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Flüssigboden ist ein „fließfähiger Verfüllstoff“[1] bzw. ein „zeitweise fließfähiger Verfüllbaustoff“[2]. Zur Wiederverfüllung vorgesehenes ausgehobenes Bodenmaterial wird fließfähig gemacht, um es zum Einbau von erdverlegten Bauteilen zu verwenden. Dazu wird ein Gemisch aus Aushubmaterial und Zusatzstoffen (Plastifikator, Beschleuniger, Stabilisatoren) sowie Zugabewasser und gegebenenfalls Spezialkalk hergestellt und verfüllt.[3] In Sonderfällen können noch andere Materialien zur gezielten Veränderung einzelner Eigenschaften beigefügt werden. Dieses Fertigungsverfahren ermöglicht es, beliebige Arten von Bodenaushub, industriell hergestellte und natürliche Gesteinskörnungen sowie andere mineralische Stoffe zeitweise fließfähig zu machen, selbstverdichtend wieder einzubauen und dabei bodenähnliche bis bodengleiche Verhältnisse im bodenmechanischen und bodenphysikalischen Sinn wiederherzustellen. Ein typischer Flüssigboden in diesem Sinne ist RSS Flüssigboden.
Flüssigboden gehört als friktional, kohäsiv, rückverfestigendes Material in die Gruppe der zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllmaterialien und kann Konsistenzen von plastisch bis fließfähig aufweisen, wobei die bodenmechanischen Eigenschaften von Flüssigboden steuerbar sind. Flüssigboden hat keine geschlossenen, starren, zwängenden Fremdstrukturen z. B. durch hydraulische Bindemittel. In der Rückverfestigung weist Flüssigboden unter Einbaubedingungen infolge dauerhaft stabiler Wasserbindungen des Gros des Zugabewassers eine hohe Volumenstabilität auf, enthält keine umweltschädlichen Zusatzstoffe und hat daher keinen unzulässigen Einfluss auf den Boden (BBodSchG) und den Wirkungspfad Boden-Grundwasser.
Das Ausgangsmaterial für die Herstellung von Flüssigboden sind beliebige Arten von Bodenaushub oder andere mineralische Stoffe. Flüssigboden kann nicht nur aus beliebigen Aushubböden, sondern auch aus ausgewähltem Recyclingmaterial ohne resthydraulische oder den Feuchtehaushalt ungeplant verändernde Inhaltsstoffe und aus anderen geeigneten Schüttstoffen hergestellt werden.
Als Zusatzstoffe werden beim Flüssigboden spezifische Plastifikatoren verwendet, Beschleuniger, spezifische Stabilisatoren, die als bodenartig bezeichnet werden können, da sie aus Materialien bestehen, die im Boden auch in natürlicher Form vorkommen (z. B. Tonminerale) sowie Zugabewasser und gegebenenfalls Spezialkalk. Zusatzstoffe in Art und Menge, welche die Bildung von makroskopischen, starren, miteinander vernetzten, festen, die Eigenschaften des Ausgangsmaterials überlagernden und somit sehr verformungsarme Fremdstrukturen im Boden erzwingen, sind ungeeignet.
Der Zusatzstoff, welcher die temporäre Fließfähigkeit eines Verfüllmaterials aus Boden etc. ermöglicht, wird als „Plastifikator“ bezeichnet. Ein Plastifikator hat die Aufgabe, das Zugabewasser im fließfähigen Zustand des Flüssigbodens in der Bodenmatrix zu halten (Retensionsvermögen). Ein Plastifikator ermöglicht somit auch die Bildung eines Wasserfilms oder von Gleitschichten zwischen den Bodenpartikeln und dadurch die temporäre Fließfähigkeit der entsprechenden Bodenmatrix. Plastifikatoren können beispielsweise Cellulosederivate, Bentonitsuspensionen, chemische Fließmittel und spezielle Schichtmineralien sein. Ihre Eignung ist im Einzelfall zu prüfen und nachzuweisen. Als Plastifikatoren für Flüssigboden haben sich spezifisch veränderte Schichtmineralien bewährt. Diese können schon in geringen Mengen auch höhere Wassermengen eines Bodens stabil und unter Einbaubedingungen dauerhaft aufnehmen.
Als Beschleuniger werden derzeit meistens hydraulische Beschleuniger verwendet. Andere Materialien sind als Beschleuniger ebenfalls geeignet, jedoch momentan wirtschaftlich meist noch erheblich ungünstiger. Hydraulische Beschleuniger sind Zemente, die einen geeigneten und speziell erforderlichen Hydratationsverlauf aufweisen. Sie entziehen beschleunigt, zu einem zeitlich definierten Zeitpunkt, dem zugesetzten Plastifikator Zugabewasser. Dadurch werden die Gleitschichten abgebaut und Reibkraft entsteht an den Bodenpartikeln der Flüssigbodenmatrix. Folglich wird das vormals fließfähige Material plastisch. Danach wird das restliche Zugabewasser vom ebenfalls dem Prozess zugeführten „Stabilisator“ dauerhaft aufgenommen und gebunden.
Infolge der zeitlich in vorgegebenen Grenzen steuerbaren Plastifizierung, lässt sich bei einem „Flüssigboden“ seine Frühbelastbarkeit gezielt einstellen und bei Bedarf in bestimmten Grenzen verändern. Zementbeschleuniger dürfen nur in der Art und Weise eingesetzt werden, dass der sogenannte „Zementpunkt“ mit Sicherheit unterschritten wird. Mit dem Überschreiten des Zementpunkts beginnen die Zementsteinstrukturen, sich zunehmend zu vernetzen. Dadurch wird die Bodenmatrix immer stärker mit einer starren, bodenfremden Gitterstruktur durchsetzt. In der Folge überlagern zunehmend die bauphysikalischen Eigenschaften dieser zwängenden Strukturen des jetzt hydraulisch gebundenen Materials die Eigenschaften des verwendeten Bodens.
Ein Zusatzstoff, welcher die bereits durch einen Beschleuniger bewirkte Plastizität des in die Baugrube eingebrachten Flüssigbodens weiter herabsetzt und dadurch die Rückverfestigung mit den Ausgangseigenschaften des Bodens vorantreibt, wird als Stabilisator bezeichnet. Zemente u. a. hydraulische Bindemittel sind als Stabilisatoren ungeeignet, da sie zur Bildung o. g. starrer Fremdstrukturen im Boden führen. Ein mit einem derartigen Material verfüllter Bereich verhält sich wie ein Fremdkörper (z. B. unter einer Straße), der die bekannten Schadensbilder geschädigter Straßen prägt. Erst Flüssigboden als bodenartiges Verfüllmaterial ermöglicht es, derartige Schäden zu vermeiden.[5]
Das Zugabewasser ist die Menge an Wasser, die dem Flüssigboden (je nach erforderlicher Konsistenz) zugegeben wird, um ihn zeitweise fließfähig zu machen. Spezialkalk wird zur Konditionierung extrem toniger oder feuchter und rieselunfähiger Böden eingesetzt. Seine besonderen Eigenschaften verhindern das unkontrollierte Nacherhärten (puzzolanische Reaktion), wie es beim konventionellen Aufkalken solcher Böden immer wieder zu beobachten ist.
Das Flüssigbodenverfahren ermöglicht es, Bodenaushub durch die Vermischung mit Zusatzstoffen und Wasser zuerst in einen plastisch bis fließfähigen Zustand zu versetzen und anschließend mit den bodenmechanisch relevanten Eigenschaften des Ausgangsmaterials oder mit gezielt geänderten Eigenschaften rückzuverfestigen. Flüssigboden hat besondere, zeitabhängige Eigenschaften. Die Konsistenz bei der Verarbeitung kann von fließfähig bis plastisch eingestellt werden. Die „Rückverfestigung“ erfolgt auf der Grundlage dauerhaft stabiler Wasserbindungen in der Bodenmatrix oder aufgrund der Strukturen der zugegebenen Schichtmineralien.
Weil keine bodenfremden Zusatzstoffe und demnach auch keine abträglichen Chemikalien verwendet werden, beeinflusst der Einsatz von Flüssigboden nicht den Schutz des Bodens(BBodSchG) und den Wirkungspfad Boden-Grundwasser (BBodSchV). Die Untersuchung und Bewertung des Ausgangsbodens, seine Bewertung, die Verwendung der speziell geeigneten Zusatzstoffe und die richtige Umsetzung der Rezeptur durch qualifizierte Fachkräfte und dafür geeignete Herstelltechnik sichern eine hochwertige Flüssigbodenherstellung.
Flüssigboden lässt sich unterscheiden nach:
Die Qualitätsrichtlinien des Verfahrensentwicklers werden in der Werksnorm WN23.0.2[6] definiert.
Das Nationale Register zur Veröffentlichung von Normen, Standards und weitere Regulierungen der Schweiz hat 2023 eine Richtlinie zum Flüssigbodenverfahren veröffentlicht. Herausgeber ist der Schweizerische Verband der Strassen- und Verkehrsfachleute VSS. Qualitätssicherungsmaßnahmen sowie Qualifikationen werden für das Flüssigbodenverfahen benannt.
In Deutschland wurde im Jahre 2009 die RAL Gütegemeinschaft Flüssigboden e. V. zur Qualitätssicherung von Flüssigboden gegründet.[7] Sie gilt als Interessenvertreter der Qualitätsansprüche der deutschen Netzbetreiber und Straßenbauträger.
Der Mindestumfang der für die Anwendung des Flüssigbodenverfahrens einzuhaltenden Anforderungen, der erforderlichen Prüfungen und der sinnvollen Abläufe wird durch die Güte- und Prüfbestimmungen des RAL-GZ 507[8] vorgegeben. Die Anforderungen dieses Gütezeichens stellen in der Zusammenfassung der mit dem Verfahren seit 1998 gesammelten Erfahrungen die Grundlage für die Qualitätssicherung dar.
Weiterhin gibt es auch weitere unabhängige Institutionen, die sich mit dem komplexen Aufgabengebiet der Qualitätssicherung im Bereich Flüssigboden beschäftigen.
Bundesqualitätsgemeinschaft Flüssigboden.
Ziel ist es, Flüssigböden als innovativen Baustoff und wirtschaftliche Bauweise durch Sicherung der Qualität, Information, Schulung der Hersteller sowie verarbeitenden Fachunternehmen und Forschung zu fördern. Die Qualitätssicherung basiert auf den „Hinweisen zu zeitweise fließfähigen Verfüllbaustoffen aus Böden und Baustoffen (ZFSV)“ der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV), die das einschlägige Regelwerk für Flüssigböden darstellt. Nach dieser Qualitätsrichtlinie trägt qualitätsgesicherter Flüssigboden das BQF-Qualitätszeichen.
Flüssigboden unterliegt keiner verpflichtenden Fremdüberwachung durch eine anerkannte Stelle. Mit der Beauftragung einer freiwilligen Fremdüberwachung dokumentiert der Hersteller gegenüber dem Abnehmer Vertrauen in die Qualitätssicherung von Flüssigböden. Die Fremdüberwachung wird von neutralen und unabhängigen Stellen durchgeführt.
Die für die Grundsätze der Gütesicherung von Flüssigboden maßgeblichen Regelwerke (z. B. die ZTV-A-StB97) schreiben die Formen der Überwachung vor: Bei der Eigenüberwachung überwacht sich das ausführende Unternehmen selbst, bei der Fremdüberwachung überwacht zusätzlich eine anerkannte Überwachungsstelle. Die Eigenüberwachung hat grundsätzlich immer zu erfolgen. Sie umfasst die Durchführungen erforderlicher Prüfungen und deren Protokollierungen.
Die spezielle Gütesicherung des Flüssigbodens erfolgt durch:
Die Güte- und Prüfbestimmungen der RAL Gütegemeinschaft Flüssigboden e. V. einschließlich der dazugehörigen Prüfanforderungen und Regeln legen alle für den Einsatz von Flüssigboden einzuhaltende Anforderungen auf der Grundlage der Erfahrungen der Entwickler und Nutzer fest. Diese Bestimmungen liegen derzeit in ihrer 2. Fassung in der in der Gütegemeinschaft abgestimmten Form vor. Kontinuierlich werden die neuesten Erkenntnisse aus Forschung und Anwendung in diese Grundlagen der Qualitätssicherung eingearbeitet.
Die BÜVs sind akkreditierte und regional tätige Überwachungs- und Zertifizierungsverbände. Die Fremdüberwachung und Zertifizierung von Flüssigböden durch die BÜVs umfasst die Erstinspektion der Mitgliedswerke einschließlich Überprüfung und Beurteilung der Eignungsprüfung sowie die regelmäßige Überwachung der werkseigenen Produktionskontrolle (WPK) auf Grundlage eines BÜV-einheitlichen Überwachungs- und Zertifizierungsverfahrens.[9] Hinsichtlich der Produkteigenschaften und des Prüfumfangs im Rahmen der WPK gelten die Anforderungen gemäß H ZFSV.[10] Bei Vorliegen der entsprechenden Voraussetzungen verleihen die BÜVs das verbandliche Produktqualitätszeichen für Flüssigboden entsprechend ihrer Produktzeichensatzung.
Der Erwerb der Qualifikationen zum Geprüften Gütesicherungsbeauftragten Flüssigboden nach RAL Gütezeichen 507 erfolgt mit der Prüfung durch die RAL Gütegemeinschaft Flüssigboden e. V. in Zusammenarbeit mit auf diesem Gebiet bereits erfahrenen Forschungseinrichtungen von Hochschulen und Instituten und den Verfahrensentwicklern.
Die für den jeweiligen Flüssigboden am konkreten Objekt zu erreichende Werte werden anhand der örtlichen Bodenverhältnisse und der bautechnischen Erfordernisse der jeweiligen Baustelle im Rahmen der Sollwertermittlung vor Baubeginn ermittelt. Diese Sollwerte werden in Form der jeweiligen Flüssigbodenrezeptur in vorgegebenen Toleranzgrenzen eingehalten, wobei die Qualität der Umsetzung durch die Güte- und Prüfbestimmungen in der 2. Fassung aus 2010 abgesichert ist.
Beispielhafte Werte eines nach RAL GZ 507 geprüften Flüssigbodens in Abhängigkeit von der Bodenklassifikation nach DIN 18196 (des Ausgangsbodens):
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Die Unterscheidung der zeitweise fließfähigen Verfüllmaterialien erfolgt in der Regel nach der:
Die Abgrenzung der kohäsiv, friktional rückverfestigenden von den hydraulisch abbindenden Materialien wird anhand objektiver Prüf- und Messergebnisse der Materialien und durch Kenntnisse der signifikanten Unterschiede dieser Materialgruppen vorgenommen. Diese Kenntnisse werden im Grundlagenbereich des Bauingenieur-Studiums und bei den Schulungen mit anschließender Zertifizierung der RAL Gütegemeinschaft e. V. durch Lehrkörper deutscher Hochschulen und Institute vermittelt (siehe nebenstehendes Beispiel: messbare Unterschiede bei Druckeinwirkungen durch Bruchstauchung beim einaxialen Druckversuch (nach DIN 18136)).
Flüssigboden gehört als friktional, kohäsiv, rückverfestigendes Material in die Gruppe der zeitweise fließfähigen selbstverdichtenden Verfüllmaterialien.
Merkmale und Eigenschaften:
Beispiele:
Merkmale und Eigenschaften:
Beispiele:
Beispiele:
Beispiele:
Beispiele:
Zum Einbau von erdverlegten Bauteilen muss zunächst der entsprechende Bodenbereich als Bodenaushub ausgehoben und später wieder weitgehend bzw. vollständig mit Boden verfüllt werden. Der obere bzw. oberste Bodenauffüllbereich kann auch als Unterbau für Verkehrswege genutzt werden. Hierbei ist für die Langzeitgebrauchsfähigkeit der Bauteile vorteilhaft, wenn zur Wiederverfüllung der ursprünglich ausgehobene Boden wiederverwendet werden kann.[12][13]
Zum wirtschaftlichen Einbau dieses ausgehobenen Bodens wurde ab 1998 das Flüssigbodenverfahren durch die privatwirtschaftlich tätige Forschungsinstitut für Flüssigboden GmbH (vormals LOGIC – Logistic Consult Ingenieurgesellschaft mbH) entwickelt, in verschiedenen Varianten patentrechtlich geschützt und als Begriff sowohl erstmals verwendet als auch im Sinne der Wiederherstellung der ursprünglichen Bodensituation nach Aufgrabungen geprägt.
Das Flüssigbodenverfahren ist im Rahmen zahlreicher nationaler und internationaler Forschungs- und Entwicklungsprojekte entstanden, die mit der Entwicklung eines Kombischachtsystems begannen.[14][15]
Die herkömmlichen, zeitweise fließfähigen Baustoffe wie Dämmer, Füller, Schaumbeton, Bodenmörtel usw., alles hydraulisch erhärtende Materialien, erfüllten die technischen Anforderungen an ein geeignetes Verfüllmaterial und den optimalen Schutz der eingebauten Leitungen und Rohre nicht ausreichend. Nur ein bodenähnliches bis bodengleiches Verhalten des Verfüllmaterials sichert gleiche Tragfähigkeiten im Untergrund und damit die Setzungsfreiheit von Straßen, Unterbau mit Rohren und Leitungen und stellt keinen, die Einbauten wie z. B. die Rohre schädigenden Fremdkörper mehr im Straßenuntergrund dar. Der Bedarf zur erfolgreichen Entwicklung des Flüssigbodenverfahrens war durch technische Zwänge und umweltrechtliche Forderungen (z. B. Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz) entstanden.[16]
Die Entwicklungsarbeiten seit 1998 führten zu technischen und technologischen Lösungen, die die spätere Zugänglichkeit aller übereinanderliegenden Leitungen, selbst ohne das Öffnen von Gräben und ohne die Umverlegung höher liegender Leitungen und Rohre sicherstellen können, eine Revolution im Kanal- und Rohrleitungsbau.[17] Der Entwicklung eines Verfahrens zur Nutzung aller bautechnisch relevanten Bodenarten ging auch der Wunsch voraus, bekannte Qualitätsprobleme für Kanäle, Leitungen und Straßen zu überwinden:
Beispiele für das im Rahmen zahlreicher nationaler und internationaler Forschung und Entwicklungsprojekten entstandene Flüssigbodenverfahren:
Bauschäden können laut ZTV-A-StB 97 nur dann vermieden werden, wenn das Verfüllmaterial im eingebauten Zustand das auch für den Umgebungsboden typische bodenmechanische Verhalten aufweist. Ansonsten wird das Verfüllmaterial zum „Fremdkörper“ und reagiert bodenmechanisch und bauphysikalisch anders als die Umgebung des Verfüllbereiches. Dies ist einer der wichtigsten Gründe für bekannte Bauschäden. Durch die Arbeitsgruppe 5.3.2 des FGSV wurde diese Aussage in die Grundsätze der Entwurfsfassung des Merkblattes TP BF-StB, Teil B 11.3[21] aufgenommen. Diese Grundsätze werden erstmals umfassend und vollständig durch Flüssigboden erfüllt.
Zur Sicherung einer optimalen Einbauqualität und zur Vermeidung von Straßenschäden müssen die im Kanalbau eingesetzten Verfüllmaterialien bodentypisches Verhalten aufweisen. Hierbei ist auch auf die Vermeidung eines ungünstigen Rohrauflagerwinkels, unzureichende Zwickelverdichtung oder Schwindungen des Verfüllmaterials zu achten. Der Schutz der eingebauten Bauteile (Rohre, Leitungen, Kabel) durch das eingesetzte Verfüllmaterial vor mechanischen Beschädigungen und chemischen Einwirkungen ist zu gewährleisten.
Die Verfüllbereiche (Rohrgräben) müssen zur Vermeidung von Rohr- und Straßenschäden so verfüllt werden, dass Setzungen auszuschließen sind. Die Rohre müssen vor dynamischen Lasteinträgen z. B. aus der Verkehrsbelastung (Bettungsschäden, Schäden an Rohrverbindungen und Abzweigen usw.) geschützt werden. Unzulässige Nacherhärtungen des Verfüllmaterials über das Maß von Austrocknungen tonhaltiger Böden hinaus müssen vermieden werden. Der Aushub muss umweltrechtlich und ökologisch korrekt wiederverwendet werden. Jegliches Austauschmaterial ist zur Erfüllung des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes (KrW-/AbfG) zu vermeiden. Die Verfüllmaterialien und deren Komponenten müssen vollständig umweltunbedenklich sein.
Aufgrund seiner Fließfähigkeit verfüllt Flüssigboden bei seinem Einbau die Hohlräume selbständig und sichert dabei dauerhaft einen stabilen Materialverbund. Dadurch ist keine wirtschaftlich aufwändige mechanische Verdichtung des eingebauten Bodens nötig. Mit Flüssigboden können so enge Grabenbreiten genutzt und die Aushubmassen minimiert werden.
Städteplanerisch, verkehrsplanerisch und bauwirtschaftlich ist es vorteilhaft, mehrere erdverlegte Leitungen oder Kanalrohre in engen Aushubbereichen nebeneinander und übereinander einzubauen und lückenlos mit dem fließfähigen, sämtliche Hohlräume selbständig verfüllenden Material (Flüssigboden) zu verfüllen. Hierbei liegen (im Gegensatz zu anderen Verfahren) in sämtlichen verfüllten Bereichen die gleichen Materialeigenschaften vor. Unterschiedlich verdichtete Bereiche bilden sich demnach in der Peripherie des Rohres nicht aus.
Auch bei der Konzentration von mehreren bzw. zahlreichen erdverlegten Leitungs- und/oder Kanalrohren auf wenige enge Einbaubereiche, liegt der Kostenaufwand zur Errichtung, Reparatur und Erweiterung komplexer, städtischer und kommunaler Leitungs- und Rohrsysteme (Kombitrassen) beim Einsatz von Flüssigboden vergleichsweise niedrig. Es lässt sich mit derartig komplexen Trassen unterirdischer Bauraum frei halten und später für andere verkehrstechnische oder infrastrukturelle Bedürfnisse vorteilhaft nutzen. Solche Baumaßnahmen sind erheblich preiswerter, da keine Umverlegungen erforderlich sind und eine Trasse entsteht, die flexibel an sich ändernde Bedingungen und Nutzeranforderungen angepasst werden kann.
Die gezielte städteplanerische Nutzung dieses Sachverhalts ermöglicht deshalb, die kostengünstige und flexible Errichtung und den Betrieb von Ansiedlungen sowie von Gewerbe- und Industriegebieten mit neuen vorteilhaften Lösungen. Auch andere Nutzungskonzepte für innerstädtische Bereiche lassen sich einfacher und deutlich flexibler gestalten. Diese Bauweise wurde und wird bereits erfolgreich angewendet. Hierbei wirkt sich zusätzlich wirtschaftlich vorteilhaft für den späteren Betrieb der Netze aus, wenn die Verlegungsbereiche in derartigen Kombitrassen möglichst neben oder aufgrund der Asymmetrie der Kombischächte in den Randbereichen der Verkehrswege angeordnet werden können. Durch die Verwendung des ursprünglichen Bodens als Verfüllmaterial in Form von Flüssigboden werden die möglichen baupraktischen Nachteile anderer Verfüllmaterialien (z. B. Setzungen oder Risse in der Straßendecke durch unter der Straße entstandene Fremdkörper) vermieden.
Außerdem können Schwingungsschäden bei erdverlegten Rohrleitungen durch verformungsarme unterirdische Fremdkörper sowie Verformungen und Rissbildungen des Straßenbelags durch den Einsatz eines Fremdmaterials mit gesteigerter bzw. verminderter Quellfähigkeit bei der Verwendung derartiger „Fremdmaterialien“ auftreten.[22] Dies kann durch die Verwendung von Flüssigboden vermieden werden, da er Schwingungsenergie spürbar und steuerbar absorbiert. Durch den Einsatz von Flüssigboden wird ebenfalls verhindert, dass man den ursprünglichen Bodenaushub durch aufwendige Transportprozesse sowohl entsorgen, als auch durch Fremdmaterial im Austausch ersetzen muss. Die mit entsprechenden Folgen für Straßen und Umwelt und die Beeinträchtigung der Anwohner werden vermieden. Abgesehen vom ökonomischen Vorteil als Folge neuer, mit dem Flüssigbodenverfahren zusammen entwickelter Technologien, einschließlich der kurzen Einbauzeit, kann Flüssigboden zahlreiche baupraktisch relevante Vorteile nutzbar machen, wie z. B.:
Bevor Flüssigboden auf der Baustelle zum Einsatz kommt, wird im Labor eine standardisierte Menge Flüssigboden hergestellt, die alle gestellten Anforderungen erfüllt. Dabei können auch Bodenverhältnisse berücksichtigt werden, die sich im Baufeld stark verändern, wenn die Rezepturerstellung auf der Grundlage der örtlichen Vorarbeiten (Bodengutachten und Probenahme) erfolgt.
Die Herstellung des Flüssigbodens findet unter definierten Bedingungen und aus vorher untersuchten Materialien statt. Die Rezepturerstellung und Sollwertermittlung wird sinnvollerweise durch den Auftraggeber bereits in der Planungsphase veranlasst, um die benötigten Materialeigenschaften nachzuweisen und einen ausreichenden zeitlichen Vorlauf zur Beprobung des vor Ort anstehenden Aushubbodens nutzen zu können. Die Rezepturerstellung erfolgt nach genauer Bestimmung der Bodenverhältnisse im Baufeld und der Untersuchung der vorhandenen Bodenarten auf der Grundlage der zu erreichenden bodenmechanischen Sollwerte. Hierfür werden auf der Baustelle repräsentative Proben genommen, die als Ausgangsmaterial für die Flüssigbodenrezeptur bei der Rezepturerstellung dienen.
Die Rezeptur ist die Anweisung, nach der Flüssigboden hergestellt wird. Diese ist so ausgelegt, dass sie großtechnisch und auch vor Ort auf Baustellen umgesetzt werden kann. Eine Flüssigbodenrezeptur wird im Labor erstellt, indem das Ausgangsmaterial mit den Zusatzstoffen, dem Zugabewasser und gegebenenfalls Spezialkalk vermengt wird. Die Ergebnisse dieses Vorgehens werden so lange variiert, bis diese den Vorgaben der ermittelten Sollwerte entsprechen.
Die Herstellung von Flüssigboden erfolgt im Regelfall aus dem Aushubmaterial, Flüssigboden kann aber auch im Mischwerk unter Verwendung von natürlichen, rezyklierten bzw. industriell hergestellten Gesteinskörnungen hergestellt werden, wenn diese die Rezepturvorgaben nicht ungewollt beeinflussen (z. B. resthydraulische Materialien). Die Herstellung muss mit geeigneter Technik so erfolgen, dass es jederzeit möglich ist, die korrekte Einhaltung und Umsetzung der rezepturseitig vorgegebenen Werte zu überprüfen. Daher ist die klassische Mischtechnik oft nicht oder nur begrenzt (z. B. für Sand als Ausgangsmaterial) geeignet. Die Herstellung von Flüssigboden erfordert daher für Boden im Regelfall eine besondere Maschinentechnik, die den Besonderheiten des Verfahrens entspricht und die Sicherung einer friktionalen, kohäsiven Rückverfestigung beherrschbar und kontrollierbar macht. Je nachdem welche Herstellungstechnik sich für die baulichen Gegebenheiten am geeignetsten erweist, muss man bei der Herstellung des Flüssigbodens in situ in manchen Fällen eine Bereitstellungsfläche von mindestens 400 bis 800 m² mit ausreichend fester Oberfläche, die zur Befahrung durch die eingesetzte Technik geeignet ist einkalkulieren. Gegebenenfalls ist eine ausreichende Befestigung inklusive Rückbau einzukalkulieren.
Beim „innerstädtischen Einbau von Flüssigboden“, bieten sich aber auch sehr oft „mobile Mischanlagen“ an, die nicht mehr Platz benötigen als ein herkömmlicher Abrollcontainer aber trotzdem eine sehr hohe Produktivität aufweisen.
Die Anforderungen an die Technik, die problemfrei in der Lage ist, das Flüssigbodenverfahren umzusetzen, werden in den Güte- und Prüfbestimmungen der RAL Gütegemeinschaft Flüssigboden e. V. (2. Fassung 2010) bzw. in der Qualitätsrichtlinie Flüssigboden der Bundesqualitätsgemeinschaft Flüssigboden beschrieben.
Eine Flüssigbodenkompaktanlage, gleichwertige Technik oder eine Zusammenstellung von Einzelkomponenten muss für die in situ Herstellung des Flüssigbodens folgende Funktionen sicherstellen:
Der Prozess der Herstellung muss korrekt organisiert und technisch abgesichert sein. Dies ist mit einem für den Prozess entsprechend qualifizierten Fremdüberwacher abzustimmen und hat ebenfalls den Vorgaben des Flüssigbodenprozesses und des Systemanbieters zu entsprechen.
Für die das Verfahren beherrschende und nutzende Baufirma ist für die Einsatzplanung, die Einsatzdurchführung und Einsatzüberwachung eine besondere personelle Qualifikationen erforderlich, wie:
Das Flüssigbodenverfahren bietet die Möglichkeit zeitlich definierter Aufnahme von relativ hohen Kräften durch den gerade erst eingebauten Flüssigboden. Diese Kraftaufnahme ist über die Rezeptur steuerbar. So kann bei gezielter Nutzung dieser Möglichkeit der Flüssigboden als Teil der Verbaulösung zur Verbesserung technologischer Abläufe, zur Vereinfachung des Verbauaufwandes, zur Sicherung der anstehenden Bausubstanz und zur Vermeidung von Untergrundproblemen wie z. B. Grundbruchgefahren usw. eingesetzt werden.
Der Verbau muss in der Planungsphase so ausgewählt werden, dass er einer fachlich qualifizierten Baufirma eine qualitativ hochwertige und technologisch korrekte Arbeitsweise mit Flüssigboden, entsprechend den Bedingungen der konkreten Baustelle ermöglicht. Die notwendigen statischen Nachweise sind Teil der Planung.
In verbauten Verfüllbereichen ist der Verbau im noch fließfähigen bzw. plastischen Zustand des Flüssigbodens zu ziehen, um alle Hohlräume, z. B. die der Verbauspur sicher auszufüllen. Die zur Ermittlung des optimalen Zeitpunktes für das Ziehen des Verbaus notwendige Messung des Refixierungsverlaufes sind mittels Messeinrichtung (beispielsweise mit der Technik der Rohrverlegehilfe) und der dafür nutzbaren Messmittel möglich und sollten zur Nachweisführung der korrekten Umsetzung der technologischen Vorgaben entsprechend den Anforderungen des Gütesicherungsplanes aufgezeichnet und aufbewahrt werden.
Sie sind im Bedarfsfall als Teil der Gütesicherung dem vom Auftraggeber für die Anwendung des Flüssigbodenverfahrens vertraglich gebundenen Fremdüberwacher zu übergeben. Die ersten dieser Messungen werden im Rahmen der technischen Einweisung und des Coachings durch den Systemanbieter erstellt. Aus diesen Messungen leitet sich der Zeitpunkt zum Ziehen des Verbaus ab. Der Zeitpunkt zum Ziehen des Verbaus werden durch den Systembetreuer des Systemanbieters mit dem vor Ort seitens der Baufirma Verantwortlichen bei den ersten Messungen gemeinsam ermittelt.
Der Systembetreuer schult die Verantwortlichen der Baufirma im Rahmen des sinnvollerweise ausgeschriebenen Coachings.
Die korrekte Umsetzung der technologischen Vorgaben der Planung basiert auf den, in der Planungsphase ermittelten Rezepturen und den mit diesen Rezepturen verbundenen Eigenschaften des Flüssigbodens (z. B. zeitabhängige Belastbarkeit, Dichte, Rheologie). Sie sichert die Minimierung der Belastungen eingebauter Bauteile. Für Rohre werden bei biegeweichen Materialien minimale Rohrverformungen und bei biegesteifen Rohren deren Freiheit von nachteiligen Vorspannungen bei korrekter Handhabung sichergestellt. Dies ist die Voraussetzung für einen optimalen Schutz der Rohre gegen ungewollte Spannungsspitzen und Verformungen und sichert damit eine maximale ausfallfreie Nutzungsdauer. Das zeitlich korrekte Ziehen des Verbaus ist ein wichtiger Teil bei der Minimierung von Belastungen auf die im Flüssigboden einzubauenden Bauteile und deren spätere Lage- und Funktionssicherung und sollte im Rahmen der Qualitätssicherung durch den Fremdüberwacher im Auftrag des Bauherrn geprüft und dokumentiert werden.
Bei Verbauarten, die aussteifende Bauteile für die Aufnahme der über den Verbau wirkenden Schubkräfte verwenden (z. B. Spindeln, Schlitten), dürfen diese Bauteile nicht auf Knickung z. B. durch Hilfsmittel der Lagesicherung belastet werden. Die Technologie und Technik der Lagesicherung von Bauteilen, die in Flüssigboden eingebaut werden, muss so ausgewählt werden, dass diese Belastung bei besagten Verbauteilen nicht entsteht (siehe nebenstehende Abbildung: Lagesicherung von Rohren mittels Rohrverlegehilfe).
Eine Rohrverlegehilfe ist eine mechanische Vorrichtung zur Auftriebssicherung für die Rohrverlegung, die komplexe Rohrverlegung und die Großrohrverlegung mit Flüssigboden.
Sie ermöglicht:
Diese Technik wurde ebenfalls von den Entwicklern des Flüssigbodenverfahrens entwickelt, erprobt und zur Praxisreife geführt.
Der Flüssigboden muss in der Regel vom Herstellungsort zum nahen oder ferneren Einbauort transportiert werden. So ist das Material z. B. mit dem Fahrmischer, mit entsprechender Konsistenz (kp oder kf), zum Einbauort zu transportieren und mit geeigneter Technik, zum Schutz vor Spritzen, Entmischung oder Lageänderung der Rohre sachgemäß einzubringen. Diese Hilfsmittel sind über den Systemanbieter des Flüssigbodens verfügbar.
Der Flüssigboden kann in geeigneten Einbausituationen auch mit Pumptechnik eingebaut werden. So wurden durch den Verfahrensentwickler bereits Distanzen von über 600 m mittels Pumpen überwunden.
Der Bieter muss dabei den Schutz der Bebauung vor Verunreinigungen etc. zu seinen Lasten absichern.
Zur Herstellung des Flüssigbodens aus dem vor Ort anfallenden Bodenaushub und für den Betrieb der Anlagentechnik müssen die abfall- und immissionsrechtlichen Voraussetzungen durch einen für das Flüssigbodenverfahren qualifizierten und zertifizierten Sachverständigen für den Bodenschutz und die Altlastenbehandlung, zugelassen nach § 18 BBodSchG, in Zusammenarbeit mit dem Fremdüberwacher und den zuständigen Behörden vor Baubeginn erbracht werden. Auch die von der Baufirma eingesetzte Technik hat den immissionsrechtlichen Anforderungen des Gesetzgebers zu entsprechen. Dies wird vor Beginn der Flüssigbodenherstellung durch die vorgenannten Fachleute überprüft und in einer schriftlichen Stellungnahme festgehalten. Bei Bedarf ist zu dieser Prüfung die zuständige Behörde hinzuzuziehen.
Die Herstellung von Flüssigboden auf der Grundlage der einzusetzenden Technik muss auf der Basis der Verwiegung aller Komponenten mit der geforderten Genauigkeit und einer exakten und gegen Fehlbedienung und technische Ausfälle abgesicherten und für die Fremdüberwachung leicht nachzuvollziehende Nachweisführung erfolgen.
Die Anforderungen an derartige Technik in den Güte- und Prüfbestimmungen der RAL Gütegemeinschaft Flüssigboden e. V. (2. Fassung 2010) festgehalten und sollten vor Baubeginn überprüft und nachgewiesen worden sein. Diese sollten ebenfalls Gegenstand der Ausschreibung sein.
Die Anwendung des Flüssigbodenverfahrens dient zur Einbettung von erdverlegten Bauteilen, z. B. Leitungs- und Kanalsysteme für „Regenwasser, Schmutzwasser und sonstige Medien“ RSS.
Im Kanal- und Versorgungsleitungsbau wird Flüssigboden zum Verfüllen von Gräben genutzt. Auch wenn spezielle Eigenschaften des Verfüllmaterials erforderlich sind, wird das Flüssigbodenverfahren zur Herstellung von Flüssigboden angewandt. Zu diesen Eigenschaften gehören u. a. Setzungsfreiheit, Volumenstabilität, schnelle Überbaubarkeit, die einfache Herstellung und Anpassbarkeit an gewünschte bautechnische benötigte Eigenschaften. Im Zuge des Umweltschutzgedankens soll das Aushubmaterial im Kanalbau vor Ort möglichst vollständig wiederverwendet werden.
Die Nutzbarkeit aller Bodenarten, die Fähigkeit der Schadstoffimmobilisierung bei bestimmten, kontaminierten Böden und die Verringerung von Grabenbreiten bei der Nutzung von Flüssigboden erfüllen diese Anforderungen.
Anwendungsgebiete sind beispielsweise die Ver- und Hinterfüllung von Bauwerken, Hohlräumen, Kellern, Arbeitsräumen, der kombinierte Einbau von Ver- und Entsorgungsleitungen in einen Kombigraben, der Bau von Fernwärmeleitungen, der Tunnelbau, der Kraftwerksbau, der Straßenbau, der Wasserbau (Deiche, Dämme, Molen, Teiche, Lecks usw.), der Bereich Wärmedämmung, wie auch die gesteuerte Wärmeabfuhr (z. B. bei Elektroleitungen), der Gebäudeschutz (z. B. durch Schwingungsdämpfung, Wärmedämmung, wasserdichten Flüssigboden usw.).
Das Flüssigbodenverfahren wird eingesetzt bei Untergrundabdichtungen, dem Bau an Hanglagen mit großem Gefälle, bei Hang- und Böschungsstabilisierungen, dem Bau von Lärmschutzwällen, Untergrundstabilisierungen, dem Schutz gegen Durchwurzelung, Bodenplatten (z. B. zur verbesserten Statik), im Bereich Denkmalschutz, dem gezielten Oberflächenschutz von Bauteilen gegen aggressives Wasser, bei Ringraumverfüllungen, der Abdichtung undichter Muffen und der Lösung von Exfiltrationsproblemen.
Anwendungsmöglichkeiten für Flüssigboden ergeben sich außerdem aus seinen speziellen technologischen Eigenschaften wie z. B. die steuerbare Refixierung, die es z. B. auch möglich macht, schnell Schubkräfte aus der Bebauung aufzunehmen und so einfache und leichter handhabbare Verbauarten zu nutzen.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten bestehen in der Farbgebung z. B. für Versorgungsleitungen, in umweltrechtlich relevanten Anwendungen (z. B. für das Bauen in Trinkwasserschutzgebieten) und beim Großrohreinbau.
Zudem gibt es zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten zur baulichen Nutzung herkömmlich nicht tragfähiger Untergründe, zum Bauen im Grundwasser bzw. unter Wasser z. B. für den Kanalbau, für das Bauen unter winterlichen Bedingungen, für den Bau von Kopfbaustellen zur Beschleunigung des Bauablaufes.
Ein zusätzliches Anwendungsbeispiel ist das Pumpen des Materials über weite Entfernungen.
Viele neue Anwendungen befinden sich derzeit noch in der Entwicklung und der Langzeiterprobung durch den Verfahrensentwickler und seine F&E Partner und werden durch Fachleute z. B. aus dem Bereich der Fachplanung für Flüssigbodenanwendungen begleitet und für den praktischen Einsatz aufgearbeitet.
Liste von Anwendungen des Verfahrensentwicklers nach Werksnorm WN23.0.2
Für die effektive und sichere Nutzung der Vorteile der Flüssigbodenbauweise, die Erfüllung der umweltrechtlichen Anforderungen und die Nutzung der finanziellen, qualitativen und zeitlichen Vorteile werden die Fachkenntnisse von Fachplanern benötigt, die das Verfahren und seine Spezifik beherrschen und entsprechende Qualifikationen erworben haben.
Ein Fachplaner für die Flüssigbodenbauweise erbringt alle für die Erfüllung der bautechnischen und qualitativen Aufgaben des Flüssigbodeneinsatzes notwendigen Leistungen, die derzeit noch nicht zum Qualifizierungsumfang der Ausbildung von Siedlungswasserwirtschaftlern und Bauingenieuren gehören.
Ein Fachplaner
Im Rahmen der Baubeschreibung und Ausschreibung darf nicht nur der Begriff des herkömmlichen Materials gegen den Begriff „Flüssigboden“ ausgetauscht werden.
Es muss auch eine exakte technologische, technische und logistische Beschreibung erfolgen, damit die Baufirmen die wirtschaftlichen Vorteile der Verwendung der mit dem Flüssigbodenverfahren verbundenen Technologien in ihrer Kalkulation erfassen können.
Die Qualitätssicherung beginnt bereits in der Planungsphase mit der Erarbeitung von spezifischen Vorgaben für die Herstellung, den Einbau, die Ausführung und die Eigenschaften von Flüssigboden. Diese Besonderheiten müssen den jeweiligen Baustellen angepasst sein.
Die Planungsphase sollte in den Händen eines dafür ausgebildeten Fachplaners liegen, der für die Ergebnisse dieser Arbeiten auch haftet, die dafür notwendigen Fachkenntnisse gezielt erworben hat und sie als Qualifikationsnachweis aufzeigen kann.
Die Qualitätssicherung sollte im direkten Vertragsverhältnis mit dem Bauherrn schon im Bereich der Planung erfolgen, um nur diesem verpflichtet zu sein. Hierfür bieten sich die Leistungen von qualifizierten Fachplanern an, die im Rahmen der Arbeit des Verfahrensentwicklers, der RAL Gütegemeinschaft Flüssigboden e. V. und erfahrener Forschungseinrichtungen und Hochschulen diese Qualifikationen erwerben können und über die notwendigen praktischen Erfahrungen verfügen.
Die Fremd- und Eigenüberwachung erfolgt auch über den Fachplaner nur nach Erwerb eines gültigen Qualifikationsnachweises, z. B. durch den Verfahrensentwickler.
Es findet seitens einer solchen Fachplanung auch eine durchgehende Qualitätskontrolle bei der Rezepturerstellung, der Herstellung, dem Einbau und der Sicherung der gewünschten Endeigenschaften von Flüssigboden und eine umfassende Dokumentation des Gesamtprozesses statt.
In eine Vereinbarung zwischen Bauherren und Baufirma, welche die Planung, die Ausschreibung und den Bauauftrag beinhaltet, gehören exakte Anforderungen an
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