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Dauerhafte Betonfahrbahndecken unter Berücksichtigung aktueller ökologischer und wirtschaftlicher Aspekte

Durable concrete pavements in consideration of current ecologic and economic factors

  • Für die Herstellung von Betonfahrbahndecken ist für Ober- und Unterbeton ein Zement der gleichen Art und Festigkeitsklasse zu verwenden. Durch eine flexiblere Handhabung von Bindemitteln im Ober- und Unterbeton können sich ökologische und wirtschaftliche Vorteile eröffnen. Ein sinnvoller Ansatz ist die Verwendung von Zementen mit hohem Klinkeranteil für den hochbelasteten, dünnen Oberbeton in Verbindung mit Zementen mit reduziertem Klinkeranteil für den Unterbeton. So kann die Ökobilanz der Betonstraße verbessert und die Gefahr einer schädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) im Unterbeton vermindert werden. Vorteile können sich ebenfalls aus einem teilweisen Zementersatz durch Steinkohlenflugasche im Ober- sowie Unterbeton ergeben. Da die Anrechnung der Flugasche auf den Wasser/Zement-Wert des Fahrbahndeckenbetons nicht gestattet ist, wird Flugasche in der Regel nicht für den Bau von Verkehrsflächen aus Beton verwendet. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollten die notwendigen betontechnologischen Kenntnisse gewonnen werden, um eine kritische Bewertung der genannten Einschränkungen in der Bindemittelanwendung im Betonstraßenbau vornehmen zu können. Im Ergebnis wurde eine Modifizierung der Einschränkungen angestrebt. Es galt nachzuweisen, dass sich unter den spezifischen Randbedingungen von Fahrbahndecken aus Beton weder für Herstellung, Nutzung sowie Dauerhaftigkeit (insbesondere Frost-Taumitteleinwirkung) Nachteile oder Beeinträchtigungen ergeben. Insbesondere war dabei das Verbund- und Verformungsverhalten von Ober- und Unterbeton zu berücksichtigen. Weiterhin wurde untersucht, inwiefern durch die Verwendung von hüttensandhaltigen Zementen bzw. von Flugasche im Unterbeton das Risiko einer AKR vermindert wird und dadurch die Anzahl an verwendbaren Gesteinskörnungen im Unterbeton vergrößert werden kann. Aus labortechnischer Sicht sowie auf Basis theoretischer Betrachtungen wurden die angestrebten Vorteile der Verwendung unterschiedlicher Bindemittel in Ober- und Unterbeton bei vertretbaren technologischen Risiken erzielt. Insbesondere das AKR-Schadenspotential ausgewählter kritischer Gesteinskörnungen konnte durch Einsatz hüttensandhaltiger Zemente sowie auch durch Steinkohlenflugasche deutlich gesenkt werden. Die Anrechnung von Steinkohlenflugasche auf w/z-Wert und Zementgehalt verursachte in Verbindung mit klinkerreichen Zementen (bis 15 % HÜS) keine nennenswerte Verminderung des Frost-Tausalz-Widerstandes. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse kann die Beachtung der aufgezeigten Ansätze im Regelwerk empfohlen werden. Eine baupraktische Bestätigung dieser Ergebnisse, z. B. in Form einer Probestrecke ist zu empfehlen.
  • For the construction of two lift concrete pavements according to ZTV Beton-StB 07 it is mandatory to use the same cement for the top and bottom lift of the pavement. By allowing a flexible use of binders in the top and bottom lift ecological and economic advantages could be achieved. The basic approach is the use of cements with a high clinker content in the thin top lift, which is subjected to a high level of mechanical and freeze-thaw stresses. The thick bottom lift should be produced with binders that have a lower clinker content, thus minimizing the susceptibility to alkali-silica reaction (ASR), while reducing the environmental impact (CO2 footprint) of the pavement. It was the aim of the research project to obtain the necessary concrete specific knowledge to safely modify existing restrictions regarding the use of different binders in the top and bottom lift of concrete pavements. Further investigations were carried out, which should enable the consideration of siliceous fly ash for the calculation of the water-binder-ratio of pavement concrete according to TL Beton-StB 07. To achieve these aims it was necessary to prove, that no major adverse effects concerning the construction, the use and the durability of concrete pavements will result from the intended modifications. Especially the deformation behavior of the different concretes and the bond between the two lifts were to be taken into account. Furthermore the potential of binders containing ground granulated blast furnace slag and/or fly ash to mitigate ASR in the bottom lift was examined, thus allowing to use of aggregate for the bottom lift, which otherwise had to be restricted from the use in concrete pavements. Laboratory results indicate that the intended benefits of a flexible use of cements in the top and bottom lift can be achieved at maintainable technological risks. The ASR susceptibility of selected critical aggregates was lowered significantly by using GG-­BFS-containing cements or siliceous fly ash to partly replace Portland cement. The consideration of the fly ash for the calculation of the water-binder-ratio showed no adverse effects on the freeze-thaw-resistance of the concrete, when the fly ash was combined with cements with a high clinker content. Based on the results it can be recommended to consider the investigated concepts in the technical standards. A practical verification of the laboratory results in a test track is advisable.

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Metadaten
Author:Horst-Michael Ludwig, Matthias Müller, Rolf Breitenbücher, Christoph Schulte-Schrepping, Melanie Benra
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-20867
ISBN:978-3-95606-399-2
Series (Serial Number):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe S: Straßenbau (124)
Document Type:Book
Language:German
Date of Publication (online):2018/11/12
Contributing corporation:F.-A.-Finger-Institut für Baustoffkunde (Weimar)
Release Date:2018/11/12
Tag:Beton; Betonstraße (Oberbau); Bewertung; Dauerhaftigkeit; Decke (Straße); Deutschland; Forschungsbericht; Lebenszyklus; Umwelt; Wirtschaftlichkeit; Zement; Zustandsbewertung
Cement; Concrete; Condition survey; Durability; Economic efficiency; Environment; Evaluation (assessment); Germany; Life cycle; Research report; Rigid pavement; Surfacing
Comment:
Außerdem beteiligt: Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Baustofftechnik
Institutes:Sonstige / Sonstige
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
collections:BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 22 Entwurf von Verkehrsinfrastruktur

$Rev: 13581 $