DE1642378B1

DE1642378B1 - Verfahren zur Bodenverfestigung

Info

Publication number: DE1642378B1
Application number: DE19661642378
Authority: DE
Inventors: Bernard Bonnel; Jean Neel
Original assignee: Progil SARL
Current assignee: Progil SARL
Priority date: 1965-01-26
Filing date: 1966-01-19
Publication date: 1971-03-25
Also published as: ES321344A1; BE675511A; GB1077710A; FR1458945A; US3437625A; CH442158A; NL6517028A; NL142747B; AT260804B

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ver- Die wäßrige Lösung des erhaltenen Gemisches

festigung von Böden, insbesondere von tonigen und enthält im allgemeinen 1 bis 20%, vorzugsweise

sandigen Böden, deren Oberfläche schwere Lasten 5 bis 15 °/₀ Trockenmasse, wobei das Mengenverhältnis

tragen muß und deren ursprüngliche Bindigkeit von Formaldehyd zu Acrylamid in dieser Trocken-

keinerlei Tiefbauarbeiten wie Durchstiche für z. B. 5 masse ζ. B. 10 bis 30 Gewichtsprozent beträgt. Vor

unterirdische Galereien oder Tunnels erlaubt. Zur ihrer Verwendung in Form der erfindungsgemäßen

Behandlung dieser Böden werden bestimmte Zu- Zubereitungen stellt diese Lösung eine homogene

bereitungen auf der Basis von Acrylderivaten und Flüssigkeit dar, deren pH im allgemeinen zwischen

Alkalisilikaten verwendet. 6 und 8 (bei 20° C) liegt und deren Viskosität im

Es wurde bereits empfohlen, zur Verfestigung der io allgemeinen zwischen 1 und 5cP (bei 20° C) liegt.

Böden in diese verschiedene Arten von Polyelektro- Der als dritter Bestandteil der erfindungsgemäßen

lyten einzuspritzen, wie z. B. Polyvinylacetat, Poly- Massen verwendete Katalysator kann ein bekannter

vinylalkohol, sulfoniertes Polystyrol, Carboxyalkyl- Polymerisationskatalysator sein, z. B. ein organisches

cellulosen, Polyacrylamid und Natriumpolyacrylat. Peroxyd wie Benzoylperoxyd, ein Persalz wie Kalium-

Man hat auch bereits die Verwendung von Poly- 15 persuÜat, ein Redoxsystem, z. B. Chlorsäure/Alkali-

methylolacrylamiden beschrieben (USA.-Patentschrift bisulfit, gegebenenfalls unter Zusatz von organischen

2 898 320) sowie die Verwendung von Comonomeren: oder Mineralsäuren oder von weiteren alkalischen

Acrylamid-Alkylidenacrylamid, das in situ im Boden Agenzien wie Hydroxyde oder Carbonate, die in

in Gegenwart von Katalysatoren polymerisiert wird Wasser löslich sind. Man kann auch Gemische von

(Gnaedinger, Industry and Power, Septembre 20 Katalysatoren verwenden, wie z. B. Persalze, aktiviert

1954, p. 79 bis 81). durch Polyamie oder organische Nitrile, wie Dialkoxyl-

Weiterhin ist es bekannt, die Böden durch Zusatz aminopropionitrile. g

von Metallsilikaten, insbesondere von Alkalisilikaten, Die erfindungsgemäße Anwendung der vorgenannten I

gleichzeitig mit einem gelbildenden Mittel des Typs Zubereitungen zur Verfestigung von Böden kann auf

Amid einer gesättigten aliphatischen Säure, wie z. B. 25 verschiedene Weise erfolgen. Gemäß einer bevorzugten

Formamid, Acetamid, Propionamid usw., zu ver- Ausführungsform füllt man in getrennte Behälter

stärken. In diesem Falle findet eine chemische Um- einerseits das Gemisch der wäßrigen Lösung von

setzung zwischen dem Silikat und seinem gelbildenden Acrylamid, Formaldehyd und Polymerisations-

Reaktionspartner statt. Wie jedoch in der französischen katalysator, andererseits die wäßrige Lösung des

Patentschrift 1 298 359 gezeigt wird, sind die erhaltenen 30 Alkalisilikates mit gelbildendem Mittel. Dann werden

Gele nicht beständig. Sie zerfallen mit der Zeit und die beiden Mischungen zusammengegeben und während

gehen nicht in einen zur Verfestigung des Bodens einer geeigneten Zeitspanne, im allgemeinen einige

geeigneten Zement über. Minuten lang gerührt und darauf die erhaltene Lösung

Die erfindungsgemäßen Zusätze ermöglichen hin- in den zu verfestigenden Boden eingespritzt,
gegen, beständige durch Wasser unempfindliche Gele 35 Gemäß einer Abänderung dieser Ausführungsform zu erhalten, die eine dauerhafte Verfestigung der zu kann man zunächst die wäßrige Lösung des Silikates belastenden Böden bewirken. mit der wäßrigen Lösung von Acrylamid und Formin ihrer allgemeinsten Form besteht die Erfindung aldehyd, die einen Polymerisationsaktivator enthält, in der Verwendung einer Kombination folgender vermischen und darauf unter Rühren die berechneten Anteile als Zusätze für Böden: 40 Mengen Polymerisationskatalysator für das Amid

a) eine wäßrige Lösung eines Alkalisilikates mit und gelbildendes Mittel für das Silikat zusetzen.
Zusatz eines geeigneten gelbildenden Mittels, Gemäß einer anderen Abänderung der Aus-

b) eine wäßrige Lösung einer Mischung von mono- führungsform werden die adäquaten Mengen an merem Acrylamid und Formaldehyd und Polymerisationskatalysator beiden getrennt herge- I

c) ein oder mehrere Katalysatoren, die geeignet sind, 45 stellten Gemischen zugesetzt, und zwar der wäßrigen in situ im Boden'die Polymerisation des Acryl- Silikatlösung mit gelbildendem Mittel und der wäßrigen, gemisches zu bewirken. acrylhaltigen Lösung mit Polymerisationsaktivator.

Das erfindungsgemäß verwendbare Alkalisilikat Es wird einige Minuten lang gerührt und dann auf kann ein Natrium- oder Kaliumsilikat oder -polysilikat bekannte Art und Weise in den Boden eingespritzt, sein, bei welchem ' das Molverhältnis SiO₂/M₂O 50 Die Mengenverhältnisse von Alkalisilikat einerseits 2,0 bis 5,0, vorzugsweise 3,3 bis 4,0 beträgt (M = K und Acrylamid und Formaldehyd andererseits in oder Na). Es wird in Form einer wäßrigen Lösung den erfindungsgemäß zum Einspritzen bereiten Gemit 25 bis 40°/₀ Trockenmasse unter Zusatz eines gel- mischen können zwischen weiten Grenzen schwanken, bildenden Mittels bekannter Art, wie z. B. Triacetin, Ohne einschränkende Wirkung sei gesagt, daß vor-Natriumbicarbonat oder Äthylacetat, angewendet. 55 zugsweise auf 1 Gewichtsteil des Bestandteils Acryl-Das Verhältnis von gelbildendem Mittel zu Silikat amid-Formaldehyd (Trockenmasse) 0,5 bis 10 Ge-(Trockenmasse) kann innerhalb weiter Grenzen wichtsteile, insbesondere 1 bis 5 Gewichtsteile Alkalischwanken und z. B. 10 bis 80 Gewichtsprozent silikat (ebenfalls Trockenmasse) treffen sollen,
betragen. Wie oben bereits angeführt wurde, werden die

Das Gemisch von Acrylamid und Formaldehyd 60 Bestandteile der erfindungsgemäßen Gemische in wird erhalten, indem man bei Temperaturen von Form wäßriger Lösungen verwendet, wobei die 20 bis 70° C eine wäßrige Lösung von Acrylamid und resultierende Einspritzmasse z. B. 5 bis 15 Gewichtseine wäßrige Lösung von Formaldehyd in Gegenwart prozent Silikat, gelbildendem Mittel, Acrylgemisch, eines basischen Katalysators, wie z. B. Natrium- Katalysator und Aktivator enthalten kann. Unter carbonat, oder einer wäßrigen Lösung von Natrium- 65 diesen Bedingungen weisen die Gemische zum Einhydroxyd miteinander in Berührung bringt. Man spritzen eine stark verminderte Viskosität auf, die kann auf diese Weise 0,5 bis 1,5 Mol Formaldehyd im allgemeinen weniger als 5 cP beträgt und sehr mit 1 Mol Acrylamid zur Reaktion bringen. häufig der von Wasser nahekommt. Sie sind daher

beim Einbringen in das zu verfestigende Gelände besonders leicht zu handhaben.

Die erfindungsgemäßen Zubereitungen weisen je nach den Mengenverhältnissen der Bestandteile innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte Abbindezeiten (Gelbildung) auf, die zwischen 1 Minute und 1 Stunde liegen können und die es ermöglichen, sowohl elastische Gele, plastische Gele, die belastbarer sind, als auch harte Gele, deren Belastbarkeit mehr als 10 kg/cm² beträgt, herzustellen. In allen Fällen weisen die erhaltenen Gele und plastischen oder harten Massen keinen Schwund (Synerese) auf und sind absolut wasserbeständig.

Die Mengen der erfindungsgemäßen Massen, die mit Bezug auf den zu behandelnden Boden einzusetzen sind, schwanken selbstverständlich, je nachdem ob der Boden z. B. tonig, sandig oder anders geartet ist. Man kann sagen, daß das Mengenverhältnis im allgemeinen 10 bis 60% gelbildende Masse, bezogen auf das Gewicht des zu verfestigenden Bodens, beträgt, das entspricht etwa 1 bis 10% Trockenmasse der erfindungsgemäßen Bestandteile. Die mit den vorgenannten Massen behandelten Böden weisen eine sehr starke Bindigkeit auf, selbst wenn es sich um Böden mit sehr feinen Materialien wie Ton handelt. Darüber hinaus sind sie außergewöhnlich wasserbeständig.

Die folgenden Beispiele erläutern die praktische Anwendung der erfindungsgemäßen Massen.

30 Beispiele 1 bis 5

Es wurden gleichzeitig folgende Lösungen hergestellt:

a) eine wäßrige Lösung von Natriumsilikat mit einem gelbildenden Mittel, das durch Auflösen von 6,5 g Triacetin in 112,5 g Wasser erhalten worden war, und 80 g Wasserglaslösung (33,6° Be=30,5 % Trockengehalt) mit einem Molverhältnis SiO₂/ Na₂O = 3,9.

Diese wäßrige Lösung bildete innerhalb von etwa 30 min ein Gel und wies nach 48 Stunden Alterung eine Belastbarkeit von 5 kg/cm^a auf.

b) eine wäßrige Lösung des Acrylmonomeren mit einem Katalysator, hergestellt durch Auflösen von 0,5 g Kaliumpersulfat und 0,4 g Dimethylaminopropionitril in 200 g einer wäßrigen Lösung, die 10 Gewichtsprozent (Trockenmasse) einer Reaktionsmasse von 1 Mol Formaldehyd und 2MoI Acrylamid enthielt (pH-Wert 6 bis 8, Viskosität der wäßrigen Lösung 2 cP bei 2O⁰C).

Diese wäßrige Lösung ergab nach 5 bis 6 Minuten ein elastisches Gel, dessen Belastbarkeit nicht gemessen werden konnte.

Gleich nach ihrer Herstellung wurden die beiden Lösungen durch 1 bis 2 Minuten langes Rühren (Geschwindigkeit des Rührers 400 UpM) miteinander vermischt. Anschließend wurden die Abbindezeiten und die Eigenschaften der erhaltenen Gele ausgewertet.

Die folgende Tabelle faßt die Ergebnisse zusammen, die erhalten wurden, indem die Anteile des silikatischen Bestandteils (Gemisch a) mit Bezug auf den konstant gehaltenen Anteil des acrylischen Bestandteils (Mengen angegeben unter b) variiert wurden.

Beispiel	Silikat	Silikatlösung (g)	Gelbildendes	Abbindezeit	Geleigenschaft	Belastbarkeit
	33,6°Be	Wasser	Mittel	(Min.)		(kg/cm²)
1	80	112,5	6,5	6 bis 7	sehr elastisch
2	160	225	13	18 bis 20	elastisch	2
3	240	337,5	19,5	25 bis 30	plastisch	5
4	320	450	26	25 bis 30	hart	6
5	400	562,5	32,5	30 bis 35	sehr hart	10

Die erfindungsgemäßen Massen der Beispiele 3 und 4 werden unmittelbar nach ihrer Herstellung als 25 bis 30% wäßrige Lösungen (das entspricht 3 bis 4% Gesamttrockenmasse), bezogen auf das Gewicht des Bodens in dem zu verfestigenden Bereich, in einen tonigen Boden eingespritzt und dadurch in der ganzen Tiefe des behandelten Bodens eine feste und harte, erosionsbeständige Masse erhalten, die schweren Belastungen standhielt.

Beispiele 6 bis 8

Diese Beispiele zeigen die Auswirkung der Gewichtsanteile von gelbildendem Mittel für das Silikat, bezogen auf das Gesamtgewicht der acryl- und silikathaltigen Lösungen.

Auf der Stelle bereitete Mischungen von 100 g wäßriger acrylhaltiger Lösung mit 10% Trockenextrakt (Acrylamid und Formaldehyd), 0,5 g Kaliumpersulfat und 0,4 g Diäthylaminopropionitril, 80 g Wasserglaslösung von 33,6°Be (Molverhältnis SiO₂/ Na₂O = 3,9) und 100 g Wasser wurden unter 3 Minuten langem Rühren zunehmende Mengen von Triacetin zugesetzt. Die Eigenschaften der erhaltenen Produkte waren die folgenden:

2,5 bis 5 g Triacetin: Gel sehr elastisch,
5 bis 10 g Triacetin: Gel plastisch,
10 bis 15 g Triacetin: Gel hart, aber plastisch.

Ähnliche Ergebnisse werden mit Natriumbicarbonat an Stelle von Triacetin erhalten.

Die Eigenschaften der Gele schwanken auch, wenn man unter Beibehaltung gleicher Mengen der übrigen Bestandteile den Anteil des Katalysators oder der Kombination Katalysator—Aktivator zur Polymerisation des oder der Acrylmonomeren in situ variiert.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bodenverfestigung durch Einbringen von Lösungen eines Alkalisilikats zusammen mit Säureamiden in den Boden, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Zubereitung verwendet, die a) eine wäßrige Lösung eines Alkalisilikates mit einem gelbildenden Mittel,

b) eine wäßrige Lösung eines Reaktionsproduktes von Acrylamid und Formaldehyd und c) einen Katalysator für die Polymerisation der Produkte aus b) enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung a) mit vorzugsweise 25 bis 40°/o Feststoffen mit einem Molverhältnis SiO₃: M₂O = 2,0 bis 5,0, worin M Natrium oder Kalium ist, verwendet

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Lösung a) als gelbildendes Mittel Triacetin, Natriumbicarbonat und/oder Äthylacetat verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung b) mit vorzugsweise 1 bis 20°/_Q Harzfeststoffen mit dem Molverhältnis Formaldehyd zu Acrylamid = 0,5 bis 1,5:1 verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator ein Persalz, gegebenenfalls in Verbindung mit einem aliphatischen Aminonitril als Aktivator, verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösungen a) und b) in solchen Mengen anwendet, daß das Gewichtsverhältnis Harzfeststoff zu Alkalisilikat 1:0,5 bis 10 beträgt,

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man 10 bis 60 °/₀ Zubereitung entsprechend 1 bis 10 Gewichtsprozent Feststoffe — bezogen auf das Gewicht des zu behandelnden Bodens — einbringt.