-
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Füllmaterial zur Erstellung hydraulisch gebundener Tragschichten sowie ein Verfahren zur Herstellung fugenloser hydraulisch gebundener Tragschichten aus grobkörnigen Hartgesteinsbaustoffen für hochbelastete Verkehrs-, Park- und Abstellflächen.
-
Bekannt sind hydraulisch gebundene Tragschichten, welche traditionell aus Betongemischen unterschiedlicher Qualitäten hergestellt werden. Da bei dieser Konstruktionsweise der Baukörper durch Kriechen und Schwinden stark beansprucht wird, ist die Anordnung von Schein-, Raum- und Pressfugen für die Funktion der Konstruktion unbedingt notwendig. Je höher die Verkehrsbelastung, desto höher muss die qualitative Eigenschaft des Betongemisches sein. Zwangläufig ergibt sich daraus eine sehr hohe Schwind- und Kriechneigung, die unter ungünstigen Umständen zur unkontrollierten Rissbildung und dem Versagen der Konstruktionsschicht führen kann. Der personelle und materielle Aufwand für die Herstellung der Fugen ist relativ hoch und schränkt den Beginn der Nutzungsfähigkeit ein.
-
So offenbart die
DE 1816704 A eine flexible Tragschicht aus einem hohlraumarmen, kornabgestuften Schotter-, Splitt-Sand-Gemisch und/oder einem hohlraumarmen kornabgestuften Kies-Sand-Gemisch für Fahrbahndecken von Verkehrsflächen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Tragschicht. Die Tragschicht weist dabei etwa 1 bis 3 Gewichts-%, vorzugsweise etwa 2 Gewichts-%, eines hydraulischen Bindemittels, bezogen auf das Trockengewicht des Gesteinsgemisches, auf, wobei das hydraulische Bindemittel Zement ist.
-
Weiterhin offenbart die
DE 2522850 A1 einen Baustoff für Tragschichten, insbesondere für den Straßenbau, bestehend aus einem Mineralkorngemisch und einem hydraulischen oder gleichartig wirksamen Bindemittel wie Zement, hochhydraulischer Kalk, Kalk und Kalkhydrat, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung zusätzlich einen witterungsunbeständigen Mineralstoff gröberer Körnung enthält.
-
Schließlich offenbart die
EP 0045026 A1 ein Verfahren zur Bodenverfestigung sowie danach hergestellte Frostschutzschichten als Untergrund bzw. Unterbau für den Strassen- und Eisenbahnbau. Dabei wird der zu verfestigende, Feuchtigkeit enthaltende Boden, Abraum oder ein Boden/Abraum-Gemisch mit Zement vermischt und dann verdichtet, wobei man der zu verfestigenden Masse zusätzlich ein Verflüssigungsmittel zusetzt.
-
Alle bisher bekannten Technologien zur Vermeidung von derartiger Rissbildung ohne Fugenausbildung sind bisher nicht erfolgreich gewesen.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Tragschicht anzugeben, bei dem die Nutzungs- und Tragfähigkeitseigenschaften der Konstruktionsschicht durch Vermeidung der zerstörenden Rissbildung langfristig und nachhaltig erhalten bleiben. Gleichzeitig ist es wünschenswert, eine hohe Effizienz bei der Herstellung der Verkehrsanlage zu erreichen.
-
Die Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein hydraulisches gebundenes Füllmaterial, welches folgende Bestandteile umfasst:
- – 60–75% Massenanteile gut abgestufter Sand Körnung bis ca. 4 mm,
- – 25–40% Masseanteile eines hydraulischen Bindemittels, wobei das hydraulische Bindemittel ausgewählt ist als Zement,
- – ein Hochleistungsfließmittel sowie
- – einen Erhärtungsbeschleuniger.
-
Als Hochleistungsfließmittel werden Betonzusatzmittel bezeichnet, welche nachträglich zugegeben werden und die die Konsistenz von Frischbeton verändern, sodass der Beton bei ansonsten gleichbleibender Mischung fließfähiger wird. Zweck dieser „Plastifizierung” oder „Verflüssigung” genannten Veränderung ist entweder die Verbesserung der Verarbeitbarkeit oder die Verbesserung der Festigkeit bei gleichbleibender Verarbeitbarkeit.
-
Fließmittel benötigen gegenüber Betonverflüssigern, welche im Mischwerk beigemischt werden, eine deutlich geringere Dosierung und dürfen auch nachträglich, z. B. bei Ankunft auf der Baustelle, zugemischt werden. Geeignete erfindungsgemäße Hochleistungsfließmittel sind etwa Sika Betonverflüssiger BV 3 M oder CEMEX Hochleistungsfließmittel ISOLA BV/FM 74.
-
Als Erhärtungsbeschleuniger werden Betonzusatzmittel bezeichnet, die das Erhärten eines Betons oder Mörtels beschleunigen. Ein geeigneter erfindungsgemäßer Erhärtungsbeschleuniger ist etwa CEMEX Beschleuniger CX ISOXEL 877.
-
Das hydraulische Füllmaterial zum Vergießen des Porenraumes im Gesteinsgerüst wird durch Zugabe eines Hochleistungsfließmittels soweit plastifiziert (verflüssigt ohne Wasserzugabe), dass eine Konsistenzklasse (DIN EN 12350) SVB (self compacting concrete) erreicht wird. Das Ausbreitmaß nach obiger DIN der Vergußmasse ist > 700 mm. Dadurch kann infolge der Wirkung der Gravitationskraft das Gemisch hohlraumlos das bestehende Korngerüst ausfüllen und ohne Nachverdichtung erstarren. Die erreichbaren Druckfestigkeitswerte der Konstruktion können bis zu 50 N/mm2 betragen. Das entspricht einer Betonfestigkeitsklasse C40/50 nach DIN 1045-1.
-
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen fugenlosen Tragschicht mit den Schritten:
- – Herstellung eines ungebundenen, frostsicheren und ausreichend tragfähigen Unterbaus,
- – Herstellung einer Trennschicht, wobei die Trennschicht aus einem Geotextil hergestellt wird,
- – Herstellen und Verdichten eines tragenden Korngerüsts durch den maschinellen Einbau einer Hartgesteinskornfraktion (z. B. 35–250 mm),
- – Einbringen eines erfindungsgemäßen hydraulischen Füllmaterials in das Korngerüst, wobei das hydraulische Füllmaterial die im Korngerüst enthaltenen Porenräume vollständig und dicht ausfüllt und nachfolgend abbindet.
-
Als ungebundene, frostsicherer und ausreichend tragfähiger Unterbau sind beispielsweise eine gut abgestufte Kiessandtragschicht, eine Magerbetonschicht C 8/10 nach DIN 1045-1 oder eine ungebundene Frostschutzschicht B 2 verwendbar.
-
Geotextilien sind wasserdurchlässige Textilbahnen, zu denen die Produktgruppen Vliesstoffe, Gewebe und Maschenwaren gehören. Erfindungsgemäß verwendbare Geotextilien entsprechen der DIN EN 15381 (Geotextilien und geotextilverwandte Produkte – Eigenschaften, die für die Anwendung beim Bau von Fahrbahndecken und Asphaltdeckschichten erforderlich sind) oder der DIN EN 15382 (Geotextilien – Geosynthetische Dichtungsbahnen – Eigenschaften, die für die Anwendung in Verkehrsbauten erforderlich sind).
-
Vliesstoffe sind Geotextilien aus Fasern oder Filamenten, die meist durch mechanische Vernadelung oder thermische Verschmelzung hergestellt werden.
-
Gewebe werden dagegen im klassischen Webverfahren durch rechtwinklig (Kette und Schuss) gekreuzte Fäden oder Bändchen produziert.
-
Maschenwaren entstehen hingegen durch Verschlaufen und Verschlingen von Garnen, Fasern oder Filamenten.
-
Alle wasserdurchlässigen Geokunststoffe, die nicht zu der Gruppe der Geotextilien gehören, sind geotextilverwandte Produkte. Am Bekanntesten sind die Geogitter. Geogitter kennzeichnen sich dadurch, dass ihre Maschenöffnung eine größere Fläche als das eigentliche Material einnimmt. Sie werden meist durch Extrusion, Verschweißen oder Verweben hergestellt.
-
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße hydraulische Füllmaterial folgende Bestandteile auf:
- – 60–75% Massenanteile gut abgestufter Sand/Splitt, Körnung ca. 4 mm,
- – 25–40% Masseanteile eines hydraulischen Bindemittels (Zement oder Bindemittel mit ähnlichen Eigenschaften),
- – ein Hochleistungsfließmittel und
- – ein Erhärtungsbeschleuniger.
-
Das hydraulische Füllmaterial wird vorzugsweise durch eine Förderpumpe und die wirkende Gravitationskraft penetrierend in das Korngerüst eingebracht.
-
Durch den überdurchschnittlichen hohen Anteil an Zuschlagstoffen (nicht aktiv am Erstarrungs- und Abbindeprozess teilnehmende Materialkomponente) werden die Hydratationswärme und die Kriech- und Schwindspannungen soweit reduziert, dass die unkontrollierbare Bildung von betonzerstörenden Rissen vermieden wird. Es entsteht eine fugenlose Betontragschicht mit den Festigkeitseigenschaften der traditionellen Betonbauweise im Straßenbau.
-
Es entsteht erfindungsgemäß eine starre Betontragschicht mit einer Betonwürfeldruckfestigkeit von bis 50 N/mm2. Da in dieser Tragschicht ein überdurchschnittlicher Anteil von nicht aktiv am Abbindeprozess teilnehmendem Material enthalten ist, werden die negativen Eigenschaften des Baustoffs Beton (hohe Kriechspannung, hohe Schwindspannung, hohe Hydratationwärme, die zur unkontrollierten zerstörenden Rissbildung führen), soweit reduziert, dass eine aufwendige Fugenausbildung in herkömmlicher Form entfallen kann. Die so hergestellte Nutzschicht kann fugenlos gefertigt werden. Sie ist wasserdicht, frostsicher und besitzt eine außergewöhnlich hohe Belastbarkeit und damit große nachhaltige Gebrauchseigenschaften. Die Oberfläche ohne weitere Beschichtung ist auch für untergeordnete Straßenkonstruktionen (Feldwege, Baustraßen etc.) gebrauchsfähig.
-
Bevorzugt werden im klassifizierten Straßenbau die nachfolgenden Verfahrensschritte zur Erreichung einer hohen Oberflächengüte durchgeführt:
- – Behandeln der erfindungsgemäß erzielten Tragschicht mit einem bituminöser Haftkleber,
- – Aufbringen und Verdichten einer bituminösen Binderschicht,
- – Einbau einer Deckschicht.
-
Der Bitumen-Haftkleber oder unter neuer Bezeichnung C 40 BF1-S (z. B. VIALIT C 40 BF1-S) ist eine kationische Bitumenemulsion mit niedrigem Bindemittelgehalt und hohem Lösemittelzusatz. Das Aufbringen des Bitumen-Haftklebers wird als Anspritzen, Vorspritzen oder Aufspritzen bezeichnet. Vorteilhaft gegenüber einer normalen kationischen Bitumenemulsion (ohne Zusätze) ist, dass der Bitumen-Haftkleber sehr dünnflüssig ist. Hierdurch ist eine gute Staubdurchdringung gegeben. Ein Verbund zwischen Unterlage und aufgetragenem Gut ist folglich gewährleistet. Haftkleber wird in der Regel kalt verarbeitet, eine Aufheizung auf 40–60°C ist möglich.
-
Der Bitumen-Haftkleber ist grundlegender Bestandteil des Schichtenverbundes, bei seltenen Fällen (Betonuntergrund) wird bei einer Oberflächenbehandlung Haftkleber als Porenverschluss und Haftverbesserer aufgebracht.
-
Grundsätzlich dient die Aufbringung eines Haftklebers dem Schichtenverbund (Verklebung) beim Einbau mehrerer Walzasphaltschichten. Je nach Anwendungsfall sind zwischen 0,15 und 0,25 kg/m2 Haftkleber aufzutragen. Ein fehlender Schichtenverbund führt zu einer schnelleren Ermüdung der Straßenbefestigung.
-
Der Bitumen-Haftkleber verhindert dabei die Austrocknung, also die Verdunstung von Wasser, das für den Abbindeprozess zwingend nötig ist, der Oberfläche und dient gleichzeitig als Haftgrund für die bituminöse Binderausgleichschicht.
-
Eine Binderschicht wird bei stärker belasteten Straßen (Belastungsklassen Bk100 bis Bk3,2) zwischen der darunterliegenden, grobkörnigen Tragschicht und der darüber liegenden, feinkörnigen Deckschicht eingebaut. Sie überträgt die durch den Verkehr verursachten Kräfte (darunter besonders die Schubkräfte) in die unteren Schichten der Straße und verhindert Verformungen. Ursprünglich wurde die Binderschicht zur Bindung von ungebundenen Tragschichten genutzt, um eine ebene Oberfläche zu erhalten.
-
Der Einbau der Deckschicht (Verschleißschicht) erfolgt vorzugsweise durch den Einbau einer 40–50 mm dicken bituminösen Deckschicht. Es ist auch möglich, sogenannten umweltfreundlichen „Flüsterasphalt” und andere geeignete Verfahren zum fugenlosen Deckenabschluss zu verwenden.
-
Als Flüsterasphalt wird eine offenporige bituminöse Deckschicht zur Verminderung der Rollgeräusche und Verbesserung der Fahrdynamik bezeichnet. Die Zusammensetzung zeichnet sich durch ihren hohen Anteil von groben Gesteinskörnungen aus, der einen hohen Gehalt an zusammenhängenden Hohlräumen zur Folge hat. Durch diese Hohlräume kann das Regenwasser nach unten abgeleitet werden. Eine Abdichtung aus Bitumen verhindert, dass das Wasser in den Untergrund oder in den Straßenkörper eindringt. Diese besteht aus polymermodifiziertem oder gummimodifiziertem Bitumen und wird zur Befahrbarkeit mit Edelsplitt 8/11 oder 5/8 abgestreut.
-
Die Binderschicht wird nach dem Abbinden der mörtelversetzten Hartgesteinskornschicht mit einem handelsüblichen Straßenfertiger zur Beseitigung von Unebenheiten und als Einbaugrundlage für den Deckenschluss aufgebracht und verdichtet.
-
Die so entstandene Fahrbahndecke kann praktisch endlos gefertigt werden. Die beim Einbau von konventionellem Straßenbeton entstehenden rissbildenden Spannungen werden bei dieser Konstruktion dadurch vermieden, dass die beim Erstarrungsprozess auftretenden Spannungen durch die vorhandene nicht am Abbindeprozess teilnehmende Korngerüststruktur kompensiert werden, so dass die Herstellung von Fugen entfallen kann.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das tragende Korngerüst der Hartgesteinsschicht eine Stärke von 0,2 m bis ca. 0,8 m auf.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Hartgesteinskornfraktion eine Dimensionierung von 35–250 mm auf.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann im Verkehrswegebau bei Einsatz hocheffizienter Straßenbaumaschinen und überwiegend heimischen Rohstoffen eine fugenlose hochbelastbare hydraulisch gebundene Tragschicht mit hoher Lebensdauer hergestellt werden.
-
Die erfindungsgemäß hergestellte Tragschicht bietet hierbei verschiedene technische Vorteile:
So ist zum einen keine Ausbildung von konstruktionsbedingten Fugen notwendig. Weiterhin sind durch die erfindungsgemäße Tragschicht sehr hohe Betondruck- und Biegezugfestigkeiten erreichbar, was zu einer sehr hohen Belastbarkeit führt. Schließlich ist ein sehr langer Nutzungszeitraum der Konstruktion durch Vermeidung der Rissbildung gegeben.
-
Als technologische Vorteile können die Herstellung der Tragschicht durch effektiven kontinuierlichen maschinellen Einsatz sowie dadurch bedingt einfachere und schnellere Arbeitsabläufe gesehen werden.
-
Schließlich ergeben sich durch den möglichen Einsatz von einheimischen Rohstoffen ökonomische Vorteile. Durch die erfindungsgemäß bedingt hohe Einbauleistung bei der Herstellung erfolgt zudem eine Optimierung der Herstellungskosten, welche gegenüber herkömmlichen Verfahren bedeutend günstiger sind. Zudem kann auf bereits vorhandene Straßenbautechnik (Walzen, Fertiger etc.) zurückgegriffen werden.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung des erfindungsgemäßen hydraulischen Füllmaterials zur Herstellung von fugenlosen Tragschichten.
-
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Kombinationen der Ansprüche oder einzelner Merkmale davon.
-
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels eingehender erläutert werden. Das Ausführungsbeispiel soll dabei die Erfindung beschreiben, ohne diese zu beschränken.
-
In einem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Tragschicht hergestellt. Dazu erfolgt zunächst die Herstellung eines ungebundenen frostsicheren und ausreichend tragfähigen Unterbaus. Auf de Unterbau wird eine Trennschicht aufgebracht, wobei die Trennschicht als textile Trennschicht hergestellt wird. Auf diese Trennschicht wird das tragende Korngerüst durch maschinellen Einbau aufgebracht und verdichtet. Das tragende Korngerüst der Hartgesteinsschicht weist dabei eine Stärke von 0,2 m bis ca. 0,8 m und die Hartgesteinskornfraktion eine Dimensionierung von 35–250 mm auf.
-
Schließlich erfolgt das Einbringen des erfindungsgemäßen hydraulischen Füllmaterials in das Korngerüst, wobei das hydraulische Füllmaterial die im Korngerüst enthaltenen Porenräume vollständig ausfüllt und nachfolgend abbindet.
-
Das hydraulische Füllmaterial weist dabei die folgenden Bestandteile auf: ca. 60–75% Massenanteile gut abgestufter Sand Körnung ca. 4 mm, 25–40% Masseanteile hydraulisches Bindemittel (Zement, Kalkhydrat oder hydraulisches Bindemittel mit ähnlichen Eigenschaften), ein Hochleistungsfließmittel (z. B. Sika Betonverflüssiger BV 3 M oder CEMEX Hochleistungsfließmittel ISOLA BV/FM 74) sowie einen Erhärtungsbeschleuniger (z. B. CEMEX Beschleuniger CX ISOXEL 877). Das hydraulische Füllmaterial wird durch eine Förderpumpe und die wirkende Gravitationskraft penetrierend in das Korngerüst eingebracht. Es entsteht erfindungsgemäß eine Betontragschicht mit einer Betonwürfeldruckfestigkeit von bis 50 N/mm2.
-
Anschließend wird die erfindungsgemäß erzielte Tragschicht mit einem bituminöser Haftkleber (z. B. VIALIT C 40 BF1-S) behandelt. Danach erfolgt das Aufbringen und Verdichten der bituminösen Binderschicht und danach der Einbau einer Deckschicht (z. B. einer 40–50 mm dicken bituminösen Deckschicht oder Flüsterasphaltdeckschicht)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 1816704 A [0003]
- DE 2522850 A1 [0004]
- EP 0045026 A1 [0005]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- DIN EN 12350 [0013]
- DIN 1045-1 [0013]
- DIN 1045-1 [0015]
- DIN EN 15381 [0016]
- DIN EN 15382 [0016]