Isolatie, onderafdichting, uitvoeringsvormen, injectievloeistoffen

De keuze van het injectiemiddel wordt bepaald door de doorlatendheid van de bodem en randvoorwaarden met betrekking tot sterkte en deformatie-eigenschappen van de geïnjecteerde bodem (zie literatuurverwijzing 5 en 6). Het middel moet echter ook injecteerbaar zijn. De doorlatendheid van niet-cohesieve grond wordt bepaald door de korrelgrootte, aandeel fijne delen < 60 µm en het poriënvolume.

Korrelige grond bevat poriën die door een injectievloeistof kunnen worden gevuld. De grootte van de stroomkanaaltjes is afhankelijk van de korrelverdeling. Cement- en bentonietmengsels zijn niet in staat het poriënsysteem van zandgronden binnen te dringen. De cement- en bentonietdeeltjes worden in het poriënsysteem uitgefilterd en hoe hoger de druk waarmee geperst wordt hoe sneller en effectiever dit proces van filteren plaatsvindt. De penetratie van de vaste deeltjes blijft beperkt tot één of hoogstens enkele millimeters in de zandformatie. In onderstaande figuur zijn in een korrelverdelingsdiagram de grenzen aangegeven van een aantal verschillende middelen die bij de injectietechniek worden gebruikt. Hieruit blijkt dat niet meer met cementsuspensies kan worden geïnjecteerd zodra een grond in haar fijnste fractie een aandeel van meer dan 20% zand bevat. Een homogene behandeling met cement- bentonietmengsel is alleen mogelijk als de grof korrelige bodem heel weinig zand bevat.

Bij het injecteren van zanderige bodems moet men derhalve gebruik maken van andere oplossingen om het poriënvolume gelijkmatig opgevuld te krijgen en daarmee aan hoge eisen ten aanzien van de waterdichtheid en sterkte-eigenschappen te kunnen voldoen. Om injecteerbaar te zijn in minder doorlaatbare bodems dient de injectievloeistof bij voorkeur zeer dun vloeibaar te zijn (lage viscositeit) tijdens het injecteren. Na een zo mogelijk te voren te kiezen tijdsperiode dient de injectievloeistof een meer vaste fase te vormen. Dit kan worden bereikt met diverse chemische injectievloeistoffen. De viscositeit is hierbij voornamelijk afhankelijk van het soort produkt, de mengverhoudingen en de verdunningsgraad. Injecteren met chemisch injectievloeistoffen is een relatief kostbare aangelegenheid.

(zie literatuurverwijzing 3).

De bedoelde chemische injectievloeistoffen zijn volledige oplossingen in water. Het verharden van de oplossingen vindt plaats volgens een drietal verschillende mechanismen:

1. Directe verharding, door in aanraking te komen met een reactievloeistof (Joosten-procédé).
2. Vertraagde verharding, door een reactie met een voor de injectie toegevoegde reactievloeistof of component treedt na een bepaalde tijd pas een verharding op. De vertraging van de reactie wordt hierbij eventueel nog bijgestuurd door een katalysator.
3. Vertraagde verharding na contact met het grondwater.

Voor deze methode kunnen de volgende groepen van chemische injectievloeistoffen kunnen worden onderscheiden:

Waterglas (met verschillende reactievloeistoffen).
(zie literatuurverwijzing 7) Waterglas wordt gemaakt door een mengsel van zand en natriumcarbonaat tot 1400 °C te verhitten. Waterglas zelf vormt bij verharding geen ondoorlatende verbinding, hiertoe moeten één of meer stoffen worden bijgemengd die met waterglas een polymeer vormen. Een voorbeeld is natrium-aluminaat. Dit kan echter niet in definitieve oplossingen worden toegepast omdat het door doorsijpelend water gemakkelijk erodeert. Er is een aantal toeslagstoffen ontwikkeld specifiek voor toepassing bij isolatie in de bodem. Voorbeelden zijn Dynagrout PPN, Monodur en Durcisseur (Rhône-Poulenc).

Het verharden van waterglas vindt plaats via het mechanisme van vertraagde verharding (b) of via het mechanisme van directe verharding (a). Voorbeelden zijn: (b) Siroc, Monodur, Monosol; (a) Waterglas met calciumchloride.

In het geval van directe verharding worden bij de injectie twee verschillende vloeistoffen na elkaar in de bodem geperst waarna de chemische reactie in de bodem plaatsvindt. Bij deze reactie worden calciumsilicaat en natriumchloride gevormd. De doorlatendheid van de geïnjecteerde bodem wordt verlaagd doordat zich silica-sols en -gels in de poriën vormen. Dit hangt samen met een pH-verhoging van de oplossing in de bodem.

Chemische grouts op basis van waterglas zijn bij de sanering van het Cindu-terrein te Utrecht in de tijdelijke onderafdichting toegepast (zie literatuurverwijzing 8). Voor de aanleg van een 0,25 m dikke laag is 1,5 tot 3 kg waterglas/m² noodzakelijk. Met dit materiaal zijn k-waarden van 5x10-10 m/s tot 6x10-11 m/s bereikt. Het totale noodzakelijke volume injectievloeistof is afhankelijk van de korrelverdeling van de bodem. De resistentie van dit soort materialen voor onder andere gechloreerde, alifatische en aromatische koolwaterstoffen, minerale olie, oplosmiddelen, PAK’s, alifatische aminen, glycolen, esters en ketonen is in langlopende proeven vastgesteld (voor silicaatgels op basis van waterglas, water, Dynagrout PPN-A EN PPN-B) (zie literatuurverwijzing 9). Onderstaande figuur geeft de resultaten weer van doorlatendheidsproeven uitgevoerd op monsters die zijn genomen uit geïnjecteerde zandlagen van de onderafdichting.

(zie literatuurverwijzing 8)

Lignosulfiet met bichromaat
Lignosulfiet is een afvalprodukt van houtbewerking. Eventueel kan aluminiumchloride worden toegevoegd. Verharding vindt plaats volgens een vertraagde reactie (mechanisme b).

Organische harsen.
Organische harsen hebben een viscositeit die vergelijkbaar is met die van water. Ze zijn in staat om in de kleinste poriën te dringen. Sommige produkten kunnen tijdens hun reactie nog tot 5 keer hun oorspronkelijke volume zwellen. Kunstharsen zijn echter zeer kostbaar. In bodems met zeer grof bodemmateriaal kan kunsthars gemengd met bentoniet worden toegepast.

Voorbeelden die in deze categorie vallen zijn:

• vertraagde verharding (mechanisme b):
  • acrylamide (AM9), phenoplasten (resorcine-formol, Rocagil, Geoseal);
  • geprecondenseerde polymeren (aminoplasten; zoals Herculox, Diarock en Cyanaloc 62;
• vertraagde verharding na contact met grondwater (mechanisme c):
  • geprecondenseerde polymeren (bijvoorbeeld TACSS en DECI).

In de Duitse literatuur is het gebruik van de kunstharsen ‘Montanwachs/ Montanharzsuspensionen und Polymersilikate’ geëvalueerd (zie literatuurverwijzing 10).

De hierboven genoemde suspensies, emulsies en oplossingen kunnen worden gecombineerd met klei en bentoniet, waardoor bijvoorbeeld cementsuspensies vloeibaarder worden of de toepassing van organische harsen goedkoper wordt. In het algemeen neemt de sterkte van het produkt dan af. Het mengen van waterglas en bentoniet is niet aan te bevelen.