Offenporige Betone im Straßenbau neue Entwicklungen · 1994 –BAB A5 (Bruchsal) / 2002 –B 56n Bei untergeordneten Verkehrsflächen konnten positive Ergebnisse erzielt werden

Offenporige Betone im Straßenbau –

neue Entwicklungen

Dr.-Ing. Norbert Ehrlich(VDZ/GVB)

Dr.-Ing. Marko Wieland(BASt)

Forschungskolloquium „Betonstraßenbau“ – Dresden 11./12.12.2014

Offenporige Betone im Straßenbau

Dr.-Ing. N. Ehrlich (GVB); Dr.-Ing. M. Wieland (BASt)

Gliederung

1. Einleitung

2. Motivation und Zielsetzung

3. Forschungsvorhaben „Einsatz von offenporigem Beton für Verkehrsflächen der Bauklasse Bk100“

4. Untersuchungen und erste Ergebnisse

5. Ausblick



Oberflächentexturen von Betonfahrbahndecken im Bestand

1. Einleitung

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



Rollgeräuschentstehung

1. Einleitung

mechanische Anregung aerodynamische Anregung „Horneffekt“



Lärmmindernde, dichte Fahrbahnoberflächen

1. Einleitung

Waschbetonbauweise besitzt ein begrenztes Lärmminderungspotenzial

DStrO-Wert gemäß RLS 90 -2 dB(A)

neue Ansätze mittels Grinding:

alternative Texturierung zum Waschbeton

lärmoptimiertes Grinding (DStrO-Wert von mind. -5 dB(A) wird angestrebt)


Dr.-Ing. N. Ehrlich (GVB); Dr.-Ing. M. Wieland (BASt)1. Einleitung

• Dränbeton / offenporiger Beton

hoher Aufwand für das Monitoring

variierende wissenschaftliche

Betreuung

variierende Randbedingungen

Ableitung der Allgemeingültigkeit

problematisch

hoher zeitlicher Aufwand

…

Langer Innovationszyklus!

Ausgewählte Anwendungen

Versuchsstrecke

Fa. Dyckerhoff

BAB A14 PWC Saaleaue

BAB A5Bruchsal

B 56Düren

Modellstraße

BASt

Hockenheimring

Versuchsstrecke 2015



Lärmschutz


Seit einigen Jahren wird zunehmend das Ziel der Lärmminderung (Reifen-Fahrbahn-Geräusch) verfolgt. Dies verlangt die Ausnutzung der Oberflächeneigenschaften.

Fahrbahnrauigkeit +



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



Offenporige Fahrbahnoberflächen


Ziel: „Anwendung im Bereich von BAB (Bk100)“

In der Vergangenheit konnte hier keine hinreichende Dauerhaftigkeit erzielt werden.

1994 – BAB A5 (Bruchsal) / 2002 – B 56n

Bei untergeordneten Verkehrsflächen konnten positive Ergebnisse erzielt werden.

2002 Hockenheim Ring / 2013 Werksstraße Fa. Dyckerhoff

Quelle: HeidelbergCement



Aktuelles Forschungsvorhaben Gütegemeinschaft (GVB) – BASt

3. Forschungsvorhaben „OPB“

„Einsatz von offenporigem Beton für Verkehrsflächen der Bauklasse Bk100“

Wichtige Bestandteile:

Entwicklung der Betonrezeptur

Untersuchungen am Frischbeton

Untersuchungen am Festbeton



Aktuelles Forschungsvorhaben Gütegemeinschaft (GVB) – BASt

3. Forschungsvorhaben „OPB“

„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



Entwicklung der Betonrezeptur


allgemeine Zusammensetzung (Gesteinskörnung, Porenvolumen, Zement, Polymer,

Wasser, Fasern, Zusatzmittel)

Auswahl der Gesteinskörnungen

notwendiger Leimgehalt

Beispielzusammensetzung

58 %Gesteinskörnung

18 %Porenvolumen

10 %Zement

5,2 %Polymer

6,8 %H2O2 %Fasern



Laboruntersuchungen (Frischbeton)


Ansteifverhalten, Konsistenz

Ermittlung Hohlraumgehalt

Mischbarkeit, Verarbeitbarkeit



Laboruntersuchungen (Festbeton)


Zusammenhang Hohlraumgehalt/Festigkeit

Ermittlung des Schallabsorptionsgrades an Festbetonprobekörpern

Mikroskopische Untersuchung der Hohlraumstruktur und der Faserverteilung



Laboruntersuchungen (Festbeton)


Zusammenhang zwischen Hohlraumgehalt und Festigkeit annähernd linear

Anteil Gesamthohlraumgehalt ↔ zugängliche, kommunizierende Hohlräume

Vernetzung der Poren beeinflusst maßgeblich das Schallabsorptionsvermögen des

Festbetons

R² = 0,85750,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

Hohlraum

gehalt [%

]

Spaltzugfestigkeit [N/mm²]

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 400 800 1200 1600

Absorp

tion

sgra

d [

-]

Frequenz[Hz]

OPB PK 2 (d = 6 cm) OPA 0/8 (d = 4 cm)



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



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





Untersuchung der Fahrbahnoberfläche

Rauigkeit (Griffigkeit, Lärmminderung)

Absorption (Lärmminderung)

Griffigkeitsprognose innerhalb und außerhalb der Rollspur des MLS 10





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



Untersuchungen an der Modellstraße - Fazit


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

-500 0 500 1000 1500 2000

Deflexio

n [µ

m]

Abstand vom Lastzentrum [mm]

0-1 0-2 15000 350000 500000 750000 1050000 1500000

Fuge

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

H ≈ 12 %

Dru

ckfe

stigkeit [N

/mm

²]



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





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





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

unverdichtetverdichtet

unverdichtet

verdichtet

SI 3 SI 3 SI 31 SI 31



Misch- und Einbauversuche

5. Ausblick

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



Demonstrator auf der NATO-Airbase (Geilenkirchen)

5. Ausblick

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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Offenporige Betone im Straßenbau neue Entwicklungen · 1994 –BAB A5 (Bruchsal) / 2002 –B 56n Bei untergeordneten Verkehrsflächen konnten positive Ergebnisse erzielt werden