@phdthesis{ScholzSolbach2004,
  author    = {Scholz-Solbach, Kai},
  title     = {Thermische Effekte der tiefgr{\"u}ndigen Bodenstabilisierung mit Branntkalk-Boden-S{\"a}ulen},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.416},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20050307-3972},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2004},
  abstract  = {Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung der bei der Herstellung von Branntkalk-Boden-S{\"a}ulen auftretenden thermischen Effekte und ihres Einflusses auf Wasser- und Wasserdampftransporte im Boden. Die Erw{\"a}rmung beruht vorrangig auf einer chemischen Reaktion, bei der das dem Boden zugemischte Calciumoxid mit Bodenwasser unter Freisetzung von W{\"a}rmeenergie zu Calciumhydroxid reagiert. Hierzu wurden zun{\"a}chst die thermischen Eigenschaften feink{\"o}rniger B{\"o}den und ihre Beeinflussung durch das Herstellen des Bindemittel-Boden-Gemisches in situ untersucht. Weiterhin wurden Untersuchungen zum zeitlichen Verlauf der chemischen Reaktion und zur Gr{\"o}ße der dabei freigesetzten Reaktionsw{\"a}rme vorgenommen. Mit dem Vorhaben, die mit der S{\"a}ulenherstellung einhergehenden Temperaturfeld{\"a}nderungen zu erfassen, wurden danach die thermischen Anfangs- und Randbedingungen des Bodens und der Bodenoberfl{\"a}che untersucht und festgelegt. Anschließend wurden die zeitabh{\"a}ngigen Temperaturfeld{\"a}nderungen auf der Grundlage der W{\"a}rme{\"u}bertragung durch W{\"a}rmeleitung mit Hilfe des Finite-Elemente-Methode Programms Ansys® 6.1 numerisch simuliert. Das Finite-Elemente-Modell wurde durch die Nachrechnung von Feldversuchen verifiziert. Im Rahmen der Finite-Elemente-Berechnungen wurde die infolge der Hydratation des Branntkalkes stattfindende Erw{\"a}rmung des Bindemittel-Boden-Gemisches und des angrenzenden Bodens simuliert und hinsichtlich relevanter Einflussgr{\"o}ßen {\"u}berpr{\"u}ft. Untersucht wurde der Einfluss herstellungsbedingter Faktoren wie Bindemittelkonzentration, S{\"a}ulendurchmesser und S{\"a}ulenanordnung sowie der Einfluss nat{\"u}rlicher Faktoren wie Trockendichte und S{\"a}ttigungsgrad des Bodens. Die mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode ermittelten zeitabh{\"a}ngigen, im Boden auftretenden Temperaturgef{\"a}lle bilden die Grundlage f{\"u}r die Untersuchung der thermisch bedingten Wassertransportvorg{\"a}nge in der Stabilisierungss{\"a}ule und deren Umfeld. Zu diesem Zweck wurde die durch die Temperaturfeldbeeinflussung ge{\"a}nderte energetische Situation des Bodenwassers analysiert. Auch nicht-thermische, infolge der S{\"a}ulenherstellung auftretende Effekte wie die durch den >Stopfeffekt< bedingte lokale S{\"a}ttigungs{\"a}nderung und die Beeinflussung des osmotischen Potentials einschließlich der daraus resultierenden Wasserbewegungen wurden ber{\"u}cksichtigt. Alle thermisch verursachten Wasser- und Dampffl{\"u}sse bewirken ein Abstr{\"o}men von Porenwasser aus dem stabilisierten Erdk{\"o}rper in den umliegenden Boden. Baupraktisch bleiben die durch thermische Einfl{\"u}sse hervorgerufenen Wassertransportvorg{\"a}nge aufgrund ihres geringen Betrages jedoch unbedeutend. In abschließenden Temperaturfeldberechnungen wurden die thermischen Bodenkennwerte an die sich zeitlich ver{\"a}ndernde Wassers{\"a}ttigung des Bodens angepasst. Anhand der ermittelten Temperaturverl{\"a}ufe wurde aufgezeigt, dass der Einfluss der S{\"a}ttigungs{\"a}nderung auf die Berechnungsergebnisse sehr gering ist, und damit die Voraussetzung f{\"u}r die vorangegangene entkoppelte Betrachtung des W{\"a}rme- und Massestromes erf{\"u}llt ist. Aufgrund dieser Ergebnisse muss der mehrfach in der Literatur zitierte, auch mit der tiefgr{\"u}ndigen Bodenstabilisierung in Zusammenhang gebrachte, Einfluss der Erw{\"a}rmung auf die Verdunstung des Bodenwassers kritisch betrachtet und in Frage gestellt werden. Voraussetzung hierf{\"u}r ist der Transport von Wasser an die Bodenoberfl{\"a}che. Nennenswerte, auf Temperatureinfl{\"u}ssen beruhende Wasserbewegungen sind, wie die Berechnungsergebnisse gezeigt haben, nicht zu erwarten. Weitere Untersuchungen zur Festigkeitsentwicklung von Branntkalk-Boden-S{\"a}ulen und deren Vorhersage sollten sich daher auf die mechanischen Effekte und auf die mineralogisch-chemischen Prozesse, wie die puzzolanischen Reaktionen, und die M{\"o}glichkeiten ihrer Prognose konzentrieren. Die Berechnungen haben gezeigt, dass die Temperaturentwicklung in der Stabilisierungss{\"a}ule im Wesentlichen durch die Bindemittelkonzentration, und ihr Ausk{\"u}hlungsverhalten vorrangig durch ihre geometrischen Abmessungen bestimmt wird. Diese Sachverhalte sind von den Bodenparametern, der f{\"u}r die Stabilisierung in Frage kommenden B{\"o}den, weitestgehend unabh{\"a}ngig. Temperaturmessungen stellen daher ein geeignetes Mittel zur Qualit{\"a}tssicherung bei der Herstellung von Branntkalk-Boden-S{\"a}ulen dar, mit deren Hilfe sich Inhomogenit{\"a}ten bei der Bindemittelverteilung oder St{\"o}rungen beim Hydratationsvorgang (Abl{\"o}schen des Branntkalkes) nachweisen lassen. Entsprechende Hilfsmittel wurden angegeben.},
  subject      = {Bodenverbesserung <Bauwesen>},
  language  = {de}
}