SILIKATGELLÖSUNG ZUM INJIZIEREN IN EINEN BODEN

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Herstellen einer Injektions-Silikatgellösung zum Injizieren in einen Boden gemäß dem Anspruch 1.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Injektions-Silikat- gellösung gemäß dem Anspruch 7.

Bei Baugruben, deren Sohlen unterhalb eines Grundwasserspiegels liegen, ist im All gemeinen eine Baugrubenumschließung erforderlich. Die Baugrubenumschließung soll einen Eintritt von Grundwasser in die Baugrube verhindern. Zum Herstellen der Baugrubenumschließung wird eine vertikale dichte Umfassungswand bis zu einer was sersperrenden Bodenschicht im Boden erstellt. Für den Fall, dass keine natürliche, horizontal verlaufende, wassersperrende Bodenschicht vorhanden ist, muss für die Baugrubenumschließung eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Dichtsohle er stellt werden. Zum Herstellen einer solchen Dichtsohle ist es aus der DE 102 18 771 A1 bekannt, ein Weichgel in den Boden zu injizieren. Dabei kann das Weichgel zum Zeitpunkt der Injektion noch eine geringe Viskosität aufweisen und fließfähig oder flüs sig sein. In diesem Verfahren wird der Einsatz eines flüssigen Kieselsols ohne jegliche Verwendung von Wasserglas als Injektionsmedium angeregt.

Durch das Einpumpen des Injektionsmediums wird um eine Injektionsstelle ein kugel- oder scheibenförmiger Injektionskörper erzeugt, bei dem Flüssigkeit zwischen festen Bodenpartikeln durch das Injektionsmedium verdrängt wird. Durch die vorhandene oder sich ausbildende gelartige Struktur des Injektionsmediums hat der so gebildete Injektionskörper eine wassersperrende dichtende Eigenschaft. Durch eine Aneinan derreihung einer Vielzahl derartiger Injektionskörper kann in einer Bodenschicht eine wassersperrende Schicht und damit eine Dichtsohle ausgebildet werden.

Aus der EP 2 787 123 B1 ist es bekannt, zum Herstellen einer Injektions-Weichgellö- sung Leitungswasser als Anmachwasser zu verwenden, welchem ein Komplexbildner zugesetzt wird. Durch den Komplexbildner werden Metallionen in dem Anmachwasser gebunden, so dass beim Mischen mit einem Dichtgrundstoff verbesserte Eigenschaf ten des Injektions-Weichgels hinsichtlich Viskosität und Fließeigenschaften erzielt wer den können. Als Dichtgrundstoff kann Kieselsol oder Wasserglas zum Vermischen mit dem Anmachwasser verwendet werden.

Aus der WO 2019/121873 A1 ist eine andere Injektionslösung bekannt, die ebenfalls auf den Einsatz von Wasserglas verzichtet. Durch das hier vorgeschlagene Verfahren kann auf eine aktive Mischvorrichtung zur Mischung der Einzelkomponenten verzichtet werden, da die Verwendung von Kohlendioxid, als gasförmiges Reaktiv, automatisch zu einer gleichmäßigen Durchmischung der Komponenten führt.

Schließlich offenbart die JP H10-036840 A, Hinweise auf die Zusammensetzung einer möglichen Injektionslösung. Dieser Stand der Technik enthält allerdings keinerlei Hin weise, wie eine Mischung der Komponenten erfolgen könnte.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine Anlage und ein Verfahren zum Herstellen einer Injektions-Silikatgellösung anzugeben, mit welchen in besonders effi zienter Weise eine Injektions-Silikatgellösung mit guten Injektionseigenschaften her gestellt werden kann.

Die Aufgabe wird zum einen durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 78 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprü chen angegeben.

Gemäß der Erfindung ist eine Anlage zum Herstellen einer Injektions-Silikatgellösung zum Injizieren in einen Boden vorgesehen, mit einer Filtervorrichtung, welche von ei nem Anmachwasser zur Vorbehandlung durchströmbar ist, wobei die Filtervorrichtung mindestens ein Filterelement für einen lonenaustausch, insbesondere einen Harzfilter, aufweist, einer Zumischvorrichtung zum dosierten Zumischen eines Härters, insbeson dere eines Hydrogencarbonat-Pulvers, einer Zuführvorrichtung zum Zuführen von flüs sigem Kieselsol in das vorbehandelte Anmachwasser, eine Zuführvorrichtung zum Zu führen von flüssigem Wasserglas in das vorbehandelte Anmachwasser und einer Mischvorrichtung zum Vermischen und Homogenisieren der zugeführten Komponen ten mit dem vorbehandelten Anmachwasser zum Bilden einer Injektions-Silikatgellö- sung.

Ein erster Aspekt der Erfindung liegt dabei darin, das Anmachwasser durch ein Hin durchleiten durch eine Filtervorrichtung vorzubehandeln. Dabei weist die Filtervorrich tung mindestens ein Filterelement für einen lonenaustausch auf. Hierdurch kann die Notwendigkeit entfallen, dem Anmachwasser einen chemischen Stoff, wie einen Kom plexbildner, zuzuführen. Metallionen in dem Anmachwasser können sich unmittelbar etwa an einem lonenaustauschharz anlagern und dort festgehalten werden. Diese Vor behandlung des Anmachwassers ist effizient und kostengünstig.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass dem so vorbehandelten An machwasser anschließend ein Härter, z.B. Hydrogen-Carbonat, in pulverförmiger Form, sowie Kieselsol und Wasserglas im flüssigen Zustand zudosiert werden. Hier durch kann erreicht werden, dass sich eine besonders gute Mischung mit Lösung des Härters, z.B. pulverförmigen Hydrogen-Carbonats, ohne übermäßige Einbringung von Mischenergie ergibt. Dies ist energieeffizient und unterstützt eine kontrollierte Gelbil dung. Dies ermöglicht eine besonders gute Dosierbarkeit und Injizierbarkeit der Sili katgellösung Anschließend kann die so hergestellte Silikatgellösung in den Boden injiziert werden. Dabei kann die Silikatgellösung bereits beim Injizieren eine gewisse gelartige Struktur aufweisen oder diese erst bei Injektion in die Bodenschicht ausbil den. Es findet dann eine Gelbildung statt, welche die Abdichtung erzeugt. Dies bildet dann zusammen mit dem Boden einen Silikatgelkörper.

Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anlage besteht darin, dass diese leitungsverbunden mit einer Injektionseinrichtung ist, mit welcher die hergestellte Injektions-Silikatgellösung in den Boden zum Bilden einer Silikatgelsohle injizierbar ist. Die Injektionseinrichtung kann dabei insbesondere eine Pumpeinrichtung sein, welche mit einer Injektionslanze, etwa eines Bohrgerätes, leitungsverbunden ist. Die Injekti- onslanze kann an einem Bohrgestänge ausgebildet sein, mit welchem das Injektions medium in den Boden in eine vorgesehene Bodenschicht mit einem vorgegebenen Druck, welcher vorzugsweise zwischen 3 bar bis 30 bar beträgt, eingebracht wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass das Filterele ment ein lonenaustauschharz, insbesondere ein Kationenaustauschharz und/oder ein Anionenaustauschharz, umfasst. Hierdurch können sowohl negative als auch positive Metallionen dem Anmachwasser zuverlässig entzogen werden. Insbesondere kann so auch eine gewünschte Wasserhärte des Anmachwassers eingestellt werden. Diese kann vorzugsweise einen Härtegrad unter 3, vorzugsweise 0, betragen oder im Be reich nahe 0 liegen. Hierdurch kann ein besonders gleichmäßiges und definiertes Ge lierverhalten der eingestellten Mischung und somit eine besonders gleichmäßige Dichtwirkung des Injektionsgels erzielt werden.

Eine besonders gute Vorbehandlung des Anmachwassers kann nach einer Weiterbil dung der Erfindung dadurch erzielt werden, dass die Filtervorrichtung mindestens ein erstes Filterelement mit einem Kationenaustauschharz und mindestens ein zweites Filterelement mit einem Anionenaustauschharz aufweist. Mit der Filtervorrichtung kann auch eine Reinigung des Wassers mit Entfernen von Grobpartikeln und Trübstoffen erfolgen.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass mehrere erste Filterelemente und mehrere zweite Filterelemente wechselweise in Strömungsrichtung zueinander angeordnet sind. So können besonders zuverlässig verschiedenste Metallionen aus dem Anmach wasser entfernt werden. Selbst bei einer schwankenden Zusammensetzung des Lei tungswassers kann so ein Silikatgelmedium in weitgehend gleicher Qualität erreicht werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage liegt darin, dass die Filtervorrichtung eine Rückspüleinrichtung zur Regeneration des mindestens einen Filterelementes aufweist. Durch eine regelmäßige Rückspülung des Filterele mentes oder der einzelnen Filterelemente können die angelagerten Metallionen von dem Austauschharz wieder entfernt und abgespült werden. Dabei wird der Effekt der Umkehrosmose an den Filterelementen angesetzt. Da die Metallionen dem normalen Leitungswasser entzogen sind, können sie ohne Weiteres als normales Abwasser ab geführt oder einer anderen Nutzung zugeführt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, dass die Injektionseinrichtung Teil eines Bohrgerätes ist. Insbesondere kann die Injektionsein richtung auf einem Bohrgerät oder nahe an einem Bohrgerät zum Erdbohren angeord net sein, so dass in besonders effizienter Weise ein Weichgel erstellt und unmittelbar verarbeitet werden kann. Dies spart Energie-, Zeit- und Transportkosten bei der Er stellung einer Dichtsohle im Boden für eine Baugrubenumschließung.

Gemäß der Erfindung ist weiter ein Verfahren zum Herstellen einer Injektions-Silikat- gellösung, insbesondere mit einer der zuvor beschriebenen Anlagen, vorgesehen, wo bei Anmachwasser durch eine Filtervorrichtung mit mindestens einem Filterelement für einen lonenaustausch durchgeleitet wird, wobei das Anmachwasser vorbehandelt wird, dem vorbehandelten Anmachwasser ein Härter, insbesondere ein Hydrogencar- bonat-Pulver, zugemischt wird, anschließend flüssiges Kieselsol und flüssiges Was serglas dem vorbehandelten Anmachwasser zugeführt werden und das Anmachwas ser mit den zugeführten Komponenten vermischt und homogenisiert wird, wobei das Injektions-Silikatgellösung gebildet wird.

Das Verfahren kann insbesondere mit einer der zuvor beschriebenen Anlagen ausge führt werden. Dabei können die zuvor beschriebenen Vorteile erzielt werden.

Grundsätzlich können die Komponenten Kieselsol und Wasserglas in unterschiedli chen Mischungsverhältnissen zueinander zugeführt werden. Eine hinsichtlich der Gel bildung und der Abdichtwirkung besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, dass das Kieselsol und das Wasserglas in einem Verhältnis von 1 : 1 zueinander dem Anmachwasser zugeführt werden.

Eine Verbesserung der genannten Eigenschaften des Weichgelmediums wird insbe sondere dadurch erzielt, dass der Härter, insbesondere Hydrogencarbonat-Pulver, in einem Verhältnis von 0,5 : 1 zu dem Kieselsol beziehungsweise zu dem Wasserglas zugeführt wird. Die angegebenen Verhältniszahlen beziehen sich insbesondere auf Massenangaben zu den genannten Komponenten. Abhängig von dem lokalen Einsatzort und den pH-Werten im Boden kann die Injekti- ons-Silikatgellösung mit einem gewünschten pH-Wert eingestellt werden. Eine beson ders vorteilhafte Verfahrensvariante besteht nach der Erfindung darin, dass die Injek- tions-Silikatgellösung mit einem im Wesentlichen neutralen pH-Wert zwischen 6 und 10 gebildet wird. Es handelt sich dabei um die typischen pH-Werte, welche in Boden schichten und dem Grundwasser vorzufinden sind, so dass durch die Injektions-Sili katgellösung keine oder keine übermäßige Beeinflussung des natürlichen pH-Wer- tebereichs erfolgt.

Die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Anlage sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung erläutert, die ein schematisches Ablaufdiagramm darstellt.

Zum Herstellen der Injektions-Silikatgellösung wird Anmachwasser, welches vorzugs weise Leitungswasser oder Grundwasser ist, einer Filtervorrichtung zur Wasserreini gung und Vorbehandlung zugeleitet. Die Filtervorrichtung kann dabei mindestens ein Filterelement mit einem lonenaustauschharz aufweisen. Das Filterelement kann auch als Harzfilter bezeichnet werden. Das so vorbehandelte Anmachwasser kann unmit telbar einer Mischanlage oder vorzugsweise einem Vorratsbehälter für eine spätere Weiterverarbeitung zugeleitet werden. In der Filtervorrichtung kann auch eine mecha nische Reinigung etwa durch Abfiltern von Trübstoffen erfolgen.

In einer ersten Mischanlage, welche mit mechanischen Rührelementen versehen ist, kann einer vorbestimmten Menge an vorbehandeltem Anmachwasser pulverförmiges Hydrogencarbonat, etwa Natriumhydrogencarbonat, zugeführt werden, wobei eine Vormischung in der Mischanlage erstellt wird. Diese Vormischung kann vorzugsweise in einem Vorratsbehälter für eine Weiterverarbeitung oder direkt zu einer weiteren In- jektions- und Mischanlage zugeführt werden, in welcher flüssiges Kieselsol und flüssi ges Wasserglas zur Fertigstellung der Injektions-Silikatlösung zudosiert werden. Dies kann in einer zweiten Mischanlage oder mit der ersten Mischanlage durchgeführt wer den. Vorzugsweise unmittelbar nach der Zudosierung und der Vermischung wird das so hergestellte Weichgelmedium einer Injektionseinrichtung zugeführt, mit welcher es an einem Injektionspunkt in einen Boden zu einer gewünschten Bodenschicht geleitet wird, um dort eine Dichtsohle auszubilden.