Belag für Tragschichten und Verfahren zur Herstellung desselben

Beschreibung

[0001] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Belag für Tragschichten, insbesondere gemäß ZTVT-StB 86, beste­hend aus natürlichen und/oder künstlichen Mineralstof­fen und einem Bindemittelgemisch aus Bitumen und hy­draulischem Bindemittel. Weiterhin betrifft die Erfin­dung das Verfahren zur Herstellung derartiger Beläge.

[0002] Die ZTVT-StB 86 enthält die zusätzlichen technischen Vorschriften und Richtlinien für Tragschichten im Stra­ßenbau, herausgegeben vom Bundesministerium für Ver­kehr, Abteilung Straßenbau. Danach werden die Trag­schichten für den Straßenbau in drei Klassen einge­teilt, nämlich Tragschichten ohne Bindemittel, Trag­schichten mit hydraulischen Bindemitteln und Tragschich­ten mit bituminösen Bindemitteln. Die Tragschichten ohne Bindemittel werden im allgemeinen als unterste Tragschicht eingesetzt. Es handelt sich um Gemische aus gemäß den Vorschriften abgestuften Mineralstoffgemi­schen. Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln bestehen aus ungebrochenen und/oder gebrochenen Mine­ralstoffgemischen und hydraulischen Bindemitteln. Es handelt sich hierbei um eine sehr starre Bauweise, die keine Verformungen zuläßt. Der Nachteil dieser Trag­schichten ist die sehr hohe Rißempfindlichkeit, die bis in die darüber liegenden bituminösen Decken durchschla­gen kann. Deshalb findet der Einsatz der Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln überwiegend unter ze­mentgebundenen Fahrbahndecken statt. Bei Tragschichten mit bituminösen Bindemitteln handelt es sich um ein Mischgut, das aus abgestuften Mineralstoffen und Stra­ßenbaubitumen oder Pechbitumen oder hochviskosem Stra­ßenpech als Bindemittel besteht. Diese Tragschichten werden im Heißeinbau hergestellt.

[0003] Bei bituminös gebundenen Tragschichten kann es unter schweren Verkehrsbelastungen und ungünstigen Einflüs­sen, insbesondere bei nicht ausreichend tragfähigem Unterbau bzw. weichem Untergrund, zu Verformungen in­nerhalb der Straßenkonstruktion kommen (zum Beispiel Spurrinnenbildung). Der Vorteil bituminöser Tragschich­ten ist, daß sie sehr flexibel sind und daher weitge­hend rissefrei bleiben.

[0004] Aus der DE-PS 22 65 308 ist ein Verfahren bekannt 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 Füllstoffes, 1 bis 5 Gewichtsteilen Bitumen als Binde­mittel und 4 bis 15 Gewichtsteilen Wasser unter Einsatz von mit Bitumen umhülltem Mineralkorn, wobei 70 bis 90 Gew.-% des Mineralkorngemisches mit dem hydraulisch wirksamen Füllstoff und dem Wasser vermischt und ge­trennt davon die restlichen 30 bis 10 Gew.-% des Mine­ralkorngemisches mit Bitumen oder Teer oder einer Mi­schung davon vermengt werden, worauf die beiden Mischun­gen grob miteinander vermischt werden. Durch dieses Verfahren sollen Tragschichten entstehen, die eine an­nähernd hohe Tragfähigkeit wie Zementboden, auf alle Fälle aber die Tragfähigkeit des hydraulisch verfestig­ten Mineralgemisches besitzen und ein Selbstheilungs­vermögen aufweisen, das den Bauweisen mit Bitumen oder Teer zu eigen ist. Bei dem Verfahren 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.

[0005] Die Verklebungskraft muß erhalten bleiben, wodurch der Baustoff ein Selbstheilungsvermögen erhält. Bei diesem Verfahren dürfen höchstens 30 Gew.-% der Körner des Mineralgemisches von dem Bitumen umhüllt sein, da 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. Dieses Verfahren hat sich offensichtlich in der Praxis nicht bewährt, so daß auch das Patent relativ früh nach der Erteilung wieder fallen gelassen wurde. Auf einem ähnlichen Prinzip beruht die Herstellung ei­nes halbstarren Belages für Verkehrsflächen gemäß DE-AS 26 23 556, bei dem ein hohlraumreiches Traggerüst aus einer mit bituminösen Bindemitteln umhüllten Mineralmi­schung eingesetzt wird, dessen Hohlräume vollständig mit einem Zementmörtel mit Bindemittelzusatz ausgefüllt sind und bei dem der Zementmörtel als Bindemittelzusatz eine Bitumenemulsion enthält. Auch bei diesem Verfahren wird getrennt voneinander eine hohlraumreiche, grobkör­nige Mineralmischung mit Bitumen, Teer oder mit Zusatz­stoffen modifizierten bituminösen Bindemitteln vorum­hüllt und separat aus einer Sandmischung unter Zugabe von Wasser, Zement und einer Bitumenemulsion ein Mörtel hergestellt, dann das Ganze gemischt, transportiert, eingebaut und verdichtet. Auch bei diesem Verfahren werden somit die Poren des mit Bitumen überzogenen grobkörnigen Anteils mit einer hydraulisch abbindenden feinteiligeren Komponente ausgefüllt. Angaben über die Mengen der verwendeten Bindemittel liegen nicht vor.

[0006] Aus der DE-OS 32 45 068 sind Bitumenemulsion-Asphaltge­mische mit Mischbindestoff für den Straßenbau bekannt, bei denen die kationaktive Bitumenemulsion und ein Al­kalierdmetalloxid und/oder -hydroxid enthaltendes hy­draulisches Pulver zusammen mit üblichen Mineralzusät­zen eingesetzt werden.

[0007] Bei diesen Gemischen wird die saure Reaktion der beim Brechen der Emulsion freiwerdenden wäßrigen Lösung mit niedrigem pH-Wert durch ein entsprechendes Zusetzen von freiem Alkalierdmetalloxid und/oder -hydroxid kompen­siert und neben der Bitumenbindung der Struktur auch eine hydraulische Bindung geschaffen. Die dort beschrie­benen Asphaltgemische enthalten 0,5 bis 8 Gew.-% hydrau­lisches Pulver und 2,5 bis 10 Gew.-% kationaktive Bitu­menemulsion sowie 82 bis 97 Gew.-% übliche Mineralzu­sätze. Aus den Beispielen geht hervor, daß mindestens 7% Bitumenemulsion und mindestens 3% alkalische Asche zur Anwendung gekommen sind und daraus dann Straßenbe­läge hergestellt wurden. Die Wirkung dieses Gemisches besteht darin, daß der freie Alkalierdmetalloxidgehalt oder -hydroxidgehalt des hydraulischen Pulvers die Haftfähigkeit des Bitumens verbessert und dadurch die Ausgangskohäsion der Struktur erhöht. Es wird daher auch stets der Mineralzusatz trocken mit der basischen Asche vorgemischt und erst dann mit der kationaktiven Bitumenemulsion besprüht. Das Mischen dauerte nur bis zu 42 Sekunden. Danach wurde das Gemisch bereits aufge­tragen und verdichtet.

[0008] Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, Tragschich­ten, insbesondere Tragschichten gemäß ZTVT-StB 86, bes­ser, billiger, haltbarer und dennoch leicht herstellbar zu machen, wobei die Nachteile von Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln und Tragschichten mit bitu­minösen Bindemitteln vermieden, die Vorteile derselben jedoch beibehalten werden sollen.

[0009] Diese Aufgabe kann überraschend gut und einfach gelöst werden dadurch, daß, bezogen auf das Tragschichtge­misch, der Gehalt an Bitumen und hydraulischem Binde­mittel je 1,0 bis 3,0 Gew.-% beträgt, der Gehalt an beidem zusammen mindestens 3 Gew.-% beträgt und der ursprüngliche Wassergehalt ungefähr dem Wassergehalt entspricht, der die dichteste Lagerung ermöglicht (ge­messen nach Proctor (DIN 18127)).

[0010] Vorzugsweise beträgt der Gehalt an Bitumen und hydrau­lischem Bindemittel je 2,0 bis 2,5 Gew.-%. Der Gesamt­wassergehalt wird nach dem Proctor-Verfahren (DIN 18127) bemessen. Es kommen vorzugsweise Wassergehalte zur An­wendung, die 0 bis 20%, bezogen auf den Wassergehalt, unter dem optimalen Wassergehalt nach Proctor liegen.

[0011] Von entscheidender Bedeutung ist der Einsatz der anio­nischen wäßrigen Emulsion von Bitumen, die im Gegensatz zu dem Gemisch gemäß DE-OS 32 45 068, der kationaktiven Bitumenemulsion, durch den Zusatz der alkalischen hy­draulischen Bindemittel nicht gebrochen wird. Der er­findungsgemäß verwendete Wassergehalt, der ungefähr dem Wassergehalt entspricht, der die dichteste Lagerung nach Proctor ermöglicht, wird benötigt, um das Gemisch auf der Baustelle einbaufähig und ausreichend verdicht­bar zu machen. Das Gemisch kann daher in üblichen Zeit­räumen vorgemischt, transportiert, eingebaut und ver­dichtet werden, ohne daß es dabei besonderer Vorsichts­maßnahmen oder eines sehr raschen Arbeitens bedarf. Die volle Belastbarkeit des Materials wird erst nach dem Abbinden des hydraulischen Bindemittels erreicht, je­doch besitzt die eingebaute und verdichtete Schicht ausreichende Tragfähigkeit, um die Belastung durch den Baustellenverkehr aufzunehmen und den Baufortschritt zu gewährleisten.

[0012] Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Trag­schichten ist, daß sie mit relativ geringen Mengen an Bindemitteln auskommen, nämlich 3 bis 6 Gew.-%, vor­zugsweise 4 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Tragschicht­gemisch.

[0013] Es entstehen erfindungsgemäß Tragschichten, die nach Abbinden des hydraulischen Bindemittels Marshall-Stabi­litäten und Marshall-Fließwerte aufweisen, die den An­forderungen der ZTVT-StB-86-Tabelle 4.2 für bituminöses Tragschicht-Mischgut der Art CS für besondere Beanspru­chungen entsprechen.

[0014] Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß erhebliche Mengen von Recyclingbaustoffen als Mineralstoffe eingesetzt werden können. Dieses Material kann allein oder in beliebigen Mengen den Mineralstof­fen zugesetzt werden, sofern die Korngrößenverteilung, die Form und die sonstigen Anforderungen den Vorschrif­ten der ZTVT-StB 86 entsprechen.

[0015] Die Aufbereitung der Gemische kann in üblichen Zwangs- oder Freifallmischern erfolgen. Der Einbau erfolgt mit­tels üblicher Straßenfertiger bzw. durch den Betonein­bauzug. Die Verdichtung erfolgt in üblicher Weise mit­tels Einbaugerät und/oder Walzeneinsatz. Die so erhal­tenen Tragschichten sind für den weiteren Ausbau der Fahrbahndecken befahrbar und belastbar.

[0016] In dem nachfolgenden Beispiel ist eine bevorzugte Aus­führungsform beschrieben.

Beispiel

[0017] Verwendet wird ein Tragschicht-Mischgut 0/22 mm. Als Mineralstoff wurde Kalkstein eingesetzt mit der Zusam­mensetzung

Kalksteinsplitt	65 Gew.-%
Kalksteinbrechstand	30 Gew.-% und
Kalksteinmehl	5 Gew.-%.

Diesem Gemisch wurden 2,0 Gew.-% Bitumen zugegeben in Form einer 50%-igen Bitumenemulsion, anionisch, mit einer Viskosität Stv. 4 mm/20°C : 20 bis 30 Sekunden sowie 2,0 Gew.-% Zement PZ 35 F. Die Wassermenge wurde so bemessen, daß sie 10% unter der Menge lag, die die dichteste Lagerung ermöglicht, gemessen nach Proctor (DIN 18127). Die daraus erhaltene Tragschicht zeigte nach 28 Tagen eine Marshall-Stabilität von 12,0 kN und einen Marshall-Fließwert von 2,3 mm. Dieses Material erfüllt die Anforderungen der ZTVT-StB-86-Tabelle 4.2 für bituminöses Tragschicht-Mischgut der Art CS für besondere Beanspruchungen.

Ansprüche

1. Belag für Tragschichten, insbesondere gemäß ZTVT-StB 86, bestehend aus natürlichen und/oder künstlichen Mi­neralstoffen und einem Bindemittelgemisch aus Bitumen und hydraulischem Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf das Tragschichtgemisch, der Gehalt an Bitumen und hydraulischem Bindemittel je 1,0 bis 3,0 Gew.-% beträgt, der Gehalt an beidem zusammen minde­stens 3 Gew.-% beträgt und der Gesamtwassergehalt unge­fähr dem Wassergehalt entspricht, der die dichteste Lagerung ermöglicht (gemessen nach Proctor (DIN 18127)).

2. Belag gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Bitumen und hydraulischem Bindemittel je 2,0 bis 2,5 Gew.-% beträgt.

3. Belag gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Gesamtwassergehalt 0 bis 20%, bezogen auf den Wassergehalt, unterhalb dem optimalen Wassergehalt nach Proctor liegt.

4. Belag gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Bitumen in Form einer anionischen wäßrigen Emulsion zugegeben wird.

5. Belag gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­kennzeichnet, daß das hydraulische Bindemittel den Nor­men DIN 1164, DIN 1060 und DIN 18506 entspricht.

6. Verfahren zur Herstellung von Belägen von Tragschich­ten, insbesondere gemäß ZTVT-StB 86, bestehend aus na­türlichen und/oder künstlichen Mineralstoffen und einem Bindemittelgemisch aus Bitumen und hydraulischem Binde­mittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralstoffe ohne Erhitzen gleichzeitig mit je 1,0 bis 3,0 Gew.-% Bitumen und hydraulischem Bindemittel und so viel Was­ser gemischt werden, daß der Wassergehalt ungefähr dem Wassergehalt entspricht, der die dichteste Lagerung ermöglicht, gemessen nach Proctor (DIN 18127), wobei der Gehalt an Bitumen und hydraulischem Bindemittel zusammen mindestens 3 Gew.-% beträgt und das Bitumen in Form einer anionischen wäßrigen Emulsion mit einem Netz­mittel zugegeben wird, und das fertige Gemisch nach dem Einbau in üblicher Weise verdichtet wird.

7. Verfahren gemäß Ansprüch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Bitumen und hydraulischem Bindemittel je 2,0 bis 2,5 Gew.-% beträgt.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtwassergehalt 0 bis 20%, bezogen auf den Wassergehalt, unterhalb dem optimalen Wassergehalt nach Proctor liegt.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Bindemittel den Normen DIN 1164, DIN 1060 und DIN 18506 entspricht.