Reliable methods for achieving a durable bond between existing and new concrete in partial rehabilitation of concrete pavement slabs

Dr.-Ing. Bou-Young Youn-Čale, Bochum

Betonfahrbahndecken zeigen im Verlauf ihrer planmäßigen Nutzungsdauer von 30 Jahren häufig Schäden infolge hoher Verkehrsbeanspruchungen in Kombination mit hygrischen und thermischen Einwirkungen. Zur Wiederherstellung der Gebrauchstauglichkeit und Verkehrssicherheit gewinnt die partielle Instandsetzung mit dünnschichtigem Neubeton zunehmend an Bedeutung. Voraussetzung für eine dauerhafte Wirksamkeit dieser Maßnahme ist ein zielsicherer und langfristig tragfähiger Verbund zwischen Alt- und Neubeton. Neben den betontechnologischen Eigenschaften des Alt- und Neubetons beeinflussen insbesondere die Oberflächenrauigkeit und der Feuchtezustand des Altbetons das Verbundverhalten maßgeblich. Der Beitrag stellt Ergebnisse systematischer Laboruntersuchungen zum Einfluss unterschiedlicher Verfahren der Untergrundvorbereitung auf den Verbund zwischen Alt- und Neubeton vor. Hierzu wurden großformatige Verbundbalken hergestellt, deren Betonoberflächen mittels Fräsen, Hochdruckwasserstrahlen, Kugelstrahlen und Grinding unterschiedlich behandelt wurden. Die Probekörper wurden zyklischen Biegezugbeanspruchungen mit Simulation eines positiven bzw. negativen Temperaturgradienten unterzogen. Anhand von Haftzug- und Haftscherfestigkeiten konnten anwendungssichere Untergrundverfahren identifiziert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass Kombinationen aus Fräsen und Hochdruckwasserstrahlen von 800 bzw. 1.200 bar oder Fräsen und Grinding zu hohen Verbundfestigkeiten führen, wohingegen zusätzliche oder sehr intensive Untergrundbehandlungen den Verbund nachteilig beeinflussen können. 

Concrete pavement slabs frequently exhibit damage over the course of their planned service life of 30 years due to high traffic loads in combination with hygric and thermal effects. To restore serviceability and traffic safety, partial rehabilitation using thin bonded concrete overlays is gaining increasing importance. A requirement for the long-term effectiveness of this measure is a reliable and durable bond between the existing and new concrete. In addition to the technological properties of both the existing and new concrete, the surface roughness and moisture condition of the existing concrete play a decisive role in bond performance. This paper presents results of systematic laboratory investigations on the influence of different substrate preparation methods on the bond behaviour between existing and new concrete. For this purpose, large-scale concrete beams were produced, whose surfaces were prepared through milling, high-pressure water jetting, shot blasting and grinding. The specimens were subjected to cyclic flexural tensile loading while simulating positive and negative temperature gradients. Based on the measured pull-off tensile strength and shear bond strength, substrate preparation methods suitable for practical application were identified. The results show that combinations of milling and high-pressure water jetting at 800 or 1,200 bar, or milling and grinding, lead to high bond strengths, whereas additional or very intensive surface treatments can affect the bond negatively.

doi.org/10.53184/STA3-2026-1

Literaturverzeichnis

[1] Breitenbücher, R.; Cokovik, A.; Fischer, A.: Instandsetzung von Betonfahrbahndecken mit dünnschichtigem Aufbeton. FE 08.218/2012/IGB, Bundesanstalt für Straßenwesen, Bergisch Gladbach 2015 

[2] M WT „Merkblatt für die Whitetopping-Bauweise“. Ausgabe 2013. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V., FGSV Verlag, Köln

[3] Spalt, S.: Sanierung von Betondecken mittels der Neuen Österreichischen Betondeckeninstandsetzungsmethode (NÖBI). Aktuelles zu Betonstrassen und zur Verkehrsinfrastruktur, update 42, Ausgabe April 2015

[4] Müller, A. J.: Zum Zug- und Schubtragverhalten von Betonfugen. Lehrstuhl für Massivbau, Technische Universität München, 2009 

[5] Lenz, P.: Beton-Beton-Verbund, Potenziale für Schubfugen. Lehrstuhl für Massivbau, Technische Universität München, 2012

[6] Riffel, S.: Verkehrsflächen aus Beton: Grinding – eine lärmarme und griffige Textur. Straßen- und Tiefbau 12, 2011, S. 11–15

[7] TL Beton-StB 07 „Technische Lieferbedingungen für Baustoffe und Baustoffgemische für Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln und Fahrbahndecken aus Beton“. Ausgabe 2007. Forschungsgesellschaft
für Straßen- und Verkehrswesen e. V., FGSV Verlag, Köln

[8] ZTV BEB-StB 15 „Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Bauliche Erhaltung von Verkehrsflächenbefestigungen – Betonbauweisen“. Ausgabe 2015. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V., FGSV Verlag, Köln

[9] DIN EN 13036-1 „Oberflächeneigenschaften von Straßen und Flugplätzen – Prüfverfahren – Teil 1: Messung der Makrotexturtiefe der Fahrbahnoberfläche mit Hilfe eines volumetrischen Verfahrens“.
Ausgabe 2010-10

[10] Przondziono, R.; Schulte-Schrepping, C.; Breitenbücher, R.: Innovativer Mehrfachprüfstand zur zyklischen Beanspruchung großformatiger Betonprobekörper. Beton- und Stahlbetonbau 11, 2018, Heft 1,
S. 48–57 

[11] Beushausen, H.-D.; Dehn, F.; Alexander, M.: Langzeithaftfestigkeit zwischen Alt- und Aufbeton bei unterschiedlichen Klimabedingungen. Beton- und Stahlbetonbau 100, 2005, Heft 6, S. 482–488

[12] DIN EN 13863-2 „Fahrbahnbefestigungen aus Beton – Teil 2: Prüfverfahren zur Bestimmung des Verbundes zwischen zwei Schichten“. Ausgabe 2004-01

[13] TP Asphalt-StB „Technische Prüfvorschriften für Asphalt, Teil 80: Abscherversuch“. Ausgabe 2007. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V., FGSV Verlag, Köln

The continuously reinforced concrete pavement – the new FGSV M DBB guidline

ORR Dipl.-Ing. Stefan Höller, Bergisch Gladbach

Das Autobahnnetz als der Hauptverkehrsträger für Güter- und Individualverkehr in Deutschland und Europa steht vor großen Herausforderungen. Hierunter fallen auch die Anstrengungen, die Widerstandsfähigkeit der Infrastruktur zu steigern, um die negativen Auswirkungen des Klimawandels zu reduzieren bzw. zu vermeiden. Der Fachkräftemangel, neue Lebensmodelle und globale Krisen zeigen bereits heute Auswirkungen im Straßenbau. Um dennoch den Verkehr – insbesondere den Schwerverkehr – zu sichern, braucht es innovative, langlebige, ressourcenschonende und finanzierbare Bauweisen. Die Bauweise Durchgehend Bewehrte Betonfahrbahndecke (DBB) bietet das Potenzial, unter Berücksichtigung gewisser Randbedingungen den dargestellten Herausforderungen effektiv und nachhaltig zu begegnen. Dabei wird eine Betonfahrbahndecke vollbewehrt und fugenlos hergestellt. Diese Bauweise wurde 1921 in den USA erstmals ausgeführt und ist dort heute eine der Standardbauweisen. Belgische Kollegen brachten sie in den 1950er-Jahren nach Belgien und damit erstmalig nach Europa. Heute gibt es weltweit etwa 50.000 km in dieser Bauweise. Sie zeichnet sich durch eine deutlich höhere Nutzungsdauer, geringere bis keine Erhaltungsaufwendungen und höheren Fahrkomfort aus, ist aber mit höheren Herstellungskosten verbunden. In Deutschland wurden von 1997 bis 2021 sechs Versuchs- und Erprobungsstrecken dazu eingerichtet. Die vorhandenen Erfahrungen wurden im Jahr 2020 zusammengetragen und von der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) in den Hinweisen zur Durchgehend Bewehrten Betonfahrbahndecke (H DBB) [1] veröffentlicht. Auf dieser Basis wurde die Bauweise in den Fachgremien intensiv diskutiert und von der FGSV-Arbeitsgruppe 8 „Betonbauweisen“ wurde die Entscheidung getroffen, sie ins Regelwerk aufzunehmen. Als nächster Schritt wurde das FGSV-Merkblatt für Durchgehend Bewehrte Betonfahrbahndecken (M DBB) [2] vom gleichnamigen Arbeitskreis 8.3.4 erstellt und 2024 veröffentlicht. Dieses wird hier vorgestellt.

The motorway network, as the main mode of transport for freight and individual traffic in Germany and Europe, faces major challenges. These include efforts to increase the resilience of the infrastructure in order to reduce or avoid the negative impacts of climate change. Skilled labor shortages, new lifestyles, and global crises are already having an impact on road construction. To ensure the continued flow of traffic – especially heavy freight vehicles – innovative, durable, resource-efficient, and financially viable construction methods are needed. The continuous reinforced concrete pavement (CRCP) method offers the potential to effectively and sustainably address these challenges, provided certain boundary conditions are met. This method involves constructing a fully reinforced, jointless concrete pavement. First implemented in the USA in 1921, this method is now a standard construction technique there. Belgian colleagues introduced it to Belgium in the 1950s, thus bringing it to Europe for the first time. Today, there are approximately 50,000 km of CRCP worldwide. It is characterized by a significantly longer service life, lower to no maintenance costs, and greater driving comfort, but is associated with higher construction costs. In Germany, six test and trial sections were established for this purpose between 1997 and 2021. The existing experiences were compiled in 2020 and published by the German Road and Transportation Research Association (FGSV) in the guidelines for continuously reinforced concrete pavements (H DBB) [1]. Based on this, the construction method was intensively discussed in the expert committees, and the FGSV Working Group 8 “Concrete Pavements” decided to include it in the regulations. As a next step, the FGSV guideline for continuously reinforced concrete pavements (M DBB) [2] was prepared by the eponymous working group 8.3.4 and published in 2024. This is presented here.

doi.org/10.53184/STA3-2026-2

Literaturverzeichnis

[1] Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V.: Hinweise zur durchgehend bewehrten Betonfahrbahndecke, H DBB, Ausgabe 2020, FGSV 815 FGSV Verlag GmbH, Köln

[2] Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V.: Merkblatt für Durchgehend Bewehrte Betonfahrbahndecke, M DBB, Ausgabe 2024, FGSV 820, FGSV Verlag GmbH, Köln

[3] FE 08.0248/2018/CGB „Asphaltdeckschicht auf durchgehend bewehrter Betondecke; wissenschaftliche Begleitung der Versuchsstrecken während der Betriebsphase“ Dr.-Ing. Renken, Prof. Dr.-Ing. Beeldens et. al.

[4] Optimierung von durchgehend bewehrten Betonfahrbahnen (DBB), AiF-Projekt 20667N

[5] Deutsches Institut für Normung: DIN 488-1 Betonstahl

[6] Standardbestek voor de wegenbouw – versie 2,0 Deel II, Belgien

[7] Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V.: Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen, RStO 12, Ausgabe 2012, FGSV 499, FGSV Verlag GmbH, Köln

[8] Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V.: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln und Fahrbahndecken
aus Beton, ZTV Beton-StB 07, Ausgabe 2007, FGSV 899, FGSV Verlag GmbH, Köln

[9] Optimierung der durchgehend bewehrten Betonfahrbahndecke, Diplomarbeit S. Höller, Technische Universität Dresden, 2009

[10] Erprobung der Bauweise „Durchgehend bewehrte Betonfahrbahndecke“ auf der BAB A 5 bei Darmstadt, Dipl.-Ing. (FH) Stefan Höller, Betonstraßentagung Erfurt 2007

[11] Ökoprofil für Asphalt- und Betonbauweisen von Fahrbahnen, Durth Roos Consulting GmbH im Auftrag des deutschen Asphaltverbandes e. V. (DAV) Dr.-Ing. Christian Holldorb, Karlsruhe, November 2003

[12] Die durchgehend bewehrte Betonfahrbahn – eine Lösung für den nachhaltigen Betonstraßenbau? Oeser, Zander, Höller, Forschungskolloquium Betonstraßenbau, 19. und 20.1.2023 in Dresden

[13] FE 04.0341/2021/ARB Nachhaltigkeitspotenziale im Straßenbau mit dem Fokus auf Treibhausemissionen, Energiebedarf und Ressourcenschonung, Prof. T. Kessel, Prof. M. Wistuba et. al.