DE953690C - Verfahren zum Abdichten wasserdurchlaessiger Bodenschichten durch Injektion einer Huminsaeure enthaltenden Loesung - Google Patents

Description

• Verfahren zum Abdichten wasserdurchlässiger Bodenschichten durch Injektion einer Huminsäure enthaltenden Lösung Es gibt bereits verschiedene Verfahren zur Bodenverfestigung, die in erster Linie zur Abdichtung von Schichtabteufungen und zur Grundwasser isolierung von Grundmauern usw.entwickelt worden sind. Diese bekannten Verfahren arbeiten im allgemeinen entweder mit einer Bitumenemulsion oder mit einer Wasserglaslösung als Grundsubstanz und besitzen daher insbesondere folgende Nach. teile: Bei Verwendung von Bitumenemulsion werden pro Raumeinheit des zu verdichtenden Bodens sehr beträchtliche Materialmengen benötigt, weil die Emulsion infolge ihres hydrophoben Charakters weder mit dem Boden noch mit dem Grundwasser eine Verbindung eingeht und daher nur durch ihre Eigenmasse das riesige Porenvolumen des Bodens ausfüllen muß. Außerdem können die Emulsionsteilchen unter Umständen durch überhohen Wasserdruck aus den gefüllten Räumen wieder herausgedrückt werden. Solchen Bitumenemulsionen hat man auch bereits feinverteilte Füllstoffe, wie Zement oder Kasselererde, und stabilisierende Zusätze beigefügt, wofür in erster Linie Casein, daneben auch Humussäure und kolloider Ton verwendet wurden. Diese bekannte Mischung wird so eingestellt, daß sie nicht vorzeitig koaguliert. Durch Zusatz eines Elektrolyten, z. B. Aluminiumsulfat, kann bei diesem bekannten Verfahren auch eine schnelle Koagulation erzielt werden. Dadurch tritt aber eine schnelle Verstopfung schon der bohrlochnahen Poren ein, so daß umfangreiche und entsprechend teure Bohrarbeiten erforderlich sind.
• Das Wässerglasverfahren nutzt zwar die kolloidale Wasserbindung in den Bodenporen aus, besitzt aber die grundsätzliche Schwäche, daß die Eindringtiefe der Wasserglaslösung vergleichsweise nur gering ist, weil die Verfestigung im Boden plötzlich eintritt. Es gibt zwar zahlreiche Vorschläge, durch Zusätze die Dünnflüssigkeit und damit das Eindringungsv ermögen der Lösung zu erhöhen oder durch nachträgliches Einführen einer zweiten Chemikalienlösung eine mit Fällung verbundene, doppelte Umsetzungsreaktion innerhalb der Porenräume herbeizuführen. Die Speziallösungen müssen aber in der Fabrik hergestellt und mit unwirtschaftlichem Wasserballast an den Verbrauchsort transportiert werden, und auch die Zweilösungsverfahren sind durch den doppelten Reagentienverbrauch teuer. Eine grundlegendeVerbesserung des Eindringungsvermögens wird aber bei keiner Verfahrensabwandlung erreicht.
• Es ist fernerhin eine Bohrflüssigkeit bekanntgeworden, bei der man die Absetzgeschwindigkeit der aufgenommenen Gesteinsteilchen auf das richtige Mittelmaß durch Zusatz einer Schutzlösung einzustellen versucht hat, die neben Alkali organische pflanzliche Säuren, wie Gerbsäure, Humus oder Holzextrakte enthält. Diese Zusätze werden aber nur in äußerst geringer Menge angewendet und vermögen daher keine Porenverstopfung zu erzielen.
• Man hat auch schon zur Eigenschaftsverbesserung von Mörtel und Beton Hum:insubstanzen in geringster Menge zugesetzt. Auch hier ist weder von einer Porenverstopfung durch die Huminteilchen die Rede, noch ist eine solche im Hinblick auf die geringe, vorhandene Menge des Zusatzes denkbar.
• Demgegenüber ist das Verfahren zum Abdichten wasserdurchlässiger Bodenschichten durch Injektion einer Huminsäure enthaltenden Lösung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine von hydrophoben Stoffen freie, kolloidale Alkalihurninatlösung verwendet wird. Eine solche Injektionslösung vermag unter langsam verlaufender Basenaustauschreaktion mit in dem Boden oder darin enthaltenem Wasser vorhandenen, mehrwertigen Kationen oder durch Erhöhung der Wasserstoffionenkonzentration aus dem Bodenwasser allmählich auszuflocken und dadurch entsprechend langsam die Bodenporen zu verstopfen. Durch die Ausnutzung von im Boden bereits vorhandenen Reagenzien wird im Vergleich zu den bekannten Verfahren Material eingespart.
• Eine solche Huminatlösung erfüllt die wichtigsten Anforderungen, die an eine Bodenv erdichtungsflüssigkeit zu stellen sind. Das Alkalihuminat wirkt dabei als Schutzkolloid für die übrigen, in der Lösung enthaltenen hochdispersen Stoffe und Verunreinigungen, die bei der technischen Herstellung der Huminatlösung mit in Lösung geraten, z. B. kolloidale Tonerde oder Kieselsäure.
• Infolge ihres hochdispersen Zustandes und der geringen Viskosität vermag die injizierte Lösung im Boden einen langen Weg zurückzulegen, ehe die langsam einsetzende und nur ganz allmählich fortschreitende Koagulation die Porenverstopfung hervorruft und dadurch eine weitere Ausbreitung der Lösung im Boden verhindert. Die festen Bestandteile in der Huminatlösung sind dabei von echter, kolloidaler Größe, und daher dauert es sehr lange, bis sie durch die langsam verlaufende Flockungsreaktion eine solche Größe erlangen, daß sie in den. Porenräumen hängenbleiben. Demgegenüber weisen die an sich bekannten Suspensionen, die Tone oder Bentonite enthalten, bereits von Anfang an so große, feste Teilchen auf, daß diese nur kurze Wege im feinkörnigen Boden zurücklegen können, bis sie die Poren verstopft haben.
• Gemäß einer bekannten Formel ist der Wirkungsradius einer Injektion um so größer, je höher der Injektionsdruck, je länger die Injektionszeit und je geringer die Viskosität der Injektionslösung ist. Da die Ausgangsviskosität einer Alkalihuminatlösung von Anfang an gering ist und außerdem die Koagulation der injizierten Teilchen nur sehr allmählich erfolgt, ergibt sich, daß der Wirkungsradius der Injektion bei Verwendung von Alkalihuminat besonders groß ist. Da der Injektionsdruck für die Lösung nach Durchtritt durch die Bohrlochöffnungen mit der 3. Potenz abnimmt, hat -die Verwendung hoher Injektionsdrücke im allgemeinen nur eine beschränkte räumliche Wirkung. Viel wichtiger dagegen ist insbesondere bei feinkörnigen Schichten die Injektionszeit, weil die Wanderungsgeschwindigkeit der Lösung in den kleinen Bodenporen gering ist und bei der Größe und Vielzahl der aktiven Grenzflächen molekulare Adhäsionskräfte eine Rolle spielen. Es ist daher wichtig, daß die Koagulation langsam eintritt. In allen diesen Punkten ist nun die Alkalihuminatlösung anderen bekannten Abdichtungslösungen, z. B. auf Wasserglasbasis, überlegen. Deshalb kann Alkalihuminat auch noch mit gutem Erfolg zum Abdichten sehr feinkörniger Schichten, z. B. auch solcher mit einer Permeabilitätszahl von K = ro-4 bis ro--5, verwendet werden.
• Die erfindungsgemäß verwendeten Huminsubstanzen sind dadurch ausgezeichnet, daß sie sich bei Beladung mit einwertigen Metallionen, wie Natrium oder Kalium, wie ein reversibles, durch Hydrathülle stabilisiertes Kolloid, bei Beladung mit Wasserstoff oder mehrwertigen Ionen, wie Calcium, Aluminium usw., jedoch als irreversibles, nach dem Ausflocken nicht wieder lösliches Kolloid verhalten. Außerdem besitzen sie bekanntlich ein außerordentlich hohes Basenaustauschvermögen. Diese beiden Eigenschaften werden nun erfindungsgemäß in der Weise ausgenutzt, daß die hum,insäurehaltige Lösung in reversiblem Zustand in den zu verfestigenden Boden eingeführt und in ihm durch allmählich verlaufende Basenaustauschreaktion mit den normalerweise im Boden oder Grundwasser vorhandenen mehrwertigen Kationen, wie Calcium, Aluminium usw., und/oder Wasserstoffionen in irreversibler Form zur Ausflockung gebracht wird. Wenn in ungewöhnlichen Fällen im Boden keine solchen Ionen, z. B. tonige oder kalkige Bestandteile, vorhandn sein sollten, werden sie in besonderer Ausgestaltung der Erfindung dem Boden in Form einer Lösung von Calciumchlorid, Beriumchlorid, Aluminiumsulfat oder als Kalkwasser usw. vor der Injektion der eigentlichen Bodenabdichtungslösung zugeführt. Dieses Verfahren stellt aber nicht die Regel dar und unterscheidet sich als Behelfsmaßnahme von den eingangs geschilderten, bekannten Verfahren, bei denen in jedem Falle zwei Reagentienlösungen verwendet werden müssen, um die beabsichtigte, schnell verlaufende Doppelumsetzungsreaktion herbeizuführen.
• Wird z. B. eine Huminsäurelösung, die bei einem pH-Wert von io bis i i stabil ist, durch saures Grundwasser in ihrem pH-Wert unter 7 herabgedrückt, so tritt eine allmähliche Ausflockung ein, und die ausgeflockten Teilchen werden so groß, daß sie nicht mehr durch die Bodenporen hindurchgeschwemmt werden können. Der Boden wirkt infolgedessen in zunehmendem Maße als Filter, wobei die in den Poren zurückgehaltenen, ausgeflockten Teilchen infolge ihrer stark ad'härierenden Wasserhülle sehr schnell einen Wasserdurchtritt verhindern.
• Die Ausflockung der Bodenabdichtungslösung nach der Erfindung kann auch durch andere Eigenschaften des Bodens hervorgerufen werden, die irgendeine allmähliche Änderung des chemischphysikalischen Zustandes der injizierten Lösung, z. B. eine Erhöhung des Sauerstoff- oder Kohlensäuregehaltes, und dadurch wiederum eine allmähliche Ausflockung ihrer kolloidalen Bestandteile bewirken. Im Sinne der Erfindung liegt es, die Bodenverfestigungslösung dem natürlichen Zustand des abzudichtenden Bodens oder des in ihm enthaltenen Grundwassers zur Erreichung der allmählichen Ausflockung anzupassen.
• Infolge ihrer Billigkeit, leichten Beschaffbarkeit und ihres hohen Ausbreitungsvermögens auf Grund der langsam erfolgenden Ausflockung ist die Abdichtungslösung nach der Erfindung ein besonders wirtschaftliches Mittel zur Herstellung von an sich bekannten unterirdischen Grundwassersperren, weil im Gegensatz zu anderen Bodenverfestigungsverfahren die Injizierungslöcher in wesentlich weiterem Abstand und daher in entsprechend geringerer Zahl erbohrt werden müssen. Besonders für landwirtschaftliche Zwecke wird es dabei vielfach genügen, nur eine teilweise Verstopfung der Bodenporen zu bewirken, da die starken Adhäsionskräfte der feinverteilten, ausgeflockten Substanz eine wesentliche Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit des Grundwassers und damit eine Höhendifferenz des Grundwasserspiegels beiderseits der unterirdischen Sperre verursachen. Es ist auch möglich, durch Einbau von regulierbaren Rohrsystemen oder mehr oder weniger verschließbaren unterirdischen Kanälen den Grundwasserspiegel auf der Stauseite bis beispielsweise an die Wurzelregion der landwirtschaftlichen Vegetation ansteigen zu lassen.
• Die Senkung des Grundwasserspiegels andererseits kann in an sich bekannter Weise bei Baustellen im Tiefbau und Wasserbau, für die Entwässerung von Braunkohlenbergbauen, beim Bau von Untergrundbahnen usw. ausgenutzt werden, um den Wasserzufluß zur Arbeitsstätte zu verringern oder sogar die Arbeitsstelle überhaupt vom Grundwasser zu befreien.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Abdichten wasserdurchlässiger Bodenschichten durch Injektion einer Huminsäure enthaltenden Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß eine von hydrophoben Stoffen freie Alkalihuminatlösung verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i bei Böden mit geringem Gehalt an löslichen zweiwertigen Kationen oder Wasserstoffionen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Boden Lösungen, die diese Ionen enthalten, vor der Injektion .der huminsäurehaltigen Lösung zugeführt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 39 732, 441 622, 5i6 15i, 525 371, 612 494 625 964, 668 568, 671454, 676 o89, 684 769, 685 836; USA.-Patentschriften Nr. 1 999 766, 2 197 843, 2 329 148; »Tonindustrie-Zeitung«, 64. Jahrgang (19q.0), S. 40; »Bautechnik-Archiv«, Heft 5 (19q.9), S. 14; »Bautechnik«, B. Jahrgang (1930), S.181 bis 186; »Bautechnik«, ii. Jahrgang (1933), S.271; »Der Bautenschutz«, 7. Jahrgang (1936), S. 121 bis 126; »Glückauf«, 74. Jahrgang (1938), S. 385; »World-Oil« (195o), S. 96 bis 1o2; K 1 i e : »Das Einpressen von Dichtungsmitteln im wasserundichten Beton«, Kiel, 1934, S. 52; K o l 1 b r u n ne r : »Fundation - Konsolidation«, Zürich, 1948, Bd. II S. 92; Wagner: »Taschenbuch des chemischen Bautenschutzes«, 3. Auflage, Stuttgart, 1947, S. 35; »Bericht des 2. Internationalen Kongresses für Bodenmechanik und Gründungen«, Rotterdam, 1948, Bd. V, S. 27o.