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Verfahren zum Dichten von durchlässigen oder lockeren Bodenschichten,
erdigen und steinigen Massen; Mauerwerk u. dgl. Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Dichtmachen und Auffüllen der Zwischenräume, Höhlen, Risse und ähnlicher Unterbrechungen
der Masse in porösen und durchlässigen Böden, wie Sandböden, Grundmassen, Kieselschichten,
natürlichen und künstlichen steinigen Massen, Mauerwerk, Beton u.,dgl., einschließlich
der Hohlräume, die sich unter dem Wasserspiegel befinden oder der Wasserdurchströmung
ausgesetzt sind.
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Zum Füllen von Höhlen in Böden oder Gesteinen wurde bereits vorgeschlagen,
in diese beißgeschmolzenes Bitumen einzuführen. Auch ist bekannt, zum gleichen Zweck
durch Rohre Portland- oder andere Zementmilch einzupressen, wobei der Zement in
der behandelten Masse erhärtet. Derartige Verfahren eignen sich nur zum Füllen von
verhältnismäßig weiten Zwischenräumen, aber nicht zum Wasserdichtmachen oder Verfestigen
von feinkörnigen oder porösen Bodenschichten oder anderen Massen, wie Sandböden
o. dgl., wo das geschmolzene Bitumen oder die Zementmilch selbst bei Anwendung von
Druck nicht leicht in die engen Zwischenräume oder Poren eindringen kann. In der
Patentschrift Erz 494 wurde bereits beschrieben, durchlässige oder lose Bodenschichten
u. dgl. dadurch zu dichten oder zu verfestigen, daß man in dieselben eine wäßrige
Dispersion bituminöser Stoffe eindringen läßt und diese an der gewünschten Stelle
zur Koagulation bringt. Dieses Verfahren eignet sich besonders zum Auffüllen der
verhältnismäßig engen Zwischenräume oder Poren in Sand- oder ähnlichen Böden und
in Gesteinen mit .dem koagulierten Bitumen, wozu Zement und ähnliche Stoffe zu grob
sein können, aber es kann unter Umständen weniger. günstig sein für das Abdichten
von verhältnismäßig weiten Höhlen und Zwischenräumen, wo der Nachteil auftreten
kann, daß das aus der Dispersion abgeschiedene Bitumen durch Wasserdruck wieder
aus den gefüllten Räumen ausgepreßt oder durch Schwerkraft umgeformt werden kann,
wodurch die Grundmasse wieder durchlässig wird.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, das obenerwähnte Verfahren für
die Anwendung von Bitumendispersionen mit früher bekannten Verfahren dadurch zu
kombinieren, daß man gleichzeitig und gesondert, nämlich
durch getrennte
Rohre, die konzentrisch sein könen, in die zu füllenden Räume eine Bitumen-, Harz-
oder ähnliche Dispersion einerseits und ein Bindemittel, wie Zement; Kalk, Gips
o. dgl., andererseits einführt, und zwar derart, daß die Dispersion durch das Bind;.
mittel koaguliert und in dasselbe eingebettet -wird, wenn sie aus dem Injektionsrohr
austritt. Dieses Verfahren beruht auf der unmittelbaren Koagulierung einer verhältnismäßig
unbeständigen Dispersion bei der Berührung mit der Zementsuspension ü. dgl. Die
gleichzeitige Injektion eines Gemisches von Bitumendispersion und Zementsuspension
wurde bis jetzt als undurchführbar betrachtet; da es unmöglich erschien, das Gemisch
von Zement und Bitumendispersion in unkoaguliertem Zustande an die . betreffende
Stelle zu bringen und dort eine geeignete Köagullerung der Dispersion zu sichern.
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Es wurde nun gefunden, daß Zwischenräume, Höhlen, Risse und ähnliche
Unterbrechungen der Masse, und zwar sowohl weite als enge Zwischenräume, vorteilhaft
in .der Weise abgedichtet und aufgefüllt werden können, daß man in diese Räume ein
vorher bereitetes Gemisch einer Bitumendispersion mit fein verteilten Füllstoffen,
wie Portlandzement, Kalk, Kalksteinpulver, Gips, Ton, Silicaten, Hydroxyden oder
anderen Verbindungen mehrwertiger Metalle, Kieselsäure, feinem Sand, Mikroasbest,
Kieselgur, Traß, Schieferpulver, Kohlenstaub; Humus oder Humussäure enthaltenden
Stoffen, z. B. Kasselererde, Leimstoffen, Polysacchariden o. dgl., einbringt. Eine
wesentliche Bedingung dieses Verfahrens ist; daß einerseits die Bitumendispersion
so beständig :sein soll, daß das Bitumen sich nicht infolge der Beimischung der
Füllstoffe vorzeitig abscheidet, während andererseits die Verhältnisse für eine
geeignete Koagulierung der Dispersion an den zu :dichtenden Stellen günstig sein
müssen.
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Die genannten fein verteilten Füllstoffe haben die Eigenschaft, daß
sie nach der Koagulation der Bitumendispersion sich in der Grenzfläche Wasser-Bitumen
der Dispersion befinden, so daß größere Komplexe von Bitumen und zugesetztem Stoff
entstehen, welche die Öffnungen der behandelten porösen Masse in noch stärkerem
Maße abschließen, als es das koagulierte Bitumen allein bewirken kann. Diese fein
verteilten Stoffe können vorzugsweise erst in Wasser suspendiert werden, worauf
die wäßrige Suspension mit der Bitumendispersion gemischt wird: Man kann der Bitumendispersion
auch Stoffe, wie Wasserglas, zusetzen, die in peptsierte, fein verteilte Stoffe,
wie Kieselsäuregel, umgewandelt werden. Ein .derartiges Gemisch von Bitumendispersion
und Füllstoffen hat eine größere Konsistenz als eine gewöhnliche Bitümen-@dispersion
von derselben Konzentration, so daß es sich nur langsam in der zu dichtenden Masse
fortbewegen kann und dabei Gelegenheit zur vollständigen Koagulierung hat. Die Füllstoffe
verleihen dem Gemisch eine gewisse Skelettstruktur, wodurch die Gefahr vermieden
wird, daß die eingeführte Dispersion durch den Wasserdruck weggedrängt wird oder
daß sie durch die zu dichtende Masse hindurchfiltriert. Auch ermöglichen diese Gemische
die Dichtung von verhältnismäßig weiten Räumen, die mit einem homogenen Gemisch
von Biturnen und Füllstoff aufgefüllt werden.
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Bei der Herstellung des Gemisches von Bitumendispersion und Füllstoffen,
die in den meisten Fällen an Ort und Stelle erfolgen kann, wird eine Bitumendispersion
verwendet, die unter Anwendung an sich bekannter Maßnahmen, z. B. durch Zusatz von
Kasein, Humussäure oder kolloidem Ton, derart stabilisiert ist, daß sie unter der
Einwirkung der betreffenden Füllstoffe nicht vorzeitig koaguliert. Die Konzentrationen
der Bitumendispersion und die zugesetzten Füllstoffmengen können innerhalb weiter
Grenzen geändert werden je nach er Art der zu dichtenden Masse. Sind die aufzufüllenden
Zwischenräume verhältnismäßig eng, wie im Falle des Dichtens von Sandboden, so kann
man ein verdünnteres und feiner verteiltes Gemisch als im Falle .der Auffüllung
von weiten Höhlen verwenden.
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Ein Vorteil des neuen Verfahrens besteht u. a. darin, daß im allgemeinen
bei Anwendung einer gleichen Menge dispergierten Bitumens eine bessere Dichtung
der Bodenschicht oder einer anderen Masse als mit Bitumen allein .erhalten wird.
So konnte man z. B. in einem bestimmten Fall, in welchem bei der Behandlung einer
unterirdischen Sandschicht durch das Einbringen einer bestimmten Menge einer auf
So°/o Bitumen verdünnten Bitumendispersion eine praktisch genügende Dichtung der
Bodenschicht erzielt wurde, denselben Erfolg erreichen mit einer gleichen Menge
derselben, aber auf 81/0 Bitumen verdünntenBitumendispersion, welcher a °/o eines
guten kolloidalen Tons, auf das Gewicht der fertigen Dispersion berechnet, zugesetzt
worden war.
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Man kann auch ein Gemisch von Bitumendispersion und Füllstoff herstellen,
in welchem sich das Bitumen im Zeitpunkt der Anwendung bereits in einem Anfangsstadium
von Koagulation befindet oder in welchem eine gewisse Verdickung oder Ausflockung-,des
Bitumens aufgetreten ist, so daß eine rasche,
vollständige -Koagulation
an .der gewünschten Stelle gesichert ist.
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Zur Herbeiführung ,der Koagulation der Dispersion kann man in jeder
geeigneten Weise vorgehen wie bei Anwendung der in der obenerwähnten Patentschrift
612 494 genannten Verfahren.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die die
Zusätze enthaltende Bitumendispersion der zu behandelnden Bodenschicht dadurch zugeführt
werden, daß man eine Anzahl Rohre in geeigneten Abständen im Boden so tief einbohrt,
daß ihre offenen oder durchlöcherten unteren Enden bis zur zu behandelnden porösen
Bodenschicht reichen. Eine geeignete Menge Dispersion wird in jedes dieser Rohre
eingegossen oder in dieselben unter geeignetem Druck eingepumpt, fließt durch die
offenen Enden der Rohre und verbreitet sich im umliegenden porösen Boden, dessen
Zwischenräume dabei gefüllt werden. Die gleichmäßige Imprägnierung der Bodenmasse
kann dadurch gefördert werden, daß - man in die Rohre erst eine Menge grobes Material,
wie Kies, Kieselsteine, Steinsplitt o. dgl., einbringt, sodann die Rohre über eine
gewisse Höhe herauszieht, während ein Kern groben Materials im Boden zurückbleibt
und darauf die Dispersion durch die Rohre injiziert, derart, daß sie erst durch
den genannten Kern und von dort über die ganze Höhe des unbedeckten Kerns in die
umgebende Bodenschicht durchdringt.
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Die in den Boden eingeführte Menge.Dispersion kann im Zusammenhang
mit den gegenseitigen Abständen der Rohre so bemessen werden, daß die einzelnen
Erdmassen, welche durch die aus jedem Rohr fließende Dispersion imprägniert werden,
sich aneinander anschließen und eine praktisch einheitliche, mit Dispersion imprägnierte
Erdmasse oder Schicht bilden. Die Dispersion koaguliert anschließend unter Bedingungen,
.die man in geeigneter Weise der Art und Stabilität der verwendeten Dispersion anpassen
kann.
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Beispiel" i Eine 6o o/oige Bitumendispersion wird durch Dispergieren
von Erdöldestillationsbitumen von Penetration Zoo bei 25° in einer 0,5 o/oigen Seifenlösung
hergestellt unter Zusatz von i °/o Kasein, berechnet auf Bitumen, zur Stabilisierung.
Diese Dispersion wird unmittelbar vor ihrer Anwendung mit 7o Gewichtsprozent einer
5oo/oigen Zementmilch und 2% Bentonit, berechnet auf Zement, gemischt. Das so erhaltene
.Gemisch ist genügend flüssig, um durch Rohre in den Boden eingeführt zu werden,
und hat die Eigen-Schaft, langsam zu erstarren. In dieser Weise kann man z. B. einen
wasserdurchlässigen Kiesboden wasserdicht machen, da das Gemisch nach dem Erstarren
vollständig koaguliert:-Beispiel 2 ioo Gewichtsteile der Bitumendispersion wie im
Beispiel i werden mit ioo Gewichtsteilen Zement, aufgeschlämmt in 5o Gewichtsteilen
einer 214 wäßrigen Bentonitsuspension, gemischt. Das Gemisch ist noch flüssig genug,
um .den aufzufüllenden Räumen durch Rohre zugeführt zu werden, und läßt sich durch
gleichzeitige Einführung von ungefähr 25 Gewichtsteilen 2oo/oiger Aluminiumsulfatlösung
unmittelbar koagulieren.
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Dieses Gemisch kann man z. B. für das Dichten einer Steinschüttung
von größeren und kleineren Basaltblöcken anwenden, welche in einem schnell strömenden
Wasserlauf zum Ausbessern eines Staudammes angebracht ist und das Wasser noch mit
einer Geschwindigkeit von 6o cm/Sek. durchläßt. Das Material wird durch konzentrische
Rohre zugeführt und .die durch das innere Rohr austretende Aluminiumsulfatlösung
bewirkt eine unmittelbare Versteifung des durch das äußere Rohr austretenden Gemisches,
so daß die versteifte Masse nicht mehr mit dem Wasser weggeführt werden kann, aber
doch genügend plastisch bleibt, um in die Zwischenräume zwischen den Blöcken eingepreßt
zu werden und dabei eine vollständige Dichtung zu erzeugen. Beispiel 3 ioo Gewichtsteile
der in Beispiel i verwendeten Bitumendispersion werden mit ioo Gewichtsteilen Zement,
aufgeschlämmt in ioo Gewichtsteilen einer 21/, wäßrigen Bentonitsuspension, gemischt.
Dieser Mischung werden sodann 15 Gewichtsteile 2oo/oige Aluminiumsulfatlösung
zugesetzt. Durch diese Zugabe tritt eine schnell zunehmende Verdickung der Mischung
ein, und zwar so, daß diese sich zunächst noch durch Rohre, zweckmäßig mit Hilfe
von Druckluft, in die zu behandelnde Masse einführen läßt, aber dort nach kurzer
Zeit ganz versteift und erhärtet. Diese Arbeitsweise kann an Stelle derjenigen nach
dem Beispiel e angewendet werden, wobei sich der Vorteil ergibt, daß die gesonderte
Einführung der Elektrolytlösung und .die dafür bedingte Anwendung von besonderen,
7. B. konzentrischen Rohren sich erübrigt.