die renaissance der weichgelsohle- der lange weg vom ... spezialtiefbau gmbh, d-86529 schrobenhausen...

Die Renaissance der Weichgelsohle - der lange Weg vom Umweltkontaminanten zu

Ökosohle

10. Tiroler Geotechnik- und Tunnelbautag Universität Innsbruck

November 2012 Dr.-Ing.Wolfgang Schwarz

BAUER Spezialtiefbau GmbH Schrobenhausen

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© BAUER Spezialtiefbau GmbH, D-86529 Schrobenhausen

Wofür brauche ich eine Weichgelsohle?

Weichgel- Dichtsohle

Außen- Wasserspiegel

Innen- WasserspiegelBaugrubensohle

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Was ist Weichgel?

Wie und womit stellen wir die Weichgelsohle her?

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Was ist Weichgel?

Am Anfang waren die

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Was ist Weichgel?

Dann kam der Herbst, die

Da gab es nur noch wenige

kamen in die Mauser

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Was ist Weichgel?

Man brauchte etwas, um die Eier, die vor der Mauser gelegt wurden, frisch zu halten!

Den Kühlschrank gab es noch nicht.

Man dichtete die Eierschalen ab , mit einer wässrigen

Wasserglaslösung

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Was ist Weichgel?

Inzwischen war der Kühlschrank erfunden und in jedem Haushalt vorhanden.

Jetzt war das Wasserglas übrig, keiner konnte es mehr verwenden.

Was Eier abdichtet kann auch Baugruben abdichten

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Herstellung der Sohle

Abbohren/Rütteln des Gestänges auf die erforderliche Tiefe

Ziehen des Gestänges/Rohres und Verfüllen des Bohrloches

Einbau der Injektionslanzen mit Ventilkörper

Injektion mittels Kolbenmembranpumpen

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Herstellung der Sohle

Abbohren/Rütteln des Gestänges auf die erforderliche Tiefe

Ziehen des Gestänges/Rohres und Verfüllen des Bohrloches

Einbau der Injektionslanzen mit Ventilkörper

Injektion mittels Kolbenmembranpumpen

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Aus der Geschichte der Weichgelsohlen

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:

dungbis Juni 1995 ca. 100.000 m³ Weichgelsohlen waren allein in Berlin

hergestellt

20.06.1995 Genehmigungsstopp für Weichgelsohlen durch SenStadtUm

BegründungMitte 1995

durch den massierten Einsatz von Weichgel in Berlin gäbe es eine hohe Belastungen mit Aluminaten, Natrium, Silikaten und DOC bei Pegelbeprobungen im Zusammenhang mit Weichgelsohlen

Begründung: Ende 1996

Bei der Reaktion von Natron-Wasserglas mit dem Härter Natriumaluminat entsteht Natronlauge

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Ausgegrabene Probekörperdes Feldversuchs in Abu Dhabi

Gelbildung: Polymerisation von Monomeren zur Al-Si-Polymeren - dreidimensionale Gitterstruktur- Freisetzung von Na+ und OH-

Wasser-glas

Natriumalu- minat

Alumo-Silikat-Gel

Natriumhydroxid

Das Weichgel aus Sicht des Chemikers

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Weniger Natronlauge – aber wie?

1. Ersetze das Natriumaluminat !

2. Verringere den pH-Wert der Wasserglaslösung!

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Aluminat- Weichgel Silikatgel LWS

Komponenten:

Wasser

Wasserglas

Natriumaluminat

Lösung: pH 13

Komponenten:

Wasser

Wasserglas

Kieselsol

Natriumhydrogencarbonat

Lösung: pH < 10

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Aluminat- Weichgel Silikatgel LWS

Komponenten:

Wasser

Wasserglas

Natriumaluminat

Lösung: pH 13

Komponenten:

Wasser

Wasserglas

Kieselsol

Natriumhydrogencarbonat

Lösung: pH < 10

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Vertikale Säule h=50 cm, Ø 28 cmWassereinlauf untenWasserauslauf oben

Vorratsbehälter Wasser 200 l

Schlauchpumpestufenlos regelbar4,5 l/h Durchfluss

Messung AuslaufpH-Wert (alle 5 Minuten)Temperatur (alle 5 Minuten)Leitfähigkeit alle 5 Minuten) Kontrolle Durchfluss

Versuche zum Nachweis der Grundwasser- verträglichkeit: Versuchsstand

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Seitliche InjektionA: 0,3 l WeichgelB: 1,0 l Weichgel

Umströmung mit Leitungswassernach Gelzeitnach ca. 18 h

Entnahme von Proben zur Analysebei pH-Maximum

Analyse auf SiO2 , Na, OH-,pH, LF, H+-Kapazität

Versuche zum Nachweis der Grundwasser- verträglichkeit: Injektionskörper

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0,3 l seitl. injiziert, Umströmung nach ca. 18 hZusammenstellung der pH - Wertmessungen

7,00

7,50

8,00

8,50

9,00

9,50

10,00

10,50

11,00

11,5000

:00

00:3

5

01:1

0

01:4

5

02:2

0

02:5

5

04:0

0

05:4

5

07:3

0

09:1

5

11:0

0

12:4

5

14:3

0

16:1

5

18:0

0

19:4

5

21:3

0

23:1

5

01:0

0

02:4

5

04:3

0

06:1

5

08:0

0

09:4

5

11:3

0

13:1

5

15:0

0

16:4

5

18:3

0

20:1

5

22:0

0

Versuchsdauer

pH

-Wer

t 0,33 Liter 18.10.2002

0,33 Liter 23.10.2002

0,33 Liter 30.10.2002

Ausgangswerte-LeitungswasserpH-Wert 7,76Leitfähigkeit 0,49 mS/cm

Zylindervolumen

Versuchsergebnisse ph-Wert

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0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

1,50

1,60

1,70

1,80

1,90

2,0000

:00

00:3

0

01:0

0

01:3

0

02:0

0

02:3

0

03:0

0

04:0

0

05:3

0

07:0

0

08:3

0

10:0

0

11:3

0

13:0

0

14:3

0

16:0

0

17:3

0

19:0

0

20:3

0

22:0

0

23:3

0

01:0

0

02:3

0

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0

19:0

0

20:3

0

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Versuchsdauer in h

LF in

mS/

cm 0,33 Liter 18.10.2002

0,33 Liter 23.10.2002

0,33 Liter 30.10.2002

Ausgangswerte-LeitungswasserpH-Wert 7,76Leitfähigkeit 0,49 mS/cm

0,3 l seitl. injiziert, Umströmung nach ca. 18 h

Zylindervolumen

Versuchsergebnisse Leitfähigkeit

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Im Labor ist das Problem gelöst. Die ph-Wert-Reduktion ist gelungen.

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Schon gibt es erste Versuche im Feld!

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Erkenntnisse aus Feldversuchen Die Formen ähneln Pilzen und Baukuchen

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max. Durchmesser

Erkenntnisse aus Feldversuchen Hier sieht man schon fast eine Kugel

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Erkenntnisse aus Feldversuchen Kugel oder Zylinder, beides gibt es.

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Injektionsvolumen: 1900 l

Durchmesser: 1,50 m

Höhe: ca. 2,30 m

max. Durchmesser nicht immer auf Ventilhöhe

Höhe / Durchmesser ~ 1,5

Problem:

ungünstigeres H/D-Verhältnis erfordert Sicherheitszuschläge (Raster, Injektionsvolumen, Nachverpressung)

höhere Kosten, Unsicherheit bei der Rasterauslegung

Erkenntnisse aus Feldversuchen

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Forschungsarbeiten mit:

•TU Cottbus: großer Versuchskasten•TU BA Freiberg: umfangreiche Erfahrungen im Bereich der Injektionstechnik und mit Silikatgelen auf Kieselsol- Basis und großer Versuchskasten•UniBW München: Erfahrungen zu theoretische Modellierungen zum Ausbreitverhaltens und zum Grundwasserchemismus

Das pH-Wert Problem ist gelöst, aber wie bekommen wir auch die Produktionsqualität in den Griff?

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TU BA Freiberg

laborative Untersuchungen - zum Filtrationsverhalten - zum Gelierungsverhalten - zu Wechselwirkungen mit Baugrund und - zum Einsatz von Zusätzen / alt. Härtern

Variation der Wasserhärte, Mineralogie des Bodens, Organiganteil…

Beobachtung während der Versuche: „Fehlbildungen“ sind je nach Boden und Anmachwasser unterschiedlich stark

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UniBW München

Verifikation der Untersuchungen durch - theoretische Modellierungen der Reaktionsabläufe im LWS

mit WinWASI Reaktionsgleichgewichte mit PHREEQ Reaktionsgleichgewichte, Strömungsverhalten

- Sondierung von Einflussparametern auf die Reaktionsabläufe- Kontrolle der Wirkung der Zusatzmittel / neuen Härter von TU Freiberg

Anpassung der Versuche an der TU Freiberg

TU BA Freiberg

Das pH-Wert Problem ist gelöst, aber wie bekommen wir auch die Produktionsqualität in den Griff?

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Versuchsaufbau

Versuchsapparatur ohne Sand

Einbau des Versuchssands

Versuche zum Ausbreitverhalten zweidimensionale Injektionsversuch

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Zylinder - Versuch 2D - VersuchVergleich Injektionsversuche

Injektionsvolumen 505 mlInjektionsvolumen 505 ml

A0

A0

V1

V2

V3

V1

V2

V3

10 cm6 cm

4 cm20 cm

20 cm

20 cm

Gleiche Injektionsvolumen, aber:Reichweite bei Zylinder 3 x 20 cm

bei 2D-Versuch 10 + 6 + 4 = 20 cm

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BAUER Silikatgel LWS Ausbreitverhalten im Versuchskasten

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Versuchsfeld: Draufsicht und Schnitt

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Versuche zum Ausbreitverhalten im Versuchskasten

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PVC-Lanzen und Verpressschlauch

Mitarbeiter beim Mischen von BAUER

Silikatgel LWS

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Freilegen der Injektionskörper

Versuche zum Ausbreitverhalten im Versuchskasten

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Endlich der Durchbruch

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Lauter Kugeln, so haben wir das schon immer gewollt

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Freigelegte Oberflächen der Injektionskörper

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Freigelegte Oberflächen und angeschnittene Injektionskörper

Lauter Kugeln, so haben wir das schon immer gewollt

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Freigelegte Oberflächen und angeschnittene Injektionskörper

Deutlich zu erkennen ist die Injektionsreihen- folge anhand der Geometrie der Körper

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5.6.

7.

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Lauter Kugeln, so haben wir das schon immer gewollt

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Angeschnittene Injektionskörper

Deutlich zu erkennen sind die gerundeten, unteren Bereiche der Injektions- körper

Lauter Kugeln, so haben wir das schon immer gewollt

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Geschnittene Injektionskörper

Regelmäßige Formen

Lauter Kugeln, so haben wir das schon immer gewollt

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Freigelegte Injektionskörper

Lauter Kugeln, so haben wir das schon immer gewollt

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Schöne Kugeln müssen sein, aber ist das Material auch dicht?

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kf-Zellen für die Durchlässigkeitsversuche an den Proben

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Wie stecht es mit dem „Carbon Footprint“? Ein Vergleich LWS-Sohle mit einer Düsenstrahlsohle

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Jetzt sind wir auf den Baustellen und produzieren Weichgelsohlen

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BerlinUmspannwerk

Einbringen der Injektionslanzen im Rüttelverfahren

Deutlich erkennbar ist das sehr saubere, trockene Baufeld

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Die Baugrube ist trocken

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BerlinUmspannwerk

Danke für Ihre Aufmerksamkeit