Bodenstabilisierung mit Nanotechnologie.

Bodenstabilisierung mit Nanotechnologie.

Verbesserung anstehender Böden für jede Art von Erd- und Straßenbau durch NANO-TECHNOLOGIE. 1. Ausgangspunkt und Zielsetzung Die Erschöpfung der Lagerstätten klassischer Baustoffe im Erd- und Straßenbau, sowie der Versuch, durch billigeres Baumaterial Kosten einzusparen, führten in den letzten Jahrzehnten zur Entwicklung und Vermarktung einer ganzen Reihe von chemischen Produkten zur Bodenstabilisierung. Mit diesen Produkten sollten die unerwünschten Eigenschaften vor allem bei anstehenden Böden wettgemacht werden, die Ursache der Minderwertigkeit dieser Materialien sind. Im Gegensatz zu den klassischen Baustoffen, wie Kies und Bruchschotter, sind solche minderwertigen Böden unbeschränkt vorhanden, ihre Verwendbarmachung kann also auch zu wesentlichen Einsparungen bei den Baukosten führen. Allerdings setzt dies voraus, dass die unerwünschten Eigenschaften unter Kontrolle gebracht werden können, der Boden sich mit der Behandlung zuverlässig und für dauernd verbessert oder stabilisiert wird. Diese Verwendbarmachung minderwertiger Böden ist vor allem für das große Netz nachrangiger Straßen von großer Bedeutung; sie machen nicht nur 80-90% aller Straßen aus, sondern sind auch jene, für die die geringsten Mittel verfügbar sind. TERRA-3000® wurde entwickelt, weil keines der vorhandenen Produkte zur chemischen Bodenstabilisierung befriedigende Ergebnisse erbrachte. Die Hauptgründe für deren mangelnde Wirkung sind der Umstand, dass sie als Bindemittel nicht mit der ständig sich ändernden spezifischen Oberfläche des Bodens fertig werden können, während die dauernd wechselnde chemische Zusammensetzung der Böden ein erfolgreiches Arbeiten mit chemischen Reaktionen verunmöglicht. Erdmaterial ändert sich ständig in seiner physikalischen und chemischen Zusammensetzung, und ein erfolgreiches System muss von solchen Veränderungen weitgehend unabhängig bei gleicher Behandlung möglichst mit gleichen Aufwandsmengen dasselbe Ergebnis liefern. Dieses Ziel wurde nach mehrjähriger Entwicklungsarbeit mit TERRA-3000® erreicht. Die Standardanwendung sieht vor, dass die Bodenschicht in 250-300mm Tiefe mit TERRA-3000® behandelt wird. TERRA-3000® bewirkt eine irreversible Agglomeration der Feinteilchen im Boden und verändert die kapillare Wasserführung durch Aufbrechen des Haftwasserfilms und partielle Ladungsumkehr, wodurch höhere Dichten und eine starke Reduzierung des Quellvermögens des Bodens möglich wird. Die bisherigen Erfahrungen bestätigen auch die Erwartung, dass TERRA-3000® den Boden permanent verbessern kann. Eine wesentliche Eigenschaft von TERRA-3000® ist der Umstand, dass es nicht nur „in place“ (auf der Baustelle mit dem dort vorhandenen Boden) verwendet werden kann, sondern auch ein Arbeiten „in plant“ (also ein Vormischen in einer Kiesgrube, einem Schotterwerk oder einer Abfalldeponie mit spezifisch zusammen gemischten, aber stets bis zu 30% tonigen Anteilen enthaltenden Materialansätzen) möglich ist, wodurch Wetter bedingt ungünstige Zeiträume optimal genutzt werden können. Vorgemischtes Material ist ohne Wirkungsverlust lange Zeit lagerfähig und kann ab Lager jederzeit eingebaut werden. Die bisher mit TERRA-3000® gebauten Strassen haben gezeigt, dass die Wirkung mit jedem Boden sicher eintrifft und permanent bestehen bleibt. 2. Beschreibung von TERRA-3000® TERRA-3000® ist ein chemisches Produkt, das grenzflächenaktiv tätig wird und dabei den Haftwasserfilm löst, wodurch eine irreversible Agglomeration der Fein- und Feinsteile der behandelten Böden ermöglicht wird. TERRA-3000® ist kein Bindemittel, vermag jedoch bodeneigene Bindekräfte freizusetzen und das Bodenverhalten so zu beeinflussen, dass eine permanente Verdichtungszunahme unter Verkehr eintritt. Bodenmaterial, behandelt mit TERRA-3000® hat die folgenden Eigenschaften, verglichen mit gleichem unbehandeltem Material: Eigenschaften Bessere Verdichtbarkeit durch Änderung des Wassercharakters; Stark reduzierte Wasseraufnahme durch Kapillarität; Verringerte Wasserdurchlässigkeit; Stark verringertes Quell-/Schrumpfverhalten; Stark verringerte Wassersensibilität; Der Effekt der Konsolidierung/Agglomerisation setzt sich im behandelten Boden fort; unter Verkehr erreicht die Dichte Werte weit über 100%; Das Proctor Optimum des behandelten Bodens ist niedriger, die Dichte höher. In solchen Fällen, wo diese generellen Eigenschaften nicht sichtbar werden, wird man eine entsprechende Vergrösserung der Hohlräume im Boden, ausgelöst durch die Sieblinienveränderung durch die irreversible Agglomeration feststellen. TERRA-3000® wird in einer Menge von 0,2 lt /m2 mit Wasser verdünnt in den Boden eingemischt. Man nimmt zur Verdünnung soviel Wasser als der Boden unter Berücksichtigung seines Wassergehaltes aufzunehmen vermag, um nach dem Einmischen möglichst nahe dem Proctor Optimum zu kommen. Als Standardanwendung wird TERRA-3000® in einer Schicht von 250 – 300 mm in entsprechender Menge eingemischt. Damit die volle Wirksamkeit von TERRA-3000® sichtbar und messbar wird, muss der behandelte Boden Gelegenheit haben, einmal auf wenigstens 50% des P.O. zurückzutrocknen. Hauptanwendungen Neubau und Sanierung ! Straßen, Transportwege Alle Arten Land- und forstwirtschaftlichen Wegen Rad- Wander- und Reitwege Park- und Stellplätze Straßensanierungen Eisenbahndämme Erosionseinschränkung Dämme Kanäle Mülldeponien Bio-Kläranlagen Stauseen und Dämme Spielplätze und Sportplätze Müllabladeplätze Lager- bzw. Siloflächen Herstellung ungebrannter Ziegel Vorteile und Nachteile Die Entwicklung von TERRA-3000® führte zu einem System, mit dem 100% aller verarbeitungswürdigen, kohäsiven Böden massiv verbessert werden können. Ausnahmen sind nicht kohäsive Böden sowie schwere Tonböden, die aber gleichfalls durch das Beimischen der fehlenden Fraktionen verarbeitbar gemacht werden können! Dabei werden nicht-kohäsive Sand und Schotter mit bis zu 30% tonigem Material vermischt und so gebunden, während die schwierige Verarbeitbarkeit von schwerem Tonboden durch das Beimischen von Sand und Schotter (Abmagern) erreicht wird. Gerade die am wasserempfindlichsten Böden, tonige und sandige Schluffe, zeigen eine besonders markante Verbesserung ihrer Eigenschaften. Man wird wo immer möglich trachten, die Siebkurve des zu behandelnden Bodens durch Zugabe fehlender Fraktionen zu verflachen und so die mechanische Festigkeit zu verbessern. Eine solche Maßnahme kostet wenig, erhöht aber die Ausgangstragwerte entscheidend und lässt mit TERRA-3000® mit gleichem Aufwand wesentlich mehr erreichen. Es zeigt sich, dass das Ziel von TERRA-3000®, bei jedem Boden mit in etwa gleichen Aufwandsmengen eine in etwa gleich große Verbesserung zu erreichen, möglich wurde und damit eine zuverlässige Methode für eine dauerhafte Verbesserung und damit auch massive Verbilligung von Straßenbauvorhaben zur Verfügung steht. Die Vorteile von TERRA-3000® können wie folgt umschrieben werden: Verbesserung des Erdmaterials Verringert die Wasserdurchlässigkeit und kapillare Wasserführung; Verringert den P.I. (Plastizitäts-Index); Verlagert das Proctor Optimum nach links zu niedrigerem OWG und höhere Dichte; Erhöht den Tragwert massiv (bei soaked CBR 3-5 fach, in mehr als 50% der Fälle um mehr als das 5-fache); Verringert die Wasseraufnahme und damit entscheidend das Quell- und Schrumpfverhalten des behandelten Bodens; Vermindert die Erweichung durch Wasseraufnahme; nachdem der Boden einmal teilweise ausgetrocknet ist, pendelt sich der Feuchtigkeitsgehalt um oder unter dem P.O. ein; Die volle Wirkung der Behandlung wird sichtbar, nachdem der behandelte Boden unter das P.O. austrocknen konnte und verbessert sich durch Zeitablauf unter Verkehrsbelastung massiv. Der Verbesserungseffekt ist permanent. Verdichtung Erleichtert und verbessert die Verdichtung des Bodens; Keine Verkehrssperre; Verkehr kann zur Verdichtung mit herangezogen werden; Unter Verkehr findet eine permanente Nachverdichtung statt, die zu einer ständigen Erhöhung der Festigkeit führt. Bauausführung Der Einbau von TERRA-3000® ist sehr einfach; Die Bodenbehandlung kann auch durch Vormischen erfolgen, wobei das gemischte Erdmaterial, in Haufen gelagert, jederzeit ohne weitere Bearbeitung eingebaut werden kann, ohne dass dadurch die Wirkung verloren geht; Die Einbauarbeit auf der Baustelle kann jederzeit ohne nachteilige Folgen unterbrochen werden. Generell Geringer Wassergehalt bedeutet weniger Frostempfindlichkeit; TERRA-3000® macht jeden anstehenden Boden risikolos als Baustoff verwendbar; Die zu erwartende Wirkung kann sehr leicht an kleinen Laborproben demonstriert werden; Man erreicht dadurch, dass man konventionelle Baustoffe durch billige Böden ersetzen und den Aufbau mit wesentlich dünneren Verschleißschichten ausführen kann, Einsparungen während dem Bau zwischen 20 bis 30%. Nachteile Das TERRA-3000® arbeitet im Tragschichtenbereich und macht eine Verschleißschicht erforderlich, um mechanischen Abtrag zu vermeiden; Behandelte Erdstraßen ohne Verschleißschicht zu belassen wird nicht empfohlen; der mechanische Abtrag würde die behandelte Schicht langsam aber sicher abtragen und Staub verursachen, da mit hohem Feinanteilgehalt gearbeitet wird; Diese Feinanteile könnten die Oberfläche glitschig machen. Empfehlung Auf Grund der aufgeführten Vorteile und Nachteile empfiehlt sich die Verwendung von TERRA-3000® für folgende Zwecke: TERRA-3000® ermöglicht den Einbau minderwertiger Ausgangsstoffe mit deren Aufwertung zu risikofreiem Tragschichtenmaterial. Die hohen Tragwerte ergeben eine solide Brücke für die Traglasten und erlauben eine starke Reduzierung der Verschleißschicht und damit massive Einsparungen. TERRA-3000® gestattet eine Aufwertung minderen Materials in einer oder mehreren Möglichkeiten: • Erhöhung der Tragwerte (ME, CBR, etc.) • Reduktion des P.I.; • Verringerte Wasserundurchlässigkeit; • Stark verringerte kapillare Wasserführung; • Verbesserung der Verdichtung und Verarbeitbarkeit; • Einmal behandeltes Material kann wieder verwendet werden; die Wirkung der Additive bleibt erhalten; • Gute Wirkung dort, wo Quellung oder Schwund Probleme darstellen; • Das Additiv kann auch zum Vormischen von Material und dessen langzeitiger Lagerung vor dem Einbau ohne Wirkungsverlust verwendet werden; • Straßenbankette können stabil gehalten werden, so dass nicht von dort aus die Verschleißdecke zerstört wird; • Vorgemischtes Material kann jederzeit fertig zum Einbau dorthin geschafft werden, wo es gebraucht wird, wo vor Ort kein brauchbares Tragschichten- material vorhanden ist. • Andere sehr erfolgreiche Anwendungen sind die Bekämpfung von Bodenerosion sowie Mithilfe bei der Rekultivierung erodierter Flächen, sowie die Herstellung von Bau- und Pflastersteinen auf hydraulischen Pressen. . Baumethoden Mischmethoden . Ortsmischverfahren Oftmals ist das Ortsmischverfahren die gebotene Form, um anstehendes Bodenmaterial durch das Einmischen TERRA-3000® zu verbessern. Bei dieser Methode werden die Mischgeräte zum Material gebracht; Materialtransport unterbleibt zum größten Teil. Die in Versuchen ermittelten Mengen an TERRA-3000® wird dabei auf den aufgelockerten Boden aufgebracht und intensiv eingemischt. Der anstehende Boden wird dabei allenfalls vor dem Einmischen von TERRA- 3000® durch Zugabe von ergänzendem Material in seiner mechanischen Tragfähigkeit verbessert. Das in wässriger Lösung aufzubringende TERRA-3000® wird mit soviel Wasser verdünnt aufgebracht, um den Boden in seinem Feuchtigkeitsgehalt möglichst nahe dem zur richtigen Verdichtung nötigen P.O. zu bringen. Zentralmischverfahren Der Umstand, dass TERRA-3000® keine Abbindzeit kennt, macht es möglich, Bodenmaterial in Anlagen vorzumischen, das Mischgut zeitlich unbegrenzt auf Lager zu nehmen und jederzeit ohne Wirkungsverlust auf der Baustelle einbauen zu können. Damit eröffnet sich vor allem der Kies- und Schottererzeugenden Industrie die Möglichkeit, ihre Abraummaterialien wie etwa Kieswaschschlamm oder Überlauf in Kombination mit Schmutzkies zu richtigem, stets gleichmäßig aufgebautem Mineralbeton zu verarbeiten und ein Qualitätsprodukt zu erzeugen, das stets dieselben Eigenschaften aufweist. Die Wirkung von TERRA-3000® tritt unmittelbar mit dem Einmischen in das Erdmaterial ein und ist irreversibel. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, einmal gemischtes Material immer wieder verwenden zu können. Vorgemischtes Material wird speziell dort einzusetzen sein, wo sehr hohe Ansprüche an die Gleichmäßigkeit des Materials und seine Eigenschaften zu stellen sind, wie etwa für obere Tragschichten, Deckschichten oder aber auch dort, wo aus Platzgründen das Ortsmischverfahren unzweckmäßig wäre, wie etwa auf Banketten oder beim Bau von Straßen untertags in Bergwerken. 4.3. Anwendung von TERRA-3000® TERRA-3000® wird in wässriger Lösung verwendet, wobei die in Labor- versuchen ermittelte Menge an TERRA-3000® in soviel Wasser verdünnt wird, als der Boden bereit ist, zur Erreichung des Proctor Optimums aufzunehmen. Die TERRA-3000® – Lösung wird im Tank der Spezialfräse hergestellt, indem man die von der zu behandelnden Fläche abhängige Menge an TERRA-3000® in der richtigen Menge Wasser verteilt. Sollte während dem Einbringen von TERRA-3000® –Lösung der Boden etwa durch starken Wind und Sonneneinstrahlung zu stark ausgetrocknet sein, kann jederzeit mit zusätzlicher Wasseraufbringung die richtige Feuchtigkeit reguliert werden. Sollte Schlechtwetter (Gewitter) eintreten, kann die Bodenbearbeitung jederzeit unterbrochen und später fortgesetzt werden. Ist zum Zeitpunkt der Unterbruchs die Erdschicht aufgelockert, so muß sie, um eine Übernässung zu vermeiden, sofort mit allen verfügbaren Verdichtungsgeräten durch Walzen verschlossen werden. Zusammenfassung : Der Einbau von TERRA-3000® ist relativ einfach und mit den üblichen Straßenbaugeräten und einigen Spezialmaschinen möglich. Beim Einbau ist darauf zu achten, dass TERRA-3000® gründlich eingemischt wird und dabei die Feuchtigkeit leicht über dem Proctor Optimum gehalten wird und ganz wichtig gut verdichten, d.h. optimales Verdichtungsgerät für statische Verdichtung (Gummi- bzw. Stampffusswalze mit genügend Gewicht > 20 Tonnen ohne Vibration muß vorhanden sein. Die erforderliche Einsatzmenge von TERRA-3000® pro m2 und die jeweilige Einmischtiefe wird auf Grund der Ergebnisse vorgängiger Laboruntersuchungen ermittelt und ergeben im Felde zuverlässig vergleichbar gute Ergebnisse. Man weiß vorher exakt was man an Wirkung und als Ergebnis zu erwarten hat. Fragen an: acschutz@gmx.at Besuchen sie auch unsere Videos auf Youtube: http://www.youtube.com/watch?v=5n9vGw4APYQ http://www.youtube.com/watch?v=ieXNKPk4Yco