DE3632247A1 - Verfahren zur herstellung von nachhaertendem material - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von nachhärtendem Material,
ionsbesondere zur Ausfüllung/Abdichtung von Hohlräumen durch Injektion
und zur Bodenverfestigung, wobei Wasser, Zement und körniges Zusatzmaterial
miteinander vermischt werden und man das Gemisch hart werden
läßt.
Bei dem Bau von Tunneln, Straßen, unterirdischen Bunkern und ähnlichem
verbleiben häufig hinter der Abdeckung oder Ausmauerung unausgefüllte
Hohlräume, die unter Einwirkung der veränderlichen - eventuell dynamischen
- Belastungen einstürzen und dadurch größe Schäden verursachen können. Sowohl
im Berg- als auch im Tunnelbau stellt das sorgfältige Ausfüllen der
Hohlräume hinter der Ausmauerung eine wichtige Aufgabe dar. Zur Erfüllung
derartiger Hohlraumausfüllaufgaben wird im allgemeinen irgendein Materialgemisch
mit Zementbindung verwendet.
Zur Instandsetzung von schadhaft gewordenen Kanälen, insbesondere Beton-
bzw. Stahlbetonabwasserkanälen ist eine Methode bekannt, nach der in den
bereits vorhandenen Kanal Kunststoffrohre kleinerem Durchmesser als der
des Kanals eingezogen und der Hohlraum zwischen den beiden Rohren mittels
Zementmörtel ausgefüllt wird.
Die zur Zeit bekannten und verwendeten Injektionsstoffe sinken häufig ab,
gewährleisten keine vollkommene Hohlraumausfüllung und beseitigen so die
Gefahr des Auftretens von Einsenkungen der Bodenoberfläche und die Sicherheit
der Ausmauerung gefährdenden Lockerungen unter unterschiedlichen Erddrücken
nicht.
Aus der HU-PS 1 59 349 ist ein Versetzverfahren bekannt, wonach Schlamm,
Zement, Wasserglas und fallweise Natriumnitrat und eine Bitumenemulsion
mit Wasser vermischt werden und das Gemisch hinter die Tunnelausmauerung
injiziert wird. Probleme verursacht der Umstand, daß das Bitumen - auch
warmgewalzt - recht schlecht an Silikaten haftet und so mehrfache Schichttrennungen
namentlich zwischen Silikat - Wasserglas, Bitumen - Silikat und
Bitumenemulsionsphasen eintreten. Infolge der Risse vermindert sich die
Druckfestigkeit und die Risse öffnen den Weg für das Wasser sowie den sandigen
Schlamm. Mit diesem Material kann also keine vollkommene Hohlraumausfüllung
erreicht werden.
Bekannt ist auch ein Injektionsmörtel, der durch das Vermischen von Zement,
Flußsand, Bentonit sowie eines Plastifikators hergestellt wird. Obwohl
das Natrium-Bentonit die Stabilität von Sand-Zement-Mörtel erhöht und die
Wasserabgabe vermindert, kann auch mit diesem Material keine schrumpfungsfreie
Raumausfüllung sichergestellt werden.
Zur Bodenverfestigung sind seit langem verschiedene Chemikalien (Akrylate,
Peroxosulfate usw.) bekannt, die unter Zugabe von Natriumthiosulfat im Boden
polymerisieren. Die Verwendung von Furfurolharzen, Silikonen sowie
fettsauren Quarteren, Amoniumsalzen und Polyurethan-Derivaten auf diesem
Gebiet ist ebenfalls wohl bekannt (Chemie Engineering News, 33. 1640.
1955).
Der gemeinsame Nachteil der Kunststoffverfestigungsmittel besteht darin,
daß ihre Verwendung auch in geringen Mengen außerordentlich kostenaufwendig
ist, d. h. daß sie zu Versetzarbeiten funktionell nicht verwendet werden
können. Auch ihr Einsatz zur Bodenverbesserung in der Landwirtschaft ist so
teuer, daß sie keine Verbreitung finden konnten.
Der schwerwiegendste Nachteil des bei der vorgenannten Kanalinstandsetzungsmethode
verwendeten Zementmörtels besteht darin, daß er
schrumpft und so die statische Zusammenarbeit des vorhandenen Betonkanals
und des Kunststoffrohres beeinträchtigt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein nachhärtendes Material bereitzustellen, das
nach seiner Erhärtung bzw. Verfestigung nicht schrumpft, im Gegenteil sogar
wesentlich anschwillt, gut aushärtet und hierbei nicht kostenaufwendig ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Silikate die Peroxide,
insbesondere das Wasserstoffperoxid, katalytisch spalten, d. h. deren Sauerstoffabspaltung
wie folgt recht beschleunigen können:
2 H2O2 + SiO2 = 2 H2O + O2 + SiO2
In dem Vorgang wirkt das Silikat (der Mörtel) als Katalysator.
Die Geschwindigkeit der Gasbildung wird durch die Qualität des Silikats und
die Konzentration des Peroxids beeinflußt.
Grundlage der Erfindung ist weiterhin die Erkenntnis, daß unter Verwendung
der reaktiven Kraft des sich bildenen Gases auch solche Hohlräume bzw.
Hohlraumteile ausgefüllt werden können, die mit Hilfe der Mittel der mit
Überdruck arbeitenden Injektionstechnik bereits unerreichbar sind. (Der Einpreßradius
des seit bereits langer Zeit verwendeten, als klassisches Verfestigungsmittel
bekannten Warmbitumens beträgt z. B. bei einem Überdruck von
10 bar insgesamt nur 1,5 m.)
Aufgrund dieser Erkenntnisse wurde die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß
Wasser, Zement und ein körniger Zusatzstoff miteinander vermischt werden
und man das Gemisch hart werden läßt, wobei das Gemisch unter Zugabe
von Peroxid und ggf. Bentonit hergestellt wird. Im allgemeinen gelangt
Wasserstoff- oder Bariumperoxid zur Verwendung: letzteres wird
insbesondere verwendet, wenn das nachhärtende Material im Zusammenhang
mit dem Strahlenschutz angewendet werden soll. Als Bentonitkomponente ist
die Verwendung von aktiviertem Natriumbentonit am zweckdienlichsten. Das
Bentonit verlangsamt übrigens die Sauerstoffabgabe - dies kann in gewissen
Anwendungsfällen erforderlich werden - weiterhin verhindert es infolge
seiner Gelatinierwirkung den Wasserabfluß aus dem Gemisch, was bei dem
Injizieren von Nutzen sein kann.
Vorteilhafterweise werden Stoffe auf Silikatbasis, insbesondere Sand
und/oder Lehm, verwendet; am zweckdienlichsten ist die Verwendung von
Grobsand mit einer Korngröße von 0,2 bis 2 mm (z. B zur Ausfüllung von
Hohlräumen) oder von Feinsand mit Korngrößen unter 0,2 mm (z. B. zur Verfestigung
von Lehmböden). Als Zement wird am vorteilhaftesten Portlandzement
der Qualität C 350 verwendet. Der Lehm wird zweckdienlicherweise in
zerkleinertem (vorbereitetem) Zustand zugemischt.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal wird zur Herstellung des Gemisches
vorteilhafterweise eine 25 bis 30%-ige Peroxidlösung, zweckdienlicherweise
Wasserstoff-Peroxidlösung verwendet.
Für eine weitere vorteilhafte Variante des Verfahrens ist kennzeichnend, daß
im ersten Schritt das Peroxid mit dem Wasser oder einem Teil desselben
vermischt und die weiteren Komponenten diesem Peroxid enthaltenden Wasser
zugemischt werden.
Schließlich ist zweckdienlich, wenn zur Verwendung eines Gemisches von
einem Kubikmeter 300 bis 500 kg Zement, 50 bis 150 kg Lehm oder/und
200 bis 400 kg Sand, ggf. 20 bis 150 kg Bentonit sowie 5 bis 20 Liter 25 bis
30%-ige Peroxidlösung oder eine dieser entsprechende Menge Peroxid verwendet
werden.
Die Erfindung wird im weiteren anhand von Beispielen erläutert.
Ein lockerer Sandboden wird mit der Injektionstechnologie unter Verwendung
des erfindungsgemäßen Materials verfestigt. Der zu verfestigende Sandboden
hat eine grobe Struktur, d. h. er ist großporig. Das Volumengewicht beträgt
1500 kg/m3.
Das zum Auffüllen der Poren und zur Verfestigung dienende Materialgemisch
wird nach folgender Rezeptur (auf 1 m3 Mörtel bezogen) zubereitet:
8 Liter 30%-ige Wasserstoffperoxidlösung
420 kg Portlandzement C 350
300 kg Grobsand der Korngröße 2,0 bis 0,2 mm
Wasser.
8 Liter 30%-ige Wasserstoffperoxidlösung
420 kg Portlandzement C 350
300 kg Grobsand der Korngröße 2,0 bis 0,2 mm
Wasser.
Im ersten Schritt wird das Wasserstoffperoxid dem beizumengenden Wasser
zugegeben und darin gründlich vermischt. Dann werden die übrigen Komponenten
zugegeben, bzw. der Wasserstoffperoxid enthaltenden Flüssigkeit zugemischt.
Die Wassermenge wird so gewählt, daß die Viskosität des Mörtels
das Injizieren ermöglicht.
Der nach vorstehender Rezeptur hergestellte Mörtel, der mit dem
Sauerstoff, der sich unter der katalytischen Wirkung der Silikate aus dem
Peroxid abspaltet, zusammen dreiphasig feste Phase, Wasser und Gas) ist, ist
sehr gut injizierbar, schwillt nach dem Eindringen in die Poren, erhärtet
nach einer dem Injizieren folgenden abgrenzbaren Zeitdauer und auch die
Endfestigkeit des gebundenen Materials ist größer als die der zur Zeit
bekannten - unter Verwendung von Zement der gleichen Menge angefertigten
- Mörtel. Der erfindungsgemäße Mörtel gewährleistet eine vollkommene
Hohlraumausfüllung und demzufolge eine vollkommene Verfestigung des
Bodens.
Ein Lehmboden, d. h. ein einen geringen Hohlraumanteil, ein Volumengewicht
von ca. 2000 kg/m3 aufweisender Boden wird unter Verwendung von nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigtem Mörtel unter Anwendung der
Injektionstechnologie verfestigt.
Zur Herstellung von 1 m3 Mörtel werden dem Wasser 15 Liter einer 30%-
igen Wasserstoffperoxidlösung zugegeben und diese mit dem Wasser gründlich
vermischt. Zu der so erhaltenen Flüssigkeit werden 400 kg Portlandzement
C 350, 100 kg vorbereiteter (zerkleinerter) Lehm sowie 100 kg
Natriumbentonit zugegeben. Der dreiphasige Mörtel wird - in an sich bekannter
Art und Weise - in den Boden injiziert, wo er dann entsprechend der
Angaben unter Beispiel 1 anschwillt und nach Bindung eine vollkommene Porenausfüllung
und effektive Bodenverfestigung herbeiführt.
Ein schadhaft gewordener Betonkanal wird durch Einziehen eines harten,
selbsttragenden Kunststoffrohres sowie durch Ausfüllen des zwischen den
beiden Rohren zurückbleibenden Hohlraumes mittels nachhärtendenden, injizierten
Materials instandgesetzt. Der nachhärtende Mörtel wird aufgrund
folgender für 1 m3 Mörtel geltenden Rezeptur hergestellt:
11 Liter 25%-ige Wasserstoffperoxidlösung
320 kg Portlandzement C 350
350 kg Grobsand, Korngröße bis 2 mm
75 kg aktiviertes Natriumbentonit
Wasser.
11 Liter 25%-ige Wasserstoffperoxidlösung
320 kg Portlandzement C 350
350 kg Grobsand, Korngröße bis 2 mm
75 kg aktiviertes Natriumbentonit
Wasser.
Auch in diesem Falle wurde im ersten Schritt das Wasser und das Wasserstoffperoxid
vermischt und dann wurden die übrigen Komponenten dem Vorgemisch
zugeführt. Der erhaltene dreiphasige Mörtel bewirkt nach seinem
Injizieren in den Hohlraum zwischen dem Beton- und dem Kunststoffrohr
durch sein bis zum Einsetzen des Abbindens anhaltendes Anschwellen nicht
nur eine vollkommene fugenfreie Ausfüllung des ringförmigen Hohlraumes,
sondern beeinflußt das statische Verhalten der von den beiden Rohren und
der verfestigten Mörtelschicht gebildeten Tragkonstruktion günstig, weil er
dieser eine Art Vorspannung verleiht.
Die mit dem Abbinden des Mörtels verbundenen günstigen Wirkungen sind
folgende: Das infolge der Sauerstoffabspaltung aus Peroxid entstehende Gas
ist nicht explosionsgefährlich, nicht giftig, biologisch sogar vorteilhaft, wobei
es den flüssigen Mörtel für eine bestimmte Dauer - infolge seiner
pneumatischen Rührwirkung - in dünnflüssigem Zustand hält, so daß der
Mörtel, so lange die Gasbildung anhält, von der Stelle, wohin er injiziert
wurde, sogar zurückgesaugt werden kann. Die Gasbildung trägt - nachdem
sie praktisch bereits abgeschlossen ist - in annehmbarer Weise zur
Verstärkung der Silikatbindung durch den Einbau von Sauerstoffbrücken bei.
Demzufolge übertrifft auch die Druckfestigkeit des erhärtenden Mörtels den
Wert, der durch Verwendung von nur Zement und körnigem Zusatzmaterial
erreichbar ist. Einen weiteren Vorteil bedeutet der Umstand, daß nur ein
Teil des sich bildenen Sauerstoffes in das Silikat eingebaut wird; der andere
Teil macht den Mörtel mikroporös und in letzterem setzt eine langsame Geldiffusion
ein. Auf diese Weise schrumpft einerseits das Material keineswegs,
sondern schwillt für eine gewisse Dauer und bis zu einem gewissen Maß an,
andererseits vermindert sich auch sein Volumengewicht. Seine Eigenschaften
des Schwellens, der vorzüglichen Injizierbarkeit und die hohe Festigkeit
machen das Material für sämtliche Aufgaben des Auffüllens von Hohlräumen
geeignet; natürlich ist das "Hohlraumausfüllen" - wie dies auch aufgrund der
vorstehend eingehend dargelegten Beispiele feststellbar ist - in der weitestmöglichen
Auslegung zu verstehen, d. h. auch die Bodenverfestigung - d. h.
das Ausfüllen der Bodenporen - gehört in diesen Begriffskreis.
In Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung sind Qualität und Menge der
Komponenten veränderlich und durch Änderung der Wassermenge kann auch
die Viskosität des Mörtels zwischen weiten Grenzen verändert werden. Darüberhinausgehend,
daß der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Mörtel zum Ausfüllen der verschiedensten Hohlräume (unterirdische
alte Keller, Bunker; Tunnelausmauerungen, unausgefüllte Hohlräume hinter
Grubenausbauungen; Spalten zwischen Bauteilen, z. B. durch die Wand geführten
Rohren und den Durchbrüchen usw.) vorzüglich geeignet ist, kann er
auch für andere Zwecke, so z. B. zur Herstellung von Bauelementen und
Raumabgrenzkonstruktionen in Gebäuden, z. B. Wänden, durch das Injizieren
und Zurücksaugen des Mörtels zum Abdichten der Poren von Baukonstruktionen,
die wasserdicht sein sollen, z. B. Betonrohren usw., verwendet werden.
Claims (12)
1. Verfahren zur Herstellung von nachhärtendem Material, insbesondere
zum Ausfüllen von Hohlräumen durch Injektion und zur Bodenverfestigung,
in dessen Verlauf Wasser, Zement und körniges Zusatzmaterial
miteinander vermischt werden und man das Gemisch hart werden läßt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch unter Zugabe eines Peroxids
und - ggf. - Bentonit hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch
unter Zugabe von Wasserstoffperoxid hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch
unter Zugabe von Bariumperoxid hergestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gemisch unter Zugabe von aktiviertem Natriumbentonit hergestellt
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß als körniges Zusatzmaterial solches auf Silikatbasis, insbesondere
Sand und/oder Lehm, verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung
des Gemisches grober Sand mit einer Korngröße von 2 bis 0,2 mm
oder Sand mit einer Korngröße unter 0,2 mm verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Herstellung des Gemisches Portlandzement C 350 verwendet
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Herstellung des Gemisches vorbereiteter (zerkleinerter)
Lehm (Ton) verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Herstellung des Gemisches 25 bis 30%-ige Peroxidlösung,
insbesondere Wasserstoff-Peroxidlösung verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß im ersten Schritt das Peroxid mit dem Wasser oder einem Teil desselben
vermischt und die übrigen Komponenten dem Peroxid enthaltenden
Wasser zugemischt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Herstellung von 1 m3 Gemisch 300 bis 500 kg Zement, 50 bis
150 kg Lehm (Ton) und/oder 200 bis 400 kg Sand, ggf. 20 bis 150 kg
Bentonit sowie 50 bis 20 Liter 25 bis 30%-ige Peroxidlösung oder eine
dementsprechende Menge von Peroxid verwendet werden.
12. Verfahren zum Ausfüllen von Hohlräumen durch Injizieren oder sonstiges
Einbringen eines Mörtels, dadurch gekennzeichnet, daß als Mörtel ein
nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestelltes Gemisch verwendet
wird.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
HU853757A HU193802B (en) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | Method for producing afterhardening material |
Publications (1)
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DE (1) | DE3632247A1 (de) |
ES (1) | ES2000409A6 (de) |
HU (1) | HU193802B (de) |
NL (1) | NL8602449A (de) |
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