DE19858004A1 - Non-alkaline gel-forming mixture for sealing ground, waste heaps and dumps against ground water penetration consists of waterglass, water, acidic reagent, anionic polyelectrolyte and additives - Google Patents
Non-alkaline gel-forming mixture for sealing ground, waste heaps and dumps against ground water penetration consists of waterglass, water, acidic reagent, anionic polyelectrolyte and additivesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein nichtalkalisches, gelbildendes Gemisch zum Abdichten und Verfestigen von Böden gegen Durchfluß von Wasser in Bau- und Tiefbauobjekte, zur Abdichtung von in den Boden eingebauten Ingenieursobjekten und zur Einkapselung von Altlasten und Deponien zum Schutz des Grundwassers.The invention relates to a non-alkaline, gel-forming mixture for sealing and Solidification of soils against the flow of water in construction and civil engineering objects, for Sealing of engineering objects built into the floor and for encapsulating Contaminated sites and landfills to protect groundwater.
Unter Tiefbauobjekten sind vorzugsweise Baugruben, unter Ingenieursobjekten Schächte, Speicher, Becken und Tunnel zu verstehen. Unter Boden werden fein- bis grobsandige oder diesen bezüglich der Korngrößen vergleichbare Böden oder Aufschüttungen verstanden.Under civil engineering objects there are preferably construction pits, under engineering objects manholes, Understand storage, basins and tunnels. Under the soil are fine to coarse sand or these soils or fillings that are comparable in terms of grain sizes.
Es ist bekannt, daß für Zwecke der Abdichtung und Verfestigung von Böden Wassergläser, üblicherweise Natronwasserglas, als Gelbildner verwendet werden können. Zur Herstellung für Abdichtungsmaßnahmen gebräuchlicher Weichgele werden den Wasserglaslösungen Wasser und Reaktive, letztere in solchen Dosierungen zugegeben, daß die Gelbildung verzögert eintritt und eine Verpressung (Injektion) der Mischung in den Boden somit ermöglicht wird. Als Reaktive zur Auslösung der Gelbildung können Säuren und Salze, bevorzugt Salze mehrwertiger Metalle, sowie kationische Kolloide verwendet werden (Literatur: Cambefort, H.: Bodeninjektionstechnik, Bauverlag GmbH, 1969). Weichgele werden auch durch Zusatz einer Reaktivkombination, bestehend aus einem Tri- Alkoxi-Alkyl-Silan und Mononatriumdihydrogenmonophosphat, erhalten (Literatur: Hass, H.-J., Allseitige Einkapselung von Schadstoffen im Untergrund mittels schadstoffresistenter Injektionsgele und Dichtmassen, Umweltbundesamt, Materialien 1/85, S. 357-408).It is known that for the purpose of sealing and consolidating soil Water glasses, usually soda water glass, can be used as gel formers. For the production of sealing measures, common soft gels are used Water glass solutions water and reactive, the latter added in such doses that gel formation is delayed and compression (injection) of the mixture into the So floor is made possible. Acids can be used as reactive agents to trigger gel formation and salts, preferably salts of polyvalent metals, as well as cationic colloids (Literature: Cambefort, H .: Bodeninjektionstechnik, Bauverlag GmbH, 1969). Soft gels are also made by adding a reactive combination consisting of a tri- Alkoxi-alkyl-silane and monosodium dihydrogen monophosphate, obtained (literature: Hass, H.-J., All-round encapsulation of pollutants in the underground by means of pollutant-resistant Injection gels and sealants, Federal Environment Agency, Materials 1/85, pp. 357-408).
Zur Erzielung ausreichend langer Gelzeiten von mindestens 30, besser 45-60 Minuten, die eine Injektion der Mittel in den Boden ermöglichen, ist es üblich, die genannten Reaktive so zu dosieren, daß der pH-Wert des Wasserglas/Wasser/Reaktiv-Gemisches im alkalischen Bereich verbleibt und eine verzögerte und unvollständige Gelbildung erfolgt. Diese Vorgehensweise hat insbesondere in Böden neben oder unter Deponien und Altlasten mit hohen Gehalten an als Reaktiv zur Gelbildung von Wasserglas wirksamen Säuren und Salzen, aber auch in schadstoffreien Böden mit natürlich vorhandenen erhöhten Salzgehalten und austauschbar gebundenen Anteilen an mehrwertigen metallischen Kationen, den Nachteil, daß starke und mit dem reaktiven Potential der Böden wechselnde Reduzierungen der Gelzeit und der Ausbreitung der Injektionsgemische auftreten können, die die Anwendbarkeit des Injektionsverfahrens infrage stellen. Der zur ständigen Anpassung der Rezepturen der alkalischen Mittel an die gegebene Belastung des Bodens mit reaktiv wirkenden Substanzen erforderliche Aufwand für Probenahmen und analytische Erkundungen ist nicht realisierbar.To achieve sufficiently long gel times of at least 30, better 45-60 minutes, the enable the agents to be injected into the soil, it is common for the reactive agents mentioned above to dose that the pH of the water glass / water / reactive mixture in alkaline Area remains and there is delayed and incomplete gel formation. This The approach is particularly important in soils next to or under landfills and contaminated sites high levels of acids and acids which act as reactive for the gel formation of water glass Salts, but also in pollutant-free soils with naturally high salt levels and interchangeably bound proportions of polyvalent metallic cations, the Disadvantage that strong reductions that change with the reactive potential of the soils the gel time and spread of the injection mixtures that may occur Question the applicability of the injection procedure. The constant adjustment of the Recipes of the alkaline agents to the given soil load with reactive active substances required effort for sampling and analytical Exploration is not feasible.
Durch Auswaschung und unter dem Einfluß eines als Synärese bezeichneten Schrumpfungsprozesses scheiden diese Gele Wasser und nicht vergelte Alkalisilikate und Kieselsäuren aus, was zu einer Reduzierung der Festigkeit und der Abdichtwirkung der erzeugten Gele in den Poren und Hohlräumen des Bodens führt.By washing out and under the influence of what is known as syneresis Shrinkage process, these gels separate water and non-gelled alkali silicates and Silicas, which leads to a reduction in the strength and the sealing effect of the generated gels in the pores and voids of the soil leads.
Der Nachteil der unvollständigen Gelbildung kann gemäß US-Patentschrift Nr. 4.226.556 vermieden werden, wenn einem Wasserglas soviel Säure zugegeben wird, daß sich ein pH- Wert von 5 oder weniger einstellt. Um eine solche nichtalkalische Mischung herzustellen ist es gemäß der genannten Patentschrift erforderlich, Wasserglas in eine wässrige Lösung des sauren Reaktivs mit hoher Geschwindigkeit einzudüsen, um eine vorzeitige Ausfällung von Kieselsäuren zu vermeiden. Rühren reicht nicht aus, um eine homogene injektionsfähige Mischung zu erhalten. Zur Feineinstellung des pH-Wertes können dem sauren Gemisch schwache Säuren oder saure Salze, aber auch alkalische Verbindungen zugegeben werden. The disadvantage of incomplete gel formation can be found in U.S. Patent No. 4,226,556 be avoided if so much acid is added to a water glass that a pH Set a value of 5 or less. To make such a non-alkaline mixture it is required according to the cited patent specification to put water glass in an aqueous solution of the acid reactives at high speed to prevent premature precipitation of To avoid silicas. Stir is not enough to make a homogeneous injectable To get mixture. The acidic mixture can be used to fine-tune the pH weak acids or acid salts, but also alkaline compounds can be added.
Charakteristisch für nichtalkalische, zur Abdichtung injizierbare Wasserglassole ist, daß sie anfangs sehr niedrige Viskositäten aufweisen und sich langsam zu einem Gel umwandeln. Die Kombination von niedriger Viskosität und langer Gelzeit beinhaltet Risiken für die zu Abdichtungszwecken erforderliche Herstellung gleichmäßig strukturierter Injektionskörper.A characteristic of non-alkaline water glass brine that can be injected for sealing is that they have very low viscosities at the beginning and slowly change to a gel. The combination of low viscosity and long gel time involves risks for the too Sealing purposes required the production of uniformly structured injection bodies.
Injektionsmittel mit den genannten Eigenschaften können unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten in Spalten und Hohlräume abfließen oder durch fließendes Grundwasser vom Injektions- und damit Zielort verfrachtet werden. Die Herstellung einer geschlossenen Abdichtungsschicht ist auf Grund dieses Ausbreitungsverhaltens sehr gefährdet. Das ist deshalb besonders kritisch, weil es keine ausgereiften Verfahren gibt, um die Geschlossenheit von durch Injektion hergestellten Dichtwänden zu überprüfen.Injection agents with the properties mentioned can under the influence of Gravity drains down into crevices and cavities or through flowing Groundwater from the injection and thus destination are shipped. The making of a closed sealing layer is very due to this spreading behavior at risk. This is particularly critical because there are no sophisticated procedures to check the tightness of sealing walls made by injection.
Die mit der Reaktivkombination von Tri-Alkoxi-Alkyl-Silan und Mononatriumdi hydrogenmonophosphat hergestellten Weichgele sind durch Einsatz der Silankomponente sehr teuer. Außerdem ist die Silankomponente für die Anwender beim Verarbeitungsprozeß toxisch sowie brand- und explosionsgefährdend während der Lagerung.The with the reactive combination of tri-alkoxy-alkyl-silane and monosodium di Hydrogen monophosphate soft gels are made by using the silane component very expensive. In addition, the silane component is for the user in the processing process toxic as well as fire and explosion hazard during storage.
Zur Beeinflussung der Eigenschaften von Gelen auf Basis Wasserglas sind eine Vielzahl chemischer Stoffe als Zusätze zu den Basisrezepturen zur Herstellung von Wasserglasgelen, bestehend aus Wasserglas, Wasser und Reaktiv, vorgeschlagen worden. In der ungarischen Patentschrift Nr. 186.586 wird beschrieben, daß Zusatz von organischen Polymeren zu Wasserglaslösungen mit gasförmigen Fluoriden als Reaktiv die Elastizität der entstehenden Gele erhöht. Dieses Verfahren ist wegen der hohen Giftigkeit der als Reaktiv verwendeten Fluoride wie Fluorwasserstoff, Siliciumtetrafluorid und Wasserstoffsilicofluorid kaum anwendbar. In der deutschen Patentschrift DE 44 25 314 wird die Anwendung nichtionischer organischer Polymere zur Viskositätserhöhung von wäßrigen Metallsalzlösungen beschrieben, die als erste Lösung in den Boden injiziert werden und zu denen in einem zweiten Injektionsprozeß zum Zwecke der Gelbildung wäßriges Kieselsäuresol zugegeben wird. Gemäß der britischen Patentschrift GB 2.186.879 wird die schnell ansteigende Viskosität der Injektionsgemische zur Herstellung von Wasserglasgelen bei Zusatz von organischen Polymeren als nachteilig für die Beeinflussung der Geleigenschaften betrachtet, weil diese wegen der Verschlechterung der Injektionsfähigkeit der Gemische eine Optimierung des Polymergehaltes ausschließt. Deshalb wird vorgeschlagen, durch Zusatz von Polycarbonsäuren aus Wasserglaslösungen Gele zu erzeugen und gleichzeitig zur Erhöhung von deren Elastizität Monomere organischer Polymere, zusammen mit diese vernetzenden Substanzen und dafür benötigten Katalysatoren, den Wasserglaslösungen zuzugeben, um auf diese Weise den Gehalt an Polymerem im entstehenden Gel zu erhöhen.There are a number of ways to influence the properties of gels based on water glass chemical substances as additives to the basic recipes for the production of water glass gels, consisting of water glass, water and reactive have been proposed. In the Hungarian Patent No. 186,586 describes the addition of organic polymers to Water glass solutions with gaseous fluorides as reactive the elasticity of the resulting Gels increased. This procedure is because of the high toxicity of those used as reactive Fluorides such as hydrogen fluoride, silicon tetrafluoride and hydrogen silicon fluoride hardly applicable. In the German patent DE 44 25 314 the application nonionic organic polymers to increase the viscosity of aqueous Metal salt solutions described that are injected into the soil as the first solution and to aqueous in a second injection process for the purpose of gel formation Silica sol is added. According to British Patent GB 2,186,879, the Rapidly increasing viscosity of the injection mixtures for the production of water glass gels when adding organic polymers as disadvantageous for influencing the Gel properties considered because of the deterioration in injectability the mixtures preclude an optimization of the polymer content. That is why proposed to add gels by adding polycarboxylic acids from water glass solutions generate and at the same time to increase their elasticity monomers organic Polymers, together with these cross-linking substances and required for this Catalysts to add to the water glass solutions to reduce the content of To increase polymer in the resulting gel.
Für die Abdichtung von Altlasten und Deponien durch Einkapselung mit kieselgelhaltigen,
nur gering wasserdurchlässigen Bodenschichten, aber auch für die Einbringung hierfür
benötigter Injektionsgemische in Böden mit einem hohen Anteil an natürlich
vorkommenden, die Gelbildung von Wasserglas auslösenden Bestandteilen, werden
Zubereitungen auf Basis der Komponenten Wasserglas/Wasser/Reaktiv benötigt, die:
For the sealing of contaminated sites and landfills by encapsulation with silica-containing, only slightly water-permeable soil layers, but also for the introduction of the necessary injection mixtures in soils with a high proportion of naturally occurring components that trigger the gel formation of water glass, preparations based on the components water glass / Water / reactive needed that:
- - den Einfluß der im Boden befindlichen Gelbildner wie Säuren, Salze und austauschbare mehrwertige metallische Kationen zum Zeitpunkt der Injektion ausschließen,- The influence of gelling agents in the soil such as acids, salts and interchangeable multivalent metallic cations at the time of injection exclude,
- - eine hohe Rate der Umsetzung des Wasserglassols zu Kieselgel bewirken, Cause a high rate of conversion of the water glass sol to silica gel,
- - ein Ausbreitungsverhalten aufweisen, das, durch Einflußnahme auf die Viskosität und der von dieser abhängigen Gelzeit bzw. Kippzeit des Injektionsgemisches, regulierbar gestaltet werden kann,- Have a spreading behavior that, by influencing the viscosity and the gel time or tipping time of the injection mixture, which is dependent on this, can be regulated can be designed
- - mit einfacher Technologie herstellbar sind,- can be produced with simple technology,
- - Gele bilden, die geringe Verluste an Silikat durch Auslaugung sowie geringe Schrumpfungen des Volumens durch Synärese und damit eine hohe abdichtende Wirkung aufweisen,- Form gels, the low losses of silicate due to leaching as well as low Volume shrinkage due to syneresis and thus a high sealing Have an effect
- - gegenüber Schadstoffen aus Altlasten und Deponien resistente Gele erzeugen,- produce gels resistant to contaminants from contaminated sites and landfills,
- - preisgünstig in der Anwendung sind,- are inexpensive to use,
- - Gefährdungen für Anwender und Umwelt weitgehend ausschließen,- largely exclude dangers for users and the environment,
- - auf Grund der Gesamtheit ihrer Eigenschaften günstige Voraussetzungen für die Anwendbarkeit unter Praxisbedingungen aufweisen.- due to the totality of their properties favorable conditions for the Show applicability under practical conditions.
Gegenstand der Erfindung ist die Lösung der genannten Aufgabe.The object of the invention is to achieve the stated object.
Es wurde gefunden, daß sich nichtalkalische Wasserglas/Wasser/Säure-Gemische als ge eignet erweisen, die Anforderungen bezüglich des Ausschlusses der gelbildenden Wirkung im Boden befindlicher Reaktive zum Zeitpunkt der Injektion zu gewährleisten und eine vollständige Umsetzung des Wasserglases zu Kieselsäuregel zu bewirken. Die Ausbreitung solcher Injektionsgemische im Boden ist nur von dessen geologischer Struktur, insbesondere der Porosität, und den Mengenrelationen der Ausgangsstoffe in dem Injektionsgemisch abhängig.It was found that non-alkaline water glass / water / acid mixtures as ge prove the requirements regarding the exclusion of the gel-forming effect to ensure reactive in the ground at the time of injection and a effect complete conversion of the water glass to silica gel. The spread such injection mixtures in the soil is only of its geological structure, especially the porosity, and the quantitative relationships of the starting materials in the Injection mixture dependent.
Weiterhin wurde gefunden, daß die sehr niedrige Viskosität der nichtalkalischen Injektionsmittel vorteilhaft durch Zugabe anionischer Polyelektrolyte dosisabhängig angehoben werden kann, was nicht nur auf die höhere Viskosität dieser Stoffe selbst, sondern auch auf Interaktionen zwischen den Polyelektrolyten und den Kieselsäurepartikeln zurückzuführen ist. Hierdurch kann die Ausbreitung der erfindungsgemäßen Mittel in injizierbaren Böden steuerbar vermindert und ein Abdriften eingeschränkt, aber andererseits auch ein gutes Verschmelzen der Injektionskörper zu einer einheitlichen abdichtenden Schicht durch Einstellung ausreichend langer Gelzeiten erreicht werden. Weiterhin wird durch den Zusatz des anionischen Polyelektrolyten die Abdichtwirkung des aus dem erfindungsgemäßen Gemisch entstehenden Gels verbessert.It was also found that the very low viscosity of the non-alkaline Injection agent advantageous depending on the dose by adding anionic polyelectrolytes can be raised, not only due to the higher viscosity of these substances themselves, but also on interactions between the polyelectrolytes and the silica particles is due. As a result, the spread of the agents according to the invention in injectable soils controllably reduced and drift restricted, but on the other hand also a good fusion of the injection body to a uniform sealing Layer can be achieved by setting sufficiently long gel times. Will continue by adding the anionic polyelectrolyte, the sealing effect of the resulting mixture according to the invention improved gel.
Eine vereinfachte Herstellung nichtalkalischer Injektionsgemische ist möglich, wenn eine exakte Steuerung des pH-Wertes erfolgt. Diese wird erreicht, wenn die Einsatzmengen an mit Wasser verdünntem Wasserglas und mit Wasser verdünnter Säure zu vorzugsweise gleichen Volumina über Dosierpumpen einer schwach angesäuerten wässrigen Vorlage unter Rühren zugeführt werden. Dieser Mischung wird unter weiterem Rühren der in wässriger Lösung oder Emulsion befindliche anionische Polyelektrolyt zugegeben. Bei Gewährleistung einer ausreichenden mechanischen Vermischung der für die Herstellung von Weichgelen dosierten Einzelkomponenten im pH-Bereich ≦ 4, wird eine vorzeitige Gelbildung ausgeschlossen.A simplified preparation of non-alkaline injection mixtures is possible if one exact control of the pH value takes place. This is achieved when the quantities used water-diluted water glass and water-diluted acid preferably equal volumes via dosing pumps of a slightly acidified aqueous receiver be added with stirring. This mixture is mixed in with further stirring anionic polyelectrolyte present in aqueous solution or emulsion. At Ensuring adequate mechanical mixing of the for the production of Soft gels dosed individual components in the pH range ≦ 4, is a premature Gel formation excluded.
Auf der Basis der erfindungsgemäßen nichtalkalischen Injektionsgemische hergestellte Weichgele zeichnen sich durch extrem niedrige Auslaugung von Silikat sowie durch niedrige Synärese aus. Das ist begründet durch die Zugabe der sauren Reaktive in Dosierungen, die eine hohe Gelbildungsrate des Wasserglases bewirken, sowie durch die die Kieselsäurepartikel vernetzenden Eigenschaften des Polyelektrolyten.Produced on the basis of the non-alkaline injection mixtures according to the invention Soft gels are characterized by extremely low leaching of silicate as well as by low syneresis. This is due to the addition of the acidic reactive in Dosages that cause a high gelation rate of the water glass, as well as by the Silica particle cross-linking properties of the polyelectrolyte.
Mit erfindungsgemäßen Gemischen verfestigte fein bis mittelsandige Glimmersande erwiesen sich über einen Prüfzeitraum von 250 Tagen in einem hoch anorganisch und organisch belasteten Grundwasser einer Deponie (pH-Wert 3,8; Leitfähigkeit 14,9 mS/cm; chemischer Sauerstoffbedarf 1077 mg/l) als beständig. Langzeittests mit diesem Grundwasser in einaxialen Durchlässigkeitsmeßzellen zur Penetration solcher Injektionskörper unter Einwirkung eines hydraulischen Gradienten von 10 ergaben, daß Durchlässigkeitsbeiwerte von < 1.10-9 m/s sicher erreicht werden können.Fine to medium-sandy mica sands solidified with mixtures according to the invention proved to be effective over a test period of 250 days in a highly inorganic and organic contaminated groundwater of a landfill (pH 3.8; conductivity 14.9 mS / cm; chemical oxygen requirement 1077 mg / l) resistant. Long-term tests with this groundwater in uniaxial permeability measuring cells for the penetration of such injection bodies under the action of a hydraulic gradient of 10 showed that permeability coefficients of <1.10 -9 m / s can be reliably achieved.
Alle Rezepturbestandteile der erfindungsgemäßen Gemische werden großtechnisch hergestellt. Die hohe Gelbildungsrate dieser Mischungen ermöglicht die Einsparung von Wasserglas im Vergleich zu alkalischen Injektionsgemischen bzw. die Herstellung hochwertigerer, dichterer und damit undurchlässigerer Gele. Das erforderliche Mischverfahren ist mit einfacher Technologie zu realisieren. Diese Faktoren sind Grundlage für die kostengünstige Lösung der erfinderischen Zielstellung.All recipe components of the mixtures according to the invention are on an industrial scale manufactured. The high gelation rate of these mixtures enables savings of Water glass compared to alkaline injection mixtures or the manufacture higher quality, denser and therefore more impermeable gels. The necessary Mixing processes can be implemented with simple technology. These factors are the basis for the cost-effective solution of the inventive objective.
Wasserglas ist ein völlig ungiftiges Produkt. Die in den Injektionsgemischen und Gelen enthaltenen Kieselsäuren verhalten sich in Boden und Grundwasser inert. Aus dem Wasserglas durch Ionenaustausch freigesetzte Natriumionen sowie aus den vorzugsweise als Reaktive eingesetzten Mineralsäuren freigesetzte Anionen sind keine Fremdstoffe im Grundwasser, sondern kommen dort natürlich vor. Lediglich der Anteil dieser Ionen wird vorübergehend im Nahbereich der eingebrachten Abdichtungsschichten erhöht. Die eingesetzten Polymeren werden auf Grund ihrer Fähigkeit zur Interaktion mit den Kieselsäuren im Gel festgehalten. Ihre Anwendung in wässrigen Medien, z. B. als Flockungsmittel, ist erlaubt und üblich. Ein biologischer Abbau chemischer Substanzen in Wasserglasgelen kann wegen der engen Porenräume in diesen von maximal 60 Å die ein Eindringen von Bakterien und Pilzen unmöglich machen, ausgeschlossen werden. Es ist außerdem möglich Polymere einzusetzen, die biologisch nicht abbaubar sind, wie das z. B. für die Polyacrylamide zutrifft.Water glass is a completely non-toxic product. The in the injection mixtures and gels The silica contained is inert in the soil and groundwater. From the Water glass released by ion exchange as well as from the preferably Anions released as reactive mineral acids are not foreign substances in the Groundwater, but naturally occur there. Only the proportion of these ions will temporarily increased in the vicinity of the applied sealing layers. The The polymers used are based on their ability to interact with the Silicas held in the gel. Your application in aqueous media, e.g. B. as Flocculant is allowed and common. Biodegradation of chemical substances in Water glass gels can have a maximum of 60 Å due to the narrow pore spaces Make the ingress of bacteria and fungi impossible, be excluded. It is also possible to use polymers that are not biodegradable, such as z. B. applies to the polyacrylamides.
Die vorstehend beschriebenen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Mittel dokumen tieren das Erreichen der erfinderischen Zielstellung und sind Grundlage für eine Nutzbarkeit des Ergebnisses.The properties of the agents according to the invention described above are documented animals achieve the inventive goal and are the basis for usability of the result.
In den erfindungsgemäßen Mitteln werden bevorzugt Wasserglaslösungen mit einem SiO2/Na2O-Gewichtsverhältnis von größer als 3, vorzugsweise von 3,2 bis 4,0, eingesetzt, deren Viskosität im unverdünnten Zustand zwischen 10-1000 mPa.s, zweckmäßig zwischen 10-150 mPa.s liegt.Water glass solutions with an SiO 2 / Na 2 O weight ratio of greater than 3, preferably from 3.2 to 4.0, are preferably used in the agents according to the invention, the viscosity of which in the undiluted state is between 10-1000 mPa.s, expediently between 10 150 mPa.s.
Die Zugabe von Wasser, bezogen auf die Einsatzmenge an Wasserglas in den Gemischen, kann im Volumenverhältnis von 1 : 1 bis 6 : 1, vorzugsweise im Verhältnis von 2 : 1 bis 5 : 1, erfolgen.The addition of water, based on the amount of water glass used in the mixtures, can in a volume ratio of 1: 1 to 6: 1, preferably in a ratio of 2: 1 to 5: 1, respectively.
Der für die Gelbildung relevante SiO2-Anteil in 100 ml des Gemisches aus den Komponenten Wasserglas, Wasser, saures Reaktiv und anionischer Polyelektrolyt beträgt 5-18 g, vorzugsweise 6-12,5 g. Bei Einsatz hoher SiO2-Anteile entstehen in den injizierten Böden sehr feste Injektionskörper, während bei sinkenden SiO2-Gehalten diese zunehmend weicher werden.The SiO 2 content relevant for gel formation in 100 ml of the mixture of the components water glass, water, acidic reactive and anionic polyelectrolyte is 5-18 g, preferably 6-12.5 g. When using high SiO 2 proportions, very solid injection bodies are created in the injected soils, while with decreasing SiO 2 contents they become increasingly soft.
Als Reaktive können starke anorganische und organische Säuren sowie saure Salze starker Säuren, bevorzugt jedoch starke Mineralsäuren wie Schwefel-, Chlorwasserstoff- oder Phosphorsäure, Verwendung finden. Der pH-Wert der Mischung aus Wasserglas, Wasser, saurem Reaktiv und anionischem Polyelektrolyt soll vorzugsweise im Bereich von 2-4 eingestellt werden. Strong inorganic and organic acids as well as acid salts can be used as reactants strong acids, but preferably strong mineral acids such as sulfuric acid, hydrogen chloride or phosphoric acid can be used. The pH of the mixture of water glass, Water, acidic reactive and anionic polyelectrolyte should preferably be in the range of 2-4 can be set.
Zur Erhöhung der Viskosität der aus Wasserglas, Wasser und Reaktiv bestehenden Injektionsgemische und Beeinflussung der Eigenschaften der aus diesen entstehenden Gele werden diesen Zubereitungen gesundheitlich und in ihrem Verhalten gegenüber der Umwelt unbedenkliche organische, anionische Polyelektrolyte in solcher Menge zugegeben, daß deren initiale Viskosität auf maximal 10 mPa.s erhöht wird. Als Beispiele hierfür seien Polymere mit Alkalisalzen von Acryl-, Methacryl- und Maleinsäure enthaltenden Copolymeren genannt. Die Molmasse der verwendbaren Polyelektrolyte liegt vorteilhaft zwischen 5.104 und 2.107, insbesondere oberhalb 1.105. Bevorzugt sind solche mit hoher Ladungsdichte einzusetzen.In order to increase the viscosity of the injection mixtures consisting of water glass, water and reactive and to influence the properties of the gels resulting from these, organic and anionic polyelectrolytes which are harmless to health and their behavior towards the environment are added in such an amount that their initial viscosity is reduced to a maximum of 10 mPa.s is increased. Examples include polymers with alkali salts of copolymers containing acrylic, methacrylic and maleic acid. The molar mass of the polyelectrolytes which can be used is advantageously between 5.10 4 and 2.10 7 , in particular above 1.10 5 . Those with a high charge density are preferred.
Den erfindungsgemäßen Injektionsgemischen können erforderlichenfalls weitere Zusatzstoffe, die deren Eigenschaften oder die der daraus entstehenden Gele beeinflussen, wie zum Beispiel diverse anorganische oder organische Salze, Puffer, Alkohole, nichtionische Polymere, Tenside oder Schaumhemmer zugegeben werden. If necessary, the injection mixtures according to the invention can be further Additives that influence their properties or the resulting gels, such as various inorganic or organic salts, buffers, alcohols, non-ionic polymers, surfactants or foam inhibitors can be added.
In vergleichenden Labortests sind als Prüfmuster
In comparative laboratory tests are as test samples
- - ein alkalisches Gemisch aus Wasserglas, Wasser und saurem Reaktiv,- an alkaline mixture of water glass, water and acidic reactive,
- - ein nichtalkalisches Gemisch aus Wasserglas, Wässer und saurem Reaktiv,- a non-alkaline mixture of water glass, water and acid reactive,
- - ein nichtalkalisches Gemisch aus Wasserglas, Wasser, saurem Reaktiv und einem anionischen Polyelektrolyten auf Basis Polyacrylamid,- a non-alkaline mixture of water glass, water, acid reactive and one anionic polyelectrolytes based on polyacrylamide,
bezüglich der Parameter
regarding the parameters
- - Viskositätsentwicklung,- viscosity development,
- - Kippzeiten,- tipping times,
- - Synärese der Gele,- syneresis of the gels,
- - Ausbreitung in unbelastetem Glimmersand sowie im Glimmersand von einer Deponiebasis,- Spread in unpolluted mica sand as well as in mica sand from one Landfill base,
- - Durchlässigkeitsbeiwerte verfestigter Prüfkörper,- permeability coefficients of solidified test specimens,
- - Beständigkeit verfestigter Prüfkörper aus Glimmersand und Gel in destilliertem und in kontaminiertem Grundwasser einer Deponie,- Resistance of solidified specimens made of mica sand and gel in distilled and in contaminated groundwater from a landfill,
untersucht worden.been examined.
Die Bestimmung der Viskositäten erfolgte mit einem Viskosimeter bei 20°C jeweils 30, 60 und 120 Minuten nach Herstellung der Gemische.The viscosities were determined using a viscometer at 20 ° C. in each case 30, 60 and 120 minutes after the mixtures were made.
Die Kippzeiten sind bei gleichen Temperaturbedingungen in geschlossenen Flaschen durch visuelle Beurteilung des Fließverhaltens ermittelt worden. Es wurde der Zeitraum notiert, nach dem das Gemisch bei einer Neigung der Flasche um 45° nicht mehr fließfähig war.The tipping times are over at the same temperature conditions in closed bottles visual assessment of the flow behavior was determined. The period was noted after which the mixture was no longer flowable when the bottle was inclined by 45 °.
Zur Ermittlung der Synärese sind jeweils 125 ml eines gelbildenden Gemisches in verschließbare Glasflaschen gefüllt worden. Diese Ansätze erfolgten in dreifacher Wiederholung. Der entstehende zylinderförmige Gelkörper hatte einen Durchmesser von 5 cm. 20 Tage nach dem Versuchsansatz ist das Volumen der aus dem Gel ausgeschiedenen Flüssigkeitsmenge ermittelt worden.To determine the syneresis, 125 ml of a gel-forming mixture are in each closable glass bottles have been filled. These approaches were done in triplicate Repetition. The resulting cylindrical gel body had a diameter of 5 cm. 20 days after the start of the experiment, the volume of the gel excreted Amount of liquid has been determined.
Das Ausbreitungsverhalten der Injektionsgemische in durch anthropogenen Chemikalieneintrag unbelastetem und belastetem Glimmersand, letzterer stammt aus dem Boden unter einer ehemaligen Deponie eines Chemieunternehmens, ist in Glasröhren von 30 cm Höhe und einem Innendurchmesser von 2,8 cm untersucht worden. Die Röhren wurden 25 cm hoch mit Sand, dessen Feuchte auf 15 Masse-% eingestellt wurde, aufgefüllt. Der Durchlässigkeitsbeiwert des unbelasteten, verdichteten Sandes lag in der Größenordnung von ca. 10-4 m/s, der des belasteten bei ca. 10-5 m/s. Das Injektionsgemisch wurde von oben in die Säulen eingefüllt. Unterhalb der Sandsäule befand sich eine Schicht Glaswolle in geringer Stärke. Die sandgefüllten Glasröhren sind auf Saugflaschen aufgesetzt worden, die einen Unterdruck von 40 mm Hg-Säule aufwiesen, wodurch das Injektionsgemisch in die Sande eingesaugt wurde. Die Versuche erfolgten in dreifacher Wiederholung. Es wurde die benötigte Zeit für die Penetration der Sandsäule bzw. die Stärke der penetrierten Schicht bei vorzeitigem Stillstand der Ausbreitung ermittelt.The spreading behavior of the injection mixtures in mica sand, which is not contaminated and contaminated by anthropogenic chemical inputs, the latter comes from the soil under a former landfill site of a chemical company, has been investigated in glass tubes 30 cm high and with an inner diameter of 2.8 cm. The tubes were filled 25 cm high with sand, the moisture of which was set at 15% by mass. The permeability coefficient of the unpolluted, compacted sand was in the order of approx. 10 -4 m / s, that of the loaded at approx. 10 -5 m / s. The injection mixture was filled into the columns from above. Below the sand column was a thin layer of glass wool. The sand-filled glass tubes were placed on suction bottles with a vacuum of 40 mm Hg column, which sucked the injection mixture into the sands. The trials were repeated three times. The time required for penetration of the sand column or the thickness of the penetrated layer when the spread stopped prematurely was determined.
Die Versuche zur Bestimmung der Durchlässigkeit mit den Injektionsgemischen
verfestigter Sande sind in einaxialen Durchlässigkeitsmeßzellen durchgeführt worden. Die
Sandproben wurden mehrlagig verdichtet in diese eingebaut. Der Durchmesser je
verfestigtem Körper betrug 5,3 cm. Je Prüfmuster sind 327 g Glimmersand auf eine Höhe
von 8,3 bis 8,8 cm verdichtet worden. Vor Einbringung des Injektionsgemisches wurden
Ausgangswerte der Durchlässigkeit ermittelt, um Hohlraumbildungen im äußeren
Randbereich erkennen und ausschließen zu können. Hierfür ist kontaminiertes Grundwasser
aus dem Bereich einer Deponie mit Chemieabfällen verwendet worden, um bei der späteren
Einbringung des Injektionsgemisches einen gesättigten Probekörper mit reaktiven
Bestandteilen vorliegen zu haben. Nach Beendigung der Durchlässigkeitsbestimmung an
dem eingebauten Probekörper wurde dieses Grundwasser bis auf das Niveau der Oberfläche
des Sandes abgelassen und das Injektionsgemisch über dem Sand eingebracht. Diese
Mischung ist dann mittels konstantem Unterdruck von 40 mm Hg-Säule in den Sand
eingesaugt worden. Sobald die Front des Gemisches die untere Grenzschicht des Sandes
erreicht hatte, wurde das Einsaugen beendet. Ein Überschuß an Injektionsgemisch wurde
nach spätestens 24 Stunden über der Oberfläche des Sandes entfernt und der penetrierte
Körper anschließend mit kontaminiertem Grundwasser überschichtet. Die Zelle ist zur
Vermeidung von Wasserverlusten durch Verdunstung abgedeckt worden. Das
kontaminierte Grundwasser wies folgende Meßwerte und Inhaltsstoffe auf.
The tests for determining the permeability with the injection mixtures of solidified sands were carried out in uniaxial permeability measuring cells. The sand samples were compacted in several layers. The diameter per solidified body was 5.3 cm. 327 g of mica sand were compressed to a height of 8.3 to 8.8 cm per test sample. Before the injection mixture was introduced, initial permeability values were determined in order to be able to identify and rule out cavities in the outer edge region. Contaminated groundwater from the area of a landfill with chemical waste has been used for this, in order to have a saturated test specimen with reactive constituents when the injection mixture is subsequently introduced. After the permeability determination on the installed test specimen had ended, this groundwater was drained off to the level of the surface of the sand and the injection mixture was introduced over the sand. This mixture was then sucked into the sand using a constant vacuum of 40 mm Hg column. As soon as the front of the mixture reached the lower boundary layer of the sand, the suction was stopped. An excess of the injection mixture was removed from the surface of the sand after 24 hours at the latest, and the penetrated body was then covered with contaminated groundwater. The cell has been covered to prevent water loss through evaporation. The contaminated groundwater had the following measurements and ingredients.
10 Tage nach dem Einbringen der Injektionsgemische in die Durchlässigkeitsmeßzellen wurde mit den Untersuchungen zur Durchlässigkeit der penetrierten Sande jeweils bei einem hydraulischen Gradienten von 10 begonnen. Die Untersuchungen erfolgten in dreifacher Wiederholung. 10 days after the injection mixtures have been introduced into the permeability measuring cells was carried out with the investigations of the permeability of the penetrated sands in each case hydraulic gradient started from 10. The examinations were carried out in triplicate Repetition.
Zur Ermittlung der Beständigkeit der Gele im penetrierten Glimmersand sind zylindrische Probekörper von 7 cm Höhe und 7 cm Durchmesser in jeweils 0,5 l destilliertem bzw. dem vorstehend charakterisierten kontaminierten Grundwasser längere Zeit gelagert worden. In Abständen von mehreren Tagen wurden sie visuell beurteilt. Zerfall des Probekörpers hatte den Abbruch des Tests zur Folge. Die Untersuchungen sind in dreifacher Wiederholung vorgenommen worden.To determine the resistance of the gels in penetrated mica sand, they are cylindrical Test specimens 7 cm high and 7 cm in diameter each in 0.5 l distilled or contaminated groundwater characterized above was stored for a long time. In They were assessed visually at intervals of several days. Decay of the test specimen the test is terminated. The examinations are repeated in triplicate been made.
Der Nachweis, daß anionische Polyelektrolyte die Ausbreitung der Injektionsgemische
keineswegs nur durch ihre Viskosität beeinflussen, konnte in der folgenden
Versuchsanordnung erbracht werden:
Ein nichtalkalisches Injektionsgemisch mit und ohne anionischen Polyelektrolyten ist bis
zu 260 Minuten nach dem Anmischen in durch Chemikalieneintrag unbelasteten
Glimmersand gemäß der in Beispiel 1 für die Untersuchung des Ausbreitungsverhaltens der
Injektionsgemische beschriebenen Methode eingesaugt und der Zeitraum für die Penetration
der 25 cm hohen Sandsäule ermittelt worden.The proof that anionic polyelectrolytes in no way influence the spread of the injection mixtures only by their viscosity was obtained in the following test setup:
A non-alkaline injection mixture with and without anionic polyelectrolytes was sucked in up to 260 minutes after mixing in mica sand which was not contaminated by chemicals according to the method described in Example 1 for investigating the spreading behavior of the injection mixtures and the time for the penetration of the 25 cm high sand column was determined.
In einem zweiten Test wurden die gleichen Injektionsgemische unmittelbar nach dem Mischprozeß in Sandsäulen eingesaugt, die bereits 30 und 120 Minuten zuvor mit dem gleichen, frisch zubereiteten Mittel penetriert worden sind. Auch in dieser Versuchsanordnung wurden die Zeiten für das Einsaugen der Injektionsgemische bis zum Boden der Sandsäule erfaßt.In a second test, the same injection mixtures were used immediately after Mixing process sucked into sand pillars, 30 and 120 minutes earlier with the same, freshly prepared agents have been penetrated. Also in this one Experimental arrangement were the times for sucking in the injection mixtures until Bottom of the sand column.
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---|---|---|---|
DE1998158004 DE19858004A1 (en) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | Non-alkaline gel-forming mixture for sealing ground, waste heaps and dumps against ground water penetration consists of waterglass, water, acidic reagent, anionic polyelectrolyte and additives |
Applications Claiming Priority (1)
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DE1998158004 DE19858004A1 (en) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | Non-alkaline gel-forming mixture for sealing ground, waste heaps and dumps against ground water penetration consists of waterglass, water, acidic reagent, anionic polyelectrolyte and additives |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2015086350A1 (en) * | 2013-12-13 | 2015-06-18 | Recoval Belgium | Method for producing a water barrier material as landfill cover, capping or landfill liner underneath and/or aside a landfill and water barrier material produced thereby |
WO2019121873A1 (en) | 2017-12-20 | 2019-06-27 | Wöllner Gmbh | Method for producing a seal in a ground material by injection using carbon dioxide |
WO2019121892A1 (en) | 2017-12-20 | 2019-06-27 | Wöllner Gmbh | Aqueous composition for forming a gel, use thereof, and method for producing same |
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1998
- 1998-12-16 DE DE1998158004 patent/DE19858004A1/en not_active Withdrawn
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WO2015086350A1 (en) * | 2013-12-13 | 2015-06-18 | Recoval Belgium | Method for producing a water barrier material as landfill cover, capping or landfill liner underneath and/or aside a landfill and water barrier material produced thereby |
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WO2019121892A1 (en) | 2017-12-20 | 2019-06-27 | Wöllner Gmbh | Aqueous composition for forming a gel, use thereof, and method for producing same |
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