ChronoCem IR - HeidelbergCement

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Fachinformationen · Kurzbericht KURZBERICHT ChronoCem IR – Ein neuer Spezialzement für die schnelle Reparatur von Verkehrsflächen Martina Dietermann und Dagmar Küchlin Für die Reparatur von Verkehrsflächen stehen in der Regel enge Zeitfenster zur Ver fügung. Nicht selten muss eine geschädigte Verkehrsfläche innerhalb von acht Stunden ausgebaut und ersetzt werden. Dies bedeutet, dass Reparatursysteme innerhalb weniger Stunden die für eine Verkehrsfreigabe erforderlichen Festigkeiten erreichen müssen. Einen Zement für ein Reparatursystem aus Beton zu entwickeln, war das Ziel eines bei HeidelbergCement durchgeführten Entwicklungsprojektes. Das Ergebnis ist ein Spezial zement für die schnelle Reparatur von Verkehrsflächen: ChronoCem IR. Der mit ChronoCem IR hergestellte Schnellreparaturbeton zeichnet sich durch seine überaus schnelle Festigkeitsentwicklung aus. Bereits 5 Stunden nach Einbaubeginn kann in Abhängigkeit von den bei Herstellung, Verarbeitung und Nachbehandlung des Betons herrschenden Randbedingungen eine Beton-Druckfestigkeit von mindestens 20 N/mm 2 erzielt werden. Dies wird über ein speziell aufeinander abgestimmtes Zement-Zusatz mittel-System erreicht: ChronoCem IR und Sika ViscoCrete IR-10. In umfangreichen Labor- und Feldversuchen konnte die Eignung des neuen Reparatur betons für eine schnelle Verkehrsfreigabe nach 5 Stunden nachgewiesen und die für Betonherstellung und -einbau notwendigen Randbedingungen festgelegt werden: hohe Gleichmäßigkeit der Betonzusammensetzung, definierte Frischbetontemperatur, Einbau des Betons im Allgemeinen innerhalb einer Stunde nach Betonherstellung durch geschultes und erfahrenes Personal und sorgfältige, bei Bedarf wärmehaltende Nachbehandlung. Der Schnellreparaturbeton kann auch bei niedrigen Lufttemperaturen bis 5 °C eingesetzt werden. Auch ohne künstlich eingeführte Luftporen konnte ein hoher Frost- Tausalz- Widerstand nachgewiesen werden. Trotz hoher Hydratationswärmeentwicklung treten bei fachgerechter Nachbehandlung und an die Geometrie angepasstem Fugenschnitt keine unkontrollierten Risse auf. Die ersten, überaus erfolgreichen Pilotanwendungen beispielsweise auf den Flughäfen Frankfurt und Köln-Bonn sowie auf der Bundesautobahn A 1 im Bereich des Autobahnkreuzes Münster bestätigen die im Lauf der Entwicklungsarbeit gewonnenen positiven Erfahrungen: Der neue Spezialzement ChronoCem IR eignet sich in Verbindung mit dem Fließmittel ViscoCrete IR-10 der Firma Sika hervorragend für die Betonage von Verkehrsflächen, die schnell wieder befahren werden müssen. Das System kann damit nicht nur für Flugbetriebsflächen, sondern auch für die Reparatur von Fahrbahndecken oder sonstigen Verkehrsflächen eingesetzt werden. Einführung Bei der Reparatur von Verkehrsflächen gilt der Leitspruch „Zeit ist Geld“ mehr denn anderswo: So steht für die Erneuerung geschädigter Fahrbahnplatten oftmals nur eine Zeitspanne von acht Stunden zur Verfügung. Ein Beispiel hierfür ist der Frankfurter Flughafen, auf dem Verkehrsflächensperrungen für Reparaturmaß - Verfasseranschriften: Dr. M. Dietermann, martina.dietermann@heidelbergcement.com, D. Küchlin, dagmar.kuechlin@heidelbergcement.com, HeidelbergCement AG, Oberklamweg 6, 69181 Leimen nahmen üblicherweise nur zwischen 22 Uhr abends und 6 Uhr morgens möglich sind. Innerhalb der damit zur Verfügung stehenden acht Stunden muss nicht nur die alte Fläche ausgebaut, der Untergrund vorbereitet und der neue Beton eingebaut werden, sondern auch der frisch einge - baute Beton genügend Zeit haben, die geforderten Festigkeitseigenschaften entwickeln zu können. Unter Berücksichtigung eines Zeitfensters von zwei Stunden für die vorbereitenden und nachgeschalteten Arbeiten sowie eines Zeitaufwands von einer Stunde für den Einbau des Schnellreparaturbetons bedeutet das, dass die für die Verkehrsfreigabe erforderliche Festigkeit bereits fünf Stunden nach Einbaubeginn erreicht werden muss. Aber auch für Flughäfen, bei denen gerade in der Nacht das Verkehrsaufkommen hoch ist, wie zum Beispiel beim Flughafen Köln-Bonn, oder auf hoch belasteten Autobahnabschnitten, wo jede Sperrung üblicherweise zu erheblichen Verkehrs - verzögerungen führt, kann die Redu - zierung von Sperrzeiten durch ein schnell erhärtendes Reparatursystem erhebliche wirtschaftliche Vorteile bringen. HeidelbergCement hatte zum Ziel, für diesen Anwendungsfall einen neuen Spezialzement zu entwickeln, der die Herstellung eines Schnellreparaturbetons mit sehr hohen Frühfestigkeiten im Transport - betonwerk ermöglicht, eine Transportzeit des Betons zum Einbauort von circa 30 Minuten zulässt und fünf Stunden nach Einbaubeginn die Verkehrsfreigabe erlaubt. Der neue Spezialzement heißt ChronoCem IR. ChronoCem IR ist ein Spezialzement der – in Verbindung mit einem speziell abgestimmten Zusatzmittel – die Herstellung eines Betons mit sehr hohen Frühfestigkeiten ermöglicht. ChronoCem IR ist ein Portlandzement CEM I 52,5 R nach DIN EN 197-1. Er unterliegt der werkseigenen Produktionskontrolle entsprechend den Konformitätskriterien der DIN EN 197-1 und wird durch den Verein Deutscher Zementwerke e.V. (VDZ) fremdüberwacht. Anforderungen an einen Schnell - reparaturbeton für Verkehrsflächen Die Verwendung von Schnellbeton ist im Merkblatt für die Bauliche Erhaltung von Verkehrsflächen aus Beton (M BEB), 2009 [1], geregelt. Da zum Zeitpunkt der Erstellung des Merkblattes am Markt nur ein einziges Schnellbetonsystem verfügbar war, das aufgrund der Eigenschaften des verwendeten Bindemittel-Compounds nur auf der Baustelle gemischt werden kann, sind die im Merkblatt festgelegten An - forderungen ausschließlich auf dieses abgestimmt. Aufgrund der anderen Frischbetoneigenschaften des mit ChronoCem IR hergestellten Schnellreparaturbetons treffen nicht alle Anforderungen des M BEB, wie z. B. die Anforderungen an die Frischbetontemperatur und der Umfang der Straße und Autobahn 10.2010
Kurzbericht · Fachinformationen Grundprüfung [1] zu. Jedoch können die im M BEB genannten Anforderungen an die Festigkeiten bei Verkehrsfreigabe und Dauerhaftigkeit auch auf das neue System übertragen werden: Je nach Untergrund 1 kann gemäß M BEB die Freigabe der neuen Fläche für den Verkehr erfolgen, wenn der Beton eine Mindestdruckfestigkeit von 20 N/mm 2 und eine Biegezug - festigkeit von mindestens 3 N/mm 2 hat. Gemäß Merkblatt für die Bauliche Er - haltung von Verkehrsflächen aus Beton (M BEB), Ausgabe 2009, kann bei Schnellreparaturbeton aufgrund der hohen Festigkeiten und des Wasserzementwerts < 0,40 auf die Zugabe von Luftporenbildnern verzichtet werden, wenn ein aus - reichender Frost-Tausalz-Widerstand nachgewiesen wurde. Eigenschaften des mit ChronoCem IR hergestellten Schnellreparaturbetons Schnellreparaturbeton zeichnet sich durch besondere Eigenschaften, wie eine sehr hohe Frühfestigkeit, ausreichende Ver - arbeitbarkeit und einen hohen Frost-Tausalz-Widerstand aus. Für das Erreichen dieser Eigenschaften muss neben einem Spezialzement mit schneller Festigkeitsentwicklung eine geeignete Betonzusammensetzung verwendet werden (Tabelle 1). Alle nachfolgend beschriebenen Eigenschaften beziehen sich auf die in der Tabelle 1 genannte Richtrezeptur. Die Verarbeitbarkeit des Schnellreparaturbetons wird über ein geeignetes Fließ - mittel eingestellt. In den umfangreichen Entwicklungsversuchen hat sich gezeigt, dass das Sika-Produkt ViscoCrete IR-10 sich hierfür besonders eignet. Dieses wurde speziell auf den neuen Spezial - zement abgestimmt und ermöglicht eine adäquate Konsistenzhaltung bei gutem Zusammenhaltevermögen, moderater Klebrigkeit und hohen Frühfestigkeiten. Das Konsistenzverhalten des mit ChronoCem IR hergestellten Schnellreparaturbetons ist im Wesentlichen von der verwendeten Fliesmittel-Dosierung und der Betontemperatur abhängig. In Abhängigkeit von der Bauteilgeometrie kann der Beton beim Einbau auf weiche bis fließfähige Kon - sistenzen eingestellt werden. Je nach 1 Gilt für Betondecken auf Tragschicht aus hydraulischem Bindemittel und Trennschicht oder auf Schotter- oder Asphalttragschicht. Bei Betondecken auf Tragschicht aus hydrau - lischem Bindemittel im Verbund darf die Verkehrsfreigabe bei einer Druckfestigkeit von 15 N/mm 2 und einer Biegezugfestigkeit von 2,0 N/mm 2 erfolgen. Tabelle 1: Richtrezeptur für das Erreichen einer Druckfestigkeit von 20 N/mm 2 nach 5 h ChronoCem IR 450 kg/m 3 w/z-Wert 0,35 bis 0,38 Gesteinskörnungen Sand und Splitt, D max 16 mm Fließmittel ViscoCrete-IR 10, max. 1,6 M.-% v. Z. Druckfestigkeit [N/mm 2 ] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 üblicher frühhochfester Fahrbahndeckenbeton Schnellreparaturbeton mit ChronoCem IR 0 7 14 21 28 Prüfalter [d] Frischbeton- und Umgebungstemperatur verringert sich das gemessene Ausbreitmaß innerhalb einer Stunde deutlich. Jedoch ist das Ausbreitmaß aufgrund der im Vergleich zu Normalbeton thixotropen Eigenschaften kein aussagekräftiges Maß für die wahre Konsistenz: Durch das Einbringen von Rüttelenergie beginnt eine scheinbar angesteifte Mischung wieder zu fließen und lässt sich verdichten. Die Prüfung des Verdichtungsmaßes anstelle des Ausbreitmaßes verdeutlicht diese Eigenschaft. Die Festigkeitsentwicklung des Schnell - reparaturbetons wird maßgeblich von den Eigenschaften des Spezialzementes, aber auch einem niedrigen w/z-Wert und dem geeigneten Fließmittel bestimmt. Darüber hinaus muss die Frischbetontemperatur an die Randbedingungen beim Betoneinbau angepasst werden. Im Rahmen der Entwicklung zeigte sich, dass die im Bild 1 dargestellte Festigkeitsentwicklung mit einer Frühfestigkeit von mindestens 20 N/mm 2 nach fünf Stunden zuverlässig erreicht werden kann. Dies gilt auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen im Tabelle 2: Festigkeitseigenschaften des Schnell - reparaturbetons mit ChronoCem IR geprüft in einer Fahrbahnplatte (d = 0,30 m) unter Baustellenbedingungen Anforderung für die Verkehrsfreigabe Biegezugfestigkeit ≥ 3,0 N/mm² Druckfestigkeit ≥ 20 N/mm² Schnellreparaturbeton mit ChronoCem IR (5 Stunden nach Einbaubeginn) 3,8 N/mm² 31 N/mm² Bereich 5 bis 10 °C unter Einhaltung bestimmter Randbedingungen, wie beispielsweise einer ausreichend hohen Frischbetontemperatur von mindestens 24 °C und Anwendung einer wärme - haltenden Nachbehandlung. Wie aus der Tabelle 2 ersichtlich, konnten für den mit ChronoCem IR hergestellten Bild 1: Festigkeitsentwicklung unter Baustellenbedingungen Schnellreparaturbeton auch die Anfor - derungen an die Biegezugfestigkeit bereits nach fünf Stunden nachgewiesen werden. Der Nachweis erfolgte unter Verwendung des sogenannten Reifesimulators, der die Lagerung von separat hergestellten Probekörpern in einem temperaturgesteuerten Wasserbad ermöglicht. Hierbei wird die Soll-Temperatur des Wasserbads über eine Temperaturmessung im Bauteil vorge - geben. Dies bedeutet, dass die im Wasserbad gelagerten Probekörper unter vergleichbaren Temperaturbedingungen wie der Bauteilbeton erhärten und damit die Festigkeitsentwicklung des Bauteils simuliert wird. Die Probekörper können zu den gewünschten Zeitpunkten geprüft werden. Die schnelle Frühfestigkeitsentwicklung ist mit einer hohen Hydratationswärmeentwicklung verbunden. Beim Einbau des Schnellreparaturbetons wird dies gezielt genutzt, indem das Abfließen der Hydra - tationswärme durch Aufbringen einer wärmehaltenden Nachbehandlung im Bauteil gehalten wird. Da mit der Verkehrsfreigabe die wärmehaltende Nach - behandlung endet und sich der Beton zu diesem Zeitpunkt nahe seines Temperaturmaximums befindet, wird das Bauteil zu sehr frühem Zeitpunkt der Umgebungstemperatur ausgesetzt. Insbesondere in der kühlen Jahreszeit kann dies einen erheb - lichen Temperaturschock bedeuten (Bild 4). Um die Rissempfindlichkeit des Schnell - reparaturbetons mit ChronoCem IR zu beurteilen, wurde die Baustellensituation für kühle Umgebungsbedingungen im so - Straße und Autobahn 10.2010
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