DE10148533A1

DE10148533A1 - Method for sealing cracks in rocks or in man-made structures involves application of a mixture of an inorganic solid and a molten bonding agent through boreholes

Info

Publication number: DE10148533A1
Application number: DE10148533A
Authority: DE
Inventors: Stefan Brosig
Original assignee: Ed Zueblin AG
Current assignee: Ed Zueblin AG
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2003-04-10

Abstract

The method for sealing cracks in rocks or in man-made structures, especially tunnels comprises pressing a mixture of an inorganic solid and a molten bonding agent under pressure, through a borehole, into the rock or the building material, and allowing it to solidify in the cracks. An Independent claim is also included for the sealing mixture which contains a solid, finely granular nonmelting material (5-80 wt.%).

Description

Technical area

Die Erfindung betrifft die Abdichtung von Spalten oder das Auffüllen von Hohlräumen in Gestein oder Baumaterial. The invention relates to the sealing of gaps or the filling of Cavities in rock or building material.

State of the art

Spalten oder Hohlräume in Gestein oder Baumaterial werden gemeinhin mit Zement, Beton, oder Epoxidharz ausgegossen. Columns or cavities in rock or building material are commonly associated with Cement, concrete, or epoxy resin poured out.

Aus der WO 00/12863 ist weiterhin ein Verfahren bekannt, Spalten und Hohlräume in Gestein oder Bauwerkskonstruktionen durch Einpressen reiner, durch Hitze verflüssigter Schmelzstoffe geringer Viskosität und schneller Anfangsfestigkeit, speziell Polyamiden oder polyamidähnlicher Gele, abzudichten. Die in dieser Anmeldung angeführten sogenannten Schmelzstoffe sind Stoffe, die im geschmolzenen Zustand reine Phasen bilden. Speziell sind dies Polyamide oder polyamidähnliche Gele. From WO 00/12863 a method is still known, columns and Cavities in rock or building constructions by pressing in pure, Heat-liquefied low-viscosity melts and faster Initial strength, especially polyamides or polyamide-like gels, seal. The so-called melts mentioned in this application are Substances that form pure phases in the molten state. Especially these are Polyamides or polyamide-like gels.

Für organische Substanzen, besonders Polyamide, ist es aber bekannt, daß diese keine unbegrenzte Lebensdauer aufweisen. Die langen Polyamidkettenmoleküle hydrolysieren nämlich mit Wasser, besonders unter Mitwirkung von Ionen als Katalysatoren, zu kürzeren Ketten, die eine geringere Festigkeit aufweisen, weshalb zum Beispiel Geotextilien aus Polyamid oder Polyester eine PVC-Beschichtung aufweisen. For organic substances, especially polyamides, it is known that these have no unlimited lifespan. The lengths Namely, polyamide chain molecules hydrolyze with water, especially with the cooperation of ions as catalysts, to shorter chains that have lower strength Therefore, for example, geotextiles of polyamide or polyester have a PVC coating.

Weiterhin handelt es sich bei diesen Substanzen um verglichen mit anderen Baumaterialien teuere Substanzen. Furthermore, these substances are compared with others Building materials expensive substances.

Außerdem muß bei diesen Substanzen für ein tieferes Eindringen in Spalte und Klüfte der Spalt bzw. die Kluft bisweilen vorgeheizt werden. Also, these substances need deeper penetration in column and fractures of the gap or the gap can be preheated sometimes.

Object of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges und einfaches Verfahren zur Abdichtung von Spalten oder Verfüllung von Hohlräumen in Gestein oder Bauwerken anzugeben, welches lange Lebensdauer der hergestellten Konstruktion mit hoher Stabilität verbindet. The object of the invention is an inexpensive and simple method for sealing gaps or filling cavities in rock or Specify which long life of the manufactured Construction combines high stability.

Aufgabe der Erfindung ist auch eine geeignete Dichtmasse zur Ausführung des Verfahrens. The object of the invention is also a suitable sealant for execution of the procedure.

Presentation of the invention

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Wesentliche Kennzeichen der Erfindung sind dabei die Verwendung einer homogenen Mischung aus (bei der Verfahrenstemperatur) unschmelzbarem feinkörnigem anorganischem Feststoff und schmelzbarem organischem Bindemittel. Die homogene Mischung aus feinkörnigem Feststoff und Bindemittel wird im flüssigen erhitzten Zustand in die Spalten oder Hohlräume eingepreßt, wo sie sich abkühlt und verfestigt. Die Korngröße des Feststoffs ist dabei der Dimension des zu verfüllenden Spaltes oder Hohlraumes angepaßt: für große Spalte oder Hohlräume reichen grobkörnigere Feststoffe, z. B. Sand, aus; für feinste Spalte benötigt man extrem feinkörnige Feststoffe, z. B. Aerosil (aus der Gasphase abgeschiedenes Siliziumdioxid, also gewissermaßen extrem feines Quarzmehl). The object of the invention is characterized by the in the characterizing part of claim 1 specified characteristics solved. Essential features of the invention are while using a homogeneous mixture of (in the Process temperature) infusible fine-grained inorganic solid and fusible organic binder. The homogeneous mixture of fine-grained solid and binder is in the liquid heated state in the Pressed columns or cavities, where it cools and solidifies. The grain size of the solid is the dimension of the to be filled Gap or cavity adapted: sufficient for large gaps or cavities coarse-grained solids, e.g. Sand, off; for the finest column one needs extremely fine-grained solids, eg. B. Aerosil (deposited from the gas phase Silicon dioxide, so to speak extremely fine quartz powder).

Durch ihre höhere spezifische Dichte weisen anorganische Feststoffe wie z. B. Sand, gemahlener Kalkstein oder anderes Gesteinsmehl, Flugasche oder eben Aerosil eine höhere Wärmekapazität pro Volumen auf, d. h., in dem gleichen Volumen erfindungsgemäßer flüssiger Dichtmasse ist dann mehr Wärme gespeichert als im gleichen Volumen reinen Bindemittels. Dadurch kühlt die flüssige erfindungsgemäße Dichtmasse beim Eindringen in die Spalten nicht so schnell aus, wie es das reine Bindemittel täte, so daß sie länger flüssig bleibt und mehr Zeit hat, tiefer in die Ritzen einzudringen. Ein Vorheizen des Spaltes ist dann in vielen Fällen nicht mehr notwendig, da die Dichtmasse selbst ausreichend Wärmeenergie mit sich führt. Due to their higher specific gravity inorganic solids such. B. Sand, ground limestone or other rock flour, fly ash or just Aerosil on a higher heat capacity per volume, d. h., in which same volume of inventive liquid sealant is then more heat stored as in the same volume of pure binder. This cools the liquid sealant according to the invention when penetrating into the columns not as fast as the pure binder would, so that it stays liquid for longer and has more time to dig deeper into the cracks. A preheating of the Gap is then no longer necessary in many cases, since the sealant itself carries sufficient heat energy with it.

Die geeigneten Zuschlagstoffe weisen den weiteren Vorteil auf, daß sie auch bei partiellem Abbau des Bindemittels stabilisierend und verfestigend auf die Dichtmasse als Ganzes wirken, so daß diese, verglichen mit reinem Bindemittel, anstehendem Wasserdruck deutlich länger standhält (starke Reibung des Bindemittels an der sehr großen Oberfläche des Zuschlagstoffes!). The suitable additives have the further advantage that they too with partial degradation of the binder stabilizing and solidifying on the Sealant act as a whole, so that these, compared with pure Binders, pending water pressure significantly longer withstand (strong friction of the binder on the very large surface of the aggregate!).

Durch Auswahl geeigneter Zuschlagstoffe läßt sich zudem im Falle hydrolysierbarer Bindemittel wie Polyamid oder Polyester der Abbau des Bindemittels durch Wasser verzögern oder aufhalten (Gegenkatalyse). Bei den dafür geeigneten Zuschlagstoffen (z. B. gemahlenen Kalkstein oder Dolomit) handelt es sich um solche, die als Puffersubstanzen Säure oder Lauge binden können und das Bindemittel dadurch in etwa im neutralen Bereich (pH 7 ± 2) halten und/oder in der Lage sind, schädliche, den Abbau beschleunigende Metallionen an sich zu binden (z. B. Zeolithe). By selecting suitable additives can also be in the case hydrolyzable binder such as polyamide or polyester, the degradation of the binder delayed or delayed by water (countercatalysis). At the for suitable aggregates (eg ground limestone or dolomite) they are those that can bind acid or alkali as buffer substances and thereby keep the binder approximately in the neutral range (pH 7 ± 2) and / or are capable of harmful, accelerating degradation To bind metal ions (eg zeolites).

Als organische Bindemittel sind solche geeignet, die sich ohne Zersetzung beim Erhitzen in eine dünnflüssige Masse verwandeln lassen, z. B. lineare organische Polymere wie Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyester, Polyether, Polyurethan, Polysulfon und Mischungen oder Blockpolymere derselben. Suitable organic binders are those which decompose without decomposition when heated to a low viscosity mass transform, z. B. linear organic polymers such as polyethylene, polypropylene, polyamide, polyester, Polyether, polyurethane, polysulfone and mixtures or block polymers the same.

Bei Zuschlagsmengen an Feststoff, die niedriger sind, als daß die Feststoffteilchen miteinander in Berührung kommen, ist die Viskosität gegenüber der des reinen Bindemittels nicht sehr erhöht. Erst wenn die Körner des Feststoffs einander berühren (perkolieren) erhöht sich die Viskosität drastisch und die Dichtmasse ist nur noch erschwert in feinste Ritzen einzupressen. For additional amounts of solid, which are lower than that Solid particles come into contact with each other, the viscosity is compared to the of the pure binder is not much increased. Only when the grains of the solid touching each other (percolating) increases the viscosity drastically and the Sealant is only difficult to press in the finest cracks.

Die im Verfahren angewendete Temperatur ist vom verwendeten Bindemittel und von der Menge an zugesetztem Feststoff abhängig. Sie muß in einem Vorversuch ermittelt werden und bewegt sich zwischen 100 Grad Celsius und 300 Grad Celsius, bevorzugt zwischen 150 Grad Celsius und 250 Grad Celsius. The temperature used in the process is the binder used and dependent on the amount of added solid. She has to be in one Preliminary test and moves between 100 degrees Celsius and 300 degrees Celsius, preferably between 150 degrees Celsius and 250 degrees Celsius.

Die Menge an zugesetztem Feststoff bewegt sich zwischen etwa 5 Gewichtsprozent und etwa 90 Gewichtsprozent der Dichtmasse, bevorzugt zwischen 20 Gewichtsprozent und etwa 70 Gewichtsprozent. Der zugesetzte Feststoff stellt damit bevorzugt einen bestimmenden Anteil an der Dichtmasse dar. The amount of solid added ranges between about 5 Weight percent and about 90 weight percent of the sealant, preferably between 20 Percent by weight and about 70 percent by weight. The added solid provides thus preferably represents a determining proportion of the sealant.

Bei dem Feststoff kann es sich um Mischungen verschiedener Substanzen handeln. The solid may be mixtures of various substances act.

Ebenso kann es sich bei dem Bindemittel um Mischungen verschiedener schmelzbarer organischer Polymere handeln. Durch geeignete solche Mischungen läßt sich bisweilen der Erweichungspunkt herabsetzen ("Schmelzpunktsdepression"). Likewise, the binder may be mixtures of various fusible organic polymers act. By suitable ones Mixtures can sometimes reduce the softening point ( "Melting point depression").

Desweiteren kann das Bindemittel Stabilisatoren gegen Zersetzung bei hohen Temperaturen (Antioxidantien) oder gegen Hydrolyse enthalten. Furthermore, the binder stabilizers against decomposition at high Temperatures (antioxidants) or against hydrolysis.

Claims

1. A method for sealing gaps in rocks or structures, in particular tunnels, in which is introduced via one or more sealed holes sealing compound under pressure in cold or preheated rock or building material, characterized in that a mixture of essentially an inorganic solid and a molten organic binder is forced under pressure through the wellbore in the rock or building material and solidifies in the gaps and this seals against water.

2. The method according to claim 1, characterized in that the pressed-seal mass a Temperature of 100 degrees Celsius to 300 degrees Celsius and with a Pressing pressure of 5 to 500 bar is worked.

3. The method according to at least one of claims 1 and 2, characterized in that the columns before pressing with preheated to heated gas.

4. sealant for use in a process after at least one of claims 1 to 3, characterized in that it is between 5% by weight and 80% Weight percent of fine-grained or even finer infusible Contains solid.

5. sealant according to claim 4, characterized in that it is between 20% by weight and 70% Contains percent by weight of infusible solid.

6. Sealant according to at least one of claims 4 and 5, characterized in that the solid is sand, Quartz flour, ground limestone, rock flour, Aerosil or fly ash or Mixtures of the same are.

7. Sealant according to at least one of claims 4 to 6, characterized in that the solid is a substance acid or lye buffering action.

8. Sealant according to at least one of claims 4 to 7, characterized in that the solid is a Metal ion binding substance acts.

9. sealing compound according to at least one of claims 4 to 8, characterized in that the binder is a is undecomposed fusible long-chain organic polymer or a Mixture of various such polymers or block polymers such polymers.

10. sealant according to at least one of claims 4 to 9, characterized in that the binder polyethylene, polypropylene, Polyamide, polyester, polyether, polyurethane or polysulfone contains.