DE19537616C2 - Natriumbentonitfreie Injektionsmittelsuspension - Google Patents
Natriumbentonitfreie InjektionsmittelsuspensionInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Injektionsmittelsuspension zur
Abdichtung und/oder zur Verminderung der Durchlässigkeit von Böden
(Lockergesteinen) und/oder Fels und/oder Bauwerken gegen eine
Durchdringung durch Fluide, insbesondere durch Wasser und/oder
Gase. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar zur Sohlabdichtung
des sandigen Untergrunds einer Baugrube und zur Abdichtung von
Rissen und Klüften im Fels.
Bei Tiefbauvorhaben in sandigem Untergrund ist das Eindringen von
Grundwasser in die Baugrube zu vermeiden. Üblicherweise unterbricht
man die Grundwasserzufuhr durch vertikale Umschließung der Baugrube
mit einer Dicht- oder Schmalwand. Das Nachdringen des Grundwassers
aus dem Untergrund unterbricht man durch Bodeninjektionen mit
Injektionslösungen oder Injektionssuspensionen, wobei in einem
bestimmten Raster injiziert wird.
Die Feststoffe der Injektionsmittelsuspension sollen Korngrößen
aufweisen, die es ermöglichen, in feinste Hohlräume einzudringen.
Außerdem muß die Injektionsmittelsuspension gewährleisten, daß nach
einer sogenannten Reifungszeit die Wasserdurchlässigkeit des
injizierten Bodenkörpers zumindest ausreichend weitgehend reduziert
ist. Vom Injektionsgut darf keine Umweltgefährdung ausgehen. Das
Injektionsverfahren muß technisch leicht handhab- und
wirtschaftlich ausführbar sein.
Bekannt ist, Injektionslösungen in Form sogenannter "Weichgele"
oder Feinstzementsuspensionen zu verwenden.
Die Weichgele bestehen aus Lösungen von Wasserglas und einer
Härterkomponente. Nachteilig ist, daß die Lösung nach Zugabe des
Härters in einem sehr kurzen Zeitraum injiziert werden muß, weil
anderenfalls Reaktionen stattfinden, die die Viskosität der
Injektionssuspension derart erhöhen, daß die Injektion nicht
durchführbar ist. Außerdem ist die Entsorgung von Resten der
Suspension problematisch. Ein ganz wesentlicher Nachteil aber ist
der unerwünschte hohe bleibende Eintrag von Alkalien in das
Grundwasser. Es werden daher bereits Forderungen laut, derartige
Weichgele als Injektionsgut auszuschließen.
Feinstzementsuspensionen bestehen aus wäßrigen Aufschlämmungen von
Feinstzementen mit sehr hoher Feinheit, denen zur Stabilisierung
meist Natriumbentonit zugegeben wird. Die Feinstzementsuspensionen
sind einfach und ungefährlich zu verarbeiten. Feinstzemente
bestehen meist aus feinst aufgemahlenen Hüttensanden und Anreger
und/oder Portlandzementen; die nach der Zugabe von Wasser infolge
ihrer Hydratation temporär unter Freisetzung von Ca(OH)₂ alkalisch
reagieren. Das Ca(OH)₂ reagiert mit dem CO₂ des Grundwassers zu
Kalk. Demgemäß ist das Injektionsverfahren mit Feinstzement
suspensionen umweltschonend.
Natriumbentonit ist ein stark quellfähiger Ton, der in wäßriger
Suspension in feinste Teilchen zerfällt. Diese feinsten Natrium
bentonit-Teilchen verleihen Suspensionen im Ruhezustand eine
Fließgrenze, die die festen Bestandteile am Sedimentieren hindert.
In Gegenwart von hydratisierendem Zement neigen Natriumbentonite
zur Ionenumladung mit der Folge einer unerwünschten Agglomeration;
die hohe Feinheit der Ausgangskomponenten kann somit nicht voll
ausgeschöpft werden. Außerdem ist die Lagerstabilität von
Natriumbentonit-Feinstzement-Abmischungen sehr begrenzt.
Ein weiterer Nachteil von Natriumbentonit-stabilisierten Feinst
zementsuspensionen ist, daß die erwünschten Wirkungen der Injektion
in salzführenden Böden beeinträchtigt werden. Hinzu kommt, daß
Natriumbentonit-Feinstzementsuspensionen mit hohen Wasser-
Bindemittel-Werten zur Versickerung im Untergrund neigen, was in
der Regel nur vermieden werden kann, wenn der Natriumbentonit-
Anteil deutlich erhöht wird. Mit der Erhöhung des Natriumbentonit-
Anteils steigt aber auch die Gefahr der Agglomeration.
Die US-PS 4,662,943 beschreibt eine Mischung, welche Zement,
zumindest ein Salz und zumindest ein Polysaccharid oder eine
Mischung von Polysacchariden aufweist, welche eine Lösungszeit
haben, die größer als 10 Minuten ist. Diese Bindemittelmischung
dient als Verfüllmischung auf der Basis von Tiefbohrzement. Der
hierbei benutzte Tiefbohrzement ist ein Tiefbohrzement class H
(nach API) mit normaler Feinheit, welcher mit Polysacchariden und
Salzen stabilisiert ist. Die Mischung gemäß der US-PS 4,662,943
enthält keinen mineralischen inerten Füllstoff. Als Füllstoff
werden gemäß der Patentschrift jedoch Hochgewichtsadditive
vorgeschlagen, wie z. B. Hämatit, Illmenit, Quarzmehl und Sand.
Diese Additive haben die Aufgabe, die Bindemittelmischung schwerer
zu machen, d. h. die Rohdichte zu erhöhen sowie die Mischung zu
strecken. Die Salzzugabe verfolgt die Erzeugung einer bestimmten
Eigenschaft, der sog. "inversen Rheologie", d. h., daß die
Viskosität der Suspension bei Temperaturerhöhung zunimmt.
Die US-PS 2,655,004 betrifft eine Mischung und ein Verfahren zum
Verstärken und Verfestigen poröser Erdmassen, Felsmauerwerke,
Gebäudebeton etc. Gemäß der US-PS 2,655,004 soll eine verbesserte
aushärtbare zementhaltige Mischung geschaffen werden, welche unter
Druck in die Hohlräume und Risse einer porösen oder Löcher
aufweisenden Betonmasse eingepreßt werden kann. Eine
Injektionssuspension gemäß dieser Schrift soll hydraulischen Zement
normaler Körnung, Wasser und einen geringen Anteil Dispergiermittel
aufweisen, wobei das Dispergiermittel als Celluloseether angegeben
wird. Gemäß der Beschreibung können zusätzlich inerte Füllstoffe in
der Mischung vorhanden sein.
Die EP 0 631 994 A1 beschreibt eine Injektionssuspension auf der
Basis von Feinstbindemittel und Feinstfüllstoff, wobei Hydroxi
ethylcellulose als Dispergiermittel eingesetzt werden soll. Eine
derartige Bindemittelsuspension soll ein Wasser-Bindemittel-Ver
hältnis von 0,67 bis 2,3 für Feinstbindemittel und 0,33 bis 5 für
normale Zemente aufweisen. Gemäß dieser Schrift können als
Feinstfüllstoffe Glimmer, Talk, Kaolin, Calcit, Feldspat, Dolomit,
Kieselsäure, Titan- oder Aluminiumoxid eingesetzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist, eine mindestens ein Bindemittel aufweisende
Injektionsmittelsuspension zu schaffen, die einfach verarbeitbar
ist und eine optimale Abdichtung bzw. Verminderung der
Durchlässigkeit gewährleistet, wobei die Injektionsmittelsuspension
eine erhöhte Stabilität gegen Sedimentation auch bei hohen Wasser-
Feststoffwerten aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine
Injektionsmittelsuspension nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Die erfindungsgemäße Injektionsmittelsuspension ist
natriumbentonitfrei und feststoffarm. Sie enthält als
wesentliche Basiskomponenten Bindemittel, insbesondere
Feinstbindemittel, Fließmittel, einen im
wesentlichen inerten mineralischen, feinstteiligen, gerüstbildenden
Füllstoff und mindestens ein organisches Verdickungsmittel, z. B.
mindestens ein Polysaccharid, das als Dichtmittel und als
Stabilisierer wirkt. Inert im Sinne der Erfindung bedeutet, daß der
Füllstoff nicht reagiert oder nur unwesentlich reagiert bzw.
reaktionsträge ist. Er kann eine geringe latente Hydraulizität oder
Puzzolanität aufweisen.
Die Feinheit der Feinstbindemittel ist bekannt. Die Polysaccharide
werden z. B. beschrieben in Ullmanns Enzyklopädie der technischen
Chemie, 4. neubearbeitete und erweiterte Auflage, Bd. 19, Seite 233
ff. Besonders geeignete Stabilisierer sind z. B. Biopolymere auf der
Basis Xanthan- oder Welangummi. Die Wirkung dieser Stoffe,
insbesondere des Polymers auf der Basis von Welan-Gummi oder Welan-
Gummi selbst, oder synthetische Polymerisat-Verdickungsmittel, wie
z. B. auf Basis von Acrylsäure, kann durch Synergien mit anderen
natürlichen Verdickern, wie z. B. Galaktomannanen, wie Guar- oder
Johannisbrotkernmehl, verstärkt werden.
Als organische Verdickungsmittel sind Stärke und Celluloseether
jedoch nicht geeignet, da im Gegensatz zu den erfindungsgemäßen
Stabilisierern diese lediglich als Verdicker wirken. D. h., die
stabilisierende Wirkung dieser Stoffe beruht auf einer für
Injektionssuspensionen nicht gewünschten Verdickung. Hierdurch
werden das Eindring- und Injektionsverhalten negativ beeinflußt.
Die erfindungsgemäßen Stabilisierer bewirken ein extrem
strukturviskoses Fließverhalten, also eine hohe scheinbare
Viskosität nur in der ruhenden "Injektionssuspension."
Aus der DE 43 39 386 A1 sind Natriumbentonit-Flüssigkeitsmedien zur
Bohrspülung und Verfüllung von seismischen Flachbohrungen bekannt,
die neben Bentonit und Zement zusätzlich ausgewählte Polysaccharide
enthalten. Durch das Polysaccharid soll das sedimentationsverhalten
und die Filterkuchenbildung verbessert werden. Zudem sind
Injektionssuspensionen aus Zement und Wasser bekannt, die ein
Polysaccharid in Kombination mit einem Superverflüssiger enthalten
("Applications of Rheological Modifiers and Superplasticizers in
Oementitious Systems", C.B. Skaggs, W. G. Rakitsky, and S.F.
Whitaker, Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in
Concrete, Proceedings of 4th OANMET/ACI International Conference,
Montreal, Canada, Oktober 1994). In den bekannten Mischungen
erfolgt im ersten Fall lediglich zielgerichtet der Aufbau eines
abdichtenden Filterkuchens, im anderen Fall wird die Abdichtung
lediglich durch das Bindemittel selbst beschreiben. Das
Zusammenspiel der erfindungsgemäßen Komponenten wird damit nicht
berücksichtigt. Dies gelingt nach der vorliegenden Erfindung nur
durch die Verwendung von Feinstbindemitteln in Verbindung mit
Feinstfüllstoffen und Polysacchariden, wobei die Mischung
natriumbentonitfrei sein muß.
Die erfindungsgemäßen Suspensionen sind über lange Zeit
sedimentationsstabil und auch in salzführenden Böden, ohne
beeinträchtigt zu werden, einsetzbar. Die hohe Feinheit der
Komponenten, insbesondere bei Verwendung von Feinstbindemitteln,
kann voll ausgenutzt werden. Die Bildung von Agglomeraten durch
chemische oder chemisch-physikalische Veränderung eines
Bestandteils ist ausgeschlossen. Ein Filtratwasserverlust, gemessen
nach dem API RP 13B-Test, ist gering; ein Filterkuchen bildet sich
nicht. Überraschenderweise bleibt der Wasserdurchlässigkeitswert
nach DIN 18 130 einer injizierten Sandschicht bei Verwendung des
Füllstoffs, dessen Anteil am Feststoffgehalt der Mischung
vorzugsweise über 50 Gew.-% beträgt, drastisch abgesenkt.
Woraus die besondere Wirkung der Kombination des Stabilisierers mit
dem Feststoffsystem resultiert, ist noch nicht bekannt. Die
Feststoffe der mit Wasser/Feststoff-Werten von vorzugsweise über 5
angemachten Suspensionen sind theoretisch betrachtet nicht in der
Lage, die relativ großen Zwischenräume in z. B. sandigen Böden bzw.
in Rissen in klüftigem Fels auszufüllen. Sehr wahrscheinlich bildet
die Kombination der Bestandteile Stabilisierer/Feinstfüllstoff und
Bindemittel, insbesondere Feinstbindemittel, ein Gerüst oder
Skelett in den Porenräumen des Sandes bzw. zwischen den Rißufern
des Felses, das sich an den Korn- bzw. Rißwandungen abstützt und
die Porenräume derart in kleinere Poren unterteilt, daß das
Eindringen und Durchdringen von Wasser weitestgehend unterbunden
werden kann. Der Stabilisierer hat u. a. die Aufgabe, die festen
Komponenten (Füllstoff und Zement, insbesondere Feinstzement) in
der Kluft bzw. in den Zwickeln zwischen den Sandkörnern
festzuhalten, bis Kristalle bzw. Kristallite der
Silikathydratphasen, die aus den Zementkörnern radial in den Raum
wachsen, die Füllstoffkörner dauerhaft untereinander vernetzen und
mit den Raumwandungen verbinden.
Als Feinstfüllstoff können tonhaltige Gesteinsmehle und Tonmehle
eingesetzt werden, soweit sich die Tonkomponente gegenüber Cal
ciumionen weitgehend inert verhält, wie z. B. bei calciumbentoni
tischen, kaolinitischen und illitschen Tonen. Im Gegensatz zu
Natriumbentonit, der die Rolle eines Stabilisierers hat, tragen
Calciumbentonit, Illit und Kaolinit bei hohen Wasser-Feststoff
werten nicht oder nur unwesentlich zur Stützung einer Suspension
bei. Sie tragen auch nicht wesentlich zur Festigkeitsentwicklung
bei, weshalb sie als "inerte" Feinstfüllstoffe im Sinne der
Erfindung verwendet werden.
Zu den Feinstfüllstoffen sind auch z. B. Flugaschen, und/oder
bestimmte träge reagierende Hüttensandmehle und/oder bestimmte
Gesteinsmehle, wie z. B. Traß- oder Bims od. dgl. zu rechnen,
die zwar über einen längeren Zeitraum einen geringen Festig
keitsbeitrag liefern, der aber für die Verarbeitbarkeit der
Suspension unbeachtlich ist.
Durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung erfolgt eine Abdichtung
der Poren verbunden mit einer, gegenüber anderen Stoffen,
verbesserten Unweltverträglichkeit durch eine entscheidende
Absenkung der freigesetzten Alkali- und Erdalkaliionen.
Die Mischungen zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Injek
tionssuspension bestehen im wesentlichen aus:
A: 80 bis 20 Gew.-% mindestens eines mineralischen hydraulischen Bindemittels,
20 bis 80 Gew.-% eines mineralischen inerten Feinstfüllstoffs,
0,1 bis 3 Gew.-% Fließmittel (bezogen auf die Summe aus Bindemittel und Feinstfüllstoff),
0,05 bis 2 Gew.-% eines Stabilisierers aus der Gruppe der Polysaccharide, ausgenommen Stärke und Cellulose und deren Derivate, (bezogen auf die Summe aus Bindemittel und Feinstfüllstoff)
B: Wasser in einer derartigen Menge, daß sich ein Wasser/Feststoff-Wert von über 3,5 einstellt.
A: 80 bis 20 Gew.-% mindestens eines mineralischen hydraulischen Bindemittels,
20 bis 80 Gew.-% eines mineralischen inerten Feinstfüllstoffs,
0,1 bis 3 Gew.-% Fließmittel (bezogen auf die Summe aus Bindemittel und Feinstfüllstoff),
0,05 bis 2 Gew.-% eines Stabilisierers aus der Gruppe der Polysaccharide, ausgenommen Stärke und Cellulose und deren Derivate, (bezogen auf die Summe aus Bindemittel und Feinstfüllstoff)
B: Wasser in einer derartigen Menge, daß sich ein Wasser/Feststoff-Wert von über 3,5 einstellt.
Die Summe der Komponenten der Injektionsmittelmischung A beträgt
100 Gew.-%.
Vorzugsweise wird ein Feinstzement, insbesondere auf Portland- und
Hüttenzementbasis als Bindemittel verwendet. Gut geeignet sind auch
Gemische aus Feinstzement und Hüttensand-Feinstmehl. Als
Feinstfüllstoff werden insbesondere Gesteinsmehle, insbeson
dere Kalksteinmehl, einer Feinheit von 5 µm < x < 40 µm verwendet.
Neben den vorzugsweise eingesetzten Feinstkomponenten von 1 bis 40
µm können auch Stoffe von 40 bis ca. 90 µm eingesetzt werden.
Fließmittel ist insbesondere ein sulfoniertes Naphthalin
formaldehydkondensat (PNS) und als Beschleuniger wird bevorzugt
Natriumsulfat verwendet. Ein bevorzugter Stabilisierer ist Welan-Gummi.
Die Mischungen werden zu einer erfindungsgemäßen Suspension durch
intensives Mischen mit Wasser angemacht, wobei Teilmengen später
auch auf der Baustelle als Compound zugegeben werden können. Dabei
wird ein Wasser-Feststoffwert von über 3,5 eingestellt.
Nach einer Reifungszeit ist die Permeabilität der Schicht, die mit
der erfindungsgemäßen Mischung injiziert wurde, zumindest stark
abgesenkt. Die erfindungsgemäßen Rezepturen weisen einen sehr
geringen Feststoffgehalt auf, wobei ein sehr hoher Wasser-
Feststoffwert von über 5 (entspricht einem Wasser-Bindemittelwert
von vorzugsweise über 10) den Anforderungen zur Abdichtung z. B. der
Sohlschicht aus Sand oder sandhaltigem Boden gerecht wird. Die
Suspension eignet sich ebenso für Rißinjektionen im Fels. Die
Stabilität der Suspension ergibt sich durch die Zugabe des
Feinstbindemittels und des Feinstfüllstoffes richtet sich nach der
Art des zu injizierenden Bodens und liegt vorzugsweise im Bereich
von über 5 µm und unter 24 µm Korngröße. Als hydraulisch erhärtende
Bindemittel kommen in Frage:
- a) latent hydraulische Bindemittel enthaltend Anreger;
- b) natürliche oder künstliche Puzzolane (Traß, calcinierter Ton, calcinierter Kaolin oder calciniertes Gesteinsmehl oder Flugasche oder Silicastaub) mit Reaktionspartnern,
- c) Tonerde-Schmelzelement, Portlandzement und Zemente mit Zusatzstoffen.
Als Feinstfüllstoffe können - wie bereits erwähnt - auch
tonhaltige Gesteinsmehle und Tonmehle eingesetzt werden, soweit
sich die Tonkomponente Calciumionen gegenüber weitgehend inert
verhält, wie z. B. bei calciumbentonitischen, kaolinitischen und
illitischen Tonen. Injektionshilfsmittel sind Dispergiermittel, wie
Napthalinformaldehydkondensatsulfonat oder Natriumpolymethacrylat.
In den erfindungsgemäßen Suspensionen können sich offenbar die
Kristalle der Hydratphasen der Bindemittel, insbesondere der
Feinstbindemittel, frei im Raum ausbreiten und eine Art Gerüst
anordnung zusammen mit den Körnern des Feinstfüllstoffs entwickeln,
wobei hierzu die Polysaccharide Hilfestellung leisten. Diese
Wirkung kann ohne die Beigabe von Sacchariden und im wesentlichen
inerten Feinstfüllstoffen nicht bewirkt werden. Bei bekannten
Zement- bzw. Feinstzement/Natriumbentonit-Mischungen erfolgt eine
Anhäufung des Feststoffmaterials an den Kornoberflächen der Sande
oder den Oberflächen der Risse im Fels, so daß ein erheblicher Teil
des Raums zwischen den Sandkörnern bzw. in den Rissen für das
Eindringen von Wasser frei bleibt. Nach der Erfindung wird dieser
Raum nicht durch Inertmaterial ausgefüllt, denn dazu reicht die
Menge des inerten Materials nicht aus, sondern es wird eine
Matrixstruktur erzeugt, die ein sehr feinporiges Matrixmaterial in
den Hohlräumen aufweist. Diese Wirkung der Komponenten war nicht
vorhersehbar. Die Erfindung kann - wie bereits ausgeführt - sowohl
mit Bindemitteln, insbesondere Zementen, üblicher Feinheit, als
auch mit Feinstbindemitteln bzw. Feinstzementen ausgeführt werden,
weil es erfindungsgemäß darauf ankommt, in den abzudichtenden
Räumen bzw. Porenräumen eine Gerüststruktur aufzubauen, die aus im
wesentlichen Calciumsilikathydrat-Kristallen und Füllstoffkörnern
besteht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels erläutert.
Hierbei wurden verschiedene Injektionssuspensionen dadurch
hergestellt, daß je eine Bindemittelmischung mit einer vorbe
stimmten Wassermenge angemacht wurde.
Verglichen werden ein Standardfeinstbindemittel, welches mit einem
geringen Zusatz von Zusatzmitteln zu einer Standardfeinstbinde
mittelsuspension angemischt wurde und zwei Injektionsmittel (IM 1
und IM 2), welche mit Wasser zu erfindungsgemäßen Injektions
mittelsuspensionen angemischt wurden. Die Zusammensetzungen der
Suspensionen ergeben sich aus dem Kopf der folgenden Tabelle, in
der auch die Ergebnisse der Vergleichsversuche dargestellt sind.
Wie man der Tabelle entnehmen kann, betrug der Wasser-Feststoffwert
bei dem Standardfeinstbindemittel gemäß Spalte 1 sowie bei dem
Injektionsmittel (IM 2) 6, während das in der dritten Spalte
aufgeführte Injektionsmittel (IM 1) mit mit einem Wasser-Feststoff
wert von 3 mit Wasser vermischt wurde.
Vergleicht man den Standardfeinstbindemittel mit einem Injektions
mittel, (Injektionsmittel IM 2) stellt man fest, daß die Abmischung
von Injektionsmitteln mit Inertstoffen einen Abfall der
Druckfestigkeit bewirkt. Üblicherweise geht man davon aus, daß
zwischen der Festigkeit und der Undurchlässigkeit des
Injektionskörpers ein direkter Zusammenhang besteht. Der Vergleich
zwischen Injektionsmittel IM 2 und Standardfeinstbindemittel zeigt,
daß die Festigkeit der beanspruchten Mischung nach 7 und 28 Tagen
geringer ist als die des reinen Bindemittels. In der Durchlässig
keitsprüfung verhält es sich jedoch umgekehrt. Dieses Verhalten ist
in dem unterschiedlichen Gefügeaufbau begründet.
Der Vergleich einer Injektionsmittelsuspension mit nicht
erfindungsgemäßen Wasser-Feststoffwert 3 (IM 1), und mit einem
Wasser-Feststoffwert von 6 (IM 2), zeigt, daß bei einer Senkung des
Wasserfeststoffwertes nur eine geringe Festigkeits- und
Abdichtungsverbesserung erreicht wird. Diese geringe
Abdichtungsverbesserung wird durch einen unverhältnismäßig hohen
Feststoffanteil in der Suspension erreicht. Diese Verbesserung ist
baustellenseitig nicht gefordert und wird durch deutliche
ökonomische und auch ökologische Nachteile erkauft.
Gegenüber einer Injektionsmittelsuspension mit niedrigem
Wasser-Feststoffwert (z. B. 3), hat die beanspruchte Injektionsmittel
suspension folgende Vorteile:
- - Bessere Injizierfähigkeit;
- - ausreichende Undurchlässigkeit;
- - weniger Materialaufwand, dadurch kostengünstiger;
- - bessere Umweltverträglichkeit (belegt durch Gutachten des Hygieneinstituts Gelsenkirchen) durch geringeren Mate rialeintrag ins Erdreich und günstigen pH-Wert.
Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand zweier elek
tronenmikroskopischer Aufnahmen von erhärteten Injektionskörpern
erläutert.
Die Verringerung der Druckfestigkeit eines Injektionskörpers bei
Austausch eines Teils des Bindemittels durch einen inerten Füll
stoff war zu erwarten. Die Ursache der nicht erwarteten Erhöhung
der Dichtigkeit wurde anhand von elektronenmikroskopischen Gefü
geaufnahmen an einem vier Monaten alten Injektionskörper unter
sucht.
Bild 1 zeigt einen Blick auf ein Sandkorn (rechter unterer Qua
drant), das vollständig von einem dichten Rasen aus
Hydratationsprodukten überwachsen war. Eine präparationsbedingte
Beschädigung zeigt im unteren rechten Quadranten die ursprüngliche
Kornoberfläche. Vom Sandkorn zu den ebenfalls überwachsenen
Füllstoffpartikeln, kugelförmigen Körpern in der Bildmitte und am
linken Bildrand, spannen sich folien- und auch faserartige (linker
unterer Quadrant) Hydratationsprodukte.
Bild 2 zeigt das typische Gefüge einer Zwickelfüllung aus ausge
härteter Injektionssuspension. In Bildmitte ist ein hydratpha
senumhülltes Füllstoffkorn zu erkennen, das von folien- und
faserartigen Hydratationsprodukten in der Mitte einer Pore gehalten
wird.
Die in den Bildern gezeigten Gefüge konnten sich dadurch ausbilden,
daß die Füllstoff- und Bindemittelkörner bis zum Abbinden "in der
Schwebe" gehalten worden sind. Dies setzt eine hohe
Suspensionsstabilität und einen hohen Dispersionsgrad der Füll
stoff- und Bindemittelteilchen voraus. Während des Abbindens bilden
die Hydratphasen, ausgelöst durch heterogene Keimbildung, zwischen
den Sandkörnern und Füllstoffpartikeln Brücken aus. Andernfalls
würden sich die Hydratphasen überwiegend um die Sandkornoberflächen
herum anlagern.
Für den Wirkungsgrad der Abdichtung ist entscheidend, welcher
Widerstand dem Wasser in den durchströmbaren Räumen entgegengesetzt
wird. Bild 2 verdeutlich, daß neben den Füllstoffpartikeln vor
allem die fächerartig ausgebildeten Hydratphasen zwischen Füllstoff
und Sand den Wasserdurchfluß hemmen. Das Bindemittel vergrößert
seine Oberfläche während der Hydratation um das mehr als
Tausendfache. Wesentlich für die Abdichtung ist nicht die Menge der
Hydratphasen allein, sondern vor allem deren Anordnung im Gefüge,
die über die Suspensionsstabilität und den inerten Füllstoff
vermittelt wird.
Claims (21)
1. Natriumbentonitfreie Injektionsmittelsuspension hergestellt
aus
A: einer Injektionsmittelmischung enthaltend
80 bis 20 Gew.-% mindestens eines mineralischen hydraulisch erhärtenden Bindemittels,
20 bis 80 Gew.-% eines mineralischen inerten Feinstfüllstoffs,
0,1 bis 3 Gew.-% Fließmittel (bezogen auf die Summe aus Bindemittel und Feinstfüllstoff),
0,05 bis 2 Gew.-% eines Stabilisierers aus der Gruppe der Polysaccharide, ausgenommen Stärke und Cellulose und deren Derivate, (bezogen auf die Summe aus Bindemittel und Feinstfüllstoff),
B: Wasser in einer derartigen Menge, daß sich ein Wasser/ Feststoff-Wert von über 3,5 einstellt.
A: einer Injektionsmittelmischung enthaltend
80 bis 20 Gew.-% mindestens eines mineralischen hydraulisch erhärtenden Bindemittels,
20 bis 80 Gew.-% eines mineralischen inerten Feinstfüllstoffs,
0,1 bis 3 Gew.-% Fließmittel (bezogen auf die Summe aus Bindemittel und Feinstfüllstoff),
0,05 bis 2 Gew.-% eines Stabilisierers aus der Gruppe der Polysaccharide, ausgenommen Stärke und Cellulose und deren Derivate, (bezogen auf die Summe aus Bindemittel und Feinstfüllstoff),
B: Wasser in einer derartigen Menge, daß sich ein Wasser/ Feststoff-Wert von über 3,5 einstellt.
2. Injektionsmittelsuspension nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmittelmischung
70 bis 30 Gew.-% mindestens eines mineralischen hy draulischen Bindemittels und
30 bis 70 Gew.-% eines mineralischen inerten Feinst füllstoffs enthält.
70 bis 30 Gew.-% mindestens eines mineralischen hy draulischen Bindemittels und
30 bis 70 Gew.-% eines mineralischen inerten Feinst füllstoffs enthält.
3. Injektionsmittelsuspension nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmittelmischung
60 bis 40 Gew.-% mindestens eines mineralischen hydrau lischen Bindemittels und
40 bis 60 Gew.-% eines mineralischen inerten Feinst füllstoffs enthält.
60 bis 40 Gew.-% mindestens eines mineralischen hydrau lischen Bindemittels und
40 bis 60 Gew.-% eines mineralischen inerten Feinst füllstoffs enthält.
4. Injektionsmittelsuspension nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmittelmischung
0,2 bis 1 Gew.-% Fließmittel (bezogen auf die Summe aus
Bindemittel und Feinstfüllstoff) enthält.
5. Injektionsmittelsuspension nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmittelmischung
0,2 bis 1 Gew. -% eines Stabilisierers aus der Gruppe der
Polysaccharide, ausgenommen Stärke und Cellulose und deren
Derivate, (bezogen auf die Summe aus Bindemittel und
Feinstfüllstoff) enthält.
6. Injektionsmittelsuspension nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmittelmischung
einen Erhärtungsbeschleuniger in Mengen von 1 bis 10 Gew.-%,
bezogen auf das Feinstbindemittel, enthält.
7. Injektionsmittelsuspension nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsmittelmischung
einen Erhärtungsbeschleuniger in Mengen von 2 bis 6 Gew.-%,
bezogen auf das Feinstbindemittel, enthält.
8. Injektionsmittelsuspension nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Feinst
bindemittel ist.
9. Injektionsmittelsuspension nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Feinstbindemittel ein
Feinstzement ist mit einer Kornfeinheit von 1 bis 40 µm.
10. Injektionsmittelsuspension nach Anspruch 8 und/oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Feinstbindemittel ein
Gemisch aus Feinstzement und Hüttensand-Feinstmehl ist.
11. Injektionsmittelsuspension nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Zement
und/oder ein Gemisch aus Zement und Hüttensandmehl üblicher
Feinheit von 40 bis 90 µm ist.
12. Injektionsmittelsuspension nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Feinstfüllstoff ein Kalk
steinmehl ist.
13. Injektionsmittelsuspension nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kornfeinheit des Feinst
füllstoffs zwischen 1 µm < x < 90 µm liegt.
14. Injektionsmittelsuspension nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kornfeinheit zwischen
5 µm < x < 24 µm liegt.
15. Injektionsmittelsuspension nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Polysaccharid ein Biopoly
mer auf der Basis von Xanthan-Gummi ist.
16. Injektionsmittelsuspension nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß das Polysaccharid ein Biopoly
mer auf der Basis von Welan-Gummi, vorzugsweise Welan-Gummi
selbst ist.
17. Injektionsmittelsuspension nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher natürlicher
Verdicker Guar- und/oder Johannisbrotkernmehl enthalten
sind.
18. Injektionsmittelsuspension nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Erhär
tungsbeschleuniger und/oder ein Injektionshilfsmittel und/oder
ein Wasserretentionsmittel enthält.
19. Injektionsmittelsuspension nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 18,
gekennzeichnet durch ein Wasser/Bindemittel-Wert von über
7.
20. Injektionsmittelsuspension nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 19,
gekennzeichnet durch einen Wasser/Feststoff-Wert von über
5.
21. Injektionsmittelsuspension nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 20,
gekennzeichnet durch einen Wasser/Bindemittel-Wert von
über 10.
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