C3-V4.12: CRC zur fugenlosen Instandsetzung geschädigter Betonfahrbahn­decken

Inhaltsverzeichnis

1. 1. 1. Projektdaten
      2. Bericht aus dem Jahrbuch 2019
      3. Bericht aus dem Jahrbuch 2018
      4. Bericht aus dem Jahrbuch 2017

Projektdaten

Titel | Title Rissbreitenuntersuchung als Teilvorhaben im Vorhaben C3-V4.12: Carbonbeton zur fugenlosen Instandsetzung geschädigter Betonfahrbahndecken | TP C3-V4.12-II: Research of crack growth as part of the joint project C3-V4.12: Carbon concrete for a jointless restoration of damaged concrete road pavement Förderer | Funding Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF); Projektträger: FZ Jülich GmbH / C3 – Carbon Concrete Composite Zeitraum | Period 3.2017 - 08.2019 Leiter Teilvorhaben | Subroject manager Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach Bearbeiter | Contributor Dipl.-Ing. Kristina Farwig Projektpartner | Project partner Lehrstuhl für Baustofftechnik, Ruhr-Universität Bochum (Vorhabenleiter)

Bericht aus dem Jahrbuch 2019

REDUZIERTE RISSBREITEN IM STRASSENBETON DURCH CARBONBEWEHRUNG

Unbewehrte Betonfahrbahndecken bedürfen aufgrund der vorhandenen Fugen eines hohen Wartungsaufwandes und weisen häufig Schäden auf. Eine sowohl ökonomische als auch ökologische Methode zu dessen Instandsetzung dieser besteht darin, die beschädigte Fahrbahn mit einer dünnen Schicht aus Carbonbeton zu sanieren. Die auf Fahrbahndecken wirkenden, hohen mechanischen sowie thermischen und hygrischen Beanspruchungen führen zu Zwangsspannungen in der fugenlosen Carbonbetonschicht, die mit dem Altbeton im Verbund wirkt. Im Bereich der Fuge wird der Verbund daher für einen bestimmten Bereich getrennt, so dass eine gleichmäßige Rissverteilung generiert werden kann. Um die in der Carbonbetonschicht zu erwartenden Rissabstände und -breiten experimentell erfassen und rechnerisch nachweisen zu können, wurden Dehnkörper-sowie Auszugversuche bei 20 °C, -18 °C und +80 °C durchgeführt. Die 3 cm starken Dehnkörper wurden sowohl mit einer mittig angeordneten Lage als auch mit zwei Textillagen versehen. Mittel Photogrammetrie wurden die Rissabstände und -breiten am Dehnkörper mit einer hohen Messgenauigkeit aufgezeichnet.

Die Auszugversuche dienten zur Bestimmung der Verbundeigenschaften zwischen Textil- und Betonmatrix. Die ermittelte Kraft-Rissöffnungs-Beziehung kann mithilfe eines numerischen Berechnungstools in eine Verbundspannungs-Schlupf-Beziehung überführt und für die Berechnung der Rissabstände und -breiten verwendet werden. Der Vergleich von Berechnung und Versuch zeigt, dass die berechneten minimalen und maximalen Rissabstände bei den einlagig bewehrten Probekörpern gut mit den gemessenen übereinstimmen. Durch den Einsatz von zwei Textillagen wird der Abstand der Risse um fast die Hälfte reduziert. Die Rissbreiten können mit zwei Textillagen ebenfalls halbiert werden.

Bei 20 °C werden bei zweilagig bewehrten Dehnkörpern unter Gebrauchslast Rissbreiten von 0,10 bis 0,15 mm abgelesen.

Bericht aus dem Jahrbuch 2018

RISSENTWICKLUNG BEI FAHRBAHNDECKEN AUS CARBONBETON

In Betonfahrbahndecken werden zur Vermeidung der Rissbildung infolge hygrischer und thermischer Beanspruchung gezielt Querscheinfugen geschnitten. Aufgrund der hohen Beanspruchungen, die aus dem Verkehrsaufkommen und den Witterungsbedingungen resultieren, stellen die eingebrachten Fugen zugleich eine Schwachstelle im Beton dar. Somit ist eine kontinuierliche Instandhaltung und Wartung notwendig.

Um nicht den gesamten Betonoberbau einschließlich der hydraulisch gebundenen Tragschicht (HGT) erneuern zu müssen, wird in diesem Forschungsvorhaben der Ansatz einer 3 bis 7 cm starken, fugenlose Carbonbetonschicht als Sanierungsmaßnahme verfolgt. Da im Carbonbeton kleinere Rissbreiten zu erwarten sind, würde dieser den Altbeton vor dem Eindringen von Wasser und Taumittel schützen. Welche Rissbreiten sich in dem von der Ruhr-Universität Bochum entwickelten Fahrbahnbeton im Verbund mit dem ausgewählten Carbongelege einstellen, wird über standardisierte Dehnkörperversuche im Otto-Mohr-Laboratorium der TU Dresden überprüft. Die Messung der Rissbreiten und -abstände erfolgt dabei mittels Photogrammetrie. Zur Vorhersage soll zudem ein EDV-Modell entwickelt werden. Dieses wird auf Basis der in Auszugversuchen ermittelten Kraft-Rissöffnungs-Kurven erstellt. Daraus können die für eine gewählte Kraft erforderliche Verankerungslänge sowie der minimale Rissabstand und die mittlere Rissbreite iterativ bestimmt werden. Die Berechnungsergebnisse werden mit den Ergebnissen aus den Dehnkörperversuchen verglichen. Dabei werden weitere Lastfälle aus z. B. Temperatur- einwirkungen (20 °C, 80 °C und -18 °C) mit unterschiedlicher Lagenanzahl an Carbonbewehrung überprüft.

Während die Rissabstände und -breiten bei den einlagig bewehrten Dehnkörpern sehr gut mit dem EDV-Modell berechnet werden können, wird bei den zweilagigen Probekörpern nur die maximale Rissbreite mit der Berechnung erfasst, was u. a. der Lageungenauigkeit des Carbongeleges zugeschrieben wird. Die Ergebnisse der analytischen Rissbreitenermittlung liegen jedoch auf der sicheren Seite und können somit für die Weiterentwicklung der rechnerischen Erfassung von Rissabständen und -breiten in Fahrbahndecken aus Carbonbeton genutzt werden.

Bericht aus dem Jahrbuch 2017

NEUE HAUT FÜR BESCHÄDIGTE BETONFAHRBAHNEN

Wer hat sich nicht auch schon einmal gefragt, woher dieses flappende Geräusch während des Autofahrens kommt? Ist es ein kaputter Autoreifen oder doch das rhythmische Überfahren der Fugen einer Betonfahrbahndecke? Es gibt zahlreiche gute Gründe für Fahrbahndecken in Beton-bauweise: gute Lastverteilung und Tragfähigkeit, lange Lebensdauer bei hoher Beanspruchbarkeit, griffige Oberflächen-struktur u. v. m. Ein großer Nachteil ist jedoch die notwendige Ausbildung von Quer- und Längsfugen in der unbewehrten Betondecke. Diese Fugen dienen als Sollbruchstellen in der Fahrbahn zur Vermeidung spontaner Risse und zum Ausgleich von Längenänderungen. Zur Sicherung der Dauerhaftigkeit der Fugen werden diese mit öl- und treibstoffbeständigem Fugen-füllstoff abgedichtet.

In der Realität sind diese Fugen jedoch wartungsanfällig und müssen regelmäßig gepflegt werden. Im Falle einer Instandsetzung der Fahrbahn muss zudem i. d. R. aufgrund mangelnder Alternativen meist der gesamte Oberbau erneuert werden, was nicht nur teuer ist, sondern sich auch nachteilig auf die Umwelt auswirkt und Ressourcen verschlingt. In diesem Forschungsvorhaben soll nachgewiesen werden, dass eine fugenlose, dünnschichtige Instandsetzung geschädigter Betonfahrbahndecken mittels Carbonbeton realisierbar ist. Der 3 bis 7 cm dünne Carbonbeton-Oberbau soll die Fugen des Altbetons überbrücken und entstehende Risse über eine gewisse Fläche fein verteilen. Für den Einsatz im Straßenbau müssen diese Risse klein gehalten werden, damit wassergefährdende Stoffe nicht in das Bauteil eindringen können und dadurch Fahrbahnschäden vermieden werden. Zu diesem Zweck arbeiten die Ruhr-Universität Bochum als Vorhabenleiter und die TU Dresden zusammen.

Zu Beginn des Vorhabens steht die Optimierung eines charakteristischen Straßenbetons hinsichtlich verwendeter Korngröße (max. 8 mm), Konsistenz und Verarbeitbarkeit mit dem Ziel, das engmaschige Carbontextil in Gitterform lagesicher einbauen zu können. In einem umfangreichen Versuchsprogramm werden anschließend im Otto-Mohr-Labora-torium Material- und Verbundverhalten von und Straßenbeton sowie die Rissbreiten-entwicklung untersucht. Dabei spielen sowohl der Einfluss von Temperaturgradienten als auch von Feuchte eine große Rolle. Sämtliche experimentellen Ergebnisse werden abschließend für die Kalibrierung eines EDV-Modells verwendet, um die Rissbreiten zuverlässig berechnen und deren Entwicklung vorhersagen zu können. Abgeschlossen wird das Verbundprojekt mit dem Bau eines Versuchsfeldes.