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Bau und Erhaltung von Betonbrücken

Stand: Juli 2017

Koordinierung und Weiterentwicklung des Themenschwerpunkts intelligente Brücke (2116009)
Aufgrund von alternder Bausubstanz, steigenden Verkehrslasten, Auswirkungen des Klimawandels und eines begrenzten Budgets, steht das Bundesverkehrsstraßennetz vor großen Herausforderungen. Schäden an Bauwerken werden meist erst dann entdeckt, wenn das Schadensausmaß bereits hoch ist. Um derzeitiges schadensbasiertes und reaktives Vorgehen bei der Erhaltung weiterzuentwickeln, werden seit 2011 unter dem Themenschwerpunkt „Intelligente Brücke" adaptive Systeme zur Informationsbereitstellung in Echtzeit und ganzheitliche Bewertung erarbeitet. Innerhalb des Projektclusters wurden zahlreiche Projekte zur intelligenten Sensorik, Bauwerks- und Schädigungsmodellen und zuverlässigkeitsorientierten Bewertungsmethoden durchgeführt. Ziel dieses Projektes ist die Koordinierung und die Weiterentwicklung des Themenschwerpunkts auf dem Weg zum Demonstrator (www.intelligentebruecke.de).

Expertennetzwerk: Dauerüberwachung von Bestandsbrücken - Quantifizierung von Zuverlässigkeit und Nutzen (2116014)
Die Entwicklung von Strategien zur Gewährleistung der Verfügbarkeit der Ingenieurbauwerke mit Hilfe zuverlässigkeitsbasierter Methoden oder Verfahren steht im Vordergrund der künftigen Forschungsaktivitäten. Aufgrund der starken Zunahme des Verkehrs kann es bei Brücken- und Ingenieurbauwerken zu Tragfähigkeitsdefiziten und Beschränkungen der Restnutzungsdauer kommen. Da eine Verstärkung und/oder Ersatz aller betroffenen Bauwerke kurzfristig nicht möglich sein wird, sollen im Rahmen dieses Projektes Konzepte und Vorgehensweisen für die Überwachung und die zuverlässigkeitsbasierte Bewertung von Bestandbauwerken ermittelt werden. Das Projekt wird im Rahmen des BMVI-Expertennetzwerks "Wissen - Können - Handeln" im Themenfeld 3 "Verlässlichkeit der Verkehrsinfrastruktur erhöhen" bearbeitet.

Lebensdauerprognose von Betonbrücken (2116017)
Nach gültigem Regelwerk sollen Brückenbauwerke aus Beton tragsicher, gebrauchstauglich und dauerhaft unter Belangen wirtschaftlicher Aspekte während einer Nutzungsdauer von circa 100 Jahren sein. Ein Nachweis der Dauerhaftigkeit durch umgebungsbedingte Einwirkungen wird zurzeit mit deskriptiven Konzepten geregelt, die auf Erfahrungswerten basieren. Dabei werden konstruktive und stoffbedingte Anforderungen in Abhängigkeit der jeweiligen Umgebung zugeordneten Expositionsklassen dargestellt. Eine quantitative Vorhersage der Lebensdauer ist nicht möglich. Der rechnerische Nachweis oder eine Bemessung der Dauerhaftigkeit wird weltweit angestrebt und die Methoden sind schon heute im Regelwerk enthalten. Grundlagen für Betonbauwerke sind physikalische und chemische Schädigungsmodelle, die auf experimentell bestimmten Modellparametern basieren. Solche Modelle streben den rechnerischen Nachweis der Lebensdauer für verschiedene dauerhaftigkeitsmindernde Einwirkungen an. Hinweise für eine baupraktische Umsetzung fehlen jedoch. Auf welche Weise die angestrebte Lebensdauer erreicht wird, hängt einerseits vom Bemessungskonzept und anderseits von Wirtschaftlichkeitsüberlegungen ab. Ziel dieses Projektes ist die Absicherung der Verfahren der Dauerhaftigkeitsbemessung mit brückenspezifischen Beiwerten. Die im Rahmen dieses Projektes erarbeiteten Ergebnisse stellen die Grundlage für die weitere Entwicklung und Verfahren der Lebensdauerprognose dauerhafter Brückenbauwerke aus Beton dar.

Frost-Tausalz-Widerstand mit dem CDF-Verfahren XF2: Ringversuch nach BASt- Prüfvorschrift (15.604)
Zur Beurteilung der Eignung von Betonen für Ingenieurbauwerke an Bundesfernstraßen in der Expositionsklasse XF2 wurde in den letzten Jahren das „modifizierte CDF-Verfahren XF2" entwickelt. In einem weiterführenden Forschungsprojekt wurde dieses Verfahren validiert, die Präzisionsdaten des Verfahrens bestimmt, das Abnahmekriterium für die Prüfung vorgeschlagen und die Prüfvorschrift formuliert. Ziel des Projekts ist die Durchführung eines ergänzenden Ringversuchs und die Überprüfung der neuen Prüfvorschrift „Empfehlungen für die Prüfung des Frost-Tausalz-Widerstands von Betonen in der Expositionsklasse XF2“ in der praktischen Anwendung, so dass alle erforderlichen Instrumente zur Aufnahme der Prüfung in das Regelwerk ZTV-ING bereitgestellt werden können.

Verfahren zur wirtschaftlichen Instandsetzung von Brückenkappen (89.298)
Brückenkappen unterliegen aufgrund ihrer exponierten Position einer erhöhten Frost-Tau(salz)-Beanspruchung. Hierdurch bedingt kann es zu verschiedenen Schadensbildern kommen. Beeinflusst wird das Auftreten derartiger Schäden unter anderem durch die Auswahl der Zementarten und Gesteinskörnungen, Herstellungsbedingungen, Oberflächenstruktur und Nachbehandlung. Zur Sicherung der Substanz der Bauwerke sind für die verschiedenen Schadensbilder wirtschaftliche Instandsetzungsmaßnahmen mit hoher Dauerhaftigkeit zu dokumentieren beziehungsweise als Vorschläge zu erarbeiten. Bei der flächigen Instandsetzung geschädigter horizontaler, der Witterung ausgesetzter und begehbarer Betonflächen werden in der Praxis unterschiedliche Verfahren und Systeme eingesetzt, für welche noch eine Reihe von Fragestellungen zu klären sind, um abschließend Empfehlungen für effiziente und effektive Erhaltungsmaßnahmen aufstellen zu können.

Bewertung von Beton für Ingenieurbauwerke an Bundesfernstraßen mit dem CDF-Verfahren XF2 (2114010)
Der Frost-Tausalz-Widerstand ist für die Dauerhaftigkeit von Betonbauwerken an Bundesfernstraßen von hoher Bedeutung. Vor dem Hintergrund sich verändernder Bindemittel für Beton ist ein Prüfverfahren zum Nachweis der Gleichwertigkeit mit den im Zuge von Bundesfernstraßen bewährten Bindemitteln von hoher Bedeutung. Hierfür geeignet ist das für diesen Zweck entwickelte CDF-Verfahren XF2. Das neue CDF-Verfahren XF2 wurde zur Prüfung von Beton in der Expositionsklasse XF2 speziell für die Belange der Bundesfernstraßen entwickelt und validiert. Die dabei und im Rahmen eines ersten Ringversuchs gewonnenen Erfahrungen mit dem neuen Prüfverfahren sind in eine Prüfvorschrift überführt worden. Vor Übernahme des neuen CDF-Verfahrens in das Regelwerk für Brücken und Ingenieurbauten an Bundesfernstraßen wird eine Verbesserung der Akzeptanz des neuen CDF-Verfahrens XF2 angestrebt. Dazu ist es erforderlich, einen zweiten Ringversuch unter Berücksichtigung der neuen Prüfvorschrift durchzuführen und, ergänzend dazu, Erfahrungen mit dem Abnahmekriterium durch Prüfung unterschiedlicher Betonrezepturen zu sammeln.

Verbundprojekt: Intelligentes multifunktionales Verstärkungs- und Schutzsystem aus textilbewehrtem Hochleistungsmörtel für Brückenbauwerke „SMART-DECK“ - Teilvorhaben: Anforderungen und Beurteilung des präventiven Erhaltungskonzepts SMART-DECK (2114021)
Die Dauerhaftigkeit und Nutzung von Straßenbrücken wird sowohl durch Undichtigkeiten der Abdichtungsebene oberhalb des Konstruktionsbetons als auch durch eine zu geringe Querkrafttragfähigkeit bei Bestandsbauwerken maßgeblich begrenzt. Insbesondere Korrosionsschäden infolge chloridinduzierter Korrosion können weder mit den heute verwendeten lokal begrenzt messenden Sensoren noch mit einer turnusmäßig stattfindenden Brückenprüfung frühzeitig sowie zuverlässig detektiert werden. Im Rahmen des Verbundprojekts wird eine innovative, multifunktionale und dünne Zwischenschicht aus Textilbeton entwickelt, die sowohl für den Neubau als auch für Bestandsbauwerke eingesetzt werden kann. Sie kombiniert die Funktionen „Vollflächiges Echtzeit-Monitoringsystem zur Detektion von Feuchteeindringung bei Fahrbahnplatten von Brückenbauwerken“,  „Vollflächiger, abschnittsweise steuerbarer, präventiver kathodischer Korrosionsschutz (pKKS)“ sowie „Verstärkende Funktion: Erhöhung der Querkrafttragfähigkeit“. Im Rahmen des vorliegenden Projekts werden Anforderungen an SMART-DECK definiert und die erzielten Entwicklungen in den einzelnen Arbeitspaketen der Verbundpartner aus Nutzer- beziehungsweise Bauwerkseigentümer beurteilt. Es wird ein erster Demonstrator auf dem BASt-Gelände realisiert und ein Brückenbauwerk für einen Großdemonstrator vermittelt. Zudem wirkt die BASt bei der Erstellung von Entwurfsregeln zur Nutzbarmachung und Unterstützung einer zügigen Einführung in die Praxis mit.

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