DE2230218B2

DE2230218B2 - Verfahren zum Herstellen eines Baustoffes für Tragschichten für den Straßenoberbau

Info

Publication number: DE2230218B2
Application number: DE19722230218
Authority: DE
Inventors: Gottfried Dipl.-Ing. 5603 Wuelfrath Kilian
Original assignee: Rheinische Kalksteinwerke 5603 Wuelfrath GmbH
Current assignee: Rheinische Kalksteinwerke 5603 Wuelfrath GmbH
Priority date: 1972-06-21
Filing date: 1972-06-21
Publication date: 1978-03-16
Also published as: DE2230218A1; FR2189579B1; BE801262A; DE2230218C3; FR2189579A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Baustoffes für Tragschichten für den Straßenoberbau, bestehend aus einem Mineralkorngemisch und, bezogen auf das Gewicht des Mineralkorngemisches, 2 bis 15 Gewichtsteilen eines hydraulisch wirksamen Füllstoffs, 1 bis 5 Gcwichtsteilen Bitumen als Bindemittel und 4 bis 15 Gewichtsteilen Wasser, wobei das Mineralkorngemisch mit dem hydraulisch wirksamen Füllstoff und Wasser vermischt wird.

Der Straßenoberbau besteht im Regelfall aus Tragschicht und Decke. Die Bodenverfestigung beziehungsweise die Bodenverbesserung rechnet man dagegen zum Straßenunterbau.

Für die Herstellung von Tragschichten als wesentliche Elemente des Straßenoberbaus werden bisher im wesentlichen fünf Bauverfahren verwendet, die für die verschiedensten Beanspruchungsmöglichkeiten vorgesehensind und neben Vorteilen auch mit mehr oder weniger großen Mangeln behaftet sind.

1. Bituminöse Tragschicht

In einer technisch aufwendigen Maschinenanlage wird im Regelfall aus Einzelkörnungen ein korngestuftes Mineralstoffgemisch zusammengesetzt, auf über 100° Cerhitztund mit heißem Bitumen versetzt. Dieses Material ist nur in heißem Zustand verarbeitbar. Es entsteht hierbei eine elastische Schicht im Straßenkörper. Durch das Bitumen (es ist auch die Verwendung von Teer möglich) werden die einzelnen als Zuschlag verwendeten Mineralkörner mehr oder weniger fest miteinander verklebt. Treten Risse in der Decke auf, so werden diese in der heißen Jahreszeit durch die stets vorhandene Klebekraft des Bitumens wieder verkittet. Fachleute sprechen von einem »Selbstheilungsvermögen« oder von einer »Regenerierung« der bituminösen Tragschicht.

Von Nachteil ist hierbei, daß der Baustoff in einer Spezialaufbereitungsanlage mit hohen Kosten für die Trocknung des Splittes und die Entstaubung der Abgase hergestellt werden muß. Bei der Aufbereitung nach dem neu entwickelten staublosen Verfahren ist die Zugabe von verteuernden Haftmitteln notwendig. Diesem Bauverfahren entspricht die DT-PS 933497, nach welcher eine besonders schnelle und innige Vermischung von Mineralstoffen und Bitumen durch Verwirbelung der Mineralstoffe in einen Bitumennebel angestrebt wird.

2. Zementbeton

in einer Aufbereitungsanlage wird gewöhnlich aus Einzelkörnungen ein Mineralstoffgemisch zusam^r> mer.dosicrt und in einem Mischer mit Wasser und Zement vermischt. Die Baustoffmischung neigt als Folge ihres hohen Wasseranteils zum Absetzen. Der Einbau erfolgt mit den üblichen Straßenbaufertigern.
Infolge der absolut starren Abbindung entstehen

i<> hierbei Platten mit sehr hoher Tragfähigkeit. Verdrückungen infolge Kompression durch den Verkehr sind bei dieser Bauweise nicht möglich.

Nachteilig hierbei ist, daß infolge von Temperaturschwankungen der Beton ständig in Bewegung ist. Es

ι "> ist bekannt, daß Betonbrücken auf Rollenlager gebaut werden, um diese Bewegungen abzufangen. Beim Einbau von Zementboden als Tragschicht einer Straße ist es notwendig, zum Ausgleich der auftretenden Längenänderungen aufwendige Fugen einzuarbeiten.

-'» Diese Fugen müssen bei Aufbringen einer bituminösen Decke sorgfältig, unter Umständen unter Verwendung einer Bewehrungsmatte überbaut werden, damit sie sich nicht durch die bituminöse Schicht bis an die Fahrbahnoberfläche durchdrücken. Ein zweiter

.'■> Nachteil ist darin zu sehen, daß der Zementbeton erst 28 Tage nach dem Einbau befahren werden darf, weil er diese Zeitspanne sum Abbinden benötigt.

Die DT-PS 804423 zielt darauf ab, den Nachteil der Rissebildung durch innige Versetzung mit Bitu-

to inen — es wird eine Dispergierung des Bitumens zusammen mit dem hydraulischen Bindemittel in Wasser für notwendig gehalten - zu vermeiden, wozu mehrere unterschiedliche Baustoffherstellungsverfahren angegeben werden, um den gewünschten plastisch-elasti-

Jj sehen Baustoff zu erhalten. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis nicht bewährt.

Nach der DT-PS 600184 wird ein hydraulisches Bindemittel hergestellt, wobei es mit Bitumen in zerstäubter Form zusammengebracht wird, so daß jedes

•ίο einzelne Bindemittelteilchen mit einem Bitunienüberzug versehen wird. Dies führt dazu, daß beim Anrühren mit Wasser und Sand die Bitumenhaut emulgicrt wild und in feinst verteiltem Zustand in die Masse wandert.

3. Mineralgemisch

Das Mineralgemisch wird vom Hersteller aus Einzelkörnungen zusammengemischt. Der Einbau erfolgt mit den einfachsten Bau- beziehungsweise Verdich-

5(1 tungsgeräten. Dieses ist ein billiges Bauverfahren, sowohl vom Baustoff als auch vom Einbau her gesehen. Es ist nicht notwendig, das Mineralgemisch sofort zu verarbeiten. Eine Zwischenlagerung ist durchaus zulässig. Selbst bei sorgfältiger Kornzusammensetzung ist es bei diesen Gemischen aber nicht möglich, nach dem Einbau, also nach der Verdichtung, einen Resthohlraumgehalt von unter 12 Gew. % sicher zu garantieren. Bei Gemischen, wie sie heute im Straßenbau verwendet werden, liegt der Resthohlraumgehalt

bo häufig über 15 Gew.%. Bei diesen Schichten treten deshalb bei starker Beanspruchung Verdrückungen infolge ungleichmäßiger Nachverdichtung auf. Ein zweiter entscheidender Nachteil bei dieser Bauweise ist darin zu sehen, daß die Tragschicht selbst nicht

h·) unmittelbar vom Verkehr befahren werden kann, weil sonst die Oberfläche aufgefahren wird. Dieser Umstand stellt deshalb eine Erschwernis dar, weil auf Mineralgemisehtragschichten vor Verkehrsübergabe un-

bedingt noch die Decke aufgebracht werden muß. Aus witterungsbedingten Gründen ist dies oftmals in der Praxis ein Problem.

4. Hydraulisch verfestigtes Mineralgemisch <·,

Man erreicht dies durch Zusatz von hydraulischen Bindemitteln zum Mineralgemisch nach 3. Der Wasserzusatz ist streng auf den Oberflächenwasseranspruch der Mischung zu beschränken. Auch dadurch unterscheidet sich diese Methode prinzipiell von Zif- "> fer 2. Das Verfahren ist einfach und billig. Die einzelnen Körner im Mineralgemisch sind miteinander durch hydraulisch wirksamen Mörtel verkittet. Die Tragschicht kann beschränkt vom Verkehr befahren werden. Sie besitzt eine gute Tragfähigkeit. i>

Die Abbindung darf allerdings nicht so stark ausfallen, daß Risse auftreten. Dieser Baustoff besiizt kein Selbstheilungsvermögen. Eventuell antretende Rirse vergrößern sich im Laufe der Zeit und drücken sich früher oder später bis zur Fahrbahnoberfläche durch. -» Mit der Zeit geht die gesamte Straße auf Grund der Risse kaputt.

5. Mit Bitumenemulsionen, Teer oder Teeremulsio-

nen verfestigte Tragschichten ,₅

Hier wird hauptsächlich auf der Baustelle liegender Sand mittels Fräse aufgelockert unter gleichzeitiger Einbringung von organischen Bindemitteln.

In der DT-PS 570759 wird bereits aufgebrachtes Mineralkorn besonders bewegt und dabei mit dem heißen Bindemittel bespritzt, um es möglichst vollständig zu umhüllen.

Ferner wird in der FR-PS 1 234814 eine Bodenverfestigung beschrieben, die Anschluß an das Bauverfahren nach 5. sucht. Das in den Boden eingearbeitete r> hydraulische Bindemittel hat die Aufgabe, den Boden zu trocknen, tonige oder klumpige Bestandteile zu verkrümeln und die Haftfähigkeit zum organischen Bindemittel zu erhöhen.

Mit diesem Baustoff ist die Gefahr der Rißbildung weitgehend ausgeschaltet, weil eine elastische Verklebung der Mineralkörner stattfindet. Sollten Risse auftreten, so besitzt dieses Bauverfahren ebenfalls ein Selbstheilungsvermögen. Dieses Bauverfahren hat sich jedoch nur wenig einführen können. Bitumen- und Teeremulsionen sind so teuer, daß diese Bauweise nicht wirtschaftlich in Konkurrenz zu den anderen Verfahren treten kann. Bei der Verwendung von Teer sind in der Regel Haftmittelsätze erforderlich, damit eine Verbindung von Bindemittel und Mineralkör- >o nern zustande kommt. Der Teer ist außerdem wesentlich empfindlicher im Vergleich zum Bitumen gegenüber Temperaturschwankungen. Im V/inter neigt er zu Versprödung und im Sommer wird er leicht zu weich. Im Hinblick auf seine Aufgabe, eine tragende Funktion zu übernehmen, ist seine Verwendung nicht unproblematisch.

Diese fünf Baustoffe stehen nur teilweise miteinander in Konkurrenz, weil sie unterschiedliche Leistungen erbringen. Die Tragschicht einer Straßenkon- bo struktion wird im Normalfall aus zwei Schichten aufgebaut. Die erste Tragschicht (unterste) wird im Normalfall nach 3. hergestellt. Nur bei Straßen mit geringerer Verkehrsbelastung hat es sich eingeführt, auch die zweite Tragschicht mit diesem Baustoff her- es zustellen. Der Baustoff nach 5. konnte sich in der Praxis bisher nur für die Verfestigung des Untergrundes einführen, und zwar in den Fällen, wo örtlich Sand ansteht. In einzelnen Fällen hat man mit diesem Baustoff auch die erste Tragschicht hergestellt. Bei dem Baliverfahren nach 4. handelt es sich um einen Baustoff, der in Deutschland bisher nur auf Versuchsstrecken beschränkt blieb. In Frankreich, den USA und Belgien ist dieser Baustoff jedoch weiter verbreitet und ersetzt dort die zweite Tragschicht, insbesondere bei Straßen mit mittelstarker Verkehrsbelastung. Bei hochbelasteten Straßen wird im Normalfall für die zweite Tragschicht ein Baustoff entsprechend !.oder 2. gewählt, wobei die bituminöse Tragschicht von der Verbreitung her gesehen deutlich dominiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der fünf aufgeführten Baustoffe zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes für Tragschichten für den Straßenoberbau zu entwickeln, der eine annähernd hohe Tragfähigkeit wie Zementboden, auf alle Fälle aber die Tragfähigkeit des hydraulisch verfestigten Mineralgemisches besitzt und ein Selbstheilungsvermögen aufweist, das den Bauweisen mit Bitumen bzw. Teer zu eigen ist. Der Baustoff muß außerdem in der Lage sein, relativ kurz nach Einbau den Verkehr aufzunehmen.

Der Baustoff muß hydraulisch abbinden, jedoch wird die hydraulische Abbindung durch die Zugabe von Bitumen abgebremst, so daß keine großen geschlossenen ausgebildeten Platten entstehen können, die beim Auseinanderreißen auch große Risse ergeben. Es wird vielmehr bewußt eine Vielzahl von kleinen, unregelmäßigen Rissen angestrebt, die jedoch durch das Bitumen miteinander teilweise verklebt werden. Die Verklebungskraft muß erhalten bleiben, wodurch der Baustoff ein Selbstheilungsvermögen erhält.

Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum Herstellen eines Baustoffes für Tragschichten für den Straßenoberbau, bestehend aus einem Mineralkorngemisch und, bezogen auf das Gewicht des Mineralkorngemisches, 2 bis 15 Gewichtsteilen eines hydraulisch wirksamen Füllstoffs, 1 bis 5 Gewichtsteilen Bitumen als Bindemittel und 4 bis 15 Gewichtsteilen Wasser, wobei das Mineralkorngemisch mit dem hydraulisch wirksamen Füllstoff und Wasser vermischt wird, mit dem Kennzeichen, daß das in das feuchte kalte Gemisch einzudüsende heiße Bitumen in einen kalten Luftstrom eingeleitet und dort zu feinsten Kiigeichen abgeschreckt wird.

Höchstens 30 Gew.% der Körner des Mineralgemisches dürfen von dem Bitumen umhüllt sein. Es hat sich gezeigt, daß ein Baustoff, bei dem die Umhüllung des Mineralstoffes mit dem Bindemittel Bitumen über die gesamten 30 Gew.% hinausgeht, die gestellte Aufgabe nicht mehr lösen kann.

Bei dem gemäß der Erfindung hergestellten Baustoff werden die einzelnen Körner des Mineralgemisches zu einer festen Schicht miteinander verkittet. Der Nachteil eines unverfestigten Mineralgemisches, daß sich nämlich die noch vorhandenen Hohlräume nachverdichten können, ist damit weitgehend ausgeschaltet. Die Hohlräume in der hydraulisch verfestigten Schicht können praktisch nicht nachverdichtet werden, weil dem die stane hydraulische Verfestigung entgegensteht. Treten Risse auf, so zerfällt die Tragschicht nicht in einzelne, unzusammenhängende Brocken, weil hier das Bindemittel Bitumen eine elastische Verklebung bewirkt.

Weiterhin ist der Baustoff schon spätestens 7 Tage nach dem Einbau bereits voll befahrbar, weil

5 6

durch das Bindemittel Bitumen eine Elastizität in der stoff, der jeder Anforderung gerecht wird, auszulie-

Schicht entsteht, die das bei Zementboden notwen- fern. Wird überhaupt kein Bindemittel zugesetzt, so

dige ungestörte Abbinden über 28 Tage unnötig liegt ein Mineralgemisch nach 3. vor. Bewegt sich die

macht. Bindemitteldosierung an der unteren Grenze der ge-

Durch den neuen Baustoff können praktisch die ^r> nannten Werte, so hat man einen Baustoff, der in

unter 1., 2., 4. und 5. aufgeführten Bauverfahren er- Konkurrenz zu den Bauverfahren gemäß 4. und 5.

setzt werden, je nachdem in welcher Menge das Bin- tritt. Geht man in den oberen Bereich der angegebe-

demittel zugegeben wird. Im praktischen Betrieb ist ncn Werte, so ist es möglich, die Verfahren nach 1.

es möglich, aus einer Aufbereitungsanlage einen Bau- und 2. zu ersetzen.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen eines Baustoffes für Tragschichten für den Straßenoberbau, bestehend aus einem Mineralkorn^emisch und, bezogen auf das Gewicht des Mineralkorngemisches, 2 bis 15 Gewichtsteilen eines hydraulisch wirksamen Füllstoffs, 1 bis 5 Gewichtsteilen Bitumen als Bindemittel und 4 bis 15 Gewichtsteilen Wasser, wobei das Mineralkorngemisch mit dem hydraulisch wirksamen Füllstoff und Wasser vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das in das feuchte kalte Gemisch einzudüsende heiße Bitumen in einen kalten Luftstrom eingeleitet und dort zu feinsten Kugelchen abgeschreckt wird.