Frühhochfeste Betone zur Instandsetzung von Verkehrsflächen
Konzeption und Ermittlung der schnellstmöglichen Verkehrsfreigabe
Böhm, Marcus / Laurini, Gisbert / Möller, Wolfgang
Bei der Instandsetzung von Verkehrsflächen, insbesondere bei Start- und Landebahnen von Flughäfen und Autobahnen, steht die schnellstmögliche Wiederverfügbarkeit im Mittelpunkt der Interessen. Die Wiederverfügbarkeit von Betonfahrplatten und somit die Verkehrsfreigabe setzt das Erreichen einer bestimmten Mindestbetondruckfestigkeit voraus. Um diese Anforderungen zielsicher zu erreichen, wurde von der Dyckerhoff AG ein Betonkonzept für einen frühhochfesten Beton entwickelt, das folgende Eigenschaften erfüllt: maximale Frühfestigkeit bei einer Verarbeitbarkeitszeit von 1,0 h bis 1,5 h; w/z-Wert und Fließmittelauswahl so, dass sich optimale Einbaueigenschaften auch bei Gefälle – ergeben; hoher Widerstand gegen Frost-Tausalz-Beanspruchung und Verschleiß sowie Konformität mit den bauaufsichtlich relevanten Vorschriften. Die Anforderungen an einen frühhochfesten Straßendeckenbeton sind neben der DIN 1045-2 in der ZTV Beton und der ZTV BEB zu finden. Bezüglich Sieblinie und Art der Gesteinskörnungen gibt es in der ZTV Beton konkrete Vorgaben, die in diesem Betonkonzept vollständig umgesetzt wurden. Speziell für frühhochfeste Betone hat Dyckerhoff den Schnellzement Velodur entwickelt. Hierbei handelt es sich um die Kombination eines Normzements der Festigkeitsklasse 52,5 R mit einem auf Mikrodur®-Technologie basierenden Feinstbindemittel. Das Feinstbindemittel führt bei einer fest definierten Zugabemenge zu einer Optimierung der Packungsdichte durch Zwickelfüllung. Weiterhin erfolgt aufgrund der erhöhten Reaktionsfläche eine beschleunigte Keimbildung. Der Gehalt an Feinstbindemittel und Normzement ist so aufeinander abgestimmt, dass sich zwischen den gegenläufigen Effekten Packungsdichte und erhöhter Reaktionsfläche ein Optimum ergibt. Hiermit sind trotz niedriger Wasserzementwerte sehr gut verarbeitbare Betone mit rascher Festigkeitsentwicklung realisierbar. Die Forderungen nach einem Na2O-Äquivalent < 0,8 wird erfüllt. Bei diesem Betonkonzept wurde aufgrund praktischer Versuche der w/z-Wert in einem Bereich von 0,34 bis 0,37 gelegt. Mit einem Zementgehalt von rund 450 kg pro m³ Beton ergeben sich dann Wassergehalte von rund 160 l/m³. Diese Wassermenge stellte sich in den Praxisversuchen als notwendig heraus, um einen optimal verarbeitbaren und einbaubaren Beton zu erhalten. Um eine möglichst exakte Information über die tatsächliche Druckfestigkeitsentwicklung in der Fahrbahnplatte zu erhalten, war es unerlässlich, eine geeignete Prüfkörper-Referenzform zu ermitteln, die möglichst genau die Temperaturentwicklung in der Fahrbahnplatte simuliert. Zu diesem Zweck wurden im Rahmen von kleinmaßstäblichen Versuchen Probefelder betoniert und jeweils mit Temperaturfühlern in der Zugzone des sensiblen Plattenbereichs ausgestattet. Die Dicke der Platte wurde zu 28 cm gewählt. Die Temperaturentwicklungen des Betons im Probefeld an der kritischen Stelle sowie in der Kunststoffform mit Stahlboden in Polystyrolkiste bei unterschiedlichen Einbautemperaturen wurde aufgezeichnet. Mit guter Näherung konnte dann die in der Platte zu erwartende Druckfestigkeitsentwicklung anhand von tabellierten Richtwerten abgeschätzt werden. Die Praxistauglichkeit des Verfahrens wurde anschließend nachgewiesen anhand der Betonage eines Reparaturfelds auf der Autobahn A3 in der Höhe der Anschlussstelle Mettmann.
When repairing traffic areas, especially in the take-off and landing runways of airports and in motorways, one important aim is to make them available again as soon as possible. A certain minimum concrete compressive strength has to be reached for concrete carriageway slabs to be usable and opened for traffic again. To meet these requirements dependably Dyckerhoff AG has developed a concrete design concept for a high-early-strength concrete that fulfils the following properties: maximum early strength with a workability time of 1.0 h to 1.5 h; w/c ratio and plasticizer chosen so that optimum placement properties are obtained – even with gradients; high resistance to freeze-thaw attack with de-icing salt and to wear as well as conformity with the regulations relevant to the building inspectorate. The requirements for a high-early-strength carriageway surfacing concrete can be found not only in DIN 1045-2 but also in ZTV Beton and ZTV BEB. In ZTV Beton there are specific guidelines with respect to the grading curve and type of aggregates that are fully implemented in this concrete design. Dyckerhoff has developed the quick-setting cement Velodur specifically for high-early-strength concretes. It is a combination of a standard cement of the 52,5 R strength class with an ultra-fine binder based on Mikrodur® technology. The ultra-fine binder has a strictly defined addition level and optimizes the packing density by filling the interstitial spaces. There is also accelerated formation of nuclei due to the increased reactive surface area. The levels of ultra-fine binder and standard cement are matched to one another to achieve an optimum between the opposing effects of packing density and increased reactive surface area. In spite of low water/cement ratios this results in concretes with very good workability and rapid strength development. The requirement for an Na2O equivalent < 0.8 is fulfilled. The w/c ratio for this concrete design was fixed in the range from 0.34 to 0.37 on the basis of practical trials. With a cement content of about 450 kg per m3 concrete this then gives a water content of about 160 l/m3. Practical trials showed that this quantity of water was necessary to achieve a concrete with optimum workability and placement properties. In order to obtain information that is as exact as possible about the actual compressive strength development in the road pavement slab it was essential to find a suitable test piece reference mould that simulated the temperature development in the road pavement slab as accurately as possible. Test bays were concreted during small-scale trials and each one was equipped with temperature sensors in the zone of the sensitive area of the slab subject to tensile stresses. The thickness chosen for the slab was 28 cm. The temperature changes in the concrete in the test bay at the critical point and in the plastic mould with steel base in a polystyrene box were recorded for different placement temperatures. To a good approximation it was then possible to estimate the compressive strength development to be expected in the slab with the aid of tabulated guide values. The practicability of the procedure was demonstrated during the concreting of a repair bay on Autobahn A3 at the Mettmann interchange.
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beton 11/2007 ab Seite 504
Herausgeber des Artikels:
beton
bis beton 4/2022: Verlag Bau+Technik GmbH
ab beton 5/2022: Concrete Content UG
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