Im vorliegenden Forschungsbericht wurden Berechnungen zur Untersuchung der Wirksamkeit verschiedener Bauweisen zur technischen Sicherung von Böden und Baustoffen mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen im Erdbau vorgestellt. Dabei wurden zunächst die im Merkblatt über Bauweisen für Technische Sicherungsmaßnahmen beim Einsatz von Böden und Baustoffen mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen im Erdbau (M TS E) dargestellten Bauweisen vorgestellt. Zur Untersuchung der Wirksamkeit wurden numerische Berechnungen mit dem Strömungssimulator FEFLOW durchgeführt. Zur Erstellung der FE-Modelle mussten die in M TS E dargestellten Bauweisen unter Berücksichtigung des Straßenaufbaus zunächst mit Daten unterlegt werden. Anschließend konnten die FE-Modelle erstellt und Rand- und Anfangsbedingungen definiert werden. Anhand von Voruntersuchungen wurde zunächst der Einfluss unterschiedlicher Materialien im Bereich des Straßenaufbaus (Bankett und Oberboden) analysiert. Auf Grundlage der Voruntersuchungen wurde eine Situation des Straßenaufbaus definiert, mit der anschließend die weiteren Berechnungen zur Ermittlung der bei den verschiedenen Bauweisen zu erwartenden Sickerwassermengen durchgeführt wurden. Anhand einer Vielzahl von Berechnungen wurden dabei verschiedene Szenarien im Hinblick auf die auftretenden Niederschläge und die den verschiedenen Schichten zugrunde liegenden Bodenkennwerte untersucht. Zur Ermittlung der Wirksamkeit der verschiedenen Bauweisen wurden die in die Böden und Baustoffe mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen ein- und ausströmenden Wassermengen für die einzelnen Modelle analysiert. Um die Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten wurde dabei jeweils der stationäre Fließzustand betrachtet. Aufgrund des teilweise sehr hohen Berechnungsaufwandes konnte dieser nicht in allen Modellberechnungen erreicht werden. In diesem Fall wurden die im stationären Zustand zu erwartenden Sickerwassermengen aus den vorhandenen Daten extrapoliert. Durch einen Vergleich der bei den verschiedenen Bauweisen zu erwartenden Sickerwassermengen konnten die im Merkblatt über Technische Sicherungsmaßnahmen (M TS E) dargestellten Bauweisen bewertet werden. Die Ursachen für die bei einzelnen Bauweisen ermittelten vergleichsweise hohen Wassermengen wurden dabei diskutiert und mögliche konstruktive Maßnahmen dargestellt. Es konnten dabei jedoch nicht alle Bauweisen abschließend bewertet werden. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die tatsächlichen Verhältnisse mit den in den Berechnungen definierten zeitlich konstanten Niederschlägen nur eingeschränkt wiedergegeben werden. Es wird vermutet, dass die in die Böden und Baustoffe mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen infiltrierenden Sickerwassermengen damit zum Teil erheblich überschätzt werden. Aus diesem Grund wurde die Durchführung zusätzlicher Berechnungen mit zeitlich variablen Randbedingungen unter Berücksichtigung der Evapotranspiration empfohlen.

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 Zwischenräume 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.