-
PATENTBESCHREIBUNG
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Injektagen
und Infusionen an porösen Materialien z.B. aus anorganischen Oxiden mit kapillarer
oder offenporiger Struktur, wie z.B. an Mauerwerks sowie an feinlcörnigen Substanzen,
wie z.B. natürlichen Böden1 Sand und dergleichen, oder an organischen Materialien
wie z.B. holz.
-
Bei derartigen Materialien, insbesondere bei Mauerwerks Sand, tonigen
Böden oder holz stellt sich häufig die Aufgabe, in die porösen Werkstoffe flüssige
oder gasförmige Substanzen einzubringen. Bekannte und typische Beispiele dazu sind
das Inje--zieren bzw. die Infusion von Flüssigkeiten oder Gasen der gasbildenden
Substanzen in poröse Baumaterialien zum Zwecke - der Zufuhr von verfestigenden Bindemitteln,
- der Zufuhr von stabilisierenden Substanzen, - der Zufuhr von hydrophobierenden
Substanzen, - der Zufuhr von Schutzmitteln gegen Organismen, - der Zufuhr von Reagenzien,
z.B. zur Umwandlung bauschädlicher Salze, - der Zufuhr von Tränkungsmitteln, - der
Zufuhr von ICons ervi erungsmitt eln oder vergleichbarer Substanzen.
-
Die Zufuhr solcher Substanzen in poröse Materialien wie z.B.
-
Bauwerkstoffe, Mauerwerk und dergleichen, aber auch in feinporigen
Böden, dient zumeist dem Zweck, ungünstige Eigenschaften derselben zu verbessern
oder eingetretene Schäden zu beheben oder zu mildern.
-
Als ungünstige Eigenschaften sind bei gewachsenen oder aufgeschütteten
Böden z.B. mangelnde Tragfähigkeit, bedingt durch unzulässig hohen Gehalt an Feuchtigkeit,
bekannt. Bei porösem Mauerwerk geht ein hoher Gehalt an Kapillarwasser nicht notwendigerweise
mit mangelhafter Festigkeit einher, vielmehr ist
die unmittelbare
Folge der Verlust der Wärmedämmungseigenschaften. Erst als mittelbare Folge der
Nässe, z.B. durch Frostsprengungen oder durch den Transport bauschädlicher Salze,
welche zu Zermürbungen durch Salzsprengungexl führen, treten an Mauexwerken Mängel
hinsichtlich der statischen Eigenschaften auf. Ähnliche indirekte Zusammenhänge
zwischen mangelhaften Eigenschaften und unzulässiger Feuchtigkeit in oder an Bauwerkstoffen
ergeben sich, wenn die Bausubstanz von Organismen befallen worden ist oder ein unzulässig
hoher Gehalt an bauschädlichen Salzen vorliegt.
-
Schäden an Bauwerkstoffen, Mauerwerken und dergleichen sind hinlänglich
bekannt. Sie resultieren häufig direkt oder indirekt aus einem unzulässig hohen
Gehalt an Feuchtigkeit. Gravierende Schäden treten auf, wenn ein ständiger Transport
von Feuchtigkeit durch einen Baustoff oder in einem Mauerwerk im Sinne eines Kreislaufs
erfolgt. hier ist zunächst der Kreislauf der kapillar-aufsteigenden Nässe zu nennen,
bei dem bekanntlich aus dem Erdboden Feuchtigkeit in kapillar-aktives Mauerwerk
eindringt, von dort bis weit über Erdniveau aufsteigt und verdunstet, dabei einerseits
die Fundamentbereiche auslaugt und zermürbt, andererseits lösliche Salze im Bereich
der Verdunstung der Nässe ablagert, so daß durch diesen Vorgang sowie durch nachfolgende,
fortgesetzte Eristallumwandlungen der Salze die Bauwerks substanz zermürbt und -
abgesehen von allmählich entstehender Hygroskopie - durch zwangsläufige Erhöhung
der kapillaren Saugfähigkeit nachhaltig geschädigt wird.
-
Vergleichbare Vorgänge laufen ab, wenn Nässe aus beliebigen anderen
Bereichen der Umgebung fortgesetzt in poröse Baustoffe eindringen, sich in den porösen
Materialien ausbreiten und an anderen Stellen wieder verdunsten kann. Auch in solchen
Fällen sind die Merkmale jenes zerstörerischen Kreislaufs vorhanden.
-
Die Reihe der Beispiele, wo durch Feuchtigkeit, bauschädliche Salze,
ungünstige chemische Reaktionen oder gar durch elektro-physikalische oder elektro-chemische
Vorgänge poröse Baustoffe,
Mauerwerke und dergleichen direkt oder'indirekt
geschädigt, in ihr Eigenschaften nachteilig verändert werden oder wurden, könnte
noch durch zahlreiche weitere Fälle vervollständigt werden. Die vorliegende Erfindung
kann daher nicht auf die vorstehend beschriebenen Schadensbeispiele beschränkt werden,
sondern ist in gleicher Weise auf alle anderen, vergleichbaren Fälle, wo Schäden
beseitigt oder gemildert oder ungünstige Eigenschaften verbessert werden sollen,
sinngemäß anzuwenden.
-
Es ist bekannt, ungünstige Eigenschaften an porösen Baustoffen, Mauerwerken
und dergleichen Materialien durch Infusion oder Injektage von geeigneten Substanzen
zu verbessern und eingetretene Schaden und Folgeschäden zu beheben bzw. zu mildern.
Einige Beispiele wurden bereits vorstehend prinzipiell genannt. Stellvertretend
für zahlreiche bekannte Injetagesubstanzen und Infusionsmittel sollen einige der
bekannten aufgeführt werden: - Infusion von Kieselsäureester zwecks Verfestigung
von zermürbten oder statisch unzulänglichen Materialien, - Injektage von Silanen,
Silikonlösungen oder Silikonaten zum Zwecke der Hydrophobierung kapillar-saugfähiger
Werkstoffe, insbesondere zum Zwecke der Bekämpfung aufsteigender oder wandernder
Nässe an Mauerwerken, - Infusionen von wässrigen Lösungen wandlungsfähiger Salze,
z.B. Bleihexafluorosilikat (PbSiF6) in Baustoffe und Mauerwerke, die einen unzulässig
hohen Gehalt an schädlichen, wandelbaren Salzen wie z.B. Sulfaten oder Carbonaten
aufweisen, - Infusionen von gasförmigen oder gasbildenden Reagenzien zum Schutz
gegen Organismen in oder an Baustoffen, wie z.B.
-
die Bekämpfung von Algen, Schwämmen, Pilzen oder Kleinlebewesen mittels
toxischer Substanzen, - Injektage von stabilisierenden Substanzen wie a.B. zementartigen
Schlämmen zum Zwecke der Festigung und Rißverstopfung im Bereich von Sickerwässern
oder in Werkstoffen mit mangelhaften Festigkeitseigenschaften.
-
Es ist zu dieser Art der Injektagen und Infusionen bekannt, die betreffenden
Substanzen entweder drucklos oder unter schwachem bis mittlerem Überdruck in die
Baumaterialien einzubringen.
-
Die bislang geübte Praxis der drucklosen Injektage und der Injektage
mit Überdruck hat jedoch eintscheidende Nachteile. Um diese besser zu erkennen,
, müssen kurz einige bekannte Gesetzmäßigkeiten angeschrieben und diskutiert werden.
-
Aus den cingangs geschilderten Schadensfällen ist als grundsätzliches,
allen Beispielen gemeinsames Merkmal zu erkennen, daß Feuchtigkeit in den Poren
und Kapillaren vorliegt und in diesen transportiert wird. Für den Kapillar-Effekt
gelten die Beziehungen:
mit ho = theoretische Steighöhe der Flüssigkeit = = Oberflächenspannung der Flüssigkeit
= = Dichte der Flüssigkeit g = Gravitation = Randwinkel der Flüssigkeit gegen die
Wandung der Kapillaren
mit # = Viskosität der Flüssigkeit Ko = Anfangsgeschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit
aufsteigt Man erkennt aus (I), daß die Steighöhe von z.B. Wasser in einer Kapillare
primär vom Durchmesser derselben abhängt. Dabei wird die Steighöhe umso größer,
je kleiner der Durchmesser der Kapillare ist.
-
Die Quintessenz dieser Überlegung ist, daß gerade die kleineren Kapillaren
den größten Einfluß auf den schädlichen kapillaren Wassertransport haben.
-
Gleichzeitig ist aus (II) einzusehen, daß die Geschwindigkeit, mit
der Flüssigkeiten sich in Kapillaren bewegen, umso geringer ist, je enger die Kapillaren
werden. Dies gilt offenbar nicht nur für den AuSstieg von Wasser in Kapillaren,
sondern auch für die Bewegung von Wasser in Kapillaren unter Druckeinwirkung von
außen.
-
Sodann ist nach tIELEXIIOLTZ und SMOLUCHOWSKI bekannt, daß elektrische
Energien sowohl die Steighöhen als auch die Steiggeschwindigkeit von Flüssigkeiten
in Kapillaren nachhaltig beeinflussen. Es gilt
mit V1 = erhöhte Geschwindigkeit,mit der Flüssigkeit in Kapillaren bewegt wird E
= elektrisches Feld, welches auf das Kapillarsystem wirkt g = Dielektrizitätskonstante
¢ = ZETA-Potential an der Kapillar-Grenzschicht ? = Viskosität l = Länge des Kapillarsystems
Wenn aber die Steiggeschwindigkeit durch Umwelteinflüsse, z.B.
-
elektrische Energien, um erhebliche Beträge erhöht werden kann, dann
muß auch die Steighöhe in diesem Fall analog zunehmen.
-
In der Graphik A. sind im logarithmischen Koordinatensystem die Abhängigkeiten
nach den Gesetzmäßigkeiten I, II und III aufgetragen.
-
Graphik A.
-
Man erkennt aus den angeschriebenen Gleichungen, vor allem aus (II),
warum die Injektage bzw. die Infusion von Flüssigkeiten in die kleineren Kapillaren,
von denen die eigentliche, ursächliche Gefahr ausgeht, ungleich viel schwieriger
ist als z.B. das Einbringen von Injektagesubstanzen in große Poren oder gar Risse.
Vor allem erkennt man den großen Einfluß elekfrischer Energien auf kleine Kapillaren.
-
In Bezug auf Gleichullg (III) ist die bekannte Tatsache von Bedeutung,
daß viele Injektionssubstanzen, welche bisher unter Überdruck injeziert werden,
z.B. Zementschlämmen und wasserglas-haltige Substanzen, einen hohen pll-lfert aufweisen,
während die Baumaterialien bzw. Mauerwerke, , in die injeziert wird, einen niedrigen
pif-Wert, der sogar neutral oder schwach sauer sein kann, haben. Nach NERNST entspricht
jede plI-Wert-Differenz einem elektrischen Potential, d.h. eine Differenz einer
pH-Wert-Einheit einer Spannung von knapp 60 mV.
-
Man erkennt anhand der vorstehenden Gleichungen, welche entscheidende
Bedeutung allen Maßnahmen zukommt, welche geeignet sind, das Entstehen bzw. das
Auftreten von Energie zu vermeiden, welche dem Vorgang der Infusion von Injektagesubstanzen
abträglich sind oder w che auf den kapillaren Transport von Feuchtigkeit im schädlichen
Sinne einwirken.
-
Die vorstehend angeschriebenen Gesetze verdeutlichen, lfaS man aus
der Praxis weiß, daß und warum drucklose Injektagen häufig nicht zum gewünschten
Ergebnis führen: Die kleineren Kapillaren werden um mehrere Zehner-Potenzen langsamer
von den Flüssigkeiten, die injeziert werden, erreicht, als die grösseren, d.h. in
vielen Fällen gar nicht, vor allem, wenn sie unter elektrischem Einfluß stehen.
Sie sind es aber, die den größten Anteil an dem Transport der Feuchtigkeit, der
eigentlichen Schadensursache, haben, vor allem wenn gleichzeitig elektrische Energie
auf sie einwirken.
-
Es kommt hinzu, daß nach dem Gesetz des Archimedes Kapillaren und
Poren, die mit Wasser bereits gefüllt sind für die zu injezierenden Flüssigkeiten
prinzipiell nicht zugänglich sind, -es sei denn, das Kapillarwasser lsürde verdrängt
werden können oder die Injektagesubstanzen in das Kapillarwasser eindiffundieren,
- ein Vorgang, der in der Regel äußerst langsam ist.
-
Aus der Erkenntnis dieser Zusammenhänge wurden folgerichtig zunächst
Injektagen mittels Überdruck entwickelt. Aus der Praxis ist bekannt, daß man tatsächlich
mit Iiilfe von Überdruck
in poröse Baustoffe, insbesondere in
feuchtes, kapillar-aktives Mauerwerk, deutlich mehr und schneller Injektagesubstanzen
einbringen kann, als es drucklos möglich ist.
-
Allein,dieser Sachverhalt täuscht. Wie durch Untersuchungen, Versuche
und theoretische Überlegungen zu beweisen ist, kann mit Hilfe von Überdruck wohl
eine größere Menge Injektionsmittel - absolut wie relativ pro Zeiteinheit, - in
poröses Baumaterial eingebracht werden, die kleinen aber gefährlichen Kapillaren
jedoch bleiben nahezu unbeeinflußt.
-
Der Zuwachs an injezierter Substanz kommt in solchen Fällen u.a. dadurch
zustande, daß durch den applizierten Überdruck Risse und vergrößerte Poren entstanden
sind, die natürlich erheblich größere Mengen an Injektagemittel aufnehmen konnten.
Natürlich werden bei solchen Sprengvorgängen durch hydraulischen Überdruck eine
Reihe von kleinen Kapillaren zu größeren aufgerissen und damit in Bezug auf den
gefährlichen Wassertransport passiviert, gleichzeitig aber kann nicht ausgeschlossen
werden1 daß dabei neue, kleine Kapillaren erschlossen werden, die bislang abgelcapselt
waren.
-
Der reale Erfolg solcher Überdruck-Injektagen ist deshalb in der Regel
nicht so groß, wie es aufgrund der zusätzlich injezierten Menge an Injektionsmittel
zu erwarten wäre.
-
Diese praktische Erfahrung kann mit ililfe des BERNOULLI-Gesetzes
der Hydrodynamik auch theoretisch erhärtet werden. Es gilt
| (1V) Ep = [21 p vi + [p 1 + |#. g . z| = konstant |
A + B + C = konstant mit Ep = Gesamt energie in Drucksystem g = Gravitation = =
Dichte der Flüssigkeit v = Geschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit p = statischer
Druck z = Ortshöhe der Flüssigkeit
Man erkennt1 daß die Energie,
welche als äußerer Druck auf die Injektageflüssigkeit notwendigerweise ebenso einwirkt
wie auf die in den Kapillaren enthaltenen Feuchtigkeit1 sich innerhalb eines Kapillarsystems
in die drei Komponenten A = dynamische Komponente (Bewegung) B = statische Komponente
(Druck) C = Ortskomponente (höhere = wernachlässigbar) aufteilt. Das heißt, in großen
Kapillaren und Poren wird der von außen applizierte Druck nahezu vollständig als
statische Komponente (B) wirksam, während nur wenig Energie in Bewegung (A) umgesetzt
wird. Hier kommt es daher örtlich zu unzulässig hohem Druckaufbau, der dünne Wände
zwischen den Kapillaren zerreißt, oder Risse entstehen läßt.
-
In engen Kapillaren hingegen kommt es zu einem Druckabfall im Verhältnis
der Durchmesser-Verminderungen und zu einem entsprechend hoher Anstieg der Bewegungskomponente
(A). Das heißt, daß in engen Kapillaren die tatsächlich wirksame Druckkomponente
(B) gegen Null geht, wenn der Radius der Kapillaren gegenüber dem Bohrlochdurchmesser,
durch den das Injektionsmittel eingepreßt wird, sehr klein wird.
-
Nachdem die Energie der Komponente (A) sogar mit dem Quadrat der Geschwindigkeit
eingeht, leuchtet es ein welches krasse Mißverhältnis sich zwischen dem äußeren
Druck, der auf dem Injektionsmittel lastet, und dem Druck in den großen, aber ziemlich
ungefährlichen Poren einerseits, sowie dem Druck in den kleinen, gerährlichen Kapillaren
andererseits einstellen muß. Die Durchmesser der Kapillaren können be- -kanntlich
um etliche Zehnerpotenzen verschieden sein. Die daraus resultierenden Druckunterschiede
in den großen und kleinen Kapillaren sind leicht auszurechnen oder abzuschätzen.
-
Aus den vorstehenden Überlegungen kann auch die Einsicht gewonnen
werden, daß und aus welchen physikalischen Gründen die bisher üblichen Injektagesubstanzen
mit bekannten Verfahren
nur angewendet werden konnten, solange
das gesamte Kapillarsystem, das zu injezieren war, zu etwa und höchstens 50 XO mit
Kapillarwasser gefüllt war.
-
Bei der Konservicrung kleinerer Bauteile, z.B. Figuren, hat man aufgrund
praktischer Versuche bereits Konsequenzen gezogen, welche die Erkenntnisse bestätigen.
Es ist bekannt, solche Kleinteile aus porösen Baustoffen in Druckgefäßen insgesamt
einem Unterdruck auszusetzen und danach mit Konservierungstuitteln zu tränken. Es
ergeben sich anscheinend einige Verbesserungen gegenüber drucklosen Tränkungen oder
den Anwendungen von Überdruck, was bei miirben Baumaterialien sogar verheerende
Zerstörungen verursachen kann.
-
Solche bei kleinen Bauteilen gebräuchlichen Methoden lassen sich au
naheliegenden Gründen auf große Teile oder gar auf Gebäude nicht anwenden.
-
Ziel der Erfindung ist CS ein Verfahren zu entwickeln, mit hilfe dessen
flüssige oder gasförmige oder gasbildende Substanzen in poröse oder kapillar-aktive
Baustoffe, ohne R;icksicht auf deren Größe oder Masse oder ihren Gehalt an Feuchtigkeit
injeziert oder durch Infusion eingebracht werden können.
-
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, daß hydrophile wie hydrophobe
Injektagemittel gleichermaßen damit angewendet werden können.
-
Ferner ist es Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu entwikkeln, das
mit konventionellen Mitteln, Materialien und Geräten ausgeführt werden kann.
-
Sodann ist es Ziel der Erfindung, die Anwendung von Injektagemitteln
zu rationalisieren und dabei die Verfahrensanwendung so zu gestalten, daß mit einfachen,
robusten Werkzeugen und Geräten gearbeitet werden kann.
-
Schließlich ist es Ziel der Erfindung, die Vorgänge von Injektagen
rationell und kostengünstig zu gestalten, ohne Verfahrenssicherheit einzubüßen.
-
Eine besondere Aufgabenstellung bei der Entwicklung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist auf das Gebiet des Umweltschutzes und der Sicherheit gerichtet. Es
gilt Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens aufzuzeigen, die einerseits geeignet
sind, toxische Substanzen, wie sie zur Bekämpfung von Schädlingen oder Organismen
bei der Bauwerksanierung beispielsweise angewendet werden, nicht nur mit besserem
Effekt und mit möglichst geringem technischen Aufwand in die zubehandelnden Baustoffe
einzubringen, sondern vor allem die toxischen bzw. umweltfeindlichen Gase, welche
sich notwendigerweise bei der Anwendung derartiger Stoffe entwickeln, nach ihrer
Anwendung so weit wie technisch möglich und rationell durchführbar abzusaugen und
in geeigneten Geräten unschädlich zu machen, um auf diese Weise die Belastung der
Umwelt durch z.T. hochgradig giftige Substanzen wie Cyan oder Chlor-Verbindungen
entscheidend zu verringern. Es sei erinnernd vermerkt, daß z.B. die Bekämpfung von
Schädlingen und Organismen auch heute noch u.a. mit dem sog. ZYICLON-B erfolgt,
dessen verheerende Wirkungen aus sehr tragischen Ereignissen der Geschichte bekannt
sind, oder daß die Behandlung einiger Baumaterialien mit Substanzen erfolgt, die
PCP enthalten, eine Substanz, die im dringenden Verdacht steht, ein hochgradig wirksamer
Krebserreger zu sein.
-
Aber auch bei anderen, nur scheinbar harmlosen Infusionsverfahren
zur Bauwerksanierung werden die allgemein gültigen Verordnungen des Umweltschutzes
aus rational nicht erklärbaren Gründen nicht beachtet, eventuell sogar wissentlich
ignoriert.
-
Zahlreiche Reagenzien und Substanzen, die zwecks Festigung oder Imprägnierung
oder Bekämpfung von Organismen in großen Mengen in Baustoffe injeziert werden, enthalten
giftige oder gesundheitsschädliche Lösungsmittel, d.h. flüchtige Substanzen, welche
die Umwelt belasten. In den zugehörigen Patentschriften für solche Injektionssubstanzen
sind z.B.~Lösungsmittel wie Äthanol, Leichtbenzin, Aceton, Trichloräthylen,
Perchloräthylen,
Methyläthylketon, Xylole, Toluole, Benzole, Äther und Ester, welche meist in Anteilen
von ca. 30 bis über 50 % in den Injektionssubstanzen enthalten sind, genannt. Geht
man davon aus, daß z.B. bei Mauerwerk aus relativ stark-porösen Baustoffen pro Injektagebohrung
mind.
-
1 l Infusionssubstanz eingebracht werden muß, daß in typischen Fällen
zwei Reihen Injektagebohrungen mit Abständen von ca. 10 cm, entsprechend 20 Bohrungen
pro Meter angebracht werden müssen, so entspricht das mind. 20 l Infusionsflüssigkeit
pro Meter Mauerwerk; bei einem mittleren Gebäude oder einer Kirche mit loo m Umfang
werden daher mind. 2.ooo 1 Infusionssubstanz eingesetzt, und rund l.ooo l Lösungsmittel
nach der Infusion freigesetzt und unkontrolliert an die Umwelt abgegeben.
-
Benzol als eines der typischen Lösungsmittel für Infusionssubstanzen
hat lt. IIÜTTE Band I und WESTERMANN-Tabellen folende Werte: Dichte von Benzol als
Flüssigkeit #1 = o, 88 g/cm3 " " " " Gas #2 = 3,5 g/dm³ Siedepunkt T = 80°C MAK-Wert
k = 80 mg/m³ Luft Werden bei einer Infusion von 2000 1 Benzol-haltigem Injektagemittel
mit 50 % Konzentration eingesetzt, so werden rund 1000 1 Lösungsmittel unkontrolliert
freigesetzt, so entspricht das einem Gewicht von G = v . #1 = 1000 dm³ . 0.88 kg/dm³
G = 880 kg Benzol Daraus entwickelt sich bei Verdunstung ein Volumen von G 880 kg
VB = = # 250 m³ Benzoldampf # 3 3,5kg/m3
Verdunstet aber eine Menge
von 880 kg Benzol, so werden rund G 880 kg 880 . 106 mg VL = = = K 80 mg/m³ 80 mg/m³
= 11 . 106 = 11 ooo ooo m Luft bis an die Grenze des zulässigen MAK-Wertes von 80
mg/m3 verseucht! Auch bei Infusionsverfahren, die oberflächlich angewendet werden,
liegen ähnliche Verhältnisse vor. Es ist aus Patentschriften wie aus praktischen
Anwendungen bekannt, daß pro Quadratmeter Mauerwerk z.B. bis zu 5000 g Kieselsäureester
mit ca. 25 % Lösungsmittel, z.B. Methyläthylketon (MEK), das folgende Werte lt.
HUTTE, Band I und WESTERMANN-Tabellen hat: Dichte des MEK als Flüssigkeit #1 = o81
g/cm3 " " " " Gas #2 = 0,81 g/dm³ Siedepunkt T = 80°C MAK-Wert K = 740 mg/m3 Luft
Ein Gebäude (z.B. Kirche) von ioo m Umfang und 15 m Höhe hat 1500 m2 Fläche. Es
werden daher bis zu G1 = 1.500 5.000 kg = G1 = 7.500 kg Infusionssubstanz mit ca.
25 % Lösungsmittel, d.h. mit G2 = 7.500 . 0,25 = G2 = 1.875 kg MEK aufgebracht.
-
Bei Verdunstung entwickeln sich G2 1.875 kg VM = = #2 0,81 kg/m³ =
ca. 2.315 m³ MEK-Dämpfe
Eine Menge von 1.875 kg K verunreinigt
bis zu G VL = = 1.875 . 106 mg = 2,53 . 106 740 mg/m³ VL = 2.530.000 m3 Luft bis
an die Grenze des zulässigen MAK-Wertes von 740 mg/m3! Bei einem anderen Produkt,
das zur Festigung von verwitterten Baustoffen verwendet wird, liegt als Lösungsmittel
u.a.
-
Methanol in 30 % bis 35 , Gewichtsanteilen vor. Ausgehend von dem
Beis piel eines Gebäudes mit rund 30 x 20 m Grundfläche, entsprechend einem Umfang
von 100 m und einer Höhe von 15 m für das zu behandelnde Mauerwerk, ergeben sich
wieder 1500 m² Mauerwerksfläche.
-
Das betreffende Bautenschutzmittel wird in der Regel -in einer Menge
von 3 1/1112 eingesetzt.
-
Für Methanol wurden folgende Daten ermittelt: Dichte des Methanol
als Flüssigkeit: #1 = 0,79 g/cm³ " " " " Gas #2 = 1,426 kg/m³ Siedepunkt T = 65°C
MAK-Wert k = 260 mg/m³ 2 Zur Festigung einer Fassadenfläche von 1500 m werden somit
eingesetzt G1 = 1500 3 = 4.500 kg Substanz Davon sind bei einem Anteil von 35 %
Lösungsmittel G2 = 4500 . 0,35 = 1.575 kg Methanol Bei Verdunstung entwickelte sich
VM = G2 = 1.575 * 1100 m3 Methanol-Dämpfe #2 1.426 Eine Menge von 1.575 kg Methanol
verunreinigt bis zu
VL = rund 6 ooo ooo m3 Luft
bis an die Grenze des zulässigen i'üÜ-Wertes
von 260 mg/m31 Die Beispiele und Daten bedürfen keiner weiteren Erklärung.
-
Es ist einzusehen, daß entweder der Einsatz solcher, die Umwelt belastenden
Stoffe eingeschränkt oder durch technische Mittel gewahrleistet werden muß, daß
die entstehenden Lösungsmitteldämpfe unschädlich gemacht oder vorzugs-eise zurückgewonnen
werden können.
-
Die rfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Infusion
der Injektionssubstanzen unter Anwendung von Unterdruck erfolgt.
-
Dabei geht man zweckmäßigerweise, d.h. um eine möglichst gleichmäßige
Verteilung der Injektagesubstanz innerhalb der porösen Werkstoffe zu erreichen,
so vor, daß die Infusion der Injektionssubstanzen über Injektionsbohrungen unter
Anwendung von Unterdruck erfolgt, wobei der Unterdruck über Infusionsbohrungen in
den porösen Injektionskörper eingeleitet wird. Auf diese Weise wird vor allem die
sonst nur schwer erreichbare Kernzone von porösen Werkstoffen mit größerer Aus dehnung,
z.B. Mauerwerk, besonders gut und intensiv von der Inj ektions substanz durchdrungen.
-
Es wurde bei Versuchen überraschenderweise gefunden, daß eine wesentlich
bessere und schnellere Infusion von zahlreichen Injektagesubstanzen nicht etwa dann
erreicht wird, wenn man einen porösen Körper insgesamt oder großflächig bzw. von
aussen einem Unterdruck aussetzt und dabei das Injektagemittel appliziert, sondern
wenn man nur in einen relativ kleinen Teilbereich eines porösen Materials eine Unterdruck
erzeugt, und die zu injezierende Substanz in einem anderen, nahegelegenen Bereich
des gleichen porösen Materials appliziert, diesen Bereich aber unter Normaldruck
der Atmosphäre beläßt.
-
Bei der erfindungsgemäßen Methode ergeben sich Verbesserungen der
Infusionsgeschwindigkeiten und Eindringtiefe von ca.
-
50 ,h bis 300 , teilweise noch mehr gegenüber konventionellen Injektageverfahren.
-
Der Grund für diese iiberraschenden Ergebnisse'kann durch einen einfachen
Versuch demonstriert werden.
-
Beispiel 1 Drei relativ mjtrbe, poröse Natursteine, als A, B und C
bezeichnet, von handlicher Größe, mit ausreichender Porosität und relativ feinen
Kapillaren werden durch Lagerung auf einer durchnäßten Unterlage befeuchtet. In
die Steine werden je zwei Bohrlöcher von 20 mm Durchmesser mit etwa 120 mm Abstand
als Sacklöcher bis auf ca. 9o o/o der Dicke der Steine eingebracht und das Bohrmehl
entfernt.
-
In den feuchten Nah stein 1A' wird über die beiden Bohrlöcher für
je 12 Stunden nacheinander eine festigende Substanz aus handelsüblichem Kieselsäureester
mit Lösungsmittel drucklos injeziert. Nach 2 x 12 Stunden wird der Infusions-Vorgang
beendet und die Aufnahme an Injektionsmittel festgestellt und zu 100 °,0 gesetzt.
-
In die beiden Bohrungen des feuchten Natursteins 'B' wird in gleicher
Weise, jedoch unter Anwendung eines Überdrucks für je 12 Stunden das gleiche Injektionsmittel
injeziert. Nach 2 x 12 Stunden wird der Vorgang beendet. Die Menge des aufgenommenen
Injektionsmittels wird mit ca. 140 Vo festgestellt.
-
In den feuchten Naturstein 'C' wird zuerst nur über das erste Bohrloch
für die Dauer von 12 Stunden Injektagesubstanz zugeführt, -während über einen Adapter
das zweite Bohrloch an eine Vakuumpumpe angeschlossen wird. Nach Ablauf der Zeit
wird - wie bei den anderen Probeinjektagen auch - eine Pause eingelegt; um der injezierten
Substanz Zeit zu einer ersten Reaktion zu geben. Danach werden die Positionen der
Injektions adapter getauscht, d.h. der Unterdruck wird jetzt an das erste Bohrloch
angelegt, über das zweite Bohrloch gleichzeitig Kieselsäureester injeziert. Nach
weiteren 12 Stunden Infusion wird der Versuch beendet. Die insgesamt injezierte
Menge an Kieselsäureester wird zu ca. 170 % festgestellt.
-
Nachdem die injezierten Substanzen ausreagiert sind, wird die Festigkeit
aller drei Probekörper nach DIN 1164 geprüft und die Bruchflächen optisch untersucht.
-
Tabelle 1 Injektions- Injektions- Eindrings- Festig-Prüferkörper Art
Menge tiefe keit ca.
-
A drucklos 100 % ca. 15 mm 380 N/mm² ca. ca.
-
B Überdruck 140 % ca. 20 mm 440 N/mm² ca. ca.
-
C Unterdruck 170 % ca. 45 mm 51o N/mm Die Bruchflächen von A und
C zeigen eine g)eichartige Strulctur, während die Bruchflächen von B deutlich grobere
Struktur, vor allem in der Nähc der Bohrungen, aufweisen, was auf Überbeanspruchung
durch Überdruck schließen läßt.
-
Beispiel 2 Der Versuch nach Beispiel 1 wird wiederholt mit alten,
mürben und saugfähigen Ziegelsteinen die in ähnlicher Weise vorbereitet werden.
Dazu werden 5 ganze und 2 halbe Ziegel im Läuferverband derart mit Mörtel zu einem
Block vermauert, daß im Zentrum ein ganzer Ziegelstein, der als Prüfziegel dient,
liegt. Drei Blöcke dieser Art werden mit ihrer einen Läuferseite auf eine durchnäßte
Unterlage gelegt und bis zur Sättigung befeuchtet. In die andere Läuferseite der
Prüfziegel, - im Zentrum der Blöcke, - werden je zwei Bohrungen als Sacklöcher von
ca. 100 mm Tiefe und 20 mm Durchmesser eingebracht und das Borhmehl entfernt. Der
Abstand der Bohrlöcher wird mit ca. Zoo mm gewählt, entsprechend einer Eindringtiefe
von max. 9o mm = 100 %.
-
Nachfolgend werden die Versuche aus Beispiel 1 analog durchgeführt,
jedoch mit einer Lösung aus ca.
-
30 % Kieselsäureester 40 % Silan 30 % Lösungsmittel, (Äthanol-Basis)
und geeigneten Stabilisatoren. Es ergeben sich folgende Resultate: Tabelle 2 Prüfkörper
%-Wert Art Menge tiefe A drucklos 100 % ca. 35 mm ca. 28% B Überdruck ca. ca. 45
mm ca. 50 % 130 % C Unterdruck über 90 mm über 100% 200 % (durchgehend) möglich
Nach dem Abschluß der Versuche werden die drei Prüfziegel aus dem Läuferverband
herausgelöst, getrocknet und entlang ihrer Hochachse quer gebrochen, dergestalt,
daß die Bohrungen in ihrer Mitte geschnitten werden.
-
Die Bruchflächen werden mit gefärbtem Wasser benetzt und festgestellt,
ob bzw. in welchen Bereichen die Bruchflächen wasserabweisend sind. Die so ermittelte
Ilydrophobie ist als Eindringtiefe ausgewertet und in Tabelle 2 angegeben. Die Prozent-Werte
beziehen sich auf die maximal mögliche bzw.
-
meßbare Eindringtiefe, die durch den Versuch selbst limitiert ist.
-
Die Untersuchung der Bruchflächen zeigt für die Prüfziegel A und C
feine Strukturen für den Prüfziegel B in der Nähe der Bohrungen deutlich gröbere
Strukturen mit offenen Rissen. Eine Überbeanspruchung des Materials liegt offensichtlich
vor.
-
Beispiel 3 Die Versuche nach Beispiel 2 werden an gleichartigen Prüfkörpern
wiederholt, wobei alte saugfähige Ziegel verwendet werden1 die relativ stark versalzt
sind. Der Sulfatgehalt wird zu ca. o,38 r/S bezogen auf den Ziegel ermittelt und
als Ausgangswert mit 100 % angesetzt.
-
Als Injektionssubstanz wird eine Lösung von Bleihexafluorosilikat
(PbSiF6) gewählt, die zur Ermittlung der Eindringtiefen mit einem wasserlöslichen
Farbstoff eingefärbt ist.
-
Der Bohrlochabstand wird zu 220 mm gewählt. Damit wird die meßbare
Eindringtiefe limitiert zu max. 100 mm = loo %, Nach Abschluß der Versuche werden
die Prüfziegel wie in Beispiel 2 gebrochen und die Eindringtiefen verglichen.
-
Tabelle 3 Injektions- Injektions- Eindring- %-Wert Prüfkörper Art
Menge tiefe (ca.) A drucklos 100 % ca. 42 mm 42% B Überdruck 160 % ca. 60 mm 60%
c Unterdruck 260 % über loo mm über (durchgehend) 100% mögl.
-
Eine Betrachtung der Bruchflächen zeigt erneut die hohe Beanspruchung
der Umgebung der Bohrlöcher durch Überdruck beim Prüfkörper B. Eine nachträgliche
Kontrolle auf lösliche Salze ergibt, daß im Bereich der Einfärbungen eine Salzumwandlung
stattgefunden hat. Aus den Geräten Tabelle 3 ist zu erkennen, daß in den Fällen
A und B die Salzumwandlung nur im Nahbereich der Bohrungen stattfindet, der Prüfkörper
C aber durchgehend erfaßt wird.
-
Beispiel 4 Die Versuche nach Beispiel 2 werden wiederholt mit weißen
Kalk-Sand-Steinen und einer handelsüblichen Lösung von Kalium
-Isiethyl-Si
likonat als Injektionssubstanz, wie sie üblicherweise zur hydrophobierenden Injektage
gegen aufsteigende Mauernässe verwendet wird. Die Versuche zeigen folgende Ergebnisse
bei Bohrlochabständen von 120 mm entsprechend einer max. möglichen Eindringtiefe
von 50 mm = 100 %.
-
Tabelle 4 Injektions- Injektions- Eindring- %-Wert Prüfkörper Art
Menge tiefe (ca.) A drucklos 100 % ca. 12 mm 24 % B Überdruck 130 % ca. 18 mm 36
O/a C Unterdruck 155 50 ca. 41 mm 82 % Diese Versuche zeigen einerseits, daß auch
bei Unterdruclc-Injektagen den Eindringtiefen relativ enge Grenzen durch die Art
der Werkstoffe gezogen sind. Andererseits werden die Vorteile des Unterdruck-Verfahrens
besonders deutlich, weil hier - im Gegensatz zu den Beispielen 2 und 3 - die tatsächlich
erreichbaren Eindringtiefen unbehindert von Bohrloch-Abstanden ermittelt werden
können.
-
Beispiel 5 Die Versuche nach Beispiel 2 werden wiederholt mit neuen,
sehr saugfähigen, roten Ziegelsteinen. Als Injektionssubstanz wird eine handelsübliche
Lösung des Silikons verwendet. Die Bohrlochabstände werden zu 180 mm gewählt. Dies
entspricht einer max. möglichen, meßbaren Eindringtiefe von 80 mm = 100 %. Die Ergebnisse
sind wie folgt: Tabelle 5 Injektions- Injektions- Eindring- %-Wert Prüfkörper Art
Menge tiefe (ca.) A drucklos 100 % ca. 8 mm 10 % B Überdruck 180 % ca. 40 mm 50
90 C Unterdruck 220 V0 ca. 60 mm 75 %
Die Versuche zeigen, daß
Silikon-Lösungen wegen ihrer von Anfang an vorhandenen Ilydrophobie für drucklose
Infusionen praktisch nicht geeignet sind. Es ist bekannt, daß z.B. in Großbritannien
Silikon-Lösungen ausschließlich unter hohem Druck injeziert werden. Die Bruchstellen
des Prüfziegels (B) zeigen dann auch erwartungsgemäß Ermüdungsrisse im Bohrlochbereich.
Durch Unterdruck-Injektage werden die Eindringtiefen deutlich verbessert. Sie sind
trotz Verwendung sehr saugfähiger Ziegel aber eher als mäßig einzuschätzen, - verglichen
mit anderen brauchbaren Substanzen.
-
Beispiel 6 Die Versuche nach Beispiel 5 werden wiederholt. Als Injektionsmaterial
wird eine mit Farbstoff präparierte, handelsübliche Zementschlämme verwendet. Die
Bohrlochabstände in den sehr porösen Prüfziegeln werden zu 120 mm gewählt. Die meßbare
Eindringtiefe ergibt sich daher zu max. 50 mm = ioozo.
-
Tabelle 6 Injektions- Injektions- Eindring- %-Wert Prüfkörper Art
Menge tiefe (ca.) A drucklos loo % ca. 3 mm 6% B Überdruck ca. 240 % ca. 25 mm 50
% C Unterdruck ca. 180 % ca. 20 mm 40 5b Der Versuch muß als Mißerfolg angesehen
werden. Die Eindringtiefen zeigen an, daß die Zielvorstellung einer durchgrei fenden
Kapillar-Verstopfung (Verkieselung) effektiv eine Fiktion ist. Selbst bei überdurchschnittlich
porenreichen Ziegeln sind die erreichbaren Eindringtiefen unbefriedigend.
-
Zudem findet ein wirklicher Verschluß der Kapillaren nicht statt.
Die Probeziegel bleiben nahezu vollständig saugfähig, wie ein Saugversuch ergibt.
Prüfungen auf Druckfestigkeit zeigen jedoch deutlich verbesserte Werte. Ebenso geht
die Durchlässigkeit für Sickerwasser bei den Prüfkörpern B und
C
deutlich zurück. Dabei schneidet Prüfziegelt C überraschenderweise besser ab als
Prüflins B. Die Bruchflächen des Prüfziegels B zeigen hingegen deutliche Spuren
des angewandten Überdrucks bei der Injektage, was durch die Flächenpressung der
Bohrlöcher durch die Injektagenippel offenbar noch >terstärlct wird.
-
Die vorstehenden Versuche zeigen einheitlich, daß mittels Unterdruck
eine Injektage oder Infusion von Reagenzien Ciiideutig besscr möglich und effektiver
ist als drucklos oder mit Überdruck, und daß die Injektionssubstanzen vor allen
Dingen auch die Kernbereiche der porösen Bauwerkstoffe noch relativ gut erreichen.
-
Dabei ist anzumerken, daß der angewandte Unterdruck stets nur einem
Bruchteil der Energie entspricht, die bei Überdruck-Injektagen aufgewendet werden
muß. Dieser an sich überraschende Widerspruch kann logisch erklärt und als nur scheinbar
existent nachgewiesen werden.
-
Wie bereits anhand des BERNOULLI-Gesetzes für Hydrodynamik (1V) gezeigt
wurde, ist es ein ziemlich aussichtsloses Unterfangen, mit Überdruck die feinsten
Kapillaren beeinflussen zu wollen. Der von außen wirksame Überdruck wirkt sich überwiegend
in den großen Querschnitten aus. Es kommt daher - wie auch die Versuche zeigen -
zu Überbeanspruchungen und sogar zu Aufbrüchen neuer Poren und Risse. Das Verdrängen
von vorhandener Kapillarnässe durch Injektagemittel gelingt umso weniger, je enger
die Poren sind.
-
Wird hingegen ein Unterdruck erzeugt, so wird nicht nur die vorliegende
Feuchtigkeit aus den größeren Poren abgesaugt.
-
Vielmehr sinkt bei Unterdruck der Siedepunkt für Wasser bekanntlich
rasch ab. Das bedeutet, daß die Feuchtigkeit -auch in engen Kapillaren - zwangsläufig
ebenso beschleunigt verdunsten kann, wobei der sich bildende Wasserdampf infolge
Unterdrucks abgesaugt wird.
-
Aus dem Vorstehenden ist zu erkennen, daß ein feinporiges Gefüge unter
Anwendung eines in einer definierten Richtung wirkenden Unterdrucks alsbald von
Kapillarwasser infolge stark beschleunigter Verdunstung deutlich erkennbar befreit
wird, und daß die Injektagesubstanzen danach ziemlich ungehindert und beschleunigt
nachrücken können. Es kann sogar unterstellt werden, daß a.B. die Anlagerung hydrophobierender
Substanzen an die Kapillarwandungen zusätzlich begünstigt wird, weil die Lösungsmittel
der Systeme ebenfalls einer beschleunigten Verdunstung unterworfen werden, gleichzeitig
aber abgesaugt und in geeigneten Geräten unschadlich gemacht oder sogar zurückgewonnen
werden können.
-
Die universelle Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt
folgender Versuch: Beispiel 7 Drei Proben aus ca. 80 % Normsand werden mit ca. 2
50 MGO und ca. 18 % Kieselsäureester-Festiger angeteigt und zu Prismen in der Größe
von Ziegeln geformt. Nach ihrer Aushärtung werden die so erhaltenen Prüfkörper nach
Beispiel 2 einer Behandlung und Prüfung nach DIN 1164 unterzogen. Es ergeben sich
folgende Daten: Tabelle 7 Prüfkörper Infusion Aufnahme Festigkeit A drucklos 100
% 180 N/mm² B Überdruck ./. Prüfling zerstört C Unterdruck 140 so 210 N/mm2 Der
Versuch nach Beispiel 7 ist auf die Verfestigung gesfachsener Böden oder Aufschüttungen
übertragbar. Die Unterdrunkiniektage muß dabei jedoch mit IIilfe von Filterlanzen
erfolgen, um Zerstörungen an den Unterdruckaggregaten durch abgesaugte Partikel
zu vermeiden.
-
Die Lösung der technischen Probleme zur Absendung von Unterdruclc
in einer definierten Richtung an beliebig großen Baukörpern aus porösem Werkstoff
zum Zwecke der Injektage wird dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise Injektionsbohrungen,
vorzugsweise gegen die Waagerechte geneigt, als Sacklöcher in das Mauerwerk eingebracht
werden, daß anschließcnd die Injektionslöcher gesäubert und für die Infusion vorbereitet
und dazu in mindestens zwei Gruppen eingeteilt werden, daß danach an die erste Gruppe
der Injektionslöcher Saug-Adapter angebracht und an diese Saug-Adapter ein Unterdruck-
erzeugendes Aggregat angeschlossen wird, während die zweite Gruppe (oder alle weiteren
Gruppen) der Injek tionslöcher mit Infusions-Adaptern ausgerüstet und über diese
Infusions-Adapter die Injektionssubstanzen aus Vorratsbehältern in das mauerwerk
eingeleitet werden, und daß während des Einleitens der Injektionssubstanzen über
die mit Saug-Adapt ern ausgerüsteten Injektionsbohrungen im Mauerwerk ein gerichteter
Unterdruck erzeugt wird, unter dessen Einfluß die Injektionssubstanzen sich beschleunigt
und vor allem in Richtung auf die mit Unterdruck beaufschlagten Bohrlöcher zu bewegen;
daß nach Abschluß dieses ersten Infusionsvorganges und nach Abklingen der ersten
chemischen Reaktionen zwischen Blauerwerlc und Injektionssubstanzen die Positionen
von Saug-Adaptern und Infusions-Adaptern getauscht werden und der beschriebene Vorgang
der gerichteten Unterdruck-Infusion wiederholt wird; und daß der Vorgang dieser
Unterdruck-Infusion mit Positionswechsel von Saug-Adaptern und Infusions-Adaptern
solange wiederholt wird, bis die Injektionssubstanzen zwischen allen Injektionsbohrungen
überlappend in das Mauerwerk eingedrungen sind.
-
Der beschriebene Vorgang der Verfahrensanwendung ist sinngemäß auch
auf feinkörnige Substanzenfi wie z.B. natürliche Böden oder Aufschüttungen anwendbar.
-
Eine der möglichen technischen Lösungen der Unterdruck-Injektage an
beliebig großen Baukörpern geht auch aus Abb. 1 und 2 hervor. Man erkennt, daß in
einer Wand (1) Bohrungen im Bereich eines Kiesgrabens (2) angebracht sind.
-
Diese werden in Gruppen aufgeteilt, wobei die erste Gruppe zunächst
der Infusion der Injektionssubstanz dient (3) und dazu über ein Rohrsystem (5) mit
einem Vorratsbehälter (6) verbunden wird, während die andere Gruppe (4) an das Unterdrucksystem
(7/43) angeschlossen wird.
-
Man erkennt aus Abb. 2 die typische Ausbreitung (9) der Injektagesubstanz
unter dem Einfluß eines Unterdrucks, der über die Bohrungen (4) auf das icapillargefüge
des porösen Körpers (1) einwirkt, so daß Injektagesubstanz aus den Infusionsbohrungen
(3) sich nicht mehr nach allen Seiten gleichmäßig, sondern bevorzugt in Richtung
(9) auf die Unterdruckzonen ausbreitet.
-
Nach einem ersten Zyklus der Unterdruck-Inj ektage werden die Positionen
nach Abb. 2 getauscht. Man erkennt, daß sich nunmehr die Ausbreitungsbereiche des
ersten Zyklus (9) und die des zweiten (io) überlappen.
-
Aus konsequenter Fortsetzung des bisher beschriebenen Vorganges folgt,
daß der Vorgang der gruppenlfeisen Unterdrucl;-Infusion so oft mit Wechsel der Positionen
zwischen Saug-Adaptern und Infusions-Adaptern wiederholt wird, als Gruppen von Injektionsbohrungen
eingeteilt worden sind.
-
Der einfachste Fall einer Anwendung des Unterdruck-Injektage-Verfahrens
an beliebig großen Baukörper besteht darin, daß bei einer Anordnung der Injektionsbohrungen
in einer Ebene vorzugsweise diese in zwei Gruppen von Bohrungen eingeteilt werden,
und daß der Vorgang der Unterdruck-Infusion zweimal mit alternierendem Wechsel der
Adapter und Anschlüsse vollzogen wird.
-
Bei Mauerwerken mit größerer Masse, d.h. bei Wandstärken von ca. 50
cm und mehr sollte vorzugsweise so ver£ahren werden, daß bei einer Anordnung der
Injektionsbohrungen in zwei Ebenen vorzugsweise diese in drei Gruppen von Bohrungen
eingeteilt werden, und daß der Vorgang der Unterdruck-Infusion dreimal mit alternierenden
Wechseln der Adapter und Anschlüsse
vorllzogen wird. Das Schema
dieser Anwendung erläutern Abb. 4, 5, 6 und 7. Die drei Abbildungen 4, 5 und 6 zeigen
den gleichen porösen Körper, z.Be ein Mauerwerk mit den Ausbreitungsbereichen während
dreier Zyklen der Unterdruckinjektion. Die Bohrungen sind mit den Buchstaben a,
b bis i bezeichnet. Man erkennt, daß jede Infusionsbohrung vorzugsweise einmal an
das Unterdrucksystem (7) angeschloswird sen je zweimal aber der Infusion von Injektagesubstanz
(6) dient. Die mit Unterdruck (7) beaufschlagten Bohrungen sind besonders gekennzeichnet.
Die Ausbreitung der Injektagesubstanzen ist angedeutet.
-
Aus der Überlagerung der drei Teile (aus Abb. 4, 5 und 6) ergibt sich
die Gesamtverteilung (Abb. 7). Man erkennt die günstige Verteilung der Injektionsbereiche.
-
Natürlich kann bei dickem Biauer-erk auch eine Injektage von beiden
Seiten erfolgen, wobei die Injektionsbohrungen von zwei Seiten des Mauerwerks eingebracht
und die Einteilung in Gruppen analog erfolgt.
-
Ebenso sind drei- oder mehrreihige Bohrlochanordnungen denkbar, meist
aber nicht mehr zweckdienlich. Es ist allgemein bekannt, daß Injektagen gegen.Feuchtigkeit
nur wirksam sein können, wenn dabei eine Ilydrophobierung der Kapillaren erzeugt
wird. Starke Versalzung der Baustoffe behindert die erforderliche Hydrophobierung
bzw. wirkt infolge hoher IIygroskopie der Salze der Sperrwirkung der hydrophobierten
Zonen entgegen. Aus diesem Grunde sollte vorzugsweise darauf geachtet werden, daß
als Injektionssubstanzen zum Zwekke der Steinsanierung vorzugsweise verfestigende
und/oder hydrophobierende Substanzen verwendet werden, welche keine oder nur unbedeutende
Mengen bauschädlicher Salze enthalten oder erzeugen, und/oder keine schädlichen
pH-Wert-Ver schiebungen verursachen.
-
Auch die Verfahren der Unterdruck-Injektage sind gegen unzulässige
Salzkonzentrationen in den Bauwerkstoffen empfindlich. Allein aus diesem Grunde
sind z.B. alle reinen Wassergläser
als Injektagesubstanzen grundsätzlich
ungeeignet.
-
Auch die sog. modifizierten Wassergläser, z.B. Natrium- und Kalium-Methyl-Silikonate1
sind wegen der bauschädlichen Salze, die sich aus den Injektagesubstanzen bilden,
prinzipiell nicht so gut geeignet wie salzfreie Mittel. Dies zeigen auch die Versuche
2 und 4. In Versuch 4 wurde, - abgesehen von der durch die geringe Porosität der
Prüfkörper bedingten mäßigen Eindringtiefe, - eine deutliche Hygroskopie als Folge
der Salzbildung aus dcm dem Kalium-Methyl-Silikonat festgestellt.
-
Bei Injektagen mit Lösungen aus Bleihexafluorosilikat-bestehenden
Substanzen entfällt die Forderung der Salzfreiheit natürlich. Hier liegt ein Sonderfall
der Injektage vor, bei dem sinngemäß darauf zu achten ist, daß nach Abschluß der
Injektage keine schädlichen Mengen löslicher Salze mehr vorliegen.
-
Die Forderung nach salzfreien Injektagen wird am besten dadurch erfüllt,
daß als Injektagesubstanzen vorzugsweise niederviskose Flüssigkeiten bzw. Lösungen
von Organooxysilanen, Acrylharzen, Polyestern, Polyolefinen oder ähnlichen Substanzen
verwendet werden.
-
Die Höhe des angewendeten Unterdrucks sollte an der Porosität der
Werkstoffe orientiert werden. Prinzipiell nützt jede Art von Unterdruck, auch ein
relativ geringer. Die höhe des maximal erreichbaren Unterdrucks ist vor allem von
der Homogenität des zu injezierenden Baustoffs abhängig. Die Gefahr, daß ein applizierter
Unterdruck zu groß und schädlich sein könnte, kann aus technischen Gründen kaum
eintreten.
-
Es bedarf deshalb kaum eines Hinweises dafür, daß unter ungünstigen
Bedingungen ein Unterdruck in den Bohrungen evtl.
-
nicht zustande kommen kann, weil z.B. das Mauerwerk große Risse aufweist.
In solchen Fällen wäre das Mauerwerk für Injektagen ungeeignet. Günstige Bedingungen
liegen vor, wenn z.B. der bei der Infusion der Injektionssubstanzen wirkende
Unterdruck
mindestens o, 1 % niedriger als der örtliche Atmosphärendruck ist und vorzugsweise
zwischen ca. 0,9 bis 0,5 bar liegt.
-
Zur weiteren Untersuchung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch
einen Versuch ge7.eigt, inwieweit bekannte Methoden der wechselweisen Druck/Unterdruck-Verfahren
Vorteile bringen, obgleich (3iese Verfahren auf die Tränkung von kleineren Teilen
aus Baustoffen, wie z. B. einzelnen Steinen, Figuren, Epithaphplatten und dergleichen
gerichtet sind.
-
Aus der DS 2.254.146 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zuerst ein
poröses Bauteil mittels Unterdruck z.T. evakuiert wird, um danach unter Überdruck
getränkt zu werden.
-
Beispiel a Zum Vergleich wurde der Versuch nach Beispiel 2 wiederholt.
-
Dabei wurde ein Prüfkörper C in der erfindungsgemaßen Weise behandelt,
ein prüfkörper A drucklos injeziert und an einem Prüfkörper B zunächst über alle
Injektionsbohrungen ein Unterdruck erzeugt und anschließend sofort über die gleichen
Bohrungen und Adapter Injektionsmittel mit Überdruck injeziert. (Dieser Vorgang
entspricht der Analogie des Verfahrens nach DAS 2.254.146.) Das Ergebnis zeigt,
daß ein solches Verfahren zwar aufwendiger, aber keinesfalls wirkungsvoller ist
als das erfindungsgemäß angewandete verfahren.
-
Tabelle Injektions- Injektions- Eindirng- %-Wert Prüfkörper Art Menge
tiefe (ca.) A drucklos 100 % ca. 35 mm 44 % B Unterdruck + ca. 135 % ca. 50 mm 62%
Ub erdruck über über C Unterdruck ca. 200 % 80 mm 100% allein durch- möglich gehend
Das
Ergebnis dieses Versuches ist durchaus logisch, wenn man die Verhältnisse während
der Druckinjektage nach dem 3EZNTOULLI-Gesetz der Hydrodynamik untersucht. Namentlich
die kleinsten Poren werden durch den Überdruck praktisch kaum erreicht und beeinflußt.
Es scheint sogar, als wäre mäßiger Unterdruck, der auf die Verdunstungsrate der
in der Regel hinderlichen Kapillarfeuchte günstig einwirkt, kombiniert mit Infusion
unter Atmosphärendruck die günstigste Lösung der Injektionsprobleme schlechthin.
Dies aber ist in Oeschlossenen Räumen, z.B. in Injektionsbehältern oder -Kabinen
natürlich nicht möglich. Insbesondere scheint das erfindungsgemäße Unterdruckverfahren
das Eindringen von Infusionsmittel in die Kernbereiche von Baukörpern sehr günstig
zu beeinflussen; Die vorstehend beschriebene Erfindung bezieht sich primär auf das
Injezieren von Flüssigkeiten in poröse Baustoffe wie Steine, Ziege, Mörtel, fleton,
Ilolz, Bims und dergleichen. Analog dazu entspricht die Anwendung auf Böden, Erdreich,
feinkörnige Schüttgüter durchaus dem beabsichtigten Anwendungsbereich der Erfindung.
Vor allem kann das Verfahren sinngemäß auch allf das Einleiten gasför!niger Stoffe
in poröse Materialien, z.B. bei der Schädlingsbekämpfung angewendet werden. Hier
ergeben sich vor allem bei giftigen Substanzen Vorteile dadurch, daß die Gase gezielt
eingeleitet und zu einem großen Teil abgesaugt und unschädlich gemacht werden können.
Die Vortcile der geringeren Umweltbelastung liegen auf der Hand.
-
Zweckmäßigerweise geht man dabei so vor, daß als Injektagesubstanzen
gasförmige Stoffe oder Stoffe, welche in den gasförmigen Zustand übergehen, verwendet
werden, oder daß als Injektagesubstanzen Reagenzien oder Lösungen von Reagenzien
zur Salzumwandlung verwendet werden, wobei die Injektagesubstanzen in zweckdienlich
vorbereitete Bohrungen gegeben werden.
-
Bei entsprechender Ausbildung des erfindungAgemäßen Unterdruckverfahrens
und seiner Geräte ist es technisch sogar möglich, daß das erfindungsgemäße Verfahren
zur Infusion toxischer
';ubstanzen angewendet wird, wobei die
Giftstoffe über Infusionsbohrungen, welche gegen die Umwelt abgeschlossen werden,
in den porösen Injektionskörper eingeleitet werden, wobei weiter über andere Infusionsbohrungen
der Unterdruck in den genannten porösen Infusionskörper angelegt wird, wobei ferner
die Giftstoffe unter dem Einfluß des Unterdrucks den porösen Injektioskörper in
Richtung des Druckgefälles durchdringen und schließlich aus den Infusionsbohrungen,
auf die der Unterdruck einwirkt, , abgezogen und in einem Entg;iftungsgerät, welches
dem Unterdruck-Erzeugungsgerät vorgeschaltet ist, abgeschieden oder gebunden werden.
Auf diese Weise kann sogar ein Teil der umweltschädlichen Substanzen, z.B. die Lösungsmittel,
rückgewonnen und einer neuerlichen Anwendung zugeführt werden. Nachdem praktisch
die gesamte Menge der Lösungsmittel verdunstet, sind die rückgewonnenen Anteile
auch aus wirtschaftlichen Gründen von Bedeutung.
-
Die technischen Vorteile des erfindiingsgemäßen Verfahrens sind z.T.
durch die Beispiele verdeutlicht. Diesen stehen wirtschaftliche Vorteile gegenüber,
weil der Energiebedarf bei mäßigen Unterdrucken ungleich kleiner ist als bei den
üblicherweise erforderlichen hohen Drücken der Druckinjektage.
-
Auch die zur Durchführung; der Unterdruck-Injektage gemäß Erfindung
notwendigen Geräte sind einfach, robust und kostengünstig. Dies zeigt sich z.B.
an den Adaptern: Während Adapter für Druclcinjektage hohen Beanspruchungen ausgesetzt
werden und nur unter Blühen in den Bohrlöchern verankert werden können, können Unterdruck-Adapter
wesentlich leichter gebaut werden und legen sich von selbst an die Bohrlochwandungen
durch den erzeugten Unterdruck fest an.
-
Auch die Druckerzeugungsgeräte können relativ einfach und robust gebaut
sein. Brauchbare Unterdrücke können schon mit Strahlpumpen und Mittel druck-Lüft
ern erzeugt werden.
-
Ein besonderer Vorteil ergibt sich daraus, daß die mittels Unterdruck
injezierten Substanzen sich vorzugsweise in Richtung auf die Unterdruckbereiche
ausdehnen, so daß ein Versickern
in unzweckmäßige Richtungen weitgehend
vermieden werden kann. Bei den relativ hohen Materialkosten für hochertige Injektionssubstanzen
ist dieser Vorteil von besonderer Bedeutung.
-
Der Wert des erfindungsgemäßen Verfahrens im hinblick auf den Umweltschutz
ist in Zahlen kaum anzugeben. Die als Beispiele aufgeführten rechnerischen Nachweise
von typischen Umweltbelastungen sind jedoch hinweis genug.
-
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in folgenden Abbildangen
zusätzlich erläutert, welche bereits im Vorstehenden z.T. beschrieben wurden.
-
Abb. 1 zeigt einen Mauerwerksabschnitt mit dem Schema einer Verfahrensanwendung.
In das Mauerwerk (1) sind Bohrungen (3, 4) bis etwa 9o 94 der Mauerwerksdicke, vorzugsweise
leicht geneigt, in höhe eines Kiesgrabens (2) eingebracht. Die Injektagebohrungen
(3, 4) werden in Gruppen eingeteilt und abwechselnd für die Infusion (3) und die
Applikation des Unterdrucks (4) benutzt. Über Leitungen (6) wird die Injektagesubstanz
aus einem Vorratsbehälter (5) zugeführt. Durch Adapter und Rohrleitungen (7) wird
das Unterdruckgerät (8) angeschlossen.
-
Mit Pfeilen ist die Infusionsrichtung der Injektagesubstanzen angedeutet.
Die Infusionszone liegt vorzugsweise in Höhe der Oberkante des Geländes (9).
-
Abb. 2 zeigt den ersten Zyklus einer Unterdruck-Injektage.
-
Eine typische Ausbreitungszone der Injektagesubstanz (io) ist angedeutet.
-
Abb. 3 zeigt den zweiten Zyklus. Hier ist zu der typischen Form der
Ausbreitungszone der Injektagesubstanz des ersten Zyklus noch die des zweiten Zyklus
(lo) schematisch angedeutet. Man erkennt die bei korrekten Bohrlochabständen eintretende
Uberlappung und die gerichtete Ausbreitung der Injektagezonen. Die Injektagesubstanz
diffundiert nicht, - wie bei anderen Verfahren, - unkontrolliert, sondern vorzugsweise
in
Richtung auf den applizierten Unterdruck.
-
Fig. 1£ zeigt schematisch den ersten Anwendungszyklus einer Unterdruck-Injektage
an einem Mauerwerk (1) mit einer versetzten Anordnung der Injektionsbohrungen in
zwei Ebenen.
-
In die zur Infusion vorgesehenen Bohrungen (3) wird die Injektagesubstanz
eingeleitet (6) , während Unt erdruckl eitungen (7) über Adapter an die Bohrlöcher
(4) angeschlossen werden, die fiir diesen ersten Zylilus als Saugbohrungen dienen.
Die typische lorm der bei dieser Verfahrensvariante entstehenden Ausbreitungszone
(10) der Injektagesubstanz ist angedeutet.
-
Fig. 5 ziegt schematisch den zweiten Anwendungszyklus.
-
Man erkennt, daß Infusionsbohrungen (3) und Absaugbohrungen (4) systematisch
untereinander vertauscht werden.
-
Fig. 6 zeigt schematisch den dritten Anwendungszyklus. Man erkennt,
daß im Verlauf aller drei Zyklen jede Injektagebohrung je einmal als Absaugbohrung
(4) und je zweimal als Infusionsbohrung (3) verwendet wurde.
-
Fig. 7 zeigt schematisch die Überlagerung der drei Anwendungszyklen.
Man erkennt die überlappenden Ausbreitungsfel der (11) der Injektionssubstanz. In
der Praxis treten zwischen den Ausbreitungsfeldern (11) Iceine freien Bereiche auf,
weil es durch die Überlappung (11) in der Regel zu einer natürlichen Diffusion von
Injektagesubstanz durch Konzentrationausgleich in die Zwischenräume kommt. Ferner
sind die Ausbreitungsfelder nicht so scharf begrenzt, wie es die Schemazeichnung
andeutet.