DE4033884C1 - Strengthening of mineral by raising its electrical conductivity - by adding water glass and/or silane(s) mixed with alkaline earth salt soln., to seal minerals and protect ground water - Google Patents

Strengthening of mineral by raising its electrical conductivity - by adding water glass and/or silane(s) mixed with alkaline earth salt soln., to seal minerals and protect ground water

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Abstract

A process for sealing and/or strengthening a mineral material, includes chemically converting water glass and/or silanes with an alkaline earth salt soln., esp. magnesium-and/or calcium chloride soln. as reaction components. The material is saturated with an aq. electrolyte soln. in order to raise its electrical conductivity, and reactants with positive or negative charge or polarity are supplied to the water glass and/or silane. USE/ADVANTAGE - The process is simple and reliable, and is used e.g. to safeguard ground water from contamination.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zur schnellen und sicheren Abdichtung mineralischer Untergründe, so bei der Errichtung oder Sanierung einer Deponie oder zum Grundwasserschutz vor infolge von Unfällen in das Erdreich gelangten Schadstoffen, durch elektrisch induzierte Verkieselung.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 for quick and safe sealing of mineral substrates, so when building or renovating a landfill or at Groundwater protection against accidental entry into the ground Pollutants, through electrically induced silicification.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist grundsätzlich aber auch für die nachträgliche Verfestigung anderer mineralischer, nichtsandiger bzw. -kiesiger Untergründe, wie für die Sanierung von Kunst- und Naturstein, geeignet.The method proposed according to the invention is fundamental but also for the subsequent consolidation of other mineral, non-sand or gravelly substrates, like for the Renovation of artificial and natural stone, suitable.

Die chemische Reaktion von Kieselsäure mit Erdalkalisalz zu Silicaten ist als sogenannte Verkieselung oder Versteinerung als natürlicher Prozeß bekannt und auch für die Behandlung von mineralischen Untergründen als technisches Verfahren vorgeschlagen und verwendet worden.The chemical reaction of silica with alkaline earth salt to form silicates is more natural than so-called silicification or petrification Process known and also for the treatment of mineral Proposed substrates as a technical process and been used.

Bei der technischen Durchführung wird Natron- oder Kaliwasserglas mit wäßriger Magnesium- oder Calciumchlorid-Lösung chemisch, so durch abwechselndes Tränken des zu verfestigenden Untergrundes mit den Lösungen, umgesetzt, wonach das poröse und/oder sandige Substrat zu einem hochfesten Gefüge aushärtet. In the technical implementation, soda or potash water glass chemical with aqueous magnesium or calcium chloride solution, so by alternately soaking the substrate to be solidified with the solutions, after which the porous and / or sandy substrate cures to a high-strength structure.  

In DE-OS 37 42 766 ist angeregt worden, kleinflächige Sandformen für die Fertigung von Metallgußerzeugnissen (Kokillenguß) durch Tränken mit Wasserglas zu verfestigen, um so die spätere Entsorgung der zum Teil schadstoffhaltigen Formen umweltverträglich durchführen zu können.DE-OS 37 42 766 has suggested small-area sand molds for the production of metal castings (permanent mold casting) solidify by soaking with water glass, so the later Disposal of forms, some of which contain harmful substances, in an environmentally friendly manner to be able to perform.

Aus DE-PS 36 06 313 ist bereits bekannt, vertikale oder horizontale Sperrschichten in oder an Deponien durch Einbringen von Gemischen aus Wasserglas und Alkyltrialkoxysilanen als Bindemittel sowie bis zu 95 Gewichtsprozent Füllstoff, wie Ton- und Silicat­ mineralien, in den Untergrund herzustellen, wozu durch im Abstand voneinander niedergebrachte Bohrungen und/oder Injektionsrohre die Dichtungsmasse unter erhöhtem Druck zugeführt und im Untergrund ausgehärtet wird.DE-PS 36 06 313 is already known, vertical or horizontal Barrier layers in or at landfills by introducing mixtures made of water glass and alkyltrialkoxysilanes as binders as well as up to 95 percent by weight filler, such as clay and silicate minerals to produce in the subsurface, why by spacing bores drilled from each other and / or injection pipes the sealant is supplied under increased pressure and in the subsurface is cured.

Dieses Verfahren ist jedoch wegen der erforderlichen Vielzahl dicht benachbarter Einbringungsstellen unwirtschaftlich und hat zudem den Nachteil, daß die Verteilung der Dichtungsmasse, abhängig von der Bodenbeschaffenheit, der Porosität und unterschiedlich wirkenden Kapillarkräften, nur unvollständig und ungesteuert erfolgt. Ferner muß das schnell erhärtende Gemisch unmittelbar vor der Anwendung mit hohem Anlagen- und Verfahrensaufwand am Verarbeitungsort erst hergestellt werden.However, this procedure is because of the variety required closely adjacent entry points uneconomical and has also the disadvantage that the distribution of the sealant depends of the soil texture, porosity and different acting capillary forces, only incomplete and uncontrolled he follows. Furthermore, the quick hardening mixture must immediately before use with high system and process costs on Processing location to be made.

Ähnliche Nachteile findet man bei der Behandlung von Kunst- oder Natursteinen mit Wasserglas und/oder organischen Silicatverbindungen, so bei der Imprägnierung von Steinplastiken o. dgl., um diese vor dem weiteren Verfall aufgrund von Schadstoffeinflüssen zu schützen. Man verwendet deshalb hierfür fast nur noch rein organische Imprägnierungsmittel, wie Acrylate, Silane u. dgl., mit ausreichend hohem Penetrationsvermögen, die häufig - zur Verbesserung ihrer Verarbeitungs- und Anwendungseigenschaften - organische Lösungsmittel enthalten, mit den für die Herstellung und Anwendung bekannten negativen ökologischen Folgen.Similar disadvantages are found in the treatment of art or Natural stones with water glass and / or organic silicate compounds, so in the impregnation of stone sculptures or the like, um this before further decay due to the influence of pollutants to protect. Therefore you only use pure for this organic impregnating agents such as acrylates, silanes and the like. Like., with  sufficiently high penetration ability, often - to improve their processing and application properties - organic Contain solvents with those for the manufacture and application known negative ecological consequences.

Für die Erdbodenabdichtung können solche Mittel - wie u. a. auch in EP 2 31 415 B1 und EP 28 495 A1 vorgeschlagen - aus Kostengründen und vor allem wegen dadurch hervorgerufener Boden - und Grundwasser­ verunreinigungen nicht vorteilhaft verwendet werden.For the soil sealing such means - such as u. a. also in EP 2 31 415 B1 and EP 28 495 A1 proposed - for reasons of cost and above all because of the soil and groundwater caused by it impurities are not used to advantage.

Aus US-PS 32 18 220 und DE-OS 19 36 803 sind Verfahren zur Ober­ flächenverfestigung eines keramischen Werkstoffes bekannt, indem die darin enthaltenen Na-Ionen unter Verwendung von Gleich- oder Wechselstrom gegen andere Alkali-Ionen mit größerem Ionenradius elektrolytisch ausgetauscht werden.From US-PS 32 18 220 and DE-OS 19 36 803 methods for Ober surface hardening of a ceramic material is known by the Na ions contained therein using equals or Alternating current against other alkali ions with a larger ion radius be exchanged electrolytically.

Ferner sind dem Schrifttum (s. u. a. Schoklitsch, A.: Der Grundbau. Springer-Vlg. Wien 1952, Seite 263, 264 sowie US-Zeitschrift: Engineering News-Record, 23. Juni 1966, Seite 36, 37) Hinweise zur Verbesserung toniger Baugründe zu entnehmen, wonach Gleichstrom als Mittel zur Bodenentwässerung und -verdichtung verwendet werden kann.Furthermore, literature (see, inter alia, Schoklitsch, A .: The basic structure. Springer-Vlg. Vienna 1952, pages 263, 264 and US magazine: Engineering News-Record, June 23, 1966, pages 36, 37) Notes to improve clayey building sites, according to which direct current used as a means for soil drainage and compaction can be.

Es war daher die Aufgabe zu lösen, ein Verfahren zur Abdichtung und/oder Verfestigung eines mineralischen Untergrundes unter Anwendung an sich bekannter und geeigneter Mittel, jedoch ohne deren Nachteile, zu finden.It was therefore the task to solve a sealing method and / or solidification of a mineral substrate under Use of known and suitable agents, but without to find their disadvantages.

Deren Lösung erfolgt nach den Kennzeichen und Merkmalen der Patentansprüche und wird anhand nachstehender Beispiele erläutert. Their solution is based on the characteristics and features of the claims and is explained using the examples below.  

Als wässerige Ausgangslösungen sowie als Versuchsanordnung werden verwendet:
Komponente A
Kali- oder Natronwasserglas-Lösung, Dichte: 1,35 g/ccm
Komponente B
Calciumchlorid-Lösung, 20%ig
Komponente C (Elektrolytlösung)
20%ige NaCl-Lösung
Gleichspannungsquelle: 4-6 V
Elektroden: Cu-Rohre, 10 mm Durchmesser, 10 cm Länge, mit 0,3 mm Bohrungen in der Außenwandung an ihrem einen Ende.The following are used as aqueous starting solutions and as experimental setup:
Component A
Potash or soda water glass solution, density: 1.35 g / ccm
Component B
Calcium chloride solution, 20%
Component C (electrolyte solution)
20% NaCl solution
DC voltage source: 4-6 V
Electrodes: Cu tubes, 10 mm in diameter, 10 cm in length, with 0.3 mm holes in the outer wall at one end.

Mittels zwischen den Elektroden fließenden Gleichstromes wird die Konzentration der Reaktanden in bestimmten Bodenzonen gezielt vergrößert und zugleich deren Wanderungs- sowie Reaktions­ geschwindigkeit erheblich erhöht.By means of direct current flowing between the electrodes the concentration of the reactants in certain soil zones enlarged and at the same time their migration and reaction speed increased significantly.

Beispiel 1Example 1

Tonhaltiger Sand wird auf eine Wasserdurchlässigkeit von ca. 0,02 bis 0,03 cm/sec verdichtet und die zugleich als Injektionsrohre dienenden Cu-Elektroden im Abstand von ca. 20 cm und ca. 10 cm tief eingetrieben.Clay-containing sand becomes water permeable compressed from approx. 0.02 to 0.03 cm / sec and at the same time Cu electrodes serving as injection tubes Distance of about 20 cm and about 10 cm deep.

Die Cu-Rohre werden in Parallelschaltung mit dem negativen (Elektrode A) und positiven Pol (Elektrode B) der Spannungsquelle über einen Schalter und ein Amperemeter verbunden.The Cu pipes are connected in parallel with the negative (Electrode A) and positive pole (electrode B) the Voltage source via a switch and an ammeter connected.

Die Komponente C (Elektrolytlösung) wird auf das fünffache Volumen mit Wasser verdünnt und die zu behandelnde Sandschicht vollflächig damit getränkt.Component C (electrolyte solution) is five times Volume diluted with water and the one to be treated Sand layer completely impregnated with it.

Die Komponenten A und B werden im Verhältnis 1 : 5 mit Wasser verdünnt und mit einem Druck von ca. 1,5 bar jeweils getrennt in die Cu-Rohre/Elektrode mit gleichnamiger Zuordnung (Komponente A in Elektrode A, Komponente B in Elektrode B) bis zur Sättigung gepreßt.The components A and B are in a ratio of 1: 5 Diluted water and at a pressure of approx. 1.5 bar each separately in the Cu tubes / electrode with the same name Assignment (component A in electrode A, component B pressed in electrode B) to saturation.

Nach ca. 5 Minuten Wartezeit wird die Spannung zugeschaltet und für ca. 60 min aufrechterhalten; bei Stromabfall um mehr als 20% während der Zuschaltdauer wird nochmals mit auf das Zehnfache verdünnter Elektrolyt-Lösung wie oben getränkt, bis sich der Anfangsstrom wieder einge­ stellt hat. After a waiting time of approx. 5 minutes, the voltage is switched on and maintain for about 60 min; in the event of a power failure by more than 20% during the connection period with electrolyte solution diluted ten times as soaked at the top until the initial current is restored has put.  

Beispiel 2Example 2

Eine Sandsteinplastik wird mit 10 mm Bohrungen, etwa 5 cm tief versehen und darin die Elektroden eingepreßt. Dann wird wie oben angegeben verfahren, wobei zur Vermeidung von Salzausblühungen Kaliwasserglas- und Kaliumchlorid- Lösung als Komponenten A und C verwendet werden.A sandstone sculpture is made with 10 mm holes, about 5 cm deep and press the electrodes pressed into it. Then the procedure is as stated above, to avoid of efflorescence of salt Potash and potassium chloride Solution can be used as components A and C.

Beispiel 3Example 3

Ein an seiner Innenwandung korrodiertes zementgebundenes Abwasserrohr wird durch Sandstrahlen von den Korrosionsprodukten gesäubert und an der Innenwandung Netzelektroden aus feinem Eisendraht in dünnem Zementmörtelbett wenigstens zweischichtig, getrennt voneinander eingebettet. Die abgebundene Oberfläche wird nacheinander mit den Komponenten A und B imprägniert und die Netzelektroden dergestalt mit der Spannungsquelle verbunden, daß die zur Innenwand liegende Elektrode eine positive Spannung hat. Eine Spannung von ca. 2 V wird über ca. 48 Stunden aufrechterhalten. A cement-bound one corroded on its inner wall Waste water pipe is sandblasted from the corrosion products cleaned and mesh electrodes on the inner wall at least made of fine iron wire in a thin cement mortar bed two layers, embedded separately from each other. The set surface is successively with the components A and B impregnated and the mesh electrodes so connected to the voltage source that the for The inner wall electrode has a positive voltage. A voltage of about 2 V will last for about 48 hours maintain.  

Beispiel 4Example 4

Wie Beispiel 3, jedoch unter Verwendung einer netzartigen Zink-Elektrode zur Innenwandung hin und einer mit ihr elektrisch verbundenen, jedoch durch das Mörtelbett getrennt im Abstand angeordneten netzartigen Kupfer-Elektrode. Es besteht ein elektrochemisches Spannungspotential ohne Zuschaltung einer Fremdspannung solange, bis sich die Zink-Elektrode elektrolytisch zersetzt hat.As example 3, but using a net-like Zinc electrode towards the inner wall and one with her electrically connected, but through the mortar bed net-like copper electrode arranged separately at a distance. There is an electrochemical potential without connecting an external voltage until the zinc electrode has decomposed electrolytically.

Beispiel 5Example 5

In den Untergrund einer schadstoffbelasteten Deponie werden Vortriebsrohre, beispielsweise aus Faserzement, seitlich oder vertikal, und parallel hierzu Eisenstab-Elektroden eingetrieben.Be in the underground of a polluted landfill Jacking pipes, for example made of fiber cement, on the side or vertical, and parallel to it iron rod electrodes driven in.

Durch die Rohrleitungen werden erst die Elektrolytlösung, Komponente C, und zeitlich unmittelbar nachfolgend die Komponenten A und B mit einem Druck von ca. 5 bar eingepreßt.The electrolyte solution, Component C, and components A follow immediately after and B pressed in with a pressure of approx. 5 bar.

Unmittelbar danach wird eine Gleichspannung von ca. 4 V bei einer Stromstärke von 50 bis 100 mA bei einer Elektrodenzuordnung entsprechend Beispiel 1 über ca. 60 Stunden aufrechterhalten.Immediately afterwards, a DC voltage of approx. 4 V at a current of 50 to 100 mA with an electrode assignment according to Example 1 over about 60 hours maintain.

Claims (7)

1. Verfahren zur Abdichtung und/oder Verfestigung eines mineralischen Untergrundes durch Verkieselung d. h. chemische Umsetzung von Wasserglas und/oder Silanen mit einer Erdalkalisalzlösung, insbesondere Magnesium- und/oder Calciumchlorid- Lösung als Reaktionskomponenten, dadurch gekennzeichnet, daß
der Untergrund zur Erhöhung seiner elekrischen Leitfähigkeit mit wässeriger Elektrolytlösung getränkt und
hierbei als Reaktanden mit positiver und negativer elektrischer Ladung oder Polarität Wasserglas und/oder Silane sowie Erdalkalien zugeführt und diese einem elektrischen Gleichspannungsfeld, das durch mit Gleichstrom beaufschlagte Elektroden und/oder durch deren elektrochemische Potentialdifferenz und einem zwischen den Elektroden fließenden Gleichstrom erzeugt ist, ausgesetzt werden.1. A method for sealing and / or solidifying a mineral substrate by silicification ie chemical reaction of water glass and / or silanes with an alkaline earth metal salt solution, in particular magnesium and / or calcium chloride solution as reaction components, characterized in that
the substrate is soaked with aqueous electrolyte solution to increase its electrical conductivity and
Here, as reactants with positive and negative electrical charge or polarity, waterglass and / or silanes and alkaline earths are fed and these are exposed to an electrical DC voltage field which is generated by electrodes which are supplied with direct current and / or by their electrochemical potential difference and a direct current flowing between the electrodes . 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gleichspannungsfeld durch eine Fremdspannungsquelle und/oder elektrochemische Reaktion metallischer und/oder nichtmetallischer chemischer Elemente und/oder deren Verbindungen, aus denen die Elektroden bestehen, erzeugt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that
the DC voltage field is generated by an external voltage source and / or electrochemical reaction of metallic and / or non-metallic chemical elements and / or their connections, from which the electrodes are made. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die ionischen oder elektropolaren Reaktionskomponenten im Abstand voneinander in den Untergrund eingebracht werden und dort oder im Abstand davon gleichladige Elektroden räumlich zugeordnet sind.3. Process according to claims 1 and 2, characterized in that
the ionic or electropolar reaction components are introduced into the substrate at a distance from one another and electrodes or electrodes of the same charge are spatially assigned there or at a distance therefrom. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Reaktionskomponenten mittels vertikal und/oder horizontal im Untergrund angeordneter Rohre zugeführt werden, die wenigstens teilweise eine perforierte Rohrwandung aufweisen und/oder aus elektrisch leitendem und/oder elektrochemisch aktivem Werkstoff bestehen.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that
the reaction components are supplied by means of pipes arranged vertically and / or horizontally in the subsoil, which at least partially have a perforated pipe wall and / or consist of electrically conductive and / or electrochemically active material. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß
rohr-, stab-, platten-, matten- und/oder netzförmig ausgebildete Elektroden verwendet werden.5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that
Tubular, rod, plate, mat and / or mesh electrodes are used. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß
als weitere Mischungsbestandteile mineralische und/oder organische Dichtungsmittel, wie Zement, Ton und/oder Kunststoffdispersionen, eingebracht werden.6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that
mineral and / or organic sealants, such as cement, clay and / or plastic dispersions, can be introduced as further mixture components. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß
die Temperatur des Untergrundes durch dessen Wasser­ dampfbeaufschlagung erhöht wird.7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that
the temperature of the subsoil is increased by the water vapor.
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