Untersuchungen an Betonfahrbahnen mit hydraulisch gebundenen Tragschichten: Fid-Bau Portal

Untersuchungen an Betonfahrbahnen mit hydraulisch gebundenen Tragschichten

Roos, Ralf / Freund, Heinz-Jürgen / Stammler, Lars / Großmann, Andreas / Müller, Harald S. / Guse, Ulf / Foos, Sam

Bei der Bauweise mit Verbund zwischen der Betondecke und der Tragschicht mit hydraulischem Bindemittel wurden in der Vergangenheit Schäden festgestellt, die man auf eine Erosion der Tragschicht in Verbindung mit veränderten Auflagerungsbedingungen für die Betondecke zurückführte. Zur Klärung der Frage, ob es sich hierbei um systembedingte oder auf individuelle Fehler beim Bau zurückzuführende Schäden handelt, wurden zerstörungsfreie und zerstörende Untersuchungen an 11 Strecken mit Betondecken durchgeführt. Einbezogen waren Aufbauten mit HGT, Verfestigungen, Betontragschichten und Vliesstoffzwischenlage. Die zerstörungsfreien Untersuchungen erfolgten mit dem Impulsradar, Falling Weight Deflectometer (FWD) und einem schnellfahrenden Längsebenheitsmesssystem zur Charakterisierung der ausgewählten Strecken und zur Einengung von Intensivmessfeldern und Bohrkernentnahmestellen. Der Informationsgehalt der Stufigkeitsbänder von Längsebenheitsmessungen sollte im Hinblick auf strukturelle Gegebenheiten weitergehend herausgearbeitet werden. Die Strecken, bei denen eine HGT oder eine Betontragschicht im Untersuchungsabschnitt vorlag, weisen i.a. insgesamt ungünstigere Tragfähigkeiten und ungünstigeres Tragverhalten auf als andere untersuchte Bauweisen. Erwartungsgemäß haben die noch jungen Konstruktionen mit Verfestigung eine überwiegend sehr gute bis gute Tragfähigkeit und ein gutes bis brauchbares Tragverhalten. Auch für Konstruktionen mit Asphaltzwischenschicht wurden sehr gute bis gute Tragfähigkeiten bei gutem bis brauchbarem Tragverhalten festgestellt. Die Konstruktionen mit Vlieszwischenlage haben insgesamt ein positives Tragverhalten. Neben der fotografischen Dokumentation erfolgten Untersuchungen zu den mechanischen Eigenschaften (Druckfestigkeit, Spaltzugfestigkeit, E-Modul) sowie hinsichtlich der Wasseraufnahme, der Porosität und Porenstruktur, des Bindemittelgehalts, der Kornzusammensetzung und des Chloridgehalts. Aus den Untersuchungen folgt, dass Betondecken auf Tragschichten aufgelagert werden sollten, die die temperatur- bzw. feuchtebedingten Plattenbewegungen durch elastische Verformungen kompensieren können. Weiterhin zeigte sich, dass eine Asphaltzwischenschicht, aber auch eine dünne Bitumenschicht, die primär als Nachbehandlungsmaßnahme eingesetzt wird, sowie eine Zwischenlage aus Vliesstoff die Auflagerungsbedingungen von Betonfahrbahnen auf Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln günstig beeinflussen.

In the past, designs incorporating a hydraulic bond between concrete pavement and base course have exhibited damage attributed to erosion of the base course and fluctuations in the concrete pavement's bearing conditions. To clarify whether the damage was systemic or a result of individual construction errors, destructive and non-destructive tests were conducted on concrete pavement forming part of 11 different routes. Tested designs included those incorporating hydraulically bonded base courses, compacted layers, concrete base courses and intermediate layers made of non-woven fabric. Non-destructive tests were conducted by means of a pulse radar, falling weight deflectometer (FWD) and high-speed longitudinal evenness measuring system to characterize the selected routes as well as confine intensive measurement fields and drill-core removal points. In this process, it turned out that definitive estimates are possible mainly on the basis of FWD measurements. The information in the stage bandwidths yielded by measurements of longitudinal evenness needs to be detailed further in terms of structural condition. Routes whose investigated section contained a hydraulically bonded or concrete base course generally exhibited less favourable load-bearing capacities and properties compared with the remaining investigated designs. As expected, recent, compacted structures mainly have very good to good load-bearing capacities and good to reasonable load-bearing properties. Constructions with an intermediate asphalt layer also exhibited very good to good load-bearing capacities and good to reasonable load-bearing properties. This applies despite relatively high traffic loads over laytimes in excess of 20 years, even in the case of routes whose hydraulically bonded base course is eroded or exhibits a partly decomposed bonding-agent matrix. Structures with an intermediate layer of non-woven fabric generally have positive load-bearing properties. Based on the results of non-destructive tests, a total of 154 drill cores were removed from selected sections of the 11 routes under investigation. Photographic documentation was accompanied by investigations of mechanical properties (pressure resistance, cleavage tensile strength, E-modulus) as well as water absorption, porosity, pore structure, bonding agent content, grain composition and chloride content. Cleavage tensile strength and pore structure were determined at various depths, the resulting profile being used as a basis for ascertaining the role played by design in particular. The removed drill cores showed that in the case of designs incorporating a hydraulic bonding agent between the concrete pavement and base course, the bond at the slab centre was often still intact whereas the slab edges has already detached themselves from the base course. Tests of drill cores from routes incorporating hydraulic bonding agent reveal, in particular, unexpectedly high E-moduli, indicating relatively rigid base courses. In the bonding zone, temperature fluctuations accordingly lead to tension levels which - given the joint movements normally observed - can attain or exceed the bonding strength at the slab edges.