NL8602449A - Werkwijze voor de bereiding van nahardend materiaal. - Google Patents

Description

' 4 m *

NL 33.772-dJ/vdM

' - 1 -

Werkwijze voor de bereiding van nahardend materiaal.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van nahardend materiaal, in het bijzonder voor het opvullen en/of afdichten van holle ruimtes door injecteren en voor de bodemversteviging, waarbij men 5 water, cement en korrelig toeslagmateriaal met elkaar vermengt en het mengsel hard laat worden.

Bij de bouw van tunnels, straten, onderaardse bunkers e.d. ontstaan er vaak achter de bedekking of bemetse-ling onopgevulde holle ruimtes, die onder inwerking van de 10 veranderlijke, eventueel dynamische, belastingen instorten en daardoor grote beschadigingen kunnen veroorzaken. Zowel in de mijn- als ook in de tunnelbouw vormt het zorgvuldig opvullen van de holle ruimtes achter de bemetseling een belangrijke taak. Voor de vervulling van dergelijke taken met betrekking 15 tot het opvullen van holle ruimtes wordt in het algemeen een of ander materiaalmengsel met cementbinding toegepast.

Voor het herstel van beschadigde kanalen, in het bijzonder afwaterkanalen van beton, resp. gewapend beton, is een methode bekend volgens welke in het reeds aanwezige kanaal 20 kunststofbuizen met een kleinere diameter dan die van het kanaal worden getrokken en de holle ruimte tussen de beide buizen door middel van een cementmortel wordt opgevuld.

De thans bekende en toegepaste injecteerstoffen bezinken vaak, verzekeren geen volledige opvulling van holle 25 ruimtes en nemen zo niet het gevaar weg van het optreden van verzakkingen van het bodemoppervlak, van het losser worden, dat de veiligheid van de bemetseling in gevaar brengt en van de verschillende gronddrukken.

Uit het Hongaarse octrooischrift nr. 159 349 is 30 een opvulwerkwijze bekend, waarbij slib, cement, waterglas en in voorkomend geval natriumnitraat en een bitumènemulsie met water worden vermengd en het mengsel achter de tunnelbemetse-ling wordt geïnjecteerd. Er ontstaan problemen door de omstan- a S 0 2 4 4 “ι Λ· - 2 - digheid, dat het bitumen - ook warm gewalst - heel slecht hecht aan de silicaten/ waardoor meerdere laagscheidingen optreden/ namelijk tussen silicaat-waterglas/ bitumen-silicaat en bitumenemulsiefasen. Ten gevolge van de scheuring neemt de 5 druksterkte af en de scheuren openen de weg voor het water, alsmede voor het zanderige slib. Met dit materiaal kan derhalve geen volledige opvulling van de holle ruimte worden bereikt.

Ook is er een injecteermortel bekend, die door het 10 vermengen van cement, rivierzand, bentoniet, alsmede van een plastificeermiddel wordt bereid. Ofschoon het natriumbentoniet de stabiliteit van de zand-cementmortel verhoogt en de water-afgifte vermindert, kan ook met dit materiaal geen krimpvrije opvulling van de ruimte worden verzekerd.

15 Voor de bodemversteviging zijn sedert lange tijd verscheidene chemicaliën (acrylaten, peroxosulfaten, enz.) bekend, die onder toevoeging van natriumthiosulfaat in de bodem polymeriseren. De toepassing van furfurolharsen, siliconen, alsmede van vetzure quatemaire ammoniumzouten en poly-20 urethaanderivaten zijn op dit gebied eveneens goed bekend (Chemie Engineering News, 33. 1640. 1955).

Het gemeenschappelijke nadeel van de kunststof-verstevigingsmiddelen is daarin gelegen, dat hun toepassing ook in geringe hoeveelheden buitengewoon kostbaar is, dat wil 25 zeggen, dat ze voor opvulwerken niet op functionele wijze kunnen worden toegepast. Ook hun gebruik voor de grondverbetering in de landbouw is zo duur, dat ze geen brede toepassing vinden.

Het meest zwaarwegende nadeel van de bij de eerder 30 genoemde kanaalherstelmethode toegepaste cementmortel is hierin gelegen, dat deze krimpt en zo de statische samenwerking van het aanwezige betonkanaal en van de kunststofbuis niet wordt verzekerd.

De taak van de onderhavige uitvinding is een na-35 hardend materiaal te bereiden, dat na zijn verharding, resp. versteviging, niet krimpt, daarentegen zelfs wezenlijk opzwelt, goed hardt en hierbij niet kostbaar is.

De uitvinding berust op het inzicht, dat de 8602449 - 3 - silicaten de peroxiden, in het bijzonder het waterstofperoxide, katalytisch splitsen, d.w.z. hun zuurstofsplitsing als volgt zeer kunnen versnellen: 2 H202 + Si02 —-> 2 H2° + 02 + Si02 5 In dit proces zal het silicaat (de mortel) als katalysator fungeren.

De snelheid van de gasvorming wordt door de kwaliteit van het silicaat en de concentratie van het peroxide beïnvloed .

1 o Een verdere grondslag voor de onderhavige uitvin ding is het inzicht, dat onder toepassing van de reactieve kracht van het zich vormende gas ook die holle ruimtes, resp. delen van holle ruimtes, kunnen worden opgevuld, welke met behulp van de middelen van de met overdruk werkende injecteer-15 techniek reeds onbereikbaar zijn. (De inpersstraal van het reeds sedert langere tijd toegepaste, als klassiek verstevi-gingsmiddel bekende warmè:. bitumen bedraagt bijv. bij een overdruk van 10 atm. in totaal slechts 1,5 m.)

Op grond van deze inzichten werd de gestelde taak 20 vervuld doordat water, cement en een korrelige toeslagstof met elkaar worden vermengd en men het mengsel laat harden, waarbij het mengsel onder toevoeging van peroxide en, eventueel, bentoniet wordt bereid. In het algemeen wordt waters tof-of bariumperoxide toegepast: de laatst genoemde verbinding 25 wordt in het bijzonder in die gevallen toegepast, wanneer het als nahardend materiaal wordt gebruikt in samenhang met bescherming tegen straling. Als bentonietcomponent is de toepassing van geactiveerd natriumbentoniet het meest doeltreffend. Het bentoniet vertraagt overigens de zuurstofafgifte, hetgeen 30 in bepaalde toepassingen vereist kan worden en bovendien verhindert het ten gevolge van zijn gelatinerende werking het afvloeien van water uit het mengsel, hetgeen bij het injecteren nuttig kan zijn.

Met voordeel worden stoffen op basis van silicaat, 35 in het bijzonder zand en/of leem, toegepast? het meest geschikt is de toepassing van grof zand met een korrelgrootte van 0,2-2 mm (bijv. voor het opvullen van holle ruimtes), of van fijn zand met korrelgroottes onder 0,2 mm (bijv. voor het verstevi- 8602449 C '·ψ - 4 - gen van leemgronden). Als cement wordt bij voorkeur Portland-cement met kwaliteit C 350 gebruikt. Het leem wordt op geschikte wijze in verkleinde (voorbereide) toestand bijgemengd.

Volgens een verder uitvindingskenmerk wordt bij 5 de bereiding van het mengsel bij voorkeur een 25-30 %-ige per-oxide-oplossing, het meest geschikt een waterstofperoxide-oplossing, toegepast.

Een verdere gunstige uitvoering van de werkwijze wordt gekenmerkt, doordat in de eerste trap het peroxide met 10 het water of een gedeelte daarvan, wordt vermengd en de verdere componenten aan dit peroxidehoudende water worden toegevoegd.

Tenslotte is het gunstig, wanneer voor de bereiding van een mengsel van een kubieke meter de volgende hoe-15 veelheden worden gebruikt: 300-500 kg cement, 50-150 kg leem en/of 200-400 kg zand, eventueel 20-150 kg bentoniet, alsmede 5-20 liter 25-30 %-ige peroxide-oplossing, of een daarmee overeenkomende hoeveelheid peroxide.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand 20 van de volgende voorbeelden.

VOORBEELD I

Een losse zandgrond wordt verstevigd met behulp van de injecteringstechnologie, onder toepassing van het materiaal volgens de uitvinding. De te verstevigen zandgrond 25 heeft een grove structuur, d.w.z. grootkorrelig. De dichtheid bedraagt 1500 kg/m3 .

Het voor het opvullen van de poriën en voor de versteviging dienende materiaalmengsel wordt volgens de onderstaande receptuur (betrokken op 1 m3 mortel) toebereid: 30 8 liter 30 %-ige waterstofperoxide-oplossing 420 kg Portlandcement C 350 300 kg grof zand met een korrelgrootte 2,0-0,2 mm water.

In de eerste trap wordt het waterstofperoxide aan 35 het bij te mengen water toegevoegd en daarin grondig vermengd. Vervolgens worden de overige componenten toegevoegd, resp. bij de waterstofperoxidehoudende vloeistof gemengd. De waterhoe-veelheid wordt zodanige gekozen, dat de viskositeit van de 8602449 ·» ·"» - 5 - mortel het injecteren mogelijk maakt.

De volgens de boven vermelde receptuur bereide, te samen met de zuurstof, welke zich uit het door de silicaten katalytisch gesplitste peroxide vormt, driefasige (vaste fase, 5 water en gas) mortel is zeer goed injecteerbaar, zwelt na indringen in de poriën, verhardt na een op de injectering volgende beperkte tijdsduur en ook de eindsterkte van het gebonden materiaal is groter dan die van de thans bekende, onder toepassing van cement in dezelfde hoeveelheid bereide, mortels.

10 Deze verzekert een volledige opvulling van de holle ruimtes en dientengevolge een volledige versteviging van de grond.

VOORBEELD II

Een leemgrond, d.w.z. met een gering gehalte aan holle ruimtes, met een dichtheid van ca. 2000 kg/m3 wordt 15 onder toepassing van de volgens de werkwijze van de uitvinding bereide mortel met behulp van de injecteringstechnologie verstevigd.

Voor de bereiding van 1 m3 mortel wordt 15 liter 30 %-ige waterstofperoxide-oplossing toegevoegd aan het water 20 en dit met het water grondig vermengd. Aan de zo verkregen vloeistof worden 400 kg Portlandcement C 350, 100 kg voorbereide (verkleinde) leem, alsmede 100 kg natriumbentoniet toegevoegd. De driefasige mortel wordt op een op zichzelf bekende wijze in de grond geïnjecteerd, waar de mortel op de 25 in voorbeeld I verklaarde wijze opzwelt en na het afbinden een volledige opvulling van de poriën en effectieve grond-versteviging teweeg brengt.

VOORBEELD III

Een beschadigd betonkanaal wordt hersteld door het 30 inbrengen van een harde, zelfdragende kunststofbuis en door het opvullen van de overgebleven holle ruimte tussen de beide buizen door middel van het nahardende materiaal, d.w.z. met behulp van injectering. De nahardende mortel wordt op grond van het volgende voor 1 m3 mortel geldende recept aangemaakt: 35 11 liter 25 %-ige waterstofperoxide-oplossing 320 kg Portlandcement C 350 35Q kg grof zand met een korrelgrootte tot 2 mm 75 kg geactiveerd natriumbentoniet water.

8602440 - 6 -

Ook in dit geval werden in de eerste trap het water en het waterstofperoxide vermengd en vervolgens werden de overige bestanddelen aan het voormengsel toegevoegd. De in de holle ruimte tussen de beton- en de kunststofbuis geïnjec-5 teerde, verkregen driefasige mortel bewerkt door zijn opzwelling/ welke aanhoudt tot het inzetten van de afbinding, niet alleen een volledige voegvrije opvulling van de ringvormige holle ruimte, maar beïnvloedt bovendien de door de beide buizen en de verstevigde mortellaag gevormde draagconstructie, waardoor 10 een soort van voorspanning wordt verkregen, die gunstig is voor het statische gedrag.

De aan het afbinden verbonden gunstige werkingen zijn de volgende: het ten gevolge van de zuurstofsplitsing van peroxide ontstane gas is niet explosiegevaarlijk, niet giftig, 15 biologisch zelfs voordelig, waarbij het de vloeibare mortel voor een bepaalde tijd, tengevolge van zijn pneumatische roer-werking, in een dun vloeibare toestand· houdt, zodat de mortel gedurende de tijd, waarin de gasvorming aanhoudt, zelfs kan worden teruggezogen van de plaats, waarin de mortel werd ge-20 injecteerd. Nadat de gasvorming praktisch reeds is afgesloten, draagt deze op aanmerkelijke wijze bij tot de versterking van de silicaatbinding door de inbouw van zuurstofbruggen. Dientengevolge overtreft ook de druksterkte van de verharde mortel de waarde, welke bereikt wordt door slechts cement en korrel-25 structuren toe te passen. Een verder voordeel vormt de omstandigheid, dat slechts een gedeelte van de zich vormende zuurstof in het silicaat treedt; het andere gedeelte maakt de mortel microporeus en daarin, vangt een langzame geldiffusie aan. Op deze wijze krimpt enerzijds het materiaal geenszins, 30 maar zwelt het voor ' een bepaalde tijdsduur en tot een bepaalde massa, terwijl anderszins ook zijn dichtheid vermindert. Zijn eigenschap tot opzwelling, de voortreffelijke in-jecteerbaarheid en de hoge sterkte maken het materiaal voor alle taken van het opvullen van holle ruimtes geschikt; 35 natuurlijk is het "opvullen van holle ruimtes", zoals dit op grond van de voorafgaande verregaand weergegeven voorbeelden vaststelbaar is, bedoeld in zijn meest omvattende uitlegging, d.w.z. ook de bodemversteviging,'d.w.z. het opvullen van de 8502449 _______'l % -7..- bodemporiën, behoort tot dit begrip.

De uitvinding beperkt zich geenszins tot de eerder gegeven concrete voorbeelden en toepassingsmogelijkheden, maar kan binnen de door de conclusies gedefiniëerde beschermings-5 omvang op talrijke wijzen worden verwezenlijkt. In afhankelijkheid van de betreffende toepassing zijn de kwaliteit en hoeveelheid van de componenten veranderlijk en door variëring van de waterhoeveelheid kan ook de viskositeit van de mortel tussen brede grenzen worden veranderd. Aangezien de volgens de 10 werkwijze volgens de onderhavige uitvinding bereide mortel voor de opvulling van de meest verscheidene holle ruimtes (onderaardse oude kelders, bunkers, tunnelbemetselingen, niet opgevulde holle ruimtes achter galerij-afstempelingen, spleten tussen bouwdelen, bijv. door de wand gevoerde buizen en 15 breuken en dergelijke) voortreffelijk geschikt is, kan deze ook voor andere doeleinden, zoals bijv. de vervaardiging van bouwelementen en raamafgrensconstructies in gebouwen, bijv. wanden door het injecteren en terugzuigen van de mortel, ter afdichting van poriën van waterdichte bouwconstructies, 20 bijv. betonbuizen, enz., worden toegepast.

25 8602448

Claims (11)

1. Werkwijze voor de bereiding van nahardend materiaal, in het bijzonder voor de opvulling van holle ruimtes door middel van injecteren en voor de bodemversteviging, 5 waarbij men water, cement en korrelig toeslagmateriaal met elkaar vermengt en het mengsel hard laat worden, met het kenmerk, dat men het mengsel door toevoeging van peroxide en eventueel bentoniet bereidt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het 10kenmerk , dat men het mengsel door toevoeging van waterstofperoxide bereidt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk , dat men het mengsel door toevoeging van bariumperoxide bereidt.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat men het mengsel door toevoeging van geactiveerd natriumbentoniet bereidt.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat men als korrelig toeslag- 20 materiaal een toeslagmateriaal op basis van silicaat, in het bijzonder zand en/of leem, toepast. %

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk , dat men voor de bereiding van het mengsel grof zand met een korrelgrootte van 2-0,2 mm of zand met een 25 korrelgrootte onder 0,2 mm toepast.

7. Werkwijze volgens een der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat men voor de bereiding van het mengsel Portlandcement C 350 toepast.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 1-7, 30 met. het kenmerk, dat men voor de bereiding van het mengsel voorbereide (verkleinde) leem (klei) toepast.

9. Werkwijze volgens een der conclusies 1-8, methet kenmerk, dat men voor de bereiding van het mengsel 25-30 %-ige peroxide-oplossing, in het bij- 35 zonder waterstofperoxide-oplossing, toepast.

10. Werkwijze volgens een der conclusies 1-9, met het kenmerk, dat in de eerste trap het peroxide mét het water of een gedeelte daarvan wordt vermengd 8602449 k ............ * 5L --—Ér - 9 - en de overige bestanddelen aan het peroxide-bevattende water worden bijgemengd.

11. Werkwijze volgens een der conclusies 1-10, met het kenmerk, dat voor de bereiding van 5 1 m3 mengsel 300-500 kg cement, 50-150 kg leem (klei) en/of 200-400 kg zand, eventueel 20-150 kg bentoniet, alsmede 50-20 liter 25-30 %-ige peroxide-oplossing, of een overeenkomstige hoeveelheid peroxide, worden toegepast. 10 3602443 --^