BRÜCKENKAPPEN BRÜCKENKAPPENBETON MIT CEM II/B-S 42,5 R-NA FÜR JEDE ANWENDUNG DAS RICHTIGE PRODUKT

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1 BRÜCKENKAPPEN BRÜCKENKAPPENBETON MIT CEM II/B-S 42,5 R-NA BETON-BRÜCKE ÜBER DIE TOLLENSE - MECKLENBURG-VORPOMMERN Oberfläche Besenstrich im Jahr 2013 Oberfläche abgerieben im Jahr 2013 FÜR JEDE ANWENDUNG DAS RICHTIGE PRODUKT

2 2 Brücke zur Burg Klempenow Zur Geschichte der Burg Klempenow: Mecklenburg-Vorpommerns Norden wurde durch den Bau der BAB A 20 auch für den Tourismus weiter erschlossen. Im Rahmen dieser Baumaßnahme erfolgte unter anderem die Erneu erung der Brücke der B96 über die Tollense in unmittelbarer Nähe der Burg Klempenow. Die Burg Klempenow gehört zu den ersten adligen Nieder - lassungen aus der Zeit der deutschen Besiedlung des Landkreises Demmin. Im Jahre 1254 wurde erstmals das niedersächsische Geschlecht derer von Heydebeck im Tollenseraum erwähnt. Auf diesen Zeitpunkt wird auch der Bau der Burg Klempenow mit Innenhof, Mauer und Wehrgang als Niederungsburg auf einer Schwemmsandinsel datiert. (1) Mit dem Neubau der unterhalb der Burg liegenden Brücke wurde das Bauunternehmen W. Meyer & Co. KG Schwerin beauftragt. In Abstimmung mit dem Landesamt für Straßenbau und Verkehr war ein zusätzliches Ziel die Beurtei lung der Auswirkung der Anwendung von Kappenbeton mit NA-Zement der Festigkeitsklasse 42,5 R auf den Bau prozess sowie auf die Ausführungsqualität des Bauteils. Neben dem Einsatz von CEM II/B-S 42,5 R-NA wurde die Funktionalität zweier Ausführungsvarianten der Ober flächen - gestaltung beurteilt. (1)

3 3 Das Projekt wird durch folgende Eckdaten beschrieben: 330 kg/m 3 CEM II/B-S 42,5 R-NA Rüdersdorf Ab 2 mm nur gebrochene Gesteinskörnung (d max 16 mm) Erweiterte Prüfungen im Rahmen der WPK Oberflächenstrukturierungen mit Besenstrich bzw. abgerieben Beobachtung der Oberflächenqualität unter Nutzungs - bedingungen Kappe als Fahrrad-/Fußweg bzw. Inspektions-/ Fluchtweg In zusätzlichen Prüfungen im Rahmen der WPK Beton wurden bestimmt: Frischbetonluftgehalt im TB-Werk, vor und nach der Betonpumpe (laufende Produktion) Mikroluftporengehalt und -verteilung im Frischbeton (laufende Produktion) Festbeton-Luftporen-Kennwerte (Erstprüfung und laufende Produktion) Frost-Tausalz-Widerstand im CDF-Test (Erstprüfung und laufende Produktion) Fotografische Dokumentation (laufende Produktion) In Auswertung der durchgeführten Erprobungen wurde bestätigt: Der Frischbeton wies die für eine fachgerechte Verarbeitung erforderlichen Eigenschaften auf. Die Einhaltung der normativen Anforderungen an den Beton wurde im Rahmen der WPK nachgewiesen. Die Bestimmung der Festbeton-Luftporen-Kennwerte ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Aussage über die physikalischen Voraussetzungen für einen hohen FTSW. Gleichzeitig ist die Bewertung einer eventuellen Mörtel - anreicherung im Oberflächenbereich möglich. Die hohe Gleichmäßigkeit der Betone aus der laufenden Produktion wurde im CDF-Performance-Prüfverfahren an gesondert hergestellten Probekörpern (ZTV-ING Grenzwert g/m 2 ) bestätigt. Beide Ausführungsvarianten der Kappenoberflächen wiesen optisch eine ausreichende Griffigkeit auf. Im Ergebnis der baustellenbegleitenden Untersuchungen ist von einer Erfüllung der Herstellungs- und Nutzungsanforderungen durch den verwendeten Beton auszugehen. Optischer Eindruck der Oberflächenstrukturierung im Jahr der Herstellung abgerieben Besenstrich Optischer Eindruck der Oberflächenstrukturierung im Jahr 2013

4 4 Brückenkappen-Aufgaben Als Ingenieurbauwerke sind Brücken wichtiger Bestandteil der Infrastruktur. In Deutschland dürfte ihre Anzahl heute bei ca liegen, d. h., auf ca. 5,4 km Straße (oder auf 690 Einwohner) kommt eine Brücke. (2) Als Bestandteil der Brückenkonstruktion haben Kappen unterschiedliche Aufgaben zu erfüllen. Diese sind insbesondere: Schutz der tragenden Brückenkonstruktion (Überbau) vor Belastungen aus Nutzung und Umwelt Verankerung/konstruktiver Halt für passive Schutzeinrichtungen (Leitplanke, Geländer) Verankerung/konstruktiver Halt für passive Lärmschutzeinrichtungen Sicherung des Verkehrsraumes (Schrammbord) Flucht-/Inspektionsweg (als Außen- oder Mittelkappe) Fahrrad-/Gehweg Aus diesen unterschiedlichen Aufgaben ergeben sich Anfor - derungen, die einer sachgerechten Planung, Konstruk tion und Ausführung daher eine besondere Bedeutung zukommen lassen. Die Erstellung eines fachgerechten Bauwerkes ist eine der Grundlagen für eine dauerhafte Nutzung. Durch regelmäßige Prüfung und Überwachung des Bauwerkes sind etwa eingetretene Mängel und Schäden zu erkennen und zu bewerten, um die erforderlichen Maßnahmen ergreifen zu können. (3) Die Konstruktion einer Brückenkappe muss insbesondere nachfolgenden Kriterien genügen (4) : Verkehrssicherheit Robustheit geringe Ausführungsrisiken Funktionstüchtigkeit Dauerhaftigkeit Wirtschaftlichkeit leichte Bauwerksprüfbarkeit (DIN 1076) Erhaltungsfreundlichkeit Die Verkehrssicherheit beinhaltet auch Anforderungen an den Gleit-/Rutschwiderstand der Oberfläche. Diese können mit denen an Betonpflaster verglichen und bereits durch einfaches Abziehen der Oberflächen erfüllt werden. Abb. 1: Brückenkappe als Fahrrad-/Gehweg Abb. 2: Brückenkappe als Flucht-/Inspektionsweg (2) (3) Ingenieurbauwerke im Zuge von Straßen und Wegen Prüfung und Überwachung, DIN 1076 : (4) RiZ-ING : 2004, Richtzeichnungen für Ingenieurbauten

5 5 Brückenkappen-Anforderungen Brückenkappen, als frei bewitterte Außenbauteile, unterliegen unterschiedlichsten klimatischen und nutzungsbedingten Einwirkungen. Einen Schwerpunkt bilden dabei die Belastungen durch Frost-Tau-Wechsel sowie den Eintrag von Auftaumitteln (Abb. 3). Neben thermisch bedingten Zwangsspannungen finden auch Transport- und Lösungsvorgänge im Betongefüge statt. In ungeeignet zusammengesetzten Betonen oder nicht sachgerecht hergestellten Bauteilen können diese zur Auslösung von Schadensmechanismen führen. Statisch werden Brückenkappen kaum belastet, ausgenommen der Fall des Anpralls eines Fahrzeuges auf die Rückhaltesysteme. Auch aufgrund eines solchen Ereignisses muss ein planmäßiger Austausch der Kappe bzw. des Kappenabschnittes möglich sein. (5) Die Europäische Betonnorm unterteilt die Einwirkungen der Umgebungsbedingungen nach Expositionsklassen. Für Brückenkappen aus Beton sind diese: XC4 Karbonatisierung bei wechselnd nassen und trockenen Bauteilen XF4 Angriff durch Frost-Tau-Wechsel bei taumittel behan - delten Verkehrsflächen bzw. horizontalen Bauteilen in deren Spritzwasserbereich XM1Mäßige Verschleißbeanspruchung, z. B. durch luft - bereifte Fahrzeuge XD3 Brückenteile mit häufiger chloridhaltiger Spritzwasserbeanspruchung XA1 Chemisch schwach angreifende Umgebung WA Feuchtigkeitsklasse für Bauteile unter Taumittel - einwirkung ohne zusätzliche hohe dynamische Bean spruchung Ausgehend von den relevanten Expositionsklassen leiten sich die grundsätzlichen Anforderungen an die Ausgangs stoffe sowie die Betonzusammensetzung ab. Weiterhin sind regio nale, zum Beispiel in den klimatischen Bedingungen begründete, zusätzliche Anforderungen zu berücksichtigen. Abb. 3: Komplexe Umwelteinflüsse unter Zuführung von Auftaumittel Austrocknung Durchfeuchtung Auftaumittel Abkühlung Erwärmung (5) Springenschmid, Betontechnologie für die Praxis; Bauwerk Verlag GmbH, Berlin 2007

6 6 Beton für Brückenkappen normative Anforderungen Grundlage für die Auswahl der Ausgangsstoffe und die Zusammensetzung des Betons sowie für die Maßnahmen zur sachgerechten Verarbeitung bilden insbesondere die Festlegungen der DIN und der ZTV-ING. Ausgewählte Anforderungen werden in Tabelle 1 aufgezeigt. An die Gesteinskörnung ergeben sich aus der ZTV-ING zusätzliche Anforderungen: Organische Verunreinigungen Q 0,05 für grobe Gesteinskörnung, Q 0,25 für feine Gesteinskörnung (Sand) Kornformkennzahl mindestens SI 20 Nur enggestuft zusammengesetzte Gesteinskörnungen, Zugabe in zwei bzw. drei getrennten Korngruppen Frost-Tausalz-Widerstand im Natriumchloridverfahren 8 M.-% Für die Zementauswahl gelten die Festlegungen gemäß DIN- Fachbericht Beton für die maßgebende Expositionsklasse. M- Zemente bedürfen noch der Zustimmung durch den Auftraggeber, womit kein Verbot der Anwendung, sondern die Informationspflicht besteht. Für Kappenbetone müssen CEM III/A-Zemente einen Hüttensandgehalt 50 M.-% aufweisen. Nicht geschalte horizontale Flächen, wie Kappen, sind mit Oberflächenrüttlern abzuziehen. Die Nachbehandlung ist bis zum Nachweis von 70 % der charakteristischen Festigkeit bzw. den doppelten Werten nach Tabelle 2 der DIN durchzuführen. Aus dem Merkblatt LP-Beton sowie DIN 1045 folgt in Abhängigkeit des Größtkorns ein mittlerer Mindestluftgehalt (Tab. 2). Tabelle 2: Mittlerer Mindestluftgehalt GRÖßTKORN MITTLERER MINDESTLUFTGEHALT 1) IN VOL.-% (mm) C2/F2/F3 8 6,5 2) 3) 16 5,5 2) 3) 22 bzw. 32 5,0 2) 3) 1) Einzelwerte dürfen diese Anforderungen höchstens um 0,5 Vol.-% unterschreiten 2) Wird im Rahmen der Erstprüfung die Einhaltung der Grenzwerte für die Luft - porenkennwerte gemäß Merkblatt nachgewiesen, gilt ein um 1 Vol. % niedrigerer Mindestluftgehalt. Der Luftgehalt des Frisch betons darf für den Nachweis folgende Werte nicht übersteigen: (8 mm) 6,0 Vol. %, (16 mm) 5,0 Vol. % und (32 mm) 4,5 Vol. % 3) Der maximale Luftgehalt des Frischbetons darf den mittleren Mindestwert um maximal 4 Vol. % übersteigen In Anlehnung an das Merkblatt für Oberflächentexturen auf Fahrbahndecken folgt für die Oberflächenmörtelschicht eine maximal zulässige Stärke von 0,5-1,0 mm (Abb. 4). Tabelle 1: Anforderungen EXPO- MINDESTDRUCK- HÖCHST- MINDESTZEMENTGEHALT SITIONS- FESTIGKEITS- ZULÄSSIGER (ABSOLUT/BEI KLASSE KLASSE W/Z-WERT FA-ANRECHNUNG) XC4 C25/30 0,60 280/270 XD3 C30/37 (LP) 0,45 320/270 XF4 C30/37 (LP) 0,50 320/270 XA1 C25/30 0,60 280/270 XM1 C25/30 (LP) 0,55 300/270 Abweichende Festlegungen für Brückenkappen aus Beton im Geltungsbereich der ZTV-ING XF4/XD3 C25/30 (LP) 0,50 320/keine FA-Anrechnung Anforderungen an Luftporenkennwerte im Festbeton ART DER PRÜFUNG MIKROLUFTPORENGEHALT ABSTANDSFAKTOR A 300 L VOL.-% mm Erstprüfung 1,8 0,20 Bauwerksprüfung 1,5 0,24 Abb. 4: Oberflächentextur Feinststoffe Feinststoffe und Sand Oberflächenmörtel AUS DER FEUCHTIGKEITSKLASSE WA UND DEM MINDESTZEMENTGEHALT VON 320 kg/m 3 FOLGEN E I; E I-O; E I-OF; E I-S keine zusätzl. Anforderungen E II-O; E II-OF Verwendung von NA-Zement Gesteins- E III-S Verwendung von NA-Zement körnungen (300 < z 350 kg/m 3 ) oder Performanceprüfung E III-S (z 350 kg/m 3 ) Austausch d. Gesteinskörnung oder Performanceprüfung E III; E III-O; E III-OF Austausch d. Gesteinskörnung Feinststoffe, Sand und grobe Gesteinskörnungen Beton

7 7 Beton für Brückenkappen Aspekte der Qualitätssicherung Ausgangsstoffe Sandgehalt 30 M.-% Frost-Taumittel-Widerstand der Gesteinskörnung im NaCl-Verfahren 8 M.-% bzw. 5 M.-% Bestimmung des Korrekturfaktors der Gesteinskörnung bezüglich des Frischbeton-Luftgehaltes Auswahl der Zementfestigkeitsklasse entsprechend Rezepturkonzept Rezepturkonzept Mörtelvolumen max. 550 dm 3 /m 3, GK 16 mm Leimvolumen 290 dm 3 /m 3 plus Volumen der Luftporen W/Z-Wert 0,45 (Anforderung XD3) Sicherer, hoher LP-Gehalt im Frischbeton (vor Betoneinbau) mit Mindestluftgehalt plus 2 Vol.-% Berücksichtigung des Korrekturfaktors der Gesteinskörnung bezüglich des Frischbeton-Luftgehaltes Nassmischzeit 90 sec und Wahl einer ausreichenden Dosiermenge des LP-Mittels (z. B. 0,40 M.-% vom Zement) Qualitätsüberwachung Zusätzliche qualitätsüberwachende Maßnahmen im Rahmen der Erstprüfung und WPK, z. B.: Bestimmung des Mikroluftporengehaltes und des Abstandsfaktors (Erstprüfung) sowie der Stärke der Feinmörtelschicht Bestimmung des Blutens im Rahmen der Erstprüfung Betoneinbau Vorzugsweise Einbau mit Kübel oder Direkteinbau. Bei Einbau mit Betonpumpe besondere Kontrolle des Frischbeton-Luftporengehaltes nach Pumpe sowie der Konsistenzobergrenze Einbau des Betons innerhalb von 45 Minuten nach Eintreffen auf der Baustelle Berücksichtigung der technologischen Einbaubedingungen bei der Auswahl bzw. Beladung der Lieferfahrzeuge Verarbeitung Berücksichtigung der Bauteiltemperatur (z. B. des Überbaus) bei Betonagen in der kühleren Jahreszeit Verdichtung mit Innenrüttlern und Abziehen mit Ober - flächenverdichter ohne zusätzliche Mörtelan reicherung an der Bauteiloberfläche Kein Zusatzwasser bei der Oberflächengestaltung, z. B. beim Besenstrich Nachbehandlung Wahl einer geeigneten Oberflächengestaltung, die unter den konkreten Baubedingungen eine umgehende und nachhaltige Nachbehandlung ermöglicht, z. B. abgezo - gene Oberfläche und Abdeckung mit Jutetuch (feucht) Kein Nachbehandlungsmittel bei hoher Luftfeuchtigkeit bzw. bei (leichtem) Regen-/Nieselschauer Ursachen und Bewertung von Oberflächendefekten TIEFE URSACHE z. B. FOLGE punktuell (pop out) Gesteinskörnung optische Beeinträchtigung 0,5 mm Bluten des Betons für Dauerhaftigkeit nicht relevant 3 4 mm Mörtelanreicherung in der obersten Schicht, Oberflächenprobleme kaum Grobkorn, Sedimentation 1 2 cm Zusammensetzung des gesamten Betons Beeinträchtigung der Verkehrssicherheit bzw. der oberen Schicht und Dauerhaftigkeit des Bauteils

8 Herausgeber CEMEX Deutschland AG Frankfurter Chaussee Rüdersdorf Stand (Erstausgabe war 2008) WIR BERATEN SIE: Vertriebsbüro CEMEX Zement GmbH Frankfurter Chaussee Rüdersdorf bei Berlin Tel.: ( ) Fax: ( ) Vertrieb seit 2000 Anwendungstechnik CEMEX Zement GmbH Frankfurter Chaussee Rüdersdorf bei Berlin Tel.: ( ) Fax: ( ) Anwendungstechnik Ausgewiesene Untersuchungsergebnisse basieren auf Einzeluntersuchungen der AWT und haben nur orientierenden Charakter. Auskünfte, Ratschläge und Hinweise geben wir nach bestem Wissen. Wir haften hierfür auch für eine pflichtwidrige Unterlassung nur bei grobem Verschulden, es sei denn, eine Beratung wird im Einzelfall vom Empfänger unter Hinweis auf ihre besondere Bedeutung schriftlich erbeten und erteilt. Kundenservice-Center Telefon