Betonfahrbahndecken können grundsätzlich in zwei Varianten ausgeführt werden: als unbewehrte Platten und Durchgehend Bewehrt (DBBD). In Deutschland wird die unbewehrte Plattenbauweise mit verdübelten Querscheinfugen im Abstand von 5 m standardisiert angewendet. Bei der DBBD werden keine Querfugen in der Betondecke hergestellt, sondern es stellt sich ein freies Rissbild mit schmalen Plattenstreifen ein. Um eine Querkraftübertragung zu sichern, ist die Rissöffnungsweite zu beschränken. Dies wird durch die Anordnung einer durchgehenden Längsbewehrung erreicht. Zahlreiche Anwendungen haben gezeigt, dass bei dieser Fahrbahn der Fahrkomfort wesentlich höher ist, die Konstruktion ein sehr gutes Tragverhalten aufweist und eine lange Nutzungsdauer erreicht wird. Daraus ergibt sich eine sehr wirtschaftliche, langlebige und unterhaltungsarme Bauweise. Es fehlt noch eine Optimierung der Bauweise für die konkrete Anwendung in Deutschland. Dazu wurden 10 Strecken mit 17 Abschnitten in Belgien, den Niederlanden, der Schweiz, Deutschland, Polen und Kanada für eine vergleichende Betrachtung ausgewählt und die Anforderungswerte und Einbaubedingungen zusammengetragen. Es erfolgten Streckenbegehungen, bei denen die vorhandenen Risse mit Lage und Öffnungsweite bestimmt wurden. Der Zustand der Strecken wurde visuell begutachtet. Auf der Grundlage dieser Informationen wurden die Strecken verglichen. Es konnten weiterführende Erkenntnisse über das Rissverhalten der DBBD gewonnen werden. Darüber hinaus werden Anforderungen an die Herstellung einer DBBD und der weiteren Anwendung benannt. 

Der Fachvortag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

1 Einleitung

Beton vollzieht temperatur- und feuchtigkeitsabhängige Längenänderungen. Daraus ergeben sich unvermeidliche Risse. Diese können durch Querschnittsschwächungen gesteuert werden, wie es im Bild 1 rechts skizziert ist. In den Querscheinfugen im Abstand von 5,0 m finden dann horizontale Rissbewegungen bei extremen Witterungsbedingungen von bis zu 4 mm statt. Damit stellt die Querfuge auch mit Verdübelung den schwächsten Bereich der Konstruktion dar. Die DBBD hat ein anderes Konstruktionsprinzip. Hier stellt sich ein freies Rissbild ein, welches nach Herstellung nicht mehr beeinflusst wird, wie es im Bild 1 links skizziert ist. Die vorhandene Längsbewehrung begrenzt die Rissöffnungsweiten auf ein Maß, dass kein Wasser in die Konstruktion eindringen kann und eine Querkraftübertragung über die Rissverzahnung noch möglich ist. Das sich einstellende Rissbild wird von folgenden Faktoren beeinflusst: Betonfestigkeit, Deckendicke, Bewehrungsgrad, Durchmesser der Bewehrungsstäbe, Übergreifungslängen der Längsbewehrung, Abstände der Bewehrungsstäbe, Haftung bzw. Reibung zwischen Betondecke und Unterlage. Darüber hinaus haben Qualitätsschwankungen und Umgebungstemperaturen beim Einbau, sowie die Nachbehandlung einen Einfluss. Bisher gibt es Erkenntnisse, dass DBBD mit Rissabständen von etwa 0,7 m bis 2,5 m und Rissöffnungsweiten von höchstens 0,5 mm das beste Langzeitverhalten zeigen.

In Deutschland wird bisher die Plattenbauweise standardisiert ausgeführt. Unter der Voraussetzung, dass die notwendigen Unterhaltungsmaßnahmen vor allem im Fugenbereich ausgeführt werden, erreicht man eine Nutzungsdauer von 30 Jahren. Die DBBD bedarf wegen der nicht vorhandenen Fugen weniger Unterhaltungsmaßnahmen und es gibt Hinweise dafür, dass deutlich längere Nutzungsdauern erreicht werden. In Deutschland konnten auf zwei Versuchsstrecken mit der DBBD positive Erfahrungen gesammelt werden. Um noch eine Optimierung der Bauweise für die konkrete Anwendung in Deutschland zu erzielen, wurden 10 Strecken in Europa und Kanada vergleichend betrachtet.

Bild 1: Funktionsweise der DBBD und der Plattenbauweise

2 Bisher ausgeführte Strecken mit DBBD

Die Durchgehend Bewehrte Betonfahrbahndecke mit freien Querrissen wurde erstmalig in den USA bei Washington im Jahr 1921 im Rahmen einer Versuchsstrecke ausgeführt. Von einer Studienreise brachten belgische Straßenbauingenieure die Idee dieser Bauweise mit nach Europa und führten sie im Jahr 1948 in Belgien erstmalig aus. Heute gibt es in 32 Anwenderländern ca. 50 000 km DBBD, davon ca. 5 000 km in Europa. Man führte sie in den unterschiedlichsten Klimazonen, Verkehrssituationen und mit unterschiedlichen Anforderungswerten aus. Die Herstellung erfolgte mit direkt befahrener Betondecke oder in Kompositbauweise mit einer Asphaltdeckschicht. Es wurden Asphalttragschichten, Tragschichten mit hydraulischem Bindemittel und ungebundene Tragschichten verwendet. Die DBBD wurde als Neubau, grundhafte Erneuerung oder als Überbauung von vorhandenen Asphalt- oder Betondecken ausgeführt. Heute sind die USA und Belgien die wichtigsten Anwenderländer der DBBD. In Deutschland verfolgte man die Bauweise und deren Weiterentwicklung mit Interesse. Aus verschiedenen Gründen fiel aber die Entscheidung zur Ausführung erst 1997 auf der Bundesstraße B 56 bei Düren. Eine zweite Strecke wurde 2004 auf der Autobahn BAB A 5 bei Darmstadt eingerichtet. Damit gibt es in Deutschland bisher 2,3 km in dieser Bauweise.

3 Untersuchung ausgewählter Strecken

Um weiterführende Erkenntnisse über die Bauweise DBBD zu erlangen, wurden zehn Strecken mit insgesamt 17 Abschnitten in den Ländern Belgien, den Niederlanden, der Schweiz, Deutschland, Polen und Kanada ausgewählt. Diese werden in der Tabelle 1 mit den Herstellungsjahren aufgelistet. Zunächst wurden die Anforderungswerte, mit denen diese Strecken gebaut wurden, zusammengetragen und die Wetterdaten der Betonfertigung abgefragt. Weiter erfolgten Begehungen, bei denen die Rissabstände und Öffnungsweiten bestimmt, sowie die Strecken visuell begutachtet wurden.

Tabelle 1: Untersuchte Strecken mit DBBD in Europa und Kanada

Um das Rissbild zu analysieren, berechnete man aus den Rissabständen die mittleren Rissabstände und aus den Rissöffnungsweiten die mittleren Rissöffnungsweiten für die einzelnen Strecken. Weiter erfolgte eine Aufteilung der Rissabstände in fünf Klassen, siehe Bild 2. Um die Strecken, die jeweils unterschiedliche Gesamtlängen besitzen, miteinander vergleichen zu können, werden die Ergebnisse im Weiteren als prozentuale Verteilung dargestellt. Nach bisherigen Erkenntnissen sollen Rissabstände von 0,7 m bis 2,5 m angestrebt werden. Dies entspricht der hellblauen und der mittelblauen Klasse. Rissabstände kleiner 0,3 m sind ungünstig, da sie, wenn ein Längsriss im Randbereich hinzukommt, zu Betonausbrüchen, sogenannte Punch Outs, führen können. Rissabstände von 0,3 m bis kleiner 0,7 m, gelbe Klasse, stellen den Übergangsbereich zwischen den günstigen und ungünstigen Rissabständen dar. Große Rissabstände von 2,5 m und mehr sind ebenfalls weniger günstig, da sie größere Rissöffnungsweiten mit den beschriebenen negativen Effekten zur Folge haben.

Bild 2: Klassifizierung der Rissabstände

Im Weiteren werden die zehn Strecken kurz vorgestellt:

Strecke 1 befindet sich in Belgien auf der E 40 bei Walshoutem zwischen Brüssel und Lüttich. Der Konstruktionsaufbau besteht, wie im Bild 3 dargestellt, aus einer DBBD auf einer Magerbetontragschicht mit einer dünnen Asphaltzwischenschicht. Die Betondecke wurde mit 20 cm relativ dünn, mit einer hohen Betondruckfestigkeit und einem hohen Bewehrungsgehalt ausgeführt. Der Einbau erfolgte streifenweise, der erste Fahrstreifen als ein Einbaustreifen und der 2. und 3. Fahrstreifen zusammen als ein Einbaustreifen. Der Seitenstreifen wurde in Asphaltbauweise gefertigt.

Im August 2008 wurde dort eine Streckenbegehung durchgeführt und die Risse mit Lage und Öffnungsweite manuell erfasst. Die Strecke befindet sich nach der bisher 37-jährigen Nutzung in einem konstruktiv guten Zustand.

Bild 3: Belgien, E 40 bei Walshoutem, Konstruktionsaufbau und Anforderungswerte

Das Ergebnis der Rissklassifizierung ist im Bild 4 rechts als Säulendiagramm mit prozentualer Verteilung dargestellt. Die meisten Rissabstände, ca. 42 %, liegen im Bereich von 0,3 m bis < 0,7 m. Von den angestrebten Rissabständen in den Klassen von 0,7 m bis < 1,4 m (hellblaue Säule) und 1,4 m bis < 2,5 m (mittelblaue Säule) gibt es mit etwa 22 % und 13 % relativ wenige. Kleine Rissabstände bis 0,3 m gibt es mit ca. 10 % relativ viele. Ein Vergleich mit früheren Rissaufnahmen zeigt, dass dieses Rissbild bereits 5 Jahre nach der Herstellung so vorhanden war und sich seit etwa 1976 nicht mehr verändert hat.

Bild 4: Belgien, E 40 bei Walshoutem, Streckenansicht und Ergebnisse der klassifizierten Rissaufnahme

Strecke 2 ist ein Abschnitt der A 12 nordwestlich von Brüssel. Diese wurde 1991 eingerichtet. Sie besteht aus einer DBBD unmittelbar auf einer Tragschicht aus Magerbeton. Der Bewehrungsgrad beträgt dort 0,67 % (Sollwert). Den Seitenstreifen führte man in Asphaltbauweise aus. Es wird von den belgischen Kollegen berichtet, dass diese Strecke ein schlechtes Gebrauchsverhalten zeigt. Bereits nach wenigen Jahren kam es zu Plattenpumpen und Betonausbrüchen. Viele Erhaltungsmaßnahmen waren erforderlich.

Die Strecke 3 ist ein Teil des Autobahnrings Antwerpen (E 34). Dort fertigte man im Jahr 2008 eine DBBD auf einer Magerbetontragschicht mit Asphaltzwischenschicht. Der Einbau erfolgte dort streifenweise. Der 1. und 2. Fahrstreifen wurden als ein Einbaustreifen gefertigt (Strecke 3 a). Der Seitenstreifen, ebenfalls in DBBD, wurde als der 2. Einbaustreifen gefertigt (Strecke 3 b). Bei einer Begehung wenige Monate nach der Herstellung zeigte die Strecke ein einwandfreies Verhalten.

Die Strecke 4 richtete man 1997 in Deutschland auf der Bundestraße B 56 bei Düren ein. Der Einbau erfolgte im Hocheinbau auf einer vorhandenen Asphaltbauweise. Es wurden streifenweise die Fahrtrichtung Düren, Strecke 4 a, und Fahrtrichtung Soller, Strecke 4 b, jeweils ohne Seitenstreifen gefertigt. Bei einer Begehung im Jahr 2008 zeigte sich die Strecke in einem einwandfreien Zustand.

Strecke 5 ist die auf der Autobahn BAB A5 bei Darmstadt im Jahr 2004 eingerichtete Versuchsstrecke. Hier wurden folgende Abschnitte eingerichtet:

– Strecke 5 a: DBBD auf Asphalttragschicht,

– Strecke 5 b: DBBD auf Asphalttragschicht mit Vliesstoff,

– Strecke 5 c: DBBD auf HGT mit Vliesstoff,

– Strecke 5 d: DBBD auf HGT,

– Strecke 5 e: DBBD auf Verfestigung mit Vliesstoff.

Nach bisher 5 Jahren Verkehrs- und Witterungsbelastung befindet sich der größte Teil der Strecke in einem einwandfreien Zustand. Es gab aber Bereiche, in denen die Frischbetonanlieferung und die Schichtdicken der DBBD nicht einheitlich ausgeführt wurden.

Die Strecke 6 befindet sich in der Schweiz auf der Ausfallstraße T 20 bei Le Locle. Dort wurden in den Jahren 1988 und 1989 die beiden Fahrtrichtung streifenweise (Etappe 1: Strecke 6 a und Etappe 2: Strecke 6 b) gefertigt. Der Konstruktionsaufbau besteht aus einer relativ dünnen DBBD und mit geringem Bewehrungsgrad auf einer Zementstabilisierung (Verfestigung) mit Bitumenemulsion dazwischen. Einige Monate nach der Fertigung wurde die DBBD mit Asphalt überbaut. Die Strecke ist nach über 20 Jahren der Verkehrs- und Witterungsbelastung in einem einwandfreien Zustand.

Im Jahr 1999 wurde die Strecke 7 auf der A 50 bei Oss in den Niederlanden gefertigt. Diese besteht aus einer DBBD auf einer Schottertragschicht mit Asphaltzwischenschicht. Der Einbau erfolgte auf ganzer Breite einschließlich Seitenstreifen. Einige Monate nach der Herstellung erfolgte die Überbauung mit offenporigem Asphalt. Die DBBD ist nach 9 Jahren Verkehrs- und Witterungsbeanspruchung in einem konstruktiv einwandfreien Zustand.

Die Strecke 8 befindet sich auf der A 12 bei Lunetten, ebenfalls in den Niederlanden, Der Konstruktionsaufbau entspricht der Strecke 7. Die Fertigung der DBBD erfolgte 1997 und die Überbauung mit offenporigem Asphalt im Jahr 1999. Nach 11 Jahren Verkehrs- und Witterungsbeanspruchung gibt es keine konstruktiven Probleme.

Die Strecke 9 befindet sich auf dem Highway 13 bei Laval in Kanada. Sie wurde im Jahr 2000 als Hocheinbau realisiert. Auf der vorhandenen schadhaften Betondecke in Plattenbauweise wurde eine HGT angeordnet und unmittelbar darauf die DBBD. Der Einbau der DBBD erfolgte streifenweise. Im Jahr 2002 führten die kanadischen Kollegen eine Streckenbegehung durch. Zu diesem Zeitpunkt wurde von einem einwandfreien Zustand der Strecke berichtet.

 Im Jahr 2005 wurde die Strecke 10 auf der A 4 bei Wroclaw in Polen eingerichtet. Sie besteht aus einer DBBD unmittelbar auf einer HGT. Der Einbau erfolgte auf ganzer Breite. Im Jahr 2008 wurde dort eine Streckenbegehung durchgeführt. Die Strecke zeigt ein konstruktiv gutes Verhalten.

4 Vergleichende Betrachtung der Strecken

Hier werden die Anforderungswerte an Beton, Bewehrung, Querschnitt sowie die Wetterdaten den Ergebnissen der Rissaufnahmen mit Lage und Öffnungsweite und der visuellen Zustandserfassung gegenübergestellt. Dabei steht die Frage im Mittelpunkt, welche Anforderungen oder Randbedingungen wirken sich wie auf das Rissbild und das Gebrauchsverhalten aus.

4.1 Anforderungen an den Beton

Für die 10 Strecken wurden Betondruckfestigkeiten von 35 N/mm² bis 72 N/mm² gefordert. Ausgeführt wurden, soweit bekannt, Betondruckfestigkeiten von 52 N/mm² bis 64 N/mm². Im Bild 5 sind die Werte als Soll-Ist-Vergleich dargestellt. Alle Streckenabschnitte wurden mit hohen Betondruckfestigkeiten von über 50 N/mm² gefertigt. Die Unterschiede zwischen den Sollwerten (dunkelblaue Säulen) und den Istwerten (hellblaue Säulen) sind teilweise sehr hoch.

Für die DBBD wurden Schichtdicken von 18 cm bis 27 cm gefordert. Praktisch ausgeführt wurde Deckendicken von im Mittel 20 cm bis 29 cm. Teilweise wurde 3 cm dicker als der Sollwert gefertigt. 

Bild 5: Betondruckfestigkeiten der Strecken, Soll-Ist-Vergleich

Aus den Betondruckfestigkeiten und den Schichtdicken, jeweils die Ist-Werte bzw. die angenommenen Ist-Werte, wurden die aufnehmbaren Betondruckkräfte, bezogen auf einen 1 m breiten Streifen, berechnet und den erreichten mittleren Rissabständen gegenübergestellt. Das Ergebnis ist im Bild 6 dargestellt, mit den aufnehmbaren Druckkräften als grüne Säulen und den mittleren Rissabständen als braune Quadrate. Die aufnehmbaren Druckkräfte liegen bei 11 MN/m bis 19 MN/m. Die mittleren Rissabstände liegen in einem Bereich von 0,74 m bis 2,30 m. Die größten Rissabstände gibt es bei den Streckenabschnitten E 34 bei Antwerpen 1./2. FS, E 34 bei Antwerpen SS, T 20 bei Le Locle 1. Etappe, T 20 bei Le Locle 2. Etappe und A 12 bei Lunetten. Dort erfolgten die Rissaufnahmen bereits einige Monate nach der Betondeckenfertigung. Das Rissbild ist in diesem Stadium noch nicht abgeschlossen.

Bild 6: Aufnehmbare Betondruckkraft pro Meter – mittlerer Rissabstand

Daher ist die Betrachtung dieser Rissabstände nur bedingt aussagekräftig. Bei allen anderen Abschnitten betrug der mittlere Rissabstand weniger als 2,0 m. Auffällig ist, dass die Strecke mit dem bisher besten Langzeitverhalten, die E 40 bei Walshoutem, und die Strecke mit dem schlechtesten Langzeitverhalten, die A 12 bei Brüssel, beide hohe Druckkräfte aufnehmen können und sich ein relativ kurzer mittlerer Rissabstand von weniger als 1 m eingestellt hat. Daraus kann geschlussfolgert werden, dass die aufnehmbaren Betondruckkräfte, bzw. die Schichtdicken zusammen mit den Betondruckfestigkeiten, grundsätzlich richtig gewählt waren. Die Unterschiede im Gebrauchsverhalten müssen auf einen anderen Anforderungswert zurückzuführen sein. Über die Biegezug-, Spaltzugfestigkeiten und die verwendeten Zemente lagen keine ausreichenden Informationen für einen Vergleich vor.

4.2 Anforderungen an die Bewehrung

Für die betrachteten Strecken wurden Bewehrungsgrade in Längsrichtung von 0,57 % bis 0,85 % gefordert. Da, soweit bekannt, bei allen Strecken die Betondecken dicker als gefordert ausgeführt wurden, reduzieren sich die tatsächlichen Bewehrungsgrade geringfügig auf 0,52 % bis 0,77 %. Im Bild 7 sind die Istwerte den mittleren Rissöffnungsweiten gegenüber gestellt. Die Rissöffnungsweiten (blaue Quadrate) bewegen sich in einem Bereich von 0,10 mm bis 0,46 mm. Die 5 Streckenabschnitte der A 5 bei Darmstadt wurden mit etwa gleichen Bewehrungsgraden von 0,68 % hergestellt. Es stellten sich aber unterschiedliche Rissöffnungsweiten ein. In zwei Abschnitten sind die Rissöffnungsweiten mit 0,45 mm und 0,46 mm relativ groß. In den übrigen drei Abschnitten sind die mittleren Rissöffnungsweiten mit etwa 0,25 mm 0,3 mm deutlich kleiner. Die jeweils zwei Abschnitte der E 34 bei Antwerpen in Belgien und B 56 bei Düren in Deutschland zeigen ähnliche Verhaltensweisen: Die Bewehrungsgrade sind jeweils gleich. Die Rissöffnungsweiten unterscheiden sich.

Die Streckenabschnitte der A 12 bei Brüssel in Belgien, der A 12 bei Lunetten in den Niederlanden und der A 50 bei Oss in den Niederlanden besitzen mit etwa 0,60 % die geringsten Bewehrungsgrade auf stark belasteten Straßen. Bei der Strecke A 12 bei Brüssel wurde ein schlechtes Gebrauchsverhalten festgestellt, bei den beiden anderen bisher ein gutes. Daraus ergibt sich, dass die Bewehrungsgrade von etwa 0,6 % bis 0,7 % für stark belastete Strecken richtig gewählt wurden. Das schlechte Gebrauchsverhalten auf der A 12 bei Brüssel sowie die Unterschiede in den Rissöffnungsweiten müssen eine andere Ursache haben.

Die beiden Strecken mit geringer Verkehrsbelastung, die T 20 bei Le Locle und die B 56 bei Düren, haben mit einem geringeren Bewehrungsgrad von etwa 0,5 % ein gutes Gebrauchsverhalten gezeigt. Daraus wird geschlussfolgert, dass bei geringer Verkehrsbelastung ein entsprechend geringerer Bewehrungsgrad ausreichend ist.

Bild 7: Bewehrungsgehalt – mittlere Rissöffnungsweite

4.3 Anforderungen an den Querschnitt

Auf den 10 Strecken wurde jeweils der 1. Fahrstreifen in Breiten von 3,5 m bis 4,75 m gefertigt. Die Breiten sind im Bild 8 als Säulendiagramm dargestellt. Streckenabschnitte, bei denen der Seitenstreifen ebenfalls als DBBD und kraftschlüssig mit dem 1. Fahrstreifen verbunden hergestellt wurden, sind als dunkelblaue Säulen dargestellt. Abschnitte mit einem Seitenstreifen in unbewehrter Betonplattenbauweise oder Asphaltbauweise sind in hellblau dargestellt. Bei der Herstellung des angrenzenden Seitenstreifens ebenfalls in DBBD kann eine Querkraftübertragung zur Seite stattfinden und der 1. Fahrstreifen selbst wird weniger belastet. Bei der Ausführung des Seitenstreifens in Asphaltbauweise oder Betonplattenbauweise ohne Kraftschluss zur DBBD ist dies nicht oder nur eingeschränkt möglich. Dort wird der erste Fahrstreifen entsprechend stärker beansprucht. Die A 12 bei Brüssel besitzt den schmalsten Fahrstreifen sowie einen Seitenstreifen in Asphaltbauweise. Hier wurden bereits frühzeitig Schäden an der Konstruktion in Form von Betonausbrüchen und Plattenpumpen festgestellt.

Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass neben anderen Einflussgrößen eine ausreichende Plattenbreite des 1. Fahrstreifens, sowie ein Seitenstreifen ebenfalls in DBBD zu einem positiven Gebrauchsverhalten beitragen.

Bild 8: Fahrstreifenbreiten

4.4 Anforderungen an die Tragschichten

Von den betrachteten Streckenabschnitten mit DBBD wurden acht auf einer Asphaltschicht in folgenden Varianten ausgeführt:

E 40, Walshoutem – DBBD auf Magerbeton (HGT) mit Asphaltzwischenschicht,

E 34, Antwerpen – DBBD auf Magerbeton (HGT) mit Asphaltzwischenschicht,

B 56, Düren – DBBD auf Asphaltdeckschicht (Hocheinbau),

A 5, Darmstadt – DBBD auf Asphalttragschicht,

A 5, Darmstadt – DBBD auf Asphalttragschicht mit Vliesstoff,

A 12, Lunetten – DBBD auf Schottertragschicht mit Asphaltzwischenschicht,

A 50, Oss – DBBD auf Schottertragschicht mit Asphaltzwischenschicht.

Für die E 40 bei Walshoutem wird ein positives Langzeitverhalten von über 30 Jahren bestätigt. Die B 56 bei Düren zeigte während der bisher 10-jährigen Nutzung ein positives Gebrauchsverhalten. Die übrigen Strecken sind jünger und zeigten bisher auch ein positives Verhalten.

Bei neun Streckenabschnitten wurde die DBBD auf einer Schicht mit hydraulischem Bindemittel gefertigt. Darunter gab es folgende Varianten:

A 12, Brüssel – DBBD auf Magerbeton (HGT),

A 5, Darmstadt – DBBD auf HGT mit Vliesstoff,

A 5, Darmstadt – DBBD auf HGT,

A 5, Darmstadt – DBBD auf Verfestigung mit Vliesstoff,

T 20, Le Locle – DBBD auf Zementstabilisierung mit Bitumenemulsion,

Highway 13, Laval – DBBD auf HGT,

A 4 Katy Wroclawski – DBBD auf HGT.

Auf der A 12 bei Brüssel wurde in den bisher 18 Jahren der Verkehrs- und Witterungsbeanspruchung ein schlechtes Gebrauchsverhalten festgestellt. Bereits nach wenigen Jahren traten Schäden in Form von Plattenpumpen und Erosionen auf. Die beiden Abschnitte auf der T 20 bei Le Locle zeigten in den bisher 20 Jahren der Nutzung ein positives Gebrauchsverhalten. Dies ist möglicherweise auf die Bitumenemulsion unter der DBBD, die frühzeitige Asphaltüberbauung und die geringe Verkehrsbelastung zurückzuführen. Bei allen anderen Strecken sind die Beobachtungszeiträume 5 Jahre und kürzer. Überträgt man die Erfahrungen mit der Bauweise „unbewehrte Betonplatten“ auf Vliesstoffzwischenschicht, bzw. im Verbund auf die DBBD, so ist denkbar, dass bei den Strecken mit Verbundbauweise in den nächsten Jahren Plattenpumpen und später Erosionen auftreten. Bei der Strecke mit Vliesstoffzwischenschicht ist dies nicht zu erwarten.

4.5 Klassifizierung der Rissabstände

Um eine bessere Übersicht über die sich einstellenden Rissabstände zu erhalten, wurden die gemessenen Werte in 5 Klassen aufgeteilt, wie dies im Bild 2 aufgezeigt ist. Die Ergebnisse der einzelnen Strecken als prozentuale Verteilung sind in den Bildern 9 und 10 dargestellt. Das Bild 9 zeigt die Abschnitte mit DBBD auf Asphaltschichten. Man erkennt einen einheitlichen Trend. Es gibt ca. je 10 bis 20 % Rissabstände im Bereich bis < 0,3 m (rote Säule) und > 2,5 m (dunkelblaue Säule). In den drei mittleren Rissabstandsklassen, 0,3 m bis < 0,7m (gelbe Säule), 0,7 m bis < 1,4 m (hellblaue Säule) und 1,4 m bis < 2,5 m (mittelblaue Säule) gibt es je ca. 20 bis 30 % Rissabstände. Der Streckenabschnitt E 40 bei Walshoutem zeigt nach 37 Jahren Nutzung ebenfalls dieses Rissbild. Zwischen den Streckenabschnitten mit und ohne Vliesstoff erkennt man keinen deutlichen Unterschied.

Bild 10: DBBD auf Tragschichten mit hydraulischem Bindemittel – klassifizierte Rissabstände

Eine Ausnahme machen die beiden Abschnitte auf der E 34 bei Antwerpen. Hier wurden die Risse in einem sehr frühen Stadium, nach zwei und sechs Wochen, erfasst. Zu dieser Zeit ist die Rissbildung noch nicht abgeschlossen und das Ergebnis der Klassifizierung noch nicht aussagekräftig.

Im Bild 10 sind die Streckenabschnitte mit DBBD auf Tragschichten mit hydraulischem Bindemittel dargestellt. Hier ist ein anderer Trend beim Rissbild zu erkennen. In der Rissabstandsklasse von 1,4 m bis < 2,5 m (mittelblaue Säule) befinden sich mit 35 % bis 45 % die meisten Risse. Kleine Rissabstände bis < 0,3 m (rote Säule) gibt es wenige (bis zu 5 %). Von den übrigen Rissabstandsklassen gibt es abgestuft weniger. Die beiden Abschnitte auf der T 20 bei Le Locle in der Schweiz unterscheiden sich geringfügig von dem beschriebenen Trend. Hier wurde die Rissaufnahme in einem frühen Stadium nach 0,5 bzw. nach 1,5 Jahren durchgeführt. Es wird angenommen, dass die Rissbildung noch nicht abgeschlossen war. Vom Streckenabschnitt auf der A 12 bei Brüssel gibt es keine detailierten Informationen über das Rissbild. Dieser Abschnitt hat aber den gleichen Konstruktionsaufbau, wie die hier dargestellten Streckenabschnitte mit DBBD auf einer Tragschicht mit hydraulischem Bindemittel ohne Zwischenschichten. Daher wird angenommen, dass sich dort das gleiche Rissbild einstellt, wie im Bild 5 dargestellt ist.

Zusammengefasst bedeutet dies, dass die Art der Unterlage das Rissbild in der DBBD deutlich beeinflusst. Bei Asphaltunterlagen entsteht ein für den Aufbau spezielles Rissbild mit relativ vielen Rissabständen bis 0,3 m und wenigen im angestrebten Bereich von 0,7 m bis < 1,4 m und 1,4 m bis < 2,5 m. Auf Tragschichten mit hydraulischem Bindemittel stellt sich ebenfalls ein für den Aufbau spezielles Rissbild mit mehr Rissen im angestrebten Bereich ein. Trotzdem traten bei einer DBBD, die unmittelbar auf einer Tragschicht mit hydraulischem Bindemittel liegt, bereits nach kurzer Zeit Schäden als Plattenpumpen, Erosionen und Betonausbrüchen (PunchOuts) auf, wie die A 12 bei Brüssel zeigte. Bei den DBBD auf Asphaltschichten wurde insgesamt ein scheinbar „schlechteres“ Rissbild festgestellt. Da dies aber trotzdem ein gutes Langzeitverhalten nicht ausschließt zeigt die E 40 bei Walshoutem. Dort wurde in bisher 37 Jahren ein gutes Langzeitverhalten mit wenigen Unterhaltungsmaßnahmen bestätigt.

4.6 Witterungs- und Einbaubedingungen

Die DBBD wurden bei jeweils mittleren Umgebungstemperaturen von 7 °C bis 20 °C hergestellt. Die mittleren Rissöffnungsweiten lagen bei den Messungen bei 0,1 mm bis 0,46 mm. Alle gemessenen Öffnungsweiten entsprechen damit der Anforderung von maximal 0,5 mm Rissöffnung. Im Bild 11 sind die beiden Werte jeweils als blaue Säulen und rote Quadrate gegenübergestellt. Vor allem die Strecken E 34 bei Antwerpen, B 56 bei Düren und A 5 bei Darmstadt wurden in verschiedenen Abschnitten und bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen gefertigt. Man erkennt, dass dort, wo die Strecken bei kühlerer Umgebung gefertigt wurden, kleinere Rissöffnungsweiten entstanden sind und bei wärmerer Umgebung später größere Rissöffnungsweiten.

Bild 11: Mittlere Rissöffnungsweiten – Temperaturen bei der Herstellung

Auf der T 20 bei Le Locle wurde etwas Ähnliches festgestellt. Dort fertigte man einen Abschnitt bei höheren Temperaturen und einen Abschnitt bei niedrigeren Temperaturen. Bei den höheren Temperaturen stellten sich mehr schräg verlaufende und sich verzweigende Risse ein. Die kühleren Einbautemperaturen führten zu weniger schräg verlaufenden und sich verzweigenden Rissen und mehr reinen Querrissen.

Langfristig ist zu erwarten, dass sich im Bereich von verzweigenden Rissen Betonausbrüche bilden.

Je kleiner die Rissöffnungsweite, desto besser ist die Rissverzahnung und im Weiteren die Querkraftübertragung. Dies wirkt sich positiv auf das Gebrauchs- und Langzeitverhalten aus. Gleiches gilt für den Anteil an reinen Querrissen.

Dies wird von Untersuchungen die in den USA durchgeführt wurden bestätigt. Dort berichtet man, dass auf DBBD-Strecken, die bei höheren Temperaturen hergestellt werden, mehr Betonausbrüche (PunchOuts) auftreten als auf Strecken, die bei kühlerer Witterung gefertigt wurden.

4.7 Ausführungsdetails und Erhaltung

Neben den beschriebenen Anforderungen konstruktiver Art, die eine DBBD erfüllen sollte, nebst den Witterungsbedingungen, bei denen diese herzustellen ist, gibt es einige Ausführungsdetails, die zu beachten sind. Diese werden im Folgenden aufgeführt. Weiter wird ein Beispiel für eine Erhaltungsmaßnahme gegeben.

Auf der E 40 bei Walshoutem wurde zwischen dem 2. und dem 3. Fahrstreifen eine Längsscheinfuge ausgeführt. Der dazu erforderliche Kerbschnitt wurde nicht ausreichend tief geführt. In der Folge stellten sich etwa 10 cm bis 20 cm neben der Längsscheinfuge eine Anzahl von Längsrissen mit Betonausbrüchen ein wie im Bild 12 rechts zu sehen. In diesen Längsrissen gibt es einige Stellen mit Bewehrungskorrosion wie im Bild 12 links zu sehen ist. Die Betonüberdeckung der Bewehrung beträgt hier 6 cm. Bei allen anderen Strecken ist die Überdeckung mit bis zu 11 cm größer. An reinen Querrissen wurde keine Bewehrungskorrosion festgestellt.

Bild 12: Bewehrungskorrosion, falsch ausgeführte Längsfuge

Sowohl auf der E 34 bei Antwerpen und als auch auf der E 40 bei Walshoutem wurden jeweils auf die DBBD Ortbetongleitwände betoniert und mit diesen kraftschlüssig verbunden. Auf der E 34 geschah dies in einem sehr frühen Stadium der DBBD als die Rissbildung noch nicht abgeschlossen war. Es bildeten sich Reflektionsrisse von der Gleitwand in die DBBD, die möglicherweise später Betonausbrüche hervorrufen können, siehe Bild 13, rechts. Auf der E 40 bei Walshoutem erfolgte die Herstellung der Gleitwand mehrere Jahre nach der Fertigung der DBBD. Wie das Bild 13 links zeigt, hat sich der Riss aus der Gleitwand nicht in der DBBD fortgesetzt. Ein Reflektionsriss, der sich aus einem anderen Bauteil in eine DBBD überträgt, führt nicht unmittelbar zu einem Schaden. Wenn aber freie Querrisse und Reflektionsrisse sehr nahe beieinander auftreten, besteht die Gefahr von Betonausbrüchen.

Bild 13: DBBD und Ortbetongleitwand kraftschlüssig verbunden

In einem Bereich der A 5 bei Darmstadt wurde die DBBD über einen etwa 20 m breiten Durchlass aus Stahlbeton geführt. Auf diesem war die DBBD etwa 3 bis 4 cm dünner als davor und dahinter. Weiterhin wurde vor und hinter dem Durchlass die DBBD auf einer HGT ausgeführt und auf dem Durchlass auf einer dünnen Asphaltschicht. Das sich einstellende Rissbild ist im Bild 14 skizziert. Vor und hinter dem rot schraffierten Durchlass bildeten sich sehr schnell relativ viele Risse. Auf dem Durchlass selbst kamen wesentlich verspätet Risse hinzu. An dieser Stelle wird deutlich, dass die unterschiedlichen Ausführungsformen zu einem differenzierten ungleichmäßigen Rissbild geführt haben.

Bild 14: A 5 bei Darmstadt: Rissbild in der DBBD auf einem Durchlass

In einem anderen Bereich der A 5 bei Darmstadt wurde der Frischbeton nicht kontinuierlich angeliefert. In der Folge entstanden in diesem Bereich Netzrisse, wie im Bild 15 zu sehen ist. Hier wird voraussichtlich eine kürzere Nutzungsdauer erreicht bzw. eine Sanierung erforderlich. Um dies zu verhindern, sind kurze Wege zwischen Betonmischwerk und Einbaustrecke ohne Staugefahr für die Frischbetonanlieferung zu wählen. Der Einsatz von Transportbetonwerken und die Anlieferung über das öffentliche Autobahnnetz sind nicht in jedem Fall sinnvoll.

Bild 15: A 5 bei Darmstadt, Netzrisse

DBBD können am einfachsten und wirtschaftlichsten auf ganzer Breite, in einem Einbaustreifen, hergestellt werden. Dies bedingt ausreichenden Platz für die Frischbetonanlieferung neben der Einbaustrecke, wie dies im Bild 16 links auf der A 4 bei Katy Wroclawski zu sehen ist. Unter beengten Verhältnissen kann auch streifenweise gefertigt werden und der jeweils andere Streifen zur Betonanlieferung genutzt werden wie dies das Bild 16 rechts auf der E 34 bei Antwerpen zeigt. Die beiden Ausführungsvarianten zeigten keine grundsätzlichen Unterschiede im Gebrauchsverhalten.

Bild 16: Fertigung der DBBD auf voller Breite (links) und streifenweise (rechts)

Das Bild 17 links zeigt den Schadensfall „Betonausbruch (Punch Out)“ auf der A 12 bei Brüssel. Zunächst sollte versucht werden, solche Schäden zu verhindern bzw. zu minimieren. Wenn ein Schaden aufgetreten ist, so besteht die Möglichkeit, diesen wie bei einer Einzelfelderneuerung zu sanieren wie im Bild 17 rechts zu sehen ist.

Bild 17: Betonausbruch (links) und Erhaltungsmaßnahme (rechts)

5 Zusammenfassung

Es wurden 17 Streckenabschnitte mit DBBD in sechs Ländern auf Autobahnen und Bundesstraßen untersucht. Die betrachteten Strecken auf Autobahnen wurden mit den Anforderungswerten der Tabelle 2 gefertigt und haben sich grundsätzlich bewährt. Auf Bundesstraßen sind geringere Anforderungswerte ausreichend.

Die Art der Unterlage beeinflusst maßgeblich das Rissbild. DBBD auf Asphalt zeigen ein typisches Rissbild mit relativ vielen kleinen Rissabständen bis < 0,3 m und wenigen im angestrebten Bereich von 0,7 m bis < 2,5 m. Auf Tragschichten mit hydraulischem Bindemittel stellen sich mehr Risse im angestrebten Bereich ein. Trotzdem zeigen DBBD auf Asphalt ein besseres Gebrauchsverhalten. Daraus folgt, dass für ein gutes Langzeitverhalten neben vielen Einflüssen sowohl, dass angestrebte Rissbild als auch die Art der Unterlage, bzw. die Art der Tragschicht von großer Bedeutung sind.

Tabelle 2: Anforderungen an die DBBD

Für die DBBD auf einer Tragschicht mit hydraulischem Bindemittel mit Asphaltzwischenschicht wurde ein gutes Langzeitverhalten bestätigt. Darüber hinaus liegen erste positive Erfahrungen zu folgenden Varianten vor:

– DBBD auf Schottertragschicht mit Asphaltzwischenschicht,

– DBBD auf Tragschicht mit hydraulischem Bindemittel mit Vliesstoffzwischenschicht,

– DBBD auf Asphalttragschicht mit Vliesstoffzwischenschicht.

Das mittelfristige Verhalten ist dabei gut, aber Langzeiterfahrungen fehlen noch.

Mit der DBBD unmittelbar auf einer Tragschicht mit hydraulischem Bindemittel wurden negative Erfahrungen gemacht. Daher wird diese nicht empfohlen. Es gibt einige jüngere Strecken mit diesem Konstruktionsaufbau. Dort ist nicht auszuschließen, dass in den nächsten Jahren Schäden in Form von Plattenpumpen, Erosionen und Betonausbrüchen auftreten.

Durch eine einheitliche Ausführung mit kontinuierlicher Betonanlieferung und gleichmäßigen Schichtdicken der DBBD sowie niedrigen Temperaturen bei der Herstellung der Betondecke kann das Langzeitverhalten noch weiter verbessert werden. Bei einer zukünftigen Ausführung der DBBD sollten entsprechende Anforderungen festgelegt werden. Die bisher großen Unterschiede zwischen den festgelegten Anforderungswerten und dem tatsächlich Ausgeführtem sollten reduziert werden.

6 Ausblick

Die Verkehrsbelastung und der Anteil an Schwerverkehr sind in den vergangenen Jahrzehnten in Deutschland kontinuierlich gestiegen. Dies wird sich voraussichtlich auch in der Zukunft so fortsetzen. Um den Verkehr der Zukunft bewältigen zu können, bedarf es auf den höchstbelasteten Autobahnen besonders dauerhafter, unterhaltungsarmer Bauweisen. Diese erreichen Nutzungsdauern von weit über 30 Jahren und der Verkehr wird nach deren Herstellung viele Jahre nur minimal durch Erhaltungsmaßnahmen eingeschränkt. Dies kann z. B. durch eine DBBD erreicht werden.

Um die hier dargestellten neuen Erkenntnisse in der Praxis zu erproben, wurde mit ihnen ein Konzept für eine Strecke auf einer hochbelasteten Autobahn erstellt. Dieses soll in den nächsten Jahren in zwei Bundesländern realisiert werden.

Als Besonderheit ist zu erwähnen, dass das Konzept vorsieht, bereits beim Neubau die DBBD mit einer dünnen Deckschicht zu überziehen. Diese sorgt für eine ausreichende Griffigkeit und erfüllt erhöhte Lärmanforderungen. Für die DBBD selbst wird eine Nutzungsdauer von 50 Jahren angestrebt. Die dünne Deckschicht soll in Abständen von etwa 10 Jahren mit wenig Aufwand und Verkehrseinschränkungen erneuert werden. Im Bild 18 ist der Konstruktionsaufbau der nächsten Erprobungsstrecken skizziert.

Bild 18: Konstruktionsaufbau der geplanten Versuchsstrecken

Literaturverzeichnis

1. Beeldens, A; Caestecker, C.; Rens, L.: Durchgehend bewehrte Fahrbahndecken aus Beton, in Fachzeitschrift Beton, Heft 11/2005
2. Höller, St.: Erprobung der Bauweise – Durchgehend Bewehrte Betonfahrbahndecke auf der BAB A 5 bei Darmstadt, Betonstraßentagung 2007 in Erfurt
3. Höller, St.: Asphalt auf Beton – die Komposition für die Zukunft?“ Deutscher Straßen- und Verkehrskongress 2008 in Düsseldorf
4. Höller, St.: Optimierung der Bauweise – Durchgehend Bewehrte Betonfahrbahndecke – Diplomarbeit 2009 an der Technischen Universität Dresden