EP0045026B1 - Method for soil stabilisation - Google Patents
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- EP0045026B1 EP0045026B1 EP81105667A EP81105667A EP0045026B1 EP 0045026 B1 EP0045026 B1 EP 0045026B1 EP 81105667 A EP81105667 A EP 81105667A EP 81105667 A EP81105667 A EP 81105667A EP 0045026 B1 EP0045026 B1 EP 0045026B1
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- Y10S106/00—Compositions: coating or plastic
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- Y10S106/00—Compositions: coating or plastic
- Y10S106/90—Soil stabilization
Definitions
- the invention relates to a method for soil consolidation, in which the soil, overburden or a soil-overburden mixture to be consolidated, which contains moisture, is mixed with cement and then compacted.
- additives are the additives known from concrete technology, such as calcium chloride, sodium hydroxide, calcium oxyhydrate, silicon fluoride, silicic acid-containing additives, such as sodium or potassium silicate (water glass) and others, such as those used in cementitious concrete in particular as a sealant. Although in practice all of these additives have become irrelevant in soil stabilization or are no longer relevant today, the present invention starts from this patent as prior art.
- the substructure or substructure is usually fastened before the road surface (superstructure) or the ballast bed is applied in railway construction.
- soil consolidation in which a wide variety of soils (loose masses), such as soils in accordance with DIN 18196, dusty mineral materials or mixtures thereof are mixed with water and cement, for example with soil milling machines or in mixing plants, and then mixed through Rolling action can be compressed, for example by means of rubber wheel rollers.
- soil consolidation By hardening the cement contained in the ground stabilization compound, the individual grains of the ground stabilization compound are connected to form a solid cemented framework. While the cement stone practically completely envelops the grains in concrete, it only putties the grains at individual points during ground consolidation. This stems from the fact that in general much higher compressive strengths are aimed for and, accordingly, more cement is added than is required for soil consolidation, where, depending on the soil, 80 to 220 kg cement per m 3 (corresponding to 4 to 16% cement ) gets along.
- dusty mineral materials which are referred to as overburden in the following and in the patent claims for brevity, are natural and artificial mineral materials such as fly ash, combustion residues, other dusty or fine sand residues from dry, wet and electro-dedusting plants, silt and clay-containing washing residues from gravel and quarry stone washing plants, waste material from grinding processes and other finely divided inorganic and organic residues of all types.
- cement concrete cement concrete
- compositions for cementing the ground with cement are therefore made according to other principles, namely those of soil mechanics. This is based on a system of solids and water and air as pores. Basically, the aim is to achieve the densest possible storage of the minerals. Accordingly, the essential parameters for the quality of soil consolidation with cement are the water content, the cement content and the degree of compaction.
- any soil that occurs in nature can be used, which can be crushed to the required extent, contains no hardening substances and can be mixed with cement (hydrophobic or non-hydrophobic) and water as well as any suitable additives.
- cement hydrophobic or non-hydrophobic
- Water and cement do not behave in a water-cement ratio that is similar to that of concrete technology. Accordingly, there is no possibility of "reliably” calculating certain strength properties in soil consolidation with cement.
- soil consolidation can also be carried out with the addition of overburden or, as already carried out on a trial basis, with the exclusive use of overburden how fly ash are done.
- overburden how fly ash are done.
- the water acts as a "lubricant". Accordingly, for each soil, spoil or soil / spoil mixture or for each soil-cement mixture, soil / spoil-cement mixture or spoil-cement mixture, there is a so-called “optimal water content” from the point of view of the above principles, which is determined in the so-called proctor test (see leaflet DIN 18127 for the proctor test, published by the Research Association for Roads).
- the water demand in soil stabilization is based on the “optimal water content”, which - as described in the above-mentioned leaflet - can be determined according to the rules of soil mechanics.
- the dry space density (Proctor density) corresponding to this optimal water content is generally also to be aimed for in the construction, provided that the result of the Proctor test is confirmed in the subsequent manufacture of test cylinders to determine the required or suitable cement content to achieve the necessary compressive strength.
- test specimens formed in the Proctor test are examined for compressive strength on the 7th and / or 28th day after their manufacture (see TVV 74, Federal Minister of Transport, Dept. Road Construction).
- the increase in strength is roughly linearly related to the increase in cement content. Interpolation is used to infer the associated cement requirement from the compressive strength achieved [cf. «Concrete» 19 (1969), pages 19 to 24].
- the object of the invention is to propose a method for ground stabilization, in particular for road and railway construction, which can be carried out in a simpler manner and, if appropriate, using smaller amounts of cement and water than conventional ground stabilization with cement and, if appropriate, additives according to DE-C 895461 is.
- the method according to the invention should lead to reduced formation of macro cracks, so that, for example, thinner bituminous or cement-bound road surfaces can be used in road construction.
- the invention therefore relates to a method for soil consolidation, in which the moisture-containing soil, spoil or a soil-spoil mixture to be solidified is mixed with cement and a concrete admixture and then compacted, characterized in that the concrete admixture, calculated as dry matter, is characterized , Concrete plasticizer and / or concrete plasticizer in an amount of 2.5 to 5% and preferably 3 to 4.5%, based on the cement weight used.
- a preferred embodiment of the invention relates to a method as indicated above, which is characterized in that a soil containing natural moisture is used and the moisture content of which is not increased.
- additives such as concrete plasticizers, concrete flow agents, concrete accelerators, air-entraining agents, sealants, concrete retarders and injection aids as well as additives such as mineral substances, organic substances and colorants in the production of concrete.
- additives such as concrete plasticizers, concrete flow agents, concrete accelerators, air-entraining agents, sealants, concrete retarders and injection aids
- additives such as mineral substances, organic substances and colorants in the production of concrete.
- some such additives are known in the context of DE-C 895461 mentioned above.
- the additives known from this patent have not gained any practical importance for soil stabilization and the other additives or additives mentioned with the exception of the mineral substances (overburden) have so far not been used in soil stabilization.
- the use of concrete plasticizers and / or concrete plasticizers leads to advantageous results in soil consolidation, in spite of the completely different situation compared to concrete production.
- plasticizers were mainly developed in Germany and Switzerland a few decades ago. Your task is to convert a stiff fresh concrete into a plastic fresh concrete without adding more water. Before using plasticizers, it was common to use a larger amount of cement paste, i.e. with a higher cement additive combined with a higher water content to obtain a more plastic concrete. For some years now, there have also been concrete superplasticizers that are super plasticizers.
- the excavated materials that can also be used in soil stabilization increase the apparent cohesion in the fresh base layer after today's compaction in the fresh state of soil consolidation after compaction has been achieved.
- certain mineral fines are latent hydraulic, i.e. they participate to a certain extent in the hardening behavior as a result of the Portland cement clinker components, so that the cement can be reduced as a “crack-promoting” component of the system.
- plasticizers and concrete plasticizers in cement concrete are based on DIN 1045.
- cement grain aggregates form in numerous grain packing points.
- the hydration of a larger cement package with gel formation and volume increase that is becoming increasingly dense is always slower, but always progressing. This is one of the reasons for the often criticized late strengths after longer periods.
- the water content can be reduced to about 70 liters / m 3 and still be sufficient Compatible building material is obtained, although in the case of soil stabilization compounds, a much smaller amount of cement is available from the outset for a much larger surface (compared to concrete) and the low water content no longer guarantees the continuity of the liquid phase within the building material mixture.
- the concrete plasticizers and concrete plasticizers suitable for soil consolidation can be used as dry matter, i.e. can be used in powder form.
- liquid concrete plasticizers may be used in the production of flow concrete according to DIN 1045.
- the liquefiers and flow agents can, however, also be used in liquid form, such quantities being used that the concentrations given above, based on dry matter, are observed. They can be sprayed or sprayed onto the formation in liquid form before the cement is added. filled into the mixer or in powder form together or separately by means of the scattering devices for cement, sprinkled onto the subgrade or added to the mixer or also intimately mixed with the cement before being applied to the ground to be solidified.
- the possibility of saving water of around 50% has great economic and technical advantages.
- the economic advantages are that most of the rough planes of roads and paths prepared for ground consolidation no longer require pre-wetting.
- the provision of irrigation facilities can thus be omitted.
- a major technical advantage is that due to the use of greatly reduced amounts of moisture, the shrinkage or cracking behavior is also greatly reduced. It is known from the relevant literature that the formation of cracks in soil consolidation layers is only influenced to a small extent by higher compressive strength. To a much greater extent, the cracks arise due to the shrinkage behavior due to the capillarity of fine-grained masses. In the soil stabilization according to the invention, the shrinkage crack formation is greatly reduced to a micro-crack formation or does not occur at all, since it is possible to reduce the water saturation value that is normally required technically.
- fly ash in particular is likely to be of great importance in the future, since it is produced in large quantities and has so far only been used to a reasonable extent.
- the investigations carried out within the scope of the invention have shown that the possible uses of fly ash in soil stabilization strongly depend on its properties.
- the size of the loss on ignition has proven to be a suitable assessment criterion in previous experiments.
- fly ash with the lowest loss on ignition (fly ash 1 with loss on ignition of not more than 5% by weight), which can be used alone or in any ratio mixed with soils, is most suitable for the method according to the invention. Suitable amounts of fly ash in mixtures with soils are 30 to 70% and in particular about 50%. Fly ash with higher loss on ignition (fly ash 2 with loss on ignition between 5 and 8% by weight) should only be used in ground stabilization in exceptional cases. Usually, however, such fly ash can be added to the soil to be consolidated in amounts of up to 60% and preferably 40 to 50%. Even fly ash with a high loss on ignition (fly ash 3 with a loss on ignition of more than 10% by weight, e.g.
- the liquefiers used were lignin sulfonates.
- the manufacturer's dosage recommendation (intended for concrete) was exceeded ten times. As can be seen from the Proctor curves shown in FIG. 1, a clear increase in dry density was observed.
- Vetener B consisted of a combination of lignin sulfonates and melamine formaldehyde condensates.
- the condenser C consisted of a combination of lignin sulfonates and naphthalene sulfonate formaldehyde condensates.
- the two plasticizers were used in an amount of 2.5 and 5%, based on the amount of cement.
- the Proctor dry densities obtained are shown in FIGS. 2 and 3.
- Example 2 The experiment according to Example 2 was repeated using a commercially available sulfonated naphthalene formaldehyde condensate in the form of the sodium salt (liquefier A).
- the plasticizer was used in an amount of 1.5, 2.5 and 5.0%, based on the cement.
- the Proctor curves obtained are shown in FIG. 4.
- test specimens each contained 2.5% of liquefier A, B or C based on cement.
- the height of the Proctor test cylinders was 12 cm.
- the permissible length change should be a maximum of 1% o after the 12th freeze-thaw change. 1% o of 12cm is 0.12mm.
- Experiment B The Proctor curves for compositions of 100 parts by weight of sand, 2 parts by weight of cement and 4 parts by weight of fly ash were determined. Tests were carried out in each case without the addition of a plasticizer and with a plasticizer (3% based on the cement). The maximum dry densities obtained are shown in the table below.
- Trial C Trial B was repeated with the difference that 4 parts by weight of cement were used. The maximum dry densities obtained are also shown in the table below.
- Experiment D Experiment C was repeated with the difference that the proportion of fly ash was increased to 15 parts by weight. The result These are also shown in the table below.
- Test E Test D was repeated with the difference that the proportion of fly ash was increased to 30 parts by weight. The results are also in the table below
- the mixtures with fly ash 1 have the highest dry space densities when using the powdered liquefier. Without the use of powder plasticizers, the densities are clearly lower.
- the mixtures with fly ash 2 show essentially the same dry density differences, but the dry densities generally move somewhat below the dry densities of the mixtures with fly ash 1.
- the fly ash 3 behaves in a greatly changed manner compared to the two fly ash mentioned above, in that the dry densities of the mixtures with one economically interesting fly ash content of more than 15 parts by weight will drop sharply. Lower dry densities are associated with a high proportion of pores and generally also with weaker strength properties. Proctor tests carried out with the use of steel plates showed that the grain crushing was greatest at fly ash 3. It was found that in general the grain breakdown seems to decrease as the dry density decreases while the proportion of fly ash increases.
- fly ash with a combustible residue (loss of ignition) of approx. 3% has good properties even in a higher proportion of the mixture, fly ash with loss of ignition up to approx. 8% has somewhat less favorable properties and Fly ash with loss on ignition over 10% and more have unfavorable properties on the development of dry density.
- Proctor test cylinders to determine the compressive strength after 7 and 28 days were manufactured with a few basic formulations.
- the sand content was 100 parts by weight and the water content was 4.5 parts by weight.
- the amount of powder plasticizer was a constant 3%, based on the cement content.
- Experiment F Experiment E was repeated with the difference that the proportion of fly ash was increased to 50 parts by weight. The results are also shown in the table below.
- fly ash 1 requires a mixture proportion of 30 parts by weight to 100 parts by weight of sand when using a powder liquefier only 3 parts by weight of cement, ie less than about 50% of the proportion of cement customary in the prior art.
- fly ash 1 is used only in a proportion of 4 parts by weight per 100 parts by weight of sand, the cement requirement only increases to 3.5 to 3.7 parts by weight.
- fly ash 2 Mixtures with 4 parts by weight of fly ash 2 only slightly increase the cement requirement to 3.8 to 3.9 parts by weight. Even the worst-quality fly ash, namely fly ash 3, can still be used in a proportion of 15 parts by weight, the cement requirement increasing to about 4.5 parts by weight. In contrast, mixtures with proportions of 30 parts by weight of fly ash 3 behave unfavorably, since they show inadequate strength properties.
- the basic recipe consisted of 100 parts by weight of sand and 15 parts by weight of limestone powder.
- the powder plasticizer proportion was constant 3%, based on the cement.
- there was a significantly lower cement requirement namely with a water content of approximately 50% of the optimal water content. This enormous water saving must always be taken into account when assessing all reported results.
- test specimens from the compositions according to Examples 7 and 8 were examined using the freeze-thaw cycle. Only the sand-fly ash mixtures, whose proctor cylinders had compressive strengths of less than 2.0 to 2.5 N / mm 2 after 7 days, show changes in length exceeding 1%. All other compositions, including those with the highest admixtures of stone powder, resulted in changes in length within the permissible range.
- test specimens were then examined for their compressive strength. It was found that no test specimen showed a drop in compressive strength, which would indicate that a strength-damaging influence had occurred due to frost. Rather, the test specimens tested according to the influence of frost showed differently higher compressive strength results compared to the normal 28-day compressive strength results. This proves that increasing the fine particles ⁇ 0.06mm in soil stabilization compounds does not have a frost-damaging effect on the soil stabilization component.
- fly ash was subjected to proctor examinations without the addition of sand alone. Experiments were carried out with and without the addition of plasticizer powder. While fly ash 3 gave practically unusable results when using 6 or 10 parts by weight of cement per 100 parts by weight of fly ash with and without a plasticizer, the addition of plasticizer powder in fly ash 2 led to a significant increase in dry density and compressive strength. The dry densities of fly ash 1 were even higher than for fly ash 2. Here too, the addition of liquefiers led to a sharp increase in the compressive strengths.
- hydrophobized cement pectacrete cement, see DE-PS 1 300 856, 1 303 934, 1642380 and 1 646502
- pectacrete cement see DE-PS 1 300 856, 1 303 934, 1642380 and 1 646502
- sulfonated naphthalene formaldehyde condensate was used as the powdery plasticizer.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bodenverfestigung, bei dem der zu verfestigende, Feuchtigkeit enthaltende Boden, Abraum oder ein Boden-Abraum-Gemisch mit Zement vermischt und dann verdichtet wird.The invention relates to a method for soil consolidation, in which the soil, overburden or a soil-overburden mixture to be consolidated, which contains moisture, is mixed with cement and then compacted.
Aus der DE-C 895461 ist es bekannt, Strassendecken aus einem dem bekannten Zementbeton ähnlichen Baustoff herzustellen, wobei der Erdboden in nicht aufbereitetem oder physikalisch besonders aufbereitetem Zustand mit Zement, Wasser und chemisch sich mit dem Zement und den Bodenteilchen verbindenden, die bautechnischen Eigenschaften verbessernden Zusatzmitteln zu einer Mischung verarbeitet wird. Als geeignete Zusatzmittel werden die aus der Betontechnologie bekannten Zusätze wie Calciumchlorid, Natriumhydroxid, Calciumoxyhydrat, Silicofluoride, kieselsäurehaltige Zusätze, wie Natrium- oder Kaliumsilikat (Wasserglas) und andere, wie sie bei dem Zementkiesbeton insbesondere als Dichtungsmittel Verwendung finden, beschrieben. Wenngleich alle diese Zusatzmittel in der Praxis bei der Bodenverfestigung keine Bedeutung erlangt haben bzw. heutzutage keine Bedeutung mehr haben, wird bei der vorliegenden Erfindung von dieser Patentschrift als Stand derTechnik ausgegangen.From DE-C 895461 it is known to produce road surfaces from a construction material similar to the known cement concrete, the ground in an unprepared or physically specially prepared state with cement, water and chemically combining with the cement and the soil particles, improving the structural properties Additives are processed into a mixture. Suitable additives are the additives known from concrete technology, such as calcium chloride, sodium hydroxide, calcium oxyhydrate, silicon fluoride, silicic acid-containing additives, such as sodium or potassium silicate (water glass) and others, such as those used in cementitious concrete in particular as a sealant. Although in practice all of these additives have become irrelevant in soil stabilization or are no longer relevant today, the present invention starts from this patent as prior art.
Beim Bau von Strassen und Eisenbahnlinien wird üblicherweise vor Aufbringung des Strassenbelags (Oberbau) bzw. Aufbringen des Schotterbettes im Eisenbahnbau der Untergrund bzw. Unterbau befestigt. Dies geschieht heutzutage nach einem als Bodenverfestigung bekannten Verfahren, bei dem die verschiedensten Böden (Lockermassen), wie zum Beispiel Böden gemäss DIN 18196, staubförmige mineralische Materialien oder Gemische derselben, mit Wasser und Zement versetzt, beispielsweise mit Bodenfräsen oder in Mischanlagen durchmischt und dann durch Walzeinwirkung beispielsweise mittels Gummiradwalzen verdichtet werden. Durch die Erhärtung des in der Bodenverfestigungsmasse enthaltenen Zements werden die einzelnen Körner der Bodenverfestigungsmasse zu einem festen verkitteten Gerüst verbunden. Während beim Beton der Zementstein die Körner praktisch vollständig umhüllt, verkittet er bei der Bodenverfestigung die Körner nur an einzelnen Punkten. Dies rührt daher, dass bei Beton im allgemeinen sehr viel höhere Druckfestigkeiten angestrebt werden und dementsprechend mehr Zement beigegeben wird als dies bei der Bodenverfestigung erforderlich ist, wo man je nach Boden mit 80 bis 220 kg Zement je m3 (entsprechend 4 bis 16% Zement) auskommt.In the construction of roads and railway lines, the substructure or substructure is usually fastened before the road surface (superstructure) or the ballast bed is applied in railway construction. Nowadays, this is done using a method known as soil consolidation, in which a wide variety of soils (loose masses), such as soils in accordance with DIN 18196, dusty mineral materials or mixtures thereof are mixed with water and cement, for example with soil milling machines or in mixing plants, and then mixed through Rolling action can be compressed, for example by means of rubber wheel rollers. By hardening the cement contained in the ground stabilization compound, the individual grains of the ground stabilization compound are connected to form a solid cemented framework. While the cement stone practically completely envelops the grains in concrete, it only putties the grains at individual points during ground consolidation. This stems from the fact that in general much higher compressive strengths are aimed for and, accordingly, more cement is added than is required for soil consolidation, where, depending on the soil, 80 to 220 kg cement per m 3 (corresponding to 4 to 16% cement ) gets along.
Unter den zuvorgenannten staubförmigen mineralischen Materialien, die im folgenden und in denPatentansprüchen der Kürze halber als Abraum bezeichnet werden, werden natürliche und künstliche mineralische Materialien wie Flugaschen, Verbrennungsrückstände, sonstige staubförmige bzw. feinstsandhaltige Rückstände aus Trocken-, Nass- und Elektroentstaubungsanlagen, schluff- und tonhaltige Waschrückstände aus Kies- und Bruchsteinwaschanlagen, Abraumstoffe aus Schleifprozessen und sonstige feinteilige anorganische und organische Rückstände jederArtverstanden.Among the aforementioned dusty mineral materials, which are referred to as overburden in the following and in the patent claims for brevity, are natural and artificial mineral materials such as fly ash, combustion residues, other dusty or fine sand residues from dry, wet and electro-dedusting plants, silt and clay-containing washing residues from gravel and quarry stone washing plants, waste material from grinding processes and other finely divided inorganic and organic residues of all types.
Aufgrund der unterschiedlichen Zielsetzung und der unterschiedlichen eingesetzten Materialien bestehen zwischen der Bodenverfestigung mit Zement und der Betonherstellung grundlegende technologische Unterschiede. Während man bei Beton (Zementbeton) stets eine praktisch vollständige Verdichtung voraussetzt, so dass die Hohlräume zwischen den einzelnen Kies- und Sandkörnern nahezu vollständig mit Zementleim ausgefüllt sind, ist bei der Bodenverfestigung eine praktisch vollständige Verdichtung nicht zu erzielen.Due to the different objectives and the different materials used, there are fundamental technological differences between cement consolidation and concrete production. While concrete (cement concrete) always requires practically complete compaction, so that the cavities between the individual gravel and sand grains are almost completely filled with cement paste, practically complete compaction cannot be achieved during soil consolidation.
Gütebestimmend ist daher bei Beton (ausser der Zementgüte) nur der Zementleim, d.h. der Wasserzementwert und die damit zusammenhängende Porosität des erhärteten Zementsteines. Demgegenüber können bei der Bodenverfestigung keine besonderen, etwa auf ein Hohlraumminimum erzielenden Anforderungen gestellt werden. Auch bei guter Verdichtung verbleiben deshalb bei der Bodenverfestigung im Korngerüst mehr Hohlräume als bei Beton. Während der Beton üblicherweise ein Restporengehalt von ungefähr 2,0 Vol.% oder weniger und nur in Ausnahmefällen wie bei Strassenbeton ein Gesamtporeninhalt von etwa 4 Vol.% angestrebt wird, ist der Porenanteil bei der Bodenverfestigung 10 bis 20mal grösser, das heisst, der Mineralhohlraum bei Bodenverfestigungen mit Zement schwankt in einem weiten Bereich zwischen etwa 20 und 40 Vol.%.For concrete (except for cement quality), only the cement paste, i.e. the water cement value and the associated porosity of the hardened cement stone. In contrast, no special requirements can be imposed on soil consolidation, for example to achieve a minimum void. Even with good compaction, there are therefore more voids in the grain structure during ground consolidation than with concrete. While the concrete usually strives for a residual pore content of approximately 2.0 vol.% Or less and only in exceptional cases, such as for road concrete, a total pore content of approximately 4 vol.%, The proportion of pores in soil consolidation is 10 to 20 times larger, that is, the mineral cavity in the case of ground consolidation with cement, it varies between about 20 and 40% by volume.
Die Herstellung von Zusammensetzungen für die Bodenverfestigung mit Zement erfolgt deshalb gegenüber der Betonherstellung nach anderen Grundsätzen, nämlich denen der Bodenmechanik. Diese geht aus von einem System aus Feststoffen sowie Wasser und Luft als Poren. Grundsätzlich ist man bestrebt, eine dichteste Lagerung der Mineralstoffe zu erreichen. Dementsprechend sind die wesentlichen Bestimmungsgrössen für die Qualität der Bodenverfestigung mit Zement der Wassergehalt, der Zementgehalt und das Mass der Verdichtung.Compared to concrete production, compositions for cementing the ground with cement are therefore made according to other principles, namely those of soil mechanics. This is based on a system of solids and water and air as pores. Basically, the aim is to achieve the densest possible storage of the minerals. Accordingly, the essential parameters for the quality of soil consolidation with cement are the water content, the cement content and the degree of compaction.
Für die Bodenverfestigung mit Zement kann jeder in der Natur vorkommende Boden verwendet werden, der in erforderlichem Masse zerkleinert werden kann, keine erhärtungsstörenden Stoffe enthält und mit Zement (hydrophobiert oder nicht hydrophobiert) und Wasser sowie ggf. geeigneten Additiven mischbar ist. Wasser und Zement verhalten sich hier in keinem der Betontechnologie ähnlichen Wasserzementwertverhältnis. Es gibt dementsprechend keine Möglichkeit, «zielsicher» bestimmte Festigkeitseigenschaften in der Bodenverfestigung mit Zement zu berechnen.For soil consolidation with cement, any soil that occurs in nature can be used, which can be crushed to the required extent, contains no hardening substances and can be mixed with cement (hydrophobic or non-hydrophobic) and water as well as any suitable additives. Water and cement do not behave in a water-cement ratio that is similar to that of concrete technology. Accordingly, there is no possibility of "reliably" calculating certain strength properties in soil consolidation with cement.
Wie bereits zuvor erwähnt, kann die Bodenverfestigung auch unter Zumischung von Abraum oder, wie bereits versuchsweise durchgeführt, unter ausschliesslicher Verwendung von Abraum wie Flugasche erfolgen. Dabei gelten ebenfalls im wesentlichen die zuvor genannten Gesichtspunkte.As already mentioned above, soil consolidation can also be carried out with the addition of overburden or, as already carried out on a trial basis, with the exclusive use of overburden how fly ash are done. The above-mentioned points of view also apply here essentially.
In den zu verfestigenden Boden-Zement-Gemischen wirkt das Wasser als «Schmiermittel». Dementsprechend gibt es für jeden Boden, Abraum oder Boden/Abraum-Gemisch bzw. für jedes Boden-Zement-Gemisch, Boden/Abraum-Zement-Gemisch oder Abraum-Zement-Gemisch unter dem Gesichtspunkt der obigen Grundsätze einen sogenannten «optimalen Wassergehalt», der im sogenannten Proctorversuch ermittelt wird (siehe Merkblatt DIN 18127 für den Proctorversuch, herausgegeben von der Forschungsgesellschaft für das Strassenwesen).In the soil-cement mixtures to be consolidated, the water acts as a "lubricant". Accordingly, for each soil, spoil or soil / spoil mixture or for each soil-cement mixture, soil / spoil-cement mixture or spoil-cement mixture, there is a so-called “optimal water content” from the point of view of the above principles, which is determined in the so-called proctor test (see leaflet DIN 18127 for the proctor test, published by the Research Association for Roads).
Der Wasseranspruch bei der Bodenverfestigung richtet sich also nach dem «optimalen Wassergehalt», der sich - wie in dem genannten Merkblatt beschrieben - nach den Regeln der Bodenmechanik ermitteln lässt. Die diesem optimalen Wassergehalt entsprechende Trockenraumdichte (Proctordichte) ist im allgemeinen auch bei der Bauausführung anzustreben, vorausgesetzt, dass sich das Ergebnis des Proctor-Versuches bei der anschliessenden Herstellung von Probezylindern zur Bestimmung des erforderlichen bzw. geeigneten Zementgehalts zur Erzielung der notwendigen Druckfestigkeit bestätigt.The water demand in soil stabilization is based on the “optimal water content”, which - as described in the above-mentioned leaflet - can be determined according to the rules of soil mechanics. The dry space density (Proctor density) corresponding to this optimal water content is generally also to be aimed for in the construction, provided that the result of the Proctor test is confirmed in the subsequent manufacture of test cylinders to determine the required or suitable cement content to achieve the necessary compressive strength.
Die beim Proctor-Versuch gebildeten Prüfkörper untersucht man am 7. und/oder 28. Tag nach ihrer Herstellung auf Druckfestigkeit (siehe TVV 74, Bundesminister für Verkehr, Abt. Strassenbau). Hierbei steht der Festigkeitsanstieg etwa in einem linearen Zusammenhang mit dem Anstieg der Zementgehalte. Durch Interpolation wird aus einer erreichten Druckfestigkeit auf den damit in Zusammenhang stehenden Zementbedarf geschlossen [vgl. «Beton» 19 (1969), Seite 19 bis 24].The test specimens formed in the Proctor test are examined for compressive strength on the 7th and / or 28th day after their manufacture (see TVV 74, Federal Minister of Transport, Dept. Road Construction). The increase in strength is roughly linearly related to the increase in cement content. Interpolation is used to infer the associated cement requirement from the compressive strength achieved [cf. «Concrete» 19 (1969), pages 19 to 24].
Eine Beziehung zwischen Festigkeitseigenschaften und Wasserzementwert wie bei Beton gibt es bei der Bodenverfestigung nicht. Eine sogenannte «optimale Verdichtung» wie beim Beton gibt es in der Bodenverfestigung ebenfalls nicht, denn der Verdichtungsgrad richtet sich immer nach der aus der gleichen Masse ermittelten «Proctordichte».There is no relationship between strength properties and water cement value as with concrete in soil stabilization. So-called “optimal compaction” as with concrete does not exist in soil stabilization either, because the degree of compaction always depends on the “Proctor density” determined from the same mass.
Wenngleich die Bodenverfestigung mit Zement und gegebenenfalls Zusatzmitteln gemäss DE-C 895461 eine erhebliche Verbesserung der Eigenschaften des Unterbodens bzw. Unterbaues, insbesondere im Hinblick auf die Frostbeständigkeit beim Strassen- und Eisenbahnbau ergibt, so weist diese Verfahrensweise dennoch verschiedene Nachteile auf. Durch die Zugabe von Fremdwasser über den Eigenwassergehalt des Verfestigungsmaterials in situ hinaus sind zusätzliche Verfahrensschritte und erhöhte Kosten erforderlich. Ferner treten bei derartig verfestigten Böden bzw. Frostschutzschichten beim Erhärten infolge Schwindens sogenannte Makrorisse auf. Diese machen es erforderlich, dass beispielsweise verhältnismässig dicke bituminöse bzw. zementgebundene Strassenbeläge verwendet werden müssen, um die Reflexion der Makrorisse in den Oberbau zu vermeiden. Es besteht ein grosser Bedarf für ein Verfahren zur Bodenverfestigung, das in einfacherer und billigerer Weise durchführbar ist und zu gleich guten und möglichst besseren Ergebnissen hinsichtlich der Frostbeständigkeit, Tragfähigkeit und Rissstruktur führt. Dabei ist insbesondere die Vermeidung von Makrorissen erwünscht, da diese im Strassenbau die Verwendung dünnerer bituminöser bzw. zementgebundener Strassenbeläge erlauben würde, was angesichts der Verknappung und des steigenden Preises von Erdöl in Zukunft eine immer grösser werdende Notwendigkeit darstellt.Although the soil consolidation with cement and, if necessary, additives according to DE-C 895461 results in a considerable improvement in the properties of the sub-floor or substructure, in particular with regard to the frost resistance in road and railway construction, this procedure nevertheless has various disadvantages. The addition of extraneous water beyond the inherent water content of the hardening material in situ means that additional process steps and increased costs are required. Furthermore, so-called macro cracks occur in such solidified soils or frost protection layers when hardening as a result of shrinkage. These make it necessary, for example, to use relatively thick bituminous or cement-bound road surfaces in order to avoid the reflection of the macro cracks in the superstructure. There is a great need for a method for ground consolidation that can be carried out in a simpler and cheaper manner and leads to equally good and better results in terms of frost resistance, load-bearing capacity and crack structure. The avoidance of macro cracks is particularly desirable, since this would allow the use of thinner bituminous or cement-bound road surfaces in road construction, which in view of the scarcity and the rising price of petroleum will be an ever increasing necessity in the future.
Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bodenverfestigung, insbesondere für den Strassen- und Eisenbahnbau vorzuschlagen, das gegenüber der herkömmlichen Bodenverfestigung mit Zement und gegebenenfalls Zusatzmitteln gemäss DE-C 895461 in einfacherer Weise und gegebenenfalls unter Verwendung geringerer Zement- und Wassermengen durchführbar ist. Darüber hinaus soll das erfindungsgemässe Verfahren zu einer verringerten Makrorissbildung führen, so dass beispielsweise im Strassenbau dünnere bituminöse oder zementgebundene Strassenbeläge verwendet werden können.Accordingly, the object of the invention is to propose a method for ground stabilization, in particular for road and railway construction, which can be carried out in a simpler manner and, if appropriate, using smaller amounts of cement and water than conventional ground stabilization with cement and, if appropriate, additives according to DE-C 895461 is. In addition, the method according to the invention should lead to reduced formation of macro cracks, so that, for example, thinner bituminous or cement-bound road surfaces can be used in road construction.
Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein Verfahren zur Bodenverfestigung, bei dem der zu verfestigende, Feuchtigkeit enthaltende Boden, Abraum oder ein Boden-Abraum-Gemisch mit Zement und einem Betonzusatzmittel vermischt und dann verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass man als Betonzusatzmittel, berechnet als Trockensubstanz, Betonverflüssiger und/oder Betonfliessmittel in einer Menge von 2,5 bis 5% und vorzugsweise 3 bis 4,5%, bezogen auf das Zementgewicht, verwendet.The invention therefore relates to a method for soil consolidation, in which the moisture-containing soil, spoil or a soil-spoil mixture to be solidified is mixed with cement and a concrete admixture and then compacted, characterized in that the concrete admixture, calculated as dry matter, is characterized , Concrete plasticizer and / or concrete plasticizer in an amount of 2.5 to 5% and preferably 3 to 4.5%, based on the cement weight used.
Gegenstand einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren wie oben angegeben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man einen natürliche Feuchtigkeit enthaltenden Boden verwendet und dessen Feuchtigkeitsgehalt nicht erhöht.A preferred embodiment of the invention relates to a method as indicated above, which is characterized in that a soil containing natural moisture is used and the moisture content of which is not increased.
Es ist bekannt, bei der Betonherstellung Zusatzmittel wie Betonverflüssiger, Betonfliessmittel, Betonbeschleuniger, Luftporenbildner, Dichtungsmittel, Betonverzögerer und Einpresshilfen sowie Zusatzstoffe wie mineralische Stoffe, organische Stoffe und Farbmittel zu verwenden. Bei der Herstellung von Strassendecken sind einige derartige Zusatzmittel im Rahmen der oben erwähnten DE-C 895461 bekannt. Allerdings haben die aus diesem Patent bekannten Zusatzmittel für die Bodenverfestigung keine praktische Bedeutung erlangt und die anderen genannten Zusatzmittel oder Zusatzstoffe mit Ausnahme der mineralischen Stoffe (Abraum) sind bisher bei der Bodenverfestigung nicht verwendet worden. Es wurde nun überraschend gefunden, dass die Verwendung von Betonverflüssigern und/oder Betonfliessmitteln trotz der gegenüber der Betonherstellung völlig anders gelagerten Verhältnisse auch bei der Bodenverfestigung zu vorteilhaften Ergebnissen führt. So kann beispielsweise bei unverändertem Zementgehalt auf die Zugabe von Fremdwasser verzichtet werden, d.h. die Eigenfeuchtigkeit des zu verfestigenden Materials reicht aus. Darüber hinaus führt die Zugabe derartiger Mittel zu höheren Druckfestigkeiten, so dass es möglich ist, den Zementanteil wesentlich zu senken. Aus der Verringerung des Wasser und Zementgehaltes wiederum resultiert ein geringeres Rissverhalten der verfestigten Massen, so dass bei gleicher oder höherer Druckfestigkeit Makrorisse, wie bisher üblich, nicht mehr auftreten. Vielmehr ist bei den erfindungsgemässen Bodenverfestigungen nur noch höchstens ein Mikrorissverhalten zu beobachten. Dies erlaubt im Gegensatz zu der bisherigen Bodenverfestigung mit Zement auch die Verwendung dünner bituminöser oder zementgebundener Strassenbeläge, was zusätzlich zu den Einsparungen bei der Bodenverfestigung selbst zu einer weiteren Kostenverringerung beim Strassenbau führt.It is known to use additives such as concrete plasticizers, concrete flow agents, concrete accelerators, air-entraining agents, sealants, concrete retarders and injection aids as well as additives such as mineral substances, organic substances and colorants in the production of concrete. In the manufacture of road surfaces, some such additives are known in the context of DE-C 895461 mentioned above. However, the additives known from this patent have not gained any practical importance for soil stabilization and the other additives or additives mentioned with the exception of the mineral substances (overburden) have so far not been used in soil stabilization. It has now surprisingly been found that the use of concrete plasticizers and / or concrete plasticizers leads to advantageous results in soil consolidation, in spite of the completely different situation compared to concrete production. So can For example, with the cement content unchanged, the addition of extraneous water can be dispensed with, ie the inherent moisture of the material to be consolidated is sufficient. In addition, the addition of such agents leads to higher compressive strengths, so that it is possible to significantly reduce the proportion of cement. The reduction in the water and cement content in turn results in less cracking behavior of the solidified masses, so that, with the same or higher compressive strength, macro cracks no longer occur, as was customary hitherto. Rather, only a micro-crack behavior can be observed in the soil consolidation according to the invention. In contrast to the previous soil consolidation with cement, this also allows the use of thin bituminous or cement-bound road surfaces, which in addition to the savings in soil consolidation itself leads to a further reduction in the cost of road construction.
Betonverflüssiger (Plastifizierungsmittel) sind vor einigen Jahrzehnten vorwiegend in Deutschland und in der Schweiz entwickelt worden. Ihre Aufgabe besteht darin, einen steifen Frischbeton ohne grösseren Wasserzusatz in einen plastischen Frischbeton umzuwandeln. Vor Anwendung von Betonverflüssigern war es üblich, mit einer grösseren Zementleimmenge, d.h. mit einem höheren Zementzusatz, verbunden mit einem höheren Wassergehalt einen plastischeren Beton zu erhalten. Seit einigen Jahren gibt es darüber hinaus Betonfliessmittel, die in ihrer Wirkung Superverflüssiger darstellen.Concrete plasticizers (plasticizers) were mainly developed in Germany and Switzerland a few decades ago. Your task is to convert a stiff fresh concrete into a plastic fresh concrete without adding more water. Before using plasticizers, it was common to use a larger amount of cement paste, i.e. with a higher cement additive combined with a higher water content to obtain a more plastic concrete. For some years now, there have also been concrete superplasticizers that are super plasticizers.
Die bei der Bodenverfestigung ebenfalls verwendbaren Abraumstoffe erhöhen nach heutigen technologischen Kenntnissen im Frischzustand der Bodenverfestigung nach erreichter Verdichtung die scheinbare Kohäsion in der frischen Tragschichtlage. Ausserdem sind gewisse mineralische Feinststoffe latenthydraulisch, d.h. sie nehmen bis zu einem gewissen Grad infolge Anregung durch die Portlandzement-Klinker-Anteile an dem Erhärtungsverhalten teil, so dass eine Reduzierung des Zements als «rissfördernder» Bestandteil des Systems möglich ist.The excavated materials that can also be used in soil stabilization increase the apparent cohesion in the fresh base layer after today's compaction in the fresh state of soil consolidation after compaction has been achieved. In addition, certain mineral fines are latent hydraulic, i.e. they participate to a certain extent in the hardening behavior as a result of the Portland cement clinker components, so that the cement can be reduced as a “crack-promoting” component of the system.
Als Verflüssiger und Fliessmittel bei der Betonherstellung dienen gemäss dem Stand der Technik im wesentlichen folgende Substanzen:
- 1. Präparate aus Sulfitablaugen (Ligninsulfonsäuren bzw. deren Salze),
- 2. Carbon- und Oxycarbonsäuren sowie deren Salze, Derivate dieser Verbindungen und Detergentien,
- 3. bestimmte Silikone,
- 4. sulfonierte Melamin-Formaldehyd-Kondensationsprodukte (Superverflüssiger),
- 5. Kondensationsprodukte aus Naphthalinsulfonsäure und Formaldehyd,
- 6. Präparate aus Zuckerarten, die wegen ihrer Verzögerung des Erhärtungsvorganges gelegentlich mit Calciumchlorid kombiniert werden,
- 7. Kondensationsprodukte von Anthracenen analog wie beim Naphthalin,
- 8. sulfoniertes Phenolformaldehydkondensat und
- 9.
Kombinationen der unter 1.bis 8. aufgeführten Substanzen.
- 1. Preparations from spent liquor (lignin sulfonic acids or their salts),
- 2. carboxylic and oxycarboxylic acids and their salts, derivatives of these compounds and detergents,
- 3. certain silicones,
- 4. sulfonated melamine-formaldehyde condensation products (super liquefier),
- 5. condensation products of naphthalenesulfonic acid and formaldehyde,
- 6. preparations from types of sugar that are occasionally combined with calcium chloride due to their delay in the hardening process,
- 7. condensation products of anthracenes analogous to naphthalene,
- 8. sulfonated phenol formaldehyde condensate and
- 9. Combinations of the substances listed under 1 to 8.
(Die Sulfongruppen enthaltenden Verbindungen der genannten Substanzen werden üblicherweise in Form ihrer Natriumsalze im Handel angeboten und auch in dieser Form verwendet.) In der Praxis werden für die Betonherstellung bezogen auf den Zementanteil 0,2 bis maximal 1,5% Betonverflüssigerlösungen verwendet. Hierbei handelt es sich bedingt durch die begrenzte Löslichkeit im allgemeinen um 20 bis 30%ige Lösungen. Grössere Mengen dieser Zusatzmittel bringen im allgemeinen keine zusätzlichen Vorteile, sondern führen zu einer zu starken Verflüssigung, Entlüftung bei Strassenbetonen und zu einer unerwünscht langen Erhärtungsverzögerung. In Deutschland richtet sich die Verwendung von Betonverflüssigern und Betonfliessmitteln in Zementbeton nach DIN 1045.(The sulfone group-containing compounds of the substances mentioned are usually commercially available in the form of their sodium salts and are also used in this form.) In practice, from 0.2 to a maximum of 1.5% of plasticizer solutions, based on the cement content, are used. Due to the limited solubility, these are generally 20 to 30% solutions. Larger amounts of these additives generally do not bring any additional advantages, but rather lead to excessive liquefaction, deaeration in the case of road concrete and to an undesirably long delay in hardening. In Germany, the use of plasticizers and concrete plasticizers in cement concrete is based on DIN 1045.
Wenngleich anzunehmen ist, dass die «Klinkerphasen» des Zements bei der Bodenverfestigung mit Zement ähnlich wie bei der Betonherstellung mit Wasser in Wechselwirkung treten, gibt es gegenüber dem Beton bei der Bodenverfestigung einige gravierende Unterschiede. Während die Zuschlaggemische A, B, C gemäss DIN 1045 Oberflächen von etwa 0,8 bis 4,6 m2/kg aufweisen, verlaufen die Sieblinien der zu verfestigenden Sande und Böden in weitem Abstand zu den Beton-Sieblinien im Fein- bis Mittelkornbereich. Eine spezifische Oberfläche lässt sich nur annähernd mit etwa 10,0 rüz/kg abschätzen. Aufgrund des bei der Bodenverfestigung sehr viel geringeren Volumenanteils des Zementleims (Zement + Wasser + Poren) steht der vorhandenen Zementleimmenge bei der Bodenverfestigung eine sehr viel grössere Oberfläche als beim Beton gegenüber. Hieraus resultiert das bereits erwähnte hohe Porenvolumen bei Bodenverfestigungsmassen. Ferner resultiert aus der verhältnismässig geringen Zementleimmenge bei der Bodenverfestigung, dass die Verteilung im ganzen Bodensystem nicht kontinuierlich vorhanden sein kann. Dies führt bei Bodenverfestigungsmassen zu «punktförmigen Verkittungen» der Bodenteilchen mit Zementleim. Wegen Mangels des Dispersionsmittels Wasser als Trägersubstanz für den Zement als disperse Phase bilden sich Zementkornaggregate in zahlreichen Kornpackungspunkten. Infolge der Zusammenballung von Zementkörnchen zu grösseren Aggregaten verläuft die Durchhydratation einer grösseren Zementpackung mit immer dichter werdender Gel-Bildung und Volumenvergrösserung ständig langsamer, jedoch immer fortschreitend. Hierin liegt einer der Gründe für die oft bemängelten Spätfestigkeiten nach grösseren Zeiträumen.Although it can be assumed that the "clinker phases" of the cement interact with water during ground consolidation in a similar way to when producing concrete, there are some serious differences compared to concrete during ground consolidation. While the aggregate mixtures A, B, C according to DIN 1045 have surfaces of approximately 0.8 to 4.6 m 2 / kg, the sieve lines of the sands and soils to be consolidated run at a great distance from the concrete sieve lines in the fine to medium grain range. A specific surface can only be roughly estimated at around 10.0 rub / kg. Due to the much smaller volume proportion of cement paste (cement + water + pores) in soil consolidation, the amount of cement paste present in soil consolidation is offset by a much larger surface area than in concrete. This results in the already mentioned high pore volume in soil stabilization compounds. Furthermore, the relatively small amount of cement used in soil consolidation means that the distribution in the entire soil system cannot be continuous. In the case of soil stabilization compounds, this leads to "punctiform cementing" of the soil particles with cement paste. Due to the lack of the dispersant water as the carrier substance for the cement as the disperse phase, cement grain aggregates form in numerous grain packing points. As a result of the aggregation of cement granules to form larger aggregates, the hydration of a larger cement package with gel formation and volume increase that is becoming increasingly dense is always slower, but always progressing. This is one of the reasons for the often criticized late strengths after longer periods.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass bei Verwendung von Betonverflüssigern und/ oder Betonfliessmitteln in Bodenverfestigungsmassen der Wasseranteil auf etwa 70 Liter/m3 verringert werden kann und dennoch ein ausreichend verdichtungsfähiger Baustoff erhalten wird, obwohl bei Bodenverfestigungsmassen von vornherein für eine weitaus grössere Oberfläche (im Vergleich zu -Beton) Eine wesentlich geringere Zementleimmenge zur Verfügung steht und der geringe Wassergehalt nicht mehr die Kontinuität der flüssigen Phase innerhalb des Baustoffgemisches Bodenverfestigung gewährleistet.It has now surprisingly been found that when using concrete plasticizers and / or concrete flow agents in soil stabilization compositions, the water content can be reduced to about 70 liters / m 3 and still be sufficient Compatible building material is obtained, although in the case of soil stabilization compounds, a much smaller amount of cement is available from the outset for a much larger surface (compared to concrete) and the low water content no longer guarantees the continuity of the liquid phase within the building material mixture.
Die durchgeführten Entwicklungsarbeiten haben ergeben, dass eine Wassereinsparung bis zu 50%, bezogen auf den «optimalen Wassergehalt», möglich ist. Überraschenderweise werden brauchbare Ergebnisse jedoch erst bei sehr viel höheren Konzentrationen an Verflüssiger und/ oder Fliessmittel als bei der Betonherstellung üblich erzielt. Als geeignet haben sich - bezogen auf das Zementgewicht - Mengen von 2,5 bis 5% und vorzugsweise 3 bis 4,5% Trockensubstanz in Pulverform erwiesen.The development work carried out has shown that water savings of up to 50%, based on the “optimal water content”, are possible. Surprisingly, however, useful results are only achieved at much higher concentrations of plasticizer and / or superplasticizer than is customary in concrete production. Based on the cement weight, amounts of 2.5 to 5% and preferably 3 to 4.5% dry substance in powder form have proven suitable.
Die für die Bodenverfestigung geeigneten Betonverflüssiger und Betonfliessmittel können als Trockensubstanz, d.h. in Pulverform eingesetzt werden. Demgegenüber dürfen bei der Herstellung von Fliessbeton nach DIN 1045 nur flüssige Betonfliessmittel verwendet werden. Die Verflüssiger und Fliessmittel können aber auch in flüssiger Form zum Einsatz kommen, wobei solche Mengen zu verwenden sind, dass die oben angegebenen, auf Trockensubstanz bezogenen Konzentrationen eingehalten werden. Sie können in flüssiger Form vor der Zementzugabe auf das Planum aufgespritztbzw. in den Mischer gefüllt oder in Pulverform zusammen oder getrennt mittels der Streuvorrichtungen für Zement auf das Planum gestreut bzw. in den Mischer gegeben oder auch vor dem Aufbringen auf den zu verfestigenden Boden mit dem Zement innig vermischt werden.The concrete plasticizers and concrete plasticizers suitable for soil consolidation can be used as dry matter, i.e. can be used in powder form. In contrast, only liquid concrete plasticizers may be used in the production of flow concrete according to DIN 1045. The liquefiers and flow agents can, however, also be used in liquid form, such quantities being used that the concentrations given above, based on dry matter, are observed. They can be sprayed or sprayed onto the formation in liquid form before the cement is added. filled into the mixer or in powder form together or separately by means of the scattering devices for cement, sprinkled onto the subgrade or added to the mixer or also intimately mixed with the cement before being applied to the ground to be solidified.
Als geeignetes Zusatzmittel hat sich bei Versuchen insbesondere sulfoniertes Naphthalinformaldehydkondensat erwiesen. Die anderen genannten Mittel können nur dann in der Praxis angewandt werden, wenn keine bisher festgestellten Beeinträchtigungen des Erhärtungsverlaufes und keine Raumveränderungen (Quellungen) mehr auftreten. In diesem Zusammenhang hat sich insbesondere der häufig hohe Zuckergehalt von im Handel befindlichen Betonverflüssigern und Betonfliessmitteln negativ bemerkbar gemacht (siehe unten).In experiments, sulfonated naphthalene formaldehyde condensate in particular has proven to be a suitable additive. The other means mentioned can only be used in practice if no previously determined impairments in the hardening process and no more changes in space (swelling) occur. In this connection, the often high sugar content of commercial plasticizers and concrete plasticizers has had a negative impact (see below).
Die Möglichkeit zur Wassereinsparung von etwa 50% hat grosse wirtschaftliche und technische Vorteile. Die wirtschaftlichen Vorteile bestehen darin, dass die meisten zur Bodenverfestigung hergerichteten Rohplanien von Strassen und Wegen keiner Vornässung mehr bedürfen. Die Bereitstellung von Bewässerungseinrichtungen kann somit entfallen. Ein grosser technischer Vorteil liegt darin, dass infolge der Anwendung von stark reduzierten Feuchtigkeitsmengen das Schwind- bzw. Rissbildungsverhalten ebenfalls stark reduziert wird. Aus der einschlägigen Literatur ist bekannt, dass die Rissbildungen in Bodenverfestigungslagen nur in geringem Masse durch höhere Druckfestigkeit beeinflusst werden. In weit grösserem Masse entstehen die Risse infolge des Schwindverhaltens aufgrund der Kapillarität feinkörniger Massen. Bei den erfindungsgemässen Bodenverfestigungen ist die Schwindrissbildung stark bis auf eine Mikrorissbildung reduziert oder unterbleibt ganz, da es gelingt, den technisch normal notwendigen Wassersättigungswert stärker zu senken.The possibility of saving water of around 50% has great economic and technical advantages. The economic advantages are that most of the rough planes of roads and paths prepared for ground consolidation no longer require pre-wetting. The provision of irrigation facilities can thus be omitted. A major technical advantage is that due to the use of greatly reduced amounts of moisture, the shrinkage or cracking behavior is also greatly reduced. It is known from the relevant literature that the formation of cracks in soil consolidation layers is only influenced to a small extent by higher compressive strength. To a much greater extent, the cracks arise due to the shrinkage behavior due to the capillarity of fine-grained masses. In the soil stabilization according to the invention, the shrinkage crack formation is greatly reduced to a micro-crack formation or does not occur at all, since it is possible to reduce the water saturation value that is normally required technically.
Ferner werden durch die erfindungsgemässe Verwendung von Betonverflüssigern und/oder Betonfliessmitteln höhere Druckfestigkeiten erreicht. Aus den erfindungsgemäss erzielbaren höheren Druckfestigkeiten resultiert wiederum ein weiterer wirtschaftlicher Vorteil in der Weise, dass im Vergleich mit dem Normalfall ohne Verlust an Festigkeit eine Zementeinsparung möglich ist.Furthermore, higher compressive strengths are achieved through the use of concrete plasticizers and / or concrete flow agents according to the invention. The higher compressive strengths that can be achieved according to the invention in turn results in a further economic advantage in that, in comparison with the normal case, cement savings are possible without loss of strength.
Von den bei der Bodenverfestigung einsetzbaren Abraumstoffen dürfte insbesondere der Flugasche in Zukunft eine grosse Bedeutung zukommen, da sie in grossen Mengen anfällt und bisher nur in geringem Umfang einer sinnvollen Verwendung zugeführt werden konnte. Die im Rahmen der Erfindung durchgeführten Untersuchungen haben allerdings ergeben, dass die Einsatzmöglichkeiten von Flugasche in der Bodenverfestigung stark von deren Eigenschaften abhängen. Als geeigneter Beurteilungsmasstab hat sich bei den bisherigen Versuchen die Grösse des Glühverlustes erwiesen.Of the waste materials that can be used in soil stabilization, fly ash in particular is likely to be of great importance in the future, since it is produced in large quantities and has so far only been used to a reasonable extent. However, the investigations carried out within the scope of the invention have shown that the possible uses of fly ash in soil stabilization strongly depend on its properties. The size of the loss on ignition has proven to be a suitable assessment criterion in previous experiments.
Am besten geeignet für das erfindungsgemässe Verfahren ist Flugasche mit dem geringsten Glühverlust (Flugasche 1 mit einem Glühverlust von nicht mehr als 5 Gew.%), die allein oder in jedem beliebigen Verhältnis gemischt mit Böden eingesetzt werden kann. Geeignete Mengen an Flugasche in Mischungen mit Böden liegen bei 30 bis 70% und insbesondere bei etwa 50%. Flugasche mit höherem Glühverlust (Flugasche 2 mit einem Glühverlust zwischen 5 und 8 Gew.%) dürfte nur in Ausnahmefällen allein in der Bodenverfestigung einsetzbar sein. Üblicherweise kann derartige Flugasche jedoch in Mengen bis zu 60% und vorzugsweise 40 bis 50% dem zu verfestigenden Boden zugefügt werden. Auch Flugasche mit hohem Glühverlust (Flugasche 3 mit einem Glühverlust über 10 Gew.%, z.B. bis zu 40 Gew.% und mehr) eignet sich nicht allein für die Bodenverfestigung, kann aber zu verfestigenden Böden in Mengen bis zu 20% zugesetzt werden. Es sei in diesem Zusammenhang jedoch daraufhingewiesen, dass die zuvor genannten Mengenanteile der verschiedenen Flugaschen darauf abgestellt sind, dass die herzustellende Bodenverfestigung den Anforderungen der TVV 74 genügt. Werden an die Bodenverfestigung höhere oder niedrigere Anforderungen gestellt, dann ändern sich insbesondere die möglichen Einsatzmengen der Flugaschen mit höherem und hohem Glühverlust.Fly ash with the lowest loss on ignition (
Die Ausführungen in der Beschreibung und in den nachfolgenden Beispielen sind im wesentlichen auf die von der TVV 74 vorgegebenen Anforderungen abgestellt. Selbstverständlich ist das erfindungsgemässe Verfahren jedoch nicht auf die Erfüllung dieser Anforderungen beschränkt, sondern es liegt im Belieben des Durchschnittsfachmannes bei abweichenden Anforderungen das erfindungsgemässe Verfahren entsprechend anzupassen.The explanations in the description and in the following examples are essentially based on the requirements specified by TVV 74. However, the method according to the invention is of course not limited to the fulfillment of these requirements, but it is at the discretion of the average expert to adapt the method according to the invention in the event of differing requirements.
Es wurden bestimmte Böden bei einem Zementgehaltvon 7% zunächst normal nach Proctor untersucht. Dazu wurden die entnommenen Böden über mehrere Tage luftgetrocknet. Anschliessend begann die Untersuchung nach Proctor von einem Wassergehalt etwa um 1,0 bis 1,5% aus. Der Wassergehalt wurde abgestuft um jeweils 1,5% erhöht und bis über den optimalen Punkt hinweggeführt. Der Endwassergehalt betrug 10,5%. Die über somit 7 Feuchtigkeitsstufen geführte Proctoruntersuchung ergab für den Repräsentativboden (frostsicherer Sand SE nach DIN 18196 und ZTVE-StB 76) einen Proctorwert von 1,87 g/cm3 und einen optimalen Wassergehalt von 9,0%.Certain soils with a cement content of 7% were initially examined normally according to Proctor. For this purpose, the removed soils were air-dried over several days. The Proctor investigation then started from a water content of around 1.0 to 1.5%. The water content was increased in steps of 1.5% and led to the optimal point. The final water content was 10.5%. The Proctor examination, which was carried out over 7 moisture levels, showed a Proctor value of 1.87 g / cm 3 and an optimal water content of 9.0% for the representative floor (frost-proof sand SE according to DIN 18196 and ZTVE-StB 76).
Mit dem gleichen Bodenmaterial wurden anschliessend mit gleichen Feuchtigkeitsstufen, jedoch unter Zugabe von Betonverflüssigern und -fliessmitteln in Pulverform in den Dosierungen zwichen 2,5% und 5,0%, bezogen auf den Zementgehalt der Probe, Proctoruntersuchungen durchgeführt. Es wurde gefunden, dass bereits Wassergehalte zwischen 3,0 und 4,5% Trockenraumdichten ergaben, die in der Nähe von 100% Proctordichte (Normalfall) lagen. Bei Wassergehalten von über 4,5% zeigten diese Substanzen sogar Proctordichten von weit über 100%.Proctor examinations were then carried out with the same soil material with the same moisture levels, but with the addition of concrete plasticizers and plasticizers in powder form in the dosages between 2.5% and 5.0%, based on the cement content of the sample. It was found that water contents between 3.0 and 4.5% dry room densities were already close to 100% Proctor density (normal case). With water contents of over 4.5%, these substances even showed Proctor densities of well over 100%.
Anschliessend durchgeführte Druckfestigkeitsprüfungen an Proctorzylindern ergaben höhere Festigkeiten als normale Bodenverfestigungsmassen, d.h. ohne Zusatz von Betonverflüssigem und -fliessmitteln hergestellte Bodenverfestigungsmassen.Subsequent compressive strength tests on Proctor cylinders showed higher strengths than normal ground consolidation compounds, i.e. Soil stabilizers produced without the addition of concrete liquefier and plasticizer.
Es wurde ein Sand (Sandentnahme Moorfleet; Frostschutzsand SE nach DIN 18196, Boden F1) unter Zusatz von 7% Zement und 2,5% Verflüssiger, bezogen auf den Zementgehalt, nach Proctor untersucht. Es wurden die aus Fig. 1 ersichtlichen Proctorkurven erhalten.A sand (sand removal from Moorfleet; frost protection sand SE according to DIN 18196, floor F1) with the addition of 7% cement and 2.5% plasticizer, based on the cement content, was examined according to Proctor. The Proctor curves shown in FIG. 1 were obtained.
Bei den eingesetzten Verflüssigern handelte es sich um ein Ligninsulfonat. Die Dosierungsempfehlung des Herstellers (gedacht für Beton) wurde um das Zehnfache überschritten. Wie sich aus den in Fig. 1 wiedergegebenen Proctorkurven ergibt, wurde ein deutlicher Anstieg der Trockendichte beobachtet.The liquefiers used were lignin sulfonates. The manufacturer's dosage recommendation (intended for concrete) was exceeded ten times. As can be seen from the Proctor curves shown in FIG. 1, a clear increase in dry density was observed.
Bei Proben mit 5% Verflüssiger, bezogen auf den Zement, wurde ebenfalls eine gute Verflüssigungswirkung beobachtet. Aufgrund des sehr hohen Zuckergehaltes des verwendeten Ligninsulfonats und der damit verbundenen Erhärtungsverzögerung wurden allerdings nach 7 Tagen keine brauchbaren Druckfestigkeitswerte ermittelt:A good liquefaction effect was also observed in samples with 5% plasticizer, based on the cement. Due to the very high sugar content of the lignin sulfonate used and the associated delay in hardening, however, no usable compressive strength values were determined after 7 days:
Der Versuch gemäss Beispiel 2 wurde unter Verwendung von zwei weiteren Zusatzmitteln wiederholt. Der Veflüssiger B bestand aus einer Kombination aus Ligninsulfonaten und MelaminFormaldehyd-Kondensaten. Der Verflüssiger C bestand aus einer Kombination von Ligninsulfonaten und Naphthalinsulfonatformaldehydkondensaten. Die beiden Verflüssiger wurden jeweils in einer Menge von 2,5 und 5%, bezogen auf die Zementmenge, eingesetzt. Die erhaltenen Trokkendichten nach Proctor sind in den Fig. 2 und 3 wiedergegeben.The experiment according to Example 2 was repeated using two further additives. Veflüssiger B consisted of a combination of lignin sulfonates and melamine formaldehyde condensates. The condenser C consisted of a combination of lignin sulfonates and naphthalene sulfonate formaldehyde condensates. The two plasticizers were used in an amount of 2.5 and 5%, based on the amount of cement. The Proctor dry densities obtained are shown in FIGS. 2 and 3.
Der beobachte Verflüssigungseffekt war sehr gut (vgl. Fig. und 3). Aufgrund des hohen Zukkergehalts der Ligninsulfonate waren die erhaltenen Druckfestigkeitsergebnisse nur zum Teil befriedigend.The observed liquefaction effect was very good (see Fig. And 3). Due to the high sugar content of the lignin sulfonates, the compressive strength results obtained were only partially satisfactory.
Der Versuch gemäss Beispiel 2 wurde unter Verwendung eines im Handel erhältlichen sulfonierten Naphthalinformaldehydkondensats in Form des Natriumsalzes (Verflüssiger A) wiederholt. Der Verflüssiger wurde, bezogen auf den Zement, in einer Menge von 1,5, 2,5 und 5,0% eingesetzt. Die erhaltenen Proctorkurven sind in Fig. 4 wiedergegeben.The experiment according to Example 2 was repeated using a commercially available sulfonated naphthalene formaldehyde condensate in the form of the sodium salt (liquefier A). The plasticizer was used in an amount of 1.5, 2.5 and 5.0%, based on the cement. The Proctor curves obtained are shown in FIG. 4.
Die Ergebnisse zeigen, dass bereits bei einem Wassergehalt von etwa 3 bis 4,5% die für die Bodenverfestigung erforderliche Mindestverdichtung von 98% der normalen Proctordichte erhalten wird.The results show that with a water content of around 3 to 4.5%, the minimum compaction required for soil stabilization of 98% of the normal Proctor density is obtained.
Die Untersuchung von Proben mit einem Wassergehalt von 4,5% ergab um etwa ½ höhere Druckfestigkeitswerte (nach 7 Tagen) als für entsprechende Proben ohne Zusatz von Verflüssiger. Dies zeigt, dass der Zementgehalt bei Verwendung von Verflüssigern gegenüber der «normalen» Bodenverfestigung mit Zement um etwa '/3 reduziert werden kann (siehe Beispiel 6).The examination of samples with a water content of 4.5% showed compressive strength values that were about ½ higher (after 7 days) than for corresponding samples without the addition of a condenser. This shows that when using plasticizers, the cement content can be reduced by about '/ 3 compared to «normal» soil consolidation with cement (see example 6).
In der vorangegangenen Beschreibung ist mehrmals betont worden, dass Beton mit einem sehr geringen Anteil von Restporen hergestellt wird, während bei der Bodenverfestigung der Porenanteil das 10- bis 20fache der Betonporen beträgt. Aus der Literatur und eigenen Untersuchungen ergibt sich, dass eine Bodenverfestigung als frostsicher gelten kann, wenn eine Druckfestigkeit von 2,5 N/mm2 in dem Bauteil erreicht worden ist. Diese im Gegensatz zum Beton erheblich niedrigere Mindestdruckfestigkeit liegt darin begründet, dass auch bei Wasserlagerung erkennbar ein Prüfkörper aus Bodenverfestigungsmaterial bei weitem nicht die Wassermengen aufnimmt, die er aufgrund seines Porenvolumens aufnehmen könnte. Somit steht der Eisbildung genügend Porenraum für die Volumenänderung aus Wasser zu Eis (plus 9%) zur Verfügung.In the preceding description, it has been emphasized several times that concrete is produced with a very small proportion of residual pores, while the pore proportion is 10 to 20 times that of the concrete pores when the soil is consolidated. From the literature and our own investigations it follows that soil consolidation can be considered frost-proof if a compressive strength of 2.5 N / mm 2 has been reached in the component. This significantly lower minimum compressive strength, in contrast to concrete, is due to the fact that even when stored in water, a test specimen made of soil stabilization material does not absorb the amount of water that it could absorb due to its pore volume. This means that ice formation has enough pore space for the volume change from water to ice (plus 9%).
Um den Einfluss des Frosts im Frost-Tau-Wechselverfahren auf Prüfkörper mit den in den Beispielen 3 und 4 beschriebenen Dosierungen der Verflüssiger- und Fliessmittelsubstanzen zu untersuchen, wurden Proctor-Prüfzylinder mit 7% Pectacrete-Zement hergestellt. Als die Prüfzylinder nach 7 Tagen etwa eine Druckfestigkeit von ca. 5 N/mm2 besassen, begannen die Untersuchungen gemäss Merkblatt für Eignungsprüfungen bei Bodenverfestigung mit Zement, Forschungsgesellschaft für das Strassenwesen, Arbeitsgruppe Untergrund-Unterbau, Ausgabe 1975, Absatz 4.4.3-Frostprüfung. In Abänderung des Absatzes 4.4.3 wurde nicht nur der Messwert der Längenänderung zwischen der ersten und nach der zwölften Frosteinwirkung angegeben, sondern die Längenänderung wurde nach jeder Frosteinwirkung ermittelt, um so den Entwicklungsgang von Frosthebungen besser sichtbar zu machen. Nach Abschluss der 12 Frost-Tau-Wechsel wurden die Versuche abgebrochen und die Messwerte in einer graphischen Darstellung (siehe Fig. 5) ausgewertet.The influence of frost in the freeze-thaw alternation process on test specimens with the dosages described in Examples 3 and 4 of the plasticizers and plasticizers, Proctor test cylinders were made with 7% pectacrete cement. When, after 7 days, the test cylinders had a compressive strength of approx. 5 N / mm 2 , the investigations began in accordance with the information sheet for suitability tests for soil consolidation with cement, Research Association for Roads, Working Group for Underground Structures, Edition 1975, Section 4.4.3-Frost test . In amendment to paragraph 4.4.3, not only was the measured value of the change in length between the first and after the twelfth frost effect specified, but the change in length was determined after each frost effect, in order to make the development of frost elevations more visible. After completion of the 12 freeze-thaw changes, the tests were stopped and the measured values were evaluated in a graphic representation (see FIG. 5).
Die Prüfkörper enthielten jeweils bezogen auf Zement 2,5% Verflüssiger A, B oder C. Die Höhe der Proctorprüfzylinder betrug 12 cm. Die zulässige Längenänderung soll nach dem 12. Frost-Tau-Wechsel maximal 1%o betragen. 1%o von 12cm sind 0,12 mm.The test specimens each contained 2.5% of liquefier A, B or C based on cement. The height of the Proctor test cylinders was 12 cm. The permissible length change should be a maximum of 1% o after the 12th freeze-thaw change. 1% o of 12cm is 0.12mm.
Ferner wurde die Druckfestigkeit der Prüfzylinder nach 7 und 28 Tagen sowie nach Beendigung der Frost-Tau-Wechsel bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.Furthermore, the compressive strength of the test cylinders was determined after 7 and 28 days and after the freeze-thaw cycle had ended. The results are summarized in the following table.
Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass bei Einsatz aller drei Verflüssiger brauchbare Druckfestigkeitswerte erhalten wurden. Hinsichtlich der Längenänderung nach 12 Frost-Tau-Wechseln ergab nur der Verflüssiger A die geforderte Längenänderung von weniger als 1%0, nämlich eine Längenänderung von unter 0,1 mm. Wie sich auch aus den Druckfestigkeitswerten bei Verwendung der Verflüssiger B und C ergibt, macht sich der hohe Zuckergehalt bei den Verflüssigern B und C auch bei den Frost-Tau-Wechsel-Untersuchungen negativ bemerkbar.The results obtained show that usable compressive strength values were obtained using all three condensers. With regard to the change in length after 12 freeze-thaw changes, only condenser A gave the required change in length of less than 1% 0 , namely a change in length of less than 0.1 mm. As can also be seen from the compressive strength values when using condensers B and C, the high sugar content in condensers B and C also has a negative impact on the frost-thaw cycle tests.
In Beispiel 4 wurde darauf hingewiesen, dass der Zusatz von Verflüssigern zu etwa % höheren Druckfestigkeitswerten führt, so dass der Zementgehalt bei Verwendung von Verflüssigern gegenüber der «normalen» Bodenverfestigung mit Zement um etwa V3 reduziert werden kann. Um dies zu zeigen, wurde ein Spülsand «SE» nach DIN 18196 und ZTV StB 76 nach Proctor untersucht. Dabei wurde zunächst bei konstantem Wassergehalt von 4,5% der Zementgehalt verändert. Bei einem Zementgehalt von 4,6% wurden eine Trockendichte nach Proctor von 1,840 und eine Druckfestigkeit nach sieben Tagen von 2,4 N/mm2 gefunden, während bei einem Zementgehalt von 7,0% die Trockendichte nach Proctor 1,871 und die Druckfestigkeit nach sieben Tagen 4,5 N/mm2 betrugen. Diese Ergebnisse bestätigen die obige Feststellung, dass der Festigkeitsanstieg etwa in einem linearen Zusammenhang mit dem Anstieg der Zementgehalte steht.In example 4, it was pointed out that the addition of plasticizers leads to approximately% higher compressive strength values, so that the cement content can be reduced by approximately V3 when using plasticizers compared to the «normal» soil consolidation with cement. To show this, a flushing sand «SE» according to DIN 18196 and ZTV StB 76 according to Proctor was examined. The cement content was initially changed at a constant water content of 4.5%. With a cement content of 4.6%, a dry density according to Proctor of 1.840 and a compressive strength after seven days of 2.4 N / mm 2 were found, while with a cement content of 7.0% the dry density according to Proctor 1.871 and the compressive strength after seven Days were 4.5 N / mm 2 . These results confirm the above finding that the increase in strength is approximately linearly related to the increase in cement content.
Weiterhin wurden Proben mit einem Gehalt von 4,5% Wasser, 4,6% Zement und - bezogen auf den Zementanteil - 3% des Verflüssigers A untersucht. Es wurden eine Trockenraumdichte von 1,898 und eine Druckfestigkeit nach sieben Tagen von 4,4 N/mm2 gefunden. Dies zeigt, dass der Zusatz von Verflüssiger tatsächlich eine Einsparung von etwa % des Zements erlaubt, ohne dass sich die Druckfestigkeit verschlechtert.Furthermore, samples with a content of 4.5% water, 4.6% cement and - based on the cement content - 3% of plasticizer A were examined. A dry room density of 1.898 and a compressive strength after seven days of 4.4 N / mm 2 were found. This shows that the addition of plasticizer actually allows savings of about% of the cement without the compressive strength deteriorating.
Im Rahmen der durchgeführten Versuche wurden auch Proben untersucht, die bei einem Wassergehalt von 4,5% nur die angegebene Menge Verflüssiger A aber keinen Zement enthielten. Es zeigte sich, dass bereits der Zusatz von Verflüssiger A allein eine bessere Verdichtung, d.h. eine höhere Trockenraumdichte im Proctorversuch ergibt.In the course of the tests carried out, samples were also examined which, with a water content of 4.5%, contained only the stated amount of plasticizer A but no cement. It was shown that the addition of condenser A alone improves compression, i.e. results in a higher drying room density in the Proctor test.
Es wurden mehrere Versuchsreihen mit ungewaschenem Sand 0/8mm (Sand SE nach DIN 18196) unter Zusatz der Flugaschen 1, und 3, die in der Beschreibung erläutert worden sind, durchgeführt. Flugasche 1 mit geringem Glühverlust stammte aus dem Kohlekraftwerk Kiel-Ost, Flugasche 2 mit höherem Glühverlust aus dem Kohlekraftwerk Wedel und Flugasche 3 mit hohem Glühverlust aus den Kohlenkraftwerken Tiefstaak und Neuhof, Hamburg. Es wurden die Proctorkurven für verschiedene Zusammensetzungen ermittelt.Several test series were carried out with unwashed sand 0 / 8mm (sand SE according to DIN 18196) with the addition of
Versuch A: Es wurde die Proctorkurve für Sand unter Zusatz von 4 Gewichtsteilen Zement auf 100 Gewichtsteile Sand ermittelt. Dabei ergab sich eine maximale Trockendichte von 1,919.Experiment A: The Proctor curve for sand was determined by adding 4 parts by weight of cement to 100 parts by weight of sand. The maximum dry density was 1.919.
Versuch B: Es wurden die Proctorkurven für Zusammensetzungen aus 100 Gewichtsteilen Sand, 2 Gewichtsteilen Zement und 4 Gewichtsteilen Flugasche ermittelt. Dabei wurden jeweils Versuche ohne Zusatz von Verflüssiger und mit Verflüssiger (3% bezogen auf den Zement) durchgeführt. Die erhaltenen maximalen Trockendichten sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben.Experiment B: The Proctor curves for compositions of 100 parts by weight of sand, 2 parts by weight of cement and 4 parts by weight of fly ash were determined. Tests were carried out in each case without the addition of a plasticizer and with a plasticizer (3% based on the cement). The maximum dry densities obtained are shown in the table below.
Versuch C: Versuch B wurde wiederholt mit dem Unterschied, dass 4 Gewichtsteile Zement verwendet wurden. Die erhaltenen maximalen Trockendichten sind ebenfalls in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben.Trial C: Trial B was repeated with the difference that 4 parts by weight of cement were used. The maximum dry densities obtained are also shown in the table below.
Versuch D: Versuch C wurde wiederholt mit dem Unterschied, dass der Anteil an Flugasche auf 15 Gewichtsteile erhöht wurde. Die Ergebnisse sind ebenfalls in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben.Experiment D: Experiment C was repeated with the difference that the proportion of fly ash was increased to 15 parts by weight. The result These are also shown in the table below.
Versuch E: Versuch D wurde wiederholt mit dem Unterschied, dass der Anteil der Flugasche auf 30 Gewichtsteile erhöht wurde. Die Ergebnisse sind ebenfalls in der nachfolgenden TabelleTest E: Test D was repeated with the difference that the proportion of fly ash was increased to 30 parts by weight. The results are also in the table below
Die Gemische mit Flugasche 1 besitzen unter Verwendung der pulverförmigen Verflüssiger die höchsten Trockenraumdichten. Ohne Verwendung von Pulververflüssiger liegen die Dichten eindeutig niedriger. Die Gemische mit Flugasche 2 zeigen im wesentlichen die gleichen Trockendichteunterschiede, doch bewegen sich die Trokkendichten im allgemeinen etwas unterhalb der Trockendichten der Gemische mit Flugasche 1. Die Flugasche 3 verhält sich insofern stark verändert gegenüber den beiden vorgenannten Flugaschen, als die Trockendichten der Gemische mit einem wirtschaftlich interessanten Flugascheanteil von oberhalb 15 Gewichtsteilen stark absinken. Niedrigere Trockendichten stehen im Zusammenhang mit hohem Porenanteil und im allgemeinen auch mit schwächeren Festigkeitseigenschaften. Entsprechend durchgeführte Proctorversuche mit Stahlplatteneinsatz ergaben, dass die Kornzertrümmerung bei der Flugasche 3 am grössten war. Es wurde festgestellt, dass ganz allgemein mit Absinken der Trockendichte bei gleichzeitig ansteigendem Flugascheanteil die Kornzertrümmerung abzunehmen scheint.The mixtures with
Zusammenfassend ist anhand der obigen Proctoruntersuchungen erkennbar, dass Flugaschen mit einem verbrennbaren Rückstand (Glühverlust) von ca. 3% (Flugasche 1) gute Eigenschaften auch in höherem Mischungsanteil besitzen, Flugaschen mit einem Glühverlust bis zu ca. 8% etwas weniger günstige Eigenschaften aufweisen und Flugaschen mit Glühverlusten über 10% und mehr ungünstige Eigenschaften auf die Entwicklung der Trockendichte haben.In summary, it can be seen from the above Proctor investigations that fly ash with a combustible residue (loss of ignition) of approx. 3% (fly ash 1) has good properties even in a higher proportion of the mixture, fly ash with loss of ignition up to approx. 8% has somewhat less favorable properties and Fly ash with loss on ignition over 10% and more have unfavorable properties on the development of dry density.
Mit einigen Grundrezepturen wurden Proctor- prüfzylinder zur Ermittlung der Druckfestigkeiten nach 7 und 28 Tagen hergestellt. Bei allen Grundrezepturen betrugen der Sandanteil 100 Gewichtsteile und derWasseranteit 4,5 Gewichtsteile. Die Pulververflüssigermenge betrug konstant 3%, bezogen auf den Zementgehalt. Es wurden jeweils Prüfzylinder mit 3, 5 und 7 Gewichtsteilen Zement, bezogen auf Sand und Flugasche, hergestellt. Aus der graphischen Darstellung der erhaltenen Druckfestigkeitswerte in Abhängigkeit vom Zementanteil wurde derjenige Zementbedarf ermittelt, der eine den Anforderungen der wiedergegeben.Proctor test cylinders to determine the compressive strength after 7 and 28 days were manufactured with a few basic formulations. For all basic formulations, the sand content was 100 parts by weight and the water content was 4.5 parts by weight. The amount of powder plasticizer was a constant 3%, based on the cement content. Test cylinders with 3, 5 and 7 parts by weight of cement, based on sand and fly ash, were produced. From the graphical representation of the compressive strength values obtained as a function of the proportion of cement, that cement requirement which corresponds to the requirements of the was determined.
Versuch F: Versuch E wurde wiederholt mit dem Unterschied, dass der Anteil der Flugasche auf 50 Gewichtsteile erhöht wurde. Die Ergebnisse sind ebenfalls in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben.Experiment F: Experiment E was repeated with the difference that the proportion of fly ash was increased to 50 parts by weight. The results are also shown in the table below.
TVV 74 genügende Druckfestigkeit ergibt. Die verwendeten Grundrezepturen enthielten folgende Mengen an Flugasche:
- GrundrezepturA: 4
Gewichtsteile Flugasche 1 - Grundrezeptur B: 4
Gewichtsteile Flugasche 2 - Grundrezeptur C: 15
Gewichtsteile Flugasche 1 - Grundrezeptur D: 30
Gewichtsteile Flugasche 1 - Grundrezeptur E: 30
Gewichtsteile Flugasche 3 - Grundrezeptur F: 15
Gewichtsteile Flugasche 3
- Basic recipe A: 4 parts by weight of
fly ash 1 - Basic recipe B: 4 parts by weight of
fly ash 2 - Basic formulation C: 15 parts by weight of
fly ash 1 - Basic formulation D: 30 parts by weight of
fly ash 1 - Basic formulation E: 30 parts by weight of
fly ash 3 - Basic formulation F: 15 parts by weight of
fly ash 3
Die in der obigen Tabelle wiedergegebenen Ergebnisse zeigen, dass unter Zugrundelegung der 7- oder 28-Tage-Druckfestigkeit gemessen an den Forderungen der TVV 74 mit steigendem Anteil Flugasche erhebliche Unterschiede in den Zementbedarfsmengen auftreten. Dies macht deutlich, dass die latenthydraulischen Eigenschaften der Flugasche zu hoher Nacherhärtung führen können. Die Flugasche 1 erfordert bei einem Mischungsanteil von 30 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile Sand bei Verwendung eines Pulververflüssigers nur noch 3 Gewichtsteile Zement, d.h. also weniger als etwa 50% des nach dem Stand der Technik üblichen Zementanteils. Verwendet man jedoch die Flugasche 1 nur in einem Anteil von 4 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile Sand, so steigt der Zementbedarf nur auf 3,5 bis 3,7 Gewichtsteile an.The results shown in the table above show that, based on the 7- or 28-day compressive strength measured against the requirements of the TVV 74, there is a considerable difference in the amount of cement required with an increasing proportion of fly ash. This makes it clear that the latent hydraulic properties of fly ash can lead to high post-hardening. The
Mischungen mit 4 Gewichtsteilen Flugasche 2 lassen den Zementbedarf nur geringfügig auf 3,8 bis 3,9 Gewichtsteile ansteigen. Selbst die qualitativ schlechteste Flugasche, nämlich Flugasche 3, kann noch in einem Anteil von 15 Gewichtsteilen verwendet werden, wobei der Zementbedarf auf etwa 4,5 Gewichtsteile ansteigt. Dagegen verhalten sich Mischungen mit Anteilen von 30 Gewichtsteilen Flugasche 3 ungünstig, da sie unzureichende Festigkeitseigenschaften erkennen lassen.Mixtures with 4 parts by weight of
Als bemerkenswert muss hervorgehoben werden, dass alle Zementbedarfsmengen sich aus Festigkeitseigenschaften auf der Grundlage von 4,5 Gewichtsteilen Wasser in der Bodenverfestigungsmasse ableiten. Dies ist eine überaus wichtige Voraussetzung, gemeinsam mit einem relativ geringen Zementbedarf, für eine weitgehend rissefreie Bodenverfestigungs-Belagskonstruktion.It is worth noting that all cement requirements are derived from strength properties based on 4.5 parts by weight of water in the ground stabilization compound. This is an extremely important requirement, together with a relatively low cement requirement, for a largely crack-free ground consolidation covering construction.
Um den Einfluss von Kalksteinmehl als staubförmigem Produkt basischer Zusammensetzung in einem Bodenverfestigungsgemisch zu untersuchen, wurden wiederum zuerst Proctorversuche zwecks Ermittlung der Einflüsse der Mineralstoffe aufeinander sowie Versuche mit und ohne Verwendung des Pulververflüssigers durchgeführt. Auch hier zeigten sich wie zuvor unterschiedliche Proctorkurven, d.h. dass bei gleichen Rezepturen die Proctorkurve mit Pulververflüssiger oberhalb der Proctorkurve ohne Pulververflüssiger lag. Mit einer Grundrezeptur durchgeführte Versuche zur Bestimmung der Druckfestigkeit von Prüfkörpern nach 7 und 28 Tagen (vgl. Beispiel 7) ergaben ähnliche Ergebnisse wie in Beispiel 7, wobei der Zementbedarf bezogen auf die nach TVV 74 erforderliche Druckfestigkeit nach 7 Tagen 3,80 Gewichtsteile und bezogen auf die nach TVV 74 erforderliche Druckfestigkeit nach 28 Tagen 4,14 Gewichtsteile betrug. Die Grundrezeptur bestand aus 100 Gewichtsteilen Sand und 15 Gewichtsteilen Kalksteinmehl. Der Pulververflüssigeranteil betrug konstant 3%, bezogen auf den Zement. Auch hier ergab sich also ein erheblich geringerer Zementbedarf, und zwar bei einem Wassergehalt von etwa 50% des optimalen Wassergehaltes. Diese enorme Wassereinsparung ist bei der Beurteilung aller berichteten Ergebnisse stets mit zu berücksichtigen.In order to investigate the influence of limestone powder as a dusty product of a basic composition in a soil consolidation mixture, first proctor tests were carried out to determine the influence of the mineral substances on one another, as well as tests with and without using the powder plasticizer. As before, different Proctor curves were shown, i.e. that with the same recipes, the Proctor curve with powder plasticizer was above the Proctor curve without powder plasticizer. Experiments carried out with a basic formulation to determine the compressive strength of test specimens after 7 and 28 days (cf. Example 7) gave results similar to those in Example 7, the cement requirement, based on the compressive strength required by TVV 74, being 3.80 parts by weight after 7 days to the compressive strength required by TVV 74 after 28 days was 4.14 parts by weight. The basic recipe consisted of 100 parts by weight of sand and 15 parts by weight of limestone powder. The powder plasticizer proportion was constant 3%, based on the cement. Here, too, there was a significantly lower cement requirement, namely with a water content of approximately 50% of the optimal water content. This enormous water saving must always be taken into account when assessing all reported results.
Übereinstimmende Versuche wurden unter Verwendung von Quarzsteinmehl durchgeführt. Es wurden entsprechende Ergebnisse erhalten, wobei sich z.B. bei Verwendung von 15 Gewichtsteilen Quarzsteinmehl auf 100 Gewichtsteile Sand (Sand SE nach DIN 18196) ein Zementbedarf gemäss den Anforderungen der TVV 74 nach 7 Tagen von 3,85 Gewichtsteilen ergab.Corresponding experiments were carried out using quartz stone powder. Corresponding results were obtained, e.g. using 15 parts by weight of quartz stone powder per 100 parts by weight of sand (Sand SE according to DIN 18196) resulted in a cement requirement of 3.85 parts by weight after 7 days according to the requirements of TVV 74.
Wie in Beispiel 5 beschrieben, wurden Prüfkörper aus den Zusammensetzungen gemäss den Beispielen 7 und 8 im Frost-Tau-Wechselverfahren untersucht. Nur die Sand-Flugasche-Gemische, deren Proctorzylinder nach 7 Tagen Druckfestigkeiten von unter 2,0 bis 2,5 N/mm2 besassen, zeigen über 1%o hinausgehende Längenänderungen. Alle übrigen Zusammensetzungen, auch die mit höchsten Beimengungen von Steinmehlen, ergaben Längenänderungen im zulässigen Rahmen.As described in Example 5, test specimens from the compositions according to Examples 7 and 8 were examined using the freeze-thaw cycle. Only the sand-fly ash mixtures, whose proctor cylinders had compressive strengths of less than 2.0 to 2.5 N / mm 2 after 7 days, show changes in length exceeding 1%. All other compositions, including those with the highest admixtures of stone powder, resulted in changes in length within the permissible range.
Als ein Phänomen stehen allerdings die Untersuchungen mit Quarzsteinmehl da, die im Gegensatz zu allen anderen Ergebnissen keine geringfügige Längenvergrösserung, sondern eine geringfügige Längenverkürzung ergaben. Diese Längenverkürzungen bewegten sich jedoch alle unterhalb von 1%0 (0,12 mm).As a phenomenon, however, there are the studies with quartz stone flour, which, in contrast to all other results, did not result in a slight increase in length, but rather a slight reduction in length. However, these reductions in length were all below 1% 0 (0.12 mm).
Zusammenfassend ist festzustellen, dass lediglich die Anfangsfestigkeit der Bodenverfestigung, nicht jedoch der Anteil von feinsten Mineralstoffen Ursache für Frostschäden sein kann.In summary, it can be stated that only the initial strength of the soil stabilization, but not the proportion of the finest minerals, can be the cause of frost damage.
Zur Überprüfung des Einflusses der Frost-Tau-Wechsel wurden die Prüfkörper anschliessend auf ihre Druckfestigkeit untersucht. Dabei ergab sich, dass kein Prüfkörper einen Druckfestigkeitsabfall zeigte, der darauf hindeuten würde, dass ein festigkeitsschädigender Einfluss durch Frost stattgefunden hatte. Vielmehr zeigten die nach Frosteinfluss geprüften Prüfkörper im Mittelwert veschiedentlich höhere Druckfestigkeitsergebnisse im Vergleich zu den normalen 28-Tage-Druckfestigkeitsergebnissen. Damit ist der Beweis erbracht, dass die Erhöhung der Feinstanteile <0,06mm in Bodenverfestigungsmassen zu keinem frostschädigenden Einfluss auf den Bauteil Bodenverfestigung führt.In order to check the influence of the freeze-thaw changes, the test specimens were then examined for their compressive strength. It was found that no test specimen showed a drop in compressive strength, which would indicate that a strength-damaging influence had occurred due to frost. Rather, the test specimens tested according to the influence of frost showed differently higher compressive strength results compared to the normal 28-day compressive strength results. This proves that increasing the fine particles <0.06mm in soil stabilization compounds does not have a frost-damaging effect on the soil stabilization component.
In Ergänzung zu den vorangegangenen Beispielen 7 bis 9 wurden Flugaschen ohne Beimengung von Sand allein Proctoruntersuchungen unterzogen. Es wurden jeweils Versuche mit und ohne Zusatz von Verflüssigerpulver durchgeführt. Während Flugasche 3 bei Verwendung von 6 bzw. 10 Gewichtsteilen Zement auf 100 Gewichtsteile Flugasche mit und ohne Verflüssiger praktisch unbrauchbare Ergebnisse ergab, führte der Zusatz von Verflüssigerpulver bei Flugasche 2 zu einer deutlichen Erhöhung der Trockendichte und der Druckfestigkeiten. Noch wesentlich höher als bei Flugasche 2 lagen die Trockendichten bei Flugasche 1. Auch hier führte der Zusatz von Verflüssigern zu einem starken Anstieg der Druckfestigkeiten.In addition to the previous examples 7 to 9, fly ash was subjected to proctor examinations without the addition of sand alone. Experiments were carried out with and without the addition of plasticizer powder. While
Es hat den Anschein, dass Bodenverfestigungsmassen, die nur aus Flugasche und Zement bestehen, keinen eindeutigen Proctorwert erkennen lassen. Der Anstieg der Kurve der Trocken-. dichte führt zu einem Höchstwert, der in Zusammenhang steht mit dem Austritt von Wasser während der Versuchsdurchführung. Der Vergleich aller drei Flugaschen deutet darauf hin, dass der Wasserbedarf desto höher ist, je höher der Glühverlust ist.It appears that soil consolidation compounds consisting only of fly ash and cement do not reveal a clear Proctor value. The increase in the curve of the dry. density leads to a maximum value which is related to the leakage of water during the test. The comparison of all three fly ashes suggests that the higher the loss on ignition, the higher the water requirement.
Die Versuche mit Flugasche 1, bei denen Zement mit und ohne Pulververflüssiger in die Flugasche eingemischt wurde und dann die Wasserzugabe erfolgte, ergaben, dass bei einem Wasseranteil von 50% des maximalen Wasserbedarfs die Verwendung von Verflüssigern zu einer Verringerung des Zementbedarfs um etwa 35 bis 40% führte. Bei Anhebung des Wassergehaltes auf den Maximalwassergehalt von etwa 16 Gewichtsteilen ergab sich eine Erhöhung der Druckfestigkeit. Dies macht wiederum die Verwendung sehr viel geringerer Zementmengen möglich. Es ist jedoch zu beachten, dass die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Rissen mit der Möglichkeit hoher Abgaben von Feuchtigkeit aus der Bodenverfestigungslage zunimmt. Wie bereits in den vorangegangenen Beispielen wurde der Zementbedarf anhand der Kriterien derTVV74 bestimmt.The experiments with
In allen beschriebenen Beispielen wurde hydrophobierter Zement (Pectacrete-Zement, siehe DE-PS 1 300 856, 1 303 934, 1642380 und 1 646502) verwendet. In den Beispielen 7 bis 10 wurde als pulverförmiger Verflüssiger handelsübliches sulfoniertes Naphthalinformaldehydkondensat eingesetzt.In all of the examples described, hydrophobized cement (pectacrete cement, see DE-PS 1 300 856, 1 303 934, 1642380 and 1 646502) was used. In Examples 7 to 10, commercially available sulfonated naphthalene formaldehyde condensate was used as the powdery plasticizer.
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