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DE1962499A1 - Verfahren zur Stabilisierung von Boeden - Google Patents

Verfahren zur Stabilisierung von Boeden

Info

Publication number
DE1962499A1
DE1962499A1 DE19691962499 DE1962499A DE1962499A1 DE 1962499 A1 DE1962499 A1 DE 1962499A1 DE 19691962499 DE19691962499 DE 19691962499 DE 1962499 A DE1962499 A DE 1962499A DE 1962499 A1 DE1962499 A1 DE 1962499A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gel formation
soil
accelerator
sol
silica sol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19691962499
Other languages
English (en)
Inventor
Lees William Arthur
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hexion UK Ltd
Original Assignee
Borden Chemical UK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Borden Chemical UK Ltd filed Critical Borden Chemical UK Ltd
Publication of DE1962499A1 publication Critical patent/DE1962499A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K17/00Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials
    • C09K17/02Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials containing inorganic compounds only
    • C09K17/12Water-soluble silicates, e.g. waterglass

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Soil Conditioners And Soil-Stabilizing Materials (AREA)
  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)

Description

betreffend:
"Verfahren zur Stabilisierung von Böden"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung von Böden, indem man sie besonders durch Einspritzung mit einer anorganischen Substanz behandelt, die in Verbindung mit dem Boden zu einer im wesentlichen zusammenhängenden und undurchlässigen Masse erhärtet.
Die Verfestigung von lockeren Böden und Unterböden* durch Mischen mit oder Einspritzen von Substanzen, die eine Bindewirkung besitzen, ist von großer Wichtigkeit bei vielen Arbeiten im Bauingenieurwesen, Bergbau und bei Bohrungen. Es besteht daher ein Bedarf an Massen, die im porösen G-rund eingespritzt werden können, um ihn undurchlässig zu machen oder seine Durchlässigkeit wesentlich herabzusetzen. Derartige Massen müssen in allgemeinen gering viskose Flüssigkeiten sein, die leicht an Ort und Stelle hergestellt, leicht und ohne Gefahr für die mit ihrer Verwendung befaßten Arbeiter gehandhabt werden können und bei denen eine Anzahl von Eigen-
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schäften genau reguliert werden kann, um die Erfordernisse der verschiedenen Örtlichen Bedingungen zu erfüllen.
In der britischen Patentschrift Nr. -1 122 308 ist ein Verfahren zur Stabilisierung des Bodens beschrieben·, das die Behandlung des Bodens mit einer wäßrigen Flüssigkeit, die (a) einen pflanzlichen Tanninextrakt, (b) Formaldehyd und/oder Paraformaldehyd oder ein wasserlösliches Phenolformaldehydharz und (c) ein Alkalihydroxid enthält so v/i e das Aushärtenlassen des behandelten Bodens umfaßt.
Außerdem ist ein Verfahren zur Stabilisierung des Bodens vor geschlagen worden, das die Behandlung des Bodens mit einer Masse umfaßt, die (a) ein pflanzliches Tannin, (b) Formaldehyd oder Paraformaldehyd und (c) ein Alkalicarbonat oder-borat enthält.
In der britischen Patentschrift Nr. 9^8 641 ist ein Verfahren zur Stabilisierung von Böden beschrieben, das darin besteht, daß man ein Gemisch aus einem Aldehyd und einem substituierten Phenol einspritzt.
Diese verschiedenen Verfahren besitzen, obwohl sie für die beabsichtigten Zwecke geeignet sind, dennoch eine Anzahl von Nachteilen bei der praktischen Anwendung. So kann z.B. auf die Reizwirkung von Formaldehyddampf, die während des Mischens und Einspritzens lästig sein kannjUnd auf die Ätzwirkung der verwendeten Alkalien hingewiesen werden.
Es ist bekannt, Nat riumsili cat dispersionen als anorganische VerguiSmittel zu verwenden, aber derartige Substanzen haben sich nicht als vollkommen befriedigend eriviesen. So wurden Versuche unternommen, Unterböden durch Einspritzung von getrennten Lösungen von Natriumsilicat und sauren Substanzen
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zu verfestigen, aber es ist schwierig, eine angemessene Durchmischung der beiden Komponenten zu erreichen und* die Aushärtzeit zu steuern. Folglich sind Vergußmittel, die aus einer einzigen Lösung bestehen, beschrieben worden, wie z.B. in "Künstliche Befestigung von Böden" von G.B. Vaisfei'd, Handbuch 39 der Akademie für Bauwesen und Architektur der UdSSR. Bei diesen Vergußmassen wird eine kolloidale Lösung von Natriumsilicat mit Hilfe einer sauren Substanz vor der Einspritzung in den Unterboden auf einen vorher festgelegten pH-Wert eingestellt.
In· der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß derartige Massen, obwohl sie im allgemeinen zur Einspritzung in stark porör.e Böden, wie Sande und Kiese, geeignet sind, nicht befriedigend sind zur Einspritzung in fein poröse Böden, da Natriumsilicat keine echte Lösung in Wasser bildet, sondern in Form einer kolloidalen Lösung, die subkolloidale Aggregate enthält, vorliegt. Derartige Aggregate besitzen eine Größe, die in vielen Fällen ausreicht, die Poren einer fein porösen Schicht zu verstopfen und dadurch zu einer schlechten Durchdringung führt. Außerdem kann in vielen Fällen die Reaktion zwischen dem verwendeten saurc-n Härtungsmittel und dein Natriumsilicat nicht angemessen beschleunigt werden, ohne zum Ausflocken zu führen.
Es hat sich nun gezeigt, daß anorganische VerguHinaterialien, die die oben erwähnten Nachteile der liatriunsilicatvergußmassen nicht besitzen, hergestellt werden können, indem man anstelle eines Gemisches aus liatriumsilicat und einen sauren Material ein wäßriges üiliciur.:oxidsol, d.h. ein Kieselsäurehydrosol,eventuell zusammen mit einem Ketallsalz,verwendet. Auf diese Weise kann eine Vergußmasse erhalten werden, die eine bedeutend geringere Viskosität bei einen bestimmten iest-
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stoffgehalt besitzt, als eine entsprechende Natriumsilicatlösung und die folglich leichter in Schichten von geringer Porosität eingespritzt werden kann, die keine Aggregate enthält und außerdem durch Zusatz von geeigneten Salzen leicht
so eingestellt werden kann, daß sie in nahezu jeder gewünschfestes
ten Zeit ein/Gel bildet, ohne zu flocken.
Die vorliegende Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur Stabilisierung von Böden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den Boden mit einem wäßrigen Siliciumoxidsol, das gegebenenfalls einen Beschleuniger für die Gelbildung enthalten kann, imprägniert und das Sol darin zur Gelbildung bringt.
Der Ausdruck "Boden" wird hier so verwendet, daß er irgend ein geologisches Material bezeichnet, das eine ausreichende Porosität besitzt, um nach dem erfindungsgemäßen Verfahren imprägniert werden zu können. Die Erfindung besitzt jedoch besondere Nützlichkeit zur Behandlung von unterirdischen Schichten von einer fein porösen Struktur, wie Sandstein, durch Einspritzen unter Druck.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Siliciumoxidsole sind Kieselsäurehydrosole, die im Handel erhältli'ch sind und auf irgend einen der bekannten Wege hergestellt werden können. Sie werden normalerweise dadurch hergestellt, daß man ein Alkalisilicat, normalerweise Hatriumsilicat, ansäuert und eine Polymerisation der entstehenden Kieselsäure über den gewünschten Punkt (ungefähr 250 ^) hinaus vermeidet, indem man einen Wasserstoffbrückenbindungsdonor, der normalerweise ein Äther mit weiteren Sauerstoff- oder Stickstoffatomen oder ein üf-sub-
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stituiertes Amid ist, zusetzt. Ein anorganisches Salz kann verwendet werden, um das Produkt auszusalzen. Wahlweise kann das Hydrosol auch durch ein Ionenaustauschverfahren gereinigt werden, gegebenenfalls kontinuierlich in einem Gegenstromionenaustauscher oder durch Dialyse oder Elektrodialyse. Typischerweise besitzt ein wäßriges Siliciumoxidsol ein SiOn^UO-Gewichtsverhältnis zwischen 80:1 und 150:1 (wobei Μ ein Alkalimetall ist). Die Konzentration kann zwischen 10 und 50 Gew.-% Siliciumdioxid schwanken und liegt günstigerweise zwischen 20 und 40 Gew.-%. Es ist leicht verständlich, daß, obwohl Siliciumoxidsole hergestellt werden können, die einen Siliciumoxidgehalt von weniger als 10 Gew.-% haben, die entstehenden Gele schwach und von geringer Nützlichkeit für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sind.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Beschleuniger für die Gelbildung ein wasserlösliches Metallsalz, das zu dem Siliciumdioxidsol zugegeben wird unmittelbar bevor es in die zu befestigende Schicht eingespritzt wird. Jedes übliche wasserlösliche Metallsalz kann für diesen Zweck verwendet werden und wird so gewählt, daß es die gewünschte Zeit für die Gelbildung ergibt. So hängt die Wirkung des Salzes u.a. von der Größe der Kationenladung und von der verwendeten Menge ab. Die Zeit für die Gelbildung wird am deutlichsten durch hochgeladene'iletallionen und durch eine Erhöhung der zugesetzten Salzmenge verkürzt. So wird ein Siliciumoxidsol von 30 % Siliciumoxidgehalt in ungefähr 5 min fest, nachdem es mit 40 % seines Volumens einer 10/oigen Lösung von Natriumchlorid vermischt worden ist, während das gleiche Sol einige Stunden flüssig bleibt, bevor es ein Gel bildet, wenn es mit 20 % .seines Volumens einer 5?<>igen Lösung von Natriumchlorid vermischt wird.
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Gegebenenfalls kann die Gelbildung eingeleitet werden, indem man andere Materialien als Metallsalze zusetzt, wie z.B. Alkohol, Keton, Äther oder Carbonsäure, da eine große Vielzahl von Materialien verwendet werden kann, um die Stabilität eines Siißiumdioxidsols herabzusetzen und die Gelbildung einzuleiten.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
100 Vol.-Teile eines Kieselsäurehydrosols mit einer mittleren Teilchengröße von 250 S. und einem SiOp-Gehalt von 30 Gew.-% (Syton 2X der Monsanto Chemical Company) wurden während der Zugabe von 20 Vol.-Teilen einer Lösung von 5//°*Natrium-Chlorid schnell gerührt. Nach 2 bis 3 d zeigte es sich, daß das Hydrosol durch den Sand durchgesickert war und ihn vor der Gelbildung sorgfältig benetzt hatte.
Das so erzeugte,mit Sand gefüllte Gel wurde einem Durchlässigkeitstest unterworfen. Es zeigte sich, daß der K-Wert geringer war als 10""" cm/sec.
Beispiel 2
Syton 2X und eine lOföLge Lösung von Natriumchlorid wurden ; in einer Misch- und Meßpumpe im Verhältnis 5:Λ vermischt, bevor sie mit einem Druck, von 1,4-1 kg/cm (20 psi) in ein Kiesbett eingespritzt wurden, durch das sich langsam Grund
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wasser bewegte. 1 h nach der Einspritzung hatte die Wasserbewegung aufgehört und nach dem Ausgraben zeigte -es sich, daß der Kies leicht in eine gelartige und undurchlässige Hasse gebunden war.
PATENTANSPRÜCHE :
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Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE :
1) Verfahren zur Stabilisierung von Böden, dadurch gekennzeichnet , daß man den Boden mit einem wäßrigen Siliciumdioxidsol imprägniert und das Sol darin zur Gelbildung bringt.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das wäßrige Siliciumdioxidsol
einen Beschleuniger für die Geibildung enthält.
3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Beschleuniger zur Geibildung ein wasserlösliches hetallsalz ist.
4) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , da3 der Beschleuniger Natriumchlorid ist.
5) Verfahren nacn Anspruch 1 bis 4, dadurch g e k e η η zeichnet , da3 cas v.-älirige Siliciundioxidsol
aus eines: AI>ali:.:etall£ilicat; nit einen Gewichtsverhältnis von SiG^:K^C zwischen SG:^ und I^G:"; gebildet worden ist, wobei Ii ein Alkalimetall ist.
6)
Verfahren nach Anspruch Λ bis 5, dadurch g e k e η η -
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- 2 - BAD ORIGINAL
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zeichnet , daß die Konzentration des Siliciumdioxids in dem wäßrigen Siliciumdioxidsol zwischen 10 und 50 Gew.-% beträgt.
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DE19691962499 1969-01-01 1969-12-12 Verfahren zur Stabilisierung von Boeden Pending DE1962499A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB055/69A GB1294131A (en) 1969-01-01 1969-01-01 Improvements in or relating to the grouting of soils

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DE19691962499 Pending DE1962499A1 (de) 1969-01-01 1969-12-12 Verfahren zur Stabilisierung von Boeden

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GB1294131A (en) 1972-10-25
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