Erneuerung der Betonfahrbahn BAB A9 Niemegk – Einbau und Qualitätssicherung

Hintergrund
Im Zuge der Erhaltungsmaßnahmen und Erneuerung der Richtungsfahrbahn in Richtung Leipzig/München, im Bereich der Anschlussstelle Niemegk der Autobahn A9 (Kilometer 28,0 – 33,4), wurden im Juli 2021 ca. 5,4 Kilometer der Richtungsfahrbahn komplett erneuert. Die Baumaßnahme befindet sich im Land Brandenburg (Landkreis Potsdam-Mittelmark). Nach dem Aufbruch der bestehenden Betondecke wurde auf einer Asphalttragschicht der neue, zweilagige Fahrbahndeckenbeton gemäß RStO 12 für die Belastungsklasse BK100 eingebaut. Die Richtungsfahrbahn erhält eine neue Waschbetondecke, deren Oberfläche lärmmindernd wirkt (Korrekturwert DStrO = -2 dB(A)). Die Arbeiten wurden vom Bauunternehmen STRABAG Großprojekte GmbH (Direktion Süd-Ost / Bereich Ost) ausgeführt und Ende Oktober 2021 erfolgreich abgeschlossen.

Vorbereitungsarbeiten
Im Vorfeld wurde der geschädigte Fahrbahnbeton aufgebrochen, abtransportiert und separiert gelagert. Das abgetragene Aufbruchmaterial wurde in der Nähe der Mischanlage mittels einer Recyclinganlage als Schottertragschicht 0/32 mm aufbereitet, sodass diese gemäß ZTV SoB-StB 07 und TL SoB-StB 07 mitverwendet werden konnte. Unmittelbar danach konnte der Unterbau vorbereitet und mit einer 10 cm Asphalttragschicht entsprechend den Vorgaben versehen werden.

Bild 2 und 3: Abtrag der Altflächen und Vorbereitung für die Asphalttragschicht, ©SCHWENK

Bild 4 und 5: Aufbringen der 10 cm Asphalttragschicht + vorbereiteter Unterbau, ©SCHWENK

Leistungsfähigkeit und Flexibilität durch mobile Mischanlage
Zunächst wurde auf einer Freifläche im nahegelegenen Gewerbegebiet die mobile Liebherr-Betonmischanlage der STRABAG aufgestellt. Auf der vorbereiteten, mit ungebundenen Schichten befestigten Fläche, war ausreichend Platz für die Mischanlage und die Lagerung sämtlicher Gesteinskörnungen.

Bild 6: Mobile Betonmischanlage, ©SCHWENK

Nach der Montage der Mischanlage und der Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Anlagenteile wurde eine Woche vor Beginn der Betonierarbeiten eine Probemischung für den Ober- und Unterbeton (Deckenbeton) durchgeführt. Im Zuge dieser Probemischungen wurden die Einwaagen, der Gehalt an Luftporen im Beton, die Konsistenz sowie das Ansteifverhalten der Betone überprüft. Ein großes Augenmerk lag insbesondere auf dem Luftporengehalt und der Betonkonsistenz der Mischungen. Diese Parameter sind sehr entscheidend für die Dauerhaftigkeit des Betons hinsichtlich des Frost-Tausalz-Angriffs und die Verarbeitbarkeit mit dem Gleitschalungsfertiger. Oberstes Ziel ist die qualitätsgerechte Herstellung einer verschleißfesten und griffigen Betondeckschicht.

Bild 7: Probemischung Unterbeton, ©SCHWENK

Nur geprüfte Baustoffe dürfen verwendet werden
Für die Betonherstellung gelten die Anforderungen nach TL Beton-StB 07 bzw. die ZTV Beton-StB 07 für die Bauausführung. Gemäß Baubeschreibung und Leistungsverzeichnis waren zusätzlich die für das Land Brandenburg geltenden länderspezifischen Vorschriften der ZTV-StB LSBB ST 17 Vertragsgegenstand. Hierfür wurde dem Auftraggeber rechtzeitig vor Einbaubeginn eine Erstprüfung, durchgeführt durch die TPA GmbH, übergeben.

Für die Spezifizierung der Betone gelten nachstehende Festlegungen:

• 7 cm Oberbeton (Textur Waschbeton)
  Festigkeitsklasse C30/37, Feuchtigkeitsklasse WS, Expositionsklassen XF4 und XM2 nach ZTV Beton-StB / TL Beton-StB 07 bzw. DIN EN 206-1/DIN 1045-2

• 19 cm Unterbeton
  Festigkeitsklasse C30/37 Feuchtigkeitsklasse WS, Expositionsklassen XF4 nach ZTV / TL Beton-StB 07 bzw. DIN EN 206-1/DIN 1045-2

Im Zuge der Erstprüfung wurden die Zementart, -menge und Festigkeitsklasse, die Eigenschaften der Gesteinskörnung, die Kornzusammensetzung und Sieblinie, die Rohdichte, die Konsistenz, der w/z-Gehalt, LP-Gehalt sowie die Druck-, Biege- und Spaltzugfestigkeiten überprüft und festgelegt. Für die GK-Rezeptur der Fahrbahndecke wurde hinsichtlich einer schädigenden Alkali-Kieselsäurereaktion (AKR) der Nachweis der Unbedenklichkeit gemäß ARS 04/2013 durch den AN erbracht.

Als Gesteinskörnungen kamen ein Natursand 0/2 mm der Fenger Beton und Kies GmbH & Co. KG aus dem Kieswerk Rakith sowie ein gebrochener Andesit der Körnung 2/8 mm für den Oberbeton bzw. 2/8 mm, 8/16 mm und 16/32 mm für den Unterbeton der Cronenberger Steinindustrie Franz Triches GmbH & Co. KG aus Mammendorf zum Einsatz. Das Herstellwerk verfügt über eine „WS-Grundprüfung“ eines anerkannten AKR-Gutachters und ist durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) für die uneingeschränkte Verwendung im Unter- und Oberbeton in Bundesfernstraßen freigegeben und gelistet. Neben der Resistenz gegen Alkali-Kieselsäurereaktion besitzt der Splitt zusätzlich einen hohen Polierwiderstand, der für eine gute und langlebige Griffigkeit maßgebend ist.

Wirksamkeit im Vorfeld prüfen
Die erforderlichen Zusatzmittel wurden von der Master Builders Solutions Deutschland GmbH aus Staßfurt geliefert. Hierbei handelte es sich um den Luftporenbildner „MasterAir 102“ als Konzentrat und das Fließmittel „Master Pozzolith 25E“. Beide Mittel entsprechen den Anforderungen der Alkali-Richtlinie, Abschnitt 7.1.3 (2) an das Na₂O-Äquivalent ≤ 8,5 M-%. Für das Bauvorhaben kam der Zement CEM I 42,5 N (sd) als vielmals erprobter Straßendeckenzement der Firma SCHWENK Zement GmbH & Co. KG aus dem Lieferwerk Bernburg zum Einsatz.

Dieser Zement erfüllt neben der sehr guten Verträglichkeit mit den genannten Zusatzmitteln, insbesondere dem Luftporenbildner, auch alle anderen vertraglichen Anforderungen. Hierbei ist zur Vermeidung einer schädigenden AKR speziell die Begrenzung des Alkaligehalts, ausgedrückt als Na₂O-Äquivalent ≤ 0,80 M.-% zu nennen. Durch die vorausschauende Vorproduktion des Zementes konnte auch die Zementtemperatur durchgängig unter der nach Regelwerk begrenzten Höchsttemperatur von 80 °C gehalten werden.

Bild 8 und 9: Infrarotaufnahmen mit Temperaturangabe der Zementsilos und Mischanlage, ©SCHWENK

Nachtarbeit erforderlich
Für diesen Autobahnstreckenabschnitt wurden ca. 7.800 Tonnen Zement geliefert. Aufgrund der geringen Entfernung zwischen dem Zementwerk Bernburg und der Baustelle konnte jederzeit eine reibungslose und fristgerechte Belieferung durch die Spedition Wormser garantiert werden. Um einen schnelleren Bauablauf sicherzustellen und den sommerlichen Tagestemperaturen von vorhergesagten 30 °C zu trotzen, entschied sich die Bauleitung Betonagen in die Nachtstunden zu verlegen. Auch die Umstellung auf Nachtschichtarbeit stellte kein Problem dar. Dabei war die sehr gute Kommunikation zwischen Bauleitung, Mischanlagenpersonal, Spedition und Zementlieferwerk ausschlaggebend.

Betoneinbau und Nachbehandlung
Vor dem Betoneinbau sind verschiedene vorbereitende Maßnahmen wie z.B. das Verteilen der Dübel, Anker und der Dübel- bzw. Ankerkörbe sowie das Vorhalten des flüssigen Nachbehandlungsmittels oder das Einrichten der Höhenleitdrähte zu treffen. Der Einbau des Straßendeckenbetons wurde mit einem Gleitschalungsfertiger HEILIT+WOERNER für die Einbaubreiten von ca. 15 m ausgeführt. Für die Einbaubreiten von 1,00 m bis 7,00 m, im Bereich der Beschleunigungs- und Verzögerungsspuren an der Anschlussstelle Niemegk, kam der gleiche Betongleitschalungsfertiger zum Einsatz. Weiterhin wurde für die Nachbehandlung der fertigen Betondecke ebenfalls eine Nachbehandlungsbühne eingesetzt. Die Entfernung für den Betontransport vom Mischwerk zur Baustelle betrug max. 5 Kilometer.

Bild 10: Anlieferung Unterbeton und Gleitschalungsfertiger beim Betoneinbau, ©SCHWENK
Bild 11: Baggerzufuhr Oberbeton über Förderband zum Verteiler/Gleitschalungsfertiger, ©SCHWENK

Beim Einbau des Unterbetons übernimmt der Schwertverteiler die Feinverteilung des vom Kipper abgeschütteten und mittels Radbagger grob planierten Betons. Im Rüttelraum erfolgt die Verdichtung des vorgelegten Betons. Durch die Vorwärtsbewegung des Fertigers wird der Beton unter die Druckmulde geführt und damit die höhengerechte Lage gewährleistet. Die Quer- und Längsglätteinheit übernimmt die Oberflächenbearbeitung quer und längs zur Einbaurichtung. Sie dient zum einen für die Erzielung eines optimalen Oberflächenschlusses, zum anderen ist diese Einheit maßgeblich für die spätere Ebenheit der Strecke verantwortlich. Beidseitig werden danach die Plattennummern eingedrückt.

Bild 12: Oberflächenglätter bei der Arbeit, ©SCHWENK
Bild 13: Aufbringen des Nachbehandlungsmittels, ©SCHWENK

Zur Herstellung der vorgeschriebenen Waschbetonoberfläche wird auf den fertig eingebauten, verdichteten und geglätteten Oberbeton ein dünner Film des Oberflächenverzögerers, in Kombination eines Nachhandlungsmittels nach TL NBM-StB, von der Nachbehandlungsbühne gleichmäßig aufgesprüht. Dieser sofortige Schutz der Betonoberfläche gegen Verdunstung war aufgrund der sommerlichen Bedingungen besonders wichtig.

Bild 14 und 15: Einbau und Verarbeitung des Betons bei Nacht, ©SCHWENK

Die abschließende Ausführung der Beschleunigungs- und Verzögerungsspuren mit einschichtiger Oberbetonrezeptur mit Dübeln auf Dübelkörben stellte für den erfahrenen Bautrupp der STRABAG und den Gleitschalungsfertiger kein Problem dar.

Bild 16 bis 18: Einbau des Beton im Bereich der BV-Spur, ©SCHWENK

Qualitätssicherung für Dauerhaftigkeit

Bild 19: Kontrollprüfungen (STRABAG TPA), ©SCHWENK
Bild 20: AG-Kontrollprüfung Einbau (FBL), ©SCHWENK

Für die Prüfung und Kontrolle des frischen Straßendeckenbetons wurde ständig, sowohl an der Mischanlage als auch an der Strecke, die Konsistenz und der Luftporengehalt durch die ausführende Firma STRABAG / TPA Gesellschaft für Qualitätssicherung und Innovation geprüft. Weiterhin erfolgten vor Ort Kontrollprüfungen durch das vom Auftraggeber beauftragte Prüfinstitut FBL Fläming Baustoff-Labor GmbH aus dem nahegelegenen Treuenbrietzen. Selbstredend wurden auch die entsprechend erforderlichen Prüfkörper für die Festbetonprüfung hergestellt. Durch die TPA Gesellschaft für Qualitätssicherung und Innovation wurden zu Beginn der Betonagearbeiten und zur exakten Einstellung des Luftporengehalts die Rezepturen geprüft. Durch die sehr gute Verträglichkeit der Zusatzmittel mit dem Straßendeckenzement von SCHWENK wurden auch hier sehr gute Werte generiert, die deutlich über den einschlägig bekannten Anforderungen an Straßenbetone lagen.

Ausbürsten bringt Lärmreduzierung
Im Anschluss an die erste Nachbehandlung erfolgte zur Herstellung der Waschbetontextur das Ausbürsten des Oberflächenmörtels unter gleichmäßigem Bürstendruck. Der optimale Startzeitpunkt des Ausbürstens für die Erzielung der geforderten Rautiefe wird durch händisches Ausbürsten eines kleinen Bereiches festgestellt. Maßgebend ist aber auch die jahrelange Erfahrung des ausführenden Personals. Von Seiten der externen Überwachung sind keine Beanstandungen bekannt.

Bild 21 und 22: Ausbürsten und Nachbehandlung der Betondecke, ©SCHWENK

Im Anschluss an das Ausbürsten wird die fertig texturierte Betondecke nochmals mit einem Nachbehandlungsmittel entsprechend TL NBH-StB besprüht und damit vor Austrocknung geschützt. Im Laufe der Durchführung und im Anschluss wurden die Rautiefen jederzeit von der TPA überprüft und dokumentiert. Auf der Waschbetonoberfläche wurden die vom Auftraggeber geforderten Grenzwerte der Rautiefe zwischen 0,7 – 1,1 mm vor Verkehrsfreigabe alle 150 m punktuell kontrolliert und zielsicher eingehalten.

Bild 23: Kontrollprüfung der Rautiefe durch die TPA, ©SCHWENK

Herstellung der Fugen erfordert Erfahrung
Danach erfolgten die Fugenschneidarbeiten der SAT Spezialbau GmbH nach TL FuG-StB. Hierbei werden Scheinfugen in Quer- und Längsrichtung eingeschnitten. Sie dienen zur Rissinduzierung im Fahrbahndeckenbeton, sodass an den vorgegebenen Stellen die Schwindspannungen abgefangen werden können. Die Fugen werden mit zwangsgeführten Fugenschneidern mit integrierter Absaugvorrichtung in den Beton eingeschnitten. Da das Schwindverhalten in Längs- und Querrichtung unterschiedlich ausgeprägt ist, wird in Querrichtung ein Kerbschnitt in einer Größenordnung von 25 bis 30 % der Deckendicke vorgenommen, während in Längsrichtung Schnitttiefen von 35 bis 40 % angeordnet werden. Das bedeutet, dass bei einer Deckendicke von 26 cm die Scheinfugen quer eine Schnitttiefe von rd. 7 cm und längs von rd. 10 cm aufweisen müssen.  Die Feldgrößen betrugen teilweise 3,75 m x 5,00 m. Der richtige Zeitpunkt zum Schneiden der Fugen ist von der Festigkeitsentwicklung abhängig und obliegt ebenfalls der Erfahrung des Ausführenden.

Bild 24 und 25: Fugenschneidearbeiten der Scheinfugen in Quer- und Längsrichtung, ©SCHWENK

Nach den Betonarbeiten werden die Randbereiche aufgefüllt und verschiedene Restarbeiten (Leitplanken, Beschilderung etc.) ausgeführt.

Kommunikation als Schlüssel zum Erfolg
Als Fazit ist festzuhalten, dass durch eine kluge Organisation der Bauleitung und eine perfekte, tägliche Kommunikation aller Beteiligten eine termingerechte Ausführung dieser Baustelle möglich war. So konnte auch rasch auf kleinere technische Störungen oder witterungsbedingte Erfordernisse reagiert werden. Hierzu beigetragen hat auch die jahrelange Erfahrung der ausführenden STRABAG Großprojekte GmbH im Bereich Betondeckenbau auf Bundesautobahnen.

Technische Daten zur Strecke

• Betonvolumen gesamt 21500 m³
• Betonfläche gesamt 77500 m²
• Zementbedarf 800 t
• Streckenlänge 400 m
• Bauweise nach RStO 12 26 cm Betondecke auf 10 cm Asphalttragschicht und 25 cm Schottertragschicht 0/32 (+RC-Material)

Bauschild