Einfluss der Betonzusammensetzung von Straßenbetonen auf die Spaltzugfestigkeit unter Berücksichtigung einer ausreichenden Dauerhaftigkeit

Influence of the concrete composition of road concrete on the splitting tensile strength under consideration of sufficient durability

  • Die Dimensionierung der Dicke von Straßenbetondecken erfolgt neben den standardisierten Vorgaben gemäß RStO [N1] mittels rechnerischer Dimensionierung des Oberbaus gemäß RDO [N3]. Dabei werden den Straßenbetonklassen charakteristische Spaltzugfestigkeiten zugeordnet. Die Erfahrungen hinsichtlich des zielsicheren Erreichens der erforderlichen Spaltzugfestigkeit oder ihrer Beeinflussung bei der Wahl der einzusetzenden Ausgangsstoffe sowie weiterer verarbeitungstechnischer Parameter bei den konventionellen, aber auch neuartigen Betonfahrbahndecken sollten weiterentwickelt werden. Es bestand daher eine Notwendigkeit, im Rahmen einer breit angelegten Parameterstudie durch zielgerichtete Laboruntersuchungen ergänzende Erfahrungen zur Verarbeitung, Erreichung der erforderlichen Festigkeitswerte und der Dauerhaftigkeit für zu konzipierende Betonzusammensetzungen zu erlangen. Der Einsatz alternativer Ausgangsstoffe und das Anpassen verarbeitungstechnischer Parameter könnten ressourcenschonend und nachhaltig die Wirtschaftlichkeit und die Öko-Bilanz der Betonfahrbahndecken ohne Verlust von Dauerhaftigkeit und Leistungsfähigkeit erhöhen, besonders auch im Hinblick auf die Entwicklung von Betonfahrbahndecken, deren Oberflächen durch Grinding zur Lärmminderung und Erhöhung des Nutzungskomforts beitragen sollen. In umfangreichen, grundlegenden Untersuchungen mit aktuell praxisüblichen und modifizierten Mischungszusammensetzungen galt es, die Auswirkungen einzelner Ausgangsstoffe von Straßenbetonen auf die Spaltzugfestigkeit und die Dauerhaftigkeit zu quantifizieren. Basierend auf den gewonnenen Ergebnissen sollten Einflüsse auf die Betonzusammensetzungen definiert und Empfehlungen für die Praxis abgeleitet werden. In mehreren Arbeitsphasen wurden Betonprobekörper mit variierender Zusammensetzung der Ausgangsstoffe hergestellt, bis zu 91 Tage gelagert und geprüft. Weiterhin wurden die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Ausgangsstoffen, den damit konzipierten Mischungszusammensetzungen sowie deren Festigkeits- und Dauerhaftigkeitskennwerte detailliert untersucht und bewertet. Zusätzlich wurde der Einfluss unterschiedlicher Lagerungsbedingungen der Probekörper auf die erreichte Spaltzugfestigkeit untersucht. Auf Basis der theoretischen und labortechnischen Erkenntnisse wurde die vor- oder nachteilige Auswirkung von insgesamt neun betrachteten Variationsparametern identifiziert und gewichtet. Die im Labor ermittelte Spaltzugfestigkeit lässt sich demnach durch die Anpassung des Luftporengehaltes im Frischbeton und des w/z-Wertes sowie durch den Einsatz alternativer Zementarten deutlich beeinflussen. Durch die Untersuchung ausgewählter Dauerhaftigkeitskenngrößen konnte gezeigt werden, dass alle betrachteten Laborbetone die normativen Anforderungen an Luftporenkennwerte der Festbetone erfüllten sowie ein hohes Maß an Frost-Tausalz-Widerstand aufweisen konnten. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse kann eine Empfehlung für die Praxis formuliert werden, wie Betonzusammensetzungen durch gezieltes Anpassen der untersuchten Variationsparameter beeinflusst werden können, um den Anforderungen an die Spaltzugfestigkeit in Abhängigkeit der Straßenbetonklasse gerecht zu werden.
  • In addition to the standardised specifications according to RStO [N1], the thickness of road concrete pavements can be determined by means of mathematical dimensioning of the superstructure according to RDO [N3]. Characteristic splitting tensile strengths are assigned to the road concrete classes. The experience with regard to the targeted achievement of the required splitting tensile strength or its influence when selecting the starting materials to be used as well as other processing parameters for conventional as well as new types of concrete road pavements should be further developed. Thus, there was a need to gain the complementary experience for processing, achieving the required strength values and durability for concrete compositions to be designed within the framework of extensive experimental investigations. The use of alternative raw materials and the adaptation of processing parameters could increase the economic efficiency and the life cycle assessment of concrete pavements without a loss of durability and performance, especially with regard to the development of concrete pavements that contribute to noise reduction and increased user comfort through grinding. It was considered necessary to determine the effects of individual raw materials of road concretes on the splitting tensile strength and the durability by means of extensive investigations with mixture compositions according to the state of the art as well as modified mixture compositions. Based on the results obtained, influences on the concrete compositions should be defined and recommendations for practice should be derived. In several work phases, concrete specimens with varying compositions of the raw materials were produced, stored up to 91 days and tested. Furthermore, the relationships between the individual raw materials, the mixture compositions and the strength and durability characteristics were studied and evaluated in detail. In addition, the influence of different storage conditions of the test specimens on the achieved splitting tensile strength was investigated. Based on the theoretical and experimental studies, the advantageous or disadvantageous effect of a total of nine variation parameters considered was identified and weighted. Accordingly, the splitting tensile strength can be significantly influenced by adjusting the air void content in the fresh concrete and the w/c ratio as well as by using alternative cement types. By investigating selected durability parameters, it could be shown that all concretes fulfilled the normative requirements for air void characteristics of hardened concretes, and exhibited a high degree of freeze-thaw resistance. Based on the findings, a recommendation for practice can be formulated on how concrete compositions can be influenced by specifically adapting the variation parameters studied in order to meet the requirements for the splitting tensile strength depending on the road concrete class.

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Metadaten
Author:Martina Schnellenbach-Held, Angelika Eßer, Roman Johansen
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-29067
DOI:https://doi.org/10.60850/bericht-s200
ISBN:978-3-95606-768-6
ISSN:0943-9323
Series (Serial Number):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe S: Straßenbau (200)
Publisher:Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG
Place of publication:Bremen
Document Type:Book
Language:German
Date of Publication (online):2024/02/27
Date of first publication:2024/02/27
Publishing institution:Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Release Date:2024/02/27
Tag:Beton; Spaltzugfestigkeiten; Straßen
Concrete; Street; splitting tensile strengths
Number of pages:116
Comment:
Bericht zum Forschungsprojekt 08.0255
Einfluss der Betonzusammensetzung von Straßenbetonen
auf die Spaltzugfestigkeit unter Berücksichtigung einer
ausreichenden Dauerhaftigkeit

Fachbetreuung: Christoph Becker

Referat: Betonbauweisen
Institutes:Abteilung Straßenbautechnik
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):License LogoBASt / Link zum Urhebergesetz

$Rev: 13581 $