DE20007305U1 - Schotter bzw. daraus gebildete Tragschicht mit hohem Porenanteil zur Anwendung in Verkehrsflächen - Google Patents
Schotter bzw. daraus gebildete Tragschicht mit hohem Porenanteil zur Anwendung in VerkehrsflächenInfo
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Description
DEUTSCHES PATENTAMT
80331 München
80331 München
Jörg Theelen
An der Quelle 36
41334 Nettetal-Kaldenkirchen
23. Februar 2000
Schotter bzw. daraus gebildete Tragschicht mit hohem Porenanteil zur Anwendung in Verkehrsflächen
Die Erfindung betrifft Schotter aus gebrochenem Material oder daraus gebildeten Tragschichten für insbesondere Verkehrsflächen.
Aus der vorgenannten Hauptpatent-Anmeldung ist eine Wasserleitung bekannt, die aus einem Dränagerohr oberhalb einer Sperrschicht mit darauf angeordnetem Unterbau und Bodenbelag besteht, in der Flüssigkeit aufgenommen und kontrolliert abgeleitet werden kann.
Unter den im Hauptpatent behandelten Ausführungsformen ist bereits ein Speichermantel aus flüssigkeitsspeichemdem Schotter erwähnt, der im Hauptpatent allerdings nicht näher spezifiziert ist.
Diesem erfinderischen Aspekt der Speichervolumenoptimierung von straßenbautauglichem Schotter wird folgend intensiver als im Hauptpatent Rechnung getragen.
Aus den einschlägigen Vorschriften für den Straßenbau sind diverse Schottersorten bekannt und in ihren physikalischen Eigenschaften wie Tragverhalten, Kornabstufung (Sieblinie), etc. beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schottersorten für insbesondere Verkehrsflächen wie Straßen, aber auch Plätze und alle Arten von Grundstücksbefestigungen zu schaffen, die bei vorgegebenen Flächenbelastungen, in Abhängigkeit von der Festigkeit des schotterbildenden Materials einen erhöhten bis möglichst hohen Porenanteil aufweisen, um in diesem Porenanteil Flüssigkeiten aufnehmen, speichern sowie daraus ableiten zu können.
Entgegen der seit vielen Jahren im Straßenbau vorherrschenden, dogmatischen Auffassung, daß Regenwasser von den Straßen möglichst schnell wegzuleiten ist um Frostschäden durch in die Tragschichten eingedrungenes Wasser zu verhindern, bzw. Kornumverteilungen in der Tragschicht und ähnlich negativen Erfahrungen vorzubeugen, ist die erfinderische Aufgabe, für den Straßenbau und für vergleichbare Anwendungen einsetzbare Schottersorten zu schaffen, die durch ihren Poren- bzw. Hohlraumanteil zwischen den Schotterkörnern einen unter allen Witterungseinflüssen gebrauchsfähigen Flüssigkeitsspeicher zur Aufnahme von Regenwasser und/oder anderen Flüssigkeiten bilden.
Mit diesen erfindungsgemäßen Schottersorten können Flüssigkeitsspeicher innerhalb von Verkehrsflächen gebildet werden, die Schadstoffe aufnehmen und zurückhalten oder Regenwasser um z. B. auf aufwendige Speicherräume wie Staukanäle oder Regenrückhaltebecken verzichten zu können.
Mit diesen erfindungsgemäßen Schottersorten können Flüssigkeitsspeicher innerhalb von Verkehrsflächen gebildet werden, die Schadstoffe aufnehmen und zurückhalten oder Regenwasser um z. B. auf aufwendige Speicherräume wie Staukanäle oder Regenrückhaltebecken verzichten zu können.
Entsprechend dem für den Schotter zugrundeliegenden Basismaterialien, wie z. B. diverse Schlacken, Sandstein, Kalkstein, Grauwacke, Basalt, Granit, Abbruchrecycling, usw., ergeben sich aufgrund der abweichenden Gesteinseigenschaften (insbesondere die Festigkeitswerte sind dabei ausschlaggebend) für den erfindungsgemäßen Schotter unterschiedliche
Kornzusammensetzungen (Sieblinien) die aus den unterschiedlichen Korndurchmessern (Schottergestein eines Durchmesserbereiches) und deren jeweiligen Anteil am gesamten Korngemisch (einbaufertiger Schotter) resultieren und sich in Abhängigkeit dazu unterschiedliche Porenanteile (Hohlraum zwischen den einzelnen, den Schotter bildenden Gesteinskömern) ergeben.
Neben den physikalischen Eigenschaften spielt die Form des Schottergesteins eine wichtige Rolle.
Abgerundetes Gestein wie z. B. Kies kann keinen Verbund untereinander eingehen, da die glatten Gesteinsoberflächen sich nicht gegenseitig verhaken und somit bei Belastung gegeneinander verrutschen können.
In geringerem Umfang ist dies auch bei gebrochenem Gestein gleicher Korndurchmesser zu beobachten, da durch das fehlende Stützkorn kleineren Durchmessers nur wenige Kontaktstellen, bzw. Verankerungspunkte (Zwickel) zwischen den Körnern zur Verfügung stehen, die bei entsprechender Belastung wegbrechen können und somit keinen sicheren Verbund ergeben.
In geringerem Umfang ist dies auch bei gebrochenem Gestein gleicher Korndurchmesser zu beobachten, da durch das fehlende Stützkorn kleineren Durchmessers nur wenige Kontaktstellen, bzw. Verankerungspunkte (Zwickel) zwischen den Körnern zur Verfügung stehen, die bei entsprechender Belastung wegbrechen können und somit keinen sicheren Verbund ergeben.
Diesen Erfahrungen Rechnung tragend werden somit seit vielen Jahrzehnten gebrochene Schottergesteine eingesetzt, deren Sieblinienverlauf von sehr kleinen Körnern von wenigen tausendstel Millimetern bis zu heute üblichen Körnern von ca. fünfundvierzig Millimeter oder gelegentlich auch größer reichen.
Bei diesen, grundsätzlich aus gebrochenem Gestein oder Schlacken gebildeten, kornabgestuften, porenarmen Schottersorten, ist eine intensive Verklammerung an den Kontaktstellen (Zwickel) gesichert.
Wichtig bei der Schaffung eines möglichst tragfähigen und porenreichen Schotters sind Kornabstufungen, die möglichst viele Kontaktstellen zwischen den einzelnen, unterschiedlich großen und miteinander vermengten Schottersteinen ermöglichen.
Es entsteht ein Korngerüst, durch sich gegenseitig abstützende Schotterkörner. Grundsätzlich läßt sich feststellen, das mit jeder zusätzlichen Kontaktstelle (Zwickel) die Tragfähigkeit des Schottermaterials zu erhöhen ist.
Dabei werden bei kornabgestuften Schottermaterialien erheblich mehr Zwickel ermöglicht wie bei einer Körnung gleichen Korndurchmessers.
Um einen optimal abgestimmten porenreichen Schotter herstellen zu können bedarf es somit folgender Vorgehensweise:
- Festlegen der zugrundezulegenden Tragfähigkeit des Schotters.
- Ermittlung der Gesteinsparameter aus dem der Schotter gebildet werden
soll.
soll.
- Festlegen eines die Einbauumstände berücksichtigenden
Körnungsbereiches.
Körnungsbereiches.
- Ermittlung der möglichst porenoptimierten Sieblinie.
Wird einer der vorgenannten Parameter verändert ist zumindest ein weiterer Parameter zu verändern um einen optimal porenreichen Schotter zu gewährleisten.
Sinnvollerweise findet die Anpassung des Schotters in der Regel über den Körnungsbereich und die zwischen den Körnungsbereich angeordnete Sieblinie statt, da die Tragfähigkeit meistens eine unveränderbare Fremdvorgabe und die Gesteinswerte durch das Schottergrundmaterial des nächstgelegenen Steinbruchs oder anderer Schotterbezugsquelle vorgegeben sind.
Bei den herkömmlichen, porenarmen Schottermaterialien ist nachteilig, daß bei kornabgestuftem Material die Hohlräume je nach Schottermaterial (weicher Sandstein oder Muschelkalk können beim verdichten zerbrechen) und/oder Schottermischung (es sind unzulässig große Mengen Kleinkörnung enthalten) zum Teil oder sogar ganz mit losem Gestein bzw. Gesteinsstaub gefüllt werden und somit kein genau nachvollziehbarer und damit nutzbarer Hohlraum im Sinne der erfindungsgemäßen Schotters in der Tragschicht verbleibt.
Dies kann in der Folge zu Schäden führen, da bei den heute gebräuchlichen Schottern aufgrund zu starker Verdichtung oder zu großem Kleinkornanteils nicht auszuschließen ist, daß bei feuchtem Rohplanum dort anstehendes Wasser über Kapillarkräfte in die Tragschicht einzieht und diese bei Frost stark schädigen kann.
Um dem vorgenannten Nachteil zu begegnen ist es wichtig den Kleinkornanteil so weit wie möglich zu minimieren, was aufgrund der Aufgabenstellung vom erfindungsgemäßen, porenreichen Schotter in einem mit erfüllt wird.
Dies führt zu einem sehr sicheren Frostverhalten des erfindungsgemäßen Schotters, da nach der kontrollierten Wasserein- und -ausleitung kein frostschädigendes Kapillarwasser im Schotter verbleibt.
Gegebenenfalls auffrierende Restfeuchtigkeit kann ihre frostbedingte Volumenzunahme ungehindert in den freien Porenraum zwischen den Schotterkörnern verdrängen, so daß die Volumenzunahme nicht zu einem Frostaufbruch der Tragschicht führen kann wie es bei herkömmlichen Schottermaterialien zu erwarten währe.
Gegebenenfalls auffrierende Restfeuchtigkeit kann ihre frostbedingte Volumenzunahme ungehindert in den freien Porenraum zwischen den Schotterkörnern verdrängen, so daß die Volumenzunahme nicht zu einem Frostaufbruch der Tragschicht führen kann wie es bei herkömmlichen Schottermaterialien zu erwarten währe.
Wird der erfindungsgemäße Schotter als Retentionsraum für Regenwasser genutzt ist die Verweilzeit des Wassers in der Schottertragschicht in die frostbedingten Überlegungen mit einzubeziehen, da ein Retentionsraum ohne zumindest gedrosseltem Ablauf auch einen Frostaufbruch verursachen kann, wenn das zurückgehaltene Wasser von oben her einfriert und ein Volumenausgleich dementsprechend nicht ermöglicht wird.
Um die Tragfähigkeit weiter zu steigern kann das Korngerüst mittels Bindemittel wie z.B. Zement, Bitumen, Klebstoff oder ähnlichem verstärkt werden.
Dies kann so geschehen, das das Bindemittel vor dem Einbau dem porenreichen Schotter untergemengt wird oder nach dem Einbau gleichmäßig entsprechend der Einbaudicke des Schotters auf den Schotter in flüssiger Form aufgebracht wird um sich danach selbsttätig um die Schotterkörner zu verteilen.
Erreicht wird damit eine zusätzliche Stabilisierung der Kontaktstellen (Zwickel), die aufgrund ihres gegenseitigen Kontaktes, bzw. geringen Abstandes zwischen den einzelnen Schotterkörnern die primären Konzentrationsstellen für ein flüssiges Bindemittel darstellen werden.
Nach dem aushärten des Bindemittel wird der Zwickel auf diese Weise künstlich verbreitert und in seiner Druckbelastung entsprechend der Festigkeitswerte des Bindemittels höher belastbar sowie die Schotterkörner untereinander zusätzlich versetzungssicher verbunden.
Nach dem aushärten des Bindemittel wird der Zwickel auf diese Weise künstlich verbreitert und in seiner Druckbelastung entsprechend der Festigkeitswerte des Bindemittels höher belastbar sowie die Schotterkörner untereinander zusätzlich versetzungssicher verbunden.
Die Offenporigkeit des erfindungsgemäßen Schotters führt zudem dazu, die ebenfalls wichtige Ein- und Ableitungfähigheit der Flüssigkeit aus dem Schotter heraus zu verbessern.
Um eine möglichst schnelle Flüssigkeitsein- und -ableitung sicher zu stellen kann der Schotter mit einem Dränagesystem ausgestattet werden.
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Je nach Aufgabenstellung kann das Systeme aus Dränagerohren und/oder Dränbahnen bestehen.
Zur Flüssigkeitskontrolle, bzw. Absicherung des Untergrundes ist es in vielen Anwendungen sinnvoll den Schotter zum Untergrund hin abzudichten. Dies kann durch entsprechend vorhandene oder eingebaute flüssigkeitsdichte Bodenschichten oder durch künstliche Basisabdichtungen aus Bentonit, Metall, Kunststoff oder ähnlichem erfolgen.
Auch für Versickerungsanlagen wie Rigolen, Rohrrigolen und ähnlichem ist der erfindungsgemäße Schotter ideal einsetzbar, da dieser in Kombination direkt die Aufgabe der Tragschicht mit erfüllen und somit zu erheblichen Einsparungen bei der Herstellung von Versickerungsanlagen beitragen kann.
So kann der erfindungsgemäße Schotter in Gebieten mit sehr versickerungswidrigen Bodenverhältnissen einer Mulde nachgeschaltet werden und unterhalb einer Verkehrsfläche das anfallende Regenwasser großflächig, z. B. mittels eines Dränagesystems, aufnehmen, verteilen und zum Untergrund hin versickern.
Innerhalb einer aus Abdichtungen hergestellten Wanne eingebaut kann der porenreiche Schotter neben der zeitweiligen Wasserrückhaltung von Regenwasser auch präventiv zur Aufnahme von wassergefährdenden Flüssigkeiten unterhalb von Fahrbahnbelägen eingesetzt werden. Zur Ein- und Ausleitung kann wiederum das bereits beschriebene Dränagesystem zuzüglich üblicher Straßenbaukomponenten wie z. B. Senken und Schächte eingesetzt werden.
In einer weiteren Nutzung kann das Drän- und Leitungssystem zur Reinigung des porenreichen Schotters verwendet werden, indem durch das Drän- und Leitungssystem z. B. zur Reinigung von eingetragenen Sedimenten unter Druck Spülwasser eingegeben und wieder abgesogen wird.
Eine weitere Reinigungsmöglichkeit ist die in-situ-Reinigung des Schotters durch das einspülen von Chemikalien, Mineralien und/oder Microorganismen.
Insbesondere physikalische Verfahren mit entsprechend konditionierten Mineralien oder Anlagen (z. B. Plocher-, Grander-Systeme u. a.) und/oder biologische Systeme auf microorganischer Basis haben sich in diesen Fällen in der Reinigung als sehr umweltschonend und die Qualität des ausfließenden Wassers sehr positiv beeinflussend erwiesen.
Für die Schotterreinigung mittels am Schotter anhaftender Microorganismen ist die Versorgung mit Sauerstoff ein wichtiges Funktionskriterium, da bei zu geringem Sauerstoffangebot der Reinigungsprozeß in einen aneroben Vorgang umschlagen kann, der eine erheblich geringere Reinigungsleistung und unangenehme Geruchsbildungen zur Folge haben kann.
Diesem Umstand wird durch das große Sauerstoffangebot im porenreichen Schotter erfolgreich entgegengewirkt und mit dem ggf. integrierten Drän- und Leitungssystem bei Bedarf durch das einblasen von Umluft oder absaugen der verbrauchten im Schotter befindlichen Luft unterstützt.
Diesem Umstand wird durch das große Sauerstoffangebot im porenreichen Schotter erfolgreich entgegengewirkt und mit dem ggf. integrierten Drän- und Leitungssystem bei Bedarf durch das einblasen von Umluft oder absaugen der verbrauchten im Schotter befindlichen Luft unterstützt.
Je nach Schotterschichtdicke sorgt auch das Temperaturgefälle in der Schotterschicht selbst für eine geringe Konvektionsströmung der Luft zwischen den Schotterkörnern, die eine gut funktionierende microorganische Reinigung unterstützen kann.
Um das in den Schotter eingeleitete Regenwasser nicht unnötig zu belasten, ist für Anwendungsfälle in der Regenwasserbewirtschaftung der Schotter sinnvollerweise vor dem Einbau zu waschen, da ansonsten die am Schotterkorn anhaftenden großen Staubanteile für einen begrenzten Zeitraum für erhebliche Belastungen im abgeleiteten Wasser sorgen können.
Um einen frostsicheren Betrieb eines Entwässerungssystems was u. a. aus dem porenreichen Schotter gebildet wird, sichern zu können, kann es sinnvoll sein während des Schottereinbaus in den Schotter ein Heizsystem zu integrieren. Zum auftauen des Schotters kann auch in diesem Fall das ggf. integrierte Drän- und Rohrleitungssystem eingesetzt werden, indem in das System erhitzte Luft oder Wasser eingegeben wird.
Aber auch das durchziehen des Schotters mit Heizdrähten oder -leitungen kann sinnvoll sein.
Aber auch das durchziehen des Schotters mit Heizdrähten oder -leitungen kann sinnvoll sein.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Sie zeigen
dargestellt. Sie zeigen
Fig. 1 ein Korngerüst aus einem hohlraumreichen Schotter mit einer
abgestuften Sieblinie
abgestuften Sieblinie
Fig. 2 den Schotter aus Fig. 1 mit einem tragfähigkeitssteigemden
Bindemittel versehen
Bindemittel versehen
Die in Figur 1 dargestellte Tragschicht besteht aus verdichteten Schotterkörnern (10) unterschiedlicher Durchmesser, bei dessen Sieblinie auf Kleinkörnungen zur Gänze verzichtet wurde.
Gut zu erkennen ist das entstandene Korngerüst der sich gegenseitig an den Kontaktstellen abstützenden Körner (10), bzw. Zwickeln mit dem dadurch gebildeten großen Porenanteilen (11).
Trotz der Verdichtung sind einzelne nicht in den Verbund, bzw. Korngerüst integrierte Schotterkörner (13) auszumachen.
Die enormen Flächen der Korngrenzen (12) bieten einen idealen Boden für einen microorganischen Reinigungsfilm.
Bis an den Flüssigkeitsspiegel (15) ist der Schotter (10,11) gleichmäßig mit eingestautem Regenwasser (14) befüllt.
Figur 2 zeigt das selbe Korngerüst wie Fig. 1, mit dem einen Unterschied, daß zur Erhöhung der Tragfähigkeit der Schotter (10) mit einem wässerigen Zement übergössen wurde, der sich entsprechend der Oberflächenspannung des flüssigen Bindemittels konzentriert an den Zwickeln (17) abgesetzt hat. Das gesamte Schotterkorn (10) ist außerhalb der Zwickel (17) nur dünn von dem Bindemittel (16) überzogen worden.
Eine weitere Tragschichtverfestigung erfolgt über das zusätzliche einbinden der freien Schotterkörner (13) in den Verbund.
Eine weitere Tragschichtverfestigung erfolgt über das zusätzliche einbinden der freien Schotterkörner (13) in den Verbund.
| 10 | Schotterkörner |
| 11 | Porenraum |
| 12 | Korngrenzen |
| 13 | freie Schotterkörner |
| 14 | Flüssigkeit |
| 15 | Flüssigkeitsspiegel |
| 16 | Bindemittelschicht |
| 17 | Bindemittelkonzentrationen |
Claims (10)
1. Schotter aus gebrochenem Material oder daraus gebildeten Tragschichten für insbesondere Verkehrsflächen, dadurch gekennzeichnet, daß der verdichtete Schotter (10) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Tragfähigkeit einen erhöhten oder den maximal möglichen Porenanteil (11) aufweist.
2. Schotter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in Abhängigkeit von der vorgegebenen Tragfähigkeit erhöhte oder maximal mögliche Porenanteil (11) aus den Festigkeitswerten des Schottergesteins (10) und einer an die vorgegebene Tragfähigkeit und Festigkeitswerte angepaßten Sieblinie zu bestimmen ist.
3. Schotter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der maximal mögliche Porenanteil (11) des Schotters (10) als Flüssigkeitsspeicher (10, 11) einzusetzen ist.
4. Schotter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schotter (10) innerhalb einer flüssigkeitsdichten Ausschachtung eingebaut wird.
5. Schotter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Tragfähigkeit die Kontaktstellen (17) der Schotterkörner (10) durch Zugabe von flüssigen Zementen bzw. Bindemittel gegenseitig zu verbinden sind.
6. Schotter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schotter (10) zur besseren Ein- und Ausleitung von Flüssigkeit (14) mit einem System zur Flüssigkeitsein- und/oder -ausleitung ausgestattet ist.
7. Schotter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das System zur Ein- und Ausleitung von Flüssigkeiten (14) aus Dränagerohren gebildet ist.
8. Schotter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schotter (10) mit physikalischen und/oder chemischen und/oder biologischen Verfahren zum Abbau von Schadstoffen ausgestattet ist.
9. Schotter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund des hohen Porenanteils (11) ein aerober Schadstofabbau einzurichten ist.
10. Schotter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser im eingebauten Zustand mit einem Heizsystem ausgestattet ist.
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