DE102005055538A1

DE102005055538A1 - Verfahren zum Stabilisieren von Dämmen und Deichen

Info

Publication number: DE102005055538A1
Application number: DE102005055538A
Authority: DE
Inventors: Hans Ulrich Schmidt; Hans-Jürgen Reese; Johann Leitner; Joachim Dr. Roser; Andrea Dr. Eisenhardt; Erik Prof. Dr. Pasche
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2007-05-24

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Stabilisierung von Dämmen und Deichen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Dämmen und Deichen vorhandene Risse oder Hohlräume mit einem hydrophoben Polyurethan ausgefüllt werden.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Stabilisieren von Dämmen und Deichen unter Verwendung von hydrophoben Polyurethanen.

Dämme oder Deiche werden zumeist zum Schutz vom Gewässerrändern, zum Landschaftsschutz oder für Verkehrswege errichtet. In laufe der Zeit kommt es durch Umwelteinflüsse oder durch Tiere zu einer Beschädigung der Dämme und Deiche. Dies äußert sich beispielsweise durch Risse oder Hohlräume in den Dämmen und Deichen und führt zu einer Verschlechterung von deren Stabilität bis hin zu ihrer Zerstörung.

Zur Sanierung müssen die Risse und Hohlräume wieder mit Material gefüllt werden. Dazu ist eine Reihe von Methoden bekannt.

Im einfachsten Fall werden die Risse und Hohlräume mit Beton ausgefüllt. Da Beton jedoch nicht flexibel ist, kommt es zumeist nach kurzer Zeit wieder zur Ausbildung von Rissen.

Daher werden häufig auch Kunststoffe zur Stabilisierung von Dämmen und Deichen, insbesondere auch zum Ausfüllen von Hohlräumen, benutzt.

JP 2000178944 beschreibt ein Verfahren, bei den der Damm auf der Wasserseite mit einem wasserdichten, schnell härtenden Coating, z.B. Polyurethan, und einer Schutzschicht versehen wird. Bei diesem Verfahren kann zwar die Oberfläche der Dämme und Deiche saniert werden, Hohlräume im Innern bleiben jedoch bestehen.

So beschreibt GB 2365859 ein Material aus Zement und Gummipartikeln, das auch zum Verfüllen von Hohlräumen eingesetzt werden kann. Durch dieses Material können jedoch die Nachteile des Einsatzes von Beton nicht überwunden werden.

US 5911545 beschreibt ein Verfahren zur Sanierung von Strandmauern und Seedeichen, die Risse und Löcher aufweisen, bei dem ein expandierbarer polymerer Schaum in den Sand, Kalkstein oder die Steinschüttung injiziert wird. Problematisch hierbei ist, dass die Polyurethane mit der Zeit Abbauprozessen unterworfen sind. Außerdem sollte der Untergrund bei der Sanierung trocken sein, da es ansonsten zu einem unkontrollierten Aufschäumen der Polyurethane kommen kann.

US 3878686 beschreibt ein Verfahren zum Füllen von unterirdischen Löchern. Dabei werden Isocyanat, Polyol, Treibmittel über Leitungen in das Erdreich injiziert. Bei diesem Verfahren liegt ebenfalls trockenes Erdreich vor.

DE 203 13 755 U1 beschreibt einen Deich, der einen geschlossenzelligen Polyurethan-Hartschaum enthält, der in der Deichmitte und in ganzer Länge verläuft und bis in die Deichbasis reicht und dort mit einem Betonsockel abschließt. Dieser Polyurethan-Hartschaum wird jedoch als fertiger Block eingebaut. Daher kann dieses Verfahren nicht zur Sanierung von Deichen eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung war es, ein einfaches Verfahren zum Stabilisieren von Dämmen und Deichen, insbesondere zum Füllen von Rissen und/oder Hohlräumen zu entwickeln, das sowohl an der Oberfläche als auch im Innern der Dämme und Deiche liegende Hohlräume und Schadstellen, wie Risse, ausfüllt und über einen langen Zeitraum stabilisiert

Die Aufgabe konnte überraschenderweise dadurch gelöst werden, dass zur Stabilisierung der Dämme und Deiche ein hydrophobes Polyurethan eingesetzt wird.

Gegenstand der Erfindung ist demzufolge ein Verfahren zur Stabilisierung von Dämmen und Deichen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Dämmen und Deichen vorhandene Risse oder Hohlräume mit einem hydrophoben Polyurethan ausgefüllt werden.

Bei dem hydrophoben Polyurethan handelt es sich vorzugsweise um ein kompaktes Polyurethan. Es ist jedoch auch möglich, einen hydrophoben Polyurethanschaum mit einer Dichte im Bereich zwischen 200 und 1000 kg/m³ einzusetzen. Bei einer höheren Dichte ist die mechanische Stabilität der Schäume häufig nicht mehr gewährleistet.
Zur Sanierung von beschädigten Dämmen und Deichen werden die flüssigen Ausgangskomponenten der Polyurethane, üblicherweise eine Polyisocyanatkomponente und eine Komponente, die mindestens eine Verbindung mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen enthält, dort aufgebracht, wo sich beschädigte Stelle befindet, wo sie zum Polyurethan aushärten.
Bei Schäden an der Oberfläche erfolgt das Ausbringen der flüssigen Ausgangskomponenten der Polyurethane, je nach der benötigten Menge, im Handansatz, über einen Mischkopf oder mittels einer Sprühpistole. Zum Ausfüllen von Hohlräumen im Innern der Dämme oder Deiche können die flüssigen Ausgangskomponenten der Polyurethane beispielsweise mittels eines Mischkopfs und einer Lanze in das Innere der Deiche eingebracht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann, wie ausgeführt, zur Sanierung von beschädigten Dämmen und Deichen eingesetzt werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann bereits bei der Errichtung der Dämme und Deiche das Ausfüllen von Rissen und Hohlräumen in der beschriebenen Weise vorgenommen werden.
Die Vorrichtung, mittels derer die flüssigen Ausgangskomponenten der Polyurethane ausgebracht werden, kann manuell von einer Stelle, an der Polyurethan ausgebracht wird, zur nächsten bewegt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung auch fahrbar ausgestaltet sein und neben dem Damm oder vorzugsweise auf der Dammkrone gefahren werden. Bei dieser Ausführungsform kann bei einer starken Beanspruchung der Deiche, beispielsweise bei Sturmfluten, die Vorrichtung mit geringem Aufwand zu besonders gefährdeten Deichabschnitten gefahren werden.
Zu den hydrophoben Polyurethanen ist folgendes zu sagen.
Die Herstellung dieser Materialien erfolgt durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen. Als Polyisocyanate können prinzipiell alle bei Raumtemperatur flüssigen Polyisocyanate, Mischungen und Prepolymere mit mindestens zwei Isocyanatgruppen eingesetzt werden.
Dies können aliphatische Isocyanate, beispielsweise Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorondiisocyanat (IPDI) oder deren Umsetzungsprodukte mit sich selbst, beispielsweise unter Einbau von Uretdion- oder Isoycanuratgruppen, sein.
Vorzugsweise kommen aromatische Polyisocyanate zum Einsatz, besonders bevorzugt Isomere des Toluylendiisocyanats (TDI) und des Diphenylmethandiisocyanats (MDI), insbesondere Mischungen aus MDI und Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanaten (Roh-MDI). Die Polyisocyanate können auch modifiziert sein, beispielsweise durch den Einbau von Isocyanuratgruppen und insbesondere durch den Einbau von Urethangruppen. Die letztgenannten Verbindungen werden durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit einem Unterschuss an mit Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen hergestellt und üblicherweise als NCO-Prepolymere bezeichnet. Ihr NCO-Gehalt liegt zumeist im Bereich zwischen 2 und 29 Gew.-%.
Als Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen werden zumeist mehrfunktionelle Alkohole, sogenannte Polyole, oder, weniger bevorzugt, mehrfunktionelle Amine eingesetzt.
Wie beschrieben, werden als kompakte Polyurethane solche mit einer hydrophoben Ausrüstung eingesetzt. Die Hydrophobie kann insbesondere durch Zusatz von hydroxylfunktionellen fettchemischen Komponenten zu mindestens einer der Ausgangskomponenten des Polyurethansystems, bevorzugt zur Polyolkomponente, bewirkt werden.
Es sind eine Reihe von hydroxylfunktionellen fettchemischen Komponenten bekannt, die verwendet werden können. Beispiele sind Rizinusöl, mit Hydroxylgruppen modifi zierte Öle wie Traubenkernöl, Schwarzkümmelöl, Kürbiskernöl, Borretschsamenöl, Sojaöl, Weizenkeimöl, Rapsöl, Sonnenblumenöl, Erdnussöl, Aprikosenkernöl, Pistazienkernöl, Mandelöl, Olivenöl, Macadamianussöl, Avocadoöl, Sanddornöl, Sesamöl, Haselnussöl, Nachtkerzenöl, Wildrosenöl, Hanföl, Distelöl, Walnussöl, mit Hydroxylgruppen modifizierte Fettsäureester auf Basis von Myristoleinsäure, Palmitoleinsäure, Ölsäure, Vaccensäure, Petroselinsäure, Gadoleinsäure, Erucasäure, Nervonsäure, Linolsäure, Linolensäure, Stearidonsäure, Arachidonsäure, Timnodonsäure, Clupanodonsäure, Cervonsäure. Bevorzugt eingesetzt werden hierbei das Rizinusöl und dessen Umsetzungsprodukte mit Alkylenoxiden oder Keton-Formaldehyd-Harzen. Letztgenannte Verbindungen werden beispielsweise von der Bayer AG unter der Bezeichnung Desmophen^® 1150 vertrieben.
Eine weitere bevorzugt eingesetzte Gruppe von fettchemischen Polyolen kann durch Ringöffnung epoxidierter Fettsäureester bei gleichzeitiger Umsetzung mit Alkoholen und gegebenenfalls folgenden weiteren Umesterungsreaktionen gewonnen werden. Der Einbau von Hydroxylgruppen in Öle und Fette erfolgt in der Hauptsache durch Epoxydierung der in diesen Produkten enthaltenen olefinischen Doppelbindung gefolgt von der Umsetzung der gebildeten Epoxidgruppen mit einem ein- oder mehrwertigen Alkohol. Dabei wird aus dem Epoxidring eine Hydroxylgruppe oder bei mehrfunktionellen Alkoholen eine Struktur mit einer höheren Anzahl an OH-Gruppen. Da Öle und Fette meist Glyzerinester sind, laufen bei den oben genannten Reaktionen noch parallele Umesterungsreaktionen ab. Die so erhaltenen Verbindungen haben vorzugsweise ein Molekulargewicht im Bereich zwischen 500 und 1500 g/mol. Derartige Produkte werden beispielsweise von der Firma Henkel angeboten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als kompaktes Polyurethan ein solches eingesetzt, das herstellbar ist durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen mit mindestens zwei reaktiven Wasserstoffatomen mindestens ein fettchemisches Polyol und mindestens ein mit Phenol modifiziertes aromatisches Kohlenwasserstoffharz, insbesondere ein Inden-Cumaron-Harz enthalten. Diese Polyurethane sowie ihre Aufbaukomponenten weisen eine derart hohe Hydrophobie auf, dass sie prinzipiell sogar unter Wasser zu aushärten können.
Als mit Phenol modifizierte aromatisches Kohlenwasserstoffharze mit einer endständigen Phenolgruppe, werden vorzugsweise mit Phenol modifizierte Inden-Cumaron-Harze, besonders bevorzugt technische Gemische von aromatischen Kohlenwasserstoffharzen verwendet, insbesondere solche, die als wesentlichen Bestandteil Verbindungen der allgemeinen Formel (I)
mit n von 2 bis 28 enthalten. Derartige Produkte sind handelsüblich und werden beispielsweise von der Firma Rütgers VFT AG unter dem Handelsnamen NOVARES^® angeboten.
Die mit Phenol modifizierten aromatischen Kohlenwasserstoffharze, insbesondere die mit Phenol modifizierten Inden-Cumaron-Harze, weisen zumeist einen OH-Gehalt zwischen 0,5 und 5,0 Gew.-% auf.
Vorzugsweise werden das fettchemische Polyol und das mit Phenol modifizierte aromatische Kohlenwasserstoffharz, insbesondere das Inden-Cumaron-Harz in einem Gewichtsverhältnis von 100 : 1 bis 100 : 50 eingesetzt.
Gemeinsam mit den genannten Verbindungen können weitere Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen eingesetzt werden. Auf Grund ihrer hohen Hydrolysebeständigkeit sind Polyetheralkohole bevorzugt. Diese werden nach üblichen und bekannten Verfahren, zumeist durch Anlagerung von Alkylenoxiden an H-funktionelle Startsubstanzen, hergestellt. Die mitverwendeten Polyetheralkohole haben vorzugsweise eine Funktionalität von mindestens 3 und eine Hydroxylzahl von mindestens 400 mgKOH/g, vorzugsweise mindestens 600 mgKOH/g, insbesondere im Bereich von 400 bis 1000 mgKOH/g. Ihre Herstellung erfolgt auf üblichem Wege durch Umsetzung von mindestens dreifunktionellen Startsubstanzen mit Alkylenoxiden. Als Startsubstanzen können vorzugsweise Alkohole mit mindestens drei Hydroxylgruppen im Molekül eingesetzt werden, beispielsweise Glyzerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit, Saccharose. Als Alkylenoxid wird vorzugsweise Propylenoxid eingesetzt.
Der Reaktionsmischung können weitere übliche Bestandteile zugesetzt werden, beispielsweise Katalysatoren und übliche Hilfs- und Zusatzstoffe. Insbesondere sollten der Reaktionsmischung Trockenmittel, beispielsweise Zeolithe, zugesetzt werden, um die Anreicherung von Wasser in den Komponenten und damit ein Aufschäumen der Polyurethane zu vermeiden. Der Zusatz dieser Stoffe erfolgt vorzugsweise zu den Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen. Diese Abmischung wird in der Technik häufig als Polyolkomponente bezeichnet. Zur Verbesserung der Langzeitstabilität der Verbundstoffe ist es weiterhin vorteilhaft, Mittel gegen den Angriff von Kleinlebewesen zuzusetzen. Außerdem ist der Zusatz von UV-Stabilisatoren vorteilhaft, um eine Versprödung der Formkörper zu vermeiden.
Die eingesetzten Polyurethane können prinzipiell ohne die Anwesenheit von Katalysatoren hergestellt werden. Zur Verbesserung der Aushärtung können Katalysatoren mitverwendet werden. Als Katalysatoren sollten vorzugsweise solche ausgewählt werden, die eine möglichst lange Reaktionszeit bewirken. Dadurch ist es möglich, dass die Reaktionsmischung lange flüssig bleibt. Prinzipiell ist es, wie beschrieben, möglich, auch ganz ohne Katalysator zu arbeiten.
Die Kombination der Polyisocyanate mit den Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen sollte in einem solchen Verhältnis erfolgen, dass ein stöchiometrischer Überschuss an Isocyanatgruppen, vorzugsweise von mindestens 5 %, insbesondere im Bereich zwischen 5 und 60 % vorliegt.
Die erfindungsgemäß eingesetzten hydrophoben Polyurethane zeichnen sich durch eine besonders gute Verarbeitbarkeit aus. So zeigen diese Polyurethane eine besonders gute Haftung, insbesondere auf feuchten Substraten wie nassem Gestein. Die Aushärtung der Polyurethane erfolgt trotz der Anwesenheit von Wasser praktisch kompakt. Die eingesetzten kompakten Polyurethane zeigen auch bei dünnen Schichten eine vollständig kompakte Aushärtung.
Falls das Polyurethan, beispielsweise um Material einzusparen, geschäumt werden soll, wird dem Reaktionsgemisch, insbesondere den Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen, ein Treibmittel zugesetzt. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um Wasser, das mit Isocyanatgruppen unter Bildung von Kohlendioxid reagiert.
Damit sind die bevorzugt eingesetzten Polyurethane hervorragend zur Dämmen und Deichen geeignet. Der Verbund zwischen Gestein und Polyurethan ist sehr fest. Weiterhin kommt es, insbesondere bei Einsatz sehr hydrophober Polyurethane, zu praktische keinem hydrolytischen Abbau der Polyurethane und somit zu einer sehr langen Haltbarkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren befestigten Dämme und Deiche.
Die Vermischung der Ausgangskomponenten des Polyurethans kann auf bekannte Weise erfolgen. Im einfachsten Falle können die Komponenten im gewünschten Mengenverhältnis in ein Gefäß, beispielsweise einen Eimer, gegeben, durch einfaches Umrühren gemischt und danach auf die gewünschte Stelle aufgetragen werden. Es ist auch möglich, die Ausgangskomponenten des Polyurethans in einem in der Polyurethanchemie üblichen Mischorgan, beispielsweise einem Mischkopf, zu mischen und diese Mischung auf der gewünschten Stelle aufzubringen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf sehr einfache Weise eine dauerhafte Sanierung von Dämmen und Deichen durchgeführt werden.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch die Verwendung des hydrophoben Polyurethans auch eine Haftung zu feuchtem, bereits aufgeweichtem Deichmaterial und damit einer Erhaltung des Deichs möglich ist. Sandsäcke oder andere üblicherweise verwendete Materialien dienen nur als Lückenfüller. Dies kann beispielsweise bei einer Sturmflut oder einem drohenden Deichbruch von Bedeutung sein.

Claims

Verfahren zur Stabilisierung von Dämmen und Deichen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Dämmen und Deichen vorhandene Risse oder Hohlräume mit einem hydrophoben Polyurethan ausgefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrophobe Polyurethan ein kompaktes Polyurethan ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrophobe Polyurethan ein geschäumtes Polyurethan mit einer Rohdichte im Bereich zwischen 200 bis 1000 kg/m³ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrophobe Polyurethan durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyisocyanat und/oder die Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen hydrophob sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen mindestens eine fettchemische Komponente enthalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen mit mindestens zwei mit Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen mindestens ein mit Phenol modifiziertes aromatisches Kohlenwasserstoffharz enthalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigen Ausgangskomponenten der hydrophoben Polyurethane in die Risse Hohlräume der Dämme oder Deiche eingebracht werden, wo sie zum Polyurethan aushärten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophoben Polyurethane bereits bei der Errichtung der Dämme und Deiche in vorhandene Risse oder Hohlräume eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophoben Polyurethane bereits bei der Reparatur der Dämme und Deiche in vorhandene Risse oder Hohlräume eingebracht werden.