Regelkonforme Minimierung von 20cm Mineralstoffgemischen

 

Anrechenbarer frostsicherer Oberbau nach RStO unter Verkehrsflächen.

Zusatzstoffe für Bodenverfestigungen zur Zement und CO2-Reduktion.



  • Kostengünstiger als eine

    Bodenverfestigung

    mit nur Zement unter

    gleichen Prüfkriterien.



  • Additive 
    für 
    Bodenverfestigungen.

    Zusatzstoffe für Bodenbehandlungen.

     

    bis zu 70% geringerer Zementanteil.

  • Einstreuen
  • Additiv einbring
  • Fraesen
  • verdichten

Bodenverfestigung im Straßenbau

Eine Bodenverfestigung, als technische Schicht, ist eine Bodenbehandlung mit Zement zur dauerhaften Erlangung der Frostsicherheit, Tragfähigkeit und zum Ausgleich unterschiedlicher Setzungen in Abhängigkeit der Bodenart, des Homogenbereiches und Lage der zu verfestigten Schicht im Straßenbau, Verkehrswegebau und unter Fundamenten. Eine Bodenverfestigung ist anrechenbar auf den frostsicheren Oberbau einer Verkehrsfläche. Die Ausführung erfolgt bevorzugt im Baumischverfahren (auch im Zentralmischverfahren als HGT, HGD und HGTD).

Bei einer Bodenverfestigung, Bodenbehandlung mit Bindemitteln und natürlich anstehenden Böden im Baumischverfahren werden Aushub, Entsorgung und Mineralstoffgemische minimiert.

Zusatzstoffe / Additive reduzieren zudem den erforderlichen Zementanteil einer Bodenverfestigung gesamtwirtschaftlich ökologisch und gesamtwirtschaftlich. Details regeln die RStO, ZTV-Beton und die ZTV-E StB in ihrer jeweils gültigen Fassung.

Warum eine Bodenverfestigung ?

Einfache Antwort: Minimierung Ihrer Kosten. Höherer Gewinn.

Ersatzbaustoffverordnung:

Die geforderte Verwendung von Ersatzbaustoffen wird aus technischer Sicht durch eine genormte Bodenbehandlung, auch mit bindigen Böden, in technischen Bauwerken auch als Z2 Böden als untere Frostschutzschicht kostengünstig anwendbar. Die Eignung sonst ungeeigneter Böden als Bodenverfestigung erhöht sich signifikant.

Die geforderte Wirtschaftlichkeitsabschätzung und Planung von technischen Bauwerken nach dem Bundesrat-Beschluss vom 06.11.2020, Drucksache 587/20 wird umgesetzt.

Grundlage ist die RSTO:

Eine Ausführung als Bodenverfestigung nach ZTV E-StB der oberen Zone eines frostempfindlichen Untergrundes bzw. Unterbaues ist bis zu einer Dicke von maximal 20 cm auf die Dicke des frostsicheren Oberbaues anrechenbar, auch unter Pflasterflächen. Die Ausführung einer qualifizierten Bodenverbesserung von ≥ 25 cm wird durch die Einstufung des frostempfindlichen Untergrundes bzw. Unterbaues in die Frostempfindlichkeitsklasse F2 nur mit 10 cm berücksichtigt.

Nach einer Deklarationsanalyse nach LAGA M20 können belastete Böden auch >Z2 mit einer Bodenbehandlung wieder eingebaut werden 

Die Zuordnungswerte werden durch die TR Boden der LAGA M20 und der Deponieverordnung geregelt. Die Bundesländer haben dazu übergeortnete Verfügungen, besonders zu PAK's erlassen. Im Widerspruch zum Kreislaufwirtschaftsgesetz (leidiges Thema Massenmehrung von Schadstoffen) sind jedoch gemäß den „Richtlinien für die umweltverträgliche Verwertung von Ausbaustoffen mit teer-/pechtypischen Bestandteilen sowie die Verwertung von Ausbauasphalten im Straßenbau“ (RuVA-StB 01-2005) ist die Wiederverwendung von teerhaltigem Asphalt (> 25 mg/kg Fräsvolumen der bituminösen Schichten) im Kaltmischverfahren  gemäß RuVA 4.2 mit Bindemittel zulässig, wenn der Grundwassermindestabstand 1 m über Einbautiefe beträgt. Laut Erlass von 2007 sind in NRW bis 1000 mg/kg bei einer Verfestigung, 100 mg/kg bei Recycling-Baustoff (RLC) PAK zulässig). In NDS Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr, gibt ein Allgemeines Rundschreiben von 2010 im Straßenbau eine Möglichkeit zur Wiederverwendung frei.Das Merkblatt zur Entsorgung von teerhaltigem Straßenaufbruch ist hier für Niedersachsen erhätlich. Eine Deklarationsanalyse liefert somit eine wichtige Grundlage zur Verwertung von belasteten Böden unter Verkehrsflächen im Planumsbereich. Bei einer Bodenbehandlung als Bodenverfestigung nach ZTV-E, ersetzt unbrauchbarer, auch hochbelasteter Boden größer Z2 eine 20 cm Frostschutzschicht nach RSTO im kostengüstigen Baumischverfahren. Das "Merkblatt für Kaltrecycling in situ im Straßenbau" (M KRC) ist gerade unter Bearbeitung und beschreibt die Anwendung und Ausführung von Verfahren zur vollständigen Verwertung von teerhaltigen Straßenausbaustoffen. 

Link: Handreichung Qualifizierte Entsorgung von mineralischen Abfällen im Straßenbau der Niedersächsische Landesbehörde für Straßenbau und Verkehr 2014

Unterschiede einer Bodenbehandlung als Bodenverfestigung mit Zement im Straßenbau

Wenn eine Bodenverbesserung im Tiefbau gefordert wird, warum dann nicht gleich aus kostentechnischer Sicht eine Bodenverfestigung ausführen?

Bei gleichem Geräteeinsatz kann bei einer Bodenverfestigung, auch bei übernässten nicht tragfähigen Böden, der Straßenaufbau nach RStO um 20 cm abgemindert werden, wenn die Verfestigung in einer Schichtstärke von min. 25 cm ausgeführt wird.

Wir tendieren grundsätzlich zu Bodenverfestigungen als Co2 neutralere Bauweise in Verkehrswegebau, Straßenbau. Geotextilien sind nicht erforderlich. Setzungen werden minimiert, Spurrrinnen durch die Bauweise vermieden. Die Gesamtkosten einer Verkehrsfläche in Straßenbau sinken zudem um ca.20 %, mit Additiven sogar mehr.

Bei einer Bodenbehanlung im Straßenbau, in Ausführung als Bodenverfestigung sollte der Bodengutachter, Planer, Bauherr, Auftraggeber oder Auftragnehmer schon im Vorfeld nach den Bodeneigenschaften, Homogenbereiche, Art der Verfestigung und deren künftigen Eigenschaften differenziert unterscheiden:

 

 Möglichkeiten und Lage einer Bodenverfestigung

 

In der zweiten Varianten, lässt die RStO einen abgeminderten Aufbau von 20 cm der Frostschutzschicht zu, wenn nach ZTV-E verfestigt wird. Es entfält das Planum und somit auch der Nachweis der Tragfähigkeit von Ev2 von 45MN/m2 auf dem fiktiven Planum. 20cm Aushub, 20cm Entsorgungskosten und 20 cm Mineralgemische werden regelkonform eingespart.

Bei einen F1 Boden ist es ein wenig komplizierter, aber sogar mit einem höheren Einsparungspotenzial (realistisch bis 30cm Mineralgemische), je nach dem zu erwarteten maximalen Ev2 - Wert des zu verdichteten Planums, wenn nach ZTV-Beton verfestigt wird. 

Klingt kompliziert, ist es auch. Dafür haben wir aber detallierte Regelwerke. Fragen sie dazu Ihren Bodengrundgutachter im Vorfeld.

Kontraproduktiv sind häufig Äußerungen von Ingenieurbüros. Diese rechnen meist nach HOAI, nach anrechenbaren Kosten, also vereinfacht nach Auftragssumme, ab. Da diese sich aber bei einer Bodenverfestigung vermindert und lukrative Positionen wie Entsorgung wegfallen, wird eine Bodenverfestigung mit Anrechnung auf den frostsicheren Oberbau nur selten ausgeschrieben. Zudem hat ein Ingenieurbüro einen erhöhten Planungsaufwand in der Leistungsphasen 1-5 sowie in der Objektüberwachung (LP 8) bei einer Bodenverfestigung.

Bei PPP-Projekten, im Industriebau sowie auch unter Fundamenten sind heute Bodenverfestigungen längst Standard.

Anrechenbarkeit von Bodenverfestigungen auf den frostsicheren Oberbau von Verkehrsflächen in 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 wP, eine Reduzierung der Plastizität IP und damit eine Erhöhung der Konsistenzzahl IC 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 Wpr 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

 Bodenbehandlungen202

 

 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.

Tags: Bodenverfestigung

Proctorkuven im VergleichProctor2

Vorteile einer Bodenverfestigung mit Bodenzusatzstoffen

Etabliertes Verfahren, verankert in den Regeln der Technik, RStO, RLW, ZTV, BF...

Die Hydratation der Bindemittel wird effektiver, bis zu 70% Bindemittelreduktion bei Zementen.

Erhöhung der Bodendichte der Bodenverfestigung mit Zementen und der Frostbeständigkeit bei F3/F2 Böden (Schluffe, Mergel...).

Der durchschnittliche Einbauwassergehalt liegt bei 0,93 Wpr bei F3 Böden im Vergleich zu einer Verfestigung mit Zement ohne Additiv, so können bis 25 Liter Wasser werden Boden pro m3 eingespart werden.

Umweltfreundlicher und günstiger als eine konventionelle Bodenverfestigung.

Wirkungsweise des Zusatsstoffes 

Kruemmel

Es kommt zu einer sichtbaren Krümmelbildung der Feinstanteile durch Zugabe unseres Bodenzusatzstoffes durch Ionenaustausch an der Oberfläche der Tonmineralien. Danach erfolgt eine abgeminderte Zementzugabe um die geforderten Parameter im Straßenbau (RAP-Stra) einzuhalten .

Wir können genormte Zemente nicht ersetzen, aber deren Bindungseigenschaften mit Erdbaustoffe und unseren Bodenzusatzstoffen signifikant verbessern.


Regelkonform mit Eignungsprüfung, gemäß DIN EN 16907-4 2019 und RStO 12, Absatz 3.2.1, ZTV E-StB und TP BF-StB 11.1, mit einer Anrechnung von 20 cm auf den frostsicheren Oberbau bei einer Ausführung mit F3/F2 Böden als Bodenverfestigung. Nach dem "Merkblatt über Bodenverfestigungen und Bodenverbesserungen mit Bindemitteln" ist die Wirksamkeit von Zusatzstoffen und Zusatzmitteln nach Abschnitt 4.4 im Rahmen einer Eignungsprüfung nachzuweisen. Bei einer einlagigen Einbaustärke / Frästiefe von mindestens 25 cm kann auf das Erstellen des Planums, auch bei nicht tragfähigen Böden (Ev2<45 MN/m2) entfallen, da hierbei auch das Kriterium einer qualifizierten Bodenverbesserung gleichzeitig erfüllt wird.

 

Unser Ziel ist es Mineralstoffgemische, Gesteinskörnungen oder Mineralgemische durch natürlich anstehende Böden, kostengünstig und regelkonform zu ersetzen.

Positiver Nebeneffekt: Schon eine Zement-Reduktion von nur 50% bringt eine deutliche CO2-Einsparung von ca 45%, inklusive unseres Zusatzstoffes mit.

 

anwendungtr

Bodenverfestigungen:  Regelwerke Prüfkriterien

waagetr

Frostschutzschicht Bodenverfestigung

eurotr

Kosten Bodenverfestigung RStO Vergleich

RAP Stratr

RAP-Stra Eignungsprüfungen Testergebnisse

LVtr

Leistungsverzeichnis Bodenverfestigung ZTV-E anrechenbar 20cm auf den frostsicheren Oberbau

LVtr

Leistungsverzeichnis Landwirtschaftlicher Wegebau HGTD