Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WEBrFALEN
Nr. 3170 / Fachgruppe Bau/Steine/Erden
Herausgegeben vom Minister fUr Wissenschaft und Forschung
Prof. Dr. -Ing. Gunter Blunk
Dr. -Ing. Klaus Kra13
Ing. (grad.) Jan Kollar
F orschungsgemeinschaft EisenhUttenschlacken
Duisburg
Erforschung des Langzeitverhaltens
von LD-Schlacken als
StraBenbaustoff
Westdeutscher Verlag 1983
CIP-Kurztltelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Blunk, GUnter:
Erforschung des Langzeitverhaltens von
LD-Schlacken als Strassenbaustoff GUnter
Blunk ; Klaus Krass ; Jan Kollar. - Opladen
Westdeutscher Verlag, 1983.
(Forschungsberlchte des Landes Nordrhein
Westfalen ; Nr. 3170 : Fachgruppe Bau,
Stelne, Erden)
NE: Krass, Klaus:; Kollar, Jan:; Nordrheln
Westfalen: Forschungsberichte des Landes .•.
© 1983 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen
Herstellung: Westdeutscher Verlag
ISBN 978-3-531-03170-5 ISBN 978-3-322-87718-5 (eBook)
00110.1007/978-3-322-87718-5
Wir danken allen bei der Durchfuhrung der vorliegenden Arbeit
Beteiligten fur die gute Zusammenarbeit und Unterstutzung.
Besonderer Dank gilt
dem StraBenbauamt der Stadt Dlisseldorf und
dem Tiefbauamt der Stadt Duisburg,
mit deren Einverstandnis wir die Erprobung von LD-Schlacken in
6ffentlichen StraBen durchflihren konnten.
Ebenso gilt unser Dank den verschiedenen Abteilungen der
Hlittenwerke
Hoesch Hlittenwerke Dortmund AG,
Krupp Stahl AG, Werk Rheinhausen,
Mannesmann R6hrenwerke AG, Hlittenwerk
Duisburg-Huckingen sowie
Thyssen AG, Duisburg,
die zum Bau und zur Betreuung der Erprobungsstrecken in ihren
Werksbereichen in wesentlichem MaBe beigetragen haben.
Das Ingenieurbliro Nies, K6ln, hat bei Planung und Betreuung
der Erprobungsstrecke D in dankenswerter Weise mitgearbeitet.
I N HAL T
1. Einflihrung
1.1 problemstellung 1
1.2 Untersuchungsmethoden 2
1.3 Umfang und zeitlicher Ablauf der untersuchungen 4
2. LD-Schlacken in bituminos gebundenen Schichten 6
2.1 Eigenschaften der verwendeten LD-Schlacken 7
2.2 Eigenschaften des Asphaltmischguts mit LD-Schlacken 10
2.3 Raumbestandigkeitsverhalten 13
2.4 Griffigkeitsverhalten der Fahrbahnoberflache 15
2.5 Umweltverhalten 19
3. LD-Schlacken in Tragschichten ohne Bindemittel 19
3.1 Eigenschaften der verwendeten LD-Schlacke 20
3.2 Eigenschaften der eingebauten Schichten 23
3.3 Raumbestandigkeitsverhalten 24
3.4 Tragfahigkeitsverhalten 27
3.5 Umweltverhalten 28
4. SchluBfolgerung 29
4.1 Eignung von LD-Schlacken in bituminos gebundenen
schichten 29
4.2 Eignung von LD-Schlacken in Tragschichten ohne
Bindemittel 35
5. Zusammenfassung 42
6. Literatur 46
Anhang 49
Teil 1: Erprobungsstrecken mit LD-Schlacken in bitumi-
nosen Schichten 49
1.1 Einteilung und Bau der Erprobungsstrecken 49
- VI -
1.2 Baustoffanalysen 55
1.3 Querprofilmessungen 65
1.4 Griffigkeitsmessungen 65
Teil 2: Erprobungsstrecken mit LD-Schlacken in Trag-
schichten ohne Bindemittel 70
2.1 Einteilung und Bau der Erprobungsstrecken 70
2.2 Baustoffanalysen 76
2.3 Untersuchungen wahrend der Bauausflihrung 85
2.4 Querprofilmessungen 92
2.5 Tragfahigkeitsmessungen (Einsenkungen mit
dem Benkelmanbalken) 99
1. Einfuhrung
1.1 Problemstellung
Der groBe Bedarf an Mineralstoffen im StraBenbau veranlaBte
schon vor Jahrzehnten die Stahlindustrie, ihre prozeBbedingt
in groBen Mengen anfallenden Nebenprodukte, wie die Hochofen
stuckschlacken im StraBenbau unterzubringen. Es kann kein
Zweifel daran bestehen, daB die Verwendung solcher Stoffe im
StraBenbau einen erheblichen Beitrag zur Losung von Entsor
gungsproblemen, zur Entlastung der Umwelt und zur Sicherheit
der Rohstoffbasis zu leisten vermag. Da das Rohmaterial fur
Brechanlagen im Vergleich zu Felsgestein erheblich geringere
Korndurchmesser aufweist und die Transportwege d~s Materials
zur Verwendungsstelle infolge der Lage der Huttenwerke im
Ballungsgebiet an Rhein und Ruhr kurz sind, kann auch mit einer
Energieersparnis gerechnet werden.
Bei der Stahlherstellung aus phosphorarmem Roheisen im Sauer
stoffaufblaskonverter nach dem Linz-Donawitz-Verfahren fallen
Stahlwerksschlacken an, die entsprechend dem Stahlherstellungs
verfahren LD-Schlacken benannt werden. Einen Schwerpunkt fur
die Anwendung des LD-Verfahrens bilden hier die Huttenwerke an
Rhein und Ruhr, so daB auf das Land Nordrhein-Westfalen der
wesentliche Teil der in der Bundesrepublik Deutschland an
fallenden LD-Schlacken entfallt. Von betriebs- und volkswirt
schaftlichem Interesse ist es darum bei der derzeitigen Lage
der Stahlindustrie im Ruhrgebiet, die hier anfallenden LD
Schlacken einer moglichst wirtschaftlichen Wiederverwendung
zufuhren zu konnen /1/.
Umfangreiche Laboruntersuchungen zeigten bisher, daB die LD
schlacken weitgehend gleichrangig den Natursteinen sind. Ent
scheidend fur die Eignung eines Mineralstoffs ist jedoch in
jedem Fall die Bewahrung unter praktischen Bedingungen. In
dieser Richtung wurden auch seit einigen Jahren erhebliche
Forschungsanstrengungen unternommen /2, 3/.
Besondere Aufmerksamkeit muE bei solchen Untersuchungen der
Raumbestandigkei t der LD-Schlacken gewidmet '.-lerden. Aus me-
- 2 -
tallurgischen GrUnden ist in der LD-Schlacke ein mehr oder min
der hoher Gehalt an chemisch ungebundenem, freiem Kalk enthal
ten. Dieser kann bei Zutritt von Feuchte zu Calciumhydroxid
reagieren. Die dabei anfallende Volumenverdopplung fUprt im
Grenzfall zur Sprengung eines Schlackenkorns, was sich im Ver
bund einer Schicht zum Beispiel in Form von Hebungen auswirken
kann. Das heiBt aber nicht, daB jede Volumenanderung, zum Bei
spiel eines Asphaltkorpers, zwangslaufig bereits auf einen un
brauchbaren Mineralstoff hinweist. Der Freikalkgehalt muB also
nicht gleich Null sein, wie dies auch fUr andere nachtragliche
Beimengungen erlaubt ist. Zum Beispiel dUrfen quellfahige Be
standteile in geringen Mengen in Mineralstoffen enthalten sein,
ohne daB sie sich schadlich auswirken.
Urn Zusammenhange zwischen Laborergebnis und Praxisverhalten zu
ermitteln, wurden in einer ersten Stufe Untersuchungen im halb
technischen MaBstab durchgefUhrt /3/.
1m Jahre 1974 wurden die ersten Erprobungsabschnitte mit LD
Schlacken in bituminosenSchichteneiner StraBe mit realen Ver
kehrsbeanspruchungen gebaut. Die gezielte Erprobung von LD
Schlacken in ungebundenen Tragschichten erfolgt seit 1977.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, das Langzeitverhalten von
LD-Schlacken anhand von Erprobungsstrecken zahlenmaBig zu er
fassen und zu deuten. Die Frage des Langzeitverhaltens von LD
Schlacken als StraBenbaustoff war dabei im engen Zusammenhang
mit dem Raumbestandigkeitsverhalten zu betrachten. Insgesamt
sollte der Nachweis erbracht werden, daB LD-Schlacken gleich
wertig mit herkommlichen Mineralstoffen sind.
Die Untersuchungen wurden an vier Erprobungsstrecken mit LD
Schlacken in bituminos gebundenen Schichten sowie an drei Er
probungsstrecken mit LD-Schlacken in Tragschichten ohne Binde
mittel durchgefUhrt.
1.2 Untersuchungsmethoden
Ausgangspunkt fUr die Beurteilung des Versuchsmaterials bezUg
lich seines spateren Verhaltens in der StraBe ist eine umfang-
- 3 -
reiche Kennzeichung seiner Eigenschaften sowie die Kontrolle
w~rend der BauausfUhrung. Nach der Fertigstellung der Erpro
bungsstrecke wurden dann jeweils ihr Zustand und Verhalten re
gel~Big beobachtet und durch Messungen erfaBt. In Vorbespre
chungen mit den zust~ndigen Bauabteilungen der HUttenwerke (bei
Erprobungsstrecken innerhalb eines Werksgel~ndes) beziehungs
weise mit den zust~ndigen StraBeribau~tern (bei Erprobungs
strecken auf offentlichen StraBen) sowie mit den bauausfuhren
den Firmen wurden die Einzelheiten des Versuchsprogramms und
der Ausfuhrung festgelegt.
Im einzelnen wurden je nach Einsatzbereich der LD-Schlacken
folgende Arbeitsschritte durchgefuhrt:
a) LD-Schlacken in bituminos gebundenen Schichten
- Untersuchungen am Versuchsmaterial:
Vor dem Einbau wurden die technologischen Kennwerte der
LD-Schlacken bestimmt.
Teilweise wurden die Eignungsprufungen im Forschungs
institut der FEhS durchgefuhrt, teilweise waren auch
andere Prufstellen eingeschaltet.
- Kontrollprufungen des Mischguts:
W~hrend des Einbaus wurden jeweils Proben des Asphaltmisch
guts entnommen, an denen Prufungen im Sinne der TV bit 3/72
/4/ bzw. TVT 72 /5/ durchgefuhrt wurden. Dabei wurden im
Labor Mineralstoffe, Bindemittel und Eigenschaften des
Mischguts gepruft.
- Prufungen nach dem Einbau:
An Bohrkernen aus der fertigen Schicht wurden Verdichtungs
grade sowie Einbaudicken ermittelt.
- Wiederholte Messungen an der Fahrbahnoberflache:
In verschiedenen Zeitabstanden wurden die Griffigkeit und
die Rauheit der Fahrbahn meBtechnisch verfolgt. Bei einer
Erprobungsstrecke wurde das Verformungsverhalten der Deck
schicht mit Hilfe von Ebenheitsmessungen beobachtet.
- 4 -
- AbschlieBende Untersuchungen nach flinfjahriger Liegezeit:
An Bohrkernen aus den bituminosen Schichten mit LD-Schlacken
wurden die Verdichtung sowie die Mischgutzusammensetzung
und -eigenschaften nach dieser Liegezeit unter Verkehr er
mittelt.
b) LD-Schlacken in Tragschichten ohne Bindemittel
- Untersuchungen am Versuchsmaterial:
Vor dem Einbau wurden umfangreiche Untersuchungen bezlig
lich der Gliteeigenschaften der zu erprobenden Gemische
aus LD-Schlacken durchgeflihrt. Der Prlifumfang wurde in
Anlehnung an die in Anlage 2 der RG Min 77 /6/ flir eine
Eignungsprlifung angeflihrten Untersuchungen vorgenommen.
- Untersuchungen wahrend der Bauausflihrung:
Tn Kontrollprlifungen gemaB TVT 72 wurden jeweils die Korn
zusammensetzung der Mineralstoffgemische, die Verformungs
moduln sowie die Verdichtungsgrade der Tragschichten er
mittelt.
- Wiederholte Messungen nach Fertigstellung:
In verschiedenen Zeitabstanden wurden Hohenprofile in
Querrichtung zur Fahrbahn sowie Einsenkungen mit dem
Benkelmanbalken gemessen.
1.3 Umfang und zeitlicher Ablauf der Untersuchungen
Die Untersuchungen gliedern sich in zwei Teile. Der erste Teil
umfaBt die Erprobung von LD-Schlacken in bituminos gebundenen
Schichten, im zweiten Teil wird das Gebrauchsverhalten von
LD-Schlacke in Tragschichten ohne Bindemittel behandelt.
Insgesamt standen sieben Erprobungsstrecken zur Auswertung zur
Verfligung. Benennung, Art und Lage dieser Strecken sowie Fertig
stellungstermin sind in Bild 1 und Tabelle 1 dargestellt.
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