Ultrahochfester Beton im Transportbetonwerk Ein Baustoff mit Zukunft? INFRAKON Februar 2013 Dipl.-Ing. Roland Mellwitz ATZ Bernburg
Grundlagen UHPC / UHFB UHFB ab Festigkeitsklasse größer C100/115 Zustimmung im Einzelfall notwendig Regelwerke: - DIN EN 206-1/DIN 1045-2 unter Beachtung Anhang Zusätzliche Vorschriften für hochfesten Beton März H 2010 - DIN EN 206-9 Ergänzende Regeln für selbstverdichtenden Beton (SVB), September 2010 - Sachstandsbericht Ultrahochfester Beton des DAfStB, Heft 561 - DAfStB-Richtlinie Selbstverdichtender Beton November 2003 - DAfStB-Richtlinie Stahlfaserbeton, Ausgabe März 2010 Pflichtenhefte, Prequalifikationen, LV,. beachten
Betonausgangsstoffe Zement: Alle Zemente 42,5 oder 52,5 sind möglich, anwendungs- und vorgabenabhängig Zementwaage beachten (Dosierung 700-900 kg/m³) Zemente mit geringen WA und niedrigen C 3 A-Gehalt bevorzugen Microsilica: Menge bedarfsabhängig Vor- und Nachteile von Pulver und Suspension abwägen
Betonausgangsstoffe Gesteinskörnung: ofengetrockneter Quarzsand mit ca. 0,5mm Größtkorn notwendig Körnung größer 2 mm schwierig (es entstehen inhomogene Spannungsverteilungen und lokale Spannungsspitzen) das Material >2 mm sollte hohe Eigen-Druckfestigkeiten besitzen (i.d.r. Basalt) Aufbau einer homogenen Kornverteilung incl. Bindemittel (Prinzip der dichtesten Packung)
Betonausgangsstoffe Stahlfasern: notwendig für Biegezuganforderungen, Brandschutz, Schwindbegrenzung und Verbesserung der Duktilität (schlagartiges Versagen) Fasermix aus Microfaser (Länge max. 10mm) und mittlerer Faserlänge (30 mm) hat sich bewährt nur hochfeste Fasern verwendbar (Zugfestigkeit >2000 N/mm²) Fasergehalt gesamt bis zu 150 kg/m³
Betonausgangsstoffe Zusatzmittel: PCE mit Dosiermengen bis 40 kg/m³ (ZM-Waage!!!) Auswahl aus vielen Vorversuchen Zugabezeitpunkt testen Einfluss auf Festbetoneigenschaften beachten Wasser: für w/z eq ca. 0,22 etwa 200 kg/m³ Wasser notwendig nach Wasserzugabe sehr trockenes Gemisch (Gefahr der Agglomeration) kein Restwasser verwenden!!!
Baubeschreibung Objekt: Radwegbrücke über die Pleiße in Leipzig/Markkleeberg Bauteile: 2 Endbauteile je 3,40 m³ 4,00 x 5,34 x 0,3 (0,08) 8 Regelbauteile je 1,85 m³ 3,12 x 5,34 x 0,3 (0,08) Betonhersteller: TBR Transportbeton Oberlausitz Werk Bautzen Betonabnehmer: Fertigteilwerk Hentschke Bau GmbH Bautzen
Betonanforderungen C150 Mittlere Druckfestigkeit f cm 150 N/mm² Charakt. Druckfestigkeit Mittlere Erstrisszugfestigkeit Max.Nachrissbiegezugfestigkeit Elastizitätsmodul f ck f ctm 140 N/mm² 7,0 N/mm² f ct,flk 13 N/mm² E c 48.000 N/mm² sichtbare Oberflächen Sichtbetonklasse SB3 Verkehrsfläche ohne Beschichtung mit einer Rauhigkeit von mind. 1,5 mm
Sichtbetonoberfläche
Fahrbahnoberfläche
Betonzusammensetzung C150 Zement: 900 kg CEM II/B-M (S-D) 52,5 N Duracrete basic Zusatzstoff: 80 kg Microsilica-Pulver 60 kg HF Stahlfaser 9/0,15 60 kg HF Stahlfaser 30/0,5 Gesteins- 214 kg Sand 0/2 körnung: 900 kg Quarzsand 0,1/0,3 Wasser: 198 kg Trinkwasser Zusatzmittel: 28 kg Fließmittel PCE
Betonherstellung Vorbereitung: Kommunikation aller Beteiligten unerlässlich Technische und materielle Logistik detailliert klären Arbeitsschutzbelehrung (Microstahlfasern, Dosierung bei offenem Mischer, MS-Pulver, ) Zeitliche, materielle und finanzielle Berücksichtigung ausreichender Tests ; Überführung der Laborerkenntnisse in die Parxis Kubatur einschl. Verluste hinreichend bemessen
Betonherstellung Dosierung: Waagenkapazitäten beachten Handverwiegung unumgänglich Dosierreihenfolge in Abhängigkeit des Mischertyps und der Mischwerkzeuge testen
Betonherstellung Mischwerkzeuge: Grundsätzlich alle normalen Mischertypen möglich Mischer sauber, trocken und ohne Mischerschutz* Mischzeiten: Trockenmischzeit möglichst kurz Nassmischzeit ca. 180 s, je nach Wirkungsweise des Zusatzmittels * Bei Einsatz von Mischerschutz muss eine Luftporenbildung im Frischbeton ausgeschlossen sein
Betoneinbau Verarbeitungsfenster mit Parametern festlegen Konsistenzbereich (ca. 800 900 mm) Trichterauslaufzeit (ca. 11-15 sec.) Temperaturbereich (ca. 15 25 C) SVB-Rili beachten
Betoneinbau 1.Versuch Fahrmischer Estrichpumpe stehende Schalung Förderung mit Pumpe möglich hohe Beton-Viskosität kann zu Fehlstellen bei stehender Schalung führen
nachfolgender Betoneinbau Betonierkübel liegende Schalung (auf Kipptisch)
Ausgeschaltes Fertigteil
Labor / Qualität Herstellung der Probekörper Fließstrecken ermöglichen die Entlüftung des Betons
Betonnachbehandlung Beton verbleibt bei Normalbedingungen 24 Stunden in Schalung Dann Lagerung für 48 Stunden bei 80 C (Beschleunigung der puzzolanischen Reaktion, Bildung silikatreicher CSH-Phasen, Schwindkompensation) Lagerung der Prüfkörper identisch Probleme: Sehr energieintensiv sehr hohe Kerntemperaturen Rissgefahr zielgerichtete Faserorientierung sehr schwierig
Fazit Besondere Aspekte: Hoher planerischer Aufwand Zustimmung im Einzelfall notwendig Enormer Aufwand für Erstprüfung, u.u. mit Brandversuchen Hoher Aufwand bei der Dosierung, da je nach Anlagenkapazität großer Handdosierungsanteil Geringe Produktionskapazität (ca. 2-3 m³/h), da Handdosierung, hoher Zementgehalt, Mischwirkung Hoher Aufwand für Nachbehandlung bei 80 C Nur im Fertigteilwerk realisierbar.
Fazit Positive Aspekte: Filigrane Bauweisen möglich Bei gegebener hoher Volumenreduzierung der Bauteile bis 50% Materialkostensenkung über Beton möglich Ob sich das Ganze unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten lohnt, ist für jedes Projekt gesondert zu Ob sich das Ganze unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten lohnt, ist für jedes Projekt gesondert zu bemessen. bemessen. Wirkliche Erkenntnis hat man erst danach. Wirkliche Erkenntnis hat man erst danach.
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