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Aufbauend auf dem Forschungsprojekt zur Bewertung der Innenhydrophobierung von Fahrbahndeckenbetonen als neuartige AKR-Vermeidungsstrategie und einer Literaturrecherche erfolgten zunächst mannigfaltige Grundsatzuntersuchungen zum Einfluss eines ausgewählten Hydrophobierungsmittels (HM). Zementleimuntersuchungen zeigen, dass das HM die Zementhydratation verzögert und die Porosität des Zementsteins im Nanometerbereich erhöht. Weiterführende Mörteluntersuchungen belegen, dass zur Einstellung des gleichen Luftgehalts im Mörtel bei der HM-Zugabe die Dosierung des LP-Bildners auf Wurzelharzbasis signifikant erhöht werden muss. Außerdem verschlechtern sich bei HM-Zugabe tendenziell die mechanischen Eigenschaften des Mörtels. Weiterhin wurde der Einfluss der Dosierung des HM von 0 bis 1,0 M.-% (Bezug auf Zementgehalt) auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften eines nach dem ARS 04/2013 entworfenen OB (D>8)/UB und OB (0/8) mit einer sehr alkaliempfindlichen Grauwacke grundhaft untersucht. Auch hier bestätigte sich, dass zur Sicherstellung des normativen LP-Gehalts im hydrophobierten Frischbeton die Dosierung des LP-Bildners signifikant erhöht werden muss. Das Fazit der Festbetonprüfungen ist:
• signifikante Reduzierung kapillarer Wasseraufnahme des Betons ab einer HM-Dosierung von 0,5 M.-%
• geringe Verschlechterung der Druck- und Spaltzugfestigkeit mit zunehmender HM-Dosierung
• Verminderung des Frost-Tausalz-Widerstands (FTSW) mit zunehmender HM-Dosierung
• hinreichende Verminderung des AKR-Schädigungspotenzials ab einer HM-Dosierung von 0,75 M.-%.
Ursächlich für den verminderten FTSW ist der erhöhte Freuchtegradient in der beaufschlagten Betonrandzone. Durch die Behinderung der daraus resultierenden hygrischen und vor allem frostinduzierten Dehnung werden Querzugspannungen generiert, die die frostinduzierte Abwitterung begünstigen. Resümierend wurden für die aufbauenden Untersuchungen und den Technikumsversuch bei beiden Betonarten eine HM-Dosierung von 1,0 M.-% gewählt. Zusätzlich erfolgten folgende Modifikationen:
• Substitution des WS-Prüfzements (Sackware) durch Straßenbauzement CEM I 42,5 N (tb) mit ähnlichem Na2O-Äquivalent (Siloware)
• Substitution des Grauwackesplitts durch einen Rhyolithsplitt mittlerer Alkaliempfindlichkeit.
Zur Sicherstellung der normativen Vorgaben für die mechanischen Eigenschaften und der steifen Konsistenz (hohe Grünstandfestigkeit) wurde der w/z-Wert beim OB (D>8)/UB auf 0,41 und beim OB (0/8) auf 0,43 bei den aufbauenden Untersuchungen abgesenkt. Zur Erreichung des normativ geforderten LP-Gehalts im Frischbeton wurde der wurzelharzbasierte durch einen hochwirksamen synthetischen LP-Bildner ersetzt. Zusätzlich wurde das HM nicht mehr zu Beginn, sondern erst nach dem abgeschlossenen Mischprozess aller anderen Betonausgangsstoffen zugegeben. Das Mischen selbst erfolgte zur besseren Übertragbarkeit auf die Großmischanlage mit einem Labordoppelwellenmischer. Die Modifikation der Betonrezeptur und des Mischregimes führte zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und vor allem des FTSW der hydrophobierten Rhyolithbetone. Für die Überführung auf die Großmischanlage wurden die Betonrezepturen und die Mischregime nochmals modifiziert. Auf der Großmischanlage wurden beide Betonarten ohne und mit HM hergestellt. Mit allen Betonarten wurden Plattenstreifen mittels Gleitschalungsfertiger mit verschiedener Oberflächentextur hergestellt. Die zusätzlich hergestellten Laborprüfkörper und die aus den Plattenstreifen gewonnenen Prüfkörper dienten der Ermittlung der Festbetonparameter. Es kann folgendes Fazit gezogen werden:
• keine bzw. geringfügige Verschlechterung der mechanischen Parameter der großtechnisch hergestellten Betone durch HM-Zugabe
• hydrophobierter OB (D>8)/UB mit moderater und hydrophobierter OB (0/8) mit signifikanter Verminderung des FTSW
• ausreichende Verminderung des AKR-Schädigungspotenzials bei großtechnisch hergestellten Betone mit HM.
Abschließend wurde der Einsatz des Hochofenzements CEM III/A 42,5 N (HOZ) als alternative AKR-Vermeidungsstrategie analysiert. Zu diesem Zweck wurde der WS-Prüf- bzw. Straßenbauzement durch den HOZ im OB (D>8)/UB mit Grauwacke bzw. Rhyolith mit folgendem Fazit ersetzt:
• kapillare Wasseraufnahme des Grauwacke- und Rhyolithbetons mit HOZ gegenüber der Referenz ohne HM tendenziell geringer und im Vergleich zu hydrophobiertem Beton höher
• vergleichbare mechanische Eigenschaften des Grauwacke- und Rhyolithbetons mit HOZ wie beim Referenzbeton ohne und mit HM
• signifikante Verminderung des FTSW durch HOZ
• signifikante Reduzierung des AKR-Schädigungspotenzials durch den HOZ, selbst bei sehr alkaliempfindlicher Grauwacke.
Resümierend ist der Einsatz des HOZ eine wirkungsvolle alternative AKR-Vermeidungsstrategie für Betonfahrbahndecken. Seine Verwendung sollte sich wegen des verminderten FTSW auf den Unterbeton beschränken. Abschließend wird ein Grobkonzept für die Errichtung einer Erprobungsstrecke mit hydrophobiertem Beton vorgestellt.
