Eingang zum Volltext in OPUS

Hinweis zum Urheberrecht

Report (Bericht) zugänglich unter
URL: http://bast.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2012/400/


Vergleichsuntersuchungen zum Frosthebungsversuch an kalkbehandelten Boeden, RC-Baustoffen und industriellen Nebenprodukten

Comparison of frost-heave-tests and hydraulically lime-treated soils, recycling-materials and industrial by-products

Blume, Ursula

pdf-Format:
Dokument 1.pdf (814 KB)

Bookmark bei Connotea Bookmark bei del.icio.us
Freie Schlagwörter (Deutsch): Baustoff , Bewertung , Bodenverfestigung , CBR , Deutschland , Empfindlichkeit , Forschungsbericht , Frost , Frostschaden , Heben , Industrierückstand , Messgerät , Messung , Prüfverfahren , Recycling , Ringanalyse , Versuch
Freie Schlagwörter (Englisch): Apparatus (Measuring) , California bearing ratio , Evaluation (Assessment) , Frost , Frost damage , Germany , Group analysis (Test) , Lifting , Material (constr) , Measurement , Recycling (mater) , Research report , Sensitivity , Soil stabilization , Test method , Test , Waste product
Collection 1: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 33 Andere Straßenbaustoffe
Collection 2: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 26 Entwässerung, Frost, Auftauen
Collection 3: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 51 Erdarbeiten
Institut: Abteilung Straßenbautechnik
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Dokumentart: Report (Bericht)
Schriftenreihe: Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe S: Straßenbau
Bandnummer: 63
ISBN: 978-3-86918-061-8
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 21.06.2012
Bemerkung: Der gedruckten Ausgabe liegt ein Anhang auf CD-ROM bei. Dieser kann bei der Bundesanstalt fuer Straßenwesen angefordert werden.
Kurzfassung auf Deutsch: Obwohl rezyklierte Baustoffe und industrielle Nebenprodukte verstärkt im Ober- und Unterbau von Straßen eingesetzt werden, fehlt zurzeit ein genormtes Prüfverfahren zur Beurteilung des Frostverhaltens dieser Baustoffgemische. Gleiches gilt für die Beurteilung des Frostverhaltens von kalkbehandelten Böden. Zur realitätsnahen Simulation der Frostbeanspruchung wurde eine neue Versuchs- und Messeinrichtung auf Grundlage der in der Forschungsarbeit von WEINGART, WIELAND "Weiterentwicklung des Frosthebungsversuches" festgelegten Rahmenbedingungen zur Durchführung von Routineprüfungen erprobt. Dazu wurden Vergleichsuntersuchungen an unterschiedlichen Böden und Baustoffgemischen, mit denen die Bandbreite der im Straßenbau eingesetzten Tragschichten erfasst und unterschiedliche frostempfindliche Böden untersucht werden sollten, von insgesamt 7 Versuchsteilnehmern durchgeführt. Von 4 Teilnehmern wurde das neu entwickelte Frosthebungsgerät verwendet, 3 Teilnehmer führten die Versuche mit anderen Frosthebungsgeräten durch. Die Versuchsrandbedingungen wurden in einer Arbeitsanweisung vorgegeben, um die bestmögliche Vergleichbarkeit der Versuche zu garantieren. Mit dem neuen Frosthebungsgerät können jeweils Doppelversuche in getrennten Versuchskammern durchgeführt werden. Zur Minimierung der Wandreibung bestehen die Probezylinder aus Teflonringen, die sich während des Versuches voneinander lösen können, um die frostbedingte Hebung des Materials zu ermöglichen. Die Proben stehen in einem Wasserbad, damit während des gesamten Versuchszeitraumes Wasser nachgesaugt werden kann. Die Befrostung wird durch einen Kühlkopf von oben auf die Probe aufgebracht. Nach einer 24-stündigen Temperierungsphase folgt die 4-tägige Absenkphase, in der die Kühlkopftemperatur so gesteuert wird, dass die 0°C-Isotherme mit konstanter Geschwindigkeit in Probenmitte erreicht wird. Diese Lage wird während der 3-tägigen Befrostungsphase beibehalten. Während der 24-stündigen Auftauphase erfolgt das vollständige Auftauen der Probe. Gemessen werden die Temperatur an der Oberfläche und in der Mitte der Probe sowie die Temperatur des Wasserbades. Daneben wird die Hebung der Probe bestimmt. Waehrend des gesamten Versuches werden diese Messdaten in 5-minütigen Intervallen vollautomatisch gemessen und aufgezeichnet. Um Kriterien zur Beurteilung der Frostempfindlichkeit festzulegen wurden mehrere Parameter untersucht und bewertet. Hierzu wurden die Quellung in der 24-stündigen Temperierungsphase, die maximale Frosthebung, die nach dem Auftauen verbleibende Resthebung sowie die maßgebende Frosthebungsgeschwindigkeit (die Hebungsdifferenz zwischen letztem und vorletztem Befrostungstag) untersucht. Zusätzlich wurden die Kornverfeinerung, der Wassergehalt und die Tragfähigkeitsabnahme durch Vergleich der CBR-Werte vor und nach Befrostung, ausgewertet. Verglichen wurden diese Größen mit dem Kornverteilungskriterium gemaess ZTVE-StB und den Festlegungen in Österreich und in der Schweiz zur Beurteilung der Frostempfindlichkeit. Die geringe und variierende Anzahl der Versuche ermöglicht keine statistischen Vergleiche. Das neue Frosthebungsgerät eignet sich zusammen mit dem festgelegten Befrostungsregime zur Durchführung von Frosthebungsversuchen an RC Baustoffgemischen, industriellen Nebenprodukten und kalkbehandelten Böden. Für die Beurteilung der Frostempfindlichkeit sollte die maximale Frosthebung bewertet und limitiert werden. Daneben ist die massgebende Frosthebungsgeschwindigkeit zu begrenzen. Nur wenn während der Befrostungsphase eine deutliche Abflachung der Hebungskurve erreicht wird, sind die gemessenen maximalen Hebungen aussagekräftig. Es werden Verbesserungsvorschläge für die Festlegung der Einbaubedingungen gemacht. Auf Grundlage der Ergebnisse der Vergleichsuntersuchungen wurde der Entwurf einer Technischen Prüfvorschrift für Frosthebungsversuche an kalkbehandelten Boeden, rezyklierten Baustoffen und industriellen Nebenprodukten weiterentwickelt und konkretisiert. Zur Festlegung von Kriterien zur Klassifizierung der Frostempfindlichkeit sind die Durchführung und Auswertung weiterer Versuche an unterschiedlichen natürlichen und rezyklierten Baustoffen und Baustoffgemischen und kalkbehandelten Böden nach den Vorgaben dieser Technischen Prüfvorschrift erforderlich.
Kurzfassung auf Englisch: Recycled materials and industrial by-products are increasingly used in the pavement and in the subgrade of roads, although there is currently no standardised test method for evaluating the frost behaviour of these construction material mixtures. The same applies to the evaluation of the frost behaviour of lime-treated soils. A new test and measuring device based on the framework conditions for the performance of routine tests determined in the research work of WEINGART, WIELAND "Further development of the frost heaving test" was investigated to facilitate a realistic simulation of frost stress. Seven test participants performed comparative investigations on different soils and building material mixtures that were intended to represent the substructures used in road construction and to investigate frost-sensitive soils. Four of the participants used the newly developed frost-heaving device and three participants performed the tests with other frost-heaving devices. The constraints of the test were specified in detailed work instructions to ensure the best possible comparability of the tests. The new frost-heaving device can be used to perform double tests in separate test chambers. The test cylinders are made of Teflon rings that can separate from each other in order to minimize wall friction and to allow frost-dependent heaving of the material. The samples are placed in a water bath in order to ensure the possibility to suck water during the entire test period. Cooling to simulate frost is applied by a cooling head placed on top of the sample. A 24-hour temperature stabilization period is followed by a 4-day cooling-down phase during which the cooling head temperature is controlled to ensure that the 0°C-isotherm is approached at a constant speed in the middle of the sample. This condition is sustained during a 3-day frost exposure phase. During the subsequent 24-hour thawing phase, the sample is completely defrosted. The temperature at the surface and in the middle of the sample and the temperature of the water bath are measured. Furtheron the heaving of the sample is determined. These data are automatically measured at 5-minute intervals during the entire test period. Several parameters which were determined directly from the results of the tests, were investigated and evaluated to define criteria for the assessment of frost sensitivity. The swelling during the 24-hour temperature stabilisation period, the maximum frost heaving, the heaving that remains after thawing and the frost-heaving speed, i.e. the difference in heaving between the last and the second-last frost exposure day, were investigated for this purpose. Additional values determined were the grain size reduction, the water content and the reduction in bearing capacity by comparing the CBR-values before and after frost exposure. These values were compared with the grain distribution criterion according to the ZTV E-StB and the regulations concerning frost sensitivity in Austria and Switzerland. The low and varying number of tests does not permit statistical evaluation. The new frost-heaving device in combination with the specified frost-exposure procedure is suitable for performing frost-heaving tests on recycled building material mixtures, industrial by-products and hydraulically lime-treated soils. The evaluation of frost sensitivity should be based on the valuation and limitation of maximum frost heaving. The relevant frost-heaving speed should be limited as well because the maximum heaving measured is only significant if the heaving curve reaches a distinctive flattening during the frost-exposure phase. Some suggestions were made to improve the specifications of the installation conditions. The draft of the technical test specification for frost-heaving tests on hydraulically lime-treated soils, recycled building materials and industrial byproducts was enhanced and substantiated, based on the results of the comparative investigations. For the determination of criteria for the classification of frost sensitivity, the performance and evaluation of further tests on different, natural and recycled construction materials and construction material mixtures and on hydraulically lime-treated soils according to the technical test specification is necessary.