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Kenngrößen zur Risikoabschätzung des Ettringittreibens von sulfathaltigen Böden

  • Bei der Behandlung von sulfathaltigen Böden mit calciumbasierten Bindemitteln wurden immer wieder Schadensfälle beobachtet, die durch die Neubildung von Ettringitmineralen hervorgerufen wurden. Das Ziel des Forschungsprojektes war es, die Grundlagen für die Entwicklung einer praxistauglichen Prüfvorschrift zu erarbeiten. Mit Hilfe geeigneter Untersuchungen und Prüfverfahren soll es zukünftig möglich sein, Schadensfälle zu vermeiden. Dafür waren Kenngrößen und Richtwerte zur Beurteilung des Risikos von Treiberscheinungen durch Ettringitbildung bei der Bindemittelbehandlung von sulfathaltigen Böden festzulegen. Zunächst wurde eine Literaturstudie durchgeführt. Dabei wurde deutlich, dass der Mineralbestand, das Wasserangebot, das chemische Milieu, die Temperatur, die Porenstruktur und der Überlagerungsdruck im Boden wesentliche Einflussfaktoren sind. Im zweiten Arbeitsschritt wurden an vier verschiedenen Materialien Pulverquellversuche durchgeführt. Dabei wurden jeweils zwei Böden mit und ohne natürlichen Sulfatgehalt verwendet. Dem Versuchsmaterial ohne natürlichen Sulfatgehalt wurde Sulfat künstlich, in definierten Mengen zugesetzt. Als Ergebnis der Untersuchung können folgende Zusammenhänge genannt werden: - Es besteht ein linearer Zusammenhang zwischen dem Sulfatgehalt und der Dehnung infolge Ettringitneubildung. - Kritische Sulfatgehalte sind zum einen stark abhängig vom Boden (Bodenart) und den darin enthaltenen Mineralphasen, zum anderen werden sie durch die Wahl des Bindemittels beeinflusst. Es konnte bestätigt werden, dass eine Behandlung mit Kalk bei gleichen Randbedingungen größere Hebungsbeträge verursacht, als die Verwendung des Bindemittels Zement. - Als Ergebnis der Literaturstudie und der Versuche zeigte sich, dass nur eine geringe Gefährdung gegeben ist, wenn Böden mit Sulfatgehalten von weniger als 3.000 ppm mit Zement behandelt werden. Bei einer Behandlung mit Kalk besteht dagegen auch bei geringen Sulfatgehalten im Boden bereits ein Gefährdungspotential für Ettringittreiben. Die Problematik des Ettringittreibens ist sehr komplex und von vielen Faktoren abhängig. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens konnten jedoch nur einige der Einflussfaktoren untersucht werden. In vielen Punkten besteht weiterhin Forschungsbedarf.
  • In the treatment of sulfate-containing soils with calcium-based binders, it always comes to cases of damage caused by the formation of the mineral ettringite. The aim of the research project was to develop the basis for a practical test specification. With the help of adequate research and testing, in the future it should be possible to avoid damage cases. First, a literature study was conducted. It became clear that the mineral content, the water supply, the chemical environment, the temperature, the pore structure and the overburden pressure in the soil are the key factors. In the second step, powder-swelling-tests have been carried out on four different materials. Therefor two soils with and two without natural sulfate content were used. The test material without natural sulfate content was artificially added with defined amounts of sulfate. The following relationships can be mentioned: - There is a linear relationship between the sulfate content and the strain due to ettringite formation. - Critical sulfate contents are strongly dependent on the soil and can be influenced by the choice of the binder. It could be confirmed that treatment with burnt lime under the same boundary conditions caused more heaving, as the use of cement binder. - The literature study and the experiments showed that only a low risk exists when soils with sulfate concentrations of less than 3.000 ppm are treated with cement. In contrast, treatment with burnt lime even at low sulfate content in soil is already a hazard potential for ettringite formation. The problem of ettringite formation is very complex and depends on many factors. In this research project, only some of the factors could be investigated. In many points there is still a need for further research.

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Metadaten
Author:Christian Moormann, Bernd Zweschper, Julia Knopp
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-23412
Subtitle (German):FE 05.0171/2012/BGB : Schlussbericht
Title Additional (English):Parameters for risk assessment of ettringite swelling in sulfate soils
Publisher:Bundesanstalt für Straßenwesen
Place of publication:Bergisch Gladbach
Document Type:Report
Language:German
Date of Publication (online):2020/03/26
Date of first publication:2014/12/08
Publishing institution:Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Contributing corporation:Institut für Geotechnik (Stuttgart)
Release Date:2020/03/26
Tag:Berechnung; Boden; Deutschland; Forschungsbericht; Geophysik; Kornverteilung; Kristalle; Kristallisation; Porenwasserdruck; Quellung (Boden); Quellzement; Risiko; Sulfat; Vergrößerung; Versuch; Volumetrie; Widerstand (Pfahl); Zement
Calculation; Cement; Crystallization; Expansive cement; Geophysics; Grain size (Geology); Hazard; Increase; Particle size distribution; Pile driving; Pore water pressure; Research report; Resistance (mech); Rock crystal; Soil; Sulfate; Swelling soil; Test; Volumetric analysis
Number of pages:162
Institutes:Sonstige
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):License LogoBASt

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