DE1642378C - Verfahren zur Bodenverfestigung - Google Patents

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°/₀, 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. s masse ζ, B. 10 bis 30 Gewichtsprozent beträgt. Vor

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

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

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

Alkalisilikaten verwendet. 6 und 8 (bei 2O⁰C) liegt und deren Viskosität im Es wurde bereits empfohlen, zur Verfestigung der io allgemeinen zwischen 1 und 5 cP (bei 20⁰C) 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 Pers&i? wie Kaltum-

Man hat auch bereits die Verwendung von Poly- 15 persulfat, 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 ao Katalysatoren verwenden, wie z. B. Persalze, aktiviert

1954, p. 79 bis 81). · durch Polyamide oder organische Nitrile, wie Di-

Weiterhin ist es bekannt, die Böden durch Zusatz alkoylaminopropionitrile.

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

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

Amid einer gesättigten aliphatischen Säure, wie ζ. B. as 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-

ReaHionspartner 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 Komoination 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 gdbildendes 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-

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 tfaliumsilikat oder-polysilikat bekannte Art und Weise in den Boden eingespritzt,

sein, bei welchem das Molverhältnis SiCyM₁O 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 Ge-

mit 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-

Natfiumbicarbonat oder Äthylacetat, angewendet. 51 zugsweise auf 1 Gewichtsteil des Bestandteils Acryl· Da« Verhältnis von gelbiidendem Mittel zu Silikat amid-Formaldehyd (Trockenmasse) 0,S bis 10 Oe-

(TrockenmaMe) kann innerhalb weiter Grenzen wichtsteile, insbesondere 1 bis 5 Gewichtsteile Alkali-

«chwanken und z.B. 10 bi» 80 Gewichtsprozent silikat (ebenfalls Trockenmasse) treffen sollen,

betragen. Wie oben bereits angeführt wurde, werden die

Da· Gemisch von Acrylamid und Formaldehyd 60 Bestandteile der erAndungsgemäOen Oemische in

wird erhalten, indem man bei Temperaturen von Form wäßriger Läsungen verwendet, wobei die

30 bi· 70°C eine wäßrige Lösung von Acrylamid und resultierende Einspritzmasse z. B. 5 bis IS Gewichts«

eine wäßrige Lösung von Formaldehyd in Gegenwart prozent Silikat, gelbildendem Mittel, Acrylgemiseh,

eine« basischen Katalysators, wie z. B. Natrium- Katalysator und Aktivator enthalten kann. Unter

carbonat, oder einer wäßrigen Lösung von Natrium· ίβ diesen Bedingungen weisen die Oemische zum Ein·

hydroxyd miteinander in Berührung bringt. Man spritzen eine stark verminderte Viskosität auf, die

kann auf diese Weise 0,5 bi· 1,5 Mol Formaldehyd im altgemeinen 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/cm* beträgt, herzustellen. In allen Fällen weisen die erhaltenen Gele und plastischen oder harten Massen keinen Schwund (Synarese) auf und sind absolut wasserbeständig.

Die Mengen der erfindungsgemäßen Massen, die mit Bezug auf den zu behandelnden Boden einzusetzen sinö, 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 DeispieL erläutern die praktische Anwendung der erfir.dungsgemäßen Massen.

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 gWasserBlaslösung(33,6°Bd=30,5e/₀

Trockengehalt) mit einem Molverhältnis SiO₁/ 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^s 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,

*5 die 10 Gewichtsprozent (Trockenmasse) einer Reaktionsmasse von 1 Mol Formaldehyd und 2 Mol Acrylamid enthielt (pH-Wert 6 bis 8, Viskosität der wäßrigen Lösung 2cP bei 20³C).

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

Gleich n«»ch ihrer Herstellung wurden die beiden' Lösungen durch 1 bis 2 Minuten langes Rühren

*5 (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)	umbildendes	Abbindezeit	Geleigenschaft	Belastbarkeit
	33,60Bi	Wasser	Mittel	(Min.)		(kg/cm»)
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 uiid 4 werden unmittelbar nach ihrer Herstellung als 25 bis 30⁰/₀ wäßrige Lösungen (das entspricht 3 bis 4°/₀ 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 Gewichtsaateile 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, BOg Wasserglaslösung von 33,6⁰Be (M öl verhältnis SiOW Na₄O = 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

SS an Stelle von Triacetin erhatten.

Die Eigenschaften der OeIe schwanken auch, wenn man unter Beibehaltung gleicher Mengen der übrigen Bestandteile den Anteil des Katalysators oder der Kombination Katalysator—Aktivator zur Polymeri-

sation des oder der Acrylmonomeren in situ variiert.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   l. Verfahren zur Bodenverfestigung durch Einbringen von Lösungen eines Alkalisilikats zu* 6$ sammen mit Säureamiden in den Boden, dadurch gekennzeichnet, daß mm eine Zubereitung verwendet, die a) eine wäßrige Lösung eines Alkalisiiikate* mit einem gelbildenden Mittel,

   b) cine wäßrige Lösung eines Reaktionsproduktes von Acrylamid und Formaldehyd und c) einen Katalysator für die Polymerisation der Produkte aus b) enthält.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung a) mit vorzugsweise 25 bis 40°/₀ Feststoffen mit einem Molverhältnis SiO_?: MsO - 2,0 bis 5,0, worin M Natrium oder Kalium ist, verwendet.
3. 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. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung b) mit vorzugsweise 1 bis 20°/₀ Harzfeststoffen mit dem Molverhältnis Formaldehyd zu Acrylamid = 0,5 bis 1,5:1 verwendet.
5. 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. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösungen a) und b) in solchen Mengen anwendet, daß das Gewichtsverhältnis der Feststoffe Harz/Alkalisilikat 1:0,5 bis 10 beträgt.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man 10 bis 60°/„ Zubereitung entsprechend 1 bis 10 Gewichtsprozent Feststoffe — bezogen auf das Gewicht des zu behandelnden Bodens — einbringt.