Herausforderungen bei der Verwendung von RC- Baustoffen aus aufbereiteten Baurestmassen im Erdbau

Transkript

1 Herausforderungen bei der Verwendung von RC- Baustoffen aus aufbereiteten Baurestmassen im Erdbau Stefan Huber, Christoph Henzinger & Dirk Heyer Technische Universität München Fakultät Bau Geo Umwelt Lehrstuhl für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Tunnelbau Recy&DepoTech 2018 Leoben, 08. November 2018

2 Agenda 1. Hintergrund 2. Bautechnische Anforderungen im Erdbau 3. Herausforderungen bei der Prüfung im Labor 4. Herausforderungen bei der Prüfung im Feld 5. Fazit 2

3 Hintergrund Bewirtschaftung mineralischer Restmassen, Beispiel: Bayern (2014) angefallene Massen [Mio. T.] ,2 0,4 31,5 2,2 0,4 27,6 9,8 8,8 25,5 3,9 2,2 1,0 total verwertet davon verfüllt beseitigt Bayern (2014): 43,5 Mio. Tonnen 2014 Gleisschotter: 0,06 Straßenaufbruch: 0,07 Gleisschotter: 0,03 Straßenaufbruch: 0,04 Bauschutt Bodenaushub Gleisschotter Straßenaufbruch Verwertungsquoten inklusive Verfüllung als Verwertungsmaßnahme: Bodenaushub ( 72,4 % am Gesamtaufkommen): ca. 87,7 % Bauschutt ( 22,5 % am Gesamtaufkommen): ca. 89,7 % 3

4 Hintergrund Ziel des KrWG einer umfassenden hochwertigen Verwertung mineralischer Restmassen wird bei Weitem noch nicht erreicht angefallene Massen [Mio. T.] ,2 0,4 31,5 2,2 0,4 27,6 9,8 8,8 25,5 3,9 2,2 1,0 total verwertet davon verfüllt beseitigt Bayern (2014): 43,5 Mio. Tonnen 2014 Gleisschotter: 0,06 Straßenaufbruch: 0,07 Gleisschotter: 0,03 Straßenaufbruch: 0,04 Bauschutt Bodenaushub Gleisschotter Straßenaufbruch Verwertungsquoten exklusive Verfüllung als Verwertungsmaßnahme: Bodenaushub ( 72,4 % am Gesamtaufkommen): ca. 6,6 % statt 87,7 % Bauschutt ( 22,5 % am Gesamtaufkommen): ca. 67,3 % statt 89,7 % 4

5 Hintergrund Ziel des KrWG einer umfassenden hochwertigen Verwertung mineralischer Restmassen wird bei Weitem noch nicht erreicht Ursachen u.a. - in D: bundesweit nicht einheitliches Regelwerk - Konkurrenz zu nach wie vor günstigen Primärbaustoffen - Vorbehalte gegenüber umwelttechnischer Eignung - Vorbehalte gegenüber bautechnischer Gleichwertigkeit ( resultieren auch aus Unterschieden gegenüber Primärbaustoffen bei der Prüfung im Labor und im Feld) 5

6 Hintergrund Substitution von natürlichen mineralischen Baustoffen durch Ersatzbaustoffe im Erd- und Tiefbau gefördert durch die Bayerische Forschungsstiftung in Zusammenarbeit mit sechs Industriepartnern 6

7 Bautechnische Anforderungen im Erdbau Grundsätzliche Anforderungen an Baustoffe Schadlose Verwertung Anforderungen an umweltrelevante Merkmale sichern Schutz aus wasserwirtschaftlicher Sicht Bautechnische Anforderungen Anforderungen an bautechnische Eigenschaften sichern Standsicherheit und dauerhafte Gebrauchstauglichkeit 7

8 Bautechnische Anforderungen im Erdbau an den Baustoff Beispiel Technische Lieferbedingungen für Böden und Baustoffe im Erdbau des Straßenbaus (TL BuB E-StB 09) enthalten stoffspezifische erdbautechnische und umweltrelevante Anforderungen an Böden/Baustoffen, die zur Herstellung von Erdbauwerken geliefert werden, u.a. an - Plastizität und Korngrößenverteilung - Wassergehalt - stoffliche Zusammensetzung (ist anzugeben, Begrenzung Ausbauasphalt auf max. 10 M.-% und nichtmineralische Fremdstoffe auf max. 0,2 M.-%) 8

9 Bautechnische Anforderungen im Erdbau an das Erdbauwerk Beispiele Richtlinien und Vorschriften für das Straßenwesen Erdarbeiten (RVS ) stellt den Stand der Technik in dem oben angeführten Fachbereich dar Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau (ZTV E-StB 17) enthalten Regelungen für das Lösen, Laden, Fördern, Behandeln, Einbauen und Verdichten von Boden und Fels sowie von sonstigen erdbautechnisch geeigneten Stoffen regeln die Ausführung und die Qualitätsanforderungen für den Untergrund und Unterbau von Verkehrsflächen und für sonstige Erdbauwerke 9

10 Bautechnische Anforderungen im Erdbau an das Erdbauwerk Standsicherheit und Vermeidung von Setzungen (Gebrauchstauglichkeit) stehen im Vordergrund ausreichende Verdichtung des verwendeten Erdbaustoffes von entscheidender Bedeutung anwendungsbezogene Mindestanforderungen an die Verdichtung mögliche Prüfkriterien D Pr, E vd, E v2, primäres Prüfkriterium Verdichtungsgrad D Pr = ρ d,feld /ρ Pr Bsp. Planum: Auszug: RVS Tabelle 1 Bsp. Schutzwall: D Pr 97 % Auszug: ZTV E-StB 17, Tab. 4 10

11 Bautechnische Anforderungen im Erdbau Nachweis der Mindestanforderungen an die Verdichtung Bestimmung der im Feld erreichten Trockendichte zur Ermittlung des Verdichtungsgrades Volumenersatzverfahren, radiometrische Sonde 11

12 Bautechnische Anforderungen im Erdbau Nachweis der Mindestanforderungen an die Verdichtung Nutzung des Zusammenhangs zwischen Trockendichte und Steifigkeit (Verformungsmodul E V ) des Untergrundes (indirekte Prüfung) statischer und dynamischer Plattendruckversuch in direkte Anforderungen an Verformungsmodul (E v1 oder bzw. E vd ) in Zuordnung Verformungsmodul zum Verdichtungsgrad (indirekte Prüfung) 12

13 Bautechnische Anforderungen im Erdbau indirekte Prüfung mittels stat./dyn. Plattendruckversuch in für gemischtkörnige Böden Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Verdichtungsgrad/Trockendichte und Steifigkeit (Verformungsmodul) im Rahmen von Probefeldern notwendig für grobkörnige Böden Anwendung von Tabellenwerten möglich dynamische LP E v2 /E v1 2,3 für D Pr 100 % E v2 /E v1 2,5 für D Pr 98 % statische LP 13

14 Herausforderungen bei der Prüfung im Labor Stoffliche Zusammensetzung (TP Gestein-StB Teil 3.1.5) meist reiner Betonbruch oder aufbereitetes Bauschuttgemisch Streuungsbereich der Massenanteile [M-%] Mittelwert RC-Mix 0/45 Aufbereiter 1 Mittelwert RC-Mix 0/56 Aufbereiter 2 Mittelwert RC-Mix 0/63 Aufbereiter 3 Summenkurve MW RC-Mix 0/45 Aufbereiter 1 Summenkurve MW RC-Mix 0/56 Aufbereiter 2 Summenkurve MW RC-Mix 0/63 Aufbereiter 3 Schwankungsbereich RC-Mix 0/45 Aufbereiter 1 Schwankungsbereich RC-Mix 0/56 Aufbereiter 2 Schwankungsbereich RC-Mix 0/63 Aufbereiter 3 Mittelwert über alle Summenkurve MW alle Beispiel: stoffliche Beschaffenheit aufbereiteter Bauschuttgemische Summenkurve MW [%] potentielle Unsicherheiten: - Zuordnung zu den Stofffraktionen erfolgt händisch und nach Augenschein (subjektiv!) - keine Berücksichtigung der Kornanteile < 4 mm Beton und andere hydraulisch gebundene Stoffe Klinker und dichte Ziegel Natürliche (gebrochene) Gesteinskörnung Kalksandsteine, Putze, weichgebrannte Ziegel mineralische Leichtund Dämmbaustoffe, Gasbeton und Bimsbeton Glas Asphalt und Asphaltgranulat Fremdstoffe: Holz, Gummi, Kunststoffe, Textilien Metalle 0 14

15 Herausforderungen bei der Prüfung im Labor Korngrößenverteilung Sandkorn Kieskorn Steine fein mittel grob fein mittel grob typische Bodengruppen: GW GU GI d < 0,063 mm schwierig zu erfassen Siebdurchgang [Gew.-%] ,06 0,2 0,63 2,0 6, Sieb [mm] 15

16 Herausforderungen bei der Prüfung im Labor Verdichtbarkeit Beispiel Proctorversuch zur Bestimmung der Proctordichte Siebdurchgang [Gew.-%] Sandkorn Kieskorn fein mittel grob fein mittel grob RC B 0/56 - GW RC M 0/56 - GU RC M 0/45 - GI RC M 0/8 - GU EOS 0/32 - GW EOS 0/4 - SE Trockendichte ρ d [g/cm³] 2,40 2,30 2,20 2,10 2,00 1,90 1,80 EOS 0/4 ρ Pr = 2,120 g/cm 3 RC B 0/56 ρ Pr = 1,879 g/cm 3 EOS 0/32 ρ Pr = 2,300 g/cm 3 Bsp. Primärbaustoff RC M 0/45 ρ Pr = 1,833 g/cm 3 RC M 0/45 ρ Pr = 1,839 g/cm 3 RC M 0/8 ρ Pr = 1,743 g/cm ,70 0 0,06 0,2 0,63 2,0 6, Sieb [mm] 1, Wassergehalt w [%] 16

17 Herausforderungen bei der Prüfung im Feld Durchführung von Felduntersuchungen - Fragestellungen u. a. Einbau und Verdichtung von RC-Baustoffen mit konventionellen Verfahren und Geräten anforderungsgerecht möglich? Anwendbarkeit direkter und indirekter Prüfverfahren zur Verdichtungskontrolle bei RC- Baustoffen gegeben? Übertragbarkeit bestehender Richtwerte zur Verdichtungskontrolle mittels indirekter Prüfverfahren auf RC-Baustoffe? 17

18 Herausforderungen bei der Prüfung im Feld 18

19 Herausforderungen bei der Prüfung im Feld Direkte Prüfverfahren ρ d,ballon [g/cm 3 ] unter Beachtung verfahrensspezifischer Unsicherheiten anwendbar 2,60 2,50 2,40 12,0 Volumenersatzverfahren: Schwierigkeiten bei der korrekten Ermittlung des ausgehobenen EOS 10,0 Volumens 2,30 2,20 2,10 6,0 Radiometrische Sonde: Mineralogie kann zu Fehlern in der Dichte- und Wassergehaltsbestimmung führen EOS 0/32 EOS 0/4 bei EOS: RCM 0/45_1 RCM 0/45_2 4,0 2,0 EOS RCM 0/56 RCM 0/8 0,0 zu hohe Trockendichten 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00 2,10 2,20 2,30 2,40 2,50 2,60 zu niedrige Wassergehalte ρ d,troxler [g/cm 3 ] 2,00 1,90 1,80 1,70 1,60 aufbereitete Baurestmassen w Ballon [%] 16,0 14,0 8,0 EOS 0/32 EOS 0/4 RCM 0/45_1 RCM 0/45_2 RCM 0/56 RCM 0/8 aufbereitete Baurestmassen 0,0 5,0 10,0 15,0 w Troxler [%] 19

20 Herausforderungen bei der Prüfung im Feld Indirekte Prüfverfahren Statischer Plattendruckversuch 200 bei ausreichender Verdichtung ausreichend hohe E v2 -Werte zum Nachweis des 180 7,5 RCB 0/56 7,0 RCB 0/ Verdichtungsgrades E V2 mittels statischer Lastplatte 6,5 und Anwendung der Tabellenwerte RCM 0/45 der 140 6,0 RCM 0/45 ZTV E-StB 17 RCM 0/ ,5 5, ,5 80 aber: RCM 0/56 4,0 RCM 0/45 RCM 0/ ,5 niedrige E 3,0 40 v1 -Werte führen zu hohen Verhältniswerten E v2 /E v1 E V1 2,5 20 2,0 E v2 - bzw. E v1 -Wert [MN/m 2 ] Kalibrierung des Prüfverfahrens notwendig D Pr [%] E v2 /E v1 8,0 1, D Pr [%] 20

21 Herausforderungen bei der Prüfung im Feld Indirekte Prüfverfahren Dynamische Plattendruckversuche 35 E vd,l -Wert [MN/m 2 ] RCM 0/45 RCB 0/56 RCM 0/56 RCM 0/45 trotz ausreichender Verdichtung niedrige E vd -Werte Kalibrierung des Prüfverfahrens notwendig D Pr [%] 21

22 Fazit RC-Baustoffe aus aufbereiteten Baurestmassen als Baustoffe im Erdbau grundsätzlich geeignet ABER: eine sinnvolle Anwendung bedarf Berücksichtigung materialcharakteristischer Besonderheiten von RC-Baustoffen, z.b. - Eignungsprüfung (Klassifizierung, Verdichtbarkeit ) - Verdichtungskontrolle -. 22

23 Ende Vielen Dank für s Zuhören! Kontakt: Huber Stefan M.Sc. TU München, Zentrum Geotechnik s.huber@tum.de Fragen? 23