DE3128179A1 - Verfahren zum schutz von unterirdisch erstellten bauwerken, die zement als bindemittel enthalten - Google Patents

Description

• Verfahren zum Schutz von unterirdisch erstellten
• Bauwerken, die Zement als Bindemittel enthalten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz von unterirdisch (in situ) erstellten Bauwerken und/oder Bauteilen aus Baustoffen1 die Zement als Bindemittel enthalten, gegen zementschädigende Stoffe.
• Baustoffe, die als Bindemittel Zement enthalten, wie sie beispielsweise für die Erstellung von Verkehrsbauten, Gebäuden, Industrieanlagen, Dichtungswänden im Baugrund usw. verwendet werden, sind häufig zementangreifenden Gasen, Wässern und Böden ausgesetzt. Einschlägige Bauvorschriften und Arbeitsrichtlinien müssen in den Fällen, in denen betonangreifende Wässer, Böden und Gase auftreten können, beachtet werden, um folgenschwere Schädigungen zu vermeiden. Für die Beurteilung betonangreifender Wässer, Böden und Gase gilt die DIN 4030. Mit den betontechnischen Empfehlungen und Maßnahmen nach DIN 1045 lassen sich Vorkehrungen zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit treffen, wenn nach DIN 4030 lediglich "schwache" oder "starke" Angriffsgrade vorliegen.
• Ist jedoch nach DIN 4030 ein sehr starker" Angriffsgrad gegeben, ist ein dauerhafter Schutz des Betons notwendig.
• Werden die Bauwerke in offener Bauweise hergestellt, können diese vor dem unmittelbaren Zutritt der stark angreifenden Stoffe dauerhaft durch Abdichtungen mit Bahnen oder Folien auf Kunststoff- und/oder Bitumenbasis oder aber auch durch spezielle Anstriche geschützt werden. Derartige Isolierungen sind aber beispielsweise nicht bei Betonschlitzwänden, Pfählen und Dichtungswänden auf Zementbasis möglich, die in situ im gewachsenen Boden erstellt werden. Derartige Bauwerke sind daher schutzlos aggressiven Medien ausgesetzt. Bauwerke, die ohne die Möglichkeit einer besonderen Isolierung in situ erstellt werden, können durch die in der DIN 4030 angegebenen zementschädigenden Stoffe zerstört werden. Zu befürchten sind insbesondere chemische Reaktionen, die durch Auslaugung, Basenaustausch und zementsteinsprengende Salzbildung im Laufe der Zeit Schädigungen verursachen. Die schädigenden Wirkungen ergeben sich aus der Anwesenheit freier Wasserstoffionen, deren Konzentration durch den pH-Wert der Böden und Wässer gekennzeichnet ist. Schädigende Wirkungen werden auch durch kalkaggressive Kohlensäure verursacht, die durch die Verschiebung des Kalk-Kohlensäure-Verhältnisses lösliches Calciumhydrogenkarbonat bildet und damit die Calciumkomponente aus dem Zement herauslöst. Auch dissoziierte Magnesiumsalze und Ammoniumsalze können das Calcium aus dem Zementstein durch Ionenaustausch in Lösung bringen, wodurch sich Qualitätseinbußen einstellen können. Ein Herauslösen der Calciumanteile aus dem Zementstein, das zu einer Auflockerung und schließlich zur Zerstörung des Gefüges des Zementsteins führt, kann erfolgen, wenn aggressive Wässer in den Kalkstein eindringen können. Daher spielt die Dichtigkeit des zementhaltigen Baustoffs eine wesentliche Rolle, die für seine Langzeitbeständigkeit mitbestimmend ist.
• Aufgabe der Erfindung ist es, zementhaltige, in situ erstellte Bauwerke, die nicht besonders isoliert werden können, vor der Zerstörung durch chemische Angriffe zu schützen.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in die den zu schützenden Bauwerken unmittelbar benachbarten Erdbereiche die zementschädigenden Stoffe neutralisierende Mittel eingebracht werden. Diese neutralisierenden Mittel passivieren das den zu schützenden Bauwerken unmittelbar benachbarte Erdreich, so daß die aggressiven Medien an dem Bauwerk nicht zur Einwirkung kommen können.
• Die neutralisierenden Mittel können aus einer vor dem zu schützenden Bauwerk erstellten Wand oder einem Gitter bestehen, die den aggressiven Medien zur Aufzehrung angebotenen Zement enthalten. Zweckmäßigerweise ist ein derartiger Opferzement kalkreicher als das zu schützende Bauwerk.
• Als neutralisierende oder passivierende Mittel können Alkaliwassergläser in pulveriger oder flüssiger Form, Calciumphosphate, Aluminiumphosphate, Natriumaluminat, Tonerde, Thomasmehl (Ca3(pO4)2 zu CaO) Kalkhydrat, basisches Aluminiumacetat verwendet werden. Die in dem Boden zwischen den aggressiven Stoffen und den neutralisierenden Mitteln stattfindenden chemischen Reaktionen neutralisieren die Säuren, verhindern damit deren Angriff auf den Kalkgehalt des zementhaltigen Baustoffes und wirken zusätzlich durch die sich bildenden kolloidalen Reaktionsprodukte im Randbereich des zu schützenden Bauwerks oder Bauteils dichtend.
• Die Passivatoren werden entsprechend der Beschaffenheit der betonangreifenden Wässer, Böden oder Gase ausgewählt und gegebenenfalls gemischt und zweckmäßigerweise in Form von hochkonzentrierten Lösungen und/oder Suspensionen in den Boden injiziert oder eingepreßt. Die Injektion kann im Bedarfsfall zur Auffüllung der aufzuzehrenden Materialreserven wiederholt werden. Auch das Einleiten des Passivators in den zu schützenden Erdbereich über Brunnen ist möglich.
• Als Passivatoren eignen sich insbesondere Stoffe mit geringer Löslichkeit, die amphotere und pufferartige Eigenschaften aufweisen, wodurch sie in ihrem Wirkungsbereich ein schwach alkalisches Milieu schaffen.
• Da zum Einbringen der neutralisierenden Mittel Bohrungen niedergebracht werden müssen, können diese in einfacher Weise durch das Bohrgestänge selbst in den Boden injiziert werden. Die Injektion erfolgt zweckmäßigerweise bei dem Herausziehen des Bohrgestänges aus dem Bohrloch nach der Beendigung der Bohrarbeiten.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zum Injizieren des neutralisierenden Mittels Rohre in den Boden eingebracht werden, deren Mäntel im axialen Abstand mit Bohrungen versehen sind, die durch die Rohre einfassende Manschetten aus porösem, filterndem Material geschlossen sind. Durch die Manschetten aus beispielsweise Filtervlies kann Wasser in die Rohre eintreten, das in einfacher Weise auf seine chemische Zusammensetzung geprüft werden kann.
• Nach Bedarf lassen sich durch die Rohre hindurch erneute Injektonen vornehmen.
• Zur Kontrolle der Langzeitwirkung können in Brunnen, Pegelbohrungen oder in den stehenbleibenden Rohren Piezometer eingebaut werden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1- einen Bodenquerschnitt mit einer Betonschlitzwand und drei Bohrungen zum Injizieren der neutralisierenden Mittel während des Niederbringens der Bohrung und mit unterschiedlich hohen injizierten Bereichen, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den unteren Bereich des Bohrgestänges mit Bohrmeißel in schematischer Darstellung, Fig. 2a einen der Fig. 2 entsprechenden Längsschnitt, in dem die öffnung in dem Bohrmeißel zum Zuführen von Spülflüssigkeit durch eine Kugel geschlossen ist, und Fig. 3 einen Bodenquerschnitt mit einer Betonschlitzwand oder dergleichen, die durch einen vorgelagerten säulenförmigen Bereich, in den passivierende Mittel eingebracht worden sind, geschützt ist.
• Die in den Fig. 1 und 3 dargestellte Betonschlitzwand 1 wird in bekannter Weise in situ derart erstellt, daß sie die grundwasserführenden Bodenbereiche 2 durchsetzt und in der wasserdichten Bodenschicht 3 verankert ist. Um diese Schlitzwand gegen betonaggressive Medien zu schützen, werden in unmittelbarer Nähe der Schlitzwand Bohrungen 4 niedergebracht. Das Bohren erfolgt dabei in bekannter Weise mit einem Bohrer der in Fig. 2 schematisch dargestellten Art. Der Bohrer besteht aus einem rohrförmigen Bohrgestänge 5, das nach Bedarf durch Gestängezüge verlängert wird. Auf das untere Ende des Bohrgestänges 5 ist der Bohrmeißel 6 aufgeschraubt, der eine zentrale Düsenöffnung 7 für die Wasserspülung aufweist. Das eingepumpte, den Bohrmeißel kühlende und das Bohrgut wegschwemmende Wasser steigt anschließend in dem Ringraum zwischen dem Bohrgestänge und dem Bohrloch wieder auf, wie es in Fig. 1 in dem linken Bohrloch durch die Pfeile dargestellt ist.
• Ist das Bohrloch bis in die wasserdichte Bodenschicht 3 niedergebracht worden, wird in die zentrale Bohrung des Bohrgestänges die aus Fig. 2a ersichtliche Kugel 8 eingeworfen, die sich gegen einen hohlkegeligen Ventilsitz legt und die Spülwasserdüse verschließt.
• Nach dem Verschließen der Spülwasserdüse in dem Bohrmeißel ist das Bohrgestänge zum Injizieren der passivierenden Mittel vorbereitet. Das Bohrgestänge weist oberhalb des Bohrmeißels mindestens eine Strahldüse 9 für die zu injizierende Flüssigkeit auf, wobei das Düsenmundstück 10 aus einem Hartmetalleinsatz besteht. Die Strahldüse 9, 10 weist einen Durchmesser von etwa 3 bis 5 mm auf, wobei die aus der Passivatormischung bestehende, zu injizierende Flüssigkeit mit einem Druck von etwa 200 - 300 bar aus der Düse austritt. Die bodenabhängige Reichweite des Flüssigkeitsstrahls liegt in der Größenordnung von 1,0 - 1,5 m, so daß ein säulenartiger Behandlungsbereich von 2 - 3 m Durchmesser erreicht werden kann.
• Das Injizieren der passivierenden Flüssigkeit geschieht dadurch, daß das Bohrgestänge rotierend aus dem Bohrloch herausgezogen wird, so daß sich ein säulenartiger passivierter Bereich ergibt, wie er auf der rechten Seite der Fig. 1 durch doppelte Schraffur dargestellt ist. Die einzelnen säulenartigen passivierten Bereiche werden so dicht nebeneinander angelegt, daß sie einander überschneiden.
• In Fig. 3 ist eine Wand 1 dargestellt, die beispielsweise Teil einer Deponieumschließung sein könnte. Wände von DeponieumschlieBungen zum Schutze des Grundwassers müssen aus Dichtungsmassen bestehen, deren Durchlässigkeitsbeiwert kleiner ist als 10 8 m/s. Eine derartige, beispielsweise aus einem Gemisch von Zement, Ton und Wasser hergestellte Dichtungsmasse wird von einem stark betonaggressiven Wasser angegriffen.
• Beispielsweise soll angenommen werden, daß ein stark betonaggressives Wasser einen pH-Wert in der Größenordnung von 5 und einen Elektrolytgehalt von 1000 mg/l Magnesium aufweist, wobei das Magnesium als Chlorid vorliegt. Zur Neutralisierung eines derartigen sauren Wassers und der Magnesiumausfällung kann beispielsweise als kostengünstige Suspension eine Mischung von pulverförmigem Natronwasserglas und Wasser in den Boden injiziert werden. Das alkalisch reagierende Wasserglas bindet die Säure als Natriumsalz und fällt das Magnesium als unlösliches Magnesiumhydroxid aus, wobei gleichzeitig kolloidales Kieselsäuregel entsteht. Diese Reaktionsstoffe sind gegenüber der Dichtungsmasse passiv. Hierdurch ergibt sich eine zusätzliche nachdichtende Wirkung, die durch das Einwandern der Reaktionsstoffe in die Wand erfolgt. Für dieses Beispiel würde der Passivatorverbrauch nach stöchiometrischer Berechnung je m2 Dichtungswand und 1 Jahr Passivierungsdauer bei 12 kg Wasserglas liegen. Dieser Wert wird sich durch Collamation noch erheblich reduzieren.
• L e e r s e i t e

Claims (7)

1. Verfahren zum Schutz von unterirdisch erstellten Bauwerken, die Zement als Bindemittel enthalten Patentansprüche: 1. Verfahren zum Schutz von unterirdisch (in situ) erstellten Bauwerken und/oder Bauwerk steilen aus Baustoffen, die Zement als Bindemittel enthalten, gegen zementschädigende Stoffe, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß in die den zu schützenden Bauwerken unmittelbar benachbarten Erdbereiche die zementschädigenden Stoffe neutralisierende Mittel eingebracht werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die neutralisierenden Mittel aus einer vor dem zu schützenden Bauwerk erstellten Wand oder einem Gitter bestehen, die den aggressiven Medien zur Aufzehrung angebotenen Zement enthalten.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zement kalkreicher ist als das zu schützende Bauwerk.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als neutralisierende oder passivierende Mittel Alkaliwassergläser in pulveriger oder flüssiger Form, Calciumphosphate, Aluminiumphosphate, Natriumaluminat, Tonerde, Thomasmehl (ca3(po4)2 . 2CaO), Kalkhydrat und/oder basisches Aluminiumacetat verwendet werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die neutralisierenden Mittel in Form von hochkonzentrierten Lösungen und/oder Suspensionen in den Boden injiziert oder eingepreßt werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die neutralisierenden Mittel durch das Bohrgestänge (5) in den Boden injiziert werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Injizieren des neutralisierenden Mittels Rohre in den Boden eingebracht werden, deren Mäntel im axialen Abstand mit Bohrungen versehen sind, die durch die Rohre einfassende Manschetten aus porösem, filtrierendem Material geschlossen sind.