DE19524326A1

DE19524326A1 - Hydraulische Zubereitung

Info

Publication number: DE19524326A1
Application number: DE19524326A
Authority: DE
Inventors: Takao Furusawa; Kanji Higaki; Satoshi Okazawa
Original assignee: Sandoz AG; Sandoz Patent GmbH
Current assignee: Construction Research and Technology GmbH
Priority date: 1994-07-05
Filing date: 1995-07-04
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2015-07-05
Also published as: JPH0812403A; ITRM950457A0; US5716448A; DE19524326B4; GB9513494D0; GB2291084A; FR2722189B1; CH689392A5; JP3172932B2; ITRM950457A1; FR2722189A1; IT1278508B1; GB2291084B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer hyd raulischen Zubereitung unter Verwendung von ausgehobener Erde.

Bei jeder Art von Bauprojekten, die mit Aushub verbunden sind, fällt eine große Menge von ausgehobener Erde (welche meistens als "Bauabfall" bezeichnet wird) an, deren Entsorgung zu großen Problemen führen kann. Es wurde bereits vorgeschlagen, diese aus gehobene Erde als Aufschüttmaterial oder sogar als richtiges Bau material zu verwenden. Erste Versuche umfaßten die Zugabe einer hydraulischen Substanz zu der ausgehobenen Erde. Das Problem bei diesem Verfahren besteht darin, daß, falls die ausgehobene Erde hohe Anteile von Lehm und Schlick enthält, eine genügende Fließfähigkeit nur durch Zugabe von relativ großen Mengen Wasser er reicht werden kann. Dies hat die Auswirkung, daß die Endfestig keit auf ein unannehmbar niedriges Niveau reduziert wird. Außerdem zeigt das Endprodukt einen hohen Schrumpfungsgrad und es entwickelt große Risse.

Eine weitere Verwendung von ausgehobener Erde ist als Bestandteil von Gießmörtel, der beim Schildtunnelbau verwendet wird. In die sem Fall besteht das Verfahren darin, die ausgehobene Erde von der Aushubstelle durch Zugabe eines Verfestigers (wie Zement) und eines Verflüssigungsmittels in einen Gießmörtel überzuführen und das erhaltene Gemisch als Gießmörtel zu verwenden. Auch hier be reitet der Anteil von Lehm und Schlick in der ausgehobenen Erde Probleme. Nach dem Vermischen nimmt die Fließfähigkeit des Gießmörtels mit der Zeit rasch ab und es können hierdurch Pro bleme beim Pumpen und beim Gießen entstehen. Dazu werden größere Anteile von Verflüssigungsmitteln benötigt. Überdies ver brauchen solche Gießmörtel keine großen Mengen ausgehobener Erde, was bedeutet, daß noch immer ein großes Entsorgungs problem verbleibt.

Es wurde nunmehr gefunden, daß es möglich ist eine hydraulische Zubereitung herzustellen, welche wirklich große Mengen von aus gehobener Erde verwertet, welche während einer wesentlichen Zeit einen angemessenen Verflüssigungsgrad beibehält, welche eine aus gezeichnete Festigkeit besitzt und welche geringe oder keine Rißbildung beim Trocknen aufweist.

Die vorliegende Erfindung betrifft dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung einer hydraulischen Zubereitung, welches die nachfolgenden Stufen umfaßt

1. Vermischen einer ausgehobenen Erde mit einem verfestigenden Anteil eines hydraulischen Materials und einem verflüssigenden Anteil von Wasser und zumindest einer Substanz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hydroxycarbonsäuren, Phosphonsäure - Derivaten und Sacchariden und deren Derivaten (nachfolgend bezeichnet als "erstes Zusatzmittel"), um eine erste Mischung zu bereiten; und
2. Vermischen eines Zement-Dispergiermittels mit dieser ersten Mischung zu einem Zeitpunkt zwischen der Zugabe des hydraulischen Materials und dem Beginn des Abbindens des hydraulischen Materi als.

Das hydraulische Material ist jedes Material dieser Art, das aus dem Stand der Technik bekannt ist. Unter "hydraulischem Material" versteht man ein Material, das bei Zugabe von Wasser reagiert, um eine harte, feste Masse zu ergeben. Hydraulische Materialien, die bei der Durchführung der Erfindung verwendbar sind, umfassen die verschiedenen Arten von Zement, wie Portlandzement, Hochofenze ment und Tonerdeschmelzzement. Solche Materialien sind die bevor zugten hydraulischen Materialien, andere Materialien umfassen auch Lederkalk, abgelöschten Kalk und feinkörnigen, gebrannten Dolomit.

Unter "verfestigendem Anteil" wird der Anteil von hydraulischem Material verstanden, welcher zusammen mit Wasser und ausgehobener Erde eine feste Masse bildet. Die Menge des hydraulischen Materi als wird unter verschiedenen Bedingungen, abhängig von der Art der Erde (höchst verschiedenartig), dem hydraulischen Material und dem ersten Zusatzmittel, selbstverständlich verschieden sein, der Fachmann ist jedoch ohne weiteres in der Lage in jedem Fall festzustellen, wieviel ein verfestigender Anteil ausmacht.

Was den Wasseranteil anbelangt, so sollte genügend Wasser vorhan den sein, um das Gemisch zu verflüssigen, das bedeutet, genügend um ein flüssiges Gemisch zu bilden jedoch nicht so viel, um eine Verfestigung zu verhindern. Ausgehobene Erde enthält im allgemei nen Wasser und der Fachmann kann ohne weiteres feststellen, ob und wieviel zusätzliches Wasser benötigt wird.

Das erste Zusatzmittel, welches ausgewählt ist aus der Gruppe be stehend aus Hydroxycarbonsäuren, Phosphonsäure Derivaten und Sac chariden und deren Derivaten, kann aus einem oder mehreren dieser aus dem Stand der Technik bekannten Materialien ausgewählt wer den.

Beispiele von geeigneten Hydroxycarbonsäuren umfassen Gluconsäu re, Glucarsäure, Glucoheptonsäure, Arabinonsäure, Apfelsäure, Zitronensäure und deren Salzen. Die Salze umfassen beispielsweise Salze von Alkalimetallen, wie Natrium und Kalium, Salze von Erd alkalimetallen, wie Calcium und Magnesium und Salze von nicht-me tallischem Material, wie Ammonium und Triethanolamin. Phosphon säure Derivate umfassen Aminometaphosphonsäure, Aminotrimethyl phosphonsäure, Methylenphosphonsäure, 1-Hydroxyethyliden-1,1-di phosphonsäure, Phosphoncarbonsäure Derivate und deren Salze. Sac charide und ihre Derivate umfassen Galaktose, Mannose, Xylose, Arabinose und Ribose, Disaccharide, wie Maltose, Sucrose und Lak tose, Trisaccharide, wie Maltotriose und Raffinose und Zuckeral kohole, wie Oligosaccharide und Sorbitol.

Die Zement-Dispergiermittel sind vorzugsweise wasser-reduzierende Mittel, luft-einbringende wasser-reduzierende Mittel, hochwertige wasser-reduzierende Mittel, hochwertige luft-einbringende wasser reduzierende Mittel und Verflüssiger. Sie umfassen solche Materi alien, wie Lignin Sulfonsäuren, Hydroxycarbonsäuren und deren Salze, Saccharide, Melamin Sulfonat-Formaldehyd Kondensate, Naph thalin Sulfonat-Formaldehyd Kondensate, Polycarbonsäuren, Poly alkyl Sulfonsäuren, aromatische Amino Sulfonsäuren oder deren Derivate und/oder deren Salze.

Es besteht keine Begrenzung, was den Typus der ausgehobenen Erde anbelangt, der gemäß dieser Erfindung verwendet werden kann. Im allgemeinen wird solch eine Erde Materialien, wie Sand, Schlick und Lehm enthalten.

Die relativen Mengen der verschiedenen Materialien, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, können gemäß der Art dieser Materialien schwanken und der Fachmann kann ohne weiteres geeignete Mengenverhältnisse in jedem gegebenen Fall feststellen. Eine verfestigende Menge des hydraulischen Materials kann ohne weiteres durch einfaches Experimentieren mit einem Muster der ausgehobenen Erde festgestellt werden. Ein typisches Mengenver hältnis des ersten Zusatzmittels beträgt von 0.01-5 Gew.-% des hydraulischen Materials, die Menge wird jedoch, wie oben bereits erwähnt, von der Art des betroffenen Materials abhängen und es ist verständlich, daß es manchmal möglich und sogar erwünscht sein wird, außerhalb dieses Bereiches zu arbeiten. Das Zement- Dispergiermittel kann im allgemeinen ebenfalls in einem Anteil von 0.01-5 Gew.-% des hydraulischen Materials zugesetzt werden, aber auch hier kann es möglich und/oder erwünscht sein, außerhalb dieses Bereiches zu arbeiten.

Ein weiterer nützlicher zusätzlicher Bestandteil ist ein wasser lösliches Polymeres. Besonders geeignete Beispiele umfassen Cel luloseether, Polyacrylate, Polyethylenoxide, Curdlan (ein von Bakterien hergestelltes Saccharid) und natürliche Oligosacchari de, wie Xanthan Gummi und Welan Gummi.

Die Erfindung wird ohne weiteres unter Verwendung von üblichen Materialien und Einrichtungen durchgeführt. Sie ist rasch und be quem (die Zeit zwischen der Zugabe des hydraulischen Materials und des Zement-Dispergiermittels ist in der Größenordnung von höchstens 5 Minuten).

Diese Erfindung erlaubt auf äußerst nützliche Weise die Verwen dung von großen Mengen ausgehobener Erde. Die gebildeten Produkte sind dimensional wesentlich stabiler als bekannte äquivalente Produkte und zeigen weniger Rißbildung. Die Erfindung erlaubt deshalb die Formulierung von Auffüllkompositionen und Vergußmörteln von guter Qualität. Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zum Auffüllen eines ausgehobenen Hohlraums durch Her stellung und Einfüllung einer hydraulischen Zubereitung aus der daraus ausgehobenen Erde, wobei diese Zubereitung zuerst durch Zufügen einer verfestigenden Menge eines hydraulischen Materials, einer verflüssigenden Menge von Wasser und zumindest einer Sub stanz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hydroxycarbonsäu ren, Phosphonsäure Derivaten und Sacchariden und deren Derivaten, zur Erde unter Bildung einer ersten Mischung und durch Zumischen eines Zement-Dispergiermittels zu dieser ersten Mischung herge stellt wird, wobei diese letztgenannte Zumischung in einem Zeit raum zwischen der Zugabe des hydraulischen Materials und dem Be ginn des Abbindens des hydraulischen Materials durchgeführt wird.

Die Erfindung betrifft zusätzlich einen Vergußmörtel, der eine hydraulische Zubereitung ist, der ausgehobene Erde, eine verfes tigende Menge eines hydraulischen Materials, eine verflüssigende Menge Wasser und zumindest eine Substanz, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hydroxycarbonsäuren, Phosphonsäure - De rivaten und Sacchariden und deren Derivaten, und ein Zement-Dis pergiermittel enthält. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfah ren zum Gießen des Mörtels in einem Verfahren des Schildtunnel baus, worin die Aushubseite mit einem Mörtel eingemörtelt wird, der aus der ausgehobenen Erde hergestellt wird, die von der Aus hubseite stammt, wobei der Vergußmörtel aus der ausgehobenen Erde mit Hilfe des Verfahrens hergestellt wird, welches

(a) erstens aus der Zugabe einer verfestigende Menge eines hydraulischen Materials, einer verflüssigenden Menge von Wasser und zumindest einer Substanz ausgewählt aus der Grup pe, bestehend aus Hydroxycarbonsäuren, Phosphonsäure Deriva ten und Sacchariden und deren Derivaten zur ausgehobenen Er de, um eine erste Mischung zu ergeben; und
(b) Zugabe zu und Zumischen eines Zement-Dispergiermittels zu dieser ersten Mischung zu einem Zeitpunkt zwischen der Zugabe des hydraulischen Materials und dem Beginn des Abbin dens des hydraulischen Materials besteht.

Die Erfindung wird ferner durch die nachfolgenden Beispiele dar gestellt.

Materialien

Es werden die nachfolgenden Materialien verwendet, um eine Viel falt von hydraulischen Zubereitungen herzustellen:

a) Zement: Hochofenschlacken-Zement Klasse B, hergestellt von Nihon Cement Co., Ltd.
b) Ausgehobene Erde: Yurakucho Formation Erde No.1 (Lehm + Schlick Gehalt 16.1%) und Yurakucho Formation Erde No.2 (Lehm + Schlick Gehalt 10.1%). Die ausgehobene Erde wird durch Waschen mit Wasser und Verwendung eines 75-µm Siebes in Sand Teile und Lehm + Schlick Teile aufge trennt, und sie wird als Dispersion von Lehm und Schlick in Wasser verwendet.
c) Bentonit: Kunibond (geschützte Marke), hergestellt von Kunimine Kogyo Co., Ltd.
d) Wasser zum Vermischen: Leitungswasser.
e) Erstes Zusatzmittel: Es werden sieben Arten verwendet. Diese sind Natriumcitrat als eine Oxycarbonsäure (ab gekürzt als F1), Natriumglukonat (abgekürzt als F2), Gluconsäure (abgekürzt als F3), Apfelsäure (abgekürzt als F4), Stärkesirup als ein Saccharid (abgekürzt als F5), Glukose (abgekürzt als F6) und Methylenphosphon säure als ein Phosphonsäure Derivat (abgekürzt als F7).
f) Zement-Dispergiermittel: Es werden vier Arten verwen det. Diese sind Natrium Melamin Sulfonat Formaldehyd Kondensat (abgekürzt als R1), Natrium Naphthalin Sulfo nat Formaldehyd Kondensat (abgekürzt als R2), Calcium Polycarboxylat Ether (abgekürzt als R3) und Natrium Polyalkyl Sulfonat (abgekürzt als R4).

Die Mischungsverhältnisse der hydraulischen Verbundstoffe sind in Tabelle 1 angegeben.

Testmethoden

a) Methode zum Vermischen der hydraulischen Zubereitung.
Das erste Zusatzmittel wird zum Wasser hinzugefügt, Ze ment und ausgehobene Erde in einem Mörtelmischer, Rüh ren und Mischen werden während 2 Minuten durchgeführt, wonach das Zement-Dispergiermittel zugesetzt und das Rühren und Mischen neuerdings während 2 Minuten durch geführt werden.
b) Zeit-abhängiger Veränderungstest der Fließfähigkeit der hydraulischen Zubereitung.
Die gemäß a) hergestellte hydraulische Zubereitung wird während der angegebenen Dauer stehen gelassen, vor dem Messen während 30 Sekunden mit einem Mischer ver mischt, und die Fließfähigkeit wird mittels des Fließtests des JIS (Japanischer Industrie Standard) R 5201 gemessen.

c) Pumpbarkeit
Die Beurteilung wird durch Beobachtung der Entmi schungsbedingungen nach dem Fließtest mittels Sicht kontrolle durchgeführt. In unbefriedigenden Situatio nen, verbleibt das Aggregat in dem Pumpenschlauch und verstopft ihn gegebenenfalls.
d) Druckfestigkeit
Die Untersuchung erfolgt gemäß JIS A 1108.
e) Trockenschrumpfung
Die Untersuchung erfolgt während annähernd 3 Monaten unter Verwendung einer modifizierten Version von JIS A 1129.

Testresultate

Die Testresultate sind in den Tabellen 2 und 3 angegeben. Die beiden Tabellen zeigen die zeitabhängigen Veränderungen (mm) in der Fließfähigkeit und den unbeschränkten Druckfestigkeiten (kgf/cm²) der einzelnen Kombinationen der Vielfalt von Mischungs verhältnissen, welche in Tabelle 1 angegeben werden, und erste Zusatzmittel und Zement-Dispergiermittel. In Tabelle 2 werden in den Tests No.1 bis No.10 Vergleichsbeispiele und in den Tests No.11 und 12 Beispiele angegeben. Die Dosierungen der ersten Zusatzmittel und Zement-Dispergiermittel in der Tabelle geben die Gewichtsprozente der Feststoffe auf Zement berechnet an. Ferner werden in Tabelle 3 in den Tests No.13 bis No.15 Vergleichsbei spiele und in den Tests No.16 bis No.42 Beispiele angegeben. Auch in diesem Fall geben die Dosierungen der ersten Zusatzmittel und Zement-Dispergiermittel die Gewichtsprozente der Feststoffe auf Zement berechnet an. Ferner enthalten in den Tabellen 2 und 3 die Vergleichsbeispiele No.13 und No.14 keine ersten Zusatzmittel und Zement-Dispergiermittel und No.15 enthält nur ein Zement-Disper giermittel.

Zeitabhängige Veränderung der Fließfähigkeit der hydraulischen Zubereitung

Beim Vergleichen der Tests No.2 bis No.10 und der Tests No.13 bis No.15 (Vergleichsbeispiele) mit den Tests No.11, No.12 und No.16 bis No.42 (Beispiele) wurde gefunden: die erwünschten Fließfähigkeiten werden nach Beendigung des Vermischens erhalten und, überdies, nach Ablauf von 90 Minuten, mit beinahe keinem Abfall in der Fließfähigkeit verglichen mit der üblichen Technologie. Im Test No.21 (Beispiel) ist die Dosierung des ersten Zusatz mittels niedriger und es ist zu sehen, daß die Länge der Zeit, in der die Fließfähigkeit aufrechterhalten wird, abgekürzt ist.

Pumpbarkeit

Die Tests No.11, No.12 und No.16 bis No.42 (Beispiele) zeigen keine Entmischung verglichen mit der üblichen Technologie und es ist zu sehen, daß bei der Pumpbarkeit kein Problem besteht.

Druckfestigkeit

Im Vergleich zu den Tests No.1 und No.13 (Vergleichsbeispiele), sind Zunahmen der Druckfestigkeit in all den Tests No.11, No.12 und Tests No.17, No.20 bis No.28, No.30, No.34, No.37 bis No.42 (Beispiele) zu sehen.

Trockenschrumpfung

Veränderungen in der Länge werden beim Aushärten im geschlos senen Raum bei einer Feuchtigkeit von 60% gemessen. Das Ausmaß der Längenveränderung im Test No.11 bei einem Alter von 30 Tagen ist 4.2×10^-3, und es tritt danach fast keine Veränderung mehr auf. Dieser Wert ist höher als der Veränderungsgrad eines Betons, er ist jedoch nicht hoch für ein Erd-Zement Material. Ferner ist festzustellen, daß eine Stabilisierung des Veränderungsgrades eintritt.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung einer hydraulischen Zu bereitung, welches die nachfolgenden Stufen umfaßt

1. Vermischen einer ausgehobenen Erde mit einem verfesti genden Anteil eines hydraulischen Materials und einem verflüssigenden Anteil von Wasser und zumindest eines ersten Zusatzmittels, ausgewählt aus der Gruppe be stehend aus Hydroxycarbonsäuren, Phosphonsäure-Deri vaten und Sacchariden und deren Derivaten, um eine erste Mischung zu bereiten; und
2. Vermischen eines Zement-Dispergiermittels mit dieser ersten Mischung zu einem Zeitpunkt zwischen der Zugabe des hydraulischen Materials und dem Beginn des Abbin dens des hydraulischen Materials.

2. Ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, worin das erste Zusatzmittel in einem Anteil von 0.01-5 Gew.-% des hydrau lischen Materials anwesend ist.

3. Ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, worin das Zement- Dispergiermittel in einem Anteil von 0.01-5 Gew.-% des hydraulischen Materials anwesend ist.

4. Ein Verfahren zum Auffüllen eines ausgehobenen Hohlraums durch Herstellung und Einfüllung einer hydraulischen Zu bereitung aus der daraus ausgehobenen Erde, wobei diese Zubereitung zuerst durch Zufügen einer verfestigenden Menge eines hydraulischen Materials, einer verflüssigenden Menge von Wasser und zumindest einer Substanz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hydroxycarbonsäuren, Phosphonsäure- Derivaten und Sacchariden und deren Derivaten, zur Erde unter Bildung einer ersten Mischung und durch Zumischen eines Zement-Dispergiermittels zu dieser ersten Mischung hergestellt wird, wobei diese letztgenannte Zumischung in einem Zeitraum zwischen der Zugabe des hydraulischen Mate rials und dem Beginn des Abbindens des hydraulischen Mate rials durchgeführt wird.

5. Ein Verfahren zum Gießen des Mörtels in einem Verfahren des Schildtunnelbaus, worin die Aushubseite mit einem Mörtel eingemörtelt wird, der aus der ausgehobenen Erde hergestellt wird, die von der Aushubseite stammt, wobei der Vergußmörtel aus der ausgehobenen Erde mit Hilfe des Verfahrens hergestellt wird, welches

(a) erstens aus der Zugabe einer verfestigenden Menge eines hydraulischen Materials, einer verflüssigenden Menge von Wasser und zumindest einer Substanz ausgewählt aus der Grup pe, bestehend aus Hydroxycarbonsäuren, Phosphonsäure Deriva ten und Sacchariden und deren Derivaten zur ausgehobenen Er de, um eine erste Mischung zu ergeben; und
(b) Zugabe zu und Zumischen eines Zement-Dispergiermittels zu dieser ersten Mischung zu einem Zeitpunkt zwischen der Zugabe des hydraulischen Materials und dem Beginn des Abbin dens des hydraulischen Materials besteht.

6. Ein Gießmörtel, welcher eine hydraulische Zubereitung ist, der ausgehobene Erde, eine verfestigende Menge eines hydrau lischen Materials, eine verflüssigende Menge von Wasser, zu mindest eine Substanz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hydroxycarbonsäuren, Phosphonsäure Derivaten und Saccha riden und deren Derivaten, und ein Zement-Dispergiermittel enthält.