Offenporige Betone im Straßenbau neue Entwicklungen

Transkript

1 neue Entwicklungen Dr.-Ing. Norbert Ehrlich (VDZ/GVB) Dr.-Ing. Marko Wieland (BASt) Forschungskolloquium Betonstraßenbau Dresden 11./

2 Gliederung 1. Einleitung 2. Motivation und Zielsetzung 3. Forschungsvorhaben Einsatz von offenporigem Beton für Verkehrsflächen der Bauklasse Bk Untersuchungen und erste Ergebnisse 5. Ausblick

3 1. Einleitung Oberflächentexturen von Betonfahrbahndecken im Bestand Besenstrich, Jutetuch und Kunstrasen (Texturierung im Oberflächenmörtel) Waschbeton (Ausbürsten des Mörtels und Freilegung der Gesteinskörnung) seit 2006 Regelbauweise dauerhafte Griffigkeit Lärmminderung Quelle: wirtgen-group.com Quelle: wirtgen-group.com

4 1. Einleitung Rollgeräuschentstehung mechanische Anregung aerodynamische Anregung Horneffekt

5 1. Einleitung Lärmmindernde, dichte Fahrbahnoberflächen Waschbetonbauweise besitzt ein begrenztes Lärmminderungspotenzial D StrO -Wert gemäß RLS 90-2 db(a) neue Ansätze mittels Grinding: alternative Texturierung zum Waschbeton lärmoptimiertes Grinding (D StrO -Wert von mind. -5 db(a) wird angestrebt)

6 1. Einleitung Ausgewählte Anwendungen Dränbeton / offenporiger Beton hoher Aufwand für das Monitoring variierende wissenschaftliche Betreuung variierende Randbedingungen Ableitung der Allgemeingültigkeit problematisch hoher zeitlicher Aufwand Langer Innovationszyklus! B 56 Düren Versuchsstrecke 2015 Modellstraße BAB A14 BASt PWC Saaleaue Versuchsstrecke Fa. Dyckerhoff Hockenheimring BAB A5 Bruchsal

7 2. Motivation und Zielsetzung Lärmschutz Seit einigen Jahren wird zunehmend das Ziel der Lärmminderung (Reifen-Fahrbahn- Geräusch) verfolgt. Dies verlangt die Ausnutzung der Oberflächeneigenschaften. Fahrbahnrauigkeit +

8 2. Motivation und Zielsetzung Offenporige Fahrbahnoberflächen Ziel: Nutzung der Schallabsorption durch den Einsatz offenporiger Betone zur weiteren Lärmminderung offenporiger Beton über gesamte Schichtdicke (OPB) Betone mit offenporiger Oberfläche (COPS) Dränbeton Quelle: RUB

9 2. Motivation und Zielsetzung Offenporige Fahrbahnoberflächen Ziel: Anwendung im Bereich von BAB (Bk100) In der Vergangenheit konnte hier keine hinreichende Dauerhaftigkeit erzielt werden BAB A5 (Bruchsal) / 2002 B 56n Bei untergeordneten Verkehrsflächen konnten positive Ergebnisse erzielt werden Hockenheim Ring / 2013 Werksstraße Fa. Dyckerhoff Quelle: HeidelbergCement

10 3. Forschungsvorhaben OPB Aktuelles Forschungsvorhaben Gütegemeinschaft (GVB) BASt Einsatz von offenporigem Beton für Verkehrsflächen der Bauklasse Bk100 Wichtige Bestandteile: Entwicklung der Betonrezeptur Untersuchungen am Frischbeton Untersuchungen am Festbeton

11 3. Forschungsvorhaben OPB Aktuelles Forschungsvorhaben Gütegemeinschaft (GVB) BASt Einsatz von offenporigem Beton für Verkehrsflächen der Bauklasse Bk100 Wichtige Bestandteile: Herstellung einer Modellstraße und Durchführung spezieller Untersuchungen (Texturmessungen, Mikroskopie, Strömungswiderstand, Computertomographie, Griffigkeitsprognose, akustische Messungen) Errichtung eines Demonstrators unter realitätsnahen Bedingungen

12 4. Untersuchungen und erste Ergebnisse Entwicklung der Betonrezeptur allgemeine Zusammensetzung (Gesteinskörnung, Porenvolumen, Zement, Polymer, Wasser, Fasern, Zusatzmittel) Auswahl der Gesteinskörnungen notwendiger Leimgehalt Beispielzusammensetzung Gesteinskörnung 58 % Porenvolumen 18 % Zement Polymer H 2 O Fasern 10 % 5,2 % 6,8 % 2 %

13 4. Untersuchungen und erste Ergebnisse Laboruntersuchungen (Frischbeton) Ansteifverhalten, Konsistenz Ermittlung Hohlraumgehalt Mischbarkeit, Verarbeitbarkeit

14 4. Untersuchungen und erste Ergebnisse Laboruntersuchungen (Festbeton) Zusammenhang Hohlraumgehalt/Festigkeit Ermittlung des Schallabsorptionsgrades an Festbetonprobekörpern Mikroskopische Untersuchung der Hohlraumstruktur und der Faserverteilung

15 Hohlraumgehalt [%] Absorptionsgrad [-] 4. Untersuchungen und erste Ergebnisse Laboruntersuchungen (Festbeton) Zusammenhang zwischen Hohlraumgehalt und Festigkeit annähernd linear Anteil Gesamthohlraumgehalt zugängliche, kommunizierende Hohlräume Vernetzung der Poren beeinflusst maßgeblich das Schallabsorptionsvermögen des Festbetons 50,00 45,00 1,0 OPB PK 2 (d = 6 cm) OPA 0/8 (d = 4 cm) 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 0,8 0,6 0,4 10,00 5,00 R² = 0,8575 0,00 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 Spaltzugfestigkeit [N/mm²] 0,2 0, Frequenz[Hz]

16 4. Untersuchungen und erste Ergebnisse Modellstraße Einbau von offenporigem Beton mit einem Asphaltfertiger (Hochverdichtungsbohle) auf einem Unterbeton in Plattenbauweise verdübelte und unverdübelte Fuge im Unterbeton (Variantenvergleich) Simulation der Verkehrsbeanspruchung mit dem mobilen Lastsimulator der BASt MLS 10

17 4. Untersuchungen und erste Ergebnisse Untersuchungen an der Modellstraße Betrachtung des Betongefüges und des Hohlraumgehaltes im Labor Analyse des Betongefüges am Festbeton mittels CT-Untersuchungen Untersuchung der Hohlraumverteilung über die Schichtdicke

18 4. Untersuchungen und erste Ergebnisse Untersuchungen an der Modellstraße Untersuchung der Fahrbahnoberfläche Rauigkeit (Griffigkeit, Lärmminderung) Absorption (Lärmminderung) Griffigkeitsprognose innerhalb und außerhalb der Rollspur des MLS 10

19 4. Untersuchungen und erste Ergebnisse Untersuchungen an der Modellstraße Bestimmung straßenbauspezifischer Materialkennwerte an Bohrkernproben aus der Modellstraße Bestimmung der Tragfähigkeit mittels Falling Weight Deflectometer sowie deren Veränderung nach Lasteintrag durch den MLS 10 Rissmonitoring

20 Deflexion [µm] Druckfestigkeit [N/mm²] 4. Untersuchungen und erste Ergebnisse Untersuchungen an der Modellstraße - Fazit hohe Materialfestigkeiten aufgrund des zu geringen Hohlraumgehaltes deutlich geringere Deflexionen an der verdübelten Fuge als an der unverdübelten Fuge keine signifikanten Rissbildungen bzw. Kornausbrüche an der Betonoberfläche bzw. im Bereich der Querfugen erkennbar Abstand vom Lastzentrum [mm] Fuge H 12 %

21 4. Untersuchungen und erste Ergebnisse Weiterführende Untersuchungen Charakterisierung Gesteinskörnungen Einfluss der Eigenschaften des Gesteinskorns auf die Dauerhaftigkeit, den Hohlraum sowie die Hohlraumverteilung im OPB Spezielle Untersuchungen an 4 Gesteinskörnungen unterschiedlicher Gesteinsart und Kornform

22 4. Untersuchungen und erste Ergebnisse Weiterführende Untersuchungen Charakterisierung Gesteinskörnungen Ermittlung der Hohlraumgehalte verdichteter Gesteinskornproben Beurteilung der Hohlraumstruktur von Gesteinskörnungen zw. SI 3 und SI 31 Untersuchungsergebnisse dienen als Grundlage für die weitere Betonoptimierung sowie für die Festlegung von Anforderungen an die Gesteinskörnung für offenporigen Beton

23 4. Untersuchungen und erste Ergebnisse Weiterführende Untersuchungen Charakterisierung Gesteinskörnungen Hohlraumgehalt von Gesteinsschüttungen gleichermaßen abhängig von der Kornform sowie der Korngrößenverteilung (Ausfallkörnungen) Abhängigkeit vom Ansteifverhalten sowie dem Energieeintrag verschiedener Einbautechnologien (Art des Energieeintrages: statisch dynamisch) weitere Betonoptimierung sowie die Durchführung von Misch- und Einbauversuchen erforderlich unverdichtet verdichtet unverdichtet verdichtet SI 3 SI 3 SI 31 SI 31

24 5. Ausblick Misch- und Einbauversuche Status Quo: OPB- Einbau mit einem Asphaltfertiger mit Hochverdichtungsbohle Ziel: Einbau der OPB-Schicht mit einem Gleitschalungsfertiger Weiterentwicklung der Einbautechnologien Anpassung des Materials an die Einbautechnik der Einbautechnik an das Material

25 5. Ausblick Demonstrator auf der NATO-Airbase (Geilenkirchen) Testflächen unter realitätsnahen thermischen und hygrischen sowie definierten mechanischen Beanspruchungen Herstellung eines gesamten Straßenaufbaus weitere Optimierung der Einbautechnik und der Bauweise

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