Selbstverdichtender Beton im Tunnelbau

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1 Selbstverdichtender Beton im Tunnelbau Frank Dehn, Marko Orgass, MFPA Leipzig GmbH Martina Hoepfner, KHP Planungsgesellschaft mbh & Co. KG, Frankfurt am Main Herrn Professor Pierson in Dankbarkeit gewidmet Zusammenfassung Selbstverdichtender Beton (SVB) kann bei fachgerechter Herstellung und Verarbeitung die Qualität und die Dauerhaftigkeit von Bauwerken verbessern. Neben den rein betontechnologischen und statisch-konstruktiven Vorteilen zählt der Wegfall der körperlich stark belastenden, lärmund zeitintensiven Verdichtung des Betons im Bauwerk zu den wesentlichen Verbesserungen durch SVB. Insbesondere bei Tunneln in Spritzbetonbauweise können sich daher durch den Einsatz von SVB Vorteile ergeben. Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), vertreten durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), untersucht daher im Rahmen einer Versuchsstrecke, die Einsatzmöglichkeiten, aber auch die Grenzen von selbstverdichtendem Beton im Straßentunnelbau. Zur Beurteilung der Einsatzmöglichkeiten sind dabei neben praxisnahen Untersuchungen u.a. auch detaillierte Kenntnisse zum Brandschutzverhalten von SVB unter tunnelspezifischen Bedingungen erforderlich. Um diesen Fragestellungen nachgehen zu können, beauftragte das BMVBS / die BASt, die KHP Planungsgesellschaft mbh, Frankfurt, mit praxisnahen Untersuchungen zur Anwendung von SVB im Tunnelbau und die MFPA Leipzig GmbH mit Untersuchungen zum Brand- und Abplatzverhalten von SVB unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen des Straßentunnelbaus. Im Folgenden wird über den Stand und die Ergebnisse der Forschungsprojekte, insbesondere über die Ausführung einer Versuchsstrecke mit SVB im Rahmen des erstgenannten Projektes im Schlossbergtunnel in Dillenburg berichtet. 1 Bisheriger Einsatz von SVB im Tunnelbau Vereinzelt aufgetretene Fehlstellen bei der Herstellung der Innenschale, die im Bereich von Blockfugen (Bild 1) und im Firstbereich beobachtet werden konnten, führten bereits zu ersten experimentellen Untersuchungen und Einsätzen von SVB im Tunnelbau. Bild 1: Undichte Blockfuge 1

2 Insbesondere im Firstbereich der Innenschale traten trotz der in den letzten Jahren intensivierten Prüfanforderungen vereinzelt Schadensfälle auf, die auf nicht augenscheinlich erkennbare bergseitige Hohlstellen verbunden mit Undichtigkeiten der Kunststoffdichtungsbahn sowie in der Lage verschobene Bewehrung zurückzuführen waren. Die Ursachen für diese Schadensfälle sind dabei auch auf die Herstellung der Konstruktion selbst - d.h., das Einbringen von Beton in eine einhäuptige Schalung bei z.t. recht hohen Bewehrungsgraden - zurückzuführen, weshalb es gerade hier gerechtfertigt erscheint, die Vorteile von SVB näher zu untersuchen. Die üblichen zum Einsatz kommenden Gewölbeschalwagen werden über Einfüllstutzen mit Beton beaufschlagt. Zur Verdichtung und der Verteilung des Betons in der Schalung kommen systembedingt pneumatisch-betriebene Außenrüttler zum Einsatz, die luftseits an der Schalhaut montiert werden (1 Rüttler/ca. 3 m² Schalhaut). Im First ist in der Regel der luftseitige Bewehrungsquerschnitt am höchsten, so dass dort das Einbringen des Betons besonders schwierig ist. Im Bereich der Firststutzen wird die Bewehrung, wenn überhaupt, erst vor Ort ausgeschnitten, um das Befüllen der Schalung zu erleichtern. Hat der Beton eine zu geringe Konsistenz und ist die Bewehrung nicht ausreichend verankert, kann die Bewehrung aufgrund des sich einstellenden Pumpendruckes aus ihrer planmäßigen Lage verschoben werden, und/oder es kann im schlimmsten Fall ein Hohlraum mit bergseitig freiliegender Bewehrung verbleiben. Bild 2 zeigt die luftseitige Bewehrung, die sich im freigelegten Bereich infolge des Betonierdruckes verschoben hat. Die Betonage musste nach dem Beulen der Schalhaut abgebrochen werden. Bild 2: Verschobene Bewehrung Mit Hilfe zerstörungsfreier Prüfverfahren werden im Straßentunnelbau [1] etwaige bergseitige Hohlstellen bzw. Unterschreitungen der planmäßigen Schalenstärke der Innenschale in der Regel rechtzeitig festgestellt. Bei erträglichen Minderdicken ist dann eine Nachinjektion möglich. In Extremfällen kann die Hohlstelle allerdings bis zur Luftseite durchschlagen (Bild 3). Es bildet sich auf der Schalhaut eine Betonzunge aus, welche im Zuge der Instandsetzung abgebrochen werden muss. 2

3 Bild 3: Bergseitige Hohlstelle (Längsschnitt im First) Die genannten Schadensfälle könnten vermieden werden, wenn der Beton fließfähiger wäre. Der fließfähigere Beton muss das Ausfüllen sämtlicher Hohlräume und das vollständige Umschließen der Einbauteile insbesondere der Fugenbänder gewährleisten. Gleichzeitig ist die geforderte Dichtigkeit, insbesondere bei wasserundurchlässigen Betonkonstruktionen und die rechnerisch erforderliche Tragfähigkeit der Schale zu gewährleisten. Mit selbstverdichtendem Beton (SVB, SCC = self compacting concrete) steht ein derartiger Beton zur Verfügung. Dieser wurde vor einigen Jahren in Japan entwickelt [2]. Erste erfolgreiche Anwendungen sind in Deutschland u.a. im Brückenbau [3] und im Tunnelbau bei der Instandsetzung eines Bahntunnels, bei dem zwei Hohlstellen instandgesetzt werden mussten, sowie bei der Herstellung komplizierter Innenschalengeometrien [4] zu finden. Praxisnahe forschungsbegleitende Erkenntnisse, die eine Alternative zum Normalbeton bei planmäßigen Innenschalengeometrien rechtfertigen würden, liegen allerdings bislang nicht vor. Vor dem Hintergrund des bestehenden Forschungsbedarfes wurde von der MFPA Leipzig GmbH und KHP Planungsgesellschaft mbh, Frankfurt ein Versuchsbauwerk zur Erprobung der Eignung des SVB für den bergmännischen Tunnelbau konzipiert und hergestellt [5]. Auf dem Gelände der MFPA Leipzig GmbH wurde hierzu erstmals ein komplettes Tunnelgewölbe unter Baustellenbedingungen aus bewehrtem selbstverdichtenden Beton hergestellt (Bild 4). Bild 4: SVB-Versuchsbauwerk in Leipzig 3

4 Das in der Einleitung angesprochene im Jahr 2004 vom BMVBS / der BASt beauftragte FuE- Vorhaben hatte aufbauend auf diesen Erkenntnissen zum Ziel, die Leistungsfähigkeit von SVB für zukünftige Anwendungen im Straßentunnelbau zu untersuchen. Insbesondere soll geprüft werden, ob die Unempfindlichkeit (Robustheit) des SVB gegenüber den in der Baupraxis auftretenden Veränderungen bei den Ausgangsstoffen und den Herstellbedingungen ausreichend ist, und ob Fehler bei der Umschließung komplizierter Einbauteile in Tunnelinnenschalen durch den SVB vermieden werden können. Neben der Entwicklung geeigneter Rezepturen (Robustheit, Festigkeit etc.) waren die erforderlichen Qualitätssicherungsmaßnahmen zu erarbeiten, welche die Herstellung, das Betonierkonzept, die Verarbeitung und die Nachbehandlung umfassten. Neben dem Nachweis aller festigkeits- und dauerhaftigkeitsrelevanten Eigenschaften des zum Einsatz kommenden SVB waren die Ausführungsqualität und Gebrauchstauglichkeitseigenschaften der SVB-Innenschale u.a. durch: - Untersuchungen während und nach Einbau der Innenschale zur Entwicklung des Frischbetondrucks, des Temperaturverlaufs sowie der Druckfestigkeits- und Steifigkeitsentwicklung, - Prüfung der Wasserdichtigkeit der SVB-Konstruktion durch gezielte Aufbringung einer Wasserdruckbeanspruchung und - Verifizierung der Qualität der SVB-Innenschale durch Einsatz zerstörungsfreier und zerstörender Prüfverfahren über einen Zeitraum von ca. 12 bis 18 Monate zu beurteilen. Nach erfolgreicher Ausführung sind unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Betrachtungen die materialtechnologischen und konstruktiven Anforderungen für einen etwaigen Einsatz von SVB im Straßentunnelbau abzuleiten. 2 Werkstoff SVB und Prüfungen Wesentliche Grundlage zur Herstellung von selbstverdichtendem Beton stellt in Deutschland die Richtlinie Selbstverdichtender Beton (sog. SVB-Richtlinie) des Deutschen Ausschusses für Stahlbetonbau (DAfStb), Ausgabe November 2003 dar [6]. Die SVB-Richtlinie wurde mehrfach überarbeitet und orientiert sich in ihrer derzeitigen Fassung an der Gliederung der DIN bzw. DIN EN Hinsichtlich des Anwendungsbereichs gilt die SVB-Richtlinie zunächst nur für tragende und aussteifende Bauteile aus bewehrtem und unbewehrtem selbstverdichtenden Beton, dessen Festbetoneigenschaften denen von Normalbeton entsprechen. Diesbezüglich ändert und ergänzt die SVB-Richtlinie die entsprechenden Abschnitte der DIN Normenreihe und fügt teilweise neue Absätze hinzu. Obwohl die SVB-Richtlinie Anfang 2005 in die Bauregelliste aufgenommen und damit im bauordnungsrechtlichen Bereich der Bundesländer eingeführt wurde, erfolgte bislang keine bauaufsichtliche Einführung im Bereich der Bundesfernstraßen. Somit ist weiterhin eine Zustimmung im Einzelfall beim Einsatz von SVB bei Ingenieurbauwerken im Zuge von Bundesfernstraßen beim BMVBS zu beantragen. Die Bestandteile des SVB sind die gleichen wie bei konventionellem Rüttelbeton. Unterschiede sind lediglich in der Dosierung der einzelnen Komponenten vorhanden. Abgesehen von der Konsistenz - gesteuert durch hochwirksame Fließmittel - entsprechen die Frisch- und Festbetoneigenschaften von selbstverdichtendem Beton im Wesentlichen denen von Normalbetonen. Als Fließmittel werden in der Regel sog. Polycarboxylatether (PCE) verwendet. Der Beton verdichtet sich selbst, d.h., er entlüftet sich infolge seines Eigengewichtes. 4

5 Die geforderte Fließfähigkeit setzt einen Mörtel (Mörtel = Kombination aus Wasser, Fließmittel, Sand [Korn 4 mm] und einem hohen Mehlkorngehalt [Korn 0,125 mm], in dem alle gröberen Gesteinskörner entmischungsfrei schwimmen ) mit einer hohen Viskosität für den Zeitpunkt schon direkt nach dem Einbringen in die Schalung voraus, so dass der Gefahr einer Entmischung, insbesondere dem Bluten des Betons, vorgebeugt wird. Für den Mörtel wird als Mehlkorn üblicherweise Zement und Flugasche oder ein inertes Gesteinsmehl, wie z.b. Kalksteinmehl oder Quarzmehl, verwendet. Wichtig ist, dass der zugehörige Leim, d.h. die Kombination aus Wasser und Mehlkorn, im Zusammenwirken mit dem Fließmittel, die geforderten Eigenschaften erfüllt. Die Eignung einer Betonmischung zur Herstellung von selbstverdichtendem Beton muss deshalb durch rheologische Untersuchungen bewertet werden. 3 Brand- und Abplatzverhalten von SVB Ein Einsatz von SVB im Straßentunnelbau bedingt, dass die Anforderungen an den baulichen Brandschutz wie beim Normalbeton erfüllt werden. Brandprüfungen unter Berücksichtigung der spezifischen Brandbelastung, die bei einem Brandereignis in einem Straßentunnel auftreten können, wurden noch nicht durchgeführt. Damit war bislang nicht bekannt, ob hinsichtlich der Tragfähigkeitseigenschaften im Brandfall die derzeit gültigen Regelwerkvorgaben nach der ZTV- ING, Teil 5, Abschnitte 1 und 2, einen ausreichenden Brandschutz gewährleisten oder ob ggf. zusätzliche technologische Maßnahmen vorzusehen sind. Zudem war nicht bekannt, inwieweit die Gebrauchstauglichkeitseigenschaften des SVB im Vergleich zu Normalbeton durch geringere Brandbelastungen, z.b. PKW-Brände, beeinflusst werden. Die Beantwortung dieser Fragestellungen stellt eine unabdingbare Voraussetzung für konkrete Anwendungen von SVB im Straßentunnelbau dar. Im Rahmen des in der Einleitung bereits angesprochenen FuE-Projektes wurden daher noch vor Beauftragung der SVB-Versuchsstrecke im Auftrag des BMVBS / der BASt durch die MFPA Leipzig GmbH Brandversuche durchgeführt [7], die zum Ziel hatten, dass Brandschutzverhalten verschiedener SVB-Rezepturen unter straßentunnelspezifischen Bedingungen zu untersuchen. Wichtig war hierbei, dass die SVB-Rezepturen auf übliche und für den Tunnelbau geeignete Mischungskonzepte basieren und somit konkurrenzfähig zum Normalbeton sind. Insgesamt wurden 30 SVB hergestellt, 13 mit grober kalzitischer Gesteinskörnung (gebrochen), 14 mit grober quarzitischer Gesteinskörnung (Rundkorn) - alle jeweils ohne Faserzusatz - und drei kunststofffasermodifizierte SVB mit quarzitischer Gesteinskörnung. Weiterhin wurden je drei konventionelle Rüttelbetone mit den beiden Gesteinskörnungsarten zum Vergleich untersucht. Für die Untersuchungen wurden SVB des Mehlkorn-Typs und des Kombinations-Typs entwickelt, die sich im Wesentlichen unterschieden durch: - Art und Gehalt des verwendeten Zementes: CEM I 32,5 R; CEM II / A-LL 32,5 R und CEM III / A 32,5 N; 330 bis 360 kg/m³, - Art und Gehalt der verwendeten Betonzusatzstoffe: Kalksteinmehl und Steinkohlenflugasche, - Art und Gehalt der Gesteinskörnung: quarzitisch und kalzitisch sowie - durch den Fasergehalt und die Fasergeometrie. Die Rezepturentwicklung erfolgte unter Berücksichtigung der Anforderungen an Tunnelinnenschalenbetone der ZTV-ING, Teil 3 (Massivbau) und Teil 5 (Tunnelbau). Für eine möglichst breite Anwendung im Tunnelbau wurden die selbstverdichtenden Betone so konzipiert, dass sie den Beanspruchungen im Einfahrtsbereich von Tunneln in geschlossener und offener Bauweise entsprechen (Expositionsklassen XF 2 und XD 2). 5

6 Insgesamt zeigte sich, dass das Brand- und Abplatzverhalten von selbstverdichtenden Betonen nicht einheitlich ist. Es unterscheidet sich sehr stark in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des SVB. Dabei haben insbesondere der eingesetzte Zement und die verwendeten Gesteinskörnungen einen wesentlichen Einfluss. Bei den untersuchten Rezepturen zeigte der CEM I 32,5 R mit quarzitischen Gesteinskörnungen, dass die Anforderungen der ZTV-ING eingehalten werden konnten. Diese Aussage kann, muss jedoch nicht zwingend für großmaßstäbliche Prüfkörper mit realen Abmessungen gelten; insbesondere dann, wenn diese belastet werden. Gleichzeitig war es möglich, die Anforderungen der ZTV-ING in Bezug auf die Expositionsklasse und Festigkeitsentwicklung des SVB einzuhalten. 4 Qualitätssicherung Ein wichtige Voraussetzung bei der Anwendung von SVB im Tunnelbau ist die Definition von Kriterien, mit welchen die gewünschten Eigenschaften des Betons sichergestellt werden. Dies betrifft nicht nur die Eigenschaften der Ausgangsstoffe sondern auch die Herstellung des Betons, den Einbau etc. Diese Kriterien werden in Qualitätssicherungsplänen (QS-Pläne) festgeschrieben, die von allen Beteiligten - die oftmals das erste Mal mit SVB arbeiten - strikt einzuhalten sind [8]. Im Anhang R der SVB-Richtlinie ist die Erstellung eines QS-Plans zwingend gefordert. In den QS-Plänen werden zunächst die abzuarbeitenden Punkte beschrieben. Es werden die zulässigen Toleranzen bei Abweichungen gegenüber den planmäßigen Vorgaben genannt sowie die erforderlichen Maßnahmen, falls die ermittelten Werte aus dem Toleranzbereich herausfallen, aufgeführt. Wichtig ist, dass die für die Abarbeitung bzw. Überwachung der einzelnen Prüfungen verantwortlichen Personen namentlich benannt werden. Die Art und Weise wie die entsprechende Prüfung durchzuführen ist, wird beschrieben und soweit vorhanden, wird das Regelwerk genannt, welches berücksichtigt werden muss. So werden z.b. in der SVB-Richtlinie Angaben zu den erforderlichen Frischbetonprüfungen gemacht. Die QS-Pläne sollten noch vor Ausschreibung in der Planungsphase der Maßnahme erarbeitet werden, damit die ausführende Firma die entstehenden Kosten realistisch kalkulieren kann. Nach Auftragsvergabe muss der QS-Plan entsprechend der Ausführungsplanung des AN angepasst werden. Für die jeweiligen Prüfungen werden Arbeitsanweisungen sowie Checklisten erarbeitet, die von den Verantwortlichen abgearbeitet werden müssen. Grundsätzlich sollten zwei QS-Pläne erstellt werden: - ein QS-Plan für die Prüfungen im Transportbetonwerk sowie - ein QS-Plan für die Prüfungen auf der Baustelle. Tabelle 1 zeigt exemplarisch die Inhalte dieser beiden QS-Pläne. 6

7 Tabelle 1: Qualitätssicherungspläne QS-Plan - Prüfungen im Transportbetonwerk 1 Allgemeines 2 Verantwortlichkeiten innerhalb der Qualitätssicherung 3 Überwachung der Ausgangsstoffe 4 Überwachung der technischen Einrichtungen 5 Frischbetonprüfungen Checklisten und Arbeitsanweisungen zu: - Kontrolle Zement - Zementprobenentnahme - Kontrolle Gesteinskörnung - Kontrolle Betonzusatzstoffe - Kontrolle Betonzusatzmittel - Kontrolle technische Einrichtungen - Kontrolle Frischbeton - Wassergehaltsbestimmung QS-Plan - Prüfungen auf der Baustelle 1 Allgemeines 2 Verantwortlichkeiten innerhalb der Qualitätssicherung 3 Überwachung der Geräteausstattung 4 Ausführung und Betonierkonzept 5 Personal 6 Anmeldung der Betonage 7 Betonabruf 8 Betonierfreigabe 9 Betonannahme 10 Fördern und Einbau des SVB 11 Ausschalen 12 Betonprüfungen auf der Baustelle Checklisten zu: - Maßnahmen vor der Betonage - Frischbetonprüfungen vor Einbau - Ausschalen - Probekörperherstellung 5. SVB-Versuchsstrecke im Rettungsstollen des Schlossbergtunnels Dillenburg 5.1 Allgemeines Die praxisnahe Erprobung der Leistungsfähigkeit von SVB erfolgte im Rettungsstollen des Schlossbergtunnels in Dillenburg. Der Schlossbergtunnel durchfährt im Zuge der Bundesstraße B 255 den Schlossberg im mittelhessischen Dillenburg. Die Hauptröhre des Schlossbergtunnels ist etwa 780 m lang, wobei 615 m im bergmännischen Vortrieb aufgefahren wurden. Im Süden schließt eine 151 m lange Trogstrecke an. Ein wesentliches Element der Sicherheitsausstattung ist der 550 m lange befahrbare Rettungsstollen. Dieser ist über drei Querschläge mit dem Fahrtunnel verbunden. Der Rettungsstollen folgt aus baurechtlichen und genehmigungstechnischen Gründen über weite Längen einer kurvigen Straße. Die Regelblocklänge eines Rettungsstollenblockes beträgt deshalb lediglich sechs Meter. Größere Blocklängen waren aufgrund der Trassierung nicht ausführbar. Der Rettungsstollen wird beginnend vom blinden Ende zum Portal im Norden hin betoniert. Planmäßig wwurde der Rettungsstollen mit einer Schalendicke von 30 cm und einer Bewehrung von 4 cm²/m luft- und bergseits in Beton C30/37 ausgeführt. 5.2 Versuchstrecke im Rettungsstollen Sechs Blöcke des Rettungsstollens wurden aus selbstverdichtendem Beton hergestellt (SVB- Versuchsstrecke). Die zuerst hergestellten SVB-Blöcke sind hinter dem letzten Querschlag angeordnet. Die Gradiente wurde so festgelegt, dass der zuerst zu betonierende Block steigend hergestellt werden musste. Die sonstigen Blöcke wurden fallend betoniert. Die aus SVB herzustellenden Rettungsstollenblöcke haben die Innenkontur des Regelquerschnittes. Um einen möglichst großen Überblick über die Möglichkeiten, aber auch die Grenzen des SVB zu bekommen, wurde vorgesehen alle sechs SVB-Blöcke unterschiedlich auszuführen. 7

8 Die Schalendicke und der Bewehrungsgehalt in Ringrichtung wurden variiert; es gibt einen Block mit sehr eng aneinander liegenden Einbauteilen in Form von Verankerungsschienen und einen Block mit einer Nische entsprechend den Abmessungen einer Notrufnische des Fahrtunnels. Ein Teil der Versuchstrecke wurde mit zusätzlichen Fugenbändern für Wasserdichtigkeitstests gekammert. Dafür wurde zwischen Abdichtung und Innenschale ein Wasserdruck aufgebracht und die Umläufigkeit der Fugenbänder untersucht. 5.3 Herstellung der SVB-Blöcke Es wurde ein Schalwagen mit zwei Gelenken, insgesamt sechs Betonierstutzen und vier Betonierfenstern eingesetzt. Der Schalwagen wurde entsprechend den Angaben der SVB-Richtlinie nicht wie üblich für einen Betonierdruck entsprechend DIN 18218, sondern für den hydrostatischen Betonierdruck aus SVB zuzüglich einem Scheiteldruck aus Pumpenstoß für die Firstfüllung dimensioniert. Als Stirnschalung kam eine konventionelle Holzschalung zum Einsatz. Von großer Bedeutung für die Gebrauchstauglichkeit eines Tunnels, insbesondere bei undränierten Konstruktionen und ausschließlich wasserundurchlässigen Konstruktionen (WUB-KO), ist die Dichtigkeit der Fugen (z.b. in [9]. Nichteinbetonierte freiliegende Stege der Fugenbänder können zu Umläufigkeiten und damit zu einer Undichtigkeit der Konstruktion führen. Aus diesem Grund wurde probeweise eine Fuge mit einem innenliegenden und einem außenliegenden Fugenband ausgeführt. Um den Einfluss der Abdichtungsrücklage auf die Zwängungen der Schale infolge Schwinden zu untersuchen, wurde bei allen SVB-Blöcken trotz zu erwartender hoher Betonfestigkeiten, die Mindestbewehrung der Regelblöcke, also die für einen Beton C30/37, eingebaut. Vor der Betonage wurde eine umfangreiche Messtechnik installiert. So wurden am Bauwerk u.a. folgende Messgrößen aufgenommen: - Verformungen des Schalwagens, - Frischbetondruck, - Temperaturentwicklungen, - Dehnungen im Beton sowie - Dehnungen der eingelegten Bewehrung. Ein Teil der Messungen wird noch einige Zeit nach Fertigstellung der Blöcke weitergeführt (Langzeitmonitoring). Weiterhin wird die fertiggestellte Innenschale mehrfach mit zerstörungsfreien Prüfverfahren (Ultraschall) untersucht. Das Untersuchungsraster ist dabei deutlich feiner als das in der RI-ZFP-TU [1] angegebene. Durch die Mehrfachmessung sollte zum einen die Füllung der Schalung untersucht werden und zum anderen Rückschlüsse auf die Wirksamkeit der Firstspaltverpressung gewonnen werden. Um Erkenntnisse über die Anwendbarkeit vereinfachter Betonierkonzepte zu gewinnen, wurden mehrere Konzepte für die Füllung der Schalung angewendet. Einige Blöcke wurden konventionell hergestellt, d.h., dass bei der Betonage alle zur Verfügung stehenden Füllstutzen benutzt wurden. Bei einem Block wurde der Beton von den mittleren Öffnungen aus derart befüllt, dass der Beton zunächst nach unten auf der Schalung rutschte und dann nach oben gedrückt wurde. Der Firststutzen wurde bei allen Blöcken befüllt. Um seitliche Verschiebungen der Schalung zu verhindern, wurde der Beton immer beidseits eingebracht. Dafür wurde eine Betonweiche eingesetzt. 8

9 Aufgrund der Lage der ersten Versuchsblöcke musste der SVB über eine relativ lange Strecke gepumpt werden. Die Anlieferung des Betons erfolgte mit Fahrmischern von einer nahegelegenen mobilen Mischanlage. In dieser Anlage wurden auch der für die Ausbruchsicherung erforderliche Spritzbeton und der Innenschalenbeton für den Fahrtunnel hergestellt. In Hinblick auf einen möglichst wirtschaftlichen Einsatz des SVB ist es sinnvoll, eine Rezeptur zu entwerfen, die sich soweit wie möglich an den Normalbeton annähert und keine anderen Stoffe erfordert als die bei der Herstellung des Normalbetons verwendeten. Es wurde eine Rezeptur entwickelt, die sich vom Normalbeton der Regelblöcke nur durch die Massenanteile der Bestandteile (Mehlkorn, Gesteinskörnung, Wasser) unterscheidet. Zusätzlich wurden ein Fließmittel und ein Stabilisierer zugegeben. Die im Labor der MFPA Leipzig GmbH entwickelte Rezeptur wurde im Mischwerk überprüft (Erstprüfung). Dazu war neben Vor-Ort-Versuchen an der Mischanlage zur Bestimmung der Frischbetoneigenschaften die Herstellung einer Vielzahl von Probekörpern zur Bestimmung der Festbetoneigenschaften erforderlich. Im Werk wurden alle Parameter, die in den Vorversuchen im Labor ermittelt wurden und für die Herstellung des SVB entscheidend sind, überprüft. Wichtige Punkte waren hierbei z.b. die Mischzeiten im Werk und die Genauigkeit der Bestimmung des Wassergehaltes. Weiterhin musste der Einfluss des Transportes des Betons mit Fahrmischern von der Mischanlage zum Einbauort (Zeitdauer, Mischen, Aufmischen am Einbauort) untersucht werden. Die Erstellung und Überprüfung der Nachdosiertabelle erfolgte einmal für das Mischwerk und gesondert für das Ersatzwerk. Auf Basis der im Zuge der Erstprüfung gewonnenen Ergebnisse wurde durch das BMVBS und die Hessische Straßenverwaltung die Zustimmung im Einzelfall (ZiE) für die Verwendung von SVB erteilt. Wichtiger Bestandteil der für die Erlangung der ZiE eingereichten Unterlagen waren die vorab erstellten Qualitätssicherungspläne. Die SVB-Versuchsstrecke im Rettungsstollen des Schlossbergtunnels in Dillenburg wurde Ende 2005 und im Frühjahr 2006 hergestellt. Die Versuche sind zum Teil durchgeführt und ausgewertet. 6 Zusammenfassung und Ausblick Mit der SVB-Versuchsstrecke im Rettungsstollen des Schlossbergtunnels in Dillenburg sind erstmals komplette Gewölbe eines Tunnelbauwerks aus SVB hergestellt worden. Insgesamt wurden sechs Blöcke des Rettungsstollens mit jeweils sechs Meter Länge ausgeführt. Es wurden verschiedene Variationen in der Ausführung berücksichtigt. Der selbstverdichtende Beton wurde unter Beachtung der vorhandenen Ausgangsstoffe und einer mobilen Baustellenmischanlage hergestellt. Zur Gewährleistung der gewünschten Festbetoneigenschaften war eine genaue Kontrolle der Frischbetoneigenschaften und des Bauablaufs erforderlich. Hierfür wurden Qualitätssicherungspläne erarbeitet. Zusätzliche Untersuchungen zum Brandschutzverhalten von SVB zeigen, dass das Brand- und Abplatzverhalten von selbstverdichtenden Betonen nicht einheitlich ist. Es unterscheidet sich sehr stark in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des SVB. 9

10 Die Herstellung der SVB-Blöcke im Rettungsstollen war unspektakulär, d.h. mit der entwickelten Rezeptur war eine einwandfreie und problemlose Ausführung auf der Baustelle möglich. Die Einbauleistung war jedoch im Vergleich zu herkömmlichen Betonen geringer, da mit der verwendeten Baustellenmischanlage nicht die erforderlichen Volumina je Zeiteinheit bereitgestellt werden konnten (Mischerleistung). Die Betonrezeptur war robust genug, um den Baustellenbedingungen zu genügen. Es mussten nur wenige zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um die gewünschten Eigenschaften des Betons sicherzustellen. Allerdings zeigte sich auch, dass die Qualität sehr stark abhängig von den Erfahrungen des beteiligten Betonlieferanten ist und der Einsatz von SVB eine intensive Begleitung, die über das normale Maß hinaus geht, erfordert. Quellennachweis [1] Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen (BMVBW) Richtlinie für die Anwendung der zerstörungsfreien Prüfverfahren von Tunnelinnenschalen (RI-ZFP-TU), März 2002 [2] Dehn, F.: Selbstverdichtender Beton auf dem Weg zum geregelten Baustoff, 4. Tagung Betonbauteile, Bauwerk-Verlag, Berlin 2001 [3] Dehn, F.; Schliemann, T.; Reintjes, K.H.; Tauscher, F.; Tue, N.V.: Anwendung von Hochleistungsbetonen bei der Bogenbrücke Wölkau im Zuge der BAB 17. Eine kritische Betrachtung, Beton und Stahlbetonbau (100), Heft 12/2005, S , Verlag Ernst & Sohn, Berlin 2005 [4] Dehn, F.; Nause, P.; Hauswaldt, S.; Abel, F.; Willmes, M.: Brand- und Abplatzverhalten von selbstverdichtendem Beton (SVB) im Tunnelbau - der Citytunnel Malmö als Beispiel, Betonund Stahlbetonbau 102 (2007), Heft 1/2007, Verlag Ernst & Sohn, Berlin 2007 [5] Dehn, F., Pierson, R., Orgass M.: Einsatz von Selbstverdichtendem Beton im Tunnelbau - Versuchstunnel im Maßstab 1:1, 11. Darmstädter Geotechnik-Kolloquium, 2004 [6] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton DAfStb, Fachbereich 07 des NA Bau im DIN Deutsches Institut für Normung e. V. (Hrsg.): DAfStb-Richtlinie Selbstverdichtender Beton (SVB- Richtlinie), Ausgabe November 2003 [7] Dehn, F.; Sint, C.; Orgass, M.: Brandschutzverhalten von Selbstverdichtendem Beton (SVB) im Straßentunnelbau. Abschlussbericht zum FE-Projekt /2003/ERB im Auftrag des BMVBS/der BASt, 12/2005 [8] Dehn, F.; Orgass, M.: Untersuchungsbericht zur Erlangung einer Zustimmung im Einzelfall (ZiE): Anwendung von selbstverdichtendem Beton (SVB) für den Schlossbergtunnel Dillenburg, MFPA Leipzig GmbH, Leipzig, 2005 (unveröffentlicht) [9] Kirschke, D.: Schottfugenbänder für Tunnel mit einer Abdichtung aus Kunststoffdichtungsbahnen, BMVBW-Heft 926, 2005 Autoren Dr.-Ing. Frank Dehn, Dipl.-Ing. Marko Orgass, Gesellschaft für Materialforschung- und Prüfungsanstalt für das Bauwesen Leipzig mbh (MFPA Leipzig GmbH), Hans-Weigel-Strasse 2b, Leipzig, Tel.: 0341/ , Fax: 0341/ , dehn@mfpa-leipzig.de, orgass@mfpa-leipzig.de, Dipl.-Ing. Martina Hoepfner, KHP König und Heunisch Planungsgesellschaft mbh & Co. KG, Oskar-Sommer-Strasse 15-17, Frankfurt am Main, Tel.: 069/ , Fax: 069/ , hoepfner@khp-ing.de, 10