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12 Verfahren zum Abdichten von Leckstellen in wasserführenden Behältern,
Rohrleitungen, Kanälen und dergleichen Es gibt zahlreiche wasserführende Behälter,
Rohrleitungen, Kanäle und dergleichen, die unterirdisch oder oberirdisch verlege
sind, wie Abwasserkanäle, Kabelschächte, Einstiegschächte, Rew visionslbcher, Wasserleitungen,
Turniels,#runnenkamniern,t Gruben, Absetzteiche und Fundamente von Gebäuden. Diese
Strukturen werden beispielsweise aus kieselsäurehaltigem Material, wie Ziegel-oder
Beton, Ziegel-oder Mörtel, Kunststoffen, wie Polyvinylchlorid, Gußeisen oder Holz,
beispielsweise aus Zypressen- oder Zedernholz, hergestellt. Aufgrund der Art des
Baumatetials eder der Art der Konstruktion dieser Strukturen oder ihrer Aufstellpunkte
weisen diese Strukturen entweder von vornherein Leckstellen auf, oder sie entwickeln
derartige Leckstellen, Löcher, Risse, Sprünge oder dergleichen im Laufe der Zeit,
Dies ermöglicht den
Austritt oder Eintritt von Wasser. Selbst feinste
Haarrisse oder Löcher in sonst einwandfreien wasserundurchlässigen Strukturen können
zu einer Beschädigung und kostspieligem Auslaufen aus einer zeitweiligen oder permanenten
Wasserquelle führen.
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Beispielsweise dringt im Laufe der Zeit in aus Beton hergestellten
Kontrollschächten von Abwasserkanälen Grundwasser durch Ris-Stoßfugen, se, Sprünge,
Löcher,/Verbindungen oder Muffen ein, Dies,es Lecken kann bei Abwasserkanälen im
allgemeinen bis zu einem gewissen Ausmaß geduldet werden. Bei starken Regenfällen
gelangen jedoch große Mengen von Oberflächenwasser in das Erdreich und sammeln sich
in Ausnehmungen um den Abwasserkanal an. Hierdurch steigt der Grundwasserspiegel,
und Wasser dringt in unerwünschtem Ausmaß in die Struktur ein. Ein hoher Wasserdruck
um den Kontrollschacht oder Abwasserkanal kann auch auftreten,wenn das Erdreich
gestört wurde, beispielsweise durch Anlage eines Grabens zum Einsetzen von Abwasserkanälen,
wodurch ein Weg für sonst stehendes Wasser geschaffen wird. Ein derartig starker
Wasserdruck kann auch auftreten, wenn die Struktur erheblich unter dem Grundwasserspiegel
installiert wird. In jedem Fall hat das Wasser die Neigung, den Weg des geringsten
Widerstandes zu finden. Dieser ist häufig die Grenzfläche zwischen Konstruktionsteilen
oder Löchern, Rissen oder Sprüngen. Das Eindringen von Wasser in das Abwassersystem
kann auch ein derart hohes Ausmaß erreichen, daß die Kapazität eines. Abwasserbehandlungsreservoirs
überschritten wird; Dies hat zur Folge, daß unbehandeltes oder ungenügend aufbereitetes
Abwasser in Flüsse und Seen gelangt und diese verschmutzt Ferner kann dies auch
zu
Überschwemmungen in Kellern führen.
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Wasserführende Strukturen, wie zur künstlichen Bewässerung dienende
Kanäle aus Beton, Aqusdllkte oder Deiche, die statisches Wasser oder strömendes
Wasser enthalten, können ebenfalls Wasser durch Löcher, Risse und Sprünge verlieren.
Dies stellt einen wirtschaftlichen Verlust und häufig auch eine Gefahrenquelle dar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ab-oder
führenden dichten von Leckstellen in Wasser enthaltenden ehältern oder Leitungen
oder der Grenzfläche zwischen einer wasserführenden oder wasserenthaltenden Struktur
und einer normalerweise oder potentiell wasserführenden Umgebung, wie dem Erdreich,
zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
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Die Erfindung betrifft somit den in den Ansprüchen gekennzeichneten
Gegenstand.
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Der Ausdrucks'LeckstelleX bedeutet hier beispielsweise Löcher, Stoßfugen
Risse, Sprünge, Vertiefungen#/Verbin'dungen oder Rohrmuffen. Der AusdruckDichtungsmasse
umfaßt auch Vergußmassen, die zur Fül-Stoß##gen lung von beispielsweise Löchern,
Rissen, Sprüngen, Verbindungen,/ oder Rohrmuffen oder ähnlichen Leckstellen und
zur dauerhaften Vereinigung einzelner Teile bestimmt sind.
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Das Abdichten wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man an die
abzudichtende Stelle eine Verguß- bzw. Dichtungsmasse
einbringt,
die ein Prepolymer mit endständigen Isocyanatgruppen aus einem Oxyäthylen-Einheiten
und gegebenenfalls Oxypropylen-Einheiten enthaltenden Polyol enthält. In Gegenwart
von Wasser, mit dem die Dichtungsmasse vermischt wird, erfolgt ein/ Aushärtung unter
Bildung eines festen, hydrophilen, in Wasser quellfähigen, wasserunlöslichen, elastomeren
Polyurethanschaumstoffs mit Harnstoffgruppen, Das sich mit dem Prepolymer umsetzende
Wasser kann Grundwasser, fossiles Wasser oder,gesondert eingeführtes Wasser sein.
Das bei der Umsetzung des Prepolymers mit Wasser gebildete Polymer wirkt als Dichtung
und unterbindet das Eindringen oder Austreten von Wasser aus der abgedichteten Struktur.
Das Einbringen der erfindungsgemäß verwendeten Dichtungsmasse kann auch in eine
feuchte Struktur oder unter Wasser, selbst erheblich unter dem Grundwasserspiegel
und in einigen Fällen auch während des Eindringens oder Austretens von Wasser, erfolgen.
Die Strömung von Wasser an der Leckstelle ist in einigen Fällen vorteilhaft, weil
hierdurch während der Aushärtung der Transport einer entsprechenden Menge der Dichtungsmasse/
selbst in entferntere Stellen der Leckstelle ermöglicht wird.
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Die Dichtungsmasse der Erfindung besteht aus einem Gemisch von Prepolymeren
mit endstçindigen Isocyanatgruppen aus Polyoxyäthylenpolyolen mit gesteuertem Molekulargewicht
in einem verträglichen, wassermischbaren Lösungsmittel. Eines der prepolybesitzt
ein niederes Molekulargewicht, während das andere Prepolymer ein hohes Molekulargewicht
besitzt. Diese Dichtungsmasse wird an der Leckstelle mit Wasser gnüidlich vermischt.
Die Prepolymeren setzen sich mit dem Wasser unter Bildung eines vernetzten
und
verschäumten Polyurethans mit Iiarnstoffgruppen um.
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Dem Wasser kann ein Katalysator, beispielsweise ein tertiäres Amin,
zugesetzt werden, das mit dem Prepolymergemisch reagiert und die Reaktionsgeschwindigkeit
beschleunigt. Ferner kann der Masse ein Schaumstabilisator bzw. Porenregler zugesetzt
werden, um einen gleichmäßigeren Schaumstoff zu erhalten.
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Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum,Abdichten von
Kontrollschächten oder Verbindungen in einem Abwasserkanal aus Beton unter Verwendung
der erfindungsgemäßen Dichtungsmasse werden anhand der Zeichnungen erläutert.
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Figur 1 zeigt im kufriss und teilweisem Querschnitt einen Kontrollschacht
für einen Abwasserkanal; Figur 2 ist eine Teilansicht von Figur 1 entlang der Ebene
2-2; Figur 3 ist eine Teilansicht von Figur 1 entlang der Ebene 3-3; Figur 4 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils von Figur 2; Figur 5 zeigt im Aufriß
einen aus drei Elementen bestehenden Packer in einem Abwasserkanal, der im Schnitt
gezeigt ist, in der Nähe einer Verbindung bzw. Muffe im Kanal; Figur 6 zeigt den
Packer von Figur 5 in aufgeblähtem Zustand zur Isolierung der Verbindung und zur
Bildung einer kreisförmigen Ausnehmung an der Muffe, die mit dem Schaumstoff gefüllt
werden soll; Figur 7 zeigt den Packer von Figur 5 in voll expandierter Form, um
den Schaumstoff aus der Ausnehmung in die Muffe zu drücken.
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In den Figuren 1 bis 4 bedeutet 1 einen üblichen Kontrollschacht
für Abwasserkanäle, der aus einer Mehrzahl von übereinander angeordneten zylindrischen
Abschnitten 2, 3 und 4 aus vorgefertigtem armierten Beton besteht. Auf dem ober#Teil
sind einige oberen Lage der Ziegelsteine Lagen von Ziegelsteinen 5 verlegt.Auf der
/ ist ein Gußeisenring 6 und eine Abdeckung 7 angeordnet, die mit der Oberfläche
8 abschließt. Der Kontrollschacht ruht auf einem Betonfundament 9.
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Der Kontrollschacht ist an seinem unteren Ende mit einem' Abwasserrohr
10 aus Kunststoff versehen, das in den unteren Abschnitt 2 durch die Öffnungen 11
und 12 mündet. Der Teil des Abwasserrohres 10, der innerhalb des Kontrollschachtes
angeordnet ist, ist in seiner oberen Hälfte weggeschnitten und bildet eine Rinne
13, die in einer Schicht von Beton 14 im unteren Ende des zylindrischen Abschnittes
2 lagert. In den Kontrollschacht kann auch ein Abwasserrohr 15 münden, das zwischen
dem Kopf und dem Boden des Kontrollschachtes angeordnet ist und durch eine Öffnung
16 in den Kontrollschacht mündet. Die Öffnungen 11, 12 und 16 stellen Stoßfugen
zwischen den Bauteilen des Kontroll schachtes dar, Ein typischer Kontrollschacht
für Abwasserkanäle, wie er in den Figuren 1 bis 3 wiedergegeben ist, besteht im
allgemeinen aus zylindrischen Abschnitten mit einem Durchmesser von 122 cm. Der
Kontrollschacht kann dabei eine Tiefe von 4,5 bis 7,5 m aufweisen. Das Abwasserrohr
hat beîspielsweise einen Durchmesser von 20 cm bei einer Wandstärke von 0,5 ctn,
Als Kunststoff kann Polyvinylchlorid dienen. Im allgemeinen ist der Kontrollschacht
oberhalb des Giundwasserspiegels angeordnet. Es kommt jedoch
bisweilen
vor, daß der Grundwasserspiegel bis zu 3 m oder mehr über den normalen Grundwasserspiegel
am unteren Ende des Kontrollschachtes ansteigt. Dies kann zum Eindringen von Wasser
in fuge den Kontrollschacht durch die Stoß-/zwischen der Seitenwand 2 und dem Bodenteil
14 führen, obwohl eine Betonschicht 25 zur Abfuge dichtung dieser Stoß-/ aufgebracht
ist. Schätzungen haben ergeben, daß bei einem Abwassersystem von etwa 3,2 km Länge
mit etwa 40 Kontrolischächten, die in einem Abstand von 150 rn, lroneinanw Liter
der angeordnet sind, täglich etwa 2736 / Wasser eindringen.
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Gemäß einer Ausführungsform des eriindungsgemäßen Verfahrens wird
das Eindringen von Wasser angrenend zur Rinne 13 dadurch unterbunden, daß man während
des Eindringens des Wassers eine Mehrzahl von Löchern durch den Boden der Rinne
in einem Abstand von etwa 20 bis 30 cm bohrt und die Löcher mit einem Gewinde versieht,
in die übliche Druckfettfittings 21 eingesetzt werden. Mit einer üblichen Druckfettpresse
bzw. Druckfettspritze wird die Dichtungsmasse der Erfindung durch die Fittings 21
in die Grenzfläche 18 und die Risse, Sprünge und Öffnungen, die mit ihr in Verbindung
stehen, injiziert. Wenn die Injektion in Gegenwart von eindringendem Wasser erfolgt,
wird die Dichtung masse durch den Wasserstrom während der Aushärtung in die entlegensten
Stellen der Grenzfläche transportiert, wie dies in Figur 4 gezeigt ist. Es bildet
sich eine Dichtung 22 des ausgehärteten Polymerisats an der Grenzfläche 18. Die
Injektion bei jedem Fitting wird während etwa 5 bis 10 Minuten durchgeführt0 Nach
erfolgter Injektion können die Fittings 21 entfernt werden.
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Während der Injektion nimmt die Injektionsgeschwindigkeit ab,
während
der Injektionsdruck zunimmt. Da Strömungsbedingungen existieren, erfolgt ein Druckabfall,
der dem hydrostatischen Wasserdruck von 0 gleich ist, entlang dem Strömungsbereich
zwischen dem hydrostatischen Druck des Grundwassers und der Stelle, an der das Wasser
eintritt. Bei der Injektion der Dichtungsmasse wird der Bereich der Wasserströmung
fortschreitend abgedichtet, was zu einer Zunahme des hydrostatischen Druckes bis
zu dem Wert führt, der gleich dem hydrostatischen Druck des Grrnidwassers ist. Die
Wirksamkeit der Abdichtung wird durch die Abnahme der Injektionsgeschwindigkeit
gemessen (bei konstantem Injektionsdruck) oder durch die Zunahme des Injektionsdruckes.
Die wirtschaftlichste Verwertung der Dichtungsmasse liegt dann vor, wenn der Injektionsdruck
etwa gleich dem berechneten oder gemessenen hydrostatischen Druck des Grundwassers
ist. In diesem Fall ist eine ausreichende Menge der Dichtungsmasse injiziert, um
eine Abdichtung zu bewirken, Ein weiteres Injizieren der Dichtungsmasse ist nicht
erforderlich, da sie lediglich Hohlräume ausfüllen würde,die keinen nennenswerten
Beitrag zum Leckproblem liefern.
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Zur Verhinderung des Eindringens von Wasser an der Stoßfuge 16 der
Abwasserleitung 15 können in diese in ähnlicher Weise Löcher gebohrt und mit Druckfittings
versehen werden, durch welche die Dichtungsmasse unter Bildung einer Schicht des
Dichtungsmittels in die Stoßfuge injiziert werden kann.
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Zur Verhinderung des Eindringens von Wasser an den Stoßfugen der Abschnitte
2, 3 und 4 oder an den Ziegelsteinen 5 oder durch
andere Risse,
Sprünge oder Öffnungen, die im Beton vorliegen, kann die Dichtungsmasse aufgestrichen
oder anderweitig in Form eines Außenai#striches während oder nach der Errichtung
des Kontrollschachtes und vor dem Zuschütten des Aushubes aufgebracht werden. Vorzugsweise
wird der Anstrich aufgebracht, solange der Beton noch feucht ist oder während der
Zement abbindet. Dies ist ein Vorteil, den bekannte Dichtungsmassen, bei spielsweise
auf Bitumenbasis, nicht aufweisen. Bei diesen bekannten Dichtungsmassen muß der
Beton trocken oder ausgehärtet sein, bevor das Dichtungsmittel aufgebracht werden
kann, Wenn der Beton bereits trocken ist, kann auf den Beton vor oder nach dem Beschichten
Wasser aufgebracht werden, oder die Dichtungsmasse wird mit Wasser vermischt und
sodann aufgetragen. Sobald das Prepolymer mit Wasser in Berührung kommt, beginnt
die Aushärtungsreaktion.
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Zur Durchdringung des Erdreichs und zum Erreichen der äußeren Oberflächen
von unterirdisch verlegten Strukturen kann auch eine dünne Sonde verwendet werden,
die mit einem Rückschlagventil und gegebenenfalls einem Druckfühler ausgerüstet
ist.
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Sofern große Spalten vorliegen, beispielsweise wenn ein Wandabschnitt
der Struktur eingestürzt ist, kann zum Abdecken dec Spalts eine entsprechend große
Dichtllngsplatte verwendet werden, die mit einem Druckinjektionsfitting versehen
ist. Die Platte wird über den Spalt gelegt und mechanisch an Ort und Stelle gehalten,
bis die Injektion der Dichtungsmasse durch den Fitting vollständig ist. Ferner kann
eine Injektionsvorrichtung verwendet werden, durch die gleichzeitig Dampf und die
Dichtungsmasse
injiziert werden kann. Hierdurch wird ein rasches
Verschäumen und Aushärten der Dichtungsmasse zum Füllen von größeren Hohlräumen
und Spalten erreicht.
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In Figuren 5, 6 und 7 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens erläutert, bei der ein Gemisch von Prepolymeren mit kontrolliertem Molekulargewicht
enthaltende Dichtungsmasse in einem wassermischbaren Lösungsmittel verwendet wird.
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Das Bezugszeichen 30 zeigt eine Abwasserleitung mit einer Muffe 31s
durch die Wasser in die Leitung eindringen kann. Innerhalb der Leitung 30 ist ein
Packer 32 mit drei aufblasbaren Diaphragmaabschnitten 33, 34 und 36 angeordnet.
In Figur 5 ist der Packer in zusammengefallenem Zustand wiedergegeben. Durch Einleiten
von Luft kann der Packer aufgeblasen werden. Die Luft wird durch die Schläuche 37,
38 und 39 eingeleitet, Jeder Schlauch dient zum Aufblasen eines Packerabschnitts.
Das erfindungsgemäß verwendete Prepolymergemisch wird zum Packer durch den Schlauch
40 zugeführt. Das zur Umsetzung erforderliche Wasser wird durch den Schlauch 41
eingespeist, Sämtliche Schläu-Manschette che werden durch die / 45 zusammengehalten.
Der Packer 32 kann durch die an dem Packer befestigten Kabel 42 a und 42 b in der
Abwasserleitung bewegt werden.
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In Figur 6 sind die äußeren Abschnitte 33 und 34 des Packers 32 aufgeblasen.
Die Verbindung bzw. Muffe 31 ist isoliert und bildet einen kreisförmigen oder ringförmigen
Hohlraum 43 an der Verbindungsstelle. Die Dichtungsmasse der Erfindung wird in gesteuerter
Menge in den Hohlraum 43 zusammen mit Wasser injiziert,
beispielsweise
durch Einspritzen getrennter Ströme der beiden Reaktionsteilnehmer in den Hohlraum
derart, daß die beiden Ströme zusammenprallen und sich hierdurch rasch vermischen
und umsetzen.
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Innerhalb kurzer Zeit, beispielsweise 30 Sekunden nach der In-Injektion,
bildet sich eine dicke, geschäumte Creme 44 im Hohlwie 43. wie in Figur 7 cwezei
t raum 43. Hierauf wird//cler zentrale z schnitt 36 des Packers aufgeblasen, wodurch
die schäumende, reagierende Creme in die Verbindung bzw. Muffe 31 eingepreßt wird.
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Nach etwa 5 bis 7 Minuten ist die Masse klebfrei, und es hat sich
eine Dichtung 45 aus Schaumstoff gebildet. Hierauf wird aus dem Packer 32 die Luft
abgelassen, der Packer wird an und die nächste Verbindung gezogen / das Dichtungsverfahren
wiederholt; Die erfindungsgemäß verwendeten Prepolymeren lassen sich durch die allgemeine
Formel I
wiedergeben, in der Y1 einen von aktiven Wasserstoffatomen freien Rest einer Verbindung
mit einer Mehrzahl von aktiven Wasserstoffatomen (bestimmt nach der Zerewitinoff-Methode,
J. Am. Chem.
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Soc., Bdo 49 (1927), S. 3181) bedeutet. Beispiele für derartige Verbindungen
sind in der US-PS 3 330 782 beschrieben. Besonders bevorzugt sind Polyhydroxyalkane,
wie Äthylenglykol, Glycerin oder 1 Trimethylolpropan. Der Rest (RO) stellt eine
hydrophile
Kette von Oxyalkylen-Einheiten, vorzugsweise Oxyäthylen-Einheiten,
dar. Diese Kette kann auch in statistischer Verteilung oder alternierend Blöcke
von Oxyäthylen- und Oxyproyplen Einheiten oder ein Gemisch von Oxyäthylen- und Oxypropylen-Einheiten
enthalten, o bedeutet die Zahl der Oxyalkyien-Einheiten in der Kette. Diese Zahl
muß einen solchen Wert haben, daß das Prepolymerisat mit Wasser mischbar ist. Y2
bedeutet eine Bindung oder Gruppe, über die die Polyoxyalkyleukette an die Isocyanatgruppen
gebunden ist. p stellt die Zahl der Isocyanatgruppen im Prepolymer dar. Im allgemeinen
hat p einen Wert von 1 bis 5, vorzugsweise 1 bis 2e Z ist eine Zahl, die gleich
der Fuictionalität oder der Zahl der aktiven Wasserstoffatome der Verbindung ist,
die den Rest Y1 bildet. Im allgemeinen hat z einen Wert voll 2 bis 6o Bei der Herstellung
des Prepolymers durch Umsetzen eines Polyols mit einem Polyisocyanat hat die Polyoxyaikylenkette
die Endgruppe der allgemeinen Formel C(0)NH-R'(-NCO) , in der -C(O)NM-p eine Carbamat
oder Urethangruppe ist, die bei der Umsetzung einer Hydroxylgruppe des eingesetzten
Polyols mit einer Isocyanatgruppe des eingesetzten Polyisocyanats entsteht. R' ist
der Rest des eingesetzten Polyisocyanats. Bei Verwendung von beispielswei-Toluylense
Toluylendiisocyanat ist dieser Rest also der / rest, p ist eine ganze Zahl mit dem
Wert q-i; und q ist die Zahl der Isocyanat gruppen im eingesetzten Polyisocyanat.
Diese Prepolymeren haben die allgemeine Formel II
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise Prepolymere
der allgemeinen Formel III
verwendet, in der Y1, R', o und z die vorstehende Bedeutung haben. Vorzugsweise
ist der Rest Y1 der von aktiven Wasserstoffatomen freie Rest eines niedermolekularen
Polyhydroxyal#ans, lXrie 1,1,1-Trimethylolpropan. Der Rest R' bedeutet die Toluylengruppe,
o gibt den Oxyäthylierungsgrad an>und z ist gleich der Zahl der Hydroxylgruppen
im Molekül des Polyhydroxyalkans und hat einen Wert von beispielsweise 2 oder 3.
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Eine weitere bevorzugte Klasse der erfindungsgemäß verwendeten Prepolymeren
hat die allgemeine Formel IV
in der Y1, Rt und z die vorstehend im Zusammenhang mit der allhaben gemeinen Formel
III angegebene Bedeutung / und a, b und c ganze Zahlen sind, wobei das Verhältnis
von (a + c)/b größer als 1 ist, so daß die Prepolymeren in Wasser mischbar, d. h.
in Wasser leicht dispergierbar oder löslich sind.
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Die erfindungsgemäß verwendeten Prepolymeren mit endständigen Isocyanatgruppen
sind wassermischbare und vorzugsweise wasscrlösliche hydrophile Polymere, die sich
leicht mit Wasser unter
Bildung von Harnstoffgruppen enthaltenden
Polyurethanen umsetzen. Diese Verbindungen, die als Dichtung wirken, sind vernetzte,
hydrolyse stabile Feststoffe, die in Wasser unlöslich, jedoch quellbar sind. Die
ausgehärteten Polyurethane sind gegenüber Pilzen und Bakterien, wie Bodenbakterieb
und gegenüber schwachen Basen und Säuren beständig. Das ausgehärtete Polymer ist
klebfrei und kautschukartig, und seine physikalischen Eigenschaften lassen sich
durch entsprechende Wahl der Polyhydroxy verbindungen und Polyisocyanate und den
Vernetzungsgrad steuern.
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Während der Aushärtung, d. h. bei der Umsetzung des Prepolymers mit
Wasser, bildet sich Kohlendioxid, wodurch das Polymer unter Bildung eines geschlossenzelligen
. Weichschaumstoffes verschäumt wird.
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Die erfindungsgemäß verwendete Dichtungsmasse hat den Vorteil, daß
zur Aushärtung des Prepolymers weder Katalysatoren noch Wärme oder Druck oder eine
trockene Umgebung oder ein trockenes Substrat notwendig sind.
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Gegebenenfalls kann das Prepolymer in einer ausreichenden Menge eines
inerten, wasserlöslichen Lösungsmittels, wie Aceton, Dioxan oder Tetrahydrofuran,
zu Lösungen gelöst werden, die eine geeignete Viskosität haben und sich pumpen lassen.
Je nach dem, beispielsweise ob die Dichtungsmasse/durch Streichen, Walzenbeschichten,
Spritzen, Tauchen, Injektion oder Imprägnieren aufgebracht wird, läßt sich die Viskosität
der Dichtungsmasse durch Wahl des Polyols, durch Steuerung der Arbeitstemperatur
und durch Verwendung von Hilfsstoffen, wie Füllstoffen, einstellen. Das Prepolymer
muß
Gegebenenfalls kann das erfindungsgemäß verwendete Prepolymer
mit anderen Isocyanat-Prepolymeren auf der Basis von Polyestern vermischt werden.
Diese Prepolymeren sind gewöhnlich in Wasser unlöslich, und sie reagieren nur schwierig
mit Wasser. Es lassen sich jedoch Gemische von Isocyanat-Prepolymeren herstellen
die hydrophil sind. Gegebenenfalls kann die Dicbtungsmasse d#i Erfindung Füllstoffe,
wie Ton, Diatoneenerde, Kieselsäure, Calcium- oder Magnesiumsilicat oder -carbonate,
Zement, Leim, Federn, Glasperlen, Kunststofflaticcs , beispieisweise# auf der Basis
von Acrylpolymerisat en, Weichmacher, Fungizide, phytom toxisch wirkende Verbindungen,
wie Kupfersalze, zur Verhinderung des Eindringens von Pflanzenwurzeln, und andere
Pestizide, Pigmente, wie Rutil, Zinkoxid oder Talcum, zur Einstellung bestimniter
Eigenschaften oder zur Verbesserung der physikalischen Bigenschaften, wie Zugfestigkeit
des Aushärtungsproduktes, enthaltell.
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Die Aushärtungsgeschwindigkeit der Isocyanat-Prepolyineren hängt von
der Umgebungstemperatur und dem jeweils verwendeten Isocyanat-Prépolymer sowie davon
ab, ob Lösungsmittel zum Dispergieren des Prepolymers im Wasser verwendet wurden.
Die Reaktionsgeschwindigkeiten lassen sich auch durch Zusatz üblicher Katalysatoren
für Polyuretharireaktionen, wie Dibutyltinadilaurat oder Trimethylpiperazin, steuern.
Es kann auch eine langsamere Aushärtungsgeschwindigkëit erwünscht sein, wenn das
Prepolyifler vor seiner ~Aushärtung durch den Wasserstrom in eine große Auslauffläche
überführt werden soll. Wenn die Aushärtung jedoch zu
langsam verläuft, kann das Prepolymer vor seiner Aushärtung aus
dem erwünschten Bereich weggewaschen werden. Die verschiedenen erforderlichen Faktoren
für eine befriedigende Aushärtungsgeschwindigkeit lassen sich durch einfache Vorlrersuche
leicht bestimmen.
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Die erfindungsgemäß verwendeten Prepolymeren mit endständigen Isocyanatgruppen
lassen sich hinsichtlich ihrer Struktur so aufbauen, daß eine gesteuerte Mischbarkeit
in Wasser erhalten wird, um brauchbare Reaktionszeiten und günstige physikalische
Ligenschaften im Schaumstoff zu erhalten. Prepolymere mit einer Struktur ähnlich
der allgemeinen Formel III und mit einem Molekulargewicht von 1250 bis 1550 zeigen
eine hohe Aushärtungsgeschwindigkeit und haben hohe hydrophile Eigenschaften. Infolge
dieser Eigenschaften werden Schaumstoffe erhalten, die in feuchtem Zustand stark
quellen. In trockenem Zustand kann sich jedoch der Schaumstoff so stark kontrahieren,
daß die Dichtung zwischen einem Substrat, wie Beton, und dem Schaumstoff bricht,
was zu Undichtigkeit führt. Prepolymere mit einer Struktur ähnlich der allgemeinen
Formel III und einem Molekulargewicht von etwa 850 bis 1000 liefern Schaumstoffe
mit verbesserter Beständigkeit gegen wiederholtes Trocknen und Anfeuchten. Diese
Prepolymeren mit niedrigerem Molekulargewicht haben jedoch geringere hydroum phile
Eigenschaften, die bei spielsweise etwa 40 Prozent niedrlgcH als bei den Erepolymeren
mit höherem Molelculargewicht. Die Prepolymeren mit niedrigerem Molekulargewicht
härten gewöhnlich nur langsam zu selbsttragenden Schaumstoffen.
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Überraschenderweise wurde festgestellt daß beim Vermischen eines Prepolyiiiers
mit niedrigerem b1ol ekulargewicht mit einem Prepolymer mit h<bherem Molekulargewicht
zu einem Gemisch mit eineln Durchsciinittsmolekulargewicht von twa 1000 bis 1300
Produkte erhalten werden, die mit Wasser rasch unter Bildung eines Schaumstoffs
reagiereli, der nicht allzu stark schi#uipft und sich beim Trocknen nicht vor der
abgedichteten Struktur ablöst. Die Ursache für diese Erscheinung ist nicht bekannt.
Vermutlich liefert die hcsser mischbare höher-niolekulare Prepolymerkomponente bei
der Umsetzung mit Wasser ein rasch aushärtendes Netzwerk einer expadierten Oberfläche,
die als Wasserträger wirkt und die Reaktionsfähigkeit des Prepolymers mit niedrigerem
Molekulargewicht bei der Umsetzung mit Wasser erhöht. Die Komponente mit niedrigerem
#1ol ektilargewicht liefert einen Schaumstoff mit höherer Festigkeit und verbesserter
Beständigkeit gegen Schrumpfen in trockenem Zustand. Andere Rezepturen von Prepolymergemischen
mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1000 bis 1300 lassen sich
herstellen und zeigen die erforderlichen Eigenschaften hinsichtlich Reaktionsfähigkeit,
Festigkeit und Schrumpffestigkeit. Poiyoxypropylen-Einheiten enthaltende Prepolyneren
lassen sich im Prepolymergemisch anteilig verwenden, weil die Oxypropylen-Einheiten
im Prepolymer ebenfalls die hydrophilen Eigenschaften und das Schrumpfen des ausgehärteten
Schaunistoffs steuern.
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Die Aushärtungsgeschwindigkeit des erfindungsgemäß verwendeten Gemisches
der Prepolymeren mit gesteuertem Molekulargewicht in Abwesenheit von Katalysatoren
und bei den Temperaturen, wie sie
normalerweise in Abwasserkanälen
und anderen, unterirdisch verlegten wasserführenden Strukturen auftreten, ist verhältnismäßig
langsam. Beispielsweise beträgt bei 9,40C die Aushärtungszeit eines Prepolymers
mit einem Molekulargewicht von etwa 1350 mit Wasser etwa 13 1/2 Minuten und bei
2,2°C 18 Minuten. Der gelichte Schaumstoff ist erst nach mindestens 30 Minuten klebfrei.
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Diese Aushärtungsgeschwindigkeit ist zwar erheblich rascher als die
zahlreicher bekarnfter Dichtungsmassen, die bis zu 24 Stunden zur Aushärtung erfordern.
Sie reicht jedoch nicht aus, wenn das Prepolymer an Stellen verwendet werden muß,
an denen freiElieZendes Wasser eindringt. Hier besteht die Gefahr, daß das Prepolymer
weggeschwemmt wird. Durch Zusatz einer Base als Katalysator, wie eines tertiären
Amins, 2,4, 6-Tridimethylaminomethylphenol, 1,4-DiazabicycloW2.2.2i-octan oder Triäthylamin'
oder in der Urethanchemie bekannten Metallverbindungen wird die Aushärtungszeit
bei den in Abwasserkanälen herrschenden Temperaturen von etwa 100C auf etwa 2 bis
7 Minuten unter normalen Bedingungen verkürzt. Die tertiären Amine können dem Prepolymer
in Mengen von etwa 0,1 bis 1,0 Gewichtsprozent, bezogen auf das Prepolymer, zugesetzt
werden. Die Katalysatoren können jedoch auch dem als Reaktionsteilnehmer verwendeten
Wasser zugesetzt werden.
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Bei Verwendung der basisch reagierenden Katalysatoren in geringen
Mengen wird die Aushärtungszeit verkürzt, ohne die physikalischen Eigenschaften
der ausgehärteten Schaumstoffe zu verschlechtern0 Die erfindungsgemäß verwendeten
Dichtungsmassen bilden bei der Umsetzung mit Wasser stabile, selbsttragende Schaumstoffe
in
sehr kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb etwa 2 bis 7 Minuten.
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Die zur Bildung des selbsttragenden Schaumstoffs erforderliche auc
Zeit hangt jedoch von der Umgebungstemperatur ab. In der Kälte sind gewöhnlich längere
Härtungszeiten erforderlich. Dies bedeutet beispielsweise, daß zahlreiche Verbindungen
oder Muffen in einem Abwasserkaiial während eines Arbeitstags abgedichtet werden
können. Die Dichtiingsmassen der Erfindung bilden auch Schäume, die sich durch gutes
Erholungsverhalten nach dem Zusammendrücken auszeichnen und in einer Verbindung
bzw. in einer Muffe auch bei wiederholtem Expandieren und Kontrahieren sowie bei
wiederholtem Trocknen und Anfeuchten die Dichtungswirkung beibehalten. Die Dichtung
hat ferner eine hohe Beständigkeit gegen Chemikalien, mechanische und biologische
Einflüsse.
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Die Herstellung der Prepolymeren mit endständigen Isocyanatgruppen
wie sie in den erfindungsgemäßen Dichtungsmassen eingesetzt werden, und ihre Umsetzung
mit Wasser unter Bildung von Harnstoffgruppen enthaltenden Polyurethanen, ist beispielsweise
in den'US-PSen 2 726 219 und 2 948 691, insbesondere Beispiel 8, sowie in dem Buch
"Polyurethanes, Chemistry and Technology", herausgegeben von Saúnders und Frisch,
Teil I, Interscience Pub., N. Y. (1962), beschrieben. Die erfindungsgemäß verwendeten
Prepolymeren können durch Umsetzen eines aliphatischen oder aromatischen 1'#olyisocYanats
mit einem Oxyalkylengruppen enthaltenden Polyol bei einem NC0:0H-Äquivalentverhältnis
von mindestens 2 : 1 und vorzugsweise etwas höher, beispielsweise 2,1 : 1 bis 2,5
: 1, hergestellt werden.
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Im allgemeinen werden hydrophile, wasserlösliche Oxyalkylen-Ein heiten
enthaltende Polyole mit einem Molekulargewicht von mindestens 300, vorzugsweise
400, und bis zu 6000 bis 8000 und vorzugsweise mindestens 2000 verwendet. Vorzugsweise
haben diese Verbindungen ein Molekulargewicht von 600 bis 1000. Damit die Verbindungen
mit Wasser mischbar sind, soll das Polyoxy#l1':ylenglykol im allgemeinen ein Molekululargewicht
von etwa 500 bis 1200 aufweisen. Beispiele für technisch hergestellte Polyoxyalkyl##glykole,
die zur Herstellung der wassermischbaren Prepolymeren mit endständigen Isocyanatgruppen
eingesetzt werden können, sind die hydrophilen Polyoxyäthylenglykole, beispielsweise
Carbowax 1000 mit einem Molekulargewicht von etwa 1000. Das Ausmaß der hydrophilen
Eigenschaften der Prepolymergemische läßt sich durch Verwendung geringer Mengen
von Poly- ( oxyäthylen-oxypropylen) -polyolen steuern, die unter der Bezeichnung
Pluronic, wie Pluronic-B35, F38 und P46 erhältlich sind. Es können auch geringe
Mengen von hydrophilen Polyolen mit Oxyäthylen- und Oxypropylen-Einheiten in statistischer
Verteilung verwendet werden. Derartige Produkte sind als Polyol Functional Fluids,
wie WL-580, l-600 und WL-1400, erhältlich.
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Zur Herstellung der Prepolymeren mit endständigen Isocyanatgruppen
können die üblichen aliphatischen und aromatischen Polyisocyanate eingesetzt werden.
Bevorzugt sind die aromatischen Polyisocyanate, weil die aus diesen Verbindungen
hergestellten Prepolymeren im allgemeinen rascher mit Wasser reagieren. Besonders
bevorzugt ist Toluylenisocyanat, insbeonsere ein Gemisch von 80 Gewichtsprozent
Toluylen-2,4-diisocyanat und 20 Gewichtsprozent
Toluylen-2,6-diisocyanat.
Ferner kann ein 65 : 35 Gemisch der 2,4- und 2,6-Isomeren verwendet werden. Diese
Polyisocyanate sind unter den Bezeichnungen 11Highlene11 TM, " NACCONT" 80 und "MONDUR"
TD-80 bekannt. Beispiele für andere verwendbare Polyisocyanate sind die anderen
Isomeren von Toluylendiisocyanat, Hexamethylen-1 , 6-diisocyanat, Diphenylmethan-4,41
-diisocyanat, m-oder p-Phenylendiisocyanat und 1,5-Naphthalindiisocyanat. Es können
auch polymere Polyisocyanate verwendet werden, wie Zolymethylenpolyphenylpolyisocyanate,
beispielsweise Mondur MRS und PAPI. Eine Mifzählung von verwendbaren Polyisocyanaten
findet sich in Encyclopedia of Chemical Technology, herausgegeben von Kirk und Othmer,
2. Auflage, Bd. 12 (1967), S. 46 bis 47.
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Ein brauchbares Prepolymer kann beispielsweise durch Umsetzen von
1000 Teilen Polyoxyäthylenglykol (Carbowax 1000) mit 351 Teilen eines 80 : 20 Gemisches
von 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat unter Rühren und unter Ausschluß von Feuchtigkeit
während eines Zeitraums von 2 Stunden hergestellt werden. Danach wird das Reaktionsgemisch
mehrere Tage stehengelassen. Das erhaltene hydrophile Prepolymer mit endständigen
Isocyanatgruppen ist bei 25 0C eine viskose Flüssigkeit. Das Produkt hat eine Struktur
ähnlich der allgemeinen Formel III, in der Y1 einen Äthylen glykolrest und R' eine
Toluylengruppe bedeutet. o hat einen Wert von etwa 21. p hat einen Wert von 1 und
c einen Wert von 2. Das erhaltene Produkt wird abgekühlt und in Blecheimer abgefüllt,
die vorher mit trockenem Stickstoff gespült wurden.
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Die erfindungsgemäß verwendeten Prepolymeren mit endständigen
Isocyanatgruppen
und deren Gemische haben einen Brstarrungspunkt von etwa 4 bis 21C. Daher ist die
Eignung der Prepolyniere als Dichtungsmittel beschräni#t, wenn die Temperatur der
abzudichtenden Strukturen häufig unterhalb des Erstarrungspunlcts der Prepolymeren
liegt oder wenn die Prepolymeren und die bei ihrer Anwendung eingesetzten Vorrichtungen
oberirdisch die Verfestigungstemperaturen der Prepolymeren auf--/ Durch Dispergieren
der Prepolymeren in einem Lösungsmittel lßt sich das Pumpen uni die Handhabung verbessern,
und der Temperaturbe reich läßt sich erweitern, bei dem Dichtungsverfahren durchgeführt
werden können. Die zum Auflösen der Prepolymeren verX wendeten Lösungsmittel sind
wassermisehbare> polare organische Lösungsmittel, die vorzugsweise bei den Umgebungstemperaturen
flüchtig sind, bei denen die~Dichtungsmasse verwendet werden soll. Als Lösungsmittel
sollen solche Verbindungen verwendet werden, die Lösungen von Prepolymeren ergeben,
die bei den Temperaturen der abzudichtenden Strukturen nicht gefrieren.
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Beispielsweise ist bei einer Umgebungstemperatur von oberhalb 100C
eine Lösung mit einem Feststoffgehalt von etwa 60 bis 90 Gewichtsprozent Prepolymer
in wasserfreiem Aceton eine ausgezeichnete Dichtungsmasse.
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Die Dichtungsmasse der Erfindung enthält vorzugsweise einen Schaumstabilisator
bzw. Porenregler, der zur Bildung eines gleichmäßigen Schaumes mit guten mechanischen
Eigenschaften und günstiger Dichte führt. Die ausgehärteten Schaumstoffe haben im
allgemeinen eine Dichte von etwa 0,08 bis 0,6 g/cm3, vorzugsweise von etwa 0,13
bis 0,24 g/cm3. Beispiele für verwendbare
Schaumstabilisatoren
sind nichtionische Netzmittel, wie Alkylphenol-Äthylonoxid-Addukte, grenzflächenaktive
Silicone, wie Polyalkylsiloxan-Athyienoxid-Addukte sowie andere anionaktive und
nichtionische Netzmittel und Netzmittel auf der Basis von fluorierten Kohlenwasserstoffen.
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Chlorierte Lösungsmittel, wie Dichlormethon, Dicllloräthylen und Trichloräthan,
sowie stickstoffhaltige Lösui#smittei, wie Nitromethan, Nitroäthan und Acetonitril,
können ebenfalls verwendet werden. Diese Lösungsmittel liefern Prepolynierlösungen,
die in Wasser weniger löslich sind. Der Lösung können Dispergiermittel oder Emulgatoren
zugesetzt werden, um die tlischbarkeit der Prepolymerlösung zu verbessern und brauchbare
Härtungszeiten zu erreichen.
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Das Beispiel erläutert die Erfindung. Teile beziehen sich auf das
Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist.
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Beispiel Aus 42,5 Teilen eines Prepolymers, einem Umsetzungsprodukt
von Toluylendiisocyanat mit einem Polyoxyäthylenglykol vom Molekulargewicht 600,
42,5 Teilen eines Prepolymers, das durch Umsetzen von Toluylendiisocyanat mit einem
Polyo gäthylenglykol vom Molekulargewicht 1000 erhalten wurde, 14,9 Teilen wasserfreiem
Aceton und 0,12 Teilen eines nichtionischen Netzmittels (Triton X-100) wird eine
Prepolymerlösung hergestellt. Die erhaltene Lösung hat ein Isocyanat-Äquivalentgewicht
von 762 (100 Prozent Feststoffe) und eine Brookficld-Viskosität von
285
Centipoise bei 22 0C (mindestens 85 Prozent Reststoffe).
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Als Coreaktant wird Wasser mit 0,4 Teilen 2,4,6-Trimethylamino methylphenol
als Katalysator verwendet.
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Mit den vorgenannten Reaktionsteilnehmern wird eine 53 m lange Abwasserleitung
mit einem Durchmesser von 20,3 cm und mit Verbindungsstellen im Abstand von 1,2
m abgedichtet. Vor dem Abdichten wurde visuell starke Grundwasserinfiltration (etwa
228 1/min) beobachtet. Zum Abdichten wird ein aus drei Elementen bestehender Packer
verwendet, wie er in den Figuren 5 bis 7 wiedergegeben ist. Dieser Packer ist mit
einem Fernsehmonitor ausgerüstet. Der Packer wird durch Kabel bewegt, die an zwei
Winden befestigt sind. Die Winden sind an Kontrollschächten an jedem Ende des abzudichtenden
Abwasserkanalabschnittes angeordnet.
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Der Packer läßt sich nach vorwärts und rückwärts bewegen. Die richtige
Stellung wird durch den Ferusehmonitor überwacht. Sobald der Packer rittlings zur
Verbindung angeordnet ist, werden zwei mit Druck beaufschlagbare Diaphragmen mit
Luft bis zu 2 einem Druck von 2,5 kg/cm aufgeblasen Hierdurch wird die Abwasserleitung
abgedichtet und ein kleiner Abschnitt der Abwasserleitung isoliert. In den isolierten
Abschnitt zwischen den beiden unter Druck stehenden Diaphragmen wird Wasser gepumpt.
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Sofern kein erkennbarer Druckanstieg beobachtet wird, deutet dies
auf eine Leckstelle.
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Wenn die Verbindung bzw. die Muffe abgedichtet werden muß, werden
gleiche Teile der Reaktionspartner, jeweils etwa 0,24 Liter, in den zwischen den
beiden Diaphragmen gebildeten Raum des Packers
gepumpt. Das Wasser
und das Prelsolymor werden dabei gegeneinanw der in den Hohlraum gespritzt sind
hierdurch gründlich vermischt.
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Die Polymerlösung wird mit dem Wasser 25 Sekunden umgesetzt0 Sodann
wird die reagierende, schiunlende Masse in die Muffe gedrückt und dort 2,5 Minuten
gehalten. Diese Verdl.ingung wird durch Aufblasen eines dritten, aufblasbaren Diapllragmas
erreicht, das zwischen den beiden Diaphragmen angeordnet ist, die zum Abdichten
der Abwasserleitung dien#n, Die schäumende Masse wird dadurch in der Muffe gehalten,
daß man dl e augeblasenen Diaphragnien an Ort und Stelle hält, Nach dem Aushärten
des Schaums bis zum ]#ebP'reien Zustand wird die Luft aus dem zentralen Diaphragm
abgelassen und Wasser in den Hohlraum gepumpt, um festzustellen, ob die Muffe dicht
ist und der Hohlraum keinen Druckverl.ust erleidet. Wenn ein Druckanstieg beobachtet
wird, ist die Muffe als abgedichtet anzusehen. Hierauf wird der Packer an eine andere
undichte Stelle weiterbewegt. Wenn die Abdichtung keinen Druck hält, werden weitere
Mengen Prepolymer und Wasser in den Hohlraum eingepumpt und das Abdichtungsverfahrens
wiederholt , ederholt, bisdie defekte Stelle oder die Verbindung bzw. Muffe wasserdicht
ist.
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Die erhaltene geschäumte Dichtung ist eine teilweise ausgehärtete,
selbsttragende und praktisch klebfreie Polyurethanschaumstoffmasse mit Harnstoffgruppen,
die innerhalb etwa 12 bis 24 Stunden vollständig aushärtet.
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Sämtliche Verbindungen bzw. Muffen in dem 53 m langen Abschnitt
der
Abwasserleitung werden auf die vorstehend geschilderte Weise abgedichtet. Hierdurch
wird eine beträchtliche Verminderung der Wasserinfiltration erreicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wurde vorstehend anhand der Abdichtung
von Kontrollschächten für eine Abwasserleitung erlärntert. Das Verfahren läßt sich
jedoch auch zum Abdichten von Izis-Stoßfugen sen, Sprüngen> oder Öffnungen in
Strukturen anwenden, dig während des Baus oder im Laufe der Zeit durch Kontraktion,
Expansion oder Beschädigung auftreten. Auf diese Weise wird der Durchtritt von Wasser
an Stoßfugen der Struktur oder zwischen der Struktur und unverfestigter Umgebung,
wie Sand, Erde oder Kies, beispielsweise Betondämmen, Wasserspeichern, Bewässerungskanälen,
Speichertanks, Fundamenten und Fußböden von Gebäuden, Röhren, Fliesen, Mauerwerk
und anderen Strukturen aus kieselsäurehaltigem Materialoverhindert.