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Qualitätssicherung von Waschbetonoberflächen
BASt-Bericht S 66
Rolf Breitenbücher, Bou-Young Youn, Ruhr Universität Bochum, Lehrstuhl für Baustofftechnik
39 Seiten
Erscheinungsjahr: 2010
Preis: 5,00 €
Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH
Für eine frühzeitige Verkehrsfreigabe von Betonfahrbahndecken wird in der ZTV Beton-StB 07 eine Mindestbetondruckfestigkeit von 26 N/mm² gefordert. Insbesondere Betonfahrbahnen, die bei niedrigen Temperaturen hergestellt und bereits im jungen Alter durch Frost und Taumittel beansprucht werden, müssen einen ausreichend hohen Widerstand gegen Frost-Tausalz-Wechsel aufweisen. Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen dieses Forschungsprojektes die Dauerhaftigkeit von Waschbetonoberflächen bei Herstellung unter spätherbstlichen Klimabedingungen und bei frühzeitiger Verkehrsfreigabe unter Frost-Taumittel-Beanspruchung untersucht. Im Fokus auf die Waschbetonoberfläche wurde insbesondere die Einbettung der groben Gesteinskörnung in die Oberflächenmatrix mittels Oberflächenzugfestigkeitsprüfungen an befrosteten und unbefrosteten Proben sowie die Makrotextur vor und nach der Frost-Tausalz-Prüfung überprüft.
Dabei zeigten sich bei den beiden untersuchten Laborbetonen mit CEM I 42,5 R und CEM II/A-S 42,5 R nur geringfügige Unterschiede. Im Hinblick auf die CDF-Prüfungen wurden insbesondere bei den Serien, die bei 8 °C, 99 % relative Luftfeuchtigkeit lagerten und mit einer Zieldruckfestigkeit von 32 N/mm² in die Frosttruhe eingelagert wurden, im Vergleich zu den beiden anderen Lagerungsbedingungen (8 °C, 85 % relative Luftfeuchtigkeit und 20 °C, 65 % relative Luftfeuchtigkeit) mit geringeren Zieldruckfestigkeiten von 20 N/mm² und 26 N/mm² deutlich geringere Abwitterungen ermittelt. Die Serien mit 20 °C, 65 % relative Luftfeuchtigkeit Lagerung verzeichneten demgegenüber den höchsten Materialverlust sowie einen signifikanteren Anstieg der relativen Feuchteaufnahme zu Beginn der CDF-Prüfung. Die kontinuierliche Zunahme des relativen, dynamischen E-Moduls aller untersuchten Betone über die gesamte Prüfdauer ist auf die im Betonalter noch intensiv andauernde Hydratation zurückzuführen. Im Rahmen der Oberflächenzugfestigkeitsprüfungen wurden insbesondere bei den unbefrosteten Proben in der Feuchtlagerung bei 8 °C, 99 % relative Luftfeuchtigkeit die höchsten Oberflächenzugfestigkeiten ermittelt. Die Betone der Serien, die bei 20 °C, 65 % relative Luftfeuchtigkeit lagerten, wiesen zu den jeweiligen Prüfzeitpunkten jeweils geringere Oberflächenzugfestigkeiten als die feuchter gelagerten Betonen auf. Während die Serien durch ihre Lagerung (8 °C, 85 % relative Luftfeuchtigkeit sowie 99 % relative Luftfeuchtigkeit) oberflächennah wassergesättigt waren, kam es bei den Serien mit 20 °C, 65 % relative Luftfeuchtigkeit Lagerung zum Austrocknen der oberflächennahen Schicht. Allen untersuchten Betonproben konnten Kohäsionsbrüche sowohl in der Gesteinskörnung als auch in der Ze-mentsteinmatrix zugeordnet werden. Allerdings lässt sich auch in den Fällen mit gerissenen Gesteinskörnern aufgrund der generell erzielten Oberflächenzugfestigkeiten (stets > 1,5 N/mm²) keine Beeinträchtigung der Dauerhaftigkeit (einschließlich der Korneinbettung) der Waschbetonoberfläche, die bei kühler und feuchter Witterung nur kurze Zeit erhärten konnte und frühzeitig Frost-Tausalz-Beanspruchung ausgesetzt wurde, erkennen, solange die Festigkeit des Betons bei der ersten Frosteinwirkung größer als rund 20 N/mm² ist.
Der Originalbericht enthält als Anhänge weitere Tabellen und Grafiken zu den Vor- und Hauptversuchen (Profilspitzenanzahl, mittlere Oberflächentexturtiefe, CDF-Test). Auf die Wiedergabe dieser Anhänge wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Sie liegen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und sind dort einsehbar. Verweise auf die Anhänge im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten
Quality assurance of exposed aggregate concrete surfaces
Before a newly cast concrete pavement can be opened up to traffic, a minimum concrete compressive strength of 26 MPa according to ZTV Beton-StB 07 is required. Especially concrete pavements which have been produced at low temperatures and stressed by freeze and de-icing salt at young age have to exhibit a sufficiently high freeze thaw and de-icing salt resistance. The scope of this research project was on the durability of exposed aggregate concrete surfaces produced at late autumnal climatic conditions and opened up to traffic after a short period of time under freeze-thaw salt stress. With regard to the exposed aggregate concrete surface, it was predominantly the embedding of the coarse aggregates in the concrete surface that was assayed by tests of tensile bond strength on frozen and unfrozen specimens as well as the macro-texture before and after the freeze-thaw salt attack.
Both investigated laboratory concretes with CEM I 42,5 R and CEM II/A-S 42,5 R showed only minor differences. With regard to the CDF-tests conspicuously marginal scaling was determined at the series which were stored at 8 °C, 99 % rel.H. and placed into the temperature controlled chest with a liquid cooling bath at a target compressive strength of 32 MPa, in comparison to the other two storage set ups (8 °C, 85 % rel.H. and 20 °C, 65 % rel.H.) at lower target compressive strengths of 20 MPa and 26 MPa. The series which were stored at 20 °C, 65 % rel.H. displayed the highest loss of scaled material as well as a significant increase in relative mois-ture absorption at the beginning of the CDF-test. The continuous increase of the relative dynamic elastic modulus of all investigated concretes over the entire test duration is attributed to the still intense hydration at that concrete age.
Within the scope of the tests of adhesive tensile strength, the highest adhesive ten-sile strengths were predominantly determined at the unfrozen specimens of a storage at 8 °C, 99 % rel.H.. The concretes of the series which were stored at 20 °C, 65 % rel.H. exhibited respectively lower adhesive tensile strengths than the more humidly stored concretes. Whereas the series water-saturated near to the surface due to their storing condition (8 °C, 85 % rel.H. and 99 % rel.H.), the near-surface layers of the series which were stored at 20 °C, 65 % rel.H. nearly desiccated. Cohe-sion fractures both in the aggregates and in the cement stone matrix were observable in all test specimens.
However, also in the cases of cracked aggregates the durability (including the em-bedding of the aggregates) of the exposed aggregate concrete surface which could merely harden within a short time at nippy and humid weather and which were ex-posed to freeze thaw salt cycle at an early stage was not affected adversely due to the generally achieved adhesive tensile strengths (always > 1,5 MPa), as long as the compressive strength of the concrete is higher than approximately 20 MPa at the initial action of frost.
The original report contains additional tables and figures related to the pretrials and main trials (number of profile tips, average surface texture depth, CDF test) as ap-pendices. These appendices have not been included in this publication. They are available from the Federal Highway Research Institute and may be viewed there. References to the appendices in the body of the report have been retained for the information of the reader.