali metal silicates and solvent-containing polyurethane prepolymers with or without additives can be carried out directly in the packer (eg mixing nozzle in the reaction space), the individual components being fed via separate supply lines. The resulting mixture is pressed into the leak. In addition, there is the possibility that the individual components alkali silicates and Polyu.rethc ^ prepolymers separated with and without additives by means of the sealing device in di? Leakage site is pressed. In this area, they are mixed and gelated.

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,Depending on the local leakage in the pipeline, the surrounding underground space and the material mixture different penetration depths are achieved. The mixture forms a gel at the local leak point which solidifies depending on the recipe selected and the time. The polyurethane prepolymers and the alkali metal silicates mutually act as gelling agents on each other. This chemical process produces a closed cellular gel characterized by low shrinkage / syneresis, sufficiently high strength, good ductility and tightness. These improved properties over known acid-cured alkali silicate gels are evoked by the inclusion of the curing agent in the gelation process, improvement in gel structure, and higher chemical bonding forces. Compared to water-soluble hydrogel-forming substances, the mixtures of alkali silicates and polyurethane prepolymers are characterized by a higher storage life, no toxicity of the starting materials and good formability with sufficiently high strength. The advantages of the solution according to the invention are

- 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;- That the reaction rate of the mixture can be controlled by the choice of the mixing ratio and / or by the addition of the emulsifier and the accelerator or retarder;

- daß die verwendeten Ausgangsstoffe des Gemisches mit den im unterirdischen Bauraum vorhandenen Stoffen (z. B. Lockergestein) reagieren;- that the raw materials used of the mixture react with the substances present in the underground construction space (eg loose rock);

- daß eine gute Verformbarkeit bei ausreichei .d hoher Festigkeit des abgedichteten Bereiches der Rohrleitung im unterirdischen Bauraum erreicht wird;- That a good deformability is achieved with sufficient .d high strength of the sealed portion of the pipeline in the underground space;

- daß sich die Schrumpfung/Synärese des abgedichteten Bereiches im unterirdischHn Bauraum und des Reaktionsproduktes verringert;that the shrinkage / syneresis of the sealed area in the subterranean space and the reaction product decreases;

- daß sich die Funktionsfähigkeit des abgedichteten Bereiches der Rohrleitung im unterirdischen Bauraum verlängert.- That extends the functionality of the sealed area of the pipeline in the underground space.

Claims

A method for closing a localized leak in the underground space by pressing or injecting a multi-component mixture of alkali metal silicate and polyurethane prepolymer with or without additives by means of known devices, characterized in that

1. a mixture of an alkali metal silicate and an emulsifier or other mixing aid, and

2. a mixture of a polyurethane prepolymer and / or an isocyanate and an accelerator or retarder is prepared as another component at the injection site, and

3. the mixing ratio of component 1 to component 2 is from 1:10 to 10: 1, and

4. the components 1 and 2 are pressed or injected by means of a mixing nozzle or in a staggered sequence to the localized location of the leakage of a pipeline of the sewage network in the underground space.