Bild 20 Strecke nach Ebenheitsgrinding (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)
Einbau und Qualitätssicherung des Fahrbahndeckenbetons sowie Anwendung des Grinding-Verfahrens zur Bearbeitung der Oberflächentextur

Erneuerung der Fahrbahn BAB A 14, Ausfahrt Leipzig Mitte – Schkeuditzer Kreuz, Richtungsfahrbahn Dresden – Magdeburg

28. August 2019

Einleitung

Im Zuge der Sanierung der Autobahn A 14 wurden im Juli bis September 2019 ca. 8,5 km der Richtungsfahrbahn Dresden-Magdeburg zwischen der Anschlussstelle Leipzig Mitte und dem Schkeuditzer Kreuz komplett erneuert. Nach dem Abfräsen der geschädigten Betondecke wurde auf einer Schottertragschicht der neue Fahrbahndeckenbeton eingebaut. Die Arbeiten wurden von der Firma Bickhardt Bau AG aus Kirchheim ausgeführt.

Zunächst wurde in unmittelbarer Nähe zur Baustelle, am Rand eines Naherholungsgebietes mit sehr guter Anbindung zur Autobahn, die mobile Betonmischanlage der Firma Kies Beton Krebs aus Kiel als Subunternehmer aufgebaut. Zur Wasserversorgung der Anlage wurden zwei temporäre, etwa 20 m tiefe Brunnen gebohrt.

Der Mischanlagenplatz wurde mit einer ungebundenen, tragfähigen Schicht befestigt. Die ca. 12.000 m² große Fläche bietet ausreichend Platz für die Aufstellung der mobilen Mischanlage und saubere Lagerung sämtlicher Ausgangsstoffe.

Bild 1: Mobile Betonmischanlage der Firma Kies Beton Krebs (© Peter, Bickhardt Bau AG)

Nach der Montage der Mischanlage und der Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Anlagenteile wurde zwei Tage vor Beginn der Betonierarbeiten eine Probemischung für den Fahrbahnbeton durchgeführt. Im Zuge der Probemischung wurden die Einwaagen, Rohdichte sowie das Ansteifverhalten der beiden Betone (Unter- und Oberbeton) überprüft. Ein besonderes Augenmerk wurde auf den Gehalt an Luftporen und die Konsistenz der Betone gelegt.

Um eine qualitäts- und normgerechte Herstellung zu gewährleisten, müssen die Parameter stetig auf die Verarbeitbarkeit durch den eingesetzten Gleitschalungsfertiger abgestimmt sein.

Für die Betonherstellung und den Einbau gelten die Anforderungen der TL Beton StB 07, ZTV-Beton StB 07, die Baubeschreibung, das Leistungsverzeichnis sowie länderspezifische Vorschriften. Hierfür wurde dem Auftraggeber rechtzeitig vor Baubeginn eine entsprechende Erstprüfung übergeben. Diese Erstprüfung wurde von der Firma Heide Baulabor GmbH aus Volksdorf durchgeführt. Die Firma Heide Baulabor GmbH war gleichzeitig mit der Betoneigenüberwachung der Baustelle beauftragt.

Die Betondecke war gemäß Belastungsklasse 100 herzustellen. Hierbei erfolgte die Dimensionierung der Deckendicke nach RDO Beton 09. Der Einbau erfolgte zweischichtig mit Ober- und Unterbeton. (Oberbeton: C30/37, Feuchteklasse WS, XC4, XF4, XM2, XD3, XA2 bzw. Unterbeton: C30/37, Feuchteklasse WS, XC4; XF4, XM1, XD3, XA2 nach DIN EN 206-1 und DIN 1045-2).

Der Neubau dieser Fahrbahndecke wurde von der Bundesanstalt für Straßenbau (BASt) begleitet. Hinsichtlich der Ausführung der Oberflächenstruktur der Straßendecke kamen zwei Varianten zum Einsatz: Waschbetonbauweise und das sogenannte Grinding. Beim Grinding handelt es sich um ein abtragendes Schleifverfahren der Fahrbahndecke in Längsrichtung. Dadurch erhält man eine lärmarme und griffige Oberfläche. Um das Grinding ausführen zu können, wurde die Stärke der Oberbetonschicht deshalb um 1 cm erhöht eingebaut (24 cm Unterbeton und 6 cm Oberbeton).

Bei der Erstprüfung der Betone wurden entsprechend der Bemessung nach RDO die folgenden Parameter der Betonzusammensetzung überprüft und festgelegt:

  • Zementart, Festigkeitsklasse, Zementmenge
  • Eigenschaften der Gesteinskörnung, Kornzusammensetzung
  • Rohdichte, Konsistenz, w/z-Wert, LP-Gehalt
  • Druck-, Biegezug- und Spaltzugfestigkeit

Als Ausgangsstoffe kamen eine feine Gesteinskörnung 0/2 mm der Mitteldeutschen Baustoff GmbH aus dem Kieswerk Löberitz sowie ein Rhyolith der Körnungen 2/8 mm für den Oberbeton und 2/8 mm, 8/16 mm und 16/32 mm für den Unterbeton der SH Natursteine GmbH & Co. KG aus Löbejün zum Einsatz. Die erforderlichen Betonzusatzmittel wurden von der Ha-Be Betonchemie GmbH & Co. KG aus Hameln geliefert. Es wurde im Projekt „Pantapor 66“ als Luftporenbildner und „Pantarith RC 140“ als Fließmittel eingesetzt.

Für das Bauvorhaben kam CEM I 42,5 N (sd) der SCHWENK Zement KG als vielfach bewährter Straßendeckenzement aus dem nahegelegenen Lieferwerk Bernburg zum Einsatz. Dieser Zement erfüllt neben der guten Verträglichkeit mit den Zusatzmitteln, insbesondere dem LP-Bildner, auch alle weiteren Anforderungen nach den einschlägigen Regelwerken. Das wirksame Na2O-Äquivalent ist auf kleiner 0,80 M.-% begrenzt.

Durch vorausschauende Vorproduktion des Zementes konnte die Zementtemperatur problemlos unter der Grenze von 80 °C gehalten werden.

Bild 2: Infrarotaufnahme Zementsilo der mobilen Anlage (© Wilke, SCHWENK Zement KG)
Bild 3: Beton bei Einbau in der Nacht (© Wilke, SCHWENK Zement KG)

Für die Fahrbahnsanierung wurden ca. 14.000 Tonnen Zement geliefert. Aufgrund der relativ geringen Entfernung vom Lieferwerk Bernburg zur Baustelle, konnte jederzeit eine reibungslose und fristgerechte Belieferung durch die Spedition Wormser garantiert werden. Auch die Umstellung auf Nachtschichtarbeit, wegen der extremen sommerlichen Temperaturen, stellte kein Problem dar. Dabei war wiederum die perfekte Kommunikation zwischen Bauleitung, Mischanlage, Spedition und Werk sehr hilfreich.

Vor dem Betoneinbau sind verschiedene vorbereitende Maßnahmen wie z.B. das Verteilen der Dübel, Anker, Dübel- und Ankerkörbe sowie das Bereitstellen des flüssigen Nachbehandlungsmittels oder das Einrichten der Höhenleitdrähte zu treffen. Der Einbau des Deckenbetons wurde mit einem Gleitschalungsfertiger Wirtgen SP 1500 für die Einbaubreiten bis 15,25 m ausgeführt. Für die Einbaubreiten von 3,5 m bis 12 m im Bereich der Anschlussstellen, der Beschleunigungs- und Verzögerungsspuren und der Abbiegespuren am Schkeuditzer Kreuz kam ein Fertiger Wirtgen SP 500 und ein Gleitschalungsfertiger Evolution zum Einsatz. Hier wurde der Beton einlagig-einschichtig mit der Oberbetonrezeptur eingebaut. Weiterhin wurde eine Nachbehandlungsbühne TCM 1800 eingesetzt. Der Betontransport durch die Firma TMG aus Bitterfeld erfolgte mit 4-Achsern. Die Entfernung vom Mischwerk bis zur Einbaustelle betrug maximal 10 km.

Bild 4: Betonverteilung und Einbau der Dübel (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)
Bild 5: Betoneinbau mit Gleitschalungsfertiger Evolution (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)
Bild 6: Abziehen des Betons mit Jutetuch (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)

Beim Einbau des Unterbetons übernimmt der Schwertverteiler die Feinverteilung des vom Kipper abgekippten und mittels Radbagger grob verteilten und vorgelegten Betons. Im Rüttelraum erfolgt die Verdichtung des Betons. Durch die Vorwärtsbewegung des Fertigers wird der Beton unter die Druckmulde geführt und damit die höhengerechte Lage gewährleistet. Die Quer- und Längsglätteinrichtung übernimmt die finale Oberflächenbearbeitung. Sie dient der Erzielung eines optimalen Oberflächenschlusses, welcher maßgeblich für die spätere Ebenheit der Strecke verantwortlich ist.

Bild 7: Nachtaufnahme Betoneinbau (© Wilke, SCHWENK Zement KG)
Bild 8: Nachtaufnahme Nachbehandlungsbühne (© Wilke, SCHWENK Zement KG)

Bei der Herstellung der ausgeschriebenen Waschbetonstruktur wird auf den fertig eingebauten, verdichteten und geglätteten Oberbeton ein dünner Film eines Oberflächenverzögereres in Kombination mit einem Nachbehandlungsmittel von der Nachbehandlungsbühne gleichmäßig aufgesprüht. Der verzögerte Oberflächenmörtel wurde dann zum passenden Zeitpunkt ausgebürstet, um die geforderte Waschbetontextur herzustellen. Der optimale Zeitpunkt zum Ausbürsten ist maßgeblich von der Beton- und Umgebungstemperatur abhängig.

Bild 9: Fertige Waschbetonoberfläche (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)
Bild 10: Detail Waschbetontextur mit Plattennummer (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)

Der sofortige Schutz der Betonfläche war aufgrund der zum Einbauzeitraum im Sommer herrschenden hohen Temperaturen besonders wichtig. Daher entschied sich die Bauleitung auch zeitweise für die Verlegung der Betonagen in die Nachtstunden.

Für die Prüfung und Kontrolle des frischen Straßendeckenbetons wurde ständig, sowohl an der Mischanlage, als auch an der Strecke, die Konsistenz sowie der Wasser- und Luftgehalt durch Mitarbeiter der Firma Heide Baulabor geprüft. Weiterhin erfolgten vor Ort Kontrollprüfungen durch ein vom Auftraggeber beauftragtes Prüfinstitut. Durch die Firma Ha-Be Betonchemie und der Firma Heide Baulabor wurden ebenso mittels AVA-Messung der Mikroluftgehalt und Abstandsfaktor geprüft. Durch die gute Verträglichkeit von Zusatzmittel und Straßendeckenzement wurden auch hier sehr gute Werte generiert, die deutlich über den einschlägig bekannten Anforderungen an Straßenbetone lagen.

Bild 11: Überwachung des Betoneinbaus (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)

Oberflächenbearbeitung

In zwei Bereichen kam die Waschbetonbauweise zum Einsatz. Der optimale Zeitpunkt zum Start des Ausbürstens für die Erzielung der geforderten Profiltiefe wird durch händisches Ausbürsten eines kleinen Bereiches festgestellt. Maßgebend ist aber auch hier die jahrelange Erfahrung der ausführenden Firmen. Im Anschluss an das Ausbürsten wird die Betondecke nochmals mit einem Nachbehandlungsmittel besprüht und geschützt.

In einem Streckenabschnitt war das Grinding-Verfahren ausgeschrieben. Beim Grinding-Verfahren handelt es sich um ein abtragendes Schleifverfahren, das für lärmmindernde Fahrbahnflächen in Längsrichtung ausgeführt wird. Durch definierte Schleiftiefe, Rillen- und Stegbreite lassen sich somit gezielt Texturen mit sehr guten Lärmminderungs- und Griffigkeitseigenschaften herstellen. Desweiteren werden beim Schleifen alle Unebenheiten aus dem Deckenfertigungsprozess beseitigt, sodass eine Fahrbahnoberfläche mit sehr guter Längs- und Querebenheit hergestellt werden kann. Dies wirkt sich sehr günstig auf das Rollgeräusch, den Fahrkomfort und die Fahrdynamik aus. Die maßgenau hergestellte Rillenstruktur weist neben einer lärmtechnisch günstigen Rauhtiefe von 0,9 bis 1,1 mm auch sehr gute Dränageeigenschaften auf. Die Dauerhaftigkeit der Grinding-Textur ist maßgeblich von der Qualität des Oberflächenmörtels sowie von der Festigkeit bzw. Polierresistenz der verwendeten Gesteinskörnungen abhängig.

Bild 12: Grindingmaschine der Firma OAT (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)
Bild 13: Ebenheitsgrinding (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)
Bild 14: Detail Welle mit Diamantscheiben (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)
Bild 15: Nahaufnahme Diamantscheiben (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)

Die Bearbeitung der Oberfläche erfolgt mit speziellen Diamantschleifscheiben, die auf einer rotierenden Schleifwelle mit Distanzscheiben in einem bestimmten Abstand nebeneinander angeordnet sind. Der Abstand und die Breite der Diamantscheiben bestimmen die spätere Textur der bearbeiteten Fahrbahnoberfläche. Zum Zeitpunkt der Ausführung sollte der Beton eine Druckfestigkeit von > 35 MPa aufweisen. Hierzu wurden täglich Erhärtungswürfel hergestellt und seitlich neben der neu hergestellten Betonfahrbahn in diesem Abschnitt gelagert. Somit konnte sichergestellt werden, dass die Stege sauber und gleichmäßig brechen. Beim Schleifen werden die Diamantscheiben mit Wasser gekühlt. Anfallender Schleifschlamm wird direkt an der Schleifwelle auf der bearbeiteten Oberfläche abgesaugt.

Bisherige Lärmmessungen auf Grindingstrecken weisen gegenüber Waschbetonoberflächen ein deutlich höheres Lärmminderungspotential auf. Außerdem zeichnen sich Oberflächen mit einer längsgerichteten Grindingstruktur durch eine sehr gute Griffigkeit sowie Längs- und Querebenheit aus.

Der für das Grinding vorgesehene Abschnitt wurde nach dem Fertiger mit dem altbekannten Jutetuch abgezogen und danach mit Curingmittel zur Nachbehandlung besprüht. Nach dem Erreichen der erforderlichen Festigkeit des um einen Zentimeter erhöhten Deckenbetons wurde zunächst, wie ausgeschrieben, ein Ebenheitsgrinding zur Erfüllung der Ebenheitsanforderungen (2,0 mm auf eine Länge von 4 m) im Diamantschleifverfahren von Betriebskilometer 93,25 bis 95,75 mit einer Grindigmaschine längs zur Fahrbahn hergestellt.

Bild 16: Vergleich Grinding/Jutetuch (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)
Bild 17: Prüfung der Texturtiefe (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)
Bild 18: Messgerät zur Erfassung der Daten (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)
Bild 19: Nahaufnahme Grindingtextur (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)

Im weiteren Arbeitsablauf erfolgte dann das Texturgrinding zur Herstellung einer homogenen, längsgerichteten Oberflächenstruktur. Die Anforderungen gemäß der Baubeschreibung mussten zwingend eingehalten werden. Die Ausführung erfolgte durch eine Grindingmaschine längs zur Fahrbahn mit einer Segmentbreite von 2,8 mm und einem Segmentabstand von 2,2 mm.

Bild 20: Strecke nach Ebenheitsgrinding (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)
Bild 21: Detail Grinding (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)

Fugenschnitt

Unmittelbar nach den Betonagearbeiten wurden die Scheinfugen in Längs- und Querrichtung eingeschnitten. Sie dienen zur Rissinduzierung, sodass an den vorgegebenen Stellen die Schwindspannungen abgefangen werden können. Die Fugen wurden mit zwangsgeführten Fugenschneidern mit integrierter Absaugvorrichtung in den Beton eingeschnitten. Da das Schwindverhalten in Längs- und Querrichtung ausgeprägt ist, wird in Querrichtung ein Kerbschnitt in einer Größenordnung von 25 bis 30 % der Deckendicke vorgenommen, während in Längsrichtung Schnitttiefen von 30 bis 40 % angeordnet werden.

Bild 22: Betonfahrbahndecke mit eingeschnittenen Fugen (© Lietzmann, SCHWENK Zement KG)

Nach Fertigstellung der Betonarbeiten werden die Bankettbereiche aufgefüllt und verschiedene Restarbeiten (Leitplanken, Beschilderung, etc.) ausgeführt. Die Fahrbahn der A 14 zwischen Leipzig Mitte und dem Schkeuditzer Kreuz soll planmäßig im Oktober 2019 wieder vollständig befahrbar sein und für den Verkehr freigegeben werden.

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch kluge Organisation der Bauleitung und perfekter Kommunikation aller Beteiligter, eine termingerechte und qualitativ beanstandungsfreie Ausführung dieses Fahrbahndeckenloses möglich war. Hierzu beigetragen hat maßgeblich die langjährige Erfahrung der Firma Bickhardt Bau AG im Betondeckenbau auf Bundesautobahnen.


Technische Daten zur Strecke

  • Gesamtvolumen Beton 37.000 m³
  • Zementbedarf 14.000 t
  • Streckenlänge ca. 8,5 km

Bauschild

Auftraggeber: Landesamt für Straßenbau und Verkehr, Dresden
Bauausführung: Bickhardt Bau Aktiengesellschaft, Kirchheim
Betonherstellung: Kies Beton Krebs GmbH & Co. KG, Neumünster
Bauüberwachung: VCI Planen und Beraten GmbH, Niederlassung Dresden
Lieferant feine Gesteinskörnung: Mitteldeutsche Baustoffe GmbH, Werk Löberitz
Lieferant grobe Gesteinskörnung: SH Natursteine GmbH & Co. KG, Werk Löbejün
Zusatzmittellieferant: Ha-Be Betonchemie GmbH & Co. KG, Hameln
Zementlieferant: SCHWENK Zement KG, Werk Bernburg

 

Mario Lietzmann, Anwendungstechnik SCHWENK Zement KG, August 2019

Erneuerung der Fahrbahn BAB A 14, Ausfahrt Leipzig Mitte – Schkeuditzer Kreuz, Richtungsfahrbahn Dresden – Magdeburg

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