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Prüfverfahren zur zuverlässigen Charakterisierung von Fugenvergussmassen

Test procedures for relevant characterization of joint sealants

Prof. Dr.-Ing. R. Breitenbücher, M. Sc. F. Buckenhüskes, Prof. Dr.-Ing. M. Radenberg, M. Sc. D. Twer; Bochum

Fugen und deren Abdichtung sind in unbewehrten Betonfahrbahndecken, wie sie in Deutschland Standard sind, unabdingbarer Bestandteil der Konstruktion. Die Fugenfüllsysteme unterliegen während ihrer Nutzungsdauer einer Vielzahl von Beanspruchungen, welche in der Praxis zu einer regelmäßigen Erneuerung der Abdichtung in einem Abstand von etwa 7 bis 10 Jahren führt. Dennoch muss von der Fugenabdichtung eine entsprechende Dauerhaftigkeit erwartet werden, welche somit ein entscheidendes Element für die Lebenszykluskosten von Betonfahrbahndecken darstellt. Vor diesem Hintergrund wurde an der Ruhr-Universität Bochum, in einem von der BASt geförderten Forschungsprojekt, ein entsprechendes Prüfverfahren entwickelt. Der Fokus der Entwicklung lag auf der wissenschaftlichen Berücksichtigung der maßgebenden Einwirkungen auf das Gesamtsystem „Fuge“, mit geschnittenen Betonfugenflanken, dem Voranstrichmittel sowie dem Fugenfüllstoff. Das Prüfverfahren  ermöglicht eine zuverlässige Charakterisierung der Fugenmassen in Bezug auf deren Dauerhaftigkeit unter realistischen Bedingungen. Dazu wurden neben den  horizontalen und vertikalen Beanspruchungen (statisch/zyklisch) auch insbesondere verschiedene Alterungseinflüsse auf das Fugensystem mit einbezogen. Die ermittelte  Resthaftzugfestigkeit der Zug-/Scherversuche mit und ohne zyklische Vorbeanspruchung zeigte den erheblichen Einfluss der Alterung auf das Gesamtsystem „Fuge“. Die  zusätzlich ermittelten rheologischen Eigenschaften der Fugenmassen vor und nach der Alterung mittels des dynamischen Scherrheometers bestätigten zudem die  stofflichen Materialveränderungen infolge der künstlichen Alterung. Die im Labor erzielte künstliche Alterung wurde anhand von in situ gealterten Ausbauproben verglichen und eine entsprechende Korrelation festgestellt. Durch eine ganzheitliche Charakterisierung des Fugensystems unter Einbeziehung von maßgebenden Alterungseffekten soll es ermöglicht werden, Fugen in Zukunft wesentlich dauerhafter ausführen zu können und damit die Betonbauweise für Fahrbahndecken insgesamt robuster und wirtschaftlicher zu gestalten.

Joint sealants are indispensable components of Jointed Plain Concrete Pavements (JPCP), the standard construction method in Germany. The joint filling system is subjected to various loads during their service life, which in practice lead to a regular renewal of the sealing after about 7–10 years. Nevertheless, it must be expected  that the joint sealing material shows an adequate durability, which is a crucial element for the life cycle costs of concrete pavements. Against this background, a holistic  test procedure was developed in a BASt-funded research project, which uses scientific approaches to depict the decisive effect on the overall system “joint”, with cut  concrete joint flanks, the primer and the joint sealant. This enables a reliable characterization of joint sealants. In addition to the horizontal and vertical stress  (static/cyclic), in particular various aging influences in the joint system were included. For this purpose, the joint sealants were subjected to long-term aging  (temperature conditioning) and the system specimens subjected to UV-conditioning and freeze-thaw-cycles. The determined residual tensile strength of the tensile-/ shear tests with and without cyclic pre-stress showed the considerable influence of aging on the overall system “joint”. The additionally determined rheological properties of the joint  sealants before and after aging by means of the dynamic shear rheometer also confirmed the material changes due to artificial aging. The artificial aging achieved in the  laboratory was compared with in situ aged and extracted samples, and a corresponding correlation was established. Through a holistic characterization of the joint system  and the joint sealants, including significant aging effects, it should be possible to be able to carry out joints much more permanently in the future and thus make the JPCP overall more robust and economical.

 

 

 

 

Aufbau eines Winterdienst-Management- Systems in Bayern

Implementation of a winter service management system in Bavaria

Präsident Dipl.-Ing. M. Kordon

Für den Straßenbetriebsdienst in Bayern stellen die Wintermonate aufgrund der extremen Witterungsverhältnisse eine besondere Herausforderung dar. Entscheidend für die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Straßen ist die Organisation eines vorrausschauenden, effektiven Winterdienstes. Eine der Hauptaufgaben besteht darin, die 600 Einsatzfahrzeuge der Autobahnmeistereien sowie 700 private Unternehmerfahrzeuge so zu koordinieren, dass ein möglichst reibungsloser Verkehrsfluss auf den  25.500 zu betreuenden Straßenkilometern sichergestellt wird. Die Bayerische Straßenbauverwaltung unternimmt alle Anstrengungen, den Winterdienst laufend zu optimieren, um die Verkehrssicherheit und den Verkehrsfluss bestmöglich zu gewährleisten. Hierfür wurde ein neues digitales Winterdienstmanagementsystem (WDMS-BY) entwickelt, bei dem eine Vielzahl von relevanten Daten aus unterschiedlichen Quellen zusammengeführt, analysiert und dargestellt wird. Das Prognose-Modul sollte – möglichst präzise und in die Zukunft – Auskunft darüber geben, auf welchen Streckenabschnitten mit Glätte zu rechnen ist.

The winter months are a special challenge for the road maintenance services in Bavaria due to the extreme weather conditions. Crucial for the maintenance of the roads’ functionality is the organization of an anticipatory, effective winter service. One of the main tasks is to coordinate the 600 service vehicles of the road maintenance  authorities, as well as 700 private company vehicles, in such a way as to ensure the smoothest possible traffic flow on the 25,500 kilometers of road which need to be maintained. The Bavarian road administration makes every effort to continuously optimize the winter services in order to not only ensure traffic safety, but an optimum traffic flow. For this purpose, a new digital winter service management system (WDMSBY) was developed in which a large number of relevant data from different sources is brought together, analyzed and presented. The forecasting module should provide information – as precisely as possible and as far in advance as possible – about which sections of the road are expected to be icy or slippery.

 

 

Alkali-Kieselsäure-Reaktion in Betonfahrbahndecken unter Berücksichtigung von Verkehr und Taumitteln

Alkali-silica reaction in concrete pavements considering traffic and de-icing agents

Prof. Dr.-Ing. R. Breitenbücher; R. Przondziono, M. Sc., Bochum
Dr. rer. nat. B. Meng, E. Krütt; M. Sc., Dr.-Ing. F. Weise, Berlin

In Betonfahrbahndecken treten häufig Schäden auf, welche mit einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) in Verbindung gebracht werden. Obwohl die Hintergründe einer solchen AKR intensiv untersucht wurden, gibt es bei Betonfahrbahndecken besondere Randbedingungen, welche die Schadreaktion signifikant erhöhen können. Diese sind vor allem die Überlagerung der mikrostrukturellen Degradation durch Verkehrsbeanspruchung mit externer Alkali-Zufuhr durch Taumittel. Bisherige Untersuchungen der AKR beschränkten sich auf die Ausgangsstoffe (Gesteinskörnung, Zement, Bewertung des Betons), wobei die besonderen Randbedingungen außer Acht gelassen wurden. Betonfahrbahndecken sind zyklischen Belastungen aus Verkehr und Witterungsbedingungen ausgesetzt. In einem gemeinschaftlichen Forschungsprojekt wurden die verschiedenen, gegenseitig voneinander abhängigen, Einflussfaktoren auf eine schädigende AKR in Betonfahrbahndecken sowohl experimentell untersucht als auch numerisch modelliert. Auf Mikro-Ebene wurden die AKR-bezogenen Transportprozesse innerhalb der Gesteinskörnung sowie die Gelbildung und der Ionen-Transport untersucht. Auf Meso-Ebene fokussierte das Projekt auf die Charakterisierung der durch zyklische Belastung induzierten Schädigung im Mikrogefüge des Betons. Des Weiteren wurde das Transportverhalten in ein derart geschädigtes Betongefüge mit und ohne Berücksichtigung des zusätzlichen Einflusses überrollender Reifen  beschrieben und dessen Auswirkung auf eine AKR analysiert. Schließlich wurde auf Makro-Ebene das Risiko eines AKR-bedingten Schadens bewertet. Einige ausgewählte Ergebnisse werden in diesem Beitrag dargestellt.

In concrete pavements, damages occurred which are related to an Alkali-Silica-Reaction (ASR). Although the background for such an ASR has been studied extensively, special conditions in pavements increase this reaction significantly. These are especially the superposition of microstructural degradation caused by cyclic loading with an external alkali supply. Previous investigations of ASR focused mainly on the material itself (aggregates, cements, assessment of the concrete) while these special circumstances have not been considered. Concrete pavements are subjected to cyclic loadings by traffic and climate changes. Within cooperative research projects the different interdependent influencing factors for a damaging ASR in concrete pavements are studied by experiments as well as by numeric modelling. On the micro-level the ASR-related processes within the aggregate, such as gel-formation or ion-transport, are investigated. On the meso-level, the project focuses on the characterization of  degradation effects in the concrete microstructure due to cyclic loading. Further, special attention is paid to the transport behaviour of fluids in such pre-damaged  concrete structures with and without the effect of overrunning tires as well as the impact on the ASR itself. Finally, on the macro-level the risk of an ASR-damage is assessed. Selected results are presented in this paper.

Empfehlungen zur Schadensdiagnose AKR-geschädigter Betonfahrbahndecken unter Berücksichtigung der Bauweise

Recommendations for the damage diagnosis of ASR-damaged concrete pavements under consideration of the construction method

Dr.-Ing. O. Mielich, Stuttgart

Im Regelfall werden Schäden an Fahrbahndeckenbetonen, deren Ursache in einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) zu finden ist, erst nach mehrjähriger Nutzungsdauer festgestellt. Maßgebendes Kriterium bei der Beurteilung AKR-geschädigter Streckenabschnitte ist bisher das äußere visuelle Erscheinungsbild der Fahrbahnoberfläche. Kennzeichnend für eine AKR sind farbliche Veränderungen im Bereich von Querfugen und Fugenkreuzen, Risse sowie in der Folge eine Verschotterung bis hin zum  Substanzverlust. Ferner gestaltet sich die visuelle Begutachtung oft als schwierig, da sich die Rissbilder einer schädigenden AKR anfänglich nicht von den Rissbildern unterscheiden, die durch andere volumenverändernde Vorgänge, wie z. B. Schwinden des Betons, hervorgerufen werden. Aktuelle Untersuchungen an AKR-geschädigten Streckenabschnitten zeigten, dass die Ursache von Eckabbrüchen in einer Horizontalrissbildung zu suchen ist. Eckabbrüche müssen aber nicht zwangsläufig mit farblichen  Veränderungen an der Fahrbahnoberfläche einhergehen, die bisher den Beginn einer AKR kennzeichneten. Der Beitrag gibt einen Überblick über die Schadensdiagnose von Betonfahrbahndecken und bezieht dabei Überlegungen zur Bauweise mit ein.

Normally, damage of concrete pavements caused by an alkali-silica reaction (ASR) is only detected after several years of use. Until now, the main criterion for the assessment of sections of road with ASR damage is the visual appearance of the pavement surface. Characteristic for an ASR are colour changes in the area of transverse joints and joint crosses as well as cracks which lead to break-up up and in consequence to loss of substance. Furthermore, visual inspection is often difficult because crack patterns of a damaging ASR initially do not differ from crack patterns caused by other volume-changing processes such as concrete shrinkage. Recent examinations of ASR-damaged road sections showed that edge fractures are caused by horizontal cracking. However, edge fractures do not necessarily have to be accompanied by colour changes on the road surface, which characterizes the beginning of an ASR up to now. This contribution gives a detailed overview of the damage diagnosis in concrete pavements, taking construction methods into consideration.

Grinding – die Betonoberfläche der Zukunft?

Diamond Grinding – the Concrete Pavement Surface of the Future?

Dipl.-Ing. J. Skarabis, Braunschweig

Als Alternative zum Texturieren des frischen Oberflächenmörtels einer Betonfahrbahndecke kann auch der erhärtete Beton mittels Grinding texturiert werden. Zur   Herstellung von Grindingtexturen schneiden Diamantscheiben, die auf einer rotierenden Welle dicht nebeneinander angeordnet sind, eine definierte Textur in die Betonoberfläche. In Deutschland wird das Grinding bisher hauptsächlich eingesetzt, um die Griffigkeit bzw. die Ebenheit von Betonfahrbahndecken zu verbessern. Zudem weist das Grinding ein Lärmminderungspotenzial auf, das bereits in der Standardausführung dem Waschbeton mindestens gleichwertig ist. In der kommenden Ausgabe der ZTV Beton-StB soll daher das Standardgrinding auch zur Texturierung von Neubaustrecken aufgenommen werden. Akustisch optimierte Grindingtexturen weisen gegenüber dem Standardgrinding ein noch höheres Lärmminderungspotenzial auf. Die Dauerhaftigkeit dieser Texturen ist derzeit noch Gegenstand von Untersuchungen.

As an alternative to texturing the surface of fresh mortar the hardened concrete of pavements can also be textured by diamond grinding. Diamond ground textures are produced by running a series of saw blades which are gang-mounted on a drive shaftover the concrete surface. In Germany, diamond grinding is mainly used to improve the evenness and skid resistance of concrete pavement surfaces. Besides, diamond grinding has been observed to affect tyre/pavement noise emission favourably. The  noise reducing properties of conventional diamond grinding are at least equal to those of exposed aggregate pavements. Thus it is planned to incorporate conventional  diamond grinding as a method to texture newly built concrete pavements into the upcoming edition of ZTV Beton-StB (Additional technical conditions of contract and  directives for the construction of base courses with hydraulic binders and concrete pavements). Compared to conventional diamond grinding, acousticly optimized  textures produced by diamond grinding provide an additional noise reduction. The durability of these textures is being investigated.

Regelwerke der FGSV für Straßenbäume – Neupfl anzung 2006/Baumbestand M EVB 2019, Teil 2

Regulations of the FGSV for Road Trees – New planting 2006/Tree stock M EVB 2019, Part 2

Dr. C. Heidger, Hannover
Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) H. Kurkowski, Soest

Bereits im Jahr 2006 erschienen bei der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V. (FGSV) „Hinweise zur Straßenbepflanzung in bebauten Gebieten“, die auch heute in Zeiten des Klimawandels wieder deutlich an Aktualität gewonnen haben. Straßenbäume können das Mikroklima in Städten deutlich beeinflussen und die Wirkung von gesunden Altbäumen ist hier besonders groß. Die Hinweise zur Straßenbepflanzung zeigen Vorgehensweisen bei der Neupflanzung von Straßenbäumen auf.  Der vorliegende Beitrag stellt auch die wesentlichen Unterschiede zum Regelwerk der Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau (FLL) vor. Aktuell ist  das „Merkblatt über die Erhaltung von Verkehrsflächen mit Baumbestand“ – M EVB, Ausgabe 2019 von der FGSV veröffentlicht worden. Das Merkblatt zeigt Möglichkeiten der Sanierung von schadhaften Verkehrsflächen mit Baumstandorten auf, mit dem Ziel, beide Nutzungen – als Verkehrsfläche und als Baumstandort – zu erhalten und zu verbessern. Es werden die Grundlagen des Wurzelwachstums und die Anforderungen an Baumstandorte in Verkehrsflächen aus bau- und vegetationstechnischer Sicht dargestellt, um Empfehlungen für Planung, Bau und Betrieb zu geben. Beide Regelwerke ergänzen sich also im Bereich der Straßenbäume für die Neupflanzung und den  Altstandort. Ergänzend wird auf Forschungsvorhaben eingegangen, die in den letzten Jahren die Baumgrube auch als Bestandteil eines Regenwasser- oder Überflutungskonzeptes nutzen. Dabei weicht man von den Regelungen der FGSV und FLL für Baumpflanzungen ab und verwendet modifizierte Bauweisen und andere Substratkonzepte.

Already in 2006, the Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V. (FGSV) published the ”Hinweise zur Straßenbepflanzung in bebauten Gebieten“ (”Notes on road planting in built-up areas“), which have become much more topical again today in times of climate change. Street trees can significantly influence the microclimate in cities and the effect of healthy old trees is particularly great here. The information on street planting shows procedures for replanting street trees. This article presents also the main differences to the rules and regulations of the Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau (FLL). Currently the ”Merkblatt über die Erhaltung von Verkehrsflächen mit Baumbestand“ – M EVB, issue 2019 has been published by the FGSV. The leaflet points out possibilities for the rehabilitation of  amaged traffic areas with tree locations with the aim of maintaining and improving both uses – as traffic areas and as tree locations. The fundamentals of root growth and  the requirements for tree locations in traffic areas are presented from a construction and vegetation point of view in order to give recommendations for planning,  onstruction and operation. The two sets of rules thus complement each other in the area of road trees for new planting and the old site. In addition, research projects are  dealt with which in recent years have also used the tree pit as part of a rainwater or flooding concept. The regulations of the FGSV and the FLL for tree plantations are deviated here and modified construction methods and other substrate concepts are used.