Einfluss der Sandeigenschaften auf die Oberflächendauerhaftigkeit von Straßenbetonen

Dipl.-Ing. Jens Skarabis
Förderer: BMVBS/BASt

In dem Forschungsvorhaben wurde der Frage nachgegangen, inwieweit die Eigenschaften von Sanden die Dauerhaftigkeit kunstrasentexturierter Straßenbetone im Hinblick auf Frost-Tausalzwiderstand, Griffigkeit und Texturbeständigkeit beeinflussen. Im ersten Teil der Untersuchungen wurden die für die Dauerhaftig¬keit eines Straßenbetons relevanten Eigenschaften von 15 Sanden (10 Natursande, 5 Brechsande) aus dem gesamten Bundesgebiet untersucht.

Für die Betonuntersuchungen wurden praxisübliche Straßenbetone (z=340 kg/m³, w/z=0,45) mit insgesamt 10 verschiedenen Sanden hergestellt. Für die einzelnen Betone wurde der Sand volumetrisch ausgetauscht. Die Frischbetonuntersuchungen zeigten, dass der Sand den Luftporengehalt signifikant beeinflusst. Um einen Frischbetonluftporengehalt von rd. 5 Vol.-% zu erzielen, musste den Betonen, die mit Brechsanden hergestellt wurden, deutlich mehr Luftporenbildner zugegeben werden. Dies ist auf die größere zu benetzende Oberfläche zurückzuführen bedingt durch die feinere Sieblinie der Brechsande und deren raue Kornform. Aufgrund des höheren Wasseranspruchs der Brechsande waren diese Betone steifer als die mit den Natursanden hergestellten Betone.

Aus den Untersuchungen zum Frost-Tausalzwiderstand nach dem CDF-Verfahren ging hervor, dass alle hier untersuchten Straßenbetone unabhängig vom verwendeten Sand als frost-tausalzbeständig eingestuft werden können. Weder ein geringer Frost-Tausalzwiderstand der Sande noch ein hoher Mürbkorngehalt der Sande führten zu signifikanten Abwitterungen der Betonoberfläche. Die Untersuchungen zur Griffigkeit wurden mit dem Prüfverfahren Wehner/Schulze durchgeführt. Es zeigte sich, dass bei Betonen, die mit reinen Karbonatsanden hergestellt wurden, die Griffigkeiten deutlich geringer waren als bei Betonen, deren Hauptbestandteile quarzitisch bzw. kristallin waren. Liegt der Karbonatgehalt der Sande allerdings bei max. 40 %, wurde im Vergleich zu Betonen, die mit z.B. reinen Quarzsanden hergestellt wurden, keine Verringerung der Griffigkeit festgestellt. Die Beständigkeit der eingebrachten Kunstrasentextur wurde mit dem am cbm der TU München entwickelten kombinierten Laborbeanspruchungszyklus untersucht. Der kombinierte Laborbeanspruchungszyklus simuliert zeitraffend die Praxiseinwirkungen saurer Regen, mechanische Beanspruchung und Frost-Tausalzangriff durch ein Säurebad in gepufferter Essigsäure, mechanische Beanspruchung durch Gummikugeln, die auf die Oberfläche prallen, und 6 Frost-Tauwechsel in Anlehnung an das CDF-Verfahren. Auch hier zeigte sich, dass nach den Beanspruchungen die Griffigkeiten (SRT-Wert) eines Betons, der mit einem reinen Karbonatsand hergestellt wurde, geringer war als die Griffigkeit eines Betons, der mit einem reinen Quarzsand hergestellt wurde. Jedoch war dieser Unterschied nicht so ausgeprägt wie bei den Untersuchungen mit dem Prüfverfahren Wehner/Schulze. Bei allen Betonen lagen die SRT-Werte nach den Beanspruchungen bei ≥ 70. Des Weiteren wurde die Veränderung der mittleren Oberflächentexturtiefe (Sandfleckverfahren), die Abtragstiefe des Oberflächenmörtels mittels Lasermessung und die Veränderung der Mikrotextur ebenfalls mittels Lasermessung bestimmt. In diesem Zusammenhang wurde kein Einfluss des Sands beobachtet.

Zusammenfassend kann für die hier durchgeführten Untersuchungen bezüglich des Einflusses des Sands auf die Oberflächendauerhaftigkeit von Straßenbeton mit Kunstrasentextur festgestellt werden, dass der Sand die Konsistenz und den Frischbetonluftporengehalt signifikant beeinflusste. Ein Einfluss des Sands auf den Frost-Tausalzwiderstand wurde nicht festgestellt. Bei reiner Polierbeanspruchung (Prüfverfahren Wehner/Schulze) wiesen reine Karbonatsande deutlich geringere Griffigkeiten als Sande aus festeren Bestandteilen, wie z.B. Quarz auf. Ein Karbonatgehalt von z.B. 40 % führte dabei aber noch nicht zu einer geringeren Griffigkeit. Im Hinblick auf die Simulation von Praxisbeanspruchungen (kombinierter Laborbeanspruchungszyklus) konnten sowohl mit reinem Quarzsand sowie mit reinem Karbonatsand gleichermaßen texturbeständige, dauerhafte Straßenbetone mit Kunstrasentextur hergestellt werden.