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Betonbauweisen

Stand: Juli 2017

Bestimmung von Kenndaten zur sicheren Charakterisierung von Fugenvergussmassen (08.228)
Bei der in Deutschland konventionell unbewehrten Ausführung von Betonfahrbahndecken in Plattenbauweise besitzt das Konstruktionsdetail  des Fugensystems einen entscheidenden Einfluss auf die Dauerhaftigkeit und folglich die Lebenszykluskosten der Straßenkonstruktion. Seit einiger Zeit treten verstärkt vorzeitige Schädigungen an Fugenfüllsystemen auf, deren Ursache/n derzeit noch nicht vollumfassend geklärt sind. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Analyse und Bestimmung von Kenndaten, die zukünftig eine sichere Charakterisierung von Fugenvergussmassen ermöglichen. Ferner soll über eine zeitraffende praxisorientierte Systemprüfung ein Bewertungshintergrund entwickelt werden, der eine generelle Beurteilung von konventionellen und alternativen Fugenfüllsystemen für Verkehrsflächen aus Beton hinsichtlich ihrer Dauerhaftigkeit und Funktionsfähigkeit erlaubt.

Optimierung von Fugenkonstruktionen – Ermittlung realer Beanspruchungen des Fugensystems (08.244)
Für die Optimierung der Fugenkonstruktion zur Erhöhung der Nutzungsdauer und Minimierung des Erhaltungsaufwandes ist Grundvoraussetzung, die realen Beanspruchungszustände des Fugensystems zu kennen. Hierzu zählen neben klimatischen Einwirkungen insbesondere auch mechanische Beanspruchungen. Aktuell werden mittels verschiedener diskontinuierlicher oder kontinuierlicher Messungen in der Regel nur langsam auftretende horizontale Fugenbewegungen messtechnisch bestimmt.  Bewegungen, die zum Beispiel aus Überrollung des Schwerverkehrs resultieren, finden derzeit keine Beachtung. Die Entwicklung und Erprobung einer standardisierten praxistauglichen Apparatur zur messtechnischen Ermittlung aller relevanten Beanspruchungsgrößen, die in situ auf das Fugensystem in Betonfahrbahndecken wirken, stellen das Hauptziel des Forschungsprojektes dar. Ferner soll in diesem Vorhaben ein Konzept für eine systematische Datenerhebung im bundesweiten BAB-Netz zur Quantifizierung relevanter Beanspruchungen des Fugensystems erstellt werden.

HESTER (3715008)
Straßenbefestigungen sind sowohl verkehrsbedingten als auch klimatischen Einwirkungen ausgesetzt. Da diese beiden Größen mehr oder minder großen Veränderungen unterliegen, kann hinsichtlich der Dauerhaftigkeit der Straßenbefestigungen nur bedingt auf vorhandene Erfahrungswerte aus der Vergangenheit zurückgegriffen werden. So hat sich die Verkehrsbelastung während der letzten 30 Jahre verfünffacht, für die nächsten 30 Jahre wird weiterhin eine Verdopplung des Schwerverkehrsaufkommens prognostiziert. Ebenso sind bereits heute die Auswirkungen der Klimaänderung deutlich erkennbar. Für die Verfügbarkeit der Straßen werden Ertüchtigungssysteme benötigt, die in relativ kurzer Zeit nutzbar sein müssen. Priorität sollte dabei die Dauerhaftigkeit der durchgeführten Erhaltungsmaßnahme haben. Ziel des Projektes ist es, die Betonfertigteilbauweise für Straßenbefestigungen zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit der Befestigungen, Reduzierung der Bauzeiten in situ, Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und Ressourcenschonung sowohl für den Neubau als auch für Maßnahmen im Rahmen der Erhaltung weiterzuentwickeln. Anwendungsfelder erschließen sich vor allem im kommunalen Bereich, wobei hier insbesondere Bushaltebuchten und -flächen sowie Kreisverkehre und hoch frequentierte Kreuzungsbereiche in inner- und außerstädtischen Gebieten zu nennen sind, die beispielsweise großen Beanspruchungen aus Brems- und Beschleunigungsvorgängen unterliegen.

Bewertung der Innenhydrophobierung von Betonfahrbahndecken als neuartige AKR-Vermeidungsstrategie (08.233)
Vermehrt auftretende AKR-Schäden an Betonfahrbahndecken im Autobahnnetz in den letzten Jahren erfordern die Entwicklung und Festlegung neuer Strategien zur Verhinderung derartiger Schäden. Zurzeit kommt die mit dem Allgemeinen Rundschreiben Straßenbau (ARS) Nummer 04/2013 geregelte AKR-Performanceprüfung beziehungsweise die WS-Grundprüfung zur Beurteilung der Eignung grober Gesteinskörnung für die Feuchtigkeitsklasse WS zur Anwendung. Hierbei können die Gesteine als möglicherweise alkaliempfindlich eingestuft werden. In den heutigen Zeiten der Ressourcenknappheit soll mit dem Forschungsvorhaben geklärt werden, ob die Innenhydrophobierung von Fahrbahndeckenbetonen möglich ist und bei einer Verwendung das AKR-Schädigungspotenzial von Gesteinskörnungen, die gemäß der heutigen Untersuchungsmethoden als ungeeignet für den Einsatz im Fahrbahndeckenbeton eingestuft werden, so vermindert werden kann, dass ihre Verwendung im Fahrbahndeckenbeton möglich ist. Weiterhin ist abzuklären, ob und welcher Art die mechanischen Kennwerte durch eine Innenhydrophobierung beeinflusst werden und wie die Dauerhaftigkeit dieser Methode zu bewerten ist.

Analyse des gefügeabhängigen Löslichkeitsverhaltens potenziell AKR-empfindlicher Gesteinskörnungen (06.108)
Die Entwicklungen der letzten Jahre und laufende Forschungsarbeiten, zum Beispiel auf den Gebieten der durchgehend bewehrten Betonfahrbahn und/oder des Faserbetons zeigen, dass Fahrbahndecken aus Beton noch ein deutliches Potenzial in Bezug auf eine Verlängerung der belastungsorientierten Nutzungsdauer besitzen. Ein in den letzten Jahrzehnten nicht zufriedenstellend gelöstes Problem ist die schädigende Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) im Bereich des Betonbaus. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung, Analyse und Beschreibung der physikalisch-chemischen Abläufe sowie des Zusammenhangs zwischen dem Gefüge von Körnern im Oberflächenbereich und deren Löslichkeit in alkalischer Umgebung an ausgewählten Gesteinskörnungen mit unterschiedlicher Alkaliempfindlichkeit. Damit soll speziell jener Wissens- und Kenntnisstand aufgebaut und erweitert werden, der die Reaktionsabläufe auf der Oberfläche von Gesteinskörnungen umfasst. Die gesammelten Erkenntnisse sollen künftig dazu beitragen, eine schnelle und sichere Bewertung von Gesteinskörnungen hinsichtlich ihres Verhaltens im alkalischen Milieu vornehmen zu können, um dadurch eine Einschätzung ihrer Widerstandfähigkeit gegenüber einer AKR treffen zu können.

Reduzierung der Schwindverformungen des Straßenbetons durch den Einsatz neuartiger Schwindreduzierer (08.231)
Fahrbahndecken aus Beton erfahren neben verkehrslastbedingten Verformungen auch lastunabhängige Formänderungen, beispielsweise infolge Temperatur- und Feuchteänderungen im Betonquerschnitt. Zu den hygrisch bedingten Verformungen gehört das Schwinden des Betons, welches bei Verformungsbehinderung zu Zwangsspannungen in der Betondecke führt. Überschreiten diese die Betonzugfestigkeit, entstehen Risse im Betongefüge, die die Dauerhaftigkeit der Konstruktion beeinträchtigen können. Um einer schädigenden Rissbildung entgegenzuwirken, werden in Betonfahrbahndecken Fugen angeordnet, die eine wirksame Reduzierung der Zwangsspannungen bewirken. Ferner können durch den Einsatz schwindreduzierender Betonzusatzmittel die Schwindspannungen verringert werden. Ziel des Forschungsprojekts ist es, die Wirkungsweise neuartiger Schwindreduzierer an straßenbauspezifischen Betonrezepturen zu untersuchen. Dabei liegt der Fokus unter anderem auf dem Einfluss dieser Schwindreduzierer auf die Werkstoffkennwerte und den Frost-Taumittel-Widerstand.

Scannendes Prüfgerät zur Detektion von Delaminationen in Betonfahrbahndecken (08.238)
Trotz der Wartungsarmut von Betonfahrbahndecken können im Verlauf der Nutzungsdauer substanzielle Schädigungen in den hydraulisch gebundenen Schichten auftreten. Insbesondere im Kontext mit „Hitzeschäden an Fahrbahndecken aus Beton“ sind derzeit zwei Schädigungstypen von Interesse: Horizontalrissbildungen im Bereich der Fugen und Fugenkreuze sowie Delaminationen der Betondecke von der Unterlage, die in der Regel mit Erosionserscheinungen verbunden sind. Die zerstörungsfreie Detektion derartiger Zustände stellt sich in der Praxis als schwierig dar. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung eines scannenden und möglichst zerstörungsfreien Prüfverfahrens zur Detektion von Delaminationen sowie Gefügestörungen. Mit dem Verfahren soll eine flächendeckende, zügige Prüfung der Substanz realisiert werden. Das zu entwickelnde System sollte ebenso die Erkennung von Hohlräumen beziehungsweise Fehlstellen innerhalb der Betondecke ermöglichen. Im günstigsten Fall ist eine Verwendung des Systems für die Substanzbewertung denkbar.

Einsatz von offenporigem Beton im Straßenbau (3712002)
Ziel des Projekts ist es, eine Betonfahrbahndecke zu entwickeln, deren obere Schicht aus einem offenporigen Beton hergestellt wird. Entgegen der derzeit praktizierten zweischichtigen Bauweise "frisch auf frisch", ist hier im ersten Schritt die Betonage des Oberbetons auf einer bereits erhärteten Unterlage vorgesehen. Ein weiteres Ziel ist die Optimierung der Bauweise, so dass eine dauerhafte Lärmminderung bei gleichzeitig hohem Dränagevermögen sowie guter Griffigkeit sichergestellt werden kann. Mit der Entwicklung dauerhafter lärmmindernder offenporiger Betonfahrbahnbeläge soll eine Alternative zu offenporigen Belägen in Asphaltbauweise etabliert werden, um den Straßenbauverwaltungen weiterhin, trotz steigender Anforderungen an die Lärmminderung, einen Gestaltungsspielraum bei der straßenbautechnischen Ausführung zu ermöglichen.

Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von eingefrästen Rüttelstreifen in Betonfahrbahnen (3311010)
Eine Möglichkeit zur Vermeidung von Verkehrsunfällen infolge Müdigkeit und Unaufmerksamkeit sind in den Seitenstreifen eingefräste Rüttelstreifen. Über den Einsatz von Rüttelstreifen in Betonfahrbahnen gibt es bisher keine Erfahrungen. Die Ausführung wird als unproblematisch betrachtet, da dies mit Diamantschneidscheiben möglich ist, wie sie für die Ausführung von Fugenarbeiten und Herstellung von Oberflächen verwendet werden. Einfluss auf die Dauerhaftigkeit von Rüttelstreifen in Betonfahrbahnen könnten verbleibende Rückstände von Niederschlagswasser und Tausalzen ausüben. Ziel ist es festzustellen, ob Rüttelstreifen auf die Lebensdauer von Betonfahrbahnen Einfluss haben. Ein noch nicht gelöstes Problem im Betonstraßenbau ist die schädigende Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR). Bei der AKR in Beton reagieren empfindliche Gesteinskörnungen mit den Alkalien des Zements oder von außen zugeführten Alkalien. Es ist zu prüfen, ob durch Rüttelstreifen in Betonfahrbahnen, die ein AKR-Potenzial besitzen, der schädigende Ablauf beschleunigt wird.

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