-
Verfahren zum Bauen von Straßenfundamenten Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Bauen von Straßenfundamenten od. dgl., bei dem 10 bis 30 Gewichtsteile
eines Puzzolans, 70 bis 90 Gewichtsteile eines Bodens mit einem Feinheitsgrad unter
1,7, wobei die Summe der Gewichtsteile von Puzzolan und Boden gleich 100 ist, und
2 bis 9 Teile Ätzkalk mit Wasser vermischt werden und bei dem sich die so erhaltene
Mischung verfestigt.
-
Es ist bereits bekannt, zur Bodenverfestigung Mischungen aus Puzzolanen,
Kalk und Bodenmaterial mit einem Feinheitsgrad unterhalb 1,5 mit Wasser zu versetzen.
Man hat auch schon weiter die Verarbeitung von solchen Mischungen unterbrochen und
nach einer bestimmten Zeit wieder fortgesetzt.
-
Diese bekannte Verfahrensweise ist aber so undifferenziert, daß sie
in vielen Fällen nicht zu dem gewünschten Erfolg führte.
-
Erfindungsgemäß wird- dieses bekannte Verfahren wesentlich verbessert,
indem die verfestigte Mischung natürlichen Umgebungsbedingungen für die Dauer von
einer Woche bis zu einem Jahr ausgesetzt wird, bis ein teilweises Erhärten der Mischung
erfolgt ist und die Tragfestigkeit der Mischung wesentlich, jedoch vorzugsweise
höchstens bis die halbe Druckfestigkeit erreicht ist, die bei vollständig abgelaufener
Härtungsreaktion erhalten werden würde, angestiegen ist, daß darauf die teilweise
erhärtete Mischung zerkleinert und entlang eines vorbestimmten Straßenverlaufs verteilt
und die zerkleinerte, teilweise gehärtete Mischung in situ bei Anwesenheit von Wasser
wieder verfestigt wird und daß die wieder verfestigte, teilweise erhärtete Mischung
natürlichen Umgebungsbedingungen eine längere Zeit ausgesetzt wird, bis die Umsetzung
von Ätzkalk, Puzzolan und Boden vollständig ist.
-
Mit diesem erfindungsgemäßen Zweistufenverfahren zum Bauen von Straßenfundamenten
kann gegenüber der Anwendung des bekannten Verfahrens die Tragfestigkeit der Mischung
beträchtlich gesteigert werden.
-
Böden mit einem Feinheitsgrad unterhalb 1,7 sind so fein, daß sie
nicht unter die Materialklasse, die man allgemein als Aggregate bezeichnet, fallen.
Die erfindungsgemäße Mischung ändert die maschinellen Bearbeitungseigenschaften
dieser Böden. Diese werden dadurch zu einem ausgezeichneten stabilisierten Material
umgewandelt, das sich zur Herstellung von belastbaren Oberflächen, wie Straßen,
Rollbahnen, Startbahnen auf Flugplätzen u. dgl., eignet. Nach einer ausreichenden
Härtungszeit besitzt dieses stabilisierte Material vorteilhafte Festigkeitseigenschaften
für eine belastbare Unterlage. Die Entwicklung auf dem Gebiet der Bodenstabilisierung
ist von wachsender Bedeutung für die Verlegung von Straßen, Rollbahnen u. dgl. Stabilisierte
Böden können mit Vorteil für belastbare Fundamente verwendet werden. Unter »belastbare
Fundamente« sollen Unterlagen für Rollbahnen, Straßen, Straßenbegrenzungen, Nebenstraßen,
Parkplätze, Flugstartbahnen u. dgl. verstanden werden. Mehrere verschiedene Methoden
und Zusammensetzungen sind für Bodenstabilisierung von Straßen und Rollbahnen entwickelt
worden. Ein Verfahren zur Bodenstabilisierung besteht in dem Zumischen von bituminösen
Materialien, wie Straßenölen, Teeren und Emulsionen zum Boden; jedoch ist es nach
Verflüchtigung der flüchtigen Bestandteile unmöglich, derartige Mischungen wieder
zu bearbeiten und ein Produkt mit inhärenter Festigkeit zu erhalten. Bestimmte Böden
wurden durch Vermischen mit Ätzkalk oder mit Bitumen-Hydratkalk-Zusammensetzungen
stabilisiert. Auch Portlandzement wurde zur Bodenstabilisierung ebenso wie verschiedene
andere Materialien, wie organische Harze, Calziumehlorid, verwendet. Jedoch zeigten
diese Materialien nicht bestimmte vorteilhafte Eigenschaften, wie sie 'erfindungsgemäß
erzielt werden. Außerdem waren diese Materialien meistens relativ kostspielig, verglichen
mit den erfindungsgemäßenZusammensetzungen. Ein wesentlicher
Nachteil
der Verwendung von Portlandzement ist, daß der Zementbestandteil der Bodenmischung
sehr schnell erhärtet und es daher erforderlich ist, sich bei der Herstellung der
Bodenmischung und bei der Verwendung der stabilisierten Mischung eng an Zeitschemata
zu halten. Nach einigen Stunden ist es unmöglich, Portlandzementmischungen nochmals
zu bearbeiten und ein Produkt mit einer inhärenten Festigkeit zu erzielen.
-
Die Erfindung kann ausgeführt werden durch Einverleiben von Ätzkalk
und einem Puzzolan, wie Flugasche, in feinzerteiltem Boden, der einen Feinheitsgrad
unterhalb 1,7 hat, in Anwesenheit von Feuchtigkeit, anschließendes Verfestigen der
erhaltenen Mischung, teilweises Härten der verfestigten Mischung, Zerkleinern der
teilweise gehärteten Mischung in eine Vielzahl von getrennten und diskreten Teilchen,
erneutes Verfestigen der getrennten und diskreten Teilchen und endgültige Aushärtung
der erhaltenen wieder verfestigten Mischung. Der in dieser Erfindung verwendete
Ausdruck »Ätzkalk« soll gebrannten Ätzkalk, Hydratkalk oder gelöschten Atzkalk bedeuten.
Der Ausdruck »Hydratkalk« bezeichnet ein trockenesPulver, das man durchBehandlung
von gebranntem Kalk mit genügend Wasser erhält, um der chemischen Affinität des
gebrannten Kalks gegenüber Wasser unter Hydratisierungsbedingungen zu genügen. Es
besteht irn wesentlichen aus Calciumhydroxyd oder einer Mischung von Calciumhydroxyd
und Magnesiumoxyd und/oder Magnesiumhydroxyd. Der Ausdruck »gebrannter Kalk« bezeichnet
ein calciniertes Material, dessen Hauptmenge aus Calciumoxyd (oder Calciumoxyd in
natürlichem Vorkommen mit einer geringeren Menge Magnesiumoxyd) besteht, der fähig
ist, mit Wasser gelöscht zu werden. Der Ausdruck »gelöschter Kalk« wird abwechselnd
mit dem Ausdruck »Hydratkalk« verwendet. Sowohl Hydratkalk wie gelöschter Kalk können
von überschüssigem Wasser begleitet werden, so daß man einen feuchten oder aufgeschlämmten
Zustand erhält.
-
Der Ausdruck »Puzzolan«, wie er hier verwendet wird, bezeichnet ein
silicium- oder aluminiumhaltiges mineralisches Material, das entweder künstlich
oder natürlich sein kann und das selbst geringe oder überhaupt keine Bindeeigenschaften
besitzt, das jedoch in feinzerteilter Form und in Gegenwart von Feuchtigkeit chemisch
mitCalciumhydroxyd bei gewöhnlichen Temperaturen reagieren und dabei Verbindungen
bilden kann, die ihrerseits Bindeeigenschaften besitzen.
-
Ein besonderes Beispiel eines feinzerteilten Puzzolans ist das künstliche
Material, das in der Technik als Flugasche bekannt ist. Der Ausdruck »Flugasche«,
wie er hier verwendet wird, bezeichnet den feinzerteilten Ascherückstand, der bei
der Verbrennung vonpulverisierter Kohle entsteht. Diese Asche wird mit den abgeblasenen
Gasen aus dem Ofen davongetragen, indem die Kohle verbrannt wird. Sie wird von diesen
Gasen üblicherweise mittels einer geeigneten Fällungsvorrichtung, wie einem elektrischen
Ausfäller, abgetrennt. Die so erhaltene Flugasche liegt in einem feinzerteilten
Zustand vor, so daß wenigstens ungefähr 70% hiervon durch ein Sieb mit einer Maschenweite
von 0,074 mm lichter Maschenweite (200 mesh) hindurchgehen. Die Flugasche, die in
dieser Art aus den Abgasen gesammelt wird, wird im folgenden als rohe Flugasche
bezeichnet.
-
Andere Puzzolane sind natürlich vorkommende Puzzolane einschließlich
vulkanischer Asche, wie sie etwa bei Puzzuoli in Italien gefunden wird. Hierzu gehören
rohe oder calcinierte Tuffsteine, Diatomeenerde, Bimssteine, Opale, Schiefertone
und Trasse (trasses). Hergestellte Arten sind beispielsweise Flugasche, Kesselschlacke
und Flugstaub. Weitere Puzzolane sind Kieselgur und Diatomeenerde sowie äquivalente
Materialien, einschließlich der calcinierten und gemahlenen Ton- und Schiefertonpuzzolane,
die ungefähr 50 bis 70 Gewichtsprozent Si 02, ungefähr 5 bis 10 Gewichtsprozent
Fee 03, ungefähr 10 bis 30 Gewichtsprozent Ale 03 und geringe Mengen Ca O und Mg
O enthalten.
-
Unter Boden werden im erfindungsgemäßen Sinne natürliche oder künstliche
Materialien, im wesentlichen anorganischer Art mit einem Feinheitsgrad unterhalb
1,7, bezeichnet. Obgleich diese Materialien als anorganisch bezeichnet werden, soll
dadurch die Anwesenheit von geringeren Anteilen organischer Materialien nicht ausgeschlossen
sein, vorausgesetzt, daß das feine Material vorwiegend anorganischer Art ist.
-
Hinsichtlich des Ausdruckes »Feinheitsgrad« wird auf eine Standardteilchengrößebezeichnung
verwiesen, die durch die Siebanalyse bestimmt wird. Die Standardsiebe, wie sie verwendet
werden, haben lichte Maschenweiten von 9,52 mm (3/8"), Standardsieb Nr. 4 von 4760
Mikron, Standardsieb Nr. 8 von 2380 Mikron, Standardsieb Nr. 16 von 1190 Mikron,
Standardsieb Nr. 30 von 590 Mikron, Standardsieb Nr. 50 von 297 Mikron und Standardsieb
Nr. 100 von 149 Mikron. Der Feinheitsgrad eines Materials wird bestimmt durch die
Addiiion der gesamten zurückgehaltenen Prozentteile durch jedes der angegebenen
Siebe und Division der Summe durch 100.
-
Erfindungsgemäß wird eine große Anzahl von natürlich vorkommenden
Böden verwendet, die einen Feinheitsgrad unterhalb 1,7 besitzen. Derartige Böden
werden eingestuft gemäß der Klassifizierung der Publie Roads Administration in sieben
Gruppen, die als Gruppen A-1 bis A-7 eingeteilt werden mit Untergruppen unter die
Gruppen A-1, A-2 und A-4. Die hauptsächlichen Gruppen, die in den Erfindungsbereich
fallen, wie sie im Bulletin 39 des Commonwealth of Pennsylvania Department of Highways,
Juni 1948, definiert sind, sind die Gruppen A-4 und A-7 und A-2-4 bis A-2-7 ebenso
wie gewisse Böden der Gruppe A-3, die einen Feinheitsgrad unterhalb 1,7 aufweisen.
-
Die Böden der Gruppe A-4 sind nicht plastische oder mäßig plastische
Schlammböden, die im allgemeinen einen hohen Prozentgehalt an Bestandteilen enthalten,
die durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 74 Mikron hindurchgehen (Sieb
Nr.200). Diese Gruppe umfaßt auch Mischungen von feinen, schlammartigen Böden und
bis zu 641/o Sand und Kies, die von einem Sieb mit der Maschenweite von. 74 Mikron
(Sieb Nr. 200) zurückgehalten werden. DieseBöden enthalten im allgemeinen geringe
Mengen von kolloidalem Ton. In der Praxis sind die Böden der A-4-Gruppe als minderwertiges
Material insofern zu beanstanden, weil sie sich nur schwer in einen kompakten Zustand
überführen lassen, zu Frostverwerfungen neigen, eine unerwünschte Elastizität (bzw.
geringe Kompressibilität) und eine unerwünschte Schrumpfneigung aufweisen.
-
Die Böden der A-5-Gruppe sind glimmerartige und diatomeenartige Materialien,
sie sind feinzerteilt und
weisen im wesentlichen dieselben Nachteile
auf, wie. sie im Zusammenhang mit den Böden der A-4-Gruppe beschrieben worden sind.
Sie gelten infolge ihrer Elastizität und ihrer Instabilität als minderwertiges Baumaterial.
-
Die Böden der A-6-Gruppe sind im wesentlichen plastische Tonböden,
die gewöhnlich zu 75% oder mehr ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,074
mm (Sieb Nr. 200) passieren. Ähnlicherweise sind auch die Böden der A-7-Gruppe tonige
Materialien und weisen sowohl eine unerwünschte Elastizität als auch Schrumpfung
auf. Die Böden der A-6- und. A-7-Gruppe werden im allgemeinen als minderwertige
Materialien für den Bau von Straßen und Chausseen angesehen.
-
Die Untergruppen A-2-4 und A-2-5 umfassen Kiese oder grobe Sande,
welche einen größeren Feinheitsgrad als 1,7 haben, andererseits aber auch feine
Sande enthalten mit einem Feinheitsgrad unterhalb 1,7, die gemäß der vorliegenden
Erfindung wirksam verwendet werden können. Die Untergruppen A-2-6 und A-2-7 enthalten
Sand und Kies zusammen mit einem tonigen Bindemittel. Manche dieser Böden haben
einen Feinheitsgrad unterhalb 1,7 und können mit Vorteil erfindungsgemäß Anwendung
finden.
-
Die A-3-Böden sind im wesentlichen sehr feine Sande. Diejenigen Böden
der A-3-Gruppe, die einen Feinheitsgrad unterhalb von 1,7 besitzen, werden von der
Erfindung umfaßt. Die natürlichen A-3-Böden, obwohl sie gelegentlich als untergrädige
Materialien in bestimmten Fällen als befriedigend angesehen werden, sind im allgemeinen
zu beweglich, oder es fehlen ihnen Bindestoffe für eine allgemeine Verwendung.
-
Es werden auch andere feinverteilte Stoffe als die natürlichen Böden,
die jedoch den Böden der oben beschriebenen Bodenklassifikationen äquivalent sind,
von der vorliegenden Erfindung umfaßt. Diese Stoffe sind feine Sande, Gesteinsabsiebungen,
Schlacken, Kiesabsiebungen, mineralische Niederschläge, feine Siebrückstände aus
Steinbrüchen od. dgl., die einen Feinheitsgrad unter 1,7 aufweisen, sowie andere
bodenähnliche Materialien, die unter dem hier verwendeten Begriff Böden erfaßt werden.
-
Die relativen Mengen der drei Hauptkomponenten der Zusammensetzungen
sind insofern von Bedeutung, als eine völlig unerwartete Spitzenwirkung erhalten
wird, wenn gewisse Bodeneigenschaften in Relation zu den relativen Mengen von Flugasche
und Ätzkalk in der Mischung gesetzt werden. Eine derartige Spitzenwirkung ist von
derselben allgemeinen Bedeutung; wie die, die in Fig. 2 des USA.-Patents 2 564 690
wiedergegeben ist. Die Gewichtsmengen betragen 10 bis 30 Teile eines Puzzolans,
70 bis 90 Teile eines Bodens mit einem Feinheitsgrad unterhalb 1,7, wobei die Summe
der Teile des Puzzolans und des Bodens im wesentlichen gleich 100 sind, und 2 bis
9 Teile Atzkalk.
-
Diese Bestandteile können in jeder in der Technik bekannten Weise
miteinander vermischt werden, beispielsweise durch einfaches Mischen, vorzugsweise
in Gegenwart von Wasser. Jedoch wird das Mischen vorzugsweise so vorgenommen, daß
man den Boden zerkleinert und ihn darauf mit Ätzkalk und Puzzolan in den vorher
festgesetzten Mengen vermischt, unter Verwendung einer geeigneten Erdzerkleinerungs-
und Mischvorrichtung, wie sie üblicherweise für die Bodenbearbeitung und für Bauzwecke
verwendet wird, wobei Wasser in solcher Menge hinzugegeben wird, daß .der Wasseranteil
dem Anteil entspricht,. der als optimaler Feuchtigkeitsgehalt bekannt und definiert
ist. Der optimale Feuchtigkeitsgehalt wird durch die bekannte modifizierte Proctorprobe
bestimmt. Der optimale Feuchtigkeitsgehalt eines Bodens oder einer stabilisierten
Bodenmischung ist derjenige Feuchtigkeitsgehalt, bei dem die Bodenfeuchtigkeitsmischung
die maximale Dichte (trocken) oder das maximale Trockengewicht der Feststoffe pro
Volumeinheit besitzt. In Praxi variiert der optimale Feuchtigkeitsgehalt mit jedem
einzelnen Boden oder jeder stabilisierten Bodenmischung im allgemeinen im Bereich
von 8 bis 25 Gewichtsprozent Feuchtigkeit, berechnet auf das Gesamttrockengewicht
von Atzkalk, Puzzolan und Boden. Vorzugsweise soll der Wassergehalt bei der Einverleibung
von Feuchtigkeit in die erfindungsgemäßen stabilisierten Bodenmischungen so geregelt
werden, daß der Feuchtigkeitsgehalt im Bereich von 70 bis 130 Gewichtsprozent des
optimalen Feuchtigkeitsgehalts liegt. So kann der Wassergehalt eines verfestigten
Straßenuntergrundes von etwa 5 bis 32 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht
an Ätzkalk, Puzzolan und Boden, für verschiedene Bodenarten variieren.
-
Nach dem Mischen kann der behandelte Boden an dem gewünschten Ort
verlegt und verfestigt werden, wobei er unbegrenzt ist. Er kann entweder in einer
einzigen Schicht oder, was von der Tiefe abhängt, in mehreren getrennten Schichten
verlegt werden. Vorzugsweise wird die Verfestigung durch Bewegen einer schweren
Walze über die Oberfläche des stabilisierten Bodens vorgenommen, solange er unbegrenzt
ist. Praktisch kann die anfängliche Herstellung und das Verfestigen der Mischung
in verschiedener Weise durchgeführt werden. Beispielweise können Ätzkalk und Puzzolan
mit dem Boden in einer diskontinuierlichen Mischvorrichtung miteinander gemischt
werden. Falls gewünscht, kann eine ortsgebundene oder eine tragbare Mischvorrichtung
an einem Kontrollpunkt aufgestellt werden, von wo aus die Mischung zur Arbeitsstelle
transportiert wird. Oder man kann auch die Mischvorrichtung direkt an der Arbeitsstelle
aufstellen. Dies hängt jeweils von den bei dem Bauvorhaben vorhandenen Bedingungen
ab. Eine andere brauchbare Methode ist die sogenannte Methode des Mischens an Ort
und Stelle. Hierbei werden Ätzkalk und Puzzolan auf die Straße oder in die Baugrube
verbracht,- und zwar entweder direkt über den vorhandenen Boden oder in Verbindung
mit einem Boden, den man von einer örtlichen Kiesgrube od. dgl. herangeschafft hat.
Der Ätzkalk und das Puzzolan können unverpackt oder gewünschtenfalls in Papier-oder
anderen Behältern transportiert werden. Gleichgültig, welches Verfahren verwendet
wird, werden die Mengen der Materialien so gewählt, daß die erhaltene Zusammensetzung
einen Wassergehalt besitzt, der möglichst dicht dem optimalen Wassergehalt entspricht,
wie er in den oben beschriebenen Versuchen der Proben festgestellt wurde.
-
Werden die Stoffe an Ort und Stelle gemischt, so bewirkt die Verwendung
eines Pulvermischers (pulvimixer) oder einer ähnlichen Straßenbauvorrichtung eine
gründliche und schnelle Durchmischung der Stoffe bis zu einer Tiefe von 15 bis 20,5
cm (6 bis 8 inehes). Wo größere Tiefen als 20,5 cm gewünscht werden, wird die Anwendung
und das Mischen vorzugsweise in Schichten durchgeführt. Die Tiefe der
Mischung
hängt zu einem beträchtlichen Maße von der Bearbeitung des Fundaments ab und von
der Decklage, die über das Fundament gelegt wird.
-
Die Zusammensetzung sollte vorzugsweise die entsprechendeMengeWasser
enthalten, um die benötigte Dichte nach der Verfestigung zu entwickeln. Wenn die
Mischung in einer Mischvorrichtung bereitet wird, ,so kann man bequemerweise das
Wasser in den Mischer geben. Für das Verfahren des Mischens an Ort und Stelle kann
das Wasser entweder durch Wassertank oder durch Wasserzugabe in eine oder mehrere
Bestandteile vor dem Vermischen zugeführt werden. Im allgemeinen ist es wichtig,
den Wassergehalt vor der Verfestigung des Fundaments zu prüfen. Wenn die Wasserkonzentration
nicht dicht genug am optimalen Wert liegt, so sollte eine Korrektur dadurch vorgenommen
werden, daß man eine Mischung zumischt oder zuschaufelt, die einen zu hohen Feuchtigkeitsgehalt
besitzt, oder indem man Wasser zum weiteren Mischen mit einer Mischung gibt, die
einen zu niedrigen Wassergehalt besitzt.
-
Die Verdichtung des Fundaments wird durch Verwendung von üblichen
Glättungs- und Walzvorrichtungen für einige der plastischen Bodentypen vollendet.
Mit Vorteil kann man eine Schaffußwalze verwenden. Flache Stahlwalzen oderWalzen
mit Gummirädern, wie Walzen mit Wackelrädern, können ebenso verwendet werden, um
die gewünschte Verfestigung zu bewirken. Wenn möglich, sollte die Verfestigung an
Ort und Stelle geprüft werden, um festzustellen, ob die Verfestigung des Fundaments
ausreichend ist. Vorzugsweise sollte die Verfestigung möglichst dicht an den Dichtewert
kommen, der in den Versuchen zur Bestimmung des optimalen Feuchtigkeitsgehaltes,
wie sie oben beschrieben wurden, festgelegt wurde.
-
Erfindungsgemäß wird die verfestigte Mischung der Härtung unterworfen,
bis eine teilweise Umsetzung stattfindet, die ein entsprechendes teilweises Anwachsen
der Festigkeitsbedingungen des Puzzolans bewirkt. Vorzugsweise wird die Mischung
natürlichen Umgebungsbedingungen ungefähr 1 Woche lang bis 1 Jahr unterworfen. Auf
jeden Fall sollte diese Zeit wesentlich weniger als (vorzugsweise nicht mehr als
die Hälfte) diejenige Zeit betragen, die für die vollständige Ausbildung der Festigkeitsbindungen
des Puzzolans, d. h. für das vollständige Erhärten, erforderlich ist. Die für die
vollständige Aushärtung erforderliche Zeit variiert entsprechend den vorherrschenden
Bedingungen. Beispielsweise verzögert kaltes oder. Frostwetter -ebenso wie
geringe Dränage den Härtungsprozeß.
-
Vor oder zu dem Zeitpunkt, an dem die Mischung eine Druckfestigkeit
von ungefähr der halben Druckfestigkeit, die nach Vervollständigung der Härtungsreaktion
in einer einzigen Stufe erreichbar ist,- besitzt, wird erfindungsgemäß die halbgehärtete
Mischung zerbrochen oder in eine Vielzahl von getrennten und einzelnen Teilchen
zerlegt. Die getrennten einzelnen Teilchen werden dann erneut geformt und in Anwesenheit
von Wasser verfestigt. Der Wiederverfestigungsschritt kann in derselben Weise wie
der erste oben beschriebene Verfestigungsschritt vorgenommen werden. Das Wiederaufbrechen
und Neuformen wird im folgenden gemeinsam als Wiederbearbeiten bezeichnet.
-
Dementsprechend besteht dieses mehrstufige Straßenbauverfahren aus
der Umsetzung von Ätzkalk, Puzzolan und Boden in zwei aufeinanderfolgenden und verwandten
Stufen. In der ersten Stufe beginnt eine Puzzolanreaktion, die den Ätzkalk, das
Puzzolan und den Boden betrifft. Diese Reaktionsstufe besteht aus einer Zustandsänderung
der Bodenbestandteile, dem Wechsel der Größe der Materialteilchen, der Dichte, des
Haftwassers und einer Verschiebung der Mineralienteilchen. Alle diese Änderungen
gehen auf Grund der wechselseitigen Einwirkung von -Ätzkalk, Puzzolan und Boden
vor sich. Sie bewirken eine Bildung von Zwischenprodukten, die von besonderem Vorteil
für die Reaktion sind, die in der zweiten Stufe des Verfahrens vor sich geht.
-
In der zweiten Verfahrensstufe, nachdem die Mischung wieder bearbeitet
und wieder verfestigt worden ist, betrifft die Puzzolanreaktion die Zwischenprodukte,
die aus der Umsetzung der ersten Stufe entstanden sind, und die Restanteile von
Ätzkalk und Puzzolan, die noch in der Mischung vorhanden sind. Der restliche Ätzkalk
und das restliche Puzzolan setzen sich weit besser und schneller mit den in der
ersten Verfahrensstufe erhaltenen Zwischenprodukten um, als sie es tun würden, wenn
die Mischung nicht neu bearbeitet und neu verfestigt worden wäre. Die Neubearbeitung
und Wiederverfestigung bewirkt eine Wiederverteilung der Bestandteile der Mischung,
wodurch der restliche Ätzkalk und das restliche Puzzolan in die Lage versetzt werden,
sich mit den in der ersten Verfahrensstufe gebildeten Zwischenprodukten umzusetzen.
-
Wie schon erwähnt, wird die erste Härtungsreaktion in der ersten Verfahrensstufe
ungefähr 1 Woche bis 1 Jahr lang durchgeführt, wobei dieser Zeitabschnitt als Maximum
durch die Zeit begrenzt wird, die erforderlich ist, um eine Druckfestigkeit von
ungefähr der halben Druckfestigkeit hervorzubringen, die bei Durchführung der Härtungsreaktion
in einer einzigen Stufe erzielt werden könnte.
-
Es wurde gefunden, daß die Wirkung von Ätzkalk, Puzzolan und Boden
in der ersten Reaktionsstufe sich vollständig von der Wirkung in der zweiten Reaktionsstufe
unterscheidet. Diese Tatsache läßt sich durch Beobachtung der Menge an Haftwasser,
das mit den Teilchen der Mischung verbunden ist, und durch Beobachtung im Zusammenhang
mit der Verschiebung der Mineralienteilchen in der Mischung demonstrieren. Was das
Haftwasser betrifft, so ist es bekannt, daß die Bodenteilchen in der Mischung von
einer äußeren Schicht von Haftwasser begleitet sind. Die Gegenwart dieses Haftwassers
wird bewiesen durch das Verhalten der Mischung beim Absetzen. Das »Haftwasser« der
Mischung wird ausgedrückt als Prozentsatz und ist das Verhältnis des Volumens des
Haftwassers zum Gesamtvolumen von Haftwasser plus festen Teilchen. Eine typische
Reaktion würde beispielsweise erfindungsgemäß ein Haftwasser zu Beginn des ersten
Reaktionsschrittes von ungefähr 90% mit einem Abfall auf einen so niedrigen Wert
wie ungefähr 20 bis 25 % am Ende des ersten Reaktionsschrittes zeigen. Im zweiten
Reaktionsschritt sinkt die Haftwassermenge nur sehr wenig, beispielsweise von ungefähr
20 auf ungefähr 15 0/a. Dies zeigt an, daß eine Reihe von gänzlich verschiedenen
Reaktionsarten während des zweiten Reaktionsschrittes vor sich geht im Vergleich
mit der ersten Reaktionsstufe.
-
Eine ähnliche Beobachtung kann man hinsichtlich der Verschiebung,
der Mineralienteilchen in der Mischung machen. Wenn die Umsetzung zwischen Ätzkalk,
Puzzolan und Boden vonstatten geht, findet ein
Ionenaustausch statt.
Beispielsweise ersetzen Calcium-und Magnesiumionen die Natrium- und Kaliumionen,
die ursprünglich im Boden vorhanden waren. Darauf findet eine ergänzende Neuorientierung
innerhalb der Molekularstruktur statt. Dies geht relativ langsam vor sich, jedoch
fand man, daß es meistens in dem Zeitabschnitt vonstatten geht, der in Verbindung
mit dem Haftwasser erwähnt wurde. Eine wesentliche Verschiebung der Mineralienteilchen
findet in der ersten Reaktionsstufe statt, während in der zweiten Reaktionsstufe
dieser Wechsel nur gering ist.
-
Nachdem das Fundament endgültig verfestigt ist, kann eine Endoberflächenbehandlung
vorgenommen werden. In manchen Fällen ist eine derartige Oberflächenbehandlung nicht
notwendig, wenn nämlich das Fundament einem Zweck dient, bei dem starker Verkehr
oder klimatische Bedingungen dem nicht entgegenstehen. Gewöhnlich wird eine Art
von Schutz- oder Versiegelungsschicht auf das verfestigte Fundament aufgebracht.
Diese kann aus einem Öl-oder Teerüberzug mit oder ohne Zusatz von Steinsplittern
bestehen. Die Mischung kann auch direkt unter ein Pflaster aus Bitumen oder Portlandzement
angebracht werden. In einigen bestimmten Fällen von Straßenkonstruktionen kann die
Zusammensetzung auch als Unterfundament unter andere Fundamentzusammensetzungen,
wie wassergebundenerMakadam u. dgl., dienen.
-
Die Mischungen können auch zu Aggregaten aus größeren Teilen, wie
Ballaststraßensteinen, hinzugegeben werden, um das grobe Aggregat zu binden und
dabei größere Festigkeit und verbesserte Stabilität des Fundaments zu entwickeln.
Viele Variationen der vorstehend wiedergegebenen Kombinationen sind möglich. Das
erfindungsgemäße Verfahren des Anlegens eines Straßenfundaments erfordert im wesentlichen
übliche Straßenbaumaschinen, daher kann die Erfindung sowohl in bequemer wie in
wirtschaftlicher Weise angewendet werden.
-
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1 Eine Straße
wurde für Entwicklungszwecke gebaut unter Verwendung einer Mischung aus ungefähr
5 Gewichtsprozent Ätzkalk, ungefähr 10 Gewichtsprozent Flugasche; der Rest bestand
aus Boden mit einem Feinheitsgrad unterhalb 1,7. Nach geeignetem Mischen der Bestandteile
der Zusammensetzung mit Wasser wurde die Straße ohne Abdämmung verfestigt und den
Umgebungsbedingungen 6 Monate lang ausgesetzt. Nach 6 Monaten wurde eine Probe der
Straße entnommen und zerteilt, darauf wieder verfestigt und gehärtet, bis sie ihre
endgültige Druckfestigkeit entwickelt hatte. Diese Druckfestigkeit betrug 84 ata
(1200 psi). Eine andere Materialprobe, aus dem die Straße gebaut war, wurde entnommen.
Diese Probe wurde nur verfestigt und gehärtet, bis sie ihre endgültige Druckfestigkeit
erreicht hatte. Hierbei wurde eine Druckfestigkeit von 53 ata (758 psi) erhalten.
Der Anstieg der Druckfestigkeit von 53 auf 84 ata (758 auf 1200 psi) war durch Zerteilen
und Wiederverfestigen bewirkt worden.
-
Beispiel 2 Bei einem Hausentwicklungsbauprojekt wurde eine Zusammensetzung
von Ätzkalk, Flugasche und Boden in einem Gewichtsverhältnis von ungefähr 5 Gewichtsprozent
Ätzkalk, ungefähr 10 Gewichtsprozent Flugasche und aus einem Rest an Boden mit einem
Feinheitsgrad unterhalb 1,7 verwendet. Danach wurde das im Beispiel 1 beschriebene
Verfahren angewandt. Die endgültige Druckfestigkeit nach vollständiger Härtung einer
Probe, die nicht wieder verfestigt worden war, betrug 49 ata (700 psi), während
eine Probe, die wieder verfestigt worden war, nachdem sie 2 Monate lang natürlichen
Umgebungsbedingungen ausgesetzt war, eine endgültige Druckfestigkeit nach vollständiger
Härtung von 83 ata (1180 psi) aufwies. Wiederum war der Anstieg der Druckfestigkeit
durch den Zweistufenprozeß des Aufbrechens der Mischung und der Wiederverfestigung
hervorgerufen. Beispiel 3 Ein Fundament für eine Lagerfläche bei einer großen Raffinerie
wurde gelegt. Das Projekt bestand aus einem belastbaren Fundament, bestehend aus
ungefähr 5 Gewichtsprozent Ätzkalk, ungefähr 10 Gewichtsprozent Flugasche und ungefähr
85 Gewichtsprozent eines Bodens der Gruppe A-2-4 mit einem Feinheitsgrad unterhalb
1,7. Nach Herstellung und Verfestigung der Grundlage wurden Proben der Mischung
entnommen; diese wurden im Labor verfestigt unter festgelegten Bedingungen, die
genau den Bedingungen im Freien entsprachen. Die endgültige Druckfestigkeit wurde
mit 31,6 ata (452 psi) gemessen. Nachdem das Fundament natürlichen Umgebungsbedingungen
im Freien 1 Monat lang unterworfen worden war, wurde eine Probe des Fundaments entnommen,
zerteilt und wieder verfestigt. Danach wurde diese Probe auf ihre endgültige Druckfestigkeit
geprüft. Die Zerteilung wurde folgendermaßen vorgenommen: Die Probe des Fundaments
wurde zerkleinert, entsprechend einem Standardverfahren zur Herstellung von Bodenproben,
bis zu dem Punkt, an dem der Zerkleinerungsgrad im wesentlichen dem ursprünglichen
Boden, wie er zum Bau des Fundaments verwendet wurde, entsprach. Der Versuch nach
dem Wiederverfestigen wurde unter denselben Bedingungen wie der Versuch ohne Wiederverfestigen
vorgenommen. Er zeigte eine Verbesserung der endgültigen Druckfestigkeit von 31,6
ata (452 psi) auf 39,9 ata (570 psi).
-
Einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung ist die Offenbarung
einer neuen Vorschrift für den Straßenbau, wonach die Straße anfangs in einer vorläufigen
Art und Weise in rohem Zustand für unmittelbaren Gebrauch als Baustraße (im allgemeinen
schon während des Bauens) angelegt wird. Nach einer gewissen Zeit wird die Straße
wieder bearbeitet und wieder verfestigt zu der endgültigen Form, wobei eine Straße
mit sehr viel höherer Druckfestigkeit entsteht, als wenn man sie nicht wieder bearbeitet
und wieder verfestigt hätte.
-
Es liegt im Bereich der Erfindung, die Wirkung von Atzkalk, Flugasche
und Boden gegen Ende der ersten Reaktionsstufe durch Zerkleinern der Mischung im
trockenen Zustand abzustoppen. Die Mischung kann in dieser Verfassung leicht entfernt
werden und an einem anderen Ort neu verlegt und in Gegenwart von Feuchtigkeit wieder
verfestigt werden.
-
Zusätzliche Stoffe, wie Pörtlandzement, bestimmte Feinheitsgrade von
Tonerden und Aluminiumsilikaten u. dgl., können in den stabilisierten Boden erfindungsgemäß
ohne entgegengesetzte Effekte auf die Vorteile der Erfindung einverleibt werden.
Jedoch bestehen die neuen bodenstabilisierten Straßenfundamente
selbst
im wesentlichen aus den Bestandteilen, wie sie im vorstehenden angegeben wurden.
-
Obgleich in der Beschreibung und in den Ansprüchen von einem Verfahren
zum Bauen einer Straße gesprochen wird, soll dieses so verstanden werden, daß der
Ausdruck »Straße« in seinem breitesten Sinne gebraucht wird und daß er belastbare
Fundamente, wie Landstraßen, Straßen II. Ordnung, Straßenbegrenzungen, Chausseen,
Parkplätze, Startbahnen auf Flugplätzen, Fußböden u. dgl., einschließt.