WO2005108325A1 - Trockengemisch - Google Patents

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WO2005108325A1
WO2005108325A1 PCT/DE2005/000890 DE2005000890W WO2005108325A1 WO 2005108325 A1 WO2005108325 A1 WO 2005108325A1 DE 2005000890 W DE2005000890 W DE 2005000890W WO 2005108325 A1 WO2005108325 A1 WO 2005108325A1
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Olaf Stolzenburg
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Logic-Logistic Consult Ingenieurgesellschaft Mbh
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    • C04B2111/00732—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for soil stabilisation

Definitions

  • the invention relates to a dry mixture, consisting essentially of excavated soil, water-binding and water-retaining agents, which can be introduced and installed in liquefied form after being mixed with water, a method for producing the dry mixture and a method for using the dry mixture for producing a liquid adjustable building material.
  • the dry mix and the building material made from it is particularly suitable for the foundation, backfilling or overfilling of structures, conduit or cable shafts, for fillings, for cavity fillings, for roads, paths and dams as well as for the embedding of pipelines, channels and cables.
  • the dry mix and the building material made from it is advantageously used when installing or filling in difficult to access areas in civil engineering, such as. B. when complex laying of different media lines (dirty water, rainwater, mixed water, gas, ELT, drinking water, telecommunications, district heating, etc.) in narrow trenches both in inner-city areas, where to minimize the trench width and thus the excavation of the media lines essentially vertically aligned or slightly offset, as well as for new developments. It is necessary to completely fill the cavities between the media lines after laying the media lines and to consolidate them without settling.
  • media lines dirty water, rainwater, mixed water, gas, ELT, drinking water, telecommunications, district heating, etc.
  • the dry mix and the building material made from it is also used in the construction of walls and dams that serve to protect against flooding.
  • Another disadvantage of the known systems of liquid fillers is that under certain environmental conditions (e.g. too high concentrations of water-soluble salts, high levels of humic constituents in the excavated soil etc.) they very slowly (e.g. degree of hardening after several days ⁇ 10%) to do not harden and in the case of delayed hardening their final strength often does not correspond to the intended and required value.
  • a major disadvantage of the known liquid fillers is the very low curing speed. and the fact that the hardening is not deterministic due to several, stochastically influencing factors: within technologically predetermined time intervals. This prevents sensible and economical installation technologies of several lines one above the other in a reasonable period of time with these previously known building materials, since the waiting times until sufficient solidification would lead to uneconomical downtimes.
  • liquid backfilling materials based on sands with defined sieve lines and bentonite additives which indeed achieve the required final strength immediately after backfilling with hardening. Due to chemical interactions of the clay-containing floor mortar with the adjacent substances or However, the sand and groundwater constituents added to the sand and mortar mixture regularly result in technological disruptions to the construction progress as a result of the delayed or unplanned hardening.
  • the backfill mass created in this way is suitable for the foundation, backfilling or overfilling of structures, conduit or cable shafts, for fillings, for roads and paths as well as for embedding pipelines, channels and cables, if it does not cause the above-mentioned hindrances to the curing process the bentonite (clay) base used comes.
  • the chemical interactions already mentioned can negatively influence the setting process and only a relatively narrow range of sands and gravel can be used for the production. So this solution precludes the use of excavated materials. Furthermore, these solutions are sensitive to temperature and also tend to excrete water.
  • DE 198 51 256 C2 discloses a process for solidifying, in particular, pollutant-containing, dusty to coarse-grained, non-hydraulic waste materials, earth materials, loose rock or recycled building materials, in which an aqueous suspension of 50 to 100 g of clay powder per 1 liter of water is used first intensive mixing is produced. Subsequently, the waste materials, soil materials or the recycled building material are mixed with the prepared aqueous suspension. This is followed by curing and solidification of the mixture, 10 to 40% by mass of clay powder suspension and 1 to 10% by mass of inorganic binder being added to the mixture.
  • Activated bentonite is preferably used as clay powder.
  • Cement and / or fly ash is preferably used as the inorganic hydraulic binder.
  • waste-clay powder binders are advantageously added to the mixture as setting accelerators or retarders.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the known prior art and to create a dry mixture which enables the cost-effective production of a temporarily liquefied building and filling material, the properties of which can be specifically changed.
  • a defined setting of the end and endurance strength and a precise control of the hardening behavior over time should be made possible with short technological setting times.
  • the construction and backfill material produced using the dry mixture should have mechanical properties that correspond to or essentially correspond to those of the surrounding soil.
  • the damping behavior of the construction and backfill material produced using the dry mixture should match that of the surrounding soil or should be largely approximated.
  • the soil contents contained in the excavated soil and / or the absorbed groundwater and surface water should not have any influence on the mechanical properties of the hardened building material as well as on the hardening process and the setting speed.
  • the components of the building material used should not result in additional ecological pollution of the soil and groundwater.
  • the object is achieved by a dry mixture with the features of the main claim.
  • a method for producing the dry mixture and a method for its use are the subject of the dependent subclaims. Further developments of the dry mixture are preferably the subject of the dependent claims.
  • the innovative dry mix consists essentially of excavated soil, such as
  • the dry mix consists of at least one water-binding agent and a water-retaining agent based on
  • a water-binding agent is understood below to mean a substance or mixture of substances that is a permanently strong bond
  • the constituents of the dry mixture are mechanically processed under high energy input, the components of the mixture being activated by the frictional energy between the particles of the dry mixture.
  • the dry mixture is then set to flow and mixed with the addition of water.
  • the viscous mixture is then installed.
  • the building material made from the innovative dry mix solidifies automatically, i.e. without external influences such as pressure, temperature or the addition of other reactants. Depending on the setting, the building material produced in this way is solidified in a freely adjustable period from a few minutes to several hours.
  • a major advantage of the building material made from the innovative dry mix is that, once it has solidified, it is able to absorb normal mechanical loads.
  • the building material made from the dry mixture is solidified with simple mechanical means, e.g. B. a spade or a shovel. This means that pipelines that are covered by the innovative building material can be easily exposed during inspection or repair work.
  • Another advantage is that when the building material made from the dry mixture solidifies, no significant vibrations or subsidence occur, so that no unwanted voids or cracks occur.
  • the building material made from the dry mixture can be used advantageously for embedding and encasing pipelines, narrow trenches and channels.
  • Bentonine or a mixture of bentonites is used as the water-retaining agent in the sense of this application. Purified and digested bentonite is advantageously used. As a result, the technological reaction times and the retention behavior of the building material made from the dry mixture can be set well.
  • natural, unpurified, but mechanically activated bentonite is used.
  • the production costs can be reduced by using natural bentonite.
  • bentonite is used which contains natural fossils. Surprisingly, it was found that when digested fossils in bentonite are used, after adding the mixing water, a particularly uniform distribution of the building material components in the liquefied soil can be achieved.
  • a sodium bentonite is used as the bentonite. This allows a large amount of water to be permanently fixed in the building material. This allows the final strength and viscosity of the building material made from the dry mixture to be controlled in a defined manner.
  • Cement, lime, gypsum or mixtures of the substances mentioned above are preferably used as the water-binding agent in the sense of this application. This means that the response time can be specifically controlled depending on the respective installation conditions. At the same time, it is possible to influence the manufacturing costs.
  • the proportion of added water-binding agents such as cement, lime or gypsum is significantly reduced. This also prevents hardening or "embrittlement" of the applied building material after it has solidified. This is a prerequisite for being made from the innovative dry mix manufactured building material can be easily loosened and edited at a later date with simple, in particular mechanical means.
  • the constituents of the dry mix (excavated soil, water-binding agent, water-retaining agent) are mixed with a high input of energy, especially kinetic energy. The resulting intense friction mechanically crushes and activates the bentonite particles in particular.
  • Another advantage of using the innovative dry mix is that cellulose is not used as a water-retaining agent. This can significantly reduce the manufacturing costs of the construction and backfill material. Another advantage is that the innovative building material produced on the basis of the dryer mix can be used cost-effectively for the production of water-impermeable layers for flood protection structures and for securing existing dyke structures.
  • a particular advantage is the possibility to use sandy to silty and clayey, i.e. any soil from the immediate excavation.
  • Cement, lime, gypsum and / or natural and artificial pozzolans are advantageously used as water-binding, inorganic-mineral agents.
  • these materials are characterized by comparatively low procurement costs.
  • the use of these substances does not lead to an additional burden on the ecological system by dispensing with components that are difficult or impossible to decompose.
  • the quantitative proportion of added water-retentive bentonite and its composition and quality directly influence the water retention capacity of the building material made from the dry mixture. This enables a homogeneous distribution of the added water in the soil mixture.
  • the building material thus remains uniformly flowable during curing without the usual tendency to separate water ("bleeding"). This also ensures a homogeneous and controllable setting behavior.
  • the excess mixing water which is added to achieve flowability and self-compaction, is largely absorptively temporarily bound by the water-retaining agent and later partly crystalline by the water-binding agent.
  • the organic substance also causes a change in the surface tension of the water, which improves the flowability, the frictional forces of the water become large enough, to overcome gravitational pull and so there is no natural segregation.
  • water-binding agents Due to the advantageous effects of the water-retaining agent, only small amounts of water-binding, inorganic-mineral agents, such as. B. Lime (EN 459 / DIN 106), cement according to EN 196 or alumina cements are required as strength-building components.
  • the water-binding agents also enable a targeted adjustment of the pH value of the liquefied building material.
  • the combination of the water-binding agents also causes a reduction in the surface tension of the water and consequently a reduction in the flowability and a controlled initiation of the hardening process. This process is completed when the desired, adjustable fatigue strength is reached.
  • the setting speed and the achievable final strength are determined by the type and amount of the water-binding agent used in combination with the water-retaining agent.
  • the quantities of water-binding agents mentioned above are, for example, between 1 kg / m 3 and 40 kg / m 3 of liquefied building material to be produced, the individual properties and the composition of the soil being of corresponding importance.
  • the innovative dry mix it is possible to process all known earths, soils, sands, gravel, clays and recycling materials with one mix, each time the addition quantity changes.
  • the most important properties of the hardened building material such as EV 2 value, uniaxial compressive strength, bending and tensile strength or the vibration damping behavior of the hardened building material, are set by the targeted combination of the water-binding and water-retaining agents and the change in the proportions of the mixture components.
  • are more relevant properties of the building material as the water permeability, the pH value, the thermal insulation, the Abrasion-resistant 'g- against water excess, its density, the coloring etc. can be directly influenced.
  • Another advantage of the building material produced using the dry mixture is the good damping properties that are comparable to those of natural soils. This significantly increases the service life of the media lines laid in it. In addition, the accessibility of the media laid in the innovative building material is made easier, since the viscosity and density of the building material enable excavation work with simple mechanical means.
  • a pigmenting agent is added to at least one component of the dry mixture.
  • Fig. 1 An inner-city trench for the laying of several substantially vertically aligned media lines in a sectional view
  • Fig.2 In a highly schematic representation, the cross section of a dam for flood protection with a dike elevation (dam crown made of building material according to the invention) and a dike seal under water with leak protection technology.
  • Example 1
  • Fig. 1 In Fig. 1, several media lines M (supply and disposal lines), slightly offset one above the other in a narrow pipe trench, are shown.
  • the walkway G can be kept line-free and can be used as a later assembly and work area for lateral access to the installed media lines.
  • the piping to be installed is installed as follows:
  • the building material and filler which is made of liquid and is made using the dry mix, can be produced in a ready-mixed concrete plant, another external mixing device, or on the construction site. This production can be carried out either continuously or batchwise as in the example shown.
  • the excavation was sampled and the soil-specific composition of the water-retaining and water-binding agents was determined on the basis of the analysis values.
  • the results are made available to the respective mixing plant. There the mixture components are mixed intensively dry.
  • the dry mixture is then transferred to a mixing vehicle and mixing water is added. With further mixing, the liquid building material is transported to the installation site. There, point supports have already been made from manually solidified earth or with specific system aids and the necessary pipes have been laid.
  • the delivered and highly viscous, flowable building material is applied to the installed pipes to stabilize the position and sets quickly in the highly viscous form. It is also used to create the higher barriers that separate the backfill area from the laying area and thus decouple it technologically. This avoids waiting times and speeds up the work process.
  • the building material then required for the trench backfill is poured in thinly and thus fills all existing spaces, including the gusset area of the pipe support.
  • the fill level is fixed by the laser, which is used to lay the next pipe Determining the altitude helps. When the bottom level of the next line is reached, the filling process is stopped.
  • the innovative building material can be set quickly. In this way it is possible, e.g. after e.g. 2 hours to lay the next line over the area just filled. In the present case, the filled trench area is secured by sheeting. The shoring is pulled while the building material is still liquid. As a result, no voids can arise in the trench edge areas. Due to the narrow and built-in trenches, the excavator can usually operate above the respective trench and thus carry out all the necessary operations such as placing the sheeting, laying the pipes and pulling the sheeting.
  • Fig. 2 shows a highly schematic representation of the cross section of a dam for flood protection.
  • the core of the dam crown made of the innovative building material is immediately water-permeable and blocking.
  • the fill made of water-impermeable building material acts as a closed mass and is self-contained and homogeneous.
  • Large masses of building material can be brought and installed very quickly with almost any technology (e.g. concrete mixer and concrete pumps) to any location.
  • the rapid production of large masses of building material is possible using the systems available almost everywhere (e.g. Concrete mixing plants etc.) possible.
  • the innovative building material enables easy and quick removal of the material after use.
  • the building material is a significantly cheaper material (including on-site installation) than the current method of shoring with sandbags.
  • the costs of the still empty sandbags alone are higher than the costs of the building material with transport and installation on site, whereby the sandbags still have to be transported to the filling location and usually have to be brought there manually.
  • the innovative building material can harden easily under the influence of water and can be used regardless of the weather. ⁇

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Abstract

Das Trockengemisch und der daraus hergestellte Baustoff sind insbesondere für die Gründung, Hinterfüllung oder Überschüttung von Bauwerken, Leitungs- oder Kabelschächten, für Auffüllungen, für Hohlraumverfüllungen, für Straßen, Wege und Dämme sowie für die Einbettung von Rohrleitungen, Kanälen und Kabeln geeignet. Das Trockengemisch besteht aus BodenaushuI , mindestens einem wasserbindenden Mittel und einem wasserretendiarenden Mittel auf Basis von Bentonit. Vorzugsweise wird als wasserretendierendes Mittel natürliches Bentonit eingesetzt. Als wasserbindende Mittel werden Zement, Kalk, Gips, Gemische daraus oder natürliche oder künstliche Puzzolane verwendet. Die Herstellung des Trockengemisches geschieht in der Weise, dass die Bestandteile des Trockengemisches unter Zufuhr kinetischer Energie gemischt, partiell zerkleinert und mechanisch so aufbereitet werden, dass das wasserretendierende Mittel des Gemisches durch die Reibungsenergie zwischen den Partikeln des Trockengensches eine Aktivierung erfährt.

Description

Trockengemisch
Die Erfindung betrifft ein Trockengemisch, im wesentlichen bestehend aus Bodenaushub, wasserbindenden und wasserretendierenden Mitteln, das nach dem Anmachen mit Wasser in verflüssigter Form eingebracht und verbaut werden kann, ein Verfahren zur Herstellung des Trockengemisches und ein Verfahren zur Verwendung des Trockengemisches für die Herstellung eines flüssig einstellbaren Baustoffes.
Das Trockengemisch und der daraus hergestellte Baustoff ist insbesondere für die Gründung, Hinterfüllung oder Überschüttung von Bauwerken, Leitungs- oder Kabelschächten, für Auffüllungen, für Hohlraumverfüllungen, für Straßen, Wege und Dämme sowie für die Einbettung von Rohrleitungen, Kanälen und Kabeln geeignet.
Vorteilhaft wird das Trockengemisch und der daraus hergestellte Baustoff verwendet beim Verbauen oder Verfüllen schwer zugänglicher Bereiche im Tiefbau, wie z. B. beim komplexen Verlegen unterschiedlicher Medienleitungen (Schmutzwasser, Regenwasser, Mischwasser, Gas, ELT, Trinkwasser, Tele kommunikation, Fernwärme usw.) in schmalen Gräben sowohl in innerstädt- schen Bereichen, wo zur Minimierung der Grabenbreite und damit des Bodenaushubs die Medienleitungen im wesentlichen vertikal fluchtend oder leicht versetzt übereinander verlegt werden als auch bei Neuerschließungen. Dabei besteht die Notwendigkeit, die zwischen den Medienleitungen existierenden Hohlräume nach der Verlegung der Medienleitungen vollständig zu verfüllen und setzungsfrei zu verfestigen. Bei bekannten Lösungen nach dem Stand der Technik erfolgt dies, indem jede einzelne Medienleitung im Graben mit geeignetem Material zum Beispiel Erdbaustoffen, wie Schotter, Sand, Kies, verdichtungsfähigem Aushubmaterial etc.) verfüllt und dieses anschließend verdichtet wird. Aufgrund der räumliche beengten Einbauverhältnisse ist eine Verdichtung selten erfolgreich durchführbar. Es entstehen dabei regelmäßig schlecht verdichtete Zwickelbereiche bis Hohlräume unterhalb der Rohrleitin- gen, die bei späterer mechanischer Belastung (z. B. beim Überfahren dirch Straßenfahrzeuge) zu Setzungserscheinungen und in" der Folge zu Rissen und Brüchen in den Medienleitungen führen können.
Das Trockengemisch und der daraus gefertigte Baustoff wird daneben eingesetzt bei der Errichtung von Wällen und Dämmen, die dem Hocrwasser- schutz dienen.
Bekannt sind Baustoffe, die in verflüssigter Form mittels Pumpen in Gräben und Kanälen eingebracht werden können. Die Nachteile dieser bekannten flüssigen Verfüllstoffe (Dämmer) bestehen darin, dass der flüssige Verfüllstoff aus definierten Sanden mit vorgegebener und optimierter Sieblinie hergestellt werden muss, relativ langsam erhärtet (bis zu mehreren Tagen) und nach seiner Erhärtung eine Festigkeit aufweist, die so hoch ist, dass es bei bestimmten Belastungssituationen und Veregebedingungen (z. B. bei unzureichender Überdeckung und/oder unzureichender Verfüllung) zu nachträg liehen, zum Teil zeitlich verzögerten Beschädigungen an den verlegten Rohrleitungen durch unkontrollierte Last- und Schwingungseintragungen von der belasteten Oberfläche her kommt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn infolge der hohen Festigkeit die Schwingungen des Straßenverkehrs in den Straßenunterbau so eingeleitet werden, dass sie die Rohrleitungszone weitgehend ungedämpft erreichen. Dies erfolgt z. B., wenn die einaxiale Druckfestigkeit des verfestigten Bodenaushubs nach seiner Erhärtung eine Druckfestigkeit von > 0,7 N/mm2 aufweist und der Umgebungsboden einer Bodenklasse 3 entspricht.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Systeme flüssiger Verfüllstoffe besteht darin, dass sie bei bestimmten Umgebungsbedingungen (z. B. zu hohe Konzentrationen an wasserlöslichen Salzen, hohe Gehalte huminer Bestandteile im Bodenaushub etc.) sehr langsam (z.B. Erhärtungsgrad nach mehreren Tagen < 10 %) bis nicht erhärten und bei verzögerter Erhärtung ihre Endfestigkeit oft nicht dem avisierten und benötigten Wert entspricht. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten flüssigen Verfüllstoffe ist die sehr geringe Aushärtegeschwindg- keit und der Umstand, dass die Erhärtung aufgrund mehrerer, stochastisch wirkender Einflussgrößen nicht determiniel: innerhalb technologisch vorgegebener Zeitintervalle erfolgt. Dies verhindert sinnvolle und wirtschaftliche Einbautechnologien mehrerer Leitungen übereinander in einem vertretbaren Zeitraum mit diesen bisher bekannten Baustoffen, da die Wartezeiten bis zu einer ausreichenden Verfestigung zu unwirtschaftlichen Baustillstandszeiten führen würden.
Bekannt sind auch flüssige Verfüllmaterialien auf der Basis von Sanden mit definierten Sieblinien und Bentonitzusätzen (sogenannte „Boden mörtel"), die zwar unmittelbar nach dem Verfüllen unter Aushärtung die geforderte Endfestigkeit erreichen. Aufgrund chemischer Wechselwirkungen des tonhaltigen Boden-Mörtels mit den angrenzenden Stoffen oder den mit dem Sand in das Boden-Mörtelgemisch zugegebenen Sand- und Grundwasserinhaltsstoffen kommt es jedoch regelmäßig zu technologischen Störungen des Baufortschrittes als Folge der verzögerten bzw. unplanmäßig ablaufenden Aushärtung.
Aus der DE 197 17 763 Cl ist ein Verfahren zur Herstellung von Verfüllmassen aus zerkleinertem Beton, Mauerwerk, Mörtel, Dachziegeln oder Gemischen daraus bekannt, die auf Korngrößen < 40 mm zerkleinert werden, wobei der zerkleinerte Beton, das Mauerwerk, der Mörtel, die Dachziegel oder die Gemische daraus mit 10 bis 50 Masse% Wasser, mit 0,5 bis 5 Masse% Ton- Soda-Gemisch und mit 1 bis 10 Masse% Zement oder hydraulischem Kalk vermischt werden. Die so geschaffene Verfüllmasse ist für die Gründung, Hinterfüllung oder Überschüttung von Bauwerken, Leitungs- oder Kabelschächten, für Auffüllungen, für Straßen und Wege sowie für die Einbettung von Rohrleitungen, Kanälen und Kabeln geeignet, wenn es nicht zu den o.g. Behinderungen des Aushärtungsprozesses auf Grund der verwendeten Bentonit (Ton-) basis kommt. Nachteile dieser Lösung sind, dass die ba-eits genannten chemischen Wechselwirkungen den Abbindeprozess negativ beeinflussen können und auch nur eine relativ schmale Bandbreite von Sanden und Kiesen für die Herstellung Verwendung finden kann. So schließt diese Lösung die Verwendung von Aushubmassen aus. Ferner sind diese Lösungen temperatir- empfindlich und neigen ebenfalls zum starken Wasserabsondern.
Aus der DE 198 51 256 C2 ist ein Verfahren zum Verfestigen von insbesondere Schadstoff haltigen, staubförmigen bis grobkörnigen, nicht hydraulischen Anfallstoffen, Erdstoffen, Lockergestein oder recyceltem Baumaterialien bekannt, bei dem zunächst eine wässrige Suspension aus 50 bis 100 g Tonmehl je 1 Liter Wasser durch intensives Mischen hergestellt wird. Nachfolgend werden die Anfallstoffe, Erdstoffe oder das recycelte Baumaterial mit der vorbereiteten wässrigen Suspension vermischt. Daran schließt sich ein Aushärten und Verfestigen der Mischung an, wobei der Mischung 10 bis 40 Masse% Tonmehl-Suspension und 1 bis 10 Masse% anorganisches Bindemittel zugegeben werden. Bevorzugt wird als Tonmehl aktivierter Bentonit eingesetzt. Als anorganisches hydraulisches Bindemittel wird vorzugsweise Zement und/ oder Flugasche verwendet. Zur Steuerung des Aushärtevorganges werden dem Gemisch vorteilhaft Anfallstoff-Tonmehl-Bindemittel als Abbindebeschleuniger bzw. -verzögerer zugegeben.
Nachteile dieser Lösung sind der schwer kontrollierbare Abbindeprozess und dessen nicht kontrollierbare Nacherhärtung sowie der Umstand, dass auch hier neben der oft sehr langsamen bis mitunter gar nicht erfolgenden Verfestigung der Flüssigmasse auch nur eine relativ schmale Bandbreite von Sanden und Kiesen für die Herstellung Verwendung finden kann. Auch hier erfolgt die zeitweise Verflüssigung auf der Basis der Zugabe aktivierter Böntonite und von Zement als Bindemittel. Auf Grund chemischer Wechselwirkungen mit den angrenzenden Bodenbereichen oder mit dem im Boden enthaltenen Boden- oder Grundwasser weisen diese Gemische zeitweise Störungen während des Aushärtens auf. Schluffige, lehmige und tonige Böden können mit dieser Methode auf der Basis von Bentoniten nicht in einer technisch brauchbaren Form verflüssigt werden. Damit ist diese Methode nicht geeignet, alle vorkommenden Aushubmassen in einer wirtschaftlichen und technisch machbaren Form zeitweise zu verflüssigen und als Material für die Grabenverfüllung mit den Anforderungen an die Rohrlagerung und Umhüllung zur Verfügung zu stellen.
Bekannt sind ebenfalls Methoden zur zeitweisen Bodenverflüssigung, die auf der Zugabe von Zementsuspensionen basieren. Derartige Gemische haben die Eigenschaft, nachzuerhärten, so dass ein nachträglicher Zugang zu derart verlegten Leitungen oft stark erschwert ist und auch die Schwingungs- und Lastübertragung in solcherart verfestigten Bereichen urgedämpft erfolgt und damit zu Schäden bis Zerstörungen führen kann.
Insbesondere existiert bisher keine Methode der zeitweisen Verflüssigung, die eine Verarbeitung schluffiger oder sehr tonhaltiger Böden in flüssiger Form ermöglicht. So kommt es beim Einsatz bekannter Komponenten regelmäßig bei einer Verflüssigung zu starken Schwindformen, wenn der verwendete Bodenaushub schluffige und/oder tonhaltige Bestandteile aufweist. Darunter leidet die Dauerfestigkeit des verarbeiteten Materials. Derartige Böden missen daher bisher entweder ausgetauscht werden oder man kalkt sie auf und macht sie so mechanisch verdichtungsfähig. Der Nachteil dieser Methode besteht jedoch in der oft sehr starken und vor allem unkontrollierten und ungleichmäß- gen Nacherhärtung derartiger aufgekalkter Böden infolge chemischer Reaktionen des Kalks mit den in jedem Boden enthaltenen Mineralien.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des bekannten Standes der Technik zu eliminieren und ein Trockengemisch zu schaffen, dass die kostengünstige Herstellung eines zeitweise verflüssigten Bau- und Verfüllstoff ermöglicht, wobei dessen Eigenschaften gezielt veränderbar sind. Insbesondere soll eine definierte Einstellung der End- und Dauerfestigkeit und eine genaue Steuerung des Aushärteverhaltens über der Zeit bei insgesamt kurzen technologischen Abbindezeiten ermöglicht werden. Der unter Verwendung des Trockengemisches hergestellte Bau- und Verfüllstoff soll mechanische Eigenschaften aufweisen, die mit denen des umgebenden Bodens übereinstimmen oder ihnen im wesentlichen entsprechen. Insbesondere soll das Dämpfungsverhalten des unter Verwendung des Trockengemisches hergestellten Bau- und Verfüllstoffes mit dem des umgebenden Bodens übereinstimmen oder im weitestgehend angenähert sein. Die im verwendeten Bodenaushub enthaltenen Bodeninhaltsstcffe und/oder das aufgenommene Grund- und Oberflächenwasser sollen dabei keinen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des erhärteten Baustoffs sowie auf den Erhärtungsverlauf und die Abbindegeschwindigkeit haben. Daneben sollen die verwendeten Komponenten des Baustoffes keine zusätzliche ökologische Belastung des Bodens und des Grundwassers zur Folge haben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Trockengemisch mit den Merkmalen des Hauptanspruches. Ein Verfahren zur Herstellung des Trockengemisches und ein Verfahren zu seinem Einsatz sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche. Vorzugsweise Weiterbildungen des Trocken- gemisches sind Gegenstand der jeweils rückbezogenen Unteransprüche.
Das innovative Trockengemisch besteht im wesentlichen aus Bodenaushub, wie
Erdstoffen mit und ohne mineralische Gesteinskörnungen und ähnlich gearteten anorganisch-mineralischen Anfallstoffen, die z. B. beim Aushub von RohF leitungstrassen vor Ort anfallen.
Neben dem Bodenaushub besteht das Trockengemisch aus mindestens einem wasserbindenden Mittel und einem wasserretendierenden Mittel auf Basis von
Bentonit.
Im Sinne einer Definition wird nachfolgend unter einem wasserbhdenden Mittel ein Stoff oder Stoffgemisch verstanden, dass eine dauerhaft feste Bindung
(z. B. durch Hydratation) mit dem Anmachwasser eingeht.
Im Sinne einer Definition wird nachfolgend unter einem wasserretendierenden
Mittel ein Stoff oder Stoffgemisch verstanden, dass ein dauethaftes Zurückhalten des Anmachwassers oder des aus der Umgebung des eingebrachten Verfüllbaustoffes aufgenommenen Wassers aufgrund der kristallinen Bindung in einem definierten Temperaturbereich ermöglicht.
Die Bestandteile des Trockengemisches werden urter hohem Energieeintrag mechanisch aufbereitet, wobei die Komponenten des Gemisches durch die Reibungsenergie zwischen den Partikeln des Trockengemisches eine Aktivierung erfahren.
Nachfolgend wird das Trockengemisch unter Zugabe von Wasser fließfähig eingestellt und gemischt. Daran anschließend erfolgt der Verbau des viskosen Gemisches. Der aus dem innovativen Trockengemisch hergestellte Baustoff verfestigt selbstständig, das heißt ohne äußere Einwirkungen wie Druck, Temperatur oder Zugabe weiterer Reaktionspartner. Die Verfestigung des so hergestellten Baustoffes erfolgt je nach Einstellung in einem frei einstellbaren Zeitraum von wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden.
Ein wesentlicher Vorteil des aus dem innovativen Trockengemisch hergestellten Baustoffes besteht darin, dass er nach seiner Verfestigung in der Lage ist, übliche mechanische Belastungen aufzunehmen. Andererseits ist der aus dem Trockengemisch hergestellte Baustoff nach seiner Verfestigung mit einfachen mechanischen Mitteln, z. B. einem Spaten oder einer Schaufel bearbeitbar. So können bei Inspektions- oder Instandsetzungsarbeiten Rohrleitungen, die von dem innovativen Baustoff umhüllt sind, leicht freigelegt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei der Verfestigung des aus dein Trockengemisch hergestellten Baustoffes weder nennenswerte Schwingungen oder Setzungen auftreten, so dass keine ungewollten Hohlräume oder Rissen entstehen. Dadurch lässt sich der aus dem Trockengemisch hergestellte Baustoff vorteilhaft für die Einbettung und Umhüllung von Rohrleitungen, schmalen Gräben und Kanälen einsetzen. Als wasserretendierendes Mittel im Sinne dieser Anmeldung wird Bentonin oder ein Gemisch aus Bentoniten verwendet. Vorteilhaft wird gereinigtes und aufgeschlossenes Bentonit eingesetzt. Dadurch können die technologischen Reaktionszeiten und das Retentionsverhalten des aus dem Trockengemisch hergestellten Baustoffes gut eingestellt werden.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausbildung wird natürliches, ungereinigtes, jedoch mechanisch aktiviertes Bentonit eingesetzt. Durch die Verwendung von natürlichem Bentonit können die Herstellungskosten reduziert werden. In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird Bentonit eingesetzt, das natürliche Versteinerungen enthält. Überraschend zeigte sich, dass bei Einsatz von aufgeschlossenen Versteinerungen im Bentonit nach der Zugabe des Anmachwassers eine besonders gleichmäßige Verteilung der Baustoffkomponenten im verflüssigten Boden realisiert werden kann.
In einer weiteren, vorzugsweisen Ausbildung wird als Bentonit ein Natrium- Bentonit eingesetzt. Dadurch kann gezielt eine größere Menge von Wasser dauerhaft im Baustoff fixiert werden. Dadurch lässt sich die endgültige Festigkeit und Viskosität des aus dem Trockengemisch hergestellten Baustoffes definiert steuern.
Als wasserbindendes Mittel im Sinne dieser Anmeldung werden vorzugsweise Zement, Kalk, Gips oder Gemische der vorstehend genannten Stoffe eingesetzt. Dadurch kann die Reaktionszeit in Abhängigkeit von den jeweiligen Verbaubedingungen gezielt gesteuert werden. Zugleich ist damit eine Beeinflussung der Herstellungskosten möglich.
Im Gegensatz zu bekannten Betonwerkstoffen ist der Anteil der zugesetzten wasserbindenden Mittel wie Zement, Kalk oder Gips signifikant reduzert. Dadurch wird auch verhindert, dass es zu einer Erhärtung oder „Versprödung" des ausgebrachten Baustoffes nach seiner Verfestigung kommt. Das ist Voraussetzung dafür, dass der aus dem innovativen Trockengemisch hergestellte Baustoff zu einem späteren Zeitpunkt leicht mit einfachen, insbesondere mechanischen Mitteln gelockert und bearbeitet werden kann. Die Bestandteile des Trockengemisches (Bodenaushub, wasserbindendes Mittel, wasserretendierendes Mittel) werden unter hohem Eintrag von Energie, insbesondere kinetischre Energie, gemischt. Durch die daraus resultierende intensive Reibung werden insbesondere die Bentonitpartikel mechanisch zerkleinert und aktiviert.
Nach dem intensiven Mischungsprozess der beteiligten Komponenten des Trockengemisches wird dem energetisch angereicherten Gemisch mit bekannten Verfahren Anmachwasser zugesetzt. Nach einem nochmaligen Mischungsprozess erfolgt das Ausbringen des in dieser Phase verflüssigten Baustoffes mit bekannten Mitteln.
Überraschend zeigte sich, dass es bei der Verwendung des neuartigen Trockengemisches nicht zu technologischen Störungen des Prozessablaufes kam, wie sie bei der Verwendung von reinem Bentonit als Bestandteil bekannter verflüssigter Baustoffe auftritt. Insbesondere konnte durch die Trocken- mischung und mechanische Aktivierung der Komponenten des Trockengerri- sches und das erst nachfolgende Benetzen mit Anmachwasser ein Verklumpen von Bentonitpartikeln gezielt verhindert werden.
Durch die Verwendung des innovativen Trockengemisches ist es zudem möglich, auf die Verwendung sonst üblicher schnell plastifizierender Katalysatoren zu verzichten.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung des innovativen Trockengemisches besteht daneben in dem Verzicht auf Zellulose als wasserretendierendem Mittel. Dadurch können die Herstellungskosten des Bau- und Verfüllstoffes signifikant reduziert werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der auf der Grundlage des Trockerr gemisches hergestellte, innovative Baustoff kostengünstig zur Herstellung wasserundurchlässiger Schichten für Hochwasserschutzbauten und zur Sicherung bestehender Deichbauten verwendet werden kann.
Ein besonderer Vorteil besteht in der Möglichkeit, sandige bis schluffige und tonige, also beliebige Erdstoffe aus dem unmittelbaren Bodenaushub zu verwenden.
Als wasserbindende, anorganisch-mineralische Mittel werden vorteilhaft Zement, Kalk, Gips und/oder natürliche und künstliche Puzzolane eingesetzt. Neben den bekannten, guten Festigkeitseigenschaften zeichnen sich diese Stoffe durch vergleichsweise geringe Beschaffungskosten aus. Ebenso führt die Verwendung dieser Stoffe zu keiner zusätzlichen Belastung des ökologischen Systems durch den Verzicht auf nicht oder nur schwer abbaubare Komponenten.
Der quantitative Anteil des zugesetzten wasserretendierenden Bentonits und dessen Zusammensetzung und Qualität beeinflussen unmittelbar das Wasserrückhaltevermögen des aus dem Trockengemisch hergestellten Baustoffes. Dadurch wird eine homogene Verteilung des Zugabewassers im Bodengemisch ermöglicht. Der Baustoff bleibt somit während des Aushärtens gleichmäßig fließfähig ohne der sonst üblichen Neigung zur Wasserabsonderung („Bluten"). Ferner ist dadurch ein homogenes und steuerbares Abbindeverhä- ten gewährleistet.
Das überschüssige, zum Erreichen der Fleßfähigkeit und zur Selbstverdichtung zugegebene Anmachwasser wird größtenteils absorptiv temporär durch das wasserretendierende Mittel und später teilweise kristallin durch das wasserbindende Mittel gebunden. Der organische Stoff bewirkt zudem eine Änderung der Oberflächenspannung des Wassers, wodurch eine Verbesserung der Fließfähigkeit erfolgt, die Reibungskräfte des Wassers groß genug werden, um die Erdanziehungskraft zu überwinden und es so zu keiner natürlichen Entmischung mehr kommt.
Aufgrund der vorteilhaften Wirkungen des wasserretendierenden Mittels werden nur geringe Mengen wasserbindender, anorganisch-mineralischer Mittel, wie z. B. Kalk (EN 459/DIN 106), Zement nach EN 196 oder Tonerde-Zemente als festigkeitsbildende Komponenten benötigt. Die wasserbindenden Mittel ermöglichen zudem eine gezielte Einstellung des pH-Wertes des verflüssigten Baustoffes. Die Kombination der wasserbindenden Mittel bewirkt auch einen Abbau der Oberflächenspannung des Wassers und in der Folge einen Abbau der Fließfähigkeit und eine kontrollierte Einleitung des Erhärtungsvσganges. Dieser Vorgang ist abgeschlossen mit Erreichen der gewünschten, einstellbaren Dauerfestigkeit. Über die Art und Menge der jeweils verwendeten wasserbh- denden Mittels in Kombination mit dem wasserretendierenden Mittel wird die Abbindegeschwindigkeit und die erreichbare Endfestigkeit determiniert.
Die Zugabemengen der vorgehend genannten wasserbindenden Mittel liegen beispielhaft zwischen 1 kg/m3 bis 40 kg/m3 herzustellenden, verflüssigten Baustoffes, wobei die individuelle Beschaffenheit und die Zusammensetzung des Bodens eine entsprechende Bedeutung besitzen.
Mit dem innovativen Trockengemisch besteht die Möglichkeit der Verarbeitung aller bekannten Erdstoffe, Böden, Sande, Kiese, Tone und Recyclingmaterialien mit einem Gemisch bei jeweiliger Änderung der Zugabemenge. Die Einstellung der wichtigsten Eigenschaften des erhärteten Baustoffes, wie z.B. EV2-Wert, einaxiale Druckfestigkeit, Biege- und Zugfestigkeit oder das Schwingungsdämpfungsverhalten des erhärteten Baustoffs erfolgt durch die gezielte Kombination der wasserbindenden und wasserretendierenden Mittel und die Veränderung der Mengenverhältnisse der Gemischkomponenten. Daneben sind weitere, relevante Eigenschaften des Baustoffes, wie die Wasserdurchlässigkeit, der pH-Wert, die Wärmedämmung, die Abrasionsfest'g- keit gegen Wasserüberfluss, seine Dichte, die Färbung usw. direkt beeinflus- bar.
Ein weiterer Vorteil des unter Verwendung des Trockengemisches hergestelten Baustoffes besteht in den guten Dämpfungseigenschaften, die mit denen natürlicher Böden vergleichbar sind. Dadurch wird die Lebensdauer der darin verlegten Medienleitungen signifikant erhöht. Zudem wird die Zugänglichkeit der in dem innovativen Baustoff verlegten Medien erleichtert, da die Viskosität und Dichte des Baustoffes Schachtungsarbeiten mit einfachen mechanischen Mitteln ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird mindestens einer Komponente des Trockengemisches ein Pigmentierungsmittel zugesetzt. Dadurch die Einfärbung des daraus hergestellten Baustoffes kann z. B. die Lage von Rohren oder Kabeln optisch leichter erkannt werden, die in dem Baustoff eingebettet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele dargelegt und durch Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig.l: Einen innerstädtischen Graben für die Verlegung von mehreren im wesentlichen vertikal fluchtend verlegten Medienleitungen in einer Schnittdarstellung,
Fig.2: In einer stark schematisierten Darstellung den Querschnitt eines Dammes zum Hoch wasserschutz mit einer Deicherhöhung (Dammkrone aus erfindungsgemäßem Baustoff) und einer Deichabdichtung unter Wasser mit Leckwehrtechnik. Ausführungsbeispiel 1:
In Fig. 1 sind mehrere Medienleitungen M (Ver- und Entsorgungsleitungen), leicht versetzt übereinander in einem schmalen Rohrgraben verlegt, dargestellt. Der Gehweg G kann leitungsfrei gehalten und als späterer Montage und Arbeitsbereich für den seitlich erfolgenden Zugriff auf die verlegten Medienleitungen genutzt werden kann.
Der Verbau der zu verlegenden Rohrleitungen geschieht wie folgt: Der unter Verwendung des Trockengemisches hergestellte, flüssig eingestellte Bau- und Verfüllstoff kann sowohl in einem Transportbetonwerk, einer anderen externen Mischeinrichtung als auch auf der Baustelle hergestellt werden. Dabei kann diese Herstellung sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich wie im dargestellten Beispiel erfolgen.
Im dargestellten Beispiel wurde der Aushub beprobt und an Hand der Analysewerte die bodenindividuelle Zusammensetzung der wasserretendierenden und wasserbindenden Mittel bestimmt. Die Ergebnisse werden dem jeweiligen Mischwerk zur Verfügung gestellt. Dort werden die Gemischkomr©- nenten intensiv trocken vermischt.
Nachfolgend wird das Trockengemisch in ein Mischfahrzeug umgeschlagen und Anmachwasser zugesetzt. Unter weiterem Mischen wird der flüssig eingestellte Baustoff zum Einbauort transportiert. Dort wurden bereits Punktauflager aus manuell verfestigtem Erdstoff oder mit spezifischen systemeigenen Hilfsmitteln hergestellt und die erforderlichen Rohre verlegt.
Der angelieferte und hoch viskose, fließfähig eingestellte Baustoff wird für die Lagestabilisierung punktuell auf die verlegten Rohre aufgebracht und bindet in der hoch viskosen Form schnell ab. Er wird ebenfalls zum Herstellen der höheren Sperren benutzt, die den Verfüllbereich vom Verlegebereich trennen und somit technologisch entkoppeln. Damit werden Wartezeiten vermieden und der Arbeitsprozess beschleunigt. Der dann für de Grabenverfüllung benötigte Baustoff wird dünnflüssig eingebracht und füllt so alle vorhandenen Räume also auch den Zwickel bereich des Rohrauflagers. Die Verfüllhöhe wir durch den Laser fixiert, der zur Verlegung der nächstfolgenden Rohrleitung deren Höhenlage bestimmen hilft. Bei Erreichen der Sohlhöhe der nächsten Leitung wird der Verfüllvorgang abgebrochen.
Um die Technologie der Rohrverlegung flexibel gestalten zu können und keine großen Straßenbereiche längere Zeit aufreißen zu müssen, kann der innc ative Baustoff schnell abbindend eingestellt werden. So gelingt es, bereits nach relativ kurzer Zeit von z.B. 2 Stunden, über dem gerade verfüllten Bereich die nächste Leitung zu verlegen. Der verfüllte Grabenbereich ist im vorliegenden Fall durch Verbau gesichert. Der Verbau wird im noch flüssigen Zustand des Baustoffes gezogen. Dadurch können auch in den Grabenrandbereichen keine Hohlräume entstehen. Der Bagger kann auf Grund der schmalen und verbauten Gräben meist über dem jeweiligen Graben operieren und so alle nötigen Arbeitsgänge wie Setzen des Verbaus, Verlegen der Rohre und Ziehen des Verbaus durchführen.
Ausführungsbeispiel 2 :
Fig. 2 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung den Querschnitt eines Dammes zum Hochwasserschutz. Durch den Auftrag des unter Verwendung des innovativen Trockengemisches hergestellten Baustoffes kann innerhalb kürzester Fristen eine Erhöhung der Dammkrone 1 vorgenommen werden. Auf die durchweichende Dammfläche 3 kann zusätzlich eine Schicht des Baustoffes aufgetragenen werden. Diese Anwendungen dienen insbesondere dem aktiven Schutz von Siedlungsräumen vor eindringendem Hochwasser zum Zeitpunkt akuter Hochwassergefahr.
Der Kern der Dammkrone aus dem innovativen Baustoff ist sofort wasserin- durchlässig und sperrend. Die Aufschüttung aus wasserundurchlässgem Baustoff wirkt als geschlossene Masse und ist in sich verbunden und homogen. Große Massen an Baustoff können sehr schnell mit fast überall vorhandener Technik (z. B. Betonmischer und Betonpumpen) an jeden beliebgen Ort gebracht und eingebaut werden. Die schnelle Herstellung großer Massen von Baustoff ist über die fast überall vorhandenen Anlagen möglich (z. B. Betonmischanlagen etc.) möglich. Der innovative Baustoff ermöglicht eine leichte und schnelle Entfernung der Materials nach erfolgter Nutzung.
Der Baustoff ist ein deutlich preiswerteres Material (einschließlich des Einbaus vor Ort) als die derzeitige Methode des Verbaus mit Sandsäcken. Allein die Kosten der noch ungefüllten Sandsäcke sind höher, als die KoSen des Baustoffes mit Transport und Einbau vor Ort, wobei die Sandsäcke erst noch an den Füllort transportiert und dort meist händisch an den Bedarfsort gebracht werden müssen. Der innovative Baustoff kann unter Wassereinfluss problemfrei erhärten und ist wetterunabhängig einsetzbar. <
Bezugszeichenliste
B mit Baustoff verfüllter Graben (schraffiert)
F Fahrspuren
G Gehweg
M Medienleitungen
1 Dammkrone
2 Deichverstärkung
3 Deichabdichtung unter Wasser mit Leckwehrtechnik (statt Sandsäcken)

Claims

Patentansprüche
1. Trockengemisch zur Herstellung eines selbstverfestigenden Verfüllbau- Stoffes, bestehend aus Bodenaushub, mindestens einem wasserbindenden Mittel und einem wasserretendierenden Mittel auf Basis von Bentonit oder einem anderen mineralischen Stoff.
2. Trockengemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserretendierende Mittel gereinigtes Bentonit ist.
3. Trockengemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserretendierende Mittel natürliches, ungereinigtes Bentonit ist.
4. Trockengemisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bentonit Versteinerungen enthält.
5. Trockengemisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bentonit ein Natrium-Bentonit ist.
6. Trockengemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das wasserbindende Mittel Zement, Kalk, Gips oder ein Gemisch daraus ist.
7. Trockengemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das wasserbindende Mittel ein natürliches oder künstliches Puzzolane ist.
8. Trockengemisch nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als wasserbindende Mittel eine Gemisch aus Zementen nach EN 196 und/oder Tonerdezementen und/oder gelöschter oder gebrannter Kalk ist.
9. Trockengemisch nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Komponente des Gemisches P'gmentierungsmittel enthält.
10. Verfahren zur Herstellung eines Trockengemisches, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile des Trockengemisches unter Zufuhr kinetischer Energie gemischt, partiell zerkleinert und mechanisch so aufbereitet werden, dass das wasserretendierende Mittel des Gemisches durch die Reibungsenergie zwischen den Partikeln des Trockengemisches eine Aktivierung erfährt.
11. Verwendung eines Trockengemisches nach einem der vorstehenden Ansprüche für die Herstellung eines flüssig einstellbaren Baustoffes zur Sicherung von Hochwasserschutzanlagen, insbesondere Dämmen und Deichen und deren Bestandteilen.
2. Verwendung eines Trockengemisches nach einem der vorstehenden Ansprüche für die Herstellung eines flüssig einstellbaren Baustoffes zur Einbettung und Verfüllung von Rohrleitungen, Kanälen und Kabeln.
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