EP0684344A1 - Dichtmittel gegen organische Flüssigkeiten - Google Patents
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- EP0684344A1 EP0684344A1 EP95105331A EP95105331A EP0684344A1 EP 0684344 A1 EP0684344 A1 EP 0684344A1 EP 95105331 A EP95105331 A EP 95105331A EP 95105331 A EP95105331 A EP 95105331A EP 0684344 A1 EP0684344 A1 EP 0684344A1
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- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- sealing
- smectite
- organophilic
- sealing material
- material according
- Prior art date
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- Withdrawn
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Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D31/00—Protective arrangements for foundations or foundation structures; Ground foundation measures for protecting the soil or the subsoil water, e.g. preventing or counteracting oil pollution
- E02D31/002—Ground foundation measures for protecting the soil or subsoil water, e.g. preventing or counteracting oil pollution
- E02D31/004—Sealing liners
Definitions
- the invention relates to a sealing material against organic liquids and the use thereof.
- Plants for the filling and decanting of water-polluting organic substances are underlaid in the horizontal direction with a mixture of sand and swellable bentonite (EP-A 0 453 619).
- the surface is provided with a sand / bentonite mixture, the mixture is compacted and irrigated to swell the bentonite. In this way, the joints of pavers laid on the surface are sealed.
- the barrier layer obtained has a good sealing effect against water, whereas the passage of organic liquids is not reliably prevented.
- Tank farms are above-ground storage facilities for petrol and mineral oils.
- Large storage tanks are built in a trough on the surface.
- the trough is covered with a sealing mat, which contains a sealing layer with bentonite swellable in water between the two layers of a geotextile.
- the geotextile / bentonite mat is overlaid with about 50 cm of gravel / sand.
- the surface is then watered, causing the bentonite to swell and create a good sealing effect against water. There is no reliable sealing effect against large amounts of flowing organic liquid which does not cause the bentonite to swell.
- Sealing walls with low water permeability are obtained with which can enclose pollutants in order to avoid contamination of the groundwater by leachate.
- the known mixtures of cement and swellable bentonite do not contain any organophilic bentonite.
- Vertical vertical sealing walls are built using the so-called diaphragm wall method.
- the cavity volume of the cut-off wall is excavated with special grabs, the cavity being filled with a suspension of cement, bentonite swellable in water and water. After the excavation work has been completed, the cement sets hydraulically and a sealing wall with low water permeability is obtained.
- HDPE high-density polyethylene
- DE-A-3 605 252 and EP-B-0 278 348 describe the production of diaphragm walls, into which sealing foils or plates are introduced in the vertical direction before the addition of the bentonite, which sealing edges at the edge areas are provided by tightly closing lock mechanisms (profile locks ) are connected to each other.
- profile locks profile locks
- DE-A-4 222 969 describes the introduction of a combination of several non-woven fabrics between a waste body (above) and a waterproof HDPE film (below) around the film to protect against mechanical influences in the event of subsidence in the landfill body. Bentonite, which additionally seals against water, can be inserted between the various non-woven fabrics. There is no evidence of the use of organophilic bentonite.
- Bentonite geotextile mats are described, for example, in US Pat. Nos. 4,103,499 and 4,565,468 and in DE-A-4,221,329, 4,122,991 and 4,203,861. There is no information on the use of organophilic bentonite.
- Another method that is used to prevent the seepage of organic liquids into aquifers is to build oil-resistant barriers with high strength. Examples of this are asphalt concrete or surface waterproofing with bitumen. These sealing systems have the disadvantage that they are not sufficiently elastic under mechanical loads and can crack due to their brittleness, and thus become permanently leaky.
- organophilic smectites i.e. DE-A-3 145 423, 3 145 449, 3 145 452, 3 145 475 describes reaction products of an organic cationic compound and a smectite-type clay with a certain ability to exchange cations, and their use as rheological additives in non-aqueous systems , 3 208 052, US-A-2 531 427, 2 859 234, 2 966 506, 4 664 820 and 5 160 454 and EP-A-0 228 234 and 0 542 266.
- these reaction products as sealants against organic liquids.
- WO-83/01 204 relates to a process for the removal of organic waste, leachate containing organic substances being sorbed on an organophilic clay.
- Organophiles Clays have a certain sealing effect against organic substances, but this is not sufficient if the organophilic clay is in a loose form which is not enclosed by boundary walls, so that it is not compacted during swelling.
- US-A-4 960 740 is concerned with organophilic clays obtained by reacting water swellable bentonite with lecithin. The product is used as an additive for drilling fluids. No other applications are mentioned.
- US-A-4 402 881 describes the production of organophilic bentonite, in which dry bentonite a quaternary ammonium compound is added. The mixture is then kneaded and dried. Organophilic bentonite is used for the gelation of oil and drilling fluids containing solvents. There are no indications about the use as a sealing material against organic liquids.
- the object of the invention is the development of a sealing material against organic liquids, which adsorbs the organic liquids and creates a barrier layer against incoming organic liquid.
- the sealing material should have elastic properties and show a "self-healing" effect against any leaks that may occur.
- organophilic smectites (optionally in a mixture with smectites which swell in water).
- the swelling of the organophilic smectite creates an excellent sealing effect.
- the invention relates to a sealing material that at least contains a sealing layer between geotextile layers, the sealing layer containing at least one organophilic smectite.
- Geotextile layers which can be designed as a liquid-permeable fabric or nonwoven, are layers of plastic fibers that are not or are difficult to rot, e.g. made of polypropylene, polyethylene, polyvinyl chloride or polyamides (in contrast to easily decomposable textile materials such as cotton, cellulose, etc.). Between the geotextile layers, a sorption and sealing layer with a thickness of about 2-5 mm made of organophilic smectite (powder or granulate) is inserted. The organophilic smectite can be fixed between the geotextile layers by adhesives (e.g. glue) or needling the geotextile layers, the mechanical stability during installation also being improved.
- adhesives e.g. glue
- the organophilic smectite swells on contact with organic liquids.
- the resulting swelling pressure leads to the filling of intermediate spaces in the sealing layer and thus to compaction, which creates a barrier layer that prevents the penetration of organic liquid.
- Organic compounds occurring in smaller amounts are adsorbed by the barrier layer coated with the organophilic smectite and are thus prevented from groundwater layers.
- the barrier layer made of organophilic smectite can also be used for vertical sealing walls.
- At least one water-swellable smectite can be added to the organophilic smectite, the weight ratio between organophilic smectite and water-swellable smectite being about 99: 1 to 20:80.
- the sealing material according to the invention can have at least one further sealing layer contains at least one water-swellable smectite between geotextile layers.
- the sealing material can be a geotextile layer in the order given; a sealing layer containing at least one organophilic smectite; optionally a second geotextile layer; a second sealing layer containing a water-swellable smectite; and contain a third geotextile layer.
- the organophilic smectite and / or the water-swellable smectite can contain about 20 to 80% by weight of an inert material, wherein the inert material can consist of sand, gravel, earth, ash, slag, low-swelling clay minerals and / or hydraulic binders.
- the pipes are sealed with a geotextile mat which contains the organophilic smectite, optionally mixed with an inorganic smectite which is swellable in water and / or an inert material, for sealing pipes for organic liquids.
- the sealing material can also be applied as a multi-layer geotextile mat.
- the organic liquid flows into the sealing layer, the organophilic smectite swells, fills the interparticle spaces and a barrier is created to prevent further penetration of the organic liquid.
- Any leaks caused by mechanical stress in the sealing layer will automatically close the leaks due to the swelling effect of the organophilic smectite.
- sealing materials in the form of geotextile mats are used in systems for filling and / or storing organic liquids (e.g. petrol station surfaces and "tank farms").
- the sealing material according to the invention can be installed in the form of a geotextile mat in the vertical direction in the diaphragm wall suspension made of cement, bentonite and water before the cement sets. If the so-called two-phase process is used, the mat is either first installed in the bentonite suspension, whereupon the bentonite suspension is displaced by concrete; or after the bentonite suspension has been displaced by concrete, the mat is inserted vertically into the not yet set concrete.
- the geotextile layers are usually needled with one another, so that the organophilic smectite arranged between them is compressed and presses even more against the geotextile layers during swelling.
- the organophilic smectite does not initially swell during installation in the diaphragm wall because work is carried out in an aqueous environment at this stage.
- the cement then sets hydraulically and a sealing wall is created which contains a sealing layer made of organophilic smectite. If organic contaminants penetrate the sealing wall, they are first adsorbed on the organophilic smectite. If larger amounts of the organic liquid reach the sealing layer, the organophilic smectite swells and forms a barrier layer for the organic liquid. Thus, an adsorption layer builds up first and then a sealing layer.
- the organophilic smectite is the reaction product of an inorganic smectite with a cationic organic compound, preferably a quaternary ammonium compound, and can be prepared in a manner known per se (cf. the publications mentioned at the outset).
- Suitable quaternary ammonium compounds can be represented by the following formula:
- R1 is a saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon group with 10 to 20 C atoms
- R2 and R3, which may be the same or different, are saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon groups with 1 to 20 C atoms or aralkyl groups with 7 to 10 C atoms
- R4 is an alkyl group with 1 to 6 C atoms or an aralkyl group with 7 to 10 C atoms.
- the anion X ⁇ can be OH ⁇ , Cl ⁇ , Br ⁇ , CH3SO4 ⁇ or CH3CO2 ⁇ .
- Suitable compounds are dimethylditallow ammonium chloride, the tallow alkyl radical being in hydrogenated form, or benzyl tallow dimethylammonium chloride.
- the amount of organic cation required for the reaction should be between 30 and 120 mVal / 100 g smectite.
- the cationic compound is fixed to the inorganic smectite by cation exchange, hydrophobization and a layer widening of the smectite taking place.
- the cationic organic compound is added to the smectite under shear, dried and ground.
- the smectite can be dispersed in the water and separated from non-swellable impurities by cleaning with hydrocyclones.
- the cationic organic compound is added to this purified suspension, after which the organophilic bentonite floats on the water. Then it is filtered and dried.
- the starting material for the organophilic smectite or the inorganic smectite is preferably selected from the group of montmorillonites, beidellite, hectorites and saponites.
- the ion exchange capacity should be at least 30 mVal / 100 g.
- the sealing material according to the invention can be designed as a geotextile mat in the form of a web which has a locking mechanism on each side edge for sealingly connecting the web to another web which has a complementary locking mechanism on each side edge.
- the lock mechanism may have profiles attached to the side edges of the webs, the profiles of one web engaging the profiles of the other web.
- the profiles can be (a) self-sealing or (b) sealable with sealant.
- the invention is illustrated by the following examples, describe the model tests for sealing materials with geotextile layers.
- a non-woven fabric made of polypropylene fibers is placed on a glass suction filter with porosity 1 (diameter 5.5 cm filter area 23.75 cm2).
- 10 g of water-swellable bentonite sodium bentonite; commercial product Montigel® F from Süd-Chemie AG
- This layer is covered with a second layer of a polypropylene nonwoven.
- xylene is added.
- the bentonite shows no swelling effect in the presence of xylene, which is why the xylene runs immediately.
- Example 2 The procedure of Example 1 is repeated with the difference that, instead of the bentonite swellable in water, 10 g of a bentonite treated with 50 mVal quaternary ammonium compound (ditallow dimethylammonium chloride) are used per 100 g of bentonite.
- the arrangement is overlaid with xylene.
- the xylene does not penetrate and the organophilic bentonite swells. After a swelling time of 3 hours, the organophilic bentonite has swelled out.
- a water jet vacuum is then applied and 10 ml / h of xylene pass through the assembly.
- This example is a model example for a geotextile mat with only weakly (for example by gluing) interconnected outer geotextile layers.
- Example 2 The procedure of Example 2 is repeated with the difference that 10 g of a bentonite treated with 90 meq of ditallow dimethylammonium chloride per 100 g of bentonite are used.
- the organophilic bentonite slowly swells in the xylene, but the xylene does not pass through the layer. After 32 hours, the organophilic bentonite swelled. After applying a water jet vacuum, it was found that 3 ml of xylene passed through the arrangement per hour.
- the organophilic bentonite was able to swell freely because the geotextile layer only loosely rested on the sealing layer. If the sealing layer swells against the pressure of a load, as is the case in an analogous manner with sealing mats, in which the geotextile layers are needled with one another, the sealing properties improve even further, as can be seen from the following examples:
- a polyethylene fabric with a mesh size of approximately 0.1 mm was placed on a glass filter with a filter area of 63.6 cm2 and a porosity of 0.
- a sealing layer of 26.8 g of the organophilic bentonite from Example 2 was applied thereon.
- a second polyethylene fabric was placed on top, with a load of 22.8 kg. Then the assembly was filled with xylene.
- the sealing layer now took 38 hours to fully swell. After the sealing layer had swelled completely, the xylene was pressed onto the sealing layer with an excess pressure of 1 bar. After 2 h, xylene passed through the sealing layer for the first time. The arrangement was changed from 4 ml xylene / h flows through.
- Example 4 The procedure of Example 4 was repeated with the difference that 26.8 g of the organophilic bentonite from Example 3 were used. The swelling time was 48 hours. No breakthrough of the xylene was found until the experiment was stopped after 5 days.
- Example 11 Mixtures of sand and the organophilic bentonite according to Example 2 were produced.
- the mixing ratio of organophilic bentonite / sand was 1: 9 (example 6), 2: 8 (example 7), 3: 7 (example 8), 4: 6 (example 9), 5: 5 (example 10) and 6: 4 (Example 11).
- the mixtures were processed and examined as indicated in Example 2. The time was measured until the xylene was completely penetrated by the sealing layer. A water jet vacuum was then applied and the amount of xylene that flowed through the sealing layer was measured. The results are shown in the table below.
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Abstract
Beschrieben wird ein Dichtmaterial gegen organische Flüssigkeiten, das mindestens eine Dichtschicht zwischen Geotextilschichten enthält, wobei die Dichtschicht mindestens einen organophilen Smektit enthält.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Dichtmaterial gegen organische Flüssigkeiten sowie dessen Verwendung.
- Zur Abdichtung von Deponien, Tankstellen und Abwasserrohren wurden bereits Mischungen aus Kies, Sand und in Wasser quellfähigem Bentonit eingesetzt (Greinacher J., G. Piepenbreier, "Glückauf", S. 128 (1992), No. 4, S. 276-281). Beim Durchtritt von Wasser quillt der Bentonit auf, wobei durch den entstandenen Quelldruck des Bentonits die Hohlräume zwischen den Sandkörnern verfüllt werden, was zu einer Dichtwirkung führt. Handelt es sich nicht um ein wasserführendes Rohr, sondern wird in dem Rohr eine organische Flüssigkeit (z.B. Erdöl) transportiert, so kommt die Quellwirkung des in Wasser quellfähigen Bentonits in Kontakt mit organischen Flüssigkeiten nicht zum Tragen.
- Anlagen zum Ab- und Umfüllen von wassergefährdenden organischen Stoffen werden in horizontaler Richtung mit einem Gemisch aus Sand und quellfähigem Bentonit unterlegt (EP-A 0 453 619).
- Die Oberfläche wird mit einem Sand/Bentonit-Gemisch versehen, die Mischung wird verdichtet und zur Quellung des Bentonits bewässert. Auf diese Weise werden auch die Fugen von an der Oberfläche verlegten Pflastern abgedichtet. Die erhaltene Sperrschicht weist eine gute Dichtwirkung gegenüber Wasser auf, wogegen der Durchtritt von organischen Flüssigkeiten nicht zuverlässig unterbunden wird.
- Bei der Errichtung von sogenannten Tank-Farms besteht die Notwendigkeit, die Oberfläche gegen das Durchdringen von eventuell auslaufenden organischen Flüssigkeiten zu schützen. Tank-Farms sind oberirdisch errichtete Lageranlagen für Benzin und Mineralöle. Hierbei werden große Lagertanks in einer an der Oberfläche befindlichen Mulde errichtet. Die Mulde wird mit einer Dichtmatte ausgelegt, welche zwischen den beiden Schichten eines Geotextils eine Dichtschicht mit in Wasser quellfähigem Bentonit enthält. Die Geotextil/Bentonitmatte wird mit etwa 50 cm Kies/Sand überlagert. Anschließend wird die Oberfläche bewässert, wobei der Bentonit quillt und eine gute Dichtwirkung gegenüber Wasser erzeugt. Eine Dichtwirkung gegenüber größeren Mengen ausfliessender organischer Flüssigkeit, die den Bentonit nicht zum Quellen veranlaßt, ist nicht zuverlässig gegeben.
- Bei der Errichtung von vertikalen Abdichtungen, z.B. von Deponien, ist es Stand der Technik, Dichtwände aus Zement, in Wasser quellfähigem Bentonit und Wasser zu errichten (vergl. D. Urban, BBR 3/93, 44, S. 102-110; DE-A-3 610 755 und 4 312 570).
- Man erhält Dichtwände mit geringer Wasserdurchlässigkeit, mit der man Schadstoffe umschließen kann, um eine Kontamination des Grundwassers durch Sickerwässer zu vermeiden. Die bekannten Mischungen aus Zement und quellfähigem Bentonit enthalten keinen organophilen Bentonit.
- Die Errichtung unterirdischer vertikaler Dichtwände erfolgt nach dem sogenannten Schlitzwandverfahren. Das Hohlraumvolumen der Dichtwand wird mit speziellen Greifern ausgegraben, wobei der Hohlraum mit einer Suspension aus Zement, in Wasser quellfähigem Bentonit und Wasser verfüllt wird. Nach Abschluß der Aushubarbeiten bindet der Zement hydraulisch ab, und man erhält eine Dichtwand mit geringer Wasserdurchlässigkeit.
- Die Dichtwirkung dieser Konstruktionen ist jedoch auf Wasser beschränkt und erstreckt sich nicht zuverlässig auf organische Flüssigkeiten. Es besteht daher Bedarf nach einem Verfahren zur zusätzlichen Abdichtung gegenüber organischen Flüssigkeiten. Dies kann dadurch geschehen, daß vor dem Abbinden eine HDPE-Folienbahn (HDPE = Polyethylen mit hoher Dichte) in vertikaler Richtung in die Zement-Bentonit-Wasser-Slurry eingebaut wird.
- Die DE-A-3 605 252 und die EP-B-0 278 348 beschreiben die Herstellung von Schlitzwänden, in die vor dem Zusatz des Bentonits in vertikaler Richtung Abdichtfolien oder -platten eingebracht werden, welche an den Randbereichen durch dicht schließende Schloßmechanismen (Profilschlösser) miteinander verbunden werden. Es fehlen jedoch Hinweise auf Bentonit-Geotextilmatten mit Schloßmechanismus sowie auf die Verwendung von organophilen Tonen. Außerdem besteht die Gefahr der mechanischen Beschädigung der Folie beim Einbau, und es stellt sich die Frage nach der Langzeitbeständigkeit.
- Die DE-A-4 222 969 beschreibt die Einbringung einer Kombination aus mehreren Faservliesen zwischen einem Müllkörper (oben) und einer wasserdichten HDPE-Folie (unten), um die Folie vor mechanischen Einwirkungen im Falle von Setzungen im Deponiekörper zu schützen. Es kann zwischen die verschiedenen Faservliese Bentonit eingebracht werden, welcher zusätzlich gegen Wasser abdichtet. Über die Verwendung von organophilem Bentonit finden sich keine Hinweise.
- Bentonit-Geotextilmatten sind beispielsweise in den US-A-4 103 499 und 4 565 468 sowie in den DE-A-4 221 329, 4 122 991 und 4 203 861 beschrieben. Über die Verwendung von organophilem Bentonit finden sich keine Angaben.
- Ein weiteres praktiziertes Verfahren, das Versickern organischer Flüssigkeiten in grundwasserführende Schichten zu verhindern, besteht darin, ölabweisende Barrieren mit hoher Festigkeit zu errichten. Beispiele hierfür sind Asphaltbeton oder Oberflächenabdichtungen mit Bitumen. Diese Abdichtungssysteme haben den Nachteil, daß sie bei mechanischen Belastungen nicht ausreichend elastisch sind und wegen ihrer Sprödigkeit Risse bekommen können, und damit dauerhaft undicht werden.
- Die Herstellung von organophilen Smektiten, d.h. von Reaktionsprodukten einer organischen kationischen Verbindung und eines Tons vom Smektittyp mit einer gewissen Kationenaustauschfähigkeit, sowie deren Verwendung als rheologische Zusätze zu nicht-wäßrigen Systemen ist beispielsweise aus den DE-A-3 145 423, 3 145 449, 3 145 452, 3 145 475, 3 208 052, den US-A-2 531 427, 2 859 234, 2 966 506, 4 664 820 und 5 160 454 und den EP-A-0 228 234 und 0 542 266 bekannt. Über die Verwendung dieser Reaktionsprodukte als Dichtmittel gegen organische Flüssigkeiten finden sich jedoch keine Hinweise.
- Die WO-83/01 204 betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von organischen Abfällen, wobei organische Substanzen enthaltende Sickerwässer an einem organophilen Ton sorbiert werden. Organophile Tone haben gegenüber organischen Substanzen eine gewisse Dichtwirkung, die aber nicht ausreicht, wenn der organophile Ton in einer losen, nicht durch Begrenzungswände eingeschlossenen Form vorliegt, so daß er beim Quellen nicht kompaktiert wird.
- Die US-A-4 960 740 befaßt sich mit organophilen Tonen, die durch Umsetzung von in Wasser quellfähigem Bentonit mit Lecithin erhalten werden. Das Produkt wird als Additiv für Bohrspülungen verwendet. Weitere Anwendungen sind nicht erwähnt.
- Die US-A-4 402 881 beschreibt die Herstellung von organophilem Bentonit, wobei trockenen Bentonit eine quaternäre Ammoniumverbindung zugesetzt wird. Das Gemisch wird dann verknetet und getrocknet. Der organophile Bentonit wird zur Gelierung von Öl und von lösungsmittelhaltigen Bohrspülflüssigkeiten verwendet. Hinweise über die Verwendung als Dichtmaterial gegen organische Flüssigkeiten finden sich nicht.
- Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines Dichtmaterials gegen organische Flüssigkeiten, welches die organischen Flüssigkeiten adsorbiert und eine Sperrschicht gegenüber eintretender organischer Flüssigkeit erzeugt. Das Dichtmaterial soll elastische Eigenschaften aufweisen und eine "selbstheilende" Wirkung gegenüber eventuell auftretenden Undichtigkeiten zeigen.
- Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe durch die Verwendung von organophilen Smektiten (gegebenenfalls im Gemisch mit in Wasser quellfähigen Smektiten) in einer bestimmten Anordnung gelöst werden kann. Durch die Quellung des organophilen Smektits tritt eine hervorragende Dichtwirkung ein.
- Gegenstand der Erfindung ist ein Dichtmaterial, das mindestens eine Dichtschicht zwischen Geotextilschichten enthält, wobei die Dichtschicht mindestens einen organophilen Smektit enthält.
- Unter den Geotextilschichten, die als flüssigkeitsdurchlässiges Gewebe oder Vlies ausgeführt sein können, versteht man Schichten aus nicht oder nur schwer verrottbaren Kunststofffasern, z.B. aus Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid oder Polyamiden (im Gegensatz zu leicht verrottbaren Textilmaterialien, wie Baumwolle, Zellstoff, usw.). Zwischen den Geotextilschichten ist eine Sorptions- und Dichtschicht mit einer Dicke von etwa 2-5 mm aus organophilem Smektit (Pulver oder Granulat) eingebracht. Der organophile Smektit kann durch Klebstoffe (z.B. Leim) oder Vernadeln der Geotextilschichten zwischen den Geotextilschichten fixiert sein, wobei auch die mechanische Stabilität beim Einbau verbessert wird.
- Der organophile Smektit quillt bei Kontakt mit organischen Flüssigkeiten auf. Der dabei entstehende Quelldruck führt zur Verfüllung von Teilchenzwischenräumen in der Dichtschicht und damit zu einer Kompaktierung, wodurch eine Sperrschicht entsteht, welche das Durchdringen von organischer Flüssigkeit verhindert. In kleineren Mengen auftretende organische Verbindungen werden von der mit dem organophilen Smektit vergüteten Sperrschicht adsorbiert und auf diese Weise von grundwasserführenden Bodenschichten abgehalten. Die Sperrschicht aus organophilem Smektit kann auch für vertikale Dichtwände verwendet werden.
- Dem organophilen Smektit kann mindestens ein in Wasser quellfähiger Smektit beigemischt werden, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen organophilem Smektit und in Wasser quellfähigem Smektit etwa 99:1 bis 20:80 beträgt.
- Nach einer weiteren Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Dichtmaterial mindestens eine weitere Dichtschicht, welche mindestens einen in Wasser quellbaren Smektit zwischen Geotextilschichten enthält, enthalten.
- So kann das Dichtmaterial in der angegebenen Reihenfolge eine Geotextilschicht; eine Dichtschicht, enthaltend mindestens einen organophilen Smektit; gegebenenfalls eine zweite Geotextilschicht; eine zweite Dichtschicht, enthaltend einen in Wasser quellfähigen Smektit; und eine dritte Geotextilschicht enthalten.
- Ferner kann der organophile Smektit und/oder der in Wasser quellbare Smektit etwa 20 bis 80 Gew.-% eines Inertmaterials enthalten, wobei das Inertmaterial aus Sand, Kies, Erdreich, Asche, Schlacke, niedrigquellenden Tonmineralien und/oder hydraulischem Bindemittel bestehen kann.
- Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung des vorstehend beschriebenen Dichtmaterials zur Abdichtung von
- (a) Anlagen, zum Abfüllen und/oder Lagern von organischen Flüssigkeiten;
- (b) Rohrleitungen für den Transport von organischen Flüssigkeiten und
- (c) vertikalen Dichtwänden.
- Was die Anwendungsmöglichkeiten im einzelnen betrifft, werden zur Abdichtung von Rohrleitungen für organische Flüssigkeiten die Rohre mit einer Geotextilmatte, die den organophilen Smektit, gegebenenfalls im Gemisch mit einem im Wasser quellfähigen anorganischen Smektit und/oder einem Inertmaterial enthält, umgeben. Das Dichtmaterial kann auch als mehrschichtige Geotextilmatte aufgebracht werden. Bei Rohrundichtigkeiten fließt die organische Flüssigkeit in die Dichtschicht, der organophile Smektit quillt auf, verfüllt die Teilchenzwischenräume und es entsteht eine Barriere gegen das weitere Durchdringen der organischen Flüssigkeit. Beim Entstehen von eventuellen Undichtigkeiten durch mechanische Beanspruchungen in der Dichtschicht werden die Undichtkeiten durch die Quellwirkung des organophilen Smektits wieder selbsttätig geschlossen.
- Die gleichen Vorteile ergeben sich, wenn die Dichtmaterialien in Form von Geotextilmatten bei Anlagen zum Abfüllen und/oder Lagern von organischen Flüssigkeiten (z.B. Tankstellenoberflächen und "Tank-Farms") angewendet werden.
- Bei der Erstellung von vertikalen Dichtwänden zur Abdichtung gegen organische Flüssigkeiten und zur Adsorption von organischen Bestandteilen in wäßrigen Flüssigkeiten kann das erfindungsgemäße Dichtmaterial in Form einer Geotextilmatte in vertikaler Richtung in die Schlitzwandsuspension aus Zement, Bentonit und Wasser eingebaut werden, bevor der Zement abbindet. Wird das sogenannte Zweiphasenverfahren angewandt, wird die Matte entweder zuerst in die Bentonitsuspension eingebaut, worauf die Bentonitsuspension durch Beton verdrängt wird; oder die Matte wird nach dem Verdrängen der Bentonitsuspension durch Beton vertikal in den noch nicht abgebundenen Beton eingeführt.
- Üblicherweise sind die Geotextilschichten miteinander vernadelt, so daß der dazwischen angeordnete organophile Smektit verdichtet wird und beim Quellen noch stärker gegen die Geotextilschichten drückt. Der organophile Smektit quillt während des Einbaus in die Schlitzwand zunächst aber noch nicht, weil in diesem Stadium in wäßrigem Milieu gearbeitet wird. Anschließend bindet der Zement hydraulisch ab, und es entsteht eine Dichtwand, welche eine Dichtschicht aus organophilem Smektit enthält. Wird die Dichtwand von organischen Verunreinigungen durchdrungen, so werden diese zunächst an dem organophilen Smektit adsorbiert. Gelangen größere Mengen der organischen Flüssigkeit bis zur Dichtschicht, so quillt der organophile Smektit auf und bildet eine Sperrschicht für die organische Flüssigkeit. Somit baut sich zunächst eine Adsorptionsschicht und dann eine Dichtschicht auf.
- Der organophile Smektit ist das Reaktionsprodukt eines anorganischen Smektits mit einer kationischen organischen Verbindung, vorzugsweise einer quaternären Ammoniumverbindung und kann in an sich bekannter Weise hergestellt werden (vergl. die eingangs erwähnten Druckschriften).
- Geeignete quaternäre Ammoniumverbindungen lassen sich durch folgende Formel wiedergeben:
In dieser Formel haben die Substituenten folgende Bedeutung:
R₁ ist eine gesättigte oder ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 10 bis 20 C-Atomen, R₂ und R₃, welche gleich oder voneinander verschieden sein können, sind gesättigte oder ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffgruppen mit 1 bis 20 C-Atomen oder Aralkylgruppen mit 7 bis 10 C-Atomen. R₄ ist eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen oder eine Aralkylgruppe mit 7 bis 10 C-Atomen. Das Anion X⊖ kann OH⁻, Cl⁻, Br⁻, CH₃SO₄⁻ oder CH₃CO₂⁻ sein. - Beispiele für geeignete Verbindungen sind Dimethyl-ditalg-ammoniumchlorid, wobei der Talg-Alkylrest in hydrierter Form vorliegt, oder Benzyl-talg-dimethylammoniumchlorid.
- Die zur Umsetzung benötigte Menge des organischen Kations sollte zwischen 30 und 120 mVal/100 g Smektit betragen.
- Die kationische Verbindung wird durch Kationenaustausch am anorganischen Smektit fixiert, wobei eine Hydrophobierung und eine Schichtaufweitung des Smektits erfolgt. Im einfachsten Fall wird der Smektit unter Scherwirkung mit der kationischen organischen Verbindung versetzt, getrocknet und vermahlen. Alternativ dazu kann der Smektit im Wasser dispergiert werden und durch Ausreinigung mit Hydrozyklonen von nichtquellfähigen Verunreinigungen abgetrennt werden. Zu dieser ausgereinigten Suspension wird die kationische organische Verbindung gegeben, wonach der organophile Bentonit auf dem Wasser aufschwimmt. Danach wird filtriert und getrocknet.
- Das Ausgangsmaterial für den organophilen Smektit bzw. den anorganischen Smektit ist vorzugsweise aus der Gruppe der Montmorillonite, Beidellite, Hectorite und Saponite ausgewählt. Die Ionenaustauschkapazität soll mindestens 30 mVal/100 g betragen.
- Das erfindungsgemäße Dichtmaterial kann als Geotextilmatte in Form einer Bahn ausgebildet sein, die an jedem Seitenrand einen Schloßmechanismus zum dichten Verbinden der Bahn mit einer anderen Bahn, die einen komplementären Schloßmechanismus an jedem Seitenrand besitzt, aufweist.
- Der Schloßmechanismus kann an den Seitenrändern der Bahnen angebrachte Profile aufweisen, wobei die Profile einer Bahn in die Profile der anderen Bahn eingreifen. Hierbei können die Profile (a) selbstdichtend oder (b) durch Dichtmittel abdichtbar sein. Diese Schloßmechanismen sind in der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung P 44 18 629.0 beschrieben, die als Referenz Teil der vorliegenden Beschreibung sein soll.
- Die Erfindung ist durch die nachstehenden Beispiele erläutert, die Modellversuche für Dichtmaterialen mit Geotextilschichten beschreiben.
- Auf eine Glasfilternutsche der Porosität 1 (Durchmesser 5,5 cm Filterfläche 23,75 cm²) wird ein Faservlies aus Polypropylenfasern gelegt. Auf dieser Geotextilschicht werden 10 g in Wasser quellfähiger Bentonit (Natriumbentonit; Handelsprodukt Montigel ® F der Firma Süd-Chemie AG) ausgebreitet (Schichtdicke etwa 3-4 mm). Diese Schicht wird mit einer zweiten Schicht aus einer Polypropylen-Faservlies abgedeckt. Dann wird Xylol aufgegeben. Der Bentonit zeigt in Gegenwart von Xylol keine Quellwirkung, weshalb das Xylol sofort durchläuft.
- Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird mit der Abweichung wiederholt, daß statt des in Wasser quellfähigen Bentonits 10 g eines mit 50 mVal quaternärer Ammoniumverbindung (Ditalg-Dimethylammoniumchlorid) je 100 g behandelten Bentonits verwendet werden. Die Anordnung wird mit Xylol überschichtet. Das Xylol dringt nicht durch, und der organophile Bentonit quillt an. Nach einer Quellzeit von 3 Stunden ist der organophile Bentonit ausgequollen. Dann wird ein Wasserstrahlvakuum angelegt, worauf 10 ml/h Xylol durch die Anordnung hindurchgehen. Dieses Beispiel ist ein Modellbeispiel für eine Geotextilmatte mit nur schwach (z.B. durch Verkleben) miteinander verbundenen äußeren Geotextilschichten.
- Die Arbeitsweise von Beispiel 2 wird mit der Abweichung wiederholt, daß 10 g eines mit 90 mVal Ditalg-Dimethylammoniumchlorid je 100 g Bentonit behandelten Bentonits verwendet werden. Der organophile Bentonit quillt langsam im Xylol auf, doch durchläuft das Xylol die Schicht nicht. Nach 32 h ist der organophile Bentonit ausgequollen. Nach dem Anlegen von Wasserstrahlvakuum wurde gefunden, daß pro Stunde 3 ml Xylol die Anordnung passierten.
- Nach den Beispielen 2 und 3 konnte die Quellung des organophilen Bentonits frei erfolgen, weil die Geotextilschicht nur lose auf der Dichtschicht auflage. Erfolgt die Quellung der Dichtschicht entgegen dem Druck einer Auflast, wie es in analoger Weise bei Dichtmatten der Fall ist, bei denen die Geotextilschichten miteinander vernadelt sind, so verbessern sich die Dichtigkeiten noch weiter, wie aus den folgenden Beispielen hervorgeht:
- Auf eine Glasfilternutsche mit einer Filterfläche von 63,6 cm² und der Porosität 0 wurde ein Polyethylengewebe mit einer Maschenweite von etwa 0,1 mm gelegt. Darauf wurde eine Dichtschicht von 26,8 g des organophilen Bentonits von Beispiel 2 aufgebracht. Darüber wurde ein zweites Polyethylengewebe gelegt, das mit einer Auflast von 22,8 kg versehen wurde. Dann wurde die Anordnung mit Xylol befüllt.
- Die Dichtschicht benötigte nunmehr 38 h, bis sie vollständig durchgequollen war. Nach vollständiger Ausquellung der Dichtschicht wurde das Xylol mit einem Überdruck von 1 bar auf die Dichtschicht gepreßt. Nach 2 h trat erstmals Xylol durch die Dichtschicht hindurch. Die Anordnung wurde von 4 ml Xylol/h durchströmt.
- Die Arbeitsweise von Beispiel 4 wurde mit der Abweichung wiederholt, daß 26,8 g des organophilen Bentonits vom Beispiel 3 verwendet wurden. Die Quellzeit betrug 48 h. Bis zum Abbruch des Versuches nach 5 Tagen war kein Durchbruch des Xylols feststellbar.
- Es wurden Mischungen aus Sand und dem organophilen Bentonit nach Beispiel 2 hergestellt. Das Mischungsverhältnis organophiler Bentonit/Sand betrug 1:9 (Beispiel 6), 2:8 (Beispiel 7), 3:7 (Beispiel 8), 4:6 (Beispiel 9), 5:5 (Beispiel 10) und 6:4 (Beispiel 11). Die Mischungen wurden, wie in Beispiel 2 angegeben, verarbeitet und untersucht. Es wurde die Zeit gemessen, bis die Dichtschicht vollständig vom Xylol durchquollen wurde. Dann wurde ein Wasserstrahlvakuum angelegt, und die Menge des Xylols gemessen, welche die Dichtschicht durchströmte. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angegeben.
- Die Versuche wurden analog den Beispielen 6 - 11 durchgeführt, jedoch unter Verwendung des organophilen Bentonits von Beispiel 3.
- Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt.
-
Claims (11)
- Dichtmaterial gegen organische Flüssigkeiten, enthaltend mindestens eine Dichtschicht zwischen Geotextilschichten, wobei die Dichtschicht mindestens einen organophilen Smektit enthält.
- Dichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem organophilen Smektit mindestens ein in Wasser quellfähiger Smektit beigemischt ist, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen organophilem Smektit und in Wasser quellfähigem Smektit 99:1 bis 20:80 beträgt.
- Dichtmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es in der angegebenen Reihenfolge eine Geotextilschicht; eine Dichtschicht, enthaltend mindestens einen organophilen Smektit; gegebenenfalls eine zweite Geotextilschicht; eine zweite Dichtschicht, enthaltend einen in Wasser quellfähigen Smektit; und eine dritte Geotextilschicht enthält.
- Dichtmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der organophile Smektit und/oder der in Wasser quellbare Smektit etwa 20 bis 80 Gew.-% eines Inertmaterials enthält.
- Dichtmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertmaterial aus Sand, Kies, Erdreich, Asche, Schlacke, niedrigquellenden Tonmineralien und/oder hydraulischem Bindemittel besteht.
- Dichtmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der organophile Smektit das Reaktionsprodukt eines anorganischen Smektits mit einer kationischen organischen Verbindung, vorzugsweise einer quaternären Ammoniumverbindung, darstellt.
- Dichtmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial für den organophilen bzw. den anorganischen Smektit aus der Gruppe der Montmorillonite, Beidellite, Hectorite und Saponite ausgewählt ist.
- Dichtmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Geotextilmatte in Form einer Bahn, die an jedem Seitenrand einen Schloßmechanismus zum dichten Verbinden der Bahn mit einer anderen Bahn, die einen komplementären Schloßmechanismus an jedem Seitenrand besitzt, aufweist.
- Dichtmaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schloßmechanismus an den Seitenrändern der Bahnen angebrachte Profile aufweist, wobei die Profile der einen Bahn in die Profile der anderen Bahn eingreifen.
- Dichtmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile (a) selbstdichtend oder (b) oder durch Dichtmittel abdichtbar sind.
- Verwendung des Dichtmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Abdichtung von(a) Anlagen, zum Abfüllen und/oder Lagern von organischen Flüssigkeiten;(b) Rohrleitungen für den Transport von organischen Flüssigkeiten und(c) vertikalen Dichtwänden.
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