VSS Forschungsauftrag 2010/401 Recyclinganteile in Kiesgemischen

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1 13. Fachkolloquium, 11. September 2013, Kunsthaus Zürich VSS Forschungsauftrag 2010/401 Recyclinganteile in Kiesgemischen Christoph Gassmann Seite 1

2 Inhalt Zielsetzung Organisation Versuchsfelder Tragfähigkeitsmessungen Verdichtungskontrolle Probenahme Laboruntersuchungen Fazit Schlussfolgerungen Seite 2

3 Zielsetzung Allgemein Wiederverwendung Rückbaumaterialien fördern Schliessen Materialkreisläufe Forschungsauftrag Überprüfung festgelegte Anteile Ra und Rc in Kiesgemischen (SN NA) Auswirkungen verschiedener Recyclinganteile auf Verdichtbarkeit und Tragfähigkeit beim Einbau in der Praxis feststellen Umwelttechnische Aspekte nicht untersucht Seite 3

4 Organisation Forschungsteam TBA, O+G: Ch. Gassmann (PL), G. Christen (Laborleiter) Consultest AG: M. Kronig, D. Niederberger Eberhard Bau AG: HR. Eberhard Begleitkommission VSS B. Suter (Präsident) Hp. Beyeler E. Honegger M. Schurter R. Werner M. Horat Seite 4

5 Versuchsfelder 11 Versuchsfelder 3.5x20 m Kiesgemisch 0/45 OC85 (Primärmaterial) RC-Kiesgemisch A 0/45 OC85: Anteil Ra (bitumenhaltige Material.) 15, 30, 45, 60, 100% RC-Kiesgemisch B 0/45 OC85: Anteil Rc (Beton) 15, 30, 45, 60, 100% Einbau in 2 Schichten à 25 cm Seite 5

6 Versuchsfelder Herstellung Kiesgemische Ausgangsgemische: Kiesgemisch 0/45 OC85 Asphaltgranulatgemisch 0-63 mm (Prallbrecher) Betongranulatgemisch 0-63 mm (Prallbrecher) Gewichtsmässiges Zusammenmischen Ra / Rc 15, 30, 45, 60, 100% Seite 6

7 Versuchsfeld Seite 7

8 ME-Messungen Planum Seite 8

9 ME-Messungen Planum Seite 9

10 Flächendeckende Dynamische Verdichtungskontrolle Seite 10

11 Festlegung Versuchsfelder Seite 11

12 Einbau Versuchsfelder Einbau mit Bulldozer, Kontrolle Höhenlage mit elektronischer Maschinensteuerung Verdichtung Vibrations-Walzenzug Hamm 3414 und Pneuradwalze Hamm HD 150 TT Laufende Verdichtungskontrolle Seite 12

13 Einbau Versuchsfelder Seite 13

14 Einbau Versuchsfelder Seite 14

15 Tragfähigkeitsmessungen Planie M E -Messungen auf 1. Schicht und 2. Schicht (3 pro Versuchsfeld, 1. Schicht unmittelbar nach Einbau, 2. Schicht 24 h nach Einbau) 1. Nachverdichtung (bei Einbau sehr trocken, starker Regen nach erfolgtem Einbau) M E -Messungen 4./ Verdichtungskontrolle Isotopensonde Nachverdichtung (Temperaturschwankungen bei M E - Messungen) Wiederholung M E -Messungen bei konst. Bedingungen (28.7 und ) Seite 15

16 ME-Messungen RC-Kiesgemisch A Seite 16

17 ME-Messungen RC-Kiesgemisch B Seite 17

18 ME-Messungen RC-Kiesgemische A und B Seite 18

19 Resultate ME-Messungen RC-Kiesgemisch A Temperatur hat grosse Auswirkungen Regen hat wenig Auswirkungen Bei optimalen Verhältnissen M E1 100 MN/m 2 bis Ra 30 RC-Kiesgemisch B Temperatur hat wenig Auswirkungen Regen hat Auswirkungen Bei optimalen Verhältnissen M E1 100 MN/m 2 bis Rc 60 Seite 19

20 Verdichtungskontrolle Bestimmung Dichte / Wassergehalt mittels Isotopensonde Vergleich mit Sollwerten maximale Trockendichten (Proctor Standard 0.6 MJ/m 3 ) Verdichtungsgrad > 97% Proctor Standard Seite 20

21 Verdichtungsgrad RC- Kiesgemisch A, Verdichtungsgrad ( 97% Proctor Standard) Verdichtungsgrad [%] Anteil Asphaltgranulat [%] Seite 21

22 Verdichtungsgrad RC- Kiesgemisch B, Verdichtungsgrad ( 97% Proctor Standard) Verdichtungsgrad [%] Anteil Betongranulat [%] Seite 22

23 Probenahme ab Versuchsfelder Probenahme Laboruntersuchungen Januar-August 2012 Seite 23

24 Probenahme ab Versuchsfelder Seite 24

25 Probenahme ab Versuchsfelder Seite 25

26 Laboruntersuchungen Kornverteilung inkl. Wassergehalt Stoffliche Zusammensetzung Plattigkeitskennzahl Anteil gebrochene Körner Los Angeles Versuch Proctor Standard CBR-Versuche (CBR, CBR 2, CBR F ) Schüttdichte PAK-Gehalt Bindemittelkennwerte Seite 26

27 Laboruntersuchungen Korngrössenverteilung: Alle Mischungen erfüllen Normgrenzwerte und Stetigkeit Seite 27

28 Kiesgemisch 0/45 OC85 (Primärmaterial) Seite 28

29 RC-Asphaltgranulatgemisch 0/45 (Ra 100%) Seite 29

30 RC-Betongranulatgemisch 0/45 (Rc 100%) Seite 30

31 RC-Kiesgemisch A 0/45 (Ra 30%) Seite 31

32 RC-Kiesgemisch B 0/45 (Rc 30%) Seite 32

33 Stoffliche Zusammensetzung Grundlage SN NA / EN :2009 Sichtbare Anhaftung Beton: Rc Sichtbare Anhaftung Asphalt: Ra Seite 33

34 Stoffliche Zusammensetzung Ra 100 Seite 34

35 Stoffliche Zusammensetzung Ra 100 Seite 35

36 Stoffliche Zusammensetzung Rc 100 Seite 36

37 Stoffliche Zusammensetzung Ra 45 Seite 37

38 Stoffliche Zusammensetzung Rc 45 Seite 38

39 Stoffliche Zusammensetzung Bestimmung durch Consultest und TBA/O+G Abweichungen bei Ra % und bei Rc % Für Berechnungen und Darstellungen Verwendung Mittelwerte beider Labors RC-Kiesgemisch A Ra % Ra % Ra % Ra % Ra % RC-Kiesgemisch B Rc % Rc % Rc % Rc % Rc % Seite 39

40 Kornform: Plattigkeitskennzahl FI 35 Alle Mischungen erfüllen Normanforderungen Probe Masse % 4/8 8/16 16/32 32/63 P Ra Ra Ra Ra Ra Rc Rc Rc Rc Rc Seite 40

41 Anteil geb. Körner (ist anzugeben); Widerstand gegen Zertrümmerung: LA-Koeffizient 40 Probe Anteil geb. Körner [Masse %] LA [%] Ctc Cc Ctr 4/8 11/16 C TBA C TBA P Ra Ra Ra Ra Ra Rc Rc Rc Rc Rc

42 Laboruntersuchungen, Proctor / Schüttdichte Probe PROCTOR Schüttdichte wopt [%] Gesamtprobe Trockendichte [t/m3] Gesamtprobe C (0.6) TBA (1.2) C (0.6) TBA (1.2) [t/m3] P Ra Ra Ra Ra Ra Rc Rc Rc Rc Rc Seite 42

43 Trockendichte / Schüttdichte RC- Kiesgemisch A, Trockendichte (Proctor Standard) / Schüttdichte Trockendichte [ t/m3] Trockendichte, Labor Trockendichte, Gesamt Schüttdichte Anteil Asphaltgranulatgranulat [%] Seite 43

44 Trockendichte / Schüttdichte RC- Kiesgemisch B, Trockendichte (Proctor Standard) / Schüttdichte Trockendichte [t/m3] Trockendichte, Labor Trockendichte, Gesamt Schüttdichte Anteil Betongranulat [%] Seite 44

45 CBR-Versuche (CBR, CBR 2, CBR F ) Seite 45

46 CBR-Versuche (CBR, CBR 2, CBR F ) Proctorversuch mit Verdichtungsenergie 1.2 MJ/m3 Probeneinbau bei optimalem Wassergehalt Seite 46

47 CBR-Versuche (CBR, CBR 2, CBR F ) Alle Mischungen erfüllen aktuelle Normanforderungen: CBR 2 /CBR 0.5, CBR F /CBR 0.5 Probe P 100 Ra 15 Ra 30 Ra 45 Ra 60 Ra 100 Rc 15 Rc 30 Rc 45 Rc 60 Rc 100 CBR CBR CBR F CBR 2 / CBR CBR F / CBR Seite 47

48 CBR-Versuche (CBR, CBR 2, CBR F ) ABER: Wie tiefe CBR-Werte sind tolerierbar? Ungültige Norm SN d: Rundes Material: CBR 2, CBR F 40% Gebrochenes Material: CBR 2, CBR F 80% Seite 48

49 CBR-Versuche (CBR, CBR 2, CBR F ) Seite 49

50 CBR-Versuche (CBR, CBR 2, CBR F ) Seite 50

51 Fazit (Anforderungen SN EN 13242) Auswirkungen Recyclinganteile auf Anforderungen Gesteinskörnungen (SN EN 13242) Geometrisch (Korngrössenverteilung, Gehalt Feinanteil, Kornform, Anteil gebrochener Körner): Anforderungen erfüllt, Recyclinganteile optimieren Kornverteilung (bis Ra 30% resp. Rc 40%) Physikalisch (Widerstand gegen Zertrümmerung): Anforderungen erfüllt Asphaltgranulat minimale Erhöhung Widerstand Betongranulat leichte Verringerung Widerstand Stoffliche Zusammensetzung (Bezeichnung) Seite 51

52 Fazit (Anforderungen SN EN 13285) Auswirkungen Recyclinganteile auf Anforderungen ungebundene Gemische (SN EN 13285) Geometrisch (Korngrössenverteilung, Gehalt Feinanteil, Grösstkorn): Anforderungen SN NA erfüllt Frostbeständigkeit: Anforderungen SN NA erfüllt Trockendichte, opt. Wassergehalt: keine Anforderung definiert Trockendichte nimmt mit Recyclinganteil ab wopt nimmt mit Anteil Rc zu, Anteil Ra kein Einfluss Tragfähigkeit: CBR-Wert muss angegeben werden keine Anforderung definiert Seite 52

53 Fazit (Verdichtbarkeit und Tragfähigkeit) Auswirkungen Recyclinganteile auf Verdichtbarkeit und Tragfähigkeit (Hauptfrage Forschung): Verdichtbarkeit: Asphaltgranulat (ab Ra 30%) begünstigt Verdichtbarkeit Betongranulat (ab Rc 40%) erschwert Verdichtbarkeit Tragfähigkeit (M E1 100 MN/m 2 ) : Asphaltgranulat verschlechtert M E -Werte (bei optimalen Bedingungen bis Ra 30% erfüllt) Betongranulat hat wenig Einfluss auf M E -Werte (bis Rc 60% erfüllt, tendenziell eher Verbesserung) Seite 53

54 Fazit (Tragfähigkeit und Stabilität) Tragfähigkeit (CBR Wert) : Asphaltgranulat reduziert CBR-Werte massiv: bis Ra 18% CBR 80% bis Ra 36% CBR 40% Betongranulat erhöht CBR-Werte Stabilität Asphaltgranulat reduziert Temperatur-Stabilität Betongranulat ab Rc 60% reduziert Wasser-Stabilität Seite 54

55 Schlussfolgerungen Nur bautechnische Aspekte, nicht umwelttechnische Recyclinganteile in Fundationsschichten: RC-Kiesgemisch B hat bessere Tragfähigkeit als RC- Kiesgemisch A RC-Kiesgemisch A bis Ra 30% (M E1 100 MN/m 2 ) RC-Kiesgemisch B bis Rc 60% (M E1 und CBR erfüllt) SN NA vorläufig nicht anpassen: Bestandteile RC-Kiesgemisch A und RC-Kiesgemisch B bei 30% belassen (Beschluss EK 4.03) Neubeurteilung nach Abschluss Forschung VSS 2011/508 (CBR-Werte und CBR-Verhältnis von Kiesgemischen und RC-Kiesgemischen) Seite 55

56 Weiteres Vorgehen Anpassungen Schlussbericht Genehmigung ASTRA Veröffentlichung (ca. Anfang 2014) Seite 56

57 Fragen Besten Dank für das Interesse. Seite 57