Aktueller Stand des Vorschriften- und Regelwerks zur Bodenbehandlung

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1 Aktueller Stand des Vorschriften- und Regelwerks zur Bodenbehandlung 10. Fachtagung Bodenbehandlung mit Bindemitteln Dr. Oliver Kuhl Dezernat Straßenbautechnik, Erhaltungs- und Entsorgungsmanagement Kassel, 20. Januar

2 Aktueller Stand des Vorschriften- und Regelwerks: Inhalt des Vortrags Begriffsbestimmungen Merkblatt zur Herstellung, Wirkungsweise und Anwendung von Mischbindemitteln - Grundlagen und Forschungsarbeiten - Bindemittel gemäß ZTVE-StB - Inhalt und Regelungen TP BF-StB,Teil B 11.1 Eignungsprüfung bei Bodenverfestigungen mit Bindemitteln TP BF-StB, Teil B 11.3 Eignungsprüfung bei Bodenverbesserungen mit Bindemitteln Sachstand und Ausblick - Forschung - Regelwerke 2

3 Aktueller Stand des Vorschriften- und Regelwerks: Begriffsbestimmungen Bodenverfestigungen sind Verfahren, bei denen die Widerstandsfähigkeit des Bodens gegen Beanspruchung durch Verkehr und Klima durch die Zugabe von Bindemitteln so erhöht wird, dass der Boden dauerhaft tragfähig und frostsicher wird. Bodenverbesserungen sind Verfahren zur Verbesserung der Einbaufähigkeit und Verdichtbarkeit von Böden und zur Erleichterung der Ausführung von Bauarbeiten. Qualifizierte Bodenverbesserungen sind Bodenverbesserungen mit Bindemitteln, die erhöhte Anforderungen an bestimmte Eigenschaften erfüllen. Bodenbehandlungen sind Verfahren, bei denen Böden so verändert werden, dass die geforderten Eigenschaften erreicht werden. Sie umfassen Bodenverfestigungen und Bodenverbesserungen. 3

4 Aktueller Stand des Vorschriften- und Regelwerks: Grundlagen Mischbindemittel: Forschung Forschung Straßenbau und Verkehrstechnik, Heft 939/2006 Untersuchung zum Reaktionsverhalten von Mischbindemittel zur Bodenbehandlung * Mischungen aus CL 90 und CEM I: 100 M.-% CL M.-% Cl 90 und 50 M.-% CEM I 30 M.-% Cl 90 und 70 M.-% CEM I 100 M.-% CEM I Sonderuntersuchung mit 50 M.-% CEM III Bindemittelgehalte: 1, 3 und 5 M.-% Böden: TM, TL, GU* Reaktionszeiten: 1, 4, 24 Stunden * Ausgeführt vom Institut für Materialprüfung Dr. Schellenberg Leipheim 4

5 Aktueller Stand des Vorschriften- und Regelwerks: Mischbindemittel, Reaktionsverhalten CEM I (1, M.-% Bindemittel) WFK (1, M.-% Bindemittel) 5

6 Bodenbehandlung mit Bindemittel; Grundlagen: Mischbindemittel; Reaktionsverhalten CEM I: 1h Kalk CEM I: 24h 6

7 Einaxiale Druckfestigkeit [N/mm²] 10. Fachtagung Bodenbehandlung mit Bindemittel Aktueller Stand des Vorschriften- und Regelwerks: Mischbindemittel, Reaktionsverhalten 3 2,5 2 1,5 1 h 4 h 24 h 1 0,5 0 Bindemittelart/Prüfalter Reaktionsverhalten von Mischbindemittel Druckfestigkeiten bei 3 M.-% Bindemittel Variation der Reaktionszeiten zwischen Einmischen des Bindemittel und der Verdichtung: gemischtkörniger Kies (GU*) 7

8 Massenanteil [%] 10. Fachtagung Bodenbehandlung mit Bindemittel Aktueller Stand des Vorschriften- und Regelwerks: Mischbindemittel, Bodengruppen Grob- Schlämmkorn Schluffkorn Ton Fein- Mittel- A 0,002 Bereich A Bereich G Kalk 0,006 B Siebkorn Sandkorn Fein- Mittel- C Grob- Mischbindemittel D 0,02 0,06 0,2 0,63 Korndurchmesser d [mm] ungeeignet, nicht zerkleinerbar ungeeignet, zu grob Kieskorn Fein- Mittel- E Zement 2,0 Grob- 6,3 F 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: nur CEM Steine G 8

9 Aktueller Stand des Vorschriften- und Regelwerks: Mischbindemittel, ZTVE-StB Zement nach DIN EN 197-1: Zement Teil 1: Zusammensetzung, Anforderungen und Konformitätskriterien von Normalzement Zement nach DIN EN 197-4: Zement Teil 4: Zusammensetzung, Anforderungen und Konformitätskriterien von Hochofenzement mit niedriger Anfangsfestigkeit Zement nach DIN : Zement mit besonderen Eigenschaften - Teil 10: Zusammensetzung, Anforderungen und Übereinstimmungsnachweis von Normalzement mit besonderen Eigenschaften Hydraulische Boden- und Tragschichtbinder nach DIN 18506: Zusammensetzung, Anforderungen und Konformitätskriterien 9

10 8. Fachtagung Bodenbehandlung mit Bindemittel Aktueller Stand des Vorschriften- und Regelwerks: Mischbindemittel, ZTVE-StB Baukalk nach DIN EN 459-1: Baukalk Teil 1: Definitionen, Anforderungen und Konformitätskriterien sowie nach ZTVE StB: Ergänzende Anforderungen an Kalke für Bodenenbehandlungen Mischbindemittel: Kombinationen aus genormten hydraulischen Bindemitteln oder deren hydraulischen Hauptbestandteilen und Baukalk nach der o.g. Norm. Die Mengenanteile der Bindemittel sind in der Leistungsbeschreibung anzugeben Die Verwendung anderer Bindemittel kann, wenn ihre Eignung grundsätzlich nachgewiesen wurde, zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer vereinbart werden. Erläuterung: Die Zusammensetzung kann je nach Hersteller unterschiedlich sein - Eignungsprüfung als Nachweis für den Einzelfall 10

11 8. Fachtagung Bodenbehandlung mit Bindemittel Aktueller Stand des Vorschriften- und Regelwerks: Mischbindemittel, ZTVE StB und DIN EN 459-1: für Bodenbehandlungen: ARS 19/2012 Auszug aus dem ARS 19/

12 Neuigkeiten im Regelwerk; Merkblatt Mischbindemittel : Wirkungsweise Bodenmechanische Veränderungen durch Zugabe von Mischbindemitteln 12

13 8. Fachtagung Bodenbehandlung mit Bindemittel Aktueller Stand des Vorschriften- und Regelwerks: Mischbindemittel, Herstellung Ausgangstoffe und Gemische Mischbindemittel werden aus unterschiedlichen genormten Ausgangsstoffen zusammengesetzt. Gebräuchliche und bautechnisch sinnvolle Zusammensetzungen für Mischbindemittel sind: Massenanteil Kalk / Massenanteil Zement 30 / 70 M.-% 50 / 50 M.-% 70 / 30 M.-% Kalk Kalk Kalk Zement Zement Zement Der Hersteller des Bindemittels hat in einem Produktdatenblatt die stoffliche Zusammensetzung anzugeben. 13

14 Neuigkeiten im Regelwerk; Merkblatt Mischbindemittel : Herstellung Gemische aus Kalk und hydraulischen Bestandteilen Getrennte Mahlung und Mischung Hauptbestandteil Klinker K Hauptbestandteil Hüttensand S Hauptbestandteil Kalkstein L Kalk CL Lagern Lagern Lagern Lagern Mischen Mischbindemittel 14

15 Aktueller Stand des Vorschriften- und Regelwerks: Mischbindemittel, Ausgangstoffe Kalk-Zement-Gemisch Als geeignet gilt eine Kombination aus genormten hydraulischen Bindemitteln mindestens der Festigkeitsklasse 32,5 (nach DIN EN bzw oder DIN oder DIN bzw. pren 13282) oder deren hydraulischen Hauptbestandteilen und Kalk nach DIN EN 459-1, mindestens des Typs CL 80-Q oder DL 80-5-Q 15

16 Neuigkeiten im Regelwerk; Merkblatt Mischbindemittel : Ausgangstoffe und Gemische Gemische aus Kalk und hydraulischen Bestandteilen Als geeignet kann auch eine Kombination aus genormten hydraulischen Bindemitteln mindestens der Festigkeitsklasse 32,5 (nach DIN EN bzw oder DIN oder DIN bzw. pren 13282) mit den in diesen Normen aufgeführten weiteren Bestandteilen sowie den dort angegebenen Massenanteilen und Kalk nach DIN EN 459-1, mindestens des Typs CL 80-Q oder DL 80-5-Q 16

17 Neuigkeiten im Regelwerk; Merkblatt Mischbindemittel : Ausgangstoffe und Gemische **) Die Hauptbestandteile müssen den in der Tabelle 1, DIN EN für Normalzemente genannten Massenanteilen entsprechen Beispiele: entspricht entspricht nicht 17

18 Neuigkeiten im Regelwerk; Merkblatt Mischbindemittel : Ausgangstoffe und Gemische Produktdatenblatt Deklaration der Bestandteile! 18

19 Neuigkeiten im Regelwerk; Merkblatt Mischbindemittel : Inhaltsstoffe Mischbindemittel versus Mischbinder (Inhaltsstoffe und Deklaration) Mischbindemittel Mischbinder Nach ZTVE-StB definiertes Bindemittel (Kalk und Zement) Die Mengenanteile sind in der Leistungsbeschreibung festzulegen Anforderungen an die Bestandteile? Enthält reaktiven Freikalk und Hinsichtlich der der angegeben baustofftechnischen Eigenschaften entspricht das Produkt einem Ist auf die Erfordernisse eines Tragschichtbinders gemäß DIN eingestellt Zu ihren Bestandteilen können gehören Ebenso vielfältig wie ihre Zusammensetzung sind auch die Verwendungsmöglichkeiten Auftragsmischungen. Im klassifizierten Straßenbau können diese Produkte nicht ausgeschrieben werden! 19

20 Neuigkeiten im Regelwerk; Merkblatt Mischbindemittel : Inhaltsstoffe Mischbinder: Zu ihren Bestandteilen können gehören? - hydraulische Bindemittel und Feinkalke - latent hydraulische Stoffe - Flugaschen - Gesteinsmehle - Industriestäube - Papieraschen - Bypassmehl - Filterstäube - Vorgaben/Regelwerke/Lieferbedingungen für Mischbinder bestehen nicht Zulassung im Einzelfall Nachweis der Eignung ist erforderlich Gleichmäßigkeit (Zusammensetzung) ist nachzuweisen Quelle: BAM 20

21 Neuigkeiten im Regelwerk; Merkblatt Mischbindemittel : Inhaltsstoffe Thermogravimetrischer Nachweis des (reaktiven) Kalkes HRB Nachweisverfahren: CaO + H 2 O Ca(OH) 2 Ca(OH) 2 CaO + H 2 O (bei C) Bindemittel Anteil WFK HRB -- 30/70 26 M.-% 50/50 44 M.-% 70/30 70 M.-% WFK 100 M.-% 21 30/70 50/50 70/30 CL 90

22 Neuigkeiten im Regelwerk; TP BF-StB, Teil B 11.1 und 11.3: TP BF-StB, Teil B 11.1 Eignungsprüfung bei Bodenverfestigungen mit Bindemitteln Enthält die Regelungen aus der zurückgezogenen TP BF-StB, Teil B 11.1 (Ausgabe 2005) für die hydraulischen Bindemittel und die Regelungen aus der zurückgezogenen TP BF-StB, Teil B 11.5 (Ausgabe 1991) für die Feinkalke und Kalkhydrate sowie neuaufgenommen die Regelungen für Mischbindemittel TP BF-StB, Teil B 11.3 Eignungsprüfung bei Bodenverbesserungen mit Bindemitteln Enthält die Regelungen aus der zurückgezogenen TP BF-StB, Teil B 11.5 (Ausgabe 1991) sowie die neu aufgenommen Regelungen für die hydraulischen Bindemittel und Mischbindemittel Die Gliederung der Prüfvorschriften bezieht sich damit nicht mehr auf das Bindemittel, sondern auf das Verfahren 22

23 Neuigkeiten im Regelwerk; TP BF-StB, Teil B 11.1: Umfang der Prüfungen Prüfungen nach Abschnitt Feinkalk nach DIN EN Kalkhydrat nach DIN EN Hydraulische Bindemittel 1) Mischbindemittel 1 Boden 1.1 Wassergehalt X X X X 1.2 Korndichte X X X X 1.3 Korngrößenverteilung X X X X 1.4 Zustandsgrenzen X 2) X 2) X 2) X 2) 1.5 Proctordichte und optimaler Wasserg X X X X 1.6 Organische Bestandteile X 2) X 2) X 2) X 2) 1.7 Schädliche Bestandteile X 2) X 2) X 2) X 2) 1.8 Umweltrelevante Inhaltsstoffe X 2) X 2) X 2) X 2) 2 Bindemittel 4.3 X 2) X 2) X 2) X 2) 3 Wasser 4.4 X 2) X 2) X 2) X 2) 3 Boden-Bindemittel-Gemisch 4.1 Proctorversuch 5) X X X X 4.2 Einaxiale Druckversuche ohne 7 X 3) X 3) Frostbeanspruchung 4.3 Hebung der Probe nach Frostbeanspruchung 6 X 4) X 4) 4.4 Einaxiale Druckversuche nach 7 X X Frostbeanspruchung 4.5 Umweltrelevante Inhaltsstoffe X 2) X 2) X 2) X 2) 23

24 Neuigkeiten im Regelwerk; TP BF Teil B 11.3:Umfang der Prüfungen Prüfungen nach Abschnitt Bodenverbesserung Qualifizierte Bodenverbesserung 1. Boden 1.1 Wassergehalt X X 1.2 Korndichte X X 1.3 Korngrößenverteilung X X 1.4 Zustandsgrenzen X 1) X 1) 1.5 Proctordichte und optimaler Wassergehalt X X 1.6 Organische Bestandteile X 1) X 1) 1.7 Schädliche Bestandteile X 2) X 2) 1.8 Umweltrelevante Inhaltsstoffe X 2) X 2) 2. Bindemittel 4.3 X 2) X 2) 3. Boden-Bindemittel-Gemisch 3.1 Proctordichte und optimaler Wassergehalt X X 3.2 Einaxiale Druckversuche nach Feuchtraumlagerung X 3) X 4) - nach Wasserlagerung X 3) X 4) 3.3 CBR-Versuche nach Feuchtraumlagerung X 3) X 4) - nach Wasserlagerung X 3) X 4) 24

25 Neuigkeiten im Regelwerk; Sachstand und Ausblick: Regelwerke Merkblatt über Bodenverfestigungen und Bodenverbesserungen mit Bindemitteln (2004) Merkblatt über die Behandlung von Böden und Baustoffen mit Bindemitteln zur Reduzierung der Eluierbarkeit umweltrelevanter Inhaltsstoffe (Ausgabe 2009) ZTVE StB 2009 (Ausgabe 2009) ARS 19/2012 (bedingt durch die DIN EN 459-1: ) Merkblatt zur Herstellung, Wirkungsweise und Anwendung von Mischbindemitteln (Ausgabe 2012) TP BF StB Teil B 11.3 (Ausgabe 2010) Eignungsprüfungen bei Bodenverbesserungen mit Bindemitteln (für alle Bindemittel) TP BF StB Teil B 11.1 (Ausgabe 2012) Eignungsprüfungen bei Bodenverfestigungen mit Bindemitteln (für alle Bindemittel) 25

26 Neuigkeiten im Regelwerk; Sachstand und Ausblick: Regelwerke RStO 12 "Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen ist im Dezember 2012 erschienen - Eine Bodenverfestigung nach den ZTVE-StB ist bis zu einer Dicke von maximal 20 cm aus die Dicke des frostsicheren Oberbaus anrechenbar. - Eine qualifizierte Bodenverbesserung nach den ZTVE-StB in einer Dicke von 25 cm wird durch die Einstufung des frostempfindlichen Untergrundes bzw. Unterbaus in die Frostempfindlichkeitsklasse F2 berücksichtigt. Überarbeitung der ZTVE-StB ist angestoßen (Neuausgabe nicht vor 2016) - In diesem Zusammenhang ggf. Überarbeitung der Merkblätter des AA 5.3 Bodenbehandlung der FGSV Ein neuer Entwurf der der DIN EN "Hydraulisch gebundene Gemische - Anforderungen - Teil 15: Hydraulische Bodenstabilisierungen, der die Teile der DIN EN ersetzen soll, ist im April/2014 erschienen Ein Normentextentwurf des CEN TC 396 Earthworks zur Bodenbehandlung liegt vor (CEN- TC_396_WG3TG3_Teil_4). Der Abschnitt Bodenbehandlung baut auf der Struktur der DIN EN auf. (Bearbeitung/Stellungnahmen der Gremien ab Herbst 2015 geplant) - Im Moment laufen die Vorbereitungen für die CEN-Entwurfsumfrage - Geplante Veröffentlichung der endgültigen Fassung ist Frühjahr

27 Neuigkeiten im Regelwerk; Sachstand und Ausblick: Forschung Langzeitverhalten von mit Bindemitteln behandelten Böden und Baustoffen hinsichtlich des Auslaugverhaltens von Schadstoffen - Teil: Literaturstudie ist abgeschlossen und veröffentlicht (Heft 1088/2013)* - Teil: Versuchsprogramm; Abschluss 1. Quartal 2016 geplant Untersuchung der Eignung von Mischbindemitteln für Bodenverfestigungen - Forschungsarbeit ist abgeschlossen und veröffentlicht (Heft 1105/2014)* - Ergebnisse werden bei der Überarbeitung der ZTVE StB eingearbeitet Ermittlung von Kenngrößen zur Risikoabschätzung des Ettringittreibens von sulfathaltigen Böden - Forschungsarbeit ist abgeschlossen, Schlussbericht und Auswertung liegt vor Eignung von Boden-Bindemittel-Gemischen als Baustoff für den Hinterfüllbereich von Bauwerken (im Forschungsprogramm der AG 5 Erd- und Grundbau der FGSV) Untersuchung zum Reaktionsverhalten von Braunkohlenflugasche bei Bodenverbesserungen (im Forschungsprogramm der AG 5 Erd- und Grundbau der FGSV) *Schriftenreihe Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik des BMVI 27

28 Neuigkeiten im Regelwerk; Sachstand und Ausblick: Forschung Langzeitverhalten von mit Bindemitteln behandelten Böden und Baustoffen hinsichtlich des Auslaugverhaltens von Schadstoffen (RWTH Aachen ibac) - Ermittlung von realen Milieubedingungen (Untersuchung von alten Verfestigungen) - Laboruntersuchungen mit angepassten Medienbedingungen (Säulenversuche) 28

29 Neuigkeiten im Regelwerk; Sachstand und Ausblick: Forschung Mischbindemittel Untersuchung der Eignung von Mischbindemitteln für Bodenverfestigungen - Gesonderte Prüfverfahren sind nicht notwendig - Reaktionszeiten an den Zementanteil des Bindemittels anpassen (Verkürzung der Reaktionszeit von bisher 4 Stunden bei Zementanteilen > 30 M.-%) - Anforderung an Bodenverfestigungen (Druckfestigkeit) grundsätzlich überprüfen Grundsätzliche Frage: Ist eine Druckfestigkeit von 6,0 N/mm² bei einer Bodenverfestigung erforderlich? 29

30 10. Fachtagung Bodenbehandlung mit Bindemittel Neuigkeiten im Regelwerk; Sachstand und Ausblick: Forschung Ettringittreiben Risikoabschätzung des Ettringittreibens von sulfathaltigen Böden Mikroskopische und röntgendiffraktometrische Mikroskopische Untersuchungen Untersuchungen (Mineralphasenbestimmungen) (Mineralphasenneubildungen) Geologische Risikogebiete z. B. Gipskeuper Empfehlungen für maximale Sulfatgehalte Empfehlungen für erweiterte Laborprüfungen Hinweise auf kritische Mineralphasen und Gesteine: z. B. Gips, Anhydrit, Mergel, Dolomit 30 Kategorien für Sulfatgehalte? < 0,3 M.-% 0,3 0,8 M.-% > 0,8 M.-%

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32 Kontakt Hessen Mobil Organisationseinheit Dezernat Straßenbautechnik, Erhaltungs- und Entsorgungsmanagement Adresse Sportparkstraße Wetzlar Referent/in Dr. Oliver Kuhl Kontakt Telefon: Telefax: