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Verfahren zur Abdichtung und Befestigung von Böden In der Technik
besteht vielfach die Aufgabe, Böden abzudichten oder zu befestigen. Meist handelt
es sich hierbei darum, daß der Boden wasserundurchlässig werden soll. Dies ist beispielsweise
wichtig für den Straßenbau, da durch Eindringen von Wasser im Winter an Straßen
erhebliche Frostschäden entstehen, oder auch für den Bau von Talsperren durch Aufschüttung,
bei denen sowohl der Damm selbst als auch der Untergrund wasserdicht sein müssen.
In anderen Fällen handelt es sich darum, Böden zu verfestigen, beispielsweise bei
der Anlage von Rollbahnen auf Flugplätzen. Man hat bisher für diese Zwecke den Boden
mit verschiedenen Mitteln abzudichten oder zu verfestigen versucht, beispielsweise
auch mit Bitumenemulsionen. Man mußte diese, um überhaupt einen gewissen Effekt
zu erzielen, in möglichst dichter Konsistenz in den Boden einbringen. Im Straßenbau
war es hierfür üblich, das Profil auf die erforderliche Tiefe auszuschachten, in
großen Mischmaschinen eine Mischung des zur Herstellung des Unterbaues verwendeten
Rohmaterials mit der Bitumenemulsion herzustellen und diese Mischung alsdann in
die Baugrube einzufüllen. Bei diesem Verfahren war es nun aber natürlich nicht möglich,
die auf umständlichem Wege eingebrachte Emulsion wieder zu brechen, so daß der Effekt
des Dichtungsmittels später oder früher wieder unwirksam gemacht wurde. Bei der
Oberflächenbearbeitung von Böden, beispielsweise bei der Herstellung von Rollbahnen
auf Flugplätzen, hat man daher auch schon versucht, an Stelle der Mischung des Bodens
mit der Bitumenemulsion in einem besonderen Großmischer den Boden mit Hilfe von
Bodenfräsen aufzulockern und mit der Emulsion zu mischen. In einem zweiten Arbeitsgang
wurde dann ein Mittel zum Brechen der Emulsion auf demselben Wege eingemischt, beispielsweise
bei Verwendung von Seifen als Emulgiermittel durch Einbringung von Kalksalzen.
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Abgesehen davon, daß dies einen besonderen Arbeitsgang erfordert,
zeigten diese Verfahren den großen Nachteil, daß bei der Einmischung der Kalksalze
eine sofortige Ausfällung von Kalkseifen stattfand, wodurch die Brechung der Emulsion
nur ungleichmäßig und unvollkommen erfolgte. Vor allem aber wurde durch die nochmalige
Auflockerung und Durchmischung des Bodens gleichzeitig mit der Brechung der Emulsion
die innige Verbindung zwischen den Einzelteilen des Bodens und des Dichtungsmittels,
die für die Dichtungswirkung wesentlich ist, wieder zerstört.
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Man hat sich daher bereits bemüht, elastische Abdichtungen unter
Verwendung von Bitumenemulsionen vorzunehmen, wobei man die ein Dispergiermittel
enthaltende Bitumenemulsion mit einem Koaguliermittel zusammenbrachte, das für eine
Brechung
der Emulsion an der gewünschten Stelle sorgte. Hierbei war es möglich, die
Bitumenemulsion in verhältnismäßig einfacher Weise, beispielsweise mittels Sonden
oder schmaler Gräben, in den Boden einzubringen, wobei die Dispergierwirkung des
Emulgiermittels nach der Einbringung der Mischung in den Boden aufgehoben wurde
und durch die erfolgende Koagulation die Abdichtung des Bodens erfolgte.
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Teils suchte man diese Aufhebung der Dispergierwirkung durch gasförmige
Substanzen, wie Schwefeldioxyd, Ammoniak usw., herbeizuführen, die nach Einbringung
der Dispersion in den Boden gepumpt werden sollten. Dies bedingte jedoch einen zusätzlichen
Arbeitsgang; zudem war die Anwendung der fraglichen Gase in den erforderlichen Mengen
unter bei den hier in Rede stehenden Verwendungszwecken unpraktisch und unerwünscht,
zumal es sich meist um recht aggressive Substanzen handelte. Man hatte daher auch
schon den Bitumenemulsionen vor ihrer Einbringung in den Boden Koaguliermittel zugesetzt,
die eine zeitlich gesteuerte Brechung der Emulsion herbeiführen sollten. Als solche
Koaguliermittel wurden hydrolysierbare Ester, wie Methylformiat, oder auch öllösliche
kationisch oberflächenaktive Stoffe von Molekulargewichten über 300, insbesondere
organische Basen, wie quaternäre Ammoniumbasen oder primäre, sekundäre und tertiäre
Amine, oder deren Salze verwendet. Einerseits handelt es sich hierbei jedoch meist
um recht teure Substanzen, deren Anwendung auch in kleinen Verhältnissen bei den
hier in Frage kommenden Mengen unerwünschte oder gar untragbare Kosten bereitete.
Vor allem aber konnte der mit allen diesen bekannten Mitteln erzielte Effekt nicht
befriedigen, so daß sich trotz der Bedeutung der zu lösenden Aufgabe keines dieser
bekannten Mittel in die Praxis einführen konnte.
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Es wurde nun gefunden, daß es gelingt, Böden in einfacher und tatsächlich
einwandfreier Weise unter
Verwendung von Bitumenemulsionen abzudichten,
die ein Emulgiermittel und eine die Koagulation fördernde Substanz enthalten, wenn
man als Emulgiermittel Sulfitablauge aus der Zellstoffabrikation - und als die Koagulation
fördernde Substanz ein Oxydationsmittel verwendet. Es ist hierdurch möglich, die
Brechung der Emulsion zeitlich in gut beherrschbarer Weise zu steuern, wodurch eine
einfache und trotzdem gleichmäßige Einbringung und Verteilung der Bitumenemulsion
in den Boden und eine Verfestigung derselben in ihm unter Abdichtung des Bodens
gewährleistet wird. Diese mit der Erfindung gegenüber allen bekannten Mitteln iiberraschenderweise
erzielte überlegene Wirkung kommt dadurch zustande, daß hier ein doppelter Effekt
auftritt; Einerseits wird die Emulgierwirkung der Ablauge durch das Oxydationsmittel
aufgehoben, andererseits wird die Ablauge hierbei geliert. Dadurch wird nicht nur
die Verfestigung der Emulsion in überraschend günstiger Weise gefördert, sondern
zugleich wird die Masse des Dichtungsmittels um das Ablaugegel vermehrt. Hierdurch
tritt nicht nur ein erheblich besserer Effekt ein, sondern es kann auch an Dichtungsmitteln
gespart werden. Ferner und vor allem erhält die Dichtung auch eine gewisse Elastizität,
wodurch sie gegen das Arbeiten des Bodens und gegen andere zerstörende Wirkungen
widerstandsfähig wird. Durch die Erfindung werden also gleichzeitig mehrere unerwartete
und besonders günstige Wirkungen erzielt, so daß die gestellte Aufgabe durch die
Erfindung erstmalig einwandfrei gelöst wird.
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Als Dichtungsmittel kommen beliebige Bitumenpräparate, wie Teere,
Peche, Naturasphalte, destillierte, geblasene und verschnittene Bitumina, in Frage.
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Die als Dispergiermittel verwendete Sulfitablauge kann beliebiger
Natur und Herkunft sein. Beispielsweise kommt sowohl Nadelholz- als auch Laubholzsulfitablauge
in Frage. Sie kann ungereinigt sein, kann aber auch durch Reinigungsmethoden von
einem Teil ihrer kationischen Bestandteile, beispielsweise Kalk, oder anderen Stoffen
befreit sein. Sie kann vergoren oder unvergoren sein. In manchen Fällen ist es zweckmäßig,
Fraktionen von durch Fällung fraktionierter Sulfitablauge zu verwenden, Oft wird
man zweckmäßig die Ablauge durch Eindampfen konzentrieren oder gar trocknen, was
insbesondere ihren Versand erleichtert.
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Erfindungsgemäß kommen als Zusätze zu der Emulsion beliebige Oxydationsmittel
in Frage. Zweckmäßigerweise verwendet man-sechswertige Chromverbindungen, wie insbesondere
Natriumbichromat.
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Doch auch vierwertige Bleiverbindungen oder Perverbindungen, beispielsweise
Persulfate und Permanganate, sind geeignet. Sowohl die Menge der auf die Einheit
Boden zu verwendenden Bitumenemulsion als auch die mengenmäßige Zusammensetzung
derselben sind in weiten Grenzen variierbar. Die Menge der Emulsion hängt von verschiedenen
Faktoren, wie der Beschaffenheit des Bodens, insbesondere der Korngröße, beim Talsperrenbau
auch von dem hydrostatischen Druck, dem der gedichtete Boden ausgesetzt wird, ab.
In den meisten Fällen sind Zusätze zwischen 5 und 20 °/o ausreichend. Unter günstigen
Verhältnissen kommt man eventuell auch mit geringeren Mengen aus. Nach oben hin
setzen die Kosten einem beliebig hohen Zusatz eine Grenze.
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Auch beim Zusatz der Sulfitablauge zu dem Bitu men wird man sich
bemühen, mit möglichst geringen Mengen auszukommen. Im iibrigen richten sich diese
nach der Art des Bitumens und der Sulfitablauge so-
wie nach den sonstigen Gegebenheiten
des Einzelfalles.
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Im allgemeinen kommen Mengen zwischen 5 und 50°/o, berechnet als Ablauge
Trockensubstanz je Gewichtseinheit Bitumen, in Frage. In den meisten Allen sind
Zusätze zwischen 10- und 30v'/o zweckmäßig.
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Zur zeitlichen Steuerung der Brechung der Emulsion kann man, unter
Berücksichtigung der Art der Sulfitablauge und des Oxydationsmittels, von der Wahl
des Verhältnisses dieser beiden ausgehen. Bei Verwendung von Oxydationsmitteln,
die im sauren Bereich reagieren, wie sechswertigen Chromverbindungen, hat es sich
als besonders vorteilhaft erwiesen, den zeitlichen Ablauf der Reaktion durch die
vorherige Einstellung des p-Wertes zu steuern. Zweckmäßig setzt man hierzu- der
Emulsion zu einem bestimmten Zeitpunkt vor ihrer Anwendung das Oxydationsmittel
und die erforderliche Menge einer Säure oder eines sauren Salzes zu.
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Man hat es in der Hand, durch geeignete Wahl der Zusammensetzung
der verwendeten Mischung unter Mitberücksichtigung physikalischer Faktoren, wie
der herrschenden Temperatur, die Zeit der Brechung der Emulsion in bestimmten Grenzen
zu variieren und danach den Zeitpunkt der Herstellung bzw. Anwendung der Emulsion
zu bestimmen, den man entsprechend dem Zeitpunkt der gewünschten Verfestigung des
Dichtungsmittels wählt. Dieser wiederum richtet sich nach der Tiefe der Einbringung
und damit nach der Dauer des Einführungsvorganges, nach etwaiger Wasserführung des
zu behandelnden Bodens und nach den übrigen Umständen des Einzelfalles.
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Durch die Erfindung gelingt -es, in einfacher und zuverlässiger Weise
Böden derart abzudichten, daß der mit einfachen Mitteln eingebrachte Dichtungsstoff
eine einwandfreie Verfestigung des Bodens herbeiführt und nicht wieder durch Sickerwasser
und ähnliche Einflüsse entfernt werden kann.
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Sowohl bei der Oberflächenbehandlung von Böden, beispielsweise bei
der Anlage von Flugplatz-Rollbahnen, als auch bei der Herstellung von Straßenunterbauten
kann erfindungsgemäß die vor ihrer Anwendung entsprechend eingestellte Bitumenemulsion
in einfacher Weise, sei es mittels einer Bodenfräse oder auch einer gesonderten
Mischanlage, in den Boden eingebracht werden, ohne daß es erforderlich ist, durch
zusätzliche Arbeitsgänge für eine Brechung der Emulsion zu sorgen oder sich gar
mit dem späteren Unwirksamwerden des Dichtungsmittels abfinden zu müssen. Durch
das Oxydationsmittel tritt in verhältnismäßig kurzer, vorher einstellbarer Zeit
eine Gelierung der Sulfitablauge ein, wobei diese zum großen Teil wasserunlöslich
wird. Hierdurch verliert sie ihre Dispergierwirkung, und das Bitumen haftet an der
Stelle im Boden, an die es beim Einbringen der Emulsion gelangte, also in gleichmäßiger
Verteilung.
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Zudem hat die Erfindung in diesen Fällen den Vorteil, daß beim Walzen
der gedichteten Bodenschicht infolge der Brechung der Emulsion das Wasser derselben
hinausgepreßt wird. Es kann also schnellstens ablaufen oder entfernt werden, während
man bei den bisher bekannten Verfahren warten mußte, bis es verdunstet war, was
natürlich längere Zeit dauerte. Durch die Erfindung wird der Boden so dicht, daß
Regenwasser oder Sickerwasser nicht eindringen kann, wodurch beispielsweise Frostschäden
im Winter verhindert werden. In vielen Fällen kann man die Erfindung mit Vorteil
auch so anwenden, daß man die Bitumenemulsion mit geeigneter Konsistenz durch Sonden
in den Boden einpreßt. Dieses Verfahren ist
beispielsweise in Fällen
angebracht, wo eine Straße auf sandigem Untergrund verlegt werden soll. Hier läßt
sich der Kies oder Sand ohne komplizierte und teure Ausschachtungsarbeiten durch
die Erfindung abdichten und verfestigen, wodurch gleichzeitig die erforderliche
Höhe für den eigentlichen Straßenunterbau verringert wird.
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Eine besonders wichtige und vorteilhafte Anwendung findet die Erfindung
beim Bau von Talsperren durch Schüttung. Ein Hauptproblem war hierbei bisher stets
die erforderliche Abdichtung der Bauten, und zwar sowohl des Talsperrendammes selbst
als auch des Untergrundes. Ein Vorteil geschütteter Talsperren gegenüber massiven
Sperrmauern besteht darin, daß man nicht bis auf gewachsenen Fels zu gründen braucht.
Dieser Vorteil ging bisher bei den bekannten Verfahren zum wesentlichen Teil dadurch
wieder verloren, daß man, um ein Durchsickern des unter Druck stehenden Sperrenwassers
unter dem Sperrdamm zu verhindern, in den Grund einen bis auf den gewachsenen Fels
reichenden Graben ausschachten mußte, der mit Ton oder ähnlichem dichtem Material
gefüllt wurde und der so breit sein mußte, daß er dem hydrostatischen Druck des
Staues standhielt und überdies auch durch das Arbeiten des Bodens unter dem Sperrdamm
nicht beeinträchtigt wurde. Eine unelastische Abdichtung, etwa durch Zement, ist
in diesen Fällen nämlich nicht möglich, da der Boden unter dem Damm arbeitet und
durch die hierbei auftretenden gewaltigen Kräfte einen derartigen Bau wieder zerstören
würde.
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Man ist daher gezwungen, die Bodenabdichtung mit elastischen Mitteln
vorzunehmen.
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Durch die Erfindung läßt sich nun die Abdichtung des Untergrundes
in viel einfacherer Weise vornehmen. Es genügt, einen verhältnismäßig schmalen Graben
auszuheben, von dem aus die Bitumenemulsion in den Boden eingebracht wird, wo sie
durch Brechung der Emulsion erhärtet und hierbei den Boden zugleich
abdichtet und
verfestigt. Am einfachsten geschieht dies, indem man den Graben mit einem Gemisch
von Sand und Emulsion füllt. In manchen Fällen ist es jedoch auch möglich, die Emulsion
mit Hilfe von Sonden in den Boden einzubringen. In ähnlicher einfacher Weise kann
auch der Sperrdamm selbst abgedichtet werden. Hierbei erzielt man durch die Erfindung
zugleich den Vorteil, daß die Abdichtung in einer elastischen Weise erfolgt und
infolgedessen durch das Arbeiten des Bodens keinen Schaden erleidet.
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PATENTANSPOCHE: 1. Verfahren zum zeitlich steuerbaren Abdichten und
Verfestigen von Böden mit Bitumenemulsionen, die ein Emulgiermittel und eine die
Koagulation fördernde Substanz enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß man als Emulgiermittel
Sulfitablauge und als die Koagulation fördernde Substanz ein Oxydationsmittel anwendet.