Verfahren zum Dichtmachen von flüssigkeitsdurchlässigem Material, wie Boden schichten und andern Grundmassen, Mauerwerken und andern steinigen Massen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dichtmachen von flüssigkeitsdurchläs sigem Material, wie unterirdischen Boden schichten, Sandböden, Grundmassen, Kiesel schichten und dergleichen, wie auch natür lichen oder künstlichen steinigen Massen oder Mauerwerken, Beton und dergleichen, durch Füllen der Zwischenräume, Höhlen, Risse und ähnlichen Unterbrechungen der Masse mit einem Gemisch einer wässerigen Dispersion bituminöser Stoffe mit feinver teilten Füllstoffen, das man in das dichtzu machende Material einbringt und in dem selben koagulieren lässt.
Zum Füllen von Höhlen in Böden oder Gesteinen wurde bereits vorgeschlagen, in diese mittels-Rohren Portland- oder andere Zementmilch oder auch heissgeschmolzenes Bitumen einzuführen oder einzupressen. Der artige Verfahren eignen sich allein zum Fül len von verhältnismässig weiten Räumen, aber nicht zum Wasserdichtmachen oder Verfestigen von feinkörnigen oder porösen Bodenschichten oder andern Massen, wie Sandböden oder dergleichen, wo die Zement milch oder das geschmolzene Bitumen nicht in die engen Zwischenräume oder Poren ein dringen kann.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, wasserdurchlässige oder lose Bodenschichten usw. dadurch zu dichten oder zu verfestigen, dass man in den zu behandelnden Boden oder in die Masse eine wässerige Dispersion bitu minöser Stoffe eindringen lässt und diese an der gewünschten Stelle zur Koagulation bringt.
Bei Verwendung einer Bitumendis- persion von geeigneter Teilchengrösse wird diese, nachdem sie zum Beispiel mittels Röh ren in den Boden gebracht wird, leicht in die zu behandelnde Bodenschicht eindringen, während sie sich sowohl in horizontaler, als auch in vertikaler Richtung verbreitet, und darauf nach einer gewissen Zeit koagulieren, wobei man den Koagulationsvorgang durch eine geeignete Auswahl der Stabilität der Dispersion und der auf sie einwirkenden koagulierenden Einflüsse regeln kann.
Es wurde nun gefunden, dass bei der An wendung von wässerigen Bitumendispersio- nen für die obengenannten Zwecke eine sehr besondere technische Wirkung erhalten wer den kann, wenn man ein Gemisch der wäs serigen Bitumendispersion mit feinverteilten Stoffen verwendet.
Für die Behandlung von feinkörnigen Böden oder von Gesteinen von entsprechen der Porosität sollen die zugesetzten feinver teilten Stoffe vorzugsweise keine grössere Korngrösse als das dispergierte Bitumen selbst aufweisen. Mit Rücksicht darauf eignen sich besonders als Zusätze die fein verteilten Substanzen mit kolloidalen Eigen schaften.
Als solche sind an erster Stelle zu erwähnen die sogenannten, mehr oder weni ger kolloidalen Tonarten, wie Bentonit, feuerfester blauer Ton, Töpferton und der gleichen, wie auch die kolloidal wasserlös lichen Hydroxyde mehrwertiger Metalle, wie Aluminium-, Eisen- oder Zinnhydroxyde und andere kolloidale Metallverbindungen; weiter kolloidale oder peptisierte organische Substanzen, wie Gelatine, Leim, Humus oder Humussäure enthaltende Stoffe, z.
B. Kas- selererde, Polysaccharide, wie Gummi-arabi- cum, Agar-agar, Stärke usw.
Diese feinverteilten Stoffe können vor zugsweise erst in Wasser suspendiert wer den, worauf die wässerige Suspension mit der Bitumendispersion gemischt wird. Man kann der Bitumendispersion auch Stoffe, wie Wasserglas, zusetzen, die in peptisierte, feinverteilte Stoffe, wie gieselsäuregel, um gewandelt werden. Organische Kolloide kön nen den Nachteil haben, dass sie der Zer setzung ausgesetzt sind und demzufolge keine dauernde Dichtung oder Verfestigung gewährleisten.
Der technische Effekt der Erfindung be steht darin, dass im allgemeinen bei Anwen- dung einer gleichen Menge dispergierten Bi tumens eine bessere Dichtung der Boden schicht oder andern Masse als mit Bitumen allein erhalten wird, so dass in vielen Fällen mit weniger konzentrierten Bitumendisper- sionen bereits ein genügender Effekt erzielt wird und im allgemeinen erheblich weniger Bitumen genügen wird.
So zum Beispiel konnte man, wo in einem bestimmten Fall bei der Behandlung einer unterirdischen Sandschicht durch das Einbringen einer be- stimmten Menge einer 30%igen Bitumendis- persion eine praktisch genügende Dichtung der Bodenschicht erzielt wurde, denselben Erfolg mit einer gleichen Menge derselben, aber auf 8 % Bitumengehalt verdünnten Dis persion, der 2 % eines guten kolloidalen Tons (berechnet auf das Gewicht der fertigen Dis persion) zugesetzt worden war, erreichen.
Die Stoffe, welche, wie Ton, in Betracht kommen können, sind im allgemeinen Stoffe, die an sich keine wesentliche ausflockende oder koagulierende Wirkung auf die Bitu- mendispersion ausüben.
Diese Stoffe haben weiter die Eigenschaft, dass sie nach Einwir kung der Faktoren, die in der behandelten Bodenschicht oder Masse Koagulation der Bitumendispersion bewirken, in einer Form anwesend sind, wobei eine innige Berührung mit den Bitumenteilchen möglich ist, näm lich dadurch, dass sie sich in der Grenzfläche Wasser-Bitumen der Dispersion befinden, so dass grössere Komplexe von Bitumen und zu gesetztem Stoff entstehen, welche die Öff nungen der behandelten porösen Masse in noch stärkerem Masse abschliessen als das koagulierte Bitumen allein zu tun imstande ist.
Es ist bereits bekannt, Ton und die an dern genannten Stoffe als Emulgatoren bei der Erzeugung von Bitumendispersionen an zuwenden. In den bekannten Dispersionen der letzteren Art ist das Bitumen gewöhn lich verhältnismässig grob dispergiert, so dass diese Dispersionen für Anwendung im vor liegenden Dichtungsverfahren nicht gut ge eignet sind.
Im Gegensatz dazu werden zweckmässigerweise Bitumendispersionen ver- wendet, welche mit Hilfe von bekannten Emulgatoren, zum Beispiel Seifen, her gestellt werden und denen eine geeignete Menge Ton oder Tonsuspension oder andere feinverteilte Substanz mit kolloidalen Eigen schaften zugesetzt wird, ohne dass dieser Ton oder dergleichen die Rolle eines Emul- gators zu erfüllen hat.
Diese mit Seifen oder ähnlichen Emul- gatoren erzeugten Bitumendispersionen zei gen einen erheblich feineren Dispersitätsgrad als die obenerwähnten, mit Ton oder derglei chen als Emulgator erzeugten Dispersionen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die die Zusätze enthal tende Bitumendispersion der zu behandeln den Bodenschicht, welche sich in einer be deutenden Tiefe unter der Bodenoberfläche befinden kann, dadurch zugeführt werden, dass man eine Anzahl Rohre in geeigneten gegenseitigen Abständen im Boden anbringt und diese so tief einbohrt, dass ihre offenen oder durchlöcherten untern Enden bis zur zu behandelnden, porösen Bodenschicht rei chen. Eine geeignete Menge Dispersion wird in jedes dieser Rohre eingegossen, und diese Dispersion fliesst durch die offenen Enden ,der Rohre und verbreitet sich im umringen den porösen Boden, dessen Zwischenräume dabei gefüllt werden.
Die in den Boden ein geführte Menge Dispersion kann im Zusam menhang mit den gegenseitigen Abständen der Rohre so bemessen werden, dass die ge sonderten Erdmassen, welche durch die aus jedem Rohr 'fliessende Dispersion imprä gniert werden, sich gegenseitig anschliessen, um eine praktisch einheitliche, mit Disper sion imprägnierte Erdmasse oder Schicht zu bilden. Die Dispersion koaguliert daran an schliessend unter Umständen, die man in ge eigneter Weise der Art und Stabilität der verwendeten Dispersion anpassen kann. Das koagulierte Bitumen füllt die Zwischenräume des porösen Bodens und agglomeriert die Bodenbestandteile, wodurch eine Dichtung der porösen Masse erzielt und diese in eine undurchlässige, verfestigte oder mehr oder weniger versteinte Masse umgewandelt wird.
Handelt es sich um die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung für die Be handlung grobkörniger Böden, wie Kiesel schichten, oder zum Füllen von Höhlen, Ris sen, Fugen und sonstigen verhältnismässig weiten Unterbrechungen der Masse in Böden oder Gesteinen, so sollen die der Bitumen dispersion zugesetzten Substanzen vorzugs weise nicht so fein verteilt sein, dass sie kol loidaler Art sind, sondern kann man vorteil haft nichtkolloidale Füllstoffe verwenden, wie Portlandzement, Kalk, Kalksteinpulver, nichtkolloidalen Ton, feinen Sand, Mikro asbest, Kieselgur, Trass, Schieferpulver, Koh lenstaub und ähnliche pulverförmige Mate rialien.
Auch in diesem Falle muss die Bitu- mendispersion derart stabil sein, dass das Bi tumen sich infolge der Beimischung von Füllstoffen nicht zu früh abscheidet, wäh rend doch die günstigen Bedingungen zur Erzielung einer geeigneten Koagulation der Dispersion an den zu dichtenden Stellen an wesend sein müssen.
Ein derartiges Gemisch von Bitumendis- persion und Füllstoffen hat eine grössere Konsistenz und ist weniger beweglich als eine gewöhnliche Bitumendispersion von der selben Konzentration, so dass es sich nur langsam im zu dichtenden Gegenstand fort bewegen kann und dabei Gelegenheit zur vollständigen Koagulierung hat.
Die Füll stoffe verleihen dem Gemisch eine gewisse Skelettstruktur, wodurch die Gefahr vermie den wird, dass die eingeführte Dispersion durch den Wasserdruck weggedrängt wird oder dass sie durch die zu dichtende Masse hindurchfiltriert. Auch ermöglichen diese Gemische die Dichtung von verhältnismässig weiten Räumen, die mit einem homogenen Gemisch von Bitumen und Füllstoff aufge füllt werden.
Man kann auch ein derartiges Gemisch von Bitumendispersion und Füllstoff her stellen, in welchem an dem Zeitpunkt der Anwendung das Bitumen sich bereits in einem Anfangsstadium von Koagulation be findet oder in welchem eine gewisse Ver dickung oder Ausflockung des Bitumens aufgetreten ist, so dass eine rasche vollstän dige Koagulation an der gewünschten Stelle gesichert ist.
Gemäss einer besonderen Ausführungs form der Erfindung kann man auch eine Reihe von verschiedenen Bitumendispersio- nen nacheinander verwenden. Bei der Be handlung eines Gegenstandes, der nicht nur weite Höhlen oder Risse, sondern gleichzei tig enge Poren enthält, kann man zum Bei spiel erst die weiten Räume durch das Ein bringen eines verhältnismässig hochkonsisten ten Gemisches von Bitumendispersion und Füllstoff auffüllen, und darauf die Poren mit Hilfe einer dünneren, gegebenenfalls kolloidale Substanzen enthaltenden Bitumen dispersion dichten. .
<I>Beispiel 1:</I> Erdöldestillationsbitumen mit Penetra tion 300 bei<B>25'</B> C wird nach Erwärmung auf 120 C in einer ungefähr gleichen Menge einer auf 40' C erwärmten 0,5% igen Na- triumUydroxydlösung der<B>1,5%</B> Holzteer zu gesetzt worden ist, dispergiert. Die Disper- gierung geschieht mit Hilfe eines kräftigen Rührwerkes, zum Beispiel einer Kolloid mühle, zur Erzielung einer sehr feinen Dis persion, worauf, falls erwünscht, zum Bei spiel 1 bis 2 % Kasein, berechnet auf Bitu- mengewicht,
zur Stabilisierung zugesetzt werden kann. Die derart erzeugte Dispersion, deren Bitumengehalt ungefähr 50 % ist, wird mit der halben Menge einer Suspension von kolloidalem Ton, zum Beispiel Bentonit, die 10 kg Bentonit auf 100 Liter Wasser ent hält, gemischt. Unmittelbar vor der Anwen dung wird dieses Gemisch mit ungefähr der doppelten Wassermenge verdünnt und wird 2 % Methylformiat, berechnet auf Bitumen, zugesetzt.
Das Methylformiat, das ein leicht hydrolysierbarer Ester ist, wird langsam hydroliniert unter Bildung von Ameisensäure, welche als Koagulierungsmittel wirkt.
Wenn man zum Beispiel eine unter irdische Sandschicht mit dieser Dispersion undurchlässig machen will, so werden in den Boden eine Reihe von durchlöcherten Rohren in gegenseitigen Abständen von ungefähr 3 m verlegt, und man lässt durch diese Rohre, ge gebenenfalls unter Druck, die obenerwähnte Mischung in die Sandschicht eindringen, so dass eine ununterbrochene Bodenschicht mit der Dispersion imprägniert wird. Das Bitu men koaguliert nach einiger Zeit und macht, in Verbindung mit dem Ton, die Sandschicht an den behandelten Stellen ganz oder nahezu ganz wasserundurchlässig.
Beispiel <I>2:</I> Eine 60%ige Bitumendispersion wird durch Dispergieren von Erdöldestillations- bitumen von Penetration 200 bei 25 C in einer 0,5 % igen Seifenlösung hergestellt, un ter Zusatz von 1 % Kasein (berechnet auf Bitumen) zur Stabilisierung. Diese Disper sion wird unmittelbar vor ihrer Anwendung mit 70 Gewichtsprozent einer 50%igen Ze mentmilch und 2 % Betonit (berechnet auf Zement) gemischt.
Das so erhaltene Ge misch ist genügend flüssig, um mittels Roh ren in den Boden eingeführt zu werden und hat das Vermögen langsam zu erstarren. In dieser Weise kann man zum Beispiel einen wasserdurchlässigen Kieselboden wasserdicht machen, da das Gemisch nach Versteifung vollständig koaguliert.
<I>' Beispiel<B>3:</B></I> Eine in derselben Weise wie in Beispiel 2 hergestellte Bitumendispersion wird mit 100 Gewichtsprozent einer 50%igen Kalkstein pulversuspension gemischt. Das frisch her gestellte Gemisch kann ebenso mittels Roh ren in die zu behandelnden Gegenstände ein geführt werden und koaguliert dort vollstän dig nach einiger Zeit.
<I>Beispiel 4:</I> 100 Gewichtsteile der Bitumendispersion wie im Beispiel 2 werden mit 100 Gewichts teilen Zement, aufgeschlämmt in 50 Ge wichtsteilen einer 2 % wässerigen Bentonitsus- pension, gemischt. Das Gemisch ist noch flüs sig genug, um den aufzufüllenden Räumen mittels Rohren zugeführt .zu werden, und es lässt sich durch gleichzeitige Einführung von ungefähr 25 Gewichtsteilen 20%iger Alumi- niumsulfatlösung unmittelbar koagulieren.
Dieses Gemisch kann man zum Beispiel für das Dichten einer Steinschüttung von grösseren und kleineren Basaltblöcken anwen den, welche in einem schnellströmenden Was serlauf zum Reparieren eines Staudammes angebracht ist und das Wasser noch mit einer Geschwindigkeit von 60 cm/Sek. durch lässt.
Das Material wird durch konzentrische Rohre zugeführt und die durch das innere Rohr austretende Aluminiumsulfatlösung be-. wirkt eine unmittelbare Versteifung des durch das äussere Rohr austretenden Ge misches, so dass die versteifte Masse nicht mehr mit dem Wasser weggeführt werden kann, aber doch genügend plastisch bleibt, um in die Zwischenräume zwischen den Blöcken eingepresst zu werden und dabei eine vollständige Dichtung zu erzeugen.
<I>Beispiel 5:</I> Beim Bohren eines Tunnels durch einen rissigen Felsboden unter einem Flussbette er fuhr man erhebliche Schwierigkeiten vom un ter Druck durch die Spalten fliessenden Was ser. Diese Spalten wurden nun bis zu eini gem Abstände vom Tunnelprofil im Felsen angebohrt und durch das Einführen einer seits einer Mischung von 100 Gewichtsteilen der Bitumendispersion, wie im Beispiel 2, 100 Gewichtsteilen 30%igem Kautschuklatex und 200 Gewichtsteilen zermahlenen Schlak- ken und anderseits von 50 Gewichtsteilen 10%iger Salzsäurelösung gedichtet.