DE936559C

DE936559C - Verfahren zur Dichtung und plastischen Versteifung von Bodenarten

Info

Publication number: DE936559C
Application number: DEK19196A
Authority: DE
Original assignee: KARL FRIEDRICH KEIL DR ING
Current assignee: KARL FRIEDRICH KEIL DR ING
Priority date: 1953-08-15
Filing date: 1953-08-15
Publication date: 1957-04-25

Description

Verfahren zur Dichtung und plastischen Versteifung von Bodenarten Zusatz zum Patent 905.593 Das Hauptpatent 905 597 betrifft ein Verfahren zur Dichtung und kurzfristigen plastischen Ve@rsteifung von natürlichen und künstlichen Bodenarten, wie Löß, Lehm, Sand, Kies, Gesteinsgrus u. dgl. Hierbei wird aus den genannten Bodenarten eine Dichtungsmasse für die Aufgaben des Erd-, Straßen-, Wasser-, Tief- und Bergbaus hergestellt, und zwar durch Vermischung mit Lösungen von Wasserglas und NatrIumcarbonat, bedarfsweise unter Zusatz von Tonmineralien, wie Tonmehl oder Bentonit.
Die Erfindung stellt eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens dar. Sie betrifft zunächst die Erkenntnis, daß der Anteil der bei nicht oder nur schwach hindigen Böden zuzusetzenden hydratisierenden Tonmineralien nicht nur durch den Anspruch an die Dichtigkeit der veredelten Masse bestimmt wird, sondern maßgebend auch von der Beschaffenheit der Tone abhängt. So zeigt sich beispielsweise, daß bei einem Staubstand mit einem Zusatz von a bis 3 % Na-Bentonit die gleiche Wirkung zu erzielen ist wie mit dem Vielfachen davon an gewöhnlichen Tonen, z. B. Braunkohlentonen, deren Anteil bis zu 30 % betragen :kann.
Die Aufgäbe des im Hauptpatent genannten Natriumcarbonats ist, die Tonmineralien zu verflüssigen und dadurch eine gleichmäßige Ummantelung :der Bodenkörnchen mit einem hydnatationsfähigen Film zu erzielen, der seinerseits die Bildung festhaftender verdichteter Wasserhüllen ermöglicht. Der Dichtungseffekt entsteht durch Adrsorpti,onsbi@ndung der Wasserhüllen gegen austauschfähige ein- (z- B. Na-) oder zweiwertige (z. B. Car, Mg-) Ionen.
Es hat sich nun gezeigt, daß zu diesem Zwecl@ nicht nur Natriumcarbonat geeignet ist, sondern noch eine ganze Reihe anderer %-Salze, wie Natri(umchlorat, Natriumnitrat, N.atriumnitnit oder Alkaliphosphate, -suilfate, -b-isulfaite, -c2rb,änate, -tbicarbona:te u. dgl., wobei jeweils sowohl einer dieser Stoffe allein als auch eine Mischung von mehreren in verschiedenen Anteilen verwendet werden kann..
Im Hauptpatent ist .der Anteil des Wasserglases auf höchstens 2o % begrenzt und ,der Anteil des Natri.umcarbonats auf höchstens io °/o der jeweifigen WasseTglasmenge. Die weitere Entwicklung des Verfahrens'hat ergeben, daß der angegebene Wa.sserglasanteil in praktischen Fällen -niemals 15 % übersteigt, daß man vielmehr meist mit 3 bis 5 % auskommt. Ferner hat sich gezeigt, daß man mit dem Zusatz an Natriumcarbonat oder anderer geeigneter Natriumsalze zweckmäßigerweis.e nur bei geringen Wasserglasanteilen bis zur Grenze von 10 % dersielhen geht, ,damit man mit Sicherheit eine dauernd plastisch bleibende Masse erhält. Dies ist bei der Verwendung .der Massen als Dichtungsstoff im Wasserbau von ausschlaggebender h,°deutung. Hier würde eine starre oder nur noch wenig bildsame Dichtungsmasse leicht zu Undichti:gkeiten durch Riß;hildungen führen, z. B. bei Dammbewegungen, oder Setzungen des Untergrundes.
Es ist daher zweckmäßiger, den Zusatz der Chemikalien nicht auf die Wasserglasmenge zu beziehen, sondern auf die Bodenmenge. Damit ergibt sich als anwendbarer Höchstanteil der Natriumsalze o,35 % dier Trockensubstanz der zu behandelnden Bodenarten. Bei Überschreiten dieser Grenze. geht die Bildsamkeit allmählich verloren, und es entsteht schließlich eine harte, spröde und nicht mehr bildsame Masse.
Andererseits hängt die Mindestmenge der zuzusetzenden Natriumsalze insofern von dem pH-Wert der zu behandelnden Bodenart ab, als der erforderliche Zusatz mit steigendem pH-Wert abnimmt, und im Grenzfall, d. h. wenn die zu behandelnde Bodenart schon von Natur aus den nötigen Gehalt aufweist, bis auf Null zurückgehen kann.
Die Dichtigkeit der veredelten Masse, die' sich durch den Wasserglaszusatz und den Zusatz an hydratisierenden Tonmineralien regeln läßt, bewegt sich etwa im Bereich von 3 - i0-8 bis 8 - 1o-10 cm/s gegenüber einem k-Wert nach D a r c y von etwa 1o-7 cm/s bei einer natürlichen Tondichtung.

Beispiele für brauchbare Mischungen sind:

a) 1300 kg Löß in erdfeuchtem Zustand (12 bis

18 % Wasser).

Zoo kg Tonmehl

iio kg Wasserglas von 3S° Be

q. kg Natriumehlorat

1614 kg, hierzu werden etwa 30 0lö Wasser zu-

gegeben.

b) i2oo kg sauberer Kiessand

36o kg Ton in naUirfeuchtem Zustand

iio k g Wasserglas von 38° Be

¢ kg Natriumchlorat

- i67¢ kg, hierzu werden etwa 25 % Wasser zu-

gegeben.

Diese Mengen, etwa 3 bis 5 Minuten im Betonmischer gründlich durchgearbeitet, ergehen je etwa z cbm Diichtungsmasse in weichbreiigem Zustand, sind anfänglich thixotrop und versteifen in kurzer Zeit unter allmählichem Verlust der Thixotropie.

Die Erhaltung dauernder Bildsamkei.twird.durch Verhinderung der Austrocknung während der Bauarbeiten gesichert, z. B. durch Abdecken der eingebauten Massen mit einer etwa io cm starken Schicht von Feinsand oder Lehin oder auch mit feucht zu haltenden Matten.
Die technischen und wirtschaftlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen unter anderem in: folgenden Eigenschaften der Massen begründet Die Dichtigkeit der Massen übertrifft die der natürlichen Dichtungsstoffe, wie Lehm oder Ton, meist ummehr als das Zehnfache.
Infolge ihrer thixotropen Beschaffenheit im Zeitpunkt des Einbaus läßt sich die Mässe wie ein Beton einbauen, verpressen, ausbreiten und vergießen, wodurch eine wesentlich gleic'hmäßi.gere Dichtigkeit erzielt wird als bei Verwendung natürlicher Dichtungsstoffe im Trockeneinbau mit nachfolgender mechanischer Verdichtung.
Die Massen erweisen sich ferner als völlig und dauernd -immun gegen Ausschlämmen bei Durchsickerung. Der Beweis dafür wurde durch einen Über io Monate ausgedehnten Durchlässigkeitsdauerversuch bei einem Druckgefälle von über 2ooo : i erbracht.
Infolge der Eigenschaften höchster Dichtigkeit und völliger Erosionssicherheit gestattet das erfindungsgemäße Verfahren, die Stärke von Dichtungsauflagen oder -kernen auf einen kleinen Bruchteil (ein Zehntel und weniger) des bei natürlichen Dichtungsstoffen üblichen: Ausmaßes herabzusetzen.
Außerdem zeichnen ,sich die veredelten Massen durch eine vom jeweiligen Wassergehalt unabhängige, außergewöhnlich hohe Gleitsicherheit aus. So hat sich beispielsweise gezeigt, daß sich eine aus Löß (Fließgrenze bei 25 % Wassergehalt) hergestellte Dichtungsmasse mit 38'/o Wassergehalt auf Böschungen eines Flußbettes mit einer Neigung von i : 1,5 völlig gleitsicher einbauen ließ. Die Gleitsicherheit isst auch unabhängig vom Sättigungsgrad und dem jeweiligen Porenwasserüberdruck in der Masse, während bei dien nicht veredelten natürlichen Dichtungsstoffen die Gleitsicherheit -mit schwankendem Wassergehalt ebenfalls schwankt und bei Porenwasserüberdruck bis auf Null abnimmt.
Die gesteigerte Gleitsicherheit bietet auch. die Möglichkeit, durch Versteilung der Böschungen im Wasserbau, sowohl im Einschnitt als auch im Auftrag (Damm), wesentliche Einsparungen an abzutragenden oder zu bewegenden Massen zu erzielen.
Infolge iihrer Eigenschaften können erfindungsgemäß veredelte Massen auch bei starkem Regenwetter völlig sicher eingebaut werden. Ferner können die bei natürlichen Dichtungsstoffen zur Bekämpfung der Ausschlämmung erforderlichen kostspieligen Filterschichten beiderseits der Dichtungskörper (Kernd,ic'htungen) eingespart werden. Dadurch wird die Konstruktion von Staudämmen usw. vereinfacht.
Gegenüber Beton- und Aspfhaltbetondichtungen besitzen die Dichtungen aus erfindungsgemäß veredelten, an Ort und Stelle verfügbaren Bodenarten den Vorteil dauernder Anpassung an Damm- oder Untergrundverlagerungen. Gegenüber Bitumendichtungen liegt der Vorteil auch in der Unempfindlichkeit und der hohen Gleitsicherheit bei feuchtem Untergrund.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Dichtung und. plastischen Versteifung von Löß, Lehm, Sand, Kies, Gesteinsgrus und, ähnlichen fein- bis grobkörnigen künstlichen und natürlichen Bodenarten durch Vermischung der genannten Bodenarten mit Lösungen von Wasserglas und Natriumcarbongt, bei nicht oder nur schwach bindigen Bodenarten unter Zusatz von hydratisierenden, die Dichtigkeit und Elastizität erhöhenden Tonmineralien, wie Tonmehl oder Bentonit, nach Patent 905 597, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonmineralien in einer Menge zwischeni und 30 % angesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeiahnet, daß an Stelle von Natriumcarbonat andere geeignete Alkalisalze, wie Natriumchlorat, Natriu:mnitrat, Natri mnitrit, oder Alkalipho-sph.ate, ,sulfate, -bisulfate, -Carbomate, -bicarbonate allein odier in verschieldenen Anteilen miteinander vermischet zugesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf die Trockensubstanz der zu behandelnden Bodenarten, höchstens 15 % Wasserglas und von dien Natriumsalzen höchstens 0,35 % verwendet werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentsühriften Nr. ääo 579, 905 597; schweizerisch"- Patentschrift Nr. 169989; Patentschrift Nr. 2929 des Amtes für Erfinidungsu@nd Patentwesen in der sowjetischen B.esatzungszone Deutschlands.