Straßenbau - Beton - Teil 2 - Ausgangsstoffe PDF

Straßenbau - Beton Gliederung der Vorlesung „Betonstraßen“ 1. Geschichtliches 2. Aktuelle Regelwerke zum Betonstraßenbau 3. Aufbau von Betonstraßen 4. Anforderungen an die Betonausgangsstoffe 5. Alkali – Kieselsäure – Reaktion 6. Betoneigenschaften 7. Qualitätsgerechter Einbau 8. Qu...

Straßenbau - Beton Gliederung der Vorlesung „Betonstraßen“ 1. Geschichtliches 2. Aktuelle Regelwerke zum Betonstraßenbau 3. Aufbau von Betonstraßen 4. Anforderungen an die Betonausgangsstoffe 5. Alkali – Kieselsäure – Reaktion 6. Betoneigenschaften 7. Qualitätsgerechter Einbau 8. Qualitätssicherung/Überwachung während des Einbaus 9. Betonschäden und Betonerhaltungsmaßnahmen 1  Straßenbau - Beton DIN 1045 Teil 3 Teil 4 DIN EN 1992-1-1 Teil 2 Bauaus- Fertig- Bemessung Beton + führung + teile DIN EN 206-1 DIN EN 13670 Grundlage Straßenbetonregelungen 2 Straßenbau - Beton 3  Straßenbau - Beton RStO 01 RStO 12 RStO 01 RStO 12 Feuchtig- Bemessungs- Dimensionie- Bauklas- Belastungs- keits- relevante rungsrelevante se klasse klasse Beanspruchung B 1) Beanspruchung B 1) > 32 SV Bk100 10 bis 32 I Bk32 3 bis 10 3,2 bis 10 II Bk10 WS 1,8 bis 3,2 Bk3,2 0,8 bis 3 III 1,0 bis 1,8 Bk1,8 0,3 bis 0,8 0,3 bis 1,0 IV Bk1,0 0,1 bis 0,3 V WA < 0,3 Bk0,3 bis 0,1 VI Straßenbau - Beton 5  Straßenbau - Beton Einwirkung Widerstand  Straßenbau - Beton Dauerhaftigkeit von Betonen - Äußeren Einflüssen - Inneren Einflüssen  Straßenbau - Beton Entwicklung der Betontechnik: Drei-Stoff-System Fünf-Stoff-System Zement/ Zement Bindemittel Wasser Wasser Gesteinskörnung Gesteinskörnung Betonzusatzstoffe Betonzusatzmittel 8  Straßenbau - Beton Betonarten Frischbeton, grüner Beton, junger Beton, Festbeton (Erhärtungszustand des Zementbetons) - zeitabhängig - Frischbeton = fertig gemischter Beton, der noch verarbeitet werden kann - Festbeton = entsteht nach Einbau und Verdichtung durch Erhärten aus dem Zementleim - Grüner Beton = fertig eingebauten Beton, der noch nicht erstarrt und erhärtet ist - Junger Beton = Erstarren ist bereits abgeschlossen und die Hydratation ist noch im Gange; Festigkeiten und E – Modul nehmen rasch zu 9  Straßenbau - Beton Gesteinskörnung Zugabewasser Zement Zusatzstoffe Zusatzmittel 10  Straßenbau - Beton Gesteinskreislauf  Straßenbau - Beton Gesteinskreislauf Magmatite (Erstarrungsgesteine, Magmatische Gesteine) entstehen durch die Erstarrung heißer natürlicher Schmelzen in oder auf der Erdkruste Sedimentite (Ablagerungsgesteine, Sedimentgesteine) sind mechanische oder chemische Absätze aus Wasser oder Luft Metamorphite (Umwandlungsgesteine, Metamorphe Gesteine) entstehen aus den Gesteinen der beiden vorgenannten Gruppen durch mechanische und physiko-chemische Umwandlung, wobei der Mineralbestand durch Um- oder Neukristallisation mehr oder weniger stark verändert werden kann.  Straßenbau - Beton Natürliche GK: Gesteinskörnung aus mineralischen Vorkommen, die einer mechanischen Aufbereitung unterzogen worden ist Industrielle hergestellte GK: Gesteinskörnung mineralischen Ursprungs, die industriell unter Einfluss thermischer oder sonstiger Prozesse entstanden ist. Recyclierte GK: Gesteinskörnung, die durch Aufbereitung anorganischen Materials entstanden ist, das zuvor als Baustoff eingesetzt war.  Straßenbau - Beton Kornklasse Bezeichnung einer Gesteinskörnung mittels unterer (d) und oberer (D) Siebgröße, ausgedrückt als d/D (kein Über- und Unterkorn) Korngruppe/Lieferkörnung Bezeichnung einer Gesteinskörnung mittels unterer (d) und oberer (D) Siebgröße, ausgedrückt als d/D (enthält Über- und Unterkorn) Unterkorn Anteil einer Gesteinskörnung, der durch das kleinere, die Korngruppe/Lieferkörnung bezeichnende Sieb hindurch geht  Straßenbau - Beton Überkorn Anteil einer Gesteinskörnung, die auf der größeren, die Korngruppe/Lieferkörnung bezeichnende Sieb liegen bleibt  Straßenbau - Beton – Korngruppe (Lieferkörnung) Benennung einer Korngruppe mittels unterer (d) und oberer (D) Siebgröße ausgedrückt als d/D – Beispiel: 2/8 d D 16  Straßenbau - Beton Korngemisch Gesteinskörnung, bestehend aus einem Gemisch grober und feiner Gesteinskörnungen 17  Straßenbau - Beton − Feinanteil Kornklasse einer Gesteinskörnung, die durch das 0,063-mm-Sieb hindurch geht 18  Straßenbau - Beton – feine Gesteinskörnung (Sand) Benennung für kleinere Korngruppen mit D nicht größer 4 mm und d = 0 - grobe Gesteinskörnung Benennung für größere Korngruppen mit D nicht kleiner als 4 mm und d nicht kleiner als 2 mm 19  Straßenbau - Beton Korngrößenverteilung Korngrößenzusammensetzung, ausgedrückt durch die Siebdurchgänge in M.-% durch eine festgelegte Anzahl von Sieben 20  Straßenbau - Beton Siebsätze zur Bezeichnung von Korngruppen Grundsiebsatz 0 1 2 4 8 16 31,5 63 125 Ergänzungsreihe 1 5,6 11,2 22,4 45 90 Ergänzungsreihe 2 6,3 10 12,5 14 20 40 21  Straßenbau - Beton Siebsätze zur Bezeichnung von Korngruppen Grundsiebsatz 0 1 2 4 8 16 31,5 63 125 0,063 0,125 0,25 0,5 22  Straßenbau - Beton TL Gestein – StB ist die Umsetzung DIN EN 12620 "Gesteinskörnungen für Beton" DIN EN 13043 "Gesteinskörnungen für Asphalt und Oberflächenbehandlungen für Straßen, Flugplätze und andere Verkehrsflächen" DIN EN 13242 "Gesteinskörnungen für ungebundene und hydraulisch gebundene Gemische für den Ingenieur- und Straßenbau" Straßenbau - Beton Betonzentrum-Dresden B-Stb – Schein Lehrgang Referent: Frau Dr. Helm 24 Straßenbau - Beton Betonzentrum-Dresden B-Stb – Schein Lehrgang Referent: Frau Dr. Helm 25 Straßenbau - Beton Betonzentrum-Dresden B-Stb – Schein Lehrgang Referent: Frau Dr. Helm 26 Straßenbau - Beton Betonzentrum-Dresden B-Stb – Schein Lehrgang Referent: Frau Dr. Helm 27  Straßenbau - Beton Anforderungen an andere Bestandteile Chemische Anforderungen Geometrische Anforderungen Physikalische Anforderungen  Straßenbau - Beton Einführung von Kategorien für die Einstufung der Gesteinskörnungen Kategorien = charakteristisches Niveau für die Eigenschaft einer Gesteinskörnung, ausgedrückt als Bandbreite von Werten oder als Grenzwert  Straßenbau - Beton − Korngruppen; Bezeichnung (d/D) − Kornzusammensetzung (Über-, Unterkorn) (G) − Kornform (Kennzahlen) (SI, Fl) − Anteil der gebrochenen Körner (C) − Muschelschalengehalt für grobe Gesteinskörnungen (SC) − Feinanteile (f)  Straßenbau - Beton Geometrische Anforderungen − Korngruppen; Bezeichnung (d/D) − Kornzusammensetzung (Über-, Unterkorn) (G)- GC90/10; GC85/20 − Anteil der gebrochener Körner (C) – C100/0; C90/1 − Kornform (Kennzahlen) (SI, Fl) – SI20; SI15; FI15; FI20 − Muschelschalengehalt für grobe Gesteinskörnungen (SC) – SC10 − Feinanteile (f) – f3; f1 Straßenbau - Beton Straßenbau - Beton Straßenbau - Beton 5 – feinkörnig Konsistenz wird steifer bei gleichem Wassergehalt; leichter verarbeitbar; leichter entmischen 1 – grobkörnig Konsistenz wird weicher bei gleichem Wassergehalt; schwerer verarbeitbar 34  Straßenbau - Beton Sieblinie für Oberbeton Bauklassen SV, I bis III (Belastungsklasse Bk 3,2 bis Bk 100) zweischichtiger Herstellung Oberbeton - Gesteinskörnung ≥ 8 mm mindestens 50 M.-% der Kategorie C90/1 - Anteil an Gesteins-körnung der Kategorie C90/1 bezogen auf das Korngemisch des Betons muss mindestens 35 M.-%  Straßenbau - Beton Sieblinie für Oberbeton Oberbeton (Waschbeton – Entfernung des Oberflächenmörtels) - Korngemisch D ≤ 8 mm mindestens aus einer Korngruppe 0/2 oder 0/4 - Korngruppe mit d ≤ 2 mm der Kategorie C100/0 oder C90/1 und FI15 oder SI15 erfüllt  Straßenbau - Beton Sieblinie für Oberbeton Bauklasse SV, I bis III (Belastungsklasse Bk 3,2 bis Bk 100) Oberbeton bei zweischichtiger Herstellung - feine Gesteinskörnungen (D ≤ 2 mm) – Siebdurchgang begrenzen: 1-mm-Sieb: 27 M.-% 2-mm-Sieb: 30 M.-% (35 M.-% nicht überschreiten)  Straßenbau - Beton Nach alten Regelwerken: Feinanteil (f) [M.-%]  Straßenbau - Beton Geometrische Anforderungen (Regelanforderungen) Kornform (Kennzahlen) (SI, Fl) SI – Kornformkennzahl FI – Plattigkeitskennzahl (Referenzverfahren) Warum ist die Kornform wichtig für die Betonzusammensetzung? 39  Straßenbau - Beton DIN EN 933-3 Prüfverfahren für geometrische Eigenschaften von Gesteinskörnungen Teil 3: Plattigkeitskennzahl Plattigkeitskennzahl (FI) Stabsieb FI = Siebdurchgang/Probenmasse (Definierte Prüfkornklassen) 40  Straßenbau - Beton 1. Probenteilung 2. 3. Proben Stabsiebe Straßenbau - Beton  Straßenbau - Beton Kornformen Kugelig geformt kantig Wasseranspruch gering Wasseranspruch hoch Glatte Oberfläche Rauhe Oberfläche, besser verzahnen 43  Straßenbau - Beton Anforderungen an andere Bestandteile Chemische Anforderungen Geometrische Anforderungen Physikalische Anforderungen  Straßenbau - Beton Physikalische Anforderungen − Widerstand gegen Zertrümmerung (SZ / LA) − Festigkeit − Widerstand gegen Verschleiß (MDE) − Widerstand gegen Polieren (PSV), Abrieb (AAV) und Abrieb durch Spikereifen (AN) − Frostwiderstand (F) − Frost-Tausalz-Widerstand (…) − Raumbeständigkeit  Straßenbau - Beton Physikalische Anforderungen − Widerstand gegen Zertrümmerung (SZ / LA) − Festigkeit − Widerstand gegen Verschleiß (MDE) − Widerstand gegen Polieren (PSV 42, 48, 53), Abrieb (AAV) und Abrieb durch Spikereifen (AN) − Frostwiderstand (F2) für Unterbeton − Frost-Tausalz-Widerstand (…) – Abwitterung ≤ 8 M.-% für Oberbeton − Raumbeständigkeit keine Anforderungen (NR) Festlegungen definiert  Straßenbau - Beton Chemische Anforderungen − Chloridgehalt − Sulfatgehalt  Straßenbau - Beton Anforderungen an Gesteinskörnungen Anforderungen an andere Bestandteile Chemische Anforderungen Geometrische Anforderungen Physikalische Anforderungen Betonzentrum-Dresden Helm– Schein Lehrgang 48 Referent: Frau Dr.B-Stb  Straßenbau - Beton Zusätzliche Anforderungen für Bestandteile − Veränderungen des Erstarrungsverhalten hervorrufen (wenn organische Verunreinigungen vorliegen) Betonzentrum-Dresden Helm– Schein Lehrgang 49 Referent: Frau Dr.B-Stb  Straßenbau - Beton Gesteinskörnung Zugabewasser Zement Zusatzstoffe Zusatzmittel DIN EN 206-1/DIN 1045-2 50  Straßenbau - Beton Zementarten 51  Straßenbau - Beton Zusammensetzung von Normalzementen 52  Straßenbau - Beton Zusammensetzung von Normalzementen 53  Straßenbau - Beton Festigkeitsklassen – Einteilung nach der Anfangsfestigkeit L (low) – Niedrige Anfangsfestigkeit N (normal) – Normale, übliche Anfangsfestigkeit R (rapid) – Hohe Anfangsfestigkeit 54  Straßenbau - Beton Sonderzemente (Eigenschaften)– Zemente mit na - niedrigem wirksamen Alkaligehalt 55  Straßenbau - Beton Anforderungen an die Zemente nach ZTV Beton 56  Straßenbau - Beton Anforderungen an die Zemente bisher 1) Zustimmung des Auftraggebers erforderlich(32,5 und 42,5) 2) Gilt nur für CEM I 32,5 R. 3) Gilt nicht für CEM I 42,5 R für frühhochfesten Straßenbeton. 4) Bei zweischichtiger Herstellung der Decke 57  Straßenbau - Beton ARS Nr. 04/2022 Verwendung klinkerreduzierter Zemente - Oberbeton - CEM I ; CEM II/A-S - Unterbeton - CEM I - CEM II/A-S - CEM II/B-S - CEM II/A-T - CEM II/B-T - CEM II/A-LL - CEM III/A (Max. HS – Gehalt: 50%) 58  Straßenbau - Beton Herkunft der Hauptbestandteile: - S Hüttensand (granulated blast furnace slag) – indust. hergestellt - T gebrannter (Öl)-Schiefer (burnt shale) – indust. hergest. - LL Kalkstein - natürlich 59  Straßenbau - Beton ARS Nr. 04/2022 Verwendung klinkerreduzierter Zemente - Festigkeitsklasse 32,5 und 42,5 - Festigkeitsklasse für Ober- und Unterbeton dürfen sich um max. eine Festigkeitsklasse unterscheiden 60  Straßenbau - Beton ARS Nr. 04/2022 Verwendung klinkerreduzierter Zemente - In Abstimmung mit dem AG können für den Oberbeton folgende Zemente verwendet werden: - CEM II/B-S - CEM II/A-T - CEM II/B-T - CEM II/A-LL - CEM III/A (Max. HS – Gehalt: 50%) Festigkeit muss nach 2 Tagen mindestens 20 MPa aufweisen − Oberbeton und Unterbeton können unterschiedliche Zemente verwendet werden 61  Straßenbau - Beton Anforderungen an die Zemente bisher 1) Zustimmung des Auftraggebers erforderlich(32,5 und 42,5) 2) Gilt nur für CEM I 32,5 R. 3) Gilt nicht für CEM I 42,5 R für frühhochfesten Straßenbeton. 4) Bei zweischichtiger Herstellung der Decke 62  Straßenbau - Beton Anforderungen an die Zemente Straßendeckenzement (U.a. folgende Abkürzg: „st“, „sd“) 63  Straßenbau - Beton Zugabewasser - Teil des im Frischbeton enthaltenen Wassers + - Wasser aus Oberflächen- und Kernfeuchte der Gesteinskörnung Wasser aus den Betonzusätzen 64  Straßenbau - Beton Zugabewasser Keine Bestandteile, die das Erstarren oder das Erhärten des Zements oder der Eigenschaften des Betons ungünstig beeinflussen – Korrosion der Bewehrung – Festigkeit – Dauerhaftigkeit – Raumbeständigkeit – Neigung zu Ausblühungen 65  Straßenbau - Beton W/Z – Wert = Wasser-Gehalt [l/m³] / Zement – Gehalt [kg/m³] 66  Straßenbau - Beton Zementsteingefüge niedriger w/z – Wert hoher w/z – Wert → geringerer Wasserverlust → höherer Wasserverlust 67  Straßenbau - Beton Zunehmende Porosität bedeutet: → Abnahme der Festigkeit → geringerer Frostwiderstand → geringerer Korrosionsschutz der Bewehrung → hohe Wasserdurchlässigkeit → stärkeres Eindringen von aggressiven Medien → stärkeres Schwinden 68  Straßenbau - Beton Hydratation Zement + Wasser → chemische Reaktion → Zementleim entsteht Calciumhydroxid Ca(OH)2 + Wärme → Zementstein 69  Straßenbau - Beton Betonzusatzmittel DIN EN 934 – 2 (für Mehrzahl der Zusatzmittel) 70  Straßenbau - Beton Wichtigsten Zusatzmittel - Straßenbau Betonverflüssiger (BV) Fließmittel (FM) Luftporenbildner (LP) 71  Straßenbau - Beton Wichtigsten Zusatzmittel - Straßenbau Betonverflüssiger (BV) Fließmittel (FM) Luftporenbildner (LP) – Einführung gleichmäßig verteilter Luftporen zur Erhöhung des Frost- und Frosttausalzwiderstandes 72  Straßenbau - Beton Wirkung von Luftporen 73 Straßenbau - Beton (Mikrohohlkugeln) 74  Straßenbau - Beton Wichtigsten Zusatzmittel Betonverflüssiger (BV) Fließmittel (FM) – Starke Verminderung des Wasseranspruchs und/oder Beton mit fließfähiger Konsistenz Luftporenbildner (LP) 75 Straßenbau - Beton Auswirkung der FM 76  Straßenbau - Beton Wichtigsten Zusatzmittel - Straßenbau Betonverflüssiger (BV) Fließmittel (FM) Luftporenbildner (LP) Müssen verträglich sein!!! Hinweis vom Zusatzmittelhersteller und Nachweis in der Erstprüfung 77  Straßenbau - Beton Betonzusatzstoffe 78  Straßenbau - Beton Arten von Zusatzstoffen inerte Zusatzstoffe (Quarz- und Kalksteinmehl, Pigmente) puzzolanische Zusatzstoffe (Trass, Flugasche, Silikastaub) latent hydraulische Stoffe (Hüttensand) organische Zusatzstoffe (Kunstoffdispersionen) nach DIN EN 206-1/DIN 1045-2 Zusatzstoff Typ I (inerte) Zusatzstoff Typ II (puzzolanische, latent hydraulische, hydraulisch) 79  Straßenbau - Beton Zusatzstoffe können verwendet werden nach der ZTV Beton Stb, jedoch nicht auf den W/Z – Wert angerechnet werden 80  Straßenbau - Beton Entwicklung der Betontechnik: Drei-Stoff-System Sechs-Stoff-System Zement/ Zement Bindemittel Wasser Wasser Gesteinskörnung Gesteinskörnung Betonzusatzstoffe Betonzusatzmittel Fasern 81  Straßenbau - Beton Einsatz von Fasern Natürliche Fasern nur bedingt geeignet Fasern müssen optimiert werden Zufallsbedingte Orientierung der Fasern – gerichtete Bewehrung 82  Straßenbau - Beton DIN EN 14889-1 Fasern für Beton - Teil 1: Stahlfasern - Begriffe, Festlegungen und Konformität DIN EN 14889-2 Fasern für Beton - Teil 2: Polymerfasern - Begriffe, Festlegungen und Konformität 83