Abgeschlossene Forschungsprojekte



Dränbeton



Herstellung von Dränbetonpfählen als dränierende Elemente von Verbauwänden

Auftraggeber: Bundesanstalt für Wasserbau (BAW)

Projektlaufzeit: Oktober 2015 bis März 2017

Die Herstellung von einzelnen Bohrpfählen aus dränagefähigem Beton innerhalb von überschnittenen Bohrpfahlwänden kann im Einzelfall geeignet sein, um den Aufbau eines Wasserdrucks hinter der Wand zu verhindern und so die gesamte Verbaukonstruktion wirtschaftlicher auszuführen. Ziel dieses durch die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) geförderten Forschungsvorhabens, das der Lehrstuhl für Baustofftechnik gemeinsam mit dem Lehr- und Forschungsgebiet Geotechnik der Bergischen Universität Wuppertal bearbeitet hat, war es, eine geeignete Vorgehensweise aus geotechnischer, bauverfahrenstechnischer und baustofflicher Sicht zu erarbeiten, um Möglichkeiten und Grenzen einer zielsicheren Herstellung von Dränbetonbohrpfählen als dränierende Elemente von Verbauwänden aufzuzeigen.
In den Laboruntersuchungen an der RUB wurden geeignete Betonzusammensetzungen für eine erste Erprobung in situ aufbereitet. Hierbei wurden in den Labor- und Prüfeinrichtungen der RUB ausgewählte Materialzusammensetzungen in Bezug auf ihre Eigenschaften untersucht und analysiert. Es galt die Zusammensetzungen hinsichtlich einer adäquaten Verarbeitung und der notwendigen Eigenschaften wie z.B. der Druckfestigkeit oder Wasserdurchlässigkeit zu optimieren. Neben der Bestimmung von klassischen Eigenschaften war vor allem die Ermittlung des Erosionswiderstands des Zementleims von großer Bedeutung, um einen sicheren Einbau auch beim Kontakt mit (Grund-) Wasser gewährleisten zu können.




Degradation von Beton durch chemischen Angriff



Verbreitung und Schadenspotenzial saurer und sulfatreicher Grundwässer in Deutschland unter besonderer Berücksichtigung des Wiederanstiegs des Grundwasserspiegels - Teil 1: Sachstandbericht

Auftraggeber: Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumplanung (BBSR)

Projektlaufzeit: 2009 bis 2010


In verschiedenen Regionen in Deutschland können in Böden eisendisulfidhaltige Bestandteile z.B. Pyrit enthalten sein, die bei Sauerstoffzutritt vor allem zu Eisen, Sulfat und Protonen (Säure) oxidiert werden. Ein solcher Sauerstoffzutritt kann beispielsweise von einer Grundwasserabsenkung in Tagebaugebieten ausgehen. Mittlerweile sind mehrere solcher Regionen bekannt, in denen das Grundwasser über lange Zeiträume bis in große Tiefen abgesenkt wurde und nun stark saure und sulfatreiche Bedingungen im Boden vorliegen. Bei zukünftigem Wiederanstieg des Grundwasserspiegels können die aggressiven Bestandteile des Bodens mit dem aufsteigenden Grundwasser in die weitere Umgebung transportiert werden. Infolgedessen können in bis dato säure- und sulfatarmen Regionen Betonbauteile, die in direktem Kontakt mit dem Baugrund stehen (wie z. B. Fundamente, Tunnel), durch die dann anstehende saure und sulfatreiche Fracht in Form von lösenden und treibenden Reaktionen angegriffen und geschädigt werden. Über das Vorkommen von sulfidhaltigen Gesteinen sowie von sauren und sulfatreichen Wässern liegen bei der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) umfassende Daten vor, die in in diesem Forschungsprojekt herangezogen werden sollen. Eine Verknüpfung dieser Daten mit Angaben zu aufgetretenen Schadensfällen an Bauwerken, aus der sich Empfehlungen für die Baupraxis ableiten ließen, fehlt bislang.

In diesem Forschungsprojekt soll zum einen ein Sachstandbericht über bekannte Schädigungen an Bauwerken, die auf Einwirkung natürlicher saurer und sulfatreicher Wässer und Böden zurückzuführen sind, erarbeitet sowie eine Beurteilung der im Einzelfall getroffenen Maßnahmen getroffen werden. Zum anderen sollen Erkenntnislücken (z. B. beim Ablauf der Schädigungsmechanismen infolge eines Säure-Sulfat-Angriffs auf Beton) und ggf. normativer Regelungsbedarf zur Evaluierung der Eignung herkömmlicher Baustoffe und Schutzmaßnahmen dargestellt werden.




Arbeitsfugen



Ausbildung von Arbeitsfugen in Wasserbauwerken

Auftraggeber: Bundesanstalt für Wasserbau

Projektlaufzeit: 2009 bis 2010


Beton- und Stahlbetonbauwerke können i.d.R. nicht in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Da das Betonieren „frisch in frisch“ in vielen Fällen nicht möglich ist, entstehen zeitlich getrennte Betonierabschnitte. Dennoch lassen sich Arbeitsfugen in der Praxis kaum vermeiden.

Damit eine ausreichend kraftschlüssige und dauerhafte Verbindung zwischen einem bereits erhärteten und einem neu anbetonierten Beton herbeigeführt werden kann und alle dort auftretenden Beanspruchungen sicher aufgenommen werden können, bedarf es einer geeigneten Ausbildung der Arbeitsfuge. Dazu ist in erster Linie der Feinmörtel aus der Oberfläche der Fuge so zu entfernen, dass sich eine gewisse Rauigkeit einstellt. Zu diesem Zweck kann der Oberflächenmörtel zu einem frühen Zeitpunkt mittels Hochdruckwasserstrahlen entfernt werden. Eine Alternative besteht in der Verzögerung des Erstarrens des Mörtels in einer dünnen oberflächennahen Schicht durch Einsatz entsprechender Verzögerer. Dazu können flüssige Oberflächenverzögerer auf frische horizontale Flächen aufgetragen bzw. bei vertikalen Flächen Verzögerungspapier oder Verzögerungspasten in die entsprechenden Schalungen integriert werden und der Oberflächenmörtel durch mäßigen Wasserdruck ausgewaschen werden. Bei vertikalen Arbeitsfugen kommt als weitere Variante die Verwendung von Streckmetallelementen in Betracht.

Ziel dieses Forschungsprojekts ist es v.a. die Verbundeigenschaften von Arbeitsfugen bei unterschiedlicher Vorbehandlung der Oberfläche des „Altbetons“ zu untersuchen und quantitativ zu beschreiben. Daraus sollen dann Kriterien, Prüfverfahren und ggf. Grenzwerte abgeleitet werden, die in ein Qualitätssicherungskonzept Eingang finden können.




SonderForschungsBereich 398
Lebensdauerorientierte Entwurfskonzepte unter Schädigungs- und Deteriorationsaspekten



Teilprojekt A13:
Experimentell gestützte Untersuchung der Degradation von Stahlbeton unter zyklischer Beanspruchung

Auftraggeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Projektlaufzeit: 2005 bis 2007


Infolge zyklischer Druckschwellbeanspruchung werden Gefügeschädigungen im Beton verursacht. Anders als bei Versuchen zur Ermittlung von Wöhlerlinien für Beton, die ausschließlich auf die Bestimmung des Ermüdungszustandes abzielen, soll im Teilprojekt A13 auch die Degradation maßgebender Materialparameter (Festigkeit, Steifigkeit, Bruchenergie), verursacht durch Gefügeschädigungen, erfasst werden. Die statistisch abgesicherte Beschreibung des Materialverhaltens während der zyklischen Druckbeanspruchung fließt direkt in die Lebensdauersimulation anderer Teilprojekte des SFB ein.




    Teilprojekt D1:
    Referenzbauwerk: Degradation und Lebensdauer einer Straßenbrücke aus Stahlbeton / Spannbeton nach 50 Jahren Nutzung

    Auftraggeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft
    Partner: Ruhr-Universität Bochum, Prof. Stangenberg

    Projektlaufzeit: 2005 bis 2007


    Das Konzept des Forschungsprojektes besteht darin, die Gesamtdegradation einer Straßenbrücke vom Neuzustand im Jahre 1951 bis zur Gegenwart mittels stochastischer Simulation zu erfassen und die dadurch gewonnene Prognose der Tragfähigkeit mit dem vorhandenen Schädigungszustand im Jahre 2004 zu vergleichen. Auf dieser Basis werden anschließend die theoretischen Konzepte, Modelle und Verfahren des Sonderforschungsbereichs 398 verifiziert.

    Das Hauptforschungsziel von D1 lässt sich in Projektlinien gliedern. Unsere Projektlinie ist die Ermittlung des Schädigungszustands der Baustoffe durch Entnahme von Materialproben und daran anschließend einschlägigen Laboruntersuchungen. Im Vordergrund dieser Untersuchungen steht dabei die Ermittlung der verbliebenen Lebensdauer von entnommenen Betonkernproben infolge zyklischer Druckschwellbeanspruchung. Darüber hinaus werden repräsentativ dauerhaftigkeitsrelevante Untersuchungen wie z.B. Karbonatisierungstiefen, Chlorideindringtiefen, tatsächlich vorhandene Betondeckungen, Feuchteverteilung, Porosität des Betons sowie des Korrosionszustands von Beton- und Spannstahl durchgeführt.




    Sonderbetone



    Verbundvorhaben: Concrete Solar Collector – Prototypenentwicklung und Bau eines Parabolrinnenkollektors aus Beton

    Teilvorhaben: Optimierungsgestützter Entwurf von Betonschalen für Parabolrinnenkollektoren unter Dauerhaftigkeitsaspekten

    Auftraggeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

    Projektlaufzeit: Dezember 2015 bis November 2017

    Parabolrinnenkollektoren sind die bisher kommerziell erfolgreichste Technologie für solarthermische Kraftwerke. Den Stand der Technik repräsentieren die in Spanien errichteten Anlagen vom Typ ANDASOL mit einer Leistung von 50 MWe und integriertem Wärmespeicher für rund 8 Volllaststunden. Aktuelle Entwicklungen der Wirtschaftlichkeit setzen vor allem auf Skaleneffekte, d.h. Vergrößerung der Kollektorapertur und der Gesamtanlage. Die Potenziale für weitere Wirkungsgradsteigerungen von Schlüsselkomponenten sind bereits weitgehend ausgereizt. Ziel der Komponentenentwicklung muss daher die Kostensenkung bei Materialeinsatz, Fertigung, Transport und Montage sein, ohne jedoch das Leistungsvermögen zu beeinträchtigen.

    Durch den Wechsel zu Beton als Strukturmaterial für den Konzentrator können deutliche Kostensenkungspotenziale erschlossen werden. Dabei wird auf bewehrte Lösungen aus der Beton-Fertigteilbranche zurückgegriffen. Eine besondere Herausforderung stellt die präzise, dauerhafte und fertigungsfreundliche Verspiegelung der hochgenauen Betonschalen dar. Im Rahmen des Vorhabens wurden material- und fertigungstechnische Grundlagen erarbeitet und ein Demonstratormodul einer ersten Generation mit einer Aperturweite von rund 6 m zum Nachweis der Erreichbarkeit der Präzisions- und Kostenziele erstellt.




    Straßenbeton



    Bestimmung von Kenndaten zur sicheren Charakterisierung von Fugenvergussmassen

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen

    Projektlaufzeit: Juni 2014 bis Juni 2018

    Fugenabdichtungen verhindern das Eindringen von Oberflächenwasser und Feststoffen in den Fugenspalt. Die Dauerhaftigkeit der Fugensysteme ist entscheidend für die Lebenszykluskosten einer Fahrbahndecke aus Beton. In den letzten Jahren wurden vermehrt Schäden an Systemen mit vor allem heiß-verarbeiteten Fugenmassen festgestellt. Insbesondere Ablösungen von den Fugenflanken, wie auch ein Reißen der Vergussmasse selbst, wurden dabei beobachtet. Diese traten sowohl bei gealterten, als auch bei neuen Fugenmassen auf.

    Mit diesem Forschungsvorhaben wurden die maßgebenden Ursachen für derartige Schäden in den Fugen eruiert. Ferner wurde aus den gewonnenen Erkenntnissen ein Prüfverfahren entwickelt, mit dem ein Fugenfüllsystem ganzheitlich unter Berücksichtigung der maßgebenden Einwirkungen bewertet werden kann. Die Betonbauweise wird dadurch als wirtschaftliche und dauerhafte Bauweise von Verkehrsflächen gestärkt.


    Reduzierung der Schwindverformungen des Straßenbetons durch den Einsatz neuartiger Schwindreduzierer

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen

    Projektlaufzeit: Februar 2015 bis Februar 2017

    Fahrbahndecken aus Beton werden auch durch lastunabhängige Einwirkungen beansprucht. Hierzu zählen neben den thermischen Verformungen vor allem Schwindverformungen. Überschreiten diese Zwangsspannungen die Zugfestigkeit des Betons, kann es zu einer Rissbildung kommen. Um dieser Rissbildung entgegenzuwirken, werden in Betonfahrbahndecken i. d. R. in einem Abstand von rd. 5 m Fugen angeordnet, die – werden sie rechtzeitig geschnitten – die Zwangsspannungen wirksam reduzieren. Allerdings bedürfen Fugen während der Nutzung einer Wartung. Neben dem Anordnen von Fugen könnten Schwindspannungen durch Schwindreduzierer verringert werden. Diesbezüglich werden seit einiger Zeit neuartige Produkte angeboten. Orientierende Studien haben gezeigt, dass sich die Schwindverformungen bei Einsatz dieser Schwindreduzierer z. T. erheblich verringern können. Jedoch sind bis zum jetzigen Zeitpunkt weder die tatsächliche Wirkungsweise der Schwindreduzierer noch deren Zusammensetzung, Langzeitverhalten sowie Auswirkungen auf andere Betoneigenschaften genauer untersucht worden.

    Ziel des Forschungsprojekts war es, die Wirkungsweise dieser Schwindreduzierer zu untersuchen. Dabei wurde vor allem ein Augenmerk auf die sich ergebenden Änderungen in den Werkstoffkennwerten, wie z.B. Druckfestigkeit, Biegezugfestigkeit und E-Modul, gelegt. Ferner wurde geprüft, inwieweit der Frost-Taumittel-Widerstand durch den Einsatz dieser Schwindreduzierer negativ beeinflusst wird.



    Dauerhafte Betonfahrbahndecken unter Berücksichtigung aktueller ökologischer und wirtschaftlicher Aspekte

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen

    Projektlaufzeit: März 2013 bis Dezember 2015

    Für die Herstellung von Betonfahrbahndecken ist für Ober- und Unterbeton ein und derselbe Zement zu verwenden. Durch eine flexiblere Handhabung von Bindemitteln im Ober- und Unterbeton würden sich ökologische und wirtschaftliche Vorteile eröffnen. Der grundlegende Ansatz ist die Verwendung von Zementen mit hohem Klinkeranteil für den hochbelasteten, dünnen Oberbeton in Verbindung mit Zementen mit reduziertem Klinkeranteil für den Unterbeton. Damit kann die Ökobilanz einer Betonstraße deutlich verbessert und die Gefahr einer schädigenden AKR im Unterbeton deutlich vermindert werden.

    Im Rahmen des Projektes wurde die technologische Grundlage für eine entsprechende Anpassung der TL Beton-StB gelegt. Der Schwerpunkt lag dabei auf dem Einfluss der unterschiedlichen Festigkeitsentwicklung sowie des Verformungsverhaltens der Betone mit verschiedenen Bindemitteln auf den Verbund. Weiterhin wurde das Potential zur AKR-Verminderung untersucht.


    Instandsetzung von Betonfahrbahndecken mit dünnschichtigem Neubeton

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen

    Projektlaufzeit: August 2012 bis Juli 2015

    Für die Instandsetzung von Betonfahrbahndecken, bei denen lediglich der oberflächennahe Beton erneuert werden muss, der darunterliegende Unterbeton jedoch seine Aufgaben nach wie vor übernehmen kann, kommt eine Erneuerung nur der Oberbetonschicht in Betracht. Dazu muss der geschädigte oder nicht mehr seinen Aufgaben gerecht werdende Oberbeton, entfernt und ein neuer Oberbeton mit entsprechender Oberflächengestaltung (z.B. Waschbeton) aufgebracht werden.
    Um einen ausreichenden und dauerhaften Verbund zwischen dem alten Unterbeton und dem neuen Oberbeton sicherstellen zu können, wird klassischerweise eine Haftbrücke zwischen den beiden Betonschichten eingebracht. Somit besteht das Gesamtsystem „Betonfahrbahn“ dann aus dem Unterbeton, einer Haftbrücke und dem neuen Oberbeton. Kritisch kann dabei das großflächige Applizieren einer Haftbrücke werden, insbesondere unter dem Aspekt, dass der nachfolgende Neubeton frisch-in-frisch in die Haftbrücke einzubauen ist und Letztere nur eine begrenzte offene Liegezeit aufweist. Deshalb sollen im Rahmen dieses Forschungs-vorhabens auch Untersuchungen an Systemen ohne Haftbrücke vorgenommen werden. Gleichzeitig werden unterschiedliche Einbaumethoden (kleinflächig: von Hand; großflächig: mit Gerät, ggf. Fertiger) mit einbezogen. Dabei ist besonderes Augenmerk auf die dauerhafte Ausbildung des Verbunds zwischen Alt- und Neubeton, insbesondere hinsichtlich der auf Betonfahrbahnen einwirkenden zyklisch-dynamischen Verkehrsbeanspruchungen sowie der Frost-Taumitteleinwirkungen zu legen.


    Entwicklung und Optimierung von COPS (Beton mit offenporiger Oberfläche)

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen

    Projektlaufzeit: 2010 bis 2014

    Im Rahmen bereits durchgeführter Forschungsprojekte wurde festgestellt, dass das Reifen-Fahrbahn-Geräusch als dominierende Schallquelle anzusehen ist. Dabei spielen der „Air-pumping“ - Effekt, der Horneffekt und die Rillenresonanzen bei der Entstehung des Reifen-Fahrbahn-Geräuschs eine dominante Rolle. Für die Betonbauweise wurde bislang versucht, eine Verringerung des Air-pumping-Effekts durch eine ausreichende Rautiefe zu erreichen. Diese wird in Deutschland über die Standardbauweise Waschbeton realisiert. Neben den derzeit in der ZTV Beton-StB 07 festgelegten Oberflächentexturen ist jedoch auch vorstellbar, eine Betondeckschicht mit einem für den Schalldruck zugänglichen Makroporensystem herzustellen. Dabei wird durch die untereinander kommunizierenden Poren eine sehr hohe Schallabsorption erreicht. Im Gegensatz zu klassischen Drainbetonschichten (i.d.R. Einkornbeton) ist für die hier zu entwickelnde leise Deckschicht ein Beton mit einer gezielt eingestellten Ausfallkörnung zu verwenden, durch die das Porensystem hinsichtlich der lärmtechnischen und dauerhaftigkeitsrelevanten Eigenschaften optimiert werden kann.


    Selbstverdichtender Beton für den Einsatz im Betonstraßenbau

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen

    Projektlaufzeit: 2011 bis 2014

    In einem ersten orientierenden Forschungsprojekt „Selbstverdichtender Beton mit hoher Grünstandfestigkeit für den Einsatz in Gleitschalungsfertigern im Betonstraßenbau“ wurden bereits rheologische Untersuchungen an Bindemittelleimen sowie Frischbeton-untersuchungen an Betonen, die mit thixotrop eingestellten Bindemittelleimen hergestellt wurden, durchgeführt und es konnte nachgewiesen werden, das selbstverdichtender Beton grundsätzlich für den Einsatz in Gleitschalungsfertigern geeignet ist.
    Ziel des Forschungsprogramms ist es, aufbauend auf den orientierenden Untersuchungen, die Zusammensetzung der selbstverdichtenden Betone für die großtechnische Anwendung im Betonstraßenbau weiterzuentwickeln, sodass dieser für Herstellung von Betonstraßen im Gleitschalungsfertiger geeignet ist. Hierbei soll hinsichtlich der Oberflächenstrukturierung neben Besenstrich und Kunstrasen v.a. auch die Möglichkeit der Ausbildung einer Waschbetonstruktur erfasst werden.


    Auswirkungen dynamischer Beanspruchungen in Beton von Fahrbahndecken auf potentielle Gefügeschädigungen

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen

    Projektlaufzeit: 2010 bis 2013


    Fahrbahndecken werden durch die ständigen Überrollungen, insbesondere des Schwerverkehrs, auch in erheblichem Ausmaß zyklisch / dynamisch beansprucht. Allgemein werden diese Beanspruchungen meist nur hinsichtlich des Versagensfalls nach entsprechender Lastwechselzahl (Wöhlerlinie) betrachtet. Tatsächlich finden durch diese zyklischen Belastungen aber auch schon weit vor dem Versagen Veränderungen im Mikrogefüge in Form von Mikrorissen statt. Dies ist auch durch eine Zunahme der Verformung, einem entsprechenden Abfall in der Steifigkeit und einem Festigkeitsabfall nachweisbar. Diese Veränderungen hängen im Wesentlichen von der Anzahl der Lastwechsel und dem Verhältnis der Oberspannung σ zur Betonfestigkeit f ab.
    In Fahrbahndecken unterliegt die Oberspannung ständigen Wechseln, da sich den reinen Verkehrsbeanspruchungen auch Zwangs- und Eigenspannungen überlagern. Daher kann in dieser Überlagerung auch allmählich die Oberspannung die (bereits reduzierte) Betonfestigkeit erreichen und sich ein realer Riss ausbilden.
    Bei der Bemessung von Fahrbahndecken aus Beton wird dieser Anteil der dynamischen / zyklischen Beanspruchung bisher lediglich mit einem globalen Beiwert berücksichtigt. Genauere Untersuchungen hierzu, insbesondere zu den Gefügeveränderungen, fehlen bislang. Die bisher in der Literatur dokumentierten zyklischen Untersuchungen beschränken sich vor allem auf Druckschwellenbereiche, während für die hier maßgebende Schwellenbeanspruchung im Zug- bzw. Biegezugbereich bislang nur orientierende Erkenntnisse vorliegen.
    Ferner ist zu bedenken, dass in ein so vorgeschädigtes Gefüge auch Feuchtigkeit und aggressive Medien (Alkalien) leichter eindringen können und sich deren Auswirkungen dadurch intensivieren oder beschleunigen können.




    Entwicklung frühhochfester Reparaturbetone in Waschbetonbauweise

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen

    Projektlaufzeit: 2011 bis 2012


    Der Unterhalt und damit auch die Instandsetzung von Verkehrsflächen aus Beton gewinnen im-mer mehr an Bedeutung. Um die Verkehrsfläche möglichst rasch wieder für den Verkehr freige-ben zu können, ist eine relativ hohe Frühfestigkeit des Reparaturbetons unabdingbar. In den ZTV BEB-StB wird daher gefordert, dass bei Ersatz von Platten und Plattenteilen ein frühhochfester Reparaturbeton zu verwenden ist, der bereits nach 8 Stunden eine Mindestdruckfestigkeit von 20 N/mm² aufweist. Für kleinere Instandsetzungsflächen werden hierfür meist vorkonfektionierte Trockenbetone mit speziellen Bindemittelkombinationen eingesetzt, deren Festigkeitsentwicklung bereits deutlich vor einer Stunde einsetzt. Für die Instandsetzung größerer Flächen (z.B. Einzelplattenauswechslung) werden meist frühhochfeste Fließbetone verwendet. Beide Methoden sind für eine texturierte Oberfläche ausgerichtet und erprobt.
    Hingegen existieren für die derzeitige Standardbauweise „Waschbeton“ keine anwendungsreifen Reparaturbetone, daher sollen in diesem Forschungsprojekt entsprechende Betone für diese Anwendung überprüft, ggf modifiziert oder neu entwickelt werden. Kritisch könnte dabei werden, dass auch nach Aufsprühen eines Oberflächenverzögerers diese schnell erhärtenden Betone ih-re Festigkeit so rasch entwickeln, dass das Zeitfenster, das zum Ausbürsten des Oberflächen-mörtels zur Verfügung steht, extrem eng wird. Die untere Grenze dieses Zeitfensters wird da-durch bestimmt, dass die groben Gesteinskörner bereits ausreichend fest in der nicht-verzögerten Mörtelmatrix eingebunden sein müssen, die obere Grenze ergibt sich dadurch, dass der verzögerte Oberflächenmörtel noch ausgebürstet werden kann. Neben einschlägigen Unter-suchungen zur Herstellung einer zweckmäßigen Waschbetonstruktur an den o.g. gängigen Re-paraturbetonen soll insbesondere mit frühhochfesten Fließbetonen ein Waschbetonoberfläche zeit- und praxisgerecht realisiert werden kann.
    Des Weiteren soll als Alternative ein Beton mit Erhärtungsbeschleuniger mit einbezogen werden, bei dem zum einen der Beton ausreichend rasch hydratisiert, zum andern aber durch die Abstimmung von Zement, Erhärtungsbeschleuniger und Oberflächenverzögerer ein ausreichen-des Zeitfenster zum Ausbürsten des Oberflächenmörtels sichergestellt werden kann.
    Bei kleinen Flächen kommt u.U. auch in Betracht, eine Waschbetonoberfläche mit beschleunig-ten kunststoffmodifizierten Mörteln/Betonen herzustellen. Auch für diese Reparatursysteme sind dann die verwendeten Zemente, Erhärtungsbeschleuniger und Oberflächenverzögerer sorgfältig aufeinander abzustimmen.




    Mindestluftporengehalt in Waschbeton

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen

    Projektlaufzeit: 2010 bis 2012


    In einschlägigen Regelwerken wird für Betone mit hohem Frost-Taumittel-Widerstand ein ausreichender Luftgehalt im Frischbeton gefordert, der – entsprechend den unterschiedlichen Mörtelanteilen – in Abhängigkeit des Größtkorns der Gesteinskörnungen festgelegt ist. Mit Einführung der Waschbetonbauweise wird für den nur 5 cm bis 8 cm dicken Oberbeton das Größtkorn in der Regel auf 8 mm begrenzt. Gleichzeitig wird dieser Beton mit einem Zementgehalt von rd. 400 kg/m³ bis 450 kg/m³ und einem Wasserzementwert von rd. 0,40 hergestellt, was für eine ausreichende Verarbeitbarkeit praktisch immer die Zugabe eines Betonverflüssigers/ Fließmittels erfordert. Daraus leitet sich entsprechend den aktuellen Regelungen ein mittlerer Mindestluftgehalt im Frischbeton von 6,5 Vol.-% ab.
    Um diesen Grenzwert in der Praxis einhalten zu können, werden i.d.R. synthetische LP-Bildner eingesetzt, da mit Produkten auf natürlicher Basis (z.B. Wurzelharzen) selbst bei höherer Zugabemenge der Luftgehalt nur geringfügig gesteigert werden kann. In der Praxis wurde jedoch schon des Öfteren festgestellt, dass LP-Bildner auf synthetischer Basis in Verbindung mit verschiedenen Zementarten und Fließmitteln schon bei praxisüblichen Schwankungen in Temperatur, Mischintensität, usw. zu deutlich höheren Luftgehalten als angestrebt führen. Nur teilweise können diese erhöhten Luftgehalte auf eine weitere Luftporenentwicklung infolge weiterer Mischeinwirkung während des Betoneinbaus zurückgeführt werden. Mit einem derart hohen Luftporengehalt sind in den meisten Fällen andere Einschränkungen verknüpft.
    Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, an in der Straßenbaupraxis üblichen Betonen unter Variation des Zementes sowie des Luftporenbildners zu überprüfen, inwieweit der für einen Beton mit 8 mm Größtkorn vorgegebene Mindestluftgehalt für einen ausreichenden Frost-Taumittel-Widerstand bei Waschbeton tatsächlich notwendig ist. Darüber hinaus soll orientierend erfasst werden, inwieweit sich die Mischintensität hinsichtlich einer außerplanmäßigen Luftporenentwicklung auswirkt.




    Selbstverdichtender Beton mit hoher Grünstandfestigkeit für den Einsatz in Gleitschalungsfertigern im Betonstraßenbau

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen

    Projektlaufzeit: 2008 bis 2010


    Werden Betonfahrbahndecken mit Gleitschalungsfertigern hergestellt, ist die Verwendung von Beton mit steifer Konsistenz heute unumgänglich. Konsistenzbedingt muss der Beton mit entsprechenden am Einbauzug fest angeordneten Innenrüttlern verdichtet werden. In den so einbaubedingt entstehenden Rüttelgassen kommt es oftmals zu Feinmörtelanreicherungen, die die Betoneigenschaften in diesen Bereichen u.U. etwas verändern können. Kommt es innerhalb der Nutzungsdauer eventuell zu Rissen, werden diese lokal in den Rüttelgassen fixiert, selbst wenn diese nicht zwangsläufig rissursächlich waren. Durch den Einsatz eines selbstverdichtenden Betons im Betonfahrbahndeckenbau könnte einerseits der Einbau durch die entfallende Verdichtung erleichtert werden, andererseits würden die als potentielle Schwachstellen dargelegten Rüttelgassen eliminiert. Dieser spezielle SVB müsste im Gegensatz zu herkömmlichem SVB unter definierten Randbedingungen jeweils sehr unterschiedliches rheologisches Verhalten aufweisen, d.h. im bewegten Zustand muss er sehr fließfähig und dabei auch entlüftbar sein, im ruhenden Zustand hinter dem Gleitschalungsfertiger muss sich nach kürzester Zeit ein sehr steifes Verhalten einstellen.




    Qualitätssicherung von Waschbetonoberflächen

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen

    Projektlaufzeit: 2008 bis 2009


    Für eine frühzeitige Verkehrsfreigabe von Betonfahrbahndecken wird in der ZTV-Beton StB i.A. eine Mindestdruckfestigkeit von 26 N/mm² gefordert. Diese Forderung soll dabei eine ausreichende Erhärtung des Straßenbetons vor Verkehrsfreigabe sicherstellen.
    Insbesondere für Betonfahrbahndecken, die im Spätherbst bei niedrigen Temperaturen hergestellt und im jungen Alter bereits durch Frost und Taumittel beansprucht werden, ist zusätzlich ein ausreichender Widerstand gegen Frost-Tauwechsel unerlässlich. Besonders kritisch ist in diesem Zusammenhang die weitestgehende Wassersättigung der Kapillarporen des Betons in den ersten Tagen zu sehen, wenn dieser bei der im Spätherbst oft vorhandenen kühlen und feuchten Witterung noch nicht austrocknen konnte. Hieraus können sich u. U. frühzeitig Frostschäden ergeben.
    Mit Einführung der Waschbetonbauweise als Standardbauweise im Betonstraßenbau wird die Frischbetonoberfläche unmittelbar nach dem Einbau mit einem Verzögerer besprüht und der Oberflächenmörtel im Nachgang (nach einigen Stunden) ausgebürstet. Bei dieser Bauweise wird die notwendige Oberflächentextur maßgeblich durch die freigelegten Profilspitzen der groben Gesteinskörnung bestimmt und nicht mehr durch die Texturbeständigkeit des Oberflächenmörtels. Daher kommt der dauerhaft festen Einbettung der groben Gesteinskörnung eine besondere Bedeutung zu.




    Rissbildung an Fahrbahndecken aus Beton – Auswirkungen von Alkali-Kieselsäure-Reaktionen (AKR), Phase I: In-situ-Untersuchungen an Fahrbahndecken aus Beton mit/ohne Rissen

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen

    Projektlaufzeit 2005 bis 2008


    Die Alkali-Kieselsäure Reaktion, die durch eine Reaktion der Gesteinskörnung mit den in der Porenlösung gelösten Alkalien verursacht wird, ist seit längerer Zeit bekannt und galt durch die Alkali-Richtlinie des DAfStB als beherrschbar. In jüngster Vergangenheit sind vermehrt Risse an Betonfahrbahndecken festgestellt worden. In den meisten Fällen konnte hierzu bislang keine eindeutige Ursache zugeordnet werden. Erste Untersuchungen an Dünnschliffproben aus Streckenabschnitten mit Längsrissen zeigten jedoch Reaktionsprodukte einer AKR. Zu klären ist, ob und inwieweit eine Alkali-Kieselsäure-Reaktion für die aufgetretenen Rissbildungen maßgeblich verantwortlich ist. In diesem Zusammenhang ist noch unbekannt, inwieweit die AKR bei Fahrbahndecken aus Beton durch externe Alkalizufuhr (Taumittel) verstärkt wird. Der Einfluss der Vorbelastung des Betongefüges auf die AKR wurde bislang nicht miteinbezogen. Aufgrund der Vielzahl der potentiellen Ursachen ist daher in-situ davon auszugehen, dass die Risse nicht allein durch die AKR ausgelöst wurden, sondern Kombinationen und Interaktionen verschiedener lastabhängiger wie auch lastunabhängiger Mechanismen dafür verantwortlich sind.




    Rissbildung an Fahrbahndecken aus Beton – Auswirkungen von Alkali-Kieselsäure-Reaktionen (AKR) Phase II: Laboruntersuchungen zur Auswirkung von Vorbeanspruchungen und externer Alkalizufuhr

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen

    Projektlaufzeit: 2007 bis 2010


    In letzter Zeit wurden in mehreren, über ganz Deutschland verteilten Betonfahrbahnen Risse festgestellt. In den meisten Fällen konnte hierzu bislang keine eindeutige Ursache zugeordnet werden, auch wenn bei Untersuchungen an Dünnschliffproben Reaktionsprodukte einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion gefunden wurden. Im Rahmen der Phase I wurden hierzu vor allem die Randbedingungen aus (Herstellung, Lage und Betrieb) sowie in-situ gewonnene Proben aus gerissenen als auch ungerissenen Betonfahrbahndecken hinsichtlich AKR untersucht. Noch nicht näher erfasst wurden die ebenso wichtigen Fragen inwieweit eine AKR in Betonfahrbahndecken durch externe Alkalizufuhr (Taumittel) intensiviert wird, und wie sich eventuell im Betongefüge durch Vorbeanspruchung eingeprägte Veränderungen (Mikrorisse), seien sie durch äußere Verkehrslasten oder durch lastunabhängige Zwangsbeanspruchungen hervorgerufen, auf die Entwicklung einer AKR und die weitere Rissbildung auswirken. Daher ergibt sich die Notwendigkeit, grundlegende Laboruntersuchungen unter lastab- und -unabhängigen Belastungen an vorgeschädigtem und ungeschädigtem Beton, mit und ohne Alkalizufuhr von Außen durchzuführen.




    Robustheit von Beton




    Bestimmung des Stahlfasergehaltes im Frisch- und Festbeton

    Auftraggeber: Forschungsgemeinschaft Transportbeton e.V. (FTB)

    Projektlaufzeit: 2006 bis 2007


    Im Rahmen der Qualitätssicherung von Stahlfaserbeton gehört neben den üblichen Kontrollen an den Betonlieferungen auch die Überwachung des Stahlfasergehaltes. Dies wird bislang an Frisch- und Festbetonproben mit Prüfverfahren nach DIN EN 14721:2005 durchgeführt. Hierbei wird der Stahlfaseranteil aus dem Frischbeton ausgewaschen und anschließend getrocknet und gewogen. Im Festbeton wird ein Prüfkörper aus Stahlfaserbeton zertrümmert und die händisch gelösten Stahlfasern werden gesammelt und gewogen. Diese Prüfverfahren sind hinsichtlich des Gerätebedarfes sehr aufwändig. Die Durchführung einer Prüfung ist zudem sehr zeitintensiv. Für die Annahme einer Stahlfaserbetonlieferung ist daher die Prüfung am Frischbeton nach DIN EN 14721:2005 nicht besonders geeignet. Ein schnelles Prüfverfahren zur zuverlässigen Bestimmung des Stahlfasergehaltes im Frischbeton wäre aus baupraktischer Sicht sehr wünschenswert.

    In Zusammenarbeit zwischen der TU Braunschweig und der Firma Hertz Systemtechnik GmbH wurde ein Messgerät zur Bestimmung des Stahlfasergehaltes entwickelt. Das Mess-gerät, mit der Produktbezeichnung BSM100, erlaubt eine schnelle Prüfung des Stahlfaser-gehaltes sowohl an Frisch- als auch an Festbetonproben. Aus der Berechnungsroutine des Messgerätes resultiert als zusätzliche Information die Stahlfaserorientierung im Probekörper. Bekanntlich fehlen bisher allgemein anerkannte und praxistaugliche Verfahren zur Prüfung der Stahlfaserorientierung. Mit BSM100 eröffnet sich daher die Möglichkeit, ohne großen Aufwand auch die Stahlfaserorientierung an Bohrkernen zu bestimmen.




    Einfluss der Mitverbrennung bei der Gewinnung von Flugasche auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften

    Auftraggeber: Technische Vereinigung der Großkraftwerksbetreiber e.V.

    Projektlaufzeit: 2004 bis 2006


    In jüngerer Zeit sind des Öfteren bei laufenden Betonierarbeiten mit Betonrezepturen, die schon über längere Zeiträume ohne Probleme verwendet wurden, plötzlich und unerwartet Veränderungen insbesondere in den Frischbetoneigenschaften aufgetreten. Als eine mögliche Ursache werden u. a. Wechselwirkungen zwischen den Betonzusatzmitteln und den Flugaschen aus Mitverbrennung vermutet. Dieser Einfluss der Mitverbrennung auf die Betoneigenschaften ist noch nicht ausreichend geklärt. Bei den einschlägigen Überwachungsprüfungen werden Zusatzstoffe wie Flugaschen lediglich in Verbindung mit Zementen überprüft. Eine „Verträglichkeitsprüfung, die Zusatzmittel einschließt, wird bis dato nicht vorgenommen.
    Ziel des Forschungsvorhabens war es festzustellen, ob und inwieweit Flugaschen aus Mitverbrennung mit Betonzusatzmitteln unvorhersehbare Wechselwirkungen eingehen.




    Onlinemessung der Korngrößenverteilung von Sand

    Auftraggeber: Forschungsgemeinschaft Transportbeton e.V. - FTB

    Projektlaufzeit: 2003 bis 2004


    Für eine sichere Herstellung von Beton, insbesondere für sensible Betone wie selbstverdichtenden Beton, ist eine hohe Gleichmäßigkeit der Betonausgangsstoffe unabdingbar. Insbesondere die Kornzusammensetzung des verwendeten Sandes spielt dabei eine markante Rolle.
    Das Ziel des Forschungsvorhabens war es, ein Konzept / Empfehlung für eine Online-Messung zu entwerfen, mit dem es bei der Herstellung von Beton zuverlässig, schnell und wirtschaftlich möglich ist, die Korngrößenverteilung von Sanden zu bestimmen.




    Schädigungspotential durch pyrithaltige Böden in Deutschland (Sachstandsbericht)

    Auftraggeber: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb)

    Projektlaufzeit: 2003 bis 2004


    Aufgrund aktueller Schäden an Bauwerken im Untergrund wird die Pyritoxidation derzeit intensiv diskutiert. Unter welchen Voraussetzungen die Pyritoxidation zu betonschädlichen Umgebungsbedingungen führen kann, ist in diesem Arbeitspaket anhand einer einschlägigen Literaturrecherche nachgegangen worden.
    Dieses Arbeitspakt ist Teil des DAfStb-Sonderforschungsvorhabens "Sachstandsbericht zum Sulfatangriff auf Beton".




    Untersuchungen zur Gleichmäßigkeit von Zementen über längere Produktionszeiträume, insbesondere hinsichtlich ihrer Wechselwirkungen mit Betonzusatzmitteln

    Auftraggeber: Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e.V.

    Projektlaufzeit: 2003 bis 2004


    Heute werden bei der Produktion von Zement vermehrt sekundäre Brennstoffe eingesetzt. Das Ziel des FE-Projektes war die Gleichmäßigkeit von Zementen über längere Produktionszeiträume, insbesondere hinsichtlich ihrer Wechselwirkungen mit Betonzusatzmitteln, zu untersuchen und dabei sich möglicherweise durch variierende Brennstoffzusammensetzungen einstellende Schwankungen zu erfassen. Dazu wurden vergleichende Untersuchungen an Zementen aus verschiedenen Lieferchargen jeweils eines Zementwerkes vorgenommen. Als Ergebnis wurden die dabei ermittelten Streuungen und Schwankungen der Zementeigenschaften, insbesondere in Verbindung mit Zusatzmitteln, erfasst.




    Rheologie



    Praxisgerechte Bewertungsverfahren für die rheologischen Eigenschaften von Frischbeton, insbesondere im Hinblick auf eine zweckmäßige Oberflächenbearbeitung

    Auftraggeber: Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e.V. (DBV)

    Projektlaufzeit: April 2014 bis Januar 2016


    In den letzten Jahren zeigte sich in der Praxis mehrfach, dass frische Betonoberflächen nach dem Einbau nicht fachgerecht bearbeitet werden können, obwohl die Konsistenz des Betons bei Anlieferung den vorab getroffenen Festlegungen entsprach. Hiervon betroffen sind vor allem Bodenplatten und Deckenscheiben, bei denen die Betonoberfläche durch maschinelles Glätten vergütet werden soll. Betone, die sich hierzu als kritisch herausstellen, weisen in der Regel eine sehr hohe „Klebrigkeit“ auf. Aus diversen Studien ist bekannt, dass Fließmittel auf PCE-Basis zu einem solchen Verhalten führen können. Dabei können Produkte, die ein solches Verhalten begünstigen, nicht grundsätzlich definiert werden, da die „Klebrigkeit“ eines Mörtels auch vom jeweiligen Zement bzw. Zementleim beeinflusst wird und somit die Kombination aus Bindemittel und Fließmittel zu betrachten ist. Darüber hinaus kann das rheologische Verhalten auch durch unterschiedliche Temperaturen beeinflusst werden.
    Betone mit erhöhter „Klebrigkeit“ erschweren somit eine nachträgliche Bearbeitung/ Vergütung von Betonoberflächen signifikant bzw. machen sie sogar unmöglich. Um solche negativen Effekte zu vermeiden, wäre eine entsprechende Überprüfung dieser Ei-genschaft bereits bei der Annahme des Betons äußerst hilfreich. Hierfür gibt es bislang keine adäquaten Prüfverfahren und zugehörige Leistungskriterien.
    Im Rahmen des Forschungsprojektes sollen anhand von Laboruntersuchungen Zusammenhänge zwischen den an Mörteln im Viskosimeter bestimmten rheologischen Kenngrößen und den Verhältniswerten aus Ausbreitversuchen am Mörtel/ Beton ermittelt werden. Gleichzeitig sollen baustellentaugliche Verfahren zur raschen Bewertung von Frischbeton bei Anlieferungen entwickelt werden.




    Dauerhaftigkeit



    Vermeidung von Abplatzungen dünner Mörtelschichten an Betonoberflächen infolge Frost- und Temperaturwechselbeanspruchung

    Auftraggeber: Deutscher Beton- und Bautechnikverein

    Projektlaufzeit: 2010 bis 2011


    Bei horizontalen Außenbauteilen, insbesondere Brückenkappen, treten bei Frost- und Temperaturwechselbeanspruchung des Öfteren mehr oder weniger intensive Abplatzungen dünner Mörtelschichten an der Oberfläche auf. Meist wird dabei die oberflächennah liegende Gesteinskörnung freigelegt, was nicht zuletzt die Ästhetik der Betonoberfläche beeinträchtigen kann. Insbesondere für Bauteile, die einer hohen Frost-Tauwechsel-Beanspruchung (z.T. mit Taumittel) unterliegen, erhält diese Problematik einen hohen Stellenwert. Treten solche Abplatzungen vermehrt und bereits kurze Zeit nach Herstellung (z.B. nach der ersten Winterperiode) auf, stellt sich rasch die Frage, inwieweit ein bautechnischer Mangel vorliegt. Die Ursachen für die Abplatzungen von dünnen Mörtelschichten an der Betonoberfläche werden meist auf die Betonzusammensetzung (u.a. Zementart, Mehlkorngehalt, Wassergehalt), aber auch auf die Oberflächenbearbeitung sowie die Nachbehandlung zurückgeführt.

    Über den tatsächlichen Einfluss herrschen in der Fachwelt bislang noch unterschiedliche Auffassungen. Dieses Forschungsprojekt soll daher klären, ob und inwieweit sich Abplatzungen von dünnen Mörtelschichten durch adäquate Festlegung der Ausgangsstoffe und weiterer Randbedingungen vermindern oder gar vermeiden lassen.




    Langzeitverhalten von Betoninstandsetzungssystemen

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen

    Projektlaufzeit: 2004 bis 2005


    An Betonplatten, die vor z. T. 20 Jahren mit diversen Betoninstandsetzungssystemen instandgesetzt wurden, wurden einschlägige Untersuchungen hinsichtlich deren Dauerhaftigkeit durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse dienen zur Beurteilung der verschiedenen Systeme und ggf. zu Korrekturen in den einschlägigen Regelwerken.




    Realistische Bewertung des chemischen Angriffspotentials auf Betonbauwerke infolge Pyritoxidation durch Baumaßnahmen

    Auftraggeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft

    Projektlaufzeit Phase I: 2007 bis 2008
    Projektlaufzeit Phase II: 2008 bis 2009


    Verschiedene Bodenformationen können eisensulfidhaltige Bestandteile (Pyrit) enthalten, die bei Sauerstoffzutritt v. a. zu Schwefelsäure und Eisensulfaten oxidiert werden. Ein solcher Sauerstoffzutritt ist bei nahezu jeder Baumaßnahme möglich (Bodenaushub, Tunnelauffahrung, Grundwasserabsenkung etc.). Die genannten Oxidationsprodukte können dann in Form eines kombinierten Säure-Sulfatangriffs Beton chemisch mehr oder weniger stark angreifen. Das Ausmaß der bei üblichen Baumaßnahmen tatsächlich ablaufenden Pyritoxidation und die daraus entstehenden Konzentrationen betonangreifender Stoffe sind bisher weitgehend ungeklärt. Ebenso ist auf der Widerstandsseite das Verhalten des Betons gegenüber solchen kombinierten Schwefelsäure-Sulfatangriffen noch nicht eingehender untersucht worden. Schwerpunkte dieses interdisziplinären Forschungsvorhabens sind daher:

    a) Geologische/hydrogeologische Untersuchungen zur Pyritoxidation, wie sie im Rahmen von Baumaßnahmen tatsächlich auftritt, mit dem Ziel, daraus den jeweiligen Angriffsgrad realistisch bestimmen zu können (durch Lehrstuhl Angewandte Geologie).

    b) Baustofftechnische Untersuchungen zum daraus resultierenden kombinierten Säure-Sulfatangriff auf Beton, mit dem Ziel, Grenzen der Anwendung und einschlägige betontechnologische Maßnahmen für diesen Sonderfall definieren zu können (durch Lehrstuhl für Baustofftechnik).




    Industrieböden



    Beurteilung der Wirksamkeit von Wasserglas zur Verbesserung des Verschleißwiderstandes bei Industrieböden

    Auftraggeber: Deutscher Beton- und Bautechnikverein

    Projektlaufzeit: 2009


    Industrieböden sind meist einem hohen Abrieb durch z.B. Gabelstaplerverkehr ausgesetzt. Um betriebswirtschaftliche Schäden durch Versagen der Betonoberfläche zu vermeiden, wird üblicherweise eine Hartstoffmörtelschicht bzw. Hartstoffeinstreuung aufgebracht. Allerdings hat diese Bauweise in der Vergangenheit immer wieder zu Schäden in Form von Rissbildung (z.B. Krakeleerisse) und großflächigen Ablösungen der Hartstoffschicht geführt. Seit einigen Jahren werden bei Industrieböden mit nur mäßigen Anforderungen an die Verschleißfestigkeit immer wieder anstelle von Hartstoffen verschiedenartige Alkalisilikatprodukte (Wasserglas) auf die frische Betonoberfläche appliziert. Der Wirkungsmechanismus von Wasserglas beruht auf einer chemischen Reaktion im oberflächennahen Bereich des Industriebodens, die zu einem dichteren Gefüge und somit zu verbesserter Verschleißfestigkeit der Betonoberfläche führen soll. Durch ständiges Nassreinigen wird nach Angaben des Herstellers die chemische Reaktion angeregt und die Verschleißfestigkeit weiter erhöht. Für diese Anwendung bietet die bauchemische Industrie verschiedene Alkalisilikatprodukte mit unterschiedlichen Wirkstoffbasen, z.B. Natrium, Kalium oder Lithium, an. Bislang herrschen in der Fachwelt unterschiedliche Auffassungen über die tatsächliche Wirksamkeit von Wasserglas. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll daher geklärt werden, ob und inwieweit sich durch die Applikation von Wasserglas ein verbesserter Verschleißwiderstand der Betonoberfläche einstellt.




    Zielsichere Herstellung von Industrieböden mit Hartstoffschichten

    Auftraggeber: Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e.V.

    Projektlaufzeit: 2004 bis 2005


    In diesem Forschungsvorhaben wurden baustellentaugliche Prüfkriterien entwickelt und Grenzwerte festgelegt, bei deren Einhaltung Hartstoff-Verschleißschichten auf Industrieböden fachgerecht und dauerhaft hergestellt werden können.




    Druckfestigkeit von Beton



    Bestimmung von Korrelationen zwischen Würfel- und Prismendruckfestigkeit von Vergussmörteln für die Einordnung in Druckfestigkeitsklassen nach DIN EN 206-1/ DIN 1045-2

    Auftraggeber: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton

    Projektlaufzeit: 2004 bis 2005


    In der derzeitig in Bearbeitung befindlichen DAfStb-Richtlinie "Herstellung und Verarbeitung von Vergussbeton und Vergussmörtel" ist eine Eingruppierung von Vergussmörteln in die Druckfestigkeitsklassen der DIN EN 206-1/DIN 1045-2 vorgesehen. Wie für Transportbeton üblich, erfolgt die Klassifizierung über die 28-Tage-Druckfestigkeit von Würfeln mit 150 mm Kantenlänge. Da bei Vergussmörteln die Druckfestigkeit i. d. R. an Normprismen (40 x 40 x 160 mm³) bestimmt wird, wurde in diesem Forschungsvorhaben eine Korrelation zwischen den 28-Tage-Druckfestigkeiten von 150-mm-Würfeln und Normprismen im hochfesten Bereich bestimmt. Mit Kenntnis über einen solchen Korrelationsfaktor für die Umrechnung der Prismen- in die Würfeldruckfestigkeit lässt sich auch unter Beibehaltung bisheriger Prüfmethodik eine Eingruppierung von Vergussmörtel in Druckfestigkeitsklassen vornehmen.




    Spritzbeton



    Dichte Spritzbetonkonstruktionen im Straßentunnelbau

    Auftraggeber: Bundesanstalt für Straßenwesen
    Partner: Ruhr-Universität Bochum, Prof. Thewes

    Projektlaufzeit: 2007 bis 2009


    Alternativ zur bisher fast ausschließlich im Tunnelbau in Deutschland verwandten zweischaligen Bauweise, kann bei bergmännischen Vortrieben, gerade im Bereich von Rettungsstollen und Querschlägen, theoretisch auch auf eine endgültige Sicherung aus Spritzbeton eingesetzt werden. Vorraussetzung hierfür ist das zur Verfügung stellen von dichten bzw. wasserundurchlässigen Spritzbetonen, welche auch in schwierigen hydrogeologischen Verhältnissen eingesetzt werden können.

    Ziel des Vorhabens ist daher die Entwicklung geeigneter konstruktiver, verfahrenstechnischer und betontechnologischer Vorgaben, mit deren Hilfe eine Herstellung dichter bzw. wasserundurchlässiger Spritzbetone möglich wird. Auf Basis theoretischer Überlegungen und einer intensiven Recherche werden hierzu mögliche Rezepturen entwickelt, ihre Eigenschaften in experimentellen Untersuchungen abgesichert und die Ergebnisse letztlich in Vorgaben für die Praxis überführt.




    Leistungsklassen von Stahlfaserspritzbeton

    Auftraggeber: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

    Projektlaufzeit: 2007 bis 2008


    Entsprechend der derzeit als Entwurf vorliegenden DAfStb-Richtlinie wird Stahlfaserbeton und damit auch Stahlfaserspritzbeton in Leistungsklassen eingeteilt. Ziel des Forschungsvorhabens war es, für Stahlfaserspritzbeton eine Zuordnung von Faserart und Fasergehalt, unter Berücksichtigung des besonderen Applikationsverfahrens, auf die Erreichbarkeit bestimmter Leistungsklassen zu ermöglichen. Dazu wird das Nachrissverhalten unter Biegezugbeanspruchung für verschiedene Stahlfaserspritzbetone bestimmt und bewertet.

    Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden insgesamt 5 Stahlfaserspritzbetone hergestellt und hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit nach der DAfStb-Richtlinie „Stahlfaserbeton" bewertet. Bei diesen Versuchen wurden der Stahlfasergehalt, die Faserschlankheit und die Formgebung variiert. Aufgrund von Biegezugversuchen an Prismen, die aus gespritzten Probe-platten gewonnen wurden, wurde die Nachrissbiegezugfestigkeit und daraus die Leistungs-klasse nach dem Entwurf dem 23. Entwurf der DAfStb–Richtlinie „Stahlfaserbeton" ermittelt. Parallel dazu wurden die Versuche nach dem DBV-Merkblatt „Stahlfaserbeton" ausgewertet. Dabei wies die Schlankheit (l/d) der verwendeten Fasern den deutlichsten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Faserspritzbetons auf. Dem gegenüber führte der Stahlfasergehalt in den untersuchten Bereichen (30 bzw. 60 kg/m³) entgegen den Erwartungen zu keinen signifikanten Änderungen in den Nachrissbiegezugfestigkeiten. Eine Erhöhung der Stahlfaserdosierung im Bereitstellungsgemisch ergab keine effektive Erhöhung der Faseranzahl im Riss. In diesem Fall nahm zum einen der Anteil an Stahlfasern im Rückprall überproportional zu. Zum anderen verschob sich die bei niedrigeren Stahlfasergehalten ausgeprägte Faserorientierung hin zu einer mehr in alle drei Raumrichtungen ähnlichen Faserausrichtung. Des Weiteren führten unter sonst gleichen Randbedingungen gewellte Drahtfasern zu einer niedrigeren Leistungsklasse als Fasern mit Endaufbiegung.

    Die Untersuchungen wurden vom Deutschen Beton- und Bautechnik Verein E.V. (DBV) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF) mit den Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert. Das Forschungsziel wurde erreicht.




    Schädigungspotential infolge erhöhtem Sulfateintrag bei Verwendung alkalifreier Erstarrungsbeschleuniger

    Auftraggeber: Deutsches Institut für Bautechnik
    Partner: Bauhaus-Universität Weimar, Prof. Stark

    Projektlaufzeit: 2006 bis 2007


    Damit Beton innerhalb kürzester Zeit in großen Dicken auf vertikale Flächen oder über Kopf (z.B. bei Hangsicherungen, im Tunnelbau, u.ä.) appliziert werden kann, wird das dazu unabdingbare rasche Erstarren und eine hohe Frühfestigkeit durch den Einsatz von Erstarrungsbeschleunigern oder speziellen Spritzbetonzementen erreicht. Die gängigen Erstarrungsbeschleuniger auf Basis von Alkaliverbindungen führen im Vergleich zu nicht-beschleunigtem Beton zum einen zu Festigkeitseinbußen, zum anderen begünstigen sie verstärkt die Auslaugung des Spritzbetons und können damit eine Beeinträchtigung des Grundwassers und Bodens hervorrufen. In den letzten Jahren wurden verstärkt alkalifreie Erstarrungsbeschleuniger eingesetzt, die meist auf Aluminiumsulfaten basieren. Damit können Nachteile hinsichtlich der mechanischen und ökologischen Eigenschaften des Spritzbetons weitestgehend ausgeschaltet werden. Mit diesen alkalifreien Erstarrungsbeschleunigern werden jedoch nicht unerhebliche Sulfatmengen in den Beton eingetragen, von denen ein erhöhtes Schädigungspotential für den Spritzbeton ausgehen kann. Ziel der geplanten Untersuchungen ist es festzustellen, inwieweit sich der durch den Einsatz alkalifreier Erstarrungsbeschleuniger verursachte Anstieg des Sulfatgehaltes einen Einfluss auf die Dauerhaftigkeit von Spritzbeton besitzt.




    Prüfverfahren zur Bestimmung der Wirksamkeit alkalifreier Beschleuniger

    Auftraggeber: Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e.V.

    Projektlaufzeit: 2004 bis 2006


    Zur raschen Überprüfung der Wirksamkeit von alkalifreien Beschleunigern, d.h. insbesondere des Erstarrungsverhaltens von damit versetzten Zementleimen, fehlte bisher ein geeignetes Prüfverfahren, das auch ohne großen Aufwand auf der Baustelle durchgeführt werden kann. Der bisher praktizierte Weg ist aufwendig und führt u. U. zu Verzerrungen der Ergebnisse. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es daher, hierzu eine reproduzierbare, schnell anwendbare und baustellentaugliche Prüfmethode zu entwickeln.


    Vergussbeton



    Einfluss der Einbaudicke auf die Festigkeitsentwicklung bzw. Dauerhaftigkeit von zementgebundenem Vergussbeton

    Auftraggeber: Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E.V.

    Projektlaufzeit: Januar 2012 bis Dezember 2012


    Aufgrund des hohen Zementgehalts und der Verwendung frühhochfester Zemente ist bei zementgebundenen Vergussbetonen mit einer erheblichen Freisetzung an Hydratationswärme zu rechnen. Kann diese in dickeren Bauteilen nicht rasch genug nach außen abfließen, besteht die Gefahr einer ausgeprägten Mikrorissbildung im Betongefüge, wodurch die Dauerhaftigkeit des Betons stark beeinträchtigt werden kann. Zur Begrenzung solcher thermischer Spannungen wurde in der DAfStb-Rili „Herstellung und Verwendung von zementgebundenem Vergussbeton und Vergussmörtel“ auf rein empirischer Basis die maximale Einbaudicke auf das 25-fache des Größtkorns begrenzt. In der Praxis wäre es des Öfteren zweckmäßig, auch Bauteile, wie z.B. Lagersockel von Brückenpfeilern, die diese Dickenbegrenzung überschreiten, in einem Arbeitsgang mit Vergussbeton herzustellen. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, ob bzw. inwieweit sich die Erhöhung der Einbaudicke und die damit verbundene stärkere Erwärmung auf die Dauerhaftigkeit, aber auch auf die Endfestigkeit, auswirken.




    Betonausgangsstoffe



    „Randbedingungen für das zielsichere Erreichen projektierter Betoneigenschaften im modernen 5-Stoff-System diverser Betonausgangsstoffe“

    Auftraggeber: Allianz Industrie Forschung (AIF)

    Projektlaufzeit: Mai 2012 bis Oktober 2014


    In den letzten Jahren ist in der Transportbetonindustrie ein Trend zu erkennen, vermehrt Betone mit weicheren Konsistenzen und geringeren Zementleimgehalten herzustellen. Einhergehend mit dieser Entwicklung wird in den letzten Jahren vermehrt beobachtet, dass sich Fischbetoneigenschaften bei länger andauernden Betonbaustellen ohne Veränderung der Betonrezeptur unerwartet signifikant verändern (z. B. Konsistenz, Sedimentationsneigung, Festigkeitsentwicklung etc.). Die genannten Phänomene können in der Praxis zu Verzögerungen im Bauablauf führen.
    Ebenso unvorhergesehen wie die unerwünschten Frischbetonphänomene auftreten, sind sie oft nach einiger Zeit bei späteren Betonlieferungen wieder verschwunden, ohne dass die Betonzusammensetzung modifiziert worden wäre.
    Ziel dieses Forschungsantrages ist es, im Betonherstellungsprozess die Haupteinflussparameter zu identifizieren, die dafür verantwortlich sind, dass sich die Frischbetoneigenschaften unplanmäßig ändern können. Darüber hinaus sollen Randbedingungen für das zielsichere Erreichen geforderter Frischbetoneigenschaften erarbeitet werden.

    Das Forschungsprojekt wird als Gemeinschaftsprojekt vom Lehrstuhl für Baustofftechnik der und dem Verein Deutscher Zementwerke (VDZ) durchgeführt.



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