Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Recycling, Ungebundene Gemische, Gesteinskörnungen, Korngemisch, Ausbauasphalt, Betonabbruch
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Recycling, unbound mixtures, aggregates, mixed gravel, dismounted asphalt, concrete demolition
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Um die Ziele zu erreichen sind 10 Versuchsfelder à 4x20 m mit rezyklierten Gesteinskörnungen 0/45 OC85 gemäss SN 670 119a-NA mit 15 bis 100 Masse-% RC-Asphaltgranulat respektive 15 bis 100 Masse-% RC-Betongranulat zu erstellen. Zudem ist zu Vergleichszwecken notwendigerweise ein Referenz-Vergleichsfeld mit natürlicher Gesteinskörnung 0/45 OC85 gemäss SN 670 119a-NA zu erstellen.
Die Korngemische sind betreffend standardisierter geometrischer und physikalischer Eigenschaften, Frostbeständigkeit und stofflicher Zusammensetzung gemäss SN 670 119a-NA und SN 670 142 im Labor zu untersuchen.
Während des Einbaus und danach erfolgen systematische Verdichtungskontrollen und die Tragfähigkeit des Planums sowie der Planie ist mit Plattendruckversuchen zu ermitteln. Mit diesen anwendungsorientierten Untersuchungen sind die Einflüsse der verschiedenen Anteile an RC-Asphalt- wie auch RC-Betongranulat auf die Verdichtbarkeit und auf die Tragfähigkeit der Fundationsschichten zu überprüfen. Die Untersuchungsresultate sind auszuwerten und die Resultate auch vergleichend darzustellen und zu bewerten. Die Folgerungen und die konkreten Vorschläge für die Teilergänzungen bestehender Normen sind im Schlussbericht ausführlich darzulegen.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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In order to reach to goal, 10 test fields with a size of 4x20 meters using recycled aggregates 0/45 OC85 according to the standard SN 670 119a-NA with 15-100% of dismounted asphalt and 15-100% concrete demolition, respectively will be set up. For comparison, a reference test field with natural aggregates 0/45 OC85 according to the same standard will be prepared.
Material properties, such as geometrical and physical characteristics, frost resistance and composition are investigated in the laboratory according to the standards SN 670 119a-NA and SN 670 142.
During the installation of the material, compaction is followed systematically. By using plate-loading tests the support capability of the plane before, during and after mounting the material is followed. With this practice oriented test, influences of the different percentages of recycled asphalt and concrete on the compactibility and support capability are investigated. The results will be analyzed and compared for rating. The conclusions as well as propositions for additions to the current standard will be described in detail in the final report.
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Projektbeschreibung
(Deutsch)
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Ausgangslage und Begründung:
Die europäischen Normen EN 13242: 2002 / A1: 2007 und EN 13285: 2003 haben den Status einer Schweizer Norm. Sie sind zusammen mit der SN 670 119-NA (Nationales Vorwort und Nationaler Anhang) anzuwenden. Die Beschreibung von Korngemischen mit rezyklierten Gesteinskörnungen gemäss Anhang A der EN 13285: 2003 ist nur informativ. Eine zwingende Anwendung dieses Anhangs ist in der Schweiz nicht erforderlich. Die Korngemische der EN 13285: von RC-Asphalt- mit RC-Betongranulat widersprechen den Grundsätzen unserer Umweltrichtlinien und sind deshalb nicht zulässig. Im Dezember 2007 wurde die europäische Norm EN 13242:2002 durch die neue Norm EN 13242:2002 +A1 ersetzt. Die Neuerung betrifft hauptsächlich den Teil +A1, nämlich die Integration der rezyklierten Gesteinskörnungen in die Norm. Dadurch wurde die Überarbeitung der SN 670 119-NA notwendig. Die überarbeitete Norm liegt vor und ist seit 1.2.2010 gültig. Darin wurden die maximal zulässigen Anteile für RC-Asphalt- bzw RC-Betongranulat mit 30% festgelegt. Diese Festlegung erfolgte auf Grund von Praxiserfahrungen, konnte aber (aus terminlichen Gründen) noch nicht durch systematische Forschung abgesichert werden.
Aus Sicht der Wiederverwendung ist dem Schliessen von Stoffkreisläufen grösste Beachtung zu schenken. Es ist deshalb wünschenswert, den Recyclinganteil deutlich zu erhöhen. Aber Insbesondere im RC-Kiesgemisch A (Asphalt) ist die Auswirkung einer Erhöhung des Recyclinganteils auf die Eigenschaften der Fundationsschicht unklar. Es ist deshalb in vergleichbaren Versuchen mit verschieden hohen Anteilen systematisch zu ermitteln, welche Einflüsse die Anteile an RC-Asphalt- wie auch RC-Betongranulat auf die Verdichtbarkeit, den zu erreichenden Verdichtungsgrad und auf die Tragfähigkeit der Fundationsschichten haben. Zur Vergleichbarkeit der Resultate soll ein Referenzfeld aus natürlichen Kiesgemischen mit in die Versuche einbezogen werden. Auf Grund der Ergebnisse sind die maximalen Anteile der Bestandteile Ra (Asphalt) respektive Rc (Beton) für ungebundene Gemische nach SN 670 119a-NA zu bestätigen oder neu festzulegen; letzteres idealerweise im Sinne einer Erhöhung.
Ausführung:
Es werden insgesamt elf Versuchsfelder mit den Abmessungen 4 x 20 m mit einer 0,50 m starken Fundationsschicht auf einem befestigten Platz mit modernen, dem Stand der Technik entsprechenden Baumaschinen erstellt und miteinander verglichen. Zuerst muss die Gleichmässigkeit der Unterlage (Planum) mittels ME-Messungen überprüft werden. Allenfalls sind Korrekturen mit geeigneten Massnahmen vorzunehmen, damit die Voraussetzungen für die verschiedenen Felder vergleichbar sind. Im Anschluss werden die nach Norm 670119 mit Körnung 0/45 OC85 hergestellten und geprüften Kiesgemische in 2 Schichten à 25 cm unter möglichst gleichen Bedingungen eingebaut. Wichtig dabei ist vor allem der Wassergehalt und die Homogenität (Gleichmässigkeit) des Kiesgemisches. Die Höhenlage wird mit einem Bulldozer mit elektronischer Maschinensteuerung kontrolliert. Die Verdichtung erfolgt mit zwei 8-12 Tonnen schweren Vibrationswalzen. Die Walzen sind mit einem elektronischen Verdichtungsmesssystem ausgerüstet. Das Messsystem zeigt an, wann die optimale Verdichtung erreicht ist. Die Anzahl Walzübergänge werden dabei dokumentiert. Diese geben Aufschluss über die Verdichtungswilligkeit des Kiesgemisches. Die Festigkeit wird auf jeder Schicht mittels ME-Messung nach einem festgelegten Plan ermittelt und dokumentiert.
Versuchsfelder:
Es werden ein Referenz-Feld mit natürlichem Kiesgemisch gemäss SN 670 119a-NA und 10 Versuchsfelder mit Recycling-Kiesgemisch mit folgenden Anteilen erstellt:
? Kiesgemisch aus natürlicher Gesteinskörnung
? RC-Kiesgemisch A
o Anteil Ra (bitumenhaltige Materialien): 15 % / 30 % / 45 % / 60 % / 100 %
? RC-Kiesgemisch B
o Anteil Rc (Beton, Betonprodukte, hydr. Gebundene GK, Mörtel, Mauersteine aus Beton):
15 % / 30 % / 45 % / 60 % / 100 %
Die Gemische werden in den akkreditierten Labors des Tiefbauamtes (Labor Oberbau und Geotechnik, Urdorf) sowie der Consultest AG betreffend standardisierter geometrischer und physikalischer Eigenschaften (Korngrössenverteilung, Widerstand gegen Zertrümmerung, Trockendichte und optimaler Wassergehalt), Frostbeständigkeit und stofflicher Zusammensetzung gemäss SN 670 119a-NA und SN 670 142 geprüft.
Die Untersuchungsresultate werden ausgewertet vergleichend dargestellt und bewertet. Die Folgerungen und die konkreten Vorschläge für die Teilergänzungen bestehender Normen sind im Schlussbericht ausführlich darzulegen
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Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser
(Deutsch)
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Die Folgerungen aus den Untersuchungsresultate ermöglichen das Folgende:
· Die Auswirkungen der Recyclinganteile in den ungebundenen Kiiesgemischen können qualitativ abgeschätzt und quantitativ festgelegt werden. Insbesondere können auf Grund der Ergebnisse der maximale Anteil an RC-Asphalt- wie auch RC-Betongranulat und damit die stoffliche Zusammensetzung in den ungebundenen Gemischen gemäss SN 670 119a-NA bestätigt oder allenfalls neu festgelegt werden
· Für verschiedenste Beanspruchungen der Fundationsschichten im Ingenieur- und Strassenbau können die Anforderungen festgelegt werden, die für Korngemische mit verschiedensten Anteilen an RC-Asphalt- bzw. RC-Betongranulat erreicht werden können.
· Die Verwendung von Recyclingbaustoffen wird gefördert, da die erarbeiteten Resultate Sicherheit geben zum Festlegen der zulässigen Anteile an RC-Asphalt- bzw. RC-Betongranulat. Damit profitieren sowohl Bauherren, Unternehmer und Lieferanten wie auch die Allgemeinheit
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Methoden
(Deutsch)
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Es wird eine möglichst praxiskonforme systematische Vorgehensweise mit Versuchsfeldern, praktischem State-of-the Art Einbau und Standardtests gewählt, da gemäss praktischer Erfahrung die in der Realität auftretenden Einflussfaktoren auf diese Weise am zielgerichtesten abgebildet werden können. Weil die pragmatische Festlegung der maximal zulässigen Anteile für RC-Asphalt- bzw. RC-Betongranulat in der SN 670 119-NA (1.2.2010) auf Grund von Praxiserfahrungen erfolgte, muss die Zweckmässigkeit bzw. Modifikation dieser Festlegung auch über eine möglichst praxiskonforme Vorgehensweise erfolgen.
Das Vorgehen innerhalb der verschiedenen Meilensteine stellt sich wie folgt dar:
Meilenstein 1
Nach einer Planungs- und Organisationsphase werden auf einer geeigneten Parzelle in Urdorf (Besitz Kanton Zürich) die Versuchsfelder erstellt. Die benötigte Fläche von ca. 1'200 m2 stellt der Kanton Zürich. Zuerst muss das Planum so hergerichtet werden, dass für alle Versuchsfelder die gleichen Bedingungen betreffend Tragfähigkeit bestehen. Diese Tragfähigkeit des Planums und der Planie wird in Feldversuchen mittels Plattendruckversuchen bestimmt (je 3 Stück, pro Schicht in jedem Versuchsfeld).
Die vorgesehenen Kiesgemische werden gemäss Projektbeschreibung gemischt und in 10 Versuchsfeldern mit 0,50 m starker Fundationsschicht eingebaut und verdichtet. Gleichzeitig ist ein Referenz-Vergleichsfeld mit natürlichem Kiesgemisch 0/45 OC85 einzubauen und zu verdichten. Es erfolgt die erforderliche Einbaukontrolle.
Nach jeder eingebauten Schicht erfolgen systematische Verdichtungskontrollen (6 Punkte pro Schicht und Versuchsfeld mit Isotopensonde).
Der Einbau erfolgt bei optimalem Wassergehalt. Die Homogenität wird visuell geprüft. Die Höhenlage wird mit einem Bulldozer mit elektronischer Maschinensteuerung kontrolliert
Meilenstein 2
Die Kiesgemische werden in den Labors betreffend geometrischer und physikalischer Eigenschaften (Korngrössenverteilung, Widerstand gegen Zertrümmerung, Trockendichte und optimaler Wassergehalt), Frostbeständigkeit und stofflicher Zusammensetzung gemäss SN 670 119a-NA und SN 670 142 geprüft.
Mit den Feld- und Laboruntersuchungen kann festgestellt werden, wie sich die verschiedenen Recyclinganteile in den ungebundenen Kiesgemischen auswirken.
Die Auswertung der Untersuchungsresultate erfolgt fortlaufend.
Meilenstein 3
Rückbau der Versuchsfelder: Nach Beendigung der Versuche wird geklärt, ob der Rückbau erforderlich ist. Falls die Versuchsfelder abgeräumt werden müssen, wiegt der Materialwert die Kosten auf, das heisst, es ist kostenneutral. Schlussbericht mit Diskussion (inkl. Vergleich mit der Studie der Universität Karlsruhe) und konkreten Vorschläge für die Teilergänzungen bestehender Normen.
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Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
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Laboreinrichtungen, Verdichtungsgeräte
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Allgemeiner Stand der Forschung
(Deutsch)
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Es liegen keine systematischen Forschungsresultate über den Einsatz rezyklierter Gesteinskörnungen mit unterschiedlichen Recyclinganteilen gemäss SN 670 119a-NA und SN 670 142 vor. Die gemäss 641 004 „Verzeichnis Forschungsberichte“ vorhandenen Berichte sind für unser Forschungsvorhaben nicht relevant. Aus diesen Gründen wurde eine umfassende Recherche bei der ITRD durchgeführt. Die Ausbeute ist allerdings äusserst bescheiden. Die vorhandenen Unterlagen beziehen sich oft auf bitumenhaltige oder hydraulisch gebundene Gemische oder behandeln schwergewichtig Umweltaspekte. Zudem finden sich kaum Angaben zu vergleichbaren Praxisversuchen. Von gewisser Bedeutung für unser Projekt sind die Untersuchungen der Universität Karlsruhe (ISSN 0344-970X, 1989). Diese befassen sich mit der Wiederverwendung von Asphaltgranulat und Betonabbruch in ungebundenen Tragschichten. Es wurden je 5 Gemische mit Asphaltgranulat respektive Betonaufbruch (0, 30, 50, 70 und 100%) untersucht. Im Rahmen der vorgesehenen Untersuchung erfolgt ein praktischer Vergleich mit den Ergebnissen dieses Berichts.
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Projektziele
(Deutsch)
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In der Norm SN 670 119a-NA „Gesteinskörnungen für ungebundene und hydraulisch gebundene Gemische“ ist im RC-Kiesgemisch A der prozentuale Anteil von RC-Asphalt- respektive im RC-Kiesgemisch B der Anteil von RC-Betongranulat auf Grund von Praxiserfahrung festgelegt. Um einen möglichst hohen Grad der Wiederverwendung der anfallenden Rückbaumaterialien und damit das Schliessen von Materialkreisläufen zu erreichen, ist es wünschenswert, den Recycling-Anteil möglichst hoch zu halten. Wir wollen mit dieser Forschungsarbeit feststellen, welchen Einfluss verschieden hohe Recyclinganteile auf die Verdichtbarkeit und die Tragfähigkeit des ungebundenen Gemisches unter praktischen Einbaubedingungen haben. Auf Grund der Ergebnisse soll der maximale Anteil an RC-Asphalt- wie auch RC-Betongranulat und damit die stoffliche Zusammensetzung in den ungebundenen Gemischen gemäss SN 670 119a-NA bestätigt oder allenfalls neu festgelegt werden.
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Projektziele
(Englisch)
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The standard SN 670 119a-NA „Aggregates for unbound and hydraulically bound materials” defines the maximum percentage of recycled asphalt in “RC-Kiesgemisch A” (gravel with certain percentage of dismounted asphalt) and the maximum percentage of recycled concrete in “RC-Kiesgemisch B” (gravel with certain percentage of dismounted concrete) based on practical experience. In order to allow a high degree of recycling of the dismounted material, and therefore to enable a closed material flow, it is desirable to keep the recycling fraction as high as possible. The goal of this research project is to investigate the influence of different percentages of recycling material on the compactibility and the support capability of the unbound mixture under practical installation conditions. Based on these results, the maximum percentage of dismounted asphalt and concrete in recycling asphalt and recycling concrete respectively and therefore the composition of unbound mixtures according to the standard SN 670 119a-NA will either be confirmed or redefined.
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Forschungsplan
(Deutsch)
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Die Dauer des Forschungsprojekts beträgt 12 Monate.
Das Erstellen der Versuchsfelder hat witterungsbedingt zwischen Mai und Oktober zu erfolgen.
Der Ablauf mit den Meilensteinen der entsprechenden Phasen ist in der folgenden Tabelle ersichtlich.
Kostenplan siehe Tabelle unten
Zugehörige Dokumente
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Die Erkenntnisse aus dem Forschungsvorhaben dienen zur Überarbeitung oder Bestätigung der Norm SN 670 119a-NA. Die Anteile an rezyklierten Gesteinskörnungen können aufgrund der praxisnahen Untersuchungen zuverlässig festgelegt werden.
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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1436
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Berichtsnummer
(Englisch)
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1436
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Literatur
(Deutsch)
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Verwendbarkeit von gebrochenem Altbelag im Strassenbau, 1988, Tiefbauamt des Kt. Zürich, B. Kuhn
N4.2.9 Versuchsfelder mit Sekundärmaterialien, Bau- und materialtechnische Aspekte“, 1992, Tiefbauamt des Kt. Zürich, M. Kronig
Stoffliche Zusammensetzung und Beurteilung der langfristigen Umweltverträglichkeit von Sekundärbaustoffen, 2002, VSS 1998/071, Consultest AG, M. Kronig
Bautechnische Eigenschaften von ungebundenen Tragschichten aus wiederverwendbaren Baustoffen, 1989, Institut für Strassenbau und Eisenbahnwesen der Universität Karlsruhe, ISSN 0344-970X
Untersuchung des Frost-Tau-Verhaltens an Recyclingbaustoffen für ungebundene Tragschichten im Strassenbau, 1997, Strasse und Autobahn, ISSN 0039-2162
Aggregate recycling and alternative materials in highway construction, 1995, Institution of Highways and transportation, London
Technische Lieferbedingungen für Gesteinskörnungen im Strassenbau- TL Gestein-Stb 04 (Ausgabe 2004), 2005, Forschungsgesellschaft für Strassen- und Verkehrswesen e.V., Köln
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