DE68919735T2

DE68919735T2 - Injiziermittel zum Abdichten und/oder Konsolidieren von Erdboden und Baumaterialien und Verfahren zur Durchführung.

Info

Publication number: DE68919735T2
Application number: DE68919735T
Authority: DE
Inventors: Daniel Gouvenot
Original assignee: Soletanche SA
Current assignee: Soletanche SA
Priority date: 1988-04-01
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2009-04-01
Also published as: FR2629495A1; ES2011440A4; JPH02503689A; EP0336825A1; ES2011440T3; ATE115103T1; DE68919735D1; US5059251A; DE336825T1; WO1989009197A1; FR2629495B1; JP2505295B2; EP0336825B1

Description

Die Erfindung betrifft ein einspritzbares Abdichtungsund/oder Verfestigungsmittel für Böden und Baustoffe, wie Mörtel, Bindemittel, Gemäuer, Betone etc., die mehr oder weniger tiefe Risse oder Hohlräume, die leicht zu einer gewissen Porosität und daher zu einer mangelnden Dichtheit führen, aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen einspritzbaren Mittels zur Verbesserung der Dichtheit und/oder Verfestigung solcher Böden und Baustoffe.
Insbesondere betrifft die Erfindung die Behandlung von besonders feinen oder sehr feinen Materialien und Böden, um ihre Konsistenz zu modifizieren.
Es ist gängige Praxis, zum Abdichten und/oder Verfestigen der Böden und Materialien Abdichtungs- und/oder Verfestigungsmittel zu verwenden, die noch "dünnflüssig" genannt werden, auf Zementbasis, wenn die Poren mehr oder weniger groß sind, oder auf der Basis von Siliciumdioxidgel, das durch Gelierung eines Natriumsilicats gewonnen worden ist, wenn die Poren besonders fein sind.
Diese letzte Klasse von Ausfugmassen kann jedoch den Nachteil aufweisen, daß es zu einer gewissen Verunreinigung des Bodens, insbesondere auf dem Niveau des Grundwasserspiegels, kommt und daß außerdem eine schlechte Haltbarkeit aufgrund der Tatsache sicher ist, daß die Struktur der gewonnenen Gele das Risiko in sich birgt, im Laufe der Zeit nicht stabil zu sein. Dieses unter der Bezeichnung "Synärese" bekannte Phänomen kann für die mit Hilfe der Silicatlösungen gewonnenen Gele sehr nachteilig sein.
Im Hinblick auf die Behebung der Nachteile dieser einspritzbaren Ausfugmassen wurde in der französischen Patentschrift FR-A-2 528 441 eine einspritzbare Ausfugmasse insbesondere für Mikroporen und Mikrorisse vorgeschlagen, die in Form einer nichtkolloidalen Siliciumdioxidlösung vorliegt und gewonnen wurde, indem Siliciumdioxid mit einem mittleren Teilchendurchmesser unter 100 um bei Umgebungstemperatur in Soda aufgelöst wurde, wobei das SiO&sub2;/Na&sub2;O-Verhältnis kleiner ist 2 und der Gehalt an Siliciumdioxid der Lösung vorzugsweise größer ist als etwa 20 Gew.-%.
Dieser Typ von Ausfugmasse besitzt eine sehr große Reaktivität gegenüber Kalk, der in den Baustoffen und in bestimmten Böden vorhanden ist und daher zu einer Mineralisation der Böden und/oder Baustoffe führt, indem sich stabile und unlösliche Kalksilicathydrate bilden, die somit die Dauerhaftigkeit der Behandlung gewährleisten, welcher diese Böden und Materialien unterzogen wurden.
Diese Ausfugmassen weisen dort bestimmte Nachteile auf, wo sich die Abbindezeiten als besonders empfindlich gegenüber den Temperaturbedingungen sowie gegenüber den Konzentrationen der verschiedenen vorkommenden Mittel erwiesen haben.
Für bestimmte Anwendungen ist es tatsächlich besonders wichtig, über Ausfugmassen verfügen zu können, die unterschiedliche, jedoch konstante Abbindezeiten aufweisen.
Liegt der Einspritzort vom Herstellungsort der Ausfugmasse entfernt, so ist es tatsächlich wichtig, über Ausfugmassen verfügen zu können, die unterschiedliche, jedoch konstante Abbindezeiten aufweisen, dies in einer Art, daß es möglich ist, eine gute Reproduzierbarkeit der Einspritzvorgänge zu gewährleisten.
Nach der französischen Patentschrift FR-A-2 187 761 wird im Hinblick auf eine Variation der Gelzeiten vorgeschlagen, einen Teil des Zements einer einspritzbaren Ausfugmasse, die Natriumsilicat oder eine wäßrige Lösung von Natriumsilicat und eine Zementmasse umfaßt, durch eine mineralische Substanz, die latente hydraulische Eigenschaften besitzt, wie beispielsweise eine fein granulierte Schlacke, zu ersetzen.
Wenn es die Zugabe von Schlacke erlaubt, die Gelzeit wirksam zu beeinflussen, so ist diese sogar mit hohen Schlackekonzentrationen immer noch zu schnell. Außerdem zeigt dieser Typ von Ausfugmasse auf Natriumsilicatbasis bereits zum Zeitpunkt t = 0 eine erhöhte Viskosität (> 15 cP), die ihre Einspritzung in sehr feine Böden, wie Sandsorten vom Typ Fontainebleau, nicht erlaubt.
Die Erfindung erlaubt die Behebung der Nachteile der bekannten Ausfugmassen und stellt somit ein Einspritzund/oder Verfestigungsmittel für Böden und Baustoffe bereit, das eine stabile und regulierbare Abbindezeit aufweist und ferner eine geeignete Viskosität besitzt, die ein gutes Eindringen in die feinen oder sehr feinen Böden sowie in die Risse und Mikrorisse von Baustoffen erlaubt.
Die erfindungsgemäßen Ausfugmassen führen durch Erhärten zu einer Mineralisation, wodurch sich stabile und unlösliche Kalksilicathydrate bilden, die somit eine Beständigkeit der behandelten Böden und Materialien gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung ist somit ein einspritzbares Abdichtungs- und/oder Verfestigungsmittel für Böden und Baustoffe, wobei dieses Mittel durch Vermischen einer in Wasser in Suspension befindlichen Schlackenzusammensetzung und einer Siliciumdioxidlösung mit einem SiO&sub2;/Na&sub2;O-Gewichtsverhältnis kleiner als 2 und einem Siliciumdioxidgehalt von über etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise von 20 Gew.-%, gewonnen wird.
Überraschenderweise und unerwarteterweise wurde erfindungsgemäß gefunden, daß die Zugabe von Schlacke zu der Ausfugmasse der französischen Patentschrift FR-A-2 528 441 zu Abbindezeiten führt, die über etwa 1 Stunde liegen, wohingegen die Ausfugmasse der französischen Patentschrift FR-A-2 127 741 Gelzeiten von einigen Minuten, auf jeden Fall unter 1 Stunde, aufwies.
Ein solcher Unterschied in den Reaktivitäten war in sofern völlig unvorhersehbar, da es gut bekannt ist, daß die Ausfugmassen auf der Basis einer Siliciumdioxid-Lösung eine sehr viel größere Reaktivität aufweisen als die Ausfugmassen auf Natriumsilicatbasis.
Das erfindungsgemäße Abdichtungs- und/oder Verfestigungsmittel besitzt im allgemeinen vorzugsweise eine Viskosität bei t = 0 zwischen 4 und 6 Centipoise (cP).
Die Schlackenzusammensetzung muß vorzugsweise vom basischem Typ sein und ein Gewichtsverhältnis von CaO/SiO&sub2; zwischen 1,10 und 1,35 aufweisen.
Erfindungsgemäß wird vorzugsweise eine Hochofenschlacke verwendet, die, bezogen auf das Gewicht, die folgende chemische Zusammensetzung aufweist:
SiO&sub2;: 33 bis 40%
Al&sub2;O&sub3;: 8 bis 16%
CaO: 40 bis 45%,
wobei der Rest aus MgO, Fe&sub2;O&sub3;, K&sub2;O, Na&sub2;O, S&supmin;&supmin;, MnO, TiO&sub2; und weiteren Spuren von Bergbau-Elementen besteht.
Die Kornklassierung der Schlacke ist in sofern von einer gewissen Wichtigkeit, da der mittlere Durchmesser der Teilchen kleiner sein muß als die Poren und Mikrorisse, in die die Ausfugmasse eingespritzt werden muß.
In der Praxis liegt der Durchmesser der Schlacketeilchen im allgemeinen zwischen 0 und 120 um, was einer spezifischen Oberfläche nach Blaine von 3.000 bis 4.000 cm²/g entspricht.
Für Injektionen in besonders feine Poren und Mikrorisse kann die Schlacke in Form von sehr feinen Teilchen vorliegen, die eine spezifische Oberfläche nach Blaine von etwa 10.000 cm²/g besitzen.
Erfindungsgemäß kann als Schlackenmasse auch ein Zement auf Schlackebasis verwendet werden, dessen Prozentsatz an Schlacke über 60 Gew.-% liegt, insbesondere Zemente vom Typ CLK 45, die Klinker-Schlacken-Zemente sind und mehr als 80 Gew.-% Schlacke enthalten.
Die Siliciumdioxid-Lösung, die der Schlacke zugesetzt wird, bewirkt eine Katalyse der Abbinde- und Härtungsreaktionen.
Diese Lösung wird gewonnen, indem Siliciumdioxid, vorzugsweise mit einem mittleren Teilchendurchmesser unter 100 um, bei Umgebungstemperatur in Soda aufgelöst wird, wobei das SiO&sub2;/Na&sub2;O-Verhältnis, wie vorstehend angegeben, kleiner als 2 sein muß, vorzugsweise jedoch zwischen 1,5 und 1,8 liegt.
Das verwendete Siliciumdioxid kann Siliciumdioxid im Re inzustand sein, oder es können vorzugsweise siliciumdioxidhaltige Mittel sein, die wenigstens 80 bis 90 Gew.-% SiO&sub2;, nicht in Form von Glas, enthalten.
Unter den bevorzugten Zusammensetzungen können insbesondere pyrogene Siliciumdioxide, die auch Quarzstäube genannt werden und aus Industrieabfällen stammen, Kieselgur, Gaize oder auch die Silciumdioxid-Aerogele erwähnt werden.
Die Kornklassierung von Siliciumdioxid muß zum Erreichen einer recht schnellen und vollständige Auflösung in Soda kleiner sein als 100 um und vorzugsweise kleiner als 50 um.
Das zur Auflösung des Siliciumdioxids verwendete Soda liegt vorzugsweise in Form einer Lösung zwischen 35 und 37ºC vor, d. h. mit einer Dichte zwischen etwa 1,32 und 1,35.
Die Menge der Siliciumdioxid-Lösung kann variieren, jedoch umfaßt sie im allgemeinen auf 100 kg Schlackenmasse zwischen 20 und 80 Liter.
Die durchgeführten Studien haben es ermöglicht zu zeigen, daß, bezogen auf die Schlackenmasse, je größer die Menge an Siliciumdioxid-Lösung war, die Abbindezeit um so schneller war.
Außerdem wurden eine Abbindezeit von 1 Stunde für eine Ausfugmasse, die auf 100 kg Hochofenschlacke 45 Liter Siliciumdioxid-Lösung enthält, und eine Abbindezeit von etwa 2 Stunden für eine Ausfugmasse, die auf 100 kg Schlacke 35 Liter Siliciumdioxid-Lösung enthält, festgestellt.
Die Wassermenge der erfindungsgemäßen Ausfugmasse zur Herstellung einer Suspension von Teilchen der Schlackenmasse ist eine Funktion des Widerstandes und der Viskosität, deren Erreichen gewünscht wird.
Diese Wassermenge umfaßt im allgemeinen auf 100 kg Schlackenmasse zwischen 200 und 1.000 Liter und vorzugsweise zwischen 500 und 800 Liter.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Ausfugmasse auch Calciumcarbonatpulver enthalten, das durch Zerkleinern von Marmor, Kalkstein oder Calcit entstehen kann.
Diese Zugabe von Calciumcarbonat wird insbesondere für Behandlungen von bestimmten Böden und/oder Materialien, die kalkarm sind, empfohlen.
Nach dieser Ausführungsform reagiert die Siliciumdioxid- Lösung mit den Ca&spplus;&spplus;-Ionen, die nach und nach durch Hydrolyse freigesetzt werden, so daß sich unlösliche und stabile Kalksilicathydrate bilden.
Das Vorliegen von Calciumcarbonatpulver ermöglicht ferner die Regulierung von Viskosität und Widerstand der Ausfugmasse.
Falls notwendig, kann auch ungelöschter oder gelöschter Kalk zugegeben werden, um die Härtungszeit zu regulieren.
Tatsächlich ist es für bestimmte Anwendungen besonders wichtig, daß möglichst kurze Härtungszeiten verfügbar sind, insbesondere in Böden, die schnelle Abfließgeschwindigkeiten aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Abdichten oder Verfestigen, wobei das Verfahren die Injektion einer erfindungsgemäßen Ausfugmasse unter Druck, wie vorstehend definiert, in die Poren oder Mikrorisse von Böden oder Baustoffen mit Hilfe herkömmlicher Injektionsvorrichtungen umfaßt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bestimmt zur Behandlung von Böden, die abzudichten oder zu verfestigen sind, wobei es sich um rissiges Felsgestein oder Alluvionen handelt.
Der Injektionsdruck liegt im allgemeinen zwischen 5 und 20 bar und die Bindemittelmenge zwischen 2 und 40 Vol.-% des Bodens, dessen Behandlung beabsichtigt ist.
Für Abdichtungsarbeiten kann die Behandlung durch Vorbehandlung einer Probe kontrolliert werden, die Permeabilitätsmessungen unterzogen wird.
Um die Erfindung besser verständlich zu machen, werden nun zu Erläuterungszwecken und ohne jeden einschränkenden Charakter mehrere Beispiele zur Durchführung und Herstellung der erfindungsgemäßen Ausfugmasse beschrieben.

BEISPIEL 1

Um die Abdichtung eines feinen Sandes durch Einspritzen zu erreichen, wird zunächst eine Suspension von 145 kg Hochofenschlacke (CaO/SiO&sub2; = 1,20), die einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 um aufweist, in 1.000 Liter Wasser hergestellt. Zu dieser Suspension werden anschließend 90 kg gelöschter Kalk und 60 Liter Siliciumdioxid-Lösung gegeben, die auf folgende Weise gewonnen wird:
170 kg Siliciumdioxid einer durchschnittlichen Kornklassierung von etwa 50 um werden in 300 Liter Soda bei 36ºC und in 70 Litern Wasser aufgelöst. Während des Auflösens wird eine leichte Wärmeentwicklung beobachtet (die Eigenschaften der Lösung nach der Bildung waren wie folgt: SiO&sub2;/Na&sub2;O-Verhältnis = 1,8%, SiO&sub2; = 26,6%, Na&sub2;O = 14,8%, H&sub2;O = 58,6%, Viskosität: 40-50 cP).
Die so gewonnene Ausfugmasse besitzt eine Viskosität (t = 0) von 5 cP und eine Abbindezeit von 1 h 30 min und eine Härtungszeit von 4 Stunden.
Diese Ausfugmasse wird nun unter Druck durch die herkömmlichen Verfahren über ein Einspritzrohr, das durch Bohrung eingeführt worden ist, eingespritzt. Nachdem sich der Rückdruck auf 10 bar stabilisiert hat, wird die Einspritzung beendet.
Eine Permeabilitätsmessung ermöglicht es, die perfekte Abdichtung des so behandelten Bodens festzustellen.

BEISPIEL 2

Die Durchführung erfolgt, wie in Beispiel 1 erläutert, jedoch mit einer Menge an Siliciumdioxid-Lösung von 100 Litern. In diesem Fall wird festgestellt, daß die Abbindezeit 1 Stunde und die Härtungszeit 4 Stunden betrug.

BEISPIEL 3

Die Durchführung erfolgt wie in Beispiel 1, jedoch indem eine Ausfugmasse verwendet wird, die gewonnen wird, indem 300 kg Hochofenschlacke in 1.000 Litern Wasser suspendiert werden und 180 Liter derselben Siliciumdioxid-Lösung zugegeben werden.
Die Abbindezeit dieser Ausfugmasse betrug 2 Stunden.

BEISPIEL 4

Die Durchführung erfolgt wie in Beispiel 1, jedoch indem eine Ausfugmasse verwendet wird, die gewonnen wird, indem 150 kg Zement vom Typ CLK 45 in 1.000 Litern Wasser suspendiert werden und 100 Liter derselben Siliciumdioxid-Lösung zugegeben werden.
Die Abbindezeit der Ausfugmasse betrug 1 Stunde.

Claims

1. Einspritzbares Abdichtungs- und/oder Verfestigungsmittel für Böden und Baustoffe, dadurch gekennzeichnet, daß es durch Vermischen einer in Wasser in Suspension befindlichen Schlackenzusammensetzung und eines wäßrigen Siliciumdioxidansatzes mit einem SiO&sub2;/Na&sub2;O-Verhältnis kleiner als 2 und einem Siliciumdioxidgehalt von über circa 10 Gew.-% gewonnen wird.

2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackenzusammensetzung basisch ist und ihr CaO/SiO&sub2;-Verhältnis zwischen 1,10 und 1,35 liegt.

3. Mittel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackenzusammensetzung eine basische Hochofenschlacke ist, deren Teilchendurchmesser geringer als 120 um ist.

4. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackenzusammensetzung ein Klinker- Schlacken-Zement mit über 80 Gew.-% Hochofenschlacke ist.

5. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliciumdioxidansatz durch Auflösung von Siliciumdioxid mit einem Teilchendurchmesser, der geringer als 100 um ist, in Soda gewonnen wird, wobei das SiO&sub2;/Na&sub2;O-Verhältnis vorzugsweise zwischen 1,5 und 1,8 liegt.

6. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Siliciumdioxidansatzes für 100 kg Schlackenzusammensetzung zwischen 20 und 80 Liter beträgt.

7. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Aufschwemmen der Schlackenzusammensetzung verwendete Wassermenge für 100 kg Schlackenzusammensetzung zwischen 200 und 1.000 Liter beträgt.

8. Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem Calciumcarbonatpulver enthält.

9. Verfahren zur Abdichtung und/oder Verfestigung von Böden und Baustoffen, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, ein Mittel nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 8 entsprechend den klassischen Techniken einzuspritzen.