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SMART-DECK

Die Dauerhaftigkeit von Straßenbrücken aus Stahlbeton wird insbesondere dadurch gefährdet, dass Chloride durch beschädigte Abdichtungen, Fugen und Übergangsprofile in den Beton eintreten. Korrosionsschäden der Bewehrung werden an der Brückenoberseite meist erst dann sichtbar, wenn bereits ein erhebliches Schadensausmaß vorliegt. Außerdem sind durch das gestiegene Verkehrsaufkommen bei einigen Brücken Defizite hinsichtlich ihrer Querkraft- und Biegetragfähigkeit in Querrichtung zu verzeichnen.

Das Bild zeigt eine Übersicht der Funktionalität des Monitoringsystems Übersicht der Funktionalität des Monitoringsystems von SMART-DECK und der Zustand der Abdichtung; grün: intakt, gelb: signifikanter Widerstandsabfall; rot: Grenzwert Widerstand unterschritten, Undichtigkeiten vorhanden und pKKS erforderlich (Quelle: ibac)

SMART-DECK – ein multifunktionales, intelligentes Verstärkungs- und Schutzsystem – zielt darauf ab, den genannten Mängeln mittels modularer Funktionalitäten vorzubeugen. Das System soll erstmals ein vollflächiges Echtzeit-Feuchtemonitoring, einen abschnittsweise steuerbaren präventiven kathodischen Korrosionsschutz (pKKS) sowie eine Erhöhung der Tragfähigkeit in Querrichtung bei Bestandsbrücken erlauben.

Durch das Monitoring können Schäden in der Abdichtungsebene frühzeitig erkannt werden und – in Kombination mit dem pKKS – Verkehrsbehinderungen vermieden werden. Eine Erneuerung des Brückenbelages ist nicht zeitnah erforderlich, sondern kann über Jahre hinaus in verkehrsgünstige Perioden verschoben werden.

Das Monitoring, der pKKS und die verstärkende Wirkung werden durch eine textile Carbonbewehrung in Kombination mit einem Spezialmörtel realisiert. Mittels der Verstärkungsschicht soll sowohl die Biege- als auch die Querkrafttragfähigkeit der Fahrbahnplatte in Querrichtung vergrößert werden, ohne das Eigengewicht der Tragkonstruktion signifikant zu erhöhen.

Die Textilbetonergänzungsschicht wird auf der Oberseite der Brückenfahrbahnplatte zwischen Bestandstragwerk und Brückenbelag aufgebracht. Durch die feldweise Einteilung in Brückenlängsrichtung kann der Zustand der Fahrbahnabdichtung abschnittsweise überwacht werden.

SMART-DECK soll die genannten Funktionalitäten in sich vereinen, wobei diese modular eingesetzt werden können. Liegt beispielsweise kein Tragfähigkeitsdefizit vor, kann auf eine Vergrößerung der Tragfähigkeit verzichtet werden, um einen Teil der Carbonbewehrung einzusparen und die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen.

Funktionsweise

SMART-DECK besteht aus einer dünnen Schicht aus feuchtesensitivem Mörtel, PCC (Polymer Cement Concrete) mit einem Größtkorn von vier Milimetern. Die Mörtelschicht ist mit zwei epoxidharzgetränkten Carbongelegen bewehrt, deren Lage zueinander durch Abstandhalter gesichert ist. Die bis zu 20 Quadratmeter großen Felder der textilen Bewehrung repräsentieren jeweils einen Sensor, der über ein Bussystem messtechnisch getrennt angesteuert wird. Anhand von Kalibrierkurven wird über die Messung des elektrischen Widerstands zwischen den zwei Carbonlagen der Feuchtegehalt des Mörtels ermittelt. Ein Widerstandsabfall deutet auf eine Undichtigkeit in der Abdichtung hin, da geringe Widerstände mit einem hohen Wassersättigungsgehalt des Mörtels einhergehen.

Das Bild zeigt die Modulkombination SMART-DECK Modulkombination SMART-DECK (Quelle: Till Büttner, Eurovia)

Mittels einer Zustandsanzeige ist der Betreiber in der Lage, den elektrischen Widerstand über Mobilfunk oder Internet in Echtzeit zu überwachen und so Rückschlüsse auf den Zustand der Abdichtung zu ziehen.

Ist im Schadensfall eine Instandsetzung der Brücke zeitnah nicht möglich, können erforderliche Bauarbeiten mit der Aktivierung des pKKS in günstigere Perioden verschoben werden. Bei der Aktivierung des pKKS wird zwischen der textilen Bewehrung und der Stahlbewehrung ein elektrisches Feld aufgebaut, welches den Bewehrungsstahl kathodisch polarisiert. Der Korrosion der Stahlbewehrung wird damit entgegenwirkt und demzufolge eine Depassivierung der Stahlbewehrung verhindert.

Das Bild zeigt das Funktionsprinzip von SMART-DECK Funktionsprinzip von SMART-DECK (Quelle: ibac)

Kleindemonstrator

Nach Erstellung eines Anforderungskatalogs, der Entwicklung eines Mörtelsystems, der textilen Bewehrung und eines Messtechniksystems durch die Projektpartner, wurde im April 2016 ein Demonstrator auf dem Gelände der BASt zur Beurteilung und Optimierung des Gesamtsystems außerhalb des bis zu diesem Zeitpunkt untersuchten Labormaßstabs fertiggestellt. Die Funktionalität des Monitorings wurde mithilfe von Feuchte-, Temperatur- und Widerstandsmessungen erfolgreich überprüft. Dabei dienten Multiringelektroden als Referenz für die Feuchtemessungen. Die Monitoringdaten können jederzeit via Internet über eine Remotedesktopverbindung abgerufen werden. Eine erfolgreiche Erprobung der pKKS-Funktionalität erfolgte ebenfalls. Ferner wurde durch Bauteilversuche an ausgesägten größeren Segmenten das Tragverhalten im Labor untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass durch die SMARTDECK-Schicht eine signifikante Steigerung der Biege- und Querkrafttragfähigkeit der Brückenfahrbahnplatte erreicht werden kann.

Großdemonstrator

Nach einer abschließenden Optimierung der Einzelkomponenten wurde das SMART-DECK-System erstmals im Sommer 2019 auf einem Brückenbauwerk zur Validierung des Konzeptes unter realen Baustellenbedingungen appliziert und wird dort unter Verkehrsbedingungen erprobt. Es handelt sich dabei um einen die Niers überführenden Ersatzneubau in Mönchengladbach. Die Stadt Mönchengladbach erhält laufend Informationen über den Zustand des Abdichtungssystems und damit eine wichtige Betriebsgröße für die Erhaltungsplanung.

Das Bild zeigt verlegte Carbonfasermatten im Demonstrator auf dem BASt-Gelände Verlegte Carbonfasermatten im Demonstrator auf dem BASt-Gelände (Bild: Till Büttner, Eurovia)

Projektpartner

Das Projekt SMART-DECK wird vom BMBF im Rahmen des Förderprogramms „HighTechMatBau“ gefördert.

  • Verbundkoordinator Eurovia
  • BASt
  • instakorr
  • Massenberg
  • RWTH Aachen (ibac, IMB)
  • StoCretec
  • solidian GmbH
Fachbetreuung: Sarah Dabringhaus