Pilotprojekt hochfester Beton Bahnbrücke Beimerstetten. Bauausführung

Transkript

1 Bauausführung Dipl.- Ing. Mathias Scherer Regierungspräsidium Karlsruhe, Referat 43 Ingenieurbau 1

2 Inhaltsangabe (7 Abschnitte) 1. Warum Pilotprojekt Beimerstetten? /Ausgangspunkt 2. Vorstellung Bestand Brücke Beimerstetten 3. Ausschreibung Brücke Beimerstetten (beschränkte) 4. Vorgaben im LV (Auszug) für hochfester Beton, Schulung und Betonage Probeplatte(n) 6. Erkenntnisse, Bewertung und Ausblick 7. Beteiligte am Pilotprojekt 2

3 1. Ausgangspunkt für das Pilotprojekt Beimerstetten und warum das Pilotprojekt orthotrope Fahrbahnplatte Rheinbrücke Maxau muss mittelfristig ertüchtigen In Machbarkeitsstudie von 2011 wurden verschiedene Ertüchtigungsmethoden untersucht Wahl hochfester Beton der Fa. Contec International Ferroplan B105 Holland mehrere Stahlbrücken mit HFB Ferroplan B105 ertüchtigt In Holland liegt über den Einsatz Ferroplan B105 umfangreiches Wissen und Erfahrung durch mehrere ausgeführten Brückenbauwerken vor = Holländisches System Brücke Beimerstetten diente zur Erprobung für die zu planende Verstärkungsmaßnahme Rheinbrücke Maxau Umsetzung zuerst auf kleiner Brücke bei Erfolg Rheinbrücke Maxau 3

4 1. Warum Pilotprojekt Beimerstetten? Ausgangspunkt mit Brücke Beimerstetten Erfahrungen sammeln über den hochfesten Beton Ferroplan bezüglich: Herstellen des hochfesten Betons Verarbeitung des hochfesten Betons Einbau des hochfesten Beton auf einer orthotropen Stahlfahrbahnplatte Frischbetoneigenschaften (Verdichtungsmaß, Luftgehalt, Rohdichte) überprüfen/prüfen Festbetoneigenschaften (Druckfestigkeit) überprüfen/ prüfen 4

5 1. Warum Pilotprojekt Beimerstetten? Ausgangspunkt Überbau/orthotrope Fahrbahnplatte beider Brücken vergleichbar 5

6 2. Bestandsbauwerk Brücke Baujahr 1963, Brückenklasse 60 nach DIN 1072 Statisches System: Einfeldträger Orthotrope Fahrbahnplatte mit senkrechten Steifen ausgebildet und Abstand der Steifen 300 mm, Überbauquerschnittsform: Hohlkasten Stützweite:40,33m Gesamtlänge des Überbaus: 41,0m Konstruktionshöhe: 1,75m Brückenfläche Beimerstetten= ca. 430m2 Zum Vergleich Rheinbrücke Maxau: m2 (ca. 25 fache) 6

7 2. Bestandsbauwerk Brücke 7

8 3. Ausschreibung Brücke Beimerstetten beschränkte Ausschreibung Firmen wurden aufgefordert, die Ferroplan B105 Fa. Contec bereits als Industrieboden eingebaut haben Ferroplan B105 der Firma Contec hat allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Nr. Z vom 08. Mai 2012 nach Tabelle 2, Variante B (LAU-Anlagen) jedoch keine allgemeine Bauaufsichtliche Zulassung auf Straßenbrücken, daher Zustimmung im Einzelfall (ZiE) erteilt Folgende Firmen haben an der Ausschreibung teilgenommen: Firma Früh (Achern) und Firma Walo (Zürich) als ARGE Firma L. Weiss (Göppingen) Firma Strabag (Köln, Gebrüder von der Wettern) und Firma Strukton (Holland, Maarssen) als ARGE Firma Storz (Tuttlingen) und Firma Hochtief Solutions (Frankfurt) als ARGE. 8

9 3. Ausschreibung Brücke Beimerstetten Ausschreibungsunterlagen am per Mail direkt an z. g. Firmen. Die Submission am Nach Auswertung der abgegebenen Unterlagen erfolgte Beauftragung am an die Firma L. Weiss (Göppingen) 9

10 4. Vorgaben nach LV hochfester Beton, Schulung und Betonage Probeplatte(n) Anforderung nach LV an hochfesten Beton hochfester Beton d. zur Verstärkung orthotropen Platte wird als Fahrbahnbelag ohne Abdichtung eingebaut. Eingebaut wurde Ferroplan B105 gemäß bauaufsichtlicher Zulassung nach Tabelle 2 Variante B Angabe Mischungsverhältnis 1m3: nach LV 416 kg Contec Binder N 666 kg Contec Quarz B9 0,1 1,5mm 1248 kg Contec Hyperit B7 2 5mm 80 kg Stahlfasern 0,4 x 12,5mm 138 ( 145) Li. Wasser kg/m3 Contec Ferroplan (Frischbetonrohdichte) angegeben 10

11 4. Vorgaben nach LV hochfester Beton, Schulung und Betonage Probeplatte(n) Anforderungen nach Vorgabe LV an den hochfesten Beton (übernommen vom Holländisch System ) Gesteinskörnung muss widerstandsfähig gegen Alkali-Silikat-Reaktion sein Verdichtungsmaß Frischbeton DIN EN ,08 1,20 Luftgehalt im Frischbeton DIN EN < 2,0 % Frischbetonrohdichte nicht größer als 2700 kg/m3 Würfeldruckfestigkeit nach 28 Tagen min. f ck,cube,soll 105 N/mm2 erreicht werden E-Modul nach 28 Tagen N/mm2 Rissbreite max. 0,1 mm beschränkt Abwitterungsbetrag bei Frost Tausalz Widerstandsversuch 750 Gramm/mm2 nicht überschreiten 11

12 4. Vorgaben nach LV hochfester Beton, Schulung und Betonage Probeplatte(n) Schulung hochfester Beton ( ) von Contec für ausführende Firma durchführen ( 1 Tag) nach LV Vormittag theoretischen Teil Allgemeine Vorstellung hochfester Beton Welche Anwendungsmöglichkeiten gibt Erläuterungen für die Herstellung und Einbau des hochfesten Betons 12

13 4. Vorgaben nach LV hochfester Beton, Schulung und Betonage Probeplatte(n) Schulung hochfester Beton( ;1 Tag) Nachmittag praktischer Teil auf 10 m2 großen Musterstahlplatte (Quergefälle 3%) Herstellung und der Einbau des hochfesten Beton auf der bewehrten Musterstahlplatte geübt. Stahlfasern Radlade r 13

14 4. Vorgaben nach LV hochfester Beton, Schulung und Betonage Probeplatte(n) Herstellung und Betonage einer Probeplatte ( ) Einbau auf Probeplatte üben Größe von 2,5 m x 4,0 m = 10m2 Randbedingungen /Einbausituation wie auf Brücke Beimerstetten abgebildet Gesamtsystem besteht :Primer, Haftschicht Boligrip W/MB, Niederhalter, Abstandshalter, kreuzweiser Bewehrung Hochfestem Beton, ohne Dünnbelag Boligrip W24414/4 Musterzeichnung für Einbauteile 14

15 4. Vorgaben nach LV hochfester Beton, Schulung und Betonage Probeplatte(n) Betonage der Probeplatte ( ) Vorgegebene Haftzugfestigkeiten nach LV prüfen für: Primer auf Stahlplatte 7 N/mm² Boligrip W/MB auf Primer 7 N/mm² HFB auf Boligrip W/MB 3 N/mm² (nach 28 Tagen, Sollbruch im HFB nicht Boligrip) Dünnbelag auf HFB 3,5 N/mm² 32 Probewürfel herstellen; 28Tg.Würfeldruckfestigkeit min. f ck,cube,soll =105 N/mm2 (1,2,3,7,28,56 und 90 Tg.) Frischbetoneigenschaften prüfen 15

16 4. Vorgaben nach LV hochfester Beton, Schulung und Betonage Probeplatte(n) Betonage der Probeplatte ( ) im Schutzzelt Einbau Verdichten Fertiggestellt Radlader 16

17 4. Vorgaben nach LV hochfester Beton, Schulung und Betonage Probeplatte(n) Auswertung der Probeplatte: Großflächig kein Verbund zwischen hochfesten Beton und der Haftschicht Boligrip W/MB; Erkenntnis durch 34 Kernbohrungen gewonnen und Zersägen der 1. Probeplatte, Vermutung keine ausreichende Verdichtung! Kein Verbund 17

18 4. Vorgaben nach LV hochfester Beton, Schulung und Betonage Probeplatte(n) Auftraggeber forderte eine neue Probeplatte, Probeplatte muss ausgeschriebenen Anforderungen erfüllen 2. Probeplatte am betoniert. Ergebnis, wieder keine ausreichende Verdichtung und zusätzlich keine gute Verarbeitbarkeit des hochfesten Betons Anforderungen der Haftzugfestigkeit nicht erreicht. Ursache kein Verbund Verdichtung mit der Rüttelflasche und Rüttelbohle nicht ausreichend, Temperatur Anmachwasser zu hoch Auflagerung Rüttelbohle auf Holz vernichtet zu viel Verdichtungsenergie, Holz dämpft, Auflagerung besser auf Stahl 18

19 4. Vorgaben nach LV hochfester Beton, Schulung und Betonage Probeplatte(n) Betonage der 3. Probeplatte ( ) auf der Baustelle Erkenntnisse der 1. und 2. Probeplatten berücksichtigt Anmachwasser Temperatur 14 C Besser Verbund zwischen dem hochfesten Beton und der Haftschicht Boligrip W/MB sollte durch neue pneumatische Hochfrequenz Rüttelbohle erfolgen Abschalung der Probeplatte mit Stahlblechen, keine Holzteile Ausgangsstoffe zur Betonage HFB nicht als Sackware (a 25 kg) sondern vorgewogene BigBags Vornässen der Epoxid-Bauxit-Schicht Betontemperatur 20 C 19

20 4. Vorgaben nach LV hochfester Beton, Schulung und Betonage Probeplatte(n) Betonage der 3. Probeplatte ( ) auf der Baustelle 20

21 4. Vorgaben nach LV hochfester Beton, Schulung und Betonage Probeplatte(n) Betonage der 3. Probeplatte ( ) auf der Baustelle Messergebnisse erfüllten alle ausgeschriebenen Anforderungen an den hochfesten Beton sowie vorgegebene Haftzugfestigkeiten Nun konnte die Betonage auf der Brücke durchgeführt werden. 21

22 Einbaudetails für den hochfesten Beton auf Brücke 22

23 Einbaudetails für den hochfesten Beton auf Brücke Aufbau hochfester Beton auf orthotroper Fahrbahnplatte aus Stahl (Dicke ca. 70 mm) Epoxidharz/Bauxit = Haftschicht 23

24 Einbaudetails für den hochfesten Beton auf Brücke 24

25 Entfernen des Belags und Abdichtung 25

26 Alle Arbeiten im Schutzzelt unabhängig von der Witterung Zwei Bauabschnitte um Längsfugen für die Betonage zu berücksichtigen. 26

27 Untergrundvorbereitung (Kugelstrahlen) SA 2 ½ 27

28 Einbau Niederhalter Aufkleben der Niederhalter im Abstand von 0,60/1,20m vollflächig Stahl auf Stahl mit einem 2 K-Kleber 28

29 Einbau Primer Hempadur um Rostbildung vermeiden Aufbringen Hempadur mit der Rolle und vorab um die Niederhalter mit Pinsel. 29

30 Einbau Haftschicht Boligrip W-MB Aufbringen des Epoxidharzes Boligrip W/MB mit kalzinierten Bauxit ab gestreut. Sollschichtdicke für das Epoxidharz 2,5 bis 3,0 mm, Bauxitschicht 4-6 mm Gesamtschichtdicke ca. 7 mm. 30

31 Einbau und Ausrichten Abstandshalter und Bewehrung mit Hilfe der Abstandshalter Einbau Abstandshalter auf Epoxid/Bauxitschicht. Abstandshalter im Abstand von 60 x 60 cm einschließlich je 2 Durchmesser 8er Eisen (Länge 10m) eingebaut. Abstandshalter höhenverstellbar. Bewehrungsraster 7,5 cm x 7,5 cm Längsbewehrung untere Lage Querbewehrung oberste Lage 31

32 Einbau und Ausrichten Abstandshalter und Bewehrung mit Hilfe der Abstandshalter Bewehrung vor Betonieren höhenmäßig überprüft Betondeckung mindestens 20 mm höchstens 25 mm 32

33 Betonieren des 1. Bauabschnittes ( ,8:45 bis18:24 ) Herstellung HFB Mit zwei Mischern Fassungsvolumen von 800 dm3, Typ ESK 800 Odenwald Mischtechnik, Ansatzvolumen jeweils 500 dm3, insgesamt 25 Mischungen 33

34 Betonieren des 1. Bauabschnittes ( ,8:45 bis18:24 ) Prüfungen und Herstellung HFB (Fremd - und Eigenüberwachung) Temperatur des Wassers 14 C Ausrüstungsteile zur Überprüfung Frischbetoneigenschaften 34

35 Betonieren des 1. Bauabschnittes ( ,8:45 bis18:24 ) Luftporengehalt < 2 Vol.-% Verdichtungsmaß c (-) 1,08 1,20 35

36 Betonieren des 1. Bauabschnittes ( ,8:45 bis18:24 ) Probewürfel und Probezylinder herstellen 36

37 Betonieren des 1. Bauabschnittes ( ,8:45 bis18:24 ) Tabellenwerte für die Mischungen 1 bis 9 auszugsweise (insgesamt 1. BA 25 Mischungen hergestellt) 37

38 Betonieren des 1. Bauabschnittes ( ,8:45 bis18:24 ) Tabellenwerte für die Mischungen 1 bis 9 auszugsweise (1. BA 25 Mischungen hergestellt) -nach Mischvorgang Frischbetonprüfung durchgeführt -in Ordnung dann Freigabe von Hr. Dr. Konopka ÖBP Stuttgart freigegeben zum Einbau Sämtliche Soll Werte Frischbetoneigenschaften wurden eingehalten!!! Mischungen Werte nicht eingehalten nicht verwendet (2 Mischungen)!!! 38

39 Betonieren des 1. Bauabschnittes ( ,8:45 bis18:24 ) Vornässen HFB Vornässen in Abhängigkeit des Baufortschrittes (hier 1. BA) 150g/m2 39

40 Betonieren des 1. Bauabschnittes ( ,8:45 bis18:24 ) Einbau HFB max. Verarbeitungsdauer des hochfesten Betons 60 Minuten 40

41 Betonieren des 1. Bauabschnittes ( ,8:45 bis18:24 ) Verdichten HFB pneumatische Hochfrequenz Rüttelbohle und Rüttelflasche Durchmesser 38mm (Ø 38 damit die Rüttelflasche zwischen die Bewehrung passt) 41

42 Betonieren des 1. Bauabschnittes ( ,8:45 bis18:24 ) Hochfester Beton auf ganzer Länge 42

43 Betonieren des 1. Bauabschnittes ( ,8:45 bis18:24 ) Nachbehandlung (Flügelglätten und Nachbehandlung) Verdunstungsschutz unmittelbar nach dem Betonieren aufgesprüht Danach Glätten HFB und weiterer Auftrag des Verdunstungsschutzmittels jeweils eine Menge von 150g/m2 aufgetragen. Sehr kurzer Zeitabstand (Abhängig von der Außentemperatur) zwischen Einbau HFB und Flügelglätten Abschluss der Nachbehandlung aufbringen einer Folie 43

44 Aufbringen Verschleißschicht Boligrip (Dünnbelag) Kugelstrahlen (nach der Betonage HFB) Frühestens nach 36 Stunden (bei C) Druckfestigkeit min.35n/mm2 Oberfläche trocken/staubfrei 44

45 Aufbringen Verschleißschicht Boligrip (Dünnbelag) Epoxid auftragen Aufbringen Verschleißschicht Boligrip (Dünnbelag) Bauxit aufstreuen per Handeinbau 45

46 Endzustand Verschleißschicht Boligrip (Dünnbelag) Haftzugfestigkeit 3,5 N/mm² und Ebenheitsanforderung von 3mm auf 3 Meter eingehalten 46

47 Haftzugfestigkeitsprüfung 1. BA HFB auf der Boligrip W/MB-Schicht Sollbruch im HFB und nicht in der Haftschicht Forderung im Alter von 28 Tagen mindestens 3 N/mm² wurde eingehalten (Prüfung am , Betonage 2. BA) 47

48 Kurze ZUSAMMENFASSUNG: zur Bauzeit und Menge der verarbeiteten Materialien Baujahr: 2014; Bauzeit: 6 Monate (inkl. der Probeplatten) Hergestellt bzw. verarbeitet wurden 1 Stk. Musterplatte + 3 Stk. Probeplatten 270 qm Korrosionsschutz + Haftschicht zwischen orthotroper Fahrbahnplatte und hochfestem Beton aufgetragen Stk. Abstandshalter und Niederhalter verbaut 6,5 t Bewehrungsstahl verlegt 21 cbm hochfester Beton Typ Ferroplan eingebaut 270 qm Dünnschichtbelag Typ Boligrip aufgetragen 126 Probewürfel und 18 Probezylinder für Auftraggeber hergestellt Prüfung der Würfeldruckfestigkeit durch MPA KA 48

49 6. Erkenntnisse, Bewertungen und Ausblick Üben Betonage auf einer Probeplatte unbedingt erforderlich bevor Einbau auf zu verstärkenden Brücke erfolgt Bei Handeinbau Betonherstellung/Dosierung nicht mit Sackware (a`25 kg) sondern Big-Bags (a`550 kg-636 kg) Sackware zeitaufwändiger und fehleranfälliger Handeinbau drei baugleiche Mischer, zwei zur Herstellung HFB, einer Ersatz Temperatur Anmachwasser 14 C Temperatur Frischbeton 20 C mittlere Frischbetonrohdichte kg/m³ mit Standartabweichung 20 kg/m³ (Auffassung RP KA) Luftporengehalt HFB 1,5 Vol. % - 2,0 Vol. % (Auffassung RP KA) Geforderte Frischbetonrohdichte nach LV wurde in allen 43 Mischungen eingehalten Anforderungen der Frischbetoneigenschaften nach LV in allen Fällen eingehalten 49

50 6. Erkenntnisse, Bewertungen und Ausblick Vornässen der Epoxidharz-kalzinierten Bauxit-Schicht Verarbeitungsdauer hochfester Beton unter 60 Min. Hochfester Beton unmittelbar nach Schüttung und Verteilung mit Rüttelflasche und pneumatische Hochfrequenz Rüttelbohle verdichten Würfeldruckfestigkeit nach 28 Tagen f ck,cube,soll = 105 N/mm2 3. Probeplatte und 1. BA erreicht. Würfeldruckfestigkeit 2. Bauabschnitt f ck,cube,soll = 97 N/mm2 geringfügig unterschritten, Nacherhärtung (55 Tagen) ganz wichtig!!! gewissenhafte Ausführung durch qualifiziertes Personal gutes Resultats QS-Plan unbedingt ausarbeiten, der alle erforderlichen Schritte Baudurchführung enthält Ergebnis: Machbarkeit wurde vollständig erreicht 50

51 6. Erkenntnisse, Bewertungen und Ausblick Alle gewonnenen Erkenntnisse fließen in die weitere Planung für die Rheinbrücke Maxau ein. 51

52 6. Erkenntnisse, Bewertungen und Ausblick Ertüchtigung der Rheinbrücke Maxau vsl. in 2018 Ausführung erfolgt erneut unter Beantragung einer ZiE geschätzte Baukosten für die Ertüchtigung rund 10 Mio. Euro (Kosten für Ersatzneubau 50 Mio. Euro) Bauzeit für HFB vsl. 9 Monate mit Vollsperrtagen Einbau (Verdichtung) HFB mit Fertiger nicht von Hand 52

53 Bauherr: Entwurfsplanung: Ausführungsplanung: Prüfingenieur: Auftragnehmer: Pilotprojekt hochfester Beton 7. Beteiligte am Pilotprojekt Brücke Beimerstetten. Land Baden-Württemberg, RP Tübingen; Kostenbeteiligung durch BMVI Regierungspräsidium Karlsruhe/Tübingen mit der Ingenieurgruppe Bauen, Karlsruhe Bechert + Partner, Stuttgart Dr.-Ing. Dietmar H. Maier, Karlsruhe Leonhard Weiss, Göppingen hochfester Beton Contec International, Bad Waldsee, Betontechnologische Begleitung Dr. Ing Konopka, HFT Stuttgart ÖBP Frischbetonprüfung durch BBQ Bautechnik, Stuttgart Betontechnologische Begleitung: für den Entwurfsplaner MPA Karlsruhe, Prof. Dr.-Ing. Müller 53

54 7. Beteiligte am Pilotprojekt Brücke Beimerstetten. Bauüberwachung/Bauleitung: Land Baden-Württemberg, RP Tübingen Baureferat Mitte Ehingen und RP Karlsruhe, Referat 43 Belastungsmessungen und : Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), rechnerische Kontrolle für Verbund- Bergisch-Gladbach verhalten hochfester Beton und orthotroper Platte mit LAP Stuttgart /Dresden und MPA Stuttgart Unterstützung hochfester Beton: für RP Karlsruhe Rijkswaterstaat, oberste Straßen- und Wasserbaubehörde der Niederlande, Utrecht Bildmaterial: Fa. Leonhard Weiss, Göppingen und Regierungspräsidium Karlsruhe 54

55 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 55