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Detailergebnis zu DOK-Nr. 68925

Änderung der Mikroporen und der fraktalen Dimension der Matrix bei einer Frost-Tau-Beanspruchung eines kalkstabilisierten Bodens (Orig. engl.: Micropore variation and particle fractal representation of lime-stabilised subgrade soil under freeze-thaw cycles)

Autoren	C. Han P. Cheng
Sachgebiete	7.3 Frost 7.7 Bodenverfestigung

Road Materials and Pavement Design 16 (2015) Nr. 1, S. 19-30, 8 B, 8 T, 18 Q

Frost-Tau-Zyklen verändern die Struktur und die mechanischen Eigenschaften eines frostempfindlichen Bodens. Die Autoren beschreiben Experimente und ein Verfahren der digitalen Bildauswertung von REM-Aufnahmen eines kalkstabilisierten Tons nach systematischen Frost-Tau-Zyklen und vergleichen die Ergebnisse mit denen von Referenzproben. Ein mittelplastischer Ton wurde schrittweise mit bis zu 8 % Kalk verbessert. Nach Frost-Tau-Wechseln in unterschiedlicher Anzahl wurden die Proben präpariert und die Oberfläche durch REM-Aufnahmen gescannt. An binarisierten REM-Aufnahmen wurde die Mikrostruktur durch digitale Bildauswertung und mit der Theorie der Fraktalen Geometrie quantitativ analysiert. So konnte der Einfluss der Frostbeanspruchung auf die Verteilung der Mikroporen und auf die Fraktale Dimension der Matrix ermittelt werden. Die Untersuchungen haben quantitativ belegt, dass unabhängig von der Kalkdosis mit der Frost-Tau-Beanspruchung Mikrorisse entstehen, welche die vorhandenen Porenräume (Makroporen) verbinden. Die Gesamtporosität nimmt sukzessive zu. Die stärkste Schädigung findet bei der ersten Frostbeanspruchung statt, danach ist die Zunahme der Mikrorisse und der Fraktalen Dimension der Matrix geringer. Die Kalkbehandlung wirkte sich signifikant stabilisierend aus, konnte aber im untersuchten Boden die Frostschädigung nicht verhindern. Die geringsten schädlichen Einwirkungen ergaben sich bei einer Kalkdosis von 4 bis 6 %. Bei höheren Dosen (bis zu 8 %) scheint ein Kalküberschuss in der Matrix zu verbleiben, der nicht zur Bildung kolloidaler Partikel benötigt wird und der in Phase verteilt wiederum selbst frostempfindlich ist, also bei Frostbeanspruchung eine Volumenexpansion infolge der Mikrorisse erfährt. Das Forschungsprojekt beinhaltet leider keine quantitativen makroskopischen Untersuchungen, mit denen eine Anknüpfung oder ein Vergleich mit den in Deutschland angewandten Frostkriterien möglich wäre.