| FGSV-Nr. | FGSV C 11 |
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| Ort | Münster |
| Datum | 09.03.2010 |
| Titel | Erdbautechnische Eignung von Böden mit Fremdbestandteilen und von Bauschutt |
| Autoren | Dipl.-Ing. Tobias Baumgärtel |
| Kategorien | Erd- und Grundbau |
| Einleitung | Die Verwendung von Böden mit Fremdbestandteilen, Bauschutt bzw. RC-Baustoffen und industriell hergestellten Gesteinskörnungen gewinnt im Erdbau an Bedeutung. Jedoch sind zur Beurteilung der erdbautechnischen und bodenmechanischen Eigenschaften der genannten Erdbaustoffe verschiedene technische Fragen bisher nicht ausreichend geklärt. Mit dem Ziel der Klärung der grundlegenden erdbautechnischen Eignung und Klassifikation dieser Erdbaustoffe wurde am Zentrum Geotechnik der TU München ein Forschungsvorhaben durchgeführt. Die Untersuchungen erfolgten vor den Hintergrund, dass die dauerhafte Gebrauchstauglichkeit von Erdbauwerken von der ausreichenden Verwitterungsbeständigkeit der eingesetzten Baustoffe sowie deren ausreichender Verdichtbarkeit und Tragfähigkeit abhängt. Zur Beurteilung der Verwitterungsbeständigkeit von Fremdbestandteilen sowie von industriell hergestellten Gesteinskörnungen wurde ein auf dem Siebtrommelversuch basierendes Auswerteschema entwickelt. Untersuchungen zu Verdichtungseigenschaften und Tragfähigkeit von Böden mit Fremdbestandteilen zeigten, dass bei grob- und gemischtkörnigen (Feinkornanteil ≤ 15 M.-%) Böden mit hohen Anteilen an Fremdbestandteilen die Ergebnisse maßgeblich von den Eigenschaften der Fremdbestandteile bestimmt werden. So sind die Eigenschaften entsprechender Böden mit Fremdbestandteilen nicht immer mit denen natürlicher Böden vergleichbar. Fremdbestandteile in fein- und gemischtkörnigen (Feinkornanteil > 15 M.-%) Böden verschlechtern die geotechnischen Eigenschaften nicht und bewirken bei steigenden Anteilen eine mechanische Bodenverbesserung. |
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| Volltext | Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.1 ThematikAus wirtschaftlichen und umweltbezogenen Gründen (Beendigung der Deponierung von Abfällen, Reduzierung der Verfüllmöglichkeiten, Bevorzugung einer Verwertung) gewinnen Recycling-Baustoffe, industriell hergestellte Gesteinskörnungen, Böden mit Fremdbestandteilen und Bauschutt als Baustoffe im Erdbau an Bedeutung. Mit Einführung der ZTV E-StB 09 [8] sowie den TL BuB E-StB 09 [4] wurde die Verwendung entsprechender Erdbaustoffe für den Einsatz im Straßenbau erstmals geregelt. Da für die Beurteilung der erdbautechnischen und bodenmechanischen Eigenschaften der genannten Baustoffe verschiedene technische Fragen bisher nicht geklärt waren, wurden parallel zur Überarbeitung der ZTV E-StB 09 [8] bzw. der Erstellung der TL BuB E-StB 09 [4] grundlegende Untersuchungen zur erdbautechnischen Eignung und Klassifikation dieser Erdbaustoffe erforderlich. Im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung wurde am Zentrum Geotechnik der TU München in 2007 und 2008 eine Forschungsarbeit [1] zur Untersuchung der erdbautechnischen Eignung und Klassifikation von Fremdbestandteilen und von Bauschutt durchgeführt. Ziel war die Verwendung dieser Erdbaustoffe als Alternative zum Baustoff Boden bei der Erstellung von Erdbauwerken in technischer Hinsicht zu beurteilen und festzulegen, welche eventuell besonderen technischen Anforderungen an sie zu stellen sind. In die Untersuchungen wurden exemplarisch auch industriell hergestellte Gesteinskörnungen einbezogen, da diese sowohl separat im Erdbau Verwendung finden können als auch als Fremdbestandteile in Böden auftreten. Für die Forschungsarbeit wesentlich war die thematische Trennung von erdbautechnischen und umwelttechnischen Anforderungen. So wurden nur Stoffe betrachtet, deren Einsatz aus umwelttechnischen Gesichtspunkten zulässig ist bzw. deren diesbezügliche Eignung erwartet werden kann. 2 Böden und Baustoffe im Erdbau des Straßenbaus2.1 Straßenbautechnisches RegelwerkAls Erdbaustoffe für den Einsatz im Straßenbau können nach den ZTV E-StB 09 [8]
verwendet werden. Für spezielle Anwendungen können auch Leichtbaustoffe zum Einsatz kommen. Für die Untersuchungen zur erdbautechnischen Eignung von Böden mit Fremdbestandteilen und von Bauschutt waren insbesondere die Vorgaben und Regelungen der TL BuB E-StB 09 [4] relevant. Die TL BuB E-StB 09 [4] gelten für die Lieferung von aufbereiteten Böden und Baustoffen, die zur Herstellung von Erdbauwerken nach den ZTV E-StB 09 [8] eingesetzt werden können. Dabei handelt es sich um:
2.2 Boden mit Fremdbestandteilen und rezyklierte Baustoffe2.2.1 BegriffeDie im Rahmen des Forschungsvorhabens durchgeführten Untersuchungen erfolgten im Wesentlichen an Böden mit Fremdbestandteilen und rezyklierten Baustoffen. Der Baustoff Boden mit Fremdbestandteilen ist mit der Einführung der TL BuB E-StB 09 [4] für den Erdbau des Straßenbaus erstmals definiert worden. Er beschreibt ein Gemisch aus Boden und Fremdbestandteilen. Der darin enthaltene Boden kann sowohl natürlich gewachsenes, aber auch bereits verwendetes Erd- oder Felsmaterial, sein. Fremdbestandteile sind Stoffe mineralischen Ursprungs, wie z. B. hydraulisch gebundene sowie bitumenhaltige Stoffe oder Produktionsrückstände. Zu den rezyklierten Baustoffen zählen unter anderem RC-Baustoffe, rezyklierte Gesteinskörnungen und RC-Gemische. Die Abgrenzung zwischen Boden, Boden mit Fremdbestandteilen und rezyklierten Baustoffen erfolgt nach der Definition der TL BuB E-StB 09 [4] anhand der Anteile der enthaltenen Fremdbestandteile. Nach den TL BuB E-StB 09 [4] darf der Baustoff Boden ≤≤ 10 Vol.-% Fremdbestandteile aufweisen. Liegt der Anteil an Fremdbestandteil > 10 Vol.-% und < 50 M.-% handelt es sich um einen Boden mit Fremdbestandteilen. Steigt der Anteil der Fremdbestandteile im Boden auf ≥ 50 M.-% handelt es sich nach den TL BuB E-StB 09 [4] um einen rezyklierten Baustoff. Die beschriebenen Abgrenzungen zwischen den Baustoffen sind im Bild 1 zusammengefasst dargestellt. Bild 1: Abgrenzung Boden, Boden mit Fremdbestandteilen und rezyklierte Baustoffe nach den TL BuB E-StB 09 [4] Je nach Herkunft und Entstehung von Böden mit Fremdbestandteilen und rezyklierten Baustoffen können diese auch Fremdstoffe wie Holz, Gummi, Kunststoffe und Textilien enthalten. Fremdstoffe weisen in der Regel eine geringere Steifigkeit, Tragfähigkeit und Dichte als natürliche Böden und Fremdbestandteile auf. Zudem verwittern bzw. verrotten Produkte wie Holz oder Textilien schneller. Nicht zuletzt können Fremdstoffe visuell leicht wahrgenommen werden und wirken schon optisch als Fremdkörper in einem Erdbauwerk. In den TL BuB E-StB 09 [4] ist der zulässige Anteil an Fremdstoffen in Böden mit Fremdbestandteilen und rezyklierten Baustoffen auf ≤ 0,2 M-% beschränkt. 2.2.2 Aufkommen und ZusammensetzungGewöhnlich fallen mit Fremdbestandteilen versetzte Böden als Bodenaushub bei Bautätigkeiten in ehemals bebauten oder rekultivierten Gebieten an. Als typische Beispiele sind innerstädtischer Bodenaushub oder der Rückbau künstlicher Verfüllungen zu nennen (siehe Bild 2). Bild 2: Boden mit Fremdbestandteilen bei einem innerstädtischer Baugrubenaushub im Bereich einer Verfüllung Besonders in Großstadtgebieten finden sich seit dem 2. Weltkrieg vielfach flächig weit verbreitete Auffüllungen. In diesen Auffüllungen können dann auch Brandschuttreste, Schlacken und Aschen vorkommen. Weiterhin können Böden mit Fremdbestandteilen auch gezielt hergestellt werden, z. B. im Rahmen einer mechanischen Bodenverbesserung feinkörniger Böden mit grobkörnigen RC-Baustoffen (siehe [2]). Auch Produktionsrückstände aus der Bauschuttaufbereitung, z. B. Vorabsiebmaterialien, können in Abhängigkeit der Anteile an Fremdbestandteilen zur der Stoffgruppe der Böden mit Fremdbestandteilen zählen. Die Menge der in Deutschland bei Bautätigkeiten jährlich anfallenden Böden mit Fremdbestandteilen sowie deren Zusammensetzung kann nicht quantifiziert werden. Da Böden mit Fremdbestandteilen in statistischen Erhebungen bisher nicht als separate Stoffgruppe geführt wurden und in der Vergangenheit bei der statistischen Erfassung von Bodenaushub in der Regel dem Bauschutt zugwiesen wurde, kann nach [1] nur schätzungsweise davon ausgegangen werden, dass bis zu 30 % der als Bauschutt deklarierten Bauabfälle den Böden mit Fremdbestandteilen zugerechnet werden müssten. Auch über die Zusammensetzung der in Böden enthaltenen Fremdbestandteile liegen keine gesicherten Angaben vor. Nachfragen bei verschiedenen Firmen der Recyclingbranche bzw. Abnehmer von Abbruchabfällen und dem Verband Baustoff Recycling Bayern ergaben, dass als maßgebliche Fremdbestandteile
in Böden zu erwarten sind. Aber detaillierte Angaben zur mengenmäßigen Zusammensetzung sind nicht verfügbar, da die Zusammensetzungen kleinräumig sehr stark streuen können und bei wesentlichen Mengen an Fremdbestandteilen diese Böden bisher als Bauschutt deklariert und dementsprechend weiter behandelt wurden. Zu den rezyklierten Baustoffen für den Einsatz im Erdbau zählen zunächst Böden mit Anteilen an Fremdbestandteile ≥ 50 M.-%. Der Anfall und die Zusammensetzung entsprechender Baustoffe sind vergleichbar mit den Böden mit Fremdbestandteilen nach den TL BuB E-StB 09 [4]. Der überwiegende Anteil der rezyklierten Baustoffe stammt aus der Bauschuttaufbereitung. Die Zusammensetzung von rezyklierten Baustoffen, die aus der Bauschuttaufbereitung hervorgehen, variiert in Abhängigkeit des abgebrochenen Bauwerks und vom Abbruchverfahren. Die für den Einsatz im Erdbau des Straßenbaus relevanten mineralischen Bestandteile in rezyklierten Baustoffen sind im Wesentlichen
Die in den TL BuB E-StB 09 [4] an rezyklierte Baustoffe gestellten Anforderungen beschränken sich auf die Bestimmung der Plastizität, Korngrößenverteilung, Wassergehalt und stofflichen Zusammensetzung. Weiterhin ist der Anteil an Ausbauasphalt auf 10 M.-%, der von Fremdstoffen auf 0,2 M.-% beschränkt. Daher kommen für den Einsatz im Erdbau des Straßenbaus insbesondere auch rezyklierte Baustoffe in Frage, die die hohen Anforderungen der TL Gestein StB 04 [5], z. B. zur mechanischen Festigkeit nicht erfüllen und im Oberbau des Straßenbaus nicht verwendet werden können. 3 Untersuchungen zur erdbautechnischen Eignung
3.1 KonzeptDie Untersuchungen zur erdbautechnischen Eignung von Böden mit Fremdbestandteilen und von rezyklierten Baustoffen bzw. Bauschutt in [1] gliederten sich in zwei Phasen. Zunächst wurden labortechnische Untersuchungen und Klassifikationen zur Beurteilung der Verwitterungsbeständigkeit an maßgeblichen Fremdbestandteilen und industriell hergestellten Gesteinskörnungen durchgeführt. Dieses Vorgehen beruhte auf dem Ansatz, dass sich die Dauerhaftigkeit von Bauwerken aus Böden mit Fremdbestandteilen, rezyklierten Baustoffen aber auch industriell hergestellten Gesteinskörnungen gegenüber dem Zustand nach der Errichtung insbesondere dann nachteilig verändern kann, wenn enthaltene Fremdbestandteile bzw. industriell hergestellte Gesteinskörnungen bei mechanischen und hydraulischen Beanspruchungen nicht dauerhaft fest sind. Als Analogiemodell diente das Verhalten der veränderlich festen Gesteine. Zur Beurteilung der Dauerhaftigkeit wurde auf klassifizierende Versuche aus dem Fachgebiet der Boden- und Felsmechanik zurückgegriffen. Als geeigneter Laborversuch zum Erkennen und zur Beurteilung einer veränderlichen Festigkeit ist der Siebtrommelversuch nach den TP BF-StB Teil C 20 [6] etabliert. Danach wurden die erdbautechnischen Eigenschaften von Böden mit Fremdbestandteilen, die im Labor gezielt aus natürlichen Böden und maßgeblichen Fremdbestandteilen hergestellt wurden, sowie von Vorabsiebmaterialien aus der Bauschuttaufbereitung untersucht. Das Untersuchungskonzept beinhaltete die Bestimmung der Korngrößenverteilungen, Proctorversuche, Bestimmung der Kornzertrümmerung infolge Verdichtung mit Proctorenergie, CBR-Versuche zur Beurteilung der Tragfähigkeit sowie exemplarische Triaxialversuche. Ergänzend wurden Frost-Hebeversuche an einem Vorabsiebmaterial aus der Bauschuttaufbereitung durchgeführt, um zu beurteilen inwieweit die Einteilung von Böden in die Frostempfindlichkeitsklassen nach den ZTV E-StB auch für diese Materialien zutreffend ist. 3.2 Klassifikation der Verwitterungsbeständigkeit3.2.1 VersuchsergebnisseDie klassifizierenden Versuche zur Verwitterungsbeständigkeit wurden an folgenden Fremdbestandteilen und industriell hergestellten Gesteinskörnungen durchgeführt:
Die zunächst durchgeführten Wasserlagerungsversuche nach DIN 4022 sowie Trocken-Nass-Wechsel mit anschließender Ermittlung der Korngrößenverteilung führten zu keiner nennenswerten Veränderung und sind demnach für eine Klassifizierung der Dauerhaftigkeit von Fremdbestandteilen nicht geeignet. Eine vergleichende Beurteilung der Fremdbestandteile und der industriell hergestellten Gesteinskörnungen hinsichtlich ihrer Beständigkeit gegen mechanische Einwirkungen sowie Wassergehalts- und Temperaturänderungen konnte erst mit Siebtrommelversuchen nach den TP BF-StB Teil C 20 [6] erreicht werden. Die TP BF-StB Teil C 20 [6] sieht das Beurteilungsschema in Tabelle 1 vor. In der Regel werden sechs Versuchszyklen durchgeführt, zur Beurteilung der Zerfallsbeständigkeit wird der Zerfallsbeständigkeitsindex Id2 nach dem zweiten Zyklus herangezogen. Tabelle 1: Zerfallsbeständigkeit – Beurteilung nach den TP BF-StB Teil C 20 [6] In den durchgeführten Untersuchungen konnten die nach den TP BF-StB Teil C 20 [6] vorgegebenen Versuchsrandbedingungen zur zu untersuchenden Probenanzahl und deren Gewicht nur zum Teil eingehalten werden. Nach den Vorgaben in der TP BF-StB Teil C 20 [6] sind 10 Einzelproben à 40 g bis 60 g zu untersuchen. Erfahrungsgemäß haben entsprechende natürliche Gesteine Korndurchmesser von ca. 40 mm bis 50 mm. Insbesondere die mechanisch aufbereiteten Fremdbestandteile wiesen deutlich geringere Abmessungen der Einzelaggregate auf, z. B. RC-Baustoff 0/32, Ziegelgranulat 4/16, Asphaltgranulat 8/22. Weiterhin variieren die Dichten der Fremdbestandteile stark. Wodurch insbesondere bei Putzen, Mörtel und Porenbeton die nach den TP BF-StB Teil C 20 [6] zu untersuchende Gesamtmasse (450 g bis 550 g) nicht eingehalten werden konnte. Folglich war es für die Untersuchungen im Siebtrommelversuch teilweise erforderlich, folgende Annahmen und Anpassungen bezüglich der Zusammensetzung der zu untersuchenden Proben vorzunehmen:
Im Bild 3 sind die Ergebnisse der Siebtrommelversuche an den untersuchten Fremdbestandteilen grafisch zusammengestellt. Die Grafik verdeutlicht, dass die meisten Fremdbestandteile beim nach den TP BF-StB Teil C 20 [6] vorgesehenen Zerfallsbeständigkeitsindex Id2 (2. Zyklus) eine zumindest hohe Zerfallsbeständigkeit aufwiesen. Mit zunehmender Versuchsdauer wurden die Unterschiede im Zerfallsverhalten einzelner Fremdbestandteile deutlicher erkennbar. Bild 3: Ergebnisse von Siebtrommelversuchen an verschiedenen Fremdbestandteilen, Grafik aus [1] Die ergänzend durchgeführten Fotodokumentationen zu Versuchsbeginn sowie zu Versuchsende zeigten zudem, dass die alleinige Beurteilung der Fremdbestandteile anhand der Zerfallsindizes nicht ausreichend war. So wurde das Asphaltgranulat anhand des Id2 zwar als zerfallsresistent beurteilt, jedoch war nach dem 6. Zyklus visuell ein teilweiser Zerfall der untersuchten Probe festzustellen. Aufgrund einer teils ungenügenden Bindung der Asphaltgranulatstücke zerfielen diese in ihre Einzelbestandteile. Da diese Asphaltzuschlagstoffe überwiegend aus Kieskorn > 2 mm bestanden, die Mantelfläche der Siebtrommel aber aus einem 2 mm Drahtsieb besteht, wurde dieser Zerfall bei der standardisierten Versuchsauswertung nicht erkannt. In Folge dieser Beobachtung konnte das Asphaltgranulat aber nicht weiter als zerfallsresistent bezeichnet werden. Ein ähnliches Phänomen wurde auch bei den Proben, die Anteile an Mörtel und Putz enthielten festgestellt. So ist bei der Untersuchung von Fremdbestandteilen mit dem Siebtrommelversuch zu beachten, dass die die Fremdbestandteile bildenden Zuschlagstoffe häufig Korngrößen > 2 mm aufweisen und diese Zuschlagstoffe aus verwitterungsresistenten Materialien bestehen. Weisen entsprechende Fremdbestandteile eine geringe Kornbindung auf, wird diese im Siebtrommelversuch zwar aufgedeckt aber anhand der Zerfallsindizes eventuell nicht erkannt. So kann eine Beurteilung der Zerfallsbeständigkeit von Fremdbestandteilen im Siebtrommelversuch nur durch Einbeziehung einer Fotodokumentation zuverlässig erfolgen. 3.2.2 FolgerungenDie Versuchstechnik des Siebtrommelversuchs ist prinzipiell auch zur Untersuchung von Fremdbestandteilen und industriell hergestellten Gesteinskörnungen geeignet ist. Für eine erdbautechnische Klassifizierung ist aber eine ausschließliche Versuchsauswertung nach den Vorgaben der TP BF-StB Teil C 20 [6] nicht ausreichend, da die eintretenden Veränderungen (Kornbruch, Zerfall in Zuschlagstoffe) nicht immer ausreichend erfasst würden und Fehlbeurteilungen möglich sind. Zur weiteren Differenzierung wurden Versuchsergebnisse herangezogen, die bei einer Versuchsdurchführung nach den TP BF-StB Teil C 20 [6] zwar erfasst aber bisher nicht strukturiert ausgewertet werden. So wurden in [1] der „Abriebwider-stand DId2-6“ sowie die „Kornbindung“ neu definiert. Siebtrommelversuche an Fremdbestandteilen und industriell hergestellten Gesteinskörnungen sollten nach den Ergebnissen der Forschungsarbeit [1] wie folgt ausgewertet werden:
3.2.3 Auswerteschema und BeurteilungWendet man die differenzierte Auswertung der Siebtrommelversuche auf die untersuchten Fremdbestandteile und industriell hergestellten Gesteinskörnungen an, lassen sich diese anhand des in der Tabelle 4 angegebenen Auswerteschemas in 5 Veränderlichkeitsgruppen einteilen. Dabei ist zu beachten, dass die neben dem Zerfallsbeständigkeitsindex zur Bewertung herangezogenen Materialeigenschaften Abriebwiderstand und Kornbindung die Eindeutigkeit der Versuchsergebnisse verbessern und bei alleiniger Betrachtung des Zerfallsbeständigkeitsindex Id2 eventuell mögliche Fehleinschätzungen vermeiden sollen. Der Zerfallsbeständigkeitsindex Id2 ist aber als das maßgebende Versuchsergebnis zu betrachten. Tabelle 4: Veränderlichkeitsgruppen – Erweiterte Auswertung des Siebtrommelversuchs nach [1] Für die Beurteilung von Fremdbestandteilen und industriell hergestellten Gesteinskörnungen folgt aus der Einteilung in die 5 Veränderlichkeitsgruppen folgende Beurteilung der Verwitterungsbeständigkeit:
3.3 Verdichtungseigenschaften und Tragfähigkeit3.3.1 KonzeptionZur Untersuchung der Verdichtungseigenschaften und der Tragfähigkeit von Böden mit Fremdbestandteilen wurden Versuche an Gemischen aus natürlichen mineralischen Böden sowie repräsentativen Fremdbestandteilen und industriell hergestellten Gesteinskörnungen durchgeführt. Ziel war eine vergleichende Betrachtung der erdbautechnischen Eigenschaften natürlicher Böden mit denen von Böden mit Fremdbestandteilen in vergleichbaren Bodengruppen. Hierzu wurden Proctorversuche und CBR-Versuche durchgeführt. Die Charakteristik und Bandbreite der in Proctorversuchen an natürlichen Böden üblicherweise ermittelten Verdichtungseigenschaften sind für unterschiedliche Bodengruppen im Bild 4 (links) dargestellt. Ebenso ist die Charakteristik der Ergebnisse von CBR-Versuchen an natürlichen Böden in Abhängigkeit der Bodenart sowie des Einbauzustandes bekannt (siehe Bild 4, rechts). Für die Versuche wurden natürliche Böden und Fremdbestandteile in Anteilen zu 50 M.-% gemischt. Die so für die Laborversuche hergestellten Böden mit Fremdbestandteilen liegen nach den TL BuB E-StB 09 [1] an der Grenze zu den rezyklierten Baustoffen (siehe Bild 1). Es ist davon auszugehen, dass mit sinkenden Anteilen an Fremdbestandteilen sich deren Einfluss verringert und sich somit die erdbautechnischen Eigenschaften von Böden mit Fremdbestandteilen zunehmend denen natürlicher Böden vergleichbarer Bodengruppen angleichen. Exemplarisch wurde dies an Böden mit Fremdbestandteilen, die aus 75 M.-% natürlichem Boden und 25 M.-% Fremdbestandteilen hergestellt wurden, untersucht und belegt. Als natürliche mineralische Böden wurden verwendet:
Als Fremdbestandteile und industriell hergestellte Gesteinskörnungen wurden verwendet:
Bild 4: links: Typische Proctorkurven unterschiedlicher Bodengruppen, nach [3, 7] rechts: Prinzipieller Zusammenhang zwischen CBR-Wert, Bodenart, Trockendichte und Wassergehalt nach [1] 3.3.2 Exemplarische Versuchsergebnisse – VerdichtungseigenschaftenNachfolgend werden aus der Forschungsarbeit [1] exemplarisch Versuchsergebnisse zu den Verdichtungseigenschaften dargestellt. Hierbei erfolgt eine Beschränkung auf prinzipielle und charakteristische Eigenschaften. Die aus allen Versuchsergebnissen der Forschungsarbeit abgeleiteten Folgerungen sind im Abschnitt 3.3.4 zusammengefasst. Im Bild 5 sind die Ergebnisse von Proctorversuchen an Böden mit Fremdbestandteilen, hergestellt aus 50 M.-% grobkörnigen GU-Material und 50 M.-% Fremdbestandteilen bzw. industriell hergestellten Gesteinskörnungen, dargestellt. Zum Vergleich ist auch die Proctorkurve des Bodens GU ohne Zumischung von Fremdbestandteilen abgebildet. Die untersuchten Böden mit Fremdbestandteilen waren nach DIN 18196 in die Bodengruppen GW bzw. GU einzuteilen. An den Ergebnissen der Proctorversuche war der Einfluss der Fremdbestandteile deutlich zu erkennen. So waren die erreichten Einbautrockendichten nicht immer Funktionen des Einbauwassergehalts. Dies war insbesondere bei Böden, die als Fremdbestandteile Ziegelgranulat bzw. HMVA enthielten, zu erkennen. Eine direkte Vergleichbarkeit mit den Eigenschaften natürlicher Böden lag hier nicht vor. Vergleichbare Ergebnisse wurden auch in Proctorversuchen an den reinen Fremdbestandteilen HMVA und Ziegelgranulat erzielt (siehe hierzu auch [1]). Bild 5: Gemische mit Boden GU – Vergleich der Proctorkurven nach [1] Bild 6: Gemische mit Boden TL – Vergleich der Proctorkurven nach [1] Aus den Ergebnissen wurde gefolgt, dass die Vergleichbarkeit von Böden mit Fremdbestandteilen zu natürlichen grobkörnigen Böden nur gewährleistet ist, falls die reinen Fremdbestandteile ähnliche Verdichtungseigenschaften wie natürliche Böden aufweisen. Ist dies nicht gegeben, können Fremdbestandteile die Eindeutigkeit der Verdichtungseigenschaften vermindern. Entsprechende Eigenschaften sind dann beim Einsatz entsprechender Baustoffe und bei der Festlegung von Verdichtungsanforderungen oder bei der Abnahme von Bauleistungen zu berücksichtigen. Die Ergebnisse von Proctorversuchen an Böden mit Fremdbestandteilen, hergestellt aus 50 M.-% leichtplastischem Ton und 50 M.-% Fremdbestandteilen bzw. industriell hergestellten Gesteinskörnungen, zeigten ein deutlich anderes Ergebnis. So wurde, wie im Bild 6 dargestellt, auch bei Fremdbestandteilen, die an sich keine zu natürlichen Böden vergleichbaren Verdichtungseigenschaften aufweisen (Ziegelgranulat bzw. HMVA, siehe oben), charakteristische Proctorkurven ermittelt. Die Versuche zeigten weiterhin, dass insbesondere poröse Fremdbestandteile die Wasserempfindlichkeit des feinkörnigen Bodens verminderten. So bewirken die in feinkörnigen Böden enthaltenen Fremdbestandteile eine mechanische Bodenverbesserung. Es ist jedoch zu beachten, dass poröse Fremdbestandteile auch die Luftporenanteile des verdichteten Bodens mit Fremdbestandteile erhöhen, was bei der Einhaltung bzw. Vorgabe von Verdichtungsanforderungen gegebenenfalls zu beachten ist. 3.3.3 Exemplarische Versuchsergebnisse - TragfähigkeitDie Beeinflussung der Tragfähigkeit von Böden mit Fremdbestandteilen von der Art der Fremdbestandteile sowie der Bodenart ist im Bild 7 (Fremdbestandteil RC-Beton) und im Bild 8 (Fremdbestandteil Ziegelgranulat) exemplarisch dargestellt. In den Bildern sind die am jeweiligen Boden mit Fremdbestandteilen ermittelte Proctorkurve sowie der in jedem Versuchspunkt des Proctorversuchs ermittelte CBR-Wert angetragen, wodurch der Zusammenhang zwischen Einbauzustand und Tragfähigkeitsindex deutlich wird. Bild 7: Vergleich Proctorkurven und CBR0-Werte, Böden mit Fremdbestandteil RC-Beton nach [1] Bei allen drei Böden mit Fremdbestandteilen, die als Fremdbestandteile RC-Beton enthielten, entsprach die Charakteristik der Ergebnisse der CBR-Versuch der natürlicher Böden vergleichbarer Bodengruppen (siehe auch Bild 4). Mit steigendem Wassergehalt und Zunahme des Feinkornanteils nimmt die Tragfähigkeit des Bodens ab. Vergleicht man diese Ergebnisse mit denen, die an Böden mit Fremdbestandteilen ermittelt wurden, die als Fremdbestandteile Ziegelgranulat enthielten (siehe Bild 8), zeigte sich ein durchweg gegensätzliches Ergebnis. Bei den grob- und gemischtkörnigen Böden war die Tragfähigkeit im Wesentlichen unabhängig von der Einbautrockendichte. Selbst der Boden mit Fremdbestandteilen der Bodengruppe TL zeigte auch bei steigenden Wassergehalten eine vergleichsweise geringe Abnahme der Tragfähigkeit. Die bestätigte die Folgerung aus den Proctorversuche, dass insbesondere poröse und damit wassersaugende Fremdbestandteile eine mechanische Bodenverbesserung feinkörniger Böden bewirken. Bild 8: Vergleich Proctorkurven und CBR0-Werte, Böden mit Fremdbestandteil RC-Beton nach [1] 3.3.4 ZusammenfassungDie Untersuchungen zu den Verdichtungs- und Tragfähigkeitseigenschaften zeigten deutliche Unterschiede zwischen Baustoffen, die als grobkörnige Böden sowie gemischtkörnige Böden mit Feinkornanteilen ≤ 15 M.-% eingruppiert werden und Baustoffen, die als gemischtkörnige Böden mit Feinkornanteilen > 15 M.-% sowie als feinkörnige Böden eingruppiert werden. Insbesondere bei grob- und gemischtkörnigen (Feinkornanteil ≤ 15 %) Böden (siehe Bild 9) mit hohen Anteilen an Fremdbestandteilen sind die durch Verdichtung erreichbaren Trockendichten nicht immer Funktionen des Wassergehaltes. Hier beeinflussen insbesondere poröse, wassersaugende Fremdbestandteile die Verdichtungseigenschaften. Die Kenntnis entsprechender Materialeigenschaft ist daher vor Verwendung entsprechender Baustoffe für die Festlegung von Verdichtungsanforderungen nach den ZTV E-StB 09 [8] erforderlich. Auch die Tragfähigkeit dieser überwiegend grobkörnigen Böden mit Fremdbestandteilen wird maßgeblich von den Eigenschaften und dem Anteil der Fremdbestandteile bestimmt. Dies heißt jedoch nicht, dass ihre Tragfähigkeit bei ausreichender Verdichtung als ungenügend zu beurteilen wäre, sondern vielmehr, dass ihre geotechnischen Eigenschaften eben nicht immer mit denen natürlicher Böden vergleichbar sind. Bild 9: Zusammenfassung geotechnischer Eigenschaften grob- und gemischtkörniger (Feinkornanteil ≤ 15 %) Böden mit Fremdbestandteilen nach [1] Nach den Ergebnissen in [1] weisen Böden mit Fremdbestandteilen mit einem Feinkornanteil > 15 M.-% (siehe Bild 10) bezüglich ihrer Verdichtungs- und Tragfähigkeitseigenschaften zunehmend die Charakteristik natürlicher Böden vergleichbarer Bodengruppen auf. Das Vorhandensein von Fremdbestandteilen bleibt aber erkennbar, z. B. anhand geringerer erreichbarer Proctordichten bei Fremdbestandteilen geringer Andererseits können die Fremdbestandteile auch die Wirkung einer mechanischen Bodenverbesserung haben, wenn z. B. Betonreste in einem feinkörnigen Boden eingebunden sind. Zu beachten sind vor dem Hintergrund der Verdichtungsanforderungen der ZTV E-StB 09 [8] Böden mit hohen Anteilen an porösen Fremdbestandteilen. Diese können teils hohe Luftporenanteile des verdichteten Baustoffs verursachen. Bestehen neben Anforderungen an den Verdichtungsgrad auch Anforderungen an den Luftporenanteil, sind entsprechende Böden nicht immer pauschal nach den Vorgaben der ZTV E-StB 09 [8] zu beurteilen. Die Anforderungen sollten dann vor Einbau gesondert festgelegt werden. In der Regel können die Verdichtungsanforderungen der ZTV E-StB 09 [8] aber auch mit diesen Baustoffen erfüllt werden. Bild 10: Zusammenfassung geotechnischer Eigenschaften gemischtkörniger (Feinkornanteil > 15 %) und feinkörniger Böden mit Fremdbestandteilen nach [1] Aufgrund der oben beschriebenen Einflüsse von Fremdbestandteilen in Böden und Baustoffen sollte die stoffliche Zusammensetzung von Böden mit Fremdbestandteilen und RC-Baustoffen vor Einbau bekannt sein, um die erdbautechnischen Eigenschaften beurteilen zu können. 4 Erdbautechnische Anwendungsempfehlungen nach den Ergebnissen der Forschungsarbeit4.1 Benennen, Beschreiben und Beurteilen von Böden mit Fremdbestandteilen und von BauschuttDie Benennung und Beschreibung von Böden mit Fremdbestandteilen, Bauschutt bzw. RC-Baustoffen und industriell hergestellten Gesteinskörnungen nach DIN EN ISO 14688-1 ist ebenso möglich und sinnvoll wie eine Klassifikation für bautechnische Zwecke nach DIN 18196. Eine Unterscheidung zwischen Böden und Böden mit Fremdbestandteilen anhand des Anteils an Fremdbestandteilen von 50 M.-% ist eine praktikable und messtechnisch eindeutig bestimmbare Grenze. Für eine Beurteilung der erdbautechnischen Eigenschaften von Böden mit Fremdbestandteilen und Bauschutt bzw. RC-Baustoffen ist die Kenntnis der stofflichen Zusammensetzung erforderlich. Die Anteile an Boden sowie die Anteile und die Arten an Fremdbestandteilen sind zu ermitteln. Der zulässige Anteil von Fremdstoffen ist zu begrenzen, wobei Fremdstoffe geringer Dichte von einer massebezogenen Begrenzung auszunehmen und stattdessen volumenbezogen begrenzt werden sollten. Zur Klassifizierung der Beständigkeit von mineralischen Fremdbestandteilen, Bauschutt bzw. RC-Baustoffen und industriell hergestellten Gesteinskörnungen gegen Verwitterung sollten Siebtrommelversuche nach den TP BF-StB Teil C 20 durchgeführt und entsprechend dem entwickelten Auswerteschema in [1] in die Veränderlichkeitsgruppen V0 bis V4 eingeteilt und beurteilt werden.
Die Beurteilung der Frostempfindlichkeit von Böden mit Fremdbestandteilen sowie RC-Baustoffen sollte nach den Vorgaben der ZTV E-StB erfolgen. 4.2 Einbau, Verdichtung und TragfähigkeitDie Zusammensetzung von Bauschutt bzw. RC-Baustoffen variiert in Abhängigkeit vom abgebrochenen Bauwerk und Abbruchverfahren. Da folglich die granulare und stoffliche Zusammensetzung von Bauschutt verschieden ist, ist eine qualifizierte Verwendung im Erdbau in der Regel nur nach vorheriger Aufbereitung (z. B. Sortieren – Sieben – Brechen) möglich. Selbiges gilt für großformatige (Steine und Blöcke) Fremdbestandteile in Böden. Die Verwendung von Böden mit Fremdbestandteilen, RC-Baustoffen bzw. Bauschutt und industriell hergestellten Gesteinskörnungen im Erdbau bedingt eine Eingliederung in das straßenbautechnische Regelwerk. So sind die Anforderungen der ZTV E-StB 09 [8] an den Verdichtungsgrad Dpr und je nach Bodengruppe an den Luftporenanteil na einzuhalten. Hierzu sollten folgende stoffspezifischen Eigenschaften beachtet werden.
5 Literaturverzeichnis
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