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Die Erfindung betrifft einen Wasserdurchlässiger Bodenbelag
zum Aufbringen auf einen Baugrund, wobei der Oberbau des Bodenbelags
eine Verbindung aus verdichteten, mineralischen Zuschlagstoffen
und organischen Klebstoffen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein
Verfahren zur Herstellung eines Bodenbelags.
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Die Befestigung von Flächen durch
Bodenbeläge
zur Herstellung von Straßen,
Plätzen,
Gebäudeabdeckungen
und anderen begeh- oder befahrbaren Flächen ist eine altbekannte Technik.
Geläufig sind
Beton-, Asphalt-, Stein- und Holzbeläge. Nachteilig für eine Abführung von
Oberflächenwasser
ist der geringe oder gar fehlende Wasserdurchlässigkeit, von einer Versiegelung
der Oberflächen
ist daher häufig
die Rede, der man durch meist aufwendige Drainagen zu begegnen versucht.
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Eine ökologisch unerwünschte Begleiterscheinung
der Oberflächenversiegelung
ist die vermehrte Belastung von Flussläufen, die sich bei starken
oder andauernden Regengüssen
oder durch Schmelzwasser in tosende Sturzbäche verwandeln. Die folgen
sind katastrophal: Immer häufiger
treten Überschwemmungen
auf, kommunale Kläranlagen werden überlastet
und fallen aus, Grundwasserpegel sinken.
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Weitere Anforderungen werden hinsichtlich bautechnischer
Eigenschaften gestellt. Diese betreffen das Verhalten bei Feuchtigkeit,
Resistenz gegen Schädlinge,
schalltechnische Eigenschaften, Verhalten gegen chemische Einflüsse und
gegen Feuer. Die Dauerhaftigkeit eines Bodens spielt als wichtigste Anforderung
eine große
Rolle, wobei Eigenschaften wie Druckfestigkeit, Biegezugfestigkeit,
Verschleißfestigkeit
gegen Schleifen, Rollen, Stoß und
Schlag, Festigkeit gegen Einpressen wesentliche bautechnische Parameter
darstellen.
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Für
Sonderanwendungen, wie beispielsweise der Reit- und Sportplatzbau
haben sich Gitterplatten aus Kunststoff bewährt. Derartige Gitterplatten sind
aus der
DE 197 20
006 C2 bekannt. Durch eine ausgeklügelte Struktur von Erhebungen
und Öffnungen
ermöglichen
Gitterplatten einerseits eine begeh- oder befahrbare Oberflächenbefestigung
und andererseits vermeiden sie durch deren Wasserregulierungsfähigkeit
eine Versiegelung.
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Die flächig verlegten Gitterplatten
werden unmittelbar auf dem Baugrund wie Kies, Gras, Lehm oder Humus
verlegt. Es kann jedoch auch auf dem Baugrund eine Sand oder Schotterschicht
aufgebracht werden, um dann auf diese Schicht Gitterplatten zu verlegen.
Durch die Sand- bzw. Schotterschicht können Bodenunebenheiten ausgeglichen werden.
Je nach Nutzung des Sportplatzes erfolgt gegebenenfalls der Auftrag
einer Tretschicht in einer Dicke von mehreren Zentimetern. Die Tretschicht,
die zusammen mit den Gitterplatten den Oberbau der Sportplatzdecke
bildet, besteht bei Reitplätzen
in der Regel aus einer Sandschüttung,
aus einer mit Zuschlagstoffen versehenen Sandschüttung ( Holz – oder Kunststoffschnipsel
) oder ausschließlich
aus Holzschnipsel. Je nach Beanspruchung und Zusammensetzung der
Tretschicht weist diese eine Dicke zwischen 8 bis 15 Zentimeter,
gemessen von der Oberplatte der Gitterplatten, auf.
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Nachteilig sind allerdings die vergleichsweise
hohen Kosten von Gitterplatten bei Ausbringung auf großen Flächen sowie
deren unebene Struktur.
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Beläge mit einer gleichmäßigen und
optisch ansprechenden Oberflächenstruktur
sind aus der
DE 197
33 588 A1 bekannt. Der wasserdurchlässige Belag wird aus mineralischen
Zuschlagstoffen und organischen Klebern hergestellt. Das Gemisch
wird im noch nicht ausgehärteten
und vertormbaren Zustand verbaut. Als, Klebstoff kommen meist organische Klebstoffe
in Frage, der zusammen mit mineralischen Zuschlagstoffen zu einer
Charge vermischt und noch vor Aushärtung verarbeitet wird.
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Nachteilig bei diesen Belägen aus
gebundenen, mineralischen Zuschlagstoffen ist die fehlende Anbindung
zum Baugrund, die bei Außenböden die mechanische
Beanspruchung gerade bei Frost-Tau-Wechsel beeinträchtigt.
Hieraus kann eine chemische, physikalische und biologische Baustoffkorrosion,
Verwitterung, Zerstörung
des darunter liegenden Unterbodens resultieren.
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Gerade öffentliche Bauträger wünschen sich daher
Bodenbeläge
die die Flächen
nicht versiegeln und es gestatten, kostengünstig große Flächen zu belegen, die problemlos
hohe mechanische Belastungen beispielsweise durch Fahrzeuge verkraften.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe
der Erfindung, einen gattungsgemäßen wasserdurchlässigen Bodenbelag
anzugeben, der auch bei komplexen Formgebungen gegenüber bekannten
Bodenbelägen
und Gittersystemen kostengünstig
ist. Hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit sollte der Bodenbelag
keine Einschränkungen
in der Nutzung der belegten Flächen
resultieren.
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Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe hinsichtlich
des Bodenbelages durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach
weist der Bodenbelag einen mehrschichtigen Aufbau mit einem Ober-
und Unterbau auf, wobei der Unterbau zumindest eine baugrundseitige
Schicht aus Sand und eine oberbauseitige Schicht aus Schotter aufweist. Die
durchschnittliche Größe kSchotter des Unterkorns im Schotter beträgt 5 mm
oder darüber.
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In der Praxis ist erkannt worden,
dass die Dauerhaltbarkeit und Belastbarkeit eines lediglich aus
Gittersystemen oder gebundenen, mineralischen Zuschlagstoffen bestehenden
Belages beschränkt ist.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau
des Belages aus Ober- und Unterbau können die positiven Eigenschaften
bezüglich
der Wasserdurchlässigkeit
eines Oberbaus aus gebundenen, mineralischen Zuschlagstoffen universell
an den Baugrund angepasst werden. Das Schüttgut des Unterbaus ermöglicht eine
gleichmäßige Lastverteilung
in den darunter liegenden Baugrund, sodass auch punktförmige Drucklasten,
die auf den Oberbau einwirken großflächig über die baugrundseitige Sandschicht
verteilt in den Baugrund einge leitet werden und somit die statische und
dynamische Druckbelastbarkeit des Oberbaus entscheidend gegenüber bekannten
Lösungen
verbessert.
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Eine weitere Verbesserung bewirkt
der Unterbau in seinem wasserdurchlässigen Übergang zum Oberbau hinsichtlich
der Wasserregulierungsfähigkeit.
Gerade bei kritischem Baugrund mit hohem Lehmanteil vermag der Unterbau
die Wasserspeicherfähigkeit
des Oberbaus zu ergänzen.
So wird das Oberflächenwasser über den
Oberbau hindurch vom Unterbau aufgenommen und horizontal verteilt. So
können
kurzfristig enorme Wassermengen aufgenommen und zwischengespeichert
werden, bis der Baugrund oder weitere Drainageeinrichtungen das Wasser
abführen.
Diese Drainagefähigkeit
ist auf den hohen Hohlraumanteil zurückzuführen, so dass ein problemloser
Einbau sogar in Wasserschutzgebieten möglich ist. Dieser Hohlraumanteil
sowie verschiedene Gesteinsgrößen und
Materialsorten. führen
zu einer hervorragenden Schallabsorption Versuche haben gezeigt,
dass der erfindungsgemäße Bodenbelag
hervorragende Wasserschluckwerte vorzuweisen hat. In einer Felduntersuchung
wurde in Anlehnung an die DIN 18 035-6, Abschnitt 5.1.6.3 und 5.1.6.2
die Wasserschluckwerte des Bodenbelags ermittelt und mit den Werten
eines konventionellen wasserdurchlässigen Sportplatzbau verglichen.
Dabei wurden die Anforderungen der DIN 18 035-6 um ein Vielfaches übererfüllt. So
erbrachte eine Probe mit einer Schichtdicke dO des
Oberbaus von 47 mm ein Wasserschluckwert k* = 0,51 cm/s. Die Anforderung
nach DIN 18 035-6, Tabelle 3 beträgt > 0,01 cm/s.
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Einen weiteren günstigen Einfluss auf den Wasserschluckwert
und Wasserregulierungsfähigkeit des
Bodens hat die Korngröße des Schotters
im Unterbau. Dieser verspricht bei einer mittleren Korngröße für das Unterkorn
von 5 mm oder mehr hervorragende Werte. Bewährte Durchschnittskorngrößen kSchotter des Schotters liegen in einem Bereich
zwischen 5 bis 16 mm, 16 bis 22 mm oder 16 bis 32 mm. D.h. die Schotterschicht
setzt sich aus Schotter mit unterschiedlichen Korngrößen zusammen,
wobei das Korn einer Schotterschicht in einem der genannten Bereiche
liegt. Die durchschnittliche Schichtdicke dS der
verdichteten Schotterschicht beträgt vorzugsweise zwischen 400
und 500 mm.
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Ebenfalls hat die Korngröße der Zuschlagstoffe
einen wesentlichen Einfluss auf die Versickerungsleistung des Bodenbelages.
Besonders bevorzugt sind Zuschlagstoffe, deren Durchschnittsgröße des Korns
zwischen 1 und 7 mm liegt. Wie zuvor erwähnt hat der erfindungsgemäße Schichtaufbau
des Bodenbelages einen günstigen
Einfluss auf die mechanischen Festigkeitswerte, so dass für die Durchschnittsgröße des Korns
sogar Werte von über
5 mm möglich
sind ohne dass eine wesentlich erhöhte Bruchgefahr eintritt. Mit
diesem Korndurchmesser kann die Versickerungsleistung weiter erhöht werden.
Darüber
hinaus bleibt bei diesen Werten der Abfall der Versickerungsleistung
durch Eintrag von mineralischen und organischen Feinanteilen mit
der Zeit gering.
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Die offenporige Struktur des Oberbaus
führt zu
hohen Reibkoeffizienten auf der Oberfläche, sodass der Bodenbelag
als rutschfeste Decke für
Fahrbahnen, Gehwege, Treppen und Präsentationsräume geeignet ist und damit
die Unfallgefahr vermindert.
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Günstige
Schichtdicken für
den Oberbau hinsichtlich Druckbelastbarkeit und guter Wasserdurchlässigkeit
liegen zwischen 30 und 60 mm. Natürlich sind geringere Werte
ebenfalls möglich,
wobei dann Abstriche hinsichtlich der Druckbelastbarkeit gemacht
werden müssen.
Größere Schichtdicken
für den
Oberbau bringt für
die Druckbelastbarkeit nur geringfügige Verbesserungen und erhöht die Kosten
für einen
Bodenbelag. Damit liegt das Optimum für die meisten Anwendungsfälle im oben
genannten Bereich.
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Generell wird die Korngrößenverteilung
nach DIN 66145 definiert. Der Parameter n beträgt mindestens 9 und wird unter
Vernachlässigung
von je 1 % Üuberkorn
und Unterkorn ermittelt.
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Beim Klebstoff handelt es sich vorzugsweise um
einen Zweikomponenten-Polyurethan-Klebstoff. Ebenso
verwendbar ist ein Zweikomponenten-Epoxydharz- oder ein Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff.
Zweikomponenten-Epoxydharz-Klebstoffe
werden beispielsweise von der Fa. Koch Marmorit unter der Markenbezeichnung
Kryorit angeboten.
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Ein wesentlicher Vorteil bei der
Verwendung von Zweikomponenten-Epoxydharz-Klebstoff wird in seiner Umweltverträglichkeit
gesehen. Der erfindungsgemäße Bodenbelag
hat beispielsweise keinerlei toxische Wirkung auf Schimmelpilze
und gilt als microbiell schwer abbaubar. Trotzdem können aus
dem Bodenbelag eluierbare Substanzen gut abgebaut werden, wie Materialversuche
gezeigt haben. Wie Waschversuche beweisen gibt es keine chemische
Wechselwirkung zwischen Oberflächenwasser und
dem Belagmaterialien, so dass Oberflächenwasser, welches durch den
Belag sickert, unbehandelt in die Kanalisation eingeleitet werden
kann bzw. unbedenklich in das Grundwasser abfließen kann. Schließlich kann
der erfindungsgemäße Bodenbelag nach
seiner Nutzungsphase in einer Erd- oder Schottenwaschanlage ohne
negative Umweltauswirkungen entsorgt werden. Alternativ ist nach
einer Zerkleinerung auch eine Wiederverwendung als Granulat möglich.
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Bei der Verarbeitung des Klebstoffes
werden zwei Verfahren unterschieden. Sollen die als Splitt oder
Sand vorliegenden Bestandteile des Ober- bzw. Unterbaus stabilisiert
werden, so werden diese vorteilhaft vor Ort mit dem zuvor homogenisiertem
Bindemittel vermischt und ausgebracht. Bei der Stabilisierung von
Schotter oder anderem gröberen
Granulat werden Epoxydharz bzw. Polyurethan und Härter ebenfalls
vor Ort gemischt und in flüssiger
Form auf die Schotteroberfläche
aufgesprüht.
Das Bindemittel fließt
in die Tiefe und verklebt dabei die einzelnen Schotterkörner bzw.
das Granulat untereinander.
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Die genannten Klebstoffe ermöglichen
durch die hohe Klebekraft Verbindungen jeglicher Schüttgüter durch
sehr gute Haftung im ädhäsiven und
kapillaren Wirkungsbereich. Dies trägt zusätzlich zur genannten statischen
und dynamischen Druckbelastbarkeit des Bodenbelags bei. Besonders
effektvoll für eine
hohe Belastbarkeit ist ein Verkleben angrenzender Schichten des
Ober- und Unterbaus sodass der Bodenbelag auch von Fahrzeugen befahren
werden kann.
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Sehr häufig wird für eine optisch ansprechende
Gestaltung von Plätzen
eine Einfärbung
der Böden
gewünscht.
Durch die Verwendung von coloriertem Quarzsand oder Natursteinen
als Zuschlagstoff kann unter über
200 Farbvariationen gewählt werden,
so dass der farblichen Gestaltung eines Bodenbelages praktisch keine Grenzen
gesetzt sind. Gerade Architekten wissen diese farblichen Effekte wirkungsvoll
einzusetzen.
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Neben den für die Eignung als Fahrbahnbelag
wichtigen statischen und dynamischen Festigkeitswerten absorbiert
der erfindungsgemäße Bodenbelag
durch den hohen Hohlraumanteil auch deutlich besser den Schall von
Fahrzeugen als beispielsweise Asphalt. Besonders günstige Werte
ergeben sich bei einem Hohlraumanteil von mindestens 45 % im Oberbau.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung bezüglich
des Bodenbelages ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 11 bis
14.
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Die Herstellung des Bodenbelages
erfolgt nach den folgenden Verfahrensschritten:
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- – Aufbringen
eines noch verformbaren Gemisches aus Klebstoff und Sand auf den
Baugrund,
- – Verdichten
des Klebstoff-Sand-Gemisches,
- – Aufbringen
eines noch verformbaren Gemisches aus Klebstoff und Schotter auf
die Sandschicht,
- – Aufbringen
der Oberschicht aus einem noch verformbaren Gemisch aus Zuschlagstoffen
und Klebstoff auf die zuletzt aufgebrachte Schicht,
- – Verdichten
des noch verformbaren Gemisches und
- – Aushärten.
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Eine intensive Verlebung der Schichten
miteinander ergibt sich, wenn unmittelbar nach dem Verdichten der
ersten Schicht die nächstfolgende Schicht
aufgetragen wird, bevor die darunter liegende Schicht aushärtet. Dies
erfordert ein zügiges
Auftragen und Verdichten Schicht für Schicht.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung bezüglich
des Bodenbelages ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 16 bis
20.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
erläutert.
Es zeigt:
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1 einen
schematischen Querschnitt durch einen auf einen Baugrund aufgebrachten
Bodenbelag mit zweischichtigem Unterbau und
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2 einen
schematischen Querschnitt durch einen auf einen Baugrund aufgebrachten
Bodenbelag mit dreischichtigem Unterbau.
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1 zeigt
anschaulich in einem Querschnitt den erfindungsgemäßen mehrschichtigen Aufbau
des Bodenbelags 1. Dieser weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
drei Schichten auf, deren unterste Lage, der Unterbau 2 auf
einen Baugrund 3 aufgebracht wird. Bevor der Unterbau 2 aufgebracht
werden kann, ist der Baugrund 3 zunächst vorzubereiten. Dieser
wird bis auf eine frostsichere Tiefe von 40 bis 60 cm ausgehoben.
Diese Aushubtiefe empfiehlt sich, damit die Verbindung zwischen Unterbau 2 und
Baugrund 3 von den erosiven Wirkungen des Frost-Tau-Wechsels
verschont bleibt.
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Der Unterbau 2 selbst setzt
sich aus einer baugrundseitigen Lage aus Sand, der so genannten Sandschicht 4 und
der darauf liegenden Schotterschicht 5 zusammen. Hierzu
wird zunächst
eine Charge aus Klebstoff und Sand angesetzt, die miteinander vermischt
werden. Beim Klebstoff handelt es sich um einen Zweikomponenten-Polyurethan-Klebstoff.
Ebenso verwendbar ist ein Zweikomponenten-Epoxydharz- oder ein Einkomponenten-Polyurethan-Klebstoff.
Nach dem Ansetzen der Charge ist das Gemisch dann zügig zu verarbeiten,
solange es noch verformbar und nicht ausgehärtet ist. Dies geschieht durch
ein möglichst
gleichmäßiges, ebenes Auftragen
der Sandschicht 4 auf den Baugrund 3. Die Schichtdicke
dSand der verdichteten Sandschicht 4 beträgt mindestens
20 mm.
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Nach dem Verdichten und dem bereits
einsetzenden Aushärten
der Sandschicht 4 wird die Schotterschicht 5 aufgebracht.
Die Durchschnittskorngröße kSchotter des Schotters liegt bei der vorliegenden
Ausführungsform
in einem Bereich zwischen 5 bis 16 mm, wobei die durchschnittliche
Größe des Unterkorns
5 mm beträgt.
Mit diesem engen Korngrößenbereich
erhält
man gleichmäßige Eigenschaften. Auch hier
wird der Schotter mit Klebstoff vermengt, um das Gemisch dann möglichst
gleichmäßig auf
die Sandschicht 4 aufzutragen. Danach wird die Schottenschicht 5 mit
einem mechanischen Rüttler
verdichtet. Die Schotterschicht 5 hat dann eine durchschnittliche
Schichtdicke dS von etwa 500 mm.
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Abschließend folgt der Aufbau des im
Fertigzustand sichtbaren, offenporigen Oberbaus 6. Zunächst wird
die den Oberbau 6 tragende Schotterschicht 5 mit
Klebstoff in einer Menge von 150g/cm2 eingesprüht, um eine
festere Verbindung zwischen Ober- und Unterbau 6 bzw. 2 zu
erzielen. Die Eindringtiefe des Klebstoffs beträgt etwa 150 mm. Noch bevor
der Klebstoff aushärtet
wird eine Schicht aus mineralischen Zuschlagstoffen aufgebracht.
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Auch hier handelt es sich um ein
mit Klebstoff vermischtes Gemenge von mineralischen Zuschlagstoffen,
welches im noch verformbaren Zustand aufgetragen wird. Als Zuschlagstoffen
kommen eine Auswahl aus Quarzit, Granit, Basalt und Quarz in Frage,
bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
kommt eingefärbter
Granit zur Anwendung. Die Durchschnittsgröße des Granitkorns liegt im
Bereich zwischen 2 und 5mm. Die Korngrößenverteilung definiert sich
nach DIN 66145, bei einem Parameter von mindestens 9 und unter Vernachlässigung
von je 1 % Über- und Unterkorn.
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Nach dem Auftragen des Gemenges wird dieses
mit einer Walze verdichtet und mit einem Flügelglätter geglättet. Die Verdichtung erfolgt
vorzugsweise mit einem Anpressdruck von 10 bis 50 N/cm2. Der
Oberbau weist nach der Verdichtung eine Schichtdicke dO von
50 mm auf. Nach der Verdichtung erfolgt das Aushärten des Oberbaus. Danach ist der
Bodenbelag belastbar.
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Grundsätzlich ist es vor dem Auftragen
einer Schicht auf eine darunter liegende Schicht nicht erforderlich,
dass die untenliegende Schicht aushärtet. Vielmehr führt das
Auftragen auf eine noch nicht ausgehärtete Schicht zu einer besseren
Verbindung der Schichten untereinander.
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In der 2 ist
eine alternative Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Bodenbelags 1 gezeigt,
der durch eine zusätzliche
Sandschicht 4' belastbarer
ist. Die zusätzliche
Sandschicht 4' ist
auf der Schotterschicht 5 aufgebracht und zusätzliche Sandschicht 4' ist auf der
Schotterschicht 5 aufgebracht und ebenfalls wie die baugrundseitige
Sandschicht 4 mit Klebstoff stabilisiert. Zur besseren
Haftung wir die Schotterschicht 5 vor dem Auftragen der Sandschicht 4' mit Klebstoff
eingesprüht.
Nach dem Verdichten erfolgt der Aufbau des Oberbaus 6 wie
er für
die Ausführungsform
nach der 1 beschrieben ist.
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- 1
- Bodenbelag
- 2
- Unterbau
- 3
- Baugrund
- 4,
4'
- Sandschicht
- 5
- Schotterschicht
- 6
- Oberbau