DE10119054A1

DE10119054A1 - Mischungsagens zur Bodenverbesserung, Bodenverbesserungsverfahren und der mit dem Agens erhaltene verbesserte Boden

Info

Publication number: DE10119054A1
Application number: DE10119054A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Taki; Kiyokazu Sasaki; Shuji Yukitani
Original assignee: Taguchi Technical Laboratory Co Ltd
Current assignee: Taguchi Technical Laboratory Co Ltd
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2001-12-20
Also published as: US20010046419A1; US6536995B2; TW554032B; JP2001303053A; NL1017898A1; NL1017898C2

Abstract

Mischungsagens zur Bodenverbesserung, das besteht aus Kationen, ausgewählt aus Ca·++·, Na·+·, Mg·++·, K·+·, NH¶4¶·+·, Ba·++·, Fe·3+·, Al·3+·, Mn·4+·, Co·++· und Ti·4+·, Anionen, ausgewählt aus Cl·-·, SO¶4¶·--· und PO¶4¶·3-·, und einer organischen Säure wie Citronensäure, Weinsäure und Maleinsäure.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein anorganisches Mischungsagens, das zur Bodenverbesserung verwendet wird, auf ein Verfahren zur Verbesse rung der Qualität des Bodens und auf einen Baugrund (Boden für Bauzwecke), der durch das Mischungsagens verbessert ist.

Allgemein bekannt ist ein Erdboden-Zement-Verfahren zur Stabilisierung des Bodens in weichem Untergrund, bei dem die Erde mit Zement und einer geeig neten Menge Wasser vermischt wird.

Wenn jedoch die Erde 2% oder mehr organische Materialien enthält, die mei stens inhibierende organische Säuren aus einem Abbauorganismus wie Hu minsäure umfassen, die eine unlösliche organische Säure darstellt, ziehen die organischen Materialien, die auf den Oberflächen der Teilchen aus Erde vorlie gen, das Wasser des Hydroniumions (H₃O⁺) an, so daß die Erdboden-Teilchen von Wasser umgeben sind. Die Bindung und Verfestigung zwischen dem Ze ment und den Erdboden-Teilchen werden daher inhibiert durch das umgeben de Wasser, wodurch die Härtung (Verfestigung) des Erdbodens stark beein trächtigt (verschlechtert) wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mischungsagens, mit dem die Härte (Festigkeit) des Erdbodens erhöht werden kann, ein Verfahren zur Verbesse rung des Erdbodens und den dadurch verbesserten Erdboden bereitzustellen, worin die Inhibierung einer Bindung zwischen Zement und Erde als Folge von inhibierenden organischen Säuren wie Huminsäure, die in dem Erdboden ent halten sind, vermieden wird, so daß das vorstehend beschriebene Problem gelöst werden kann.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Mischungsagens zur Bodenver besserung das acht oder mehr Kationen, ausgewählt aus Ca⁺⁺, Na⁺, Mg⁺⁺, K⁺, NH₄ ⁺, Ba⁺⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Mn⁴⁺, Co⁺⁺ und Ti⁴⁺, zwei oder mehr Anionen, ausge wählt aus Cl^-; SO₄ ^{- -} und PO₄ ^3-, und eine organische Säure enthält.

Die organische Säure besteht aus einem oder mehreren Vertretern aus der Gruppe Citronensäure, Weinsäure und Maleinsäure.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Bo denverbesserung, das die Stufen umfasst:
Mischen von Zement mit Erde und
Mischen eines Bodenverbesserungsmittels, das acht oder mehr Kationen, aus gewählt aus Ca⁺⁺, Na⁺, Mg⁺⁺, K⁺, NH₄ ⁺, Ba⁺⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Mn⁴⁺, Co⁺⁺ und Ti⁴⁺, zwei oder mehr Anionen, ausgewählt aus Cl^-, SO₄ ^{- -} und PO₄ ^3-, und eine organi sche Säure enthält, mit der mit Zement vermischten Erde.

Beim Mischen des Zements mit der Erde wird dann, wenn die Erde nicht die für die Verfestigung des Zements erforderliche Feuchtigkeit enthält, eine geeignete Menge Wasser zugegeben. Wenn die Erde genügend Feuchtigkeit enthält, ist es nicht erforderlich, zusätzliches Wasser zu verwenden. Wenn der mit dem Mischungsagens gemischte Zement beispielsweise in die Erde einge spritzt wird oder dem Schlamm in Morästen zugemischt wird, wird eine geeig nete Menge Wasser zugegeben.

In dem Verfahren ist es bevorzugt, 0,32 bis 2 kg, bezogen auf Feststoffbasis, des Mischungsagens mit einer Erdboden-Mischung, die 20 bis 600 kg Zement pro 1 m³ Erdboden enthält, zu vermischen.

Ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren ist geeignet für die Verbesserung eines Bodens, der eine große Menge von inhibierenden organischen Säuren enthält, der mit dem Bodenverbesserungsmittel schwer zu härten (zu verfesti gen) ist.

Das Verfahren umfasst
das Mischen mindestens von Ca⁺⁺ von den bivalenten oder weiteren Kationen und einer organischen Säure, die einen Chelatbildungseffekt aufweist, mit der Erde, um so die in der Erde enthaltenen inhibierenden organischen Säuren zu neutralisieren,
das Mischen von Zement mit der Mischung aus Ca⁺⁺ und der organischen Säu re und der Erde und
das Mischen eines Bodenverbesserungs-Mischungsagens, das acht oder mehr Kationen, ausgewählt aus Ca⁺⁺, Na⁺, Mg⁺⁺, K⁺, NH₄ ⁺, Ba⁺⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Mn⁴⁺, Co⁺⁺ und Ti⁴⁺, zwei oder mehr Anionen, ausgewählt aus Cl^-, SO₄ ^{- -} und PO₄ ^3-, enthält, mit der gemischten Erde.

Die Menge des bivalenten Kations oder weiterer Kationen wird bestimmt in Ab hängigkeit von einem Wert, der für die Neutralisation des Wasserstoffions (H⁺) in der Carboxylgruppe (-COOH) (dem Kationenaustausch-Kapazitätswert (CEC)) erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen verbes serten Erdboden, in dem die Erde mit Zement gemischt ist und außerdem ge mischt ist mit einem Mischungsagens zur Bodenverbesserung, das acht oder mehr Kationen, ausgewählt aus Ca⁺⁺, Na⁺, Mg⁺⁺, K⁺, NH₄ ⁺, Ba⁺⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Mn⁴⁺, Co⁺⁺ und Ti⁴⁺, zwei oder mehr Anionen, ausgewählt aus Cl^-, SO₄ ^{- -} und PO₄ ^3-, und eine organische Säure enthält.

Die organische Säure umfasst einen oder mehrere Vertreter aus der Gruppe Citronensäure, Weinsäure und Maleinsäure. In dem verbesserten Erdboden sind 0,32 bis 2 kg, bezogen auf Feststoffbasis, des Mischungsagens mit einer Erdmischung gemischt, die 20 bis 600 kg Zement pro 1 m³ Erde enthält.

Diese und weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Ein erfindungsgemäßes Mischungsagens zur Bodenverbesserung umfasst ein pulverisiertes festes Mischungsagens und ein flüssiges Mischungsagens.

Das feste Mischungsagens umfasst einen oder mehrere Vertreter aus der Gruppe Magnesiumchlorid (MgCl₂), Kaliumchlorid (KCl), Calciumchlorid (CaCl₂), Natriumchlorid (NaCl) und Ammoniumchlorid (NH₄Cl), jeweils in einer Menge von 100 bis 300 g, und 10 bis 20 g eines Agens, bestehend aus Ko balt(II)chlorid (CoCl₂), Bariumoxid (BaO), Calciumsulfat (CaSO₄), Calciump hosphat (CaHPO₄) und Mangandioxid (MnO₂). Das feste Mischungsagens umfasst ferner eine oder mehrere organische Säuren, beispielsweise 10 bis 30 g Citronensäure (C₆H₈O₇).

Als flüssiges Mischungsagens werden die aus natürlichem Vermiculit mit Schwefelsäure extrahierten Mineralkomponenten verwendet. Ein Beispiel für die Zusammensetzung der unverdünnten Lösung für das flüssige Mischungsa gens ist nachstehend angegeben. Jede Komponente des flüssigen Mischungs agens liegt in Form von Ionen oder Mineralien vor und das spezifische Gewicht desselben liegt zwischen 1,1 und 1,2 und der pH-Wert liegt zwischen 0,3 und 1,0:

Eisen (Fe)	22,7 g/l
Aluminium (Al)	9,1 g/l
Magnesium (Mg)	2,7 g/l
Kalium (K)	1,5 g/l
Titan (Ti)	832 mg/l
Mangan (Mn)	559 mg/l
Phosphor (P)	216 mg/l
Calcium (Ca)	129 mg/l
Natrium (Na)	101 mg/l
Silicium (Si)	55 mg/l
Zink (Zn)	42 mg/l
Selen (Se)	32 mg/l
Vanadin (V)	19 mg/l
Kupfer (Cu)	8,4 mg/l
Germanium (Ge)	8,0 mg/l
Kobalt (Co)	7,0 mg/l
Nickel (Ni)	6,5 mg/l
Molybdän (Mo)	4,4 mg/l
Lithium (Li)	4,0 mg/l
freies Schwefelsäureion (SO₄ ^2-)	25 mg/l

Das vorstehend beschriebene flüssige Mischungsagens wird auf das 2000 fache verdünnt, so daß die Schwefelsäure-Konzentration etwa 100 ppm be trägt, so daß es verwendet werden kann. Das flüssige Mischungsagens, das auch als Verdünnungsmittel dient, wird mit dem festen Mischungsagens je nach dem gewünschten Verwendungszweck gemischt zur Herstellung des Mi schungsagens zur Bodenverbesserung.

Das vorstehend beschriebene Mischungsagens zur Bodenverbesserung wird zu 1 m³ Erde zugegeben und mit 20 bis 600 kg, besonders bevorzugt mit 50 bis 300 kg, Zement gemischt, um den Erdboden (die Erde) zu härten (zu verfesti gen). Nach dem Mischen des Zements mit der Erde wird dann, wenn die Erde nicht genügend Feuchtigkeit enthält, wie sie für die Verfestigung des Zements erforderlich ist, eine geeignete Menge Wasser zugegeben. Wenn die Erde ge nügend Feuchtigkeit enthält, ist es nicht erforderlich, zusätzliches Wasser zu verwenden. Wenn der mit dem Mischungsagens gemischte Zement beispiels weise in die Erde eingespritzt wird oder dem Schlamm in Morästen zugesetzt wird, wird eine geeignete Menge Wasser zugegeben.

Wenn der Zement mit Wasser gemischt wird, führen die Komponenten in dem Zement, z. B. CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, zu einer Verfestigung aufgrund ver schiedener Reaktionen derselben, während gleichzeitig verschiedene anorga nische Salze, Kristalle von Wasser enthaltenden Salzen davon und eine feste Lösung gebildet werden. Die Bindung zwischen den fest gewordenen Zement- Komponenten und den Erdekörnern muss verstärkt werden, um die Härte (Festigkeit) des Untergrunds zu erhöhen. Darüber hinaus muss der gehärtete (verfestigte) Erdboden zahlreiche feine Poren aufweisen, so daß er als perme abler Straßenabschnitt und Parkfläche verwendet werden kann, zur Verfesti gung von Schlamm und als Untergrund für eine Anpflanzung und zur Behand lung der normalen Fläche eines Flussufers zum Wachsenlassen von Pflanzen. Um diese Ziele bei dem konventionellen Erde-Zement-Verfahren zu erreichen, ist es wesentlich, dass verschiedene anorganische Salze, nadelförmige Kristal le, die hauptsächlich Chlorettringit umfassen, der ein wasserlösliches Salz ist, das vier Komponenten umfasst, bei denen es sich um CaO - SiO₂ - Al₂O₃ - Cl handelt, gebildet und stabilisiert werden.

Das erfindungsgemäße Bodenverbesserungs-Mischungsagens wird verwendet zur Bildung zahlreicher feiner Poren um eine feste und stabile Kristallgruppe herum. In dem verbesserten Erdboden wird eine feste Lösung bereitgestellt, in der die verschiedenen anorganischen Salze, die von dem Chlorettringit ver schieden sind, und planare oder nadelförmige Kristalle des Wasser enthalten den Salzes davon miteinander vermengt sind. Die feste Lösung ist stark an die Körner der Erde gebunden, wodurch die Härte (Festigkeit) des Erdbodens er höht wird. Außerdem wird das Mischungsagens zur Bodenverbesserung wäh rend einer Schlammbehandlung verwendet, um den Schlamm chemisch abzu bauen (zu zersetzen) und die Menge an riechenden Substanzen zu vermindern und die Substanzen innerhalb der feinen Zwischenräume zwischen den Kri stallgruppen zu absorbieren. Das Bodenverbesserungs-Mischungsagens ist ein Gemisch aus dem vorstehend beschriebenen festen Mischungsagens und dem vorstehend beschriebenen flüssigen Mischungsagens. Das Agens wird mit ei ner Mischung aus Erde und Zement in einer geringen Menge gemischt, um den Effekt zu erzielen. Der Effekt wird erhalten durch die synergistische Wirkung der verschiedenen Komponenten, die in den festen und flüssigen Mischungsa gentien enthalten sind. Der Effekt jeder größeren Komponente und die Gründe für die Festlegung der Mischungsverhältnisse derselben werden nachstehend angegeben.

Wenn der Zement gehärtet oder verfestigt wird, reagieren die Aluminate in dem härtenden Zement (der hart wird) mit verschiedenen Sulfaten unter Bildung von Verbindungen, die hauptsächlich nadelförmige Kristalle mit einem geringen spezifischen Gewicht von 1,78 bilden, die als Ettringit (3CaO.Al₂O₃.3CaSO₄. 31 ~ 33H₂O) bezeichnet werden. Wenn die nadelförmigen Kristalle in einer gro ßen Menge gebildet werden, nimmt die Wasserdurchlässigkeit zu. Wenn ande rerseits der nadelförmige Kristall wächst und sich daher ausdehnt, nimmt die Härte ab. Es ist somit erwünscht, eine Methode anzuwenden, um die Perme abilität aufrechtzuerhalten, ohne die Härte zu verringern.

Obgleich nadelförmige Kristalle die Basis bilden, werden daher um den nadel förmigen Kristall herum Kristalle verschiedener Formen, beispielsweise planare Kristalle, gebildet, um eine harte Mischung zu ergeben, die unzählige feine Po ren enthält. Es gibt verschiedene Komponenten, die in dem Mischungsagens enthalten sind, die zur Bildung von Kristallen mit planerer und sonstiger Gestalt beitragen. Als hauptsächlicher fester nadelförmiger Kristall wird zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Ettringit der ähnliche Chlorettringit gebildet, in dem das SO₄ ^2- des Ettringits durch Cl^- ersetzt ist. Gleichzeitig werden Kristalle mit verschiedenen anderen Gestalten um den Ettringit und den Chlorettringit herum gebildet. Die Kristalle müssen miteinander verfilzt sein, um die nadel förmigen Kristalle zu verstärken und zu stabilisieren, so daß die Funktion jeder Komponente und ihr Mischungsverhältnis im Hinblick auf die vorstehenden An gaben so festgelegt werden müssen, dass sie innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegen.

Erfindungsgemäß werden organische Säuren, z. B. Citronensäure, Weinsäure und Maleinsäure, dem festen Mischungsagens zugesetzt.

Die Citronensäure, die eine der organischen Säuren ist, wirkt als Salz eines Alkalimetalls wie Na⁺ und K⁺, beispielsweise als Natriumcitrat und Kaliumcitrat, auf eine Kristallwachstums-Oberfläche dieser Komponenten wie Gips in dem härtenden Zement ein, so daß der planare Prismenkristall wachsen kann. An dere organische Säuren wie Weinsäure und Maleinsäure haben den gleichen Effekt. Wenn die Menge der Citronensäure weniger als 10 g beträgt, ist ihr Bei trag zu dem Kristallwachstum gering, und wenn andererseits die Menge mehr als 30 g beträgt, nimmt die Härte der porösen Struktur ab. Desgleichen dienen Calciumchlorid, Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid und Ammo niumchlorid dazu, planare Kristalle aus verschiedenen unterschiedlichen Sub stanzen wie Gips zu bilden. Diese Chloride sind jedoch in einer größeren Zu gabemenge als die Citronensäure erforderlich. Wenn die Menge weniger als 100 g beträgt, ist kein Effekt in bezug auf die Verbesserung der Härte (Festig keit) festzustellen und wenn die Menge jeweils 300 g übersteigt, nimmt die Menge der begleitenden Chloridionen ebenfalls zu, wodurch der nadelförmige kristalline Ettringit vergrößert wird. Als Folge davon nimmt das Verhältnis zwi schen den nadelförmigen Kristallstrukturen und den anderen Kristallstrukturen ab, wodurch eine unerwünschte Abnahme der Härte der porösen Struktur ver ursacht wird.

Obgleich die Zugabemengen von Kobalt(II)chlorid, Bariumoxid, Calciumsulfat, Mangandioxid und Calciumphosphat gering sind, verglichen mit den obenge nannten Mengen der Alkalimetall- und Erdalkalimetallsalze, dienen sie jeweils dazu, das aus dem Ettringit stammende Salz wie Gips oder Calciumhydroxid und Tobermorit und Monosulfat in planare oder amorphe Kristalle umzuwan deln. Insbesondere treten dann, wenn die verschiedenen obengenannten Kri stalle gebildet werden, unregelmäßige Ionensubstitutionen durch verschiedene Metallionen auf, die dazu führen, dass Zwischenräume in den Gittern der Kri stalle entstehen, wodurch eine Änderung der Kristallstruktur hervorgerufen wird. Deshalb müssen verschiedene Salze zugegeben werden, wenn auch in geringer Menge.

Beispielsweise trägt Barium (Ba) zur Verstärkung der Bildung von elliptischen Kristallen bei, während Mangan (Mn) zur Verstärkung des Wachstums von hexagonalen Kristallen beiträgt und Kobalt (Co) zur Bildung von Kristallen mit anderen Gestalten beiträgt. Obgleich die jeweilige Zumischungsmenge so ge ring ist, dass es schwierig ist, die dadurch verursachten Effekte zu erkennen, erreichen die Effekte einen Grenzwert, wenn die Gesamtmenge 20 g über steigt. Da die meisten dieser Metallsalze teuer sind, verglichen mit anderen Komponenten, beträgt die bevorzugte Zugabemenge insgesamt etwa 10 g. Diese nachweisbaren Komponenten können vermieden werden in Abhängig keit von dem gewünschten Wert der Härte (Festigkeit) und der Porenzahl und der Verwendung der Erde.

Die kombinierte Verwendung des flüssigen Mischungsagens ist zu empfehlen für die Herabsetzung des fauligen Geruchs. Insbesondere wird das feste Mi schungsagens bei seiner Verwendung in Wasser gelöst unter Bildung einer Lösung, deren Konzentration etwa 10% beträgt, und auf das Gemisch aus Er de und Zement aufgesprüht. Das flüssige Mischungsagens wird gleichzeitig als Verdünnungsmittel verwendet. Wie vorstehend beschrieben, umfasst das flüs sige Mischungsagens Mineral-Komponenten, die mittels Schwefelsäure aus natürlichem Vermiculit extrahiert werden. Das flüssige Mischungsagens wird mit Wasser bis auf das 2000fache verdünnt, je nach Verwendung desselben, so daß in den meisten Fällen die Schwefelsäure-Konzentration 100 ppm be trägt. Die Lösung ist dadurch charakterisiert, dass sie OH-Radikale, gelöst in Sauerstoff, enthält, bei denen es sich um eine Form von aktivem Sauerstoff handelt, und dass sie verschiedene Metallionen und Mineralien umfasst. Die OH-Radikale oxidieren organische Schadstoffe und Abbaustoffe, die im Schlamm enthalten sind, oder durch eine Wechselwirkung mit den darin enthal tenen Mineralien tritt eine Änderung der Molekularstruktur der löslichen organi schen Substanzen auf, wodurch unlöslichen Salze abgetrennt werden. Der Schadstoff wird daher verringert und die Elution des Schadstoffes aus dem verfestigten Schlamm und die Emission von Geruch werden vermieden. Darüber hinaus rufen die Metallionen und Mineralien, die in dem flüssigen Mischungsa gens enthalten sind, den gleichen Effekt hervor wie diejenigen, die in dem fe sten Mischungsagens enthalten sind. Eine große Anzahl von verschiedenen Metallionen und Schwefelsäureionen dient dazu, die Kristallstruktur und die Gestalt der verschiedenen (komplexen) Salze zu ändern, wodurch sie zur Bil dung von hoch verdichteter (verfestigter) Erde beitragen. Die Verdünnungsrate des flüssigen Mischungsagens kann je nach Wunsch in Abhängigkeit vom Grade des Geruchs des Schlammes, der behandelt werden soll, festgelegt werden.

Durch Verwendung dieser festen und flüssigen Mischungsagentien ist es mög lich, Erde mit mehr als 2% inhibierenden organischen Säuren zu verfestigen. Es ist auch möglich, dass sich die Erde nicht verfestigt als Folge der organi schen Säure-Komponenten, die darin enthalten sind, obgleich der Gehalt an der organischen Säure weniger als 2% beträgt. Eine Untersuchung der Ursa che dafür, warum die Erde schwer zu verfestigen ist, wenn eine inhibierende organische Säure in einer großen Menge darin enthalten ist, hat gezeigt, dass die Menge an Carboxylgruppen (-COOH), die in der Struktur der organischen Säure enthalten sind, der Hauptgrund war. Die Menge kann dargestellt werden durch eine Kationenaustausch-Kapazität (CEC), deren Korrelation zu dem Ge halt an organischem Material (OM) in der Erde ebenfalls festgestellt wird.

Die Carboxylgruppe hat die Eigenschaft einer extrem starken Säure und zieht die vorstehend beschriebenen Hydronium-ionisierten Feuchtigkeits-Moleküle um die Umgebung derselben herum stark an, wodurch das Hartwerden gestört wird. Die Störung kann verhindert werden, wenn ein endständiges Ion H⁺ der Carboxylgruppe durch einen Ionenaustausch mit einem Metallkation wie Ca⁺⁺ neutralisiert wird. Damit die weiteren zugegebenen Metallionen wie Ca⁺⁺ die Carboxylgruppen in der Erde wirksam erreichen, um sie entsprechend der Menge an Metallionen in dem flüssigen Mischungsagens und die Carboxyl gruppe in der Erde zu neutralisieren, können gleichzeitig Substanzen mit einem Chelatbildungs-Effekt als Träger für die Metallionen zugegeben werden. Solche Substanzen sind das Natriumsalz von Citronensäure, Weinsäure, Maleinsäure, Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), das Natriumsalz von Nitrohuminsäure und ein Ammoniumsalz. Eine wässrige Lösung, die Substanzen, die einen Chelat bildenden Effekt aufweisen, wie Ca⁺⁺ und Citronensäure, in Mengen umfasst, die den Mengen der Carboxylgruppen in der dem Wasser zugesetzten Erde entsprechen, oder eine pulverisierte Mischung davon können anstelle des flüssigen Mischungsagens verwendet werden. Diese Chemikalien werden auf die Erde aufgebracht und damit gemischt als eine Vorbehandlung, um so die Neutralisation zu bewirken. Danach werden Zement, eine geeignete Menge Wasser und das erfindungsgemäße Bodenverbesserungs-Mischungsagens miteinander gemischt, um die Aushärtung (Verfestigung) der Erde zu bewirken, die eine große Menge an Faulstoffen enthält, die bisher schwierig gehärtet (verfestigt) werden konnte.

Nachstehend werden verschiedene erfindungsgemäße Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Die für das feste Mischungsagens ausgewählten Komponenten waren folgen de:

Magnesiumchlorid (MgCl₂)	175,00 g (20,0%)
Kaliumchlorid (KCl)	250,00 g (28,4%)
Calciumchlorid (CaCl₂)	175,00 g (20,0%)
Natriumchlorid (NaCl)	125,00 g (14,2%)
Ammoniumchlorid (NH₄Cl)	125,00 g (14,2%)
Kobalt(II)chlorid (CoCl₂)	1,50 g
Bariumoxid (BaO)	3,90 g
Calciumsulfat (CaSO₄)	3,60 g
Calciumphosphat (CaHPO₄)	3,50 g
Mangandioxid (MnO₂)	0,58 g
(Gesamtmenge an Kobalt(II)-chlorid, Bariumoxid, Calciumsulfat, Calciumphosphat und Mangandioxid)	13,08 g (1,5%)
Citronensäure (C₆H₈O₇)	15,00 g (1,7%)
Gesamtmenge	878,08 g (100,0%)

Es wurde ein flüssiges Mischungsagens in den nachstehend angegebenen Mi schungs-Verhältnissen verwendet. 1 kg des vorstehend beschriebenen festen Mischungsagens wurde in dem flüssigen Mischungsagens (in diesem Beispiel eine Flüssigkeit aus radikalischem Wasser, verdünnt auf das 800fache) gelöst zur Erzielung einer Menge von 101. Die Komponenten des resultierenden Erd bodenverbesserungs-Mischungsagens waren die folgenden, wobei die Gewich te der Metalle und anderen angegebenen Komponenten Werte darstellen, die durch Gravitations-Umwandlungsfaktoren umgewandelt wurden:

Calcium (Ca)	7 700 mg/l
Kalium (K)	15 000 mg/l
Magnesium (Mg)	2 700 mg/l
Natrium (Na)	9 200 mg/l
Kobalt (Co)	45 mg/l
Phosphor (P)	4,0 mg/l,
Silicium (Si)	4,3 mg/l
Germanium (Ge)	< 1 mg/l
Zink (Zn)	0,05 mg/l
Mangan (Mn)	0,10 mg/l
Eisen (Fe)	1,3 mg/l
Kupfer (Cu)	0,14 mg/l
Selen (Se)	< 0,01 mg/l
Nickel (Ni)	0,05 mg/l
Molybdän (Mo)	< 0,1 mg/l
Lithium (Li)	0,3 mg/l
Vanadin (V)	< 0,1 mg/l
Wolfram (W)	< 1 mg/l
Barium (Ba)	< 1 mg/l
Titan (Ti)	< 1 mg/l
Rubidium (Rb)	< 1 mg/l
Aluminium (Al)	0,94 mg/l
Ammonium (NH⁴⁺)	< 1 mg/l
pH-Wert	3,2 (-)
Chloridion (Cl^-)	4,5 Gew.-%
Sulfation (SO₄ ^{- -})	< 0,05 Gew.-%
Phosphation (PO₄ ^3-)	< 0,01 Gew.-%
Citronensäure	0,25 Gew.-%

Als Vorbehandlung zum Verfestigen von humusreicher Erde mit einem CEC- Wert von 28,8 meq./100 g und einem OM-Wert von 9%, die mit Zement schwierig zu verfestigen ist, wurde unter Verwendung des Bodenverbesse rungs-Mischungsagens in den vorstehend angegebenen Mischungs-Verhält nissen ein Gemisch von Calciumchlorid und Citronensäure zu Wasser zugege ben und ein flüssiges Mischungsagens (auf das 800fache verdünnt) wurde mit frischer Erde gemischt. Danach wurde eine Mischung aus dem festen Boden verbesserungs-Mischungsagens, Zement und einer geeigneten Menge Wasser zugegeben und durchmischt und die Mischung wurde verfestigt. Die uniaxialen Druckfestigkeitswerte, die nach dem Festwerden bestimmt wurden, sind in der Tabelle 1 angegeben.

Wie aus den Testergebnissen ersichtlich, nahm die Festigkeit bis auf 2,3 kgf/cm² zu, wenn das Calciumchlorid zugegeben wurde, und mit weiterer Zu gabe von Citronensäure dazu nahm sie bis auf 2,35 bis 2,4 kgf/cm² zu, wäh rend die Festigkeit der Probe ohne die Vorbehandlungs-Chemikalie weniger als 2,00 kgf/cm² betrug. Es wurden somit der Zugabeeffekt von Calciumchlorid und der Verbesserungseffekt der Citronensäure festgestellt.

Beispiel 2

Ein Test wurde durchgeführt mit dem Ziel, Muster-Mischungswerte zu erhalten zur Erzielung der gewünschten Druckfestigkeit von 17 kg/cm² zur Verbesse rung der Untergrund-Stabilität der normalen Ebene einer zusammengebroche nen Straße. Es wurde ein Mischungsagens mit den gleichen Mischungs- Verhältnissen wie in Beispiel 1 verwendet. Die Qualität der dem Test unterzo genen Erde war diejenige von Schlick, der Konglomerate enthielt und einen Feuchtigkeitsgehalt von 16,4%, eine Nassdichte von 1,893 g/cm³ und eine Trockendichte von 1,626 g/cm³ aufwies. Es wurden drei Typen von Zementen, nämlich 80 kg/m³, 100 kg/m³ und 120 kg/m³, ausgewählt und die Menge des erfindungsgemäßen Bodenverbesserungs-Mischungsagens betrug 1 kg/m³, bezogen auf Feststoffbasis. Nachstehend sind die Testergebnisse angegeben in Abhängigkeit von den Mischungsverhältnissen.

Aus den obengenannten Testergebnissen wurde gefunden, dass zur Erzielung der gewünschten Druckfestigkeit von 17 kgf/cm² die erforderliche Grundmi schung bestand aus 80 kg Zement, 1 kg erfindungsgemäßem Bodenverbesse rungs-Mischungsagens und 80 l Wasser pro 1 m³ Erde. Die Mischung dient zur Erzielung der Festigkeit nach 7 Tagen und eine mit dem Ablauf der Zeit erzielte höhere Festigkeit kann als Sicherheitsgrenze angesehen werden.

Beispiel 3

Es wurde ein Test durchgeführt unter Verwendung des Bodenverbesserungs- Mischungsagens in den gleichen Mischungs-Verhältnissen wie in dem Beispiel 1 zur Verbesserung eines Straßenbettes einer Straße, die auf der Basis eines Stadtplans gebaut wurde, zur Verbesserung des CBR-Wertes. Die Breite der Straße, die dem Test unterzogen wurde, betrug 18 m und die Verbesserungs tiefe betrug 0,4 m. Auf jeweils 1 m³ Erde wurden 60 kg Zement und 0,7 kg (Feststoffbasis) des erfindungsgemäßen Bodenverbesserungs-Mischungs agens verwendet.

Zuerst wurde das Straßenbett hergestellt und ein CBR-Test des Erdbodens wurde durchgeführt. Dann wurde Zement auf dem Straßenbett dispergiert und gerührt und mit einem Löffelbagger gemischt. Danach wurden 0,7 kg (Feststoff basis) des Bodenverbesserungs-Mischungsagens in Mengen zum Verdünnen des Agens auf das 10fache mit dem flüssigen Mischungsagens dispergiert. Der Ackerboden wurde mit einer Radwalze gewalzt, um die Erde zu verdichten. Der CBR-Test wurde nach 7-tägigem Härten (Verfestigen) durchgeführt.

Als Vergleichsbeispiel wurde eine Bodenverbesserung durchgeführt unter An wendung des gleichen Verfahrens wie oben, jedoch ohne Verwendung des Bodenverbesserungs-Mischungsagens, das heißt unter Verwendung von Ze ment, der mit einer Radwalze gewalzt und verdichtet wurde. Der CBR-Test wurde nach 7-tägigem Härten (Verfestigen) durchgeführt.

Bei dem Test betrug im Falle des Ackerbodens allein der CBR-Wert 2,9% und bei alleiniger Verwendung von Zement, gemischt mit dem Ackerboden, betrug der CBR-Wert 15,3%. Wenn jedoch der Zement und das Bodenverbesse rungs-Mischungsagens mit dem Erdboden gemischt wurden, stieg der CBR- Wert auf 25,5%, so daß ein extrem zufriedenstellendes Ergebnis erzielt wurde. Wie aus den Ergebnissen hervorgeht, wird eine Inhibierung der Bindung zwi schen Zement und Erde, die durch eine inhibierende organische Substanz wie Huminsäure verursacht wird, vermieden, wodurch die Härte (Festigkeit) des Erdbodens erhöht wird.

Beispiel 4

Ein Verfestigungsbehandlungstest von Schwemmland wurde durchgeführt un ter Verwendung des Bodenverbesserungs-Mischungsagens in den gleichen Mischungsverhältnissen wie in Beispiel 1. Im Verlaufe des Verfestigungs- Behandlungstests wurde von dem oberen 0,75 m-Abschnitt des jeweiligen Un tergrunds der untere 0,4 m-Abschnitt einer primären Pflasterung unterworfen und der obere 0,35 m-Abschnitt wurde einer sekundären Pflasterung unterwor fen. Die Verfestigungsfläche betrug 200 m² mit einem Volumen von 150 m³ und der Gradient betrug 3%. Vor dem Test wurden Labortests in bezug auf die uniaxiale Druckfestigkeit und die Permeabilität durchgeführt, um die Eigen schaften des Bodenuntergrunds zu bestimmen. Die Ergebnisse der Labortests sind in der Tabelle 3 angegeben. Die Mischungs-Verhältnisse repräsentieren die Mischungsmenge pro 1 m³ Bodenverbesserungs-Mischungsagens.

Tabelle 3

Die Labortests ergaben eine ausreichende Festigkeit und Permeabilität des Bodenuntergrunds, so daß der Verfestigungstest wie vorstehend beschrieben durchgeführt wurde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 angegeben.

Tabelle 4

Wie aus den obigen Testergebnissen ersichtlich, wurden zufriedenstellende Werte sowohl für die uniaxiale Druckfestigkeit als auch für die Permeabilität erhalten. Ein lokales Einsinken, beispielsweise ein Einbrechen des Unter grunds, als Folge einer darauf einwirkenden Belastung durch Landauffüllung mit Abfall wurde verhindert. Außerdem konnten Auslaugungssammel- und Drainage-Rohrleitungen und Drainage-Schichten funktionieren, da verhindert wurde, dass Erde eindrang und einen Gegengradienten verursachte. Als Folge davon wurden die Betriebsfähigkeit und Befahrbarkeit mit Maschinen während des Baus von Untergrundanlagen aufrechterhalten. Darüber hinaus wurde durch Verwendung des erfindungsgemäßen Bodenverbesserungs-Mischungs agens eine Inhibierung der Bindung zwischen Zement und Erde, die durch eine organische Substanz wie Huminsäure verursacht wird, verhindert, so daß die Härte (Festigkeit) des Erdbodens erhöhte wurde. Außerdem wurde zusätzlich zur Verbesserung der Permeabilität als Folge der Hydratation durch die Bildung von porösen Ettringit-Kristallen, wie vorstehend beschrieben, schädliche Schwermetalle aus dem Erdboden adsorbiert und gebunden, so daß die Eluti onsmenge derselben und damit der Geruch vermindert wurden.

Beispiel 5

Es wurde ein Bodenverbesserungs-Mischungsagens mit den gleichen Mi schungs-Verhältnissen wie in Beispiel 1 verwendet zur Verfestigung eines ent wässerten Abwasserschlammkuchens, der in einer Kläranlage gebildet worden war, so daß er nach 3-tägiger Alterung eine uniaxiale Druckfestigkeit von 0,7 kg/cm² aufwies. Es wurden 100 kg Zement und 0,5 kg Mischungsagens auf Feststoffbasis zu 1 t des entwässerten Schlammkuchens zugegeben und zu gemischt zur Herstellung von Proben. Die Testergebnisse sind in der Tabelle 5 angegeben.

Tabelle 5

Wie aus den Testergebnissen ersichtlich, überstieg die uniaxiale Druckfestig keit nach 3-tägiger Alterung den gewünschten Wert von 0,7 kg/cm³. Die Festig keit des Original-Schlammkuchens ohne Zement oder Bodenverbesserungs- Mischungsagens war nicht messbar. Die Ergebnisse zeigten, dass durch Ver wendung des erfindungsgemäßen Bodenverbesserungs-Mischungsagens die Inhibierung der Bindung zwischen dem Zement und der Erde, hervorgerufen durch eine organische Substanz wie Huminsäure, verhindert wurde.

Beispiel 6

Es wurde ein Bodenverbesserungs-Mischungsagens mit den gleichen Mi schungsverhältnissen wie in Beispiel 1 zur Verbesserung des Schwemmlandes eines Flusses verwendet. Der Zement und das Bodenverbesserungs-Mi schungsagens wurden wie in der Tabelle 6 angegeben zu 1 m³ des gesammel ten Schwemmlandes zugemischt. Die uniaxiale Druckfestigkeit (qu: kg/cm²), der Feuchtigkeits-Gehalt (ω: %), die Nassdichte (ρ: t/m³) und der pH-Wert wur den bestimmt.

Tabelle 6

Wie aus Testergebnissen ersichtlich, waren in dem erfindungsgemäßen Bei spiel der Feuchtigkeits-Gehalt und die Nassdichte höher als in dem Ackerbo den jeder der Proben, was die Verbesserung zeigt. Vom Standpunkt der unia xialen Druckfestigkeit aus betrachtet nahm die Festigkeit zu proportional zur Menge des Bodenverbesserungs-Mischungsagens, obgleich die Zugabemenge des zur Erhöhung der Festigkeit erforderlichen Zements 40 kg/m³ betrug, so daß ein wesentlicher zusätzlicher Effekt erzielt wurde. Das Ergebnis zeigt, dass durch Verwendung des erfindungsgemäßen Bodenverbesserungs-Mischungs agens die Inhibierung der Bindung zwischen Zement und Erde, die durch eine organische Substanz wie Huminsäure verursacht wird, verhindert wurde, wo durch die Härte (Festigkeit) des Erdbodens erhöht wurde.

Aus den vorstehenden Angaben geht hervor, dass erfindungsgemäß die Inhi bierung der Bindung zwischen Zement und Erde, die durch durch eine inhibie rende organische Substanz wie Huminsäure einschließlich einer hauptsächlich korrosiven Säure verursacht wird, verhindert wird, so daß die Härte (Festigkeit) des Erdbodens zunimmt.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend in Verbindung mit einer bevorzugten spezifischen Ausführungsform beschrieben, es ist jedoch klar, dass diese Be schreibung nur der Erläuterung der Erfindung dient und ihren Bereich nicht ein schränkt, der durch die folgenden Patentansprüche definiert wird.

Claims

1. Mischungsagens zur Bodenverbesserung, das umfasst:
acht oder mehr Kationen, ausgewählt aus Ca⁺⁺, Na⁺, Mg⁺⁺, K⁺, NH₄ ⁺, Ba⁺⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Mn⁴⁺, Co⁺⁺ und Ti⁴⁺;
zwei oder mehr Anionen, ausgewählt aus Cl^-, SO₄ ^{- -} und PO₄ ^3- und eine organische Säure.

2. Mischungsagens nach Anspruch 1, worin die organische Säure aus ei nem oder mehreren Vertretern aus der Gruppe Citronensäure, Weinsäure und Maleinsäure besteht.

3. Verfahren zur Bodenverbesserung, das die Stufen umfasst:
Mischen von Zement mit Erde und
Mischen eines Erdbodenverbesserungs-Mischungsagens, das acht oder mehr Kationen, ausgewählt aus Ca⁺⁺, Na⁺, Mg⁺⁺, K⁺, NH₄ ⁺, Ba⁺⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Mn⁴⁺, Co⁺⁺ und Ti⁴⁺; zwei oder mehr Anionen, ausgewählt aus Cl^-, SO₄ ^{- -} und PO₄ ^3-, und eine organische Säure enthält, mit der mit dem Zement gemischten Erde.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin die organische Säure besteht aus einem oder mehreren Vertretern aus der Gruppe Citronensäure, Weinsäure und Maleinsäure.

5. Verfahren nach Anspruch 3, worin 0,32 bis 2 kg, bezogen auf Feststoff basis, des Mischungsagens mit einer Erdmischung gemischt werden, die 20 bis 600 kg Zement auf 1 m³ Erde enthält.

6. Verfahren zur Bodenverbesserung, das die Stufen umfasst:
Mischen von mindestens Ca⁺⁺ von den bivalenten oder weiteren Kationen und einer organischen Säure, die einen Chelatbildungs-Effekt aufweist, mit Erde, um die in der Erde enthaltenen inhibierenden organischen Säuren zu neutrali sieren;
Mischen von Zement mit der Mischung aus Ca⁺⁺ und der organischen Säure und dem Erdboden; und
Mischen eines Bodenverbesserungs-Mischungsagens, das acht oder mehr Ka tionen, ausgewählt aus Ca⁺⁺, Na⁺, Mg⁺⁺, K⁺, NH₄ ⁺, Ba⁺⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Mn⁴⁺, Co⁺⁺ und Ti⁴⁺; zwei oder mehr Anionen, ausgewählt aus Cl^-, SO₄ ^{- -} und PO₄ ^3-, enthält, mit der gemischten Erde.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin die organische Säure, die einen Chelatbildungs-Effekt aufweist, einen oder mehrere Vertreter aus der Gruppe der Natriumsalze von Citronensäure, Weinsäure, Maleinsäure, Ethylendiamin tetraessigsäure, Natriumsalz von Nitrohuminsäure und Ammoniumsalz um fasst.

8. Verbesserte Erde, die mit Zement gemischt ist und außerdem mit einem Mischungsagens zur Bodenverbesserung gemischt ist, das acht oder mehr Ka tionen, ausgewählt aus Ca⁺⁺, Na⁺, Mg⁺⁺, K⁺, NH₄ ⁺, Ba⁺⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Mn⁴⁺, Co⁺⁺ und Ti⁴⁺; zwei oder mehr Anionen, ausgewählt aus Cl^-, SO₄ ^{- -} und PO₄ ^3-, und eine organische Säure enthält.

9. Verbesserte Erde nach Anspruch 8, in der die organische Säure einen oder mehrere Vertreter aus der Gruppe Citronensäure, Weinsäure und Malein säure umfasst.

10. Verbesserte Erde nach Anspruch 8 oder 9, in der 0,32 bis 2 kg, bezogen auf Feststoffbasis, des Mischungsagens mit einer Erdmischung vermischt sind, die 20 bis 600 kg Zement auf 1 m³ Erde enthält.