EP1428952A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bodenverfestigung und zur Abdichtung von Spalten in Gestein oder Bauwerken - Google Patents
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Classifications
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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- E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
- E04G23/00—Working measures on existing buildings
- E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
- E04G23/0203—Arrangements for filling cracks or cavities in building constructions
Definitions
- the invention relates to soil consolidation and sealing of columns or the filling of cavities in rock or building material by means of a at temperatures above 100 ° C liquid or low viscosity mass.
- the object of the invention is to provide a cost-effective and simple method for soil consolidation or sealing of gaps or for filling cavities in rock or structures, which allows a better penetration of the molten masses into the soil or in the gaps and joints.
- the object of the invention is also a suitable device for carrying out the method.
- An essential feature of the invention is the removal of a large part of the oxygen and preferably also other active molecules (eg water) from the liquid mass to be injected before it reaches its highest temperature and thus is also the most vulnerable to decomposition.
- active molecules eg water
- the melt preferably flows down an inclined plane, while (preferably) countercurrent protective gas replaces the harmful molecules in the melt.
- Removal of damaging molecules from the melt before reaching their highest temperature is also possible by melting under vacuum (or underpressure, preferably with replacement of the residual gas by inert gas).
- Preference is given here when the vacuum is already present, when the meltable mass is still in solid form, because a degassing of a substance is found to take place most effectively then, when the intermolecular composite is just breaking up during melting and trapped molecules gain mobility.
- a particularly effective degassing takes place in multiple successive melting and solidification under vacuum (or negative pressure). Even when melting under vacuum, a large relative surface of the melt to the vacuum of advantage.
- a less effective but less expensive method of degassing the melt is to heat this mass in a preliminary stage (preferably close to the stability limit) and to allow degassing (because at the high temperature is the solubility of gases, compared with the lower Temperatures, greatly reduced) and then in a vessel under absence of air (eg completely filled chamber) to further heat up to the maximum temperature, with only the few remaining remnants of oxygen and harmful substances can react with the polymers of the melt, but from the outside no further harmful gases can diffuse into the melt.
- a preliminary stage preferably close to the stability limit
- degassing because at the high temperature is the solubility of gases, compared with the lower Temperatures, greatly reduced
- a vessel under absence of air eg completely filled chamber
- It may be, for example, linear or slightly branched organic Polymers such as polyethylene, polypropylene, polyamide, polyester, polyether, Polyurethane, polysulfone and mixtures or block polymers thereof act; also mixtures of such substances with at the process temperature infusible aggregates. It can also be around meltable polymers with polysiloxane backbone act.
- organic Polymers such as polyethylene, polypropylene, polyamide, polyester, polyether, Polyurethane, polysulfone and mixtures or block polymers thereof act; also mixtures of such substances with at the process temperature infusible aggregates. It can also be around meltable polymers with polysiloxane backbone act.
- the temperature used in the process is of the substance used dependent. It must be determined in a preliminary test and moves between 100 degrees Celsius and 300 degrees Celsius, preferably between 150 Degrees Celsius and 270 degrees Celsius. For example, too high a temperature can be detectable by a browning in bright substances. It should but in addition to be checked whether the manifested by the tanning Removal of the substance also their availability at this temperature restricts or whether the color change for the intended purpose is harmless.
- suitable mixtures of substances can sometimes be the softening point decrease ("melting point depression") or the temperature dependence positively influence the viscosity, so that when using the process of the invention achieved higher process temperature the molten mass is still thinner and therefore even better in finest cracks and crevices can penetrate.
- the substance to be melted as already mentioned, Stabilizers against decomposition at high temperatures (antioxidants) or against hydrolysis.
- baroplastic systems which are substances that reduce their viscosity greatly under pressure and do so even at relatively low temperatures.
- block copolymer polystyrene-block-poly (n-butyl methacrylate) As baroplastic systems with low softening point under pressure, but high end stiffness, mixtures are also advantageously usable:
- These useful baroplastic systems contain nanophase domains of at least one polymer with high glass transition temperature T g and at least one polymer with low glass transition temperature T g .
- T g glass transition temperature
- T g glass transition temperature
- T g glass transition temperature
- T g glass transition temperature
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Abstract
Description
Aus der WO 00/12863 ist weiterhin ein Verfahren bekannt, Spalten und Hohlräume in Gestein oder Bauwerkskonstruktionen durch Einpressen reiner, durch Hitze verflüssigter Schmelzstoffe geringer Viskosität und schneller Anfangsfestigkeit, speziell Polyamiden oder polyamidähnlicher Gele, abzudichten. Die in dieser Anmeldung angeführten sogenannten Schmelzstoffe sind Stoffe, die im geschmolzenen Zustand reine Phasen bilden. Speziell sind dies Polyamide oder polyamidähnliche Gele.
In der DE 101 48 533 A1 wird weiterhin ein Verfahren beschrieben, bei dem keine reinen aufgeschmolzenen Polymere verpreßt werden, sondern geschmolzene Polymere, die einen ungeschmolzenen Zuschlagstoff enthalten. Für ein tieferes Eindringen der geschmolzenen Massen in Spalte und Klüfte müssen der Spalt bzw. die Kluft bisweilen vorgeheizt werden.
Aufgabe der Erfindung ist auch eine geeignete Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Wesentliches Kennzeichen der Erfindung ist dabei die Entfernung eines Großteils des Sauerstoffs und bevorzugt auch von anderen spaltend wirksamen Molekülen (z.B. Wasser) aus der zu injizierenden flüssigen Masse bevor diese ihre höchste Temperatur erreicht und damit auch am stärksten zersetzungsgefährdet ist. Die große schädigende Wirkung schon geringer Mengen spaltend wirkender Moleküle ist darauf zurückzuführen, daß ein einziges kleines spaltendes Molekül ein vieltausendmal größeres Polymermolekül in zwei kleinere Teile aufbrechen kann.
Durch die Entfernung eines Großteils des Sauerstoffs und bevorzugt auch von anderen spaltend wirksamen Molekülen ist es möglich, die verflüssigte zu injizierende Masse bei gleicher Qualität des später wieder erstarrten Materials ohne Zersetzung auf eine höhere Temperatur zu erhitzen, als es bei Anwesenheit der spaltend wirkenden Moleküle möglich wäre. Dadurch nimmt die Viskosität der Schmelze weiter ab und sie kann tiefer auch in feinste Ritzen hineingepreßt werden. Je nach verwendetem Material sind Temperaturerhöhungen von fünf bis 50 Grad Celsius möglich, meistens sind es 10 bis 20 Grad Celsius.
Die Entfernung des Sauerstoffs und anderer schädigender Moleküle ist z.B. durch Aufschmelzen unter Schutzgas (bevorzugt billiger Stickstoff oder Argon) möglich, wobei dieses bevorzugt durch die Schmelze geleitet wird oder auf einer großen Fläche bei geringer Schichtdicke der Schmelze Kontakt zu dieser hat. Bevorzugt strömt die Schmelze in letzterem Falle eine schiefe Ebene hinunter, während (bevorzugt) entgegenströmendes Schutzgas die schädlichen Moleküle in der Schmelze ersetzt.
Eine Entfernung schädigender Moleküle aus der Schmelze vor Erreichen ihrer höchsten Temperatur ist auch durch Aufschmelzen unter Vakuum (bzw. Unterdruck, bevorzugt unter Ersatz des Restgases durch Schutzgas) möglich. Bevorzugt ist hierbei, wenn das Vakuum schon anliegt, wenn die aufzuschmelzende Masse noch in fester Form vorliegt, denn eine Entgasung einer Substanz findet erfahrungsgemäß dann am effektivsten statt, wenn der intermolekulare Verbund während des Schmelzens gerade am Aufbrechen ist und eingeschlossene Moleküle Beweglichkeit erlangen.
Eine besonders effektive Entgasung findet bei mehrmalig hintereinander ausgeführtem Aufschmelzen und Erstarren unter Vakuum (bzw. Unterdruck) statt. Auch beim Aufschmelzen unter Vakuum ist eine große relative Oberfläche der Schmelze zum Vakuum von Vorteil.
Eine weniger effektive aber auch weniger aufwendige Methode zur Entgasung der Schmelzmasse besteht darin, diese Masse in einer Vorstufe aufzuheizen (bevorzugt bis nahe an die Stabilitätsgrenze) und entgasen zu lassen (denn bei der hohen Temperatur ist die Löslichkeit von Gasen, verglichen mit der bei tieferen Temperaturen, stark herabgesetzt) und anschließend in einem Gefäß unter Luftabwesenheit (z. B. vollständig gefüllte Kammer) auf die maximale Temperatur weiter hochzuheizen, wobei nur noch die wenigen verbliebenen Reste an Sauerstoff und schädigenden anderen Stoffen mit den Polymeren der Schmelze reagieren können, aber von außen keine weiteren schädlichen Gase in die Schmelze eindiffundieren können. Bei diesem einfacheren Verfahren ist natürlich keine so starke Temperaturerhöhung möglich wie bei einem Erhitzen unter Schutzgas oder Vakuum.
Bis die solchermaßen von schädigenden Stoffen befreite Schmelze wieder in Kontakt mit Luft tritt, ist sie entlang der Transportleitungen bereits auf eine Temperatur abgekühlt, bei der die Luft ihr nichts mehr anhaben kann, zumal sie anschließend auch noch in den Spalten und Ritzen sehr schnell heruntergekühlt wird.
Eine weitere Möglichkeit der Entfernung spaltend wirkender Substanzen aus der Schmelze besteht in einem Zusatz von Stoffen, die diese binden, bevor sie schädigend wirken können, oder auch in einem Zusatz von solchen Stoffen (Antioxidantien, Radikalfänger), die in Folgereaktionen entstehende freie Radikale abfangen, bevor sie Ketten schädigen können.
Versuche haben gezeigt, daß es möglich ist, bei Befreiung von schädigenden Substanzen (vor allem Sauerstoff, Wasser, (Lewis-)Säuren oder Laugen, Peroxiden) ohne Qualitätsverlust Polymere mit organischem Rückgrat und/oder organischen Seitengruppen je nach Art um bis zu 50 Grad Celsius, auf jeden Fall 10 bis 20 Grad Celsius höher zu erhitzen als bei Anwesenheit dieser schädigenden Substanzen. Die ausbleibende Schädigung (Abbau der Polymerkette, Oxidation) kann bei hellen Polymeren direkt durch das Ausbleiben einer Braunfärbung beobachtet werden.
- bei Umgebungstemperatur fest
- bei Temperaturen oberhalb 100°C, bevorzugt oberhalb 150°C dünnflüssig und injizierbar
- eine die spätere Verwendung beeinträchtigende Zersetzung der Schmelze unter Luftzutritt beginnt maximal 50°C, bevorzugt maximal 20°C unterhalb der während des Aufschmelzvorgangs erreichten maximalen durchschnittlichen Temperatur der Schmelze
- nach dem Abkühlen wieder mechanisch fest
- Freisetzung keiner nennenswerter Mengen an gefährdenden Substanzen aus der wieder erstarrten Schmelze pro Zeiteinheit am Bestimmungsort
Als baroplastische Systeme mit niedrigem Erweichungspunkt unter Druck, aber hoher Endsteifigkeit, sind vorteilhaft auch Mischungen verwendbar: Diese verwendbaren baroplastischen Systeme enthalten Nanophasendomänen von mindestens einem Polymer mit hoher Glasübergangstemperatur Tg und mindestens einem Polymer mit niedriger Glasübergangstemperatur Tg . Ein Beispiel hierfür ist eine Mischung aus der steifen Komponente Polystyrol und der weichen Komponente Polybutylacrylat (Nature, vol.426, S. 424).
Claims (8)
- Verfahren zur Bodenverfestigung und zur Abdichtung von Spalten in Gestein oder Bauwerken, bei dem über ein oder mehrere abgedichtete Bohrlöcher ein oberhalb ungefähr 100°C schmelzendes Material bei einer Temperatur, bei der es dünnflüssig vorliegt, unter Druck in kalten oder vorgewärmten Boden oder kaltes oder vorgewärmtes Gestein oder Baumaterial injiziert wird, wobei es sich bei dem schmelzbaren Material um eine reine schmelzbare Substanz, eine Mischung aus schmelzbaren Substanzen oder eine Mischung aus schmelzbaren und bei der Verfahrenstemperatur der Injektion unschmelzbaren Substanzen handelt,
dadurch gekennzeichnet, daß der schmelzbare Feststoff vor Erreichen der maximalen Verfahrenstemperatur von Sauerstoff und/oder anderen schädigenden Substanzen, die die Polymermoleküle der Schmelze bei der maximalen Verfahrenstemperatur sonst angreifen oder spalten würden, weitgehend befreit wird,
oder der Zutritt solcher schädigender Stoffe zu der Schmelze in der Apparatur verwehrt wird,
wodurch es möglich ist, die maximale Verfahrenstemperatur um 5 bis 50° Celsius anzuheben, mit den dadurch bedingten Vorteilen der geringeren Viskosität und längeren Fließbarkeit. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen mindestens in dem Teil der Vorrichtung, in dem die Schmelze die maximale Temperatur erreicht, unter inertem Schutzgas erfolgt. - Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen mindestens in dem Teil der Vorrichtung, in dem die Schmelze die maximale Temperatur erreicht, unter Vakuum erfolgt, oder unter Unterdruck von Luft von weniger als 1/3 atm, oder unter Unterdruck von Schutzgas. - Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen in mindestens zwei Stufen erfolgt, einer Vorschmelze unter Luftzutritt und einer Nachschmelze auf Maximaltemperatur unter Luftabschluß. - Dichtmasse zur Verwendung in einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß sie aus mindestens einem schmelzbaren Polymer besteht. - Dichtmasse nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß sie Antioxidantien, Radikalfänger oder wasserbindende Mittel als Stabilisatoren gegen thermische Zersetzung enthält. - Dichtmasse nach mindestens einem der Ansprüche 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen 5 Gewichtsprozent und 80 Gewichtsprozent an feinkörnigem oder noch feinerem, bei maximaler Verfahrenstemperatur unschmelzbaren Feststoff enthält. - Dichtmasse nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen 20 Gewichtsprozent und 70 Gewichtsprozent an feinkörnigem oder noch feinerem, bei maximaler Verfahrenstemperatur unschmelzbaren Feststoff enthält.
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EP03027606A Withdrawn EP1428952A1 (de) | 2002-12-11 | 2003-12-02 | Verfahren und Vorrichtung zur Bodenverfestigung und zur Abdichtung von Spalten in Gestein oder Bauwerken |
Country Status (1)
Country | Link |
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EP (1) | EP1428952A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2907968A1 (de) | 2014-02-12 | 2015-08-19 | Züblin Spezialtiefbau Ges.m.b.H. | Vorrichtung und Verfahren zur Injektion eines thermoplastischen Kunststoffs |
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2003
- 2003-12-02 EP EP03027606A patent/EP1428952A1/de not_active Withdrawn
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