DE2918065C2

DE2918065C2 - Verfahren zur Verfestigung und Abdichtung einer porösen und bruchgefährdeten geologischen Formation oder eines künstlichen Bauwerkes

Info

Publication number: DE2918065C2
Application number: DE2918065A
Authority: DE
Inventors: Werner 2070 Ahrensburg Diehn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-05-04
Filing date: 1979-05-04
Publication date: 1984-12-20
Also published as: AT367822B; FR2455625A1; BE883059A; NO801310L; DE2918065A1; FR2455625B1; SE8003316L; NL8002305A; GB2048987A; GB2048987B; ATA235880A; DK188580A

Description

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Die Erfindung betrifft den Gegenstand der Patentansprüche.

Für die Bauindustrie, speziell bei Tief- und Grundbauten, ist es notwendig, geologische Formationen abzudichten, d. h. Wasserzuflüsse zu stoppen oder aber weiche geologische Formationen zu verfestigen, um deren Belastbarkeit zu erhöhen. Es ist bekannt hierfür Chemikalien einzusetzen, wie beispielsweise Wasserglas, welches als Injektionsmittel nach dem Johnson-Verfahren eingesetzt wird.

Bei der Verfestigung oder Abdichtung sind zwei grundlegende Probleme zu unterscheiden: Zunächst muß entsprechend der Aufgabenstellung die Formation verfestigt werden. Zu diesem Zweck muß ein langsames Eindringen eines langsam abbindenden Injektionsmittels gewährleistet werden, das aufgrund des Darcy"sehen Gesces möglichst eine Newton'sche Flüssigkeit darstellt, um einen großen Eindringungsbereich zu gewährleisten, d. h. die Viskosität sollte über einen langen Zeitraum konstant bleiben. Sodann ist entsprechend der Aufgabenstellung eine schnelle Abdichtung erforderlich, wobei sich innerhalb einer möglichst kurzen Abbindezeit von nur wenigen Sekunden bis Minuten feste Gele bilden, die zum Verdrängen des Wasserzuflusses führen. Außerdem müssen die Ansprüche an die Geomechanik erfüllt werden können, so daß also auch bei hoher Porosität der Formation eine gute Belastungsfähigkeit erreicht wird, obwohl einige bekannte Verfahren diese Aufgabe erfüllten, werden sie zum Teil aus ökologischen Erfordernissen nicht mehr angewendet.

Aus der DE-PS 11 53 698 ist ein Verfahren zur Abdichtung und Verfestigung von porösen und brüchigen Formationen in tiefen und heißen Bohrungen gegen wäßrige Lösungen und Gas bekannt, wobei eine Misehung aus wasserlöslichen Melamin-Harzen, gegebenenfalls zusammen mit Harnstoff-Formaldehyd-Harzen und einer Säure des Phosphors in die Formation gebracht und die Ausfällung darin sich vollziehen gelassen wird. Aufgabe der Erfindung ist eine Verbesserung die- es ses bekannten Verfahrens zur Erfüllung der eingangs genannten Ziele.

Aus der US-PS 20 75 244 ist es bekannt, eine wäßrige Dispersion von Bitumen zum Abdichten poröser Schichten zu verwenden. Hierbei wird die wäßrige Bitumen-Disperston mit einer fein verteilten kolloidalen Substanz angemischt. Als kolloidale Substanzen werden Tone, wie Betonite, Töpferton, Fullererde, ferner Wasserglas, Kieselsäuregel, Diatomenerde und andere Substanzen, weiche Huminsäuren, Gelatine, Leim etc. enthalten, empfohlen. Eine Weiterbildung dieses bekannten Verfahrens findet sich in der US-PS 21 58 025. Die Anwendung von Bitumen ist jedoch aus ökologischen und anderen Gründen nicht erstrebenswert. Die Zusätze von Gelatine oder Kasein in diesen US-Patentschriften erfolgt jedoch nur in geringen Mengen, z. B. bis zu 2%, und dient dazu, die Dispersionen zu stabilisiet en bzw. zu peptisieren.

Zwar ist aus Ullmann, Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage (1976). Bd. 12, Seite 211, bej.-Tint, daß Gelatine Verwendung als Leim finden kann, über eine Verwendung zur Verfestigung oder zum Abdichten poröser oder bruchgefährdeter geologischer Formationen ist hier jedoch nichts ausgesagt.

Die DE-PS 3 63 258 betrifft ein Versteinerungsverfahren, bei welchem jedoch nacheinander zwei Flüssigkeiten eingedrückt werden, wovon die eine Flüssigkeit Gelatine und die andere Flüssigkeit Formol enthält. Über eine Verwendung von Salzen ist in dieser Druckschrift jedoch nichts ausgesagt. Aus der DE-AS 12 67 818 ist ein Verfahren zum Abdichten von Mauerwerk bekannt, bei welchem als Imprägniermittel eine Lösung von Salzen, Alkalien oder Säuren verwendet wird, die mit Calciumverbindungen reagieren und dabei in Wasser schwer lösliche Salze bilden. Über eine Verwendung von Gelatine ist in dieser Druckschrift jedoch nichts ausgesagt. Die DE-PS 11 53 698 beschreibt ein Verfahren zur Abdichtung von öl- und Gasbohrungen, bei welchem eine Mischung aus wasserlöslichen MeI-aminharzen, gegebenenfalls zusammen mit Harnstoff-Forma'dehydharzen und einer Säure des Phosphors in die Formation eingebracht wird, wobei dann in dieser Formation eine Ausfällung erfolgt. Eine Verwendung von Gelatine ist in dieser Druckschrift ebenfalls nicht erwähnt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Gattung, wobei nur eine einzige wäßrige Dispersion eingeführt werden muß und wobei diese eingeführte wäßrige Dispersion keine ökologischen Nachteile hervorruft, wobei auch bei hoher Porosität der Formation eine gute Belastungsfähigkeit vrreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Verfahren, wie es im Kennzeichen dts Anspruchs 1 näher beschrieben ist.

Bevorzugte Aueführungsformen sind in den Ansprüchen 2 und 3 näher charakterisiert.

Die erfindungsgemäß eingesetzten, wäßrigen Dispersionen enthalten ein Kollagen-Abbauprodukt.

Zu den kollagenen Abbauprodukten gehören die Glutine, leimartige Substanzen, die aus kollagenen Stoffen des tierischen Bindegewebes und durch Kochen von Knochen erhalten werden können. Knochenleim ist beispielsweise ein kollagenes Abbauprodukt, welches sich für den erfindungsgemäßen Einsatz eignet. Das bekannteste und auch für die vorliegende Erfindung am meisten bevorzugte kollagene Abbauprodukt ist Gelatine. Die in der Industrie anfallende Abfallgelatine kann beispielsweise zweckmäßig erfindungsgemäß verwertet werden. So fällt beispielsweise in der pharmazeutischen Industrie eine große Menge Hartgelatine-Kapseln als Abfall an, der anderweitig nicht mehr verwendet wer-

den kann. Solche Abfälle an Hartgelatine-Kapseln werden vorzugsweise für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt.

Die Menge an kollagenem Abbauprodukt in der für das erfindungsgemäße Verfahren benutzten wäßrigen Dispersion beträgt 5 bis 40 und vorzugsweise 8 bis 20 Gewichtsprozent Weiterhin enthält die wäßrige Dispersion CaCb oder Al₂(SCu)J in einer Menge von 1 bis 20 Gewichtsprozent.

Wenn man die wäßrige Lösung eines solchen Salzes ι ο einer auf 25 bis 40⁰C erwärmten Lösung des kollagenen Abbauprodukts zusetzt, erhält man eine besonders schnelle Abbindung innerhalb von wenigen Sekunden.

Weiterhin enthält die wäßrige Dispersion noch ein nicht auskondensiertes Aminoplast. Als solche Amino- 15 plaste eignen sich insbesondere Melamin-Harnstoffharze, die beispielsweise in einer Menge von 2 bis 20 Gewichtsprozent der wäßrigen Dispersion einverleibt wer- Abbindezeit: den können. Shore-Härte:

Solche nicht voü auskondensierte Melamin- und MeI- 20 amin-Harnstoffharze sind wasserlöslich. Sie wirken nicht nur als Füllmittel sondern darüber hinaus auch als Härter und Harnstoff ist zusätzlich auch ein starkes Quellmittel für Kollagene. Durch Zusatz solcher Aminoplaste wird eine weitere Erhöhung der Shore-Härten 25 erreicht. Abbindezeit:

Zusätzlich können in der wäßrigen Dispersion noch Shore-Härte:

Härter verwendet werden. Als Härter eignet sich beispielsweise eine Mischung aus einem Polyalkylenamin, vorzugsweise Polyäthylenamin, und Formaldehyd, weleher beispielsweise ais Paraformaldehyd eingesetzt werden kann. Eine solche Hprtermirrhung wird vorzugsweise in einer Menge von 4 his 20 Gewichtsprozent verwendet. Andererseits kann zur Verlängerung der Topfzeit dem Abbindemittel ein Alkanolamin in einer Menge von ! bis 12 Gewichtsprozent zugesetzt werden. Bevorzugte Alkanolamine sind Mono-, Di- oder Triäthanolamin.

Die erfindungsgemäß verwendeten Dispersionen besitzen einen pH-Wert von 5,5—11. Innerhalb dieses Bereiches sind die kollagenen Abbauprodukte chemisch beständig. Durch den pH-Wert kann die Viskosität der Dispersion beeinflußt werden, denn am isoelektrischen Punkt haben die kollagenen Abbauprodukte die niedrigste Viskosität.

Eine bevorzugte erfindungsgemäß verwendete Dispersion enthält 8—20 Gew.-% Gelatine, 1 —20 Gew.-% CaCl₂ oder AI₂(SO^)₃, 2-20Gew.-% Meiamin-Harnstoff, 4—20Gew.-% eines Härters bestehend aus Polyäthylenamin und Paraformaldehyd sowie

I — 12 Gew.-% Mono-, Di- oder Triäthanolamin.

Das erfindungsgemäß verwendete Verfestigungsund Abdichtungsmittel hat gegenüber bekannten Mitteln wesentliche Vorteile. So liefert das Verfahren der DE-PS 11 53 698 einen porzellanartigen Körper, zwar mit großer Härte, aber ohne Elastizität. Die Wasserbindung ist nicht vollständig, so daß dann Risse auftreten. Dies gilt auch z. B. für Wasserglas. Um dieses zu vermeiden, setzte man später Polyurethane nach den DE-PS

I1 59 865, 11 29 894 und 11 01 300 ein. Diese Produkte haben aber aufgrund ihres oleophilen Charakters eine schlechte Bindung an nassem Gestein. Mit den erfindungsgemäß verwendeten Produkten hat man erreicht, daß

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a) hydrophile Eigenschaften,

b) eine gute Wasserbindung ohne Rißbildung und
el iede eewünschte Elastizität

eingestellt werden kann. Dadurch ist es gelungen, die Lücke zwischen wasserbasischen und nicht-wasserbasischen Abdichtungsprodukten zu schaffen, um so optimale Abdichtungen zu bekommen.

Beispiele 1 und 2

60 g Abfallgelatine wurden in 300 ml einer 2-moIpren CaCb-Lösung mit einer Temperatur von 10⁰C gelöst. Zu der Lösung wurden 100 ml folgender Lösung zugesetzt:

Beispiel 1

300 ml Wasser

50 g Melamin-Harnstoff

100 ml Härterlösung

30 Min. 40

Beispiel 2

300 ml Wasser

100 g Melamin-Harnstoff

100 ml Härterlösung

1 Stunde 60-80

Die Härterlösung enthielt in 150 ml Wasser 100 ml Polyäthylenamin und 50 g Paraformaldehyd.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verfestigung und Abdichtung einer porösen und bruchgefährdeten geologischen Formation oder eines künstlichen Bauwerkes, wobei eine, ein Kollagen-Abbauprodukt, insbesondere Gelatine, enthaltende, wäßrige Dispersion, die einen pH-Wert von 5,5 bis 11 aufweist, unter Anwendung von Druck in die Formation oder das Bauwerk eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Dispersion einsetzt, die das Kollagen-Abbauprodukt in einer Menge von 5 bis 40 Gewichtsprozent, CaCb oder AI^SQ^ in einer Menge von 1 bis 20 Gewichtsprozent und ein nicht auskondensiertes Aminoplast enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion zusätzlich 4 bis 20 Gewichtsprozent einer Härtermischung aus einem Polyalkylenamin und Formaldehyd enthält.

3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion zusätzlich 1 bis 12 Gewichtsprozent eines Alkanolamins enthält.