5. Fachtagung. Zementstabilisierte Böden. Chemnitz, 27. Januar Bodenbehandlung in der neuen ZTV E-StB 09 sowie in den neuen Merkblättern

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1 5. Fachtagung Zementstabilisierte Böden Chemnitz, 27. Januar 2010 Bodenbehandlung in der neuen ZTV E-StB 09 sowie in den neuen Merkblättern Dr.-Ing. Hans-Werner Schade Kontakt: Institut für Materialprüfung Dr. Schellenberg Leipheim GmbH & Co. KG Maximilianstraße Leipheim Telefon: 08221/ Telefax: 08221/ Mail: BetonMarketing Ost GmbH, Teltower Damm 155, Berlin-Zehlendorf, Fon: 030 / , Fax: 030 / , mailbox@bmo-berlin.de, GBB Gütegemeinschaft Bodenverfestigung und Bodenverbesserung e.v., Karl-Marx-Straße 27, Potsdam, Fon: 0331 / Fax: 0331 / , volkmar.denecke@bauindustrie-bb.de

2 Dr.-Ing. Hans-Werner Schade Studium des Bauingenieurwesens an der Technischen Hochschule in Darmstadt Grundbaubüro Prof. Breth/Dipl.-Ing Romberg, Darmstadt Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Bodenmechanik und Grundbau an der TH Darmstadt seit 1983 Institut für Materialprüfung Dr. Schellenberg Leipheim, GmbH, Abteilungsleiter für Erd- und Grundbau 1984 Promotion an der TH Darmstadt seit 1991 Öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Bodenmechanik, Grundbau, Erdbau einschließlich Deponietechnik bei der IHK für Augsburg und Schwaben seit 1997 Verantwortlicher Sachverständiger für Erd- und Grundbau bei der Bayrischen Ingenieurkammer - Bau

3 Bodenbehandlungen in der neuen ZTV E-StB 09 sowie in den neuen Merkblättern Dr.-Ing. Hans-Werner Schade IfM Dr. Schellenberg, Leipheim GBB-Fachtagung, , Chemnitz Inhaltsverzeichnis 1. Vorschriften und Merkblätter für Bodenbehandlungen 2. Neuerungen der Bodenbehandlungen in der ZTVE-StB Merkblatt über die Behandlung von Böden und Baustoffen mit Bindemitteln zur Reduzierung der Eluierbarkeit umweltrelevanter Inhaltsstoffe 4. Neue Prüfvorschriften für Bodenverbesserungen und Bodenverfestigungen 2 1

4 1. Vorschriften und Merkblätter - RStO 01, FGSV ZTV Beton-StB 07, (alt ZTV Beton-StB 01) - ZTV SoB-StB StB 04, (alt ZTVT- StB 95/02) - ZTVE-StB 09, FGSV 2009, alt ZTV E-StB E 94/97 - Merkblatt über Bodenverfestigungen und Bodenverbesserungen mit Bindemittel, FGSV TP HGT-StB 94, Technische Prüfvorschriften für Tragschichten mit hydraulischem Bindemittel, FGSV TP BF-StB, Teil B 11.1, Eignungsprüfungen bei Bodenverfestigungen mit hydraulischen Bindemitteln, FGSV TP BF-StB, Teil B 11.5, Eignungsprüfungen bei Bodenverbesserung und Bodenverfestigung mit Feinkalk und Kalkhydrat, FGSV Vorschriften und Merkblätter (neu) Merkblatt über die Behandlung von Böden und Baustoffen mit Bindemitteln zur Reduzierung der Eluierbarkeit umweltrelevanter Inhaltsstoffe, FGSV 2009 TP-BF-StB, Teil B 11.3, Eignungsprüfungen für Bodenverbesserungen, (Ausgabe 2010, zum Druck freigegeben) TP Beton-StB, Technische Prüfvorschriften für Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln und Fahrbahndecken aus Beton (Ausgabe 2010, zum Druck freigegeben) TL BuB E-StB 09, Technische Lieferbedingungen für Böden und Baustoffe für den Erdbau im Strassenbau, FGSV

5 5 ZTVE-StB Einbau und Verdichten Anforderungen an das Verdichten Bereich Bodengruppen D Pr in % n a in % 1 Planum bis 1,0 m Tiefe bei Dämmen und 0,5 m Tiefe bei Einschnitten GW, GI, GE SW, SI, SE GU, GT, SU, ST ,0 m unter Planum bis Dammsohle GW, GI, GE SW, SI, SE GU, GT, SU, ST 98-3 Planum bis Dammsohle und 0,5 m Tiefe bei Einschnitten GU*, GT*, SU*, ST* U, T, OU 3 ), OT 3 ) ) 6 3

6 ZTVE-StB Einbau und Verdichten Anforderungen an das Verdichten Luftporenanteil < 12%: Gemischt- und feinkörnige Böden bei Bodenverfestigungen und Bodenverbesserungen Luftporenanteil < 6%: Gemischt- und feinkörnige Böden aus veränderlichen festen Gesteinen ohne Bindemittelverbesserung Luftporenanteil < 8%: wasserempfindliche gemischt- und feinkörnige Böden ohne Bindemittelverbesserung Bei Felsschüttungen mit Größtkorn > 200 mm und > 35 M-% Kornanteil > 63 mm muß im LV gesondert beschrieben werden, welche Verdichtung gefordert wird und wie geprüft wird 7 ZTVE-StB Planum Querneigung bei wasserempfindlichen Böden und Baustoffen > 4 % Querneigung bei Bodenverfestigungen und qualifizierte Bodenverbesserung > 2,5 % Schutz des Planums wird nicht gesondert vergütet, wenn der AN das Planum und den Oberbau einer Baumaßnahme herstellt 8 4

7 ZTVE-StB Verformungsmodul a) frostsicherer Untergrund Bauklasse SV, I-IV: E V2 > 120 MN/m 2 ; (E vd > 65 MN/m 2 ) Bauklasse V-VI: E V2 > 100 MN/m 2 ; (E vd > 50 MN/m 2 ) b) frostempfindlicher Untergrund E V2 > 45 MN/m 2 ; c) frostempfindlicher Untergrund und qualifizierte Bodenverbesserung E V2 > 70 MN/m 2 im LV ist anzugeben, ob der statische oder dynamische Verformungsmodul nachzuweisen ist 9 ZTVE-StB Bodenbehandlung mit Bindemitteln 12.1 Anwendung Bodenverfestigungen werden in der obersten Zone des Untergrundes oder Unterbaus ausgeführt und können auf die frostsichere Dicke des Oberbodens gem. RStO angerechnet werden (max. 20 cm) Qualifizierte Bodenverbesserungen sind Bodenverbesserungen mit erhöhten Anforderungen und können bei der Herstellung von Dämmen, Böschungen, Hinterfüllungen und des Planumsbereiches angewendet werden F3-Böden können dadurch als F2-Böden eingestuft werden Bodenverbesserungen können als Technische Sicherungsmaßnahmen für Böden der Einbauklasse 2 (LAGA Z2) angewendet werden 10 5

8 Begriffsbestimmungen der Bodenverbesserung und der Bodenverfestigung a) Bodenverfestigung nach ZTV E und ZTV Beton Boden wird durch Zugabe von Bindemittel dauerhaft tragfähig und frostbeständig im Straßenoberbau (Regelfall) Anforderungen nach ZTV Beton im Erdbau (auf dem Planum) Anforderungen nach ZTV E 11 ZTV Beton, ZTV E-StB 09 und RSTO 01 Bodenverfestigung im Straßenoberbau (Bauklasse IV, Zone II, Straßenoberbau nach RStO) Standardbauweise mit HGT im Oberbau mit HVT im Erdbau 4 cm AD 4 cm AD 4 cm AD 120 MN/m² 14 cm ATS 120 MN/m² 10 cm ATS 120 MN/m² 15 cm HGT HVT 14 cm ATS 27 cm FSS 47 cm FSS 45 MN/m² 45 MN/m² 36 cm FSS 20 cm HVT (ZTVE) F3 - Boden F3 - Boden F3 - Boden 12 6

9 2.Begriffsbestimmungen : b) Bodenverbesserung im Erdbau nach ZTVE Bodenverbesserungen sind Verfahren zur Verbesserung der Einbaufähigkeit und Verdichtbarkeit Verringerung des Wassergehaltes (D pr %) Erhöhung der Tragfähigkeit (E V2 45 MN/m²) Verbesserung der Witterungsempfindlichkeit (Schutz des Erdplanums) Qualifizierte Bodenverbesserungen können zur Reduzierung der Dicke der Frostschutzschicht herangezogen werden 13 ZTV E-StB 09 + RSTO 01 Qualifizierte Bodenverbesserung im Erdbau (Bauklasse IV, Frosteinwirkung Zone II) Oberbau Oberbau Oberbau 45 MN/m² 55 cm 70 MN/m² 55 cm F2 - Boden 45 MN/m² 65 cm F3 - Boden F3-Boden + 3 M.-% BM F2-Boden F3-Boden 80 cm 14 7

10 ZTVE-StB Bodenbehandlung mit Bindemitteln Bindemittel Zement (DIN EN DIN ) Baukalk (DIN EN 459-1) + Anforderungen an die Reaktionsfähigkeit der Kalke und die Mahlfeinheit) Hydraulischer Boden- und Tragschichtbinder (DIN 18506) Mischbindemittel = Kombination aus genormten hydraulischen Bindemitteln und Baukalk 15 ZTVE-StB Bindemittel Anforderungen an die Reaktionsfähigkeit der Kalke Kalktyp CL 90 CL 80 Reaktionsfähigkeit t 60 C 25 min t 50 C 25 min DL 85 t 40 C 25 min DL 80 t 35 C 25 min 16 8

11 Forschungsvorhaben, Mischbindemittel Temperaturmessungen, Boden TL Weißfeinkalk CEM I 32,5 R Temperatur ( C) 40,0 36,0 32,0 28,0 24,0 20, Reaktionszeit (h) 1% 3% 5% Temperatur ( C) 40,0 36,0 32,0 28,0 24,0 20, Reaktionszeit (h) 1% 3% 5% MB 50/50 MB 30/70 Temperatur ( C) 40,0 36,0 32,0 28,0 24,0 20, Reaktionszeit (h) 1% 3% 5% Temperatur ( C) 40,0 36,0 32,0 28,0 24,0 20, Reaktionszeit (h) 1% 3% 5% 17 Forschungsvorhaben,Mischbindemittel Proctorversuche 1,95 TL (1 Stunde Reaktionszeit) Trockendichte [g/cm 3 ] 1,90 1,85 1,80 1,75 1, Ausgangswassergehalt [M-%] x ohne Bindemittel, 1% WFK, 3% WFK, 5% WFK, 1% CEM I, 3% CEM I, 5% CEM I 18 9

12 100 Schlämmkorn Siebkorn Schluffkorn Sandkorn Kieskorn Ton Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob- Steine Massenanteil [%] A B Kalk Zement Mischbindemittel C D E F G ,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0,63 2,0 6, Korndurchmesser d [mm] Bereich A ungeeignet, nicht zerkleinerbar Bereich B TA: nur Kalk Bereich C TM, TL, UM: Kalk und MB 50/50 Bereich D GU*, SU*: MB 30/70 und MB 50/50 Bereich E GU, SU: MB 30/70 und CEM Bereich F GW, GI: CEM Bereich G ungeeignet, zu grob 19 ZTVT-StB 95/02 und ZTV Beton Verfestigung im Straßenoberbau (Anforderungen) Tab. 1: Kriterien für die Bestimmung der Bindemittelmenge bei der Eignungsprüfung nach ZTVT Zeile Art des Bodens oder der Mineralstoffe Frostwiderstand Längenänderung [ ] unter Asphaltschichten Druckfestigkeit unter Fahrbahndecken aus Beton im Alter von 28 Tagen [N/mm²] (1) (2) (3) (4) (5) 1 2 Boden oder Mineralstoffgemisch nach Abschnitt 2.1 Boden oder Mineralstoffgemisch mit Kornanteilen < 0,063 mm zwischen 5 und 15 M.-% Eignungsprüfung nach den TP HGT-StB l 1 7,0 15,

13 ZTVE-StB Bodenbehandlung mit Bindemitteln Bodenverfestigung Kriterien für die Bestimmung der Bindemittelmenge bei der Eignungsprüfung für eine Bodenverfestigung nach der ZTV E mit Eignungsprüfung nach TP BF StB, Teil B 11.1 Zeile Bodengruppe Hebung der Probe Druckfestigkeit 1 2 SU-ST-GU-GT SU*-GU*-UL-UM ST*-GT*-TL-TM-TA l l l l 1 0 / / 00 6,0 N/mm 2 im Alter von 28 Tagen - 3 Böden und Baustoffe nach TL BuB l l 1 0 / 00 6,0 N/mm 2 im Alter von 28 Tagen 21 ZTVE-StB Bodenbehandlung mit Bindemitteln Qualifizierte Bodenverbesserung (Anforderungen) Bindemittelmenge > 3 M.-% Einaxiale Druckfestigkeit (28 Tage) > 0,5 N/mm² oder CBR-Wert > 40 % Festigkeitsabfall infolge Wasserlagerung < 50 % E V2 > 70 MN/m² auf dem Planum 22 11

14 23 3. Merkblatt Immobilisierung Einbauklassen gemäß LAGA M 20 Zuordnungswert (Obergrenze der Einbauklasse) Z 0 Z 1 Z 2 Z 3 Z 4 Z 5 Verwertung Ablagerung in Deponien Einbauklasse 0 Einbauklasse 1 Einbauklasse 2 Deponieklasse I Deponieklasse II Deponieklasse III uneingeschränkter Einbau 1 offener eingeschränkter Einbau 1 Diese Einbauklasse gilt nur für die Verwertung in bodenähnlichen Anwendungen (Verfüllung von Abgrabungen und Abfallverwertung im Landschaftsbau außerhalb von Bauwerken) eingeschränkter (AbfAblV/DepV) Einbau mit definierten technischen Sicherungsmaßnahmen (AbfAblV/DepV) (DepV) 24 12

15 3. Merkblatt Immobilisierung 2. Anwendungsbereich umweltrelevante Inhaltsstoffe in Böden und Baustoffe der Einbauklasse 2 werden durch Zugabe von Bindemittel in stabile, schwer lösliche Verbindungen umgewandelt, so dass diese aufgrund der Eluierbarkeit in die Einbauklasse 1 eingestuft werden können Umweltrelevante Inhaltsstoffe liegen in Böden und Baustoffen vor, wenn diese geogen oder anthropogen bedingte hohe Gehalte oder Konzentrationen schädlicher Inhaltsstoffe aufweisen und nicht im offenen Einbau im Erdbau wiederverwendbar sind Merkblatt Immobilisierung 4.4 Bindemittel Zement (DIN EN DIN ) Baukalk (DIN EN 459-1) Hydraulische Böden- und Tragschichtbinder (DIN 18506) Mischbindemittel (Kombination aus genormten hydraulischen Bindemitteln und Baukalken) 26 13

16 3. Merkblatt Immobilisierung 5.1 Wirkmechanismen Verringerung der Wasserlöslichkeit des Schadstoffes (z.b. durch Veränderung des ph-wertes) Verringerung der Flüchtigkeit von Schadstoffen (z.b. durch Adsorption an einen Zusatzstoff wie Aktivkohle) Reduktion der Zutrittsmöglichkeit von Wasser zum Schadstoff Bildung stabiler nicht wasserlöslicher Verbindungen sowie Einbau von Stoffen, z.b. Schwermetallen, in das Kristallgitter Reduzierung der Toxizität Merkblatt Immobilisierung Chemisches Immobilisationspotential Fällung von schwer löslichen Hydroxiden infolge des hohen ph- Wertes Absorption von Ionen in und an den großen Oberflächen der Calciumsilikathydrat-(CSH)- Phasen Einbau von Schadstoffen in Schichten der kristallinen Hydratationsprodukte Zugabe von speziell modifizierter Organo- Tone oder Adsorbentien (z.b. Aktiv- Kohle oder modifizierte Bentonite) für bestimmte organische Schadstoffe 28 14

17 3. Merkblatt Imobilisierung Physikalisches Immobilisationspotential Einkapselung in einem homogenen dichten und langzeitbeständigem Gefüge Voraussetzungen: detaillierte Kenntnis des Chemismus der Inhaltsstoffe Einsatz in Bereichen, in denen keine schädliche Verunreinigung des Grund- und Oberflächenwassers stattfindet und Absprache mit den zuständigen Fachbehörden Eignungsprüfung zur Festlegung des Bindemittels, der Bindemittelmengen und der Arbeitsweise ist zwingend erforderlich Qualität ist durch Eignungsprüfungen, Eigenüberwachungsprüfungen und Kontrollprüfungen sicher zu stellen Merkblatt Imobilisierung 8. Anforderungen Verdichtungsgrad D pr 98 % Bindemittelgehalt 3 M.-% Umweltrelevante Anforderungen 30 15

18 Messwert 1 Messwert 2 Grenzwert nach TL Gestein-StB Grenzwert berechnet Messwert 3 Untersuchungsverfahren Mod. DEV S4 Trogverfahren Mod. DEV S4 Trogverfahren Trogverfahren Material Ausgangsmaterial Ausgangsmaterial RC-1 RC-1 Baustoff- Bindemittelgemisch z.b. Chrom (μg/l) * 0,75 * 0,75 22,5 18 P 31 Technische Prüfvorschriften für Boden und Fels im Straßenbau - TP BF-StB, Teil B 11.1, Eignungsprüfungen für Bodenverfestigungen mit hydraulischen Bindemitteln - TP BF-StB, Teil B 11.2, Prüfung der Ausstreumengen von streufähigen Bindemitteln bei der Bodenverfestigung und Bodenverbesserung - TP BF-StB, Teil B 11.3, Eignungsprüfungen für Bodenverbesserungen neu, Ausgabe 2009 in Vorbereitung - TP BF-StB, Teil B 11.5, Eignungsprüfungen für Bodenverbesserung und Bodenverfestigung mit Feinkalk und Kalkhydrat - TP BF-StB, Teil B 11.6, Bestimmung des Zementgehaltes in Boden- Zement-Gemischen mit den Kalorimeter 32 16

19 33 TP BF-StB, Teil B Anwendungsbereich Eignungsprüfung für Bodenverbesserung und qualifizierte Bodenverbesserung im Erdbau 2. Begriffsbestimmungen Bodenverbesserung mit Bindemitteln sind Verfahren zur Verbesserung der Einbaufähigkeit und Verdichtbarkeit von Böden Qualifizierte Bodenverbesserung sind Bodenverbesserung mit Bindemitteln mit erhöhten Anforderungen 34 17

20 TP BF-StB, Teil B Probenahme sachgerechte Probentransport Bodenansprache auf der Baustelle und Bodenklassifikation nach DIN Einzelproben oder repräsentative Sammelprobe Probemenge ca kg Boden, ca kg Bindemittel und ca Liter Wasser 35 TP BF-StB, Teil B Eignungsprüfung rechtzeitig vor Baubeginn Zeitdauer für EP für Bodenverbesserung ca. 5 Tage Zeitdauer für EP für qualifizierten Bodenverbesserung ca. 2 5 Wochen 36 18

21 TP BF-StB, Teil B Eignungsprüfung 37 TP BF-StB, Teil B Eignungsprüfung Tabelle 2: Bodenspezifische Erfahrungswerte für die mittlere Bindemittelmenge bei Bodenverbesserungen und qualifizierten Bodenverbesserungen 38 19

22 TP BF-StB, Teil B Eignungsprüfung Tabelle 3: Reaktionszeiten der Bindemittel Bindemittel Reaktionszeit - Std. Zement (ohne CEM III) 1 Hydraulischer Tragschichtbinder, CEM III 2 Hydraulischer Kalk Mischbindemittel 4 4 Baukalk 6 39 TP BF-StB, Teil B Eignungsprüfungen Festigkeitsbestimmungen durch einaxiale Druckversuche oder CBR-Versuche ( 100 mm bei Größtkorn 16 mm bzw. 150 mm bei Größtkorn 32 mm) Dpr = 100 % Probenlagerung unter kontrollierten Bedingungen (Temperatur, Wassergehalt) 40 20

23 TP BF-StB, Teil B Prüfbericht (Gliederung) 1. Auftrag und Bauvorhaben 2. Angaben zur Probenahme Boden (die Niederschrift zur Probenahme gemäß Anhang 2 ist als Anlage beizufügen) Bindemittel (Bezeichnung und Herkunft) Wasser 3. Bodenuntersuchungen Bodenansprache Wassergehalt Korndichte Korngrößenverteilung Zustandsgrenzen Proctordichte und optimaler Wassergehalt Glühverlust Schädliche Bestandteile 41 TP BF-StB, Teil B Prüfbericht (Gliederung) 4. Bindemitteluntersuchungen (ggf. entsprechend den Normen in Anhang 1) 5. Wasseruntersuchungen 6. Untersuchung des Boden-Bindemittel-Gemisches Angaben zur Probenvorbereitung / -mischung Proctorversuch Einaxiale Druckfestigkeit mit Angaben zur Probenherstellung und Probenlagerung sowie Trockendichte und Wassergehalt nach dem Versuch CBR-Versuch mit Angaben zur Probenherstellung und Probenlagerung sowie Trockendichte und Wasserlagerung nach dem Versuch 7. Berechnung des erforderlichen Bindemittelgehalts 8. Beurteilung 42 21

24 TP BF StB, Teil B 11.3, Anhang 2 43 TP BF StB, Teil B 11.3, Anhang

25 TP BF StB, Teil B 11.3, Anhang