Melissa Zeni, Stefan Huber, Emanuel Birle, Roberto Cudmani

• Zeitweise fließfähige, selbstverdichtende Verfüllbaustoffe (ZFSV) sind Baustoffe, die i.d.R. aus einem Basismaterial (z. B. Bodenaushub, rezyklierte oder industrielle Gesteinskörnungen), Zement, Tonmehl, Wasser und evtl. Zusatzstoffen bestehen und im Einbauzustand in flüssiger Konsistenz vorliegen. Diese ermöglicht es dem Baustoff, allein unter Einwirkung der Schwerkraft zu fließen und Hohl- und Zwischen-räume auszufüllen. Durch die Zugabe von Zusatzstoffen wie z. B. Beschleuniger und Plastifikatoren kön-nen die Eigenschaften des Gemisches angepasst werden. Durch die Hydratation des Zementes gewinnt der Baustoff mit der Zeit an Festigkeit. Die Endprodukteigenschaften können mit den in der Bodenme-chanik üblichen Kennwerten für die Scherfestigkeit (Reibungswinkel und Kohäsion) und die Steifigkeit beschrieben werden (Sandig, 2015). Je nach Anwendungsbereich sind unterschiedliche Anforderungen an die zeitlich veränderlichen mechanischen und rheologischen Eigenschaften von ZFSV zu stellen, die durch die Wahl geeigneter Mischverhältnisse erzielt werden können. ZFSV sind vergleichsweise neue Baustoffe und werden deswegen nur teilweise im erdbautechnischen Regelwerk berücksichtigt. Die Zu-sätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau (ZTVE-StB17, FGSV 2017) geben dabei lediglich vor, dass die Übereinstimmung der Baustoffeigenschaften mit den vorab festgelegten Anforderungen an das zulässige Größtkorn, die Fließfähigkeit, die Tragfähigkeit, die Druckfestigkeit, sowie die Volumen- und Raumbeständigkeit nachzuweisen sind. In den Hinweisen für die Herstellung und Verwendung von zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen im Erd-bau (H ZFSV, FGSV 2012) werden nur geeignete Baustoffe zur Herstellung von ZFSV und Prüfverfahren zur Bestimmung der Frisch- und Endprodukteigenschaften genannt. Unter dem Begriff Dauerhaftigkeit versteht man die Fähigkeit eines Baustoffes, seine Eigenschaften (z. B. Festigkeit) über lange Zeiträume trotz der auftretenden Einwirkungen (z. B. witterungsbedingte Einwirkungen wie Austrocknung, Wiederbe-feuchtung oder Frost-Tau-Wechsel) aufrechtzuerhalten. Die Frostbeständigkeit sowie die Beständigkeit gegenüber Trocken-Feucht-Wechsel von ZFSV wurde bisher vereinzelt anhand von Prüfverfahren, die für Beton bzw. bindemittelbehandelte Böden entwickelt worden sind, untersucht. Dabei stellte sich jedoch heraus, dass die Versuche insbesondere bei Frostbanspruchung frühzeitig abgebrochen werden muss-ten, da die Proben zumeist zu stark beansprucht wurden und bereits während der Versuchsdurchführung zerfielen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden ZFSV aus drei unterschiedlichen Basismateri-alien (Bodengruppe SE, TL und SU nach DIN 18196) hinsichtlich ihrer Dauerhaftigkeit untersucht. Dabei wurde ein reiner Portlandzement als Bindemittel und Na-Bentonit als Additiv verwendet. Zunächst wurden im Rahmen der Vorversuche Dauerhaftigkeitsversuche in Anlehnung an bestehende nationale und interna-tionale Prüfverfahren für Boden-Bindemittel-Gemische an einem ZFSV aus dem grobkörnigen Basismate-rial durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass diese Verfahren für ZFSV nicht geeignet sind. Die Prüf-verfahren wurden dann stufenweise angepasst, bis ein geeignetes Verfahren zur Prüfung der Dauerhaf-tigkeit von ZFSV gegenüber Frost-Tau-, Trocken-Feucht-Wechsel und Wasserlagerung entwickelt wurde. Im Rahmen weiterer Untersuchungen wurden die drei Prüfverfahren an zwei weiteren ZFSV aus einem feinkörnigem Basismaterial und an drei ZFSV aus dem gemischtkörnigen Basismaterial erfolgreich ange-wendet. Die Ermittlung des CBR-Wertes war immer möglich, selbst an stark beschädigten Proben (z. B. an einem ZFSV aus dem feinkörnigen Basismaterial mit hohem Ausgangswassergehalt nach drei Frost-Tau-Zyklen). Es war deshalb nicht erforderlich, die im Rahmen der Vorversuche entwickelten Prüfverfah-ren zu ändern bzw. anzupassen. Für die drei entwickelten Verfahren zur Prüfung der Dauerhaftigkeit von ZFSV gegenüber Frost-Tau- bzw. Trocken-Feucht-Wechsel und Wasserlagerung wurde ein Entwurf für eine Prüfvorschrift in Anlehnung an die TP BF-StB Teil B 7.1 formuliert. Im Entwurf sind nicht nur die Prüfverfahren ausführlich beschrieben, sondern es wird auch auf die Probenherstellung und die -lagerung eingegangen. Abschließend wurden unterschiedliche Kriterien zur Bewertung der Dauerhaftigkeit von ZFSV auf Grundlage der Ergebnisse der Dauerhaftigkeitsversuche an den neun untersuchten ZFSV vor-geschlagen.
• Controlled low-strength materials (CLSM) are materials that usually consist of a base material (e.g. exca-vated soil, recycled or industrial aggregates), cement, clay powder, water and possibly additives and have a liquid consistency at the moment of installation. This enables the material to flow under the effect of gravity and to fill cavities and interstices. The properties of the mixture can be adjusted by adding additives such as accelerators and plasticizers. Due to hydration of the cement the strength of the build-ing material increases over time. The end-product properties can be described with the characteristic values for shear strength (frictional angle and cohesion) and stiffness commonly used in soil mechanics (Sandig, 2015). Depending on the field of application, there are different requirements for the time-varying mechanical and rheological properties of CLSM, which can be achieved by selecting suitable mixing ratios. CLSM are comparatively new materials and are therefore only partially taken into account in the earthworks regulations. The Additional Technical Terms of Contract and Guidelines for Earthworks in Road Construction (ZTV E-StB 17, FGSV 2017) only specify that the conformity of the material proper-ties with the predefined requirements for the maximum allowed grain size, flowability, load-bearing ca-pacity, compressive strength, volume, and space stability must be demonstrated. The Instructions for Preparation and Use of Controlled Low-Strength Materials in earthworks (H ZFSV, (FGSV, 2012)) only specify suitable materials for the preparation of CLSM and test methods for determining the fresh and end product properties. With the term durability it is meant the ability of a building material to maintain its properties (e.g. strength) over long times despite the occuring actions (e.g. climate actions such as dry-ing out, rewetting or freeze-thaw cycles). The frost resistance as well as the resistance against wetting-drying cycles of CLSM has been investigated in separated cases using test methods developed for concrete or binder-treated soils. In all cases it turned out that the tests had to be interrupted before end, especially in the case of frost action, because the specimens were too heavily stressed and already dis-integrated during the test execution. Within the scope of this research project, CLSM made of three dif-ferent base materials (soil groups SE, TL and SU according to DIN 18196) were investigated with regard to their durability. A Portland cement was used as binder and Na-bentonite as additive. First of all, dura-bility tests were carried out on a CLSM made from the coarse-grained base material following the exist-ing national and international test methods soil-binder mixtures. It was found that these methods were not suitable for CLSM. The test methods were then gradually adapted until a suitable method for testing the durability of CLSM against freeze-thaw, wetting-drying cycles and water storage was developed. In fur-ther investigations, the three test methods were successfully applied to two additional CLSM made with a fine-grained base material and to three CLSM made with the mixed-grained base material. The determina-tion of the CBR value was always possible, even on severely damaged specimens (e.g. after three freeze-thaw cycles on a CLSM with the fine-grained base material with high initial water content). There-fore, it was not necessary to modify or adapt the test procedures that were developed during the prelim-inary tests. For the three methods developed for testing the durability of CLSM against freeze-thaw or dry-moist cycles and water storage, a draft for a test procedure was formulated based on TP BF-StB Part B7.1. The draft not only describes the test methods in detail, but also presents the sample prepara-tion and storage. Finally, different criteria for the evaluation of the durability of ZFSV are proposed on the basis of the results of the durability tests performed on the nine CLSM.