Bodenverfestigung im Straßenbau

Die Zeiten haben sich geändert, und bei vielen Baumaßnahmen fällt Bodenaushub an, der entsorgt, also verwertet oder kostenintensiv beseitigt werden muss. Wird ein Bodenaushub, auch nicht tragfähiger Boden, wieder als Baustoff verwertet, kann durch die Substitution der endlichen Ressource Steine und Erden der Abbau an primären Rohstoffen reduziert werden. Dies hat langfristig eine Schonung von Lagerstättenvorräten zu Folge. Durch Einhaltung des Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG) und in Bezugnahme der Ersatzbaustoffverordnung (EBV) werden Mineralgemische und Gesteinskörnungen durch natürlich anstehende Böden im Baumischverfahren mit einer Bodenbehandlung, in Ausführung als Bodenverfestigung regelkonform und Zement reduziert im Verkehrswegebau und Wegebau ersetzt.

Eine Bodenbehandlung als Bodenverfestigung und gleichzeitige Baugrundverbesserung sind Verfahren, bei denen die Widerstandsfähigkeit des Bodens gegen dynamische Beanspruchung durch Verkehr (punktuelle Belastung wird zu Flächenbelastung), Feuchtigkeit und Frost durch die Zugabe von Bindemitteln so erhöht wird, dass der Boden dauerhaft tragfähig und frostbeständig wird. Eine Einsparung einer mineralischen Frostschutzschicht oder Tragschicht, oder Teile davon wird regelkonform herbeigeführt. Hierbei muss bei F1, F2 und F3 Böden unterschieden werden. Eine Bodenverbesserung hingegen dient nur zur verbesserten Einbaufähigkeit bei hohen Wassergehalten eines F3 Bodens und darf nicht auf den frostsicheren Oberbau angerechnet werden.

Feinkörnige und bindige Bestandsböden werden in einem anerkannten Verfahren aus der standardisierten Bodenbehandlung, Bodenstabilisierung im Mixed-in-Place Verfahren mit Großfräsen und Anbaufräsen behandelt und zu anrechenbaren technischen Schichten im Straßenbau, Verkehrswegebau, Baustraßen, Feldwege, im landwirtschaftlichen Wegebau und unter Fundamenten und zu hochbelastbaren Flächen umgewandelt. 

Unser Bodenzusatzmittel in der Bodenbehandlung bewirkt zusammen mit Zementen für eine dauerhafte Bodenverfestigung des natürlichen Bodens. Gebundenes Wasser wird um die  Tonpartikeln  freigesetzt, die Druckfestigkeit und der Frostwiderstand wird um den Faktor > 2 erhöht. Durch Aufbrechen der Adsorptionswasser Hüllen / Haftwasser und zusätzlichen Ionenaustausch an den Grenzflächen der Bodenpartikel kommt zum Ladungsausgleich zwischen dem Additiv, überwiegend negativ geladenen Bodenpartikeln und den hydraulischen Bindemitteln, wodurch die Entstehung von Eislinsen an der  Gefrierfront des Straßenbaukörpers unterbunden wird. Die Wasserwanderung (Wasserlinsenbildung) zum Eiskristall, in der kritischen Frost-Tau Wechselzone, wird besonders bei F3 Böden fast völlig unterbunden.

D.h.: Auch lehmige Böden werden frostsicher verfestigt, mit geringen Zementanteilen.

Der Einsatzbereich von kostengünstigen Zementen (wir empfehlen einen CEM I 42,5 N oder R) wird bis in den tonigen Bereich der Sieblinie erweitert, wo sonst nur mit Feinweißkalken gearbeitet wurde. In unserem Downloadbereich sind Tabellen, um das Mischungsverhältnis unterschiedlicher Böden zu bestimmen. Unser Additiv sollte im 1. Fräsgang mit Wasser in einem festen Mischungsverhältnis zum Erreichen des optimalem Proctorwassergehalt (Verdichtung) zugegeben werden. Das Ergebnis ist eine anrechenbare kostengünstige Bodenverfestigung auf den frostsicheren Oberbau nach RStO, ohne Mehraufwand in einem anerkannten Verfahren.

Auch Böden mit hohen Humin.- und Fulvosäurenanteilen (Oberboden, moorhaltige Mischboden) können durch diese zusätzlichen Ionenaustauschreaktionen effektiver verfestigt werden. Tonmineralen und Huminstoffenpartikel adsorbierte Kationen sind ebenfalls von Hydrathüllen umgeben, die als Hydratationswasser ebenfalls Bestandteil des Adsorptionswassers sind. Mit abnehmender Korngröße und zunehmendem Gehalt an organischer Bodensubstanz steigt auch die Menge des Adsorptionswassers, das durch unser Additiv abgespalten wird.

An der Oberfläche der Bodenpartikel werden die adhäsiv gebundenen Wasserstoff-Ionen H+, verdrängt und durch höherwertige Ionen ausgetauscht. Das fest gebundene Adhäsionswassers wird von der Oberfläche der Bodenpartikel verdrängt wird und zu freiem Porenwasser in einen Austauschmechanismus umgewandelt.

Dadurch wirkt unser Zusatzstoff mit Zementen zu einer deutlichen Reduzierung der Wasseraufnahme am verdichteten und erhärteten Material und damit zu einer Verbesserung der Eigenschaften des Gemischs, auch hinsichtlich der Sulfat bedingten Volumenänderungen, sowie des Frost- und Elutionsverhaltens. 

Durch Zugabe unseres Additives oder Zusatzstoffes wird die Kohäsion, auch Haftfestigkeit genannt, bis zu 35 %, das Elastizitätsmodul bis zu 25 % des ursprünglichen Bodens erhöht. Bodenmechanisch hat dieses eine Erhöhung der Ausrollgrenze w_P, eine Reduzierung der Plastizität I_P und damit eine Erhöhung der Konsistenzzahl I_C zur Folge.  

Mit zusätzlichen geringen Anteilen von Zementen (bis 70% Ersparnis einer herkömmlichen Bodenverfestigung) und Additiven werden feinkörnige, bindige und kohäsive Böden, auch mit hohen Huminanteilen, kostengünstig frostsicher. Ein Anteil von 55 Kg/m³ Zement im verfestigten F3 Boden ist meist ausreichend. Der zweckmäßigste Einbauwassergehalt liegt bei 0,93 W_pr im Vergleich zu einer Verfestigung ohne Additiv. Teuere Feinweißkalke, oder deren Anteile in Mischbindemitteln, werden nur noch in Ausnahmefällen, vorab in einem separaten Fräsgang zur Minderung des Wasseranteils verwendet. 

Die einschlägige Literatur geht bei einer konventionellen Bodenverfestigung von einer Einbringmenge des Bindemittels bis 250 kg/m³ aus, ungeachtet der Problematik des Einmischens, des zusätzlichen Wasserbedarfs durch Bindemittelabsorbtion und einer umweltschädigen ph-Wert Erhöhung durch Feinweißkalke oder Mischbinder.  Aus diesem Grund werden Kalke oder Mischbinder mit Anteilen von Feinweißkalk, Calciumoxid, gebrannter Kalk, Branntkalk, oder auch ungelöschter Kalk zur Bodenverbesserung oder Bodenbehandlung, aus Sicht der unteren Wasserbehörden (UBW) zum meist aus Gründen des Gewässerschutzes und bei Grundwasserständen von weniger als 0,5 m unter dem Planum begründet abgelehnt. Bei einer geplanten Bodenverfestigung als HGTD ist die untere Naturschutzbehörde (UNB) vorab zu kontaktieren.

Unterschiede von Bodenbehandlungen im Verkehrswegebau     -     Regelkonforme Ausführungen

 Blau markiert den kosteneffizienten Einsatz einer Bodenverfestigung mit Zementen und Bodenzusatzstoffen

Anmerkung: 

Wird der Anforderungswert  an das Planum mit EV₂>=45 MN/m² nicht erreicht,  kann eine Bodenverfestigung der unteren Lage der Frostschutzschicht mit anstehenden nicht tragfähigen F3 Böden erfolgen, wenn Minimum ein Ev₂ Wert von 15 MN/m² auf dem fiktiven Planum erreicht werden könnte (ZTV-StB LSBB). Hierbei werden nur 20 cm verfestigt und mit 20 cm auf den frostsicheren Oberbau angerechnet. Wir empfehlen grundsätzlich eine Verfestigung von 25 cm mit einer Anrechnung von 20 cm auf den frostsicheren Oberbau.