TY  - BOOK
A1  - Estermann, Ulrich
A1  - Zapata, Evelin
T1  - Untersuchungen zum Reaktionsverhalten von Braunkohleflugaschen bei Bodenverbesserungen
N2  - Bodenbehandlungen mit den genormten Bindemitten Kalk, Zement und hydraulischen Tragschichtbindern sind anerkannte Verfahren im Erdbau und werden im Straßenbau zur Verbesserung des Unterbaus und des Untergrundes eingesetzt. Durch die Bodenverbesserung der anstehenden Böden werden natürliche Rohstoffressourcen (z. B. Kies und Sand) geschont. Seit ca. 20 Jahren werden Gemische aus genormten Bindemitteln hergestellt und erfolgreich bei Bodenverbesserungen eingesetzt. Neben diesen Mischbindemitteln werden auch Gemische mit Zusatz von Braunkohleflugasche (BFA) oder auch „reine“ BFA für die Bodenverbesserung im Erdbau eingesetzt. BFA fällt bei der Verbrennung von Braunkohle und gegebenenfalls Mitverbrennungsstoffen in Kohlekraftwerken mit Staubfeuerungen (Trockenfeuerungen) an. Es handelt sich um ein Kraftwerksnebenprodukt im Sinne der TL BuB E-StB 09. BFA enthält u.a. Kieselsäure (SiO2) und freies Calciumoxid (CaO) als hydraulisch wirksame Komponenten. Grundsätzlich besitzen BFA die chemischen Voraussetzungen, um alleine oder im Zusammenwirken mit genormten Bindemitteln für eine Bodenverbesserung verwendet zu werden. Ziel des Vorhabens war die grundlegende Untersuchung der Anwendungsmöglichkeiten von BFA als Bindemittel oder als Bindemittelersatz (z.B. im Zusammenwirken mit Kalk) bei Bodenverbesserungen im Erdbau. Hierzu wurde die Wirksamkeit von BFA verschiedener Kohlereviere auf die Wassergehaltsreduzierung, die Festigkeitsentwicklung und die Gebrauchstauglichkeit in Abhängigkeit von unterschiedlichen Bodengruppen (UL, TM, SU*, GU*) sowie BFA- Zugabemengen im Vergleich zu genormten Bindemitteln untersucht. Weiterhin wurde die Umweltverträglichkeit des Boden-BFA-Gemisches abgeklärt. Die vorliegenden Untersuchungsergebnisse bestätigen, dass durch die Zugabe von BFA die Verdichtbarkeit leichtplastischer Böden (Bodengruppe UL, TL) verbessert werden kann. Für die Verbesserung von mittelplastischen Tonen der Bodengruppe TM sind BFA dagegen nur bedingt geeignet, ebenso ist bei gemischtkörnigen Böden der Bodengruppen SU* und GU* keine nennenswerte Verbesserung der Verdichtbarkeit nachweisbar. Um eine messbare Reduzierung des Wassergehalts zu erreichen, sind wesentlich höhere BFA-Zugabemengen erforderlich als beispielsweise bei Verwendung von Kalk. Das Tragfähigkeits- und Verformungsverhalten der feinkörnigen Böden wird durch die Zugabe von kalkreicher BFA erhöht, bei den gemischtkörnigen Böden ist eine geringere Verbesserung erkennbar. Die kieselsäurehaltige BFA aus der Lausitz zeigt diesbezüglich ebenfalls nur ein geringes Verbesserungspotential. Die aus der BFA und den feinkörnigen Bodengruppen UL bzw. TM hergestellten Probekörper zerfallen überwiegend nach 27 Tagen Feuchtraumlagerung und einem Tag Wasserlagerung. Damit ist das Boden-BFA-Gemisch wasserempfindlich und erfahrungsgemäß auch frostempfindlich. Diese Eigenschaft schränkt die Anwendung von BFA bei Bodenverbesserungen ein, da entsprechende Maßnahmen zum Schutz gegen Oberflächenwasser bei der Herstellung erforderlich sind. Die aus den gemischtkörnigen Böden und BFA hergestellten Gemische sind überwiegend nicht wasserempfindlich, zeigen allerdings auch einen Festigkeitsabfall im Vergleich zu den nicht unter Wasser gelagerten Probekörpern. Durch die Zugabe von BFA sind umweltrelevante Veränderungen der Ausgangsböden feststellbar. Neben der bekannten Erhöhung des pH-Wertes und einiger Schwermetalle ist insbesondere der Parameter Sulfat zu nennen, der selbst bei geringen Zugabemengen von 4 bis 5 M.-% zu Überschreitungen der Zuordnungswerte Z2 der LAGA für Sulfat führt. Die vorliegenden Untersuchungen zeigen, dass für eine messbare Reduzierung der Wassergehalte und eine Verbesserung der Einbaubarkeit und Verdichtbarkeit größere Zugabemengen erforderlich sind, womit sich das Thema der Umweltverträglichkeit mit Bezug auf Sulfat noch verschärft.
N2  - The treatment of soils using the standard binders lime, cement and hydraulic base course binders are recognised methods in earthworks and are used in road construction to improve the base structure and subsoil. Improvements to the existing soil enable conservation of natural raw materials such as gravel and sand. For around 20 years, mixtures of standardised binders have been produced and used successfully for ground im- provements. In addition to these binder mixtures, mixtures containing added lignite fly ash (LFA) or just ‘pure’ LFA for use in earthworks for ground improvement. LFA is a product of lignite and possibly other combustible substances used in pulverised coal-fired furnaces (dry-bottom). This is a power plant by-product as defined by the 2009 edition of the Technical Conditions of Delivery for Soils, Earths and Construction Materials Relating to the Earthworks of Road Engineering. LFA includes components such as silica (SiO2) and free lime (CaO) that have a hydraulic effect. Lignite fly ash generally possesses the chemical properties required to improve soils on its own or in combination with stand- ardised binders. The objective of this project was to thoroughly study the potential applications of LFA as a binder or substitute binder (e.g. in conjunction with lime) for the purpose of ground improvement in earthworks. To this end, the effect of LFA of several regions on reduced water content, strength development, deformation behaviour and water sensitivity de- pending on the various soil groups (UL, TM, SU*, GU*) was studied, as were LFA amounts to be added in comparison to standardised binders. The environmental compatibility of the soil/LFA mixture was also examined. These study results confirm that the addition of LFA can improve the compressibility of mildly plastic soils (soil groups UL, TL). However, LFAs are only suitable to a limited degree for improving clays of medium plasticity in the soil group TM, and no noteworthy improvement in compressibility can be found in mixed-grain soils in the soil groups SU* and GU*. To achieve a quantifiable reduction in water content, much greater amounts of LFA must be added than would be the case for lime, for example. The load-bearing capacity and deformation behaviour of fine-grained soils improves following the addition of lime-rich LFA, whereas the improvement is less pronounced with mixed-grain soils. The LFA containing silica from Lusatia only exhibits low potential for improvement under these conditions. The samples made of LFA and the fine-grained soil groups UL and TM largely disintegrate after 27 days of moisture chamber storage and after one day of water immersion. This means that the soil/LFA mixture is water-sensitive and – based on experience – also sensitive to frost. This property limits the potential application for LFA in ground improve- ment, as corresponding measures to protect against surface water are required during creation. The mixtures made from mixed-grain soils and LFA are largely not water-sensitive, but do also exhibit a decline in strength compared to samples not subjected to prolonged immersion in water. The addition of LFA and the resultant change in the unprocessed soil has a demonstrable environmental impact. In addition to the aforementioned increase in pH value and the presence of some heavy metals, the presence of sulph - ates is of particular note, exceeding the Z2 allocation values of the LAGA rules even with minimal additions of just 4 – 5% of mass. These studies show that large amounts of additive are required for a measurable reduction in water con - tent to improve integrability and compressibility, which further exacerbates the environmental impact with reference to sulphate.
KW  - Straßenbau
KW  - Unterbau
KW  - Umwelt
KW  - Road construction
KW  - Substructure
KW  - Environment
Y1  - 2024
UR  - https://bast.opus.hbz-nrw.de/frontdoor/index/index/docId/2971
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:opus-bast-29713
N1  - Fachveröffentlichung zu Forschungsprojekt: 05.0188
Untersuchungen zum Reaktionsverhalten von Braunkohleflugaschen bei Bodenverbesserungen
Fachbetreuung: Michael Bürger
Referat: Nachhaltigkeit, Ressourcenschutz und Erdbaustoffe im Straßenbau
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