| Ansprüche 1 . Vorrichtung umfassend eine Bodenfräseinrichtung (2) mit Gaszuführungsvorrichtung (4) für ein oder mehrere Gase oder Gasgemische, Auspuffgas, Kohlendioxid-angereicherte Gase und/oder heiße Gase. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfräseinrichtung (2) eine Haube (3) mit der Gaszuführungsvorrichtung (4) aufweist, wobei in der Haube (3) eine rotierende Fräswalze (6) angeordnet ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfräseinrichtung (2) in einer Anbaufräse für ein Fahrzeug oder Traktor oder einer selbstfahrenden Fräse (1 ) enthalten ist. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfräseinrichtung (2) zur Einleitung von Auspuffgas oder eines Kohlendioxidangereicherten Gases mit einem Ausgang eines Verbrennungsmotors verbunden ist oder zur Verbindung mit einem Ausgang eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, wobei der Ausgang des Verbrennungsmotors ein Auspuffstutzen (5) oder eine Auspuffleitung ist. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Heizeinrichtung für ein Gas oder Gasgemisch oder den von der Bodenfräseinrichtung (2) in der der Haube (3) aufgewirbelten Boden (9) enthält. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung im Bereich der Gaszuführungsvorrichtung (4) angeordnet ist. 7. Verfahren zur Behandlung von Böden (8) mit Kalk oder einem kalkhaltigen Bindemittel (7) zur Bodenverbesserung, dadurch gekennzeichnet, dass dem Boden (9) während eines Fräsvorganges ein Gas oder Gasgemisch über eine Fräseinrichtung (2) zugeführt wird. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stearat eingefügt ist. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Boden (8, 9) durch eine selbstfahrende oder einem Traktor angebaute Bodenfräseinrichtung (2) aufgewirbelt wird, wobei ein Gas, Abgas, Auspuffgas, mit Kohlendioxid angereicherte Luft, ein Kohlendioxid-angereichertes Gas oder Luft in ein haubenförmiges Gehäuse (3) der Bodenfräseinrichtung (2) eingeleitet oder eingeblasen wird. 10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein heißes Gas oder Gasgemisch eingesetzt wird. 1 1 . Verwendung einer Gaszuführungsvorrichtung (4) bei einer Bodenfräseinrichtung (2). 12. Verwendung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführungsvorrichtung (4) zur Einleitung von einem oder mehreren Gasen oder Gasgemischen, Abgas, Auspuffgas, mit Kohlendioxid angereicherter Luft, Kohlendioxid-angereichertem Gas oder Luft im Bereich der Bodenfräseinrichtung (2) dient. 13. Verwendung nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfräseinrichtung (2) in einer Anbaufräse für ein Fahrzeug oder Traktor oder einer selbstfahrenden Fräse (1 ) enthalten ist. 14. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführungsvorrichtung (4) mit dem Abgasausgang eines Verbrennungsmotors verbunden ist. 15. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführungsvorrichtung (4) mit einem haubenförmigen Gebilde (3) verbunden ist. 16. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführungsvorrichtung (4) eine Heizeinrichtung umfaßt. |
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Stabilisierung von Böden mittels Kalk oder einem kalkhaltigen Bindemittel.
Zur Verbesserung von Böden im Straßenbau, zur Stabilisierung der Böden und somit zur Verbesserung der Tragfähigkeit wird Weißfeinkalk seit vielen Jahren eingesetzt. Seit Anfang der 1990er Jahre begann man auch mit Kalk-Zementmischbindern zu arbeiten, da man feststellte, dass der Zement wie ein Beschleuniger wirkt.
Bei der Bodenverbesserung wird ein kalkhaltiges Bindemittel auf eine vorbereitete Fläche aufgestreut und mittels einer Bodenfräse eingefräst. Der in dem Bindemittel enthaltenene Kalk entzieht dem Boden die Feuchte, wodurch der Boden die nach den technischen Vorschriften für Erdbau (ZTVE) geforderten Werte bezüglich Verdichtungsgrad und Tragwerte (Proctor- und Lastplattenwerte) erreicht. Allgemein werden hierzu, je nach Feuchte des Bodens, 2 bis 3 Gewichtsprozent Bindemittel zugegeben.
Ein Verfahren zur Neutralisierung von Calciumhydroxid in mit 1 bis 4 Gewichtsprozent Weißfeinkalk verbessertem Boden zur Verhinderung der puzzolanischen Reaktion wird in der DE 10131869 A1 beschrieben. Hier wird der Boden mit kohlendioxidangereicherter Luft behandelt.
Die DE 199 50 435 C1 beschreibt eine Vorrichtung zum Aufbereiten von Boden, die eine Baumaschine mit einem Schaufelseparator und einen Druckbehälter für Bindemittel wie z. B. Kalk oder Filterasche aufweist. Der Druckbehälter ist mit einer Leitung versehen, die in den Schaufelseparator führt. Zur Aufbereitung des Bodens wird dieser in den Schaufelseparator aufgenommen, über die Leitung das Bindemittel in den Schaufelseparator gegeben und dort mit dem Boden vermischt.
Als puzzolanische Reaktion wird die chemische Reaktion des aus Kalk und Wasser (CaO + H 2 O => Ca(OH) 2 ) entstandenen Calciumhydroxids mit den Tonmineralien und Silikaten im Boden verstanden. Die Reaktion von Calciumhydroxid mit Kohlendioxid wird als Karbonatisierung bezeichnet. Der Begriff „Stabilisierung" umfaßt als Oberbegriff die Begriffe„Verbesserung" und„Verfestigung" eines Bodens. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stabilisierung von Böden, insbesondere im Straßenbau, zu vereinfachen. Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen gelöst.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt eine Bodenfräseinrichtung (Fräseinrichtung) mit einer Gaszuführung für ein Gas (Gaszuführungsvorrichtung), vorzugsweise ein heißes Gas, insbesondere heiße Luft, heiße kohlendioxidangereicherte Luft oder heißes Auspuffgas (Abgas).
Heißes Gas, insbesondere heiße Luft, heiße kohlendioxid-angereicherte Luft oder heißes Auspuffgas (Abgas), ist in der Regel ein Gas mit einer Temperatur von mindestens 60° C, vorteilhaft von mindestens 80° C, besonders vorteilhaft von mindestens 100° C, insbesondere von mindestens 120° C. Die Temperatur von hei ßem Gas liegt gewöhnlich in einem Bereich von 60 bis 1000° C, vorteilhaft in einem Bereich von 80 bis 800° C, besonders vorteilhaft in einem Bereich von 100 bis 800° C, insbesondere in einem Bereich von 200 bis 800° C. Auspuffgas (Abgas) hat beispielsweise eine Temperatur in einem Bereich von 300 bis 800° C, insbesondere in einem Bereich von 300 bis 600° C. Die Temperaturangaben beziehen sich auf die Temperatur des Gases am Ort des Eintrittes in die Gaszuführungsvorrichtung. Die Temperaturangaben gelten in der Regel auch für die Temperatur des Gases am Ort, wo das Gas zuerst Kontakt mit aufgefrästem Boden erhält, also am Zielort, beispielsweise bei Eintritt des Gases in ein haubenartiges Gehäuse einer Fräseinrichtung. Der Begriff „heiß" bedeutet also eine Eigenschaft mit einer Temperatur von mindestens 60° C, vorteilhaft von mindestens 80° C, besonders vorteilhaft von mindestens 100° C, insbesondere von mindestens 120° C. Es kann auch ein warmes Gas, das ist ein Gas in einem Temperaturbereich von 20° C bis unter 60° C, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 25° C bis unter 60° C, eingesetzt werden. Der Begriff „Gas" umfaßt auch ein Gasgemisch. Die Fräseinrichtung umfaßt vorzugsweise ein haubenartiges Gebilde oder Gehäuse, genannt Fräshaube. In die Fräshaube wird das Gas eingeleitet. In der Fräshaube ist das Fräswerkzeug angeordnet. Das Fräswerkzeug ist vorteilhaft eine Fräswalze, insbesondere eine rotierende Fräswalze. Die Gaszuführung erfolgt im allgemeinen mit einer Gaseinleitungsvorrichtung oder Gaszuführungsvorrichtung, die mit der Fräshaube verbunden ist. Die Gaszuführungsvorrichtung enthält gewöhnlich eine Leitung oder einen Kanal, z.B. ein Gasleitungsrohr oder Gasrohr, als Gaszuleitung zur Fräseinrichtung. Die Gaszuleitung (Gasleitung oder Gasleitungsrohr) ist vorteilhaft mit der Fräshaube verbunden. Beispielsweise wird ein Schlauch oder Rohr von einer gasliefernden oder gasabgebenden Stelle zur Fräshaube geführt und mündet direkt oder über ein Gasverteilungsrohr, das gewöhnlich in der Fräshaube angeordnet ist, in die Fräshaube. Die Gaszuführungsvorrichtung umfaßt z.B. eine Öffnung, einen Stutzen, einen Schlauchstutzen, ein Rohr, eine Zuleitung, einen Gaseingang mit einem Gasverteilungsrohr mit einer oder mehreren Gasaustrittsöffnungen oder Gasdüsen im Bereich der Fräseinrichtung, insbesondere der Fräshaube. Die Gaszuführung erfolgt im allgemeinen von einer oder mehreren Quellen (Gasquellen), die das Gas enthalten oder abgeben. Eine Gasquelle ist z.B. ein oder mehrere Verbrennungsmotoren, insbesondere der Abgasausgang (Auspuff) eines oder mehrerer Verbrennungsmotoren, ein Druckbehälter mit einem Gas oder Gasgemisch, ein Kompressor, ein Gebläse, eine Gasleitung, eine Druckgasleitung oder Druckluftleitung. Eine Gasquelle ist z.B. eine Druckluftquelle oder eine Abgasquelle. Vorteilhaft ist der Antriebsmotor der Fräseinrichtung eine Gasquelle. Es können vorteilhaft mehrere gleichartige oder verschiedenartige Gasquellen kombiniert werden. Beispielsweise können die Abgase mehrerer Verbrennungsmotoren als gleichartige Gasquellen zusammengeführt werden. Es können z.B. auch Abgas und Luft aus verschiedenartigen Gasquellen zusammen eingesetzt werden. Es können verschiedene Gasquellen gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten eingesetzt werden. Die Bodenfräseinrichtung ist vorzugsweise Teil einer selbstfahrenden Fräse oder einer Anbaufräse. Bekannte Bodenfräsen, z.B. sogenannte Stabilizer, wie sie im Straßenbau eingesetzt werden, können gemäß der Erfindung umgerüstet und angepaßt werden. In einer erfindungsgemäßen Variante werden die Auspuffgase (Abgas) eines Verbrennungsmotors, das ist in der Regel der Verbrennungsmotor (Antriebsmotor) einer selbstfahrenden Fräse oder des Traktors einer Anbaufräse zur Fräseinrichtung, insbesondere zur Fräshaube, geleitet. Beispielsweise wird das Auspuffgas am Auspuff abgenommen und über einen Abgasschlauch oder eine Abgasleitung der Fräshaube zugeführt. Abgasschlauch und Abgasleitung können permanent oder nur zeitweise montiert sein. Sehr vorteilhaft ist die Gaszuführungsvorrichtung mit einer Abgasleitung so ausgeführt, dass heißes Abgas in die Fräshaube gelangt. Die Verwendung von heißem Abgas führt dem in der Fräshaube vom Fräswerkzeug aufgewirbelten Boden Kohlendioxid in erhöhter Konzentration zu, was die Karbonatbildung beschleunigt, und hat den weiteren Vorteil, dass durch das heiße Gas gleichzeitig Feuchte aus dem Boden verdunstet und entweicht. Außerdem werden noch andere chemische Prozesse im behandelten Boden durch die zugeführte Wärme beschleunigt.
In einer weiteren Variante wird heiße Luft statt des heißen Abgases eingesetzt. Die heiße Luft wird in den Bereich der Fräseinrichtung, insbesondere in die Fräshaube, während des Fräsvorganges eingeleitet. Heiße Luft wird in der Regel mittels einer Heizeinrichtung erzeugt. Hier wird vorzugsweise die Abwärme des Antriebsmotors des Fahrzeugs oder des Auspuffgases genutzt. Beispielsweise wird Luft aus der Umgebung mittels eines Gebläses über einen Wärmetauscher oder eine heiße Fläche und dann in die Fräshaube geleitet. Zur Erzeugung des heißen Luftstromes kann auch Druckluft, z.B. aus einem Druckbehälter, verwendet werden. Es kann auch Luft durch eine entsprechend angepasste Fräseinrichtung angesaugt werden. Die Zufuhr von Wärme in die Fräseinrichtung ist besonders vorteilhaft bei der Durchmischung des Bodens mit Kalk oder einem anderen Bindemittel während des Fräsvorganges zur Beschleunigung von chemischen Reaktionen, insbesondere der puzzolanischen Reaktion. Bei der puzzolanischen Reaktion handelt es sich um eine chemische Reaktion, die wie alle chemischen Reaktionen durch Wärme beschleunigt wird. Es ist bekannt, dass bei je 10°C Temperaturanhebung sich die Reaktionsgeschwindigkeit der puzzolanischen Reaktion verdoppelt. Vorteilhaft ist die Vorrichtung, z.B. ein Fahrzeug mit Fräseinrichtung, so eingerichtet, dass heißes Abgas und heiße Luft oder ein anderes heißes Gas wahlweise eingesetzt werden können. Vorteilhaft ist auch eine Vorrichtung mit einer Einrichtung für eine Zudosierung von Luft zu dem heißen Abgas. Die Einrichtung für eine Zudosierung von Luft zu dem heißen Abgas umfaßt vorzugsweise eine Steuerung für die Luftzudosierung, besonders bevorzugt eine Steuerung für die Luftzudosierung mit Sensor, insbesondere eine Steuerung für die Luftzudosierung mit Kohlendioxid-Sensor. Beispielsweise wird mittels einer Steuerung oder einer Steuerung mit Kohlendioxid- Sensor die Luftzufuhr zu dem Abgas verändert, so dass der Kohlendioxidgehalt des zu der Fräseinrichtung geleiteten Abgases verändert oder auf einen bestimmten Wert oder Wertebereich eingestellt werden kann. So ist es möglich die Menge des Kohlendioxides in dem der Fräseinrichtung zugeleiteten Gas dem Verwendungszweck anzupassen. Bei der Luftzudosierung kann erwärmte oder erhitzte Luft eingesetzt werden. Zur Erhöhung des Kohlendioxidgehaltes in dem der Fräseinrichtung zugeführten Gases oder Abgases kann zusätzlich Kohlendioxid zugeführt werden, das z.B. aus einem Druckgasbehälter bereitgestellt wird. Diese Kohlendioxid-Zudosierung erfolgt vorteilhaft mittels einer Steuerung, insbesondere einer Steuerung, die mit einem Kohlendioxid-Sensor verbunden ist.
Kohlendioxid kann in Gasform, flüssig oder pulverförmig einem Gasstrom oder der Fräseinrichtung zugeführt werden. Es können die Zuführung von gasförmigem, flüssigen oder festem Kohlendioxid kombiniert werden. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung, insbesondere die selbstfahrende oder angetriebene Fräse, wird vorteilhaft bei allen Arten der Bodenstabilisierung eingesetzt, insbesondere im Straßenbau.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Stabilisierung von Böden, wobei ein Boden mit einem kalkhaltigen Bindemittel behandelt und mit Hilfe einer Fräseinrichtung ein oder mehrere Gase oder Gasgemische dem Boden zugeführt werden. Die Gaszuführung erfolgt in der Regel über eine Gaszuführungsvorrichtung, die an der Fräseinrichtung, insbesondere einer Fräshaube angeordnet ist. Es können je nach Anwendungsfall reaktive Gase oder Gasgemische (z.B. kohlendioxid-haltiges Gas) oder inerte oder weitgehend inerte Gase oder Gasgemische verwendet werden. Vorteilhaft werden warme oder heiße Gase oder Gasgemische eingesetzt.
Beispielsweise wird das kalkhaltige Bindemittel auf eine vorbereitete Fläche aufgestreut und in einem nachfolgenden Schritt mittels einer Bodenfräse eingefräst. Nach der primären puzzolanen Reaktion wird der so vorbehandelte Boden in einem nachfolgenden Schritt mit einer Bodenfräse unter Gaszuführung nachgemischt, wodurch die Beschleunigung der sekundären und abschließenden Reaktion erreicht wird. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung von Böden (8) mit Kalk oder einem kalkhaltigen Bindemittel (7) zur Bodenverbesserung, wo ein Stearat oder ähnlichen Mittel (Laurat, Myristat oder Palmitat) zur Hydrophobierung eingefügt ist. Stearinsäure (n-Octadecansäure, Οι 8 Η 3 6θ 2 , CH 3 -[CH 2 ]i 6-COOH) ist eine gesättigte Carbon- und Fettsäure. Ihre Salze und Ester heißen Stearate.
Es ist bekannt dass Stearinsäure in der Lebensmittel- und Arzneimittelindustrie als Zusatzstoff verwendet wird. Stearinkerzen werden aus Stearinsäure hergestellt. Rasierschaum enthält oft Stearinsäure. Das Natriumsalz Natrium stearat wird als Reinigungsmittel verwendet. Stearinsäure ist Ausgangsstoff zur Herstellung verschiedener Waschmittel.
Das Stearat wird in dieser Erfindung zur Herrstellung einer kapilarbrechenden Schicht für Strassenbau verwendet. Um eine hydrofobierende Wirkung zu erreichen, wird ein industriell hergestelltes Stearat in den Boden mit einem Bindemittel oder ohne Bindemittel eingetragen. Bei Einblasen heisser Gase schmilzt zum Teil das Stearat und dadurch wird eine bessere hydrophobe Wirkung erziehlt. Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Böden durch zugäbe von Stearat oder eines anderen ähnlichen Mittels zur Hydrophobierung oder zum Herrstellen einer kapilarbrechenden Schicht durch Einblasen von heissem Gas oder Gasgemisch, das über eine Fräsvorrichtung zugeführt wird. Das Stearat schmilzt an eine Temperatur über 70°C. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Absorbtion von umweltschädlichen Gase (zum Beispiel C0 2 ).
Bei dem Verfahren wird vorteilhaft eine Vorrichtung gemäß der Erfindung eingesetzt. Bei der Verwendung von kohlendioxid-angereicherter Luft oder einem Luft-Gas- Gemisch mit hohem Kohlendioxid-Anteil wird dem mit kalkhaltigem Bindemittel behandelten Boden genügend Kohlendioxid zugeführt, um mit dem im Boden enthaltenen Calciumhydroxid zu reagieren. Begünstigt durch eine hohe Kohlendioxidkonzentration und Wärmezuführ kann bei hoher Dosierung von kalkhaltigem Bindemittel (z.B. 4 bis 6 Gewichtsprozent Bindemittel) eine Bodenschicht der Bodenklasse 6-7 (schwer lösbar bis felsartig) mit hoher Tragfähigkeit und Frostsicherheit hergestellt werden. Besonders vorteilhaft werden bei dem Verfahren als kohlendioxid-angereichertes Gas die Auspuffgase des Antriebsmotors einer selbstfahrenden Fräse oder des Traktors einer Anbaufräse genutzt, die ca. 10 Volumenprozent Kohlendioxid enthalten. Im Vergleich zu Auspuffgas oder Abgas enthält normale Luft im Mittel nur etwa 0,038 Volumenprozent Kohlendioxid. Gase oder Gasgemische, die einen höheren Kohlendioxid-Gehalt als normale Luft aufweisen, werden als kohlendioxidangereichertes Gas oder kohlendioxid-angereichertes Gasgemisch bezeichnet. Kohlendioxid-angereichertes Gas oder kohlendioxid-angereichertes Gasgemisch enthalten vorzugsweise mehr als 1 Volumenprozent Kohlendioxid, besonders bevorzugt mehr als 3 Volumenprozent Kohlendioxid, insbesondere mehr als 8 Volumenprozent Kohlendioxid, beispielsweise um 10 Volumenprozent Kohlendioxid oder mehr.
Kalkhaltige Bindemittel sind z.B. Kalk, insbesondere Wei ßfeinkalk, oder ein Gemisch von Kalk, insbesondere Wei ßfeinkalk, und einem Al 2 0 3 -haltigen Stoff,. Al 2 0 3 -haltige Stoffe sind beispielsweise Al 2 0 3 -haltige Abstoffe oder Mineralien, insbesondere Stäube, Filterasche und Tonmineralien.
Ein guter Tonmineralträger (Al 2 0 3 -haltiger Stoff) ist Zement. Durch Zugabe von Zement kann der Mangel an „Puzzolanen" (Al 2 0 3 ) in einem Boden ausgeglichen werden. Zement ist ebenso ein preisgünstiges Massenprodukt, das wie Kalk transportiert und gehandhabt wird und sich so ideal zur Herstellung von Mischbindern eignet, um ein gut reaktionsfähiges Boden-Mischbinder-Gemisch herzustellen. Hat der Boden einen relativ hohen Al 2 0 3 - Gehalt, wird z.B. ein Kalk-Zement-Gemisch von 70% CaO + 30% Zement zugegeben. Hat der Boden einen sehr geringen Al 2 0 3 -Gehalt, wird ein Kalk-Zement- Gemisch von 30% CaO + 70% Zement zugegeben. Dazwischen können jeweils angepasste Gemische verwendet werden. Das Verfahren mit der Vermischung eines Gases, insbesondere eines heißen Gases, oder eines kohlendioxid-angereicherten Gasgemisches mit vorbehandeltem Boden mit Hilfe einer Bodenfräseinrichtung kann auch bei niedriger Zudosierung des kalkhaltigen Bindemittels vorteilhaft eingesetzt werden.
Im Gegensatz zu der hohen Zudosierung von Bindemittel (z.B. 4 bis 6 Gewichtsprozent Bindemittel) um schnell hohe Tragwerte des Bodens zu erreichen, wird im Kanal- und Rohrleitungsbau nur sehr schwach zudosiert (0,25 bis maximal 1 Gewichtsprozent Bindemittel). In diesem Fall wird nach einer Aggregatbildung und Entstehung eines Pseudosandes überschüssiges Calciumhydroxid durch Kohlendioxid karbonatisiert bzw. neutralisiert. Dies hat jedoch auf Grund der sehr geringen Menge des Bindemittels keinen weiteren Einfluss auf die Tragfähigkeit des Bodens. Durch die Aggregatbildung verlieren bindige Böden jedoch ihr tixotropes Verhalten, d.h. sie werden durch den Energieeintrag beim Verdichten nicht mehr plastisch und lassen sich mühelos auf 98% Proctor verdichten und erreichen problemlos ähnliche Werte wie in der natürlichen Umgebung des Grabens.
Das Verfahren kann auch angewendet werden bei der Gewinnung von geröllhaltigen Bodenmassen für einen Dammbau für Straßen, Schienenwegen oder Hochwasser-und Kraftwerksdamm bau durch den Einsatz eines mobilen oder stationären Doppelwellen- Sizer (DWSK) zur Vergleichmäßigung und zum Vermischen von geröllhaltigen bindigen Böden. Durch den DWSK entsteht ein vorgemischtes Boden-Geröllmaterial von 0- 120mm das fräsbar ist. Beispielsweise wird nach dem Vergleichmäßigen und Vormischen dem Boden durch die Fräse beim Nachmischen das Gas, insbesondere Kohlendioxid-angereichertes Gas, zugeführt.
Die Verwendung von einem heißen Gas oder Gasgemisch, insbesondere von einem heißen kohlendioxid-angereicherten Gas wie Abgas bei der Stabilisierung von Böden beschleunigt die Reaktionen des Bindemittels mit dem Boden erheblich und erlaubt darüber hinaus eine Durchführung in der kalten Jahreszeit.
Das Verfahren mit Nutzung von kohlendioxid-angereicherten Gasen, insbesondere von Abgas oder Auspuffgas, kann vorteilhaft zur Verminderung von Kohlendioxid- Emissionen eingesetzt werden. Verfahren gemäß der Erfindung, die kohlendioxid- haltige Gase wie Abgas verbrauchen, sind damit sehr umweltfreundlich und Vermeiden die Abgabe von klimaschädlichem Kohlendioxid in die Atmosphäre. Diese Verfahren sind somit sehr umweltfreundlich.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen
Fig. 1 : schematische Darstellung einer Bodenfräse mit Gaszuleitung (Seitenansicht), Fig. 2: Schema einer Fräseinrichtung mit Gaszuleitung (Seitenansicht im Querschnitt).
Fig. 1 zeigt schematisch eine selbstfahrende Bodenfräse 1 mit einer Fräshaube 3, in der das Fräswerkzeug angeordnet ist, einem Auspuffstutzen 5 und einer Abgasleitung 4 zwischen Auspuffstutzen 5 und Fräshaube 3. Über die als Gaszuleitungsvorrichtung dienende Abgasleitung 4 wird das heiße Abgas (Auspuffgas) in die Fräshaube 3 geleitet. Die Abgasleitung 4 ist vorteilhaft mit einem Isoliermantel zur Wärmeisolation versehen. Dadurch gelangt sehr heißes Abgas in die Fräshaube 3. Die gezeigte Bodenfräse 1 basiert beispielsweise auf einem Stabilyzer/Recycler, Typ MPH 125, der Firma BOMAG in Boppard, Deutschland. Die Abgasleitung 4 ist z.B. ein Schlauch oder Rohr. Die Abgasleitung 4 kann permanent oder nur für den Einsatz, das heißt für die Zeit des Fräsvorganges, angebracht sein.
Die Auspuffgase enthalten in der Regel bis ca. 10 Volumenprozent Kohlendioxid. Mit der Verwendung von Auspuffgas steht auf einfache und sehr kostengünstige Weise eine stark erhöhte Menge Kohlendioxid zur Reaktion mit dem Caiciumhydroxid des mit Kalk oder einem kalkhaltigen Bindemittel (z.B. Kalk-Zement-Gemisch) vorbehandelten Bodens zur Verfügung. Ferner wird durch die mit dem Auspuffgas zugeführte Wärme die puzzolanische Reaktion beschleunigt.
Die Benutzung der Auspuffgase des Verbrennungsmotors der selbstfahrenden Fräse 1 , abgenommen am Auspuff 5 über die Abgasleitung 4 hat den weiteren Vorteil, dass durch das heiße Gas gleichzeitig Feuchte aus dem Boden verdunstet.
Die Darstellung in Fig. 2 veranschaulicht den Aufbau und die Wirkungsweise der Fräseinrichtung 2 mit Fräshaube 3 und Fräswerkzeug. Die Fräshaube 3 enthält als Fräswerkzeug die rotierende Fräswalze 6. Über die Leitung 4 wird das heiße Abgas an einem Eingang in die Fräshaube 3 eingeleitet. Im Betrieb rotiert die Fräswalze 6 mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit während die Fräse 1 sich vorwärts bewegt. Die Rotationsgeschwindigkeit liegt z.B. im Bereich von 300 bis 600 Umdrehungen in der Minute. Die Vorwärtsbewegung der Fräse 1 liegt z.B. im Bereich von etwa 0,3 bis 0,5 km/h. Dabei wird der vorbehandelte Boden (ursprünglicher Boden 8 mit aufgestreutem kalkhaltigen Bindemittel 7) aufgewirbelt. Der aufgewirbelte Boden 9 wird innig mit dem eingeleiteten Gas vermischt. Die Frästiefe ist im allgemeinen bis zu 50 cm.
Das kohlendioxid-angereicherte Gas, z.B. mit Kohlendioxid angereicherte Luft oder Auspuffgas, kann in den durch die unter der Fräshaube 2 befindliche Fräswalze 6 aufgewirbelten Boden 9 mittels einer Verteilerdüse eingeblasen werden, so dass das zugeführte Kohlendioxid mit dem aus dem Kalk des Bindemittels entstandenen Calciumhydroxid reagieren kann.
Wirkungsweise der Boden Verbesserung mit Brandkalk durch das Verfahren nach
Koncept Kronenberger:
1 . Stufe: Hydratbildung / Bindung von Wasser
Brandkalk + Wasser => Kalkhydrat + Wärmeenergie
CaO + H 2 0 => Ca(OH) 2 + Energie
Dem Boden wird Feuchte entzogen, er wird krümelig, durch die zweite Stufe, die parrallel ablauft mit der ersten Stufe. Durch den Brandkalk entsteht grosse Wärme, was zur Bildung des Pseudosandes (Ca(Al x Si y O z )OH) erforderlich ist.
Stufe: Anregung einer puzzolanischen Reaktion
Aluminiumsilikate + Kalkhydrat + Wasser => Calcium-Aluminium-Silicat-Hydrat
Al x (Si y O z ) + Ca(OH) 2 + Energie + H 2 0 => Ca(Al x Si y O z )(OH)
Ca(Al x Si y O z )(OH) heisst Pseudosand.
Das Bodenbefüge wird stabilisiert.
Stufe: Carbonatisierung durch verwirbelnde Vermischung mit hohem
Lufteinschluss, bzw. Beschleunigung der Reaktion durch Zuführung von Wärme und C0 2 -haltige Auspuffgase
Ca(OH) 2 + C0 2 => CaC0 3 Fels + H 2 0
Die Bodenpartikel coagulieren zu einem Calcium-Aluminium-Silikat-Hydrat und ein Pseudosand entsteht. Der Boden ist damit gleichzusetzen mit der Qualität von Kiesen oder Schotter. Durch diese Konsistenzveränderung verliert der Boden sein thixotropes Verhalten, er wird durch Energieeintrag nicht mehr plastisch. Trotz der natürlichen Feuchte des Bodens können somit hohe Proctorwerte erreicht werden.
Typische chemische Analyse eines Bodens:
„GI.V" bedeutet„Glüh Verlust". Der Fachmann kennt diesen Begriff. Für Kanalarbeiten mit geringer Bindemitteldosierung:
Der PH Wert wird herabgesetzt. Die puzzolanische Reaktion wird abgebrochen um weitere Aushärtung zu verhindern. Eine langzeitige Stabilisierung der Boden entsteht. Der Boden bleibt auf dauer grab- und quellfähig bei guter Porenbildung.
Alumosilikate + Calcium-Ionen => Calcium-Alumosilikate
Al x (Si y Oz) + Ca 2+ + OH => Ca(Al x Si y O z )OH
Einbildung von Calciumionen in die Kristallgitter von Alumosilikaten.