DE1914554C3 - Verfahren zum Abdichten von Bodenformationen und Tiefbaukonstruktionen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten von Bodenformationen und Tiefbaukonstruktionen durch Einbringen einer fließbaren, verfestigbaren, Verbindungen mit Isocyanatgruppen enthaltenden Zubereitung in die abzudichtenden Hohlräume.

Bei herkömmlichen Bodenverfestigungsverfahren durch Injektion chemischer Zubereitungen injiziert man eine chemische Flüssigkeit, die unmittelbar vor der Injektion durch Mischen zweier oder mehrerer chemisch reagierender Komponenten erhalten wurde, in den Boden, wobei zunächst das in den Bodenhohlräumen befindliche Wasser durch das chemische Ge misch verdrängt wird und wobei dann durch Reaktion der verschiedenen chemischen Komponenten wasserunlösliche, feste Massen in den Hohlräumen "»wischen den Bodenteilchen gebildet werden, die Wasser ab halten bzw. 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 führt zu einem raschen Viskositätsanstieg, wobei das Gemisch schnell eine gelartige Konsistenz annimmt. Dies führt zu Pfropfbildungen an den Ausgängen der Injektionsvorrichtung im Boden, wobei das feste Reaktionsprodukt

ao einen Durchgang der nicht reagierten Flüssigkeitsanteile verhindert. Somit ist dieses Verfahren mangelhaft.

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 selbst nach Erreichen der zu behandelnden Bodenstelle noch dünnflüssig. Sie wird dann durch das im Boden anwesende Wasser verdünnt, so daß die Verfestigung noch weiter verzögert und die injizierte chemische Zubereitung gelegentlich durch das Grundwasser von der zu behandelnden Bodenstelle zu anderen Stellen transportiert wird, was zu einem völligen Fehlschlag der Injektion führt.

Somit sollte bei dem herkömmlichen Verfahren die angewandte chemische Zubereitung zwei sich grundsätzlich widersprechende Eigenschaften besitzen. Sie sollte nämlich einerseits eine gute Fließbarkeit in der Injektionsvorrichtung aufweisen, andererseits jedoch an der zu behandelnden Stelle rasch fest werden.

Wegen dieses Widerspruchs besteht die einzige bekannte Methode zur Regelung der Verfestigungsgeschwindigkeit der chemischen Flüssigkeit darin, die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion entlang der ansteigenden Zeit-Viskositäts-Kurve zu steuern, wobei man den Viskositätsanstieg zu Beginn der Injektion so niedrig wie möglich hält, die Viskosität aber nach einer gewissen Zeit rasch ansteigen läßt. Da die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion jedoch

so von einer Reihe von Faktoren, wie z. B. von der Umgebungstemperatur, der Konzentration der cheiTiischen Zubereitung, dem Verhältnis der chemischen Komponenten zu einander u. dgl., abhängt, ist die Regelung äußerst schwierig. Hierzu treten in der

SS Praxis noch weitere Komplikationen, wie z. B. die unterschiedlichen Bodenbedingungen, die Leistungsfähigkeit der Injektionsvorrichtung, die unterschiedliche Erfahrung des Bedienungspersonals u. dgl., auf. Ein derartig kompliziertes Verfahren, das überdies noch eine große technische Erfahrung erfordert, ist für ein Arbeiten an nicht einzusehenden Stellen, vor allem im Gelände, wo die Arbeitsbedingungen noch erschwert sind, ungeeignet. Auch bei Baukonstruktionen, wie z. B. beim Bau von Kellergeschossen oder Tunnels, kann es vorkommen, daß Grundwasser durch Risse in Betonwänden oder-auskleidungen durchsickert. Herkömmlicherweise wurde der Wassereintritt an solchen Stellen in einer

3 4

ähnlichen Weise wie bereits beschrieben mit einer räume zu schaffen, das die vorstehend geschilderten ähnlichen chemischen Flüssigkeit abgedichtet. Diese Nachteile der bisherigen Verfahren vermeidet bzw. auf Verfahren waren jedoch, ähnlich wie die vorstehend wirksame und billige Weise behebt,
beschriebenen, mangelhaft. Selbst wenn es gelang, die Diese Aufgabe wurde nun dadurch gelöst, daß man

chemische Flüssigkeit in den Rissen zu verfestigen, 5 die Isocyanatzubereitung erst mit im Boden befindkonnte man jedoch eine Wasserschicht zwischen der liehen Wasser unter Verfestigung umsetzt und unter verfestigten Zubereitung und der Oberfläche des Risses Freisetzung eines Gases die Hohlräume abdichtet,
nicht vermeiden; dieses Wasser verursacht nun auf Es wird bevorzugt, daß die fließbare Zubereitung

jeden Fall einen schlechten Kontakt zwischen der ver- oberflächenaktive Mittel enthält,
festigten Zubereitung und der Riß-Oberfläche. Darüber io Vorteilhafterweise enthält die fließbare Zubereitung hinaus führt das Eindringen des Wassers in die ver- auch feinkörnige Feststoffteilchen als Füllstoffe,
festigte Zubereitung durch Erweichungsvorgänge zu Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des

einer Herabsetzung der Festigkeit, so daß eine gute erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die fließbare Abdichtung gegen Wasser unmöglich wird. Zubereitung Zement.

Die deutsche Auslegeschrift 1 129 894 betrifft ein 15 Vorteilhafterweise wird so gearbeitet, daß die fließverfahren zur Abdichtung und Verfestigung von bare Zubereitung ein Gemisch einer Isocyanatverbingeologischen Formationen gegen Wasser oder Gas, dung und eines Silanderivates als reaktionsfähiges Verbei welchem für die Injektionen ein Mittel verwendet dünnungsmittel enthält.

wird, das durch Mischen einer Isocyanatverbindung Es ist ferner vorteilhaft, daß die fließbare Zube-

und einer organischen Verbindung, die zumindest drei 20 reitung ein Gemisch aus einer Isooyanatverbindung, reaktionsfähige OH-Gruppen besitzt und imstande ist, einem Silanderivat als reaktionsfähiges Verdünnungssich mit der Isocyanatverbindung umzusetzen, in mittel und einem feinkörnigen Carbidpulver enthält, einem flüssigen Träger erhalten wird. Offensichtlich Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindet in der so hergestellten Mischung eine chemische findungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man Reaktion unter Bildungeines quervernetzten Produktes 25 zunächst Wasser in die Hohlräume einer Bodenmit der chemischen Gruppierung formation und dann die fließbare Zubereitung in diese

Hohlräume eindringen läßt, wo sie mit dem vorher H O zugesetzten Wasser reagiert und dabei in den Hohl-

räumen eine verfestigte Masse bildet.
— N — C — O — 30 Man kann ferner auch mit Vorteil so verfahren, daß

das zuvor zuzusetzende Wasser einen Beschleuniger

statt, wodurch eine Abdichtung gegen Wasser bzw. für die Verfestigung enthält.

eine Verfestigung der Bodenformation erzielt werden Eine weitere vorteilhafte Arbeitsweise, insbesondere,

soll. Hierbei setzt die Quervernetzungsreaktion un- wenn die fließbare Zubereitung feinkörnige Feststoffmittelbar nach dem Zusammenmischen der beiden 35 teilchen als Füllstoffe enthält, besteht darin, daß man, Komponenten ein. Eine derartige Reaktion ist un- nachdem die Isocyanatzubereitung in den Boden einzweifelhaft mit einem Anstieg der Viskosität der gebracht ist, die noch nicht verfestigte Zubereitung Mischung oder unter Umständen gar mit einer un- mit einer Flüssigkeit wegdrückt und dann die fließbare beabsichtigten Verfestigung innerhalb der Injektions- Zubereitung durch Reaktion mit Wasser unter Bildung vorrichtung verbunden. 40 eines verdichteten, schalen- oder zellenförmigen Kör-

Die österreichische Patentschrift 252134 betrifft ein pers im Boden verfestigt. Vorteilhafterweise verwendet Verfahren zur Behandlung durchlässiger Massen, z. B. man hier als Flüssigkeit Wasser. Das Wasser kann von Bodenformationen, wobei man eine Lösung eines nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform harzbildenden Stoffes und einer metallorganischen einen Beschleuniger für die Verfestigungsreaktion entVerbindung in einem geeigneten Lösungsmittel her- 45 halten.

stellt, die Lösung in den Porenrauir. der Masse injiziert Das Verfahren gemäß Erfindung ist außerordentlich

und die Lösung in der Masse beläßt, bis ein hartes, wirksam und läßt sich sehr leicht durchführen,
vernetztes Harz entstanden ist, wobei man eine Kömmt ein flüssiges Gemisch einer Isocyanat-

melallorganischs Verbindung verwendet, die mindestens verbindung und einer Silanverbindung mit Wasser in eine zur Reaktion mit vtn Teilchen der zu behandeln- so Berührung, das sich in Hohlräumen im Boden oder den Masse geeignete funktioneile Gruppe und min- in Bauteilen befindet, so reagiert das Gemisch mit dem destens ehe andere zur Reaktion mit einer der Korn- Wasser, und das wasserunlösliche Reaktionsprodukt ponenten des harzbildenden Systems oder dem hierbei dient unter Mitwirkung des bei der Reaktion gebildeten gebildeten Produkt geeignete funktionell Gruppe ent- Gases zum Verstopfen der Hohlräume. Es bildet sich hält. Hierbei werden beispielsweise Silane mit Amino- 55 also in den behandelten Hohlräumen eine feste Masse, funktionen oder Epoxyfunktionen verwendet. Die in So können in einfacher und wirksamer Weise Hohldem Verfahren der Entgegenhaltung eingesetzte me- räume verstopft werden, z. B. beim Abdichten wasser-, tallorganische Verbindung hat lediglich den Zweck, gas- und/oder öldurchlässiger Stellen im Bauwesen die Bindung zwischen den Bodenkörnern und dem und in Bodenformationen, und es kann auch ein Gassich verfestigenden Harz zu verstärken. Dement- 60 austritt durch Hohlräume in Bodenformationen oder sprechend ist der Anteil ah metallorganischer Verbin- Bauteilen, 2. B. Gäsäustritt beim Erbohren von natiirdung in der Lösung sehr gering und beträgt nur etwa liehen Gasquellen oder Erdgasquellen, verhindert 0,25 bis maximal 1 Volumprozent. werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verwendet man eine Flüssigkeit, die eine tsocyanat-

Verfahren zum Abdichten von Bodenformationen und 65 verbindung von verhältnismäßig hohem Molekular-Baukonstruklionen durch Einbringen einer fließbaren, gewicht enthält, so ist das durch Reaktion mit Wasser verfestigbaren, Verbinungen mit Isocyanatgruppen entstehende Reaktionsprodukt sehr zäh und ein Festenthaltenden Zubereitung in die abzudichtenden Hohl- körper 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 den einen Nachteil, daß sie eine verhältnismäßig hohe Viskosität besitzt und daher dem Eindringen in Boden- oder Bauteile-Hohlräume einen großen Widerstand entgegensetzt und schwierig zu injizieren ist.

Erfindungsgemäß verwendet man daher bevorzugt ein fließbares Gemisch, das aus einer Isocyanatverbindung und einem Derivat einer Silanverbindiing besteht. Dies hat den bemerkenswerten Vorteil, daß ilas Silanderivat als Lösungsmittel für die Isocyanatvcrbindungeii dient und die Viskosität herabsetzt, wodurch das Eindringen in die Hohlräume erleichtert wird. Obwohl dieses Silanderivat ein biolies Verdünnungsmittel darstellt, unterliegt es wie die Isocyanatverbindung der Hydrolyse unter Bildung eines wasserunlöslichen Reaktionsprodukte, das uiii da/.u 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 äußetst 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 auf diese Weise Hohlräume besonders haltbar abdichten. Verwendet man eine fließbare Zubereitung gemäß der 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 mit der Isocyanatverbindung reagiert, so bildet sich 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.

Die Erfindung unterscheidet sich vom herkömmlichen Verfahren sowohl in der Theorie als auch in der Praxis grundsätzlich in den folgenden Punkten:

a) Die erfindungsgemäß angewandte chemische Zubereitung verfestigt sich nur dann, wenn sie ?uf Feuchtigkeit trifft.

b) Es ist besonders vorteilhaft, daß bei der erfindungsgemäßen Verwendung der fließbaren Zubereitung gleichzeitig mit der Bildung einer verfestigten Masse ein Gas freigesetzt wird. Der Gasdruck erleichtert das automatische Vordringen und Eindringen der chemischen Zubereitung zu bzw. in die gewünschte Stelle. Die verfestigte Masse wird so an einen 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 Hohlräume gedruckt, wobei diese vollkommen verstopft und abgedichtet werden. Dies ist der größte Vorteil der Erfindung.

c) Die fließbare Zubereitung, die bei der Reaktion mit Wasser fest wird, ist vor dem Zusammentreffen mit Wasser gut fließbar. Sie dringt also an der injizierten Stelle leicht in die Hohlräume des Bodens ein.

d) Beim Zusammentreffen mit Wasser 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 >o Wasser nicht wegtransportiert werden kann, wobei die Hohlräume einer Bodenformation 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 und dichtet diese Stellen ab. Infolgedessen kann das Verfahren billig und rationell durchgeführt werden, ohne daß dazu besondere technische Erfahrungen wie

bei den herkömmlichen Verfahren erforderlich sind.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genügt daher eine sehr einfache Jnjektionseinrichtung.

F i g. 1 zeigt eine vereinfachte Seitenansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bodenverfestigung; F i g. 2 zeigt ein Injektionsrohr zum Injizieren der chemischen Zubereitung in den Boden;

F i g. 3 und 5 zeigen vergrößert und teilweise geschnitten Injektionsdüsenteile anderer Jnjektionseinrichtungen;

F i g. 4 zeigt teilweise geschnitten eine handliche Injektionsvorrichtung, mit der man bequem eine chemische Zubereitung in den Boden injizieren kann;

F i g. 6 zeigt im Schnitt ein Bauwerk mit wasserdurchlässigen Rissen, die erfindungsgemäß abgedichtet werden können;

F i g. 7 bis 9 sind Schnittansichten, welche Verfahrensstufen beim Abdichten von wasserdurchlässigen Rissen zeigen;

Fig. 13 zeigt perspektivisch eine im Boden angeordnete Wasserschutzwand üblicher Art;
Fig. 14 zeigt perspektivisch teilweise geschnitten eine im Boden angeordnete flüssigkeitsdichte Vrand, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebaut wurde;

F i g. 15 zeigt zum Teil im Schnitt lediglich die feste Masse einer verfestigten Bodenfonnation.

Bevorzugte Ausführungsform 1

Das Bodenverfestigungs- bzw. Abdichtverfahren wird an einem Beispiel in F i g. 1 und 2 gezeigt; das

untere Rohrteil 21 ist von geeigneter Länge, hat eine scharfe Spitze 20 und viele Löcher 22 als Auslaßöffnungen für die chemische Zubereitung; das Injektionsrohr wird, wie es beispielsweise in F i g. 1 gezeigt ist, in vorbestimmter Tiefe in den Boden getrieben, der

verfestigt werden soll, z. B. der Boden 25, der dem Boden 24 benachbart ist, der seinerseits ausgehoben werden soll; der Kopfteil 26 des Injektionsrohrs 23 ist mit dem Tank 27 für die chemische Zubereitung mit

einem Schlauch 28 verbunden, die flüssige Zubereitung im Tank 27 wird in das Injektionsrohr 23 unter statischem Druck gepreßt, der durch Druckluft aufrechterhalten wirci, die von einem Luftkompressor 29 geliefert wird; so wird die chemische Zubereitung durch die Auslaßlöcher 22 in den Boden 25 injiziert.

Bei der Verwendung einer fließbaren chemischen ZubervJung, die bei Berührung mit Wasser mit diesem reagiert and eine wasserunlösliche, verfestigte Masse bildet und ein Gas freisetzt, wird automatisch ein wasserunlöslicher, verfestigter Erdklump?n 30 durch die Feuchtigkeit gebildet, die sich im Boden rund um den die AuslaßöfTnungcn aufweisenden Teil 21 des Injeklionsrohrs 23 befindet, so daß clic Bodcnformationcn mit Hohlräumen abgedichtet und der Hoden verfestigt wird. Gleichzeitig mit dem Verfestigen der Wand kann, wenn der Boden 24 ausgehoben wird, da>, Austreten von Wasser aus der ausgehobenen Baugrube auch verhindert werden, indem die porösen Bodenformationen abgedichtet werden. F^:.rstrcckt sich der zu verfestigende Boden stark von oben nach unten, so können die Injcktionsaiislaßlöchcr 22 am Injektionsrohr 23 in entsprechender Länge angeordnet sein, oder es kann die Injektion der chemischen Zubereitung in der Weise erfolgen, daß das Injektionsrohr 23 allmählich gehoben oder gesenkt wird.

Wenn die fließbare zu verwendende Zubereitung flüssig ist, so kann sie leicht und sicher in äußerst kleine Hohlräume eindringen.

Als Beispiel für eine im erfindungsgemäßcn Verfahren s('ir wirksam verwendbare chemische fließbare Zubereitung kann eine Isocyanatverbindiing genannt werden, die der allgemeinen Formel R — (NCO)_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 Kohlendioxydgas polymerisieren.

In der voranstehenden Formei R — (NCO)_n bedeutet R eine organische Gruppe, wie eine aliphatische und/oder aromatische Gruppe; η bedeutet die Zahl 2 oder eine größere Zahl.

Beispiele für derartige Isocyanate sind: 2,4-ToIuoI-diisocyanat, 2,6-ToluoIdiisocyanat, ein Gemisch von 2,4- und 2,6-Toluoldiisocyanat, rohes Toluoldiisocyanat, Diphenylmethan^^diisocyanat, Polyallylenpolyisocyanat, m - Phenylendiisocyanate, Hexamethylen-l,6-diisocyanat, o-, m- und p-Xyloldiisocyanate, Methylen-bis-p-phenylendiisocyanat und Polyallyleapolyphenylisocyanat; und Vorpolymere, die eine endständige Isocyanatgruppe enthalten und durch Reaktion eines Überschusses dieser voranstehend anfänglich genannten Isocyanate mit aktivem Wasserstoff enthaltenden Verbindungen erhalten wurden.

Beispiele für aktiven Wasserstoff enthaltende Verbindungen, die für die Herstellung der Vorpolymeren verwendet werden können, sind Wasser, Alkohole, organische Säuren, Amine u. dgl.; 2- und mehrwertige Alkohole sind bevorzugt, z. B. Äthylenglykol, Propylenglykol, Diäthylenglykol, Glycerin, Trimethylo!- äthan, Trimethylolpropan und Pentaerythrit; sowie Rieinusö! und seine Derivate und Polyether mit endständigen Hydroxylgruppen sowie Polyester.

Die genannten Polyäther mit endständigen Hydroxylgruppen sind die Addilions-Polymerisations-Produkte zwischen niedrig-molekularen Verbindungen, die aktiven Wasserstoff enthalten, und Alkylenoxiden, und in diesem Fall ist es wünschenswert, niedrigmolekulare Verbindungen auszuwählen, die zwei oder mehr aktive Wasserstotfatome pro Molekül enthalten. Als Beispiele für solche Polyäther können die Reaktionsprodukte zwischen einer oder mehreren der folgenden, aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbin-

düngen genannt werden: Wasser, Äthylenglykol, Propylenglykol, Glycerin, Trimethylolpropan, Sorbit, Saccharose. Phosphorsäure, hypophosphorigc Säure, Orthophosphorsäure, Phosphorsäurederivate, wie GIyccrophosphorsäure. Ammoniak, Athylcndiamin, Di-

äthylcntriamin, Älhylenlriamin oder Harnstoff u. dgl., und einer oder mehreren der folgenden Alkylenoxide: Äthylenoxid, Propylenoxid, 2,3-Biilylenoxid, Tetrahydrofuran, Epichlorhydrin, Styroloxid u. dgl.

Heispiele für Polyester mit endständigen Hydroxylgruppen sind die Produkte, die durch Reaktion mehrbasischer organischer Säuren mit einem Überschuß mehrwertiger Alkohole erhalten werden; hierfür eignen sich als mehrbasische Säuren Oxalsäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Phthalsäureanhydrid, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Tetrachlorphthalsäure, Trimellithsäure u.dgl.; als mehrwertige Alkohole eignen sich hierfür Äthylenglykol, Propylenglykol. Diäthylenglykol, Dipropylenglykol, 1,3-Butylenglykol, 1,4-ButyIenglykol, Neopentylglykol, 1,6-Hexandiol, 1.3.6-Hexantriol, Glycerin, Trimethylolpropan, Trimethyloläthan. Pentaerythrit, Sorbit und Gemische davon. Die Polyester können durch Hinzufügen kleiner Mengen 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 PoIyäther mit endständigen Hydroxylgruppen hergestellt wurden, können ebenso verwendet werden.

Gemäß der Erfindung werden Isocyanate bevorzugt, die im flüssigen Zustand vorliegen, oder, wenn sie selbst fest sind, sich in einem Lösungsmittel lösen und dann unter den Anwendungsbedingungen als Flüssigkeit vorliegen; in dieser Form eignen sich die Isocyanate genausogut. 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 aufrechtzuerhalten. Im allgemeinen eignet sich eine Viskosität von 1 bis 2000 cP, und es ist ein Isocyanatgruppengehalt von 2°/„ und mehr wünschenswert. Als Lösungsmittel werden solche verwendet, die keine mit der Isocyanatgruppe reagierende Gruppen und kein Wasser enthalten, z. B. aromatische Kohlenwasserstoffe, aliphatische Kohlenwasserstoffe, Ketone, Ester, Äther und Alkylhalogenide. Praktische Beispiele sind Benzol, Toluol, Xylol, Aceton, Methyl-

äthylketon, Äthylacetat, Butylacetat, Cellosolveacetat, Trichlorethylen, Methylenchlorid, Dichlorbenzol u. dgl.

Zur Einstellung der Geschwindigkeit der Reaktion

der Isocyanatverbindung mit im Boden enthaltenem

809 641/67

1 914 564

ίο

Wasser kann eine geeignete Menge von Katalysatoren und Vernetzungsmitteln hinzugefügt werden. Als Katalysatoren können alle geeigneten Katalysatoren verwendet werden, die die Reaktion bekannter Isocyanate mit aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindungen beschleunigen, z. B. Triäthylamin, N-Methylmorpho-Hn, N-Äthylmorpholin, N-Cocomorpholin, Dimethylbenzylamin, Triäthylendiamin, N,N-Dimethyl-2-methylpiperazin, Pentamethyldiäthylentriamin und ähnliche tertiäre Amine, oder Zinn(II)-chlorid, Dibutyl- zinndilaurat, Dibutylzinnoxid, Zinn(Il)-octat und andere organische Zinnverbindungen. Diese Katalysatoren können als Gemisch oder mit einem geeigneten Lösungsmittel verdünnt verwendet werden, und man kann sie an den Stellen des Bodens eindringen lassen, der erfindungsgemäß behandelt werden soll. IJm die Berührung der Isocyanatverbindung mit Wasser zu verbessern und um die dabei auftretende Reaktion gleichförmig ablaufen zu lassen oder um die Stabilität der Üasbiasen von freigesetztem Kohlendioxid zu steuern, können den Isocyanatverbinclungen oberflächenaktive Mittel zugesetzt werden. Als oberflächenaktive Mittel eignen sich besonders nicht ionische «om Silikontyp, die zur Herstellung des wohlbekannten Urethanschaums brauchbar sind.

Wenn die voranstehend beschriebener. Zusätze erforderlichenfalls den 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 eine wasserunlösliche, gelartige, hochpolymere feste Masse in den Schlitzen oder Hohlräumen >zw. Zwischenräumen zwischen den Bodenteilchen, ohne daß die den herkömmlichen Verfahren eigenen, am Anfang der Beschreibung erläuter- S ten Mängel auftreten. Der Boden wird vielmehr mit sofortiger Wirkung verfestigt und die Abdichtung bewirkt.

Isocyanatverbindungen setzen im allgemeinen Kohlendioxid frei, wenn sie mit Wasser in Berührung

ίο kommen; das freigesetzte Kohlendioxidgas verdrängt kurzzeitig überschüssiges Wasser in der Umgebung des zu verfestigenden Teils des Bodens, was zu den bereits beschriebenen Vorteilen der Erfindung führt.

Nachstehend werden die Ergebnisse von Vergleichsversuchen angegeben.

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 chemischen Flüssigkeiten sowie mit einem Vorpolymerisat vom Isocyanattyp, das aus 70 Gewichtsteilen eines bifunktionellen Urethan-Vorpolymerisats aus Polypropylenglykol-Toluoldiisoeyanat und 30 Gewichtsteilen 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.

Tabelle I Bedingungen bei den Beispielen 1 bis 3

Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3

Korngröße der Bodenprobe

Porosität der Bodenprobe

Hydraulischer Gradient

Scheinbare Wasserfließgeschwindigkeit

Wahre Wasserfließgeschwindigkeit

Wasserpermeabilitätskoeffizient der Bodenprobe

Injektionsmassenmenge

Injektionsdruck

Injektionszeit

Gelbildungszeit

0,3 bis 0,6 mm

40%

1,5

0,600 mm/sec

1,50 mm/sec

4,00 · 10"² cm/sec

300 ml

0,5 kg/cm^a

20 bis 40 see

60 ± 5 see

0,6 bis 1,2 mm

38%

1,5

0,747 mm/sec

1,965 mm/sec

4,98 · 10-² cm/sec

300 ml

0,5 kg/cm²

20 bis 40 see

60 ± 5 see

1,2 bis 2,5 mm 37,5%

1,5

0,800 mm/sec

2,130 mm/sec

5,83 · 10-" cm/sec

300 ml

0,5 kg/cm»

20 bis 40 see

60 ± 5 see

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.

Tabelle II Ergebnisse der ersten Versuche

Art der verwendeten Injektionsmasse

Verfestigungsvolumen

(cm³)

	(Injektions
(Verfestigungs	wirksamkeit
volumen/Injektions	Hohlraumvolumen/
massenmenge) · 100	Injektionsmassen
	menge) · 100
(0W	(%)
629,0	251,6
124,0	49,6
171,7	68,7
134,0	53,6
153,3	fil,3

Vorpolymerisat vom Isocyanattyp

Acrylainidtvp

Wasserglastyp

Harnstoff-Formaldehyd-Typ

Chrom-Lignin-Typ

1887
572
515
402
460

Tabelle III Ergebnisse der zweiten Versuche

12

Art der verwende:«! Injektionsmasse

Vorpolymerisat vom Isocyanattyp Acrylamidtyp Wasserglastyp Rainstoff-Formaledhyd-Typ Chrom-Lignin-Typ

Veriestigungsvolumen

1860

279

181

86

120

(Verfestigungsvolumen/Injektionsmas?enmenge) ■ 100

(VJ

620,0 93,0 60,3 2S.7 40,0

(Injektions-

wirksamkeit

Hohlraumvolumen/

Injektionsmassen-

menge) ·

235,6 35,0 22,9 10,9 14,9

Tabelle IV Ergebnisse der dritten Versuche

Art der verwendeten Injektionsinasse

Vorpolymerisat vom Isocyanattyp Acrylamidtyp Wasserglastyp , Harnstoff-Fonnaldehyd-Typ Chrom-Iignin-Typ

Verfestigungsvolumen

1560 565 330 295 295

CVerfestigungsvolumen/Injektior.smassenmenge) ■ 100

(Vt)

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 Durch· messer zwischen einer oberen und unteren undurchlässigen Tonschicht angeordnet ist. An dieser Modell· bodenformation wurden Vergleichsversuche mit dem Ziel durchgeführt, die Sandschicht wasserdicht 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 Gewichtsteilen eines bifunktionellen Ürethanvorpolymerisats aus Toluol· diisocyanat-Polypropylenglykol, 10 Oewichtsteilen Aceton und 20 Oewichtsteilen Xylol unter Zusatz von 0,2% (bezogen auf das Gesamtgewicht) Triäthylendiamin als Katalysator.

520,0 183,3 110,0

98,3

98,3

Tabelle V

(Injektionswirksamkeit Hohlraumvolumen/ Injektionsmassenmenge) ·

197,6 71,6 41,8 37,7 37,7

Versuchsbedingungen Porosität der Bodenprobe ... 38%

Hydraulischer Gradient 3,0

Scheinbare Wasserfließgeschwindigkeit 1,39 mm/sec

Wahre Wasserfließgeschwindigkeit 3,66 mm/sec

Injektionsweise 1-Schuß-Verfahren Injektionsmassenmenge 600 ml Injektionsdruck 0,5 kg/cm¹ Injektionszeit 15 bis 30 Sekunden Gelbildungszeit 45 Sekunden

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.

Tabelle VI Efgebnisse des Versuches 2 des Abdichtete gegen Wasser

Art der verwendeten injektionsmasse	Verfestiguflgs- voiumen (cm·)	(Verfestigung*· volumen/Injektions- massenmenge) · 100 (V.)	(Injektion*· Wirksamkeit Hohlraumvolumen/ Injektionsmusen» menge) ■ ICX) (V.)	Wirksamkeit des Abhattens von fliegendem Wasser (V.)
Votpolymerisat vom Isocyanattyp Acrylamidtyp Wasserglastyp Hafttstoff-Formaldehyd-Typ Chrom-Lignin-Typ	4 750 weggeschwemmt weggeschwemmt 760 555	7 917 126,7 92,5	300,8 48,1 35,2	100 7,15 17,4

13 I₄

Wirksamkeit des Abdichtens gegen Wasser = α — b' . ,.., , -

100, wobei a = Wasserfließgeschwindigkeit vor der Ausfuhrungsform 3

Injektion, b = Wasserfließgeschwindigkeit nach der Erfindungsgemäß kann als chemische Flüssigkeit

Injektion ist. eine Lösung verwendet werden, die durch Hinzufügen

Verwendet man als Gas freisetzende Verbindung ein 5 eines Silanderivats der in der Ausführungsform 2 be-Metallcarbid in der Form eines sehr feinkörnigen Pul- schriebenen allgemeinen Formel R_n — Si — R'u-») vers, so ist dies, wie in der folgenden Ausführung- (worin R' nicht Halogen bedeutet) zu einer Isocyanatform 2 gezeigt wird, vorteilhaft, das das Carbid eine verbindung der in der Ausführungsform 1 beschriewasserunlösliche Mase bildet. benen allgemeinen Formel R — (NCO)₁, oder zu

i° einem anderen Isocyanat hergestellt ist, das durch Reaktion eines Isocyanate der Formel R — (NCO)_n

Ausführungsform 2 ^mii einer aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung

erhalten worden ist. Da sich in diesem Fail die Isocyanatverbindung und das Silanderivat gegenseitig

Man verwendet eine flüssige Zubereitung, die ein 15 lösen und mit Wasser unter Bildung von wasserunlös-Silanderivat der allgemeinen Formel liehen festen Gelen reagieren, kann man durch Ver

wendung des Silanderivats als reaktives Ver^vnnungs-

R_n — Si — X(4-n) mittel für die Isocyanatverbindung verschiedene Vor

teile erzielen. Wegen ihrer überlegenen mechanischen

und eine kleine Menge in dem Silanderivat suspen- 20 Eigenschaften sind beispielsweise Isocyanatvorpolydiertes, feinkörniges Metallcarbid enthält. Bei der merisale vorteilhaft, die eine endständige Isocyanaterfindungsgemäßen Verwendung dieser flüssigen Zu- gruppe enthalten und durch Reaktion zwischen einer bereitung reagiert das flüssige Silanderivat mit Wasser aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung und und hydrolysiert dabei bei Umgebungstemperatur überschüssigem Polyisocyanat hergestellt worden sind, unter Bildung einer wasserunlöslichen gelartigen 25 das einen aromatischen oder aliphatischen Rest ent-Siliciumverbindung, und das feinkörnige Metallcarbid hält Zudem wirken Isocyanatverbindungen auf den setzt Kohlenwasserstoffgas bei Berührung mit Wasser menschlichen Körper nicht giftig, doch haben die frei. meisten dieser Isocyanatvorpolymerisate den Nachteil,

In der Formel R_n — Si — Xu-»; bedeutet R eine _sehr viskos zu sein, so daß sie nur wenig in die Hohl-Alkyl- oder Arylgruppe und X eine Alkoxygruppe ₃₀ räume von Böden und Bauteilen eindringen können, oder ein Halogenatom. _ Deswegen ist es notwendig, die Viskosität durch Zu-

Je weniger Kohlenstoffatome R enthält, um so satz verschiedener organischer Lösungsmittel, wie in schneller hydrolysiert im allgemeinen das Silanderivat Ausführungsform 1 beschrieben, herabzusetzen, doch und um so besser ist seine Fließfähigkeit, weswegen es _wj_rd dabei unvermeidbar auch die Konzentration an wirksam gemäß der Erfindung angewendet werden 35 wirksamer Komponente herabgesetzt. Verwendet man kann. jedoch als Lösungsmittel Alkoxysilanverbindungen,

Bedeutet X ein Halogenatom, so ist die Anwendung _WJ_C Tetraäthoxysilan, Tetramethoxysilan, Dimethoxydes Silanderivats auf die Fälle beschränkt, bei denen silan und Dipropoxysilan, so unterliegen diese Lödie durch den freigesetzten Halogenwasserstoff ver- sungsmittel bei Berührung mit Wasser der Hydrolyse ursachte Korrosionswirkung unberücksichtigt bleiben _4O und bilden mit Wasser Silikatgele. Deswegen können kann. diese chemischen Zubereitungen erfindungsgemäß

Silanderivate, bei denen X eine Alkoxygruppe be- wirksamer eingesetzt werden, weil sie brauchbare feste deutet, sind verhältnismäßig billig und setzen keine Komponenten in höherer Konzentration enthalten, korrosiven Stoffe frei; dagegen hydrolysieren sie im Zudem setzen solche Alkoxysilanverbindungen bei der allgemeinen langsam. Man muß daher die Hydrolyse 45 Hydrolyse Alkohol frei, der in vorteilhafter Weise die beschleunigen. weitere Umwandlung der chemischen Zubereitung in

Eine wirksame Beschleunigung erfolgt durch Zu- eine feste Masse beschleunigt, weil der Alkohol mischen einer kleinen Menge einer organischen Säure aktiven Wasserstoff enthält und deswegen mit dem oder einer geeigneten Menge Alkohol, in dem Natrium- Isocyanatvorpolymcrisat reagiert. Eine derartige chealkoholat gelöst ist. 50 mische Flüssigkeit, die ein mit einer Alkoxysilanverbin-

In der Praxis werden meistens Alkoxysilane yer- dun?, verdünntes Isocyanatvorpolymerisat enthält, wendet, wie Tetramethoxysilan, Tetraäthoxysilan besitzt eine niedrige Viskosität und eine bessere Einu. dgl. Im Vergleich zu den gereinigten Produkten sind dringfähigkeit und enthält doch die brauchbaren Testen die Rohprodukte mit niedrigem Salzsäuregehalt ver- Komponenten in hoher Konzentration. Durch Reakhältnismäßig billig und hydrolysieren rasch, so daß sie j₅ tion mit dem Grundwasser wird unter gleichzeitiger sich für die Praxis eignen. Bildung von Gasblasen ein anorganisches Silikatgel

Als feinkörnige Metallcarbidverbindungen, die in gebildet, das in Polyurethan eingebettet ist, so daß ein der obengenannten Flüssigkeit suspendiert sind, Gel von sehr hoher mechanischer Festigkeit erhalten können unter anderem Calciumcarbid oder Magne- _wj_rd. Weiterhin führt die Verwendung des im Versiumcarbid u.dgl. verwendet werden, die mit Wasser e_o gleich zum Isocyanatvofpolymerisat billigeren Alkoxyunter Bildung von Acetylengas reagieren. silanderivats zu höherer Wirtschaftlichkeit, ohne daß

Wenn man viel Gasschaum wünscht, so kann man das Verhalten der chemischen Flüssigkeit verschlechdies durch Erhöhen der Menge dieser in der Flüssigkeit tert wird; das Verhalten wird vielmehr verbessert,
suspendierten feinkörnigen Metallcarbide erzielen. Verringert man den Lösungsmittel-Silanderivat-

Verwendet man Calciumcarbid, so hydrolysiert _6s Anteil in bezug auf die Isocyanatverbindung, so wird diese« unter Bildung von Calciumhydroxid, das wegen die Entwicklung von Gas durch Reaktion mit dem seiner Alkalinität die Hydrolyse des Silanderivats be- Grundwasser herabgesetzt, doch ist ein Anteil von |]

schleunig!. 5 bis 80ⁿ/₀ Silanderivat in der Praxis ausreichend. Um

in diesem Fall die Reaktion mit Wasser zu beschleunigen, können als Katalysator alle die tertiären Amine oder organischen Metallverbindungen verwendet werden, die in der Ausführungsform 1 beschrieben sind.

Die Verwendung einer im Anspruch 5 angegebenen Zubereitung ist vorteilhaft, da die Hydrolysereaktion durch sehr feinkörniges Carbidpulver beschleunigt wird.

Zur praktischen Durchführung des Verfahrens verwendet man ein in F i g. 3 gezeigtes Rückschlag- u» ventil 33 an der Auslaßöffnung 32 eines Injektionsrohrs 31 zur Injektion einer chemischen Zubereitung, wobei das gezeigte Rückschlagventil während der Injektion folgende drei mögliche Pannen verhindert:

»5

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) ein rückwärts gerichteter Druck des durch die in den Boden injizierten Isocynatverbindungen frei- »5 gesetzten Gases.

Auf diese Weise kann die Injektion der chemischen Zubereitung unter jeder Bedingung einfach und wirksam erfolgen.

Weiterhin kann die Kraft, die mit dem Druck des Gases einhergeht, das von der injizierten chemischen Flüssigkeit gebildet wird, an aera Rückschlagventil angreifen und dort Widerstand findt.i, so daß die injizierte chemische Flüssigkeit aktiv im Boden ausgebreitet wird, wobei der wirksame, gegen Wasser abgedichtete und verstärkte Bereich stark vergrößert wird.

Als handliche Einrichtung zur wirksamen Durchführung von Arbeiten an Arbeitsplätzen im Notfall eignet sich die in F i g. 4 dargestellte Injektionseinrichtung 40, bei der ein Injektionsrohr 38 über einen Anschluß 37 mit der Druckkammer 36 der Pumpe von der Art einer handbetriebenen Injektionsspritze 35 verbunden ist. Mit dem handgetriebenen Kolben 39 kann _4S die in der Druckkammer 36 befindliche chemische Flüssigkeit unter einem geeigneten statischen Druck injiziert werden.

Auch hier ist es wünschenswert, ein wie oben beschriebenes, als Rückschlagventil wirkendes System _So einzubauen.

F i g. 5 stellt ebenfalls eine handliche Einrichtung zur wirksamen Durchführung des Verfahrens der Erfindung dar und 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 vorspringende Randteil 48 der Kappe als Widerstand wirkt, so daß die Kappe 50 an der erreichten Stelle zurückgelassen und der Auslaß 46 geöffnet wird. Werden die Teile derartig vorher angeordnet, so kann das Verstopfen des Auslasses 46 mit Erde beim Eintreiben des Injektionsrohrs in den Boden verhindert werden: auch kann diese Anordnung verwendet werden, um die injizierte flüssige Zubereitung in horizontaler Richtung zu verteilen.

Wird eine solche Kappe mit einem das ZurückflieUen hindernden, oben beschriebenen mechanischen System kombiniert, so lassen sich Injektionen von chemischen Flüssigkeiten sicherer und besser durchführen.

Das Verfahren erfolgt erfividungsgemäß gemäß Anspruch 2 oder 3.

Ausführungsform 4

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann besonders luch beim Abdichten von Hohlräumen im Bauwesen, z. B. von Hohlräumen zwischen Betonauskleidungen und dem anstehenden Gestein bzw. Erdmaterial in Tunneln, von Rissen in Kelleraußenwänden oder von Hohlräumen, die sich zwischen einem Zementmörtelputz und Baubeton gebildet haben, angewandt werden. Auf diese Weise kann man das Durchsickern von Wasser durch diese Hohlräume verhindern. Die beispielsweise in F ϊ g. 6 gezeigten Risse 58, die sich in der Außenbetonwand 55 gebildet haben, und der gebildete Hohlraum 60 zwischen der Außenbetonwand und der Zementmörtelverkleidung 59, wodurch Grundwasser von außen nach innen durchsickern kann, können wirksam behandelt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch wirksam bei undichten Rissen in Tunnel- oder Wassertankwänden angewandt werden, wie es beispielsweise in der F i g. 7, 8 und 9 gezeigt ist. Man macht beim Riß 61, der an der Stirnfront freigelegt wird, einen V-förmigen Einschnitt 62 und gießt diesen, wie in F i g. 8 gezeigt, mit schnell abbindendem Mörtel 63 aus, bringt dann, wie in F i g. 9 gezeigt, für die Injektion der chemischen Zubereitung Löcher 64 an, die bis zum Inneren der Risse gehen, und injiziert dann die erforderliche Menge chemischer Flüsigkeit oder chemischer Flüssigkeit, die gegebenenfalls Wasserkitt oder andere feinkörnige Feststoffteilchen enthält, durch die Injektionslöcher 64 mittels einer handbetriebenen Kolbenpumpe oder einer einfachen Kolbenvorrichtung mit einer Düse 65, die in die Injektionslöcher 64 paßt. Wegen des durch das freigesetzte Gas ausgeübten inneren Drucks füllt die chemische Flüssigkeit automatisch das Innere der Risse vom einen bis zum anderen Ende unter Bildung der festen Masse 66, so daß das Abdichten bzw. Abhalten von Wasser fehlerlos erzielt wird.

Die Ergebnisse sind noch günstiger, wenn man als rasch abbindenden Mörtel 63 einen Mörtel verwendet, der durch Mischen der chemischen Injektionsflüssigkeit der Erfindung mit einem pulverförmigen oder feinkörnigen Material, wie natürlichem Sand und gemahlenem Sand, oder mit einem aktiven feinkörnigen Pulver, wie mit Wasserkitt und Wassermörtel, erhalten wird,

Dieser Mörtel bindet nämlich ohne Schwierigkeiten, auch wenn sich am V-förmigen Einschnitt 62 Wasser befindet, und man kann auch zwischen den Innenoberflächen des V-förmigen Einschnitts und dem Mörtel eine gute Bindung erzielen.

Wegen des aus dem Inneren des Mörtels stammenden Gasdrucks wird der Mörtel gegen die Innenseiten des V-förmigen Einschnitts gedrückt, läßt keine ungebundenen Teile übrig und ergibt eine ausgezeichnete Füllung und Abdichtung. Im Gegensatz zu diesem erfindungsgemäßen Verfahren verhindert bei den ver-

schiedenen herkömmlichen Verfahren die Gegenwart von Wasser bei diesen Arbeiten das Abbinden, Ferner bleiben die durch die injizierte chemische Zubereitung gebildeten verfestigten Massen nicht nur innerhalb der Hohlräume oder Bauteile und des Bodens, sondern sie können auch in die Umgebung der Hohlräume ausgebreitet werden, wodurch das Abhalten von Wasser wirksamer wird. Nach einem anderen Verfahren können wasserdurchlässige Risse in Bauteilen dadurch abgedichtet werden, daß die Wandoberfläche mit den Rissen etwas abgehauen und an dieser Stelle die sich verfestigende Zubereitung aufgetragen wird und die Stelle verspachtelt oder verfülk wird. Dieses Verfahren eignet sich besonders an den Stellen, wo Risse in der Form einer einzigen Linie verlaufen und nicht klar zu sehen sind, und an Stellen, wo Wasser durchsickert.

Zum Abdichten von Wasser eignet sich auch folgendes Verfahren der Erfindung:

Die bereits beschriebene chemische Zubereitung wird mit Sand, Glaspulver, Kohlepulver oder anderem Pulver oder feinkörnigem inertem Matrial oder mit einem aktiven Material, wie Zementmörtel, zu einem teigartigen, rasch abbindendem Mörtel gemischt. Dieser rasch abbindende Mörtel wird zum Wasserabhalten in der in F i g. 8 gezeigten Stufe verwendet. Setzt man dabei dem Gemisch der chemischen Flüssigkeit eine geringe Menge Wasser zu, so wird eine gute Verfestigung der festen Massen erzielt, wobei die zuauf, die 13 m unter der Grundwasserhöhe auf einer sandig-kieseligen Gebirgsschicht lag. Der Riß war etwa 1 mm breit und etwa 3,5 m lang und ließ pro Minute etwa 1501 Wasser hindurch. Zur Abdichtung dieser undichten Stelle gegen das Durchsickern von unter hohem Druck stehendem Grundwasser wurden drei Löcher in die Fundamentplatte entlang des Risses in ungefähr gleichen Abständen gebohrt; in jedes gebohrte Loch wurde ein Injektionsrohr eingeführt, das mit einer zugespitzten Kappe, wie in F i g. 5 gezeigt, und einem gegen das Zurückfließen wirkenden Mechanismus, wie in F i g. 3 gezeigt, ausgerüstet war. Das Injektionsrohr wurde so weit eingeführt, daß die zugespitzte Kappe etwa 20 cm unterhalb der Fundament-

,₅ platte im Boden zu liegen kam; durch jedes Injektionsrohr wurden etwa 80 1 chemische Flüssigkeit injiziert, die ein Vorpolymerisat vom Isocyanattyp enthielt.

Infolge der Injektion traten etwa 10% der Gesamtmenge der injizierten chemischen Flüssigkeit aus dem Spalt aus und flössen über die Fundamentplatte, während der Hauptanteil der Zubereitung den Spalt und den Boden darunter füllte und sich verfestigte; das Durchsickern von Wasser durch den Spalt verringerte sich auf etwa 21/min.

Weiterhin wurde dort, wo die Abdichtung noch unvollkommen war, ein teilweiser V-förmiger Einschnitt gemacht, und es wurden, wie in F i g. 9 gezeigt, Löcher für die Injektion der chemischen Flüssigkeit gebohrt und die um den V-förmigen Einschnitt

gesetzte Menge Katalysator auf die gewünschte Ab- _3O befindlichen Stellen mit rasch abbindendem Mörtel bindegeschwindigkeit abgestimmt wird. Damit an den gefüllt; nachdem durch diese Löcher eine Gesamtmenge inneren Oberflächen des V-förmigen Einschnitts genügend Wasser vorhanden ist, ist es wünschenswert, zuvor Wasser einzusprühen.

Da es längere Zeit dauert, bis das Leckwasser mit der Stirnoberfläche der verfüllten Zubereitung reagiert, bleibt die zum Verspachteln geeignete Plastizität genügend lange aufrechterhalten, so daß dies den Vorteil hat, daß genügend Zeit bleibt, die bearbeitete Oberfläche sauber und mit den nicht bearbeiteten um- ₄„ gebenden Oberflächen bündig zu schließen.

Durch die voranstehend genannten Zusätze zur chemischen Flüssigkeit wird also ein teigartiges Gemisch erhalten, das wie Zementmörtel angewendet

wird, aber zu einem Ergebnis führt, das mit Zement- ₄₅ Wasser; nach dem Zusammenmischen der Kompomörte] nicht erreicht wurde; ob das Abdichtmaterial nenten ließ sich der Mörtel in wünschenswerter Weise in einer zum Arbeiten und Abdichten optimalen Kon- handhaben, sistenz gelagert oder ob es direkt zum Abdichten verwendet wird, es ist jeweils möglich, das Wasser durch

von 11 der chemischen Flüssigkeit, die das Vorpolymerisat vom Isocyanattyp enthielt, mit einer einfachen, handbetriebenen Injektionspumpe, wie in F i g. 4 gezeigt, injiziert worden war, hörte das Durchsickern von Wasser durch den Riß völlig auf. Die hierbei verwendete, ein Vorpolymerisat vom Isocyanattyp enthaltende chemische Flüssigkeit war die gleiche, die in dem Versuch 2 der Ausführungsform 1 verwendet wurde; der zum Abfüllen verwendete, schnell abbindende Mörtel bestand aus 1 Gewichtsteil dieses Vorpolymerisats vom Isocyanattyp, 3 Gewichtsteilen gesiebtem Flußsand mit einer durchschnittlichen Korngröße von 0,1 bis 0,3 mm Durchmesser und 0,4 Teilen

Ausführungsform 5

sofortige Verfestigung des Verfüllungsmaterials ab- ₅„ zuhalten.

Da die chemische Flüssigkeit bei Berührung mit Wasser polymerisiert und gleichzeitig Gas freisetzt, ist es im Hinblick auf die voranstehende Erklärung verständlich, daß ein genaues und wirksames Abdichten gegen Wasser erzielt werden muß.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur an wasserundichten Stellen bei im Boden befindlichen Bauteilen verwendet werden, sondern auch bei Wassertankwänden, Stützwänden, Böschungsoberflächen u. dgl.

Der folgende Versuch veranschaulicht das Verfahren des Abdichtens gegen Wasser.

Versuch

3 Jahre und 5 lunate nach dem Bau traten in der Fundamentplatte eines Gebäudes aus Stahlbeton Risse Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum Bau von im Boden befindlichen Bauwerken verwendet werden, die wirksam als wasserabhaltende Wände verwendet werden können. Bei einer wasserabhaltenden Wand, die nach einem herkömmlichen Injektionsverfahren in der Form einer kontinuierlichen Reihe von Pfählen gebaut wird, die, wis es F i g. 13 zeigt, aus verfestigter Erde bestehen, 1st die für das Abhalten von Wasser tatsächlich wirksame Zone die schraffiert dargestellte Zjne 95, und die nicht schraffierte Zone 96 wird nut aus Bequemlichkeit mitgebaut, ist aber funktionell nicht notwendig. Die in der Zone 96 verwendeten chemischen Zubereitungen· werden also vergeudet. Um die Menge der verwendeten chemischen Zubereitungen zu verkleinern, verringert man den Ab-

6_S stand der Injeküonsrohre und gleichzeitig den Radius der pfahlförmig verfestigten Erde. Hierbei muß jedoch die Anzahl der Injektionsrohre 97 erhöht werden, so daß der wirtschaftliche Nachteil nicht vermieden

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werden kann. Verringert man den Radius der pfahlförmigen verfestigten Erde, so neigen die eingetriebenen Injektionsrohre 97 beim Bau einer wasserabhaltenden Wand von großer Tiefe dazu, aus der richtigen Lage wegzurücken, was zu Schwierigkeiten beim Bau einer kontinuierlichen wasscrabhallenden Wand führt.

Verwendet man dagegen eine chemische Injektionsfliissigkeit, die bei Berührung mit Wasser eine wasserunlösliche feste Masse bildet und gleichzeitig Gas frei- _ln setzt, so ist die Bildung von zcllcnartigen verfestigten Erdklumpen möglich. In diesem Fall injiziert man zunächst die chemische Injektionsflüssigkeit durch das Injektionsrohr in den Hoden und injiziert anschließend, bevor die chemische Zubereitung durch Reaktion mit in den Hohlräumen des Bodens befindlichem Wasser unter Bildung eines Gels reagiert, solange also der ::rr 7:·.'.:r.r.t*. H.-r rhrr

anhält, eine geeignete Menge Wasser oder eine andere Flüssigkeit durch dasselbe Injektionsrohr. Dieses _ao Verfahren wird in den Ansprüchen 8 und 9 beansprucht. Bei diesem Zweistufenverfahren wird die zuerst injizierte chemische Zubereitung an die von den Auslaßöffnungen des Injektionsrohrs entfernten Stellen durch die Injektion der zweiten Flüssigkeit gedrückt; es ist auf diese Weise möglich, im Boden zellenartige verfestigte Erdklumpen zu bilden, in denen das Innere nicht verfestigt ist. Da in diesem Fall der innere Teil des verfestigten Erdklumpens mit dem in den Hohlräumen des Bodens befindlichen Wasser nicht in Berührung gekommen ist, wird die Verfestigung des inneren Teils verzögert. Verwendet man jedoch als später injizierte Flüssigkeit Wasser, so hat dies den Vorteil einer raschen Verfestigung, da, während die Außenseite des zellenartigen verfestigten Erdklumpens mit dem in den Hohlräumen des Bodens befindlichen Wasser in Berührung kommt, der innere Teil des Erdklumpens mit dem später injizierten Wasser in Berührung kommt, so daß sowohl die Innen- als auch die Außenseite des verfestigten Erdklumpens mit Wasser in Berührung steht. Setzt man dem als zweite Injektionsflüssigkeit verwendeten Wasser in kleiner Menge einen Katalysator zu. der die chemische Reaktion der injizierten chemischen Flüssigkeit mit dem Wasser beschleunigt, so wird die Verfestigung des Erdklumpens von der Innenseite her beschleunigt. Durch die Reaktion zwischen der chemischen Zubereitung und dem später injizierten Wasser wird Kohlendioxidgas freigesetzt, worauf die zuerst injizierte chemische Zubereitung durch den von dem Gas ausgeübten Druck automatisch zur Außenseite gedrückt wird, so daß die Verfestigungszone ohne zusätzliche Arbeit vergrößert wird und ausgezeichnete Ergebnisse erhalten werden.

Zur Bildung von mechanisch festen verfestigten Erdklumpen oder zum Abhalten von oder Abdichten gegen Grundwasser ist im allgemeinen eine chemische Injektionsflüssigkeit, die Verbindungen vom Isocyanattyp enthält, den üblicherweise verwendeten herkömmlichen chemischen Injektionszubereitungen überlegen. Die Erfindung eröffnet durch Ausnutzung der den Verbindungen vom Isocyanattyp eigenen Merkmale einen Weg zu einem rationellen, wirtschaftlichen und billigen Verfahren.

F i g. 14 zeigt perspektivisch und teilweise im Schnitt eine im Boden befindliche flüssigkeitsdichte Wand, die nach einem mehrstufigen Injektionsverfahren gebaut wurde, bei dem die Injektionsarbeiten in vertikaler Richtung wiederholt wurden, wobei hintereinander zellenartige verfestigte Erdklumpen 98 und damit kontinuierlich ein pfahlförmiger verfestigter Erdklumpen 99 gebildet wurde. Verbindet man diese pfahlförmigen verfestigten Erdklumpen 99 in horizontaler Richtung, so ergibt sich eine Wand 100 von bienenwabenartiger Bauweise.

Bei der injektion wird die chemische Zubereitung wegen der Gasbildung vorangetrieben und bildet einen weit ausgebreiteten verfestigten Erdklumpen, wie es nachfolgend im einzelnen beschrieben wird.

Bei dieser flüssigkeitsdichten Wand stellen die in F i g. 14 mit horizontal verlaufenden gestrichelten Linien markierten Zonen 101 und 102 eine Doppelwand dar, die gegen Flüssigkeit wirksamer abdichtet. Die vordere und rückseitige Zone 101 und 102 der kontinuierlichen flüssigkeitsdichten Wand sind untereinander an der Zoⁿⁱ? 'Π.1 verbunden, so daß die Wand sehr fest ist und als im Boden befindliche flüssigkeitsdichte Wand mit hoher Zuverlässigkeit verwendet werden kann.

Da ein gebogener, schalenförmiger verfestigter Erdklumpen vorliegt und der schalenartige Teil davon die Bodenteile enthält, aus denen der Boden besteht, kann die Menge des sich verfestigenden Materials sehr klein gehalten werden.

In ^'-ser Anordnung können die erfindungsgemäßen, im Boden befindlichen Bauteile sehr wirksam zur Erhöhung der Tragkraft des Bodens (bei vertikalen und horizontalen Lasten) verwendet werden.

Bei dem beschriebenen Verfahren zum Bau von im Boden befindlichen Bauteilen verwendet man vorzugsweise als Flüssigkeit, die die chemische Zubereitung drückt und ausbreitet, eine solche, die das Verfestigen der chemischen Zubereitung beschleunigt. Auch wenn als Flüssigkeit, die die chemische Zubereitung drückt und ausbreitet, eine andere Flüssigkeit als Wasser verwendet wird, so kann diese Flüssigkeit und die chemische Zubereitung getrennt voneinander bequem zugeführt werden, indem zwei Rohre an das Injektionsrohr 97 so angeschlossen werden, daß sie wechselweise mit dem Injektionsrohr 97 über ein Ventil verbunden sind.

Versuch

Für den Bau eines Abwasserkanals sollte unter einer Straße ein Stollen im Schildvortriebverfahren mit einem Schild von 3 m Durchmesser gebaut werden. Der Stollen sollte in einer rißgefährdeten, wassf haltigen, sandigen Schicht vorgetrieben werden. Um diese Schicht abzudichten und zu verfestigen, wurde ein Versuch durchgeführt, bei dem eine wabenartige Bodenstruktur gebildet wurde, die aus zusammenhängenden zellenartigen verfestigten Erdklumpen bestand. Bei diesem Versuch wurden an der Stelle des Bodens, die vor dem Schild in Richtung des Schildvortriebs lag, Injektionsrohre im Abstand von 80 cm in einem rasterartigen Muster in den Boden getrieben. Unter Verwendung dieser Injektionsrohre wurden in einem mehrstufigen Verfahren Injektionen der Reihe nach durchgeführt, und es wurde damit im Boden eine wabenartige Struktur gebildet, die sich über den beim Schildvortrieb ausgehöhlten Raum erstreckte und aus zusammenhängenden, zeüenartigen verfestigten Erdklumpen, wie es F i g. 15 zeigt, bestand. Der vertikale Abstand zwischen jeder Stufe betrug dabei 1,2 m. Es wurden zunächst 401 chemische Flüssigkeit injiziert,

21 22

die ein Vorpolymerisat vom Isocyanatlyp enthielt. kimg auf und machte den Schildvortrieb äiifterst sicher

Unmittelbar anschließend wurden 50 I Wasser durch und leicht. Die in diesem lall verwendete chemische

das gleiche Injoktionsrohr injiziert, um die zunächst Injektionsflüssigkeit bestand ans 70 Gcwichtsteilcn

injizierte chemische Zubereitung durch Drücken in modifizierten bifunktionellen Urcthan-Vorpolymeri-

einen weiteren Bereich auszubreiten; die gleiche Arbeit 5 sats aus Polypropylcnglvkol — Toluoldiisocyanat.

wurde bei jeder Stufe wiederholt, und so wurden die modifiziert mit KohlenwasserslofTharz. und als Ver-

zelk'iirtigen verfestigten Erdklumpen in vertikaler diinnungsmittcl 30 Gewiehtsteile Xylol; der Isocyanal-

Richtii'ng und in zueinander senkrecht stehenden. gehalt betrug 18.5% und die Viskosität bei 20⁰C

horizontalen Richtungen miteinander verbunden. 16,7 cP. Zu diesem Gemisch wurden 0,5 "/'„ (bezogen

Die so gebildete wabenförmige Bodc.istruktur ver- 10 auf die Gesamtmenge) Triäthylamin als die Reaktion

festigte die beim Schildvortrieb entstehenden Schnitt- beschleunigender Katalysator hinzugefügt. Das nach

oberflächen und wies eine geeignete I cstigkeil. die der Injektion der chemischen Zubereitung inji/ierle

beim Schildvortrieb keine Schwierigkeiten bereitete. Wasser war gewöhnliches frisches W asscr. dem 0,1 "/„

und eine vollkommen gegen Wasser abdichtende Wir- Triäthylamin als llärtungshcschleimiger /ugcset/l war.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Ergänzungsblatt zur Patentschrift Nr. 19 14 554

KI. C 09 K Gr. 17/00 ausgegeben am 02.04 87

Das Patent 19 14 554 ist durch rechtskräftiges Urteil des Bundesgerichtshofs vom 14.10.1986 teilweise für nichtig erklärt:

In Patentanspruch 1 werden die Worte " und Tiefbaukonstruktionen"
gestrichen.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   1, Verfahren zum Abdichten von Bodenformationen . durch Einbringen einer fließbaren, verfestigbaren, Verbindungen mit Isocyanatgruppen enthaltenden Zubereitung in die abzudichtenden Hohlräume, dadurch gekennzeichnet, daß man die Isocyanatzubereitung erst mit im Boden befindlichem Wasser unter Verfestigung umsetzt und unter Freisetzung eines Gases die Hohlräume abdichtet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fließbare Zubereitung oberflächenaktive Mittel enthält.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fließbare Zubereitung feinkörnige Feststoffteilchen als Füllstoffe enthält.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fiießbare Zubereitung Zement enthält.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fließbare Zubereitung ein Gemisch einer Isocyanatverbindung und eines Silanderivates als reaktionsfähig« Verdünnungsmittel enthält.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die fließbare Zubereitung ein Gemisch aus einer Isocyanatverbindung, einem Silanderivat als reaktionsfähiges Verdünnungsmittel urd einem feinkörnigen Carbidpulver enthält.
7. 7. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst Wasser in die Hohlräume einer Bodenformation und dann die fließbare Zubereitung in diese Hohlräume eindringen läßt, wo sie mit dem vorher zugesetzten Wasser reagiert und dabei in den Hohlräumen eine verfestigte Masse bildet.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zuvor zuzusetzende Wasser einen Beschleuniger für die Verfestigung enthält.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man, nachdem die Isocyanatzubereitung in den Boden eingebracht ist, die noch nicht verfestigte Zubereitung mit einer Flüssigkeit wegdrückt und dann die fiießbare Zubereitung durch Reaktion mit Wasser unter Bildung eines verdichteten, schalen- oder zellenförmigen Körpers im Boden verfestigt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser ist.