EP0950641A2 - Depotsteine und Verfahren zur Verhinderung bzw. Verminderung der Bildung von Ablagerungen in Bauwerksentwässerungssystemen - Google Patents

Depotsteine und Verfahren zur Verhinderung bzw. Verminderung der Bildung von Ablagerungen in Bauwerksentwässerungssystemen Download PDF

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EP0950641A2
EP0950641A2 EP99105768A EP99105768A EP0950641A2 EP 0950641 A2 EP0950641 A2 EP 0950641A2 EP 99105768 A EP99105768 A EP 99105768A EP 99105768 A EP99105768 A EP 99105768A EP 0950641 A2 EP0950641 A2 EP 0950641A2
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EP
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acid
water
stones
drainage system
depot
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EP0950641A3 (de
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Marcel Christian Wegmüller
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E01B1/008—Drainage of track
    • 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
    • E02D31/02—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 against ground humidity or ground water
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F16/00—Drainage
    • E21F16/02—Drainage of tunnels

Definitions

  • the invention relates to depot stones for preventing or reducing the Formation of deposits, especially carbonate deposits, in one Building drainage system, processes for their production and their Use in methods to prevent or reduce education of deposits, especially carbonate deposits, in building drainage systems.
  • the drainage systems are among building drainage systems of civil engineering structures, such as buildings, Buildings, train stations, airport facilities, tunnels, tunnels, caverns, Dams, dams, hydropower structures, earth dams, retaining walls, road structures, Wells or provisional construction pits and slope drainage systems to understand.
  • civil engineering structures such as buildings, Buildings, train stations, airport facilities, tunnels, tunnels, caverns, Dams, dams, hydropower structures, earth dams, retaining walls, road structures, Wells or provisional construction pits and slope drainage systems to understand.
  • drainage systems used here includes both "primary drainage systems” of a structure that contain elements which are no longer freely accessible after completion of the building, e.g. Dimpled sheets or strips, drainage mats, percolation packs around the Drainage lines around, openings of the drainage pipes (outside) and the like.
  • secondary drainage systems included elements such as Drainage pipes (inside), inspection shafts, Sludge collector, supply lines, drainage lines and the like
  • Type 1 the formation of deposits through natural carbonate or lime oversaturation. Carbonate or lime-saturated mountain water loses part of its CO 2 content when it enters a building drainage system and causes the formation of carbonate deposits as a result of an equilibrium reaction;
  • Type 2 the formation of deposits by increasing the pH of the mountain water, as is caused, for example, by the contact of the ground and mountain water with alkaline building materials (concrete). This increases the pH of the groundwater and mountain water and leads to massive carbonate precipitation;
  • Type 3 the formation of deposits, especially carbonate deposits, from carbonated mountain water in contact with concrete structures.
  • Carbonated mountain water forms carbon dioxide gas bubbles as it flows towards the building as a result of the pressure relief. These cannot escape and flow together with the mountain water towards the cavity. An aggressive limescale-dissolving environment forms around the gas bubbles.
  • calcium hydroxide is released from the cement matrix and excreted again when the mountain water enters the drainage system by escaping the excess CO 2 in the form of carbonate deposits.
  • the object of the invention was therefore to provide a method for reducing or Prevention of the formation of deposits, especially carbonate deposits, to be found in building drainage systems that of the above meets a wide range of problems and not just primary ones and can use secondary drainage systems, but also technically is simple and economically feasible in cases where the resulting water quantity is not constant, but strong fluctuations and is subject to no corrosive interactions with the used building materials, for example the building waterproofing, which are usually made of polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE) or polypropylene (PP) exist, the concrete, the steel reinforcement, the glass fiber anchors or the like.
  • PVC polyvinyl chloride
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • the invention relates to depot stones for Prevention or reduction of the formation of deposits, in particular Carbonate deposits, in a building drainage system, which featured are by a content of at least one water conditioning agent, optionally in a mixture with at least one carrier substance and / or binders, and optionally other customary additives, such as. Flow regulators, lubricants and / or preservatives.
  • the depot stones according to the invention preferably have a homogeneous one or structured, in particular layered, structure and are preferred of any size and shape. They are preferably cast or pressed form, especially in the form of blocks or tablets, in front.
  • the depot stones according to the invention preferably contain at least 10% by weight at least 25% by weight, particularly preferably 50 to 95% by weight Water conditioning agent and the rest of the carrier material and / or binder as well as any other usual additives, such as Flow regulating agent, Lubricants and / or preservatives.
  • Water conditioning agent and the rest of the carrier material and / or binder as well as any other usual additives, such as Flow regulating agent, Lubricants and / or preservatives.
  • the latter protect the depot stones before premature degradation (decomposition) by microorganisms, in particular Sulphate-reducing microorganisms such as those found in ground and mountain water can be included.
  • the depot stones according to the invention can be used both in the primary and be used in the secondary building drainage system. At Contact of the groundwater and mountain water (leachate) with the Depot stones release the conditioning agent contained in them and thus protect the drainage system on the subsequent flow path before the formation of hard deposits (sintering). Through the specific composition and the amount of carrier substance in the depot stones the amount of conditioning agent can be dispensed in any Controlled way.
  • the depot stones according to the invention contain as water conditioning agents preferably homopolymers, copolymers or terpolymers of saturated or unsaturated, one or more hydroxyl, oxo or amino groups containing mono-, di- and polycarboxylic acids and their salts, esters, Amides and anhydrides, oxidized carbohydrates, proteins and mixtures from that.
  • Particularly preferred water conditioning agents are homopolymers, Copolymers or terpolymers of saturated or single or multiple unsaturated monocarboxylic acids, dicarboxylic acids or polycarboxylic acids, which have one or more hydroxyl, oxo or amino groups, of which Esters, salts, especially ammonium and alkali metal salts, amides, Imides and anhydrides, especially those of acrylic acid, methacrylic acid, Acrylamide, methacrylamide, maleic acid, maleic acid amide or imide, Maleic anhydride, ⁇ -amino succinic acid, ⁇ -amino succinic acid amide or -imide, ⁇ -amino succinic anhydride, itaconic acid (methylene succinic acid), Itaconic acid amide or imide, itaconic anhydride, ⁇ -aminoglutaric acid, ⁇ -aminoglutaric acid amide or imide, ⁇ -aminoglutaric acid anhydride
  • Succinic amides are particularly suitable as water conditioning agents, Polysaccharides, polyoxycarboxylic acids and their copolymers, proteins, in particular polyamino succinic acid, polyacrylates, polymethacrylates, polyacrylamides, Copolymers of acrylic acid or methacrylic acid and acrylamide, sulfomethylated or sulfoethylated polyacrylamides, copolymers and terpolymers with acrylic acid and maleic acid ester, maleic anhydride polymers and copolymers or oxidized carbohydrates, these products individually or can be used in a mixture for the production of custodian stones.
  • hydrophobic fats, waxes or are particularly well suited Resins, hydrocolloid formers such as metolose, hydroxypropylmethylcellulose and ethyl cellulose or fatty acids, especially lauric acid, hardened castor oil, Carnauba wax, microcrystalline cellulose or mixtures thereof optionally with a flow regulator such as colloidal silicon dioxide, a lubricant such as sucrose stearate and / or a preservative such as methyl paraben or butyl paraben.
  • Resins such as metolose, hydroxypropylmethylcellulose and ethyl cellulose or fatty acids, especially lauric acid, hardened castor oil, Carnauba wax, microcrystalline cellulose or mixtures thereof optionally with a flow regulator such as colloidal silicon dioxide, a lubricant such as sucrose stearate and / or a preservative such as methyl paraben or butyl paraben.
  • Particularly suitable deposit stones for the treatment of basic and Mountain waters with a pH of preferably 5 to 9 are those that have 10 up to 100 wt .-%, preferably 55 to 95 wt .-% polycarboxylic acid (preferably polymers based on acrylate and methacrylate) and 90 to 0 % By weight, preferably 45 to 5% by weight of carrier substance, preferably lauric acid, contain.
  • Suitable depot stones For conditioning groundwater and mountain water with a pH value of preferably 8 to 12.5 are particularly suitable depot stones that 10 to 100% by weight, preferably 25 to 75% by weight, of polyaminosuccinic acid a molecular weight from 1000 to 5000, in particular from 1500 to 3000, and an ⁇ / ⁇ ratio of (20-50) :( 80-50), preferably 30:70, and 90 to 0% by weight, preferably 75 to 25% by weight of carrier substance, preferably Gelatin.
  • the depot stones according to the invention can be produced using of casting processes or pressing processes.
  • the casting process is characterized in that the water conditioning agent with the carrier and / or a binder a low melting point, preferably below 60 ° C in the desired one Mixing ratio while heating and the resulting Melt from the carrier substance and / or the binder with the therein dispersed water conditioner particles cools and forms under Formation of homogeneous deposit stones.
  • This method uses as a carrier, preferably gelatin, hydrophobic fats, waxes or Resins or mixtures thereof.
  • the pressing process for producing the depot stones according to the invention is characterized in that the water conditioning agent with powder Carrier substances and / or binders in the desired Mixing ratio dry mixes and the resulting dry mixture then pressed into shaped bodies.
  • Hydrocolloid formers such as metolose, hydroxypropylmethyl cellulose are particularly suitable and ethyl cellulose, fatty acids, especially lauric acid, hardened castor oil, carnauba wax or microcrystalline cellulose or mixtures from that.
  • the carrier substance Before or during the manufacture of the depot stones, the carrier substance preferably flow regulating agents, for example colloidal silicon dioxide, Lubricants, for example sucrose stearate, and / or preservatives, for example methyl paraben or butyl paraben.
  • the preservatives protect the depot stones from premature biodegradation (Decomposition) by microorganisms, for example sulfate-reducing microorganisms, how they can occur anywhere in groundwater and mountain water.
  • the depot stones according to the invention can also be conventional Hardness stabilizers, dispersants or sequestering agents are added, so that they also prevent new build-up of deposits caused by natural lime-saturated mountain water are formed, are protected.
  • Contain ⁇ -amino succinic acid as water conditioning agent campaign particularly well for cement-related deposits and for Conditioning of mountain water with a high pH, preferably in the range from 8 to 12.5.
  • polycarboxylic acid conditioning agents are suitable particularly good for conditioning mountain waters with lower pH values, preferably in the range of 5 to 10.
  • the present invention relates to a method to prevent or reduce the formation of deposits, in particular Carbonate deposits, in a building drainage system, which is characterized in that the mountain or Groundwater water conditioning agent in the form of depot stones, such as they have been described above admits taking into account of the slope into the building drainage system.
  • the depot stones according to the invention are in the primary and / or secondary drainage system is introduced while at existing structures added to the secondary drainage system become.
  • the depot stones arranged in such quantities in the building drainage system that they are preferred at the water inlet point with small amounts of water inlet 0.5 to 50,000 ppm, preferably for medium amounts of water 0.5 to 5000 ppm and preferably at constant high water inflows 0.5 to 100 ppm water conditioning agent to the one overflowing Deliver ground or mountain water.
  • the depot stones preferably in such a quantity and arrangement in the building drainage system introduced that at the end of the drainage system the water conditioning agent content in the mountain or groundwater is not less than 0.5 ppm.
  • Deposit stones are particularly preferred of the type described above, used with drainage tiles, Bubble films, plastic sealing sheets or half-shells for water drainage are connected and brought into the building.
  • the amount of water conditioning agent is added when performing the method according to the invention by the number and arrangement and the type and composition of the custodian stones depending on the End of the drainage system in the desired amount of water Controlled way.
  • depot stones has proven to be particularly suitable, which as a water conditioning agent, polyaminosuccinic acid with a Molecular weight of 1000 to 5000 and an ⁇ / ⁇ ratio of (20-50) :-( 80-50), preferably polyamino succinic acid with a chain length n ⁇ 50, a molecular weight between 1500 and 3000 and an ⁇ / ⁇ ratio from 30:70 included.
  • conditioning agent that is required to bring about a marked reduction or complete prevention of the formation of deposits, in particular carbonate deposits, in a drainage system.
  • 2 ppm, ie 2 g of conditioning agent are sufficient for the successful treatment of 1 m 3 of groundwater and mountain water.
  • the concentration of conditioning agent in the groundwater and mountain water is of course much higher in the immediate vicinity of the depot stones and can be over 50,000, particularly preferably over 5000 mg / l. However, it decreases on the subsequent flow path and should not be less than 0.5 mg / l at the end of the drainage system.
  • the invention is suitable for conditioning the resulting basic and Mountain waters with pH values of 4.0 (measured in 1998 in the safety gallery of the Gotthard Road Tunnel) up to 12.5 (measured in 1980 during the Construction phase of the tunnel). After the conditioning according to the invention the resulting groundwater and mountain water usually at the end of the drainage system directed directly into a receiving water, since it is the corresponding one ecological requirements are sufficient.
  • the water conditioning according to the invention is also suitable for drainage systems in their area the air humidity is very high and the temperature is low Tunnel structures can be up to 40 ° C. It is particularly suitable for extremely delicate building drainage systems that have a variety of ramifications and secondary arms, their conventional Conditioning would be very complex and costly.
  • Conditioning does not involve any corrosive interactions the building materials used, such as the waterproofing of the building, which are usually made of PVC, PE or PP, the concrete that Steel reinforcement, the glass fiber anchors or the like. So that the durability the structure is not affected.
  • the water conditioning according to the invention is not only technically easier, but also more economical than the conventional cleaning methods and conditioning by means of mechanical and electronically controlled dosing systems.
  • Example 1 Process for conditioning groundwater and mountain water
  • the conditioning agent is added to the elements of the drainage system via depot stones.
  • the depot stones can only be laid out without much effort in the secondary, ie the accessible drainage system. Comprehensive protection of the drainage system is therefore only possible to a limited extent in existing buildings.
  • the depot stones can also be installed in the primary drainage system. How long their effectiveness lasts depends on the water supply at the respective point and the amount of built-in depot stones. If necessary, openings can be installed that allow refilling of the depot stones. With an average water volume of 50 m 3 per running meter of drainage pipe and year, around 1kg of depot stones per running meter of drainage pipe are required if an effective time of 5 years is to be achieved.
  • the proportion of carrier substances should expediently be ⁇ 50%.
  • Example 2 Comparison test with sintering type 2; pH increase groundwater and mountain water
  • FIG. 3 shows the road tunnel in the area of the sidewalk console.
  • the designs of the left and right side of the tunnel are identical.
  • the amount of mountain water, the water chemistry and the sintering strength in the two drainage pipes 23 of the tunnel differ only slightly.
  • 23 were below in both drainage tubes the right and left sidewalk consoles of the road tunnel with depot stones different composition and their effectiveness for Mountain water assessed.
  • the depot stones in the drain pipe 23 below the lane according to Chur, 80% consisted of powdered polycarboxylic acid (Polymer based on acrylate / methacrylate) with 20% lauric acid as carrier and were produced in the tabletting process.
  • Polycarboxylic acid Polymer based on acrylate / methacrylate
  • lauric acid 20% lauric acid as carrier
  • this poly- ⁇ -aminosuccinic acid as a conditioning agent in depot stones at high pH values over 9 much better than with all other conditioning agents and in addition, this poly- ⁇ -aminosuccinic acid is in the water hazard class 0 (generally not hazardous to water), which is ecological Offers advantages.
  • the national road tunnel Crapiere the A 13 is shown in section.
  • To protect the insulation seepage line 21 from the formation of hard Deposits could, for example, be a conditioning agent via a dosing system be added in constant amounts in liquid form. At proper handling requires a reliable dosing system with appropriate equipment.
  • you can use depot stones 25 are used. Custodian stones 25 are particularly suitable for Places where the amount of water is not very large, i.e. below 2 l / s lies in a drainage system section or the drainage system is dry at times.
  • a drainage system usually consists of a large number of identical system sections, e.g. a single insulation drainage pipe. The depot stone remains in place during this dry period and maintains its effectiveness for months or years without going on Losing substance.
  • Do the deposit stones also contain conventional hardness stabilizers, dispersants or sequestering agents, they are also very well protected against the formation of new deposits by natural lime-saturated Mountain water arise. Contain the depot stones poly- ⁇ -amino succinic acid they can be used particularly well with cement-related deposits. Wear especially in the construction phase, the period with the strongest sintering Depot stones with poly- ⁇ -amino succinic acid help to regenerate To prevent deposits.
  • the depot stones can also be shared with others beforehand Building materials are connected and built into the structure. For This combination is suitable for drainage fleeces, bubble wrap, plastic half-shells for direct water drainage, plastic sealing sheets and the like.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Depotsteine, die Wasser-Konditionierungsmittel und Trägersubstanzen sowie gegebenenfalls weitere übliche Zusätze in variablen Mengenverhältnissen enthalten, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung zur Verminderung bzw. Verhinderung der Bildung von Ablagerungen (Versinterungen) in einem Bauwerksentwässerungssystem. Durch die Anzahl, die Anordnung, die Art und Zusammensetzung der vorgeformten Depotsteine läßt sich die Zugabemenge des Wasser-Konditionierungsmittels in Abhängigkeit von der in dem Entwässerungssystem, vorzugsweise am Ende desselben, anfallenden Wassermenge sowohl im primären (unzugänglichen) als auch im sekundären (zugänglichen) Bereich des Entwässerungssystems in beliebiger Weise steuern. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft Depotsteine zur Verhinderung bzw. Verminderung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in einem Bauwerksentwässerungssystem, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung in Verfahren zur Verhinderung bzw. Verminderung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in Bauwerksentwässerungssystemen.
Unter Bauwerksentwässerungssystemen sind hier die Entwässerungssysteme von Bauwerken des Hoch- und Tiefbaus, beispielsweise von Gebäuden, Hochbauten, Bahnhöfen, Flughafenanlagen, Tunnelbauten, Stollen, Kavernen, Staumauern, Talsperren, Wasserkraftbauten, Erddämmen, Stützmauern, Straßenbauten, Quellfassungen oder provisorischen Baugruben sowie Hangentwässerungsanlagen zu verstehen.
Der hier verwendete Ausdruck "Entwässerungssysteme" umfaßt sowohl die "primären Entwässerungssysteme" eines Bauwerks, die Elemente beinhalten, die nach Fertigstellung des Bauwerks nicht mehr frei zugänglich sind, wie z.B. Noppenbahnen bzw. -streifen, Drainagematten, Sickerpackungen um die Drainageleitungen herum, Öffnungen der Drainagerohre (außen) und dgl., als auch die "sekundären Entwässerungssysteme" eines Bauwerks, die frei zugängliche Elemente beinhalten, wie z.B. Drainagerohre (innen), Kontrollschächte, Schlammsammler, Zuleitungen, Entwässerungsleitungen und dgl.
Bei der Entwässerung von Bauwerken des Hoch- und Tiefbaus fallen Grund- und Bergwässer (Sickerwässer) an, die einen unterschiedlich hohen Gehalt an gelösten, überwiegend anorganischen Wasserinhaltsstoffen aufweisen, die häufig harte Ablagerungen verursachen. Die Bildung von harten Ablagerungen aus überwiegend Carbonaten in Drainage- und Entwässerungssystemen wird auch als Versinterung bezeichnet. Unter der Versinterungsstärke ist die Menge an Carbonat-Ablagerungen zu verstehen, die pro cm3 anfallendem Grund- und Bergwasser in einem Drainage- und Entwässerungssystem in einer definierten Zeiteinheit ausgeschieden wird, und der Versinterungsgrad beurteilt den Zustand eines Drainage- und Entwässerungssystems bezüglich der darin enthaltenen Carbonat-Ablagerungen. Die Problematik der Versinterung von Bauwerksentwässerungssysteme ist in der Forschungsarbeit Nr. 16/90 des Vereins der Schweizer Straßenfachleute (VSS), die mit einem Schlußbericht im Januar 1996 unter dem Titel "Versinterungen von Entwässerungsleitungen, Ursachen und Gegenmaßnahmen", abgeschlossen wurde, dargestellt. Darin werden als Ergebnis der Forschungsarbeit die folgenden Schlußfolgerungen gezogen:
  • die CO2-Konzentration (CO2-Partialdruck) der Porenluft im Boden nimmt i.a. mit zunehmender Tiefe zu und damit steigt auch der Anteil des Kohlensäure-Gehaltes (H+ und HCO3 -) im Wasser, so daß zusätzliches CaCO3 gelöst wird;
  • beim Kontakt des Grund- und Bergwassers mit atmosphärischer Luft nimmt der CO2-Partialdruck i.a. wieder ab, d.h. CO2 entweicht aus dem Wasser in die Luft, so daß weniger CaCO3 in Lösung bleiben kann und ein Teil ausfällt;
  • im Zusammenhang mit der Versinterung von Entwässerungssystemen spielen die zementgebundenen Baustoffe mit ihrem basischen Charakter und ihrem hohen Gehalt an Ca2+ eine entscheidende Rolle. Die in dem Wasser gelöste Kohlensäure wird durch die Base Ca(OH)2 neutralisiert und steht damit nicht mehr zur Lösung von CaCO3 zur Verfügung. Zudem enthält vor allem junger Beton in den Poren selbst viel leicht lösliches Calciumhydroxid (Ca(OH)2). Beides führt schließlich zu einer starken Ausfällung von CaCO3.
Aus hydrologischer Sicht lassen sich drei grundsätzlich voneinander verschiedene Versinterungsmechanismen unterscheiden:
Typ 1: die Bildung von Ablagerungen durch natürliche Carbonat- bzw. Kalkübersättigung. Carbonat- bzw. kalkgesättigtes Bergwasser verliert einen Teil seines CO2-Gehaltes beim Eintritt in ein Bauwerksentwässerungssystem und verursacht als Folge einer Gleichgewichtsreaktion die Bildung von Carbonatablagerungen;
Typ 2: die Bildung von Ablagerungen durch pH-Wert-Erhöhung des Bergwassers, wie sie beispielsweise durch den Kontakt des Grund- und Bergwassers mit alkalischen Baustoffen (Beton) verursacht wird. Dadurch erhöht sich der pH-Wert des Grund- und Bergwassers und führt zu massiven Carbonatausfällungen;
Typ 3: die Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, durch kohlensaures Bergwasser im Kontakt mit Betonbauten. Kohlensaures Bergwasser bildet beim Zuströmen auf das Bauwerk als Folge der Druckentlastung Kohlendioxid-Gasblasen. Diese können nicht entweichen und strömen zusammen mit dem Bergwasser dem Hohlraum entgegen. Um die Gasblasen herum bildet sich eine aggressive kalklösende Umgebung. Beim Kontakt dieses Bergwassers mit Beton wird Calciumhydroxid aus der Zementmatrix herausgelöst und beim Eintritt des Bergwassers in das Entwässerungssystem durch Entweichen des überschüssigen CO2 in Form von Carbonatablagerungen wieder ausgeschieden.
Unabhängig von ihrer Bildungsart verkleinern die bei der Versinterung entstehenden harten, festhaftenden Ablagerungen die Abflußquerschnitte der Entwässerungssystemes oder schließen sie in Extremfällen sogar ganz. Als Folge davon können die anfallenden Wassermengen nicht mehr frei abfließen, und es entstehen Rückstaus, die große Schäden verursachen können. Die Schäden reichen von unerwünschten Wasserinfiltrationen ins Bauwerksinneren über hohe Wasserdrucke auf die Bauwerksschale bis hin zu Eisbildungen auf Fahrbahnen und Vernässungen in Gewölben, verbunden mit der Gefahr von elektrischen Kurzschlüssen bei Bahntunneln und dergleichen. Zudem setzt der direkte Wasserkontakt die Dauerhaftigkeit (Lebensdauer) der Bauwerke herab. Insbesondere bei solchen Bauwerken, deren Stabilität von der einwandfreien Funktionstüchtigkeit des Entwässerungssystems abhängig sind, kann die Bildung von Ablagerungen in dem Entwässerungssystem fatale Folgen haben. Diese Ablagerungen vermindern nämlich die Funktionsfähigkeit aller Teile eines Bauwerksentwässerungssystems.
In Teilen des primären Entwässerungssystems, beispielsweise den Sickergräben 10, Sickerschichten 11, Sanddrains 12, Geodrains 13 oder Drainagebohrungen im Fels 20 (vgl. die beiliegenden Zeichnungen Fig. 1 und 2) können Ablagerungen die Leistungsfähigkeit der Entwässerung reduzieren oder ganz zerstören. Im primären Teil eines Entwässerungssystems sind Unterhaltsarbeiten, wenn überhaupt, nur mit sehr hohem Aufwand möglich, wobei aufwendige Sanierungsarbeiten oft die einzige Möglichkeit darstellen, um die Funktionstüchtigkeit des Entwässerungssystems wiederherzustellen. In den Bereichen des sekundären Entwässerungssystems, beispielsweise in den Sickerleitungen 2, Rinnen 5, Gräben 6, Abschlüssen 7, Schlammsammlern 8 und Einlaufschächte 9 (vgl. die beiliegenden Zeichnungen Fig. 1 und 2) sind periodische Unterhaltsarbeiten zum Entfernen entstandener Ablagerungen wegen der besseren Zugänglichkeit zwar möglich, aber auch hier sind die periodischen Unterhaltsarbeiten sehr kostenintensiv und nicht immer erfolgreich.
Man ist daher seit langem bestrebt, die Bildung dieser unerwünschten Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in Bauwerksentwässerungssystemen zu verringern oder zu verhindern. Nach den Angaben der Vereinigung der Schweizer Straßenfachleute (VSS) in dem obengenannten Schlußbericht vom Januar 1996, wird insbesondere durch die zur Herstellung der Entwässerungssysteme verwendeten Werkstoffe sowie deren Oberflächenbeschaffenheit die Wachstumsrate der Ablagerungen an den wasserführenden Teilen stark beeinflußt. Nach Meinung dieser Kommission sind nur konstruktive Maßnahmen geeignet, die Bildung von harten Ablagerungen zu hemmen. In diesem Zusammenhang empfiehlt sie, den Wasserabfluß möglichst ruhig zu halten und die wasserführenden Teile mit einer glatten Oberfläche zu versehen, um die Anhaftung von Ablagerungen zu verringern. Derartige Verfahren sind ebenfalls sehr kostspielig und darüber hinaus wenig wirksam.
Die zur Zeit gebräuchlichsten Verfahren zum Entfernen von Ablagerungen in Entwässerungssystemen sind die elektromechanische Reinigung mit Spezialwerkzeugen, beispielsweise Kanalfernsehen verbunden mit Robotik sowie Hochdruckspülen oder Hochdruckfräsen mit Wasser. Auch diese Verfahren sind außerordentlich kostspielig und arbeitsintensiv und führen häufig zu unerwünschten Betriebsunterbrechungen. Sind diese Arbeiten aus bautechnischen Gründen (beispielsweise in primären Entwässerungssystemen) nicht möglich oder führen sie nicht zu den gewünschten Ergebnissen, so kann die Funktionstüchtigkeit des Entwässerungssystems meist nur mit aufwendigen Sanierungsarbeiten wiederhergestellt werden.
Auch die bereits vorgeschlagene Konditionierung des Berg- oder Grundwassers mit handelsüblichen Wasserkonditionierungsmitteln, um die Bildung von Ablagerungen nach dem Eintritt in ein Bauwerksentwässerungssystem mittels mechanischer und elektronisch gesteuerter Dosierungsanlagen zu vermindern hat sich als technisch außerordentlich aufwendig erwiesen und ist mit hohen Investitions- und Unterhaltskosten verbunden. Darüber hinaus ist sie nicht anwendbar auf die primären Bauwerksentwässerungssysteme und führt auch dann nicht zu den gewünschten Ergebnissen, wenn die anfallenden Wassermengen starken Schwankungen unterworfen sind und die Entwässerungsanlage nur periodisch Wasser führt bzw. zeitweise trocken liegt. Bei großen Bauwerken wie Tunnelbauten können solche Schwankungen auch in einem einzelnen Bauwerk, über mehrere Stellen verteilt, auftreten und die Bergwasser-Austrittsstellen können sich innerhalb des einzelnen Bauwerks auch örtlich verlagern. Die in solchen Fällen erforderlichen Bauwerksentwässerungssysteme sind äußerst feingliedrig und verfügen über eine Vielzahl von Verästelungen und Nebenarmen, so daß dann eine gezielte Konditionierung des Bergwassers mittels Dosierungsanlagen in solchen Systemen technisch und finanziell sehr aufwendig ist.
Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Methode zur Verminderung bzw. Verhinderung der Entstehung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in Bauwerksentwässerungssystemen zu finden, die der obengenannten vielfältigen Problemstellung gerecht wird und sich nicht nur auf primäre und sekundäre Entwässerungssysteme anwenden läßt, sondern auch technisch einfach und wirtschaftlich durchführbar ist in den Fällen, in denen die anfallende Wassermenge nicht konstant ist, sondern starken Schwankungen unterworfen ist, und bei der keinerlei korrosive Wechselwirkungen mit den eingesetzten Bauwerksmaterialien, beispielsweise den Bauwerksabdichtungen, die in der Regel aus Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) bestehen, dem Beton, der Stahlarmierung, den Glasfaserankern oder dergleichen, eintreten.
Es wurde nun überraschend gefunden, daß die obengenannte Aufgabe gelöst werden kann mittels Depotsteinen zur Verhinderung bzw. Verminderung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in einem Bauwerksentwässerungssystem und deren Verwendung in einem Verfahren zur Verhinderung bzw. Verminderung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in einem Bauwerksentwässerungssystem.
Gegenstand der Erfindung sind gemäß einem ersten Aspekt Depotsteine zur Verhinderung bzw. Verminderung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in einem Bauwerksentwässerungssystem, die gekennzeichnet sind durch einen Gehalt an mindestens einem Wasser-Konditionierungsmittel, gegebenenfalls im Gemisch mit mindestens einer Trägersubstanz und/oder Bindemittel, sowie gegebenenfalls weiteren üblichen Zusätzen, wie z.B. Fließreguliermittel,Gleitmittel und/oder Konservierungsmittel.
Die erfindungsgemäßen Depotsteine haben vorzugsweise einen homogenen oder strukturierten, insbesondere schichtenförmigen, Aufbau und sind vorzugsweise von beliebiger Größe und Gestalt. Sie liegen vorzugsweise in gegossener oder gepreßter Form, insbesondere in Form von Blöcken oder Tabletten, vor.
Die erfindungsgemäßen Depotsteine enthalten mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 50 bis 95 Gew.-% Wasser-Konditionierungsmittel und als Rest Trägermaterial und/oder Bindemittel sowie gegebenenfalls weitere übliche Zusätze, wie z.B. Fließreguliermittel, Gleitmittel und/oder Konservierungsmittel. Letztere schützen die Depotsteine vor vorzeitigem Abbau (Zersetzung) durch Mikroorganismen, insbesondere Sulfat-reduzierende Mikroorganismen, wie sie in Grund- und Bergwässern enthalten sein können.
Die erfindungsgemäßen Depotsteine können sowohl in dem primären als auch in dem sekundären Bauwerksentwässerungssystem eingesetzt werden. Bei Kontakt des anfallenden Grund- und Bergwassers (Sickerwassers) mit den Depotsteinen geben diese das in ihnen enthaltene Konditionierungsmittel ab und schützen so auf dem nachfolgenden Fließweg das Entwässerungssystem vor der Entstehung von harten Ablagerungen (Versinterungen). Durch die spezifische Zusammensetzung und die Menge an Trägersubstanz in den Depotsteinen kann die Abgabemenge an Konditionierungsmittel in beliebiger Weise gesteuert werden.
Die erfindungsgemäßen Depotsteine enthalten als Wasser-Konditionierungsmittel vorzugsweise Homopolymere, Copolymere oder Terpolymere von gesättigten oder ungesättigten, ein oder mehrere Hydroxy-, Oxo- oder Aminogruppen enthaltenden Mono-, Di- und Polycarbonsäuren und ihren Salzen, Estern, Amiden und Anhydriden, oxidierte Kohlenhydrate, Proteine und Mischungen davon.
Besonders bevorzugte Wasser- Konditionierungsmittel sind Homopolymere, Copolymere oder Terpolymere von gesättigten oder einfach oder mehrfach ungesättigten Monocarbonsäuren, Dicarbonsäuren oder Polycarbonsäuren, die eine oder mehrere Hydroxy-, Oxo- oder Aminogruppen aufweisen, von deren Estern, Salzen, insbesondere Ammonium- und Alkalimetallsalzen, Amiden, Imiden und Anhydriden, insbesondere diejenigen von Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylamid, Methacrylamid, Maleinsäure, Maleinsäureamid oder -imid, Maleinsäureanhydrid, α-Aminobernsteinsäure, α-Aminobernsteinsäureamid oder -imid, α-Aminobernsteinsäureanhydrid, Itaconsäure (Methylenbernsteinsäure), Itaconsäureamid oder -imid, Itaconsäureanhydrid, α-Aminoglutarsäure, α-Aminoglutarsäureamid oder -imid, α-Aminoglutarsäureanhydrid, Aconitsäure (Propen-1,2,3-tricarbonsäure), Mesaconsäure, Fumarsäure und sulfomethylieren oder sulfoethylierten Derivaten davon, die einzeln oder in Form einer Mischung eingesetzt werden können.
Als Wasser-Konditionierungsmittel besonders geeignet sind Bernsteinsäureamid, Polysaccharide, Polyoxycarbonsäuren und deren Copolymer, Proteine, insbesondere Polyaminobernsteinsäure, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyacrylamide, Copolymere von Acrylsäure bzw. Methacrylsäure und Acrylamid, sulfomethylierte oder sulfoethylierte Polyacrylamide, Copolymere und Terpolymere mit Acrylsäure und Maleinsäureester, Maleinsäureanhydrid-Polymere und Copolymere oder oxidierte Kohlenhydrate, wobei diese Produkte einzeln oder im Gemisch zur Herstellung von Depotsteinen eingesetzt werden können.
Als Trägersubstanz und/oder Bindemittel für die erfindungsgemäßen Depotsteine besonders gut geeignet sind Gelatine, hydrophobe Fette, Wachse oder Harze, Hydrokolloidbildner wie Metolose, Hydroxypropylmethylcellulose und -ethylcellulose oder Fettsäuren, insbesondere Laurinsäure, gehärtetes Ricinusöl, Carnaubawachs, mikrokristalline Cellulose oder Gemische davon, die gegebenenfalls mit einem Fließregulierungsmittel wie kolloidalem Siliciumdioxid, einem Gleitmittel wie Saccharosestearat und/oder einem Konservierungsmittel wie Methlyparaben oder Buthylparaben versetzt sind.
Besonders gut geeignete Depotsteine für die Behandlung von Grund- und Bergwässern mit einem pH-Wert von vorzugsweise 5 bis 9 sind solche, die 10 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 55 bis 95 Gew.-% Polycarbonsäure (vorzugsweise Polymere auf Acrylat- und Methacrylat-Basis) und 90 bis 0 Gew-%, vorzugsweise 45 bis 5 Gew.-% Trägersubstanz, vorzugsweise Laurinsäure, enthalten.
Für die Konditionierung von Grund- und Bergwässern mit einem pH-Wert von vorzugsweise 8 bis 12,5 eignen sich besonders gut Depotsteine, die 10 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 75 Gew.-% Polyaminobernsteinsäure mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 5000, insbesondere von 1500 bis 3000, und einem α/β-Verhältnis von (20-50):(80-50), vorzugsweise von 30:70, und 90 bis 0 Gew.-%, vorzugsweise 75 bis 25 Gew.-% Trägersubstanz, vorzugsweise Gelatine, enthalten.
Die erfindungsgemäßen Depotsteine können hergestellt werden unter Anwendung von Gießverfahren oder Preßverfahren.
Das Gießverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser-Konditionierungsmittel mit der Trägersubstanz und/oder einem Bindemittel mit einem niedrigen Schmelzpunkt von vorzugsweise unter 60°C in dem gewünschten Mengenverhältnis unter Erwärmen mischt und die dabei erhaltene Schmelze aus der Trägersubstanz und/oder dem Bindemittel mit den darin dispergierten Wasser-Konditionierungsmittel-Teilchen abkühlt und formt unter Bildung von homogenen Depotsteinen. Bei diesem Verfahren verwendet man als Trägersubstanz vorzugsweise Gelatine, hydrophobe Fette, Wachse oder Harze oder Mischungen davon.
Das Preßverfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Depotsteine ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser-Konditionierungsmittel mit pulverförmigen Trägersubstanzen und/oder Bindemitteln in dem gewünschten Mengenverhältnis trocken mischt und die dabei erhaltene trockene Mischung anschließend zu Formkörpern verpreßt. Als Trägersubstanz für dieses Verfahren besonders geeignet sind Hydrokolloidbildner wie Metolose, Hydroxypropylmethylcellulose und -ethylcellulose, Fettsäuren, insbesondere Laurinsäure, gehärtetes Ricinusöl, Carnaubawachs oder mikrokristalline Cellulose oder Mischungen davon.
Vor oder während der Herstellung der Depotsteine werden der Trägersubstanz vorzugsweise Fließreguliermittel, beispielsweise kolloidales Siliciumdioxid, Gleitmittel, beispielsweise Saccharosestearat, und/oder Konservierungsmittel, beispielsweise Methylparaben oder Butylparaben, zumischt. Die Konservierungsmittel schützen die Depotsteine vor vorzeitigem biologischem Abbau (Zersetzung) durch Mikroorganismen, beispielsweise Sulfat-reduzierende Mikroorganismen, wie sie überall in Grund- und Bergwässern vorkommen können. Den erfindungsgemäßen Depotsteinen können zusätzlich auch herkömmliche Härtestabilisatoren, Dispergatoren oder Sequestriermittel zugesetzt werden, so daß sie auch gegen Neubildung von Ablagerungen, die durch natürliches kalkübersättigtes Bergwasser entstehen, geschützt sind. Depotsteine, die α-Aminobernsteinsäure als Wasser-Konditionierungsmittel enthalten, lassen sich besonders gut bei zementbedingten Ablagerungen einsetzten und für die Konditionierung von Bergwässern mit einem hohen pH-Wert, vorzugsweise in dem Bereich von 8 bis 12,5. Dagegen eignen sich Polycarbonsäure-Konditionierungsmittel besonders gut für die Konditionierung von Bergwässern mit niedrigeren pH-Werten, vorzugsweise in dem Bereich von 5 bis 10.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verhinderung bzw. Verminderung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in einem Bauwerksentwässerungssystem, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man dem abzuführenden Berg- oder Grundwasser Wasser-Konditionierungsmittel in Form von Depotsteinen, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, zugibt, die unter Berücksichtigung des Gefälles in das Bauwerksentwässerungssystem eingebracht werden.
Bei Neubauten werden die erfindungsgemäßen Depotsteine in das primäre und/oder sekundäre Entwässerungssystem eingebracht, während sie bei bereits bestehenden Bauwerken dem sekundären Entwässerungssystem zugesetzt werden.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Depotsteine in solchen Mengen in dem Bauwerksentwässerungssystem angeordnet, daß sie an der Wasserzulauf-Stelle bei kleinen Wasserzulaufmengen vorzugsweise 0,5 bis 50 000 ppm, bei mittleren Wasserzulaufmengen vorzugsweise 0,5 bis 5000 ppm und bei konstanten hohen Wasserzulaufmengen vorzugsweise 0,5 bis 100 ppm Wasser-Konditionierungsmittel an das sie überströmende Grund- oder Bergwasser abgeben.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Depotsteine vorzugsweise in solcher Menge und solcher Anordnung in das Bauwerksentwässerungssystem eingebracht, daß am Ende des Entwässerungssystems der Wasser-Konditionierungsmittel-Gehalt in dem Berg- oder Grundwasser nicht weniger als 0,5 ppm beträgt. Besonders bevorzugt werden Depotsteine der vorstehend beschriebenen Art verwendet, die mit Drainagefliesen, Noppenfolien, Kunststoffdichtungsbahnen oder Halbschalen zur Wasserableitung verbunden sind und in das Bauwerk eingebracht werden.
Die Zugabemenge des Wasser-Konditionierungsmittels wird bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Anzahl und Anordnung sowie die Art und Zusammensetzung der Depotsteine in Abhängigkeit von der am Ende der Entwässerungssystems anfallenden Wassermenge in der gewünschten Weise gesteuert.
Als besonders geeignet hat sich erwiesen die Verwendung von Depotsteinen, die als Wasser-Konditionierungsmittel Polyaminobernsteinsäure mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 5000 und einem α/β-Verhältnis von (20-50):-(80-50), vorzugsweise Polyaminobernsteinsäure mit einer Kettenlänge n < 50, einem Molekulargewicht zwischen 1500 und 3000 und einem α/β-Verhältnis von 30:70 enthalten.
Bei genauer Kenntnis der anfallenden Wassermenge und des zugehörigen Wasserchemismus läßt sich die geeignete Menge an Konditionierungsmittel vom Fachmann leicht bestimmen, die erforderlich ist, um eine ausgeprägte Verminderung bzw. eine vollständige Verhinderung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in einem Entwässerungssystem zu bewirken. In der Regel genügen 2 ppm, d.h. 2 g Konditionierungsmittel zur erfolgreichen Behandlung von 1 m3 anfallendem Grund- und Bergwasser. Die Konzentration an Konditionierungsmittel in dem Grund- und Bergwasser ist in unmittelbarer Nähe der Depotsteine natürlich viel höher und kann über 50 000, besonders bevorzugt über 5000 mg/l betragen. Sie nimmt aber auf dem nachfolgenden Fließweg ab und sollte am Ende des Entwässerungssystems nicht weniger als 0,5 mg/l betragen.
Die Erfindung eignet sich zur Konditionierung der anfallenden Grund- und Bergwässer mit pH-Werten von 4,0 (gemessen 1998 im Sicherheitssstollen des Gotthard-Straßentunnels) bis zu 12,5 (gemessen 1980 während der Bauphase des Tunnels). Nach der erfindungsgemäßen Konditionierung wird das anfallende Grund- und Bergwasser in der Regel am Ende des Entwässerungssystems direkt in einen Vorfluter geleitet, da es den entsprechenden ökologischen Anforderungen genügt. Die erfindungsgemäße Wasser-Konditionierung ist auch geeignet für Entwässerungssysteme, in deren Bereich eine sehr hohe Luftfeuchtigkeit herrscht und deren Temperatur in tiefliegenden Tunnelbauwerken bis zu 40°C betragen kann. Sie ist insbesondere geeignet für äußerst feingliedrige Bauwerksentwässerungssysteme, die über eine Vielzahl von Verästelungen und Nebenarmen verfügen, deren konventionelle Konditionierung sehr aufwendig und kostspielig wäre. Bei der erfindungsgemäßen Konditionierung treten auch keinerlei korrosive Wechselwirkungen mit den eingesetzten Bauwerksmaterialien, wie beispielsweise den Bauwerksabdichtungen, die in der Regel aus PVC, PE oder PP bestehen, dem Beton, der Stahlarmierung, den Glasfaserankern oder dgl. auf, so daß die Dauerhaftigkeit des Bauwerks dadurch nicht beeinträchtigt wird. Die erfindungsgemäße Wasser-Konditionierung ist nicht nur technisch einfacher, sondern auch wirtschaftlicher als die konventionellen Reinigungsmethoden und die Konditionierung mittels mechanischer und elektronisch gesteuerter Dosierungsanlagen.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Zeichnungen für zwei Beispiele und einen Vergleichsversuch näher erläutert werden.
  • Figur 1Figur 1 zeigt die schematische Darstellung der zur Zeit gebräuchlichsten Elemente von Entwässerungssystemen.
  • Figur 2Figur 2 zeigt die schematische Darstellung der zur Zeit gebräuchlichsten Elemente von Entwässerungssystemen anhand eines Schnittes auf Höhe der Linie A - A der Fig. 1. Diese Darstellung gehört zum Beispiel 1. Fig. 1 enthält zusammen mit der Fig. 2 alle wesentlichen Elemente, die ein Entwässerungssystem beinhalten kann.Die Elemente der Oberflächenentwässerung, dem sogenannten sekundären Entwässerungssystem, sind:Rinnen 5, Gräben 6, Abschlüsse 7, Schlammsammler 8, und Einlaufschächte 9.Die Elemente der Drainagen, dem sogenannten primären Entwässerungsystem, sind Sickergräben 10, Sickerleitungen 2 mit durchlässiger Wandung, z.B. unverfugte, gelochte oder geschlitzte Rohre, Rigolen, Sickerschichten 11, Sanddrains 12, z.B. Sickeranlagen aus Sandlagen, Geodrains 13, z.B. Sickeranlagen aus Kunststoff wie Drainagevliese, Noppenfolien oder Geotextilien, sowie Drainagebohrungen im Fels 20.Die Elemente der Kanalisation (sekundäres Entwässerungssystem) sind Sammelleitungen 3, die das gesamte, ihnen durch Sekundärleitungen zugeführte Grund- und Bergwasser eines Abschnitts des Entwässerungssystems aufnehmen und ableiten, zudem Kontrollschächte 1 und Einlaufbauwerke 14. Die Elemente der Rückgabebauwerke sind Auslaufbauwerke 15, Rückhaltebecken 16, Versickerungsanlagen 17, Regenüberlauf 18 und Ölabscheider 19.
  • Figur 3Figur 3 gehört zu Beispiel 2 und 3 und zeigt einen Schnitt durch den Nationalstraßentunnel Crapteig der A13 in der Schweiz im Bereich der Gehwegkonsole.Die Darstellung zeigt den Aufbau der verschiedenen Entwässerungsleitungen in diesem Straßentunnel. Die Darstellung enthält die Fahrbahnplatte 4, die Isolationssickerleitung 21, die Transportleitung 22 und die Drainageleitung 23, Depotsteine in Tablettenform in den Sickerpackungen der Draingeleitungen 24, sowie Depotsteine in Blockform in den Sickerpackungen der Drainageleitungen sowie im Draingerohr 25.
    • Beispiel 1: Verfahren zur Konditionierung des Grund- und Bergwassers
    Im ersten Beispiel nach Fig. 1 und Fig. 2 erfolgt die Zugabe des Konditionierungsmittels über Depotsteine in die Elemente des Entwässerungssystems. Bei bestehenden Bauwerken lassen sich die Depotsteine ohne größeren Aufwand nur im sekundären, d.h. dem zugänglichen Entwässerungssystem auslegen. Ein umfassender Schutz des Entwässerungssystems ist bei bestehenden Bauwerken also nur bedingt möglich. Bei Neubauten können die Depotsteine auch in das primäre Entwässerungsystem eingebaut werden. Wie lange ihre Wirksamkeit anhält, hängt von der Wasserführung an der jeweiligen Stelle und der Menge an eingebauten Depotsteinen ab. Bei Bedarf können Öffnungen eingebaut werden die ein Nachfüllen der Depotsteine ermöglichen. Bei einem durchschnittlichen Wasseranfall von 50 m3 pro Laufmeter Drainagerohr und Jahr bedarf es rund 1kg Depotsteine pro Laufmeter Drainagerohr, wenn eine Wirkzeit von 5 Jahren erreicht werden soll. Dabei sollte der Anteil der Trägersubstanzen zweckmäßig < 50% betragen.
    Beispiel 2: Vergleichsversuch mit dem Versinterungstyp 2; pH-Werterhöhung des Grund- und Bergwassers
    Im Nationalstraßentunnel Crapteig der A 13 wurde im Laufe des Jahres 1998 ein Vergleichsversuch zur Reduktion von Carbonatablagerungen in den Drainagerohren mit Depotsteinen unterschiedlicher Zusammensetzung durchgeführt. Die Figur 3. zeigt den Straßentunnel im Bereich der Gehwegkonsole. Die Ausführungen der linken und rechten Seite des Tunnels sind identisch. Der Bergwasseranfall, der Wasserchemismus sowie die Versinterungsstärke in beiden Drainagerohren 23 des Tunnels unterscheiden sich nur unwesentlich. Während achtzehn Monaten wurden in beiden Drainagerohren 23, unterhalb der rechten und linken Gehwegkonsole des Straßentunnels Depotsteine mit unterschiedlicher Zusammensetzung ausgelegt und deren Wirksamkeit für Bergwasser beurteilt. Die Depotsteine im Drainagerohr 23 unterhalb der Fahrspur nach Chur bestanden zu 80% aus pulverförmiger Polycarbonsäure (Polymer auf Acrylat/Methacrylat-Basis) mit 20 % Laurinsäure als Trägersubstanz und wurden im Tablettierverfahren hergestellt. Demgegenüber bestanden die Depotsteine im Drainagerohr 23 unterhalb der Fahrspur San Bernardino zu 80 % aus Poly-α-aminobernsteinsäure und 20 % Gelatine.
    Im Verlauf des Versuchs hat sich gezeigt, daß bei Versinterungen die durch den Versinterungstyp 2 entstehen, d.h. also durch eine pH-Werterhöhung des Bergwassers auf pH 12, Depotsteine mit Poly-α-aminobernsteinsäure eine doppelt so hohe Wirksamkeit besitzen wie Depotsteine aus Polycarbonsäuren. Nachfolgende Untersuchungen haben ergeben, daß sich Poly-α-aminobernsteinsäure mit einer Kettenlänge <50, einem Molekulargewicht zwischen 1500 und 3000 und einem α/β-Verhältnis von 30:70 als Konditionierungsmittel besonders gut eignet. Einerseits ist die Wirksamkeit dieser Poly-α-aminobernsteinsäure als Konditionierungsmittel in Depotsteinen bei hohen pH-Werten über 9 viel besser als bei allen übrigen Konditionierungsmitteln und zudem wird diese Poly-α-aminobernsteinsäure in die Wassergefährdungsklasse 0 (im allgemeinen nicht wassergefährdend) eingeteilt, was ökologische Vorteile bietet.
    Die unterschiedliche Härtestabilisations-Wirkung wird deutlich sichtbar, wenn man die an den verschiedenen Bergwasserproben gemessenen Ca-Härten betrachtet. Bergwasserproben mit Polycarbonsäuren als Konditionierungsmittel erreichen eine maximale Carbonathärte (Ca-Härte) von 13 °dH, während Bergwasserproben mit Poly-α-aminobernsteinsäure bis zu 16 °dH erreichen. Die Carbonathärte (Ca-Härte) des unbehandelten Bergwassers beträgt dagegen etwa 11°dH. Grundsätzlich gilt, je höher die Ca-Härte des Grund- und Bergwassers, desto geringer die Neubildung von Kalkablagerungen im Entwässerungssystem. Die Dosiermengen an Konditionierungsmittel betrugen auf beiden Seiten des Entwässerungssystems rund 2 ppm (2 g pro m3 anfallendem Grund- und Bergwasser), wobei diese Konzentrationen am Ende des Entwässerungssystem, beim Tunnelportal, ermittelt wurden.
    Beispiel 3: Anwendung der Depotsteine
    In der Figur 3 ist der Nationalstraßentunnel Crapteig der A 13 im Schnitt dargestellt. Zum Schutz der Isolationssickerleitung 21 vor der Bildung von harten Ablagerungen könnte beispielsweise ein Konditionierungsmittel über eine Dosieranlage in konstanten Mengen in flüssiger Form zugegeben werden. Bei sachgerechter Handhabung erfordert dieses Verfahren eine zuverlässige Dosieranlage mit entsprechender Ausrüstung. Bei der Vielzahl der Isolationssickerleitungen in einem Nationalstraßentunnel, im Schnitt > 200 Stück, wird der Aufwand für die Installation der Anlagen zu groß und finanziell unrentabel, weshalb hier diese Lösung nicht in Frage kommt. Alternativ dazu können Depotsteine 25 eingesetzt werden. Depotsteine 25 eignen sich besonders an den Stellen, wo die anfallende Wassermenge nicht sehr groß ist, d.h. unter 2 l/s liegt in einem Entwässerungssystemabschnitt oder das Entwässerungssystem zeitweise trocken liegt. Ein Entwässerungssystem besteht in der Regel aus einer Vielzahl identischer Systemabschnitte wie z.B. einer einzelnen Isolationssickerleitung. Während dieser Trockenperiode bleibt der Depotstein an Ort und behält sein Wirkungspotential über Monate oder Jahr bei, ohne dabei an Substanz zu verlieren.
    Enthalten die Depotsteine zusätzlich herkömmliche Härtestabilisatoren, Dispergatoren oder Sequestriermittel, so sind sie auch sehr gut geschützt gegen die Neubildung von Ablagerungen, die durch natürliches kalkübersättigtes Bergwasser entstehen. Enthalten die Depotsteine Poly-α-aminobernsteinsäure lassen sie sich besonders gut bei zementbedingten Ablagerungen einsetzen. Gerade in der Bauphase, der Periode mit den stärksten Versinterungen, tragen Depotsteine mit Poly-α-aminobernsteinsäure dazu bei, die Neubildung von Ablagerungen zu verhindern. Die Depotsteine können auch vorgängig mit anderen Baumaterialien verbunden und in das Bauwerk eingebaut werden. Für diese Kombination eignen sich Drainagevliese, Noppenfolien, Kunststoffhalbschalen zur direkten Wasserableitung, Kunststoffdichtungsbahnen und dergleichen.
    Grundsätzlich sollte man versuchen,das anfallende Grund- und Bergwasser unmittelbar beim Austritt aus dem Fels zu konditionieren. Wegen der Vielzahl der Wassereintrittsstellen ist dies aus finanziellen Gründen mit Dosieranlagen nicht immer möglich und zudem bewegen sich häufig die Wassereintrittsstellen im Laufe der Zeit, so daß festinstallierte Dosier-Anlagen ihre Wirkung verlieren würden. Deshalb sind flächendeckende Maßnahmen durch Einbringen von Depotsteinen zum Schutze des primären und auch des sekundären Entwässerungssystems wirksamer und wirtschaftlicher.

    Claims (21)

    1. Depotsteine zur Verhinderung bzw. Verminderung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in einem Bauwerksentwässerungssystem, gekennzeichnet durch einen Gehalt an mindestens einem Wasser-Konditionierungsmittel, gegebenenfalls im Gemisch mit mindestens einer Trägersubstanz und/oder Bindemittel, sowie gegebenenfalls weiteren üblichen Zusätzen, wie z.B. Fließreguliermittel, Gleitmittel und/oder Konservierungsmittel.
    2. Depotsteine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen homogenen oder strukturierten, vorzugsweise schichtenförmigen, Aufbau haben und von beliebiger Größe und Gestalt sind.
    3. Depotsteine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in gegossener oder gepreßter Form, vorzugsweise als Blöcke oder Tabletten, vorliegen.
    4. Depotsteine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 50 bis 95 Gew.-%, Wasser-Konditionierungsmittel und als Rest Trägermaterial und/oder Bindemittel sowie gegebenenfalls weitere übliche Zusätze enthalten.
    5. Depotsteine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Wasser-Konditionierungsmittel Homopolymere, Copolymere oder Terpolymere von gesättigten oder ungesättigten, eine oder mehrere Hydroxy-, Oxo- oder Aminogruppen enthaltenden Mono-, Di- und Polycarbonsäuren und ihren Salzen, Estern, Amiden und Anhydriden, oxidierte Kohlenhydrate, Proteine oder Mischungen davon enthalten.
    6. Depotsteine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Wasser-Konditionierungsmittel Homopolymere, Copolymere oder Terpolymere von gesättigten oder einfach oder mehrfach ungesättigten Monocarbonsäuren, Dicarbonsäuren oder Polycarbonsäuren, die eine oder mehrere Hydroxy-, Oxo- oder Aminogruppen aufweisen, deren Estern, Salzen, insbesondere Ammonium- und Alkalimetallsalzen, Amiden, Imiden und Anhydriden, insbesondere von Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylamid, Methacrylamid, Maleinsäure, Maleinsäureamid oder -imid, Maleinsäureanhydrid, α-Aminobernsteinsäure, α-Aminobernsteinsäureamid oder -imid, α-Aminobernsteinsäureanhydrid, Itaconsäure (Methylenbernsteinsäure), Itaconsäureamid oder -imid, Itaconsäureanhydrid, α-Aminoglutarsäure, α-Aminoglutarsäureamid oder -imid, α-Aminoglutarsäureanhydrid, Aconitsäure (Propen-1,2,3-tricarbonsäure), Mesaconsäure, Fumarsäure und sulfomethylieren oder sulfoethylierten Derivaten davon enthalten.
    7. Depotsteine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Trägersubstanz und/oder Bindemittel Gelatine, hydrophobe Fette, Wachse oder Harze, Hydrokolloidbildner wie Metolose, Hydroxypropylmethylcellulose und -ethylcellulose oder Fettsäuren, insbesondere Laurinsäure, gehärtetes Ricinusöl, Carnaubawachs, mikrokristalline Cellulose oder Gemische davon enthalten, die gegebenenfalls mit einem Fließregulierungsmittel wie kolloidalem Siliciumdioxid, einem Gleitmittel wie Saccharosestearat und/oder einem Konservierungsmittel wie Methlyparaben oder Buthylparaben versetzt sind.
    8. Depotsteine nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie 10 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 55 bis 95 Gew.-% Polycarbonsäure und 90 bis 0 Gew.-%, vorzugsweise 45 bis 5 Gew.-% Trägersubstanz, vorzugsweise Laurinsäure, enthalten, für Grund- und Bergwässer mit einem pH-Wert von vorzugsweise 5 bis 10.
    9. Depotsteine nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie 10 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 75 Gew.-% Polyaminobernsteinsäure mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 5000, vorzugsweise von 1500 bis 3000, und einem α/β-Verhältnis von (20-50):(80-50), vorzugsweise von 30:70, und 90 bis 0 Gew.-%, vorzugsweise 75 bis 25 Gew.-% Trägersubstanz, vorzugsweise Gelatine, enthalten, für Grund- und Bergwässer mit einem pH-Wert von vorzugsweise 8 bis 12,5.
    10. Verfahren zur Herstellung der Depotsteine gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser-Konditionierungsmittel mit einer Trägersubstanz und/oder einem Bindemittel mit einem niedrigen Schmelzpunkt, vorzugsweise unter 60°C, in dem gewünschten Mengenverhältnis unter Erwärmen mischt und die dabei erhaltene Schmelze mit darin dispergierten Teilchen abkühlt und formt unter Bildung von homogenen Depotsteinen.
    11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trägersubstanz Gelatine, hydrophobe Fette, Wachse oder Harze oder Mischungen davon verwendet.
    12. Verfahren zur Herstellung der Depotsteine gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser-Konditionierungsmittel mit pulverförmigen Trägersubstanzen und/oder Bindemitteln in dem gewünschten Mengenverhältnis trocken mischt und die dabei erhaltene trockene Mischung anschließend zu Formkörpern verpreßt.
    13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trägersubstanz Hydrokolloidbildner wie Metolose, Hydroxypropylmethylcellulose und -ethylcellulose, Fettsäuren, insbesondere Laurinsäure, gehärtetes Ricinusöl, Carnaubawachs oder mikrokristalline Cellulose oder Mischungen davon verwendet.
    14. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man vor oder während der Herstellung der Depotsteine der Trägersubstanz Fließreguliermittel, beispielsweise kolloidales Siliciumdioxid, Gleitmittel, beispielsweise Saccharosestearat, und/oder Konsetuierungsmittel, beispielsweise Methylparaben oder Butylparaben, zumischt.
    15. Verfahren zur Verhinderung bzw. Verminderung der Bildung von Ablagerungen, insbesondere Carbonatablagerungen, in einem Bauwerksentwässerungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß man dem abzuführenden Berg- oder Grundwasser Wasser-Konditionierungsmittel in Form von Depotsteinen gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, zugibt, die unter Berücksichtigung des Gefälles in das Bauwerksentwässerungssystem eingebracht werden.
    16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Depotsteine bei Neubauten in das primäre und/oder sekundäre Entwässerungssystem eingebracht werden und bei bereits bestehenden Bauwerken dem sekundären Entwässerungssystem zugesetzt werden.
    17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Depotsteine in solchen Mengen in dem Bauwerksentwässerungssystem angeordnet werden, daß sie an der Einspeisungsstelle bei kleinen Wasserzulaufmengen vorzugsweise 0,5 bis 50 000 ppm, bei mittleren Wasserzulaufmengen vorzugsweise 0,5 bis 5000 ppm und bei konstanten hohen Wasserzulaufmengen vorzugsweise 0,5 bis 100 ppm Wasser-Konditionierungsmittel an das sie überströmende Grund- oder Bergwasser abgeben.
    18. Verfahren nach den Ansprüchen 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Depotsteine in solcher Menge und solcher Anordnung in das Bauwerksentwässerungssystem eingebracht werden, daß am Ende des Entwässerungssystems der Wasser-Konditionierungsmittel-Gehalt in dem Berg- oder Grundwasser nicht weniger als 0,5 ppm beträgt.
    19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Depotsteine gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 verwendet werden, die mit Drainagefliesen, Noppenfolien, Kunststoffdichtungsbahnen oder Halbschalen zur Wasserableitung verbunden sind und in das Bauwerk eingebracht werden.
    20. Verfahren nach den Ansprüchen 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Depotsteine verwendet werden, die als Wasser-Konditionierungsmittel Polyaminobernsteinsäure mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 5000 und einem α/β-Verhältnis von (20-50):(80-50), vorzugsweise Poly-aminobernsteinsäure mit einer Kettenlänge n < 50, einem Molekulargewicht zwischen 1500 und 3000 und einem α/β-Verhältnis von 30:70, enthalten.
    21. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabemenge des Wasser-Konditionierungsmittels durch die Anzahl und Anordnung sowie die Art und Zusammensetzung der Depotsteine in Abhängigkeit von der am Ende des Entwässerungssystems anfallenden Wassermenge gesteuert wird.
    EP99105768A 1998-04-15 1999-03-22 Depotsteine und Verfahren zur Verhinderung bzw. Verminderung der Bildung von Ablagerungen in Bauwerksentwässerungssystemen Withdrawn EP0950641A3 (de)

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    CH86498A CH689452C1 (de) 1998-04-15 1998-04-15 Verfahren zur Verhinderung von zementbedingten ablagerungen in einem Bauwerksentwaesserungssystem.

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