DE2702787C3

DE2702787C3 - Verfahren zum Abdichten einer oberflächennahen Bodenschicht gegen Eindringen von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2702787C3
Application number: DE19772702787
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Dipl.- Geologe 4000 Duesseldorf Siedek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-01-24
Filing date: 1977-01-24
Publication date: 1981-01-29
Also published as: DE2702787A1; DE2702787B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten einer oberflächennahen Bodenschicht gegen Eindringen von Flüssigkeiten, vorzugsweise Wasser, durch Einarbeiten eines Aikaüsiiikats in den Boden.

Um die Wasserdurchlässigkeit eines Bodens, z. B. eines Lehmes, zu verringern, ist es bekannt, das natürliche Gefüge des Lehms durch Pflügen oder Fräsen zu stören und anschließend den Boden mechanisch zu verdichten. Hierdurch wird eine höhere Lagerungsdichte und ein kleineres Porenvolumen erzielt Eine hohe Wasserundurchlässigkeit ist dadurch aber nicht erreichbar.

Im Straßenbau ist es zur Verfestigung von Böden bekannt, auf einen weichen Lehmboden Kalk oder Zement aufzustreuen, das aufgestreute Material danach unterzupflügen und den Boden zu verdichten. Eine derart verfestigte Lehmschicht bildet leicht Risse, die J5 zwar für die Festigkeit von geringem Nachteil sind, aber eine bleibende Wasserundurchlässigkeit nicht gewährleisten.

Schließlich ist es auch bekannt, eine Alkalisilikatlö sung zur Abdichtung von Böden zu verwenden (»Die Bautechnik«, 1954). Das Einbringen einer derartigen Lösung in einen erdfeuchten Boden, z. B. Lehm, führt zu einer starken Aufweichung des Bodens, so daß er sich nicht mehr verdichten läßt. Darüber hinaus ist dieses bekannte Verfahren unwirtschaftlich, da große Mengen Alkalisilikatlösung und erhebliche technische Apparaturen erforderlich sind.

Ferner ist es bekannt, mehrere Chemikalien zu verwenden (US-PS 32 88 040) oder auf eine mit Alkalisilikaten oder anderen Bindemitteln behandelte ίο und mechanisch verfestigte Bodenschicht zusätzlich eine Dichtungsschicht aus einem wasserunlöslichen Polymer aufzubringen (US-PS 37 36 758). Auch diese Verfahren sind aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein sicheres, einfaches und preiswertes Verfahren zur Verringerung der Durchlässigkeit von Böden zu schaffen, für das nur geringe Chemikalienmengen erforderlich sind, bei dem der Boden nicht aufgenommen und wieder verteilt werden muß und bei dem die mechanische Verdichtung ho ohne Schwierigkeiten erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäü dadurch gelöst, daß das Alkalisilikat bei feinstkörnigcn oder schluffigen, mlfcuchten Böden in Pulverform angewendet wird.

Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße ··"' Verfahren bei bindigen Böden anwendbar. Unter bindigen Böden werden insbesondere Böden mil mehr als I V/n Schluffanlcil verstanden. Wird das Verfahren bei nichtbindigen Böden angewendet, so ist von Vorteil, wenn der Schiuffanteil größer als 5% ist und eine große Ungleichkörnigkeit besteht

Das Aikaiisiiikatpuiver wird durch das im Boden befindliche Wasser aufgelöst und durch im Boden befindliche Mineralien (z. B. Kalk) zur Gelbildung angeregt Diese Gele sind wasserunlöslich und füllen die Poren des Bodens aus. Schon bei sehr geringen Mengen Alkalisilikatpulver wird ein hoher Dichtigkeitsgrad erreicht

Neben dem pulverförmigen Wasserglas brauchen dem Boden keine weiteren Zusätze beigegeben werden. Das Einbringen des Alkalisilikatpulvers führt nicht zu einer Erweichung des Bodens, so daß dieser maschinell leicht bearbeitbar ist und auch die Bearbeitung von geneigten Flächen, wie z. B. Böschungen und Hänge, zuläßt. Im Boden befindliche Schadstoffe werden durch das Wasserglas gebunden und können nicht mehr ausgeschwemmt werden.

Aufgrund dessen, daß der Feuchtigkeitsgehalt des Bodens oder des Schüttguts durch das Einbringen des Alkalisilikatpulvers nicht erhöht wird, ist die mechanische Verdichtung besonders effektiv.

Ein mechanisches Verdichten mit Walzen, Vibrationswalzen, Rütteiplatten oder durch Stampfen, erzeugt eine Wasserbewegung innerhalb des Bodens, wobei das Porenwasser zu den Pulverkörnern geführt wird. Darüber hinaus kommt es zu einer engen Anlagerung der Pulverbestandteile an den Boden.

Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß ein Alkalisilikat mit einem Gewichtsverhältnis SiO?: Na2Ü bzw. K2O von 2 : 1 bis 4 :1 verwendet wird.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß dem Boden 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Alkalisilikatpulver zugesetzt werden.

Zweckmäßig erfolgt das Einarbeiten in bekannter Weise durch Fräsen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde im Labor bei einem Lößlehm, einem gering feinsandigen Mitteibis Grobschluff, angewendet, der einen Feinstkornanteil von 10 bis 12 Gew.-% besaß. Der Kalkgehalt betrug 3 bis 5%, der natürliche Wassergehalt i. M. 20% und das Porenvolumen 38%.

Dem Lehm winden nur (),i bis 0,Wo eine. Natriiim-Silikatpulvers (8 3% SiO?. 15% Na;O) zugegeben. Die Durchlässigkeit des I.ehm-Wasserglaspulvorgcmisches winde an Proben untersucht, die mit einer einfachen Proctordichteri /wischen 95 und 100% In ^ verschiedenen Wassergehalten eingebaut wurden. Da bei ergaben sich folgende Durchlässigkeiten:

Zugabe

Diirchlässigkeitsbeiwert
If in

(m/sec)

ohne Zusatz

0,1 Gew.-% Natrium-Silikatpulver
0,2 Gew.-% Natrium-Silikatpulver
0,3 Gew.-% Natrium-Silikatpulver

5.2 · ΙΟ"⁹ bis 3,6 · IO~¹⁰

7.3 · 10"" bis 1,3 · 10"¹⁰

7,2 · 10"¹⁰bis 1,3 · 10"'°

2,0 ■ 10"⁹ bis 1,8 · 10"'°

Die Ergebnisse zeigen, daß durch die Zugabe eines Natrium-Silikatpulvers eine deutliche Verringerung der Durchlässigkeit erreicht wird. Die Durchlässigkeit ist um so geringer, je höher der Wassergehalt ist, d. h. je weiter der Wasee/gehalt der Probe entfernt vom Optimum auf dem nassen (rechten) Ast der Proctorkurve liegt Die weist darauf hin, daß die Dichte bei diesem Verfahren allein kein ausreichendes Kriterium zum Erreichen einer geringen Durchlässigkeit ist, sondern daß der Einbauwassergehalt möglichst hoch sein sollte, selbst wenn durch Verdichten nur 35 bis 99% der Proctordichte erreicht werden; der höhere Wassergehalt ist zur Aktivierung des Natrium-Silikatpulvers erforderlich. Der natürliche Wassergehalt von Lehmen liegt im allgemeinen gering höher als der günstigste Einbau wassergehalv.

Die Versuche zeigen ferner, daß bei liner Zugabe von 0,2 Gew.-% und 0,3 Gew.-% Natrium-Silikatpulver der W-Wert die geringsten Durchlässigkeiten im Bereich von JW=I · 10-'° bis ; · 10-' m/sec ermittelt wurden. Eine höhere Zugabe ergibt keine weitere Verringerung der Durchlässigkeit.

Zur Überprüfung der im Laboratorium ermittelten Durchlässigkeitswerte wurden im Feldversuch bei einem Lehmboden, der dem obengenannten Lößlehm entsprach, drei Testfelder für eine Zugabe von Natrium-Silikatpulver von 0,1, 0,2 und 0,3 Gew % angelegt Das Durchfräsen des Lehmes, Einmischen des Pulvers in 2 bis 3 Arbeitsgängen und das Verdichten des verbesserten Lehmes erfolgte wie im Straßenbau bei einer Bodenverfestigung mit Kalk. Es wurden die obersten 30 cm des Lehmbodens behandelt. Die behandelte Schicht sollte nicht wesentlich dünner als 20 cm sein.

Nach Fertigstellung wurden aus den Testfeldern mit Alisstechzylindern ungestörte Bodenproben rasterförmig entnommen.

Die Ergebnisse der Versuche zeigen, daß bei Wassergehalten von 10 bis 15% und einer Zugabe von 0,1 Gew.-% Natrium-Silikatpulver der Kf-Wert im Bereich von 1,5 · ΙΟ-⁹ bis 3 ■ 10-⁸, i. M. bei

6 · ΙΟ-⁹ m/sec liegt

Die Versuche mit Zugaben von 0,2 bzw. 0,3 Gew-% Pulver und einem höheren Wassergehalt (W>\5%) zeigen eine deutliche Verringerung der Durchlässigkeiten auf KZ-Werte von 3 · 10-'° bis 3,5 · 10-», i. M.

7 ■ 10-'° m/sec. Der geringste Kf-Wen dieser Versuchsreihe (40 Proben) liegt bei Kf= 3 · ΙΟ-' m/sec.

Um die mit Silikatpulver behandelte Schicht den Witterungseinflüssen zu entziehen, kann über sie eine Schutzschicht, insbesondere aus Lehm oder Sand, gelegt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abdichten einer oberflächennahen Bodenschicht gegen Flüssigkeiten, vorzugsweise Wasser, durch Einarbeiten eines Alkalisilikats in den Boden und anschließendes mechanisches Verdichten, gekennzeichnet durch die Anwendung eines pulverförmigen Alkalisilikats bei feinstkörnigen oder schluffigen, erdfeuchten Böden,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alkalisilikat mit einem Gewichts verhältnis SiO₂: Na₃O bzw. K₂O von 2 :1 bis 4 :1 verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Boden 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Alkalisilikatpulver zugesetzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einarbeiten durch Fräsen erfolgt.