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Erfahrungen mit selbstverdichtendem und hochfestem Beton im Brücken- und Ingenieurbau an Bundesfernstraßen
BASt-Bericht B 95
Franka Tauscher, Bundesanstalt für Straßenwesen
83 Seiten
Erscheinungsjahr: 2013
Preis: 17,00 €
Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH
Die Erfahrungen zeigen, dass auch im Brücken- und Ingenieurbau an Bundesfernstraßen die Vorteile von hochfestem und selbstverdichtendem Beton genutzt werden können.
Unter den Randbedingungen des Brückenbaus sind insbesondere Vollplattenquerschnitte mit beidseitigen Kragarmen, die ohne Versprung im Querschnitt an die Platte angegliedert sind, für die Ausführung mit hochfestem Beton geeignet. Mit dieser Bauweise wurden Spannweiten bis zu 40 m realisiert. Der Schlankheit der Querschnitte ist jedoch durch die zusätzlichen Kosten für Beton- und Spannstahlbewehrung eine wirtschaftliche Grenze gesetzt.
Für die Ausführung von Brückenüberbauten an Bundesfernstraßen in Ortbetonbauweise ist selbstverdichtender Beton aufgrund der üblichen Abmessungen und der konstruktiven Durchbil-dung von Brücken nicht geeignet. Direkt befahrene Fahrbahntafeln aus hochfestem Ortbeton ohne zusätzliche Abdichtung sind für Brücken an Bundesfernstraßen mit den heute üblichen Verfahren nicht realisierbar.
Die Gebrauchseigenschaften von Bauteilen aus hochfestem und/oder selbstverdichtendem Beton, wie zum Beispiel Verformung und Dauerhaftigkeit, haben sich mindestens als vergleichbar mit normalfestem Beton dargestellt. Die Dauerhaftigkeit von hochfestem Beton stellt sich unter der Frost-Tausalz- und Wettereinwirkung an Bundesfernstraßen sogar besser dar, als für normalfesten Rüttelbeton oder selbstverdichtenden Beton. Chlorideindringwiderstand und Karbonatisierungswiderstand des hochfesten Betons sind höher. Selbst dann, wenn infolge von Oberflächenrissen das optische Erscheinungsbild eines Brückenpfeilers beeinträchtigt ist, sind Chlorideindring- und Karbonatisierungstiefe geringer als für normalfesten Beton unter den gleichen Einwirkungen.
Die Erfahrungen haben gezeigt, dass bis einschließlich der Festigkeitsklasse C70/85 hochfeste Betone zielsicher hergestellt und eingebaut werden können. Mit abnehmender Festigkeitsklasse werden jedoch die typischen Schwierigkeiten bei der Ausführung der Bauteile geringer.
Voraussetzung für die zielsichere Herstellung von hochfestem Beton und/oder selbstverdichtendem Beton ist jedoch die Umsetzung der zwischen Betonhersteller und bauausführendem Unternehmen vorab projektbezogen abgestimmten qualitätssichernden Maßnahmen, die in QS-Plänen, zum Beispiel für Betonherstellung, Transport und Baustelle, niedergelegt werden. Die notwendigen Maßnahmen zur Sicherstellung der geforderten Frischbetoneigenschaften, Hydratationswärmeentwicklung, Festigkeitsentwicklung, Einbauverfahren, Nachbehandlung und Festbetoneigenschaften gehen über das für normalfesten Rüttelbeton Bekannte hinaus. Der Aufwand für selbstverdichtenden Beton geht dabei noch über die für hochfesten Beton hinaus.
Aus diesen Gründen wird die Begleitung der solcher Baumaßnahmen durch nicht in das Baugeschehen involvierte, kompetente und erfahrene Betoningenieure weiterhin für erforderlich gehalten. Dies wird heute schon mit der Forderung einer Zustimmung im Einzelfall für Bauwerke und Bauteile aus hochfestem oder selbstverdichtendem Beton in den ZTV-ING in die Praxis umgesetzt.
Mit zunehmender Verwendung hochfester und/oder selbstverdichtender Betone, auch außerhalb des Brückenbaus, werden die Erfahrung und die Sicherheit im Umgang mit diesen Betonen zunehmen, so dass das Instrument der Zustimmung im Einzelfall dann verzichtbar werden kann.
Experience with self-compacting and high-strength concrete in bridge and civil engineering work on German federal highways
Experience shows that use can also be made of the benefits provided by high-strength and self-compacting concrete in bridge and civil engineering work on German federal highways.
When taking the limiting conditions that exist when constructing bridges into account, solid slab cross–sections with cantilevers on both sides that are attached to the slab without an offset are suitable for executions with high-strength concrete. With this method of construction, it is possible to achieve bearing distances of up to 40m. The leanness of the cross-section is however economically restricted by the additional costs that are incurred for concrete and prestressing steel reinforcement.
Self-compacting concrete is not suitable for in-situ concrete bridge superstructures over federal highways due to the customary dimensions and the constructive design of bridges. Deck slabs made of high-strength in-situ concrete that are directly driven on but which do not have any additional sealing, are not feasible for bridges on federal highways when adopting customary procedures.
The performance characteristics of constructional elements made of high-strength and/or self-compacting concrete, e.g. deformation and durability, haven proven themselves to be at least comparable to those of normal strength concrete. The durability of high-strength concrete even proves to be better when subjected to the effects of frost, deicing salt and weather conditions, when compared with normal strength vibrated concrete or self-compacting concrete. High-strength concrete has a higher chloride penetration resistance and carbonatisation resistance. Even if the appearance of a bridge pillar is impaired by surface cracks, the chloride penetration and carbonatisation depths are lower than is the case for normal strength concrete when subjected to the same effects.
Experience has shown that high-strength concrete can be purposefully manufactured and used up to stability class C70/85 inclusive. The lower the stability class, the fewer the typical difficulties that occur when executing the constructional elements.
A requirement for the purposeful manufacturing of high-strength and/or self-compacting concrete is however the implementation of the project-related quality assurance measures that are agreed to between the concrete manufacturer and the construction company in advance, these then being recorded in QA plans, exempli gratia for the manufacturing of the concrete, the transportation and the construction site. The measures required to ensure the wet concrete properties, the hydration heat development, strength development, insertion procedure, curing and properties of the hardened concrete go further than those known for normal strength vibrated concrete. The expenditure for self-compacting concrete is also higher than that for high-strength concrete.
For this reason, the accompanying of such construction measures by competent and experienced concrete engineers that are not involved in the construction project is still deemed to be necessary. It is already put into practice nowadays with the demand in the ZTV-ING (Additional Technical Contract Conditions and Guidelines for Engineering Structures) that agreement be granted for structures and constructional elements made of high-strength or self-compacting concrete.
The more experience that is gained with the use of high-strength and/or self-compacting types of concrete, including uses other than in bridge construction, the experience and confidence in handling these types of concrete shall improve so that the instrument of the agreement can then be dispensed with.