Weichgelinjektion zur Abdichtung von Baugrubensohlen

Abstract

Zur horizontalen Abdichtung von tiefliegenden Baugruben gegen Grundwasser kann - unter anderen - das chemische Injektionsmittel Weichgel verwendet werden. Dieses besteht aus drei verschiedenen Komponenten: Natriumsilikat, Wasser und Natriumaluminat. Die Einzelkomponenten des Weichgels werden in einem bestimmten Verhältnis miteinander vermengt, wodurch sich eine niedrigviskose Lösung ergibt.<br />Dabei entscheidet das jeweilige Mischungsverhältnis über die chemische Reaktionsgeschwindigkeit und die physikalischen sowie rheologischen Eigenschaften der Lösung. Wird Weichgel zur Abdichtung tiefliegender Baugrubensohlen verwendet, hängt der Injektionserfolg auch heute noch im Wesentlichen von den praktischen Erfahrungen der Ausführenden ab, da Qualitäts- und Prüfkriterien für Injektionsmaterialien fehlen. Diese Diplomarbeit soll als Grundlage dienen bzw. einen Beitrag liefern, um Prüf- und Qualitätskriterien für Weichgele festzulegen. Es sind umfangreiche Untersuchungen bezüglich der Mischungsverhältnisse im Hinblick auf Viskositätsentwicklung und Temperaturabhängigkeit während der Gelbildung sowie deren Einfluss auf die Gelier- und Kippzeit gemacht worden. Hierfür werden drei Untersuchungsmethoden herangezogen und verglichen. Darüber hinaus werden Untersuchungen die Synärese und Durchlässigkeit betreffend vorgestellt. Die in dieser Arbeit beschriebenen Versuche sind so aufgebaut, dass analog dazu Untersuchungen anderer Weichgelprodukte durchgeführt werden können.<br />Somit werden Vergleiche der unterschiedlichen Produkte im Hinblick auf die zuvor erwähnten Einflussparameter möglich. Bezüglich der Mischungsverhältnisse hat sich Folgendes gezeigt: mit steigendem Reaktivanteil in der Lösung wird die Gelierzeit verkürzt. Bei steigendem Wasserglasanteil ist hingegen ein Anstieg der Gelierzeit festzustellen. Der Temperatureinfluss auf die Gelier- und Kippzeit ist nicht für alle Mischungen gleich, sondern immer in Abhängigkeit des jeweiligen Mischungsverhältnisses zu sehen. Betrachtet man das Synäreseverhalten von Weichgelen, ist das Mischungsverhältnis mit einem niedrigen Reaktivanteil und hohem Wassergehalt am stärksten vom Schrumpfungsprozess betroffen. Dies führt auch zu einer Durchlässigkeitszunahme über die Zeit.<br />Abschließend bleibt festzuhalten, dass sich Weichgele - insbesondere durch ihre leichte Verarbeitbarkeit und aufgrund ihres ökonomischen Einsatzes - sehr gut zur Sohlabdichtung eignen.<br />

In order to horizontally seal low-lying excavation pits against groundwater, chemical grouting - in particular soft gel grouting - is one option among others. Soft gels consist of three components: sodium silicate, water and sodium aluminate. These separate elements need to be mixed up in a certain ratio. This process results in a solution of low-viscosity. The specific ratio is critical when it comes to the reaction rate as well as the physical and rheological properties of the solution. In case of using soft gel for the sealing of shallow excavation pits, the success of the grouting process basically depends on the experience of the operator, since quality and evaluation criteria regarding grouting material do not exist. This diploma thesis is supposed to serve as a basis for and contribute to the conception of these criteria for soft gels. Diverse mixing ratios of soft gels were examined with regard to the development of their viscosity and their temperature dependence in the course of the chemical reaction. Moreover, the influence of the mixing ratios on the gelling and tilting time was explored. In order to do so three different methods of investigation were used and, subsequently, compared. Beyond that, examinations of the syneresis and permeability of the soft gels are presented. All the experiments described in this thesis are set up in a way that allows for an analog examination of other soft gels. Thus, different products can be compared with regard to the stated influencing factors.<br />Concerning the mixing ratios the following results were obtained: An increasing share of reactive (sodium aluminate) reduces the gelling time whereas a relatively larger percentage of water glass (sodium silicate) results in its increase. The influence of the temperature on the gelling and tilting time differs depending on the particular mixing ratio. As far as the syneresis (age-realted contraction) of soft gels is concerned it was observed that solutions with a low share of reactive and a higher percentage of water glass are affected most resulting in an increase of permeability over time.<br />In conclusion, it is noted that soft gels are an appropriate method for sealing excavation pits since they are economical and easy to process.<br />