DE4401284A1 - Verwendung von magmatischem Gestein, insbesondere von Diabas, Gemenge, enthaltend insbesondere Diabas, und Verfahren zur Bodenverfestigung - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf die Verwendung von magmatischem Gestein, insbesondere von Diabas oder Basalt, ein Gemenge, enthaltend insbeson­ dere Diabas, und ein Verfahren zur Bodenverfestigung.

Zur Bodenverfestigung, z. B. zur Verfestigung eines Baugrundes oder eines Straßenunterbaus derart, daß der so verfestigte Boden von Baufahrzeugen befahren werden kann, sind unterschiedliche Verdichtungsverfahren be­ kannt geworden. Beispielsweise werden in dem Buch "Zusätzliche Techni­ sche Vorschriften und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau, Kommen­ tar Dr. Floss, Kirschbaum Verlag, 1979" Bodenverfestigungsverfahren mit Hilfe von Bindemitteln beschrieben, wobei Kalziumoxid bzw. Kalziumhydro­ xid eine wichtige Rolle spielen. Beispielsweise bewirkt die Zugabe von Branntkalk eine Verfestigung durch Bildung von Kalziumkarbonat und Kal­ ziumsilikaten, wobei darüber hinaus durch das Ablöschen des Branntkal­ kes Wasser gebunden wird, so daß hierdurch und durch die auftretende Reaktionswärme der Wassergehalt des Bodens gesenkt wird, so daß ein Be­ fahren eines derart präparierten Baugrundes alsbald nach Einbringung des Kalkes möglich ist.

Die bekannten Verfahren unter Verwendung von Kalk sind zwar sehr wirk­ sam, jedoch ist Kalk ein vergleichsweise teueres Material, so daß sich dieser Kostenfaktor insbesondere bei großflächigen Bauvorhaben sehr nachhaltig bemerkbar macht.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine ähn­ liche Bodenverfestigungswirkung wie mit den herkömmlichen Verfahren zu erzielen, wobei aber wenigstens teilweise kostengünstiger verfügbare Materialien einsetzbar sein sollen, vorzugsweise solche Materialien, welche bei anderen Prozessen ohnehin als Abfallprodukte anfallen, so daß mit deren Verwertung gleichzeitig auch ein Recyclingeffekt verbunden ist.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung dadurch ge­ löst, daß im wesentlichen pulverförmiges, magmatisches Gestein, insbe­ sondere Diabas, im Gemenge mit anderem, unter anderem silikathaltigen Materialien zur Verfestigung von Böden verwendet wird, indem auf die zu verfestigenden Böden das magmatische Gesteinspulver aufgebracht und/oder in die Oberfläche eingearbeitet oder in unterirdische Aushöhlungen ein­ gebracht und vorzugsweise unter Druck verfestigt wird.

Zur Lösung der obengenannten Aufgabe dient auch ein Gemenge umfassend einen Anteil von kalk- bzw. kalziumhydroxidhaltigem Material neben mag­ matischem Gestein, insbesondere Diabas.

Es wurde gefunden, daß bei einem Einsatz von beispielsweise Diabas die­ ser nicht nur die Rolle eines Füllstoffes übernimmt, sondern ähnlich dem Kalk eine aktive Verfestigungswirkung entsteht.

Beispielsweise ist bei der Untersuchung von einerseits unbehandelten Lößböden und andererseits mit einem Anteil von Kalk und Diabas versetz­ ten Lößböden unter dem Rasterelektronenmikroskop erkennbar, daß infolge der geologischen Ginese der reine Löß als glaziges äolisches Sediment mehr oder weniger deutlich erkennbar ein Einkornsystem aufweist, welches auch bei mechanischer Verdichtung größere Poren aufweist. Eine Bindung der einzelnen Körner erfolgt lediglich über den Kanten und Spitzen, woraus bezogen auf derart aufgebaute Böden eine niedrige Bodendruckfe­ stigkeit resultiert.

Im Gegensatz dazu zeigen rasterelektronische Untersuchungen, daß durch den Zusatz von Diabas im verdichteten Material größere Poren vollständig verschwinden und die kantigen Quarzkörner des Löß vollständig in der Grundmasse des Sediments und den zugesetzten feinkörnigen Komponenten eingebettet sind. Es wird eine deutlich erhöhte Bodenfestigkeit beobachtet, die sich wohl daraus erklären läßt, daß durch die Feinkörnigkeit und Basizität der zugemischten Komponenten es zu einer hydrothermalen Reak­ tion der Bodenkomponenten kommt, wobei feinkristalline Kalziumsilikat­ hydrate entstehen, die festigkeitsbildend wirken.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß überraschenderweise durch den Einsatz von körnigem magmatischem Gestein, insbesondere von Diabas, eine über die Füllwirkung des Pulvers hinausgehende chemische Verfe­ stigung erreicht wird.

Hinsichtlich der detaillierten Zusammensetzung der hier vorzugsweise in Betracht gezogenen Diabase und Basalte wird verwiesen auf "Mineralogi­ sche Tabellen", Hugo Strunz, 8. Auflage, Akademische Verlagsgesellschaft Geest und Portig, 1982. Die Oberflächen der Mineralkörper dieser Einzel­ mineralien werden in dem zu verfestigenden Boden durch die alkalische Lösung offensichtlich angelöst und aktiviert. Hierdurch wird es ermög­ licht, daß die Mineralkörper des Bodens (Quarze, Feldspäte, Tonmineral­ aggregate) mit den zugegebenen Mineralien über Kalziumkarbonat-, Kal­ zium-Silikathydrat-, Kalzium-Aluminathydrat- und Kalzium-Alumosilikat­ hydratverbindungen eine neue, stabile und innige Verbindung eingehen. Vorzugsweise sind dabei insbesondere durch Aufmahlen aktivierte zugege­ bene Mineralkörper in Verbindung mit Silizium- und Aluminiumionen be­ teiligt.

Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens im Vergleich zur ausschließlichen Verwendung von aggressivem Branntkalk ist anzumerken, daß bei vergleichbarer Windstärke bei einem Diabas-Zusatz nur 20% ver­ weht wird gegenüber der Verwendung einer gleichen Menge von Brannt­ kalk. Dies ist insbesondere bei der Realisierung von Bodenverfestigungen in der Nähe von Wohnbebauung von Bedeutung.

Für eine praktische Bodenverfestigung kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der Anteil an Kalziumoxid bzw. kalziumhydroxidhaltigem Mate­ rial bei 0,1% bis 30% liegt.

Das Kalziumhydroxid kann auch flüssig oder als Aufschwemmung eingesetzt werden und das Gemenge dementsprechend insgesamt als flüssige oder pastöse Aufschwemmung ausgebildet sein.

In diesem Zusammenhang bietet es sich insbesondere an, daß als flüssige Kalziumhydroxid-Komponente ein Abfallprodukt der Azetylenfertigung ein­ gesetzt wird.

Die Korngröße des eingesetzten magmatischen Gesteins liegt vorzugsweise in einem Bandbereich von 0 bis 0,8 mm.

Aus physikalischen Gründen kann zusätzlich zu dem feinkörnigen magmati­ schen Gestein ein grobkörniges magmatisches Gestein in einer Korngrößen- Bandbreite von 1 bis 32 mm vorgesehen sein.

Insoweit ist zu berücksichtigen, daß z. B. bei der Verwendung der Vorab­ siebungen von Steinbrüchen das Oberkorn eine Korngröße von ca. 32 mm aufweist.

Die obengenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren, wonach vorgesehen ist, daß auf den bzw. in den zu verfesti­ genden Boden bzw. die Bodenhöhlungen ein Pulver aus einem magmatischen Gestein, insbesondere Diabas, eingebracht wird.

Dem magmatischen Gesteinspulver kann Kalziumoxid oder kalziumhydroxid­ haltiges Material vor der Verarbeitung zugesetzt werden.

Beispielsweise ist es möglich, daß das Kalziumoxid bzw. das kalzium­ hydroxidhaltige Material unter Ausbildung einer Aufschwemmung zugesetzt wird und das so gebildete Gemenge zu dem Füllbereich gepumpt wird. Mit diesem Verfahren lassen sich beispielsweise unterirdische Bodenhöhlungen, die durch Bergbau entstanden sind, verfüllen und verfestigen, so daß eine anschließende Bebauung möglich ist. Hierbei können auch grobe Korngrößen bis zu 32 mm zusätzlich eingesetzt werden, wobei unter Ver­ wendung von Sonderpumpen sogar Korngrößen 50 mm möglich sind.

Gemäß einer anderen Verfahrensvariante ist vorgesehen, daß in an sich bekannter Weise zur Erzielung einer Oberflächenverfestigung, insbesondere im Bauwesen, der zu verfestigende Boden aufgepflügt, das magmatische Gestein, vorzugsweise zusammen mit anderen Materialkomponenten, als Ge­ menge aufgestreut, anschließend eine oberflächliche Durchmischung mittels eines Bodenfräsers od. dgl. vorgenommen und dann eine Verfestigung durch Walzen realisiert wird.

Es wurde beobachtet, daß das Verfahren besonders wirksam dadurch realisierbar ist, daß das magmatische Gestein als frisch gemahlenes Pul­ ver eingesetzt wird, da es hierbei eine noch höhere chemische Aktivität aufweist.

Schließlich kann noch vorgesehen sein, daß nach dem Aufbringen des das Pulver aus magmatischem Gestein enthaltenen Gemenges eine Wärmebehand­ lung gegebenenfalls in Kombination mit einer Druckbehandlung vorgenom­ men wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Beispiel 1

Bodenbefestigung mit Diabasfüller in der Löß-Parabraunerde mit dem Ziel, eine Bodendruckfestigkeit von 45 MN/m² zu erreichen.

• - Bodendruckfestigkeit des unbehandelten Bodens: 11 . . . 13 kN/m².
• - Bodendruckfestigkeit des unbehandelten Bodens nach vier Überfahrten mit der Schaffußwalze: 25 kN/m².
• - Wassergehalt des zu bearbeitenden Bodens: 13%.

Auf dem Versuchsfeld wurde 25 cm tief, gemäß der bekannten Technik der Bodenverbesserung mit Kalk bzw. Zement, 24 kg einer Diabasfüllermi­ schung bei Verhältnis Diabasfüller/Branntkalk von 4 : 1 in dem Boden ein­ gebracht. Nach vier Überfahrten mit der Schaffußwalze wurden 53, 54 und 56 kN/M² gemessen.

Die Verhältnisse EV1/EV2 (vgl. DIN 18 134) lagen zwischen 2,2 und 21,4. Die Auswertung mittels Rasterelektronenmikroskop ergab, daß die Lößpar­ tikel durch Kalziumsilikathydrat (CSE), Kalziumaluminiumhydrat (CAH), Kalziumalumosilikathydrat (CASH) und Kalziumkarbonat mit den Diabasfüll­ erpartikeln verbunden sind.

Beispiel 2

Bodenbefestigung mit Diabasfüller mit einem Löß-/Leim-/Schluffsandgemisch mit dem Ziel, eine Bodendruckfestigkeit von 45 MN/m² zu erreichen.

• - Bodendruckfestigkeit des unbehandelten Bodens: 14 kN/m².
• - Bodendruckfestigkeit des unbehandelten Bodens nach sechs Überfahrten mit der Schaffußwalze: 27 kN/m².
• - Wassergehalt des zu behandelnden Bodens: 17%.

Auf dem Versuchsfeld wurde 25 cm tief, gemäß der Technik der Bodenver­ besserung mit Kalk bzw. Zement, 60 kg einer Diabasfüllermischung bei Verhältnis Diabasfüller/Branntkalk von 4 : 1 in den Boden gebracht. Nach sechs Überfahrten mit der Schaffußwalze wurden 60 kN/m² gemessen. Die Verhältnisse EV1/EV2 lagen zwischen 2,0 und 2,3.

Beispiel 3

In einem Laborversuch wurde Löß-/Lehmboden mit Branntkalk (Mischung 1) und einem Diabasfüller/Kalkgemisch 4 : 1 (Mischung 2) behandelt. Die Ver­ dichtungseigenschaften der Füllermischung sind der der Kalkmischung mindestens gleichzusetzen.

Beispiel 4

Herstellen einer verdichtbaren, sich weiter verfestigenden Bodenmasse mit dem Ziel, daß diese 25 cm hoch auf einem nicht befahrbaren Boden aufge­ tragene Bodenmasse zusammen mit dem anstehenden Boden eine Druckfe­ stigkeit von 45 kN/m² erreicht.

• - Bodendruckfestigkeit des unbehandelten anstehenden Bodens: 12 kN/m².
• - Wassergehalt des anstehenden Bodens: 18%.
  Bodenmischkomponente I, Steinbruchvorabsiebung nicht verdichtbar.
• - Wassergehalt 8%.
  6% Anteil lindiger Stoffe, 80% Anteil Körnung 2/45 mm
  Bodenmischkomponente II, tonig/schluffiger Abraum.
• - Wassergehalt: 16%.
  80% Anteil Körnung, 0,6 mm.

Die Bodenmischkomponenten I und II wurden im Verhältnis 4 : 1 gemischt. Bezogen auf den Anteil der Bodenmischkomponente II wurden 4% einer Diabasfüller/Branntkalk-Mischung (Mischverhältnis 4 : 1) gegeben.

Nach sechs Überfahrten mit der Schaffußwalze wurde eine Bodendruckfe­ stigkeit in Höhe von 60 kN/m² festgestellt. Das Verhältnis EV2/EV1 be­ trug 1,9.

Claims (13)

1. Verwendung von im wesentlichen pulverförmigem magmatischen Gestein, insbesondere von Diabas oder Basalt, im Gemenge mit anderen, unter anderem silikathaltigen Materialien zur Verfestigung von Böden, indem auf die zu verfestigenden Böden das magmatische Gesteinspulver aufgebracht und/oder in die Oberfläche eingearbeitet oder in unterirdische Aushöhlun­ gen eingebracht und vorzugsweise unter Druck verfestigt wird.

2. Gemenge zur Bodenverfestigung nach Anspruch 1, umfassend einen An­ teil von kalk- bzw. kalziumhydroxidhaltigem Material neben magmatischem Gestein.

3. Gemenge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Kalziumoxid bzw. kalziumhydroxidhaltigem Material bei 0,1% bis 30% liegt.

4. Gemenge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalzium­ hydroxid flüssig oder als Aufschwemmung eingesetzt wird und das Gemenge insgesamt als flüssige oder pastöse Aufschwemmung ausgebildet ist.

5. Gemenge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssige Kalziumhydroxid-Komponente ein Abfallprodukt der Azetylenfertigung ein­ gesetzt wird.

6. Gemenge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des eingesetzten magmatischen Gesteins in einem Bandbereich von 0 bis 0,8 mm liegt.

7. Gemenge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem feinkörnigen magmatischen Gestein aus physikalischen Gründen ein grobkörnigeres magmatisches Gestein in einer Korngrößen-Bandbreite von 1,0 bis 32 mm eingesetzt wird.

8. Verfahren zur Bodenverfestigung, dadurch gekennzeichnet, daß auf den bzw. in den zu verfestigenden Boden bzw. die Bodenhöhlungen ein Pulver aus einem magmatischen Gestein, insbesondere Diabas, eingebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem magma­ tischen Gesteinspulver kalziumoxid- oder kalziumhydroxidhaltiges Material vor der Verarbeitung zugesetzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das kal­ ziumoxid- bzw. kalziumhydroxidhaltige Material unter Ausbildung einer Aufschwemmung zugesetzt wird und das so gebildete Gemenge zu dem Füll­ bereich gepumpt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zur Erzielung einer Oberflächenverfestigung, insbesondere im Bauwesen, der zu verfestigende Boden aufgepflügt, das magmatische Gestein, vorzugsweise zusammen mit anderen Materialkomponenten, als Ge­ menge aufgestreut, anschließend eine oberflächliche Durchmischung mittels eines Bodenfräsers oder dergleichen vorgenommen und dann eine Verfesti­ gung durch Walzen realisiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das magma­ tische Gestein als frisch gemahlenes Pulver eingesetzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen des das Pulver aus magmatischem Gestein enthaltenen Gemenges eine Wärmebehandlung gegebenenfalls in Kombination mit einer Druckbe­ handlung vorgenommen wird.