Qualifizierte Ausgangsstoffe für den Betonstraßenbau

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1 Qualifizierte Ausgangsstoffe für den Betonstraßenbau Christoph Müller, VDZ ggmbh, Düsseldorf Forschungskolloquium Betonstraßenbau am 11. und 12. Dezember 2014 in Dresden

2 AGENDA 1 Fahrbahndeckenzemente 2 Alkali-Kieselsäure-Reaktion (WS) 3 Zusammenfassung 2

3 AGENDA 1 Fahrbahndeckenzemente 2 Alkali-Kieselsäure-Reaktion (WS) 3 Zusammenfassung 3

4 Anteil der Zementart in % share of cement production in % Entwicklung der Zementarten in Deutschland (Inlandversand) CEM I CEM II CEM III others andere Quelle: VDZ

5 Anteil der Zementart in % share of cement production in % Entwicklung der Zementarten in Deutschland (Inlandversand) CEM I CEM II CEM III others andere Quelle: VDZ

6 Entwicklung der Zementarten Selbstverpflichtung zum Klimaschutz / CO 2 -Emissionshandel Verfügbarkeit der Ausgangsstoffe Akzeptanz in der Baupraxis - Sondereigenschaften: NA, SR, LH akzeptiert - Im üblichen Hochbau akzeptiert Estriche Industriebetonböden bzw. vergleichbare Bauteile Brückenkappen Betonstraßenbau 6

7 Zemente für Betondecken auf BAB Auswertung der BASt Zement Anzahl der Zemente in Abhängigkeit des Jahres ,5 R (93%) (65%) (55 %) (65 %) (51 %) (29 %) (0 %) (6 %) (0 %) (0 %) CEM I 42,5 N ,5 R ,5 N CEM II/A-S 42,5 4 (N) CEM II/B-S 42,5-1 CEM II/B-S 32,5 R 2 CEM III/A 42,5 N Summe Anforderung Alkaligehalt z.b. für CEM I 1,0 bis ab 5/ 6/ ,0 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 - Standardzement: CEM I 42,5 anstatt CEM I 32,5 R, auch 52,5 N - teilweise zunehmend: CEM II/A- und B-S-Zemente, 1 CEM III/A, kein CEM II/-T und A-LL

8 Anforderungen an Fahrbahndeckenzemente Regelung TL Beton-StB 07 Standardzement CEM I 32,5 R oder 42,5 N 32,5 R mit zusätzlichen Anforderungen - Wasseranspruch 28 M.-% - 2-Tage-Druckfestigkeit 29 N/mm² - Mahlfeinheit 3500 cm²/g In Abstimmung mit dem Bauherrn ohne zusätzliche Anforderungen (32,5 / 42,5) - CEM II/A-S oder CEM II/B-S - CEM II/A-T oder CEM II/B-T - CEM II/A-LL - CEM III/A (min 42,5 N) Alle Zemente Erstarrungsbeginn 120 Minuten Na 2 O-Äquivalent gemäß Tabelle 2 TL Beton z. B für CEM I 0,80 M.-% 8

9 Betondruckfestigkeit Mittelwerte 4 CEM X und 4 CEM X 80 Druckfestigkeit in N/mm² CEM II / CEM III -Zement CEM I -Zement Lagerungsdauer in Tagen X X

10 Betondruckfestigkeit Mittelwerte 4 CEM I und 4 CEM II / CEM III 80 Druckfestigkeit in N/mm² CEM II / CEM III -Zement CEM I -Zement Lagerungsdauer in Tagen

11 Relative Betondruckfestigkeit ( r-wert ) Relative Betondruckfestigkeit... 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 w/z = 0,50-0,60 z = 300 bis 320 kg/m³ CEM I 32,5 R CEM II/A-S 42,5 N CEM II/A-LL 32,5 R CEM II/B-S 42,5 N CEM II/B-T 42,5 N CEM II/B-M (S-LL) 32,5 R CEM II/B-M (V-LL) 32,5 R CEM III/A 42,5 N CEM III/A 32,5 N Alter in Tagen Oberflächentemp. (Frischbetontemp.) in C r = f cm2 /f cm28 0,15 0,30 0,50 Mindestdauer der Nachbehandlung in d nach DIN *) 25 2 (4) 2 (2) 1 (1) 25 > 15 4 (4) 2 (2) 1 (1) 15 > 10 7 (7) 4 (4) 2 (2) 10 > 5 10 (14) 6 (8) 3 (4) *) Werte für Expositionsklassen außer X0, XC1 und XM; (...) Werte für XC2, XC3, XC4 und XF1

12 Anforderungen an Fahrbahndeckenzemente Regelung TL Beton-StB 07 Standardzement CEM I 32,5 R oder 42,5 N 32,5 R mit zusätzlichen Anforderungen - Wasseranspruch 28 M.-% - CEM I Diskussionsvorschlag Neuregelung Standardzemente (i.d.r. 42,5 N oder R) ohne zusätzliche Anforderungen - 2-Tage-Druckfestigkeit 29 N/mm² - CEM II/A-S oder CEM II/B-S - Mahlfeinheit 3500 cm²/g - CEM II/A-LL In Abstimmung mit dem Bauherrn ohne zusätzliche Anforderungen (32,5 / 42,5) - CEM II/A-S oder CEM II/B-S - CEM II/A-T oder CEM II/B-T - CEM II/A-LL - CEM III/A (min 42,5 N) In Abstimmung mit dem Bauherrn ohne zusätzliche Anforderungen (i.d.r. 42,5) - CEM II/A-T oder CEM II/B-T - CEM III/A (min 42,5 N) Alle Zemente Erstarrungsbeginn 120 Minuten Na 2 O-Äquivalent gemäß Tabelle 2 TL Beton z. B für CEM I 0,80 M.-% 13

13 AGENDA 1 Fahrbahndeckenzemente 2 Alkali-Kieselsäure-Reaktion (WS) 3 Zusammenfassung 15

14 Dehnung in mm/m Dehnung in mm/m 60 C-Betonversuch - Einfluss der Alkalizufuhr Gesteinskörnung A Gesteinskörnung B 0,8 Wasser 0,8 3%ige NaCl-Lösung 0,6 10%ige NaCl-Lösung 0,6 0,4 0,2 CEM I 42,5 N Na 2 O-Äquivalent = 0,80 M.-% z = 430 kg/m³ w/z-wert = 0,42 LP = 5,5 0,5 Vol.-% 30 Vol.-% Sand 0/2 mm 70 Vol.-% Splitt 5/8 mm 0,4 0,2 CEM Na 2 O z = 4 w/z-w LP = 30 V 70 V 0, , Lagerungsdauer in Tagen Lagerungsdauer in Tagen 16

15 Betone praxisgerecht prüfen und bewerten 19

16 AKR-Schadenskategorien Schadenskategorie I II III Schadensmerkmalen Verfärbung im Bereich der Querfugen/Fugenkreuze (i. A. beginnend im Fugenkreuz) keine über Schwindrisse hinausgehende Rissbildung ausgeprägte Verfärbung im Bereich der Fugen Rissbildungen in Fugenkreuzbereichen beginnende bis ausgeprägte Netzrissbildung ggf. Längs- und Querrisse an den Querfugen ggf. zusätzliche Längsrissbildung in Rüttelgassen, noch kein Substanzverlust ausgeprägte Verfärbung im Bereich der Fugen sehr ausgeprägte Rissbildung (häufig mit Verfärbungen) ggf. Kantenschäden und/oder Eckabbrüche ggf. Substanzverlust, z. B. Verschotterung

17 Informationen zu den untersuchten Autobahnlosen und Einordnung in eine Schadenskategorie Alter bei Probenahme in Jahren Verfärbung der Fuge Netzrisse Längs- und Querrisse Autobahnlos Entnahmestelle Schadenskategorie Substanzschäden FS n. e. ja ja FS III n. e. ja Längsrisse, ja - Querrisse vereinzelt FS n. e. ja ja FS ja ja ja ja starke 5 12 SS ja nein nein Rissbildung II FS n. e. ja Längsrisse nein FS nein ja leichte Längsrisse nein ja, geringe FS nein nein nein Rissbildung I FS nein nein nein Schwindrisse FS nein nein nein FS kein Schaden nein sehr feine Schwindrisse nein nein

18 WS-Grundprüfung und AKR-Performance-Prüfung bei Feuchtigkeitsklasse WS Bewertung der Alkaliunempfindlichkeit von Gesteinskörnungen mit Korngruppen d 2 mm bzw. von Beton bei der Feuchtigkeitsklasse WS 60 C-Betonversuch mit Alkalizufuhr von außen Vorlagerung Wechsellagerung Zyklus 1 (14d) Zyklus 2 1 d 20 C 100 % 6 d 20 C 100 % 14 d 20 C 65 % 6 d 60 C 100 % 1 d 20 C 100 % 5 d 60 C Ofen 2 d 20 C NaCl* 6 d 60 C 100 % 1 d 20 C 100 % 5 d 60 C Ofen Alter in Tagen * z. B. 3 oder 10 %ige Prüflösung 22

19 Dehnung von jeweils zwei Bohrkernhäften [mm/m] Bohrkernhälften aus Fahrbahndecken im 60 C-Betonversuch - 3%ige NaCl-Lösung 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Zeit [Tag] BK0 BK1 BK2 BK3 BK4 BK5 BK6 BK7 BK8 BK9 BK10 BK11 Schadenskategorie III Substanzverlust (Verschotterung) Schadenskategorie II beginnende und ausgeprägte Risse Schadenskategorie I Verfärbung im Bereich der Querfugen/Fugenkreuze bzw. Schwindrisse kein Schaden 24

20 Dehnung in mm/m 60 C-Betonversuch mit Alkalizufuhr 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Bohrkern aus Oberbeton (D > 8) BAB A5 Richtung Karlsruhe, Km 631,0 Baujahr 1988 Bohrkernentnahme 2006 Bohrkernalter 18 Jahre Zustand der Fahrbahndecke keine Schäden leichte Netzrisse 0, Lagerungszeit in Tagen 27

21 BAB A5 Richtung Karlsruhe, Km 631, Fotos: Siegfried Riffel, 2006

22 30 BAB A5 Richtung Karlsruhe, Km 631,0 2014; Foto: Siegfried Riffel

23 Dehnung in mm/m WS-Grundprüfung von Splitt 60 C-Betonversuch mit Alkalizufuhr 1,0 0,8 0,6 10 % NaCl-Lösung 3 % NaCl-Lösung CEM I 42,5 N Na 2 O-Äqu. = 0,81 M.-% z = 430 kg/m³ w/z-wert = 0,45 LP = 6,7 % 0,4 0,2 30 Vol.-% WS-Prüfsand 0/2 35 Vol.-% Splitt 2/5 35 Vol.-% Splitt 5/8 (SPV 8/16 = 1,1 mm/m) 0, Betonalter in Tagen 32

24 AGENDA 1 Fahrbahndeckenzemente 2 Alkali-Kieselsäure-Reaktion (WS) 3 Zusammenfassung 33

25 Zusammenfassung: Fahrbahndeckenzemente Zemente mit mehreren Hauptbestandteilen sind ein Kernelement nachhaltiger Zementproduktion in Deutschland: Potentiale im Betonstraßenbau stärker nutzen Keine unnötigen Restregelungen ; besser: Anwendungsregeln Anforderungen an Ausgangsstoffe mit nachgewiesenem Zusammenhang zu Betoneigenschaften Wenn möglich: Nachweis der Leistungsfähigkeit am Beton 34

26 Zusammenfassung: Feuchtigkeitsklasse WS Mit WS-Grundprüfungen kann die Alkaliunempfindlichkeit grober Gesteinskörnungen praxisgerecht nachgewiesen werden. Mit AKR-Performance-Prüfungen kann die Alkaliunempfindlichkeit von Betonen praxisgerecht nachgewiesen werden. Schnelle Bewertung durch eine Bestätigungsprüfung bei bestandener WS-Grundprüfung oder AKR-Performance-Prüfung Praxisnahe Festlegung der Beurteilungskriterien durch Untersuchungen an Bohrkernen aus Betonfahrbahndecken 35

27 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Dr.-Ing. Christoph Müller VDZ ggmbh