DE19522723A1

DE19522723A1 - Dichtwandmasse

Info

Publication number: DE19522723A1
Application number: DE1995122723
Authority: DE
Inventors: Klaus Krubasik; Joachim Fischer; Ortwin Dr Caldonazzi; Sven Bunge; Joerg Abraham
Original assignee: Bilfinger und Berger Bau AG
Current assignee: Bilfinger SE
Priority date: 1995-01-21
Filing date: 1995-06-22
Publication date: 1996-07-25

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtwandmasse in Form einer pump fähigen Suspension aus mindestens einem hydraulischen Bindemit tel, mindestens einer Dichtkomponente und Wasser.

Dichtwände werden in der Praxis häufig zur vertikalen Umschlie ßung von Mülldeponien und anderen potentiellen Schadstoffherden wie Tanklagern, Raffinerien und sonstigen Industrieanlagen ein gesetzt. Bei diesen Anwendungen soll der Schadstoffherd so ein gekapselt werden, daß das Grundwasser außerhalb der Umschlie ßung vor Verunreinigungen geschützt wird. Die horizontale Ab dichtung erfolgt in einem solchen Anwendungsfall entweder durch Einbinden der Dichtwand in eine allenfalls gering durchlässige Bodenschicht oder aber, wenn eine solche nicht vorhanden ist, durch Einbinden in eine barrierebildende Injektionssohle. Als Dichtwände bewährt haben sich Bohrpfahlwände in überschnittener Form, Dichtungsschmalwände, Injektionswände, sowie Dichtungs schlitzwände. All diesen Wandtypen gemein ist, daß sie aus Dichtwandmassen in Form einer pumpfähigen Suspension erstellt sind. Diese Suspension enthält neben Wasser immer mindestens eine Dichtkomponente und ein hydraulisches Bindemittel, d. h. ein Bindemittel, das auch unter Wasser erhärtet. Die konkrete Rezeptur der Dichtwandmasse, d. h. die Anteile an hydraulischem Bindemittel, Dichtkomponente und Wasser an der Suspension, hän gen vom Wandtyp und den Baugrundbedingungen ab, genauso wie die Art und der Anteil von etwaigen weiteren Bestandteilen der Sus pension.

Wesentlich ist, daß im Rahmen der bekannten Dichtwandmasse ein hydraulisches Bindemittel eingesetzt wird. In der unmittelbaren Umgebung von Schadstoffherden treten häufig u. a. saure Sicker wässer auf, die auf die Dauer das hydraulische Bindemittel einer Dichtwand angreifen. Im Extremfall kann die Dichtwand zumindest bereichsweise an- bis aufgelöst werden.

Als Alternative zu den hydraulischen Bindemitteln sind unter der Bezeichnung Dynagrout auch gegen Schadstoffe resistente Bindemittel auf Silan-Basis bekannt. Diese Bindemittel sind vergleichsweise kostspielig.

Unabhängig von den im Zusammenhang mit Dichtwandmassen auftre tenden Problemen ist es bekannt, Montanwachs/Wasser-Emulsionen zur Bodenbehandlung zu verwenden, insbesondere zur Verringerung der Durchlässigkeit des Bodens. Dazu wird die Emulsion in die Poren von Sand- oder Kiesböden eingepreßt, wobei die Bodenluft oder das Grundwasser aus den Poren bzw. Kornzwischenräumen ver drängt wird. Beim Einpressen der Emulsion bricht diese, d. h. es findet eine Trennung zwischen dem Wasser und dem Montanwachs statt. Dabei lagert sich das Montanwachs bevorzugt an den Eng stellen und Zwickeln der Kornzwischenräume ab. Mit der Verklei nerung der Kornzwischenräume wird die Durchlässigkeit des Bo dens verringert.

Der Erfindung liegt ausgehend von den bekannten, hydraulische Bindemittel enthaltenden Dichtwandmassen die Aufgabe zugrunde, eine Dichtwandmasse der in Rede stehenden Art anzugeben, die möglichst resistent gegen Schadstoffe, insbesondere gegen saure Sickerwässer, ist.

Die erfindungsgemäße Dichtwandmasse löst die voranstehende Auf gabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist der eingangs genannten Dichtwandmasse in Form einer pumpfähigen Suspension eine Wachsemulsion beigefügt.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß hydraulische Bindemit tel allein zwar von Schadstoffen, insbesondere von sauren Sickerwässern, angegriffen werden können, daß die Verwendung von hydraulischem Bindemittel für Dichtwände, die solchen sauren Sickerwässern ausgesetzt sind, aber dennoch in Frage kommt, wenn entsprechende Schutzmaßnahmen getroffen werden. Es ist ferner erkannt worden, daß als Schutz nicht nur eine Be schichtung der bereits erstellten Dichtwand in Frage kommt, sondern auch die Beimengung einer die Körner des hydraulischen Bindemittels umschließenden Substanz. Erfindungsgemäß ist schließlich erkannt worden, daß hierfür Wachs in Frage kommt. Zum einen ist Wachs gegen viele Schadstoffe und insbesondere gegen saure Medien resistent. Zum anderen läßt sich Wachs auch als Emulsion mit Wasser aufbereiten. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Zugabe einer Wachsemulsion zu der herkömmlichen pumpfähigen Suspension einer Dichtwandmasse wird erreicht, daß sich das Wachs schützend um die Körner des hydraulischen Binde mittels und ggf. auch um benachbarte Bodenkörner schmiegt. Die Resistenz der Dichtwand wird erfindungsgemäß also durch eine Art Wachsbeschichtung der einzelnen Körner der Dichtwand er reicht. Gleichzeitig wird dadurch die Durchlässigkeit der Dichtwand insgesamt verringert.

Es gibt nun eine Vielzahl von Realisierungsmöglichkeiten für die Wachsemulsion. In der Praxis bewährt haben sich Wachsemul sionen mit einem Anteil von ca. 10 bis 30% Wachs.

Als Wachsbestandteil eignen sich fossile Hartwachse genauso wie rezente Pflanzenwachse. Besonders vorteilhaft ist die Verwen dung des fossilen Hartwachses, Montanwachs, welches in großen Mengen im Rahmen von Braunkohlevorkommen gefördert wird. Eine ähnliche Zusammensetzung und daher auch analoge Eigenschaften weisen die rezenten Pflanzenwachse, Carnauba-, Candelilla- und Ouricurywachs, auf. Diese Wachse sind daher auch zum Herstellen einer Wachsemulsion und als Bestandteil der erfindungsgemäßen Dichtwandmasse geeignet.

Die Wachsemulsion könnte:schließlich auch mit Anteilen eines synthetischen Wachses bereitet sein. Dieses sollte dann zumin dest einige der folgenden Eigenschaften aufweisen:

Dichte bei 20°C: 0,9 bis 1,1 g/cm³
Dichte bei 90°C: 0,8 bis 1,05 g/cm³
Schmelzpunkt bei 800 bis 100°C
Flammpunkt bei ca. 300°C
Viskosität bei 90°C: 50 bis 80 mPas
Säurezahl: 20 bis 45 mg KOH/g
Verseifungszahl: 60 bis 105 mg KOH/g.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Dichtwandmasse können verschie dene hydraulische Bindemittel, je nach Dichtwandtyp und Boden verhältnissen, eingesetzt werden. Besonders gut wirkt die Wachsemulsion in Verbindung mit Zement, insbesondere Portland zement, Hochofenzement oder anderen hochgeschlackten Zementen, als hydraulisches Bindemittel. Im Rahmen der erfindungsgemäßen Dichtwandmasse kann aber auch ein hochgeschlacktes hydrauli sches Bindemittel eingesetzt werden, welches nicht mehr als Zement bezeichnet werden kann.

Auch die Art der Dichtkomponente hängt vom Dichtwandtyp ab. In der Praxis hat sich die Verwendung von Tonmehlen und insbeson dere von Bentonit bewährt. Bei der Verwendung von Na-Bentonit, dem sogenannten Aktiv-Bentonit, reichen relativ geringe Mengen zur Stabilisierung der noch flüssigen Dichtwandmasse aus sowie zur Erzielung einer geringen Wasserdurchlässigkeit. Soll der Feststoffanteil der Dichtwandmasse erhöht werden, so empfiehlt sich die Verwendung von Ca-Betonit.

Häufig tritt zu den drei üblichen Komponenten einer Dichtwand masse, hydraulisches Bindemittel, Dichtkomponente und Wasser, noch eine Füllkomponente hinzu. Dabei handelt es sich in der Regel um Sand und/oder Gesteinsmehl, insbesondere Quarzsand, Schiefermehl, Kalksteinmehl, Quarzmehl und/oder Tonmehl. Als Füllkomponente werden aber auch Granulate, insbesondere Schmelzkammergranulate eingesetzt. Derartige Füllkomponenten können auch im Rahmen der erfindungsgemäßen Dichtwandmasse, je nach den Randbedingungen und dem Anwendungsbereich, hinzugefügt werden.

Wie bereits eingangs erwähnt, kann die erfindungsgemäße Dicht wandmasse überall dort eingesetzt werden, wo der Schutz des hydraulischen Bindemittels der Dichtwandmasse erforderlich ist. Explizit seien hier das Erstellen von Einmassen- oder Zweimas senschlitzwänden, das Erstellen von Pfahlwänden und Schmalwän den und auch die Verwendung von Dichtwandmasse in einem Hoch druckinjektionsverfahren aufgeführt.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und wei terzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Er läuterung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung zu verwei sen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung werden auch im allgemeinen bevor zugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.

Das erste Ausführungsbeispiel betrifft die Verwendung einer er findungsgemäßen Dichtwandmasse zum Erstellen einer Dichtungs schlitzwand im Einmassenverfahren.

Dichtungsschlitzwände werden in Dicken von 0,4 bis 1,0 m ausge führt. Dazu wird der Boden lamellenweise mit Schlitzgreifern ausgehoben und durch das Dichtungsmaterial, nämlich die Dicht wandmasse, ersetzt. Beim Einmassenverfahren wird zur Stützung des offen Schlitzes bereits die spätere Dichtwandmasse ver wandt. Die Dichtwandmasse dient also gleichzeitig als Stütz flüssigkeit, die auch nach Beendigung des Bodenaushubs im Schlitz verbleibt und langsam erhärtet.

Die Wirksamkeit einer Dichtwand, d. h. der Abdichtungserfolg, wird vor allem von den Eigenschaften der verwendeten Dichtwand masse bestimmt. Deshalb werden die Zusammensetzung und die Ei genschaften der Dichtwandmasse in der Regel für jedes Projekt individuell in Eignungsversuchen bestimmt und auf der Baustelle durch Güteprüfungen überwacht.

Als Dichtwandmassen dienen - wie bereits erwähnt - pumpfähige Suspensionen, die mindestens ein hydraulisches Bindemittel, min destens eine Dichtkomponente und Wasser enthalten. Erfindungs gemäß ist dieser Suspension eine Wachsemulsion beigefügt.

Diese Wachsemulsion dient dazu, die Resistenz des aus der Dichtwandmasse entstehenden Dichtungselements gegen Schadstoffe, insbesondere saure Sickerwässer, zu erhöhen. Beim Aushärten der Dichtwandmasse schmiegt sich nämlich das Wachs der Wachsemul sion um die Körner des hydraulischen Bindemittels, der anderen Komponenten der Dichtwandmasse und gegebenenfalls auch um die Körner des an die Dichtwand anschließenden Bodens. Dadurch wird einerseits das hydraulische Bindemittel geschützt und anderer seits die Durchlässigkeit der Dichtwand insgesamt verringert.

Vorteilhafterweise wird eine Wachsemulsion mit einem möglichst hohen Wachsanteil von beispielsweise 20% oder auch mehr Wachs eingesetzt, da derartige Wachsemulsionen relativ gut handhabbar sind. Als Wachs eignet sich besonders das fossile Hartwachs, Montanwachs, welches aus natürlichen Braunkohlevorkommen gewon nen wird. Genauso möglich ist auch die Verwendung von anderen Wachsen wie z. B. rezenten Pflanzenwachsen oder auch syntheti schen Wachsen, die ähnliche Eigenschaften wie Montanwachs auf weisen.

Bei der Herstellung von Dichtungsschlitzwänden im Einmassenver fahren wird bevorzugt Hochofenzement verwendet, der ein langsa mes Abbindeverhalten und günstige Eigenschaften im Hinblick auf die Beständigkeit gegen Schadstoffangriffe besitzt. Damit kön nen lange Verarbeitungszeiten von 12 Stunden und mehr ohne zu sätzliche Verzögerungsmittel erreicht werden. Als hydraulische Bindemittel kommen aber auch andere Zementarten, wie z. B. Port landzement, in Frage oder auch hydraulische Bindemittel, die aufgrund ihrer Zusammensetzung nicht mehr als Zement bezeichnet werden dürfen.

Als Dichtkomponente bietet sich die Verwendung von Tonmehl an, wobei bevorzugt Bentonit eingesetzt wird.

Im folgenden sollen nun Mengenbereiche für die einzelnen Kompo nenten einer erfindungsgemäßen Dichtwandmasse für Dichtungs schlitzwände im Einmassenverfahren angegeben werden. Die Men genangaben beziehen sich jeweils auf 1 m³ Suspension. Es werden drei Rezepturen mit den Bestandteilen Bentonit als Dichtkompo nente, Hochofenzement als hydraulisches Bindemittel und einem Gemisch aus Wasser und Montanwachsemulsion angegeben:

1. 20-300 kg Bentonit,
100-400 kg Hochofenzement,
300-200 l Wasser und Montanwachsemulsion.
2. 25-40 kg Bentonit,
150-250 kg Hochofenzement,
900-970 l Wasser und Montanwachsemulsion.
3. 40 kg Bentonit,
200 kg Hochofenzement,
900-920 l Wasser und Montanwachsemulsion.

Wie bereits erwähnt, hängt die Zusammensetzung einer Dichtwand masse auch immer von den Randbedingungen und vom Anwendungsfall ab. Danach bestimmt sich auch, ob der Dichtwandmasse weitere Füllkomponenten, wie z. B. Sand oder Gesteinsmehl, insbesondere Quarzsand, Schiefermehl, Kalksteinmehl, Quarzmehl und/oder Ton mehl, beigefügt sind. In Sonderfällen werden auch chemische Ad ditive zugegeben. Aus diesen Gründen sind voranstehend ledig lich Mengenbereiche für die einzelnen Dichtwandmassenkomponen ten angegeben.

Das zweite Ausführungsbeispiel betrifft die Verwendung einer erfindungsgemäßen Dichtwandmasse zum Erstellen einer Schmal wand, auch Rüttelschmalwand genannt.

Zum Erstellen einer solchen Schmalwand wird ein schweres Stahl profil, meist ein Doppel-T-Träger mit Hilfe eines Aufsatzrütt lers in den Boden eingerammt. Am Fuß dieses Stahlprofils befin det sich eine Injektionsvorrichtung für die Dichtwandmasse, die in Form einer pumpfähigen Suspension vorliegt. Das Stahlprofil wird dann unter Einpressen der Dichtwandmasse wieder gezogen. Bei umlagerungswilligen Bodenschichten, wie z. B. bei Sanden und Kiesen, wird durch die Vibration des Rüttlers eine zusätzliche Verdichtung des Bodens erreicht. In körnigen Bodenschichten kann darüber hinaus eine Eindringung der Suspension in die Po renräume des Bodens stattfinden. Das Dichtungselement besteht dann nicht mehr nur aus der erhärteten Dichtwandmasse sondern aus einem Boden-Dichtwandmasse-Gemisch.

Auch die Dichtwandmasse für Schmalwände weist als Hauptbestand teile ein hydraulisches Bindemittel, eine Dichtkomponente und Wasser auf. Erfindungsgemäß ist dieser Dichtwandmasse wieder eine Wachsemulsion beigefügt.

Im Gegensatz zu der vorab in Verbindung mit Dichtungsschlitz wänden beschriebenen Dichtwandmasse enthält die Dichtwandmasse für Schmalwände in der Regel auch mindestens eine Füllkompo nente, wie z. B. Sand oder Gesteinsmehl, insbesondere Quarzsand, Schiefermehl, Kalksteinmehl, Quarzmehl, und/oder Tonmehl. Der Vorteil dieser Mischungen liegt zum einen in der Pumpfähigkeit, Stabilität und Stützwirkung auf den Hohlraum in der Herstel lungsphase und zum anderen in der geringen Wasserdurchlässig keit von kleiner 10^-9 m/s im erhärteten Zustand und letztlich in der möglichen Verformbarkeit der Mischung.

Beispielhaft seien hier zwei erfindungsgemäße Rezepturen von Dichtwandmassen angegeben, die zum Erstellen von Schmalwänden geeignet sind:

1. 30 kg Bentonit,
210 kg Hochofenzement,
760 kg Gesteinsmehl,
600 l Wasser und Montanwachsemulsion.
2. 150-500 kg Tonmehl,
50-200 kg Hochofenzement,
400-2000 kg Quarzsand,
300-1000 l Wasser und Montanwachsemulsion.

Diese Rezepturangaben beziehen sich jeweils auf 1 m³ Suspension.

Abschließend sei hervorgehoben, daß die erfindungsgemäße Lehre nicht auf die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele be schränkt ist. Die erfindungsgemäße Lehre läßt sich vielmehr überall dort einsetzen, wo hydraulische Bindemittel einer Dichtwandmasse vor Sickerwasserangriffen geschützt werden müs sen. Insbesondere ist auch der Einsatz der erfindungsgemäßen Dichtwandmassen in Verbindung mit einem Hochdruckinjektionsver fahren denkbar.

Claims

1. Dichtwandmasse in Form einer pumpfähigen Suspension aus mindestens einem hydraulischen Bindemittel, mindestens einer Dichtkomponente und Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß der Suspension eine Wachsemulsion beigefügt ist.

2. Dichtwandmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wachsemulsion einen Anteil von ca. 10 bis 30% Wachs aufweist.

3. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wachsemulsion zumindest mit Anteilen eines fossilen Hartwachses bereitet ist.

4. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wachsemulsion zumindest mit Anteilen von Montanwachs bereitet ist.

5. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wachsemulsion zumindest mit Anteilen eines rezenten Pflanzenwachses bereitet ist.

6. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wachsemulsion zumindest mit Anteilen von Carnauba-, Candelilla- und/oder Ouricurywachsen bereitet ist.

7. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wachsemulsion zumindest mit Anteilen eines synthetischen Wachses bereitet ist.

8. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachs bei 20°C eine Dichte von 0,9 bis 1,1 g/cm³ aufweist.

9. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachs bei 90°C eine Dichte von 0,8 bis 1,05 g/cm³ aufweist.

10. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt des Wachses bei 80° bis 100°C liegt.

11. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammpunkt des Wachses bei ca. 300°C liegt.

12. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachs bei 90°C eine Viskosität von 50 bis 80 mPas aufweist.

13. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachs eine Säurezahl von 20 bis 45 mg KOH/g aufweist.

14. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachs eine Verseifungszahl von 60 bis 105 mg KOH/g aufweist.

15. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Zement, insbesondere Portlandzement, Hochofenzement und/oder andere hochgeschlackte Zemente, als hydraulisches Bindemittel dient.

16. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tonmehl als Dichtkomponente dient.

17. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß Bentonit als Dichtkomponente dient.

18. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension pro m³ enthält: 20-300 kg Bentonit,
100-400 kg Hochofenzement,
300-2000 l Wasser und Montanwachsemulsion.

19. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension pro m³ enthält: 25-40 kg Bentonit,
150-250 kg Hochofenzement,
900-970 l Wasser und Montanwachsemulsion.

20. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension pro m³ enthält: 40 kg Bentonit,
200 kg Hochofenzement,
900-920 l Wasser und Montanwachsemulsion.

21. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Suspension mindestens eine Füllkompo nente beigefügt ist.

22. Dichtwandmasse nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllkomponente Sand und/oder ein Gesteinsmehl, insbe sondere Quarzsand, Schiefermehl, Kalksteinmehl, Quarzmehl und/oder Tonmehl beigefügt ist.

23. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 21 oder 22, da durch gekennzeichnete, daß als Füllkomponente ein Granulat, insbesondere ein Schmelzkammergranulat beigefügt ist.

24. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension pro m³ enthält: 30 kg Bentonit,
210 kg Hochofenzement,
760 kg Gesteinsmehl,
600 l Wasser und Montanwachsemulsion.

25. Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnete daß die Suspension pro m³ enthält: 150-500 kg Tonmehl,
50-200 kg Hochofenzement,
400-2000 kg Quarzsand,
300-1000 l Wasser und Montanwachsemulsion.

26. Verwendung einer Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 25 zum Erstellen von Einmassen oder Zweimassen-Schlitzwä den.

27. Verwendung einer Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 25 zum Erstellen von Pfahlwänden.

28. Verwendung einer Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 25 zum Erstellen von Schmalwänden.

29. Verwendung einer Dichtwandmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 25 in einem Hochdruckinjektionsverfahren.