EP2279232A1 - Verfahren zur boden- oder fundamentverfestigung - Google Patents

Verfahren zur boden- oder fundamentverfestigung

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EP2279232A1
EP2279232A1 EP09724918A EP09724918A EP2279232A1 EP 2279232 A1 EP2279232 A1 EP 2279232A1 EP 09724918 A EP09724918 A EP 09724918A EP 09724918 A EP09724918 A EP 09724918A EP 2279232 A1 EP2279232 A1 EP 2279232A1
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EP
European Patent Office
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latex
soil
component
foundation
water
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09724918A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Siegner
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Poligate Ltd
Original Assignee
Poligate Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Poligate Ltd filed Critical Poligate Ltd
Publication of EP2279232A1 publication Critical patent/EP2279232A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09K17/00—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials
    • C09K17/40—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials containing mixtures of inorganic and organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • C04B26/02—Macromolecular compounds
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    • C04B26/02—Macromolecular compounds
    • C04B26/04—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
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    • C04B26/30—Compounds having one or more carbon-to-metal or carbon-to-silicon linkages ; Other silicon-containing organic compounds; Boron-organic compounds
    • C04B26/32—Compounds having one or more carbon-to-metal or carbon-to-silicon linkages ; Other silicon-containing organic compounds; Boron-organic compounds containing silicon
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C3/00—Foundations for pavings
    • E01C3/04—Foundations produced by soil stabilisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00732—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for soil stabilisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/0075—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for road construction

Definitions

  • the invention relates to methods for soil or foundation consolidation and the use of the solidifiers for consolidating soil or soil containing materials.
  • a soil layer is typically removed first, and after flattening the surface, a gravel support layer is applied, followed by an asphalt base course, an asphalt binder course and an asphalt face course.
  • the gravel support layer often has a thickness of 50 to 70 cm, and thus has the largest thickness of the entire coating.
  • the soil is usually also excavated and filled with a straightening with the foundation material.
  • WO 97/23433 relates to dispersions and their use in concrete mixtures.
  • DE-A-1 571 449 relates to mortar compositions which, besides Portland cement, filler and water, also contain a polymer emulsion and a cellulose derivative.
  • US 3,943,078 relates to a soil treatment composition containing a synthetic latex material, hydroxyethyl cellulose, metal salts and powdered citric acid.
  • the object of the present invention is to provide a method for soil or foundation consolidation, which allows to carry out without removal of the old soil and its disposal in a very simple way earth-engineering measures for soil improvement, soil consolidation and soil stabilization.
  • the object is achieved by a method for strengthening of soils and foundations, in which a soil or Bodenungsfestfestiger, optionally after mixing with water and optionally together with cement and / or fillers in the ground or the foundation with mixing with the ground or Incorporated foundation. It may be at the bottom of the ground of a traffic area, z. As a road, a path or a, z. B. paved, square act. In general, any surface can be treated according to the invention.
  • the soil and Bodenungsfestfestiger invention is incorporated with a cutter in the soil to be consolidated by milling. This eliminates the usually necessary and costly replacement of the resulting soil.
  • liquid composition of the invention is over a
  • Microprocessor-controlled pump sprayed into the catchment area of a milling machine and mixed by the tiller with the ground or soil.
  • cement or a (further) filler can be pre-scattered on the ground or the foundation and also introduced into the ground with the milling cutter.
  • the entire road surface layer can be mixed with the miller with the addition of the inventive solidifier.
  • soil or foundation strengtheners or corresponding agents which comprise a latex polymer A, a thickener B, a defoamer C and at least one salt or hydroxide D of an alkali metal or alkaline earth metal and optionally water.
  • soil or foundation consolidators comprising a latex polymer A, a thickener B, a defoamer C and at least one salt or hydroxide D of an alkali or alkaline earth metal can be incorporated into existing soil after incorporation into water with mixing, wherein after a short setting time already sets the solidifying effect.
  • the existing soil is simply milled under entry of the invention Boden- or Fundamentver festigers and subsequently tied.
  • the solidifier used according to the invention is a polymer-based, preferably water-soluble, environmentally neutral and non-toxic additive for use in soil-engineering measures for soil improvement, soil stabilization and soil stabilization with hydraulic binders.
  • the solidifier according to the invention can be present, for example, in free-flowing solid form and 0.1 to 50 wt .-%, preferably 0.5 to 25 wt .-% of component A, 0.05 to 5 wt .-%, preferably 0.1 to 2 wt .-% of component B,
  • the solidifier is preferably present in powder, flake or granular form. Other possible flowable solid forms are known to those skilled in the art.
  • Component C may be present or absent.
  • the solidifying agent may be in a flowable liquid form and may contain 3 to 95% by weight, preferably 30 to 80% by weight of a mixture as described above in 5 to 97% by weight, preferably 20 to 70% by weight. Contain water.
  • the solidifying agent in flowable solid form can be made into the flowable liquid form simply by incorporation in water and dissolving or dispersing therein.
  • the flowable liquid form can be introduced directly into the soil for incorporation, while the flowable solid form allows for simplified storage and transportation.
  • the introduction into water can be done immediately before use.
  • the latex polymer A may be used in the form of a powder or a latex solution.
  • An aqueous latex solution preferably has one
  • the proportion of the latex is preferably 0.5 to 20% by weight, particularly preferably 1 to
  • the proportion of the thickener B is preferably 0.1 to 5 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 2 wt .-%.
  • the proportion of component D is preferably 0.01 to 10 wt .-%, particularly preferably 0.05 to 5 wt .-%.
  • the proportion of antifoam C, if it is used as an emulsion, is preferably 0.05 to 5 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 2 wt .-%.
  • latex polymer A any suitable latex polymers which are soluble or dispersible in water can be used.
  • the latex polymer A is preferably a styrene-butadiene latex (SBR), (meth) acrylate latex, ethylene-vinyl acetate latex, ethylene / propylene latex, ethylene / propylene-diene latex (EPDM), butadiene rubber.
  • NBR Acrylonitrile latex
  • SI silicone latex
  • BR polybutadiene latex
  • natural rubber latex or a mixture of two or more thereof.
  • the latex can be uncrosslinked or crosslinked. It is also possible to use an uncrosslinked latex together with a crosslinking agent. In particular, chemical crosslinkers are included.
  • the molecular weight of the polymer on which the latex is based can be freely selected within wide limits. Typically, the molecular weight is 300 to 1,000,000, preferably 500 to 100,000 g / mol (number average molecular weight as determined by gel permeation chromatography).
  • a crosslinked latex or a latex is used together with a crosslinking agent.
  • Suitable latexes are available commercially and can be obtained from a variety of sources. Particular preference is given to using acrylate, styrene-butadiene or ethylene-vinyl acetate latexes.
  • the latexes are generally colloidal dispersions of polymers in aqueous media which have low viscosities even at high polymer concentrations.
  • Synthetic latexes are typically prepared by emulsion polymerization of suitable monomers or by dispersing polymers in one
  • the latices may contain additives such as protective colloids,
  • Stabilizers pigments and vulcanization aids.
  • thickening agents described below may be included.
  • thickening agent B any suitable thickening agents can be used.
  • Thickening agents which can also be referred to as swelling agents, are generally organic, high molecular weight substances which absorb liquids, especially water, swelling, and eventually pass into viscous true or colloidal solutions.
  • the thickeners serve to increase the viscosity of the solidifiers according to the invention.
  • Any suitable thickening agent can be used according to the invention.
  • organic natural thickening agents such as agar-agar, carrageenan, tragacanth, gum arabic, alginates, pectins, polyoses, guar flour, locust bean gum, starch, dextrins, gelatin or casein can be used. It is also possible to use organic, modified natural substances such as carboxymethylcellulose and other cellulose ethers, hydroxyethyl and propylcellulose as well as core flour ethers.
  • organic, fully synthetic thickeners such as polyacrylic and polymethacrylic compounds, vinyl polymers, polycarboxylic acids, polyethers, polyimines or polyamines.
  • inorganic thickening agents such as polysilicic acids, clay minerals such as montmorillonites, zeolites or silicas are used.
  • a cellulose-based thickener is used.
  • the thickener is particularly preferably selected from carboxymethylcellulose, cellulose ethers, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose and mixtures of two or more thereof.
  • methyl cellulose is used.
  • component C defoamers are also used. These are substances that form a closed film liquid-gaseous at the interface and thus allow the medium to be degassed to form the smallest surface and thus the lowest-energy state in a very short time by destroying the gas bubbles.
  • the defoamers which destroy the foam which has already formed have, in principle, the same composition as the antifoaming agent which prevents foaming. These may be surfactants that displace the foaming agents from the interface without producing foam themselves, or products that increase the surface tension of the water, such as natural fats and oils or fatty alcohols. In many cases defoamers are used silicone-based. Glycol ethers such as polyethylene / propylene glycol ethers or mixed ethers may also be used, for example.
  • an antifoam emulsion is used according to the invention, as is commercially available.
  • At least one salt or hydroxide of an alkali metal or alkaline earth metal is used according to the invention.
  • these are preferably sodium, magnesium and / or calcium compounds.
  • the hydroxides or chlorides are used. Particular preference is given to using a combination of sodium hydroxide and calcium chloride.
  • the proportion of the sodium hydroxide is preferably 0.01 to 0.15% by weight.
  • the proportion of calcium chloride is preferably 0.5 to 5 wt .-%. - - -
  • Sodium hydroxide and calcium hydroxide are used to adjust the pH and to stabilize the composition of the invention.
  • the solidifiers used erf ⁇ ndungshiel may also contain other conventional auxiliaries and additives.
  • the solidifiers used according to the invention can be prepared by simply mixing the starting materials.
  • the powders of the starting materials can be mixed. It is also possible to mix aqueous solutions, emulsions or dispersions of the starting materials with one another in order to obtain an application-ready, flowable liquid composition.
  • ground consolidators or foundation consolidators used according to the invention are used, if appropriate after mixing with water, for consolidating soil or soil, soil-containing materials such as mixtures of soil and road coverings or building materials, or foundation materials.
  • the solidifier is not used in concrete or cement. Concrete or cement additives in the consolidation of soil are generally not critical.
  • sampling of the soil is typically first carried out, so that soil mechanical laboratory investigations can be carried out.
  • preliminary geotechnical investigations can be carried out, and for traffic areas, the loads and frequency of traffic can be determined.
  • the climate can be determined, for example, the frequency of frost and the amount of rainfall.
  • the dosage of the cement can be determined, as well as the dosage of the inventive Festigers.
  • cement spreading and introduction of the solidifier according to the invention via a milling cutter can follow.
  • levelers, graders and caterpillar as well as roller can connect.
  • a sampling is carried out and the load capacity after setting is examined. This will ensure adequate quality assurance.
  • an asphalt application can take place in the usual way, it being possible to dispense with a layer of crushed aggregate.
  • silicate particles are preferably added during the production of high-strength concretes. These silicate particles are about 30 to 100 times smaller than the cement bodies (diameter in the micrometer range) and consist almost entirely of amorphous silicon dioxide. Due to their shape and size, the silicate particles are able to fill a portion of the pore space between the cement grains much better.
  • the caused due to the dispersing effect of the superplasticizer structural compaction of the cement paste is again significantly increased, and it is achieved a higher density.
  • a Putzolan secondary reaction occurs between the calcium hydroxide formed during cement hydration and the silicate particles.
  • This calcium silicate hydrate is formed, which has a higher strength compared to the starting materials.
  • the microstructure in the composite zone between cement and aggregate significantly improved by this approach. This improved association between aggregate and matrix by influencing the calcium and ettringite content contributes significantly to the increase in strength.
  • these auxiliaries based on cement, in an amount of 5 to 99 wt .-%, particularly preferably 10 to 50 wt .-%.
  • silicate particles which preferably have an average particle size in the range from 100 to 1000 nm.
  • the ratio of inventive solidifier to cement can be chosen freely within wide ranges.
  • Bonding with fresh and salt water better processability and compactability - high durability.
  • the solidifier used in the invention is environmentally friendly and can even be used for setting and thus stabilizing contaminated soils. Even under the most difficult conditions, under which a road rehabilitation or a road construction of conventional type are no longer possible, the processing of the inventive solidifier can be done, for example, in frost.
  • Construction costs by saving on expenses for soil replacement, transport, material supply, earthworks and soil disposal.
  • the construction time can be up to
  • a driving on the construction field is after a short time, typically two days, due to the fast setting process possible. Maintenance costs can be reduced while achieving much higher compressive strengths. Even with frost, the inventive method can be performed.
  • the invention also relates to the use of the soil or foundation consolidators as defined above, optionally after mixing with water, for consolidating soil or soil containing materials.
  • soil or foundation consolidators as defined above, optionally after mixing with water, for consolidating soil or soil containing materials.
  • These materials are preferably not cement, concrete or mortar, but soil or physical mixtures of soil with other materials, such as soil with stones, crushed stone or rock dust, or mixtures of soil with debris or road surfaces or substrates to which Road coverings are applied.
  • the soil or Bodenungsfestfestiger be used in road or road construction or in the road or road restoration.
  • the invention is further illustrated by the following example.
  • composition can be used directly for soil consolidation by milling in soil.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen von Böden und Fundamenten, bei dem man einen Boden- oder Fundamentverfestiger, enthaltend ein Latexpolymer (A), ein Verdickungsmittel (B), einen Entschäumer (C) und mindestens ein Salz oder Hydroxid (D) eines Alkali- oder Erdalkalimetalls sowie gegebenenfalls Wasser, gegebenenfalls nach Vermischen mit Wasser und gegebenenfalls gemeinsam mit Zement und/oder Füllstoffen in den Boden oder das Fundament unter Vermischen mit dem Boden oder dem Fundament einarbeitet.

Description

Verfahren zur Boden- oder Fundamentverfestigung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Boden- oder Fundamentverfestigung und die Verwendung der Verfestiger zum Verfestigen von Erdreich oder Erdreich enthaltenden Materialien.
Bei der Herstellung von Straßen wird in der Regel zunächst eine Bodenschicht abgetragen, und nach Einebnung der Fläche wird eine Schottertragschicht aufgebracht, gefolgt von einer Asphalt-Tragschicht, einer Asphalt-Bindemittelschicht und einer Asphalt- Deckschicht. Die Schottertragschicht weist häufig eine Mächtigkeit von 50 bis 70 cm auf und hat damit die größte Dicke der gesamten Beschichtung.
Zur Herstellung von Fundamenten wird üblicherweise ebenfalls das Erdreich ausgehoben und nach einer Begradigung mit dem Fundamentmaterial befüllt.
Diese bekannten Verfahren führen zu hohen Baukosten, da ein Bodenaustausch durchgeführt werden muss und zudem kostspielige Materiallieferungen, Erdbau und Entsorgung von Böden sowie zahlreiche Transporte notwendig sind. Typischerweise muss alter Boden abtransportiert und in Deponien gelagert werden. Für manche Anwendungen sind die Druckfestigkeiten noch nicht ausreichend, was zu einer mangelnden Stabilität der verfestigten Böden oder Fundamente führt.
Die WO 97/23433 betrifft Dispersionen und deren Einsatz in Betonmischungen.
Die DE-A-I 571 449 betrifft Mörtelmassen, die neben Portlandzement, Füllstoff und Wasser auch eine Polymeremulsion und ein Cellulosederivat enthalten.
Die US 3,943,078 betrifft eine Bodenbehandlungszusammensetzung, die ein synthetisches Latexmaterial, Hydroxyethylcellulose, Metallsalze und pulverförmige Zitronensäure enthält.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfharen zur Bodenoder Fundamentverfestigung, die es erlauben, ohne Abtransport des alten Bodens und seine Entsorgung in unaufwendiger Weise erdbautechnische Maßnahmen zur Bodenverbesserung, Bodenverfestigung und Bodenstabilisierung durchführen zu können. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Verfestigen von Böden und Fundamenten, bei dem man einen Boden- oder Fundamentverfestiger, gegebenenfalls nach Vermischen mit Wasser und gegebenenfalls gemeinsam mit Zement und/oder Füllstoffen in den Boden oder das Fundament unter Vermischen mit dem Boden oder Fundament einarbeitet. Dabei kann es sich bei dem Boden um den Untergrund einer Verkehrsfläche, z. B. einer Straße, eines Weges oder eines, z. B. asphaltierten, Platzes handeln. Allgemein kann ein beliebiger Untergrund erfindungsgemäß behandelt werden.
Typischerweise wird der erfindungsgemäße Boden- und Fundamentverfestiger mit einer Fräse in den zu verfestigenden Boden durch Einfräsen eingearbeitet. Dadurch entfällt das üblicherweise notwendige und aufwendige Ersetzen des entstehenden Bodens.
Beispielsweise wird die erfindungsgemäße flüssige Zusammensetzung über eine
Mikroprozessor-geregelte Pumpe in den Einzugsbereich einer Fräse eingesprüht und durch die Fräse mit dem Boden oder Erdreich vermischt. Dabei kann beispielsweise Zement oder ein (weiterer) Füllstoff auf den Boden oder das Fundament vorgestreut und ebenfalls mit der Fräse in den Boden eingebracht werden. Bei der Sanierung von Bodenflächen, beispielsweise Straßen, kann die gesamte Straßenoberschicht mit der Fräse vermischt werden unter Hinzufügung des erfindungsgemäßen Verfestigers. Ein Abtrag einzelner
Schichten kann dabei vermieden werden.
Erfindungsgemäß werden Boden- oder Fundamentverfestiger oder entsprechende Mittel eingesetzt, enthaltend ein Latexpolymer A, ein Verdickungsmittel B, einen Entschäumer C und mindestens ein Salz oder Hydroxid D eines Alkali- oder Erdalkalimetalls sowie gegebenenfalls Wasser.
Es wurde erfindungsgemäß gefunden, dass Boden- oder Fundamentverfestiger, die ein Latexpolymer A, ein Verdickungsmittel B, einen Entschäumer C und mindestens ein Salz oder Hydroxyd D eines Alkali- oder Erdalkalimetalls enthalten, nach Einbringen in Wasser unter Vermischen in bestehenden Boden eingearbeitet werden können, wobei nach einer kurzen Abbindezeit bereits die verfestigende Wirkung einsetzt. Beispielsweise wird der bestehende Boden einfach durchgefräst unter Eintrag des erfindungsgemäßen Boden- oder Fundamentver festigers und nachfolgend abgebunden.
Beim erfindungsgemäß eingesetzten Verfestiger handelt es sich um ein, vorzugsweise wasserlösliches, umweltneutrales und ungiftiges Additiv auf Polymerbasis für den Einsatz bei erdbautechnischen Maßnahmen zur Bodenverbesserung, Bodenverfestigung und Bodenstabilisierung mit hydraulischen Bindemitteln.
Der erfindungsgemäße Verfestiger kann beispielsweise in fließfähiger fester Form vorliegen und 0,1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 25 Gew.-% der Komponente A, 0,05 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 2 Gew.-% der Komponente B,
0 oder 0,05 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0 oder 0,1 bis 2 Gew.-% der Komponente C und 0,01 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 5 Gew.-% der Komponente D enthalten,
wobei die Gesamtmenge der Komponenten A bis D 100 Gew.-% ergibt. Der Verfestiger liegt dabei vorzugsweise in Pulver-, Flocken- oder Granulatform vor. Andere mögliche fließfähige feste Formen sind dem Fachmann bekannt.
Komponente C kann vorliegen oder abwesend sein.
Alternativ kann der Verfestiger in fließ fähiger flüssiger Form vorliegen und dabei 3 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 80 Gew.-% eines wie vorstehend beschriebenen Gemisches in 5 bis 97 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 70 Gew.-% Wasser enthalten.
Der in fließfähiger fester Form vorliegende Verfestiger kann durch einfaches Einbringen in Wasser und Auflösen oder Dispergieren darin in die fließfähige flüssige Form gebracht werden.
Die fließfähige flüssige Form kann direkt zur Einarbeitung in den Boden eingebracht werden, während die fließfähige feste Form eine vereinfachte Lagerung und einen vereinfachten Transport erlaubt. Das Einbringen in Wasser kann unmittelbar vor der Anwendung erfolgen.
Alle Inhaltsstoffe des Verfestigers können in fester oder gelöster/dispergierter Form eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Latexpolymer A in Form eines Pulvers oder einer Latexlösung eingesetzt werden. Eine wässrige Latexlösung hat vorzugsweise eine
Konzentration von 30 bis 60 Gew.-%. In der gebrauchsfertigen Zusammensetzung beträgt der Anteil des Latex vorzugsweise 0,5 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis
10 Gew.-%. Der Anteil des Verdickungsmittels B beträgt vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-%. Der Anteil der Komponente D beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,05 bis 5 Gew.-%.
Der Anteil des Entschäumers C beträgt, sofern er als Emulsion eingesetzt wird, vorzugsweise 0,05 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-%. Als Latexpolymer A können beliebige geeignete Latexpolymere eingesetzt werden, die in Wasser löslich oder dispergierbar sind. Vorzugsweise handelt es sich beim Latexpolymer A um einen Styrol-Butadien-Latex (SBR), (Meth)acrylat-Latex, Ethylen- Vinylacetat-Latex, Ethylen/Propylen-Latex, Ethylen/Propylen-Dien-Latex (EPDM), Butadien-Acrylnitril-Latex (NBR), Silikon-Latex (SI), Polybutadien-Latex (BR), Naturkautschuk-Latex oder ein Gemisch von zweien oder mehreren davon. Der Latex kann dabei unvernetzt oder vernetzt sein. Es ist auch möglich, einen unvernetzten Latex gemeinsam mit einem Vernetzungsmittel einzusetzen. Dabei werden insbesondere chemische Vernetzer mitverwendet. Das Molekulargewicht des dem Latex zugrunde liegenden Polymers kann in weiten Bereichen frei gewählt werden. Typischerweise beträgt das Molekulargewicht 300 bis 1000000, bevorzugt 500 bis 100000 g/mol (Zahlenmittel des Molekulargewichts, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie).
Besonders bevorzugt wird ein vernetzter Latex oder ein Latex zusammen mit einem Vernetzungsmittel eingesetzt. Geeignete Latices sind technisch erhältlich und können aus einer Vielzahl von Quellen bezogen werden. Besonders bevorzugt werden Acrylat-, Styrol- Butadien- oder Ethylen-Vinylacetat-Latices eingesetzt.
Bei den Latices handelt es sich allgemein um kolloidale Dispersionen von Polymeren in wässrigen Medien, die auch bei hohen Polymerkonzentrationen niedrige Viskositäten aufweisen. Synthetische Latices werden typischerweise durch Emulsionspolymerisation geeigneter Monomeren oder durch Dispergieren von Polymeren in einem
Dispersionsmittel hergestellt. Die Latices können Zusatzstoffe wie Schutzkolloide,
Stabilisatoren, Pigmente und Vulkanisationshilfsmittel enthalten. Zudem können die nachfolgend beschriebenen Verdickungsmittel enthalten sein.
Als Verdickungsmittel B können beliebige geeignete Verdickungsmittel eingesetzt werden. Verdickungsmittel, die auch als Quellungsmittel bezeichnet werden können, sind in der Regel organische hochmolekulare Stoffe, die Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, aufsaugen, dabei aufquellen, und schließlich in zähflüssige echte oder kolloide Lösungen übergehen. Die Verdickungsmittel dienen dazu, die Viskosität der erfindungsgemäßen Verfestiger zu erhöhen. Erfindungsgemäß können beliebige geeignete Verdickungsmittel eingesetzt werden.
Beispielsweise können organische natürliche Verdickungsmittel wie Agar-Agar, Carrageen, Tragant, Gummi arabicum, Alginate, Pektine, Polyosen, Guar-Mehl, Johannisbrotbaumkernmehl, Stärke, Dextrine, Gelatine oder Casein eingesetzt werden. Es können zudem organische, abgewandelte Naturstoffe wie Carboxymethylcellulose und andere Celluloseether, Hydroxyethyl- und -propylcellulose wie auch Kernmehlether eingesetzt werden.
Ferner können organische, vollsynthetische Verdickungsmittel wie Polyacryl- und Polymethacrylverbindungen, Vinylpolymere, Polycarbonsäuren, Polyether, Polyimine oder Polyamine eingesetzt werden.
Ferner ist es möglich, dass anorganische Verdickungsmittel wie Polykieselsäuren, Tonmineralien wie Montmorillonite, Zeolithe oder Kieselsäuren eingesetzt werden.
Bevorzugt wird ein Verdickungsmittel auf Cellulose-Basis eingesetzt. Dabei ist das Verdickungsmittel besonders bevorzugt ausgewählt aus Carboxymethylcellulose, Cellulose-Ethern, Hydro xyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose und Gemischen von zweien oder mehreren davon. Insbesondere wird Methylcellulose eingesetzt.
Als Komponente C werden erfindungsgemäße Entschäumer mitverwendet. Hierbei handelt es sich um Substanzen, die an der Grenzfläche flüssig-gasförmig einen geschlossenen Film bilden und dadurch dem zu entgasenden Medium ermöglichen, in sehr kurzer Zeit unter Zerstörung der Gasbläschen die kleinste Oberfläche und damit den energieärmsten Zustand auszubilden. Die den schon gebildeten Schaum zerstörenden Entschäumer haben prinzipiell die gleiche Zusammensetzung wie die die Schaumbildung verhindernden Schaumverhütungsmittel. Es kann sich dabei um grenzflächenaktive Stoffe handeln, die die Schaumbildner aus der Grenzfläche verdrängen, ohne selbst Schaum zu erzeugen, oder um Produkte, die die Oberflächenspannung des Wassers erhöhen, wie beispielsweise natürliche Fette und Öle oder Fettalkohole. Vielfach werden Entschäumer auf Silikon- Basis eingesetzt. Es können auch beispielsweise Glyko lether wie Polyethylen/Propylenglykolether oder Mischether eingesetzt werden. Bevorzugt wird erfindungsgemäß eine Entschäumeremulsion eingesetzt, wie sie handelsüblich ist.
Als Komponente D werden erfindungsgemäß mindestens ein Salz oder Hydroxid eines Alkali- oder Erdalkalimetalls eingesetzt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um Natrium-, Magnesium- und/oder Calciumverbindungen. Dabei werden insbesondere die Hydroxide oder Chloride eingesetzt. Besonders bevorzugt wird eine Kombination aus Natriumhydroxid und Calciumchlorid eingesetzt. Bezogen auf die gebrauchsfertige flüssige Zusammensetzung beträgt der Anteil des Natriumhydroxids vorzugsweise 0,01 bis 0,15 Gew.-%. Der Anteil des Calciumchlorids beträgt vorzugsweise 0,5 bis 5 Gew.-%. - -
Natriumhydroxid und Calciumhydroxid werden zur Einstellung des pH- Werts und zur Stabilisierung der erfϊndungsgemäßen Zusammensetzung eingesetzt.
Die erfϊndungsgemäß eingesetzten Verfestiger können ferner weitere übliche Hilfs- und Zusatzstoffe enthalten.
Die erfϊndungsgemäß eingesetzten Verfestiger können durch einfaches Vermischen der Ausgangsstoffe hergestellt werden. Dabei können die Pulver der Ausgangsstoffe vermischt werden. Es können auch wässrige Lösungen, Emulsionen oder Dispersionen der Ausgangsstoffe miteinander vermischt werden, um zu einer anwendungsfertigen fließ fähigen flüssigen Zusammensetzung zu gelangen.
Die erfϊndungsgemäß eingesetzten Boden- oder Fundamentverfestiger werden, gegebenenfalls nach Vermischen mit Wasser, zum Verfestigen von Erdreich bzw. Erdboden, Erdreich enthaltenden Materialien wie Mischungen aus Erdreich und Straßenbelägen oder Baumaterialien, oder Fundamentmaterialien eingesetzt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Verfestiger nicht in Beton oder Zement eingesetzt. Beton- oder Zementzusätze bei der Verfestigung von Erdreich sind in aller Regel unkritisch.
Im erfϊndungsgemäßen Verfahren erfolgt typischerweise zunächst eine Probennahme des Bodens, so dass bodenmechanische Laboruntersuchungen durchgeführt werden können. Zudem können geotechnische Voruntersuchungen durchgeführt werden, und bei Verkehrsflächen können die Lasten und die Häufigkeit des Verkehrs festgestellt werden. Ferner kann das Klima bestimmt werden, beispielsweise die Frosthäufigkeit und die Niederschlagsmenge. Hieraus kann die Dosierung des Zements ermittelt werden, wie auch die Dosierung des erfϊndungsgemäßen Festigers. Nachdem beispielsweise der Boden durch Planierer, Grader und Raupe vorbehandelt wurde, können sich ein Zementaufstreuen und ein Einbringen des erfϊndungsgemäßen Verfestigers über eine Fräse anschließen. Sodann können sich wiederum Planierer, Grader und Raupe wie auch Walze anschließen. Typischerweise wird sodann eine Probenahme durchgeführt, und die Tragfähigkeit nach dem Abbinden wird untersucht. Hierdurch kann eine angemessene Qualitätssicherung sichergestellt werden. Abschließend kann beispielsweise ein Asphaltauftrag in gewohnter Weise erfolgen, wobei auf eine Schottertragschicht verzichtet werden kann.
Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird davon ausgegangen, dass der Latex vernetzt und zusammen mit der Emulsion Kapillarwasser aus dem Boden oder Fundament verdrängt. Das Verdickungsmittel bindet zudem Wasser. Höhere Bodenfestigkeiten und Betonfestigkeiten werden erfindungsgemäß durch die Beimengung feinster Zusatzstoffe erzielt. Dabei werden vorzugsweise bei der Herstellung von hochfesten Betonen Silikatpartikel zugegeben. Diese Silikatpartikel sind etwa 30- bis 100-mal kleiner als die Zementkörper (Durchmesser im Mikrometerbereich) und bestehen nahezu vollständig aus amorphem Siliciumdioxid. Aufgrund ihrer Gestalt und Größe sind die Silikatpartikel in der Lage, einen Teil des Porenraums zwischen den Zementkörnern wesentlich besser auszufüllen. Damit wird die wegen der dispergierenden Wirkung der Fließmittel bewirkte Gefügeverdichtung des Zementsteins noch einmal deutlich gesteigert, und es wird eine höhere Dichte erreicht. Zusätzlich zur Zementhydratation läuft eine putzolanische Sekundärreaktion zwischen dem bei der Zementhydratation entstehenden Calciumhydroxid und den Silikatpartikeln ab. Hierbei wird Calciumsilikathydrat gebildet, das gegenüber den Ausgangsstoffen eine höhere Festigkeit aufweist. Erfindungsgemäß wird durch diese Vorgehensweise außerdem die Mikro struktur in der Verbundzone zwischen Zementstein und Zuschlag deutlich verbessert. Dieser verbesserte Verbund zwischen Zuschlag und Matrix durch Beeinflussung des Calcium- und Ettringit-Gehaltes trägt wesentlich zur Festigkeitssteigerung bei. Erfindungsgemäß werden diese Hilfsstoffe, bezogen auf Zement, in einer Menge von 5 bis 99 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew.-% eingesetzt.
Dabei werden besonders bevorzugt Silikatpartikel zugegeben, die vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 100 bis 1000 nm aufweisen.
Das Verhältnis von erfindungsgemäßem Verfestiger zu Zement kann in weiten Bereichen frei gewählt werden. Bevorzugt ist ein Anteil von Verfestiger (bestimmt als Trockenmasse), bezogen auf den Zement, von 0,1 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,3 bis 10 Gew.-%.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Boden- und Fundamentverfestigers ist besonders vorteilhaft für
Unterbau und Tragschicht für Landes-, Bundesstraßen und Autobahnen
Geh- und Radwege mit und ohne Oberbau - Forst-, Wald- und Wirtschaftswege
Parkplätze, Lager-, Containerflächen mit/ohne Oberbau
Baustellenzufahrten
Sanierungsarbeiten, Aufbereitung von Wirtschaftswegen - o -
Garten- und Landschaftsbau
Stabilisieren von humusreichen Böden, (Klär)Schlämmen und Flugaschen - Gründungen im Spezialtiefbau
Rollbahnen
Erschließungsstraßen
Befestigung von Schotterpisten.
Wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Boden- oder Fundamentverfestiger sind
- höhere Festigkeit, Bruchverformung, Verformungsmodul geringere Wasseraufnahmefähigkeit geringere Wasserdurchlässigkeit und Wassereindringung höhere Frostbeständigkeit und Witterungsbeständigkeit besseres Schrumpfverhalten und kein Austrocknen - schnelleres Abbindeverhalten
Abbinden bei organischen Bestandteilen Abbinden bei Schadstoffen im Boden
Abbinden mit Süß- und Salzwasser bessere Verarbeitbarkeit und Verdichtbarkeit - hohe Haltbarkeit.
Zudem ist der erfindungsgemäß eingesetzte Verfestiger umweltverträglich und kann sogar zum Abbinden und damit Stabilisieren von verunreinigten Böden verwendet werden. Selbst unter schwierigsten Bedingungen, unter denen eine Straßensanierung bzw. ein Straßenbau herkömmlicher Art nicht mehr möglich sind, kann die Verarbeitung der erfϊndungsgemäßen Verfestiger erfolgen, beispielsweise bei Frost.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens führt zu einer erheblichen Senkung von
Baukosten durch Einsparung der Aufwendungen für den Bodenaustausch, Transport, Materiallieferungen, Erdbau und Entsorgung von Böden. Die Bauzeit kann so um bis zu
50 % gesenkt werden. Ein Befahren des Baufeldes ist nach kurzer Zeit, typischerweise zwei Tagen, in Folge des schnellen Abbindevorgangs möglich. Die Instandhaltungskosten können gesenkt werden, wobei gleichzeitig wesentlich höhere Druckfestigkeiten erreicht werden. Auch bei Frost kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der Boden- oder Fundamentverfestiger, wie sie vorstehend definiert sind, gegebenenfalls nach Vermischen mit Wasser, zum Verfestigen von Erdreich oder Erdreich enthaltenden Materialien. Bei diesen Materialien handelt es sich vorzugsweise nicht um Zement, Beton oder Mörtel, sondern um Erdreich oder physikalische Gemische von Erdreich mit anderen Materialien, beispielsweise Erdreich mit Steinen, Schotter oder Gesteinsmehl oder Mischungen aus Erdreich mit Schutt oder Abraum oder Straßenbelägen oder Untergründen, auf die Straßenbeläge aufgebracht sind. Besonders bevorzugt werden die Boden- oder Fundamentverfestiger beim Straßen- oder Wegebau oder bei der Straßen- oder Wegesanierung eingesetzt.
Die Erfindung wird durch das nachstehende Beispiel näher erläutert.
Zusammensetzung
Die folgenden Inhaltsstoffe werden unter Verrühren miteinander vermischt, wobei die angegebenen Mengen Gew.-% sind: 92,5 % Wasser, 0,4 % Cellulose, 2,0 % Calciumhydroxid, 5,0 % wässrige 55 %ige Latexlösung, 0,1 % Entschäumer-Emulsion.
Die Zusammensetzung kann direkt zur Bodenverfestigung durch Einfräsen in Erdreich eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verfestigen von Böden und Fundamenten, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Boden- oder Fundamentverfestiger enthaltend ein Latexpolymer A, ein Verdickungsmittel B, einen Entschäumer C und mindestens ein Salz oder Hydroxid D eines Alkali- oder Erdalkalimetalls sowie gegebenenfalls Wasser, gegebenenfalls nach Vermischen mit Wasser und gegebenenfalls gemeinsam mit Zement und/oder Füllstoffen in den Boden oder das Fundament unter Vermischen mit dem Boden oder dem Fundament einarbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Boden um den Untergrund einer Verkehrsfläche, vorzugsweise einer Straße, eines Weges oder eines Platzes handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einarbeiten durch Einfräsen mit einer Fräse erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Zement oder ein Füllstoff auf den Boden oder das Fundament vorgestreut und ebenfalls mit der Fräse in den
Boden eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden- oder Fundamentver festiger in fließ fähiger fester Form vorliegt und
0,1 bis 50 Gew.-% der Komponente A,
0,05 bis 5 Gew.-% der Komponente B,
0 bis 5 Gew.-% der Komponente C und
0,01 bis 10 Gew.-% der Komponente D
enthält, wobei die Gesamtmenge der Komponenten A bis D 100 Gew.-% ergibt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden- oder Fundamentverfestiger in fließfähiger flüssiger Form vorliegt und 3 bis 95 Gew.-% eines Gemisches aus 0,1 bis 50 Gew.-% der Komponente A, 0,05 bis 5 Gew.-% der Komponente B, 0 bis 5 Gew.-% der Komponente C und
0,01 bis 10 Gew.-% der Komponente D, wobei die Gesamtmenge der Komponenten A bis D 100 Gew.-% ergibt
in 5 bis 97 Gew.-% Wasser enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Latexpolymer A ein Styrol-Butadien-Latex, (Meth)acrylat-Latex, Ethylen- Vinylacetat-Latex, Ethylen/Propylen-Latex, Ethylen/Propylen-Dimer-Latex,
Butadien-Acrylnitril-Latex, Silikon-Latex, Polybutadien-Latex, Naturkautschuk- Latex oder Gemisch von zweien oder mehreren davon eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdickungsmittel auf Cellulosebasis eingesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdickungsmittel ausgewählt ist aus Carboxymethylcellulose, Celluloseethern, Hydro xyethylcellulose, Hydro xypropylcellulose und Gemischen von zweien oder mehreren davon.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Entschäumer C eine Entschäumeremulsion eingesetzt wird.
11. Verwendung der Boden- oder Fundamentverfestiger, wie sie in einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 10 definiert sind, gegebenenfalls nach Vermischen mit Wasser, zum
Verfestigen von Erdreich oder Erdreich enthaltenden Materialien.
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