Unterschiede: Bodenstabilisierung, Bodenverbesserung, Bodenbehandlung und Bodenverfestigung

In der Bodenstabilisierung unterscheidet man zwischen der Bodenverbesserung und Bodenverfestigung der Böden mit hydraulischen Bindemittel und Kalken.

Die Verfestigung ist dauerhaft und frostsicher ausgebildet.

Das Hauptmerkmal der Bodenverbesserung liegt hingegen nur bei der Verarbeitbarkeit bindiger Böden mit meist mit hohen Wassergehalten.

Da stellt sich natürlich die Frage, warum eine Bodenverbesserung und nicht gleich eine Bodenverfestigung. Der Aufwand ist gleich. Das Einsparungspotenzial ist bei einer Bodenverfestigung größer. 20cm Minerralstoffgemische, Aushub und Entsorgung werden eingespart.

Unsere innovativen Additive wurden speziell für die Bodenverfestigung entwickelt, sind aber auch weiteren Bodenbehandlungsarten vielseitig einsetzbar.

Generelle Aufgabe der Bindemittel:

Die Kalkdosis ist für den Aufschluss der Minerale, die Aggregatsbildung durch Wasserabsorption und damit für die Verdichtbarkeit, und Langzeitverfestigung verantwortlich.

Die Zementdosis ist für die Festigkeit und Stabilität der Struktur verantwortlich. Zement entzieht dem Boden weniger Wasser als Feinweißkalke.

Unsere Additive machen das natürliche Bodengemisch verbindungsfähiger und verstärken die Zementwirkung. Durch das verminderte Porenvolumen werden naürliche latenthydraulische Langzeitreaktionen hervorgerufen. Weniger hydraulische Bindemittelanteile (Zement) werden benötigt.

nicht tragfähiges planum bei F3 Böden:

Gemäß den Vorschriften der ZTV E-StB 09 muss der Untergrund (Erdplanum) Mindestanforderungen bezüglich Verdichtungsgrad (einfache Proctordichte Dpr) und Verformungsmodul genügen. Die im Planumsbereich vorwiegend anstehenden gemischt- und feinkörnigen Böden sind meist der Frostempfindlichkeitsklasse F3 zuzuordnen. Die in der RStO 12 ausgewiesenen Schichtdicken und die Anforderungen der ZTV SoB-StB 04/07 an den Verformungsmodul der Frostschutz- bzw. ungebundenen Tragschicht setzen auf dem Planum einen Verformungsmodul von mindestens Ev2 = 45 MN/m2 voraus. Dieser Wert ist oft bei den vorhandenen Böden nicht erreichbar. Wird von einen anstehendenVerformungsmoduln von Ev2 = 20 MN/m2 ausgegangen, sollte eine zusätzliche Lage nach Floss eingebaut werden . In Anlehnung an den FLOSS-Kommentar zur ZTVE-StB ist bei Verwendung von Frostschutzmaterial gemäß ZTV SoB-StB ein Bodenaustausch von etwa 20 cm  erforderlich, um auf dem Planum den geforderten Verformungsmodul Ev2 = 45 MN/m2 nachweisen zu können.

Diagramm zur Bestimmung der Dicke des Bodenaustausches aus Frostschutzmaterial (entnommen aus dem Kommentar zur ZTVE von FLOSS)

Alternativ ist auch hier nur eine Bodenverbesserung möglich, alternativ eine qualifizierte Bodenberbesserung (10 cm kleinere FSS) oder direkt eine Bodenverfestigung (20cm kleinere FSS). Insgesamt lassen sich in diesem kleinen Beispiel eine bis 40cm Gesteinslage einsparen. Die Entsorgung des Aushubs ist hierbei  noch nicht einmal berücksichtigt. Die Einhaltung der Filterkriterien kan bei einer Bodenbehandlung entfallen. Ansonsten muss auf dem Planum die Filterstabilität nachgewiesen werden. Meist ist zusätzlich ein Trennflies erforderlich.

Definition Bodenverfestigung:

Eine Bodenverfestigung ist ein Voll- oder Teilersatz der mineralischen Frostschutzschicht des Oberbaus durch frostsicheres Verfestigen des in der Planumsschicht des anstehenden oder eingebauten Bodens.

Zusätzlich kann die Tragschicht entfallen, wenn der Untergrund allein schon ausreichend tragfähig und erforderlichenfalls frostsicher ist, und /oder diese Anforderungen durch eine Verfestigung der anstehenden Böden (nur bei F2/F3 Boden) erreicht wird. 

Verfestigung von F1 Böden nach ZTV Beton :

Besteht der Untergrund bzw. Unterbau unmittelbar unter dem Oberbau aus Boden der Frostempfindlichkeitsklasse F 1, kann eine Verfestigung mit hydraulischen Bindemitteln durchgeführt werden, die dann Bestandteil des Oberbaus der Verkehrsfläche wird. Diese Verfestigungen werden in den TL Beton-StB und den und den ZTV Beton-StB geregelt und sind von den Bodenverfestigungen und Verbesserungen frostempfindlicher Böden nach ZTV E-StB zu unterscheiden.

F1 Böden lassen sich wirtschaftlich verfestigen, wenn ein Ev2 von 120 MN/m² auf dem Planum nicht erreicht wird, dieses ist leider häufig der Regelfall und wird leider von manchen Ausschreibenden vernachlässig. Eine Überprüfung der Verdichtbarkeit ist schon immer im Vorfeld (als Teil der Ausführungsplanung) durchzuführen. In der späteren Bauausführung führt dieses leider immer wieder zu kostspieligen Nachträgen durch den Aufragnehmer. 

Die Bemessung des Oberbaus und Bodenverfestigung wie folgt:

Zitat aus der RStO 12, Absatz 3.1.2:

Besteht der Untergrund bzw. Unterbau unmittelbar unter dem Oberbau aus Boden der Frostempfindlichkeitsklasse F1, kann die Frostschutzschicht entfallen, wenn die Tiefe 1,2 m (1,3 m bei Frosteinwirkungszone II; 1,5 m bei Frosteinwirkungszone III) unter Fahrbahnoberfläche beträgt.
Der Boden muss in den unter dem Planum verbleibenden oberen 35 cm zusätzlich zu den Anforderungen der ZTV SoB-StB an Frostschutzschichten die Anforderung bezüglich des Verdichtungsgrades erfüllen.
Wird auf dem F1-Boden ein Verformungsmodul von Ev2 ≥ 120 MN/m² (Bauklassen Bk1,0 bis Bk100) bzw. Ev2 = 100 MN/m² (Bauklasse Bk0,3) erreicht, kann der Oberbau gemäß dem Aufbau ab Oberkante Frostschutzschicht angeordnet werden (Bild 4).
Erfüllt der F1-Boden diese Anforderungen an den Verformungsmodul nicht, ist eine Verfestigung nach ZTV Beton-StB (Bild 5) vorzusehen oder alternativ der F1-Boden mechanisch zu verbessern oder die Dicke der darüberliegenden Tragschicht nach Tabelle 8 zu erhöhen. Die Schotter- oder Kiestragschicht der Bauweisen gemäß Tafel 1, Zeile 5, Tafel 2, Zeile 3 und Tafel 3, Zeile 3 kann unmittelbar auf dem F1-Boden angeordnet werden.

Tabelle 8: Anhaltswerte für aus Tragfähigkeitsgründen erforderliche Schichtdicken von Tragschichten ohne Bindemittel gemäß ZTV SoB-StB in Abhängigkeit von den Ev2-Werten der Unterlage sowie von der Tragschichtart (Dickenangaben in cm)

Praktisch ergeben sich bei einer Bodenverfestigung mit F1 Bestandsboden von 10 bis 25 cm, die Ersparnis einer zusätzlichen Tragschicht von 15-15 cm, nach Tabelle 8 der RStO. Einsparungen sind sogar bis 35 cm mit ungebrochenem Material möglich.

Zudem kann die verfestigte Schicht, mit Auflagen der unteren Wasserschutzbehörde, zur BE benutzt werden.

Verfestigung von F2 Böden:

Randbedinungen sind hier bei einer Bodenverfestigung sind zusätzlich zu den F3 Kriterien eine geforderte Druckfestigkeit von 4 N/mm2, mit bis zu 50% Druckabfall nach Wasserlagerung.

VERFESTIGUNG VON F3 BÖDEN:

Hier ist das Hauptanwendungsgebiet der Bodenverfestigung mit Additiven. Durch einen kleineren Bindemittelanteil und Einsatz unserer Additive verden Kosten eingespart. Sonst unbrauchbarer Boden wird zur zur Frostschutzschicht. Auf eine Versprödung der verfestigten Schicht wird entgegengewirkt.

Die verfestigte Schicht bleibt elastisch und ist nach RStO Absatz 3.2.1 mit 20 cm auf den frostsicheren Oberbau in allen Bauklassen anrechenbar.

Ressourcenschonend von Radwegen, über Industieflächen bis Autobahnen......

Verminderter Straßenaufbau nach RDO mit Bodenbehandlungen

Die rechnerische Dimensionierung nach den RDO ist ein wesendlicher Fortschritt in unseren Regelwerken. Die RDO, wie auchnach der Amerikanischen Norm der AASHTO, wird verwendetum eine Dimensionierung des Straßenaufbaus für eine Zeitraum für 30 Jahre zu ermöglichen . Die Bemessung nach AASHTO wird seit mehr als 30 Jahren  in vielen Ländern erfolgreich benutzt. Hier bietet die AASHTO jedoch mehere Möglichkeiten.  Hier hinkte Deutschland leider hinterher. Leider wird die RDO bei uns, auch aus Unwissenheit, nur selten benutzt. Haupteinsatzgebiet ist der PPP bei Autobahnen, obwohl eine Dimensionierung kleinerer Baumaßnahmen auch durchweg möglich wäre. Sogar Nebenangebote nach RDO sind zulässig.

Wir haben jahrelang nur nach Tabellen der RSTO gearbeitet und den Oberbau dimensioniert. Eine Bodenverbesserung oder Bodenverfestigung wurde rechnerisch nicht vorgenommen. Der EU sei in diesem Falle durch die Einführung der RDO Dank. Ein wichtiges Kriterium zu Bemessung hierbei ist die Tragfähigkeit des Untergrundes. Uns ist bekannt aus der RSTO, dass ein EV2 Wert von 45 MN/m2 eingehalten werden muss. Bei höheren Werten, wie bei einer Bodenverfestigung, kann der Aufbau abgemindert werden. Ferner gehen die künftigen Achsbelastungen, Haltbarkeit des Aufbaus und die E-Module der unterschiedlichen Schichten und die Temperatuen in die Berechnung ein.

Die größten Einsparungen sind bei einer Bodenverfestigung bei einem gesättigten CBR von größer 25 % des verfestigten Untergrundes zu erwarten. Eine Abminderung des weiteren Aufbaus ist bei einer Bodenverfestigung zulässig. Die Anrechenbarkeit auf den frostsicheren Oberbau von max. 20cm kann so nach RDO erhöht werden. Eine erhebliche Kostenreduzierung ist damit verbunden.    

VERDICHTUNG VON BINDIGEN BÖDEN:

Bei F2/F3 Böden enpfehlen wir besonders die Verwendung einer Polygonbandage-Walze zur Tiefenverdichtung, wenn die Bebauung es zulässt.

Bindung polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe:

Zum Recycling einer PAK haltigen bituminösen Tragschicht bindet das Additiv die Schadstoffe in der Bodenmatrix, auch ohne Vorabsiebung der Feinanteile. Das Eluatverhalten wird durch verminderte Saugwirkung verbessert, weniger Schadstoffe werden vom verfestigten Verbundkörper ausgespült.

PAK Haltiges Fräsgut bei Bodenbehandlungen mit Zement oder hydraulischem Bindemitteln:

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 sogar bis 100mg zulässig) 

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

Eignungsprüfungen:

Bei Eignungsprüfungen für Bodenverfestigungen sind gemäß RStO, ZTV E-StB, ZTV E-StB und ZTV Beton-StB einzuhalten. Das bodenmechanische Labor erhält eine Probe des Additives zur Herstellung der Probekörper.

Die Festlegung der Bindelmittelart- und Menge erfolgt nach den technische Prüfvorschriften für Boden und Fels im Straßenbau (TP BF-StB), Teil B 11.1 und B.11.3.

Das Ergebnis der Eignungsprüfung für Bodenverfestigungen ist der Bindemittelanteil und Bindemittelart mit dem dazugehörigen optimalen Proctorwassergehalt zur Frostbeständigkeit RAP- Stra Eignungsprüfungen, öffentliche Auftraggeber sind gehalten, eine anerkannte Prüfstelle, nach den „Richtlinien für die Anerkennung von Prüfstellen im Straßenbau (RAP Stra 15) zur Erstellung einer Eignungsprüfung zu beauftragen. Bundesweite Liste

Die Bestimmung der Längenänderung zur Frostsicherheit ist das Bemessungskriterium zur Bestimmung der Bindemittelanteile bei F3/F2 Böden:

Bei F2/F3 Böden wird der erforderliche Bindemittelanteil überwiegend durch die 50% Festigkeit nach Wasserlagerung überschläglich bemessen. Die geforderte Längenänderung von 1‰ durch 12 Frost-Tau Wechsel muß die ermittelte Bindemittelzugabe bestätigen.  

Im Widerspruch dazu ist bei F3 Böden ist jedoch allein der Nachweis zur Frostsicherheit das Bemessungskriterium zur Anrechnung auf eine Frostschutzschicht. Nach RStO können dann 20 cm Mineralstoffgemische eingespart werden, wenn nach ZTVE-StB verfestigt wird.

Einbau einer weiteren mineralischen Tragschicht (Kriterium ist die Befahrbarkeit) nach:

Zement: temperaturabhänig ab 24 Stunden, mit Ev₂ >70MN/m², auf der verfestigten Schicht

Mischbinder und Feinweißkalke: ab 2 Tagen

Konzentration des Additives:

Die Konzentration des Additivs richtet sich nach dem optimalen Proctor Wassergehalts des Bodens und damit auch nach der Körngrößenverteilung. Ein Mischungsverhältnis von 1:175 zum optimalen Proctor Wassergehalts der Bodenmatrix hat sich als Optimum bei der Eignungsprüfung herausgestellt. Vereinfacht siehe untere Tabelle.

Bauseits wird das Additiv wird in einem berechneten Mischungsverhältnis dem Zugabewasser hinzugegeben. Bedingt durch die Eigenfeuchte der Böden, ist das Mischungsverhältnis des Additives prozentual zu erhöhen.

Download Excel Tabelle in Abhänigkeit zur Eigenfeuchte und Wasseraufnahme der Bindemittel.

Umwelt:

Durch Verzicht oder Abminderung auf konventionelle Frostschutzschichten (untere Tragschichten, früher auch als HVT bezeichnet) aus gebrochenen Materialien wird die CO2-Bilanz nachhaltig verbessert. Bisher wenig verwendbare Materialien, können jetzt im Baumischverfahren eingebaut werden. Schon heute ist eine Anrechnung von 20cm auf dem frosicheren Oberbau, sogar im öffentlichen Straßenbau gegeben.

Wasssergebundene Decken, Forstwege und Unbefestigt Wege und Bankette:

Unterhaltungskosten können auch durch einfaches Aufbringen auf bestehende Flächen signifikant gemindert werden. TS Ionen, mit 50 Teilen Wasser verbessert den Zusammenhalt der Bodenpartikel. Wartungsintervalle unbefestigter Wege und Straßen und Bankette können vergrößert werden. Kosten werden durch diese erosionsmindende und verfestigende Maßnahme eingespart. Eine Applikation von 1 l/m² ist schon ausreichend. Die Verfestigung läuft zeitlich verzögert durch natürliche Bewetterung bis in 10 cm Tiefe ein. Voraussetzung ist hierbei ein Feinanteil von mehr als 10% der Kongrößenverteilung < 0,063 mm.

Werksmäßig mit TS Ionen behandelt, ist zudem weniger Verdichtungsenergie beim Einbau erforderlich. Eine köstengünstige nachhaltige Ausführung mit verlängerten Wartungsintervallen.

Die Nachteile einer wassergebundenen Decke, wie die Anfälligkeit durch Erosion in Gefällestrecken bei Starkregen und Staubentwickung in Trockenphasen werden deutlich unterbunden.

Hinweis:

Wir weisen ausdrücklich darauf hin, dass das Erreichen erwähnter Eigenschaften eine geeignete Herstellung und Verarbeitung des Baustoffes sowie eine sachgerechte, nach dem Stand der Technik durchzuführende Vorbereitung auf der Baustelle voraussetzt.

Mit Hilfe unserer speziell entwickelten Prognoserechnung, dessen Herzstück eine Tabellenkalkulation mit den Absorbtionsgrößen unterschiedlicher Bindemittel aus zahlreichen Laboruntersuchungen an Boden-Bindemittel Gemischen darstellt, kann überschläglicht die entsprechende Bindemittelmenge mit unseren Additiven abgeschätzt werden, die voraussichtlich eingesetzt werden muss, um die Frostsicherheit des jeweiligen Projektes zu erreichen und eine Anrechnung auf den frostsicheren Oberbau als Bodenverfestigung zu ermöglichen.

Hinweis zur Eigungsprüfung:

Die vorab beschriebene Prognoseberechnung ersetzt keine Eignungsprüfung im Bereich einer Bodenverfestigung.