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614 © Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Bautechnik 90 (2013), Heft 10 DOI: 10.1002 / bate.201300039 AUFSATZ Dawei Wang*, Andreas Schacht, Xianhua Chen, Markus Oeser, Bernhard Steinauer Machbarkeitsstudie für die innovative Bauweise „Vorgefertigte und aufrollbare Straße“ 1 Problemstellung und Zielsetzung Für den Zeitraum von 2004 bis 2025 wurde für Deutsch- land eine Steigerung des Straßengüterverkehrsaufkom- mens von über 50 % prognostiziert [1]. Dies führt in Kom- bination mit der derzeitigen Altersstruktur der Straßen in Deutschland – Bauboom in den 1970er-Jahren sowie Ver- änderungen der klimatischen Bedingungen – zu einer ge- ringeren Lebensdauer der gesamten Straßenkonstrukti- on. Vor allem während langandauernden und besonders kalten Frostperioden kommt es auf den Straßen in Deutschland immer wieder zu Oberflächenschäden in Fahrbahndeckschichten, wie Kälterissen und Schlaglö- chern, welche die Verkehrssicherheit sowie den Verkehrs- fluss stark beeinträchtigen und kosten- sowie zeitintensi- ve Sanierungsmaßnahmen erfordern. Die fortschreitende Entwicklung zeigt sehr deutlich den Bedarf, neue Konzepte und Strategien für den Neubau und die Erhaltung der Straßeninfrastruktur zu entwi- ckeln, die an die sich ständig verändernden Bedingungen anzupassen sind. Zum einen muss die neu eingebaute Straßenbefestigung hinsichtlich ihrer Gebrauchseigen- schaften optimiert werden und einen hohen Widerstand gegen mechanische und thermische Beanspruchungen, die zu Schäden innerhalb der Deckschicht führen, besit- zen. Zum anderen müssen die entstandenen Schäden mit einer geringeren Verkehrsbeeinträchtigung beseitigt wer- den, ohne hohe volkswirtschaftliche Kosten zu verursa- chen. Dies ist am besten mit vorgefertigten und aufrollba- ren Straßenbelägen, welche eine hohe, möglichst einheit- liche und dauerhafte Qualität aufweisen, zu erreichen. Versuche mit aufrollbaren Straßenbelägen werden in den Niederlanden seit 2001 durchgeführt (Bild 1). Im Rahmen des Forschungsprogramms „Roads to the Future“ ist der sog. „Rollpave“ aus offenporigem Asphalt mit hohen Anforderungen an die Lärmreduktion von –5 dB(A) und an die Einbaugeschwindigkeit entwi- ckelt worden. Die Asphaltbahnen wurden bisher noch mit konventionellen Verfahren in Hallen vorgefertigt und anschließend für den Transport zur Baustelle auf Rollen mit 4 m Durchmesser aufgerollt. Auf der Baustelle wer- den diese abgerollt und schließlich auf die vorhandene Befestigung aufgeklebt. Dies ermöglicht einen schnellen Baufortschritt, sodass die Erneuerung der Fahrbahnober- fläche innerhalb von wenigen Stunden abgeschlossen ist und so einer wesentlichen Ursache für Staus entgegenge- Mit der innovativen Bauweise „Vorgefertigte und aufrollbare Straße“ wird ein Straßenbelag aus Textilbeton mit Kurzfasern (TmK) entwickelt. Durch eine gezielte Gestaltung und Struktu- rierung der Oberfläche werden die Gebrauchseigenschaften, insbesondere die Griffigkeit sowie die Reifen-Fahrbahngeräu- sche, optimiert. Grundsätzlich wird aufgezeigt, dass durch den Einsatz dieses neuartigen Belags eine deutlich verbesserte Performance bezüglich der klassischen Aufgaben einer Stra- ßendecke erzielt werden kann. Die Erneuerung der Fahrbahn- oberfläche kann innerhalb von wenigen Stunden abgeschlos- sen werden, sodass eine möglichst schnelle Bauausführung sowie eine frühe Verkehrsfreigabe gewährleistet werden kön- nen. Somit besteht eine sehr gute Chance, einen wesentlichen Beitrag für dauerhafte Straßen und damit zur Nachhaltigkeit im Straßenbau zu leisten. Keywords Straße, vorgefertigte und aufrollbare; Bauweise, innovative; Beton, kurzfaserbewehrter; Griffigkeit; Griffigkeitsentwicklung; Reifen-/ Fahrbahngeräusche; Verkehrslärm; Straßenoberflächen Feasibility study on the innovative construction method of a “prefabricated and rollable road” With the innovative construction method of a “prefabricated and rollable road” a road surface is developed with textile con- crete with short fibers (TmK). Through a purposeful design and structuring of the surface, the using performances especially the skid resistance and the tyre/road noise are optimized. It is shown, that generally through the application of this innovative surface better performance can be achieved in terms of the conventional duties of a road surface. The restoration of this road surface can be accomplished within only a few hours. It can be constructed as fast as possible and the new road sur- face can be opened to traffic as soon as possible. Therefore, it has the potential to contribute to durable road structures and the sustainability of road engineering. Keywords prefabricated and rollable road; road surface; textile concrete with short fibers; structuring of the surface; skid resistance; tyre/road noise; innovative surface *) Corresponding author: [email protected] Submitted for review: 14 May 2013 Revised: 14 May 2013 Accepted for publication: 22 July 2013

Machbarkeitsstudie für die innovative Bauweise “Vorgefertigte und aufrollbare Straße”

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614 © Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Bautechnik 90 (2013), Heft 10

DOI: 10.1002 / bate.201300039

AUFSATZDawei Wang*, Andreas Schacht, Xianhua Chen, Markus Oeser, Bernhard Steinauer

Machbarkeitsstudie für die innovative Bauweise„Vorgefertigte und aufrollbare Straße“

1 Problemstellung und Zielsetzung

Für den Zeitraum von 2004 bis 2025 wurde für Deutsch-land eine Steigerung des Straßengüterverkehrsaufkom-mens von über 50 % prognostiziert [1]. Dies führt in Kom-bination mit der derzeitigen Altersstruktur der Straßen inDeutschland – Bauboom in den 1970er-Jahren sowie Ver-änderungen der klimatischen Bedingungen – zu einer ge-ringeren Lebensdauer der gesamten Straßenkonstrukti-on. Vor allem während langandauernden und besonderskalten Frostperioden kommt es auf den Straßen inDeutschland immer wieder zu Oberflächenschäden inFahrbahndeckschichten, wie Kälterissen und Schlaglö-chern, welche die Verkehrssicherheit sowie den Verkehrs-fluss stark beeinträchtigen und kosten- sowie zeitintensi-ve Sanierungsmaßnahmen erfordern.

Die fortschreitende Entwicklung zeigt sehr deutlich denBedarf, neue Konzepte und Strategien für den Neubauund die Erhaltung der Straßeninfrastruktur zu entwi-ckeln, die an die sich ständig verändernden Bedingungen

anzupassen sind. Zum einen muss die neu eingebauteStraßenbefestigung hinsichtlich ihrer Gebrauchseigen-schaften optimiert werden und einen hohen Widerstandgegen mechanische und thermische Beanspruchungen,die zu Schäden innerhalb der Deckschicht führen, besit-zen. Zum anderen müssen die entstandenen Schäden miteiner geringeren Verkehrsbeeinträchtigung beseitigt wer-den, ohne hohe volkswirtschaftliche Kosten zu verursa-chen. Dies ist am besten mit vorgefertigten und aufrollba-ren Straßenbelägen, welche eine hohe, möglichst einheit-liche und dauerhafte Qualität aufweisen, zu erreichen.

Versuche mit aufrollbaren Straßenbelägen werden in denNiederlanden seit 2001 durchgeführt (Bild 1).

Im Rahmen des Forschungsprogramms „Roads to the Future“ ist der sog. „Rollpave“ aus offenporigemAsphalt mit hohen Anforderungen an die Lärmreduktionvon –5 dB(A) und an die Einbaugeschwindigkeit entwi-ckelt worden. Die Asphaltbahnen wurden bisher nochmit konventionellen Verfahren in Hallen vorgefertigt undanschließend für den Transport zur Baustelle auf Rollenmit 4 m Durchmesser aufgerollt. Auf der Baustelle wer-den diese abgerollt und schließlich auf die vorhandeneBefestigung aufgeklebt. Dies ermöglicht einen schnellenBaufortschritt, sodass die Erneuerung der Fahrbahnober-fläche innerhalb von wenigen Stunden abgeschlossen istund so einer wesentlichen Ursache für Staus entgegenge-

Mit der innovativen Bauweise „Vorgefertigte und aufrollbareStraße“ wird ein Straßenbelag aus Textilbeton mit Kurzfasern(TmK) entwickelt. Durch eine gezielte Gestaltung und Struktu-rierung der Oberfläche werden die Gebrauchseigenschaften,insbesondere die Griffigkeit sowie die Reifen-Fahrbahngeräu-sche, optimiert. Grundsätzlich wird aufgezeigt, dass durch denEinsatz dieses neuartigen Belags eine deutlich verbessertePerformance bezüglich der klassischen Aufgaben einer Stra-ßendecke erzielt werden kann. Die Erneuerung der Fahrbahn-oberfläche kann innerhalb von wenigen Stunden abgeschlos-sen werden, sodass eine möglichst schnelle Bauausführungsowie eine frühe Verkehrsfreigabe gewährleistet werden kön-nen. Somit besteht eine sehr gute Chance, einen wesentlichenBeitrag für dauerhafte Straßen und damit zur Nachhaltigkeit imStraßenbau zu leisten.

Keywords Straße, vorgefertigte und aufrollbare; Bauweise, innovative;Beton, kurzfaserbewehrter; Griffigkeit; Griffigkeitsentwicklung; Reifen-/Fahrbahngeräusche; Verkehrslärm; Straßenoberflächen

Feasibility study on the innovative construction method of a“prefabricated and rollable road”With the innovative construction method of a “prefabricatedand rollable road” a road surface is developed with textile con-crete with short fibers (TmK). Through a purposeful design andstructuring of the surface, the using performances especiallythe skid resistance and the tyre/road noise are optimized. It isshown, that generally through the application of this innovativesurface better performance can be achieved in terms of theconventional duties of a road surface. The restoration of thisroad surface can be accomplished within only a few hours. Itcan be constructed as fast as possible and the new road sur-face can be opened to traffic as soon as possible. Therefore, ithas the potential to contribute to durable road structures andthe sustainability of road engineering.

Keywords prefabricated and rollable road; road surface; textile concretewith short fibers; structuring of the surface; skid resistance; tyre/road noise;innovative surface

*) Corresponding author: [email protected] for review: 14 May 2013Revised: 14 May 2013Accepted for publication: 22 July 2013

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wirkt wird. Allerdings konnte bis dato mit diesem Systemkeine dauerhafte Fahrbahn realisiert werden.

Abweichend von diesem Konzept des ausrollbarenAsphaltbelags „Rollpave“, der visko-elastische und -plasti-sche Eigenschaften besitzt und daher im Sommer starkeVerformungen aufweist, wird in diesem Beitrag ein ande-res Konzept eines vorgefertigten Straßenbelags vorge-stellt. Dieses sieht die Entwicklung eines aufrollbarenStraßenbelags aus Textilbeton mit Kurzfasern (TmK) vor.Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie werden insbeson-dere die Festigkeit, die Verschleißbeständigkeit sowie dieOberflächeneigenschaften dieses neuen Belags unter-sucht und optimiert. Anhand der Ergebnisse sollen Emp-fehlungen für die praktische Umsetzung gegeben werden,die eine Anwendung dieser innovativen Bauweise in derZukunft ermöglichen.

2 Konzeption des vorgefertigten aufrollbarenBetonbelags

Beton ist ein spröder und rissanfälliger Werkstoff, derohne Vorankündigung reißt. Erst durch eine entsprechen-de Bewehrung ist daher ein aufrollbarer Belag auf Beton-

basis realisierbar. Bei sogenannten hochduktilen Betonenstärken die Faserbewehrungen die Betonmatrix und ver-bessern durch Kräfte- und Spannungsumlagerung auchdie Tragfähigkeit. Dies ermöglicht nach der ersten Rissbil-dung eine weitere Verformung. Es wird somit ein deh-nungsverfestigender Werkstoff gebildet [3, 4], (Bild 2).

Im Vergleich zu normalem Beton besitzen hochduktileBetone aufgrund der kontrollierten Mikrorissbildung eineaußergewöhnliche Bruchdehnung und eine wesentlichgeringere Rissweite von nur ca. 50 µm [3]. Durch den Ein-satz kraftgerichteter Textilien anstatt einer ungerichtetenVerteilung der Kurzfasern kann die Festigkeit des Betonsnoch verbessert werden [6, 7]. Eine Kombination von Tex-tilbeton und Kurzfaserbewehrung kann zu einem verbes-serten Zugtragverhalten führen: die Maximallast erhöhtsich und das Spannungs-Dehnungsverhalten des Betonswird deutlich duktiler (Bild 3).

3 Untersuchungsmethodik

Die Entwicklung eines aufrollbaren Straßenbelags aushochduktilem Beton erfordert zunächst die Entwicklunggeeigneter Betonrezepturen, mit denen eine Betonschicht

Bild 1 Rollpave in den Niederlanden [2]Rollpave in the Netherlands [2]

Bild 2 Vierpunktbiegeversuch und dazugehörige Spannungs-Dehnungs -beziehung von hochduktilem Beton [3, 5]Four-point bending test and the corresponding stress-strain relationship of high ductility concrete [3, 5]

Bild 3 Kombinierter Einfluss von Glasfasern und Textilbewehrung auf dasSpannungs-Dehnungsverhalten [6]Combined influences from glass fibre and textile reinforcement onthe stress-strain behaviour [6]

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aus TmK hergestellt wird. Die maximale Spannung undBiegung werden mittels des Vierpunktbiegeversuchs er-mittelt und mit den tatsächlichen Beanspruchungen inden realen Straßenbefestigungen verglichen. Hierdurchsoll eine Aussage hinsichtlich der Dauerhaftigkeit einersolchen Konstruktion ermöglicht werden. Daneben isteine ausreichende Griffigkeit bei Nässe durch geeigneteOberflächenbehandlungsverfahren sicherzustellen. Ersthierdurch kann eine ausreichende Griffigkeit des ehemals„feinstrukturierten und glatten“ Belags gewährleistet wer-den. Dies ist durch die Verwendung von feinen Gesteins-körnungen (in der Regel ein Größtkorn unter 0,3 mm) be-gründet. Größere Gesteinskörnungen würden die riss-übertragende Wirkung der Kurzfasern und der Textilienbeeinträchtigen. Bei der Entwicklung der Oberflächenbe-handlungsverfahren sind Aspekte der Dränagefähigkeitdes Belags (Gefahr von Aquaplaning), des Widerstandsgegen Polierbeanspruchung (dauerhafte Griffigkeit undStandfestigkeit) sowie insbesondere der akustischen Ei-genschaften abzuwägen.

3.1 Herstellung des Betonbelags aus TmK

Die Konzeption und Herstellung des Belags aus TmK er-folgte unter Zusammenarbeit mit dem Institut für Baufor-schung der RWTH Aachen (ibac). Auf Basis der For-schungsergebnisse des Sonderforschungsbereichs SFB532 [7] wurde die Mischungszusammensetzung festgelegt.Als Bewehrung wurden 2 % KURALON™-PVA-Faserndes Typs RECS15 3 der Länge 12 mm und des Durchmes-sers 40 µm verwendet, deren Zugfestigkeit bei 1 600 MPabei einem Dehnungsvermögen von 6 % und einem Zug-modul von 41 GPa liegt. Zusätzlich zur Kurzfaserbeweh-rung wurde ein Glasfaser-Textilgitter in zwei Lagen einge-legt.

Die für eine ausreichende Griffigkeit notwendige Struktu-rierung der TmK-Schicht sollte mit einem Verfahren erfol-gen, das den Mörtelfilm an der Oberfläche und die Faser-bewehrungen nicht negativ beeinflusst. Die laut „Merk-blatt für die Herstellung von Oberflächentexturen aufVerkehrsflächen aus Beton (M OB)“ häufig verwendetenVerfahren wie Waschbeton, Nachziehen eines Kunstra-sens, Besens oder Jutetuchs sowie Schleifen und Rillen-schneiden, etc. sind dafür wenig geeignet. Daher wurdedie Betonoberfläche mit einem Epoxidharz beschichtetund mit unterschiedlichen Gesteinskörnungen abgestreut(Bild 4).

3.2 Polier- und Verschleißsimulation mit demAachener-Ravelling-Tester (ARTe)

Um Aussagen hinsichtlich der Griffigkeit der abgestreu-ten TmKs sowie der Griffigkeitsentwicklung tätigen zukönnen, wurden die verschiedenen Oberflächen in An-lehnung an [8, 9 und 10] mit dem Aachener-Ravelling-Tes-ter belastet (Bild 5). Diese Prüfung simuliert die reale Polierbeanspruchung von Fahrbahnoberflächen durch

PKW-Reifen. Während des Versuchs rotieren zwei aufeiner Achse angeordnete Pkw-Reifen mit 41 Umdrehun-gen pro Minute um eine vertikale Achse, während derSchlitten, in dem die Prüfplatten montiert sind, sich trans-latorisch auf einer horizontalen Ebene unter den Reifenhindurch bewegt (neun Translationsbewegungen pro Mi-nute). Die Reifen sind mit einer Auflast von insgesamt200 kg beaufschlagt. Der Abstand der Radmitten zueinan-der beträgt 55 cm, woraus eine Umlaufgeschwindigkeitder frei rollend gelagerten Räder von ∼1,2 m/s resultiert.Dadurch findet eine Polierbeanspruchung sowohl durcheine translatorische als auch durch eine rotierende Bewe-gung statt. Um die Polierwirkung zu beschleunigen, wer-den Poliermittel sowie Wasser in einer dosierten Mengebeigegeben.

Um eine Bewertung vornehmen zu können, wurden nachjeder Polierstufe die Mikrotextur mit dem SRT-Pendelnach DIN EN 13036-4 (engl.: Skid resistance tester, Bild6), die Makrotextur in Form der Ausflusszeit im Ausfluss-messer nach MOORE nach DIN EN 13036-3, die Rautiefemit dem Sandfleckverfahren nach DIN EN 13036-1 undder Haftverbund mittels Massenverlust erhoben.

Bild 4 Auf einer Asphaltunterlage verklebte Probeplatte aus TmK mit AbstreukörnernTest plate made of TmK with spreading chips on an asphalt substrate

Bild 5 Aachener-Ravelling-TesterAachener ravelling tester

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3.3 Bewertung der akustischen Eigenschaften auf Basisder Oberflächentextur

Ausgehend von den Erkenntnissen in [11, 12, 13] erfolgtedie Bewertung der akustischen Eigenschaften der Unter-suchungsvarianten im Labor mit der SimulationssoftwareSPERoN der Fa. Müller BBM (Planegg/München). Diese

ermöglicht die Bewertung der Lärmpegel verschiedensterOberflächen anhand der Texturdaten. Eingangsgrößenfür die Simulation sind die Texturprofile, die mit einemoptischen Texturmessgerät der FRT GmbH erfasst wer-den (Bild 7, oben). Die Texturaufnahme erfolgt mit einerAuflösung von 100 µm innerhalb eines Messbereichs von10 × 10 cm (Bild 7, unten), was der ungefähren Reifenauf-standsfläche bei einer Radüberfahrt entspricht.

4 Untersuchungsergebnisse

4.1 Festigkeit des Straßenbelags auf TmK

Die Festigkeit des Straßenbelags wurde durch die Ermitt-lung der Zugfestigkeit und der maximalen Biegsamkeitmittels des Vierpunktbiegeversuchs bewertet. Die mittigeDurchbiegung für die erste Makrorissbildung (Bild 8) be-trug 17 mm und entsprach damit einem umgerechnetenBruchradius der aufrollbaren Fahrbahn von 90 cm.

Im Vergleich hierzu besaß der niederländische „Rollpa-ve“ einen Radius von 200 cm, sodass sich mit den erreich-ten Werten bereits eine aufrollbare Fahrbahn realisierenließe. Die mittlere Zugfestigkeit lag bei den Versuchen bei12 N/mm2. Dies ist wesentlich höher als die maximaleZugspannung, die infolge Verkehr und Witterung in derrealen Fahrbahn entsteht. Diese Zugspannung wurde mitder Finite-Elemente-Methode ermittelt (Bild 9).

4.2 Festlegen der Korngröße der Gesteinskörnung alsAbstreumaterial anhand akustischer Eigenschaften

Zur Festlegung einer aus akustischer Sicht sinnvollenKorngröße von Abstreumaterialien wurden die verschie-den behandelten Oberflächen mit dem in Abschn. 3.3 be-schriebenen Verfahren analysiert. Dabei konnte ein signi-fikanter Zusammenhang zwischen dem maximalenGrößtkorn und den verschiedenen Lärmentstehungsme-chanismen bzw. den Gesamtlärmpegeln festgestellt wer-den (Bild 10).

Bild 6 SRT-PendelgerätSRT pendulum tester

Bild 7 Oben: FRT-Texturmessgerät mit Probekörper, unten: dreidimensiona-le Darstellung der OberflächentexturFRT texture scanner with the test piece (above) and the three- dimensional demonstration of the surface texture (below)

Bild 8 Multiple Haarrissbildung und Bruchriss im mittigen Bereich der Probekörper nach dem VierpunktbiegeversuchMultiple hair cracking and fracture in middle scope of the test pieceafter the four-point bending test

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Bei Geschwindigkeiten von 60 km/h nehmen die Anre-gungseffekte zu mechanischen Schwingungen mit kleinerwerdendem Größtkorn ab (die Oberfläche wird „ebe-ner“). Gleichsam steigen die aerodynamischen Effekte inder Kontaktzone Reifen-Fahrbahn. Der für die Luft zurVerfügung stehende Raum wird durch sinkende Korn -größen verengt, was zu einer stärkeren Luftkompressionunterhalb des Reifens führt. Bei Korngrößen ab ca.2,0 mm scheint weiterhin ein asymptotischer Verlaufdes Gesamtlärmpegels bis hin zu einer Korngröße von5,0 vorzuliegen. Geringere Korndurchmesser erscheinendaher für die weitere Analyse hinsichtlich der Griffig -keitsentwicklung derartiger Abstreuverfahren als nichtsinnvoll, sodass nachfolgend nur Abstreusysteme mitKorndurchmessern zwischen 2,0 und 5,0 mm betrachtetwerden.

4.3 Untersuchung des Verschleiß- undPolierwiderstands

Aufbauend auf den Ergebnissen der akustischen Be -wertung der unterschiedlichen Abstreumaterialien sowieaufgrund der in [9] erarbeiteten Ergebnisse wurden fürdie weiteren Untersuchungen vier der typischerweise inden Deckschichten hochbelasteter deutscher Autobahnenverwendeten Gesteine (Granit, Granusil, Basalt undGrauwacke) der Korngrößen von 2–5 mm ausgewählt.Mit den Gesteinen wurden Probeplatten hergestellt (sieheBild 4) und einer Polierbeanspruchung in der ARTe unter-zogen.

Nach jeder Belastungsstufe wurden die Kornverluste, d. h.die Massendifferenzen der Probeplatten mit einer Diffe-renzwägung ermittelt. Der Haftverbund vom Bindemittelzu den Gesteinskörnern war bei den verschiedenen Gestei-nen unterschiedlich stark ausgeprägt. Der Haftverbundvon Granit und Granusil stellte sich als sehr gut heraus, estraten nur geringere Kornausbrüche auf. Bei Grauwackeund Basalt wurden durch das Polieren viele Körner gelöst,teilweise lag sogar die Betonoberfläche frei (Bild 11).

Mithilfe einer linearen multiplen Regressionsanalyse wur-den die Auswirkungen der Korngröße des Gesteins undder Polierdauer auf die Kornausbrüche untersucht. DieErgebnisse (Tab. 1) zeigen, dass beide Parameter in einempositiven Zusammenhang zu den Kornausbrüchen ste-hen. Dies verdeutlicht, dass bei zunehmender Korngrößebzw. ansteigender Polierdauer vermehrt Kornausbrücheentstehen. Allein der Granit bildet hierbei eine Ausnah-me, da er ein negatives Vorzeichen aufweist. Des Weite-ren kann festgestellt werden, dass das Ausmaß der Korn-ausbrüche bei Granit und Granusil in geringem Maßedurch die Parameter Korngröße und Polierdauer beein-flusst wird – im Gegensatz zu den Kornausbrüchen vonBasalt und Grauwacke.

Y = a + b · Korngröße [mm] + c · Polierdauer [min]

Zur Beurteilung der Auswirkung des Polierens auf die Mi-krotextur wurden außerdem bei den Platten die SRT-Werte gemessen. Vor dem Polieren liegen die SRT-Wertefür alle Varianten bei ca. 70 SRT-Einheiten oder höher.

Bild 9 Resultierende Zugspannung in dem dünnen Belag aus TmK mit ABAQUS simuliert (zwei Räder mit 5 t und –12,5 °C)Resulting tensile stress in the thin layer made of TmK from ABAQUS simulation (two wheels of 5 t mass at the temperature of –12.5 °C)

Bild 10 Ergebnisse akustische Bewertung verschiedener Abstreusysteme/-verfahrenResults from the acoustical evaluation on the different spreadingmethods

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Die Polierbeanspruchung reduziert die Griffigkeit beiallen Varianten in unterschiedlicher Stärke. Auch nach360 Minuten weist die Grauwacke die höchsten Werteauf (Bild 12). Granit, Granusil und Basalt 2/3 mm habeneinen SRT-Wert von ca. 60. Nur die übrigen Basalt- Platten besitzen vergleichsweise schlechte Werte von ca.55 SRT-Einheiten.

Die Regressionsanalyse zeigt auf, dass sich die Griffigkeitmit zunehmender Korngröße und erhöhender Polierdau-er verringert. Bei den Gesteinen nimmt die Griffigkeit mitzunehmender Korngröße ab, da es einen immer größerenAnteil an Flächenschärfe und immer weniger Kanten-schärfe gibt. Je höher der absolute Betrag von b und c ist,desto höher ist der Einfluss der Korngröße und der Po-lierdauer auf die Griffigkeit. Vergleicht man die vier un-tersuchten Gesteine, ist ersichtlich, dass die Grauwacke

und der Granusil größere c-Werte besitzen und daher ten-denziell einen geringeren Griffigkeitsabfall als Basalt undGranit aufweisen.

Zur näheren Beurteilung der Makrotextur wurde die mitt-lere Makrotexturtiefe (MTD) mit dem Sandfleckverfah-ren ermittelt (Bild 13). Die Oberflächentexturtiefe wirdmit zunehmender Korngröße größer. Je größer das Kornalso durchschnittlich ist, desto größer ist die Oberflä -chentexturtiefe. Durch die Polierbeanspruchung werdenhervorstehende Spitzen stark abgefahren. Vor dem Polie-ren beträgt die Oberflächentexturtiefe zwischen 1,6 und3 mm und nimmt im Schnitt während der 360 MinutenPolitur 0,3 mm ab.

Anhand der Ergebnisse der Regressionsanalyse ist ersicht-lich, dass die Polierbeanspruchung zu einer Glättung der

Bild 11 KornausbrücheBreaking-out of grains

Tab. 1 Regressionskoeffizienten zwischen Kornverlust und Korngröße bzw. PolierdauerRegression coefficient between grain loss and the grain size and polishing duration

Gestein R2 a b c

Y = Kornausbrüche Basalt ,830 –13,972 9,500 ,423

Granit ,820 17,306 –,500 ,322

Granusil ,821 –7,778 6,333 ,303

Grauwacke ,822 –35,139 15,833 ,436

Y = SRT-Wert Basalt ,967 75,542 –1,483 –,039

Granit ,972 75,142 –,850 –,033

Granusil ,886 70,597 –,417 –,026

Grauwacke ,830 79,114 –1,517 –,027

Y = Makrotexturtiefe (MTD) Basalt ,934 ,908 ,424 –,001

Granit ,899 1,513 ,157 –,001

Granusil ,967 ,924 ,317 –,001

Grauwacke ,910 ,882 ,343 –,001

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Makrotextur führt. Der Regressionskoeffizient c weist füralle Gesteine den Wert –0,001 auf und scheint somit un-abhängig von der Gesteinsart zu sein. Des Weiteren kanndie oben getroffene Aussage, dass eine zunehmendeKorngröße zu einer größeren Oberflächentexturtiefeführt, anhand der Ergebnisse bewiesen werden.

Zusammenfassend konnte anhand der Untersuchungser-gebnisse festgestellt werden: Durch die Polierbeanspru-chung werden die Mikro- und Makrotextur geglättet, so-dass die Griffigkeit langfristig abnimmt und die Dränage-wirkung beeinträchtigt wird. Kleinere Körner haben einebessere Griffigkeit nach dem Polieren als größere Körner.Für die Makrotextur sind gröbere Körner tendenziell bes-

ser. Kleinere Körner besitzen einen besseren Haftverbundund somit geringere Kornausbrüche als größere Körner.

Die Grauwacke weist die höchste, der Basalt die niedrigs-te Griffigkeit auf. Hinsichtlich des Kornverlusts sind derGranit und der Granusil besser als Grauwacke und Ba-salt. Granit und Granusil besitzen eine hellere Farbe alsGrauwacke und Basalt. Dies begünstigt das Reflexions-vermögen und hat damit eine geringere Aufheizung zurFolge. Besonders empfehlenswert sind Granit 2/3, 3/4und Granusil 2/3, 4/5. Diese Varianten besitzen eine sehrgute Drainagewirkung, einen hohen Haftverbund, einehohe Griffigkeit bei niedrigem Abfall und sind heller alsGrauwacke sowie Basalt.

Bild 12 Entwicklung der SRT-WerteDevelopment of the SRT value

Bild 13 Entwicklung der OberflächentexturtiefeDevelopment of the texture depth

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5 Zusammenfassung

Zusammenfassend ist eine Anwendung des Textilbetonsmit Kurzfasern in Form des industriell vorgefertigten Be-lags in der Praxis möglich. Im Vergleich zu einem ausroll-baren Asphalt, wie beispielsweise „Rollpave“, wird einedeutlich verbesserte Performance bezüglich der klassi-schen Aufgaben einer Straßendecke erzielt. Eine gezielteGestaltung und Strukturierung der Oberfläche sorgt fürsehr positive Gebrauchseigenschaften, sowohl bezüglichder Griffigkeit als auch bezüglich des Reifen-Fahrbahnge-räusches. Seine Dauerhaftigkeit hängt jedoch neben derAusführungsqualität vom Verbund des Bindemittels zurFahrbahnoberfläche und der Gesteinskörnung sowie vonden Eigenschaften der Gesteinskörner ab.

Allerdings zeichnet sich diese innovative Bauweise auchdurch sehr hohe Herstellungskosten aus, denen jedocheine hohe Belastungsresistenz, eine positive Langlebig-keit und Nachhaltigkeit, sehr kurze Bauzeiten, eine er-höhte Sicherheit sowie ein reduzierter Wartungsaufwand

gegenüberstehen, sodass die Lebenszykluskosten beimTmK niedriger sind. Zukünftiger Forschungsbedarf liegtvor allem in der Optimierung der Wirtschaftlichkeit desBelags. Des Weiteren könnte noch ein Beitrag zum Um-weltschutz durch den Einsatz von Titandioxid und durcheine Erhöhung der Menge an Flugasche geleistet werden.

Der vorgestellte aufrollbare Straßenbelag bietet die idealeAusgangsbasis für eine mit Sensoren ausgestattete „intelli -gente“ Straße, die ihren Nutzern relevante Informationenbereitstellt, da die Straßenbeläge schon „ab Werk“ mit ent-sprechenden Technologien zur Erfassung von Umwelt-und Verkehrszuständen ausgerüstet werden können.

Die diesem Beitrag zugrunde liegenden Arbeiten wurdenim Auftrag der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterSTE 9083-1 durchgeführt. Die Autoren danken HerrnUniv.-Prof. Dr.-Ing. W. BRAMESHUBER und Herrn Dipl.-Ing. M. HINZEN vom Institut für Bauforschung derRWTH Aachen (ibac) für die Unterstützung der Probe-körperherstellung im Rahmen einer Abschlussarbeit.

Literatur

[1] Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung:Prognose der deutschlandweiten Verkehrsverflechtungen2025. FE-96.0857/2005, 2007.

[2] BEUVING, E.: European developments in asphalt mix cha-racterization. TPA Conference, Ungarn, 05.04.2007.

[3] MECHTCHERINE, V.: Entwicklung, Prüfung und Anwen-dung – Hochduktiler Beton mit Kurzfaserbewehrung. Beton3 (2009).

[4] LI, V. C.: On Engineered Cementitious Composites (ECC) –A Review of the Material and Its Applications. Journal ofAdvanced Concrete Technology 1 (2003), Heft 3.

[5] University of Michigan: physorg.com. http://ace-mrl. engin.umich.edu//index.html.

[6] BRAMESHUBER,W.; HINZEN, M.: Tragverhalten von Textil-beton mit Kurzfasern. 6th Colloquium on Textile ReinforcedStructures (CTRS6) 187, 2011.

[7] HEGGER, J.; BRAMESHUBER, W.; GRIES, T.: TextilbewehrterBeton – Grundlagen für die Entwicklung einer neuartigenTechnologie. Sonderforschungsbereich SFB 532, For-schungsantrag 2. Hj. 2008 2009 2010, 1. Hj. 2011, RWTHAachen, 2011.

[8] WANG, D.; STEINAUER, B.; STANJEK, H.; STANJEK, C.; CHEN,X.; OESER, M.: Auswirkung einer kombinierten Polier- undFrostbeanspruchung auf die Griffigkeit der Fahrbahnober-fläche. Bauingenieur 88 (2013), Heft 5.

[9] STEINAUER, B.; WANG, D.; STANJEK, H.: Erhöhung der Ver-kehrssicherheit durch gute Griffigkeitswerte während dergesamten Gebrauchsdauer von hochbelasteten Straßen.Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik Heft1070, Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtent-wicklung, Wirtschaftsverlag, 2012.

[10] SCHACHT, A.; WANG, D.; STEINAUER, B.: Untersuchung derKornausbrüche bei poroelastischen Fahrbahnbelägen mitdem Aachener Ravelling Tester (ARTe). Bauingenieur 86(2011), S. 160–168.

[11] BECKENBAUER, T.: Reifen-Fahrbahn-Geräusche – Minde-rungspotenziale der Straßenoberfläche. Müller BBM, Pla-negg, Fortschritte der Akustik – DAGA, 2003.

[12] BECKENBAUER, T.: Physik der Reifen-Fahrbahn-Geräusche,Geräuschentstehung, Wirkungsmechanismen und akusti-sche Wirkung unter dem Einfluss von Bautechnik und Stra-ßenbetrieb. 4. Informationstage Geräuschmindernde Fahr-bahnbeläge in der Praxis – Lärmaktionsplanung, 2008.

[13] SANDBERG, U.; EJSMONT, J. A.: Tyre/Road Noise ReferenceHandbook. Informex, Kisa, 2002.

AutorenDr.-Ing. Dawei WangInstitut für Straßenwesen, RWTH Aachen UniversityMies-van-der-Rohe-Straße 1, 52074 AachenTel.: [email protected]

Dipl.-Ing. Andreas SchachtInstitut für Straßenwesen, RWTH Aachen UniversityMies-van-der-Rohe-Straße 1, 52074 AachenTel.: [email protected]

Dr. Xianhua ChenSchool of Transportation, Southeast UniversitySipailou 2, 210096 Nanjing [email protected]

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Markus OeserInstitut für Straßenwesen, RWTH Aachen UniversityMies-van-der-Rohe-Straße 1, 52074 AachenTel.: [email protected]

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard SteinauerInstitut für Straßenwesen, RWTH Aachen UniversityMies-van-der-Rohe-Straße 1, 52074 AachenTel.: [email protected]