(57) Zur Errichtung von Schutzdämmen gegen Hochwasser, zum schnellen Abdichten von Wassereinbrüchen,
zum Verschließen von Türen und Fenstern gegen eindringendes Wasser und zum Überhöhen
von durch Überflutung bedrohten Schutzmauern sollte ein System geschaffen werden,
daß die Vorteile aber nicht die Nachteile von Sandsäcken besitzt und das die Errichtung
von Schutzdämmen gegen Wasser ohne aufwendige Füllung ermöglicht. Diese geschieht
durch einen Hochwasserschutz, der sich dadurch auszeichnet, daß eine Hülle eine wasserunlösliches,
in Wasser stark quellendes Polymeres in einer Form enthält, bei der zumindest eine
Dimension klein genug ist, um eine rasche Wasseraufnahme zu gewährleisten und wobei
die Durchlässigkeit der Hülle zwar ein schnelles Eindringen des Wassers ermöglicht
aber das Herausfallen des ungequollenen Polymeren verhindert.
Wenn eine solche wasserdurchlässige Hülle, z.B. in Form eines Sackes, der zu einem
geringen Prozentsatz seines möglichen Innenvolumens mit den Quellungsmittel gefüllt
ist, mit Wasser in Berührung kommt, quillt das Polymere sehr schnell auf und bildet
ein Gel, das den Sack prall füllt
[0001] Zur Errichtung von Schutzdämmen gegen Hochwasser, zum schnellen Abdichten von Wassereinbrüchen,
zum Verschliessen von Türen und Fenstern gegen eindringendes Wasser und zum Überhöhen
von durch überflutung bedrohten Schutzmauern werden seit langer Zeit Sandsäcke verwendet.
Vorteile des Sandsackes sind seine durch hohes Gewicht bedingte Standfestigkeit und
die Fähigkeit, sich Unebenheiten anzupassen. Nachteilig ist, daß größere Mengen kaum
gelagert oder transportiert werden können, so daß im Bedarfsfall die Säcke erst an
Ort und Stelle gefüllt werden und dafür unter Umständen die Zeit fehlt.
[0002] Andererseits wurde auch versucht, große Schläuche aus beschichtetem Gewebe, die mit
Wasser gefüllt werden, als Schutzdamm zu verwenden. Vorteile dieses Systems sind die
gute Lagerfähigkeit der aufgerollten Schläuche und die leichte Verfügbarkeit des Füllmaterials
Wasser. Nachteilig ist, daß sich die großen Schläuche den örtlichen Verhältnissen
nur schlecht anpassen lassen und daß das Füllen starke leistungsfähige Pumpen und
Hydranten erfordert. Ferner ist eine ausreichende Standfestigkeit nur gegeben, wenn
noch ein beachtlicher Teil des gefüllten Schlauches aus dem Wasser ragt, denn nur
dieser verleiht ihm noch das für den Halt erforderliche Gewicht.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaffen, das die Vorteile
des Sandsackes besitzt aber nicht seine Nachteile und das die Errichtung von Schutzdämmen
gegen Wasser ohne eine aufwendige Füllung ermöglicht.
[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hochwasserschutz gelöst, der sich
dadurch auszeichnet, daß eine Hülle ein wasserunlösliches, in Wasser stark quellendes
Polymeres in einer Form enthält, bei der zumindest eine Dimension klein genug ist,
um eine rasche Wasseraufnahme zu gewährleisten und wobei die Durchlässigkeit der Hülle
zwar ein schnelles Eindringen des Wassers ermöglicht aber das Herausfallen des ungequollenen
Polymeren verhindert.
[0005] Wenn eine solche wasserdurchlässige Hülle, z.B. in Form eines Sackes, der zu einem
geringen Prozentsatz seines möglichen Innenvolumens mit dem Quellungsmittel gefüllt
ist, mit Wasser in Berührung kommt, dann quillt das Polymere sehr schnell auf und
bildet ein Gel, das den Sack prall füllt. Man kann mit solchen "Gel-Säcken" ganze
"Gel-Mauern" errichten. Man kann auch Systeme, z.B. größere Schläuche mit dem darin
befindlichen hochsaugaktiven Polymeren im Boden oder auf Mauern oder vor den zu schützenden
Stellen verankern. Sobald das Wasser dann die Schläuche erreicht, quellen die Absorber
auf, füllen den Schlauch und bewirken damit einen automatischen Hochwasserschutz.
[0006] Die im Wasser stark quellenden Polymeren sind bekannt. Es kann sich um natürliche
Quellungsmittel, wie verschie
- dene Gummen (s. Römpps Chemie-Lexikon 8. Aufl. Stichwort Gummi, Bd. 2, S.1558/1559)
handeln, sofern durch an sich bekannte Vernetzung dieser Polysaccharide dafür gesorgt
wird, daß sie zwar aufquellen aber nicht in kolloidale Lösungen übergehen. Ebenso
sind unter dieser Voraussetzung für die Zwecke der Erfindung Alginate, Pektine und
Gelatine geeignet.
[0007] Bevorzugt werden erfindungsgemäß vollsynthetische Quellungsmittel, bei denen es sich
meist um Homopolymere der Acryl- oder Methacrylsäure oder um Copolymere mit einem
oder mehreren äthylenisch ungesättigten Comonomeren handelt. Die Carboxylgruppen dieser
vernetzten Polymeren können auch in der einwertigen Salzform, insbesondere als Alkalisalze
vorliegen. Derartige in Wasser unlösliche in Wasser stark quellende Polymeren sind
beispielsweise in den amerikanischen Patentschriften 3 983 095, 3 954 721, 4 017 653
und 4 018 951 beschrieben. Sie werden, in der Fachwelt auch als Hochsaugaktiv-Polymere
oder sog. Super- absorber bezeichnet. Das gilt insbesondere für die Copolymeren von
Acryl- oder Methacrylsäure mit Acrylamid, Methacrylamid und Acrylnitril, wie sie in
der DE-PS 27 06 135 beschrieben und als FAVOR ®-Polymere im Handel sind.
[0008] Letztere enthalten die in Wasser unlöslichen Quellungsmittel im Gemisch bzw. in Kombination
mit aktiver Kiesel-säure, wobei das Gewichtsverhältnis von ungequollenem Polymeren
zu aktiver Kieselsäure 2 bis 10 beträgt.
[0009] Bei den aktiven Kieselsäuren handelt es sich um Produkte, die insbesondere als Füllstoffe
oder Absorber bekannt sind, wie die Kieselsäurexerogele mit BET-Oberflächen über 30
m
2/g, in der Regel mehreren 100 m
2/g oder die durch flammenhydrolytische Spaltung von Siliciumtetrachlorid gewonnenen
aktiven Kieselsäure mit BET-Oberflächen von 50 bis 450 m
2/g (Aerosil). Anstelle der aktiven Kieselsäuren sind auch aus Wasserglas und den entsprechenden
Metallsalzen und eventuell Mineralsäuren gefällte aktive Silikate, insbesondere des
Calciums, Magnesiums oder Aluminiums mit BET-Oberflächen über 30 m
2/g in Form ihrer Xerogele für die Zwecke der Erfindung in Kombination mit den hochsaugaktiven
Polymeren verwendbar.
[0010] Andere für die Zwecke der Erfindung gut geeignete Hochsaugaktiv-Polymere sind ferner
vernetzte Polyäthylen-und/oder Polypropylenoxide.
[0011] In der Hülle liegt das ungequollene Polymere in Form von Fasern, dünnen Bändern,
Folienschnitzeln oder Teilchen über 50 µm Korngröße vor. Die Korngröße und die Korngrößenverteilung
haben einen beachtlichen Einfluß auf die Kinetik des Quellvorganges. Sind die Absorberkörner
groß, z.B. über 1 mm, so werden diese zwar schnell benetzt, aber die Kontaktfläche
ist relativ klein. Sind die Absorberkörner klein, so bildet sich beim Benetzen der
Schicht außen eine kompakte Gelschicht, die das weitere Eindringen des Wassers bremst.
Eine Mischung aus kleinen und großen Teilchen verhält sich aus den gleichen Gründen
ungünstig. Wenn das erfindungsgemäß zu verwendende Quellungsmittel als zu feines Pulver
vorliegt, besteht ferner die Gefahr, daß die Teilchen durch die Hülle hindurchrieseln,
wenn diese Löcher, Poren oder Maschenweite hat wie sie für eine wirksame Wasserdurchlässigkeit
erforderlich ist. Aus diesen Gründen soll auch wenigstens eine Dimension des Quellungsmittels
klein genug sein, um eine rasche Wasseraufnahme zu gewährleisten.
[0012] Wenn das ungequollene Polymere demzufolge in Form kleiner Körnchen vorliegt, haben
diese vorzugsweise eine Größe von etwa 200 bis 500 µm. Die "Super-Absorber" können
auch in Form von agglomerierten Körnern als Kugeln, Tabletten oder Brocken von etwa
2 bis 10 mm Durchmesser vorliegen, die beim Kontakt mit Wasser auseinanderfallen.
[0013] Die für eine Füllung benötigte Menge kann in eine wasserlösliche Verpackung abgefüllt
werden, was das Einbringen der Absorber in die Säcke sehr erleichtert.
[0014] Es ist bekannt, die erfindungsgemäß zu verwendenden in Wasser stark quellenden Polymeren
auch in Faser-oder Folienform zu überführen. Demgemäß können sie auch als Fasern,
in Form von Bändern oder Folienschnitzeln, eingesetzt werden. Fasern oder Bänder dieses
Materials können zu Matten, Gelegen oder Vliesen geformt sein, die einfach in die
Hülle eingeschoben werden können und dann schon für eine gleichmäßige Verteilung in
zwei Dimensionen der Hülle sorgen.
[0015] Die Füllmenge richtet sich nach dem Quellvermögen, das z.B. bei dem hochsaugaktiven
Polymeren bis zum 500-fachen Volumen des ungequollenen Polymeren erreichen kann. Sie
muß so bemessen sein, daß die Hülle prall gefüllt ist, wenn der Superabsorber nahezu
vollständig aufgequollen ist. Daher füllt das ungequollene Polymere in der Regel 0,2
bis 10 % des möglichen Innenvolumens der Hülle aus. In der Regel reichen 1 bis 5 %
des verfügbaren Volumens.
[0016] Zur besseren Verteilung des Wassers auf das stark quellende Polymere und zur vollen
Nutzung seiner Quellfähigkeit und zur Vermeidung des Zusammenbackens, insbesondere
des pulverförmigen Super-absorbers, kann es zweckmäßig sein, diesem feinteilige Feststoffe,
wie z.B. Holzmehl, zuzusetzen. Noch besser kann das Zusammenwirken und das gleichmäßige
Heranführen des Wassers an alle Teilchen des ungequollenen oder noch nicht voll gequollenen
Polymeren erreicht werden, wenn man dem ungequollenen Polymeren gegen Luftfeuchtigkeit
beständige Pulver zumischt, die mit Wasser inerte unbrennbare Gase entwickeln. Als
solche eignen sich z.B. die als Brausepulver bekannten Gemische von Bicarbonaten und
festen ungiftigen Säuren, die für den vorliegenden Anwendungszweck selbstverständlich
keine Süß-oder Geschmacksstoffe zu enthalten brauchen und die mit Wasser Kohlendioxid
entwickeln.
[0017] Die Hülle muß die Forderung erfüllen, daß sie zwar soweit wasserdurchlässig ist,
daß sie ein schnelles Eindringen von Wasser ermöglicht aber das Herausfallen des noch
ungequollenen Polymeren verhindert. Zweckmäßig hat die Hülle die Form eines Sackes
oder eines an den Enden verschlossenen Schlauchs. Das Volumen der Säcke beträgt etwa
20 bis 50 1 und für die Schläuche empfiehlt sich ein Durchmesser von 20 bis 100 cm.
Die Hülle besteht in der Regel aus einem textilen Flächengebilde, z.B. Gewebe aus
einem Material das auch naß noch eine hohe Festigkeit besitzt. Daher werden die Säcke
oder Schläuche vorzugsweise aus einem synthetischen Fasermaterial, z.B. Polyestern,
gefertigt. Die Gewebeeinstellung ist so gewählt, daß zwar Wasser eindringen kann aber
daß z.B. das feinteilige Quellungsmittel nicht durch das Gewebe rieseln kann.
[0018] Der erfindungsgemäße Hochwasserschutz hat bei der Lagerung nur einen extrem geringen
Raumbedarf. Das Füllmaterial, nämlich Wasser, ist immer vorhanden, und das Füllen
erfolgt ohne jeden Aufwand. Man kann fast von einer Automatik sprechen, wenn man trockene
Schläuche auslegt, die sich füllen, wenn das Wasser kommt. Obgleich der Hochwasserschutz
zum Wirksamwerden Wasser benötigt, sind die mit dem gequollenen polymeren Gel gefüllten
Säcke in dem Sinne "wasserdicht", daß sie den weiteren Durchtritt von Wasser verhindern.
[0019] Der erfindungsgemäße Hochwasserschutz ist zweckmäßigerweise so konzipiert, daß er
wiederholt eingesetzt werden kann. Zwar können die aufgequollenen Absorber das gespeicherte
Wasser auch an die Luft wieder abgeben und somit wäre eine Lufttrocknung der gefüllten
Sacke theoretisch möglich, würde aber in den meisten Fällen zuviel Zeit benötigen.
Auch ein Abtransport der mit dem Gel gefüllten Säcke zu einer Trocknungseinrichtung
wäre in den meisten Fällen zu aufwendig. Deshalb ist es am einfachsten, die Säcke
nach jedem Einsatz zu entleeren, zu trocknen, neu mit dem Quellungsmittel auszustatten
und zu lagern. Damit sind sie wieder für den Ernstfall einsatzbereit.
[0020] Aus den genannten Gründen haben die Hüllen wenigstens eine verschließbare öffnung.
Das Wiederbefüllen der Säcke wird wesentlich erleichtert, wenn sich die jeweils erforderliche
Menge des ungequollenen Polymeren in einer vorgefertigten leicht einfüllbaren Form
befindet, wie das oben schon für die feinkörnigen Produkte in wasserlöslichen Beuteln
oder Gelegen und Vliese aus Fasern oder Bändern des Super-Absorbers beschrieben ist.
Die notwendige Menge des Quellmittels kann aber auch direkt in einer verhältnismäßig
dünnen wasserdurchlässigen Hülle, beispielsweise einem Vlies, einem leichten Gewebe
oder einer durchlöcherten Folie untergebracht sein, die als Einschieber für eine äußere
Schutzhülle aus einem groben widerstandsfähigen Gewebe vorgesehen ist, die für die
erforderliche mechanische Festigkeit des Hochwasserschutzes sorgt. Auch in diesem
Fall muß die innere den Superabsorber enthaltende Hülle ausreichende Abmessungen haben,
damit der grobe äußere Sack oder Schlauch im Bedarfsfall durch das aufgequollene Polymere
prall gefüllt wird.
[0021] Für den Aufbau von Schutzwällen aus den einzelnen Säcken oder Schläuchen empfiehlt
es sich, sie mit Vorrichtungen zu versehen, die ein Verbinden der Hüllen miteinander
ermöglicht. Solche Vorrichtungen, die die einzelnen Elemente zusammenhalten, können
Haken und ösen sein, ösen durch die ein Seil gezogen werden kann etc. Grundsätzlich
sollte der Schutzwall genügend hoch vorgesehen sein, um durch sein Gewicht die erforderliche
Standfestigkeit zu gewährleisten, wozu aber auch eine Verankerung im Boden beitragen
kann.
1. Hochwasserschutz, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülle
ein wasserunlösliches, in Wasser stark quellendes Polymeres in einer Form enthält,
bei der zumindest eine Dimension klein genug ist, um eine rasche Wasseraufnahme zu
gewährleisten und
daß die Durchlässigkeit der Hülle zwar ein schnelles Eindringen von Wasser ermöglicht,
aber das Herausfallen des ungequollenen Polymeren verhindert.
2. Hochwasserschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in Wasser stark
quellende Polymere ein Hochsaugaktiv-Polymeres (sog. Superabsorber) ist.
3. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ungequollene
Polymere im Gemisch mit aktiver Kieselsäure vorliegt.
4. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis
von ungequollenem Polymeren zu aktiver Kieselsäure 2 bis 10 beträgt.
5. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das ungequollene
Polymere o,2 bis 10 % des möglichen Innenvolumens der Hülle ausfüllt.
6. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ungequollene
Polymere in Form von Fasern, dünnen Bändern, Folienschnitzeln oder Teilchen über 5o
µm Korngröße vorliegt.
7. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen
des Hochsaugaktiv-Polymeren eine Größe von 5o bis 2000 µm, vorzugsweise von 2oo bis
5oo µm, haben.
8. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern
oder Bänder aus ungequollenem Polymeren und gegebenenfalls der aktiven Kieselsäure,
eine Matte, ein Gelege oder ein Vlies bilden.
9. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle die
Form eines Sackes oder eines an den Enden verschlossenen Schlauchs hat.
10. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle aus
einem textilen Flächengebilde besteht.
11. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle aus einem synthetischen Fasermaterial, insbesondere
Polyestergewebe, besteht.
12. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllen
mit Vorrichtungen versehen sind, die ein Verbinden der Hüllen miteinander ermöglichen.
13. Hochwasserschutz nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle
wenigstens eine verschließbare öffnung besitzt.
14. Hochwasserschutz nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle mit einer
äußeren Schutzhülle der erforderlichen mechanischen Festigkeit, insbesondere aus einem
groben widerstandsfähigen Gewebe, versehen ist.
15. Hochwasserschutz nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das ungequollene
Polymereals Einschieber ausgebildet ist.
16. Hochwasserschutz nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
daß zur besseren Verteilung des Wassers und zur Vermeidung des Zusammenbackens des
pulverförmigen Polymeren diesem feinteilige Feststoffe zugesetzt werden.
17. Hochwasserschutz nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch den Zusatz von gegen Luftfeuchtigkeit
beständigen Pulvern, die mit Wasser inerte, unbrennbare Gase entwickeln.
18. Hochwasserschutz nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch den Zusatz eines Kohlendioxid
entwickelnden Gemisches von Bicarbonaten und festen ungiftigen Säuren.