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Fachvorträge aus Tagungsbänden von FGSV-Veranstaltungen

FGSV-Nr. FGSV M 11
Ort Duisburg
Datum 2012-04-18
Titel Beurteilung der Festigkeit von Gesteinskörnungen
Autoren Ltd. Akad. Dir. Dr.-Ing. Thomas Wörner, Dr. Erhard Westiner, Dipl.-Geol. Sara Neidinger
Kategorien
Einleitung

Das Prüfmerkmal zur Beschreibung der Festigkeit von Gesteinskörnungen für den Straßenbau ist der Widerstand gegen Zertrümmerung. Dieser kann anhand von zwei Verfahren (Schlagversuch und Los-Angeles-Prüfverfahren) charakterisiert werden. Zwischen den beiden Verfahren besteht trotz der unterschiedlichen Beanspruchung bei der Prüfung für den Kornbereich 2/31,5 mm eine gute und für den Kornbereich 31,5/63 mm eine noch mäßige Korrelation. Im Rahmen von Wareneingangs- und Kontrollprüfungen sollte immer das Verfahren herangezogen werden, welches der Hersteller zur Deklaration verwendet hat. Da darüber hinaus bei beiden Prüfverfahren zwischen den beiden Kornbereichen nur ein mäßiger Zusammenhang besteht, sind für die Kornbereiche und Prüfverfahren eigene Anforderungen zu stellen. Eine für die Jahre 2009 bis 2011 erstellte Datensammlung zeigt, dass der im Technischen Regelwerk vorliegende Bewertungshintergrund für den Schlagversuch richtig ist und damit beibehalten werden kann. Ebenso kann durch den neu geschaffenen Bewertungshintergrund für das LosAngeles-Prüfverfahren das gesteinsabhängige Anforderungsniveau der TL Gestein-StB für den Kornbereich 2/31,5 mm beibehalten werden. Dagegen war es zwingend notwendig, das Anforderungsniveau für den Kornbereich 31,5/63 mm beim Los-Angeles-Prüfverfahren neu zu fassen. Dies führte zu einer Neugestaltung des Anhanges A der TL Gestein-StB. Letztlich konnten aus der Datensammlung auch Grundlagen für die Aufnahme des Schotterschlagwertes SD in die Europäische Normung erarbeitet werden.

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Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

1 Einleitung

Die Festigkeit ist eine Werkstoffeigenschaft und beschreibt den mechanischen Widerstand, den ein Werkstoff einer plastischen Verformung oder Trennung entgegensetzt. Die Einwirkungen auf den Werkstoff können dabei statischer oder dynamischer Art sein. Die Beanspruchung kann dabei unter Druck-, Zug-, Biegezug-, Scher- oder Knickbelastung erfolgen.

Im Bereich der Gesteinskörnungen wird zur Bewertung der Festigkeit üblicherweise der Widerstand gegen Zertrümmerung herangezogen. Es handelt sich dabei um ein Prüfmerkmal, das in Summe aller Beanspruchungsarten die Festigkeit der in einer Gesteinskörnung enthaltenen Körner (Kornfestigkeit) unter den vorstehend beschriebenen Belastungen darstellt und welches von der Gesteinsart, Gewinnung und Aufbereitung des Gesteinsmaterials sowie anderen Prüfmerkmalen wie der Kornform in starkem Maß abhängt.

Zur Beschreibung des Widerstands gegen Zertrümmerung von groben Gesteinskörnungen für Asphalt, Beton, Schichten ohne Bindemittel und Gleisschotter existieren im Technischen Regelwerk zwei europäisch genormte Prüfverfahren. Es handelt sich um den Schlagversuch und das Los-Angeles-Prüfverfahren. Beide Verfahren wurden unabhängig voneinander in den 1930er Jahren des letzten Jahrhunderts entwickelt und seitdem mehrfach optimiert, wobei der Schlagversuch überwiegend in Deutschland zur Anwendung kommt.

Neben Schlagversuch und Los-Angeles-Prüfverfahren existiert auch noch ein Verfahren zur Bestimmung des Widerstands gegen Verschleiß, der Micro-Deval-Versuch, der überwiegend im französischsprachigen Bereich zur Beurteilung der Kornfestigkeit herangezogen wird.

Für alle Verfahren gilt, je niedriger der Zahlenwert des Ergebnisses, desto höher ist die Kornfestigkeit zu bewerten.

Der Arbeitsausschuss 6.1 "Gesteinskörnungen" der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e.V. (FGSV) hat in Zusammenarbeit mit dem Bundesverband Mineralische Rohstoffe e.V. (MIRO) für die Jahre 2009 bis 2011 eine Datensammlung zur Neubewertung des Widerstands gegen Zertrümmerung erstellt. Dabei sollten die bisher im Anhang A der TL Gestein-StB enthaltenen Daten überprüft, neu bewertet und gegebenenfalls korrigiert werden. Die dabei gewonnen Ergebnisse werden hier vorgestellt.

2 Prüfverfahren

In der Tabelle 1 sind vergleichend die grundlegenden, aktuellen Daten zur Prüfung mit dem Los-Angeles-Prüfverfahren für unterschiedliche Prüfkorngrößen und Einsatzbereiche dargestellt. Die Tabelle 2 enthält die Zusammenstellung für den Schlagversuch.

Beim Los-Angeles-Prüfverfahren wird eine Gesteinsprobe mit definierter, nicht rohdichteabhängiger Masse in einer rotierenden Trommel trocken mit Stahlkugeln beansprucht. Nach Abschluss des Vorganges wird der Rückstand der Probe ermittelt, der auf einem 1,6-mm Analysensieb zurückbleibt. Dieser wird rechnerisch in Bezug zur Einwaage gesetzt, woraus sich der Los-Angeles-Koeffizient als Durchgang in M.-% durch dieses Sieb ergibt. Für den Kornbereich 2/31,5 mm wird der Los-Angeles-Koeffizient LA ermittelt, für den Kornbereich 31,5/63 mm (Schotterbereich) im Straßenbau der Los-Angeles-Koeffizient (35,5/45) LASch und beim Gleisschotter der Los-Angeles-Koeffizient LARB. Das Prüfverfahren zur Bestimmung des Widerstands gegen Zertrümmerung von "Schotter für den Straßenbau" mit dem Los-AngelesPrüfverfahren wurde im Rahmen der Umsetzung der Europäischen Normung in Deutschland innovativ erstellt. Ziel war hier, auch für den Kornbereich 31,5/63 mm über ein entsprechendes Verfahren als Alternative zum Schlagversuch zu verfügen, falls der Schlagversuch aufgrund europäischer Zwänge zurückgezogen werden müsste. Bei der Erstellung des Bewertungshintergrundes für die TL Gestein-StB konnte allerdings auf einen nur geringen Datensatz zurückgegriffen werden.

Tabelle 1: Vergleichende Zusammenstellung der Prüfparameter beim Los-Angeles-Prüfverfahren

Beim Schlagversuch wird im Prüfgerät eine rohdichteabhängig zusammengesetzte Probe mittels Fallhammer mit einer festgelegten Zahl an Schlägen aus einer definierten Höhe zertrümmert. Für den Kornbereich 2/31,5 mm wird der Schlagzertrümmerungswert SZ ermittelt. Hier erfolgt nach der 10maligen Schlagbeanspruchung der Prüfkörnung 8/12,5 mm eine Siebung mit 5 definierten Sieben, anschließend wird aus der Summe der Siebdurchgänge, dividiert durch die Siebanzahl (5) eine Körnungsziffer ­ der Schlagzertrümmerungswert ­ errechnet. Für den Kornbereich 31,5/63 mm im Straßenbau wird beim Schlagversuch der Schotterschlagwert SD bzw. für Gleisschotter der Schlagzertrümmerungswert SZRB bestimmt. Die beiden Schotterprüfungen unterscheiden sich in der Prüfkörnung und im Auswertesieb. Lange Zeit wurde für den Gleisschotter zur Beurteilung der Kornfestigkeit die sogenannte "Scherbigkeit" nach einem internen Verfahren der Deutschen Bundesbahn bestimmt, bis in den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts auf den Schlagversuch umgestellt wurde. Bei dieser Umstellung wurde dann auch eine "gleisschotterspezifische" Prüfkörnung gewählt und anstelle des im Rahmen der Europäischen Normung exotisch anmutenden 10-mm-Rundlochsiebs des Schlagversuchs an Schotter ein 8-mm-Quadratlochsieb gewählt. Untersuchungen von Seiten des "NA 062-03-13 AA Gemeinschaftsarbeitsausschuss NMP/FGSV, Gesteinskörnungen, Prüfverfahren, Petrographie, Probenahme und Präzision im NA 062 Normenausschuss Materialprüfung (NMP)" haben gezeigt, dass die Ergebnisse der beiden "Schotterprüfungen" nicht miteinander korrelieren. Die sehr aufwändige und zeitraubende Erstellung eines gesamten Bewertungshintergrundes auf Basis der europäischen Norm wurde im NMP verworfen, da nur wenige "Schotter" gleichzeitig für den Straßenbau und als Gleisschotter eingesetzt werden.

Tabelle 2: Vergleichende Zusammenstellung der Prüfparameter beim Schlagversuch

Beim Micro-Deval-Versuch wird der durch Reibung zwischen den Gesteinskörnungen und einer Reibmittelladung (Stahlkugeln und Wasser) in einer rotierenden Trommel unter festgelegten Bedingungen anfallende Abrieb ermittelt. Die Auswertung erfolgt entsprechend der Methodik beim Los-Angeles-Prüfverfahren. Als Prüfwert wird der Micro-Deval-Koeffizient ermittelt. Für den Kornbereich 2/31,5 mm handelt es sich hierbei um den Micro-Deval-Koeffizienten MDE. Während im Straßenbau für den Kornbereich 31,5/63 mm kein Prüfverfahren existiert, wird für Gleisschotter der Micro-Deval-Koeffizient MDERB bestimmt.

3 Beanspruchung und Einflussgrößen

Beim Schlagversuch wird die Widerstandsfähigkeit einer Gesteinskörnung gegen Schlagbeanspruchung geprüft, der Micro-Deval-Versuch ist ein reiner Abriebtest und das Los-Angeles-Prüfverfahren ein kombinierter Schlag-Abriebtest [1]. Der Anteil der Schlagkomponente ist beim Los-Angeles-Prüfverfahren bei unterschiedlichen Gesteinsarten verschieden stark ausgeprägt, sein Anteil liegt bei ca. 20 % des Versuchsergebnisses [1]. In den Bildern 1 bis 3 sind die unterschiedlichen Beanspruchungen auf das Gestein für den Kornbereich 31,5/63 mm dargestellt. Hinsichtlich des Zusammenhangs zwischen den im Bauwesen genutzten unterschiedlichen Prüfverfahren zur Beschreibung des Widerstands gegen Zertrümmerung von groben Gesteinskörnungen ergibt sich bei der Literatursichtung ein klares Meinungsbild. Schlagversuch und Los-Angeles-Prüfverfahren erwiesen sich als die Verfahren, mit denen die vorteilhaftesten Ergebnisse zur Bestimmung der Kornfestigkeit von Gesteinskörnungen ermittelt werden konnten [2]. Ein Zusammenhang zwischen den Ergebnissen von Schlagversuch, Los-Angeles-Prüfverfahren und Micro-Deval-Versuch ist unter Berücksichtigung eines gewissen Streubereiches zu erkennen. Der Zusammenhang zwischen den Ergebnissen des Schlagversuches und des Los-Angeles-Prüfverfahrens ist von exponentieller Art [2, 3, 4].

Bild 1: Beanspruchung beim Schlagversuch

Bild 2: Beanspruchung beim Los-Angeles-Prüfverfahren

Bild 3: Beanspruchung beim Micro-Deval-Versuch

Diese Ergebnisse konnten auch durch eigene Untersuchungen bestätigt werden (Bilder 4 und 5). Es zeigt sich, dass im Kornbereich 2/31,5 mm die Ergebnisse des Los-Angeles-Prüfverfahrens mit denen des Schlagversuchs deutlich besser korrelieren als sich dies gegenüber dem Micro-Deval-Versuch darstellt. Für den Kornbereich 31,5/63 ergibt sich ein umgekehrtes Bild. Hier scheint die Abriebbeanspruchung beim Los-Angeles-Prüfverfahren zu überwiegen (vgl. Bilder 1 bis 3). Aussagen zur Korrelation der Verfahren sollten daher immer im Hinblick auf die Prüfkorngröße hinterfragt werden.

Bild 4: Zusammenhang zwischen dem Los-Angeles-Prüfverfahren (LA) und dem Schlagversuch (SZ) bzw. dem Micro-Deval-Versuch (MDE) für den Kornbereich 2/31,5 mm

Bild 5: Zusammenhang zwischen dem Los-Angeles-Prüfverfahren (LARB) und dem Schlagversuch (SZRB) bzw. dem Micro-Deval-Versuch (MDERB) für den Kornbereich 31,5/63 mm

Schlagversuch und Los-Angeles-Prüfverfahren beschreiben definitionsgemäß dieselben gesteinstechnischen Eigenschaften. Der mit beiden Verfahren bestimmte Widerstand gegen Zertrümmerung hängt dabei von der für das jeweilige Gestein charakteristischen mineralogisch-petrographischen Zusammensetzung und dessen physikalischen Eigenschaften wie Homogenität, Härte, Spaltbarkeit, Bruchform, Struktur, Textur, Verbandsfestigkeit und mechanische Festigkeit ab [7]. Feix [3] konnte dies bestätigen, merkte jedoch kritisch an, dass die Prüfstreuung beim Los-Angeles-Prüfverfahren größer als beim Schlagversuch ist. Entgegengesetztes wird aus Österreich berichtet [1, 7, 8]. Die im Anhang D der DIN EN 1097-2 enthaltenen Angaben lassen den Schlagversuch im Hinblick auf die Präzision als vorteilhaft erscheinen. Grundlage hierfür waren europäische Ringversuche.

Allen vorstehend genannten Literaturstellen ist gemeinsam, dass die Ergebnisse von Schlagversuch und Los-Angeles-Prüfverfahren sehr stark von der Kornform der zu prüfenden Gesteinskörnung abhängig sind. Untergeordnet gilt dies auch für die Rauigkeit bzw. Kantigkeit der Gesteinskörnung. Dies bedeutet, dass hier neben den Gesteinseigenschaften auch die Aufbereitung einen wesentlichen Einfluss auf die erzielten Ergebnisse hat. Nach Feix [5] ist der Einfluss der Aufbereitung bei gebrochenen Gesteinskörnungen wesentlich stärker zu gewichten als die Gesteinseigenschaften. Allerdings liegen hierfür überwiegend Bewertungen mit dem Schlagversuch vor.

Korrelationsbetrachtungen zwischen Schlagzertrümmerungswert SZ und Schotterschlagwert SD bei einer Aufbereitung in einem Produktionsschritt zeigen, dass weder bei der Prallzerkleinerung noch bei einer Quetschzerkleinerung ausreichend gesicherte Korrelationen zwischen den Prüfergebnissen bestehen. Daraus ist zu folgern, dass aus den Kornfestigkeiten des "Schotteranteils" nicht auf die des "Splittes" geschlossen werden kann [5].

Die nach DIN EN 1097-2 beim Los-Angeles-Prüfverfahren möglichen Kornzusammensetzungen innerhalb der Kornklasse 10/14 mm können im Hinblick auf das Prüfergebnis als gleichwertig angesehen werden. Wird zur Prüfung von dieser Prüfkornklasse abgewichen (z. B. 4/8 oder 8/11 mm) kann allerdings nicht auf den für die Deklaration in den Anwendungsnormen festgelegten LA an der Kornklasse 10/14 mm geschlossen werden [4]. Im gleichen Rahmen [4] konnte gezeigt werden, dass eine Trockensiebung des beanspruchten Materials im Vergleich zu einer Nasssiebung zu niedrigeren LA und größeren Streuungen der Prüfergebnisse führt. Zudem hat die Umdrehungsgeschwindigkeit der Los Angeles-Trommel einen merklichen Einfluss auf den sich ergebenden LA. Die Festlegungen der EN 1097-2 sind daher unbedingt einzuhalten.

Es besteht aber ein merklicher Unterschied im Kornzertrümmerungsgrad des Gesteinskörnungsgemisches im Asphalt zwischen Gesteinskörnungen mit hohem SZ bzw. LA gegenüber solchen mit niedrigem SZ bzw. LA [6]. Das Gesteinskörnungsgemisch mit niedrigem SZ bzw. LA, also mit hoher Kornfestigkeit zeigte bei allen Prüfungen die geringere Kornverfeinerung im Asphalt gegenüber dem mit hohem SZ bzw. LA. Zudem zeigt sich, dass bei geringer werdenden Schichtdicken der Asphalte der Einfluss des Widerstands gegen Zertrümmerung der Gesteinskörnungen größer wird. Dabei erweisen sich bei abnehmenden Schichtdicken niedrige SZ bzw. LA als günstig [1].

Die im Rahmen der Auswertung der Sandversuchsstrecke im Zuge der B 14, Umgehung Rottweil [9] gewonnenen Ergebnisse zeigen in Korrelation mit der Kornform/Kantigkeit, dass Asphalte unter Verwendung von feinen Gesteinskörnungen mit starkem Abrieb in der Kugelmühle oder hohen Schlagzertrümmerungswerten zu einer starken Füllernachbildung neigen. Der Schlagversuch an feinen Gesteinskörnungen wurde bei Erstellung der TP Gestein-StB allerdings nicht mehr berücksichtigt, da Praxiserfahrungen zeigten, dass nur eine geringe Vergleichbarkeit der Prüfergebnisse gegeben ist. Neuere Untersuchungen zum Abriebwiderstand von Bettungs- und Fugenmaterial von Pflasterbefestigungen lassen erwarten, dass ein modifizierter Micro-Deval-Versuch für feine Gesteinskörnungen bzw. Gesteinskörnungsgemische zur Beschreibung der Kornfestigkeit vorteilhafter erscheint und gegenüber der Kugelmühe eine günstigere Spreizung der Messergebnisse erbringt [10]. Hier konnte auch nachgewiesen werden, dass sich ein nur geringer Zusammenhang zwischen LA der Prüfkörnung 10/14 mm und den direkten Prüfverfahren an feinen Gesteinskörnungen ergab.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass der Widerstand gegen Zertrümmerung abhängt: ­

– von der für das jeweilige Gestein charakteristischen mineralogisch-petrographischen Zusammensetzung und dessen physikalischen Eigenschaften, ­

– von der geometrischen Ausbildung des Gesteinskorns, v. a. der Kornform und

–­ vom Zerkleinerungssystem (Art der Brechwerkzeuge, Betriebsweise und Beschickung).

Den stärksten Einfluss hat dabei offensichtlich das Zerkleinerungssystem.

Die Kombination aus unterschiedlichem Gestein, das auch innerhalb einer Gesteinsgruppe variiert und der für jedes Werk charakteristischen Aufbereitungssituation erklärt die z. T. starken Abweichungen von der Regressionsgeraden für die vergleichende Betrachtung SZ/LA. Dies bedeutet, dass für jedes Werk ein Zusammenhang zwischen den gesteins- und aufbereitungstechnischen Einflüssen und dem Widerstand gegen Zertrümmerung erstellt werden muss. Diese über einen langen Zeitraum gewonnenen Zusammenhänge liegen bezogen auf den Schlagversuch in Deutschland vor, sie sind für das Los-Angeles-Prüfverfahren im Regelfall noch zu erstellen, wenn mit dieser Prüfmethodik künftig gearbeitet werden soll. Die Prüfung des Widerstands gegen Zertrümmerung von feinen Gesteinskörnungen sollte nur im begründeten Einzelfall erfolgen. Allerdings ist weiter zu verfolgen, ob der modifizierte Micro-Deval-Versuch die bei Bettungsmaterialien wirkenden Beanspruchungen praxisgerechter darstellt.

4 Umsetzung und Konsequenzen aus der Europäischen Normung

Mit Umsetzung der Europäischen Normen im Bereich der Gesteinskörnungen im Jahr 2004 wurden zur Beschreibung des Widerstands von groben Gesteinskörnungen gegen Zertrümmerung in DIN EN 1097-2 zwei Prüfverfahren festgelegt. Die Bewertung des Widerstands gegen Zertrümmerung von groben Gesteinskörnungen kann nach den einheitlichen Festlegungen der Europäischen Normen DIN EN 13242 "Gesteinskörnungen für ungebundene und hydraulisch gebundene Gemische für Ingenieur- und Straßenbau", DIN EN 13043 "Gesteinskörnungen für Asphalt und Oberflächenbehandlungen für Straßen, Flugplätze und andere Verkehrsflächen" und DIN EN 12620 "Gesteinskörnungen für Beton" nach DIN EN 1097-2, Abschnitt 5, mit dem Los-Angeles-Prüfverfahren (Los-Angeles-Koeffizient LA, Prüfkörnung 10/14 mm) oder nach DIN EN 1097-2, Abschnitt 6, mit dem Schlagversuch (Schlagzertrümmerungswert SZ, Prüfkörnung 8/12,5 mm) erfolgen. Dabei gilt das Los-Angeles-Prüfverfahren als Referenzverfahren und der Schlagversuch als Alternativverfahren. Nach den Festlegungen der DIN EN 1097-2 soll im Schiedsfall das Los-Angeles-Prüfverfahren angewendet werden. Um eine gegenseitige Anerkennung der Ergebnisse sicherzustellen und eine Prüfung mit zwei Verfahren zu vermeiden wird zudem eine Korrelation zwischen den beiden Prüfverfahren gefordert.

Tabelle 3: Zuordnung der Kategorien für den Schlagzertrümmerungswert SZ und dem Los-Angeles-Koeffizienten LA in Deutschland

Hinsichtlich der Vergleichbarkeit der Prüfergebnisse von SZ und LA bestehen in den Europäischen Normen aufeinander abgestimmte Anforderungen (Tabelle 3). Diese Kategorien sind in den Ausschreibungsunterlagen stets gleichzeitig anzugeben.

Die Europäischen Normen wurden für den Bereich der Gesteinskörnungen in Deutschland mit den "Technischen Lieferbedingungen für Gesteinskörnungen im Straßenbau" (TL GesteinStB 04) umgesetzt. In Deutschland wird weiterhin der Schlagversuch bevorzugt angewendet.

Im Anhang A der TL Gestein-StB sind die gesteinsspezifischen Anforderungswerte an den Widerstand gegen Zertrümmerung von groben Gesteinskörnungen enthalten. Sie gelten als Grundanforderung, sind in den Technischen Lieferbedingungen für das jeweilige Baustoffgemisch enthalten und in den Anhängen E, F, G und H der TL Gestein-StB gespiegelt. Je nach Einsatzgebiet der groben Gesteinskörnungen können weiter einschränkende Anforderungen gestellt werden. Beispielsweise fordern die TL Asphalt-StB für grobe Gesteinskörnungen für den Einsatzbereich in hoch belasteten splittreichen Asphaltdeckschichten SZ18/LA20.

Tabelle 4: Ergebnisse der FGSV-Datensammlung zur Ermittlung des gesteinsspezifischen Bewertungshintergrundes von Schlagversuch und Los-Angeles-Prüfverfahren

Bild 6: Zusammenhang zwischen Los-Angeles-Koeffizient LA und Schlagzertrümmerungswert SZ nach FGSV-Datensammlung

Bild 7: Zusammenhang zwischen Los-Angeles-Koeffizient (35,5/45) LASch und Schotterschlagwert SD nach FGSV-Datensammlung

Bild 8: Zusammenhang zwischen Schotterschlagwert SD und Schlagzertrümmerungswert SZ nach FGSV-Datensammlung

Bild 9: Zusammenhang zwischen Los-Angeles-Koeffizient (35,5/45) LASch und Los-Angeles-Koeffizient LA nach FGSV-Datensammlung

Bild 10: Zusammenhang der Auswertesiebe beim Schotterschlagwert SD nach FGSV-Datensammlung

Aus der Umsetzung und praktischen Anwendung der Europäischen Normen in Deutschland ergaben sich für den Arbeitsausschuss 6.1 "Gesteinskörnungen" der FGSV für das Prüfmerkmal "Widerstand gegen Zertrümmerung" folgende Fragen:

a) Kann der Zusammenhang zwischen den beiden Prüfverfahren zu Bestimmung des Widerstands gegen Zertrümmerung nach DIN EN 1097-2 bestätigt werden?

b) Kann aus den Ergebnissen SZ/LA auf das Verhalten von "Schotter" (Kornbereich 31,5/63 mm) geschlossen werden?

c) Ist der Bewertungshintergrund nach Anhang A der TL Gestein-StB und deren Vorgängervorschrift TL Min-StB noch aktuell?

d) Ist für den Schotterschlagwert SD eine Umstellung beim Auswertesieb von 10-mm-Rundloch auf 8-mm-Quadratloch unter Beibehaltung des Bewertungshintergrundes möglich?

Hierfür wurde in Zusammenarbeit mit MIRO für die Jahre 2009 bis 2011 eine Datensammlung (FGSV-Datensammlung) zur Neubewertung des Widerstands gegen Zertrümmerung von groben Gesteinskörnungen erstellt.

a) Bei der Auswertung der Untersuchungsergebnisse an praxisbewährten groben Gesteinskörnungen erwiesen sich die im Anhang A der TL Gestein-StB angegebenen gesteinsabhängigen Kategorien für SZ und LA als praxisgerecht (Tabelle 4). Zudem konnte eine hinreichend gute Korrelation zwischen den beiden Prüfverfahren nachgewiesen werden (Bild 6). Eine Doppelprüfung kann somit grundsätzlich entfallen. Allerdings kann es im Einzelfall zu einer nicht einheitlichen Zuweisung zu den Kategorien kommen (z. B. SZ22 und LA20), so dass die Koppelung entsprechend der Tabelle 3 als nicht allgemeingültig zu betrachten ist. Um eine objektive Beurteilung der Gesteinskörnung zu gewährleisten, sollte im Rahmen von Wareneingangsprüfungen und Kontrollprüfungen daher nur dasjenige Prüfverfahren zur Anwendung kommen, das im Rahmen der Herstellererklärung zur Deklaration herangezogen wurde. In den TL Gestein-StB ist festgelegt, dass für den Kornbereich 31,5/63 mm sowohl der Schotterschlagwert SD als auch LASch nachzuweisen sind, allerdings gelten lediglich für den Schotterschlagwert SD gesteinsabhängige Anforderungen. Diese sind im Anhang A der TL Gestein-StB angegeben. Der LASch ist zur Erfahrungssammlung zu ermitteln und anzugeben. Entsprechend sind die gesteinsabhängigen Werte im Anhang A als informativ anzusehen. Die Auswertung der FGSV-Datensammlung zeigt, dass zwischen den beiden Prüfverfahren nur eine mäßige Korrelation besteht (Bild 7). Hier zeigt sich die die unterschiedlich ausgeprägten Beanspruchungen beim Schlagversuch und Los-Angeles-Prüfverfahren deutlich stärker als bei der Prüfung für den Kornbereich 2/31,5 mm.

b) In den Europäischen Normen für Gesteinskörnungen im Straßenbau sind keine direkten Prüfverfahren zur Bestimmung des "Widerstands gegen Zertrümmerung" an Schotter enthalten. Stattdessen wird das Ergebnis an der Prüfkörnung 8/12 mm (Schlagversuch) bzw. 10/14 mm (Los-Angeles-Prüfverfahren) herangezogen. Die Auswertung der FGSVDatensammlung hat keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen den Ergebnissen von SZ und Schotterschlagwert SD bzw. LA und LASch ergeben (Bilder 8 und 9). Die Ursache hierfür ist in der unterschiedlichen Selektion beim Aufbereitungsprozess zu finden. Daher sollten bei groben Gesteinskörnungen auch weiterhin die Bereiche 31,5 mm und > 31,5 getrennt voneinander betrachtet werden. Dies sollte in die Europäischen Normungsgremien eingespeist werden.

c) Der bisher vorliegende gesteinsabhängige Bewertungshintergrund aus den TL Min-StB für SZ und Schotterschlagwert SD wird durch die ermittelten Daten bestätigt. Eine Veränderung der gesteinsabhängigen Anforderungsniveaus nach Anhang A der TL GesteinStB erscheint nicht notwendig. Für das Los-Angeles-Prüfverfahren existierte bislang kein entsprechender Bewertungshintergrund. Dieser ist nun durch die FGSV-Datensammlung geschaffen worden. Für den Kornbereich 2/31,5 mm ist keine Änderung des gesteinsabhängigen Anforderungsniveaus nach Anhang A der TL Gestein-StB notwendig. Ein gänzlich anderes Bild zeigt sich beim LASch (Tabelle 4). Hier ist zur Festlegung von Anforderungswerten eine Anpassung der im Anhang A der TL Gestein-StB enthaltenen Werte notwendig.

d) Für Gleisschotter existieren in DIN EN 1097-2 Prüfverfahren zur Bestimmung des Widerstands gegen Zertrümmerung, obwohl der Gleisschotter in der Praxis in vergleichbarer Weise wie "Edelsplitt", also wie enggestufte grobe Gesteinskörnungen, im Kornbereich 2/31,5 mm hergestellt wird. Somit könnte im Sinne der Europäischen Normung der Widerstand gegen Zertrümmerung auch über die Prüfkörnungen 8/12,5 mm beim Schlagversuch bzw. 10/14 mm beim Los-Angeles-Prüfverfahren abgeleitet werden. Allerdings haben sich hier die Praxiserfahrungen in den Gremien der Europäischen Normung durchgesetzt und es wurden spezielle Kategorien für die Prüfung am Gleisschotter eingeführt.

Da die beiden Prüfverfahren zur Bestimmung des Widerstands gegen Zertrümmerung für Gleisschotter gegenüber denen für "Schotter für den Straßenbau" andere Rahmenbedingungen (Prüfkornklasse, Auswertesieb) aufweisen, können die ermittelten Werte nicht direkt miteinander verglichen werden. Das bedeutet, dass auch in Zukunft der Bewertungsmaßstab für "Gleisschotter" und "Schotter für den Straßenbau" unterschiedlich sein wird. Allerdings besteht die Möglichkeit, das Auswertesieb zu vereinheitlichen. Aus der Datensammlung ergibt sich ein sehr guter Zusammenhang beim Schotterschlagwert SD für das Auswertesieb von 10-mm-Rundloch und 8-mm-Quadratloch (Bild 10). Dabei ändern sich die Prüfwerte praktisch nicht. Dies bedeutet, dass der vorliegende Bewertungshintergrund und damit auch die Anforderungswerte nach Anhang A der TL Gestein-StB bei Anpassung des Auswertesiebes beibehalten werden können. Zudem kann im Rahmen der Weiterführung der Europäischen Normung die Prüfkörnung für "Schotter für den Straßenbau" in die DIN EN 1097-2 integriert und somit die DIN 52115-2 zurückgezogen werden.

Tabelle 5: Neugestaltung der Tabelle des Anhangs A der TL Gestein-StB

5 Neugestaltung Anhang A der TL Gestein-StB

Auf Grund der Ergebnisse der FGSV-Datensammlung ergab sich die zwingende Notwendigkeit, den Anhang A der TL Gestein-StB zu überarbeiten. In der Tabelle 5 sind die Änderungen zusammenfassend dargestellt.

Die differenzierte gesteinsspezifische Betrachtungsweise für den Widerstand gegen Zertrümmerung wurde bei der Überarbeitung des Anhang A der TL Gestein-StB grundsätzlich beibehalten. Allerdings wurden die Gesteine/Gesteinsgruppen unter Berücksichtigung der Festlegungen der TP Gestein-StB, Teil 1.1 und Teil 1.2 neu gegliedert und Gesteine/Gesteinsgruppen, die nicht mehr als Gesteinskörnungen im Straßenbau zum Einsatz kommen (wie z. B. Melaphyr) sind nicht mehr berücksichtigt.

Beibehalten wurde die differenzierte Vorgehensweise beim Widerstand gegen Zertrümmerung für die Kornbereiche 2/31,5 mm und 31,5/63 mm, um das Qualitätsniveau für den "Schotterbereich" weiterhin sicherstellen zu können.

Der Los-Angeles-Koeffizient (35,5/45) LASch wurde basierend auf Regressionsanalysen und einer anschließenden Überprüfung der vorgeschlagenen Werte durch die Ergebnisse aus der werkseigenen Produktionskontrolle der Hersteller angepasst. Nunmehr ist es möglich, die im Anhang A aufgeführten Werte für den LASch als Anforderungen festzulegen. Folgerichtig wurde die bisherige Fußnote b) zum LASch "Die Werte sind zur Erfahrungssammlung anzugeben" entfernt. Eine Doppelprüfung mit dem Schotterschlagwert SD ist künftig nicht mehr erforderlich.

Um die Lesbarkeit des Anhangs A zu steigern, werden einheitlich die Anforderungswerte und nicht mehr (wie bisher bei SZ und LA) die Kategorien angegeben. Damit entfallen die bisherigen Fußnoten c), d) und e).

Zudem wurde eine neue Fußnote b) zur Öffnung noch unbekannter Gesteine aufgenommen.

Zur Unterstützung der Bauverwaltung und der Betriebe der Steine und Erden Industrie erscheint es sinnvoll, eine einheitliche und allgemein akzeptierte Vorgehensweise zum Nachweis der Brauchbarkeit bzw. der Zuordnung von Gesteinen in die Gesteinsgruppen nach dem Anhang A der TL Gestein-StB zu erarbeiten. Hier ergibt sich ein weiteres Aufgabenfeld für den AA 6.1 "Gesteinskörnungen".

Literaturverzeichnis

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Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Technische Lieferbedingungen für Asphaltmischgut für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen (TL Asphalt-StB 07), Ausgabe 2007, Köln, FGSV 797

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Technische Prüfvorschriften für Gesteinskörnungen im Straßenbau (TP Gestein-StB), Ausgabe 2008, Köln, FGSV 610

DIN EN 1097-1 Prüfverfahren für mechanische und physikalische Eigenschaften von Gesteinskörnungen ­ Teil 1: Bestimmung des Widerstandes gegen Verschleiß (Micro-Deval)

DIN EN 1097-2 Prüfverfahren für mechanische und physikalische Eigenschaften von Gesteinskörnungen ­ Teil 2: Verfahren zur Bestimmung des Widerstandes gegen Zertrümmerung

DIN EN 13450 Gesteinskörnungen für Gleisschotter

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R a d e n b e r g, M.; K o c h, C.: Entwicklung eines Verfahrens zur Prüfung und Bewertung des Abriebwiderstandes von Bettungs- und Fugenmaterial von Pflasterbefestigungen. Schlussbericht zum AiF-Forschungsauftrag Nr. 13938 N ­ Ruhr-Universität Bochum und Fachhochschule Köln, Bochum/Köln, 2007

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