Einsatz polymermodifizierter Betone im Brückenbau

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1 A. Flohr, A. Dimmig-Osburg, U. Freundt Einsatz polymermodifizierter Betone im Brückenbau Herstellung und Prüfung von polymermodifiziertem Konstruktionsbeton 27. März 214

2 Gliederung Grundlagen PCC Bauwerksbeschreibungen Ausgangsstoffe Ergebnisse 27. März 214

3 Grundlagen PCC Kunststoffmodifizierter Mörtel/Beton: Zementmörtel/Beton, dem zur Beeinflussung der Frisch- und Festbetoneigenschaften organische Stoffe (Kunststoffdispersionen, wasserdispergierbare Kunststoffpulver, wasseremulgierbare Reaktionsharze) zu gesetzt werden. Zement und Kunststoff erfüllen im Idealfall gemeinsam die Bindemittelfunktion. Je nach Zugabemenge der Kunststoffe können sich unterschiedliche Gefügetypen ausbilden. Bei den PCC nach Instandsetzungsrichtlinie werden maximal 5 % Kunststoff bezogen auf die Gesamttrockenmasse zugegeben. 27. März 214 Folie 3

4 Grundlagen PCC Mikrostruktur: Quelle: Prof. Dr.-Ing. A. Dimmig-Osburg Quelle: Aspekte der kohäsiven und adhäsiven Eigenschaften von PCC, Dissertation K. A. Bode Polymerfilme im Porengefüge von modifiziertem Beton 27. März 214 Folie 4

5 Grundlagen PCC Mikrostruktur Quelle: Aspekte der kohäsiven und adhäsiven Eigenschaften von PCC, DissertationK. A. Bode Quelle: Aspekte der kohäsiven und adhäsiven Eigenschaften von PCC, DissertationK. A. Bode verstreckte Polymerfilme im gerissenen Gefüge 27. März 214 Folie 5

6 Grundlagen PCC Beeinflussung der Dauerhaftigkeit Polymere im Betongefüge erhöhen die Dichtigkeit der Matrix höherer Eindringwiderstand gegenüber penetrierenden Medien Polymere sind beständig gegenüber betonangreifenden Säuren und Laugen höhere chem. Beständigkeit des modifizierten Betons Beeinflussung der Festbetoneigenschaften Polymere flexibilisieren die Gefügestruktur des Zementsteins Abnahme der Druckfestigkeit und des E-Moduls infolge der Polymermodifizierung zugfeste Polymerfilme überbrücken Rissufer und erhöhen so die notwendige Rissöffnungsenergie durch die geringe Teilchengröße der Kunststoffpartikel werden die Abstände zwischen benachbarten Partikeln geringer und so die spezifische Adhäsion erhöht Zunahme der Zug- und Biegezugfestigkeit infolge der Polymermodifizierung 27. März 214 Folie 6

7 Gliederung Grundlagen PCC Bauwerksbeschreibungen Herstellung des PCC Prüfung des PCC 27. März 214

8 Bauwerksbeschreibung Brücke aus PCC 27. März 214 Folie 8

9 Bauwerksbeschreibung Brücke aus PCC 27. März 214 Folie 9

10 Bauwerksbeschreibung Brücke aus PCC 27. März 214 Folie 1

11 Bauwerksbeschreibung Brücke aus PCC 27. März 214 Folie 11

12 Bauwerksbeschreibung Brücke aus PCC Verzicht auf die Dichtung im Fahrbahnbereich Einbau diverser Sensoren an exponierten Stellen Ausführung der Kappen und Flügelgesimse in Normalbeton und in Polymermodifiziertem Beton 27. März 214 Folie 12

13 Bauwerksbeschreibung Regelwerke: - Ermittlung der Frischbetonkennwerte nach DIN EN Ermittlung er Festbetonkennwerte nach DIN EN Ermittlung der Frostbeständigkeit nach BAW Merkblatt: Frostprüfung Anforderungen an die Betone: Anforderung Brückenfertigteile Kappe Festigkeitsklasse C 35/45 C 25/3 Expositionsklassen XC4, XD2, XF3 XC4, XD2, XF4 Konsistenz F3/F4 F2 Größtkorn D max 16 mm 16 mm Art der Verwendung Cl,4 Cl,4 Feuchtigkeitsklasse WF WS 27. März 214 Folie 13

14 Gliederung Grundlagen PCC Bauwerksbeschreibung Herstellung des PCC Prüfung des PCC 27. März 214

15 Herstellung des PCC Zusammensetzung des Brückenfertigteilbetons Laborbeton Werksbeton Komponente Bezeichnung Anteile Anteile Bezeichnung [kg/m³] [kg/m³] Zement CEM I 52,5 R 34, CEM I 52,5 R (ft) 34, Sand /2 Typ I 668, /2 Typ II 616, Kies 2/8 Typ I 597, 2/8 Typ II 433, Kies 8/16 Typ I 484, 8/16 Typ II 693, Zugabewasser 136, 15, Polymer Styren-Acrylat 34, Styren-Acrylat 34, Zusatzmittel PCE 4,5 PCE 4,4 27. März 214 Folie 15

16 Herstellung des PCC Zusammensetzung des Brückenkappenbetons Laborbeton Werksbeton Komponente Bezeichnung Anteile Anteile Bezeichnung [kg/m³] [kg/m³] Zement CEM I 32,5 R 34, CEM II/A 32,5 R 32, Sand /2 Typ I 672, /2 Typ II 64, Kies 2/8 Typ I 62, 2/8 Typ II 434, Kies 8/16 Typ I 487, 8/16 Typ II 712, Zugabewasser 129, 148, Polymer Styren-Acrylat 34, Styren-Acrylat 34, Zusatzmittel PCE 7,5 PCE März 214 Folie 16

17 Herstellung des PCC Zugabe der Polymere von Hand Brücke: Dispersion 27. März 214 Folie 17

18 Herstellung des PCC Herstellung der Brückenfertigteile (Durchlass) 27. März 214 Folie 18

19 Herstellung des PCC Herstellung der Brückenfertigteile (Winkelstützwände) 27. März 214 Folie 19

20 Herstellung des PCC Montage der Brückenfertigteile 27. März 214 Folie 2

21 Herstellung des PCC Betonage der Brückenkappe aus PCC 27. März 214 Folie 21

22 Gliederung Grundlagen PCC Bauwerksbeschreibung Herstellung des PCC Prüfung des PCC 27. März 214

23 Prüfung des PCC Frisch- und Festbetonkennwerte Frischbetonkennwert Ausbreitmaß [mm] Luftgehalt [%] Rohdichte [kg/m³] Temperatur [ C] Festbetonkennwert Druckfestigk. [N/mm²] stat. E-Modul [N/mm²] Rohdichte [g/cm³] Brückenfertigteile LaborWerksbeton beton ,6 2, ,5 Brückenkappe Labor- Werksbeton beton ,6 1, Brückenfertigteile LaborWerksbeton beton 7,5 67, ,34 2,38 Brückenkappe Labor- Werksbeton beton 59, 45, ,33 2, März 214 Folie 23

24 Prüfung des PCC Frost-Tau-Widerstand des Brückenfertigteilbetons (CIF-Test) Änderung dyn E-Modul [%] Abnahmekriterium 2 Fertigteilbeton (Labor) 15 Fertigteilbeton (Werk) Anzahl FTW 27. März 214 Folie 24

25 Prüfung des PCC Frost-Tau-Widerstand des Brückenfertigteilbetons (CIF-Test) 18 Abwitterung [g/m²] 15 Abnahmekriterium Fertigteilbeton (Labor) 12 Fertigteilbeton (Werk) Anzahl FTW 27. März 214 Folie 25

26 Prüfung des PCC Frost-Tausalz-Widerstand des Brückenkappenbetons (CDF-Test) 18 Abwitterung [g/m²] 15 Abnahmekriterium Abnahmekriterium Kappenbeton (Labor) 12 Kappenbeton (Werk) Anzahl FTW 27. März 214 Folie 26

27 Prüfung des PCC Frost-Tausalz-Widerstand des Brückenkappenbetons (CDF-Test) Änderung dyn E-Modul [%] Abnahmekriterium 2 Kappenbeton (Labor) 15 Kappenbeton (Werk) Anzahl FTW 27. März 214 Folie 27

28 Prüfung des PCC Prüfung des Last-Verformungsverhaltens Druckversuche Zugversuche 27. März 214 Folie 28

29 Prüfung des PCC Prüfung des Last-Verformungsverhaltens Lastregime 1 Lastregime 2 Lastregime März 214 Folie 29

30 Prüfung des PCC Last-Verformungsverhalten bei kontinuierlicher Druckbelastung bis zum Bruch (LR 1) Normalbeton Belastung [%] 1 Brücken-PCC ,4,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8, Querdehnung, e cq [ ],5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, 4,5 Längsstauchung, -e cl [ ] 27. März 214 Folie 3

31 Prüfung des PCC Last-Verformungsverhalten bei Kurzzeitbelastung mit kontinuierlicher Be- und Entlastung (LR 2) Normalbeton Belastung [%] 6 Brücken-PCC ,1,2,3,4, Querdehnung, e cq [ ],5 1, 1,5 2, Längsstauchung, -e cl [ ] 27. März 214 Folie 31

32 Prüfung des PCC Last-Verformungsverhalten bei zyklischer Druckbelastung mit 3 Lastzyklen pro Laststufe (LR 3) Normalbeton Belastung [%] 6 Brücken-PCC ,2,4,6, Querdehnung, e cq [ ],5 1, 1,5 2, 2,5 Längsstauchung, -e cl [ ] 27. März 214 Folie 32

33 Prüfung des PCC Last-Verformungsverhalten bei Kurzzeitzugbelastung mit kontinuierlicher Be- und Entlastung (LR 2) Normalbeton Brücken-PCC Stahl Belastung [%] ,5 1 1,5 2 2,5 Dehnung [ ] 27. März 214 Folie 33

34 Prüfung des PCC Last-Verformungsverhalten bei zyklischer Zugbelastung mit 3 Lastzyklen pro Laststufe (LR 3) Normalbeton Brücken-PCC Stahl Belastung [%] ,5 1 1,5 2 2,5 Dehnung [ ] 27. März 214 Folie 34

35 Prüfung des PCC temperaturkompensierten Elektrolytwiderstände Bauteil Dez 29 Kappe PCC MQ Kappe LP MQ Fahrbahnplatte asphaltseitig MQ 2 Fahrbahnplatte luftseitig MQ 2 Fahrbahnplatte kappenseitig MQ 3 Fahrbahnplatte luftseitig MQ 3 Bodenplatte Wasserseitig MQ 2 März 212 Dez 213 Vergrößerung , , , ,4 9 Juli Sept , , ,7 27. März 214 Folie 35

36 Prüfung des PCC Anstieg der temperaturkompensierten Elektrolytwiderstände (Messzeitraum 12/29 bis 12/213) 6,1 3,9 1,1 9,4 3,9 6,7 2,7 27. März 214 Folie 36

37 Prüfung des PCC Zusammenfassung Nachweis der praktischen Eignung von PCC für Verkehrsbauten Beispiel einer Brücke Herstellung des PCC unter Praxisbedingungen mit vorhandener Technik möglich Überwachung des Verhaltens in Situ durch Monitoringsystem 27. März 214 Folie 37

38 Neues wächst dann, wenn es auf Altem aufbaut, ohne bei ihm stehen zu bleiben. Peter Amendt (*1944), Franziskaner 27. März 214 Folie 38