ROGRAN - ein neuer Straßenbaustoff

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Katharina Böhmer
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1 ROGRAN - ein neuer Straßenbaustoff Dr. F. Kiefer, Ensdorf; Dr. St. Roth-Kleyer, Greisenheim, Dr. W. Degro, Saarbrücken, Dr. K. Arlt, Dillingen et al. l Zusammensetzung ROGRAN ist ein Straßenbaustoff, der sich insbesondere zur Herstellung von Tragschichten im Strassenoberbau eignet. ROGRAN besteht aus einer Mischung von zwei verschiedenen industriellen Nebenprodukten: Hochofenstückschlacke und Schmelzkammergranulat. In der Regel besteht der Oberbau bei einer Straße aus mehreren Tragschichten unterhalb der Fahrbahndecke Diese Tragschichten liegen dem Untergrund oder Unterbau auf. Der Untergrund oder Unterbau kann falls erforderlich verfestigt bzw. verbessert sein. In der Regel liegen hier Sande, Kiese oder bindige Bodenarten vor. Die erste oder unterste Tragschicht verhindert als Frostschutzschicht ein Aufsteigen von Kapillarwasser. Diese Frostschutzschicht kann aus Schottermaterial oder mit aus dem bei der Schmelzkammerfeuerung in Kohlekraftwerken anfallendem Schmelzkammergranulat entsprechend den vorhandenen Normen und Anforderungen IM hergestellt werden. Schmelzkammergranulat besitzt eine steile Körnungslinie (eng gestuftes Material) mit verhältnismäßig großen Kornzwischenräumen und demnach hohem Porenvolumen und hat keine bzw. eine nur sehr geringe Kapillarwirkung 121. Obwohl Schmelzkammergranulat wegen des Kornaufbaues allein entsprechend den Vorschriften keine Regelbauweise für z.b. Bundesstraßen darstellt, hat es sich gezeigt, dass ausgehend von jahrelangen Beobachtungen an verschiedenen Teststrecken, Schmelzkammergranulat aufgrund der hohen Frostsicherheit als Frostschutzschichtmaterial herangezogen werden kann. Die zweite oder dritte Tragschicht dient der Verbesserung der Tragfestigkeit des Straßenoberbaues. Sie kann aus einem anderen Material als die Frostschutzschicht hergestellt werden, z.b. aus aufbereiteter Hochofenstückschlacke entsprechend den straßenbautechnischen Anforderungen 131. Die Hochofenstückschlacke hat als langsam und weitgehend auch kristallin erstarrte Schlacke hierbei hydraulische Eigenschaften, so dass mit der Zeit eine Bindung zwischen den Körnern entsteht (Festigkeitsentwicklung). Als oberste Tragschicht wird im Allgemeinen eine dichte, bituminöse Tragschicht eingebaut, die ihrerseits von bituminöser Binder- und Deckschicht überlagert wird.

2 ROGRAN stellt einen Straßenbaustoff dar, der hervorragende Eigenschaften aufweist. ROGRAN besteht aus einer Mischung aus Hochofenstückschlacke und bis zu max. 80 % Schmelzkammergranulat. ROGRAN verbessert als Gemisch die bekannten guten Eigenschaften von Hochofenschlacke und Schmelzkammergranulat. Die Festigkeitsentwicklung der Hochofenstückschlacke wird mit Zugabe des rein glasigen, absolut inerten Schmelzkammergranulates vermindert. Sie erweist sich oft als zu hoch Da später immer wieder einmal Abgrabungen in der Straße erforderlich werden, entstehen durch diese Festigkeitsentwicklungen zusätzliche Kosten (verfestigte Hochofenschlacke wird in Bodenklasse 7 - schwer lösbarer Fels - eingeteilt). Schmelzkammergranulat bringt mit seiner zerklüfteten Oberfläche eine sehr fein verteilte Porosität in die Mischung. Diese Porosität ist imstande, die bei der hydraulischen Abbindung der Hochofenstückschlacke entstehenden Hydratationsprodukte aufzunehmen, die sonst zu gelegentlichen Rissbildungen in der Straße rühren können ("Entspannung" der Hochofenschlacke). Schließlich verbessert das der Hochofenstückschlacke zugemischte Schmelzkammergranulat den Kornaufbau. Die bei der Zerkleinerung der Hochofenstückschlacke entstehende Kornverteilung ist oft etwas arm in den femeren Bereichen; hier wird der Komaufbau durch das Schmelzkammergranulat verbessert. Die genannten Vorteile von ROGRAN stellen sich bereits bei kleineren Zugaben von Schmelzkammergranulat zu der Hochofenstückschlacke ein; bei 10 % Anteil Schmelzkammergranulat in der Mischung sind die Auswirkungen schon erheblich. Beste Resultate liefert ein Gemisch mit 20 % bis 60 % Schmelzkammergranulatanteil. ROGRAN kann in verschiedenen Mischungsverhältnissen hergestellt werden und eignet sich insbesondere zur Herstellung der ersten Tragschicht (Frostschutzschicht) und den darüber liegenden zweiten und/oder dritten Tragschichten. Der Einsatz von ROGRAN ermöglicht nicht nur eine technische Verbesserung, sondern schont darüber hinaus natürliche Vorkommen und ist daher umweltfreundlich. ROGRAN ist ein ökologischer Baustoff, es werden zur Herstellung nur Sekundärprodukte eingesetzt.

3 2 Bodenmechanische Kenngrößen Die folgende Tabelle l zeigt die bodenmechanischen Kenngrößen von ROGRAN 0/32 bestehend aus 80 % Hochofenschlacke und 20 % Schmelzkammergranulat (nach /4/). Rohdichte 2,589 g/cm 3 Schüttdichte trocken 1,408 g/cm 3 Schüttdichte feucht l,376g/cm 3 Proctordichte l,820g/cm 3 opt. Wassergehalt 100% Dp, 8,4% Durchlässigkeitsbeiwert kf 7,4* l O- 5 m/s Hohlraumgehalt (berechnet) 28 Vol.-% Tabelle l: Bodenmechanische Kenngrößen ROGRAN Die verfestigenden Eigenschaften wurden mittels CBR-Versuch bestimmt. Dabei zeigt sich, dass der Grad der Verfestigung (CBR - Wert) weit unter den Werten liegt, die eine zum Vergleich herangezogene Hochofenschlacke ohne Schmelzkammergranulat aufweist. Die Korngrößenverteilung von ROGRAN liegt optimal innerhalb der Grenzlinien der ZTVT-StB 86. Die Körnungslinie verändert sich auch nach mechanischer Beanspruchung nur wenig und bleibt innerhalb der Grenzlinien. Die Ergebnisse der Durchlässigkeitsversuche stufen nach DIN Teil l ROGRAN als "durchlässig " ein; das Material ist frostsicher.

4 3 Anwendungsbeispiele Im Folgenden werden verschiedene Anwendungsbeispiele aufgezeigt und über die Erfahrungen mit ROGRAN berichtet. 3.1 Bau einer Straße mit ROGRAN im Kraftwerk Ensdorf/Saar Bei einer auf dem Gelände des Kraftwerkes Ensdori7Saar von der VSE zu errichtenden Straße der Bauklasse I (s. Abbildung 2) wurde die Eignung von ROGRAN in der zweiten Tragschicht zum ersten Mal untersucht /5/. Die Ergebnisse der Lastplattendruckversuche zeigen, dass die geforderten Werte in allen Bauabschnitten in wünschenswerter Weise sogar übertreffen wurden. Abbildung 2: Querprofil durch die Straße auf dem VSE Gelände

5 Bild l: Bau der Straße auf dem VSE Gelände 3.2 Neubau der Straßen RD 64 bei Ritzing und der RD 81 bei Forbach in Frankreich Im vorliegenden Beispiel wurde beim Neubau der RD 64 bei Ritzing als Tragschicht (couche de forme) die neue Materialmischung ROGRAN, bestehend aus 40 bis 60 % gebrochener Hochofenschlacke und 60 bis 40 % Schmelzkammergranulat verwandt. Die Mächtigkeit der Tragschicht beträgt 40 cm. Untersuchungen hinsichtlich der Verdichtung und Standfestigkeit in Zusammenarbeit mit dem Labor der Ponts et Chaussee, Nancy, ergaben sehr gute Werte. Die geforderten Verdichtungen wurden alle erreicht, es gab während der gesamten Baumaßnahme - auch bei schlechten Witterungsbedingungen - keinerlei Schwierigkeiten beim Einbau.

6 Bild 2: RD 81 bei Ritzing/Frankreich Bei einer vorausgegangenen Teststrecke (chantier experimental) in der Nähe von Forbach (RD 81) wurde ebenfalls ROGRAN als Tragschicht eingebaut. Auch hier waren die Ergebnisse der Untersuchungen sehr zufriedenstellend; die gemessenen Verdichtungswerte erreichten rund 1000 bar (entspricht ungefähr 200 MN/m 2 ) 3.3 Untergrundverbesserung beim Neubau eines Supermarktes Beim Bau des Supermarktes "Decathlon" in Forbach wurde als Untergrundverbesserung der neue Baustoff ROGRAN, bestehend aus ca. 60 % gebrochener Hochofenschlacke und ca. 40 % Schmelzkammergranulat, eingebaut. Vorausgegangene Aufschlussarbeiten zeigten einen nicht ausreichend tragfähigen Untergrund (durchschnittlich nur 230 bar). Es erfolgte kein Austausch der angetroffenen Schichten, sondern es wurde der neue Baustoff ROGRAN, bestehend aus Hochofenschlacke und Schmelzkammergranulat, in einer Mächtigkeit von ca. 50 cm eingebaut.

7 ROGRAN ließ sich sehr gut verdichten. Es wurden optimale Verdichtungs- und Tragfähigkeitswerte (870 bar) gemessen. Die geforderte Verdichtung von 700 bar wurde weit überschritten. Über dieser Untergrundverbesserung mit ROGRAN kam die Betonplatte des Supermarktes. 4 Bau der Bundesstraße B 51 bei Saarlouis Bei dieser Straße wurde ROGRAN 0/32 mit 20 % Schmelzkammergranulatzumischung in der Frostschutzschicht in einer Mächtigkeit von 30 cm eingebaut. Die auf der Frostschutzschicht durchgeführten Lastplattenruckversuche ergaben ausreichende Werte. Die auf der darüber liegenden Schottertragschicht gemessenen Werte der Lastplattendruckversuche ergaben ebenfalls optimale Ergebnisse.

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AUFGABE 1 1. Untergrund und Unterbau 1.1 Die in der Anlage dargestellten Böden sind nach DIN 18196 einzustufen und nach ZTVE-StB 94 hinsichtlich ihrer Frostempfindlichkeit zu beurteilen. 1.2 Beim Bau einer