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Einleitung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines Bodenmaterials, insbesondere eines Lehmbodens, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte:
- a) Auf eine Oberfläche des in einem Boden befindlichen Bodenmaterials wird ein pulverförmiger Kalk aufgebracht.
- b) Der Kalk wird auf der Oberfläche verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt.
- c) Der Kalk wird mittels einer Bodenbearbeitungsvorrichtung, insbesondere einer Fräsvorrichtung, mit einer Oberschicht des Bodenmaterials vermischt.
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Stand der Technik
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Verfahren der eingangs beschriebenen Art sind im Bausektor seit geraumer Zeit bekannt und erfolgreich im Einsatz. Somit zeigt beispielsweise die
DE 29 48 613 C2 ein derartiges Verfahren, welches zur Bodenverbesserung beziehungsweise Baugrundverbesserung eingesetzt wird. Üblicherweise wird durch das Ausbringen eines Kalkes oder vorzugsweise eines Kalk-Zement-Gemischs eine Verbesserung der Bodenqualität dahingehend bezweckt, dass die Tragfähigkeit des Bodens steigt.
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Beispielsweise im Straßenbau und im Bereich des Hochbaus sind bindige Böden als Baugrund unerwünscht. Dies hängt vor allem damit zusammen, dass das besonders feinkörnige Material eine – beispielsweise im Vergleich zu Sand – sehr geringe Wasserdurchlässigkeit aufweist. Die in dem Boden vorhandenen Poren sind dabei üblicherweise zu einem erheblichen Teil mit Wasser gefüllt. Im Zuge der Aufbringung einer Auflast – beispielsweise in Form eines Gebäudes – wird der Boden konsolidiert, so dass der Boden danach strebt, der Last nachzugeben und die Poren gewissermaßen aus Ausweichraum zu verwenden. Da diese jedoch mit Wasser gefüllt sind, muss zunächst dieses Wasser verdrängt und aus dem Boden „herausgepresst“ werden. Das Wasser erreicht jedoch – beispielsweise in einem Ton – nur sehr geringe Fließgeschwindigkeiten von bis zu wenigen Zentimetern pro Jahr. Die Konsolidierung des Bodens dauert entsprechend lange und kann sich über Jahrzehnte erstrecken.
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Jede Konsolidierung geht mit einer so genannten Setzung des Bodens einher. Je nachdem, welche Bodenschichten anstehen und welche Auflasten auf den Boden aufgebracht werden, können Endsetzungen eines Bodens im Bereich mehrerer Zentimeter liegen. Es ist leicht vorstellbar, dass ein Gebäude, welches sich an verschiedenen Punkten seines Fundaments um derartig stark unterschiedliche Beträge setzt, starke Schäden davontragen wird. Um dies zu vermeiden, ist man üblicherweise bemüht, die Konsolidierung des Bodens möglichst vor Baubeginn größtenteils abzuschließen. Aufgrund der geringen Wasserdurchlässigkeit ist dies im Fall bindiger Böden gemäß vorstehender Erläuterung quasi nicht möglich. Bindige Böden gelten somit als unbrauchbar zur Gründung von Gebäuden oder von Trassen.
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Mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art wird nach dem Stand der Technik versucht, diesem Problem zu begegnen und das in den Poren des Bodens enthaltene Wasser zum Vorteil zu nutzen. Durch das Aufbringen von Kalk-Zement-Gemischen und deren Einarbeitung in eine Oberschicht des jeweilig zu behandelnden Bodens kann eine erhebliche Bodenverbesserung dahingehend erreicht werden, dass der Zement mit dem Wasser reagiert, infolgedessen hydratisiert und in Kombination mit dem Bodenmaterial gewissermaßen einen Erdbeton darstellt. Dies führt neben einer Austrocknung des Bodens ferner zu einer Erhöhung von dessen Tragfähigkeit.
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Das Verfahren gemäß der genannten
DE 29 48 613 C2 wird als so genanntes „mixed-in-place“-Verfahren bezeichnet. Dies drückt aus, dass der zu verbessernde Boden direkt an Ort und Stelle behandelt wird und weder vor noch nach der Behandlung ausgebaut oder abtransportiert wird. Eine andere Herangehensweise beschreibt der Begriff des so genannten „mixed-in-plant“-Verfahrens, wobei der zu verbessernde Boden im Unterschied zur DE 29 48 613 C2 vor der Vermischung mit dem Kalk ausgebaut und in eine Mischanlage transportiert wird. Die Mischung mit den jeweilig die Verbesserung des Bodens herbeiführenden Substanzen geschieht dann zentral in der Mischanlage, so dass im Anschluss der verbesserte Boden wider am Ort des Bauvorhabens eingebaut werden kann. Eine derartiges Verfahren ist beispielsweise in der
DE 198 56 234 A1 gezeigt.
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Die Methodik der Bodenverbesserung ist allgemein dahingehend beschränkt, dass mit ihr im Wesentlichen nur Oberschichten eines Bodenmaterials behandelbar sind. Tiefer gelegene Schichten können nur schwer bis gar nicht erreicht werden, ohne dass der Aufwand in nicht akzeptablem Maße steigt.
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In vielen Fällen sind die vorstehend erläuterten Verfahren daher nicht anwendbar. Eine Möglichkeit zur Lösung des Problems besteht in einem solchen Fall beispielsweise in der Durchführung eines Bodenaustauschs. Der Austausch eines nicht tragfähigen Bodenmaterials – beispielsweise eines Tons oder Schluffs – ist relativ kostenintensiv und wird daher eher ungern angewendet. Kommt jedoch eine Bodenverbesserung nicht in Frage, kommt unter anderem diese Alternative zur Anwendung. Die Kosten eines Bodenaustauschs werden zu einem nicht unerheblichen Teil aus den Erdarbeiten selbst und ferner aus den Deponiekosten des ausgebauten Bodens gebildet. Es besteht daher ein gehobenes Interesse daran das für die Baubranche im Prinzip unbrauchbare Material einem neuen Nutzen zuzuführen und somit nicht nur Kosten für die Deponierung einzusparen, sondern sogar mittels einer Verwertungsmöglichkeit Geld zu verdienen. Nutzungsmöglichkeiten für den reinen bindigen Boden sind aufgrund der Eigenschaften eines solchen Bodens jedoch sehr rar und können nicht nennenswert zu einer Verringerung der zu deponierenden Massen beitragen.
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Aufgabe
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das beispielsweise bei einem Bodenaustausch anfallende und für Bauzwecke im Allgemeinen schlecht verwendbare Bodenmaterial einem Nutzen zuzuführen.
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Lösung
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Die zugrunde liegende Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art durch den folgenden Verfahrensschritt gelöst:
- d) Die mit dem Kalk vermischte Oberschicht des Bodenmaterials wird aus dem Boden ausgebaut.
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Durch die Vorbehandlung des bindigen Bodenmaterials mit Kalk wird dem Boden gemäß vorstehender Erläuterung Wasser entzogen. Eine nennenswerte Verfestigung tritt hingegen nicht ein, da dem auf die Oberfläche des Bodenmaterials aufgebrachten Kalk bewusst kein Zement zugesetzt wird. Durch das Vermischen der Oberschicht des Bodenmaterials mit dem Kalk ändert dieser seine Beschaffenheit von einer eher homogenen zusammenhängenden und klebrigen Masse hin zu einem trockenen krümeligen Bodenmaterial, das bereitwillig in kleine Einzelfragmente zerfällt. Ein derartiges Material, welches im Gegensatz zu Sand oder Kies aus kleinsten Grundbestanteilen besteht, ist besonders für die Produktion von Kalksandsteinen besonders gut einsetzbar, wie später genauer beschrieben wird.
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Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das „verbesserte“ Bodenmaterial nicht an Ort und Stelle belassen wird, sondern nachträglich ausgebaut und abtransportiert wird. Nach dem Stand der Technik wird gemäß der genannten „mixed-in-place“- und „mixed-in-plant“-Verfahren entweder das Bodenmaterial vor Ort mit Zusatzstoffen (Kalk, Zement etc.) vermischt und direkt im Boden belassen (mixed-in-place) oder aber ausgebaut, mit Zusatzstoffen vermischt und anschließend wieder in den Boden eingebaut (mixed-in-plant). Ein Ausbau des Bodenmaterials im Anschluss an die Vermischung desselben mit einem Zusatzstoff, wie es hier vorgeschlagen wird, stellt gemäß dem Stand der Technik eine unlogische Kombination dieser beiden Verfahren dar. Dies ändert sich jedoch durch die Verwendung des auf diese erfindungsgemäße Verfahrensweise hergestellten Rohstoffs.
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Besonders vorteilhaft ist dabei ein solches Verfahren, bei welchem aus dem mit dem Kalk vermischten Bodenmaterial mindestens ein Haufwerk, vorzugsweise eine Halde oder eine Miete, gebildet wird. Diese Vorgehensweise bietet direkt mehrere Vorteile:
Das Einarbeiten des Kalks in die Oberschicht des Bodenmaterials gelingt nur bis in eine gewisse Tiefe. Unter Verwendung üblicher Bodenfräsen lassen sich beispielsweise Tiefen von etwa 50 cm erreichen. Bei der gegebenenfalls anstehenden Bodenschicht aus dem Bodenmaterial kann es sich hingegen um erheblich dickere Schichten handeln. Entsprechend besteht häufig das Interesse, das erfindungsgemäße Verfahren mehrfach durchzuführen, um möglichst viel Bodenmaterial zu gewinnen. Folglich ist ein Zusammenschieben des bereits mit dem Kalk vermischten Bodenmaterials zu einem Haufwerk schon allein daher von Interesse, damit eine weitere Bodenschicht ohne Verzögerung weiter bearbeitet werden kann.
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Ein weiterer Vorteil des Bildens eines Haufwerks aus dem vermischten Bodenmaterial besteht in der besonders geringen Oberfläche, die ein solches Haufwerk aufweist. Wie bereits erläutert besteht die Hauptaufgabe des zugegebenen Kalks darin, dem Bodenmaterial Wasser zu entziehen. Zwischen der Vermischung des Bodenmaterials mit dem Kalk und einem endgültigen Ausbau des vermischten Bodenmaterials können jedoch längere Zeitspannen liegen, in denen das vermischte Material Wind und Wetter ausgeliefert ist. Im Fall von Niederschlägen wird dem Bodenmaterial entsprechend unerwünschter Weise Wasser zugeführt. Es ist leicht vorstellbar, dass der Wassergehalt eines flächig ausgebrachten Bodenmaterials durch solche Niederschläge erheblich schneller ansteigt als bei einem solchen, welches zu einem Haufwerk wie beispielsweise einer Miete zusammen geschoben ist. Die Oberfläche lässt sich dabei so weit reduzieren, dass das vermischte Bodenmaterial über lange Zeiträume hinweg dem Regen ausgesetzt werden kann, ohne dass die vorteilhafte Eigenschaft der brüchigen und krümeligen Konsistenz des Bodenmaterials wesentlich negativ beeinflusst wird.
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Das Verfahren ist ferner besonders dann von Vorteil, wenn das aus dem mit dem Kalk vermischten Bodenmaterial gebildete Haufwerk erst nach einer Reaktionsdauer weiterverwendet wird. Das Bestreben aus dem vermischten Bodenmaterial möglichst zügig ein Haufwerk zu bilden ist vorstehend bereits erläutert. Der ebenfalls bereits beschriebene Effekt der Veränderung der Beschaffenheit des Bodenmaterials durch die Vermischung mit dem Kalk tritt nicht unverzüglich ein. Das Gemisch aus Kalk und Bodenmaterial benötigt vielmehr eine gewisse Reaktionszeit bis die Veränderung der Struktur des Bodenmaterials eintritt. In Form einer Halde oder einer Miete kann das vermischte Bodenmaterial besonders einfach über die Reaktionsdauer gelagert werden, so dass die Reaktion des Kalks mit dem Wasser abgeschlossen werden kann. Aufgrund der vorstehend genannten Vorteile der Lagerung des Bodenmaterials in Form eines Haufwerks sind besondere Nachbehandlungsmaßnahmen nicht notwendig.
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Bezüglich der Wahl des Kalks sind solche Kalke zu bevorzugen, bei denen es im Zuge ihres Kontakts mit Wasser zu einer möglichst langsamen und ferner geringen Festigkeitsentwicklung kommt. Im Besonderen sollte es sich bei dem Kalk um einen pulverförmigen Luftkalk, vorzugsweise einen Weißkalk, weiter vorzugsweise einen Weißkalk 80 (CL 80), handeln. Ebenso wie andere Kalke, beispielsweise hydraulische Kalke, bildet auch der Weißkalk eine Festigkeit infolge von Carbonatisierung aus. Jedoch schreitet diese unter Verwendung von Weißkalk langsamer voran als unter Verwendung eines hydraulischen Kalks und entwickelt somit erheblich langsamer eine Festigkeit. Ferner bildet der Weißkalk eine geringere Endfestigkeit aus als beispielsweise ein hydraulischer Kalk. Dies ist im Bezug auf die vorliegende Anwendung positiv zu beurteilen, da eine Verhärtung des vermischten Bodenmaterials nicht angestrebt wird.
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Wie bereits angedeutet, ist das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Bodenmaterial besonders als Rohstoff für die Produktion von Formsteinen, insbesondere zur Produktion von Kalksandsteinen geeignet. Wie der Name des Kalksandsteins vermuten lässt, werden zu dessen Produktion üblicherweise Kalk und Sand verwendet, wobei das Mischungsverhältnis beider Rohstoffe bei ca. 1:12 liegt. Der größte Kostenfaktor in der Kalksandsteinproduktion im Bezug auf die Rohstoffe ist hierbei der Kalk, da dieser energieintensiv hergestellt werden muss und einen entsprechend hohen Preis pro Menge erzielt. Durch die Verwendung des gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit dem Kalk vermischten Bodenmaterials ergeben sich nun zwei Vorteile gegenüber der herkömmlichen Herstellung von Kalksandsteinen:
Zum einen lässt sich der Einsatz des zu verwendenden Kalks reduzieren. Zwar ist für die Aufbereitung des Bodenmaterials Kalk notwendig, jedoch führt dies dazu, dass erheblich weniger Kalk bei der späteren Produktion der Kalksandsteine im Kalksandsteinwerk extra zugegeben werden muss. Diese Ersparnis geht sogar so weit, dass die Menge des in Summe verwendeten Kalks unter Verwendung des durch das erfindungsgemäße Verfahren gewonnenen Bodenmaterials geringer Ausfällt, als die Summe des zu verwendenden Kalks unter Verwendung eines normalen Sandes als Rohstoff für die Produktion des Kalksandsteins. Somit lassen sich die Rohstoffkosten für die Produktion insgesamt reduzieren, da das gewonnene Bodenmaterial nicht nur einen Teil des Grundmaterials des späteren Kalksandsteins bereitstellt, sondern darüber hinaus sogar als Kalklieferant zu dem Herstellungsprozess dient.
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Zum anderen ersetzt das gewonnene Bodenmaterial einen Teil des Sandes. Zu welchem Anteil dies geschehen kann, hängt von den individuellen Eigenschaften der jeweilig verwendeten Produktionsrohstoffe ab. Die üblicherweise verwendeten Sande (Quarzsand, Lehmsand etc.) fallen ebenso wenig konstant in gleicher Qualität aus, wie das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gewonnene Bodenmaterial. Eine genaue Mischzusammensetzung für die Produktion der Kalksandsteine wird daher stets individuell in Kleinversuchen im Labor geprüft. Dabei ist man bestrebt, möglichst viel des gewonnenen Bodenmaterials zu verwenden, da es der günstigste der verwendeten Rohstoffe ist. Außerdem führt die Verwendung des feinkörnigen Bodenmaterials zu einem erwünschten Nebeneffekt: Durch die im Vergleich zum Sand sehr feinkörnige Struktur des bindigen Bodens wirkt dieser nach erneuter Wasserzugabe während des Produktionsprozesses der Kalksandsteine wie ein Bindemittel zwischen den größeren Partikeln und ist in der Lage, Zwischenräume auszufüllen. Ferner wird die die späteren Kalksandsteine bildenden Masse durch den Einsatz des gewonnenen Bodenmaterials deutlich homogener als die bei einer herkömmlichen Kalksandsteinproduktion der Fall ist. Infolge dieser Einflüsse konnte festgestellt werden, dass die Druckfestigkeit der fertigen Kalksandsteine höher ausfällt als bei Kalksandsteinen, die aus herkömmlichen Rohstoffen hergestellt wurden.
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Durch die brüchige und krümelige Struktur des gewonnenen Bodenmaterials lässt sich selbiges eben wie der Sand während der Produktion sieben, ohne dass die Siebe verstopfen. Gewisse Mengen Kies und dergleichen, die unbeabsichtigter Weise in dem gewonnenen Bodenmaterial vorhanden sein können, stellen somit keine Behinderung dar, da sie problemlos herausgesiebt werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren vereint somit eine Reihe verschiedener Vorteile auf sich, indem es zum einen einen vermeintlichen Abfallstoff der Bauindustrie nutzbar macht und zum anderen durch dessen Aufbereitung in der Form, dass er für die Kalksandsteinproduktion verwendbar ist, die Kosten für die Herstellung von Kalksandsteinen senkt und gleichzeitig die Qualität der hergestellten Kalksandsteine verbessert.
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Besonders um letztgenannten Effekt zu erzielen, ist ein solches unvermischtes Bodenmaterial besonders geeignet, das aus „gemischtkörnigem Boden“ oder „feinkörnigem Boden“ gemäß DIN 18196 gebildet ist, wobei ein Korngrößenanteil des unvermischten Bodenmaterials mit einer Korngröße von kleiner oder gleich 0,06 mm größer oder gleich 5 % ist. Gemäß vorstehender Erläuterung ist derartiges bindiges Bodenmaterial besonders gut für die Kalksandsteinproduktion geeignet.
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Besonders vorteilhaft sind ferner Bodenmaterialien der Klassen „Sand-Ton“ und „Sand-Schluff“ gemäß DIN 18196, die einen besonders hohen Anteil (größer 40 %) an Körnern mit einer Korngröße von kleiner als 0,06 mm aufweisen.
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Ausführungsbeispiele
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert.
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Es zeigt:
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1: ein Aufbringen eines pulverförmigen Kalks auf eine Oberfläche eines in einem Boden befindlichen Bodenmaterials,
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2: ein Vermischen des pulverförmigen Kalks mit einer Oberschicht des Bodenmaterials und
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3: ein Haufwerk des ausgebauten vermischten Bodenmaterials und ein weiteres Aufbringen des pulverförmigen Kalks auf eine neu entstandene Oberfläche des Bodenmaterials.
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In 1 ist ein erster Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch abgebildet. Dargestellt sind ein Traktor 1, der mit einer Verteileinrichtung 2 zum Ausbringen von pulverförmigem Kalk ausgestattet ist. Der Traktor 1 fährt auf einem Boden 3, der zwei verschiedenen Bodenmaterialien 4, 5 aufweist, wobei das obere Bodenmaterial 4 aus einem bindigen Material und das untere Bodenmaterial 5 aus einem nicht-bindigen Material gebildet sind. Bei dem oberen Bodenmaterial 4 handelt es sich hier konkret um einen Sand-Ton gemäß DIN 18196, während das untere Bodenmaterial 5 aus einem weitgestuften Sand-Kies-Gemisch besteht.
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Im gezeigten Verfahrensschritt bringt der Traktor 1 unter Verwendung der Verteileinrichtung 2 pulverförmigen Kalk gleichmäßig und flächig auf eine Oberfläche 6 des oberen Bodenmaterials 4 des Bodens 3 auf. Dabei kommt es besonders auf eine gleichmäßige Verteilung des Kalks an, da dies eine spätere homogene Durchmischung einer in 2 verdeutlichten Oberschicht 7 des Bodenmaterials 4 begünstigt. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang die Verwendung eines speziellen Streuwagens, der im Gegensatz zur gezeigten Kombination aus Traktor 1 und Verteileinrichtung 2 eine Absaugvorrichtung aufweist, welche eine übermäßige Staubentwicklung während des Aufbringens des Kalks auf die Oberfläche 6 des Bodens 3 zu unterbinden vermag. Dies bringt ferner den Vorteil mit sich, dass weniger Kalk ungenutzt verloren geht.
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Nachfolgend wird in einem zweiten Schritt, der in 2 veranschaulicht ist, die Oberschicht 7 des oberen Bodenmaterials 4 mittels einer Bodenbearbeitungsvorrichtung 8 vermischt. Eine Dicke der Oberschicht 7 beträgt im dargestellten Fall etwa 50 cm. Die Bodenbearbeitungsvorrichtung 8 wird ähnlich zur Verteileinrichtung 2 mittels des Traktors 1 betrieben. Durch das Vermischen des Kalks mit der Oberschicht 7 des Bodenmaterials 4 wird eine entwässernde Wirkung des Kalks auf das Bodenmaterial 4 begünstigt, so dass ein vermischtes Bodenmaterial 9 entsteht. Umso besser eine Durchmischung beider Stoffe ausfällt, desto zügiger findet ein Reaktionsprozess statt, der dazu führt, dass der bindige Sand-Ton des oberen Bodenmaterials 4 eine brüchige und krümelige Struktur erhält, die beispielsweise für eine spätere Nutzung des vermischten Bodenmaterials 9 zur Produktion von Kalksandsteinen gewünscht ist.
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Bis ein derartiger Zustand des vermischten Bodenmaterials 9 erreicht ist, wird allerdings eine längere Reaktionszeit benötigt. Damit bereits damit begonnen werden kann, eine weitere Schicht des (unvermischten) Bodenmaterials 4 mit dem pulverförmigen Kalk zu bearbeiten, wird das vermischte Bodenmaterial 9 zu einem Haufwerk 10 zusammen geschoben. Ein derartiges Haufwerk 10 ist in 3 abgebildet. Neben dem Vorteil einer Platz sparenden Anordnung mittels des Haufwerks 10 bietet selbiges ferner den Vorteil, dass das vermischte Bodenmaterial 9 aufgrund einer Geometrie des Haufwerks 10 eine geringe Oberfläche 11 aufweist. Im Fall von Niederschlägen ist das vermischte Bodenmaterial 9 somit vor einem vollständigen Durchfeuchten gut geschützt und bedarf entsprechend keiner besonderen Nachbearbeitung wie beispielsweise einer Abdeckung oder ähnlichem.
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Das Haufwerk 10 des vermischten Bodenmaterials 9 wird schließlich abtransportiert, wobei es vorzugsweise im Rahmen einer Herstellung von Kalksandsteinen weiterverwendet werden wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Traktor
- 2
- Verteileinrichtung
- 3
- Boden
- 4
- Bodenmaterial
- 5
- Bodenmaterial
- 6
- Oberfläche
- 7
- Oberschicht
- 8
- Bodenbearbeitungsvorrichtung
- 9
- Bodenmaterial
- 10
- Haufwerk
- 11
- Oberfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2948613 C2 [0002, 0006]
- DE 19856234 A1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 18196 [0021]
- DIN 18196 [0022]
- DIN 18196 [0028]