DE965568C

DE965568C - Verfahren zur Behandlung von Boeden

Info

Publication number: DE965568C
Application number: DEA21440A
Authority: DE
Inventors: Russell Lermond Morgan; John James Padbury
Original assignee: American Cyanamid Co
Current assignee: Wyeth Holdings LLC
Priority date: 1954-10-31
Filing date: 1954-10-31
Publication date: 1957-06-13

Description

Verfahren zur Behandlung von Böden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verfestigung von Böden, damit sie bei starker Inanspruchnahme zusammenhaftend bleiben.
Seit vielen Jahren treten beim Bau von Straßen und Flugplätzen auf Böden bestimmter Arten, wie beispielsweise verschiedener Lehmarten, die sehr fluidem gummiartigen Schlamm bilden und daher keine schweren Belastungen zu tragen vermögen, Schwierigkeiten auf. Auch Sand ist in vielen Fällen nicht geeignet, schwere Fahrzeuge zu tragen. Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, hat man schon tragbare Stahlmatratzen verwendet, und natürlich sind in großem Maßstabe betonierte Straßen und Flugzeugrollbahnen verwendet worden. Diese haben den Nachteil, daß sie den Transport großer Mengen an schweren Baumaterialien erfordern, und zwar manchmal über große Entfernungen und oft dann, wenn geeignete Transportvorrichtungen fehlen.
Ziel der Erfindung ist es, Böden und Sand zu stabilisieren, um ihnen ausreichende Steifheit und Festigkeit zu verleihen, daß sie schwere Gewichte, d. h. Kraftfahrzeuge, Militärfahrzeuge, Flugzeuge u. dgl., zu tragen vermögen, sowie die Erosion von Böden zu verhindern, die Viskosität von fluidem Schlamm wesentlich zu erhöhen und Böden zu verfestigen und ihnen gummiähnliche Eigenschaften zu verleihen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Behandlung von Boden, um ihn zu stabilisieren, besteht darin, daß man in den Boden eine wäßrige Lösung oder Dispersion einer copolymerisierbaren Mischung einbripgi, die aus einem Acrylsäurederivat und einem Alkylidendiacrylamid der Formel besteht, worin der Kohlenwasserstoffrest eines Aldehyds und R Wasserstoff oder eine Methylgruppe ist, und die durch Polymerisation in einen wasserunlöslichen Zustand übergeht.
Die Erfindung soll im folgenden an Hand eines Beispiels näher erläutert werden.

Es ist bereits bekannt, zur Verfestigung von Böden diesen eine wäßrige Lösung bzw. Dispersion kondensierbarer Stoffe einzuverleiben und diese dann zu einem Kunstharz zu polymerisieren (USA.-Patentschriften. 2 476 015, 2 559 i62, 2 562 866/67 und 2 595 184).

Die gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verfestigung von Böden verwendeten polymeren Materialien sind jedoch als Feststoffe und in Lösungen stabiler als die gemäß diesen USA.-Patentschriften verwendeten harzartigen Kondensationsprodukte. Die Aushärtezeit der erfindungsgemäß verwendeten Polymeren ist leichter zu steuern als die Aushärtezeit der gemäß den Entgegenhaltungen durch Kondensation erhaltenen Harze, und das gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltene Gel ist biegsam und kann leichter und gleichmäßiger während der Behandlung des Bodens in diesem verteilt werden. Beispiel i Wäßrige Lösungen verschiedener monomerer Acrylsäurederivate, allein oder in Mischung, werden mit geringen Mengen Methylendiacrylamid vermischt. Es wird ein geeigneter Katalysator zugesetzt und die Mischung dann mit dem Boden vermengt, wonach man sie bei etwa 2o bis 25° polymerisieren läßt. Wenn Methylolacrylamid verwendet wird, wird seiner wäßrigen Lösung Säure oder Alkali zugesetzt, um ihr p$ auf etwa 4 oder ii einzustellen und dadurch die Kondensation der Methylolgruppen zu bewirken. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Zusammensetzung Stabilität

Harzmonomere Katalysator Boden nach Zugabe

nach 16stündiger

Kalium- Natrium- Wasser eines gealterten

. Alterung Teiles zu Wasser

°% persulfat bisulfit Art % °% bei zo bis 25° im 1.lberschuB

Acrylamid ..........

16,5

0,2 - Kaolinit 66,7 16,4 zäh, hart unlöslich

Methylendiacrylamid . 0,2 fest

Calciumacrylat ...... 5,53

Acrylamid .......... 2,77

Methylolacrylamid 0,1o - Kaolinit 66,67 22,06 hart, fest stabil, zäher,

... 2,77 gummiarti-

Methylendiacrylamid . 0,1o gummiarti-

ger Feststoff

Methylolacrylamid ... 11,93

o,14 0,05 Sand 71,43 16,31 harte Masse löst sich nicht

Methylendiacrylamid. o,14 und zerfällt

nicht

Methylolacrylamid ... 9,14 0 11 0,04 Kaolinit

Methylendiacrylamid. o,11 5634 3426 zäh, fest hiee keine g

Es kann jede polymerisierbare Mischung verwendet werden, die ein monomeres Acrylsäurederivat und ein Alkylidendiacrylamid enthält, sofern sie in der verwendeten Konzentration wasserlöslich oder in Wasser dispergierbar ist und gleichzeitig durch ein Polymerisationsverfahren in einen wasserunlöslichen Zustand übergeführt werden kann, und zwar entweder durch ein Polymerisationsverfahren von der Art der Vinylpolymerisation oder durch eine Kombination einer Kondensation mit einer solchen Polymerisation unter Bildung der neuen stabilisierten Bodenzusammensetzungen.

Beispiele für geeignete monomere Acrylsäurederivate sind: Acrylsäure, Acrylamid, N-Alkylacrylamide, in denen die Alkylgruppe bis zu 4 Kohlenstoffatome enthält, wie N-t-Butylacrylamid, Methylolacrylamid, Acrylnitril, gesättigte Alkylester von Acrylsäure, z. B. Methylacrylat, Oxyäthylacrylat, Salze der Acrylsäure, z. B. Calciumacrylat, Methacrylsäure und entsprechende Derivate davon. Wie aus dem Beispiel hervorgeht, können auch Gemische von zwei oder mehr monomeren Acrylsäure.derivaten verwendet werden.
Die Polymerisation der Vinylgruppen der erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen wird vorzugsweise durch einen der üblichen wasserlöslichen sauerstoffhaltigen Katalysatoren, wie beispielsweise Ammonium-, Kalium- und Natriumpersulfat, Wasserstoffperoxyd oder die Alkali- und Ammoniumchlorate, bewirkt. Gewöhnlich ist es erwünscht, ein Redox-Katalysator-System aus einer sauerstoffhaltigen Verbindung mit einem Reduktionsmittel, wie beispielsweise Natriumthiosulfat oder Natrium- oder Kaliumbisulfit, zu verwenden. Eine typische derartige Kombination ist ein Chlorsäure-Bisulfit-System. Im allgemeinen können o,i bis etwa 1o Gewichtsprozent der polymerisierbaren Monomeren verwendet werden.
Wenn die monomere Mischung eine Methylolverbindung enthält, ist es erwünscht, daß die Lösungen entweder stark alkalisch oder stark sauer sind, damit die Methylolgruppen in relativ kurzen Zeiten polymerisiert werden. Einige Redox-Systeme (beispielsweise Chlorsäure-Bisulfit) erfordern beispielsweise saure Bedingungen. Daher wird in solchen Fällen eine Polymerisation bei einem p11-Wert unter 7 bevorzugt. Wenn eine saure Polymerisation beabsichtigt ist, kann irgendein saures Mittel, z. B. Schwefelsäure, Salzsäure, Phosphorsäure, Diammoniumhydrogenphosphat, Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat usw., für diesen Zweck verwendet werden. In einigen Fällen kann es erwünscht sein, organische Säuren zu verwenden. Zum Beispiel können Essigsäure, Oxalsäure, Weinsäure, Phthalsäureanhydrid und andere Säuren verwendet werden.
Die verwendeten Säuremengen können bis zu sehr geringen Mengen,. die eine nur schwach saure Reaktion hervorrufen, in weitem Bereich variieren. Gewöhnlich wird ein relativ niedriger p,1-Wert in der Größenordnung von 3,5 bis 4 bevorzugt.
In einigen Fällen, insbesondere bei Böden, die säureabsorbierende oder mit Säuren reagierende Stoffe enthalten, kann es erwünschter sein, gegebenenfalls anwesende Methylolgruppen unter alkalischen Bedingungen zu polymerisieren. Hierzu kann jedes wasserlösliche Alkali verwendet werden. Im allgemeinen werden jedoch Natriumcarbonat, Natriumhydroxyd, Ammoniumhydroxyd, Kaliumhydroxyd und Kalziumhydroxyd verwendet. Es können aber auch organische Basen, wie Guanidincarbonat, benutzt werden. Wenn alkalische Materialien zur Katalysierung der Polymerisation der Methylgruppen verwendet werden, liegt der pH-Wert vorzugsweise relativ hoch, nämlich bei etwa iz. Wenn es jedoch nicht erforderlich ist, die Methylolgruppen rasch zu polymerisieren, kann auch eine niedrigere Alkalität bis herab zur Neutralität angewendet werden.
Bei alkalischen Böden kann ein Katalysatorsystem angewendet werden, das ein Amin als Aktivator für die Vinylpolymerisation enthält. Beispiele für Aktivatoren für Peroxydkatalysatoren, wie Persulfate, sind Polyamine, d. h. Diäthylentriamin, Tetraäthylenpentamin usw., Triäthanolamin, Dimethylamin-propionitril, Dimethylamino-acetonitril usw.
Die Gelbildung eines bestimmten Harzes kann variieren, je nachdem ob die Polymerisation in Gegenwart von Säure oder Alkali durchgeführt wird, und auch dieser Faktor muß bei Festlegung der Polymerisationsbedingungen berücksichtigt werden.
Die Erfindung ist auf alle Arten von Lehm und Sand und auf verschiedene Böden, die Mischungen solcher Materialien enthalten und die normalerweise weich und schlammig sind und gewöhnlich nicht gut für die Benutzung durch schwere Fahrzeuge verwendet werden können, anwendbar.
Das Verhältnis an polymerisierbarem Material, das etwa 0,5 bis io °/o Alkyhdendiacrylamid und vorzugsweise etwa 10/0, bezogen auf das gesamte polymerisierbare Material, enthält, zu dem Boden kann in weitem Bereich variieren, liegt jedoch gewöhnlich zwischen etwa 3 bis 25 Gewichtsteilen Boden zu i Gewichtsteil an polymerisierbarem Material. Gewöhnlich wird das polymerisierbare Material in Wasser gelöst oder dispergiert, um eine Lösung öder Dispersion zu bilden, die mit dem Boden vermischt wird. Die Konzentration der Lösungsoder Dispersion und die verwendete Menge können so einreguliert werden, daß die Konzentration des Endgemisches von Boden und stabilisierenden Zusätzen an Wasser in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 7o Gewichtsprozent je nach der Bodenart variiert. Sand beispielsweise erfordert sehr vielweniger Wasser als bestimmte Lehmarten. Die verwendete Menge an Wasser bestimmt bis zu einem gewissen Grade die Eigenschaften des stabilisierten Bodens.
Das polymerisierbare Material kann in irgendeiner Weise, beispielsweise durch Vermischen in einer Drehtrommel, in den Boden eingebracht werden. Eine geeignete Methode besteht beispielsweise darin, daß man den Boden und das Monomere vormischt und dem Gemisch eine Lösung des Katalysators in Wasser . zusetzt. Eine weitere manchmal anwendbare Methode besteht darin, daß man eine wäßrige Lösung oder Dispersion des polymerisierbaren Materials auf den Boden, der zäh gemacht werden soll, aufsprüht. Diese Verfahrensweise ergibt jedoch für viele Zwecke keine ausreichende Durchdringung. Diese Schwierigkeit kann aber oft wenigstens teilweise dadurch überwunden werden, dä.ß man den Boden entweder vor oder nach dem Aufsprühen oder gleichzeitig damit umpflügt. Dies kann zweckmäßig mit einem geeigneten Pflug erfolgen, der die oberste Schicht des Bodens bis in eine Tiefe von etlichen Zentimetern gründlich durchmischt.
Um eine ausreichende Verfestigung eines bestimmten Bodenabschnittes zum Tragen von schweren Lasten zu gewährleisten, wird der Boden zweckmäßig bis zu einer Tiefe von etwa 3,7 bis 15 cm nach dem erfindungsgemäßen Verfähren behandelt. Die erforderliche Tiefe variiert jedoch, je nachdem wie groß die Fluidität des Bodens zu Beginn des Verfahrens ist oder, mit anderen Worten, eine wie starke Verfestigung erforderlich ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Behandlung von Böden, um sie zu stabilisieren, dadurch gekennzeichnet, daß man in die Böden eine wäßrige Lösung oder Dispersion einer copolymerisierbaren Mischung eines Acrylsäurederivates und eines Alkyhdendiacrylamids der Formel worin ein Kohlenwasserstoffrest eines Aldehyds und R Wasserstoff oder eine Methylgruppe ist, einbringt, die durch Polymerisation in einen wasserunlöslichen Zustand übergeht.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die copolymerisierbare Mischung 0,5 bis io °/o Alkylidendiacrylamid enthält.
3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die copolymerisierbare Xischung einen Polymerisationskatalysator enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß so viel wäßrige Lösung zugefügt wird, daß das entstehende Gemisch 5 bis 7o Gewichtsprozent Wasser enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daßso vielwäßrigeLösung zugesetzt wird, daß das Verhältnis von GewicHtsteilen Boden zu copolymerisierbarer Mischung zwischen 3 : i und 25: i liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 476 015, 2 559 162, 2 562 866, 2 562 867, 2 595 184.