NEWSLETTER TECHNIK ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: September 2009 Entwicklung und Anwendung

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1 ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: September 2009 Entwicklung und Anwendung Herzlich willkommen zum sechsten Newsletter Technik von HeidelbergCement! Wie schon in unserem letzten Newsletter angekündigt: Die Teile 1 bis 7 der Normenreihe DIN EN sind erschienen. Aber nicht nur diese, sondern auch in der Normenreihe DIN EN sind überarbeitete Normenteile erschienen wir informieren Sie darüber. Getreu unserem Grundsatz, mit unserem Newsletter Technik regelmäßig über aktuelle Themen aus den Bereichen Normen, Produkte und Anwendungen zu informieren, stellen wir Ihnen außerdem ChronoCem IR, unseren neuen Spezialzement für die Herstellung von Schnellreparaturbeton als Transport - beton, vor und berichten über das Projekt Werkstraße Geseke, das HeidelbergCement als Pilotprojekt für innovative Bauweisen von Betonfahrbahndecken genutzt hat. Das Thema Nachhaltigkeit gewinnt immer mehr Bedeutung, auch beim Bauen was sich hier in Deutschland tut und welche zusätzlichen Kriterien schon heute an Bauwerke gestellt werden können, finden Sie kurz zusam men - gefasst in diesem Newsletter. Wir wünschen Ihnen viel Spaß beim Lesen! Dagmar Küchlin, Martina Dietermann Bauberatung Zement Entwicklung und Anwendung, Leimen Im Sommer neu erschienen: Überarbeitete Teile der Normen - reihe DIN EN Prüfung von Frischbeton und DIN EN Prüfung von Festbeton In unserem letzten, im April erschienenen Newsletter Technik haben wir angekündigt, dass sich aus damaliger Sicht in Kürze die Normenreihe DIN EN Prüfung von Frischbeton ändern wird. [mehr] Erfolgreiche Einführung des neuen Spezialzementes ChronoCem IR Die Reparatur von Verkehrsflächen ist ein Wettlauf mit der Zeit. Unser neuer Spezialzement für Schnellreparatur beton meistert sie. [mehr] Neue Werkstraße Geseke Test von innovativen Bauweisen im Straßenbau Den Neubau der Werkstraße hat HeidelbergCement als Pilotprojekt für innovative Bauweisen für Betonfahrbahndecken genutzt. [mehr] Nachhaltigkeit neue Anforderungen an Bauwerke Das Bauen mit Beton hat Potenzial in allen drei Bereichen der Nachhaltigkeit. [mehr] 1

2 Erfolgreiche Einführung des neuen Spezialzementes ChronoCem IR die Reparatur von Verkehrsflächen ist ein Wettlauf mit der Zeit Auf Flughäfen gilt der Leitspruch Zeit ist Geld mehr denn anderswo: So sind Verkehrsflächensperrungen für Reparatur - maßnahmen zum Beispiel am Frankfurter Flughafen nur zwischen 22 Uhr abends und 6 Uhr morgens möglich. Innerhalb der damit zur Verfügung stehenden acht Stunden muss nicht nur die alte Fläche ausgebaut, vorbereitet und der neue Beton eingebaut werden, sondern auch der frisch eingebaute Beton genügend Zeit haben, die geforderten Festigkeits - eigenschaften entwickeln zu können. Aber auch für Flughäfen, bei denen gerade in der Nacht das Verkehrsaufkommen hoch ist, wie zum Beispiel beim Flug - hafen Köln-Bonn, kann die Reduzierung von Sperrzeiten durch ein schnell erhärtendes Reparatursystem erhebliche wirtschaftliche Vorteile bringen. Anforderungen an Schnellreparaturbeton Nach dem Merkblatt für die Bauliche Erhaltung von Verkehrsflächen aus Beton (M BEB), 2009, kann je nach Untergrund* die Freigabe der neuen Fläche für den Verkehr erfolgen, wenn der Beton eine Mindestdruckfestigkeit von 20 N/mm² und eine Biegezug - festigkeit von mindestens 3 N/mm² hat. Bei einem Reparaturzeitfenster von acht Stunden bedeutet das, dass diese Druck - festigkeit bereits 5 Stunden nach Einbau - beginn erreicht werden muss. ChronoCem IR der neue Spezialzement von HeidelbergCement für Schnellreparaturbeton Diese Anforderungen mit einem Beton zu erfüllen, ist ein sehr ehrgeiziges Ziel insbesondere dann, wenn der Beton in einem Transport - betonwerk hergestellt, zur Baustelle transportiert und erst nach einer relativ langen Zeitspanne eingebaut wird. An der Entwicklung eines Spezialzements für den Einsatz in einem solchen Beton wurde in der Abteilung Entwicklung und Anwendung Deutschland, Ressort Bauberatung, im ver - gangenen Jahr mit Hochdruck erfolgreich gearbeitet: ChronoCem IR ist das Ergebnis. Praxiserprobung Nach Abschluss der Entwicklungsarbeit im E&A-Labor wurden in enger Ko - operation mit der Firma Sehring Beton die praxisrelevanten Randbedingungen für Betonherstellung und -einbau abgesteckt. Ziel war es zu prüfen, ob mit dem neu entwickelten Spezialzement ChronoCem IR die Anforderungen an Frisch- und Festbetoneigenschaften, die der Frankfurter Flughafen vorgibt, eingehalten werden können. Bereits im Herbst 2008 konnten gemeinsam mit der Abteilung Baustofftechnik der Firma Sehring erste Praxistests auf deren Werksgelände durchgeführt werden. Der Betoneinbau erfolgte durch die Firma Kern, ein Tochterunternehmen der Firma Sehring Beton. Insgesamt wurden zwischen Herbst 2008 und Sommer 2009 sechs Versuchsflächen unterschiedlicher Abmessungen hergestellt: Die Breite der Flächen lag bei etwa 4 m, die Längen variierten zwischen 5 und 20 m und die Plattenstärke zwischen 25 und 40 cm. In den umfangreichen Praxistests wurde die Eignung des Systems aus Spezialzement ChronoCem IR und optimiertem Fließmittel sowohl für sommerliche (Lufttemperatur etwa 30 C) als auch kühle Witterung (Luft temperatur etwa 10 C) untersucht. Dabei wurde der Einfluss unterschied - licher Randbedingungen, wie Frischbetontemperatur, Plattenstärke, Nach behandlung, die Auswirkung der herstellungsbedingten Produktionsparameter im Transportbetonwerk sowie der Einbauablauf, untersucht. * Gilt für Betondecken auf Tragschicht aus hydrau - lischem Bindemittel und Trennschicht oder auf Schotter- oder Asphalttragschicht. Bei Beton - decken auf Tragschicht aus hydraulischem Binde - mittel im Verbund darf die Verkehrsfreigabe bei einer Druckfestigkeit von 15 N/mm² und einer Biegezugfestigkeit von 2,0 N/mm² erfolgen. 2

3 ERFOLGREICHE EINFÜHRUNG DES NEUEN SPEZIALZEMENTES CHRONOCEM IR DIE REPARATUR VON VERKEHRSFLÄCHEN IST EIN WETTLAUF MIT DER ZEIT Abbildung 1: Festigkeitsentwicklung unter Baustellen - bedingungen frühhochfester Fahrbahndeckenbeton Schnellreparaturbeton mit mit ChronoCem IR IR Prüfalter [d] Im Rahmen der Betonagen ergab sich folgendes Leistungsprofil: Der mit ChronoCem IR nach Tabelle 1 hergestellte Beton erfüllt die anspruchsvollen An - for derungen an die Festigkeitsent wick - lung zuverlässig (Abbildung 1). Alle Flächen konnten fünf Stunden nach Her - stellung durch Schwerlastverkehr befahren werden. Jedoch sind gewisse Rand - be din gungen bei der Betonher stellung einzuhalten: So müssen zum Beispiel auf der Seite der Betonherstellung im Transportbetonwerk eine hohe Gleich - mäßigkeit der Betonzusammensetzung und nach derzeitigem Erkenntnisstand ein enges Fenster für die Frischbe ton - temperatur von (25 ± 2) C eingehalten werden. Je wärmer die Umgebungsbe - dingungen sind, desto weniger hoch muss die Frischbetontemperatur sein. Für den Transport vom Werk zum Einbauort und den Betoneinbau stehen aufgrund der besonderen Betoneigen - schaften je nach Umgebungsbedingungen etwa 60 Minuten zur Verfügung; von diesen sollten maximal 30 Minuten für den Transport verwendet werden, um noch ausreichend Zeit für den Betoneinbau zu haben. Der Beton hat im Vergleich zu Normalbeton thixotrope Eigenschaften, so dass eine scheinbar angesteifte Mischung beim Einbringen von Rüttelenergie wieder zu fließen beginnt und sich verdichten lässt. Eine erfahrene Einbaumannschaft ist in der Lage, den Beton im Konsistenz bereich F2 bis F5 zu verarbeiten. Innerhalb kurzer Zeit nach dem Einbau kann die Oberfläche fertig bearbeitet werden. ChronoCem IR 450 kg/m 3 w/z-wert 0,35 bis 0,38 Gesteinskörnungen Sand-Splitt-Gemisch, D max 16 mm Fließmittel ViscoCrete-IR 10, max. 1,6 M.-% v. Z. Tabelle 1: Richtrezeptur für das Erreichen einer Druckfestigkeit von 20 N/mm² nach fünf Stunden Anforderung für die Verkehrsfreigabe Biegezugfestigkeit 3,0 N/mm 2 3,8 N/mm 2 Druckfestigkeit 20 N/mm 2 31 N/mm 2 Schnellreparaturbeton mit ChronoCem IR (fünf Stunden nach Einbaubeginn) Tabelle 2: Festigkeitseigenschaften des Schnellreparaturbetons mit ChronoCem IR geprüft in einer Fahrbahnplatte (d = 0,30 m) unter Baustellenbedingungen 3

4 ERFOLGREICHE EINFÜHRUNG DES NEUEN SPEZIALZEMENTES CHRONOCEM IR DIE REPARATUR VON VERKEHRSFLÄCHEN IST EIN WETTLAUF MIT DER ZEIT Für den Einbau und die Nachbehandlung sind folgende Punkte zu berücksichtigen: n Die Einbaumannschaft muss im Um - gang mit dem Schnellreparatur beton geschult werden, damit alle Abläufe klar sind und der Einbau schnell erfolgt. n Der Einbau und die Verdichtung kann mit üblichen Geräten, wie Innenrüttler und Rüttelbohle, erfolgen. n Soll auf die Fläche ein Besenstrich aufgebracht werden, empfiehlt sich aufgrund der oben genannten Eigen - schaften des Betons ein maschinelles Glätten. Vor dem Glätten ist eine Glätthilfe aufzubringen. n Ein Besenstrich kann problemlos und formstabil ausgeführt werden. n Nach Oberflächenfertigstellung wird ein Nachbehandlungsmittel aufgebracht. n Um die Wärme im Beton zu halten, insbesondere bei kühler Witterung, ist die fertig betonierte Fläche bis zur Verkehrsfreigabe mit Folie zweilagig abzudecken. n Der Fugenschnitt kann kurz vor Verkehrsfreigabe erfolgen, je nach Geometrie im Abstand von etwa 4 Metern. Das Abdecken mit Folie ist eine wärmedämmende Maßnahme (Abbildung 2), die insbesondere in der kühlen Jahreszeit die schnelle Festigkeitsentwicklung fördert. Trotz der Tatsache, dass sich der Beton zum Zeitpunkt der Verkehrsfrei - gabe, wenn diese fünf bis sechs Stunden nach Einbaubeginn erteilt werden muss, nahe seines Temperaturmaximums be - findet und die Plattenoberfläche durch das Entfernen der Folie gerade in der kühlen Jahreszeit einem erheblichen Temperaturschock ausgesetzt wird, reichte die bis zu diesem Zeitpunkt ausgebildete Zugfestigkeit des Betons in allen Fällen aus, um eine Rissbildung zu vermeiden. Beim Betonieren im Sommer kann je nach Umgebungsbedingungen eine wasserhaltende und temperaturableitende Nachbehandlung mit wassergetränktem Bauvlies, die die Festigkeitsent - wicklung erfahrungsgemäß ein bis zwei Stunden verzögert, das zweilagige Abdecken mit Baufolie ersetzen. Ist ein Fugenschnitt erforderlich, kann dieser innerhalb von vier bis fünf Stunden nach Betonherstellung ausgeführt werden. Im Rahmen der umfangreichen praktischen Versuche konnte die Erfahrung gesammelt werden, dass bei richtiger Nachbehandlung innerhalb der ersten fünf Stunden auch ohne Fugen - schnitt keine Rissgefahr besteht. Diese Erfahrung konnte durch eine Simulation der Baustellensituation im E&A-eigenen Reißrahmen bekräftigt werden (Abbil - dung 3): Erst 16 Stunden nach Einbau des Betons trat ein Anriss auf und zehn Stunden später der Trennriss. Hierbei wurde der Beton zur Simulation der Folienabdeckung auf der Baustelle zunächst mit dem wärmedämmenden Deckel des Reißrahmens abgedeckt und dieser nach fünf Stunden entfernt Abbildung 2: Temperaturentwicklung gemessen bei einer Probe - betonage (Plattendicke etwa 0,36 m) Plattenmitte (ca. 20 cm unter Oberfläche) Plattenoberseite (ca. 5 cm unter Oberfläche) unter der Folie Lufttemperatur oberhalb der Folie

5 ERFOLGREICHE EINFÜHRUNG DES NEUEN SPEZIALZEMENTES CHRONOCEM IR DIE REPARATUR VON VERKEHRSFLÄCHEN IST EIN WETTLAUF MIT DER ZEIT Für die Verkehrsfreigabe ist am neuen Bauteil die erforderliche Festigkeit in- situ nachzuweisen. Dieser Nachweis kann mit dem sogenannten Pendelhammer er - bracht werden (Abbildung 4). Um die In-situ-Ergebnisse der Pendelhammer - 4,5 Deckel nach 5 Stunden entfernt ChronoCem IR T Luft = 10 C , ,5 1, Abbildung 4: Zerstörungsfreie Prüfung der Betondruckfestigkeit mit dem Pendelhammer 0,5-0,5 0 00:00:00 01:00:00 02:00:00 Zeit nach Befüllen [dd:hh:mm] Abbildung 3: Temperatur- und Spannungsentwicklung geprüft im Reißrahmen ,35 w/z 0,38 geprüft an Laborprüfkörpern geprüft an Bohrkernen aus Feldversuchen CDF-Bewertungskriterium für Laborprüfkörper 1500 g/m2 0 4 FTW 8 FTW 14 FTW 28 FTW 10 5 prüfung mit genormten Druckfestigkeiten korrelieren zu können, muss für den verwendeten Beton vorab im Labor eine Korrelationskurve zwischen Pendelham - merwerten und Druckfestigkeitser geb - nissen erstellt werden. Hierfür wird idealerweise die vor Ort geplante Ober - fächenstrukturierung, wie zum Beispiel der Besenstrich, berücksichtigt. Da Verkehrsflächen im Winter Frostangriff mit Tausalz und hoher Wassersättigung ausgesetzt sind, müssen Beton re - paratursysteme diesem standhalten. Gemäß Merkblatt für die Bauliche Er hal tung von Verkehrsflächen aus Beton (M BEB), 2009, kann bei Schnellre pa ra tur beton aufgrund der hohen Festigkeiten und des Wasser - zementwerts < 0,40 auf die Zugabe von Luftporenbildnern verzichtet werden, wenn ein ausreichender Frost-Tausalz- Widerstand nachgewiesen wurde. Der Nachweis für den mit ChronoCem IR hergestellten Schnellreparaturbeton konnte sowohl an im Labor hergestellten Prüfkörpern als auch an Bohrkernen, die aus den betonierten Probeflächen ge - won nen wurden, erbracht werden: Wie Abbildung 5 zeigt, liegt der Frost-Tausalz- Widerstand des Betons im sicheren Bereich. Abbildung 5: Frost-Tausalz-Widerstand (CDF-Prüfung) an Laborprüfkörpern und Bohrkernen 5

6 ERFOLGREICHE EINFÜHRUNG DES NEUEN SPEZIALZEMENTES CHRONOCEM IR DIE REPARATUR VON VERKEHRSFLÄCHEN IST EIN WETTLAUF MIT DER ZEIT Erste Praxisanwendungen Mit diesen positiven Ergebnissen konnte die Fraport AG, der Betreiber des Frankfurter Flughafens, überzeugt werden, eine Versuchsanwendung am Flughafen durchzuführen. Im Rahmen einer laufenden Baumaßnahme im Be - reich des Terminal 1 musste zur Sicher - stellung der Einfahrtmöglichkeit in die Parkhäuser auf einem Teilstück einer herausgerissenen PKW- und Busspur über Nacht ein schnell erhärtendes System eingebaut werden. Die zweite Fahrspur neben der zu betonierenden Fläche wurde während der gesamten Maßnahme von Bussen und PKW be fahren. Der Beton wurde von Sehring Beton geliefert und von Firma Kern eingebaut. Pünkt lich um 24 Uhr begann der Beton einbau bei einer Außentemperatur von 13 C, etwa eine Stunde später war die Betonage abgeschlossen. Die zerstörungsfreie Festig keits bestimmung am Bauteil ergab fünf Stunden nach Einbau einen mittleren Prüfwert von circa 40 N/mm², die erforderliche Mindestfestigkeit wurde bereits Abbildung 7: Betonierte Fläche auf dem Flughafen Köln-Bonn nach Verkehrsfreigabe nach vier Stunden sicher erreicht. Die neue Fläche konnte pünktlich für den Verkehr freigegeben werden. Nach dieser erfolgreichen Pilotan wen - dung wurden gemeinsam mit Heidel - berger Beton Rheinland und der dortigen Betotech auf dem Flughafen Köln-Bonn vier stark geschädigte Flächen im Rollund Vorfeldbereich mit dem neuen Reparatursystem saniert. Bei drei Flächen wurde ein Teil der Fahrbahnplatten ersetzt, bei der vierten Fläche handelte es sich um eine geschädigte Schlitzrinne, die auszutauschen war. Der Beton wurde von dem Straßen- und Tiefbauunter - nehmen Martin Schlechtriem eingebaut. Betoniert zwischen 10 Uhr und 13:30 Uhr rollten bereits um 18 Uhr des gleichen Tages die ersten Flugzeuge und Flughafen fahr zeuge über die aus - getauschten Flächen. ChronoCem IR robust und praxistauglich Das Fazit aus den umfangreichen Feld - versuchen ist: Das System aus Chrono - Cem IR, abgestimmtem Fließmittel und optimierter Betonzusammensetzung ist robust und praxistauglich. Jedoch müssen bestimmte Rahmenbedingungen eingehalten werden: hohe Gleichmäßig keit der Betonzusammensetzung, definierte Frisch betontemperatur, Einbau des Betons möglichst innerhalb einer Stunde nach Herstellung durch geschultes und erfahrenes Personal sowie sorgfältige Nachbehandlung. Darüber hinaus bestätigen die ersten, überaus erfolgreichen Praxisan wen - dungen die im Lauf der Entwicklungs - arbeit gewonnenen positiven Er fah run - gen: Der neue Spezialzement ChronoCem IR eignet sich in Verbindung mit dem Fließmittel ViscoCrete IR-10 der Firma Sika hervorragend für die Betonage von Verkehrsflächen, die schnell wieder befahren werden müssen. Das System kann damit nicht nur für Flug be triebsflächen, sondern auch für die Repa ratur von Fahr - bahndecken oder sonstigen Verkehrs - flächen eingesetzt werden. Abbildung 6: Betonage auf dem Flughafen Frankfurt Der in Ennigerloh Süd produzierte ChronoCem IR ist ein Portlandzement nach DIN EN und ist zum Patent angemeldet. [zurück] 6

7 Im Sommer neu erschienen: Überarbeitete Teile der Normenreihe DIN EN Prüfung von Frischbeton und DIN EN Prüfung von Festbeton In unserem letzten, im April erschienenen Newsletter Technik haben wir angekündigt, dass sich aus damaliger Sicht in Kürze die Normenreihe DIN EN Prüfung von Frischbeton ändern wird. Jetzt ist es soweit: Im August 2009 sind die Normenteile DIN EN bis -7 erschienen und ersetzen die alten Teile aus dem Jahr Welche Änderungen damit bei der Prüfung von Frischbeton zu berücksichtigen sind, können Sie in unserem letzten Newsletter Technik nachlesen. Noch nicht erschienen sind die neuen Normenteile DIN EN bis -12, die Frischbetonprüfverfahren für selbstverdichtenden Beton beschreiben werden. Das Erscheinen dieser ist für Sommer 2010 angekündigt. Ebenfalls neu erschienen sind die folgenden überarbeiteten Teile der Normen - reihe DIN EN Prüfung von Fest - beton : Teil 2, 3, 5, 7 und 8. Die inhalt - lichen Änderungen sind in Tabelle 1 zusammengestellt; darüber hinaus wurden redaktionelle Änderungen in die Normenteile eingearbeitet. Normenteil Festlegung ersetzte Ausgabe Festlegung Ausgabe bzw DIN EN (Herstellung und Lagerung von Probekörpern) DIN EN (Druckfestigkeit von Probekörpern) Beton in 2 Schichten in Form füllen und verdichten (Schichtdicke 100 mm ) Verdichtung mindestens so lange, bis Beton vollständig verdichtet ist Bei Handverdichtung mit dem Stampfer oder Verdichtungsstab je Schicht eine ausreichende Anzahl von Verdichtungs stößen anwenden; bei Konsistenz S1 und S2 üblicherweise 25 Stöße Beschreibung der in Deutschland üblichen Lagerungsbedingungen für Probe körper, an denen f c,dry oder E c,dry geprüft wird, im nationalen Anhang NA Belastungsgeschwindigkeit 0,2 bis 1,0 MPa/s (N/mm² s) Keine Angabe zur Ausgangsbelastung Druckfestigkeit auf 0,5 MPa (N/mm²) angeben 2 % zulässige Maßabweichung von Probekörpern außerhalb der Maßtoleranzen nach EN Beton in 1 Schicht in Form füllen und verdichten; in Abhängigkeit von der Konsistenz ist die Anzahl der Schichten so zu wählen, dass eine vollständige Verdichtung erreicht wird Selbstverdichtenden Beton ohne mechanische Verdichtung in einem Arbeitsgang in Form füllen Verdichtung nur so lange, bis Beton vollständig verdichtet ist Bei Handverdichtung mit dem Stampfer oder Verdichtungsstab je Schicht mindestens 25 Stöße Nationaler Anhang NA mit Beschreibung der in Deutschland üblichen Lagerungs - bedingungen für Probekörper, an denen f c,dry oder E c,dry geprüft wird, erscheint in Kürze. Belastungsgeschwindigkeit (0,6 ± 0,2) MPa/s (N/mm² s) Aufbringen einer Ausgangsbelastung von max. 30 % der erwarteten Bruchlast Druckfestigkeit auf 0,1 MPa (N/mm²) angeben 3 % zulässige Maßabweichung von Probekörpern außerhalb der Maßtoleranzen nach EN

8 Normenteil Festlegung ersetzte Ausgabe Festlegung Ausgabe bzw DIN EN (Biegezugfestigkeit von Probekörpern) Keine Angabe zur Ausgangsbelastung Aufbringen einer Ausgangsbelastung von max. 20 % der erwarteten Bruchlast DIN EN (Dichte von Festbeton) DIN EN (Wassereindringtiefe unter Druck) keine inhaltlichen Veränderungen keine inhaltlichen Veränderungen Tabelle 1: Neuregelungen in den überarbeiteten Normenteilen DIN EN [zurück] Neue Werkstraße Geseke Test von innovativen Bauweisen im Straßenbau Angesichts der zunehmenden Verkehrs - belastung vor allem durch Schwerverkehr sowie der steigenden Zahl von Private- Public-Partnership-Projekten rückt eine verkehrssichere, langlebige und unterhaltungsarme Straßenkonstruktion, die sich wirtschaftlich rechnet und die Umwelt wenig belastet, immer mehr in den Fokus. Zusätzlich werden die Anforderun - gen an lärmarme Fahrbahnbeläge und Oberflächentexturen wachsen. Bei HeidelbergCement stand der Bau einer Werkstraße zwischen den Werken Elsa und Milke in Geseke an, durch die einerseits der Rohmaterialtransport optimiert und andererseits Umwelt und öffentlicher Verkehr entlastet werden sollten, da die Materialtransporte bisher über öffentliche Straßen liefen. Den Neubau der Werkstraße hat Heidel - bergcement als Pilotprojekt für innovative Bauweisen für Betonfahrbahn decken genutzt: Die etwa ein Kilometer lange Straße wurde als Durchgehend Bewehrte Fahrbahn (DBF) ausgeführt; in Kreuzungsund Anschlussstellenbereichen kamen Stahlfaserbetone und schwindarmer Hoch leistungsbeton mit Kunststofffasern zur Anwendung. Für die Planung und Bauüberwachung hat HeidelbergCement das Ingenieurbüro Hoffmann und Stakemeier aus Büren be - auf tragt. Die Strabag AG war als General - unternehmer für die Erdbau- und Straßen - bauarbeiten verantwortlich. Die Ver - kehrs flächen aus Beton führte die Becker Bau GmbH aus. Das Projekt wurde aktiv unterstützt von der Deutschen Stahl - industrie (ISB), namhaften Faser her stellern (Bekaert, KrampeHarex, Grace) sowie Zusatzmittelherstellern (Sika, Grace). Wissenschaftlich begleitet wird das Pilot - projekt vom Lehrstuhl für Baustofftechnik der Ruhr-Universität Bochum. Durchgehend Bewehrte Fahrbahn (DBF) Entgegen der üblichen Waschbeton - bauweise nach ZTV Beton-StB 07 mit Querscheinfugen wurde die Straße in fugenloser Bauweise als Durchgehend Bewehrte Fahrbahn (DBF) mit 8

9 NEUE WERKSTRAßE GESEKE TEST VON INNOVATIVEN BAUWEISEN IM STRAßENBAU Grinding-Textur gebaut. Damit wurden folgende Ziele verfolgt: langlebige, unterhaltungsarme Konstruktion mit mindestens 40 Jahren Lebensdauer dauerhaft lärmarme Oberfläche (-3 bis -4 db(a)) dauerhaft griffige Oberfläche hohe Tragreserven für Verkehrs - belastung und Verformungen günstige Life-Cycle-Kosten Im diesem konkreten Fall sprachen auch technische Gründe für die Ausführung als DBF. Denn: Für den Bau der Straße musste ein Damm aufgeschüttet werden, bei dem mit Setzungen zu rechnen ist. CEM I 42,5 R [kg/m 3 ] 370 Gesteinskörnung (Diabas) D max 22 mm w/z-wert [-] 0,40 Zusatzmittel LP FM Konsistenz [-] v 10 1,34 v 30 1,37 Luftporengehalt [Vol.-%] 10 min 30 min Druckfestigkeit [N/mm²] 2 d 7 d 28 d 56 d Biegezugfestigkeit [N/mm²] 7 d 28 d 6,4 6,0 26,7 44,1 57,6 59,5 5,9 6,8 Mikroluftporen A 300 [Vol.-%] 3,2 Abstandsfaktor L [mm] 0,13 Tabelle 1: Zusammensetzung und Kennwerte des Betons der DBF Die Spannungen und Verformungen aus Setzungen kann eine als DBF ausgeführte Fahrbahndecke deutlich besser aufnehmen als die Standardbauweise nach ZTV Beton-StB 07 mit geschnittenen Quer - schein fugen. Darüber hinaus eignet sich die DBF-Bauweise besonders gut für hohe Belastungen aus Schwerverkehr. Die Bemessung der DBF wurde mit einem neuen Modul der Bemessungssoft - ware AWDSTAKO durchgeführt. Im Ver - gleich zur herkömmlichen Decken dicke nach RStO 01 von 23 cm (Bau klasse II) ergab sich eine erforderliche Decken - dicke der DBF von 22 cm. Die Fahrbahn - breite der zweispurigen Straße einschließlich der Randstreifen beträgt 7,50 m. Der Beton für die DBF (Festigkeitsklasse C35/45) wurde auf einer 10 cm dicken Asphalttragschicht mit einem Gleitscha - lungs fertiger eingebaut. Die Fahrstreifen wurden getrennt hergestellt und mit Klebeankern ( 20 mm, Länge 650 mm) im Abstand von 67 cm verankert, um ein Auseinanderwandern der Fahrstreifen im Bereich der Längspressfuge zu vermeiden. Für den Beton wurde CEM I 42,5 R aus dem Werk Paderborn eingesetzt. Zusammensetzung und Kennwerte des Betons sind Tabelle 1 zu entnehmen. Bewehrung Der Bewehrungsgrad der Decke liegt bei 0,75 %, wobei als Längsbewehrung Stabstahl (BSt 500 S (B), L = 16 m) mit 20 mm Durchmesser im Abstand von 17,5 cm auf einer Querbewehrung verlegt wurde. Die Betondeckung der Längsbewehrung beträgt 9 cm. Die Querbewehrung mit einem Durchmesser von 16 mm wurde bereits werkmäßig auf Gitterträgern (11/7/6) fixiert und im Abstand von 60 cm, im Winkel von 60 auf der Asphalttragschicht verlegt. Die Bewehrung wurde nach den Anforde - rungen der neuen DAfStb-Richtlinie Qualität der Bewehrung (Entwurf August 2008) eingebaut und geprüft. Grinding-Textur Beim Grinding-Verfahren werden feine Rillen in die Betonoberfläche eingeschnitten. Dabei werden alle Unebenheiten aus dem Fertigungsprozess bei der Decken - herstellung abgeschliffen, was Grinding- Texturen sehr lärmarm und griffig macht. Mit der Anwendung des Grinding-Ver - fahrens für die Oberflächentex tu rierung wird untersucht, ob sich im Ver gleich zum Waschbeton-Verfahren eine höhere Lärmminderung (> 3 db(a)) und 9

10 NEUE WERKSTRAßE GESEKE TEST VON INNOVATIVEN BAUWEISEN IM STRAßENBAU Komponente Griffigkeit bei geringeren Herstellkosten erzielen lässt. Die Oberfläche der Haupt - strecke wurde daher mit einer längsgerichteten Grindingtextur mit zwei unterschiedlichen Rillenabständen versehen. Stahlfaserbeton und schwindarmer Hochleistungsbeton mit Kunststoff - fasern Stahlfaserbeton wird überwiegend für hochbelastete Industrieflächen eingesetzt. In Deutschland wurden bereits einzelne Verkehrsflächen mit Stahlfaserbeton ge - baut. Die Bauweise hat sich jedoch auf Grund der Gefahr von Reifenschäden und Problemen beim Herstellen der Ober - flächentextur bisher nicht durch gesetzt. Gerade bei geometrisch unregelmäßigen Verkehrsflächen sowie bei größeren Stahlfaserbeton 1 Stahlfaserbeton 2 Kunststofffaserbeton CEM I 42,5 R [kg/m 3 ] Gesteinskörnung (Diabas) D max 22 mm D max 22 mm D max 22 mm w/z-wert [-] 0,44 0,44 0,41 Zusatzmittel Fasern LP FM 30 kg/m³ Dramix RC-80/60-BN (Baekert) LP FM 35 kg/m³ DE 60/1,0 N (KrampeHarex) LP FM BV/SR 4,6 kg/m³ Strux 90/40 (Grace) Luftporengehalt [Vol.-%] 5,0 5,5 5,5 Druckfestigkeit [N/mm²] 7 d 28 d 56 d 53,5 63,8 67,6 44,1 57,6 59,5 47,3 57,5 63,2 Biegezugfestigkeit 28 d [N/mm²] 5,7 5,4 5,5 Nachrissbiegezugfestigkeit [N/mm²] DBV-MB: Faserbetonklasse F DAfStb-Rili: Leistungsklasse L 1,4/1,0 1,8/1,6 Tabelle 2: Zusammensetzung und Kennwerte der Faserbetone 1,6/1,2 2,1/1,5 0,4/0,0 1,2/0,0 Plattenabmessungen und Fugenab stän - den kann der Einsatz von Stahlfaser beton jedoch sinnvoll sein, da durch die Stahl - faserbewehrung Spannungen aus der ungleichförmigen Plattengeometrie aufgenommen werden können. Des Weiteren tragen die Stahlfasern, im Falle eines Risses, zu einer Rissbreitenbegrenzung und einer besseren Querkraftübertragung bei. Beim Neubau der Werkstraße wurden daher im Bereich von zwei Anschluss - stellen Stahlfaserbetone (Festigkeitsklasse C30/37) verwendet. Diese unterschieden sich in der Art der eingesetzten Stahl fasern. Um Reifenschäden vorzubeugen und gleichzeitig eine gute Griffigkeit und Lärm - minderung zu erreichen, wurden die Oberflächen mit einer Epoxidharz-Be - schichtung mit Bauxiteinstreuung vergütet. Um die Leistungsfähigkeit im Vergleich zum Stahlfaserbeton zu untersuchen, wurde in zwei weiteren Anschlussstellen ein schwindarmer, fasermodifizierter Hochleistungsbeton mit Makro-Kunst - stofffasern (Festigkeitsklasse C30/37) eingebaut. Dieser hat im Vergleich zu unbeschichtetem Stahlfaserbeton den Vorteil, dass Reifenschäden nicht zu befürchten sind. Die Oberfläche wurde mit Besen - strich quer texturiert. Die Zusammen - setzung und Kennwerte der Faserbetone enthält Tabelle 2. Wissenschaftliche Begleitung Die Werkstraße Geseke wird über einen Zeitraum von 5 Jahren geprüft. Mit der wissenschaftlichen Begleitung des Projektes wurde die Ruhr-Universität Bochum (Lehrstuhl für Baustofftechnik, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Breitenbücher) beauftragt. Das Messprogramm umfasst folgende Messungen: Verformungs- und Temperatur - messungen in der DBF und der Stahl faser- und Kunststoff - faserbetonflächen Ultraschalllaufzeitmessungen zur Ermittlung von gegebenenfalls veränderten Materialkennwerten Visuelle Rissaufnahmen in der DBF Darüber hinaus ist geplant, gemeinsam mit der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) Textur-, Griffigkeits- und Lärm - mes sungen durchzuführen. Im Rahmen des Projektes wird über die ermittelten Kennwerte des Betons und der Konstruktion das rechnerische Bemes sungsverfahren AWDSTAKO für die DBF validiert. Das Pilotprojekt wurde von Siegfried Riffel, HeidelbergCement, Abteilung Entwicklung und Anwendung, Projekte Infrastruktur konzipiert und begleitet. [zurück] 10

11 Nachhaltigkeit neue Anforderungen an Bauwerke Markus Brunner, Group Environmental Sustainability, HeidelbergCement Das Thema nachhaltige Entwicklung ist heute fester Bestandteil der öffentlichen Diskussion. Getrieben durch die Klima - debatte und das Wachstum der Welt be - völkerung wird vor allem in den Industrie - nationen wirtschaftliches Wachstum mit Anfor derungen an die Nachhaltigkeit verknüpft. Dies hat maßgeblichen Einfluss auf den Bausektor. Ein Beispiel dafür sind die gestiegenen Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden. In der Europäischen Union werden 40 % des gesamten Energieverbrauchs Bau - werken zugeschrieben. Hier wird ein hohes Einsparpotenzial gesehen: 28 % bis Als Reaktion auf diese Erkenntnis wurde 2002 auf europäischer Ebene die Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) verabschiedet. Diese wird in Deutschland über die Energie einsparver - ordnung (EnEV) umgesetzt. Das wohl prominenteste Beispiel für eine hieraus re sultierende Anforderung ist die Pflicht, für Gebäude einen Energiepass zu - erstellen. Schutz von Klima und Umwelt ist jedoch nur ein Aspekt der Nachhaltigkeit. Dies wurde in der Vergangenheit am Beispiel Biokraftstoff sehr deutlich: Durch Bio - kraft stoffe wird das Klima entlastet, jedoch kann es durch die vermehrte Nutzung landwirtschaftlicher Flächen für den An - bau von Energiepflanzen zu einer Ver - knappung und damit Verteuerung von Lebensmitteln kommen. So führte beispielsweise die Zunahme der Bioethanol - gewinnung in den USA zu einem starken Anstieg des Abnahmepreises für Mais. In Mexiko kam es daraufhin im Jahr 2007 zum sogenannten Tortilla-Aufstand, nachdem sich dort der Preis für Maismehl von 40 auf 75 Cent fast verdoppelt hatte. Eine ganzheitliche Betrachtung der Nachhaltigkeit ist also von großer Wichtigkeit. Das Drei-Säulen-Modell der nachhaltigen Entwicklung geht von drei gleichberechtigten Dimen - sionen der Nachhaltigkeit aus: Ökologische Nachhaltigkeit Ökonomische Nachhaltigkeit Soziale Nachhaltigkeit Übertragen auf den Bausektor be deutet dies, dass ein Gebäude nicht nur energie - effizient und umweltfreundlich sein sollte, es sollte außerdem bezahlbar sein und die Anforderungen der Nutzer an Lebensqualität und Sicherheit erfüllen. Das Bauen mit Beton hat Potenzial in allen drei Bereichen der Nachhaltigkeit: Beton ist recyclebar und aufgrund sowohl der flächendeckenden Verfügbarkeit von Beton als auch seiner Ausgangsstoffe sind die erforderlichen Transportwege äußerst kurz und effizient. Darüber hinaus lässt sich Beton kostengünstig herstellen und seine hohe Dauerhaftigkeit ermöglicht eine lange Nutzungsdauer bei niedrigen Instandhal tungs kosten. In punkto sozialer Nach haltigkeit bietet Beton ein hohes Sicher heitspotenzial bei Brand oder wetterbedingten Naturereignissen wie Stür - men oder Überschwemmungen. Der Themenbereich der ökologischen Qualität beruht im Wesentlichen auf den Grundlagen der Ökobilanz. In diesem Zusammenhang dürften in Zukunft die Umweltproduktdeklarationen (EPD Environmental Product Declaration) an Bedeutung gewinnen. Das Forschungsinstitut der Zement - industrie (FIZ) hat im Auftrag des BTB Ökobilanzielle Baustoffprofile für Transportbeton ökobilanzielle Bau - stoffprofile für Trans port betone der wesentlichen Druckfestig keitsklassen erstellt und damit eine Basis für die Be - wertung des Baustoffs Beton geschaffen. In der Bau- und Immobilienwirtschaft findet derzeit ein Umdenken statt: Nachhaltigkeitskriterien beginnen, eine immer stärkere Rolle bei Entwurfs- und Investitionsentscheidungen zu spielen. Die Definition und Verbreitung von Anforderungen an die Nachhaltigkeit eines Gebäudes haben sich die sogenannten Green Building Councils auf die Fahnen geschrieben. Das vom amerikanischen US Green Building Council (USGBC) entwickelte Gebäudebewer tungs system LEED (Leadership in Energy and Environ - mental Design) findet welt weit bereits in mehr als 100 Ländern Anwendung. Das deutsche Pendant zum USGBC ist die Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB). Diese wurde 2007, mit HeidelbergCement als Gründungs - 11

12 NACHHALTIGKEIT NEUE ANFORDERUNGEN AN BAUWERKE mitglied, ins Leben gerufen. Gemeinsam mit dem Bundes minis te - rium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) entwickelte die DGNB das Deutsche Gütesiegel Nachhaltiges Bauen, im ersten Schritt für Neu bauten im Bereich Büro- und Ver wal tungs - gebäude (Version 2008). Das System besteht aus 49 Einzelkriterien, soge - nannte Kriteriensteckbriefe, die sechs Themenfeldern zugeordnet sind: Öko - logie, Ökonomie, soziokulturelle und funktionale Aspekte, Technik, Prozesse und Standort. Die einzelnen Themenfelder (außer Stand - ortqualität) fließen gewichtet in eine Gesamtnote ein. In Abhängigkeit vom Erfüllungsgrad der Kriterien werden Gebäude mit dem Gütesiegel Gold, Silber oder Bronze ausgezeichnet oder alternativ mit einer Note bewertet. Bei der Ent - wicklung der einzelnen Kriterien wurde, wo möglich, auf bestehende Regelwerke und Methoden wie DIN oder EnEV zurückgegriffen. Themenfeld Anteil an der Gesamtbewertung Anzahl der Kriterien Ökologische Qualität 22,5 % 12 Ökonomische Qualität 22,5 % 2 Soziokulturelle und funktionale Qualität 22,5 % 15 Technische Qualität 22,5 % 5 Prozessqualität 10,0 % 9 Standortqualität geht nicht in die Gesamtbewertung ein gesamt 100,0 % 49 Tabelle 1: Gewichtung der DGNB-Themenfelder Erfüllungsgrad Note Gütesiegel 95% 1,0 Gold 80% 1,5 Gold 65% 2,0 Silber 50% 3,0 Bronze 35% 4,0-20% 5,0 - Tabelle 2: Bewertung der Nachhaltigkeit 6 Besonders belohnt werden Leistungs - merkmale oder Maßnahmen, die über gesetzliche Mindestanforderungen hinausgehen. So können beispielsweise zusätz - liche Punkte erlangt werden, wenn das von den Landesbauordnungen geforderte Brandschutzniveau erhöht wird, zum Beispiel durch den Verzicht auf Materi a - lien, die im Brandfall zu starker Rauch - entwicklung neigen, oder durch Reali - sierung höherer Feuerwiderstands klassen. Ein Bauherr, der ein geplantes Gebäude zertifizieren lassen will, beauftragt einen DGNB-akkreditierten Auditor. Dieser registriert das Gebäude bei der DGNB, berät den Bauherrn zu Fragen des nachhaltigen Bauens und erstellt ein objektspezifisches Pflichtenheft. Inzwischen sind 16 Objekte zertifiziert, wie z. B. das Umweltbundesamt in Dessau: Mit einer Gesamtnote von 1,3 wurde es mit dem Gütesiegel in Gold ausgezeichnet. Die Zertifizierung eines Gebäudes ge - schieht auf freiwilliger Basis. Anforde - rungen an ein Nachhaltigkeitsniveau gibt es derzeit noch nicht. Aus dem Bereich der öffentlichen Hand und Großin vesto ren ist jedoch mit Impulsen in Richtung einer stärkeren Etablierung der Nachhaltig keits - bewertung zu rechnen. Weitere Informationen finden Sie unter [zurück] Impressum: Schlussverantwortung Eckhard Bohlmann, Leiter Entwicklung und Anwendung, Deutschland. Hinweis: Sollten Sie diesen Newsletter abbestellen wollen, schicken Sie uns bitte eine kurze mit dem Betreff Abbestellung Newsletter Technik an tecletter@heidelbergcement.com 12