Bodenstabilisierung: Wie Belüftungsintervalle pH-Wert und Festigkeit steuern
Wie das Shibaura Institute of Technology in Japan mitteilt, erreicht Bauaushub nach der Stabilisierung mit Kalk oder Portlandzement im Porenwasser pH-Werte, die sowohl Pflanzenwachstum hemmen als auch die angrenzende Wasserqualität gefährden.
Ein Forschungsteam um Professor Shinya Inazumi hat nun erstmals quantitativ untersucht, wie sich die Dauer der geschlossenen Liegezeit zwischen Bindemittelmischung und Belüftung auf die spätere Neutralisation und die einaxiale Druckfestigkeit dieses behandelten Bodens auswirkt – eine Frage, die in der Erdbau-Praxis bislang nach Erfahrungswerten beantwortet wurde.
Zwei Bindemittel, zwei Reaktionskinetiken
Im Versuch wurde ein Gemisch aus Bauschlamm und entwässertem Klärschlamm im Volumenverhältnis 2:1 mit zwei Bindemitteln stabilisiert: einem schnellkalkreichen Bindemittel, das sein Calciumhydroxid überwiegend beim Löschvorgang freisetzt, und gewöhnlichem Portlandzement (OPC), der Calciumhydroxid erst fortschreitend während der Hydratation bildet. Die Zugabemenge lag bei 89,0 g/L für das Kalkbindemittel beziehungsweise 95,0 g/L für OPC. Nach dem Mischen wurden die Proben unterschiedlich lange luftdicht gelagert – Kalk über 0, 1, 3, 5, 7 und 14 Tage, OPC über 0, 1, 4 und 7 Tage – und anschließend einer einheitlichen 28-tägigen Belüftungsphase ausgesetzt. Der pH-Wert der Bodensuspension wurde alle 48 Stunden sowie abschließend am Tag 28 gemessen; die einaxiale Druckfestigkeit (UCS) wurde an jeweils drei Probekörpern je Variante bestimmt.
Das Neutralisationsverhalten beider Systeme unterscheidet sich dabei grundlegend: Beim schnellkalkreichen Bindemittel hatte die Dauer der geschlossenen Lagerung weder Einfluss auf die Geschwindigkeit noch auf das Ausmaß der pH-Senkung – alle Verläufe konvergierten bei einem End-pH von rund 11,4. Beim OPC bewirkte eine längere Liegezeit zwar eine schnellere pH-Absenkung in den ersten Belüftungstagen; wurden die Daten jedoch gegen die Gesamtzeit seit dem Mischen aufgetragen, fielen alle Kurven auf eine gemeinsame Trajektorie mit einem End-pH von etwa 9,9 zusammen. Die geschlossene Lagerung verschiebt den Neutralisationsprozess also lediglich zeitlich, ohne zusätzliche Neutralisationskapazität zu schaffen.
Festigkeit profitiert von der Liegezeit
Während der pH-Endwert allein von der Bindemittelchemie bestimmt wird, profitiert die Druckfestigkeit klar von der geschlossenen Vorlagerung. Für beide Bindemittel stieg die 28-Tage-UCS monoton mit zunehmender Liegezeit an; eine siebentägige geschlossene Lagerung brachte jeweils rund 15 bis 18 Prozent mehr UCS. Im untersuchten Bereich von null bis sieben Tagen entspricht dies einem scheinbaren Zuwachs von etwa zwei Prozent der Null-Tage-Festigkeit pro zusätzlichem Liegetag – eine Beziehung, die nach Angaben der Forschenden allerdings nicht über die getesteten Bedingungen hinaus extrapoliert werden sollte.
Was das für die Baupraxis bedeutet
Aus den Ergebnissen lässt sich eine belastbare Regel ableiten: Steht die Neutralisation – also die Senkung der Alkalität – im Vordergrund, ist die sofortige Belüftung nach dem Mischen zu bevorzugen, da eine verlängerte geschlossene Lagerung den End-pH nicht weiter absenkt, sondern den Prozess nur verzögert. Wird hingegen eine höhere einaxiale Druckfestigkeit benötigt, ist eine mehrtägige geschlossene Vorlagerung sinnvoll, bevor der Boden der Atmosphäre ausgesetzt wird. Für Erdbau- und Straßenbauprojekte, die zunehmend bindemittelstabilisierte Böden wieder einbauen, liefert die Untersuchung erstmals eine quantitative Grundlage, um Liegezeit und Belüftungsdauer gezielt aufeinander abzustimmen, statt die Frage, wann mit der Belüftung begonnen werden soll, weiterhin dem Augenmaß zu überlassen.