WO2008000106A1

WO2008000106A1 - Bentonitsuspensionen

Info

Publication number: WO2008000106A1
Application number: PCT/CH2007/000317
Authority: WO
Inventors: Michael PLÖTZE; Anja Heinz
Original assignee: ETH Zürich
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2008-01-03

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Bentonitsuspensionen enthaltend Bentonit, Wasser und geschreddertes Papier, deren Herstellung sowie Verwendung bei geotechnischen Bauverfahren, insbesondere für Böden mit sehr hohen Durchlässigkeiten.

Description

Bentonitsuspensionen

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind modifizierte Bentonitsuspensionen, deren Herstellung sowie Verwendung bei geotechmschen Bauverfahren, insbesondere Schild- Tunnelbohrmaschmen mit Flussigkeitsstutzung und Schlitz- wanden.

Beschreibung

Bentomte bestehen aus Partikeln im Nano- bis Mikrometerbereich. Sie setzen sich überwiegend aus Tonmineralen der Smektit-Gruppe (Montmoπllonit) zusammen, daneben können auch Begleitminerale wie Quarz, Feldspat und Glimmer enthalten sein. Bentomte finden im Baubereich eine breite Anwendung. Sie werden im Deponiebau für Basis- und Oberflachenabdichtungen eingesetzt. Auch als In^ektionsmittel zur Abdichtung von Hohlräumen und als Bentonit- quellbander zur Bauwerksabdichtung kommen sie zum Einsatz.

Bentonitsuspensionen bestehen aus Bentomtpulver und Wasser. Sie werden bei verschiedenen Bauverfahren wie der Tunnelbau- weise mit Schild-Tunnelbohrmaschinen (TBM) mit Flussigkeitsstutzung im Lockergestein oder der Erstellung von Schlitzwanden im Spezialtiefbau und in der Altlastensanierung verwendet .

Die Herstellung einer Ortbeton-Schlitzwand erfolgt in zwei Phasen. Zunächst wird der Schlitz unter standiger Zufuhr von Bentonitsuspension mit Greifern oder Fräsen ausgehoben. Die Suspension stutzt dabei die Erdwande wahrend des Aushubs. Ist die Aushubsohle erreicht, wird die Suspension gereinigt, indem sie an der Schlitzsohle abgepumpt, in der Reinigungsanlage mit Sieben und Zyklonen entsandet und wieder von oben dem Schlitz zugeführt wird. Nach dem anschliessenden Homogenisieren werden die Absteilkonstruktionen und der Bewehrungskorb in den Schlitz eingebracht. Dann erfolgt das Betonieren im Kontraktorverfahren unter Verdrangen der Suspension. Die Suspension kann nach entsprechender Aufbereitung mehrfach wieder verwendet werden. Die Errichtung von Schlitzdichtwanden erfolgt analog zur Herstellung von Ortbeton-Schlitzwanden im Zweiphasenverfahren. Bei der Schild-TBM mit Flussigkeitsstutzung wird die Ortsbrust mit einer Bentonitsuspension gestutzt. Diese wird in die geschlossene Abbaukammer gepumpt. Die Abbaukammer ist durch eine Tauchwand in zwei Bereiche geteilt. Im hinteren Bereich wird über eine Luftblase der Stutzdruck an der flussigkeitsgestutzten Ortsbrust geregelt. Die Suspension dringt druckbeaufschlagt in den Boden ein. Über den sich im Boden bildenden Filterkuchen wird der Stutzdruck auf die Ortsbrust übertragen und Wasser aus dem Baugrund abgehalten. Gleichzeitig dient die Suspension als Fordermedium für den gelosten Boden. Die wiederaufbereitete Suspension kann mehrfach zuruckgepumpt werden (Maidl et al., 1995) .

Die Funktion der Bentonitsuspension beruht somit darauf, die Stutzung des Bodens wahrend des Aushubs zu übernehmen, indem sie zunächst in den Boden eindringt, aber mit der Zeit an der Bodenoberflache (an der Ortsbrust bzw. an den Schlitzwandungen) durch Abfilterung von Feststoffpartikeln einen dichten Filterkuchen bildet, über welchen der Stutzdruck übertragen werden kann. Die Eindringung der Suspension in den Boden wird durch die Fliessgrenze der Suspension begrenzt. Je nach Bodenbeschaffenheit kann dies problematisch sein. Bei feinkornigen Boden (dχo ≤ 0.2 mm), bildet sich eine weitgehend undurchlässige Membrane (Filterkuchen) durch Abfilterung von FeststoffPartikeln der Suspension an der Bodenoberflache. Die Suspension dringt praktisch nicht in den Baugrund ein. Auf die Membran wirkt der hydrostatische Stutzdruck aus der Suspension. Bei grobkörnigen Boden hingegen, dringt die Suspension in die Bodenporen ein. Der Fliessvorgang der Suspension stagniert, wenn der Suspensionsdruck auf das Korngerust übertragen ist. Dies ist aufgrund der Fliessgrenze der Suspension möglich, die Suspension kann Schubspannungen aufnehmen. Die Eindringung der Suspension ist zeitabhängig, so dass sich auch der Stutzmechanismus zeitabhängig verändert (Karstedt & Ruppert, 1980) . Nach dem Stillstand des Eindringvorgangs kommt es zum "Gelieren" der Suspension und die rheologischen Eigenschaften andern sich aufgrund der Thixo- tropie der Bentonitsuspension.

Die Stutzwirkung ist umso grosser, je weniger die Suspension in den Boden eindringt. Bei sehr grossen Poren bzw. hoher Durch- lassigkeit des Bodens (Durchlassigkeitsbeiwerte k = 10^~5 m/s bis ≥ 10^~3 m/s; Krause, 1987, Kanayasu et al., 1995) kann deren Stutzung problematisch werden. In diesem Fall kann sich kein Filterkuchen bilden und die Suspension dringt weit in den Untergrund ein, wodurch grosse Suspensionsverluste auftreten und vor allem die Gefahr eines Verlustes der Stutzwirkung und damit von Verbruchen (Tagbruche) besteht.

Eine für die oben genannten Anwendungen optimale Bentonitsuspension zur Erzielung einer ausreichenden Stutzwirkung sollte einen Filterkuchen bilden und eine geringe Eindringtiefe in den Boden aufweisen. Darüber hinaus sollte die Suspension einfach herzustellen, leicht pumpbar und nach der Aufbereitung in der Separationsanlage, in der der ausgehobene Boden abgetrennt wird, wieder verwendbar sein. Eine Verbesserung der Stutzwirkung in Boden hoher Durchlassig- keit wurde bis anhin durch Modifizierung reiner Bentonit- suspensionen mit verschiedenen Zusätzen, wie Polymeren und Füllstoffen angestrebt. Als Füllstoffe dienten z.B. Sagemehl oder expandierter Vermiculit, ein Tonmineral. Die Funktion einer geeigneten Bentomtsuspension beruht jedoch auf optimalem Zusammenwirken aller Komponenten was einen grossen zeitlichen Entwicklungsaufwand verursachte. Zum Beispiel hangt besonders die Wirkung der Polymere entscheidend von der Bentonitart, dem Chemismus des Anmachwassers, der Temperatur und den Mischbedingungen (Mischenergie und -dauer) ab. Die Nachteile der bisher eingesetzten Füllstoffe sind die starke Materialzerkleinerung des expandierten Vermiculits wahrend des Pumpens und damit eine schlechte Rezyklierbarkeit sowie eine mögliche Schaumbildung bei der Verwendung von Sagemehl aus Nadelholz. Der Einsatzbereich dieser Füllstoffe ist zudem beschrankt, da sich bei Boden mit Durchlässigkeiten ab ungefähr k > 10² m/s kein dichter Filterkuchen mehr ausbilden kann. Zudem sind die üblicherweise verwendeten hochmolekularen Polymere verglichen mit den übrigen Suspensionskomponenten teuer und können eine Umweltbelastung darstellen.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die zuvor geschilderten Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden. Insbesondere soll eine Bentomtsuspension zur Verfugung gestellt werden, die sich durch rasche Bildung eines Filterkuchens für Boden mit sehr hohen Durchlässigkeiten eignet. Die Aufgabe konnte überraschend durch die Bereitstellung von neuen wassrigen Suspensionen gelost werden, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie Papier, z.B. eine Mischung aus weissem Papier und Altpapier, insbesondere geschreddertes Papier, enthalten. Insbesondere bestehen diese wassrigen Suspensionen (im Folgenden auch „Suspensionen" genannt) aus nur drei Komponenten, nämlich Bentomt, Wasser und Papier, insbesondere geschreddertem Papier. Bereits geringe Konzentrationen von Bentomt und Papier sind ausreichend. Im Gegensatz zu den oben zitierten Produkten nach dem Stand der Technik ist ein Zusatz von weiteren Füllstoffen und/oder sogar von Polymeren nicht erforderlich. Unter geschreddertem Papier ist zerkleinertes Papier oder Papierschnitzel zu verstehen, wie sie z. B. taglich als Abfallprodukt entstehen. Papier besteht im allgemeinen aus Cellulose, Füllstoffen und Leimsubstanzen, wobei bei der Papierherstellung im allgemeinen z. B. 10 - 30 % Cellulose, 10 - 30 % Füllstoffe und ca. 50 % Altpapier sowie gebleichte Hackschnitzel aus Holz (Fichte) verwendet werden. Das verwendete geschredderte Papier kann insbesondere eine Mischung aus weissem Papier und Altpapier darstellen, z. B. bestehend aus weissem, farbigem und recyceltem Papier. Die Papierschmtzel haben im Allgemeinen eine Flache von 10 bis 100 mm und bevorzugt eine Grosse von 2 x 5 mm bis 5 x 20 mm. Bevorzugt sind Papierschnitzel deren Verhältnis von Lange zu Breite zwischen 10:1 bis 2:1 ist. Besonders bevorzugt sind Papierschnitzel mit einer Grosse von ca. 2 x 10 mm. Diese können in der gewünschten Menge, z.B. in einer Menge von 20 bis 40 kg pro m³ Suspension, insbesondere ca. 30 kg/m³ bezogen auf die Gesamtmenge verwendet werden.

Als Bentonite werden bevorzugt Ca-, Ca/Na- und Na-Bentomte verwendet, welche in Wasser dispergierbar sind. Zum Beispiel wird eine Menge von ca. 30 bis 60 kg pro m³, bevorzugt 35 - 45 kg pro m³ Suspension eingesetzt.

Die neuen Suspensionen können durch unterschiedliche Verfahren hergestellt werden. In einer bevorzugten Form wird die Suspension ausgehend von einer fertigen Bentonit-Papier- Mischung, d.h. in Form einer Trockenmischung (erhaltlich als Sackware) hergestellt. Beispielsweise wird eine Bentonit-Papier- Mischung (in trockener Form) mit einem Gehalt an Bentonit und geschreddertem Papier im Verhältnis von etwa 3:4 bis 2:1 in Anmachwasser bei Umgebungstemperatur (> 10⁰C) eingerührt, bis eine Suspension mit einem Bentomtgehalt von 30 - 60 kg pro m³ Suspension, bevorzugt 35 - 45 kg pro m³ Suspension, und einem Gehalt an geschreddertem Papier von 20 - 40 kg pro m³ Suspension erhalten wird.

In einer anderen bevorzugten Form wird die Suspension so hergestellt, dass das Papier in gewünschter Menge der Bentonit- Suspension nachträglich nach der Quellzeit in situ zugegeben wird. Ein typisches Verfahren ist z. B. dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt Bentonit in Wasser suspendiert wird und vorzugsweise nach einer Quellzeit von mindestens 2 h in einem zweiten Schritt geschreddertes Papier zu dieser Suspension zugegeben und homogen eingemischt wird, e.g. für 1 min gemischt wird.

Das Endprodukt hat einen Bentonitgehalt von 30 - 60 kg, bevorzugt 35 - 45 kg pro m³ Suspension, und einen Gehalt an geschreddertem Papier von 20 - 40 kg, bevorzugt von 25 - 35 kg pro m³ Suspension.

Durch die einfache Herstellung erzielt man eine höhere Sicherheit. Fehler, die z. B. bei bereits zu starker Zerkleinerung des Vermiculits oder bei der Aufbereitung des Polymers auftreten können, z. B. infolge zu hoher oder zu niedriger Temperatur oder Mischenergie, können vermieden werden.

Weitere Vorteile der Suspension sind eine bedeutende Kostenersparnis. Auf teure Polymere und aufwändige Eignungstests im Labor kann verzichtet werden. Die geringe Suspensionseindringung in den Boden sowie die vermiedenen hohen Verluste vermindern den Materialverbrauch. Zudem bestehen ökologische Vorteile, da durch die Verwendung von geschreddertem Papier ein Abfallprodukt zum Einsatz kommt, sowie Ressourcen geschont werden, indem auf Polymere und auf hohe Bentonitkonzentrationen verzichtet werden kann . Die erfindungsgemässen Suspensionen eignen sich in hervorragender Weise zur effizienten Bildung eines druckdichten Filterkuchens. Eine Eindringung der Suspension in den Boden ist damit sehr gering, wodurch keine hohen Verluste oder Einbrüche wie bei den bekannten Suspensionen anfallen. Somit eignen sich die vorliegenden Bentonitsuspensionen in hervorragender Weise für die oben genannten Anwendungen, insbesondere für verschiedene Bauverfahren, insbesondere deren Anwendung in hoch durchlässigen Böden

Die folgenden Beispiele beschreiben den Erfindungsgegenstand näher ohne diesen zu beschränken.

Kurze Beschreibung der Figuren

Bild 1: Apparatur des Eindringversuchs; unten mit konstanter Druckhöhe .

Bild 2: Zusammenhang zwischen dem maximal erreichten Druck beim Eindringversuch und dem Speichermodul verschiedener Suspensionen.

Bild 3a: Eindringtiefen von Suspensionen mit 70 kg/m³ Bentonit A (links) bzw. 45 kg/m³ Bentonit B (rechts) , Modellboden d = 2 mm (Versuch 1: Druckaufbringung 0.01 - 0.02 - 0.03 - 0.04 bar; Versuch 2: Druckaufbringung 0.02 - 0.03 - 0.04 bar; Versuch 3: Druckaufbringung 0.03 - 0.04 bar).

Bild 3b: Eindringtiefen von Suspensionen mit Bentonit B mit und ohne Papier als Füllstoff, Modellboden d = 2 mm (links) bzw. d = 5 mm (rechts) .

Bild 4a: Eindringung einer Bentonitsuspension (keine Filter- kuchenbildung) . Suspension: Bentonit B 45 kg/m³; Modellboden: Glaskugeln d = 5 mm; Eindringversuch p = 0.04 bar; Eindringtiefe: 16.8 cm.

Bild 4b: Eindringung einer Bentonitsuspension mit geschreddertem Papier (Filterkuchenbildung) . Suspension: Bentonit B 40 kg/m³, geschreddertes Papier 30 kg/m³) ; Modellboden: Glaskugeln d = 5 mm; Eindringversuch p = 0.04 bar; Eindringtiefe: 2.8 cm. Bild 4c: Eindringung einer Bentonitsuspension mit geschreddertem Papier (Filterkuchenbildung) Suspension: Bentonit B 40 kg/m³, geschreddertes Papier 30 kg/m³) ; Modellboden: Glaskugeln d = 5 mm; Eindringversuch p = 3.8 bar; Eindringtiefe: 5.5 cm

Ausführungsbeispiele

Verwendete Materialien: Als Bentonit wurden A, ein natürlicher Natrium-Bentonit (Wyoming) und B, ein sodaaktivierter Calcium- bentonit (Griechenland), verwendet. Für die Suspensionen wurde Leitungswasser oder entsalztes Wasser verwendet.

Herstellung der Suspensionen und Versuchsablauf: Die Ausgangs- bentonitsuspensionen wurden nach der Mischungsberechnung in DIN 4126 ohne Polymere und Füllstoffe hergestellt. Die Bentonit- konzentration entsprechend der DIN 4126 wurde stets auf 1 m Suspension bezogen. Wenn nicht anders angegeben, wurden die Versuche bei 20 °C durchgeführt. Die Suspensionen wurden mit dem IPCA Dispergiergerät Ultraturrax T50 mit einer Dissolverscheibe 10 min bei einer Drehzahl von 3000 U/min, entsprechend DIN 4127, angemischt. Anschliessend wurden die Suspensionen mit Folie abgedeckt und zum Quellen stehen gelassen. Die Zugabe von Polymer und/oder Füllstoff erfolgte nach der Quellzeit. Die Füllstoffe wurden zusätzlich (als "Zusatz") nach Gewicht beigemischt. Die Mengenangabe des Füllstoffs bezieht sich auf 1 m³ Bentonitsuspension. Das Polymer wurde in Form einer 1 %igen Polymerlösung, die einen Teil des Anmachwassers ersetzt, zugegeben und 5 min mit dem Ultraturrax untergemischt. Alle Suspensionen wurden nach der Quellzeit mit einem Stabmixer (240 W) 60 s gemixt. Anschliessend wurde eine Probe für die Rheometerversuche entnommen. Die Rheometerversuche der Suspensionen mit Füllstoffen wurden mit einem Kugelmesssystem durchgeführt, für alle anderen Suspensionen wurde die Platte- Platte Anordnung des Rheometers verwendet. Eindringversuch: Das Eindringverhalten von Suspensionen in grobkörnige Boden wurde mit dem Eindringversuch (Bild 1) untersucht. Mit dem Eindringversuch wird ein zeitabhängiger Prozess simuliert. Die Ergebnisse sind abhangig von der Messzeit sowie weiteren Randbedingungen, wie Zylmderlange, Emfullhohe etc. Mit diesem Versuch erfolgt eine vergleichende Bewertung der Suspensionen .

Der Versuchsaufbau und die Versuchsdurchfuhrung wurden in Anlehnung an frühere Versuche des Instituts für Geotechnik, ETH Zürich entwickelt (Wayss & Freytag, 1998; Fritz, 2000a, b) . Ein 40 cm hoher Plexiglaszylinder mit Innendurchmesser 10 cm wurde mit einem stark durchlassigen Modellboden (3 kg gleichförmige Glaskugeln mit einem Durchmesser von 2 mm bzw. 5 mm) bis zu einer Hohe von ca. 24 cm gefüllt. Die Kugeln wurden in Lagen zu ca. 2 cm eingefüllt und mit einem Stempel verdichtet. Hierdurch wurde eine mittlere Porosität n von ~0.37 erreicht. Der Modellboden wurde bis zur Oberkante mit Wasser gesattigt. Das Auslauf- ventil im Boden des Zylinders war über einen Schlauch mit einem Gefass verbunden, in dem das verdrängte Wasser mit einer Waage gemessen wurde. Die Schlauchaufhangung war dabei in einer Hohe angebracht, die der Oberkante des Bodens entspricht; die piezometrische Hohe war konstant. Zur Steuerung der Druckaufbringung diente ein Proportionaldruckregler mit einem Messbereich von 0 - 4 bar, Abstufung 0.01 bar. Für den Versuch wurden ca. 500 ml Suspension verwendet. Die Suspension wurde mit einem Trichter in den Zylinder mit dem eingebauten Modellboden gefüllt. Die Emfullhohe betrug 6 cm. Zum Versuchsstart wurde das Auslaufventil des Zylinders geöffnet. Der eingestellte Druck betrug 0 bar - es wirkte zunächst nur der Druck durch das Eigengewicht der Suspension. Nach 1 mm wurde die Suspension zunächst mit einem Druck von 0.5 bar, dann in 0.1 bar Schritten bis 1 bar und in 0.2 bar Schritten bis maximal 3.8 bar beaufschlagt. Jeder Wert wurde für 1 min konstant gehalten. In Abhängigkeit vom aufgebrachten Druck und von der Zeit wurden die Eindringtiefe der Suspension an der Messskala der Zylinderwand und das Gewicht der verdrängten Wassermenge gemessen. Der Versuch wurde beendet, wenn die verdrängte Wassermenge mehr als 600 g betrug.

Weitere Eindringversuche wurden bei niedrigen Drücken und mit konstanter Druckhöhe durchgeführt. Das Füllen des Zylinders mit

Glaskugeln und Wasser erfolgte wie bereits beschrieben. Die aufgebrachten Differenzdrücke Δp ergeben sich aus der Formel: Δp = Psuspension ~ Pwasser ⁼ hsuspensxon Ysuspenision ~~ hwasser Ywasser

Zu Versuchsbeginn betrug die Suspensionshöhe über der Oberkante des Modellbodens 10 cm. Abhängig von der Suspensionswichte ergibt sich damit ein bestimmter Suspensionsdruck Ps_usp_ensi_on • Je nach gewünschter Druckdifferenz Δp wurde die Höhe des Überlauf- rohrs, das mit dem Zylinder über einen Schlauch verbunden war, mit Hilfe einer Schlauchwaage und einem Metallstift entsprechend eingestellt. Die aufgebrachten Druckdifferenzen Δp betrugen zwischen 0.01 und 0.04 bar. Bei Versuchsbeginn wurde das Auslaufventil geöffnet. Dabei dringt die Suspension infolge des eingestellten Drucks in den Modellboden ein und Wasser wird verdrängt. Gemessen wurde die Eindringtiefe der Suspension in den Boden. Nach 1 min wurde das Auslaufventil geschlossen. Durch die Eindringung der Suspension verändert sich psuspension- um einen konstanten Differenzdruck zu halten, muss die Höhe des Überlauf- rohrs entsprechend og. Formel nachgestellt werden. Dann wurde wiederum das Auslaufventil für 1 min geöffnet, anschliessend die Höhe des Überlaufrohrs eingestellt usw. Der Versuch wurde beendet, wenn sich die Eindringtiefe der Suspension innerhalb von 2 min nicht mehr änderte. Beispiel 1 : Herstellung einer typischen Bentonitsuspension mit geschreddertem Papier

Die Suspension besteht aus nur drei Komponenten, nämlich Bentonit, Wasser und geschreddertem Papier. Die Bentonit- Suspensionen wurden mit einer Bentonitkonzentration von etwa 40 kg Bentonit pro m³ Suspension entsprechend der Mischungsberechnung in DIN 4126 hergestellt. Das Anmischen der Suspensionen erfolgte entsprechend DIN 4127 bei Raumtemperatur mit dem IKA Dispergiergerät Ultraturrax T50 mit einer Dissolver- scheibe 10 min bei einer Drehzahl von 3000 U/min. Anschliessend wurden die Suspensionen mit Folie abgedeckt und mindestens 2 Stunden zum Quellen stehen gelassen. In diese vorgelegte Bentonitsuspension wurde nach dem Quellen als Füllstoff geschreddertes Papier, in einer Mischung aus weissem Papier und Altpapier mit bevorzugten Schnitzelgrössen von ca. 2 x 15 mm zusätzlich (als „Zusatz") nach Gewicht (30 kg pro m³ Bentonitsuspension) beigemischt. Die Suspension wurde danach mit einem Stabmixer (240 Watt) 60 s gemixt bis eine homogene Mischung erreicht wurde. In einigen Versuchen wurde ein Verfahren angewendet, bei dem das geschredderte Papier der Ausgangsbentonitsuspension gleich am Anfang beigemischt wurde indem nach dem gleichen, oben beschriebenen Verfahren eine Bentonit-Papier-Mischung mit einem Gehalt an Bentonit und geschreddertem Papier im Verhältnis von etwa 4:3 Gewichtsanteil in Anmachwasser eingerührt wird.

Beispiel 2 : Eindringverhalten

Bild 2 zeigt den Zusammenhang zwischen dem maximal erreichten Druck beim Eindringversuch (Modellboden d = 2 mm) und dem Speichermodul von Suspensionen mit 40 kg/m³ Bentonit B4, 0.02 Vol.% PAC (Molekulargewicht 650000 g/mol, Ladung 3.9 meq/g) und verschiedenen Füllstoffen (Katzenstreu (50 kg/m³), Liaver 0.25 - 0.50 mm (50 kg/m³) , Liaver 0.5 - 1 mm (50 kg/m³) , Liaver 1 - 2 mm (50 kg/m³) , Sägemehl (50 kg/m³) , Reishülsen (50 kg/m³), Nussgranulat 0.8 - 1.3 mm und 1.0 - 1.7 mm (je 60 kg/m³) , Vermex F (30 kg/m³) , geschreddertes Papier (30 kg/m³) . Lediglich bei den Suspensionen mit Vermex F bzw. Papier wurde der maximal aufgebrachte Druck von 3.8 bar erreicht. Diese Suspensionen haben einen relativ hohen Speichermodul. Bei den Suspensionen, mit kleinem Speichermodul, konnte die Suspension bereits bei dem aufgebrachten Anfangsdruck von 0.5 bar praktisch ungehindert in den Boden eindringen. Einzig die Suspensionen mit Vermex und geschreddertem Papier konnten einen druckdichten Filterkuchen ausbilden.

Beispiel 3 : Eindringtiefen von Suspensionen mit und ohne Füllstoffe

Eindringtiefen von reinen Bentonitsuspensionen mit 45 kg/m³ Bentonit B und Suspensionen mit 40 kg/m³ Bentonit B4 und 30 kg/m³ geschreddertes Papier (ohne Zusatz von Polymer) wurden für Modellböden (d = 2 und 5 mm) untersucht (Bild 3 und 4). Bei der Verwendung von geschreddertem Papier wird die Eindringtiefe erheblich reduziert. Im Vergleich zu reinen Bentonitsuspensionen ist die Eindringtiefe bei den Suspensionen mit Papier kaum von der Druckhöhe abhängig. Durch den raschen Aufbau eines Filterkuchens innerhalb weniger Sekunden wird die Eindringung der Suspension in den Boden begrenzt.

Bilder 3a und 3b zeigen das Eindringverhalten verschiedener Suspensionen bei unterschiedlichen Druckschemen. Die Versuche mit den Suspensionen mit geschreddertem Papier zeigen (Bild 3b) , dass trotz Drucksteigerung die Eindringtiefe nicht zunimmt. Der Filterkuchen bildet sich praktisch sofort, es kommt lediglich zu einer geringen Suspensionseindringung. Dieser Filterkuchen ist auch ausreichend dicht, so dass eine Drucksteigerung keine weitere Zunahme der Eindringtiefe bewirkt. Die unterschiedliche Anfangseindringung bei verschiedenen Drücken liegt im Rahmen der Messgenauigkeit .

Claims

Patentansprüche

1. Bentonit-Papier Mischung, dadurch gekennzeichnet, dass sie Bentonit und geschreddertes Papier enthält und in Form eines Trockengemischs oder einer wässrigen Suspension vorliegt.

2. Bentonit-Papier Mischung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Bentonit und geschreddertem Papier besteht und in Form eines Trockengemischs oder einer wässrigen Suspension vorliegt.

Bentonit-Papier Mischung gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Bentonit und geschreddertes Papier im Verhältnis 3:4 bis 2:1 vorhanden sind.

Bentonit-Papier Mischung gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der wässrigen Suspension Bentonit in Mengen von 30 bis 60 kg pro m³ und geschreddertes Papier in Mengen von 20 bis 40 kg pro m³ vorhanden sind.

Bentonit-Papier Mischung gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geschredderte Papier eine Fläche von 10 bis 100 mm besitzt.

6. Bentonit-Papier Mischung gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geschredderte Papier eine Grosse von 2 x 5 bis 5 x 20 mm hat.

7. Bentonit-Papier Mischung gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geschredderte Papier ein Verhältnis von Länge zu Breite von 10:1 bis 2:1 aufweist .

8. Bentonit-Papier Mischung gemäss einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geschredderte Papier eine Grosse von ca. 2 x 10 mm hat.

9. Filterkuchen an einer Ortsbrust oder an Schlitzwandungen, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Bentonit-Papier Mischung in Form einer wässrigen Suspension gemäss einem der vorherigen Ansprüche enthält.

10. Verfahren zur Herstellung von wässrigen Suspensionen gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die

Bentonit-Papier Mischung in Wasser bei Umgebungstemperatur eingerührt wird, so dass eine homogene Suspension entsteht.

11. Verfahren zur Herstellung von Suspensionen gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt Bentonit in Wasser eingerührt wird und in einem zweiten Schritt geschreddertes Papier eingemischt wird, so dass eine homogene Suspension entsteht.

12. Verwendung der Bentonit-Papier Mischung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8 in geotechnischen Bauverfahren.

13. Verwendung der Bentonit-Papier Mischung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8 bei Tunnelbauverfahren mit Schild- Tunnelbohrmaschinen.

14. Verwendung der Bentonit-Papier Mischung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Erstellung von Schlitzwänden im Spezialtiefbau.

15. Verwendung der Bentonit-Papier Mischung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Flüssigkeitsstützung bei Böden mit hohen bis sehr hohen Durchlässigkeiten.