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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauwerkelementes im Boden nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen Bodenmörtel zum Bilden eines Bauwerkelementes in einem Hohlraum im Boden nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
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Ein stets vorkommender Spurenbestandteil in zur Zementherstellung verwendeten Komponenten ist das Schwermetall Chrom, das bei den hohen Temperaturen der Zementherstellung (ca. 1400°C) durch den im Prozess eingeführten Luftsauerstoff in der Regel in die sechswertige Oxidationsstufe, das heißt in das Chrom(VI)-oxid, beziehungsweise das Chromatanion überführt wird. Die Anwesenheit von Chromat in Zement ist aber unerwünscht, weil bei der Zugabe von Wasser zur Verarbeitung des Zements die gelösten Chromate auch in geringen Konzentrationen gesundheitsschädlich sind.
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Die technischen Regeln für Gefahrstoffe (DRGS 613) fordern bereits seit 1993, dass der Chrom(VI)-Gehalt von handelsüblichen Zement und zementhaltigen Zubereitungen auf 2 mg/kg begrenzt wird. Mit Wirkung ab Januar 2000 hatte die Deutsche Werkmörtelindustrie sich in einer freiwilligen Branchenregelung verpflichtet, nur noch chromatarme Werkmörtel herzustellen. Als „chromatarm” gilt Mörtel bereits dann, wenn der auf die Trockenmasse des Mörtels bezogene Chromatanteil unter 2 ppm liegt.
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In dem Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Walter de Gruyter & Co., 47. bis 56. Auflage, Berlin 1960, Seite 354, ist beschrieben, dass Zinn(II)-chlorid in saurer Lösung Chromate zu Chrom(III)-Salzen reduziert.
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In der
EP 0 054 314 A1 und
EP 0 160 746 B1 wird die Zugabe von Eisensulfat zum ge mahlenen Zement beschrieben, wobei das Eisensulfat in trockener Form dem Zement lagersilo zugegeben wird. Darin wird darauf hingewiesen, dass die chromatreduzieren de Wirkung von Eisen(II)-sulfat, welches dem Zement zugemischt wird, während der Lagerung mit der Zeit abnehmen kann.
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Eine derartige Behandlung für handelsüblichen Zement ist kostengünstig und ausreichend.
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Zur Erstellung von Bauwerkselementen im Boden ist die Verwendung eines sogenannten Bodenmörtels bekannt. Unter Bodenmörtel wird eine Mischung aus Zementsuspension und Bodenmaterial verstanden, welcher bei der Erstellung eines Hohlraumes für das Bauwerkselement, etwa eines Gründungs- oder eines Hochdruckinjektions(HDI)-Pfahles anfällt. Derartige Verfahren sind etwa aus der
DE 42 19 150 C1 oder der
DE 43 19 239 A1 bekannt.
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Aus der
EP 1 452 645 A1 ist weiter ein Verfahren zum Herstellen einer Schlitzwand bekannt, auch CSM
®-Verfahren genannt, bei welchem im gefrästen Schlitz das abgefräste Bodenmaterial in situ mit zugeführter Zementsuspension vermengt wird. Der so gebildete Bodenmörtel härtet zu einer Schlitzwand aus.
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Trotz Verwendung von handelsüblichem Zement wurde festgestellt, dass Probleme aufgrund von Chrom(VI) auftreten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauwerkelementes im Boden sowie einen Bodenmörtel zum Bilden eines Bauwerkelementes in einem Hohlraum im Boden anzugeben, bei denen Problemen aufgrund der schädlichen Chrom(VI)-Ionen besonders zuverlässig vorgebeugt ist.
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Die Aufgabe wird einerseits durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauwerkelements im Boden mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und andererseits durch einen Bodenmörtel zum Bilden eines Bauwerkelementes im Boden mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angeführt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Bauwerkelementes im Boden ist vorgesehen, dass durch Abtragen von Bodenmaterial ein Hohlraum erzeugt wird, in welchen zumindest eine Zementsuspension eingeleitet und zum Bilden des Bauwerkelementes mit wenigstens einem Teil des abgetragenen Bodenmaterials zu einem abbindbaren Bodenmörtel vermischt wird. Erfindungsgemäß wird während des Herstellens des Bauwerkelementes ein Zusatzmittel zugesetzt, das Zinn(II)-Ionen freisetzt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass in Bodenmörteln überraschend der Gehalt an Chrom(VI) wieder ansteigen kann. Eine mögliche Ursache hierfür kann darin bestehen, dass bei Bodenmörtel aufgrund der natürlichen und nicht genau vorhersehbaren Bodenbestandteile eine verstärkte Rück-Oxidation von Chrom(III) zu Chrom(VI) auftreten kann. Dies wird noch dadurch gefördert, dass Bodenmörtel etwa durch Zusätze häufig verzögert abbindet und somit bis zu mehreren Tagen in einem fließfähigen Zustand vorliegt.
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Durch das erfindungsgemäß unmittelbar bei der Bodenmörtelherstellung zugesetzte Zinn(II) werden neu oxidiertes Chrom(VI) oder verbliebenes Chrom(VI) verstärkt und zuverlässig zu Chrom(III) reduziert.
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Zinn(II)-Verbindungen sind im Gegensatz zu Eisen(II)-Verbindungen amphoter und lösen sich sowohl in Säuren wie auch in Basen. Das durch Zinn(II) reduzierte Chrom(VI) zu Chrom(III) wird als schwer löslicher Chrom-Zinn-Komplex irreversibel ausgefällt, wodurch das Chrom(III) dem Zement dauerhaft entzogen wird und somit nicht mehr zur Chrom(VI)-Bilanz beitragen kann. Durch Zinn(II)-Ionen ist es möglich, den Gehalt an wasserlöslichem Chromat auch in lange fließfähigem Bodenmörtel, nachhaltig gering zu halten.
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Das Zinn(II) stellt ein starkes Reduktionsmittel dar, weil es das Bestreben hat, in seine vierwertige Stufe überzugehen und in stark basischer Lösung ein amphoteres Zinn(II)-hydroxid bildet, das auch bei sehr hohen pH-Werten seine Mobilität nicht verliert. Deshalb wird das Chrom(VI) nahezu vollständig zu Chrom(III) reduziert.
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Zinn(II)-Ionen können auf verschiedene Weise erzeugt werden. Besonders ist hierbei die Bildung aus Salzen wie z. B. Zinnsulfat, Zinnoxid, Zinnlignosulfonsäure und anderen Verbindungen zu nennen. Geeigneterweise wird Zinnsulfat (SnSO4) eingesetzt.
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Diese Verbindung wird in großem Maßstab elektrochemisch gewonnen und ist deshalb preisgünstig zu beziehen.
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Reduktionsmittel auf Zinn(II)-Basis weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Zinn(II) ist toxikologisch unbedenklich und kann sowohl als Pulver wie auch als Flüssigkeit eingesetzt werden, wobei insbesondere der Einsatz in flüssiger Form eine genaue Dosierung zulässt, die auf den jeweiligen Chromatgehalt im Einzelfall abgestimmt ist. Ferner wird eine dauerhafte, über die ganze Zementmatrix beständige Reduktion des Chrom(VI)-Gehaltes auf einen Wert < 2 ppm erreicht, so dass Personen beim Umgang mit dem Reduktionsmittel Zinn(II) behandelten Baustoffen nicht mehr mit Chrom(VI) kontaminiert werden und nicht an der Chromatose erkranken. Während bei der Herstellung des Zements im Zementwerk eine speziell behandelte Zinnverbindung zugegeben werden muss, da die Zementmasse trocken ist und über längere Zeit gelagert werden muss und die Zinnverwendung dennoch ihre Wirksamkeit erhalten soll, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Zinn(II)-Verbindung mit einer wässrigen Suspension vermengt, so dass keine Vorbehandlung wie bei einem trockenen Einsatz erforderlich ist. Dadurch können auch bliligere Zinnausgangsprodukte verwendet werden.
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Der Chrom(VI)-Gehalt in der Ausgangszementsuspension unterscheidet sich von der im Bodenmörtel sowie von der im Mörtelrückfluss. Dies beruht auf dem nicht einstellbaren Wasser-Zement-Verhältnis, da die Mörtelbildung teilweise erst im Grundwasser erfolgt. Somit kann in Abhängigkeit von der zu behandelnden Suspension und der darin enthaltenen Chrom(VI)-Menge eine definierte Dosis an Zinn(II) zugegeben werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich für alle Verfahren zur Herstellung eines Bauwerkelementes im Boden unter Bildung und Verwendung eines Bodenmörtels geeignet. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren jedoch bei sogenannten Mixed-in-Place-Verfahren, bei denen über mehrere nebeneinander angeordnete Schnecken auf dem anstehenden Boden durch Zugabe einer Zementsuspension mit gegebenenfalls geringen Zusätzen an Bentonit ein Mörtel aus dem Bodenmaterial angerührt wird. Neben Mischsystemen mit paddelartigen Rührstangen eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für das sogenannte CSM®-Verfahren, bei dem eine schlitzwandfrasartige Vorrichtung in das Erdreich abgeteuft wird und unter Zugabe einer Zementsuspension ein Bodenmörtel an Ort und Stelle angerührt wird. Weitere Formen von Bodenmörtel werden gebildet, wenn im Düsenstrahlverfahren (HDI) der anstehende Boden mit einem Hochdruckschneidstrahl aus Wasser oder Zementleim aufgeschnitten wird, und in die Poren oder Kohlräume ein Zementleim eingebracht wird, oder wenn in den Boden Injektionsventile eingebracht werden, in die zum Auffüllen der mit Wasser gefüllten Poren ein Bindemittel auf Zementbasis eingepresst wird.
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Diese Verfahren zur Herstellung eines Bodenmörtels haben die Eigenschaft, dass die gebildeten Bodenmörtel gegenüber den herkömmlichen Beton- und Zementmörteln eine deutlich geringere Druckfestigkeit aufweisen. Dies ist teilweise durch die Bodenfeinteile aus Ton und Schluff oder auch durch die Zugabe von Bentonitsuspensionen bedingt, die zur Verarbeitung notwendig sind, oder kann sich aus einem verfahrensbedingten, größeren Wassergehalt oder Wasser-Bindemittel-Faktor ergeben. Eine weitere Besonderheit der Verfahren unter Bildung eines Bodenmörtels liegt darin, dass bei der Herstellung des Bodenmörtels „in situ” auch ein Anteil des entstandenen Bodenmörtels an der Erdoberfläche ausgetragen wird. Dieser überschüssige Bodenmörtel muss anschließend entsorgt werden.
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Die niedrigfesten Bodenmörtel haben den wesentlichen Nachteil, dass sie aufgrund der niedrigen Festigkeiten stärker gegen Auslaugung durch das Grundwasser gefährdet sind, wobei durch die Auslaugung Chrom(VI) aus dem Zement ins Grundwasser gelangen würde.
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Insbesondere die Herstellung von Bodenmörteln beziehungsweise von Hockdruckinjektions- oder Düsenstrahlkörpern, bei denen der Boden mit einem Hochdruckstrahl aus Wasser und Zementleim aufgemischt wird, führt verfahrensbedingt zu einer großen Menge an Rückfluss von Boden- und Zementsuspension. Dabei entstehen relativ große Rückflussmengen, die aufgrund des Herstellungsverfahrens weniger Zement enthalten als der im Boden verbleibende Bodenmörtel und deshalb nur sehr langsam erhärten. Deshalb ist es bei diesen Verfahren von großer Bedeutung, während der langsamen Erhärtungsphase des teilweise breiigen Rückflusses zu vermeiden, dass durch die Oxidation mittels Luftsauerstoff Chrom(VI) aus Chrom(III) gebildet wird. Diese Rückoxidation wird durch die Verwendung von Zinn(II)-Verbindungen als Reduktionsmittel nachhaltig. unterbunden. Die Zugabe des Zusatzmittels zur Freisetzung der Zinn(II)-Ionen kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Geeigneterweise enthält das Zusatzmittel Zinn(II)-sulfat in pulverförmiger oder flüssiger Form.
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Insgesamt wird damit zum einen erreicht, dass im Boden verbleibender Bodenmörtel auf Dauer auslaugstabil ist, und zum anderen der im Boden verbleibende Zementleim die gleichen Eigenschaften aufweist. Zudem ist sowohl der im Boden verbleibende Mörtel als auch der zu entsorgende Rückfluss gegen eine Rückbildung des schädlichen Chrom(VI) dauerhaft behandelt.
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Es ist erfindungsgemäß, wenn die Zementsuspension nach dem Vermischen mit dem Bodenmaterial zumindest teilweise als rücklaufender Bodenmörtel wieder aus dem Hohlraum abgeführt wird.
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Dadurch können Anteile der Zementsuspension, insbesondere gemeinsam mit abgeräumtem Bodenmaterial, zur Bildung des Bauwerkelementes verwendet werden, während der überschüssige Anteil abgeführt wird. Dabei kann die Abführung durch eine einfache Verdrängung aufgrund von Dichteunterschieden zwischen der Zementsuspension und der mit Bodenmaterial vermischten Suspension erfolgen. Die Verdrängung der Bodenmaterial enthaltenden Zementsuspension, das heißt des rücklaufenden Bodenmörtels, erfolgt durch einfaches Einleiten der Zementsuspension, welche im Allgemeinen eine deutlich höhere Dichte als der Bodenmörtel aufweist und diesen somit nach oben verdrängt. Dies beruht im Wesentlichen auf dem Dichteunterschied zwischen der eingeleiteten Zementsuspension und dem Bodenmörtel. Um die Verdrängung zu unterstützen, können zusätzlich am oberen Bereich des Schlitzes Ablaufkanäle oder Pumpeinrichtungen eingesetzt werden. Das Verdrängen des rücklaufenden Bodenmörtels erfolgt zudem über das Verdrängen beim Herausziehen der Bodenbearbeitungsvorrichtung, zum Beispiel einer Schlitzwandfräse.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird erst nach dem Abführen des Bodenmörtels aus dem Hohlraum das Zusatzmittel zugesetzt.
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Bei dieser Behandlung wird zunächst das im Wesentlichen breiige oder flüssige Bodenmörtelmaterial, wie es insbesondere im Düsenstrahlverfahren gebildet wird, aufgenommen und in Zwischenbehältern vorgesammelt. Von diesen Zwischenbehältern wird das Material durch Absaugen mittels Pumpeinrichtungen, insbesondere Stickstoffpumpen, in einen Mischer überführt, und in diesen Mischer das Zusatzmittel zugesetzt. Bei der Mischeinrichtung kann es sich um einen Durchlaufmischer oder einen Chargenmischer handeln, mit dem jeweils ein bestimmtes Volumen des Bodenmörtels mit der entsprechend notwendigen Menge an Zusatzmittel versehen wird. Von dieser Mischeinrichtung kann das behandelte Bodenmörtelmaterial mittels einer weiteren Pumpeinrichtung in eine Vorratsmulde überführt beziehungsweise direkt auf einen Lastkraftwagen oder in einen Teich geleitet werden, wobei das Bodenmörtelmaterial nach dem Erreichen eines bestimmten Härtungsgrades aufgenommen werden kann. Bei dieser Variante muss lediglich soviel Zusatzmittel bereitgestellt werden, wie es für die Behandlung des überschüssigen rücklaufenden Bodenmörtels, der nicht zur Bildung des Bauwerkelementes beiträgt und somit entsorgt werden muss, benötigt wird.
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Es ist zweckmäßig, wenn der abgeführte Bodenmörtel erneut dem Hohlraum im Boden zugeführt oder zur Entsorgung abtransportiert wird.
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Bei einer erneuten Zuführung des abgeführten Bodenmörtels in den Hohlraum im Boden kann einer Sedimentation entgegengewirkt und eine exakte Suspensionsmischung erzeugt werden. Es lässt sich somit ein besonders hochwertiges Bauwerkelement erstellen. Dabei kann der abgeführte Bodenmörtel entweder ohne weitere Behandlung direkt in den Hohlraum im Boden zurückgeführt oder vor dem Zurückfördern aufbereitet werden. Eine derartige Aufbereitung kann insbesondere ein Abtrennen eines Feststoffanteils oder ein Zuführen von Stoffen, insbesondere von Additiven, zu dem Bodenmörtel beinhalten. Bevorzugt wird bei der Aufbereitung eine Entsendung durchgeführt. Je nach gewünschter Konsistenz des Bauwerkelementes kann es vorteilhaft sein, Feststoffpartikel, die eine bestimmte Partikelgröße unter- oder überschreiten, abzutrennen. Der abgetrennte Feststoffanteil kann zur Verwendung in weiteren Bauvorhaben gesammelt werden.
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Geeigneterweise wird die Zementsuspension zumindest aus Zementmasse und Wasser gebildet, wobei das Zusatzmittel während oder nach dem Bilden der Zementsuspension zugesetzt wird.
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Als Zementmasse wird ein Gemisch aus Klinkermaterialien, welche als Grundbestandteil Calcium aufweisen, verwendet. Das Mischungsverhältnis dieser Klinkermineralien bestimmt maßgeblich die Eigenschaften des Zements und damit des Betons, wie Anfangs- und Endfestigkeit, Erhärtungsgeschwindigkeit und dergleichen. Das Wasser ist zum Anmachen des Zements erforderlich, um ihn in eine verarbeitbare Konsistenz zu bringen. Hierzu werden zwischen 30 und 40 Massen-% bezogen auf die Zementmasse benötigt, wobei jedoch lediglich 20 Massen-% des Wassers mit der Zementmasse reagieren. Das restliche Wasser wird an der Oberfläche der Zementteilchen physikalisch adsorbiert und verdunstet nach dem Abhärten, um die Poren im Beton zu bilden. Zu dieser Zementsuspension können weitere Additive wie Kalk, Verflüssiger, Beschleuniger oder Verzögerer zugesetzt werden. Durch Zugabe von Kalk wird eine elastischere Zementmasse erhalten.
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Verflüssiger werden verwendet, um den Wasseranteil zu reduzieren und damit den Porenanteil zu senken. Beschleuniger oder Verzögerer haben einen zeitlichen Einfluss auf das Bilden des ersten kristallinen Gerüstes. Das Zusatzmittel wird während oder nach dem Bilden der Zementsuspension in pulverförmiger oder flüssiger Form zugesetzt. Bei der Zugabe des Zusatzmittels ist darauf zu achten, dass dementsprechend entweder weiteres Wasser aus der Zementsuspension gebunden oder zusätzlich eingetragen wird. Nach der Zugabe des Zusatzmittels erfolgt eine weitere Durchmischung der Suspension, um eine homogene Verteilung des Zusatzmittels in der Suspension zu bewirken.
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Es ist zweckmäßig, wenn das Zusatzmittel kontinuierlich oder diskontinuierlich in dosierter Menge zugeführt wird.
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Um die exakt erforderliche Menge an notwenigem Zusatzmittel zu bestimmen, kann der Chrom(VI)-Gehalt in der Zementsuspension durch Messungen bestimmt werden. Dabei ist ein geringfügiger Überschuss des Zusatzmittels gegenüber dem Chrom(VI)-Gehalt unschädlich, während eine zu geringe Menge an Zusatzmittel in jedem Fall zu vermeiden ist, um einen Verbleib von Chrom(VI) in der Zementsuspension zu vermeiden. Bei einer kontinuierlichen Zugabe des Zusatzmittels kann der Chrom(VI)-Gehalt auch laufend kontrolliert werden, um so die Zugabe des Zusatzmittels zu einem geeigneten definierten Zeitpunkt zu beenden.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Gehalt an Zusatzmittel in dem Bodenmörtel auf einen Wert von 0,01% bis 10% der Zementmasse eingestellt wird. Besonders geeignet ist ein Wert zwischen 0,5% und 5%. In diesem Wertebereich kann sichergestellt werden, dass eine ausreichende Reduktion des Chrom(VI) zu Chrom(III) erfolgt. Die genaue Zugabemenge hat sich jedoch an dem zuvor zu bestimmenden Chrom(VI) in dem Bodenmörtel zu orientieren. Ferner ist die Zugabemenge auch von der Konzentration des Zusatzmittels, sofern es in flüssiger Form vorliegt, abhängig.
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Geeigneterweise wird der Hohlraum im Boden durch Bohren, Fräsen oder Hochdruckinjektion erzeugt.
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Diese Verfahren stellen etablierte Methoden zum Erzeugen eines Hohlraumes im Boden dar. Bei der Hochdruckinjektion wird mit Hilfe eines Schneidstrahls aus Wasser und Zementsuspension, dem auch Pressluft hinzugefügt werden kann, der im Bereich des Bohrlochs anstehende Boden ausgeschnitten beziehungsweise ausgefräst. Der ausgefräste Boden wird mit Zementsuspension vermischt sowie teilweise durch den Bohrlochringraum zum Bohrlochmund gespült. Es können dadurch Bauelemente verschiedener geometrischer Formen hergestellt werden. Die Hochdruckinjektion wird insbesondere dann eingesetzt, wenn aufgrund der Beschaffenheit des Bodens Injektionen nicht mehr möglich sind. Dabei dienen Injektionen der Baugrundverbesserung, wobei vorhandene Hohlräume, wie Poren im Kies oder im Lockergestein, mit einer auf den jeweiligen Baugrund abgestimmten Bohrtechnik aufgeschlossen und unter Druck mit einem erhärtenden Baustoff verfüllt werden, um den Baugrund zu verfestigen oder abzudichten.
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Beim Fräsen wird kontinuierlich Bodenmaterial an der Frässohle gelöst. zerkleinert und der Suspension beigemischt. Die mit dem Bodenmaterial beladene Suspension kann durch eine Ringleitung zu einer Generierungsanlage gepumpt, gereinigt und wieder in den Schlitz zurückgeleitet werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Gehalt von Zinn(II)-Verbindungen und/oder von Chrom(VI)-Verbindungen in der Zementsuspension, der Zementmasse und/oder dem Bodenmörtel gemessen und abhängig vom Messwert das Zusatzmittel zugesetzt wird.
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Der Gehalt an Chrom(VI) kann in Abhängigkeit von den Ausgangssubstanzen sowie den verwendeten Verfahren zum Erstellen des Hohlraums im Boden stark schwanken. So können bereits der Ausgangszementmasse am Herstellungsort Zinn(II)-Verbindungen zugesetzt worden sein, so dass dementsprechend eine geringere Menge an zusätzlichem Zusatzmittel zur vollständigen Reduktion des Chrom(VI) notwendig ist.
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Beim Erstellen des Hohlraums im Boden mittels Hochdruckinjektion ist der gebildete Bodenmörtel ferner entsprechend dünnflüssig und weist eine relativ niedrige Konzentration an Chrom(VI) auf, wobei bei der Zugabe des Zusatzmittels zu berücksichtigen ist, dass die Gesamtmenge an Chrom(VI) nicht nur von der Konzentration sondern auch vom Volumen des Bodenmörtels abhängig ist.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Bodenmörtel zum Bilden eines Bauwerkelements in einem Hohlraum im Boden, insbesondere hergestellt nach dem zuvor beschriebenen Verfahren, welcher zumindest die Bestandteile Zementmasse und Wasser umfasst, welche zum Bilden des Bodenmörtels mit abgetragenem Bodenmaterial beim Erstellen des Hohlraumes vermischt sind. Erfindungsgemäß ist beim Bilden des Bodenmörtels ein Zusatzmittel zugesetzt, das Zinn(II)-Ionen freisetzt.
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Damit wird ein Bodenmörtel bereitgestellt, der auf Dauer auslaugstabil ist und dauerhaft eine niedrige Konzentration an Chrom(VI) unterhalb der gesetzlichen Grenzwerte sicherstellt. Somit wird auf eine einfache und wirtschaftliche Weise das gesundheitliche Gefährdungsrisiko für Baupersonal, welches mit chromhaltigem, nicht ausgehärtetem Bodenmörtel in Berührung kommt, reduziert.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Gehalt an Zusatzmittel 0,01% bis 10% der Zementmasse beträgt. Bevorzugt ist ein Gehalt des Zusatzmittels je nach Chrom(VI)-Gehalt zwischen 1% bis 5% bezogen auf die Zementmasse.
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Die Erfindung wird weiter anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Zugabe des Zusatzmittels zum Bodenmörtel zur Verwendung in einem Mixed-in-Place-Verfahren;
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2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Zugabe des Zusatzmittels zum Bodenmörtel zur Verwendung in einem Düsenstrahlverfahren;
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3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Zugabe des Zusatzmittels in den rücklaufenden Bodenmörtel bei Verwendung des Düsenstrahlverfahrens.
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1 zeigt eine schematische Darstellung der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Erstellen eines Bauwerkelementes in einem Mixed-in-Place-Verfahren.
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Aus einem Zementsilo 1 wird die Chrom(VI) enthaltende Zementmasse über einen Zuführtrichter 3 auf eine Förderschnecke 5 geladen. Die Förderschnecke 5 transportiert die Zementmasse zu einer Mischeinrichtung 15, in der die Zementmasse mit einer definierten Menge an Zusatzmittel, welches über eine Zusatzmitteldosiereinrichtung 10 zugegeben wird, vermengt wird. Zusätzlich wird in die Mischeinrichtung 15 Wasser eingespeist, um eine Zementsuspension zu erhalten. Diese Zementsuspension wird in einen Vorratsbehälter 20 weitergeleitet, in dem die Zementsuspension mittels eines Rührers 25 in ständiger Durchmischung gehalten wird. In dem Vorratsbehälter 20 wird die Zementsuspension so lange durchmischt, bis die gewünschte Konsistenz der Zementsuspension sowie ein stabiler Anteil von Chrom(VI) bzw. Chrom(III) erreicht ist. Der Gehalt an Chrom(VI) wird durch regelmäßige Probenentnahme ermittelt. Nach dem Erreichen der zur Weiterverarbeitung erforderlichen Viskosität der Zementsuspension wird diese über einen Schlauch 35 mittels einer Pumpe 30 zu der Bohreinrichtung 40 transportiert, welche einen Hohlraum 55 im Boden erstellt. Die Bohreinrichtung 40 weist drei zueinander parallel angeordnete Bohrschnecken 45 auf, wobei die in den Hohlraum 55 eingeleitete Zementsuspension mit dem abgeförderten Bodenmaterial zu einem Bodenmörtel vermischt wird, welcher nach einiger Zeit zu dem Bauwerkelement aushärtet. Überschüssiger Bodenmörtel sammelt sich im angrenzenden Bodenbereich des Hohlraumes 55 als Rücklaufmaterial 50 an. Dieses Rücklaufmaterial 50 weist durch die Behandlung mit dem Zusatzmittel eine unterhalb der gesetzlichen Bestimmungen liegenden Grenzwert an Chrom(VI) auf und kann problemlos für Mensch und Umwelt entsorgt werden.
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In 2 ist eine schematische Darstellung der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Düsenstrahlverfahren gezeigt.
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Eine Förderschnecke 5 wird mit Zementmasse beladen, welche aus einem Zementsilo 1 über einen Zuführtrichter 3 angeliefert wird. Die Förderschnecke 5 transportiert die Zementmasse in eine Mischeinrichtung 15. Ferner ist eine Zusatzmittelaufbereitungseinrichtung 8 vorgesehen, in der eine definierte Menge an Zusatzmittel, welche aus einer Zusatzmitteldosiereinrichtung 10 in die Zusatzmittelaufbereitungseinrichtung 8 eindosiert wird, mit Wasser zu einer Suspension vermengt wird. Die Zusatzmittelsuspension wird mit Hilfe einer Pumpe 12 in die Mischeinrichtung 15 gespeist und dort mit der Zementmasse vermischt. In die Mischeinrichtung 15 wird zusätzlich Wasser zur weiteren Verdünnung der aufbereiteten Zementsuspension eingeleitet. Die aufbereitete Zementsuspension wird anschließend in einen Vorratsbehälter 20 weitertransportiert. In diesem Vorratsbehälter 20 hält ein Rührer 25 die aufbereitete Zementsuspension in ständiger Durchmischung. Die Verweilzeit der aufbereiteten Zementsuspension in dem Vorratsbehlälter 20 wird so gewählt, dass eine ausreichende Reduktion des Chrom(VI) zu Chrom(III) gewährleistet ist. Die Reduktion wird durch eine regelmäßige Probenentnahme verfolgt. Zusätzlich wird kontrolliert, dass die aufbereitete Zementsuspension durch Zugabe von weiterem Wasser oder einem Abbindemittel, die für die Weiterverarbeitung notwendige Konsistenz aufweist. Anschließend wird die Zementsuspension über einen Schlauch 35, der von einer Pumpe 30 versorgt wird, zu einer Düsenstrahleinrichtung 43 geleitet. Die Düsenstrahleinrichtung 43 erzeugt durch Hochdruckinjektion der aufbereiteten Zementsuspension einen definierten Hohlraum 55 im Boden. Dabei wird die Zementsuspension mit abgetragenem Bodenmaterial zu einem Bodenmörtel vermengt, der schließlich zu dem Bauwerkelement aushärtet. Überschüssiger ausgetragener Bodenmörtel sammelt sich im angrenzenden Bodenbereich des Hohlraumes 55 als Rücklaufmaterial 50 an. Dieses Rücklaufmaterial 50 weist durch die Behandlung mit dem Zusatzmittel die erforderliche niedrige Konzentration an Chrom(VI) auf und kann auf herkömmliche Weise entsorgt werden.
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3 zeigt eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Erstellen eines Bauwerkelementes mittels Düsenstrahlverfahren, wobei lediglich das Rücklaufmaterial 50 behandelt wird.
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Hierzu wird mit einer Düsenstrahleinrichtung 43 mittels Hochdruckinjektion einer unbehandelten Zementsuspension ein Hohlraum 55 im Boden erzeugt. Die Zementsuspension bildet mit dem abgetragenen Bodenmaterial einen Bodenmörtel, der zu dem Bauwerkselement aushärtet. Überschüssiger aus dem Hohlraum 55 ausgetretener Bodenmörtel sammelt sich im angrenzenden Bodenbereich als Rücklaufmaterial 50 an. Dieses Rücklaufmaterial 50 kann eine gesundheitsschädliche Konzentration an Chrom(VI) aufweisen und wird mit Hilfe eines Nutzfahrzeuges 60 zu einer Mischeinrichtung 15 transportiert. In dieser Mischeinrichtung 15 wird das Rücklaufmaterial 50 mit einer definierten Menge an Zusatzmittel, welches aus einer Zusatzmitteldosiereinrichtung 10 in die Mischeinrichtung 15 eingespeist wird, vermengt. Zusätzlich wird Wasser in die Mischeinrichtung 15 eingeleitet, um eine Suspension zu bilden. Nach dem Erhalt der Suspension wird diese in einen Vorratsbehälter 20 transportiert, in dem mit einem Rührer 25 eine stetige Durchmischung der Suspension erfolgt. Die Verweilzeit der behandelten Bodenmörtelsuspension wird so gewählt, dass eine ausreichende Reduktion von Chrom(VI) zu Chrom(III) sichergestellt ist. Nach Erreichen eines gewünschten Wertes wird die behandelte Bodenmörtelsuspension mittels einer Pumpe 70 zu einem Zwischenlager 75 transportiert, wo sie mit Hilfe von Lastkraftwagen zur weiteren Entsorgung aufgenommen wird.
