DE3619551A1

DE3619551A1 - Verfahren zur herstellung von aus pulvern in einer fluessigkeit bestehenden suspensionen, die fuer die injektion in boeden oder in feinkoernige oder sehr feinkoernige materialien bestimmt sind, und nach diesem verfahren hergestellte erzeugnisse

Info

Publication number: DE3619551A1
Application number: DE19863619551
Authority: DE
Inventors: Daniel Clichy Gouvenot; Hubert Voulx Vattement
Original assignee: Soletanche SA
Current assignee: Soletanche SA
Priority date: 1985-06-12
Filing date: 1986-06-11
Publication date: 1986-12-18
Anticipated expiration: 2006-06-12
Also published as: ATA158786A; KR930010927B1; AU582859B2; KR870000408A; FR2583441A1; JPH0417997B2; AT394858B; GB8614230D0; GB2179080A; JPS6284177A; DE3619551C2; GB2179080B; AU5855086A; FR2583441B1

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von Pulversuspensionen in einer Flüssigkeit, die in poröse oder rissige Materialien oder in feinkörnige oder sehr feinkörnige Böden injiziert werden sollen, um insbesondere deren Konsistenz zu verändern.

Bei bestimmten Materialien ist bekanntlich eine Behandlung durch Injektion von Zementbrei erforderlich. Es handelt sich dabei zum Beispiel um Stahlbeton, der porös oder von aggressivem Wasser angegriffen ist, oder auch um rissig gewordenen Beton. In solchen Fällen ist das Eindringen des Zementbreis in die Masse eines derartigen Materials begrenzt sowohl durch die Körnigkeit des einzelnen Zementteilchens als auch durch Aggregation dieser Teilchen untereinander.

Ferner ist es bekannt, daß bei Ablagerungen zwei Arten von Ablagerungen unterschieden werden: grobkörnige Ablagerungen und feinkörnige Ablagerungen.

Bei grobkörnigen Ablagerungen können leicht Injektionen mit Zementbrei oder mit Bentonit-Zement-Brei vorgenommen werden (Brei, bei dem die Zementteilchen in Wasser suspendiert sind, wobei unter Umständen Bentonit zur Verbesserung der Stabilität der Suspension zugefügt wird).

Demgegenüber können derartige Breie nicht in feinkörnige Ablagerungen injiziert werden, denn die Bodenporen sind dort so klein, daß normale Zementteilchen dort nicht eindringen und sich darin nicht bewegen können. Aus diesem Grunde können Injektionen nur dann vorgenommen werden, wenn man mit Lösungen auf der Grundlage von Silikat oder Siliziumoxid arbeitet, die keine suspendierten Teilchen enthalten, und wenn mit einem Reagenz geliert wird.

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Mit der letztgenannten Arbeitsweise kann als Nachteil eine gewisse Bodcmverunreinigung verbunden sein, insbesondere im Bereich freiwandernder (phreatischer) Schichten, und die Dauerhaftigkeit ist fraglich wegen der Struktur des erhaltenen Gels, das unter Umständen auf die Dauer nicht stabil ist. Diese als Synärese bekannte Erscheinung kann sich bei mit Hilfe von Silikatlösungen erhaltenen Gelen als sehr nachteilig erweisen.

Wegen der genannten Nachteile hat man schon früher versucht, in poröses oder rissiges Material oder auch in feinkörnige Ablagerungen Zementbrei zu injizieren, indem man mit sehr fein gemahlenem Zement arbeitete, d.h. mit Zementen mit einer Teilchengröße von weniger als etwa 15 yum, während bei normalen Zementen im allgemeinen Korndurchmesser zwischen 0 und 100 um vorkommen.

Derartige feingemahlene Zemente lassen sich aber nur schwer herstellen, und sie sind teuer, beispielsweise etwa zwanzigmal so teuer wie ein üblicher Zement.

Ferner wurde versucht, den benötigten Zement zu gewinnen, indem man von üblichem Zement ausging, der pneumatisch gefördert wurde, wobei er einer Zyklonwirkung ausgesetzt wurde, um die feinen Teilchen von den gröberen zu trennen.

Dieses Verfahren ist aber auch nicht befriedigend, denn seine Ausübung verursacht hohe Kosten, und die Ergebnisse sind zu ungleichmäßig, als daß die mit derartigen Breien vorgenommenen Injektionen zuverlässig sein könnten.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines Breis, der aus einer Suspension von Teilchen in einer Flüssigkeit besteht, und zwar von Teilchen, die so fein sind, daß der genannte Brei in feinkörnige Ab-

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lagerungen injiziert werden kann, weil der Teilchendurchmesser kleiner ist als der intergranulare Raum des Bodens, der die Injektion erhält.

Gegenstand der Krfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Breis, der in feinkörnige Ablagerungen oder in poröses oder rissiges Material injiziert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, ein in Teilchenform vorliegendes Erzeugnis in Gegenwart eines Entflockungsmittels vermischt wird, das die suspendierten Teilchen voneinander trennt, daß die derart entflockte Suspension in einem Behälter so lange aufbewahrt wird, bis eine Teil-Sedimentation abgelaufen ist, und daß das Volumen entflockter Suspension abgezogen wird, das sich in dem Behälter oberhalb eines vorgegebenen Flüssigkeitsstandes befindet.

Gemäß der Erfindung werden 0,5 bis 5 Gew.1 Entflockungsmittel im Verhältnis zum Gewicht der in Suspension befindlichen Teilchen angewandt.

Indem man die Höhe des Behälters wählt, der als Absetztrog wirkt, sowie die Absitzzeit und den Flüssigkeitsstand, aus dem die Suspension abgezogen wird, kann man den größten Durchmesser der in der abgezogenen Suspension enthaltenen Teilchen festlegen, der von den Abmessungen der durch Injektion zu füllenden Hohlräume abhängt.

Gemäß der Erfindung wird die so gewonnene Suspension benutzt, um einen Brei herzustellen, der in die feinkörnigen Ablagerungen oder in rissiges oder poröses Material injiziert werden kann.

Dor übrig gebliebene; untere Teil der Suspension kann zu anderen /wecken eingesetzt werden oder ist zu verwerfen.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsweise der Erfindung besteht die teilchenförmige feste Substanz aus Zement, und die zur Bildung der Suspension benutzte Flüssigkeit ist Wasser.

Erfindungsgemäß kann anstelle von Zement auch Siliziumoxidstaub oder gemahlenes Kalziumkarbonat verwendet werden; man verwendet diese Stoffe erfindungsgemäß getrennt und vermischt sie unmittelbar vor der Injektion oder injiziert sie einzeln in den zu behandelnden Bereich, so daß sie sich an Ort und Stelle beim Zusammentreffen miteinander verbinden.

Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, als Suspensionsflüssigkeit eine Silikatlösung oder eine Siliziumoxidlauge oder jede beliebige andere Flüssigkeit zu verwenden, die nach der Injektion mit dem festen Produkt zu reagieren vermag, das in Teilchenform vorliegt.

Das der Suspension der Feststoffteilchen zugeführte Entflockungsmittel kann beispielsweise bestehen aus: Melaminharzen, Naphthalinsulfonaten von Natriumpolyphoshat, Natriumalkylnaphthalinsulfonat, Natriumalkylsulfonat oder Ammoniumpolyakrylat.

Gegenstand der Erfindung sind ferner die Suspensionen teilchenförmiger Feststoffe, soweit sie aus den angegebenen Verfahren gewinnbar sind.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachstehend einige Methoden der Ausübung der Erfindung erläutert; eine Beschränkung der Erfindung auf diese Methoden ist nicht beabsichtigt.

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Beispiel 1

Um einen Brei herzustellen, der aus einer wässrigen Suspension von Zement besteht und in einen feinkörnigen Sand injiziert werden soll, bei dem die Teilchendurchmesser zwischen 0 und 0,3 mm liegen, kann man folgendermaßen vorgehen:

500 kg Zement CLK 45 werden in 830 1 in einem Turbulenzmischer befindliches Wasser gegeben. Man mischt ungefähr 3 min lang, danach werden zwischen 2,5 und 7,5 kg eines als Entflockungsmittel wirkendes Melaminharz zugefügt, und das Mischen wird ungefähr 2 min lang fortgesetzt.

Dann wird das so hergestellte Gemisch in eine Wanne von 2 m² Querschnitt gegeben, an der 25 cm unterhalb des Flüssigkeitsspiegels ein Ablaßhahn angebracht ist; man läßt die Flüssigkeit eine Stunde lang absitzen.

Dann wird der Ablaßhahn geöffnet, und man erhält 500 1 Brei, der zwischen 30 und 35 % der anfänglich eingesetzten 500 kg Zement enthält.

Die in diesem Brei enthaltenen Zementteilchen haben Abmessungen zwischen 0 und 10 yum, während sich in dem zunächst benutzten Zement Teilchen in einer Größe zwischen 0 und 100 iim befanden.

Der auf diese Weise gewonnene Brei wird in einem mit einem Rührwerk ausgestatteten Trog gelagert. Er kann dann nach den üblichen Verfahren in einen Boden injiziert werden, der von einem Sand mit einer Korngröße zwischen 0 und 0,3 mm gebildet ist.

Nach einer Verfahrensvariante wird die Sedimentationszeit auf 30 min begrenzt; dann lassen sich 500 1 Brei abziehen, der zwischen 50 und 55 Gew.-^?u des eingangs zugeführten Zements mit Teilchengrößen zwischen 0 und 15 um enthält.

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Beispiel 2

Um eine wässrige Siliziumoxid-Suspension herzustellen, die zur Injektion in einen feinkörnigen Boden mit einer Korngröße zwischen 0 und 0,3 mm bestimmt ist, werden 300 kg Siliziumpulver mit einer Korngröße zwischen 0 und 50 jum in 1 m³ in einem Turbulenzmischer befindliches Wasser gegeben. Die Mischung wird ungefähr 3 min lang durchgearbeitet, dann werden 3 bis 9 kg Entflockungsmittel zugeführt, beispielsweise Naphthalinsulfonat.

Die Lösung wird anschließend in eine Wanne von 2 m² Querschnittsfläche gegeben, an der 25 cm unterhalb des Flüssigkeitsspiegels ein Ablaßhahn angeordnet ist.

Nach einer Absitzzeit von 3 Stunden wird die oberhalb des Ablaßhahns befindliche Suspension abgezogen.

Während die ursprüngliche Suspension eine Dichte 1,147 hatte, hat die abgezogene Suspension eine Dichte zwischen 1,120 und 1,125. Sie läßt sich leicht in einen feinkörnigen Boden der in Beispiel 1 angegebenen Art injizieren und dichtet diesen ab.

Zum Vergleich: Die ursprüngliche Suspension läßt sich auf keinen Fall injizieren, weil sie sich von selbst ausfiltert.

Demgegenüber kann die erfindungsgemäß gewonnene Suspension sehr leicht mit geringem Druck injiziert werden. Die Bodenporen werden durch den Siliziumoxidstaub verlegt, und der Boden wird dicht.

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Beispiel 3

Um ein Gemisch von Suspensionen von Siliziumstaub und Kalziumkarbonatstaub in einen feinkörnigen Boden zu injizieren, ist folgendermaßen vorzugehen:

Zunächst wird eine Suspension von Siliziumoxid-Staub gemäß Beispiel 2 hergestellt.

Im übrigen werden dann in einen Turbulenzmischer 300 kg gemahlener Marmor, staubförmig (CaCO₃) in Suspension in 1000 1 Wasser gegeben.

Als Hntflockungsmittel werden 6 kg Naphthalin zugefügt, und anschließend läßt man 45 bis 60 min absitzen und zieht dann die 25 cm Suspension ab, die sich unterhalb des ursprünglichen Flüssigkeitsspiegels befinden.

Die Korngrößen des ursprünglich verwendeten Kalziumkarbonats liegen zwischen 0 und 50 um, und die Dichte der ursprünglichen Suspension liegt zwischen 1,16 und 1,18.

In der erfindungsgemäß gewonnenen Suspension hat das Kalziumkarbonat eine Korngröße zwischen 0 und 20 um, und die Dichte beträgt 1,14 bis 1,16.

Die bindern in der oben beschriebenen Weise erhaltenen Suspensionen werden in gleichen Volumenteilen miteinander vermischt, und das Gemisch wird in einen Boden injiziert, der aus feinkörnigem Sand mit einer Korngröße zwischen 0 und 0,3 mm besteht.

Auf diese Weise erhält man einen dichten und widerstandsfähigen Sand. Nach einer Verfahrensvariante lassen sich die beiden Suspensionen nacheinander in den Boden injizieren.

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Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen Beispiel 4

Um eine Suspension von Kalziumkarbonatpulver in einer Lösung von Siliziumoxid oder von Sodasilikat, die in feinkörnigen Boden injizierbar ist, zu erhalten, ist folgendermaßen vorzugehen:

Zunächst wird, wie in Beispiel 3 beschrieben, eine Kalziumkarbonat-Suspension hergestellt, dann wird diese Suspension mit einer Sodasilikat-Lösung oder Siliziumoxid-Lauge vermischt, die K) bis 25 Gew.'b Siliziumoxid SiO„ im Verhältnis zu einem Volumen der Kalziumkarbonat-Suspension für ein 0,5 bis 1,5 Volumen Silikat oder Siliziumoxid-Lauge enthält.

Das auf diese Weise hergestellte Gemisch wird in einen Boden injiziert, der aus Teilchen von 0 bis 0,3 mm Größe besteht, und es entsteht ein dichter und widerstandsfähiger Boden,

Natürlich wird die Erfindung durch die angegebenen Verfahren zu ihrer Ausübung nicht eingeschränkt; im Rahmen der Erfindung sind vielmehr zahlreiche Abwandlungen der Methode denkbar.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Breis, der in poröses oder rissiges Material oder in feinkörnige Ablagerungen injiziert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, ein in Teilchenforni vorliegendes Erzeugnis in Gegenwart eines Entflockungsmittels vermischt wird, das die suspendierten Teilchen voneinander trennt, daß die derart entflockto Suspension in einem Behälter so lange aufbewahrt wird, bis eine Teilsedimentation abgelaufen ist, und daß d;is Volumen onI.flor.klor Suspension abgezogen

ORIGINAL INSPECTED

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wird, das sich in dem Behälter oberhalb eines vorgegebenen Flüssigkeitsstandes befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in Teilchenform vorliegende Erzeugnis aus Zement, Siliziumoxid-Pulver oder Kalziumkarbonat-Pulver besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus Wasser, einer Siliziumoxid-Lösung oder einer Sodasilikat-Lösung besteht.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hntflockungsmittel aus Melaminharz, Natriumnaphthalinsulfonat, Natriumpolyphosphat, Natriumalkylnaphthalinsulfonat, Natriumalkylsulfonat odor Ammoniumpolyakrylat besteht.

5 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Entflockungsmittel im Verhältnis von 0,5 bis 5 Gew.'a zu dem in Teilchenform vorliegenden Erzeugnis verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absitzzeit und die Höhe der abgezogenen Suspension derart festgelegt werden, daß sich Teilchenabmessungen unterhalb von 15 »im und vorzugsweise unterhalb von 10 yum ergeben.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Suspensionen getrennt hergestellt werden, z. B. eine Siliziuinoxidpulver-Suspension und eine Kalziumkarbonatpulver-Suspension, die vor dem Injizieren in den Boden miteinander vermischt werden.

H. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Suspensionen getrennt hergestellt werden, z. B. eine Silizium-

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oxidpulver-Suspension und eine Suspension beispielsweise von Kalziumkarbonatpulver, die nacheinander in den Boden injiziert werden.

9. Suspensionen zum Injizieren in feinkörnige Böden oder in poröses oder rissiges Material, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt sind.