Different types of cement in the upper and lower layers of concrete

Prof. Dr.-Ing. R. Breitenbücher, Bochum
Dipl.-Ing. T. Wolf, München

Für die Herstellung von Betonfahrbahndecken war gemäß den bisher geltenden Regelungen der TL Beton-StB 07 für Ober- und Unterbeton ein Zement der gleichen Art und Festigkeitsklasse zu verwenden. Durch eine flexiblere Handhabung von Bindemitteln im Ober- und Unterbeton können sich ökologische und wirtschaftliche Vorteile eröffnen. Ein sinnvoller Ansatz ist die Verwendung von Zementen mit hohem Klinkeranteil für den hochbelasteten, dünnen Oberbeton in Verbindung mit Zementen mit reduziertem Klinkeranteil für den Unterbeton. So kann die Ökobilanz der Betonstraße verbessert werden, und gleichzeitig erhöht sich die Verfügbarkeit potenzieller Lieferwerke von Gesteinskörnungen für den Unterbeton in Bezug auf die Vermeidung einer schädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR). Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurde im Labor nachgewiesen, dass sich unter den spezifischen Randbedingungen hinsichtlich Verbund- und Verformungsverhalten von Ober- und Unterbeton auch bei unterschiedlich rascher Festigkeitsentwicklung der beiden Betone keine Beeinträchtigungen ableiten lassen. Weiterhin konnte das AKR-Schadenspotential kritischer Gesteinskörnungen durch die hüttensandhaltigen Zemente deutlich gesenkt werden. Somit sind für solche Modifikationen weder bei der Herstellung noch hinsichtlich Nutzung und Dauerhaftigkeit (insbesondere Frost-Taumitteleinwirkung) Beeinträchtigungen zu erwarten. Vor einer Anpassung des Regelwerks wurde jedoch noch die Erprobung in-situ eingefordert. Diese erfolgte im Rahmen einer Deckenerneuerung auf der BAB A 7 bei Wörnitz in Bayern. In einem Teilabschnitt wurde im Unterbeton ein CEM III/A-Zement eingesetzt, während der Oberbeton mit einem CEM I hergestellt wurde. Ziel dieser Erprobung war es, einerseits die grundsätzliche Einbaubarkeit von Betonen mit unterschiedlichen Zementen in einer zweischichtigen Betondecke nachzuweisen und andererseits die noch bestehenden Restvorbehalte z. B. in Bezug auf einen unterschiedlichen Erhärtungsverlauf, den Schichtenverbund zwischen Ober- und Unterbeton, die frühzeitige Befahrbarkeit zur Waschbetonherstellung oder das Rissverhalten der Fugen auszuräumen. Es konnte im Rahmen der Erprobungsstrecke gezeigt werden, dass der Einbau einer Betonfahrbahndecke mit unterschiedlichen Zementen im Unter- und Oberbeton mit dem Gleitschalungsfertiger problemlos und ohne nachteilige Auswirkungen auf die Qualität möglich ist. Ende März 2022 hat das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) daher auf Basis der positiven Ergebnisse aus Laborforschung und Praxiserprobung mit der Veröffentlichung des ARS 04/2022 die entsprechenden Teile der TL Beton-StB 07 aktualisiert.

The Technical Regulations for materials used in the construction of base courses with hydraulic binders and concrete pavements (TL Beton-StB 07), which have been in force up to now, stipulated that cements of the same type and strength class must be used for both the upper and lower concrete layers. A more flexible approach for the use of binders in the upper and lower concrete layers can accompany with both environmental and economic benefits. One worthwhile approach is to use cements with high clinker contents in the thin upper layer that is subjected to heavy loads and exposures, while in the lower layer concrete with reduced clinker cements are applied. This improves on one hand the life cycle assessment of a rigid pavement, while at the same time the number of potential suppliers of mineral aggregate for the lower concrete layer increases as a damaging alkaline silica reaction (ASR) will be avoid by such cements. Within a research project it was proven in the laboratory that under specific conditions referring to bond- and deformation behaviour of the two concrete layers no impair has to be feared, even when the strength development of the two concretes differs from each another. Furthermore, the risk of ASR damage due to critical mineral aggregate was considerably decreased by using cements containing an adequate portion of granulated blast-furnace slag (GGBS). This means that no impair has to be feared for adequate modifications in the current rules with respect to production, use and durability (especially freeze-thaw with de-icing agents). Nevertheless, before the relevant regulations were revised, an in-situ test had to be carried out. This test was conducted as part of a pavement rehabilitation project on the federal motorway BAB A 7 near Wörnitz in the southern German state of Bavaria. In a test-section of this motorway, a CEM III/A cement was used in the lower concrete layer, while a CEM I was used in the upper layer. The objective of this test was twofold: firstly, to prove that the pavement construction using concretes with two different cements is feasible and secondly, to overcome any remaining reservations, such as concerns about different setting, adhesion between upper and lower concrete layers, early serviceability to enable the production of exposed-aggregate surfaces, and joint-cracking. This test track showed that firstly, no problems were encountered with the slip-form pavers when two different cements are used for the upper and lower concrete and secondly, this paving method had no negative impact on quality. On the basis of these positive results from the lab research and the practical test, the Federal Ministry for Digital and Transport (BMDV) updated the relevant parts of TL Beton-StB 07 with the publication of General circular
concerning road construction ARS 04/2022 at the end of March 2022 adequately.

doi.org/10.53184/STA10-2022-1

Asphalt track and extreme temperatures

T. Schrödter, M. Sc.;
Univ.-Prof. a. D. Dr.-Ing. H. J. Beckedahl;
Dipl.-Ing. S. Koppers; Prof. Dr.-Ing. O. Reutter, Wuppertal
Dipl.-Ing. R. Rabe, Bergisch Gladbach

Analysen von Klimasimulationen des Deutschen Wetterdienstes zur Ableitung zukünftiger Klimarandbedingungen haben gezeigt, dass es in Deutschland bereits in naher Zukunft zu einer erheblichen Erwärmung kommen wird. Die Intensität der Erwärmung ist regional unterschiedlich und nimmt in ferner Zukunft noch weiter zu. Um den negativen Folgen der klimatischen Änderungen auf Asphaltstraßen entgegenzuwirken, wurden Materialanpassungen hinsichtlich der thermophysikalischen und lichttechnischen Materialeigenschaften bei der Konzeption und Herstellung klimaoptimierter Asphalte experimentell umgesetzt. An Probekörpern wurden die Strahlungsreflexionsgrade sowie die thermophysikalischen Materialeigenschaften messtechnisch ermittelt. Anschließend fand eine praxisgerechte thermische Beanspruchung im Laboratorium statt. Hierbei wurden Temperaturgradienten durch Messungen in verschiedenen Tiefen des Asphaltoberbaus ermittelt. Erwartungsgemäß erreichten die Varianten mit heller Deckschicht und Gesteinskörnung mit höherer Wärmeleitfähigkeit die geringsten Erwärmungen im Asphaltoberbau. Der Temperaturanstieg in der Asphalttragschicht ist dabei abhängig von den Wärmeleitfähigkeiten der Asphaltbinderschicht und der Asphalttragschicht. Abschließend wurden Asphalt- und Bindemittelprüfungen zur Bestimmung und Beurteilung der Performance der konzipierten Asphalte durchgeführt.

Analyses of climate simulations by the German Weather Service to derive future climate boundary condi-tions have shown that Germany will already experience considerable warming in the near future. The intensity of the warming varies from region to region and will increase further in the distant future. In order to counteract the negative consequences of climatic changes on asphalt roads, material adaptations with regard to thermo-physical and photometric material properties were implemented experimentally in the design and production of climate-optimized asphalt materials. The radiation reflectance and thermo-physical material properties were determined by measurement on test specimens. Subsequently, a prac-tical thermal load was applied in the laboratory. Temperature gradients were determined by measurements at different depths of the asphalt superstructure. As expected, the variants with lightcolored surface course and aggregate with higher thermal conductivity achieved the lowest heating in the asphalt pavement. The temperature increase in the asphalt base layer depends on the thermal conductivity of the asphalt binder course and the asphalt base layer. Finally, asphalt and binder tests were performed to determine and evaluate the performance of the designed asphalt materials.

doi.org/10.53184/STA10-2022-2

Opportunities and limits of BIM in landscape planning

Dipl.-Geogr. S. Siegert, Berlin

„BIM ist doch nur etwas für die technische Planung!“ Dieser Gedanke kann sich in der Tat bei der Vergegenwärtigung der bisherigen Integration von Building Information Modeling (BIM) in die Planung einstellen. Tatsächlich entspricht das allerdings nicht der Kernidee von BIM. Denn BIM ist eine Methode mit klaren Zielen: die Sicherstellung einer effizienten und qualitätsvollen Kollaboration zwischen allen an einem Vorhaben Beteiligten über das systematische, interdisziplinäre Zusammenführen, Vorhalten und Austauschen von Daten und Informationen. Fachplanungen ergänzen sich in Form von Fachmodellen zu einem gemeinsamen digitalen Bauwerksmodell. Dieses kann über alle Lebenszyklen mit seinen jeweiligen Auswirkungen betrachtet, simuliert und analysiert werden. Vor diesem Hintergrund muss konsequenterweise auch die Umwelt- und Landschaftsplanung Teil der BIM-Methodik sein. Kollisionen der technischen Planung mit der Natur und Umwelt lassen sich im digitalen Modell in ihrer Quantität und Qualität schneller ermitteln, so dass gemeinsam interdisziplinär darauf planerisch reagiert werden kann. Die datengestützte Visualisierung der Planung zeigt eindeutiger die Abhängigkeiten zwischen den Fachplanungen und deren Zusammenwirken. Lösungen werden gemeinsam gefunden, wodurch eine höhere Transparenz und Sicherheit der Planung entsteht. Dennoch steckt die Umwelt- und Landschaftsplanung beim digitalen Transformationsprozess bisher in den Kinderschuhen. Umweltplanungsbüros sind deshalb häufig aktuell nicht in der Lage, modellbasiert zu arbeiten. Es scheint die Notwendigkeit noch nicht richtig angekommen zu sein, an der digitalen Planung mitzuwirken. Aus diesem Grunde sollte der Mehrwert, der sich durch die Anwendung der BIM-Methode entfaltet, deutlicher über die Erzeugung intrinsischer Neugierde kommuniziert werden. Gleichwohl ist auch zu berücksichtigen, dass der Übergang von der konventionellen in die digitale Planung schrittweise erfolgt. Im Mittelpunkt steht derzeit das Bauwerksmodell der technischen Planung. Erst jetzt werden weitere Fachplanungen langsam hinzugezogen.

"BIM is only for technical planning!" This thought can indeed arise when visualizing the integration of Building Information Modeling (BIM) into planning to date. In fact, however, this does not correspond to the core idea of BIM. BIM is a method with clear goals: to ensure effi cient and high quality collaboration between all those involved in a project through the systematic, interdisciplinary consolidation, storage and exchange of data and information. Specialist planning complements each other in the form of specialist models to form a common digital building model. This can be viewed, simulated and analyzed over all life cycles with their respective eff ects. Against this background, environmental and landscape planning must also be part of the BIM methodology. The quantity and quality of collisions between technical planning and nature and the environment can be determined more quickly in the digital model, so that joint interdisciplinary planning responses can be taken. The data-supported visualization of planning shows more clearly the interdependencies between the technical plans and their interaction. Solutions are found jointly, resulting in greater transparency and security in planning. Nevertheless, environmental and landscape planning is still in its infancy when it comes to the digital transformation process. Environmental planning offi ces are therefore often not currently in a position to work in a model-based manner. lt seems that the need to participate in digital planning has not yet really arrived. For this reason, the added value that unfolds through the application of the BIM method should be communicated more clearly by creating intrinsic curiosity. Nevertheless, it must also be taken into account that the transition from conventional to digital planning will be made step by step. The focus is currently on the building model of the technical planning. Only now are other specialized planning slowly being added.

doi.org/10.53184/STA10-2022-3