NL8000798A - Werkwijze voor het verhogen van de belastbaarheid van grondmateriaal. - Google Patents

Description

X/Sch/lh/36 -1”

Werkwijze voor het verhogen van de belastbaarheid van grond-materiaal.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verhogen van de belastbaarheid van losse elementen, zoals korrels en/of vezels bevattend grondmateriaal, volgens ! welke werkwijze door dat materiaal een stabilisatiemiddel 5 wordt gemengd. Onder "grondmateriaal" wordt hier verstaan ieder materiaal of mengsel van materialen, dat in aanmerking komt als drager of constructieverst!jvend middel in bouwkundige en/of civiele (weg- en waterbouwkundige) constructies.

Bekend is een werkwijze, waarbij een stabili-10 satiemedium, zoals cement of asfalt, wordt toegepast. Deze bekende werkwijze is voortgevloeid uit onderzoek, gericht op de verbetering van de belastbaarheidseigenschappen van mengsels van grind, zand, klei, afval (bijvoorbeeld vliegas, ; sintels, hoogovenslak, vuilverbrandingsslak, huisvuil), 15 humus en/of veen, in het bijzonder met het oog op de verbetering van die belastbaarheidseigenschappen ten behoeve van de aanleg van paden,, wegen, natte en droge taluds of beddingen, dijklichamen, sportterreinen en industrieterreinen.

Bekend zijn verder werkwijzen voor het tegen- * 20 gaan van erosie, bijvoorbeeld toepassing van kunststof-vezelmatten en -vliezen, carboxymethylcellulose (CMC), ge-hydrolyseerd polyacrylonitrile (ΗΡΑ), en cellulose-xantho-genaat. Daarmede wordt een tijdelijke verhoging van de samenhang van de bovenlaag van de bodem verkregen.

25 Zand-cementmengsels hebben op grote schaal toe passing gevonden in de wegenbouw, aangezien daarmee een goede kwaliteit van de wegdekonderbouw kan worden verzekerd, zij het onder de sterk beperkende voorwaarde, dat het verwerkte zand humusvrij moet zijn. De stabiliteit van kleigrond en 30 mengsels van zand en klei kan op deze wijze ook.worden verbeterd; daartoe zijn evenwel grotere hoeveelheden cement nodig. Voor de veel voorkomende situaties, waarin zandlicha-men een hoeveelheid humus bevatten, waren de stabilisatie- 800 0 7 98 fc *· -2- mogalijkheden tot nog toe beperkt.

Bekend is verder, dat zand-cementmengsels in het algemeen relatief lange verstevigings- of hardingstijden nodig hebben (circa 1 week tot 1 maand), zodat bij de opbouw 5 van een weglichaam van ondergrond tot en met de bovenste deklaag (asfaltbeton., cementbeton, enz. ) altijd met een zekere vertraging moet worden gerekend. Bovendien dient men rekening te houden met krimpscheurvorming.

De eerder onderzochte-toepassingen van synthe-10· tische stoffen, zoals CMC, HPA en cellulose-xanthogenaat waren gericht op een verhoging van de weerstand tegen erosie ten gevolge van vooral wind en water, enwel door het verhogen van de afschuifweerstand van het grond/toevoegmiddel-mengsel. De bereikte verhoging van de erosieweerstand bleek met ver-15 strijken van de tijd minder te worden, bijvoorbeeld ten gevolge van de natuurlijke ontleding van het toevoegmiddel. Wezenlijke, bestendige stabilisatie, waarèlj de belastbaarheid van de grondlaag enige orden.wordt vergroot, bijvoorbeeld vergelijkbaar met de voor zand-cement bereikbare stabilisa-20 tie, trad daarbij niet op.

Een bijkomend, maar uiterst, belangrijk probleem is, dat een potentieel· grondversterkingsmiddel de in situ verdichtbaarheid-met mechanische walsmethoden niet mag verminderen. De grondverdich tings graad correleert namelijk met 25 bijvoorbeeld de weerstand tegen kapotvriezen? een verhoogde verdichtingsgraad .verbetert in het algemeen de klimaatbe-stendigheid.. Verdichting wordt in afhankelijkheid van het gehalte aan grondvocht,.de grondsoort en de praktische wenselijkheid naar gangbare, bekende maatstaven geoptimaliseerd.

30 Het optimale vochtgehalte is een bepaalbare grootheid. Voorbij dit optimum, namelijk een te hoog vochtgehalte, neemt de verdichtbaarheid van.de grond af, eindigend in. verslempen tot een drijfzandachtige toestand.

Zeer veerkrachtige toevoegingen, bijvoorbeeld 35 van korrelscheidende, geprefabriceerde vezels, vliezen, matten of strengen belemmeren de verdichting en komen derhalve voor wezenlijke stabilisatie ook niet in aanmerking? Ook materialen en mengsels van materialen met sterke chemo- 800 0 7 98 - Λ -3- fysische nakrimpverschijnselen moeten worden gewogen op bruikbaarheid in verband met het mogelijk. optreden van scheurvorming .

De uitvinding stelt zich ten doel, mogelijk-5 heden te bieden voor het verhogen van de belastbaarheid van een grondmateriaallichaam onder vermijding van beperkingen en problemen van de in dit verband bekende werkwijzen.

Daarom stelt de uitvinding een werkwijze van het in de aanhef vermelde type voor, waarbij het stabilisatie-10 middel bestaat-.uit cellulosederivaten in opgeloste toestand voor het tenminste ten dele door uitharding vormen van een celstructuur met wanden van vliesvormig stabilisatiemateriaal en met cellen welke de losse elementen omsluiten. Hierbij zal tijdens eventuele verdichting het nog in opgeloste 15 toestand verkerende stabilisatiemedium korrelcontact niet belemmeren. Zelfs zal bij gelijkblijvende verdichtingsenergie verhoogde verdichting kunnen resulteren door de smerende werking van het-viskeuze toevoegmiddel.

Voordelen biedt die werkwijze volgens de uit-20 vinding waarbij de uiteindelijk resulterende mengverhouding tussen het grondmateriaal en de cellulosederivaten ten minste van de grootte-orde 500. : 1 is; immers, uit deze .verhouding blijkt, dat volstaan kan worden met.een relatief zeer gering percentage toevoegmiddel.

25 Bij de werkwijze volgens de uitvinding kan de gevormde laag mechanisch worden verdicht.

Met voordeel kunnen aan de cellulosederivaten de versteviging versnellende stoffen worden toegevoegd.

Ook kunnen aan de cellulosederivaten polymeer-30 structuurvormende stoffen worden toegevoegd.

Een verdere mogelijkheid is die, waarbij aan de cellulosederivaten stoffen worden toegevoegd ter verhoging van de chemische en microbiologische stabiliteit.

Een voordelige variant van de werkwijze volgens 35 de uitvinding is die, waarbij de toevoegstoffen van het zich driedimensionaal verknopende type zijn. In dit geval kunnen bijvoorbeeld de toevoegstoffen worden gekozen uit de groep, waartoe behoren: cyanuurchloride, formaldehyde, 800 0 7 98 -4- v -*· derivaten van cyanuurchloride, isohydroxylethyleen, distyreen-triazine.

Ter verdere illustratie en voor een goed begrip van de uitvinding wordt het volgende opgeraerkt: de in 5 deze beschrijving genoemde stoffen en structuren zijn opgebouwd uit een complex van cellulos ede rivaatpolymeren, die de volgende voordelen bieden: - ze zijn toepasbaar op.grondmateriaal in het algemeen.,, dus ook bijvoorbeeld op grondmateriaal met een 10 hoog humuspercentage .of andere verontreinigingen en bacte-rieel actieve stoffen, zoals rioolslib; - ze zijn in principe toepasbaar op zeer veel water bevattende grondsoorten; - versnelde produktie onder variabele weers-15 omstandigheden is mogelijk; - ze zijn economisch aantrekkelijk te produceren uit natuurlijke uitgangsstoffen, afvalstoffen of re-cyclingprodukten met een aanzienlijk gehalte aan cellulose enerzijds en organische zuren, basen en zouten anderzijds, 20 zoals bijvoorbeeld ook. voorkomen in urine en faecaliën (in dit verband wordt bijvoorbeeld gedacht aan toepassing in ontwikkelingslanden); - bij - hogere concentraties kan een reële treksterkte worden bereikt.

25 De cellulosederivaten worden in opgeloste toe stand met conventionele middelen door de grond gemengd. Het relatieve netto, droge gehalte van de toevoegstoffen is kleiner of zelfs veel kleiner dan 5%, waarbij ter.illustratie wordt opgemerkt, dat bij gebruik van zand-cement aanzienlijk 30 hogere percentages dienen te worden toegepast. Door mechanische verdichting en/of een reeks versnellende en/of structuurvormende toevoegingen .ontstaat volgens dé uitvinding een continu ruimtelijk vliezig polymeernetwerk in de intersti-tiële ruimten tussen de korrels, humusvezels en/of klei-35 deeltjes, waarbij wordt opgemerkt, dat deze losse elementen met elkaar in contact kunnen zijn. Afhankelijk van de gewenste verdichtingsgraad kan met een meestal gering percentage vloeistof als bijmengsel worden volstaan. Het oplosmiddel 800 0 7 98 * è -5- en overtollig vocht ontwijkt door diffusie en door verdamping aan het oppervlak en diffusie naar naburige materiaailagen, of wordt fysisch/chemisch gebonden aan een gedeelte van de aan de oplossing toegevoegde structuurstoffen en versnellers.

5 In dat geval ontstaat een continu vliezig netwerk van vaste polymeren, dat, vooral door inkapseling van zandkorrels en andere grondmatertaaldelen, onder andere een vergrote druk-sterkte gaat vertonen. Van zeer groot belang is, dat inderdaad het vliezig netwerk en niet de vorming van vezels en fila-10 menten wordt verkregen,· daar dit zeker geen stabilisatie van enig belang met zich zou meebrengen.

Zoals gezegd, is een reeks toevoegingen gericht op het garanderen.van chemische en microbiologische stabiliteit van de cellulosederivaten. Bij de genoemde zich drie-15 dimensionaal verknopende stoffen en andere bekende, moleculaire dwarsverbindingen opleverende toevoegingen doet zich bovendien het voordeel gelden, dat de vochtopname van het cellulosederivaat.wordt verlaagd. De mechanische sterkte in natte toestand wordt hierdoor verbeterd.

20 In dit verband wordt opgemerkt, dat het polyt merisatieproces van natuurlijke basisstoffen ten dele wordt verkregen onder invloed van de in de grond aanwezige zuren, zoals fulvozuur. Anderzijds bevordert, de sterke mechanische verdichting- een onttrekken van het oplosmiddel via cappil-25 laire werking en adsorptiewerking, waardoor de coagulatie- graad toeneemt tot kritische waarden (dat wil zeggen: waarden, waarboven polymerisatie- optreedt), hetgeen resulteert in vliesvorming bij gelijkmatige verdichtingsgraad.

Hoewel in sommige gevallen afzonderlijke ver-30 dichtingsmaatregelen dienen te worden getroffen, zoals rollen, trillen en/of stampen, is dit niet altijd noodzakelijk, zoals moge blijken uit onderstaand oriënterend overzicht van moge-r lijke toepassingen van de uitvinding met corresponderende bijzonderheden.

35 1) Celluloseoplossing voor giet-, stort- en spuittoepassing (ook onder water) met een relatief hoog netto-percentage cellulose (in de orde van bijvoorbeeld 2 a 3%), zonder mechanische verdichting. Toepassingen bijvoor- 800 0 7 98 * * -6- beeld dijkvoet, wallekant, talud, opvullen van scheuren, holle ruimten.

2) Infiltratieprocêdés met overdruk/onderdruk-combinaties in relatief poreuze grondmengsels met zeer dun 5 vloeibare cellulosederivaatoplossingen met grondmateriaal, eventueel gevolgd door naverdichting.

3) Injectietechniek van mengsels ter versteviging van bijvoorbeeld poreuze diepere grondlagen (bijvoorbeeld fundamenten), bijvoorbeeld voor het herstellen van 10 verzakkingen.

4) Een preferente warmtebehandelingstechniek kan worden toegepast, waarbij een versnelde verharding en versterking plaatsvindt door een lokale, relatief geringe temperatuurverhoging, tot in de grootte-orde van 40°C.

15 Gebruik kan worden gemaakt van bijvoorbeeld stralingswarmte of een warme wals of van exotherme reakties,-bijvoorbeeld van het thermo-fysische type,veroorzakende toevoegstoffen.

5) Een belangrijke toepassing is die, welke is gericht op .het verkrijgen van veerkrachtig en poreus 20 blijvende oppervlakken (bijvoorbeeld voor.sportvelden) met sterk vergrote "uittrapweerstand" en een zeer hoge bespeel-baarheidsgraad, ook bij nat weer. Natuurlijk gras kan bijvoorbeeld worden gebruikt bij een juiste combinatie met drainage-/opzuigkwaliteiten.

25 6) Binden van zeer fijn poedervormige stoffen, zoals vliegas, gips, zwavel, kalk, tot voor opslag en vervoer meer geschikt materiaal dat later eventueel, weer met de beschreven werkwijze tot een grondmateriaallichaam kan worden verwerkt en tevens, dat eventueel uitlogen wordt verhinderd van schadelijk geachte stoffen, zoals bijvoorbeeld metaalzouten.

30 7) Een belangrijke verhoging van sterkte en stijfheid wordt verkregen door nawalsen na beëindiging van het normale verstevigingsproces. Er ontstaat een vlies-strekkende werking, die door preferentiele polymeerketenorien-tatie verhoogde sterkten in de belastingsrichting oplevert.

35 Opgemerkt wordt, dat vanzelfsprekend ook com binaties van de genoemde werkwijzen toepassing kunnen vinden.

800 0 7 98

Claims (16)

1. Werkwijze voor het verhogen van de belastbaarheid van losse elementen, zoals korrels en/of vezels bevattend grondmateriaal, volgens welke werkwijze door dat materiaal een stabilisatiemiddel wordt gemengd, 5 met het kenmerk, dat het stabilisatiemiddel bestaat uit cellulosederivaten in opgeloste toestand .voor. het tenminste ten dele door uitharding vormen van een celstructuur met wanden van vliesvormig stabilisatiemateriaal en met cellen welke de losse elementen omsluiten.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de uiteindelijk resulterende mengver-houding tussen het grondmateriaal en de cellulosederivaten ten minste van de grootte-orde 500 : 1 is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, 15 met het kenmerk, dat de gevormde laag mechanisch .wordt verdicht .

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het-kenmerk, dat. aan de cellulosederivaten de versteviging versnellende stoffen worden toegevoegd. 20

5* Werkwijze volgens één der voorgaande con clusies, met, hef kenmerk, dat aan de cellulosederivaten polymeer-structuurvormende stoffen worden toegevoegd.

6., Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan de cellulosederivaten stoffen 25 worden toegevoegd'ter verhoging van de chemische en microbiologische stabiliteit.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met.het kenmerk, dat de toevoegstoffen van het zich driedimensionaal verknopende type zijn. .30

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de toevoegstoffen worden gekozen uit de groep, waartoe behoren: cyanuurchloride, formaldehyde, derivaten van cyanuurchloride, ishydroxylethyleen, distyreen-triazine.

9. Werkwijze volgens één der voorgaande con clusies, met het kenmerk, dat het mengsel van grondmateriaal en stabilisatiemiddel wordt aangebracht door een bewerking 80 0 0 7 98 -8- »> uit de groep, waartoe behoren: gieten, storten, spuiten.

10. Werkwijze volgens ëën der conclusies 1-8, met het kenmerk, dat het mengsel van grondmateriaal en stabi-lisatiemiddel wordt aangebracht door een infiltratieprocédé 5 onder toepassing van een drukverschil.

11. Werkwijze volgens ëën der conclusies 1-8, met het kenmerk, dat het mengsel van grondmateriaal en stabi-lisatiemiddel wordt geïnjecteerd in diepere, ten minste enigszins poreuze grondlagen. •10

12. Werkwijze volgens een der voorgaande conclu sies, met het kenmerk, dat de versteviging wordt versneld door temperatuurverhoging.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de temperatuurverhoging maximaal in de grootte-orde van 15 40°C ligt.

14. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, 'met het kenmerk, dat de mengverhouding van de vérschil-lende bestanddelen wordt gekozen ter bereiking van ten minste één van de volgende eigenschappen: een zekere vochtafstotend- 20 heid, een zeker draineer- of vochtopzuigvermogen, een zekere minimale veerkrachtige indrukbaarheid, een zekere weerstand tegen aantasting van een oppervlaklaag tegen belopen en/of berijden.

15. Werkwijze volgens één der voorgaande conclu- 25 sies,' me~t het' kenmerk, dat na versteviging ten minste tijdelijk een belasting wordt uitgeoefend op het mengsel van grondmateriaal en stabilisatiemiddel, bijvoorbeeld door walsen, ter verhoging van de stijfheid en sterkte daarvan ten gevolge van het preferentieel strekken van polymeerketens.

16. Werkwijze volgens één der conclusies 1-15, met het kenmerk, dat het grondmateriaal bestaat uit een zeer fijn poedervormige stof en dat de deeltjes daarvan door het stabilisatiemiddel tot een bijvoorbeeld korrelachtige samenhang worden gebracht. 800 0 7 98