Quelle/Kontext
Der Artikel enthält eine grob übersetzte Zusammenfassung und Auszüge aus dem wissenschaftlichen Bericht: V. Prikhodko und E. Kotlyarsk, “Errichtung eines Versuchsabschnitts des Fundaments aus mit Portlandzement unter Verwendung des Zusatzstoffs Renolith verstärktem Boden auf dem Bildungs- und Forschungsgelände MADI (STU)”, Ministerium für Bildung und Wissenschaft der Russischen Föderation, Moskau, 2008
- Originalsprache – Deutsch: Bau von einer Versuchsstrecke des Untergrundes aus dem mit Portlandzement verfestigten Boden, mit Einsatz von Renolith auf der Untersuchungsstation von MADI (STU)
- Englisch, maschinell übersetzt von Google: Bau eines Testabschnitts des Untergrunds aus mit Portlandzement verfestigtem Boden unter Verwendung von Renolith an der MADI-Untersuchungsstation (STU)
Überblick
Die Untersuchung und der Bau von Fahrbahnschichten aus mit Portlandzement und Renolith-Zusatzstoff verfestigtem Boden wurden im Juni-Juli 2008 auf dem Testgelände des Instituts für Automobil- und Straßenbau der Staatlichen Technischen Universität Moskau (MADI) durchgeführt.
Die Ziele waren:
- Zulassung der Technologie zur Herstellung von Boden-Zement-Mischungen unter Verwendung des Zusatzmittels Renolith auf der mobilen Mischanlage “BERTOLI”;
- Bestimmung der technologischen physikalisch-mechanischen Eigenschaften von Boden-Zement-Gemischen und Boden-Zement in den tragenden Schichten von Straßenunterbauten.
Einführung
Da der Schwerlastverkehr in Russland und den Nachbarländern stetig zunimmt, ist eine rasche Anpassung an das wachsende Verkehrsaufkommen und der Ausbau des Straßennetzes unerlässlich. Neue Technologien können hierbei Abhilfe schaffen, indem sie den vorhandenen Boden für den Straßenunterbau nutzen und so die Abhängigkeit von Fremdmaterialien im Straßenbau deutlich reduzieren. Die Verwendung von mit verschiedenen Bindemitteln stabilisiertem Boden gewinnt im Straßenbau zunehmend an Bedeutung. Die Verfestigung (Stabilisierung) lokaler Böden ermöglicht den Einsatz einer wesentlich größeren Bandbreite an Baumaterialien. Durch die Wiederverwertung und Nutzung lokaler Böden werden die zu transportierenden Materialien (z. B. Kies, grober und feinkörniger Sand) reduziert, wodurch Kosten und Transportaufwand für den Bau der Tragschichten im Straßenbau gesenkt werden.
Die vorhandenen Böden können durch Zugabe von Zement und einem speziellen Zusatzmittel (Renolith) für den Bau des Straßenunterbaus genutzt werden und weisen die erforderlichen physikalisch-mechanischen Eigenschaften (Druck- und Verformungsbeständigkeit, Frostbeständigkeit) auf. Dadurch lässt sich eine hohe Tragfähigkeit des Straßenunterbaus erzielen. Der größte Vorteil dieses Bindemittels liegt darin, dass die Mischungen direkt vor Ort hergestellt werden können. Hierfür sind spezielle Mischanlagen wie Straßenfräsen und stationäre Mischanlagen erforderlich. Solche Verfahren sind im Straßenbau generell wirtschaftlich und technisch effizient. Herkömmliche Stabilisierungsverfahren weisen hingegen einige wesentliche Nachteile auf:
- Eingeschränkte Anwendung im Straßenbau, da nicht alle Bodentypen stabilisiert werden können.
- Das verfügbare Material weist oft einen hohen Grad an Inhomogenität auf und ist daher für den herkömmlichen Straßenbau ungeeignet.
- Es ist eine große Herausforderung, Böden mit hohem Wassergehalt zu stabilisieren und die erforderliche Tragfähigkeit zu erreichen.
- Asphalt, der auf herkömmlichen Tragschichten aus zementgebundenen, stabilisierten Böden aufgebracht wird, neigt zur Bildung von Querrissen, was zu einer schnellen Zerstörung führt.
Zur Verbesserung der Struktureigenschaften von mit Zement verfestigten Böden werden im In- und Ausland verschiedene Zusatzstoffe eingesetzt. Diese Zusatzstoffe können Böden und Zuschlagstoffe hydrophob machen und die Frostbeständigkeit des Materials erhöhen oder die physikalisch-chemischen Wechselwirkungen mit den Bodenfeinanteilen verbessern, um eine dichtere und festere Materialstruktur zu erzielen.
Das zu untersuchende Additiv – Renolith – ermöglicht die Verwendung von ansonsten ungeeigneten Böden im Straßenbau.
Testfeld #1
Das erste Testfeld wurde am 5. Juni 2008 angelegt. Die Zusammensetzung des verfestigten Bodengemisches war:
- Sand 100%
- Portlandzement 8%
- Additives Renolith – 10% Zementmasse
Der sandige Boden hatte einen Feuchtigkeitsgehalt von 10%. 500 m³ grobkörniger Sand wurden aus einer Grube in der Nähe von Moskau gewonnen, Schüttdichte 1,5 g/cm³.
Lagerung des Sandes auf dem MADI-Testfeld
Portlandzement der Marke 400 wurde in der Türkei hergestellt und in Big Bags geliefert. Aufgrund unsachgemäßer Lagerung und/oder des Transports hat der Zement an Festigkeit eingebüßt. Außerdem haben sich Klumpen gebildet, die zu Funktionsstörungen der Dosiereinrichtung und zu einer Beeinträchtigung der Homogenität der Mischungen geführt haben.
Die Herstellung der oben genannten Zusammensetzung erfolgte mit einem Mischer der Marke Bertoli. Diese Mischanlage hat eine Leistung von 100 m³/h.
Bertoli Mischanlage
Die Anlieferung der Mischung zur Baustelle erfolgte über eine Entfernung von maximal 200 Metern. Der Transport wurde mit Kamaz-Lkw mit einer Ladekapazität von 15 Tonnen durchgeführt.
Die Verlegung erfolgte mit Pflastersteinen der Marke Vogele in einer Schichtdicke von 18 cm.
Anlieferung des Zement-Boden-Gemisches per LKW und dessen Entladung in den Bunker der Brigg. Anwendung des Testabschnitts auf der Feuerwehrzufahrt des MADI-Testgeländes.
Die Fahrbahn wurde mit einer 12 Tonnen schweren Zweiwalzen-Vibrationswalze des Typs DU 82 bei einer Fahrgeschwindigkeit von 1,3 km/h verdichtet. Für eine vollständige Verdichtung waren 5-6 Überfahrten pro Fahrspur erforderlich.
Verdichtung der Mischung mit einer großen Walze
Im Rahmen des Arbeitsprozesses wurde das Speziallabor von MADI genutzt, um die Eigenschaften der Inhaltsstoffe und der Mischung zu bestimmen. Referenzproben wurden aus 20 kg Sand, 5 kg Portlandzement und 2 Litern Renolith-Zusatzstoff hergestellt.
Während des Installationsprozesses wurden die Schichtdichte, die Schichtdicke und die Breite der aufgebrachten Mischung sowie die Anzahl der Walzdurchgänge überprüft.
Nach 28 Tagen Aushärtung wurden 9 Serien von Kernproben (insgesamt 63 Zylinder) gebohrt.
Schema der Teststrecke auf dem MADI-Testgelände mit Angabe der Stellen, an denen die Zement-Boden-Mischproben entnommen wurden (9 Stellen).
Die Labortests wurden gemäß den geltenden Richtlinien durchgeführt. GOST 23558-94.
Testfeld #2
Das zweite Testfeld wurde am 15. Juni 2008 errichtet. Die Technologie für den Bau dieses Straßenbetts sowie die Maschinen, Mechanismen und die Bodenmischung waren die gleichen wie beim Testfeld #1.
Nach 28 Tagen Aushärtung wurden Kernproben aus dem installierten Fundament entnommen. Das Probenahmeschema für die Kernproben entsprach dem des Testfelds #1.
Kernbohrung
Bohrkernprobe
Kontrollproben wurden hergestellt und 28 Tage lang in einer Klimakammer gelagert. Die physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Kernproben und der Kontrollproben wurden bestimmt.
Tests
An Proben und Kernproben wurden Tests durchgeführt, um Folgendes zu ermitteln:
- Druckfestigkeit
- Wasseraufnahme
- Relative Deformation
- Biege- / Zugfestigkeit
Kapillarwasseraufnahmetest der Zementbodenproben
Biegefestigkeitsprüfung einer 28 Tage ausgehärteten Probe
Analyse
Das Verhältnis von Druckfestigkeit zu Biegefestigkeit charakterisiert bis zu einem gewissen Grad die Rissbeständigkeit von Asphaltbetonfahrbahnen auf mineralisch verstärkten Untergründen. Die aus den Prüfergebnissen von Proben und Bohrkernen mit der Zuverlässigkeitsklasse 95% ermittelten Verhältnisse von Druckfestigkeit zu Biege- (Zug-)festigkeit liegen im Bereich von 2,38 bis 2,81. Gemäß den Anforderungen von GOST 23558-94, Diese Verhältnisse sollten nicht größer als 5,00 sein. Die ermittelten Verhältnisse von Druckfestigkeit und Zugfestigkeit bei Biegung deuten auf eine höhere Rissbeständigkeit von Böden hin, die mit Portlandzement und Renolith-Zusatz verstärkt wurden, was die Rissbeständigkeit von Asphaltbetonfahrbahnen auf Zement-Boden-Untergründen erhöht.
Die Wasseraufnahme von Kernproben aus der Basisschicht des Testgeländes wurde gemäß Abschnitt 6.1 bestimmt. GOST 23558-94. Dazu wurden die Proben in ein mit Wasser bis zu einem Drittel der Zylinderhöhe gefülltes Bad gestellt und nach 6 Stunden vollständig mit Wasser aufgefüllt. Anschließend verblieben sie 42 Stunden in diesem Wasser. Die geringe Wasseraufnahme (durchschnittlich 0,75 bis 1,09 M·%) schafft die Voraussetzungen für ein Material mit hoher Wasser- und Frostbeständigkeit.
Schlussfolgerungen und Vorschläge
- Mit sandigem Boden, Zement und Renolith-Zusatz sind Grundmischungen gemäß GOST 23558-94 der Marken M10 bis M75 möglich:
- M10 (1 MPa <= Druckfestigkeit <= 5,00 * Zugfestigkeit)
- M75 (7,5 MPa <= Druckfestigkeit <= 5,00 * Zugfestigkeit)
- Die Wasseraufnahmefähigkeit der Tragschichten ist gering. Dies bedeutet eine hohe Wasser- und Frostbeständigkeit dieser Tragschichten.
- Der Einsatz von “Bertoli”-Mischanlagen ermöglicht die zeitnahe Vermischung des lokalen Bodens. Dank der Verwendung lokaler Materialien und Mischanlagen sind kurze Transportwege möglich. Die Transportkosten werden erheblich reduziert und die Straßenbaustoffe erreichen eine hohe Tragfähigkeit.
- Während der Versuchs- und Bauarbeiten wurde eine inhomogene Mischung der Zementtragschicht festgestellt. Die Ursachen hierfür können bei kontinuierlichem und fließendem Straßenbau auftreten und sind technisch vermeidbar. Die Ursachen waren:
- Uneinheitlichkeit der verwendeten Materialien (Schwankungen in Körnung und Feuchtigkeit des Sandes);
- Niedrige Qualität von in der Türkei hergestelltem Portlandzement und dessen Aktivitätsverluste während Transport und Lagerung;
- Verlust der Dosierkontrolle während der Herstellung des Zement-Boden-Gemisches in der Mischanlage aufgrund von Zementklumpen;
- Unzureichende Qualität des zu feuchten Unterbodens;
- Wir halten es für zweckmäßig, die mit Renolith erzielten Verbesserungen der Tragschichten auch bei anderen Bodentypen zu untersuchen.
- Zur Zertifizierung und Ausstellung des Konformitätszertifikats ist die Zugabe des Additivs Renolith erforderlich.
- Für die Zukunft ist eine Technologieverordnung für Mischungen von Zementbasen mit Zusatzstoffen für verschiedene Arten von Straßenbaumaschinen erforderlich.
- Das Verhältnis von Druck- zu Zugfestigkeit ermöglicht eine höhere Rissbeständigkeit von Portlandzement-Bodenmischungen mit dem Zusatzstoff Renolith. Dadurch wird das Risiko von Reflexionsrissen von der Tragschicht zur Asphaltschicht verringert.
- Der Straßenunterbau kann mithilfe von hydraulischen Bindemitteln und dem modernen, effizienten Zusatzstoff Renolith aus lokalen Materialien hergestellt werden. Dadurch lassen sich die technologischen und strukturellen Eigenschaften der Straße besser steuern. Dies ermöglicht den Bau dauerhafter Tragschichten mit den erforderlichen Transport- und Betriebseigenschaften.
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