Zementstabilisierte Böden

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1 Zementstabilisierte Böden Neutraubling, 26. Januar 2011 Bindemittel für die Bodenbehandlung / Verbesserung, Verfestigung / Entwicklung Carola Keppler Märker Kalk GmbH, Lauffen

2 Bindemittel für die Bodenbehandlung / Verbesserung, Verfestigung / Entwicklung 26. Januar 2011 Neutraubling Standorte Werk Lauffen 2 GBB 26. Januar 2011

3 Inhalt des Vortrages Einsatzbereich der Bindemittel Kalk (DIN EN 459-1) Zement (DIN EN 197-1, DIN EN 197-4, DIN ) Hydraulischer Boden- und Tragschichtbinder (DIN 18506) Wirkungsweise der Bindemittel Mischbindemittel Kalk / Zement Entwicklung Bindemittel 3 GBB 26. Januar 2011 Einsatz der Bindemittel in der Bodenstabilisierung 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 GBB 26. Januar ,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

4 Einsatzbereich Kalk 100 Schlämmkorn Siebkorn Schluffkorn Sandkorn Kieskorn Ton Steine Massenanteil [%] A B C Kalk Zement Mischbindemittel D E F G GBB 26. Januar ,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 Herstellung von Kalk CaCO 3 Kalkstein + Energie brennen CaO + CO 2 Branntkalk + H 2 O löschen Ca(OH) 2 Kalkhydrat März Ofen, Schweiz 6 GBB 26. Januar 2011

5 Definition von Kalk Kalk Kalksteinmehl Branntkalk Weißfeinkalk Gelöschter Kalk Kalkhydrat Füller (Entstaubung) Kalksteinmehl gemahlen 7 GBB 26. Januar 2011 Klassifizierung von Kalk Branntkalk Weißfeinkalk (CL) Dolomitkalk (DL) CaO + MgO CL 90 > 90 CL 80 > 80 CL 70 > 70 CO Reaktivität CL 90 t 60 C 10 min t 60 C 25 min CL 80 t 50 C 25 min CL 70 t 40 C 25 min 8 GBB 26. Januar 2011

6 Reaktionsverhalten von gebrannten Kalk Merkmale der Bodenverbesserung und der Bodenverfestigung mit Kalk Bauaufgabe Reaktion wird erreicht durch Bodenverbesserung mit Kalk Sofortreaktion Reduzierung des Wassergehaltes und Krümelbildung führen zu: - Verbesserung der Plastizitätseigenschaften - Verbesserung der Verdichtbarkeit - Erhöhung der Tragfähigkeit - Unempfindlichkeit gegen Wasser Bodenverfestigung mit Kalk Langzeitreaktion Puzzolanische Verfestigung bei Feinkalk und Kalkhydrat Verfestigung bei hydraulischen Bindemittel führen zur: - Raumbeständigkeit - langfristige Zunahme der Festigkeit - dauerhafte Tragfähigkeit - Frostbeständigkeit 9 GBB 26. Januar 2011 Einsatzbereich Zement 100 Ton Schlämmkorn Siebkorn Schluffkorn Sandkorn Kieskorn Steine Massenanteil [%] A B Kalk Zement Zement Mischbindemittel Mischbindemittel ittel 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 10 GBB 26. Januar 2011

7 Herstellung von Zement CaCO 3 + SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 + Energie C 3 S + C 2 S + C 3 A + C 4 AF CaSO 4 * 2H 2 O Kalkstein + Ton brennen Klinker + Gips gemahlen Zement 11 GBB 26. Januar 2011 Zementarten nach DIN EN 197-1, Hauptbestandteile Beispiel: CEM II / A LL 32,5 R = enthält bis zu 20% ungebrannten Kalk 12 GBB 26. Januar 2011

8 Zementfestigkeiten nach DIN EN Festigkeitsklasse Druckfestigkeit in MPa Anfangsfestigkeit Normfestigkeit 2 Tage 7 Tage 28 Tage 32,5 N 16,0 32,5 R 10,0 42,5 N 10,0 42,5 R 20,0 52,5 N 20,0 52,5 R 30,0 32,5 52,5 42,5 62,5 52,5 13 GBB 26. Januar 2011 Hydraulischer Boden- und Tragschichtbinder DIN Hydraulischer Boden- und Tragschichtbinder ist ein werkgefertigtes hydraulisches Bindemittel, das gebrauchsfertig geliefert wird und über Eigenschaften verfügt, die besonders für Tragschichten im Oberbau (hydraulisch gebundene Tragschichten (HGT), Verfestigungen) und für die Bodenverfestigungen und Bodenverbesserungen des Unterbaus bzw. Untergrunds geeignet sind. Festigkeitsklasse Zementklinkeranteil Druckfestigkeit MPa nach 7 Tagen nach 28 Tagen 12,5* mind. 10% 12,5 32,5 12,5 E* mind. 10% 5,0 12,5 32,5 32,5 E mind. 20% 16,0 32,5 52,5 * Eine Lastensteigerung von (400 ± 40) N/s muss bei der Prüfung der Prüfkörper der Klasse 12,5 und 12,5 E angewendet werden. 14 GBB 26. Januar 2011

9 Veränderungen der bodenmechanischen Kennwerte Kennwerte Kalk Zement Wassergehalt und Temperatur Plastizität Proctorkurve und Verdichtbarkeit Scherfestigkeit und Tragfähigkeit Verformungsmodul Durchlässigkeit Witterungs- und Frostempfindlichkeit starke Reduktion des Wassergehaltes, starke Erwärmung des Boden-Bindemittel- Gemisches Verringerung bei Ton, Erhöhung der Fließ- und Ausrollgrenze bei Schluff Erhöhung des optimalen Wassergehaltes und Verringerung der Trockendichte Steigerung der Tragfähigkeit durch Verbesserung der Verdichtbarkeit, puzzolanische Verfestigung und Carbonatisierung als Langzeitreaktionen mit einer Erhöhung der Scherfestigkeit (Kohäsion) geringe bis mittlere Erhöhung des Verformungsmoduls Verringerung der Durchlässigkeit bei grobund gemischtkörnigen Böden, Erhöhung der Durchlässigkeit bei mittel- und hochplastischen, tonigen Böden Verringerung der Witterungsempfindlichkeit, Erhöhung des Frostwiderstandes bei fein- und gemischtkörnigen Böden und ausreichenden Bindemittelmengen geringe Reduktion des Wassergehaltes keine Temperaturänderungen geringe Erhöhung der Fließ- und Ausrollgrenze bei bindigen Böden geringe Erhöhung des optimalen Wassergehaltes, geringe Veränderungen der Trockendichte Hydratation führt zu einer raschen Verkittung der Bodenkörner mit einer dauerhaften Erhöhung der Tragfähigkeit und der Scherfestigkeit (Kohäsion) Deutliche Erhöhung des Verformungsmoduls Verringerung der Durchlässigkeit bei grobund gemischtkörnigen Böden, Erhöhung der Durchlässigkeit bei mittel- und hochplastischen, tonigen Böden Verringerung der Witterungsempfindlichkeit, Erhöhung des Frostwiderstandes bei ausreichenden Bindemittelmengen 15 GBB 26. Januar 2011 Einsatzbereich Mischbindemittel 100 Schlämmkorn Siebkorn Schluffkorn Sandkorn Kieskorn Ton Steine Massenanteil [%] A B Kalk Zement Mischbindemittel C D E F G GBB 26. Januar ,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

10 Begriffserklärung Mischbindemittel Mischbindemittel aus genormten hydraulischen Bindemitteln oder deren hydraulischen Hauptbestandteile z.b. Duolit 70 Weißfeinkalk / Zement (70 % Kalkanteil) Andere Bindemittel können eingesetzt werden, wenn ihre bauund umwelttechnische Eignung nachgewiesen ist, und die Verwendung zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer vereinbart wurde. 17 GBB 26. Januar 2011 Wirkungsweise Mischbindemittel Die Wirkung von Mischbindemittel (Kalk-Zement-Produkte) beruht auf den Synergieeffekten von hydraulischen Weißfeinkalk und Zement und nutzt von beiden Produkten alle positiven Eigenschaften. Bei entsprechenden Mischverhältnissen sind diese für nahezu alle Bodenarten anwendbar. 18 GBB 26. Januar 2011

11 Erfahrungswerte für die Bindemittelmenge Bindemittelmenge in M. % Bodenverfestigung Bodengruppe Grobkörnige Böden (GE, GW, GI, SE, SW, SI) Gemischkörnige Böden (GU, GT, SU, ST, GU*, GT*, SU*, ST*) Feinkörnige Böden (UL, TL, UM, UA, TM, TA) Künstliche Gesteinskörnungen Feinkalk nach DIN EN Kalkhydrat nach DIN EN Zement nach DIN EN DIN EN Hydraulischer Boden u. Tragschichtbinder nach DIN Mischbindemittel * 4 8* RC Baustoffe Bodenverbesserung** Grobkörnige Böden (GE, GW, GI, SE, SW, SI) Gemischkörnige Böden (GU, GT, SU, ST, GU*, GT*, SU*, ST*) Feinkörnige Böden (UL, TL, UM, UA, TM, TA) (3) 4 2 (3) (3) 6 2 (3) 4 2 (3) (3) 6 * Nur bei genügend großen Anteilen reaktionsfähiger Stoffe im Boden ** Die geklammerten Werte beziehen sich auf die qualifizierte Bodenverbesserung 19 GBB 26. Januar 2011 Verarbeitungszeit der Bindemittel Verarbeitungszeit in Stunden TP BF-STB, Teil B 11.3 Hydraulische Bindemittel 1-2 Mischbindemittel 4 Weißfeinkalk 6 20 GBB 26. Januar 2011

12 Erfahrungswerte / Wassergehalt Reduzierung Wassergehalt je 1 % Bindemittel Hydraulische Bindemittel 0,3 % Mischbindemittel 0,5 % - 1,5 % Weißfeinkalke 2,0 % - 2,5 % 21 GBB 26. Januar 2011 Entwicklung Bindemittel Kalk Zement Mischbindemittel Gebrannte Weißfeinkalke CEM I CEM III, Hydraul. Boden- und Tragschichtbinder Weißfeinkalk / Zement (z.b. Märker Duolit) Bindemittel aus / mit industriellen Nebenprodukten 22 GBB 26. Januar 2011

13 Auswirkung industrieller Nebenprodukte Umweltrelevante Veränderungen (Schwermetalle etc.) Wirkungsweise nicht vergleichbar Erfahrungen der Bodenmechanik nur teilweise übertragbar Keine Langzeiterfahrungen vorhanden Bodenschutzrechtliche Bestimmungen sind zu beachten Günstig = nicht besser 23 GBB 26. Januar 2011 Ausschreibung ohne genaue Definition - Beispiel 24 GBB 26. Januar 2011

14 Ausschreibungstext mit Definition des Bindemittels Ausschreibungsbeispiel: Boden lösen, einbauen und verdichten, qualifiziert verbessern abgerechnet nach Abtragsprofilen Gewachsenen und gelagerten Boden BK 3 6 profilgerecht lösen, laden, transportieren, einbauen und verdichten. (Anteil Lagerboden vom Zwischenlager Geithain m³). Zwischenlagerungen sind einzurechnen. Verdichteten Boden mit Mischbindemittel bestehend aus 50% Portlandzement nach DIN EN und 50% Feinkalk nach DIN EN mit 60 kg/m³ qualifiziert verbessern, durchmischen und verdichten. Das Ausstreuen des Bindemittels wird nicht gesondert vergütet; Wasser gem. Baubeschreibung zugeben. Verbesserten Erdstoff profilgerecht einbauen und verdichten. Abgerechnet wird nach Abtragsprofilen. 25 GBB 26. Januar 2011 Schlussfolgerung / Fazit Wahl des Bindemittels nach Baugrundgutachten Angabe der Inhaltsstoffe (Entwurf Merkblatt FGSV) Bodenmechanische / chemische Vergleichsprüfungen Ausschreibung / Definition Schnittstelle Ausschreibung / Aufsicht Schulungen 26 GBB 26. Januar 2011

15 ... mehr als Zement 27 GBB 26. Januar 2011