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https://nap.nationalacademies.org/catalog/27432/critical-issues-in-transportation-for-2024-and-beyond

Dauerhafte Betonfahrbahndecken unter Beruecksichtigung aktueller oekologischer und wirtschaftlicher Aspekte

Durable concrete pavements in consideration of current ecologic and economic factors

Fuer die Herstellung von Betonfahrbahndecken ist fuer Ober- und Unterbeton ein Zement der gleichen Art und Festigkeitsklasse zu verwenden. Durch eine flexiblere Handhabung von Bindemitteln im Ober- und Unterbeton koennen sich oekologische und wirtschaftliche Vorteile eroeffnen. Ein sinnvoller Ansatz ist die Verwendung von Zementen mit hohem Klinkeranteil fuer den hochbelasteten, duennen Oberbeton in Verbindung mit Zementen mit reduziertem Klinkeranteil fuer den Unterbeton. So kann die Oekobilanz der Betonstrasse verbessert und die Gefahr einer schaedigenden Alkali-Kieselsaeure-Reaktion (AKR) im Unterbeton vermindert werden. Vorteile koennen sich ebenfalls aus einem teilweisen Zementersatz durch Steinkohlenflugasche im Ober- sowie Unterbeton ergeben. Da die Anrechnung der Flugasche auf den Wasser/Zement-Wert des Fahrbahndeckenbetons nicht gestattet ist, wird Flugasche in der Regel nicht fuer den Bau von Verkehrsflaechen aus Beton verwendet. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollten die notwendigen betontechnologischen Kenntnisse gewonnen werden, um eine kritische Bewertung der genannten Einschraenkungen in der Bindemittelanwendung im Betonstrassenbau vornehmen zu koennen. Im Ergebnis wurde eine Modifizierung der Einschraenkungen angestrebt. Es galt nachzuweisen, dass sich unter den spezifischen Randbedingungen von Fahrbahndecken aus Beton weder fuer Herstellung, Nutzung sowie Dauerhaftigkeit (insbesondere Frost-Taumitteleinwirkung) Nachteile oder Beeintraechtigungen ergeben. Insbesondere war dabei das Verbund- und Verformungsverhalten von Ober- und Unterbeton zu beruecksichtigen. Des Weiteren wurde untersucht, inwiefern durch die Verwendung von huettensandhaltigen Zementen beziehungsweise von Flugasche im Unterbeton das Risiko einer AKR vermindert wird und dadurch die Anzahl an verwendbaren Gesteinskoernungen im Unterbeton vergroessert werden kann. Aus labortechnischer Sicht sowie auf Basis theoretischer Betrachtungen wurden die angestrebten Vorteile der Verwendung unterschiedlicher Bindemittel in Ober- und Unterbeton bei vertretbaren technologischen Risiken erzielt. Insbesondere das AKR-Schadenspotenzial ausgewaehlter kritischer Gesteinskoernungen konnte durch Einsatz huettensandhaltiger Zemente sowie auch durch Steinkohlenflugasche deutlich gesenkt werden. Die Anrechnung von Steinkohlenflugasche auf w/z-Wert und Zementgehalt verursachte in Verbindung mit klinkerreichen Zementen (bis 15 % HUES) keine nennenswerte Verminderung des Frost-Tausalz-Widerstandes. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse kann die Beachtung der aufgezeigten Ansaetze im Regelwerk empfohlen werden. Eine baupraktische Bestaetigung dieser Ergebnisse, zum Beispiel in Form einer Probestrecke ist zu empfehlen. ABSTRACT IN ENGLISH: For the construction of two layer concrete pavements according to ZTV Beton-StB 07 it is mandatory to use the same cement for the top and bottom layer of the pavement. By allowing a flexible use of binders in the top and bottom layer ecological and economic advantages could be achieved. The basic approach is the use of cements with a high clinker content in the thin top layer, which is subjected to a high level of mechanical and freeze-thaw stresses. The thick bottom layer should be produced with binders that have a lower clinker content, thus minimizing the susceptibility to alkali-silica reaction (ASR), while reducing the environmental impact (CO2 footprint) of the pavement. It was the aim of the research project to obtain the necessary concrete specific knowledge to safely modify existing restrictions regarding the use of different binders in the top and bottom layer of concrete pavements. Further investigations were carried out, which should enable the consideration of siliceous fly ash for the calculation of the water-binder-ratio of pavement concrete according to TL Beton-StB 07. To achieve these aims it was necessary to prove, that no major adverse effects concerning the construction, the use and the durability of concrete pavements will result from the intended modifications. Especially the deformation behavior of the different concretes and the bond between the two layers were to be taken into account. Furthermore the potential of binders containing ground granulated blast furnace slag and/or fly ash to mitigate ASR in the bottom layer was examined, thus allowing to use of aggregate for the bottom layer, which otherwise had to be restricted from the use in concrete pavements. Laboratory results indicate that the intended benefits of a flexible use of cements in the top and bottom layer can be achieved at maintainable technological risks. The ASR susceptibility of selected critical aggregates was lowered significantly by using ground granulated blast furnace slag (GGBFS) containing cements or siliceous fly ash to partly replace Portland cement. The consideration of the fly ash for the calculation of the water-binder-ratio showed no adverse effects on the freeze-thaw-resistance of the concrete, when the fly ash was combined with cements with a high clinker content. Based on the results it can be recommended to consider the investigated concepts in the technical standards. A practical verification of the laboratory results in a test track is advisable.

Language

  • German

Media Info

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01692198
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • ISBN: 978-3-95606-399-2
  • Files: ITRD
  • Created Date: Feb 4 2019 3:27PM