DE4236083A1 - Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Wasserdichtheit von Böden, im Boden befindlichen Bauwerken und Objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Wasserdichtheit von Böden, im Boden befind­ lichen Bauwerken und Objekten ohne ihre offene Aufschlie­ ßung, wobei die Verhältnisse der Grundschüttung der im Boden befindlichen Bauwerke nachträglich, durch Verfestigung des umgebenden Bodens sowie Verstopfung seiner Poren und Hohl­ räume und Herstellung ihrer Wasserdichtheit verbessert wer­ den, wobei eine Lösung A und eine Lösung B gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge nacheinander ins Innere oder auf die Oberfläche der zu behandelnden Bauwerke oder Objekte, oder in die in deren Umgebung befindlichen Hohlräume, in oder auf den Boden gebracht und miteinander in Kontakt ge­ bracht werden.

In der Beschreibung werden die Bezeichnungen "Inge­ nieurbauwerk", "Bauwerke im Tiefbau und Bauwesen", "Bauwerk" und "Boden" im weitesten Sinn verwendet, dementsprechend um­ fassen diese Bezeichnungen verschiedene Speicher, Becken, Tunnel, Hohlräume natürlicher und künstlicher Herkunft, Däm­ me, Stützwände, Kanäle und Rohrleitungen, Gesteine und ähn­ liches sowie auch den die obigen Objekte umfassenden Boden.

Es ist bekannt, daß die Wasserdichtheit von Ingenieur­ bauwerken, Objekten und Bauwerken im Tiefbau, vor allem im Boden befindlichen Kanälen, Rohrleitungen, Speichern, Dämmen und Stützwänden den Forderungen oft nicht gerecht wird, was zum Teil auf die unzureichende Qualität der Werkstoffe, auf die Fehler der Fügungen und Anschlüsse, zum Teil auf den Verschleiß, auf die Alterung und Verschlechterung des Be­ standes der Objekte infolge ihrer Benutzung zurückzuführen ist. Mängel der Wasserdichtheit von Kanalisationsnetzwerken haben oft schwerwiegende Folgen.

Das aus oder einsickernde Wasser kann Rohrbrüche, Ein­ sturz der Oberflächenschichten, Erdrutsch oder Zerstörung von Bauwerken hervorrufen. Das in die Kanalisation gelangen­ de Bodenwasser führt zur Überbelastung der Abwasserkläranla­ gen sowie Umpumpanlagen und dadurch zu Mehrkosten.

Das aus der Kanalisation in den Boden gelangende Abwas­ ser verseucht den Boden und das Bodenwasser, was eine schwerwiegende Gefährdung fürs öffentliche Gesundheitswesen und für die Umwelt darstellt.

Viele Schwierigkeiten werden auch durch Objekte und Bauwerke im Tiefbau, Speicher, Becken, Tunnel, Dämme und Stützwände verursacht, die aus fehlerhaften, nicht wasser­ dichten vorgefertigten Formstücken und Elementen montiert oder an Ort und Stelle gebaut werden.

Auch der Umstand ist bekannt, daß die Reparaturen von Bauwerken und Objekten im Tiefbau und Bauwesen (vor allem der im Boden befindlichen Kanäle und Rohrleitungen) außeror­ dentlich hohen Aufwand an Zeit, Arbeit und Kosten erfordern, und diese oft nicht mit dem gewünschten Ergebnis ausgeführt werden können.

Zur Erhöhung der Festigkeit und Wasserdichtheit von Böden und im Boden befindlichen Bauwerken und Objekten sind zahlreiche Verfahren bekannt, in welchen Chemikalien in Gas­ phase und Flüssigkeit beziehungsweise in einer oder mehreren Flüssigkeit(en) angewandt werden.

Dem Prinzip des Gas-Flüssigkeit-Verfahrens nach wird das zu behandelnde Gebiet mit einer Flüssigkeit überflutet, die unter Einfluß eines geeigneten Gases oder Gasgemisches in einen Feststoff umgewandelt wird.

Als Flüssigkeit wird im allgemeinen Wasserglas oder eine wasserglashaltige Lösung verwendet. Als Gas kommen Fluorwasserstoff, Siliziumtetrafluorid und/oder ein Gas­ gemisch aus Wasserstoff- und Siliziumfluorid (ungarische Patentschrift Nr. 153 975) oder gasförmiges Ammoniak (unga­ rische Offenlegungsschrift Nr. T/23 921) oder Kohlendioxid [Alapozás k´zikönyve (Handbuch der Grundierung), redigiert von L. Rózsa, Muszaki Könyvkiadó, Budapest, 1977, S. 762] zur Anwendung. Das gasförmige Reagens scheidet aus der was­ serglashaltigen Lösung eine Gel erzeugende Polykieselsäure aus, welche die undichten Stellen, Risse, Poren und Hohlräu­ me verstopft.

Zu einem ähnlichen Ergebnis führt auch die Anwendung des in der britischen Patentschrift Nr. 2 065 748 erörterten Verfahrens, wonach Kieselsäuregel in der Reaktion erzeugt wird, welche zwischen dem zur Behandlung des auf zuholenden Gebietes verwendeten Siliziumhalogenid und Wasser abläuft.

Als Grundstoff für die Mehrheit der Verfahren unter An­ wendung einer oder mehrerer Flüssigkeit(en) gilt ebenfalls. Wasserglas, das heißt eine stark alkalische Lösung eines Al­ kalimetallsilikates. Diese Verfahren basieren auf dem Grund­ prinzip, daß die Alkalistabilität durch Zugabe eines geeig­ neten Reagens herabgesetzt wird, wodurch Wasserglas aus dem flüssigen Aggregatzustand (Sol) in den festen Zustand (Gel) übergeht.

Im Fall von Verfahren, die eine Flüssigkeit verwenden, wird das Geliermittel vor dem Beginn der Behandlung der was­ serglashaltigen Lösung zugesetzt.

In Abhängigkeit von der Konzentration des Reagens kann die Zeit des Beginnens der Ausscheidung von Silikatgel regu­ liert werden. Die vorbereitete Lösung wird während dieser Induktionsperiode zu der Stelle der Anwendung befördert.

Einen allgemeinen Nachteil der behandelten Verfahren stellt der Umstand dar, daß die Einstellung der Bindezeit eine sehr genaue Dosierung der Komponenten, das heißt die genaue Einhaltung der Rezeptur erfordert.

Im Fall von Verfahren, die zwei Flüssigkeiten verwen­ den, werden die Lösung zur Gelbildung und die das Geliermit­ tel enthaltende Lösung getrennt, nacheinander oder gleich­ zeitig zur Stelle der Anwendung gebracht.

Verfahren auf der Basis von Wasserglas unter Anwendung einer/zwei Flüssigkeit(en) werden im oben zitierten Handbuch der Grundierung (s. Seiten 756 bis 783) erörtert, in welchen als Geliermittel wasserlösliche, die Kieselsäure in festem Zustand abscheidende anorganische Salze sowie anorganische oder organische Säuren und Ester verwendet werden, die mit den in der Wasserglaslösung enthaltenen Laugen Reaktionen eingehen.

Die französische Patentschrift Nr. 2 328 804, die deutschen Patentschriften Nr. 2 544 543, 1 567 776 und 2 242 713, die US Patentschrift Nr. 3 865 600, die unga­ rischen Patentschriften Nr. 186 586 und 200 493 sowie die britischen Patentschriften Nr. 2 132 661, 2 041 038, 2 186 879 und 2 170 845 beschreiben Verfahren, in welchen die Gelbildung der Wasserglaslösung oder deren Salze herbei­ geführt wird. Eine gemeinsame chemische Grundlage dieser Verfahren stellt der Umstand dar, daß die Polykieselsäure entweder durch die Wechselwirkung von Ionen oder durch Ver­ brauch der zum gelösten Zustand der Kieselsäure erforder­ lichen Lauge ausgeschieden wird.

Ein gemeinsames Merkmal der Verfahren, in welchen zur Gelbildung eine Säure oder mit Laugen reagierende organische Flüssigkeiten angewandt werden, kann darin gesehen werden, daß das Gel immer nur aus einer Lösung entsteht. Allein das entstehende Kieselsäuregel ist nicht elastisch, es ist des­ halb nicht imstande, Verschiebungen und Versetzungen der be­ handelten Gebiete (wie des Bodens) nachzugeben. Indem die Quellbarkeit des Kieselsäuregels unzureichend ist, können die im Gel infolge Verschiebungen entstehenden neuen Risse nicht verstopft werden.

Mittels der in den ungarischen Patentschriften Nr. 177 343, 181 573, 194 956 und 201 108, den US Patentschrif­ ten Nr. 2 801 983, 2 801 984, 2 856 380, 4 312 605 und 4 295 762 sowie in der britischen Patentschrift Nr.

1 074 246 beschriebenen Verfahren kann ein Gel erzeugt wer­ den, das eine ausreichende Elastizität und gute Quellbarkeit in Wasser aufweist.

Ein gemeinsames Merkmal dieser Verfahren ist, daß mit­ tels Polymerisation auf den zu behandelnden Gebieten an und für sich oder gleichzeitig mit der Bildung des Silikatgels Hydrogel gebildet wird.

Zur Polymerisation werden verschiedene organische Mono­ mere (in ersten Linie ungesättigte Karbonsäuren und/oder de­ ren Derivate wie Acrylsäure oder Acrylamid) verwendet. Das durch dieses Verfahren erzeugte Gel ist meistens weich und kann der schädigenden Einwirkung stärkerer Beanspruchungen nicht standhalten. Die meisten als Geliermittel eingesetzten Monomere sind sehr kostspielig, wegen ihrer gesundheits- und umweltgefährdenden Wirkung bedarf ihre Handhabung spezieller Einrichtungen und dafür ausgebildeten Bedienungspersonals, was einen weiteren Nachteil darstellt.

Die Verfahren unter Anwendung von zwei Flüssigkeiten haben in der Praxis den Nachteil, daß die beiden Flüssig­ keiten an Stellen von Diskontinuitäten ungleichmäßiger Ab­ messungen des zu behandelnden Gebietes (z. B. bei Diskonti­ nuitäten ungleichmäßiger Abmessungen undichter Kanäle) mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ausströmen, und auf diese Weise ungleichmäßig miteinander vermischt werden. Das hat zur Folge, daß sich die Struktur des entstehenden Gels in der Funktion der Ortskoordinaten ändert. Dieser Umstand stellt besonders bei den Verfahren Schwierigkeiten dar, von deren beiden Lösungen nur eine gelbildend und die andere nur das Trägermedium vom Geliermittel ist. Wenn das Geliermittel im Vergleich zum gelbildenden Mittel überwiegt, kann es vor­ kommen, daß sich kein Gel oder nur ein geringer Anteil an Gel mit ungünstiger Struktur bildet.

Eine einwandfreie Wasserdichtheit und/oder eine Erhö­ hung der Festigkeit kann nur durch mehrmalige Wiederholung der Behandlungszyklen erreicht werden, was die Produktivität des Verfahrens beeinträchtigt und die Kosten wesentlich er­ höht.

Auch solche Verfahren sind bekannt, in welchen man zwei Flüssigkeiten anwendet, wobei beide Flüssigkeiten solche Komponenten enthalten, die im Anschluß an das Vermischen der Flüssigkeiten infolge der ablaufenden Reaktion ein Gel bilden. Technische Lösungen dieser Art werden in der unga­ rischen Patentschrift Nr. 201 108 sowie in der britischen Patentschrift Nr. 2 186 879 erörtert, wonach eine der auf das zu behandelnde Gebiet zu fördernden Flüssigkeiten Was­ serglas, die andere das zu polymerisierende Monomer enthält. Vermischen sich die beiden Flüssigkeiten homogen, so ent­ steht ein aus organischen und anorganischen Einheiten homo­ gen aufgebautes Gel, das die vorteilhaften Eigenschaften von aus rein organischen bzw. anorganischen Polymeren bestehen­ den Gelsorten vereinigt. In der Praxis verläuft aber die Vermischung der Flüssigkeiten ungleichmäßig, was vorwiegend die Bildung eines aus gut unterscheidbaren anorganischen Blöcken (Kieselsäuregel) und organischen Blöcken (Polymeren) bestehenden Gels bewirkt. Indem die Festigkeits- und Quell­ eigenschaften der organischen beziehungsweise anorganischen Gelblöcke in großem Maß voneinander abweichen, vereinigt das infolge ungleichmäßiger Vermischung entstehende Gel im we­ sentlichen die nachteiligen Eigenschaften der aus rein orga­ nischen und rein anorganischen Stoffen aufgebauten Gelsor­ ten: das aus rein anorganischen Stoffen aufgebaute Gel ist spröd und bricht unter dem Einfluß von Bodenbewegungen, wäh­ rend das aus rein organischen Stoffen aufgebaute Gel zu weich ist und nur über eine geringe Belastbarkeit verfügt.

Um die nachteiligen Folgen der ungleichmäßigen Vermi­ schung zu vermeiden ist ein gelbildendes Flüssigkeitspaar erforderlich, wobei aus jeder der beiden Flüssigkeiten in­ folge einer chemischen Reaktion auch allein ein Gel gebildet werden kann, und die Eigenschaften der sich bildenden Gel­ sorten weitgehend gleich sind.

Dieser Forderung kommt das Verfahren gemäß der oben er­ wähnten britischen Patentschrift Nr. 2 103 682 nahe, wonach Gel aus einer Wasserglaslösung unter Einwirkung einer sauren Siliziumdioxidlösung gebildet wird. Obwohl sich das Gel aus beiden Lösungen demselben Mechanismus nach bildet, und die chemischen und physikalischen Eigenschaften der allein aus den einzelnen Flüssigkeiten gebildeten Gelsorten gleich sind, und auf diese Weise die nachteiligen Folgen der un­ gleichmäßigen Vermischung vermeidbar sind, weist das Verfah­ ren mehrere Nachteile auf. Die in der sauren Siliziumdioxid­ lösung anwesende Säure kann gegebenenfalls die Umwelt ge­ fährden, und das gebildete Gel ist - ähnlich den anorgani­ schen Gelsorten - spröd und nicht elastisch. Die als eine der beiden gelbildenden Flüssigkeiten verwendete saure Sili­ ziumdioxidlösung verfügt über eine geringe Lagerfähigkeit (13 bis 40 Stunden). Die Bildung des Gels erfolgt im Moment der Vermischung der sauren Lösung mit Wasserglas augenblick­ lich, die Stärke des sich bildenden Gels ist daher wegen der untiefen Eindringung der gelbildenden Flüssigkeiten ungenü­ gend.

Dem in der ungarischen Patentschrift Nr. 200 493 be­ schriebenen Verfahren nach wird Gel aus einer Wasserglaslö­ sung, welche organisches Kieselsäuresöl enthält, mittels Al­ kankarbonsäureester und/oder Alkylurethans gebildet. Das or­ ganische Kieselsäuresöl (sogenanntes Organosol) enthält ein­ zelne dispergierte Siliziumdioxidteilchen, welche sich im Laufe der Ausscheidung mittels der Wasserglaslösung zu grö­ ßeren Gebilden zusammenschließen, Aggregation erleiden. Gleichzeitig mit diesem Vorgang bildet sich Polykieselsäure­ gel aus der Wasserglaslösung unter Einfluß der organischen Stoffe. Der unterschiedliche Mechanismus der Gelbildung führt sogar an Stellen gleichmäßiger Vermischung zu Gelsor­ ten unterschiedlicher Struktur. An Stellen ungleichmäßiger Vermischung können Gelanteile schlechter Qualität entstehen, deren Festigkeit und Wasserdichtheit nicht ausreichen. Die Mängel, hervorgerufen durch die unterschiedlichen Eigen­ schaften des homogenen, aus Wasserglas gebildeten Gels be­ ziehungsweise des aus dem Organosol gebildeten Gels mit Mo­ saikstruktur können durch den Einbau von organischen Stoffen nur zum Teil kompensiert werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Eliminierung der oben erörterten Nachteile der bekannten Verfahren.

Die Aufgabe der Erfindung ist weiterhin die Entwicklung eines Systems, das die folgenden Forderungen in jeder Hin­ sicht befriedigt:

• - das gebildete Gel soll über eine höhere Elastizität und Deformierbarkeit verfügen als das aus rein anorganischen Komponenten bestehende Kieselsäuregel;
• - die Struktur des gebildeten Gels soll homogen sein;
• - die Dauer der Gelbildung soll regulierbar sein;
• - die gelbildenden Flüssigkeiten sollen keine umwelt- oder gesundheitsgefährdenden Stoffe enthalten, und solche Stof­ fe sollen auch während des Prozesses der Gelbildung nicht freigesetzt werden;
• - die gelbildenden Flüssigkeiten sollen stabil und über eine lange Zeitdauer lagerfähig sein;
• - die verwendeten Geliermittel und sonstigen, die Eigen­ schaften der Gelmatrix fördernden Zusätze sollen billig sein;
• - zur Durchführung des technologischen Verfahrens sollen kei­ ne komplizierten Ausrüstungen, Einrichtungen und kein spe­ ziell ausgebildetes Bedienungspersonal benötigt werden.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß all diese Aufgaben restlos erfüllt werden können, wenn beide Flüssig­ keiten ein zur Bildung von Kieselsäure geeignetes Alkalime­ tallsilikat enthalten, weiterhin in der einen und/oder in der anderen Flüssigkeit(en) die Eigenschaften der Gelmatrix fördernde, mit den Alkalimetallsilikaten verträgliche Zu­ sätze enthalten sind, sowie eine der Flüssigkeiten ein Ge­ liermittel enthält, das in der Wechselwirkung der beiden Flüssigkeiten zur Bildung eines Gels mit homogener Struktur führt, wobei die Lösungen an sich stabil sind und über län­ gere Zeit hinaus gelagert werden können.

Bei der Festlegung der Zusammensetzung der Lösungen stützten wir uns auf die überraschende Erkenntnis, daß es für einige organische Verbindungstypen der Geliermittel auf der Basis von Alkalimetallsilikaten bestimmte Verhältnisse der Alkalimetallsilikate und Geliermittel gibt, bei welchen in der Anwesenheit von die Eigenschaften der Gelmatrix för­ dernden organischen Zusätzen die Ausscheidung des Gels nicht oder erst nach einer langen Dauer auftritt.

Ferner beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß die Eigenschaften des entstehenden Gels durch eine geeignete Kombination der zweckmäßig gewählten, die Eigenschaften der Gelmatrix fördernden Zusätze und der in den Wasserglassyste­ men zum Ausscheiden des Kieselsäuregels verwendeten gelbil­ denden Mittel zwischen weiten Grenzen variiert werden kön­ nen.

Schließlich beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn nicht die poly­ merisierbaren Monomere, sondern die fertigen Polymere, Poly­ addukte und Polykondensate zur Erhöhung der Elastizität des Gels verwendet werden.

Dementsprechend stellt die Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Wasserdichtheit von Böden, im Boden befindlichen Bauwerken und Objekten ohne ihre offene Aufschließung dar, wobei die Verhältnisse der Grundschüttung der im Boden befindlichen Bauwerke nachträglich, durch Ver­ festigung des umgebenden Bodens sowie Verstopfung seiner Po­ ren und Hohlräume und Herstellung ihrer Wasserdichtheit ver­ bessert werdend wobei eine Lösung A und eine Lösung B gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge nacheinander ins Innere oder auf die Oberfläche der zu behandelnden Bauwerke oder Objekte, oder in die in deren Umgebung befindlichen Hohlräume, in oder auf den Boden gebracht und miteinander in Kontakt gebracht werden. Bei der Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens verwendet man
als Lösung A eine wäßrige alkalische Lösung eines Al­ kalimetallsilikates, bevorzugt eines Kalium- oder Natriumsi­ likates, mit einem SiO₂ : Alkalimetalloxid-Modul von 1 bis 4, welche höchstens 20 Masse % eines der die Eigenschaften der Gelmatrix fördernden Zusätze, bevorzugt Alkalimetallsalze von Polymeren ungesättigter Karbonsäuren und/oder wasserlös­ liche Oligomere von Aminoplasten und/oder karboximethylierte Polysaccharide enthält, und einen Trockengehalt von 10 bis 45 Masse % hat,
als Lösung B eine wäßrige, alkalische Lösung mit einem Gehalt von 1 bis 5 Masse % eines Alkalimetallsilikates, be­ vorzugt mit einem SiO₂ : Alkalimetalloxid-Modul von 1 bis 4, welche höchstens 20 Masse % eines der die Eigenschaften der Gelmatrix fördernden Zusätze, bevorzugt Alkalimetallsalze von Polymeren ungesättigter Karbonsäuren und/oder wasserlös­ liche Oligomere von Aminoplasten und/oder karboximethylierte Polysaccharide und als Geliermittel 5 bis 40 Masse % einer Verbindung (Verbindungen) der allgemeinen Formel(n) (I) und/oder (II) enthält, worin
R₁ und R₂ für Wasserstoff, Gruppen der Formel
-C(CH₂-OH)(CH₃)₂ oder -C(CH₃)(CH₂-OH)₂ oder Gruppen der allgemeinen Formel -C(CH₃)₂SO₃M stehen, wobei
M ein zweiwertiges Kation bedeutet,
R₃, R₄, R₅, R₆, R₇ und R₈ für Wasserstoff, Hydroxyl, Gruppen der Formel -CH₃, -C(CH₂-OH)(CH₃)₂, -C(CH₃) (CH₂-OH)₂ oder -C(CH₂-OH)₃ stehen,
R₉ für Wasserstoff oder Hydroxyl steht,
n eine ganze Zahl von 0 bis 3 ist,
m für eine ganze Zahl von 1 bis 3 steht, und
p eine ganze Zahl von 0 bis 3 ist,
wobei Lösung B gegebenenfalls einen üblichen Entschäumer enthält.

Im Fall des erfindungsgemäßen Verfahrens enthalten bei­ de Lösungen Alkalimetallsilikat, auf diese Weise entsteht aus beiden Lösungen sogar bei ungleichmäßiger Vermischung ein Gel mit der gleichen Struktur.

Die für das rein anorganische Gel charakteristische Sprödigkeit und Unnachgiebigkeit kann dadurch geändert wer­ den, daß geeignet gewählte, die Eigenschaften der Gelmatrix fördernde organische Zusätze in die Gelmatrix eingebaut wer­ den. Diese Zusätze sind völlig verträglich mit den Alkalime­ tallsilikaten. Als solche Zusätze können Alkalimetallsalze von Polymeren ungesättigter Karbonsäuren und/oder wasserlös­ liche Oligomere von Aminoplasten und/oder karboximethylierte Polysaccharide wie Karboxymethyl-stärke in Betracht kommen.

Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, daß die zu diesem Zweck am meisten geeignete Geliermittel die Verbin­ dungen der allgemeinen Formeln (I) und (II) sind, deren Substituenten die oben gegebene Bedeutung haben.

Der Substituent M kann für Natrium-, Kalium- oder Ammo­ niumion stehen.

Theoretisch kann noch nicht gedeutet werden, warum die­ se Geliermittel die Bildung des Gels aus Alkalimetallsilika­ ten bei bestimmten Konzentrationsverhältnissen nicht auslö­ sen. Es ist anzunehmen, daß die Ausscheidung von Polysilika­ ten unter dem Einfluß der verwendeten, die Eigenschaften der Gelmatrix fördernden organischen Zusätze als Folge bisher nicht geklärter Grenzflächenprozesse verhindert wird, und die Polysilikate in eine instabile Form eines Sols überführt werden.

Die Verbindungen der allgemeinen Formeln (I) und (II) sind bekannt oder mittels bekannter Verfahren herstellbar. Diese Verbindungen sind in alkalischen Medien stabil oder werden bei Lagerung in stabile Verbindungen umgewandelt. Das in der Reaktion zwischen den Lösungen A und B entstehende - Gel verfügt über eine homogene Struktur, indem das gelbil­ dende Material in beiden Lösungen Alkalimetallsilikat dar­ stellt, und daher der Mechanismus des Entstehungsprozesses des aus beiden Lösungen abgeschiedenen Gels sogar bei un­ gleichmäßiger Vermischung der gleiche ist.

In der Beschreibung und dem Anspruch werden unter "Al­ kalimetallsilikat" die bekannten Kalium- und Natriumsilikate sowie -metasilikate in weitem Sinn verstanden.

Die zur Erhöhung der Elastizität und Deformierbarkeit des entstehenden Gels verwendeten, die Eigenschaften der Gelmatrix fördernden organischen Zusätze wie Alkalimetall­ salze von Polymeren ungesättigter Karbonsäuren und/oder was­ serlösliche Oligomere von Aminoplasten und/oder karboxi­ methylierte Polysaccharide entfalten ihre Wirkung dadurch, daß sie sich in Abhängigkeit von der verwendeten Konzentra­ tion ins Gel einbauen.

Im Vergleich zum Stand der Technik weist das erfin­ dungsgemäße Verfahren in Einklang mit den Aufgaben der Er­ findung folgende Vorteile auf:

• - das gebildete Gel verfügt über eine höhere Elastizität und Deformierbarkeit als das aus rein anorganischen Komponen­ ten bestehende Kieselsäuregel;
• - die Struktur des gebildeten Gels ist homogen;
• - die Dauer der Gelbildung ist regulierbar;
• - die gelbildenden Flüssigkeiten sind stabil und über eine lange Zeitdauer lagerfähig;
• - die verwendeten Geliermittel und sonstigen Zusätze sind. billig;
• - die Durchführung des technologischen Verfahrens benötigt keine komplizierten Ausrüstungen, Einrichtungen und kein speziell ausgebildetes Bedienungspersonal.
• - keine der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Flüs­ sigkeiten enthält umweltgefährdende Stoffe und solche Stoffe werden auch während des Prozesses der Gelbildung nicht freigesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mit dem Namen "GLIOGEL" bezeichnet. Das erfindungsgemäße Verfahren wird in den folgenden Beispielen näher erläutert, ohne daß dabei der Schutzumfang auf diese Beispiele eingeschränkt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Erhöhung der Festigkeit und Wasserdichtheit von Böden, im Boden be­ findlichen Bauwerken und Objekten und zwar von Kanälen, Rohrleitungen, vorgefertigten Elementen, Bauwerken im Tief­ bau und Bauwesen sowie zur Herstellung der Wasserdichtheit von unterirdischen natürlichen und künstlichen Hohlräumen, von Wandungen und Anschlüssen unterirdischer hohler Bauwerke ohne ihre offene Aufschließung, und zur nachträglichen Ver­ besserung der Verhältnisse der Grundschüttung von im Boden befindlichen Bauwerken durch Verfestigung des umgebenden Bo­ dens sowie zur Herstellung der Wasserdichtheit durch Ver­ stopfung von Poren und Hohlräumen.

Beispiel 1

Es wurden wäßrige Lösungen der folgenden Zusammenset­ zung hergestellt:

Lösung A:
6 m³ (8,16 t) Natronwasserglas (mit einem Trockengehalt von 32 Masse %);
1,2 m³ (1,32 t) sulfomethyliertes Melaminharz des Typs BP-1 (mit einem Trockengehalt von 20 Masse %, Hersteller: Ag­ rok´mia Szövetkezet, Sellye, Ungarn).

Lösung B:
2,5 m³ (2,95 t) Glyoxallösung (mit einem Trockengehalt von 30 Masse %);
0,5 m³ (0,55 t) sulfomethyliertes Melaminharz des Typs Melment L-20 (mit einem Trockengehalt von 20 Masse %, Hersteller: Süddeutsche Kalkstickstoff-Werke AG, Trost­ berg, BRD);
175 kg Natriummetasilikat;
2 m³ (2 t) Leitungswasser.

Eine Rohrleitung zu Versuchszwecken wurde aus beschä­ digten Betonrohren mit einem Durchmesser von 300 mm und aus Betonschachtelementen mit einem Durchmesser von 800 mm ge­ baut, wobei die Rohrabschnitte ohne Fugenmittel zusammenge­ fügt wurden. Die Entfernung zwischen den beiden Schächten der Rohrleitung betrug 30 m, die Kanalsohle lag in einer durchschnittlichen Tiefe von 2 m unter der Terrainhöhe.

Die Rohrleitung wurde so gebaut, daß jeder der am meisten vorkommenden Fehlertypen vertreten war. Die vor den Versuchen durchgeführte Druckprobe zeigte, daß das Absinken des Wasserspiegels in der von Sand- und Kiesboden umgebenen Versuchsrohrleitung den 950-fachen Wert des zugelassenen Grenzwertes erreichte.

Im Laufe der Behandlung wurde zuerst Lösung A in die Rohrleitung gefüllt. Wegen den zahlreichen Fehlerstellen und der großen Saugfähigkeit der Umgebung der Rohrleitung wurde Lösung A nur für die Dauer von 5 Minuten in der Rohrleitung gelassen, und sie wurde nach der Behandlungsdauer innerhalb von 3 Minuten ausgepumpt. Unmittelbar danach wurde Lösung B in die Rohrleitung gefüllt. Der Spiegel der Lösung B im Schacht sank am Anfang schnell, später mit stetig abnehmen­ der Geschwindigkeit. Indem aber das Absinken des Wasserspie­ gels nach 30 Minuten noch nicht zum Stillstand kam, wurde auch Lösung B ausgepumpt und die Behandlung wiederholt.

Bei der zweiten Behandlung wurde Lösung A für die Dauer von 45 Minuten, Lösung B für die Dauer von 30 Minuten in der Rohrleitung gelassen. Der Verbrauch an Lösung B und dadurch das Absinken des Wasserspiegels im Schacht kam nach 15 Minu­ ten zum Stillstand, die Behandlung wurde aber sicherheits­ halber für weitere 15 Minuten fortgesetzt.

Eine an der behandelten Versuchsrohrleitung mittels Wasser durchgeführte Druckprobe zeigte nach einer Dauer von 15 Minuten kein Absinken des Wasserspiegels. Das Wasser wur­ de 24 Stunden lang in der Rohrleitung gelassen, wobei die Niveaudifferenz nur 3 mm betrug.

Die oben erörterten Angaben zeugen davon, daß die Ver­ suchsrohrleitung einwandfrei repariert werden konnte, und ihre Wasserdichtheit als befriedigend bezeichnet werden kann. Die offene Aufschließung der Versuchsrohrleitung zeig­ te, daß in der Nähe der Fehlerstellen verfestigte Boden­ blöcke der Abmessung von 10 bis 40 cm entstanden.

Beispiel 2

Eine Rohrleitung zu Versuchszwecken wurde aus beschä­ digten Asbestzementrohren mit einem Durchmesser von 150 mm beziehungsweise 200 mm und aus Schachtelementen mit einem Durchmesser von 800 mm in Analogie zu Beispiel 1 gebaut. Die Rohrabschnitte wurden ebenfalls ohne Fugenmittel zusammenge­ fügt. Die Entfernung zwischen den beiden Schächten der Hauptleitung mit einem Durchmesser von 200 mm betrug 55 m, die Kanalsohle lag in einer durchschnittlichen Tiefe von 3,5 m unter der Terrainhöhe. An die Hauptleitung wurden 3 Rohranschlüsse mit einem Durchmesser von 150 mm montiert, die Gesamtlänge der angeschlossenen Rohrleitungen betrug 45 m. Die Ausgangsstellen der angeschlossenen Rohrleitungen wurden mit Kontrollschächten verbunden. Der an den Schächten und Rohrleitungen angrenzende Boden wurde in einer Schicht­ dicke von 0,4 bis 0,7 m für Sand der Korngröße von 0,2 bis 2 mm ausgetauscht.

Obwohl auch in diesem Fall Fehlerstellen von denselben Typen vorhanden waren wie in Beispiel 1, wurde wegen der feineren Korngröße der 370-fache Wert des zugelassenen Grenzwertes vom Verbrauch festgestellt. Zu Behandlungen wur­ den Lösungen der folgenden Zusammensetzung verwendet:

Lösung A:
8 m³ (10,88 t) Natronwasserglas (mit einem Trockengehalt von 35 Masse %);
2 m³ (2,8 t) Kaliumwasserglas (mit einem Trockengehalt von 28 Masse %);
1 m³ (1,05 t) Solacrol (eine 15 Masse%-ige wäßrige Na­ triumpolyacrylatlösung, Hersteller: Egyesült Vegyimüvek, Budapest, Ungarn);
2 m³ (2 t) Leitungswasser.

Lösung B:
5 m³ (5,7 t) Glyoxallösung (mit einem Trockengehalt von 40 Masse %);
1,5 m³ (1,7 t) Hydroxyessigsäure (mit einem Trockengehalt von 20 Masse %);
250 kg Natriumsilikat;
100 kg Kaliumsilikat;
2 m³ (2,07 t) Karboxylstärke (wäßrige Lösung mit einem Trockengehalt von 30 Masse %, Hersteller: Interk´mia GmbH, Budapest, Ungarn);
0,01 m³ 2-Ethylhexanol, Entschäumer;
2 m³ (2 t) Leitungswasser.

Lösung A wurde nach dem Einfüllen für die Dauer von 45 Minuten in der zu behandelnden Rohrleitung gelassen und nach der Behandlungsdauer innerhalb von 7 Minuten ausgepumpt. Un­ mittelbar danach wurde Lösung B in die Rohrleitung gefüllt.

Das Absinken des Spiegels der Lösung B im Schacht kam nach 30 Minuten zum Stillstand, die Behandlung wurde aber sicher­ heitshalber für weitere 30 Minuten fortgesetzt. Nachdem Lö­ sung B ausgepumpt wurde, zeugte die durchgeführte Druckprobe von völliger Wasserdichtheit der Versuchsrohrleitung.

Claims (2)

1. Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Wasser­ dichtheit von Böden, im Boden befindlichen Bauwerken und Objekten ohne ihre offene Aufschließung, wobei die Verhält­ nisse der Grundschüttung der im Boden befindlichen Bauwerke nachträglich, durch Verfestigung des umgebenden Bodens sowie Verstopfung seiner Poren und Hohlräume und Herstellung ihrer Wasserdichtheit verbessert werden, wobei eine Lösung A und eine Lösung B gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge nacheinander ins Innere oder auf die Oberfläche der zu be­ handelnden Bauwerke oder Objekte, oder in die in deren Umge­ bung befindlichen Hohlräume, in oder auf den Boden gebracht und miteinander in Kontakt gebracht werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man
als Lösung A eine wäßrige alkalische Lösung eines Alkalimetallsilikates, bevorzugt eines Kalium- oder Natrium­ silikates, mit einem SiO₂ : Alkalimetalloxid-Modul von 1 bis 4, welche höchstens 20 Masse % eines der die Eigenschaften der Gelmatrix fördernden Zusätze, bevorzugt Alkalimetall­ salze von Polymeren ungesättigter Karbonsäuren und/oder wasserlösliche Oligomere von Aminoplasten und/oder karboxi­ methylierte Polysaccharide enthält, und einen Trockengehalt von 10 bis 45 Masse % hat,
als Lösung B eine wäßrige, alkalische Lösung mit einem Gehalt von 1 bis 5 Masse % eines Alkalimetallsilikates, be­ vorzugt mit einem SiO₂ : Alkalimetalloxid-Modul von 1 bis 4, welche höchstens 20 Masse % eines der die Eigenschaften der Gelmatrix fördernden Zusätze, bevorzugt Alkalimetallsalze von Polymeren ungesättigter Karbonsäuren und/oder wasser­ lösliche Oligomere von Aminoplasten und/oder karboxi­ methylierte Polysaccharide und als Geliermittel 5 bis 40 Masse % einer Verbindung (Verbindungen) der allgemeinen For­ mel(n) (I) und/oder (II) enthält, worin
R₁ und R₂ für Wasserstoff, Gruppen der Formel
-C(CH₂-OH) (CH₃)₂ oder -C(CH₃) (CH₂-OH)₂ oder Gruppen der allgemeinen Formel -C(CH₃)₂SO₃M stehen, wobei
H ein zweiwertiges Kation bedeutet,
R₃, R₄, R₅, R₆, R₇ und R₈ für Wasserstoff,
Hydroxyl, Gruppen der Formel -CH₃, -C(CH₂-OH)(CH₃)₂,
-C(CH₃)(CH₂-OH)₂ oder -C(CH₂-OH)₃ stehen,
R₉ für Wasserstoff oder Hydroxyl steht,
n eine ganze Zahl von 0 bis 3 ist,
m für eine ganze Zahl von 1 bis 3 steht, und
p eine ganze Zahl von 0 bis 3 ist, verwendet, wobei Lösung B gegebenenfalls einen üblichen Ent­ schäumer enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Geliermittel Glyoxal verwendet.