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"Verfahren zum Bau von Ankern oder verstärkten Pfählen im Boden Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bau von Ankern oder verstärkten
Pfählen im Boden und insbesondere ein Anker- bzw. Pfahlbauverfahren, das ohne vom
Grundwasser beeinflußt zu werden, sehr wirksam beispielsweise bei Pfahlbauten, wie
Ankerstäben und Tragpfählen, mit Widerstand gegen ein herausziehen oder Eintreiben,
angewandt werden kann.
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Das Eauen von Bodenankern oder verstärkten Pfählen im Bauwesen erfolgt
üblicherweise dadurch, daß man eine Baugrube aushebt und dann den Anker aus Beton
herstellt oder daX man Löcher in den Boden bohrt und in diese Zementmörtel und Ankerstäbe
einführt.Zum Ausheben und Bohren sind jedoch Großgeräte erforderlich, die den Arbeitsplatz,
falls Nachbargebäude sehr nahe sind, einengen, so daß diese Verfahren unpraktisch
werden.
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Weiterhin erfordert das Ausheben der Baugrube und das hohen einen
hohen Arbeits-und Zeitaufwand und darüberhinaus dauert es beträchtlich lange,bis
der Beton oder Zementmörtel die erforderliche Festigkeit erhält;solche Verfahren
können daher nicht verwendet werden,wenn z.@.Stützmauern oder Böschungen abzurutschen
drohen und eine sofortige Verfestigung erforderlich ist.
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Bei hohan Mengen an Grundwasser, bzw.bei Vorliegen eines Grundwasserstroms
an der Verankerungsstelle, war ebenfalls bisher zum Bauen viel Arbeit und Zeit erforderlich,und
es war darübenhinaus auch unmöglich, die gewünschte Festigkeit zu erzielen.
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Ferner wird bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Pfählen
oder Ankern iLi Boden eine chemische Flüssigkeit in den Boden injiziert,die unmittelbar
vor der Injektion durch Mischen zweier oder mehrerer chemisch miteinander reagierender
Komponenten erhalten wird, wobei zunächst das in den Bodenhohlräuinden befindliche
wasser durch das chemische Gemisch verdrängt
wird und wobei dann
durch chemische Reaktion der verschiedenen, angewandten Komponenten wasserunlösliche
feste Massen in den Hohlräumen zwischen den Bodenteilchen gebildet werden, die den
Boden verfestigen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß von dem Zeitpunkt
ab,in welchem die verschiedenen chemischen Komponenten zusammengemischt werden,
die Verfestigungsreaktion des Gemisches beginnt. Dieses Festwerden des chemischen
Gemisches fuhrt zu einem raschen Viskositätsanstieg, wobei das Gemisch schnell eine
gelartige Konsistenz annimmt.
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Dies führt zu Pfropfbildung an den Ausgängen der Injektionsvorrichtung
im Doden, wobei das feste Reaktionsprodukt einen Durchgang der nicht reagierten
Flüssijc;eitsanteile verhindert.
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Somit ist dieses Verfahren mangelhaft.
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Verwendet man andererseits eine chemische Zubereitung,die sich nur
langsam verfestigt, so ist es zwar möglich, den Viskositätsanstieg in der Injektionsvorrichtung
niedrig zu halten, jedoch bleibt die chemische Zubereitung auch nach Erreichen der
zu behandelnden Bodenstelle noch dUnnflüssig.Sie wird dann durch das im Boden anwesende
wasser verdünift, so daß die Verfestigung noch weiter verzögert und die injizierte
chemische Zubereitung geledentlich durch das Grundwasser von der zu behandelnden
Lodenstelle zu anderen Stellen transportiert wird.
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Dies führt zu einem völligen it1ehlschlag der Injektion. womit sollte
bei dem herkömmlichen Verfahren die angewandte
chemische Zubereitung
zwei sich grundsätzlich widersprechende Eigenschaften aufweisen. Sie sollte nämlich
einerseits eine gute Fließbarkeit in der Injektionsvorrichtung besitzen,andererseits
jedoch an der gewünschten Stelle rasch festwerden0 Wegen dieses Widerspruchs besteht
die einzige bekannte Lethode zur Regelung der Verfestigungsgeschwindigkeit der chemischen
Flüssigkeit darin,die Geschwindigkeit der chemfflschen Reaktion entlang der anateigenden
Zeit-Viskositäts-Kurve zu steuern, wobei man den Viskositätsanstieg zu beginn der
Injektion so niedrig wie möglich hblt,die Viskosität aber nach einer gewissen Zeit
rasch ansteigen läßt. Da die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion jedoch immer
von der Umgebungstemperatur, der Konzentration der chemischen Zubereitung,dem Verhältnis
der chemischen Komponenten zueinander u.dergl. abhängt, ist die Regelung äußerst
schwierig. Hierzu treten in der Praxis noch weitere Komplikationen, wie z.B. die
unterschiedlichen Bodenbedingungen, die Leistungsfähigkeit der Injektionsvorrichtung,
die unterschiedliche Erfahrung des Bedienungspersonals u.dergl., auf.
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Ein derart kompliziertes Verfahren, das überdies noci eine große tecimische
Erfahrung erfordert,- ist- für ein Arbeiten an nicht einzusehenden stellen, vor
allem im gelände, nicht geeignet.
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Bei herkömmlichen Bodenverfestigungsverfahren durch Injektion
chemischer
Zubereitungen sind die durch die injizierte chemische Zubereitung gebildeten verfestigten
Brdklumpen in der Nahe der Auslaßöffnungen der Injektionsrohre kugel-oder zylinderförmig
und im Schnitt von einheitlicher Festigkeit. Es ist jedoch keinesfalls unbedingt
notwendig, daß die Erdklumpen im Schni-tt einheitlich fest sind, ja es ist rationeller
und wirtschaftlicher, daß sie Erdzellen darstellen,bei denen nur die äußeren Oberflächen
verfestigt sind, das Innere aber nicht. Beim herkömmlichen Verfahren der Injektion
einer chemischen Zubereiting war es fast unmöglich,zellen-oder schalenförmige Erdklumpen
herzustellen. Selbst wenn dies möglich gewesen wäre, wäre ihre mechanische Festigkeit
>u niedrig gewesen, so daß sie ohne praktischen Nutzen gewesen wäre.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bau
von Ankern oder verstärkten Pfählen im Boden zu schaS-fen,das die voranstehend beschriebenen
Schwierigkeiten bei der Verankerung oder Verpfählung durch -Injektion chemischer
Zubereitungen in den Boden auf wirksame und billige Weise behebt Diese Aufgabe wird
nun durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst, bei welchem man zum Bau von Ankern
oder verstärkten Pfählen im Boden so verfährt, daß man in den Boden einen rohrförnigen
Pfahl, der mit einem oder mehreren Quslaßöffnungen für eine fließbare Zubereitung
versehen ist,
die bei Berührung mit Wasser mit diesem unter Bildung
einer wasserunlöslichen verfestigten Masse und unter Freisetzung eines Gases reagiert,
einführt, die fließbare Zubereitung durch den Innenraum des rohrförmigen Pfahls
und durch das bzw. die Auslaßöffnunben in den Boden injiziert und die fließbare
Zubereitung in der Nähe der Auslaßöffnung(en) mit Wasser reagieren läßt, wobei der
Boden durch die durch das Reaktionsprodukt gebildeten verfestigten Erdklumpen in
der Nähe der Auslaßöffnung(en) verfestigt wird und der rohrförmige Pfahl selbst
zu einem Ankeratab oder einem Tragpfahl mit einer im Bodenbefindlichen kolbenförmigen
Erweiterung wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Verwendung einer flüssigen
chemischen Ziibereitung, die hauptsächlich z.B. eine isocyanatgruppenhaltige Verbindung
enthält, die sich bei Berührung mit Wasser unter Bildung einer wasserunlöslichen
festen Masse und unter Freisetzung eines Gases chemisch umzusetzen beginnt.
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Das Verfahren der Erfindung ist außerordentlich wirksam und läßt sich
sehr leicht durchführen. Kommt ein fldssiges Gemisch einer Isocyanatverbindung und
einer Silanverbindung mit Wasser in Berührung, das sich z.B. in Hohlräumen im Boden
befindet, so reagiert das Gemisch mit dem
Wasser und das wasserunlösliche
Reaktionsprodukt dient unter Mitwirkung des bei der Reaktion gebildeten Gases zum
Ausfüllen und Verstopfen der Hohlräume. Es bildet sich also in den behandelten Hohlräumen
eine feste Masse.
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So können in einfacher und wirksamer Weise Hohlräume, z.B. bei der
Fußverbreiterung von Pfählen und dergl., ausgefüllt werden.
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Verwendet man beim erfindungsgemäßen Verfahren eine fließbare Zubereitung,
die eine Isocyanatverbindung von verhältnismäßig hohem Molekulargewicht enthält,
so ist das durch Reaktion mit Wasser entstehende Reaktionsprodukt sehr zäh und ein
Festkörper von hoher mechanischer Festigkeit; die dabei auftretenden flüchtigen
Stoffe sind nicht giftig. Festkörper, die zu einem hohen Anteil reaktionsfähige
Isocyanatgruppen enthalten, sind leicht zugänglich; die Isocyanatverbindung hat
nur dai einen Nachteil, daß sie eine verhältnismäßig hohe Viskosität besitzt und
daher dem Eindringen in Boden- oder Bauteile-IIohlräume einen großen Widerstand
entgegensetzt und schwierig zu injizieren ist.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet man daher bevorzugt ein fließbares
Gemisch, das aus einer Isocyanatverbindung und einem Derivat einer ilanverbindung
besteht.
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Dies hat den bemerkenswerten Vorteil, daß das Silanderivat als Lösungsmittel
für die Isocyanatverbindungen dient und die Viskosität herabsetzt, wodurch das Lindringen
in die Hohlräume erleichtert wird. Obwohl dieses Silanderivat ein bloßes Verdünnungsmittel
darstellt, unterliegt es wie die Isocyanatverbindung der Hydrolyse unter bildung
eines wasserunlcslichen Reaktionsprodukts, das mit dazu dient, die Poren zu verstopfen;
das bei der Hydrolyse des Silanderivats entstehende Reaktionsprodukt ist zwar für
sich allein spröde, doch kann es einen Festkörper von äußerst großer Zähigkeit und
hoher Druckfestigkeit bilden, wenn es zusammen mit dem Gel vorliegt, das durch die
Reaktion des Silanderivats mit Wasser gebildet worden ist. Erfindungsgemäß kann
man so Hohlräume haltbar unter Abdichtung ausfüllen, wie dies z.B. bei der Verbreiterung
des Fußes von Pfählen u.dergl. erforderlich ist. Verwendet man ein Flüssigkeitzgemisch
gemäß Erfindung, so reagiert dieses bei Berührung mit Wasser so schnell, daß der
sich bildende Festkörper vom strömenden Grundwasser nicht weggespült werden kann.
Wird bei der Hydrolyse des Silanderivats unter Bildung eines Silikatgels ein reaktiven
Wasserstoff enthaltender Alkohol gebildet, der leicht i,jit der Isocyanatverbindung
reagiert, so bildet sic in besonders vorteilhafter Weise rasch ein Festkörper. Dies
wird näher in der nachfolgenden Ausführungsform 3 beschrieben. Dies
stellt
die am meisten bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Es ist jedoch auch
möglich, eine Isocyanatverbindung allein zu verwenden.
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Die Erfindung unterscheidet sich vom herkömmlichen Verjahren sowohl
in der Theorie als auch in der Praxis grundsätzlich in den folgenden Punkten: a)
Di im erfindungsgemäßen Verfahren angewandte chemische Zubereitung verfestigt sich
nur dann, wenn sie auf Feuchtigkeit trifft. b) Es ist besonders vorteilhaft, daß
bei der erfindungsgemäßen Anwendung der fließbaren Zubereitung gleichaei-tig mit
der Bildung einer verfestigten Masse ein Gas freigesetzt wird. Der Gasdruck erleichtert
das automatische Vordringen und Eindringen der chemischen Zubereitung zu bzw0 in
die gewünschte Stelle.
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Die verfestigte Masse wird so an eilen Teil oder an die gesamtheit
der Oberfläche des Hohlraums fest gebunden, wodurch Wasser und Öl abgehalten und
eine Gasdurchlässigkeit verhindert wird; die fließbare oder verfestigte Masse wird
unter dem Gasdruck in die auszufüllenden Hohlräume gedrückt, wobei diese vollkommen
ausgefüllt, bzw. verstopft und auch abgedichtet werden.
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Dies ist ein weiterer großer Vorteil der Erfindung.
c)
Die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung angewandte fließbare Zubereitung,
die bei der Reaktion mit Wasser fest wird, ist vor dem Zusammentreffen mit Wasser
am Ort der Anker- odervPfahlherstellung gut fließbar. Sie kann also an der injizierten
Stelle leicht in Hohlräume des Bodens eindringen. d) Beim Zusammentreffen mit Wasser
im Boden am Ort der Pfahl- oder Ankerherstellung entsteht eine feste Masse, ohne
daß eine Verdünnung durch Wasser und die damit verbundenen Störungen auftreten.
Das freigesetzte Gas verdrängt kurzzeitig überschüssiges Grundwasser. Der wirksame
Verfestigungsbereich wird beim erfindungsgemäßen Verfahren durch die Gasblase weit
ausgedehnt. e) Die Masse wird in eine Form gebracht, die von Wasser nicht wegtransportiert
werden kann, wobei die Hohlräume einer Bodenformation am Ort der Anker- oder Pfahlherstellung
so gefüllt werden, daß Wasser oder Öl abgehalten, eine Gasdurchlässigkeit verhindert
und der Boden wirksam verfestigt wird. f) Die Durchführung des Verfahrens ist sehr
einfach, da die Geschwindigkeit der Verfestigung leicht zu steuern ist. g) Die erfindungsgemäß
verwendete fließbare Zubereitung reagiert automatisch an den Stellen, wo Wasser
abgehalten werden soll oder eine Verfestigung erforderlich ist.
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Infolgedessen kann das erfindungsgemaße Verfahren billig und rationell
durchgeführt werden, ohne daß dazu besondere technische Erfahrungen wie bei den
herkömmlichen Verfahren erforderlich sind. Zur Durchführung des erfindungsgemaBen
Verfahrens genügt daher eine sehr einfache Injektionseinrichtung.
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In den Zeichnungen stellt Fig. 2 ein Injektionsrohr zum Injizieren
der chemischen Zubereitung in den Boden dar. Hierin ist das untere Rohrteil 21 von
geeigneter Länge, hat eine scharfe Spitze 20 und viele Löcher 22 als Auslaßöffnungen
für die chemische Zubereitung. Der Kopfteil 26 des Injektionsrohres 23 ist mit dem
Vorratsbehälter für die chemische Zubereitung verbunden; Fig.3 und Fig. 5 zeigen
vergrößert und teilweise geschnitten Injektionsdüsenteile anderer Injektionseinrichtungen;
Fig. 10 zeigt vereinfacht das erfindungsgemäße Bauen von Zugankern; Fig. 11 zeigt
Auslaßöffnungen eines Injektionsrohres, das seinerseits als Zuganker oder Tragpfahl
verwendet wird; Fig. 12 zeigt im Schnitt Auslaßöffnungen eines anderen Injektionsrohres,
das seinerseits als Zuganker mit großem Herausziehviderstand verwendet wird.
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Ausführungsform-1 Als Beispiel für eine im erfindungsgemäßen Verfahren
sehr
wirksam verwendbare chemische fließbare Zubereitung kann eine
Isocyanatverbindung genannt werden, die der allgemeinen Formel R - (NOO)n entspricht,
oder eine andere Gruppe von Isocyanatverbindungen, die durch Reaktion der erwähnten
Isocyanatverbindungen mit anderen Verbindungen, enthaltend aktiven Wasserstoff und
die damit verbundene Eigenschaft der Reaktivität gegenüber Wasser, erhalten werden.
Diese Verbindungen können leicht mit Grundwasser unter Bildung einer wasserunlöslichen
hochpolymeren Verbindung unter Freisetzung von Kohlendioxyd-Gas polymerisieren.
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In der voranstehenden Formel R - (NCO)n bedeutet R eine organische
Gruppe, wie eine alipathische und/oder aromatische Gruppe; n bedeutet die Zahl 2
oder eine größere Zahl.
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Beispiele für derartige Isocyanate sind: 2,4-Toluoldiisocyanat, 2,6-Toluoldiisocyanat,
ein Gemisch von 2,4- und 2, 6-Toluoldiisocyanat, rohes Toluoldiisocyanat, Dipheiiylmethan-4,4-disocyanat,
Polyallylenpolyisocyanat, m-Phenylendiisocyanate, Hexamethylen-1,6-diisocyanat,
o-,m-und p-Xyloldiisocyanate, Methylen-bis-p-phenylendiisocyanat und Polyallylenpolyphenylisocyanat;
und VorpolWmere, die eine endständige Isocyanatgruppe enthalten und durch reaktion
eines Überschusses dieser voranstehend anfänglich genannten Isocyanate mit aktiven
Vasserstoff enthaltenden
Verbindungen erhalten wurden.
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Beispiele für aktiven Wasserstoff enthaltende Verbindungen, die für
die Herstellung der Vorpolymeren verwendet werden können sind Wasser, Alkohole,
organische Säuren, Amine und dergl.; zwei- und mehrwertige Alkohole sind bevorzugt,
z.B. Äthylenglykol, Propylenglykol, Diäthylenglykol, Glycerin, Trime-thyloläthan,
Trimethylolpropan und Pentaerythrit, sowie Ricinusöl und seine Derivate und Polyäther
mit endständigen Hydroxylgruppen sowie Polyester.
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Der in dieser Beschreibung verwendete Ausdruck Wasser umfaßt nicht
nur das gewöhnliche Wasser, sondern bedeutet den allgemeinen Ausdruck "aktiven Wasserstoff
enthaltende Verbindung". So werden die voranstehend beschriebenen, aktiven Wasserstoff
enthaltenden Verbindungen als Wasser angesehen.
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Die genannten Polyäther mit endständigen Hydroxylgruppen sind die
Additions-Polymerisations-Produkte zwischen niedrigmolekulare Verbindungen, die
aktiven Wasserstoff enthalten, und Alkylenoxiden, und in diesem Fall ist es wünschenswert,
niedrigmolekulare Verbindungen auszuwählen, die zwei oder mebr aktive Wasserstoffatome
pro Mole-;i enthalten. Als Beispiele für solche Polyäther können
die
Reaktionsprodukte zwischen einer oder mehreren der folgenden, aktiven Wasserstoff
enthaltenden Verbindungen genannt werden: Wasser, Äthylenglykol, Propylenglykol,
Glycerin, Trimethylolpropan, Sorbit, Saccharose, Phosphorsäure, hypophosphorige
Säure, Orthophosphorsäure, Phosphorsäurederivate, wie Glycerophosphorsäure, Ammoniak,
Äthylendiamin, Diäthylentriamin Äthylentriamin oder Harnstoff u.derbl., und einer
oder mehreren der folgenden Alkylenoxyde: Äthylenoxyd, Propylenoxyd, 2 3-Lutylenoxyd,
Tetrahydrofuran, Epichlorhydrin, Styroloxyd und dergl.
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Beispiele für Polyester mit endständigen Hydroxylgruppen sind die
Produkte, die durch Reaktion mehrbasischer organischer Säuren mit einem ftberschuß
mehrwertiger Alkohole erhalten werden; hierfür eignen sich als mehrbasische Säuren
Oxalsäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Maleinsäure,
Fumarsäure, Phthalsäureanhydrid, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Tetrachlorphthalsäure,
Trimellithsäure, und dergl.; als mehrwertige Alkohole eignen sich hierfür Äthylenglykol,
Propylenglykol, Diäthylenglykol, Dipropylenglykol, 1s3-Butylenglykol, 1,4-Butylenglykol,
Neopentyglykol, 1,6-Hexandiol, 1,3,6-Hexantriol, Glycerin, Trimethylolpropan, Trimethyloläthan,
Pentaerythrit,
Sorbit und Gemische davon. Die Polyester können
durch Hinzufügen kleiner Lenken organischer einbasischer Säuren und einwertiger
Alkohole modifiziert werden. Auch sind Polyester mit endständigen Hydroxylgruppen
die durch Polymerisation von Oxysäuren erhalten worden sind, und Lactonverbindungen
brauchbar. Als organische Säuren können auch all die organischen Säuren verwendet
werden, die zur Herstellung der vorgenannten Polyester mit endständigen Hydroxylgruppen
dienen; Polyester mit endständigen Hydroxylgruppen, die aus den erwähnten organischen
Säuren und Rohstoffen zur Herstellung der erwähnten Polyäther mit endständigen Hydroxylgruppen
hergestellt wurden, können ebenso verwendet werden.
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Als Amine können primäre und sekundäre Amine verwendet werden, z.B.
Ammoniak, Methylamin, Hydrazin, Äthylendiamin, Diäthylentriamin und Polyamide mit
endständigen Amingruppen; Vorpolymerisate mit endständigen Isocyanatgruppen, die
aus Aminen und überschüssigem Polyisocyanat hergestellt sind, sind jedoch im allgemeinen
bei der Lagerung nicht stabil und sind daher nicht brauchbar.
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Gemäß der Erfindung werden Isocyanate bevorzugt, die im flüssigen
Zustand vorliegen oder, wenn sie selbst fest sind, sich in einem Lösungsmittel lösen
und dabei unter den
Anwendungsbedingungen als Flüssigkeit vorliegenq
in dieser Form eignen sich Isocyanate genau so gut. Ferner ist es möglich, die Viskosität
der Flüssigkeit mit geeigneten Lösungsmitteln je nach den Bodenbedingungen an der
zu injizierenden Stelle einzustellen, um die für das Arbeiten erforderliche Viskosität
aufrechtzuerhalten0 Im allgemeinen eignet sich eine Viskosität von 1 bis 2000 cps,
und es ist ein Isocyanatgrupiengehalt von 2/o und mehr wünschenswert. Als Lösungsmittel
werden solche verwendet, die keine mit der Isocyanatgruppe reagierende Gruppen und
kein Wasser enthalten, z.£. aromatische Kohlenwasserstoffe, aliphatische Kohlenwasserstoffe,
Ketone, Ester, Äther und Alkylhalogellide. Praktische Beispiele sind Benzol, Toluol,
Xylol, Aceton, Methyläthylketon, Ä'tbylac etat, Butylacetat, Cellosolveacetat, Trichloräthylen,
Methylenchlorid, Dichlorbenzol u.dergl.
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Zur Einstellung der Geschwindigkeit der Reaktion der Isocyanatverbindung
mit im Boden enthaltenem Wa @asser kann eine geeignete Menge von Katalysatorch und
Vernetzungsmitteln hinzugefügt werden. Als Katalysatoren können alle geeigneten
Katalysatoren verwendet werden, die die Reaktion bekannter Isocyanate mit aktiven
Wasserstoff enthaltenden Verbindungen beschleunigen, z.E. Triäthylamin, N-Methylmorpholin,
N-Äthylmorpholin, N-Cocomorpholin, Dimethyl-
Triäthylendiamin,
N,N-Dimethyl-2-methylpiperazin, benzylamifl'/ Pentamethyldiäthylentriamin und ähnliche
tertiäre Amine, oder Zinn(II)-chlorid, Dibutylzinndilaurat, Dibutylzinnoxyd, Zinn(II)-octat
und andere organische Zinnverbindungen. Diese Katalysatoren können als Gemisch oder
mit einem geeigneten Lösungsmittel verdünnt verwendet werden0 Um die Berührung der
Isocyanatverbindung mit Wasser zu verbessern und um die dabei auftretende Reaktion
gleichförmig ablaufen zu lassen oder um die Stabilität der Gasblasen von freigesetztem
Kohlendioxyd zu steuern, können den Isocyanatverbindungen oberflächenaktive Mittel
zugesetzt werden. Als oberflächenaktive Mittel eignen sich besonders nicht-ionische
vom Silikontyp, die zur Herstellung des wohlbekannten Urethanschaums brauchbar sind.
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WYenn die voranstehend beschriebenen Zusätze erforderlichenfalls deu
Isocyanatverbindungen zugesetzt werden und die isocyanatverbindung in den Boden
injiziert wird so beginnt die Polymerisationsreaktion in dem Augenblick, in dem
die Isocyanatverbindung mit dem im Boden befindlichen Wasser in Berührung kommt,
und es bildet sich in den IIoh1-räumen bzw. Zwischenräumen zwischen den Bodenteilchen
eine wasserunlösliche, gelartige, hochpolymere, feste Masse, ohne daß die den herkömmlichen
Verfahren eigenen, am Anfang der Beschreibung erläuterten Mangel auftretens
tsocyanatverbindun6;en
setzen im allgemeinen Kohlendioxyd frei, wenn sie mit Wasser in Berührung kommen;
das freigesetzte Kohlendioxydgas verdrängt kurzzeitig utberschüssi ges Wasser in
der Umgebung des zu verfestigenden Teils des Bodens, was zu den bereits beschriebenen
Vorteilen der Erfindung führt.
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Es war wichtig, zwecks Vergleich der verschiedensten Eigenschaften
der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ankern und Pfählen mit solchen
aus anderen Lta terialien Versuche durchzuführen.
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Nachstehend werden nun die Ergebnisse von Vergleichsversuchen angegeben.
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Versuch 1 Man stellt einen Modellboden aus einer Sandschicht her,
in welchem der hydraulische Gradient frei gesteuert werden kann. An diesem Modellboden
wurden unter den in Tabelle I angegebenen Bedingungen Vergleichsversuche durchgeführt,
und zwar mit vier handelsüblichen wasserlöslichen chemisehen Flüssigkeiten sowie
mit einem Vorpolymerisat vom Isocyanattyp, das aus 70 Gew.Teilen eines bifunktionellen
Urethan-Vorpolymerisats aus Polypropylenglykol-Toluoldiisocyanat und 30 Gew.Teilen
Xylol als Lösungsmittel bestand
und noch einen Zusatz von 0,1%
(bezogen auf das Gesamtgewicht) oberflächenaktives Mittel vom Silikontyp und 0,5%
Triäthylamin als Katalysator enthielt.
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Tabelle Bedingungen bei den Beispielen 1 bis 3 Beispiel 1 Beispiel
2 Beispiel 3 Korngröße der 0,3-0,6 mm 0,6-1,2 mm 1,2-2,5 mm Bodenprobe Porosität
der 40% 38% 37,5% Bodenprobe hydraulischer 1,5 1,5 1,5 Gradient scheinbare Wasser-
0,600 mm/sec 0,747 mm/sec 0,800 mm/sec fließgeschwindigkeit wahre Wasser- 1,50 mm/sec
1,965 mm/sec 2,130 mm/sec fließgeschwindigkeit Wasserpermeabili- 4,00x10-2 4,98x10-2
5,83x10-2 tätskoeffizient der cm/sec cm/sec cm/sec Bodenprobe Injektionsmassen-
300 ml 300 ml 300 ml menge Injektionsdruck 0,5 kg/cm² 0,5 kg/cm² 0,5 kg/cm² Injektionszeit
20-40 sec 20-40 sec 20-40 sec Gelbildungszeit 60#5 sec 60#5 sec 60#5 sec
Die
Ergebnisse der Versuche sind in den Tabellen II bis IV angegeben. Das Vorpolymerisat
vom Isocyanattyp der Erfindung zeigte sehr wirksame Verfestigungen des Modellbodens
bei starkem Grundstrom.
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Tabelle II Ergebnisse der ersten Versuche Art der verwende- Verfesti-
(Verfesti- (Injektiten Injektionsmasse gungsvolu- gungsvolu- onswirkmen men/Injek-
samkeit (cm³) tionsmassen- Hohlraummenge)x 100 volumen/ (%) Injektionsmassenmenge)
x 100 (/o) Vorpolymerisat vom 1 887 629,0 251,6 Isocyanattyp Acrylamid-Typ 572 124,0
49,6 Wasserglas-Typ 515 171,7 68,7 Harnstoff-Formal- 402 134,0 53,6 dehyd-Typ Chrom-Lignin-Typ
460 153,3 61,3 Tabelle III Ergebnisse der zweite Versuche
Art der
verwende- Verfesti- (Verfesti- (Injektiten Injektionsmasse gungsvolu- gungsvolu-
onswirkmen men/Injek- samkeit (cm³) tionsmassen- Hohlraummenge)x 100 volumen/ (%)
Injektionsmassenmenge) x 100 (%) Vorpolymerisat vom 1 860 620,0 235,6 Isocyanattyp
Acrylamid-Typ 279 93,0 35,0 Wasserglas-Typ 181 60,3 22,9 Harnstoff-Formaldehyd-
86 2827 10,9 Typ Chrqm-Lignin-Typ 120 40,Q 14,9 Tabelle IV ergebnisse der dritten
Versuche Vorpolymerisat vom 1 560 52t,0 197,6 Isocyanattyp Acrylamid-Typ 565 183,3
71,6 Wasserglas-Typ 330 110,0 41,8 Harnstoff-Formaldehyd- 295 98t3 37,7 Typ Chrom-Lignin-Typ
295 98,3 37,7 Versuch 2 Es wurde eine Modellbodenformation vom Sandwich-Typ hergestellt,
bei
der eine Schicht gesiebten Sandes einer Korngröße von 0,6 bis 1,2 mm Durchmesser
zwischen einer oberen und unteren undurchlässigen Tonschicht angeordnet ist. An
dieser Modellbodenformation wurden Vergleichsversuche mit dem Ziel durchgeführt,
die Sandschicht wasserfest zu machen. Unter den in der nachfolgenden Tabelle V angegebenen
Bedingungen wurden vier verschiedene handelsübliche wasserlösliche chemische Flüssigkeiten
und das Vorpolymerisat vom Isocyanattyp der Erfindung geprüft. Das verwendete Vorpolymerisat
vom Isocyanattyp bestand aus 70 Gew.-Teilen eines bifunktionellen Urethanvorpolymerisats
aus Toluoldiisocyanat-Polypropylenglykol, lo Gew.-Teilen Aceton und 20 aew.-Teilen
Xylol unter Zusatz von 0,2(bezogen auf das Gesamtgewicht) Triäthylendiamin als Katalysator.
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Tabelle V Versuchsbedingungen Porosität der Bodenprobe 38 ffi hydraulischer
Gradient 3,0 scheinbare Wasserfließgeschwindigkeit 1,39 mm/sec wahre Wasserfließgeschwindigkeit
5,66 mm/sec Inj ektionsweise 1 -Schuß-Verfahren
Fortsetzung Tabelle
V Injektionsmassenmenge 600 ml Injektionsdruck 0,5 kg/cm2 Injektionszeit 15 bis
30 sec Gebildungszeit 45 sec Die Ergebnisse des Versuchs 2 sind in der Tabelle VI
angegeben. Nur bei Verwendung des Vorpolymerisats vom Isocyanattyp der Erfindung
war der Verfestigungsgrad derart, daß fließendes Wasser mit einer Wirksamkeit von
100% abgehalten werden konnte.
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Tabelle VI Ergebnisse des Verauchs 2 des Abdichtens gegen Wasser
Art der verwen- Verfesti- (Verfesti- (Injektions- Wirksamkeit deten Injektions-
gungavo- gungsvo- wirksamkeit des Abhalmasse lumen v lumen/In- Hohlraum- tens von
(cm³) jektions- volumen/In- fließendem massen- jektions- Wasser menge) massenmenge)
(yQ) x 100 x 100 (%) (%) Vorpolymerisat 4 750 7 917 300,8 100 vom Isocyanattyp Acrylamid-Typ
weggeschwemmt
Fortsetzung Tabelle VI Art der verwen- VerSesti-
(Verfesti-(Injektions- Wirksamkeit deten Injektions- gungsvo- gungsvo- wirksamkeit
des Abhalmasse lumen lumen/In- Hohlraum- tens von (cm³) jektions- volumen/In- fließenmasse
jektions- dem Wasser menge) massenmenge) (/o) (%) x 100 (%) Wasserglas-Typ weggeschwemmt
Harnstoff-Formal- 760 126,7 48,1 7,15 dehyd-Typ Chrom-Lignin-Typ 555 92,5 35,2 14,7
Wirksamkeit des Abdichtens gegen Wasser = a - b x 100 a wobei a = Wasserfließgeschwindigkeit
vor der Injektion b = Wasserfließgeschwindigkeit nach der Injektion ist.
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Im Gegensatz zur erzwungenen Injektion unter Verwendung von wechselndem
Hochdruck, beispielsweise bei Verwendung einer Kolbenpumpe, ist es möglich, die
chemische Flüssigkeit allmählich mit gleichbleibender, bestimmter Geschwindigkeit
aus dem Injektionsrohr kommen zu lassen, indem man die chemische Flüssigkeit unter
Verwendung eines Gasdrucks unter statischem Druck hält. Es ist möglich, die Injektion
der chemischen Zubereitung ohne Pulsieren durchzuführen.
Gleichzeitig
hält man eine gute Fließbarkeit der chemischen Flüssigkeit aufrecht, was ein Pe-qtwerda
der in dem Injektionsrohr fließenden chemischen Zubereitung völlig.verhindert; auf
diese Weise ist es möglich, die Injektion der chemischen Zubereitung wirksam und
fehlerlos durchzuführen.
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Verwendet man als Gas-freisetzende Verbindung ein Metallcarbid in
der Form eines sehr feinkörnigen Pulvers, so ist dies, wie in der folgenden Ausführungsform
2 gezeigt wird, vorteilhaft, da das Carbid eine wasserunlösliche Masse bildet.
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Aus führungs form 2 Man verwendet eine flüssige Zubereitung, die ein
Silanderivat der allgemeinen Formel Rn-Si-X (4-n) und eine kleine Menge in dem Silanderivat
suspendiertes, feinkörniges Metallcarbid enthält. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung
dieser flüssigen Zubereitung reagiert das flüssige Silanderivat mit Wasser und hydrolysiert
dabei bei Umgebungstemperatur unter Bildung einer wasserunlöslichen gelartigen Siliciumverbindung,
und das feinkörnige Metallcarbid setzt Kohlenwasserstoffgas bei Berührung mit Wasser
frei.
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In der Formel Rn-Si-t(4 n) bedeutet R eine Alkyl- oder Arylgruppe
und Keine Alkoxygruppe oder ein Halogenatom.
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Je weniger Kohlenstoffatome R enthält, umso schneller hydrolysiert
im allgemeinen das Silanderivat und umso besser ist seine Fließfähigkeit, weswegen
es wirksam gemäß der Erfindung angewendet werden kann.
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Bedeutet X ein Halogenatom, so ist die Anwendung des Siianderivats
auf die Fälle beschränkt, bei denen die durch den freigesetzten Halogenwasserstoff
verursachte Korrosionswirkung unberücksichtigt bleiben kann.
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Silanderivate, bei denen X eine Alkoxygruppe bedeutet, sind verhältnismäßig
billig und setzen keine korrosiven Stoffe frei; dagegen hydrolysieren sie im allgemeinen
langsam. Man Liuß daher die Hydrolyse beschleunigen. Eine wirksame Beschleunigung
erfolgt durch Zumischen einer kleinen Menge einer organischen Säure oder einer geeigneten
Menge Alkohol, in dem Natriumalkoholat gelöst ist.
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In der Praxis werden meistens Alkoxysilane verwendet, wie Tetramethoxysilan,
Tetraäthoxysilan u.dergl. Im Vergleich zu den gereinigten Produkten sind die Rohprodukte
mit niedrigem Salzsäuregehalt verhaltnismäßig billig und
hydrolysieren
rasch, so daß sie sich für die Praxis eignen.
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Als feinkörnige Metallcarbidverbindungen, die in der obengenannten
Flüssigkeit suspendiert sind, können unter anderem Calciumcarbid oder Magnesiumcarbid
u.dergl. verwendet werden, die mit Wasser unter Bildung von Acetylengas reagieren.
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Wenn man viel Gasschaim wünscht, so kann man dies durch Erhöhen der
Menge dieser in der Flüssigkeit suspendierten feinkörnig-en Metallcarbide erzielen.
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Verwendet man Calciumcarbid, so hydrolysiert dieses unter Bildung
von Calciumhydroxid, das wegen seiner Alkalinität die Hydrolyse des Silanderivats
beschleunigt.
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Ausführungsform 3 Erfindungsgemäß kann als chemische Flüssigkeit eine
Lösung verwendet werden, die durch Hinzufügen eines Silanderivats der in der Ausführungsform
2 beschriebenen allgemeinen Formel Rn-Si-R' (4-n) (worin R' nicht Halogen bedeutet)
zu einer- Isocyanatverbiiidung der in der Ausführungsform 1 beschriebenen allgemeinen
Pormel R-(NCO)n oder zu einem anderen Isocyanat hergestellt ist, das durch die Reaktion
eines
Isocyanats der Formel R-(NCO)n mit einer aktiven Wasserstoff, enthaltenden Verbindung
erhalten worden ist.
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Da sich in diesem Pall die Isocyanatverbindung und das Silanderivat
gegenseitig lösen und mit Wasser unter Bildung von wasserunlöslichen festen Gelen
reagieren, kann man durch Verwendung des Silanderivats als reaktives Verdünnungsmittel
für die Isocyanatverbindung verschiedene Vorteile erzielen. Wegen ihrer überlegenen
mechanischen Eigenschaften sind beispielsweise Isocyanatvorpolymerisate vorteilhaft,
die eine endrtändige Isocyanatbruppe enthalten und durch Reaktion zwischen einer
aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung und überschüssigem Polyisocyanat hergestellt
worden sind, das einen aromatischen oder aliphatischen Rest enthalt. Zudem sind
Isocyanatverbindungen für den menschlichen Körper nicht giftig, doch haben die meisten
dieser Isocyanatvorpolymerisate den Nachteil, sehr viskos zu sein, so daß sie nur
wenig in die Hohlräume von Böden eindringen können. Deswegen ist es notwendig, die
Viskosität durch Zusatz verschiedener organischer Lösungsmittel, wie in der Ausführungsform
1 beschrieben, herabzusetzen, doch wird dabei unvermeidbar auch die Konzentration
an wirksamer iLomponente herabgesetzt. Verwendet man jedoch als Lösungsmittel Alkoxysilanverbindungen,
wie Tetraäthoxysilan, Tetramethoxysilan, Dimethoxysilan und Dipropoxysilan, so unterliegen
diese Lösungasmittel
bei Berührung mit wasser der Hydrolyse und
bilden mit Wasser Silikatgele. Deswegen können diese chemischen Zubereitungen erfindungsgemäß
wirksamer eingesetzt werden, weil sie brauchbare feste Komponenten in höherer Konzentration
enthalten. Zudem setzen solche Alkoxysilanverbindungen bei der Hydrolyse Alkohol
frei, der in vorteilhafter Keise die weitere Umwandlung der chemischen Zubereitung
in eine feste Masse beschleunigt, weil der Alkohol aktiven Wasserstoff enthält und
deswegen mit dem Isocyanatvorpolymerisat reagiert. Eine derartige chemische Flüssigkeit,
die ein mit einer Alkoxysilanverbindung verdünntes Isocyanatvorpolymerisat enthält,
besitzt eine niedrige Viskosität und eine bessere Eindringfähigkeit und enthält
doch die brauchbaren festen Komponenten in hoher Konzentration. Durch Reaktion mit
dem Grundwasser wird unter gleichzeitiger Bildung von Gasblasen ein anorganisches
Silikatgel gebildet, das in Polyurethan eingebet-tet ist, so daß ein Gel von sehr
hoher mechanischer Festigkeit erhalten wird. tiJeiterhin führt die Verwendung des
im Vergleich zum Isocyanatvorpolymerisat billigeren Alkoxysilanderivats zu höherer
Wirtschaftlichkeit, ohne daL das Verhalten der chemischen Flüssigkeit verschlechtert
wird; das Verhalten wird vielmehr verbessert.
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Verringert man den Lösungsmittel-Silanderivat- Anteil in
Bezug
auf die Isocyanatverbindung, so wird die Entwicklung von Gas durch Reaktion mit
dem Grundwasser herabgesetzt, doch ist ein Anteil von 5 bis 80% oilanderivat in
der Praxis ausreichend. Um in diesem Fall die Reaktion mit Wasser zu beschleunigen,
können als Katalysator alle die oben genannten tertiären Amine oder organischen
Metallverbindungen verwendet werden, die in der Ausführungsform 1 beschrieben wurden.
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Ausführungsform 4 Verwendet man ein in It'ig. 7 gezeigtes Rückschlagventil
33 an der Auslaßöffnung 32 eines Injektionsrohrs 31 zur Injektion einer chemischen
Zubereitung, so ist dies aus folgenden Gründen vorteilhaft: Das Rückschlagventil
verhindert während der Injektion folgende drei Pannen: a) Ein Zurückfließen der
chemischen Flüssigkeit im Injektionsrohr wegen eines rückwärts zum Tank der chemischen
Zubereitung gerichteten Drucks infolge eines artesischen Drucks des Grundwassers,
b) ein Zurückfließen der chemischen Flüssigkeit wegen eines Bodendruckanstiegs infolge
fortwährender Injektion der chemischen Flüssigkeit,
c) rückwärts
gerichteter Druck des durch die in den Boden injizierten Isocyanatverbindungen freigesetzten
Gases.
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Auf diese Ueise knnntdie Injektion der chemischen Zubereitung unter
jeder Bedingung einfach und wirksam erfolgen.
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Weiterhin kann die Kraft, die mit dem Druck des Gases einhergeht,
das von der injizierten chemischen Flüssigkeit gebildet wird, an dem Rückschlagventil
angreifen und dort Widerstand finden, so daß die injizierte chemische l;lüssig~
keit aktiv im Boden ausgebreitet wird, wobei der wirksame, gegen wasser abgedichtete
und verstärkte Bereich stark vergrößert wird.
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Ausführungsform 5 Fig. 5 zeigt ein Injektionsrohr 45 mit einem offenen
Ende 46 als Auslaß; der Randteil 48 springt seitlich über das Injektionsrohr 45
hinaus und ist zusammen mit der Kappe 50, die ein scharf zugespitztes Ende 49 hat,
am Auslaß 46 des Injektionsrohrs angeordnet; in dieser Anordnung wird das Injektionsrohr
45 in den Boden in eine vorbestimmte Tiefe getrieben, dann ein wenig herausgezogen,
wobei der vorsprinOende Randteil 48 der Kappe als Widerstand wirkt, so
daL
die Kappe 50 an der erreichten Stelle zurückgelassen und der Auslaß 46 gcöffnet
wird. erden die leile derartig vorher angeordnet, so kann das Verstopfen des Auslasses
46 mit Erde bein Eintreiben des Injektionsrohrs in den Boden verhindert werden;
aucl: kalin diese Anordnung verwendet werden, um die injizierte flüssige Zubereitung
in horizontaler Richtung zu verteilen.
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Wird eine solche Kappe mit einem das Zurückfließen hindernden mechanischen
System, wie in der Ausführungsform 4 beschrieben, kombiniert, so lassen sich Injektionen
von chemischen Flüssigkeiten sicherer und besser durchführen.
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Ausführungsform 6 Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht den Dau
von Pfählen mit großem Widerstand gegen Herauszlehen oder Hineindrücken.
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Fig. 10 zeigt ein Beispiel von in eine Böschung eingebauten, den Boden
stützenden Ankern0 Ein Injektionsrohr 72, in das in einer bestimmten Länge vom scharf
zugespitzten Ende 70 ab, wie in Fig.2 gezeigt wird, zahlreiche Auslaßlöcher 71 gebohrt
sind, wird in eine vorbestimmte Tiefe getrieben. Der die chemische Flüssigkeit enthaltende
Tank 74 ist über einen Schlauch 75 mit dem 1£opf 73 des Injektionsrohrs
verbunden.
Die chemische Flüssigkeit wird in das Injektionsrohr 72 unter statischem Druck gedrück,
der von einem Luftkompressor 76 geliefert wird, und läuft durch die Auslaßöffnungen
des Injektionsrohrs heraus und wird in den Boden 7'7 injiziert, Dort reagiert die
chemische Flüssigkeit bei berührung mit dem im Boden enthaltenen Wasser unter bildung
volr großen, kolbenförmigen, verfestigten Erdklumpen 78 rings um den mit Auslaßöffnungen
versehenen Rohrteil 71; der Erdklumpen verleiht dem Injektionsrohr 72 einen genügenden
Widerstand gegen ein Herausziehen oder Eintreiben.
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Die Zahl und der Durchmesser der Auslaßlöcher am Rohrteil 71 richtet
sich nach den optimalen Bedingungen unter Berücksichtigung der geologischen Gegebenheiten
im Boden, der gewünschten Form llild Größe des kolbenförmigen, verfestigten Erdklumpens,
des Viskositätswiderstands der chemischen Flüssigkeit und der belastbarkeit des
Querprofils der Injektionsröhre.
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Führt man die Injektion von dem mit einer in Fig.5 gezeigten Kappe
versehenen Ende des Injektionsrohrs aus, so kann man verfestigte Erdklumpen herstellen,
die die Tragkraft erhöhen können; es ist also auch möglich, das Injektionsrohr als
Tragpfahl zu verwenden. In diesem Fall
dienen die seitlichen Auslaßöffnungen
zur weiteren Brhöhung der Tragkraft, und es ist klar, daß die von den seitlichen
Öffnungen herrührenden verfestigten Erdklumpen die Tragkraft des Pfahls erhöhen.
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Will man das Injektionsrohr in den Boden bringen, so treibt man dieses,
wie bereits erwähnt, mit den Auslaßöffnungen am unteren Ende in den Boden; die dairn
ininjizierte chemische Flüssigkeit bildet bei berührung mit Wasser eine wasserunlösliche
verfestigte Masse und setzt gleichzeitig Gas frei, wodurch kolbenförmige oder zylindrische
verfestigte Erdklumpen ohne die bei den herkömmlichen Verfahren auftretenden und
bereits beschriebenen Mängel gebildet werden; Anker mit großem Widerstand gegen
ein Herausziehen lassen sich leicht und rasch bauen, z.B. Anker für Stützwände,
Brückenpfeiler, zum Einstellen der Bodenbewegung bei Stützwänden u.dergl., Gitteranker
für Stützwände bei Gesteinslöchern, in Erdrutschgebieten und bei Böschungen, Anker
zum Stabilisieren der Fundamente von Gebäuden, bei denen horizontale Kräfte, wie
Winddruck oder Erdbeben, angreifen, von Pfählen mit erhöhter Tragkraft ani Ende
und dergl..
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Beim herkömmlichen Verfahren, bei dem man ein Gemisch zweier chemischer
Flüssigkeiten injiziert, fließt die
chemische Zubereitung weg,
ohne rings um das Injektionsrohr konzentriert zu sein, und man kann nicht erwarten,
daß kolbenartige verfestigte Erdklumpen gebildet werden; dagegen fließt bei erfindungsgemäßen
Verfahren die chemische Flüssigkeit aus dem Injektionsrohr heraus, reagiert tadellos
mit dem Hohlraumwasser in der Umgebung des Rohrs und bildet dort kolbenartige verfestigte
Erdkliimpen; durch das l!Mllen der Risse und Hohlräume des Bodens rund um die Anker
mit der sich verfestigenden Zubereitung werden die schwächeren Stellen des Bodens
rasch verstärkt; es ist daher möglich, unvorhergesehene Zwischenfälle zu vermeiden,
die beim Nachlassen der Stärke wegen unvorhergesehener ungleichmäßiger Bodenformationen
vorkommen.
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Der große Auszug-Scher-Widerstand, der bei den herkömmlichen Verfahren
nicht erwartet werden kann, beruht auf folgendem: 1. Bei den erfindungsgemäß hergestellten
Ankern greift die übliche mechanische Reibungskraft, die sich aus dem Reibungskraftkoeffizienten
und dem der Bodentiefe entsprechenden Normaldruck ergibt, zwischen dem kolbenartigen
verfestigten Erdklumpen und der Seitenoberfläche des Ankerstabs an.
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2. Infolge der Adhäsion, die zwischen der Oberfläche
der
von der chemischen Injektionsflüssigkeit gebildeten festen Masse und der Oberfläche
des Ankerstabs wirkt, liegt eine außerordentlich große physikalisch-chemische Eindungskraft
vor.
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3. Da durch die Injektion der chemischen Flüssigkeit durch die Auslaßöffnungen
des Injektionsrohrs (oder des Ankerstabs) fortwährend eine hochiolymere feste masse
zwischen den Stellen rings um das Injektionsrohr und dem Innern des Injektionsrohrs
gebildet wird, kann an den Auslaßöffnungcn ein Nieteffekt erwartet werden; dieser
verursacht einen außerordentlich großen Auszieh-Scher-Widerstand zwischen dem kolbenartigen
verfestigten Brdklumpen und dem Ankerstab, Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
gebaute Anker ergeben sofort die erforderliche Festigkeit, so daß es im Notfall
möglich ist, den Anker in dem Augenblick zu benutzen, in dem die verwendete chemische
Flüssigkeit bei Berührung mit Wasser reagiert, um sich zu verfestigen und hart zu
werden; dagegen haben fast alle verfestigten Massen, die mit den herkömmlichen wasserlöslichen
Injektionschemikalien, wie Natriumaluminat, Wasserglas, Harnstoffharze, I'henolharze,
Acrylamid, Chrom-Lignin und dergl., gebildet wurden, den, Nachteil, in Gegenwart
von Grundwasser
zu schwellen, zu erweichen und all Festigkeit zu
verlieren. Im Gegensatz zu diesen bekannten Zubereitungen haben die Zubereitungen
der Erfindung den großen Vorteil, daß sie in Gegenwart von Grundwasser noch fester
werden.
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Es ist ein besonderes Merkmal der erfindungsgemäß verwendeten chersiischen
Zubereitungen, mit Wasser unter Freisetzung von Was und unter Bildung von wasserunlöslichen
Massen zu reagieren. Das freigesetzte Gas drückt den Loden gegen die äußere Oberfläche
des senlLrecht zu diesen Kräften angeordneten Injektionsrohrs; es werden dabei sogenannte
radiale Drücke erzeugt; auf diese Weise wird die Bindung zwischen dem Boden und
dem Injektionsrohr verbessere; zusammen mit der Vergrößerung des Volumens der verfestigten
Erdklumpen wird ein außerordentlich großer Scherwiderstand genen ein Herausziehen
erzeugte Auf diese Weise ist der Bau eines sehr starken Ankers möglich.
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Erfindungsgemäß kann auch ein Pfahl mit einem porösen Kolben im Boden
erhalten werden.
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Nachfolgend werden Versuche beschrieben, einen Auszugkräften widerstehenden
Pfahl, d.h. einen Zuganker, herzustellen.
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Versuch 1 Aus Sand wurden in einer Preßform durch "Wasserverdichten"
("water-compacting") feste Probestücke von 300 mm Durchmesser und 500 mm Länge hergestellt.
Hierzu wurde einmal gesiebter @and von 0,6 bis 1,2 mm Korngröße und zum anderen
Mal "Toyoura"-Normsand gemäß JIS(japanische Industrienorm) R 5201-1964 verwendet.
In jede der verdichteten Sandproben wurde bis zu einer Tiefe von 15 cm ein Stahlrohr
von 17,3 mm Außendurchmesser getrieben, in das 7,5 cm vom unteren Ende entfernt
Auslaßlöcher von 1 mm Durchmesser in Abstand von 1,5 cm gebohrt waren. Eine chemische
Zubereitung urde dadurch erhalten, daß man zu einem Vorpolymerisat mit einem Isocyanatgruppengehalt
von 25%, das durch Reaktion von Polypropylenoxydtriol mit einem OH-Wert von 300
mit einem 80:20-Gemisch von 2,4- und 2,6-Toluoldiisocyanat hergestellt worden ist,
ein Gemisch hinzugefügt , das 20% (bezogen auf das Vorpolymerisat) Xylol und 2%(bezogen
auf das Vorpolymerisat) Triäthylamin enthält. Die chemische Zubereitung wurde durch
jedes Rohr injiziert. 20 Stunden später wurden die Probestücke aus der Presse genommen
und durch Eintauchen in Wasser gehärtet. Nach 3 Tagen wurden Versuche durchgeführt,
die Stahlrohre herauszuziehen, und die Ergebnisse zeigten, daß bei Verwendung des
Sands mit einer Korngröße von 0,6 bis 1,2 mm
zum Herausziehen eine
Kraft von 1012,5 kg und bei Verwendung des Toyoura-Standardsandes eine solche von
1437,8 kg notwendig war. Es wurden also sehr große Auszieh-Scher-Widerstände von
12,5 kg/cm² bzw. 17,75 kg/cm² erzielt.
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Versuch 2 Zmei 4,8 m lange Gasrohre von 1 Zoll Durchmesser wurden
im angemessenen Abstand bis zu einer Tiefe von 4,8 m im rechten Winkel in eine 450
steile Böschung eingetrieben. Durch jedes dieser Rohre wurde das im Versuch 1 verwendete
Vorpolymerisat injiziert, das jedoch mit 10/' Xylol verdünnt und mit 1/f (bezogen
auf das verdünnte Vorpolymerisat) Triäthylamin vermischt war. Bei den Auslaßöffnungen
(kolbenförmiger Teil) jedes Injektionsrohrs befand sich eine sandige Kiesschicht,
die im Gemenge eine große Anzahl 50 bis 100 mm große Kiesel enthielt, In diesem
Fall waren in die Injektionsrohre am Auslaßteil Auslaßlöcher von 3 mm Durchmesser
in einem Abstand von 5 cm in zwei gestaffelten Reihen gebohrt, und zwar bei dem
einen Rohr in einer Länge von 25 cm und bei dem anderen Rohr in einer Länge von
55 cm. Durch das Rohr mit Löchern in einem Bereich von 25 cm wurden einmal 3 kg
und ein anderes Mal 12 kg chemische Zubereitung injiziert, und durch das Rohr mit
Löchern im bereich von 55 cm wurden einmal 6 kg und
ein anderes
Mal 24 kg chemische Zubereitung injiziert. Es wurden Ausziehversuche in der axialen
Richtung der Rohre durchgeführt. Zum Vergleich wurden auch Rohre geprüft, durch
die keine chemische Zubereitung injiziert worden war. Die Ergebnisse der Versuche
zeigten, daß die Ausreißkraft in dem Fall, wo keine chemische Zubereitung injiziert
wurde, unterhalb 0,5 t betrug, wohingegen die Ausreißkraft bei der Injektion von
3 kg chemischer Zubereitung 3 t, bei 6 kg 5,6 t, bei 12 kg 6,G t und ei 24 kg 8
t betrug.
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Die voranstehenden Ergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemäß Verfahren
ein ausgezeichnetes Verfahren ist.
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Die Injektion der chemischen Zubereitung kazm nicht nur erfolgen,
nachdem die Injektionsrohre in den Boden in eine vorbestimmte Tiefe getrieben worden
sind, sondern die Injektion kann auch während des Vorgangs des Eintreibens des Injektionsrohrs
erfolgen, aber auch während das Rohr, nachdem es in die vorbestimmte iefe vollkommen
eingetrieben worden ist, wieder etwas herausgezogen wird.
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An dem Injektionsrohr kaun auch ein spiralischer Vorsprung oder spiralische
Rillen angeordnet sein, der bzw. die dem Injektionsrohr beim Eintreiben eine Drehbewegung
verleiht
b«.wO verleihen, was das Eintreiben in den Boden nicht
nur erleichtert, sondern auch den Ausziehwiderstand sehr erhöht. Das Injektionsrohr
kann den spiralischen Vorsprung oder die Rillen am unteren Teil oder am mittleren
Teil haben; wenn es jedoch den spiralischen Vorsprung oder die Rillen an dem reil
der äußeren Oberfläche hat, wo sich die Auslaßöffnungen befinden, so wird dadurch
eine bessere Bindung zwischen den verfestigten Erdklumpen und dein spiralischen
Vorsprung oder den Rillen erzielt, und man erhält ein besseres Ergebnis.
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Ausführungsform 7 Ist, wie es in Fig. 11 gezeigt wird, der Außendurchmesser
des Teils 82, in den die Auslaßöffnungen 81 gebohrt sind, des Injektionsrohrs 80
kleiner als der Durchmesser des übrigen Teils des Injektionsrohrs, so kann man nicht
nur verhindern, daß die Öffnungen durch die Erde verstopft werden, und den Eintreibungswiderstand
herabsetzen, sondern es wird auch die Bindungskraft zwischen den verfestigten Erdklumpen
und dem Injektionsrohr 80 viel größer, was dann wirksam wird, wenn, wie in der Ausführungsform
6 beschrieben, das Injektionsrohr selbst als Ankerstab oder als Tragpfahl verwendet
wird.
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Ausführungsform 8 Fig, 12 zeigt eine abgeänderte Bauweise des Endes
eines Injektionsrohrs 93, in das im Bereich der Auslaßöffnungen an bestimmten Stellen
in bestimmter Entfernung von dem konusförmigen Endteil 90 eine Anzahl Löcher 91
gebohrt sind, wobei diese Löcher derart geneigt sind, daß ihre Achsen in Richtung
auf das Innere des Injektionsrohrs mit der Zintreiberichtung des Injektionsrohrs
einen spitzen Eiinkel Q bilden.
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Selbst wenn bei Verwendung eines derartigen Injektionsrohrs eine gewisse
menge Erde in die Auslaßöffnungen eindringt, so werden Erdteilchen beim Eintreiben
des Rohrs durch die Schläge gemäß dem Trägheitsgesetz herausbewegt, so daß das Verstopfen
der Auslaßöffnungen mit Erde beträchtlich verringert wird und das Ausfließen der
chemischen Zubereitung sowohl in radialer als auch in axialer Richtung aus dem Injektionsrohr
in den gew1alschten Bereichen sichergestellt wird; auf diese \weise ist es leichter,
verfestigte Erdklumpen in der gewünschten Form und Größe zu erhalten; auch dient
diese Abänderung zur Erhöhung des Ausziehwiderstands, wenn das Injektionsrohr selbst
als Pfahl mit Ausziehwiderstand verwendet werfen soll.
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Im Gegensatz dazu haben die herkömmlichen, in den Boden
zu
treibenden Injektionsrohre Auslaßöffnungen, bei denen die Lochachse mit der Längsachse
des Injektionsrohrs einen rechten Winkel bildet, so daß es beim Eintreiben schwierig
ist, das Eindringen von Erde in die Löcher und das schnelle Verstopfen der Löcher
zu verhindern. Ein Verstopfen verringert nicht nur die Zahl der huslaßöffzungen,
sondern verhindert auch, daß die chemische Zubereitung in die gewünschte Stelle
der Bodenschicht eindringt, so daß die ursprünglich beabsichtigte Verfestigung der
Erde in der Umgebung des Pfahls oder Ankers nicht erzielt wird; soll bei derartigen
bekannten Verfahren das Injektionsrohr, wie bereits erwähnt, als Tragpfahl verwendet
werden, so ist die Anzahl der von innen nach außen gehenden Verbindungen des Injektionsrohrs
mit der verfestigten Masse, die ein wichtiges funktionelles Element zur Erhöhung
des Aus zieh- oder Eintreib-Scher-';;'iderstands darstellen, verringert, so daß
es schwierig ist, Anker oder Pfähle mit dem ursprünglich erwarteten Ausziehwiderstand
oder der ursprünglich erwarteten Tragkraft zu erhalten.
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Diese Schwierigkeiten werden bei Verwendung des in der Ausführungsform
8 beschriebenen Injektionsrohrs wirksam behoben. xs ist klar, daß diese Schwierigkeiten
auch bei Verwendung
der in der Ausführungsform 7 beschriebenen
Injektionsrohre wirksam behoben werden, doch ist der in der Ausführungsform 8 beschriebene
Injektionsrohrtyp vom Standpunkt der Herstellung viel praktischer.
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Voranstehend sind Beispiele von verschiedenen Anwendungsformen des
zugrundeliegenden Verfahrens der Erfindung beschrieben. Das Verfahren der Erfindung
unterscheidet sich theoretisch völlig von den herkömmlichen Verfahren in der Art
der Verfestigung der verwendeten chemischen Flüssigkeiten. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren werden die verschiedenen Schwierigkeiten behoben, die von der unzulänglichen
Steuerung der VerSestigungsgeschwindigkeit der chemischen Zubereitungen und den
Ungenauigkeiten, die bei den herkömmlichen Verfahren unvermeidbar sind, herrühren.
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Einige bevorzugte Ausführungsformen der erfindung wurden unter Bezugnahme
auf die Figuren erläutert, doch können diese Ausführungsformen in vieler Hinsicht
geändert werden. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform
beschränkt ist, und es können die Ausführungsformen, soweit kein s.iderspruch vorliegt,
gegeneinander ausgetauscht oder miteinander kombiniert werden0