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Verfahren zum Schutze der Tragfähigkeit der Tragschichten zwischen
Fahrbahndecke und Baugrund gegen Frost und Wassereinfluß an Strassen, Flugplätzen,
Eisenbahnen, Flugpisten und sonstingen Verkehrsanlagen zu Lande Bei den hier in
Rede stehenden, dem Personen- und Gütertransport dienenden Verkehrsanlagen ist es
erforderlich, einen Aufbau vorzusehen, der eine möglichst große Dauerhaftigkeit
gewährleistet.
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In Abhängigkeit von den zu erwartenden Belastungen kann man eine starre
oder flexible Bauweise wählen, und die Dicke und/oder Materialbeschaffenheit der
Straßendecke und der darunter angeordneten Tragschichten, d.h. des Tragkörpers,
wird in Abhängigkeit von den vorgesehenen Belastungen mit einer entsprechenden Druckfestigkeit
versehen. Bei allen derartigen Verkehrsanlagen ergibt sich das Problem der Frostsicherheit.
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Allgemein verwendet man bei nicht frostsicherem Untergrund eine kapillarbrechende
Frostschutzschicht aus Kiessand, die dann zugleich die untere tragschicht ist.
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Es ist bekannt, zur Erfüllung des Erfordernisses der Frostsicherheit
die genannten Kies- bzw. Sandschichten anzuwenden, und zwar in einer Dicke von 30
bis 60 cm nach dem Kriterium von Casagrande mit qualitativ gesicherter Zusammensetzung.
Hierdurch wird jedoch ein Zutritt des Wassers nicht verhindert. Dies trifft zu bei
Niederschlgen, Grundwasseranstieg durch Schmelzwasser, Hochpumpen von Bodenwasser
durch Verkehrsstöße und Zufluß aus Hängen unter hydrostatischem Druck.
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Eine weitere Arbeitsweise zur Frostsicherung besteht darin, den Boden
tiefgründig aufzulockern und zu zerkrümeln, sowie an-0 schließend längere Zeit bei
Temperaturen von 300 bis 800ob unter der Sinterungsgrenze zu behandeln, um so die
gefährlichen Tonmineralien in dem nicht dichten Bodengemisch in frostsicheren Glimmer
umzuwandeln. Anschließend wird diese behandelte Bodenzone mit 4 bis 6% Portlandeement,
unter entsprechender Wasserzugabe unter Erzielen eines optimalen Wassergehaltes
für die Weiterverarbeitung vermischt. Dieses Verfahren befindet sich noch im Entwicklungsstadium
und ist aufgrund der erforderlichen Wärmebehandlung bei relativ hohen Temperaturen
mit erheblichen Unkosten verbunden. Zwar wird hierdurch der Boden frostsicher, jedoch
nicht wasserdicht.
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Eine weitere vorbekannte Arbeitsweise zur Frostsicherung auf dem einschlägigen
Gebiet besteht in dem Anwenden von sogenannten Wärmedämmschichten. Hierbei sind
versuchsweise dünne PVC-Folien, bitumengedichtete, versiegelte Glasfaservlieslagen,
bis zu mehrere dm dicke Styroporlagen enthaltender Hartbeton angewandt worden, und
die Frosteindringtiefe wird dadurch erheblich herabgesetzt.
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Hierdurch wird zwar eine Verringerung der Frostgefahr im wesentlichen
dadurch bewirkt, daß das Grund- bzw. Oberflächenwasser in der entsprechenden Tragschicht
nicht gefriert. Jedoch ist auch hier ein Bodenaustausch bis zu einer Tiefe von etwa
40 cm wie bei dem Anwenden einer entsprechend dicken Sandschicht erforderlich.
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Schließlich wendet man bei der sogenannten Bodenstabilisierung einer
dünnen oberflächennahen Zone unter der Frostschutzschicht und Wärmedämmschicht eine
Verfestigung mit Zement, Bitumen, oder Teer an, ohne den Wasserschutz und Festigkeitsanspruch
zu erfüllen.
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Alle vorbekannten einschlägigen Arbeitsweisen machen es mit Ausnahme
der Bodenstabilisierung entweder erforderlich, den Boden in entsprechender Tiefe
auszuheben und durch Feinkies bzw. Sand oder wärmedämmende Schichten, wie Styroporhartbeton,
zu ersetzen und hiermit sind sehr erhebliche Kosten im Hinblick auf die Aufbereitung
und den Transport des Kieses bzw. Sandes verbunden, oder
aber soweit
das ausgehobene Erdreich einer Behandlung an Ort und Stelle unterworfen wird, ist
diese Behandlung ebenfalls außerordentlich kostspielig.
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Auch ist es schwierig und zum Teil schon jetzt unmöglich, reine Kiessande
im Sinne des Kriteriums von Casagrande und der vorgeschriebenen Konrzusanrmensetzung
mit einem Ungleichmäßigkeitsgrad > 10 zu beschaffen.
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Die vorbekannten Arbeitsweisen sind somit alle mit dem Nachteil eines
erheblichen Kostenfaktors verbunden und vermögen zwar in begrenzter Weise einen
Frostschutz zu vermitteln, bedingen jedoch keinen Wasserschutz, der für Frostzeiten
in einem ursächlichen Zusammenhang mit dem Frostschutz steht. Wenn es nämlich nicht
gelingt, ein Eindringen von Wasser zu verhindern, ergibt sich zwangsläufig das Frostschutzproblem.
Außerdem besteht die permanente Gefahr der Fahrbahndeckenverformung und Beschädigung,
da die hierfür erforderliche Tragfähigkeit der Tragschicht bei Wasserzutritt infolge
Erweichens des Bodens verlorengeht.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
erwähnten Art zu schaffen, vermittels dessen es mit relativ geringem Aufwand gelingt,
Verkehrsanlagen zu Lande, insbesondere Straßen, frostsicher zu machen, indem den
Tragschichten Wasserschutz vermittelt wird.
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kiese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Boden in
einer der Tragschicht entsprechenden Tiefe an Ort und Stelle aufgerissen, zerkleinert1
zerkrümelt und innig mit bis zu 20 Gew. Tonmehl, 4bis 14% hydrophobem Zement, wie
Pectacretezement, dichtend und verfestigend wirkendem Traßzement und dichtend wirkenden
organischen Salzlösungen, wie 0,2 bis 0,3% Polyacrylamid in wässriger Lösung und
Wasser ohne Aushub vermischt, und sodann das Gemisch unter mechanischem Verdichten
als Tragschicht verfestigt wird.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausbildung ist dadurch gekennzeichnet,
daß ein Tonmehl angewandt wird, das bei 300 bis 8000C einer thermischen Vorbehandlung
unterworfen worden ist.
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Eine vorteilhafte erfindungsgemäße Weiterbildung besteht darin, daß
auf die so gedichtete und verfestigte Bodenzone als Tragschicht eine dünne, druckfeste,
wärmedämmende Schicht in Form einer Kunststoffolie oder Polystyrolplatten oder bitumengetränkter
Glasfaservliesfolien usw. aufgebracht wird.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß in dauerhafter Weise die Tragfähigkeit der genannten Verkehrsanlagen aufrechterhalten
wird, indem ein Eindringen von Grundwasser und/oder Oberflächenwasser in die Tragschichten
verhindert wird, wodurch ansonsten eine tiefgründige Verknetung des Bodenwassers
aus der Frostschutzschicht mit der unter dieser Schicht anstehenden frostempfindlichen
und damit auch wassersammelnden und wasserspeichernden Bodenzone resultiert, die
leicht verschlammt und die Sandschicht langsam aber sicher verschmutzt, wodurch
im Laufe der Zeit deren Funktion als Trag- und Frostschutz schicht aufgehoben wird.
Dieses Verschlammen der oberen Schicht durch die Wasserspeicherung in der Kiessandschicht
wird durch pumpende Verkehrsstöße beschleunigt. Außerdem wird in dem unteren Teil
des Tragkörpers die Tragfähigkeit geschwächt, die Frostschutzschicht verformt sich
und mit ihr die Fahrbahndecke, wodurch sich ein unregelmäßiges Setzen ergibt. Somit
sind Schäden an der Fahrbahndecke im Laufe der Zeit unvermeidlich.
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Als weiterer erfindungsgemäß erzielter Vorteil ergibt sich, daß im
Sinne der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabenstellung die mit dem kostspieligen
Aushub des Erdreiches und Ersatz desselben durch Kies bzw. Sand und Wärmedämm-Schicht
bestimmter Beschaffenheit verbundenen Kosten in Fortfall kommen. Aufgrund der erfindungsgemäß
erzielten bleibenden frostsicheren und wasserdichten Ausführungsform der Tragschicht
ergibt sich die Ausbildung einer Gesamtanordnung aus Fahrbahndecke und Tragschicht,
die sich nicht oder doch nur gleichmäßig verändern kann, es handelt sich gewissermaßen
um eine integrierte Einheit aufgrund des unverändert starren bzw. festen Standes
und der unveränderlichen Festigkeit und Dichtigkeit der Tragschicht.
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Vermittels der erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen ergibt sich
u.a. eine Koagulation der feinsten Bodenteilchen unter Ausbilden flockiger Massen,
die z.B. durch die langen Fasern der Polyacrylamidmoleküle sich nach allen Richtungen
unter Zunahme der Dichtigkeit und somit Wasserabwehr in den Porenräumen der Mischung
ausbreiten. Die Vermischung der erfindungsgemäß vorgesehenen Stoffe in inniger Weise
mit dem Bodenmaterial, wie Tonmehl, Pectacretezement, Traßzement und dgl. führt
in Abhängigkeit von der Menge der anzuwendenden Stoffe zu einer Verringerung des
Porenraumes durch Verstopfen und Verfestigung, zu einer einstellbaren hohen Druckfestigkeit
und des erforderlichen Verformungsmoduls sowie absoluter Wasserdichtigkeit.
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Es entsteht hierbei aus einem frostempfindlichen und leicht bei Wasserzutritt
verschlammbaren Boden eine unveränderliche, tragfähige, steinharte Bodenzone mit
der für die erforderliche Tragfähigkeit unveränderlichen Festigkeit. Der für die
Mischung erforderliche Wasserzusatz richtet sich nach dem sogenannten optimalen
Wassergehalt nach Proctor, bei dem unter intensiver mechanischer Verdichtung des
Gesamtgemisches das höchste Raumgewicht und die höchstmögliche dichte Packung erzielt
wird. Derselbe schwankt in Abhängigkeit von der Bodenart zwischen etwa 10 bis 24
Gew.% bezogen auf die Festsubstanz der bei 1050C getrockneten Bodenart.
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Vermittels Vorsehen einer entsprechenden Dicke der Tragschicht können
die Verkehrsanlagen zu Lande die für den vorgesehenen Verwendungszweck erforderliche
Festigkeit erhalten, wobei es in jedem Falle möglich ist, den erforderlichen Wert
von 80 bis 120 kp/cm2 für die Tragschicht zu erzielen. Die Punktion des Pectacretezementes
besteht nicht nur in seinen hydrophoben Eigenschaften, sondern unter anderem auch
darin, daß im Gegensatz zu Portlandzement ein Auswaschen von Bestandteilen durch
Niederschlagswasser nicht erfolgt. Aufgrund der relativ hohen Wasserbeständigkeit
bedingt durch Pectracretezement ist die Anwendung des Verfahrens auch weitestgehend
witterungsunabhängig, d.h.
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die Arbeiten können auch bei regnerischem und feuchtem Wetter durchgeführt
werden, was bei herkömmlichen Arbeiten unter Anwendung des üblichen Portlandzementes
nicht möglich ist.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele bezüglich möglicher Gemische
wiedergegeben.
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1.
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1000 g Schluff = Mehlsand 50 g Tonmehl mit Wf = Fließgrenze größer
als 60 100 g Pectacretezement 0,2 - 0,3%ige wässrige Lösung von Polyacrylamid und
ca.
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350 ccm Wasser im Sinne des optimalen Wassergehaltes.
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II.
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1000 g lehmig-toniger Fein-Mittelsand 40 g Tonmehl mit Wf größer als
60 60 g Pectacretezement 0,3% wässrige Lösung von Polyacrylamid 250 ccm Wasser III.
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1000 g zersetzter, kleinstückig-grusiger Schiefer 60 g Tonmehl 30
g Traßzement 70 g Pectacretezement 0,25% wässrige Lösung von Polyacrylamid 300 ccm
Wasser Die allgemeine Regel geht dahin, daß sich der Zusatz an Pectacretezement
auf 4 bis 14 Gew.%, der des Traßzementes bis ca. 5% pro Kubikmeter Bodenmasse beläuft
in Abhängigkeit von der Bodenart und dem Tonzusatz si:h nach den tonigen Bestandteilen
der Bodenmasse richtet und mindestens 3% je nach der Tonqualität beträgt, sowie
an schluffigem Boden bis auf 8% und mehr steigen kann.