DE102005011266B4

DE102005011266B4 - Baustoffmischung und deren Verwendung

Info

Publication number: DE102005011266B4
Application number: DE200510011266
Authority: DE
Inventors: Juliane Kirmse; Dietmar Wesser; Ernst Josef Kronenberger
Original assignee: FITR Gesellschaft fuer Innovation IM Tief und Rohrleitungsbau Weimar mbH
Current assignee: FITR Gesellschaft fuer Innovation IM Tief und Rohrleitungsbau Weimar mbH
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2025-03-12
Also published as: DE102005011266A1

Abstract

Von Ton- oder Tongemischen enthaltenden Materialien freie Baustoffmischung, umfassend je Kubikmeter,
– 1100 bis 2000 kg Gesteinskörnung oder Bodenaushub,
– 200 bis 500 l Wasser,
– 5 bis 150 kg eines Calciumsilikathydrate bildenden Bindemittels und 5 bis 300 kg Bindemittel auf Basis CaSO₄,
– bis 5 kg Stabilisator,
– 50 bis 500 l Schaum
– sowie bis zu 6% Fließmittel oder Verflüssiger, bezogen auf die gesamte Bindemittelmenge.

Description

Die Erfindung betrifft eine von Ton- oder Tongemischen enthaltenden Materialien freie Baustoffmischung und deren Verwendung.
Aus der deutschen Patentschrift DE 198 51 256 C2 ist ein Verfahren zum Verfestigen von insbesondere schadstoffhaltigen, staubförmigen bis grobkörnigen, nicht hydraulischen Anfallstoffen, Erdstoffen, Lockergestein oder recycelten Baumaterialien bekannt, bei dem zunächst eine wässrige Suspension aus 50 g bis 100 g Tonmehl je 1 l Wasser durch intensives Mischen hergestellt wird. Nachfolgend werden die Anfallstoffe, Erdstoffe oder das recycelte Baumaterial mit der vorbereiteten wässrigen Supspension vermischt. Daran schließt sich ein Aushärten und Verfestigen der Mischung an, wobei der Mischung 10 bis 40 Masseprozent Tonmehl-Suspension und 1 bis 10 Masseprozent anorganisches Bindemittel zugegeben werden. Als Tonmehl wird bevorzugt aktivierter Bentonit eingesetzt. Als anorganisches hydraulisches Bindemittel wird Zement und/oder Flugasche verwendet.
Zur Steuerung des Aushärtevorgangs der bekannten Mischung werden dem Gemisch vorteilhaft Anfallstoff-Tonmehl-Bindemittel als Abbindebeschleuniger bzw. -verzögerer zugegeben. Dieses bewährte Verfahren ist geeignet, vor Ort anstehende Aushubstoffe wieder zu verwenden und zum Verfüllen von Gräben oder Kanälen einzusetzen. Nachteilig ist jedoch die sich ergebende hohe Dichte, welche bezüglich des Auftriebs von Rohrleitungen zum Aufschwimmen der Rohre im Rohrgraben führen kann, was nur durch Auftriebssicherungen, wie z. B. Belastungsbänke verhinderbar ist. Das Aushärten von Belastungsbänken aus einem steiferen Material führt jedoch zu Verzögerungen im Bauablauf.
Bekannt sind auch Baustoffe, die in verflüssigter Form mittels Pumpen in Gräben und Kanälen eingebracht werden können. Die Nachteile dieser bekannten Verfüllstoffe bestehen darin, dass der flüssige Verfüllstoff aus definierten Sanden mit vorgegebener Sieblinie hergestellt werden muss, relativ langsam erhärtet und nach seiner Erhärtung eine Festigkeit aufweist, die so hoch ist, dass es bei bestimmten Belastungssituationen und Verlegebedingungen zu nachträglichen, z. T. zeitlich verzögerten Beschädigungen an den verlegten Rohrleitungen durch Lasteintragungen von der Oberfläche her kommt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn infolge der hohen Festigkeit Schwingungen des Straßenverkehrs in den Straßenunterbau eingeleitet werden. Ein weiterer Nachteil bekannter Systeme flüssiger Verfüllstoffe besteht darin, dass sie bei bestimmten Umgebungsbedingungen, z. B. einer zu hohen Konzentration an wasserlöslichen Salzen, nur sehr langsam oder unvollständig erhärten und bei verzögerter Erhärtung ihre Endfestigkeit oft nicht erreichen.
Bei den flüssigen Verfüllmaterialien auf der Basis von Sanden und Bentonitzusätzen ist unmittelbar nach dem Verfüllen und der Aushärtung die geforderte Endfestigkeit erreichbar. Aufgrund chemischer Wechselwirkungen des tonhaltigen Bodenmörtels mit angrenzenden Stoffen oder den mit dem Sand in das Bodenmörtelgemisch zugegebenen Grundwasser-Inhaltsstoffen kommt es in vielen Fällen zu technologischen Störungen des Baufortschritts als Folge einer verzögerten bzw. einer unplanmäßig verlaufenden Aushärtung.
Bei dem Verfahren zur Herstellung von Verfüllmassen aus zerkleinertem Beton, Mauerwerk, Mörteln, Dachziegeln oder Gemischen gemäß DE 197 17 763 C1 werden diese Materialien auf Korngrößen < 40 mm zerkleinert, wobei das zerkleinerte Material mit 10 bis 50 Masseprozent Wasser, 0,5 bis 5 Masseprozent Ton-Soda-Gemisch und mit 1 bis 10 Masseprozent Zement oder hydraulischem Kalk vermengt ist. Die so geschaffene Verfüllmasse soll für die Gründung, Hinterfüllung oder Überschüttung von Bauwerken, Leitungs- oder Kabelschächten, für Auffüllungen von Straßen und Wegen sowie für die Einbindung von Rohrleitungen geeignet sein. Auch bei dieser bekannten Verfüllmasse kommt es jedoch zu nicht beeinflussbaren Veränderungen im Aushärtungsprozess aufgrund der Tonbasis des Gemisches.
Zum Stand der Technik gehören Verfahren zur zeitweisen Bodenverflüssigung, die auf der Zugabe von Zementsuspensionen basieren. Derartige Gemische haben die Eigenschaft nachzuhärten, so dass ein späterer Zugang zu derart verlegten Leitungen nur mit erheblichem Aufwand möglich ist. Auch erfolgt die Schwingungs- und Lastübertragung bei derart verfestigten Bereichen ungedämpft, was zu Schäden an den überdeckten Leitungen führen kann.
Aus der DE 10302772 A1 ist ein Verfüllbaustoff vorbekannt, der selbsterhärtende Eigenschaften aufweist. Grundsätzlich muss der dortige Baustoff zum Erreichen der anfänglich verflüssigten später selbst erhärtenden Eigenschaften schluffige oder tonige Materialien aufweisen sowie ergänzend Cellulosebestandteile als wasseraufnehmende Substanz enthalten.
Aus dem gesamten Stand der Technik ist bisher kein Verfüllbaustoff bekannt geworden, welcher einerseits quasi manuell, d. h. spatenstechbar aufbrechend aushärtet und der andererseits über eine solche Dichte verfügt, dass ein Aufschwimmen von Rohrleitungen beim Verfüllen von Gräben, die derartige Rohrleitungen enthalten, ohne mechanische oder sonstige Hilfsmittel zum Arretieren der Rohrleitungen sicher verhinderbar ist oder stark gemindert wird.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Baustoffmischung als Verfüllbaustoff aus einem zeitweise fließfähigen, selbsterhärtenden Gemisch anzugeben, wobei der verflüssigte Baustoff eine solche Dichte aufweist, dass ein Aufschwimmen von Rohrleitungen oder ähnlichen Objekten beim Verfüllen von Gräben mit dem verflüssigten Material unterbleibt, eine ausreichende Viskosität bis zum Abschluss des Verfüllvorgangs gegeben ist und andererseits eine Aushärtung stattfindet, und zwar bis zu einem Härtegrad, dass der Verfüllbaustoff quasi spatenstechbar wieder entfernt werden kann.
Weiterhin soll die Baustoffmischung schwingungsdämmende und wärmeisolierende Eigenschaften besitzen, und zwar ohne Zugabe von die Konsistenz oder Viskosität des Materials nachhaltig beeinflussenden Materialien.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Mischung für einen Verfüllbaustoff gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1 sowie einer diesbezüglichen Verwendung.
Die erfindungsgemäße Mischung verzichtet auf die Zugabe von Ton oder Tongemischen enthaltende Materialien, wie z. B. Bentonit. Zum Erzielen der notwendigen Fließfähigkeit wird ein vorgefertigter Schaum, gegebenenfalls in Verbindung mit chemischen Verflüssigern eingesetzt. Der erfindungsgemäß verwendete Schaum kann auch durch Zugabe von Porenbildnern, z. B. Aluminiumpulver oder -slurry generiert werden. Der Schaum bewirkt eine dauerhafte Minderung der Festigkeiten gemäß der Aufgabenstellung der Erfindung und eine Verflüssigung des Gemenges. Weiterhin tritt eine gewünschte Verringerung der Rohdichte ein, was zur Reduzierung der Auftriebsprobleme führt.
Zur Einstellung der Festigkeiten werden mineralische Bindemittel auf der Basis CaSO₄ in Form von Anhydrit oder Gips verwendet.
Um ein unerwünschtes Entmischen zu vermeiden, besteht die Möglichkeit, chemische Stabilisatoren einzusetzen.
Der Verfüllbaustoff besteht demnach aus einem zeitweise fließfähigen, selbsterhärtenden Gemisch, dieses umfassend Gesteinskörnungen und/oder Bodenaushub als Anfallstoff, einem oder mehreren anorganisch-mineralischen Bindemitteln sowie Wasser.
Dem Gemenge wird ein dichtereduzierender, fließfähigkeitsverbessernder Schaum zugeführt, welcher extern aufbereitet wurde. Die so erhaltene Mischung wird dann zum Verfüllen verwendet und härtet spatenfest aus.
Die Festigkeit des Materials lässt sich durch die Zugabemenge von Schaum einstellen. Auf diese Weise kann das Material sowohl für die Rohrbettung als auch -umhüllung eingesetzt werden. Neben Anfallstoffen können dem Baustoff auch recycelte Materialien wie Beton, Mauerwerkskomponenten, Mörtel, Dachziegel oder Gemische hiervon zugegeben werden. Dann, wenn sandige bis schluffige und tonige, also beliebige Erdstoffe aus dem unmittelbaren Bodenaushub Verwendung finden, wird die Schaummenge entsprechend angepasst, insbesondere erhöht.
Bedingt durch die erhaltene Porigkeit aufgrund der Schaumzugabe ist der Verfüllstoff wärmedämmend und schwingungsisolierend, was insbesondere im Straßenbau bzw. bei der Verlegung von thermisch zu schützenden Rohrleitungen von Vorteil ist.
Auch besteht die Möglichkeit, den Verfüllbaustoff mit geringerer Rohdichte auszustatten, indem Leichtzuschlagstoffe oder aber Styroporflocken bzw. bestimmte Erdstoffe oder Recyclingstoffe zum Einsatz kommen.
Positiv verbleibt festzuhalten, dass die Baustoffmischung keine relativ kostenintensiven Bentonitmaterialien zum Einstellen der Fließfähigkeit sowie zum Erhalt der gewünschten Bindung im Endzustand erfordert.

Bei einer Mischung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bezogen auf 1 m³ Verfüllbaustoff auf folgende Rezeptur verwiesen:

1100–2000 kg	Gesteinskörnung bzw. Bodenaushub
200–500 l	Wasser
5–150 kg	Calciumsilikathydrate bildendes Bindemittel
5–300 kg	Bindemittel auf Basis CaSO₄
0–5 kg	Stabilisator
50–500 l	Schaum
0–6%	Fließmittel oder Verflüssiger (bezogen auf die Bindemittelmenge)

Mit einer derartigen Mischung wird ein Verfüllbaustoff bereitgestellt, welcher eine optimale Fließfähigkeit aufweist, so dass auch bei komplizierten geometrischen Verhältnissen keine unerwünschten Hohlräume bei dem Verfüllen verbleiben. Andererseits besitzt der Verfüllbaustoff eine reduzierte Dichte, so dass auf einer Grabensohle verlegte Rohre nicht in unerwünschter Weise aufschwimmen bzw. sich beim Verfüllen in ihrer Lage verändern. Letztendlich härtet der Verfüllbaustoff quasi spatenfest aus und kann auch bei einem späteren Öffnen des Grabens oder Kanals relativ leicht entfernt werden.

Claims

Von Ton- oder Tongemischen enthaltenden Materialien freie Baustoffmischung, umfassend je Kubikmeter, – 1100 bis 2000 kg Gesteinskörnung oder Bodenaushub, – 200 bis 500 l Wasser, – 5 bis 150 kg eines Calciumsilikathydrate bildenden Bindemittels und 5 bis 300 kg Bindemittel auf Basis CaSO₄, – bis 5 kg Stabilisator, – 50 bis 500 l Schaum – sowie bis zu 6% Fließmittel oder Verflüssiger, bezogen auf die gesamte Bindemittelmenge.
Verwendung der Baustoffmischung nach Anspruch 1 zur Herstellung eines spatenfest aushärtenden Verfüllbaustoffs.
Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaum eingesetzt wird, der mittels Aluminiumpulver oder -slurry erzeugt wurde.
Verwendung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel auf Basis CaSO₄ Anhydrit oder Gips eingesetzt wird.