Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bodenverbesserung und-verfestigung, insbesondere zur Erleichterung von Bau- arbeiten und zur Erhöhung der Tragfestigkeit des Bodens im Straßenbau, bei dem ein hydraulisches Bindemittel oder eine Bitumenemulsion auf den zu verbessernden bzw. verfestigen- den Bodenabschnitt aufgebracht und mit den oberen Boden- schichten des Bodenabschnittes vermengt wird und danach eine maschinelle Verdichtung des Bodenabschnittes erfolgt.

Solche Verfahren werden eingesetzt, um die Herstellung von Kunstruktionsschichten im Straßen-und Wegebau, von homoge- nisierten Erdstoffen als Füllmaterialeinsatz oder von Däm- men, Böschungen und Baustraßen zu ermöglichen und dienen zur Verbesserung des Baugrundes im Straßen-und Wegebau so- wie für die Erschließung von Industrie-und Gewerbegebie- ten. Hierbei unterscheidet man zwischen Bodenverbesserung und Bodenverfestigung.

Als Bodenverbesserung bezeichnet man ein Verfahren zur Ver- besserung der Einbaufähigkeit und der Verdichtbarkeit von Böden sowie zur Erleichterung der Ausführung von Bauarbei- ten. So soll z. B. die Befahrbarkeit ermöglicht werden. Bo- denverbesserungen werden im Straßenbau vor allem zur Her- stellung eines tragfähigen Planums verwendet. Die bodenver- besserten Schichten sind aber nicht Teil des frostsicheren Oberbaus.

Bei der Bodenverfestigung wird vor allem die Widerstandsfä- higkeit des Bodens gegen die Beanspruchung aus Verkehr und Klima, insbesondere der Frostbeanspruchung, langfristig er- höht. Der Boden wird dauerhaft tragfähig, wasserunempfind- lich und frostbeständig. Verfestigungen werden im Straßen- bau für die komplette oder teilweise Herstellung des frost- sicheren Oberbaues verwendet. Bodenverbesserung und Boden- verfestigung werden im Folgenden auch als Bodenstabilisie- rung bezeichnet.

Dabei kommen insbesondere hydraulische Bindemittel, bei- spielsweise Zement, hochhydraulischer Kalk, Kalkhydrat oder Feinkalk, und bituminöse Bindemittel, beispielsweise Fluxbitumen, Kaltbitumen oder Bitumenemulsionen, zum Ein- satz. Im sog. Vorortmischverfahren ("mixed-in-place") fährt ein Mischgerät (Bodenmixer, Bodenfräse oder ein Gräder) auf dem zu verbessernden bzw. verfestigenden Bodenabschnitt, reißt die oberen Bodenschichten auf, zerkleinert sie und mischt das jeweilige Bindemittel sowie gegebenenfalls er- forderliches Wasser bei zu großer Trockenheit des Bodens ein. Als obere Bodenschichten werden hier jene Schichten verstanden, die sich innerhalb der oberen 50 cm des Boden- abschnittes befinden. Anschließend wird der betreffende Bo- denabschnitt mittels Walzen, Großflächenrüttlern oder ähn- lichem verfestigt. Im sog. Mischanlagenverfahren ("mixed- in-plant") werden die oberen Bodenschichten abgetragen und Mischanlagen zugeführt, in denen sie mit dem jeweiligen Bindemittel sowie gegebenenfalls Wasser vermengt werden.

Das Mischprodukt wird anschließend wieder zum betreffenden Bodenabschnitt transportiert und eingebaut. Das Mischanla- genverfahren ist im Vergleich zum Vorortmischverfahren zwar aufwändiger und meistens auch teurer, ermöglicht aber eine größere Homogenität und somit bessere Qualität des verbes- serten bzw. verfestigten Bodens.

Die Wahl des jeweiligen Bindemittels sowie dessen erforder- liche Zumischmenge richtet sich insbesondere nach den loka- len Gegebenheiten wie Zusammensetzung und Feuchtigkeit des Bodens, klimatischen Bedingungen oder der notwendigen Be- lastbarkeit des Planums bzw. Oberbaus. In herkömmlicher Weise wird hierzu hinsichtlich der Zusammensetzung des Bodens insbesondere die Korngrößenverteilung des Bodens er- mittelt, um so dessen Zuordnung zu grob-, gemischt-oder feinkörnigem Boden zu klären. Daraus können bereits grund- legende Eigenschaften des Bodens hinsichtlich dessen Frost- sicherheit, Tragfähigkeitseigenschaften oder auch Verdich- tungsfähigkeit abgeleitet werden. Des weiteren wird auch zwischen"bindigen Böden"und"rolligen Böden"unterschie- den. Bei ersterem handelt es sich um fein-und gemischtkör- nige Böden mit Feinkornanteilen (Korngrößen unter 0.063 mm) über 5 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Bodens, etwa feinkörnige Tonböden oder Schluff. Böden dieser Art weisen insbesondere ein großes Quellvermögen bei Feuchtig- keitszufuhr auf, was der Bodenstabilisierung abträglich ist. Rollige Böden weisen einen Feinkornanteil unter 5 Gew.-% auf, wobei als Beispiele etwa grobkörniger Kies oder Sand genannt werden können.

Bei fein-bis gemischtkörnigen Böden werden in der Regel Feinkalk oder Kalkhydrat als Bindemittel verwendet, während <BR> <BR> bei gemischt-bis grobkörnigen Böden hochhydraulischer Kalk, Zement und bituminöse Bindemittel eingesetzt werden.

Die Mengenanteile orientieren sich bei feinkörnigen Böden an den jeweiligen Schluff-und Tonanteilen, bei gemischt- körnigen Böden an den jeweiligen Anteilen von Sand, Schluff, Ton, und Kies und bei grobkörnigen Böden an den jeweiligen Anteilen von Sand und Kies. Auch die Kornform der Bodenanteile wird bei der Bemessung der Menge an zuge- mischtem Bindemittel berücksichtigt, etwa wenn es sich bei grobkörnigem Boden um brüchiges, poröses oder angewittertes Korn handelt. Die Zumischmenge des jeweiligen Bindemittels orientiert sich insbesondere auch an der Feuchtigkeit des Bodens, wobei man bestrebt ist, das sog. Proctor-Optimum zu erreichen, bei dem es sich um jenen Sättigungsgrad des Bodens handelt, bei dem die optimale Verdichtungsfähigkeit des Bodens gegeben ist. Oft weisen Böden einen zu hohen Feuchtigkeitsgehalt auf, wobei beim Einsatz von Feinkalk, Kalkhydrat oder hochhydraulischem Kalk dem Boden Wasser entzogen wird. Das ist einerseits auf die chemische Umwand- lung von Kalziumoxid (CaO) in Kalziumhydroxid (Ca (OH) 2) unter Einbindung von Wasser zurückzuführen, andererseits aber auch auf die bei dieser Reaktion frei werdenden Wärme- energie, die zum physikalischen Verdampfen von Wasser führt. Die Stabilisierung des Bodens beruht hier einerseits auf der Regulierung des Feuchtigkeitsgehaltes, und anderer- seits auf das abbindende Kalziumhydroxid, wobei sich über eine langjährige Reaktion die verfestigende Eigenschaft über die Reaktion des Kalziumhydroxids mit Kohlendioxid und dem dadurch entstehenden Kalziumkarbonat noch erhöht. Bei der Stabilisierung trockener Böden muss Wasser zugeführt werden.

Wenngleich diese herkömmliche Verfahren zur Bodenstabili- sierung ein gewisses Spektrum an unterschiedlichen Methoden für unterschiedliche Bodenzusammensetzungen und Feuchtig- keitsgehalte anbieten, zeigen sich deren Nachteile bei sehr heterogenen Böden, deren Zusammensetzung und Feuchtigkeits- gehalt sich entlang eines Bauabschnittes stark ändern. So ist oft festrustellenF dass si-h ein anhand bestimmter Bodenproben ausgewähltes Bindemittel aufgrund sich ständig wechselnder Bodenbedingungen abschnittsweise als ungeeignet erweist, der ständige Wechsel eines Bindemittels aber prak- tisch nicht machbar ist. Aber auch bei konstanten Bodenbe- dingungen erweisen sich gängige Verfahren zur Bodenstabili- sierung oft als unzureichend, etwa bei trockenen Böden in wasserarmen Gebieten, wo die Zufuhr von Wasser zur Stabili- sierung des Bodens kein gangbarer Weg ist.

Die Verfestigung bzw. die Stabilisierung von Gemengen wie Böden, Stäuben, Aschen, Schlämmen od. dgl. stellen ein Pro- blem dar. Die herkömmlichen Produkte zur Verfestigung be- stehen vielfach aus hydraulisch wirkenden Bindemitteln auf Basis eines Zementes oder Kalks sowie anderen reaktiven Substanzen bzw. Chemikalien.

In den meisten Fällen sind diese Verfestiger oder Stabili- satoren aufgrund der schlechten Beständigkeit nur bedingt wirksam. Diese Produkte sind nicht in der Lage, ein Gemenge -- beispielsweise einen gewachsenen Boden, der in seiner Struktur sehr heterogen sein kann--nachhaltig zu stabili- sieren oder zu verfestigen.

Böden verändern sich in der chemischen wie auch physikali- schen Struktur, so dass die konventionellen Stabilisatoren und Verfestiger--besonders unter Einfluss äußerer Fakto- ren--nicht die gewünschten Resultate erbringen können.

Hierbei stellen statische und dynamische Einwirkungen-- etwa durch das Befahren einer stabilisierenden Fläche durch Fahrzeuge--eine besondere Herausforderung dar. Hinsicht- lich solcher Beanspruchungen versagen die herkömmlichen Verfahren oft nach kurzer Zeit. Vielfach ist eine ungenü- gende Tragfähigkeit--hervorgerufen durch den Eintrag bodenfremder Stoffe, die in Schichten nach einer Auskof- ferung eingebracht werden--das kritische Element.

Der größte Nachteil der herkömmlichen Substanzen zur Stabi- lisierung ist jedoch, dass diese eine geringe Beständigkeit gegen Wasserangriff besitzen und dadurch der Erosion im hohen Maße ausgesetzt sind.

Gerade eindringendes Wasser in die stabilisierten Schichten bewirkt eine Zerstörung der Struktur und ist hauptsächlich Verursacher u. a. von Straßenschäden. Das eindringende Was- ser führt zu Senkungen in und unterhalb der stabilisierten Schicht, wodurch es zu Rissbildung und Ausbrüchen kommt.

Angesichts dieser Gegebenheiten ist es Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Bodenstabilisierung zu schaffen, das die Nachteile der gängigen Verfahren bei heterogenen Bodenzu- sammensetzungen mit ständig wechselnden Eigenschaften hin- sichtlich Zusammensetzung, Korngrößenverteilung und Feuch- tigkeit vermeidet. Insbesondere soll ein Verfahren zur Bodenverbesserung und-verfestigung angeboten werden, das ohne wesentliche Modifikationen über ein weites Spektrum an Korngrößen einsetzbar ist ; Bodenstabilisierung ist nicht lediglich über die abbindende Wirkung eines hydraulischen Bindemittels zu erzielen, sondern eine Agglomeration der feinkörnigen Bestandteile auch auf anderem Wege, dessen Wirkungsweise nicht auf der chemischen Umwandlung von Was- ser beruht. Des weiteren ist Ziel der Erfindung, durch die Behandlung des Gemenges, z. B. eines Bodens, dieser Erosion entgegenzuwirken und die Stabilität einerseits sowie der Wasserbeständigkeit zum anderen zu erhöhen. Dabei werden die im Boden oder im Gemenge vorhandenen Partikel nicht durch bodenfremdes Material ersetzt, wie dies bei der kon- ventionellen Stabilisierung erfolgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Anspruches ; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildun- gen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kom- binationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung uncl/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar sein.

Erfindungsgemäß bezieht sich Patentanspruch 1 auf das Vor- ortmischverfahren und sieht hierbei vor, dass vor dem Auf- bringen des hydraulischen Bindemittels Polyelektrolyte, vorzugsweise Polymere oder Copolymere auf Basis von Acryla- mid, auf den zu verbessernden bzw. verfestigenden Bodenab- schnitt aufgebracht und mit den oberen Bodenschichten ver- mengt werden. Die Erfindungsziele werden auch durch die Verwirklichung von Anspruch 2 erreicht, der das Mischanla- genverfahren betrifft und vorsieht, dass Polyelektrolyte, vorzugsweise Polymere oder Copolymere auf Basis von Acryla- mid, den abgetragenen Bodenschichten im Mischer vor der Zu- gabe des hydraulischen Bindemittels beigemengt werden. Als Polyelektrolyt wird hier im herkömmlichen Sinn ein wasser- lösliches ionisches Polymer bezeichnet, das anionisch aus Polysäuren (z. B. Polycarbonsäuren), kationisch aus Polyba- sen (z. B. Polyvinylammoniumchlorid) entsteht oder neutral ist (Polyampholyte oder Polysalze). Ein Beispiel für natür- liche Polyelektrolyte sind Polysaccharide mit ionischen Gruppen wie Carrageen, aber auch Proteine und langkettige Polyphosphate. Erfindungsgemäß werden vorzugsweise Po- lyacrylamide als Polyelektrolyte eingesetzt, also Verbin- dungen aus Monomeren auf Acrylamidbasis. Es ist des weite- ren denkbar, auch Mischungen mono-und polymerer Polyelek- trolyte, evtl. gemeinsam mit Lösungsvermittlern, Emulgato- ren und Katalysatoren sowie mit Beimengungen an Propylendiamin, Dimethylammoniumchlorid oder Isopropylalkohol einzusetzen. Alternativ dazu können auch Mischungen kationischer Tenside eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß wird das Polyelektrolyt mit einem bevorzug- ten Mengenanteil von 0.001-1 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Bodens, beigemengt. Vor Aufbringen bzw.

Zugabe des hydraulischen Bindemittels soll dem hydrauli- schen Bindemittel zudem ein Styren-Acryl-Copolymer IDeigement werden, was insbesondere bei nassen, salzigen und tonreichen Böden vorteilhaft ist.

Im Rahmen der Erfindung liegt ein Vorortmischverfahren, bei dem eine Bitumenemulsion anstatt des erwähnten hydrauli- schen Bindemittels verwendet wird. Diese Vorgangsweise ist besonders bei trockenen, sandigen Böden vorteilhaft. Nach einem anderen Merkmal der Erfindung wird vor dem Aufbringen der Bitumenemulsion ein Polyelektrolyt--vorzugsweise Polymere oder Copolymere--auf Basis von Acrylamid, auf den zu verbessernden bzw. verfestigenden Bodenabschnitt aufgebracht und mit den oberen Bodenschichten vermengt.

Hierzu werden bei einem Mischanlagenverfahren vor der Zugabe der Bitumenemulsion den abgetragenen Bodenschichten im Mischer Polyelektrolyte, vorzugsweise Polymere oder Copolymere auf Basis von Acrylamid, beigemengt. Als günstig hat es sich erwiesen, das Polyelektrolyt mit einem bevorzugten Mengenanteil von 0.001-1 Gew.-%--bezogen auf das Trockengewicht des Bodens--beizumengen.

Bei einer erfindungsgemäßen Verwendung werden Polyelektro- lyten, vorzugsweise Polymere oder Copolymere auf Basis von Acrylamid, zur Bodenverbesserung und-verfestigung, insbesondere zur Erleichterung von Bauarbeiten und zur Erhöhung der Tragfestigkeit des Bodens im Straßenbau einge- setzt.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren näher be- schrieben : Im Zuge der Bodenverbesserung bzw.-verfestigung sind zu- nächst gewisse Vorarbeiten durchzuführen, die auch bei her- kömmlichen Verfahren der Beimengung von hydraulischen Bin- demitteln durchzuführen sind. Dazu zählen etwa das Entfer- nen des Oberbodens, pflanzlicher Bestandteile oder größerer Steine, das Zerkleinern schwerer Böden mit Aufreißer, star- kem Pflug oder schwerer Egge, das Vorplanieren und Profi- lieren einer Querneigung mit Grader oder Rauper sowie gege- benenfalls das Vorverdichten einer für die Bodenverfesti- gung vorgesehenen Schicht. Diese Vorarbeiten dienen im Rah- men des erfindungsgemäßen Verfahrens auch dazu, das Poyle- lektrolyt gleichmäßig dosieren zu können, sowie eine ebene Oberfläche und eine homogene Mischung in gleichbleibender Tiefe zu erreichen.

Im Rahmen des Vorortmischverfahrens wird des weiteren das Polyelektrolyt in flüssiger Form mittels Balkensprüher, Hydroseeder oder ähnlichem auf den zu verbessernden bzw. verfestigenden Bodenabschnitt aufgebracht. Mit Hilfe einer Fräse oder Scheibenegge werden in einem anschließenden Ver- fahrensschritt die oberen Bodenschichten, etwa die oberen 10 bis 20 cm, mit dem Polyelektrolyt vermengt. Wie bereits erwähnt, werden hier als Polyelektrolyte wasserlösliche ionische Polymere bezeichnet, die anionisch aus Polysäuren (z. B. Polycarbonsäuren), kationisch aus Polybasen (z. B.

Polyvinylammoniumchlorid) entstehen oder neutral sind (Polyampholyte oder Polysalze). Es ist des weiteren denk- bar, auch Mischungen mono-und polymerer Polyelektrolyte, evtl. gemeinsam mit Lösungsvermittlern, Emulgatoren und Katalysatoren sowie mit Beimengungen an Propylendiamin, Dimethylammoniumchlorid oder Isoprpylalkohol einzusetzen.

Diese Polymere verfügen über ionische dissoziierbare Grup- pen, die Bestandteil der Polymerkette sein können und deren Zahl so groß ist, dass die Polymerre in der dissoziierten Form wasserlöslich sind. Vorzugsweise wird Polyacrylamid in Suspensionsform verwendet. In wässriger Lösung verfügen Polyelektrolyte über reaktive Gruppen, die eine starke Af- finität zu den Oberflächen der Kolloide und Feinstpartikel des Feinkornanteils des Bodens zeigen. Je nach der Ionoge- nität des Polyelektrolyts beruhen die Wechselwirkungen ge- genüber den Feststoffteilchen auf der Bildung von Wasser- stoff-Brücken, wie dies bei den nichtionischen Polymeren der Fall ist oder auf elektrostatischen Wechselwirkungen und auf Ladungsaustausch und dadurch bedingte Entstabili- sierung der Partikeloberfläche : In diesem Sinne wirkend die anionischen (= negativ geladenen) und die kationischen (= positiv geladenen) Polyelektrolyte. Durch Entstabilisierung und Verknüpfung sehr vieler Einzelpartikel kommt es zur ir- reversiblen Agglomeration der Feinteilchen im Boden, was eine höhere Dichte und eine starke Reduzierung des Quell- vermögens des Bodens bewirkt. Die erfindungsgemäß verwende- ten Polyelektrolyte können somit auch als grenzflächenak- tive Substanzen bezeichnet werden.

Ausschlaggebend für die optimale Wirkung des Polyelektro- lyts sind die an der Partikeloberfläche wirksamen Poten- tiale. Sie sind sowohl von den Teilchen selbst als auch von den Umgebungsbedingungen abhängig, d. h. von der Ionenstärke des Wasser-Bodengemisches und den dadurch vorgegebenen Eigenschaften, wie pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit oder Härte. Durch relativ einfache Vorversuche wird der Fachmann das für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Polyelek- trolyt mit der entsprechenden Ionogenität ermitteln. Es hat sich aber gezeigt, dass etwa Polyacrylamid in den meisten Fällen geeignet ist und gute Eigenschaften hinsichtlich Bo- denverbesserung und-verfestigung zeigt. Das Polyelektrolyt wird hierbei mit einem bevorzugten Mengenanteil von 0.001 bis 1 Gew. -%, bezogen auf das Trockengewicht des Bodens, verwendet, wobei bei außergewöhnlichen Bodenbedingungen auch Mengenanteile außerhalb dieses Intervalls denkbar sind. Der Mengenanteil wird sich insbesondere an der Iono- genität des verwendeten Polyelektrolyts sowie am Fein- kornanteil des Bodens orientieren. Bei Verwendung von Po- lyacrylamid haben sich für die meisten Bodenbedingungen 0.01 Gew.-% als ausreichend erwiesen. Über die Verdünnung mit Wasser kann bei trockenem Boden eine evtl. erforder- liche Zugabe von Wasser dosiert werden.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird im Falle eines nassen und/oder salzigen und/oder-conreichen Bodens ein Styren-Acryl-Copolymer, etwa eine Acrylsäuredispersion, mittels Düngemittelstreuer, Kalkstreuer oder ähnlichem auf den zu behandelnden Bodenabschnitt aufgetragen. Im Fall eines trockenen, sandigen Bodens wird bevorzugt eine Bitumenemulsion mittels Balkensprüher, Hydroseeder oder ähnlichem aufgetragen. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass sich auch eine Mischung eines Styren-Acryl-Copolymers und einer Bitumenemulsion als vorteilhaft erweisen kann.

Die oberen Bodenschichten werden wiederum bis zu einer Tiefe von ungefähr 10 bis 40 cm mit dem aufgetragenen Copolymer bzw. der Bitumenemulsion durchmischt und mittels einer Walze oder einer anderen Verdichtungsvorrichtung verdichtet. Hierbei empfehlen sich als Polyelektrolyte auch Mischungen kationischer Tenside, die in trockener Form vorliegen können. Der Wassergehalt des Bodens sollte für dieses erfindungsgemäße Verfahren beim Proctor-Optimum oder geringfügig darüber liegen. Nach einem 50-% igen Rücktrocknen ist der Boden belastbar. Beim Mischanlagenverfahren wird der Boden in den Mischer eingebracht. Hierzu werden die oberen Bodenschichten vom zu behandelnden Bodenabschnitt abgetragen und zur Mischanlage transportiert. Im Mischer wird das Polyelektrolyt zugegeben und intensiv mit den Bodenanteilen vermischt bzw. homogeni- siert. Danach erfolgt entweder die Zugabe eines Styren- Acryl-Copolymers, etwa einer Acrylsäuredispersion, im Falle eines nassen und/oder salzigen und/oder tonreichen Bodens, oder einer Bitumenemulsion im Falle eines trockenen, sandi- gen Bodens. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass sich auch eine Mischung eines Styren-Acryl-Copolymers und einer Bitumenemulsion als vorteilhaft erweisen kann. Das homoge- nisierte Mischprodukt kann anschließend in der gewünschten und erforderlichen Schichtdicke ausgebracht und wie oben verdichtet werden. Durch dieses Verfahren können ebenso Mauersteine sowie Fertigteile nach dem Presseverfahren her- gestellt werden. Bei Straßen, Plätzen, Rollbahnen und wei- teren Befestigungen von Böden können als Verschleißschichte alle herkömmlichen Aufbauten verwendet werden. Die Homoge- nisierung stellt hierbei eine qualitativ höherwertige Trag- schicht sicher.

Die erfindungsgemäßen Verfahren bewirken somit eine irre- versible Gefügebeeinflussung der Bodenbestandteile aufgrund der Agglomeration der Feinteile und einer Veränderung der kapillaren Wasserführung durch das Aufbrechen des Haftwas- serfilmes an den kolloiden Bestandteilen. Damit geht eine Reduzierung des Quell-und Schrumpfungsvermögens einher, was für eine Stabilisierung des Bodens entscheidend ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren ist des weiteren eine bessere Verdichtbarkeit des Bodens zu beobachten, eine stark reduzierte Wasseraufnahme durch eine Veränderung der Kapillarität des Bodens sowie eine verringerte Wasserdurch- lässigkeit zu beobachten.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Aktivierung von im Gemenge oder Boden vorhandenen Bindungskräften durch Bei- gabe von zumindest einem oberflächenaktiven, hydrophob wir- kenden Additiv. Diese Bindung der einzelnen Substratteil- chen untereinander wird durch das Aufbrechen eines die Par- tikel umgebenden Haftwasserfilms bewirkt ; jedes der Parti- kel oder Teilchen ist von einem als Trennflüssigkeit wir- kenden Wasserfilm umgeben, der in der Folge eine Kohäsion der einzelnen Partikel nicht zulässt, so dass die Partikel nicht in der Lage sind, Haftungsbrücken aufzubauen.

Wird nun dieser Haftwasserfilm durch das Andocken des hydrophoben Additivs an den Partikeln abgerissen, werden die Partikeloberflächen bindungsaktiv und erfahren dadurch eine Affinität in der gegenseitigen Bindung. Setzt man das Gemenge unter Wasser in gesättigtem Zustand--also im sog.

Proktoroptimum--einem Druck aus, entsteht eine irrever- sible Agglomeration. Die bodeneigenen Bindungskräfte an den reaktiven Oberflächen beginnen zu wirken, und die Partikel verhaken sich ineinander.

Bei den zur Herstellung des Additivs notwendigen Reagenzien handelt es sich erfindungsgemäß vorzugsweise um ein auf die zu behandelnden Gemenge--beispielsweise Böden--abge- stimmte und optimierte Mischung von stark oberflächenakti- ven SuIV, tanen wie etwa alkyl-substituierte Amine mit Alkylresten der Kettenlänge von C16 bis C18 und quarternä- ren Ammoniumsalzen. Die aktive, stark polare Alkylgruppe "dockt"an der Oberfläche des typischen mineralischen Par- tikels des Bodens an, und die hydrophoben Ketten beeinflus- sen in positiver Weise die kritische Interaktion zwischen Wasser und den mineralischen Partikeln, welche zu einer ir- reversiblen Agglomeration führt. Der bei der Applikation zur Stabilisierung aufzubringende Druck sollte keinesfalls 1 N/mm2 unterschreiten, da ansonsten eine Agglomeration nicht gewährleistet zu werden vermag. Der aufgebrachte Pressdruck ist--neben der möglichst homogenen Mischung des Gemenges--im Proktoroptimum entscheidend.

Um diese boden-oder substrateigenen Bindekräfte zu akti- vieren, wird erfindungsgemäß ein Additiv eingesetzt, welches dem zu bindenden Substrat oder Gemenge--etwa einem Boden--in flüssiger Form zugeleitet wird. Die Wirk- stoffe werden dabei in feinster disperser Form durch Ver- sprühen von Wasser als Trägermedium dem Boden zugeführt.

Dies erfolgt vorzugsweise mit einem Sprayer, der gegebenen- falls auf einem Lastkraftwagen aufgebaut ist.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch das Andocken der akti- ven, stark polaren Amingruppe an den mineralischen Parti- keloberflächen ; die Amingruppe erzeugt eine starke Haftwir- kung an der Partikeloberfläche. Vorteilhafterweise beein- flussen die hydrophoben Ketten des Additivs die Interreak- tionen zwischen Wasser und den mineralischen Partikeln in der gewünschten Weise.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung wird das Gemenge einem intensiven Mischprozess unterzogen, und das addi- tivhaltige Gemenge wird unter Vibration und/oder Verdich- tung weitgehend irreversibel agglomeriert.

Vorteilhafterweise entsteht bei der Verarbeitung ein was- serabweisendes bw. wasserdichtes additivhaltiges Gemenge ; durch das Additiv wird das Gemenge gegen Auswaschung ge- schützt, und toxische Inhaltsstoffe werden immobilisiert.

Erfindungsgemäß wird das Additiv in einem vorzugsweise be- heizbaren Mischer unter Beigabe eines Mediums--insbeson- dere von Wasser--hergestellt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Stabilisators od. dgl. Additiv ist einem Reaktor mit Rühr- werk sowohl eine Leitung für Wasser als auch eine Leitung für liquide Substanzen zugeordnet ; ebenfalls ist eine Zu- leitung für Feststoffe aus einem Silo vorhanden. Vorteil- hafterweise wird dem Reaktor ein Gefäß für eine Dispersion mit Additiv nachgeordnet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung, diese zeigt in : Fig. 1 bis Fig. 3 : unterschiedliche Zuordnungen von Substratteilchen zueinander ; Fig. 4 : einen Verfahrensstammbaum zur Aktivie- rung unter Zugabe von Additiven ; Fig. 5 : eine Anlage zur Herstellung von Additi- ven.

Zur Bindung einzelner in Fig. 1 bis 3 skizzierter Substratteilchen oder Partikel 10 werden unter Beigabe von oberflächenaktiv wirkenden Additiven die im Boden vorhande- nen Bindungskräfte aktiviert. Dazu wird ein jene minerai- schen Partikel 10 umgebender Haftwasserfilm 12 aufgebro- chen ; jedes der Teilchen 10 ist von einem solchen--als Trennflüssigkeit wirkenden--Wasserfilm 12 umgeben, der eine Kohäsion der einzelnen Teilchen gemäß Fig. 1 nicht zulässt.

Durch das Andocken des erwähnten hydrophoben Additivs wird in Fig. 2 dieser Haftwasserfilm 12 abgerissen und die Par- tikeloberflächen werden bindungsaktiv, was zu einer Affini- tät und deshalb zu einer gegenseitigen Bindung führt. Setzt man das Gemenge unter Wasser in gesättigtem Zustand--also im sog. Proktoroptimum--einem Druck aus, erfolgt eine in Fig. 3 angedeutete irreversible Agglomeration. Die boden- eigenen Bindungskräfte an den reaktiven Oberflächen begin- nen zu wirken, und die Partikel 10 verhaken sich ineinan- der.

Im übrigen soll der Druck, der bei der Applikation zur Stabilisierung aufgebracht werden muss, 1 N/mm2 nicht unterschreiten, da ansonsten eine Agglomeration nicht ge- währleistet ist.

Um diese boden-oder substrateigenen Bindekräfte zu akti- vieren, wird das erwähnte Additiv eingesetzt, welches gemäß Fig. 4 in das zu bindende Substrat oder Gemenge in flüssi- ger Form eingearbeitet wird. Die Wirkstoffe werden dabei in feinster disperser Form durch Versprühen von Wasser als Trägermedium dem Boden zugeführt (Stufe 1 in Fig. 4).

In Schritt 2 wird der Boden anschließend einem intensiven Mischprozess unterzogen. Dafür eignen sich Asphaltfräsen, Scheibeneggen oder ähnliche Geräte oder Maschinen, die im konventionellen Straßenbau oder der Landwirtschaft Verwen- dung finden. Dabei ist es von entscheidender Bedeutung, dass eine möglichst homogene Verteilung der Additive er- folgt, um sicherzustellen, dass möglichst viele Bodenparti- kel 10 den zugeführten Substanzen ausgesetzt werden. Dieses Vorgehen wird als"Mixed in place"bezeichnet.

Das nun mit den Additiven durchsetzte Gemenge wird im Schritt 3 nach der Ausbringung und Verteilung--mittels eines Gräders oder Fertigers--durch eine Walze verdichtet (Schritt 4) oder einvibriert. Hierzu können sowohl Rad-, Vibro-als auch Plattenvibratoren oder Grabenstampfer ein- gesetzt werden.

Das Zuführen nach Ziffer 1, das Mischen (Ziffer 2) und das Verteilen (Ziffer 3) können mit geeigneten Maschinen auch in einem Arbeitsgang bewerkstelligt werden. Der dabei auf- gebrachte Druck bzw. die Vibration bestimmt weitgehend die Festigkeit des stabilisierten Bodens oder Gemenges.

Bei einer in Fig. 4 rechts dargestellten anderen Möglich- keit--"Mixed in plant"--wird unter Beigabe der Additive das zu behandelnde Gemenge in einem Mischer oder in einem ähnlichen Gerät gemischt (Schritt 5). Anschließend kann dieses Gemenge einem Kompaktierungsprozess (Schritt 6), beispielsweise in einer Presse oder bei einer Vibroverdich- tung, unterzogen werden. Das Ausbringen und die nachträg- liche Verdichtung durch einen Gräder und eine Walze kann auch nach vorgängiger Mischung des Gemenges im Mischer er- folgen.

Das stabilisierte Gemenge kann in relativ kurzer Zeit nach dem Trocknen auf etwa die Hälfte des Proktoroptimums voll belastet werden. Eine Abbindezeit wie etwa bei Zement oder Kalk, bei dem in der Regel mehrere Tage bis Wochen abgewar- tet werden müssen, ist nicht erforderlich.

Die zum Herstellen des Additivs erforderliche Anlage 20 ist in Fig. 5 dargestellt. Sie besteht im Wesentlichen aus einem--bevorzugt beheizbaren--Reaktor 22 mit Rührwerk 24, in dem die Substanzen in durch eine Zuleitung 26 fließendem Wasser A dispers verteilt werden. Bei einer Pro- zesstemperatur von zwischen 15°C und 45°C sowie einer Ver- weilzeit von 4 bis 18 Minuten werden die besten Resultate bezüglich der Dispergierung erreicht. Das Produkt kann so- wohl kontinuierlich im Durchlaufverfahren als auch diskon- tinuierlich--d. h. schub-oder batchweise--hergestellt werden.

Die Dosierung der liquiden Substanzen B erfolgt über eine in eine Leitung 26a integrierte Dosierpumpe 28 aus einem Fass oder einem Tank 30, die Dosierung der Feststoffe C über eine einem Silo 32 nachgeschaltete, in einem Rotor 34 befindliche Dosierschnecke 36 oder durch andere Zuführungs- arten aus dem Feststoffgebinde.

Nach dem Herstellen der das Additiv enthaltenden Dispersion D wird das Produkt in Gefäße 38 verbracht. Dann wird das fertige, für die Anwendung vorbereitete Produkt an den Be- stimmungsort transportiert, wo es unter den oben genannten Bedingungen verarbeitet werden kann.

Die Substanz, welche im Reaktor zu dem Additiv verarbeitet wird, besteht im Wesentlichen aus einerseits alkylsubsti- tuierenden Aminen mit Alkylresten als Additivgruppe B und andererseits quarternären Ammoniumsalzen als Additivgruppe C.

Die typischen Zusammensetzungen der Substanzen sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt, wobei der Wasseranteil nicht berücksichtigt ist, da dieser sich primär am Prokto- roptimum orientiert. Die Gehalte repräsentieren daher nur den Wirkstoffanteil, welcher sich aus der Summe der beiden Additivgruppen ergibt.

TABELLE 1 Additiv Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 B 0-18 % 18-47 % 47-82 % 82-100 % C 82-100 % 53-82 % 18-53 % 0-18 % Die Anwendung dieser Additive ist selbstverständlich nicht nur auf die oben erwähnten klassischen Anwendungen be- schränkt. So kann dieses Produkt auch als Abdichtung von Dämmen, Kanälen und anderen wasserführenden Strukturen ein- gesetzt werden.

Dabei kann das Additiv--wie oben beschrieben--appli- ziert, aber auch durch eine Injektion des additivhaltigen Gemenges mit anschließender Vibration oder Verdichtung in das Gemenge eingebracht werden.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist die Beigabe des Ad- ditivs bei der Herstellung von Porenbeton oder Betonfertig- teilen bzw. Stahlbeton, welcher auch in Schalungen appli- ziert wird, wodurch die Präsenz der Additive eine gegen Wasser dichte Struktur entsteht.

Es hat sich gezeigt, dass neben den oben aufgeführten bau- technischen Anwendungen in der Stabilisierung und Verfesti- gung auch eine Immobilisierung von kontaminierten Gemengen -- wie zum Beispiel von durch Schwermetallen belastete Stäube, Böden usw. --erfolgen kann. In diesem Falle bewir- ken die Additive eine Versiegelung des Gemenges. Das Ein- dringen von Wasser in das behandelte Gemenge, welches zu Auswaschungen der Schadstoffe führen kann, wird unterbun- den.

Eine weitere Applikation ist die Anwendung im Bereich der Feuerfestmaterialien. Bei denen wird ein Füllstoff wie etwa Schamottstrukturen, meist mit hydraulischen Bindemitteln wie Kalziumaluminat, Feuerfestzement usw. --aber auch durch organische Bindemittel--gebunden. Der Matrixaufbau durch dieses Bindemittel ist anfällig auf Druck-und Schlagbelastung unter hohen Temperaturen. Durch das direkte Verhaken der Feuerfestmaterialien, welches durch die Anwen- dung der Additive erreicht wird, kann dieser Schwachpunkt bei den Feuerfestanwendungen signifikant reduziert werden.

Die Feuerbeständigkeit und Festigkeit hängt nun nicht mehr von der thermischen Beständigkeit des Binders ab, sondern von den Feuerfestkomponenten, welche in der Regel eine bes- sere Beständigkeit und Festigkeit aufweisen.

Die für diese unterschiedlichen Applikationen angewendeten Mengen der Additive sind nachfolgend aufgeführt.

TABELLE 2 Anwendung Boden-Abdichtung/Porenbeton Stabili- Stabilisierung Immobilisierung und Ele-tion von mente Feuer- festma- terial Typ 1, 2,3, 4* 1, 2* 1, 2,3* 2,3, 4* Konzen-0.01-0. 5 % 0.02-1, 0 % 0.01-0. 8 % 0.1-0. 5 % tration *Bezifferung der Schritte in Fig. 4 Die der Tabelle 2 entnehmbaren Anwendungen zeigen die für die unterschiedlichen Applikationen notwendigen Konzentra- tionen der beiden Additivgruppen aus der Tabelle 1 auf.

Dabei ist der notwendige Wassergehalt nicht berücksichtigt.

Der Wasseranteil orientiert sich im Proktoroptimum.