ASR damaged concrete roads have been an issue in the state of Brandenburg for several years. Most concrete pavements constructed in the 1970’ or 80’s and which were affected by ASR have already been rebuilt and do not demand immediate action. However, what the Brandenburg Department of Transportation is increasingly confronted with today are the con- sequences of ASR damaged concrete pavements built in the 1990’s. Carriageway with con- firmed ASR affected concrete pavements of an approximately length of 160km and an addi- tionally 138km of concrete pavements suspicious to ASR pose a significant challenge for the state of Brandenburg in regards to financial and personnel obligations. In the past, concrete pavements affected by ASR would normally be reprocessed on-site and recycled to use it as sub-base material in concrete road construction. Different demolition techniques were applied; usually the process was done with a special roller or chisel. For the concrete processing an impact crusher was used and no further postprocessing was necessary to achieve the high quality standards of sub-base materials. Any remaining adhesions e.g. geomembrane were not further separated from the recycled concrete aggregates but that did not significantly im- pact the material quality in an improper way. Due to concerns about the effects of ASR da- maged recycled concrete aggregates (RCA) used as sub-base material in road construction and its possible impact on the properties of the entire construction a new research project has been initiated. Until these new results are presented any further use of ASR affected RCA is no longer permitted as sub-base material below concrete pavements. A possible alternative solu- tion is the proposal of an asphalt interlayer between the sub-base and the concrete pavement to further ensure the use of ASR affected RCA. In this way the recycled concrete material is still used on-site. Additional transportation cost could be avoided and negative environmental impacts prevented. The use of recycled concrete aggregates would also preserving and exten- ding natural aggregates reserves.

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

1 AKR-geschädigte Betondecken in Brandenburg

Nachweislich AKR-geschädigte Betondecken in Brandenburg sind aus den 1970er/1980er Jahren bekannt, wenn eine bestimmte Grauwacke als Gesteinskörnung eingesetzt wurde, und aus den 1990er Jahren bei Verwendung von Quarzporphyren oder Kiesen bestimmter Herkunft. Recherchen ergaben eine Mindestlänge sichtbar oder nachweislich AKR-geschädigter Betondecken aus den 1970er/1980er Jahren von ca. 240 km Richtungsfahrbahn und von ca. 160 km Richtungsfahrbahn aus den 1990er Jahren mit Stand Ende 2016. Der AKR-Verdacht von zum damaligen Zeitpunkt 138 km Richtungsfahrbahn bestätigte sich leider bis heute auf Streckenabschnitten von 72 km Länge, von denen ein Teil bereits saniert wurde.

Bild 1: Stand Ende 2016: AKR-geschädigte Streckenabschnitte aus den 1990er Jahren

2 Aufbruch AKR-geschädigter Betondecken

2.1 Aufgebrochene Streckenabschnitte

Seit 1990 wurden im Land Brandenburg ca. 42 km Betondecke aus den 1970er/1980er Jahren und 64 km aus den 1990er Jahren aufgebrochen.

Bild 2: Aufbruch AKR-geschädigter Betondecken aus den 1970er/1980er Jahren

Bild 3: Aufbruch AKR-geschädigter Betondecken aus den 1990er Jahren

Bemerkenswert ist, dass die Streckenabschnitte aus den 1990er Jahren die alten Betondecken aus den 1930er/1940er Jahren und die schlechten Betondecken aus den 1970er/1980er Jahren für sehr lange ersetzen sollten, aber z. T. nach 10-15 Jahren als Verkehrsfläche nicht mehr zur Verfügung standen. AKR vernichtet Werte.

2.2 Einflüsse auf den Aufbruch

Eine ganze Reihe von Einflüssen bestimmen den Aufbruch:

– Dicke der aufzubrechenden Betondecke
Die Dicke der Betondecke ergibt die zu bewältigende Aufbruchmenge.

– Festigkeit des Betons
Die Festigkeit des Betons beeinflusst den Verschleiß der Arbeitsgeräte und die Arbeitsleistung pro Zeiteinheit.

– Art der und Verbundsituation zur Unterlage
Eine erhebliche Rolle, wenn nicht sogar die entscheidende Rolle für den Erfolg einer Aufbruchmaßnahme spielt die Verbundsituation zur Unterlage. Ob unter der aufzubrechenden Betondecke eine hydraulisch gebundene Tragschicht mit direktem Verbund zur Betondecke oder mit Vlieszwischenschicht liegt, eine Schottertragschicht aus RC-Material komplett nachhydratisiert ist oder eine 5 cm dicke Asphaltzwischenschicht anhaftet, bestimmt in wesentlichem Maße die Aufbruchtechnologie.

Bild 4: Sowohl an Beton als auch an HGT anhaftendes Vlies

Bild 5: Anhaftende nachhydratisierte Schottertragschicht aus RC-Material

– Nähe zu Bebauung oder Bauwerken
Um Schäden an nahen Gebäuden oder Bauwerken zu vermeiden, muss eine erschütterungsarme Aufbruchtechnologie gewählt werden.

– Verfügbarkeit an Zeit
Enge Bauzeitvorgaben verbieten eine aufwändigere Aubruchtechnologie. Wenn es schnell gehen muss, geht das zu Lasten einer anderen Komponente wie z. B. der Qualität des Aufbruchgutes und damit zur Einschränkung von Wiederverwendingsmöglichkeiten.

– Wiederverwendung
Generell ist das Kreislaufwirtschaftsgesetz zu beachten, das eine hochwertige Verwertung fordert, die den Schutz von Mensch und Umwelt am besten gewährleistet. Dieses Gesetz ist verpflichtend.

– Spannungszustand der Betondecke
Infolge der Erwärmung der Betondecke und der Abnahme der Nullspannungstemperatur mit zunehmender Verschmutzung der Fugen stellt sich bei jeder Betondecke ein bestimmter Spannungszustand ein. Die Spannungen sind umso größer, je höher die Luft- und Bauteiltemperatur der Betondecke sowie der Verschmutzungsgrad der Fugen ist. Des weiteren gab es Bestrebungen, mögliche Spannungen aus der Bildung des AKR-Gels und daraus resultierender Erhöhung des Wirksamkeitsindex herzuleiten. Woher auch immer Spannungen rühren, können sie durch geeignete Maßnahmen abgebaut werden.

Bild 6: Beton hat sich selbst entspannt; Hitzeaufbruch

– Flickstellen oder partiell größere Asphaltflächen infolge Sanierung Art und Umfang der Flickstellen und Asphaltflächen spielt insofern eine Rolle, als dass bei Wiederverwendung des AKR-geschädigten Betons in einer RC-Tragschicht möglicher- weise begrenzende Anforderungen an den Asphaltanteil bestehen.

Es gibt immer eine Überlagerung mehrerer Einflussfaktoren.

2.3 Aufbruchtechnologie

Die Wahl der Aufbruchtechnologie obliegt dem Auftragnehmer. Unter Beachtung aller Einflüsse und Randbedingungen und dem Ziel des Aufbruchs kann er eine Wahl treffen zwischen gängigen Aufbruchmethoden wie Würfelwalze, Fallschwert, Meißel, Fräse und deren Kombination, aber auch andere Verfahren sind u. U. anwendbar wie Rubblizing und bei erschütterungsarmem Aufbruch neben der Fräse der Aufbruchhammer Power Sledge.

Bild 7: Aufbruch mit Würfelwalze

Bild 8: Aufbruch mit Meißel

Bild 9: Aufbruch durch Fräse

Bild 10: Erschütterungsarmer Aufbruch durch Power Sledge

3 Aufbereitung

Wird das Aufbruchgut auf der Baustelle aufbereitet, kommt eine mobile Brechanlage zum Einsatz. Für eine zielgerichtete Aufbereitung ohne weitere Nachbereitung des Brechguts mit anforderungsgemäßen Eigenschaften eignet sich ein Prallbrecher am besten.

Bild 11: Prallbrecher im Einsatz

In der Regel wird die Betondecke halbseitig aufgebrochen und das Aufbruchgut längs auf der noch bestehenden Fahrbahn gelagert, bevor es unter mehrmaligem Umsetzen der Brechanlage aufbereitet wird.

Bild 12: Aufbruchgut halbseitig gelagert

Anhaftungen auf der Betondecke können und müssen ggf. vor dem Aufbruch entfernt werden. Untrennbare Anhaftungen unter der Betondecke gelangen ins Aufbruchgut und damit in das aufbereitete Material. Das Risiko eines für den vorgesehenen Verwendungszweck nicht anforderungsgemäßen resultierenden RC-Materials ist sehr gering und war in Brandenburg noch nicht praxisrelevant.

4 Wiederverwendung

In Brandenburg wird das aufbereitete RC-Material in der Regel als ungebundene Tragschicht wieder eingebaut. In der Vergangenheit kam es als Schottertragschicht auch direkt unter einer Betondecke zum Einsatz.

Eine anforderungsgemäße Korngrößenverteilung, Verdichtung und Tragfähigkeit vorausge- setzt, stellt sich der Baustellenverkehr als ein die Oberfläche der Tragschicht sehr stark beeinflussendes Kriterium heraus. Die Wasserdurchlässigkeit erfährt durch den oft spurfahrenden Verkehr eine erhebliche Verringerung mit dem Resultat, dass die Funktionsfähigkeit der ungebundenen Tragschicht hinterfragt werden sollte.

Bild 13: Schottertragschicht mit Spuren des Baustellenverkehrs

Der komplexe Zusammenhang Anforderungen-Eigenschaften-Funktionalität der eingebauten Schicht-Auswirkungen auf die Gesamtkonstruktion ist zu betrachten.

In diesem Kontext stellt sich auch der Sachverhalt der teilweise massiven Nachhydratation von Tragschichten aus RC-Material dar. Aus einer Schottertragschicht wird im Laufe der Zeit eine quasi hydraulisch gebundene Schicht. Es konnten schon Druckfestigkeiten an eigentlich ungebundenen Tragschichten ermittelt werden!

Bild 14: Vollständig nachhydratisierte Schottertragschicht aus RC-Material

Überdacht werden muss auch die Messung der Ebenheit auf der ungebundenen Tragschicht. Vernünftige Anforderungen müssen mit einer praktikablen Messmethode vereinbar sein.

Die Messung mittels 4-m-Richtscheit entfällt wegen fehlender Eichfähigkeit des Messmittels und im Übrigen unpraktikabler Handhabung auf meist mehrere Kilometer langen Bauabschnitten und mittels Planograf wegen übergebührlicher Beanspruchung und befürchteten Defekts des Messgerätes.

Bild 15: Ebenheitsmessung mit Planograf auf Schottertragschicht

Bild 16: Zu raue Oberfläche für Messung mit Planograf

Gegenwärtig wird die Bauweise Betondecke direkt auf Schottertragschicht aus AKR-geschädigtem Material nicht praktiziert, da aufgrund von Unsicherheiten, die die Auswirkungen der AKR-Schädigung des Ausgangsbetons auf die Eigenschaften des RC-Materials und die dar- über liegende Betondecke betreffen, zunächst in einem Forschungsvorhaben geklärt werden soll, was passiert.

Alternativ und um eine Wiederverwendung des Betons als ungebundene Tragschicht dennoch sicherzustellen, kann die in den RStO 12 Tafel 2 Zeile 2 beschriebene Konstruktionsvariante gebaut werden:

26 cm Betondecke auf

10 cm Asphalttragschicht auf

Frostschutzschicht bzw. Schottertragschicht.

Die Vorteile einer solchen Konstruktion sind vielfältig:

– Sie ist regelwerkskonform.

– AKR-geschädigter Beton aus dem Aufbruch der Betondecke kann wiederverwendet wer den.

– Das Kreislaufwirtschaftsgesetz wird beachtet. Natürliche Ressourcen werden geschont.

– Unnötige Transporte werden vermieden, die die Umwelt belasten und Geld kosten.

– Gutes Material muss nicht entsorgt oder außerhalb der Baustelle aufbereitet werden.

– Anforderungen an den RC-Baustoff wie beim Einsatz direkt unter der Betondecke (Einengung des Anteils < 2 mm) werden nicht benötigt.

– Die Wasserdurchlässigkeit der Schottertragschicht und damit auch die Nachhydratation spielen eine untergeordnete Rolle, da durch die darüber liegende Asphalttragschicht ein Wasserzutritt sehr unwahrscheinlich ist.

– Der Zutritt von Alkalien wird ebenso unterbunden.

– Beim Einsatz des RC-Baustoffs als Frostschutzschicht gibt es hinsichtlich ihrer Funktion als kapillarbrechende Schicht eine einfache konstruktive Lösung (untere Lage in ca. 10 cm Dicke aus Naturmaterial).

– In die Asphalttragschicht kann je nach Mischanlage bis zu 80 M.-% Asphaltgranulat zugegeben werden.

– Die Asphalttragschicht puffert Schwankungen in den Trageigenschaften der Schottertragschicht oder Frostschutzschicht ab, die durch Entmischungen, Wassergehaltsschwankungen sowie Einflüsse aus dem Untergrund/Unterbau hervorgerufen werden können.

– Die Asphalttragschicht bildet eine hervorragend ebene, profilgerechte und flexible Unterlage für die Betondecke.

– Selbst der spätere Aufbruch der Betondecke soll unproblematisch sein, da die Asphalttragschicht nicht am Beton haften soll.

5 Ausblick

In näherer Zukunft werden weitere AKR-geschädigte Betondecken ausgebaut und das Aufbruchgut möglichst hochwertig wiederverwendet werden müssen. Dafür gibt es eine Konstruktionsvariante mit Betondecke, die es gestattet, hohen Verkehrsbelastungen eine bestens geeignete Unterlage zu bieten.

AKR wird ein Ende haben. Wie wenige Betondecken werden dann noch aufzubrechen sein? Aber wenn es notwendig sein wird, kann das know-how von heute dabei helfen. Ein kleiner Trost.