Lärmarmes Betonsteinpflaster

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1 Lärmarmes Betonsteinpflaster 13. Münchener Baustoffseminar am 15. März 2016 Jens Skarabis, Christoph Gehlen, Dirk Lowke, Francisco Durán 1 Foto: Müller-BBM 2 1

2 Nationales Innovationsprogramm Straße Förderschwerpunkt Leise innovative Fahrbahndecke aus Beton und auf Kunststoffbasis Teil A: Teil B: Oberflächentextur gefügedichte Betonpflastersteine Optimale Porenstruktur und Dauerhaftigkeit offenporiger Betonpflastersteine Teil C: Kantenform und Kantenorientierung Teil D: Verlegeprozess 3 Gliederung 1. Das Reifen/Fahrbahn-Geräusch 2. Entwicklung offenporiger Betone im Labor 3. Herstellung von Betonsteinpflaster im Werk 4. Demonstrator 5. Zusammenfassung 4 2

3 Das Reifen/Fahrbahn-Geräusch Mechanische Anregung Aerodynamische Anregung Schallabstrahlung (Horneffekt) Quelle: Müller-BBM 5 Das Reifen/Fahrbahn-Geräusch SPB-Messung (Statistical Pass-By) Referenzwert: 85,2 db(a) bei v = 120 km/h Quelle: BASt 6 3

4 Gliederung 1. Das Reifen/Fahrbahn-Geräusch 2. Entwicklung offenporiger Betone im Labor 3. Herstellung von Betonsteinpflaster im Werk 4. Demonstrator 5. Zusammenfassung 7 Vorgehensweise Untersuchungen an ungebundenen Gemischen Glaskugeln Gesteinskörnung Untersuchungen an gebundenen Gemischen Einschichtig Zweischichtig 8 4

5 Untersuchungsmethoden Hohlraumgehalt: Packungsdichte nach de Larrard V V Korn Gemisch Experimentelle Packungsdichte [ ] Packungsdichte Hohlraumgehalt Experimenteller Hohlraumgehalt [Vol. %] Anteil feine Partikel [Vol. %] 9 Untersuchungsmethoden Schallabsorptionsgrad: Impedanzmessung Schallabsorptionsgrad α [ ] Maximaler Schallabsorptionsgrad Frequenz bei Maximum Halbwertsbreite (Frequenz- Bandbreite bei halbem Schallabsorptionsgrad) Frequenz [Hz] Einflussgrößen: Hohlraumgehalt, Tortuosität, Schichtdicke 10 5

6 Glaskugeln Einkorngemische: 2 bis 8 mm Schallabsorptionsgrad α [-] Einzelne Kugelklassen Schallabsorptionsgrad Hohlraumgehalt Experimenteller Hohlraumgehalt [Vol.-%] Durchmesser Glaskugeln [mm] 11 Glaskugeln Zweikorngemisch: 8 mm mit 2 mm Schallabsorptionsgrad α [ ] Schallabsorptionsgrad Hohlraumgehalt Experimenteller Hohlraumgehalt [Vol. %] Anteil Glaskugeln mit d = 2 mm Großer Einfluss der feinen Poren ca % feine Partikel optimal 12 6

7 Glaskugeln Zweikorngemisch: 8 mm mit 5 mm Schallabsorptionsgrad α [-] Schallabsorptionsgrad Hohlraumgehalt Experimenteller Hohlraumgehalt [Vol.-%] Anteil Glaskugeln mit d = 5mm 50 % Korndurchmesser 5 mm für maximale Schallabsorption 13 Gesteinskörnung grobe und feine Gesteinskörnung: 5/8 und 0/2 Schallabsorptionsgrad α [-] Schallabsorptionsgrad Hohlraumgehalt Experimenteller Hohlraumgehalt [Vol.-%] Anteil 0/2 [Vol.-%] Bei guter Zusammensetzung des Grobkorns nur wenig Sand nötig 14 7

8 Beton: einschichtig Einfluss Sandgehalt Schallabsorptionsgrad α [-] Schallabsorptionsgrad Hohlraumgehalt Anteil 0/2 [Vol.-%] Experimenteller Hohlraumgehalt [Vol.-%] Vorversuche an ungebundenem Material sind übertragbar Zugabe von Sand 5 % für hohe Schallabsorption 15 Beton: einschichtig Einfluss Sandgehalt Schallabsorptionsgrad α [-] Schallabsorptionsgrad Hohlraumgehalt Experimenteller Hohlraumgehalt [Vol.-%] Druckfestigkeit [N/mm²] Druckfestigkeit Hohlraumgehalt Experimenteller Hohlraumgehalt [Vol.-%] Anteil 0/2 [Vol.-%] Anteil 0/2 [Vol.-%] Kompromiss zwischen Schallabsorption und Festigkeit 16 8

9 Beton: zweischichtig Zement (CEM II/A S 42,5 R) Vorsatz (3 cm) 352 0, Kern (7 cm) 308 0, Fließmittel: 0,25 M. % v. Z. w/z Leimgehalt [kg/m³] [ ] [dm³/m³] Natursand 0/4 Gesteinskörnung Edelsplitt 1/3 gebr. Kies 5/8 [kg/m³] (Vol. %) (5) (95) (5) (95) 17 Beton: zweischichtig Schallabsorptionsgrad α [-] Schallabsorption des zweischichtigen Steines setzt sich aus der Absorption des Kerns und des Vorsatzes zusammen. 18 9

10 Dauerhaftigkeit: CDF-Test Temperatur [ C] Frost Tau Wechsel pro 24 h 1 Frost-Tau-Wechsel Zeit [h] 19 Dauerhaftigkeit: CDF-Test 20 10

11 Dauerhaftigkeit: CDF-Test 5/8 + 1/3 Vor Frost Nach 28 FTW Abwitterungen nach 28 FTW deutlich unter 1500 g/m² Hoher Frost-Tausalz-Widerstand bei offenporigen Betonen möglich 21 Gliederung 1. Das Reifen/Fahrbahn-Geräusch 2. Entwicklung offenporiger Betone im Labor 3. Herstellung von Betonsteinpflaster im Werk 4. Demonstrator 5. Zusammenfassung 22 11

12 Herstellung von Betonsteinpflaster im Werk Hohlraumgehalt: zwischen 19 und 22 Vol.-% Schallabsorption: zwischen 0,7 und 0,8 Gute Übertragbarkeit von Labor- und Werksversuchen Zement (CEM II/A S 42,5 R) Vorsatz (1 cm) 335 0, Kern (7 cm) 352 0, Fließmittel: rd. 0,50 M. % v. Z. w/z Leimgehalt [kg/m³] [ ] [dm³/m³] Natursand 0/4 Gesteinskörnung Edelsplitt 1/3 gebr. Kies 5/8 [kg/m³] (Vol. %) 1580 (100) (5) (95) 23 Frost-Tausalz-Widerstand (CDF-Test) Vor Frost Nach 56 FTW 24 12

13 Frost-Tausalz-Widerstand (Anlehnung Slab-Test) Prüflösung 1 Frost-Tau-Wechsel pro 24 h Nach 28 FTW: 270 g/m² Druckfestigkeit [N/mm²] ,6 Vor Frost 36,1 Nach 28 FTW Hoher Frost-Tausalz-Widerstand auch bei im Werk hergestellten Steinen 25 Gliederung 1. Das Reifen/Fahrbahn-Geräusch 2. Entwicklung offenporiger Betone im Labor 3. Herstellung von Betonsteinpflaster im Werk 4. Demonstrator 5. Zusammenfassung 26 13

14 Demonstrator Stadt Melle in Niedersachsen Fläche: 500 m² Fotos: SF-Kooperation Vorhandene Schottertragschicht Einbau der Steine nach ECOPREC -Bauweise (3,5 cm bituminös gebundenes Bettungsmaterial) Diagonale Verlegung der Steine 27 Demonstrator Fotos: SF-Kooperation Verdichtung mit Rüttelplatte Fugenmaterial: Splitt 1/

15 Demonstrator Akustische Eigenschaften 29 Demonstrator Akustische Eigenschaften Fotos: SF-Kooperation Statistische Vorbeifahrt 30 15

16 Demonstrator Akustische Eigenschaften L AF, max [db(a)] Referenzwert, 120 km/h v[km/h] 31 Demonstrator Akustische Eigenschaften L AF, max [db(a)] Referenzwert, 120 km/h Geschwindigkeitsexp. 2, v[km/h] Referenzkurve RLS 90 Geschwindigkeitsexp. 3,

17 Demonstrator Akustische Eigenschaften L AF, max [db(a)] v[km/h] Referenzwert, 120 km/h Geschwindigkeitsexp. 2,5 Referenzkurve RLS 90 Geschwindigkeitsexp. 3,5 Offenporiges Betonsteinpflaster Im Mittel aller Vergleiche ergibt sich ein D StrO -Vergleichswert von -7,6 db(a) 33 Zusammenfassung Gute Übertragbarkeit Schallabsorptionsgrad α [ ] Experimenteller Hohlraumgehalt [Vol. %] Hoher Frost- Tausalz-Widerstand Nur geringe Anteile an feiner Gesteinskörnung erforderlich (Optimum: 5/8 + 5% Sand) D StrO -Vergleichswert von -7,6 db(a) Referenzwert, 120 km/h Geschwindigkeitsexp. 2,5 Referenzkurve RLS 90 Geschwindigkeitsexp. 3,5 Offenporiges Betonsteinpflaster 34 17