Stefan Huber, Emanuel Birle, Dirk Heyer, Derik Demond

• Mineralische Restmassen aus Bautätigkeiten sowie Gesteinskörnungen aus industriellen Prozessen und der thermischen Verwertung von Siedlungsabfällen stellen deutschlandweit einen erheblichen Massenstrom dar. Im Sinne der Nachhaltigkeit ist es geboten und durch den Gesetzgeber vorgegeben (vgl. KrWG von 2012), derartige Materialien möglichst hochwertig als Baustoffe wiederzuverwenden. Besonders geeignet hierfür ist der Erdbau, in dem kontinuierlich vergleichsweise große Massen an Baustoffen benötigt werden. Grundvoraussetzung einer Verwendung ist dabei, dass die Baustoffe sowohl aus umwelt- als auch bautechnischer Sicht geeignet sind und vertragssicher und regelwerkskonform eingesetzt werden können. Bei mineralischen Sekundärbaustoffen, die bereits seit den Anfängen in den 1980er Jahren zunehmend an Bedeutung als Erdbaustoffe gewinnen, bestehen bei der erdbautechnischen Prüfung mineralischer Sekundärbaustoffe im Labor und im Feld im Zusammenhang mit einigen Prüfverfahren derzeit allerdings noch Schwierigkeiten, die im Hinblick auf ihre vertragssichere und anforderungsgerechte Anwendung dringend geklärt werden müssen. Die Schwierigkeiten und Probleme, die im Zusammenhang mit der Klassifizierung sowie der Eignungs- und Kontrollprüfung von mineralischen Sekundärbaustoffen in der Praxis auftreten, wurden zu Beginn dieses Projektes zunächst identifiziert und erörtert. Hierzu wurde eine umfangreiche Literaturrecherche sowie eine Umfrage bei am Bau Beteiligten Firmen und Institutionen durchgeführt. Die Ergebnisse dieser beiden Arbeitspakete zeigen, dass die Versuchstechnik des Erdbaus zwar grundsätzlich für mineralische Sekundärbaustoffe geeignet ist. Dennoch können vor allem bei mineralischen Sekundärbaustoffen im Zusammenhang mit Bestimmung der Proctordichte im Proctorversuch sowie der indirekten Verdichtungskontrolle mittels Plattendruckversuchen unter Verwendung der Tabellenwerte der ZTV E-StB 17 Schwierigkeiten und Probleme auftreten, die gar zum Ausschluss von Sekundärbaustoffen über den Bauvertrag führen können. Im weiteren Verlauf wurden an fünf natürlichen Baustoffen und acht mineralischen Sekundärbaustoffen umfangreiche klassifizierende Untersuchungen, Laborversuche zum Verdichtungsverhalten sowie zum Last-Verformungs-Verhalten unter eindimensionaler Kompression und dreiaxialer Scherbeanspruchung sowie Plattendruckversuche nach großtechnischer Verdichtung durchgeführt. Die klassifizierenden Untersuchungen haben gezeigt, dass zwischen natürlichen Baustoffen und Sekundärbaustoffen Unterschiede hinsichtlich ihrer granulometrischen Eigenschaften bestehen. Letztere bestehen allerdings auch zwischen verschiedenen natürlichen Baustoffen sowie zwischen unterschiedlichen mineralischen Sekundärbaustoffen. Da viele Prüfverfahren des Erdbaus auf Erfahrungen an natürlichen Baustoffen beruhen und sich mineralische Sekundärbaustoffe hinsichtlich ihrer Granulometrie häufig von natürlichen Baustoffen unterscheiden, kommt es vor allem bei mineralischen Sekundärbaustoffen zu den genannten Auffälligkeiten. Besitzen natürliche Baustoffe eine vergleichbare Granulometrie, treten die Auffälligkeiten jedoch in gleicher Weise auf. Trotz bestehender Unterschiede in den Eigenschaften der Einzelkörner zeigen die Ergebnisse der Versuche zum Last-Verformungs-Verhalten unter eindimensionaler Kompression und drei-axialer Scherbeanspruchung sowie der Plattendruckversuche nach großtechnischer Verdichtung, dass natürliche Baustoffe und mineralische Sekundärbaustoffe mit ähnlicher Kornabstufung vergleichbare erdbautechnische Eigenschaften aufweisen. Die Schwierigkeiten und Probleme im Zusammenhang mit der Klassifzierung, der Eignungsprüfung sowie der indirekten Verdichtungskontrolle mittels Plattendruckversuchen unter Verwendung der Tabellenwerte der ZTV E-StB 17 stellen somit keine Minderung der erdbautechnischen Eignung von mineralischen Sekundärbaustoffen dar. Abschließend wurden auf Basis der Versuchsergebnisse Vorschläge für die Weiterentwicklung des erdbautechnischen Regelwerkes erarbeitet. Allgemeingültige Richtwerte zur indirekten Verdichtungskontrolle mittels Plattendruckversuchen konnten dabei allerdings weder für bestimmte Materialgruppen noch für bestimmte Materialarten angegeben werden.
• Mineral residues from construction activities as well as aggregates from industrial processes and the thermal utilisation of municipal waste represent a considerable mass flow throughout Germany. Regarding sustainability, it is necessary and required by law to reuse such materials as high quality building materials. Particularly suitable for this is earthworks, in which comparatively large masses of building materials are continuously required. The basic prerequisite for their use is that the building materials are suitable from both an environmental and a construction point of view and can be used in a contractually reliable manner and in accordance with the regulations. In the case of mineral secondary building materials, which have been gaining in importance as earthworks materials since the early days in the 1980s, there are still difficulties regarding the testing of mineral secondary building materials in the laboratory and in the field. These difficulties urgently need to be clarified with regard to the application of mineral secondary building materials in earthworks in accordance with the contractual and regulatory requirements. At the beginning of this project, the difficulties and problems that arise in connection with the classification as well as the suitability and control testing of mineral secondary building materials in practice were first identified and discussed. For this purpose, a comprehensive literature review and a survey amongst companies and institutions involved in the construction industry were carried out. The results of these two workpackages show that the testing technique of earth-works is basically suitable for mineral secondary building materials. Nevertheless, difficulties and problems with mineral secondary construction materials can arise in connection with the determination of the Proctor density and the indirect compaction control by means of plate load tests using the table values of the ZTV E-StB 17, which can even lead to the exclusion of mineral secondary construction materials via the construction contract. In the further course of the project, five natural building materials and eight mineral secondary building materials were subjected to extensive classification tests, laboratory tests on compaction behaviour and load-deformation behaviour under one-dimensional compression and three-axial shear stress, as well as plate load tests after large-scale compaction. The classification tests have shown that there are differences between natural building materials and mineral secondary building materials with regard to their granulometric properties. These differences however also exist between different natural building materials as well as between different mineral secondary building materials. Since many test methods in earthworks are based on experience with natural building materials and since mineral secondary building materials often differ from natural building materials in terms of their granulometry, the above-mentioned anomalies occur especially with mineral secondary building materials. However, if natural building materials have a comparable granulometry, the anomalies occur in the same way. Despite existing differences regarding the properties of the individual grains, the results of the tests on the load-deformation behaviour under one-dimensional compression and three-axial shear stress as well as the plate load tests after large-scale compaction show that natural building materials and mineral secondary building materials with similar grain size distribution have comparable earthworks properties. The difficulties and problems in connection with the classification, the suitability test and the indirect compaction control by means of plate load tests using the table values of ZTV E-StB 17 therefore do not represent a reduction in the earthworks suitability of mineral secondary building materials. Finally, proposals for the further development of the earthworks regulations were developed on the basis of the test results. However, it was not possible to give generally valid reference values for indirect compaction control by means of plate load tests, neither for certain material groups nor for certain material types.