DE102019130907A1

DE102019130907A1 - Fahrbahnbelag

Info

Publication number: DE102019130907A1
Application number: DE102019130907.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Freilinger
Original assignee: Freilinger Beschichtungstechnik GmbH
Current assignee: Freilinger Beschichtungstechnik GmbH
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2020-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrbahnbelag aus Beton, welcher aus Zement und Zusatzmitteln gebildet ist, wobei der Beton ein rissheilendes Betonzusatzmittel und/oder ein Hydrophobierungsmittel enthält und wobei der Beton zudem Nanosilica enthält und/oder im Beton Edelstahlmatten eingegossen sind.

Description

Fahrbahnbelag und Verfahren zur Errichtung eines Fahrbahnbelags.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrbahnbelag sowie ein Verfahren zur Errichtung eines Fahrbahnbelags aus einer zementösen Zusammensetzung, welche Zusatzmittel enthält, welche die Langzeitstabilität der zementösen Zusammensetzung bzw. des Betons verbessert.
Insbesondere betrifft die Erfindung den Fahrbahnbelag einer Brücke bzw. einen Brückenbelag bzw. Brückenfahrbahnbelag und Fahrbahnbeläge von Parkgaragen, Parkhäusern und Tiefgaragen.
Als Brücke ist ein Bauwerk zu verstehen, das einen Aufbau aus Stahlbeton aufweist und als Deckschicht einen Fahrbahnbelag, sodass Fahrzeuge über die Brücke fahren können.
Parkgaragen, Parkhäuser und Tiefgaragen sind Bauwerke, welche Bodenplatten bzw. Böden aus Beton oder Stahlbeton aufweisen, auf welchen als Deckschicht ein Fahrbahnbelag aufgebracht ist.
Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, Fahrbahnbeläge aus Asphalt auszuführen, also aus einer Mischung umfassend einer zementösen Zusammensetzung und Bitumen, mit dem Nachteil der geringen Nutzungsdauer von ca. 25 Jahren. Ein Asphaltbrückenbelag kostet in der Errichtung ca. 80€/m². Zudem ist es bekannt, diese Beläge aus Beton auszuführen, welcher als Zuschlag Kunststofffasern oder Stahlfasern aufweist, um eine sehr harte Oberfläche zu schaffen, was aber aufgrund der aufwendigen Mischung und der enormen Kosten pro Quadratmeter von ca. 200€/m² nachteilig ist.
Die genannten Fahrbahnen insbesondere Brückenbelege sind relativ aufwendig in der Herstellung und dabei verschleißanfällig und/oder teuer. Wünschenswert wäre die Errichtung eines Fahrbahnbelags aus Beton. Beton hat jedoch den Nachteil, dass herkömmlicher Beton die Anforderungen an chemische Beständigkeit, Abriebfestigkeit, Wasserdichtheit und Rissüberbrückung nur unzulänglich erfüllt. Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Gebäude, Behausungen, Brückenköpfe, Brückenpfeiler, Hafenmolen, Staumauern, Abwasserkanäle, Tunnels, im Wasser stehende Fundamente oder andere Bauwerke aus Beton, bei welchen am Beton feuchtes Erdreich oder sogar Wasser ansteht, mit Dichtmittelzusätzen so zu modifizieren, dass Feuchtigkeit weder eindringen kann, noch eine erhebliche Durchfeuchtung des Festbetons erfolgt.
Bei den heute bekannten Dichtmittelzusätzen unterscheidet man überwiegend zwischen hydrophobierenden und kristallisierenden Dichtmittelzusätzen.
Hydrophobierende Dichtmittel enthalten zum Beispiel Erdalkalimetallsalze von Fettsäuren, durch welche die kapillare Wasseraufnahme des Betons reduziert wird. Beispielsweise richten sich bei der Verwendung von Calciumsteraten oder Calziumoleaten die Moleküle aufgrund ihrer tensidischen Struktur an den Oberflächen des Betons, also auch an den Innenflächen von Rissen oder Kapillaren so aus, dass die langen unpolaren Kohlenwasserstoffketten von den Festkörperoberflächen weggerichtet sind und sich die polaren Caboxylatgruppen an den Festkörperoberflächen anlagern. Hierdurch wird die Benetzbarkeit der Betonoberflächen deutlich reduziert.
Im Falle kristallisierender Dichtmittelzusätze erfolgt ein Zumischen von löslichen Carbonaten und organischen Säuren, wie zum Beispiel Weinsäure oder Fumarsäure zum Frischbeton. Diese Verbindungen führen zur Ausbildung von Kristallstrukturen in den Kapillaren des Betons, wodurch diese verschlossen werden und hierdurch das Eindringen von Wasser vermindert wird. Das Zuschließen von Rissen im Beton durch Kristallisation setzt jedenfalls das Vorhandensein von Wasser oder Feuchtigkeit voraus, sodass diese erst erfolgt, wenn der Kontakt mit Wasser erfolgt. Dies erklärt, dass diese Zusätze nur bei Beton vorgesehen sind, der ausreichend Kontakt mit Wasser bzw. Feuchtigkeit hat, wie beispielsweise Staunässe aus dem Erdreich.
Aus der EP2292568A ist ein verbesserter Dichtmittelzusatz zur Herstellung von zementösen Zusammensetzungen bzw. Beton bekannt, welcher auch im Bereich von Wasserbauten eine gute Abdichtung des Bauwerks gewährleistet und die Gefahr eines Durchfeuchtens des Betons vermindert, wobei beschrieben ist, dass Risse von bis zu 0,3 mm bei Wasserkontakt durch Kristallisation des Dichtzusatzmittels verschlossen werden.
Aus der AT 517528 B1 ist es bekannt den Fahrbahnbelag einer Tiefgarage aus Beton mit einer Schichtstärke von zumindest 2 cm zu errichten, wobei der Beton ein kristallines Abdichtungsmittel enthält.
Die WO 2017156206 A1 offenbart Komposit Glas-Fasern, welche mit Silica-Partikeln beschichtet sind. Die mit Silica-beschichteten Fasern können als Verstärkung von Beton verwendet werden.
Die WO 2009039234 A1 offenbart die Zugabe von expandierenden „Prepuff“-Partikeln, um die Rissbildung in der initialen Fase zu verhindern, wenn der Beton frisch gegossen ist.
Die WO 2015034805 A1 beschreibt allgemein Composite-Fasern.
Die US 2014090842 A1 beschreibt die Zugabe von Nanotubes zu einer zementösen Zusammensetzung.
Aufgabe der Erfindung ist es einen Fahrbahnbelag, insbesondere für Brücken oder Parkhäuser oder Tiefgaragen, bereit zu stellen, welcher aus Beton gebildet ist und bei geringen Errichtungskosten eine lange Nutzungsdauer erlaubt.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Fahrbahnbelag aus Beton vorgeschlagen, welcher aus Zement und Zusatzmitteln gebildet ist, wobei der Beton ein rissheilendes Betonzusatzmittel und/oder ein Hydrophobierungsmittel aufweist und wobei der Beton zudem Nanosilica enthält und/oder im Beton zumindest eine Edelstahlmatte eingegossen ist.
In einer ersten Ausführungsvariante wird vorgeschlagen den Fahrbahnbelag als eine Schicht Beton zu bilden, wobei im Beton Edelstahlmatten eingegossen sind und wobei der Beton ein rissheilendes Betonzusatzmittel und/oder Hydrophobierungsmittel aufweist.
In einer zweiten Ausführungsvariante wird vorgeschlagen den Fahrbahnbelag als eine Schicht Beton zu bilden, wobei der Beton ein rissheilendes Betonzusatzmittel und Additive zur Betonverdichtung in Form von Nanosilica beinhaltet.
Der Fahrbahnbelag wird bevorzugt als Fahrbahnbelag einer Brücke, einer Tiefgarage, eines Parkhauses oder eines Parkdecks verwendet.
Bevorzugt ist auch bei der ersten Ausführungsvariante Nanosilica im Beton enthalten.
Bevorzugt werden auch bei der zweiten Ausführungsvariante Edelstahlmatten in den Beton eingegossen.
Die erste Ausführungsvariante und zweite Ausführungsvariante können daher unabhängig voneinander umgesetzt werden, um einen verbesserten Fahrbahnbelag zu erhalten, oder vorteilhaft in Kombination.
Die Edelstahlmatten liegen insbesondere in Form von Edelstahlgittern vor.
Bevorzugt weisen die Edelstahlmatten eine Zugfestigkeit von mindestens 500nm auf.
Vorteilhaft ist, dass die Edelstahlmatten, welche eine Zugfestigkeit von mindestens 500 Nm aufweisen, das Ausmaß von auftretenden Rissen begrenzen, wobei das rissheilendes Betonzusatzmittel und/oder das Hydrophobierungsmittel dazu führen, dass die auftretenden Risse zuheilen, oder abgedichtet werden.
Bevorzugt begrenzen die Edelstahlmatten die Rissbildung auf ein Maß von kleiner 0,2 mm. Bevorzugt begrenzen die Edelstahlmatten die Rissbildung auf ein Maß von kleiner 0,1 mm, insbesondere kleiner 0,05 mm.
In einer Ausführungsvariante ist im Beton ein rissheilendes Betonzusatzmittel enthalten.
Das rissheilende Betonzusatzmittel ist bevorzugt ein kristallines Abdichtungsmittel.
Vorteilhaft verteilen die Edelstahlmatten auftretende Kräfte und verhindern so eine Rissbildung und/oder ein Wachsen von Rissen. Dadurch kann die Rissbildung sehr zuverlässig auf ein Maß begrenzt werden, welches durch die Rissheilungsmittel schließbar ist.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist ein Hydrophobierungsmittel enthalten.
Das Hydrophobierungsmittel liegt bevorzugt auf Silanbasis vor.
Bevorzugt sind zudem Additive zur Betonverdichtung beinhaltet.
In einer Ausführungsvariante beinhaltet der Beton zudem Composite-Fasern. Die Composite-Fasern sind bevorzugt kunststoffverstärkte Glasfasern. Die Composite-Fasern weisen bevorzugt dieselbe Dichte wie der Beton auf.
Bevorzugt wird auf eine Tragwerksplatte in einer Schichtstärke von bevorzugt 3-4cm ein Betonboden (=Verbundbeton) aufgebracht der ein rissheilendes Betonzusatzmittel und/oder ein Hydrophobierungsmittel und bevorzugt Additive zur Betonverdichtung (Opticrete 450/250) enthält, wobei in den Betonboden bevorzugt Edelstahlmatten mit einer Zugfestigkeit von zumindest 500 Nm eingegossen werden. Die Betonrezeptur ist bevorzugt auf einen C70/85 ausgelegt (geeignet für Zugspannungen von 6-8MPa). Es werden optional zusätzlich bis zu 27kg/m³ High Performance AR Glas-Composite Makrofasern mit einer Länge von 43 mm zur Verstärkung hinzugefügt. Falls überhaupt Risse entstehen heilen diese bis zu 0,4mm (bei nicht durchgehenden Rissen bis 0,5mm) bei Feuchtigkeit wieder zu (Selbstheilungseffekt). Es ist bekannt, dass die größten Zugspannungen (6-8N/mm²) beim Erhärten auftreten. Die dabei auftretenden Schwindspannungen bzw. möglichen Risse können von der Edelstahlmatten begrenzt werden und vom rissheilenden Betonzusatzmittel zugeheilt oder vom Hydrophobierungsmittel abgedichtet werden. Von der Tragwerksplatte ausgehende Risse (Rissbreitenbeschränkung von 0,3mm) werden bevorzugt durch die Edelstahlmatte verhindert oder in deren Ausmaß begrenzt und durch Feuchtigkeit zugeheilt oder gegenüber Feuchtigkeit abgedichtet. Solche Risse treten vor allem bei schlaff bewehrten Gebäuden oder Brücken auf. Bei Spannbetonbrücken sind keine bzw. nur sehr wenige Risse zu erwarten.
Die optional zusätzlich zugegebenen Composite Fasern haben eine stark rissbrückende Funktion, wobei diese in der Regel nicht erforderlich sind, da Risse von den Edelstahlmatten ausreichend begrenzt werden.
Bevorzugtes Herstellungsverfahren
Aufbauend auf einer Tragwerksplatte einer Brücke oder eines Gebäudes werden folgende Schritte gesetzt:

• Schritt 1: Untergrundvorbehandlung der Tragwerksplatte um eine Haftung des nachfolgenden Betonbelages zu bekommen; (u.a. Kugelstrahlen, zementöse Haftbrücke)
• Schritt 2: Einbau eines mit Zusatzmittel vergüteten Betonbodens in einer Schichtstärke von 3 cm bis max. 10cm. In der Praxis werden ca. 3 cm bis 4cm genommen werden, wobei in den Betonboden bevorzugt Edelstahlmatten eingegossen werden, welche auf der vorbehandelten Tragwerksplatte aufgelegt werden können.

Für einen laufenden Kristallisationseffekt durch ein rissheilendes Zusatzmittel braucht es ein gewisses Maß an Feuchtigkeit. In unseren Breitengraden regnet es genug sodass von einem ständigen Selbstheilungsprozess an Brücken ausgegangen werden kann. Bei überdachten Brücken oder Parkflächen sollte zumindest eine Reinigung mit Wasser zweimal im Jahr durchgeführt werden. Nachdem aber durch den normalen Straßenverkehr auch Feuchtigkeit auf den Brückenfahrbahnbelag gebracht wird ist auch bei überdachten Brücken von einem ständigen Selbstheilungsprozess auszugehen.
Schritt 1 besteht, wenn benötigt, in der Vorbehandlung des Untergrunds, welche in einer gründlichen Reinigung und Aufrauhung der Oberfläche des Betons oder Stahlbetons des Untergrunds insbesondere einer Tragwerksplatte besteht, um die Haftung des nachfolgenden Betonbelags zu verbessern. Zum Aufrauen wird der Untergrund bevorzugt gestrahlt, insbesondere durch Kugelstrahlen. Die Vorbehandlung umfasst weiters die Befeuchtung des Untergrunds mit ausreichend Wasser. Das Aufrauen und Befeuchten des Untergrunds hat sich in Versuchen als ausreichend herausgestellt, um eine ausgezeichnete Haftung des erfindungsgemäßen Betonbelags zu erreichen. Zur Vorbehandlung des Untergrunds eignet sich aber auch das Auftragen von Epoxidharz-Haftgrundierungen oder zementösen Haftgrundierungen.
Schritt 2 besteht im Auftrag des Betons auf den Untergrund mit einer Schichtstärke von mindestens 3 cm, bevorzugt mit einer Schichtdicke von 3 cm bis 10 cm, wobei bevorzugt Edelstahlmatten in den Beton eingegossen werden.
Vorteile des erfindungsgemäßen Belags:

• Hell, dadurch erhöhte Verkehrssicherheit
• höchste mechanische Belastbarkeit durch eine dicke Verschleißschicht aus Beton (speziell im Winter bei eventuellen Spikereifen)
• Optimaler Schutz gegen Chloridmigration
• geprüft nach EN ISO 2812-1, Beständigkeit gegen Dieselkraftstoffe, Benzin und Motorenöl
• Kein Abblättern da mit Beton durch chemische Reaktion verbunden,
• Nachhaltig und günstiger als Bitumenabdichtung mit nachfolgenden Asphaltschichten
• rissüberbrückend durch Selbstheilung bis 0,5mm
• umweltfreundlich, ungiftig, in Entsorgung unproblematisch

Betonzusatzmittel
Die Rezeptur wird bevorzugt durch spezielle Silica optimiert, um nicht nur einen rissheilenden Beton, sondern auch einen sehr dichten Beton zu erreichen. Dadurch kann der Elektrolytwiderstand des Betons zunehmen. Bei hohem Silica-Staub Gehalten ist die Korrosionswahrscheinlichkeit deshalb gering, weil die geringe elektrolytische Leitfähigkeit höhere Korrosionsraten praktisch ausschließen.
Für die Rissheilung wird ein Betonzusatzmittel der Betocrete C-Serie und ein Betonzusatzmittel für die Verdichtung verwendet. Zur Schließung der Kapillaren des Betons wird ein kolloidales Silica von Opticrete verwendet. Die kolloidalen Silica haben eine sehr hohe spezifische Oberfläche von 250 bis 500m²/g und eine sehr hohe Wasserbindekapazität.
Die kolloidalen Silica werden bevorzugt in Form einer alkalischen wasserbasierten Flüssigkeit mit 50% Feststoffanteil zugegeben. Alternativ können die Silica in einer mit Aluminat modifizierten wasserbasierten Flüssigkeit mit 15% Feststoffanteil enthalten sein.
Die amorphen Silica Partikel sind negativ geladen und sind so strukturiert, dass sie die Reaktivität der Flüssigkeit unterstützen. Die Flüssigkeit ist weißlich und fast so viskos wie Wasser. Bei Betonanwendungen funktioniert das kolloidale Silica ausgesprochen gut als Stabilisierer und Beschleuniger. Zudem wird die Betonmischung dadurch ausgesprochen beständig, verdichtet, stabil und das ganze freie Wasser gebunden. Die kolloidalen Silica Partikel reagieren vollständig mit dem freien Calcium Hydroxid, welches bei der Zementhydratation entsteht, um CSH (Calcium Silikat Hydrat) Verbindungen auszubilden. Diese Verbindungen verstärken die Dichte der Zementpaste, die Struktur zwischen den Gesteinskörnern und eliminieren das überschüssige Wasser. Bei selbstverdichtenden Betonen wird die Entmischung kontrolliert als auch das Betonbluten verhindert, sodass die Mischung stabil und bearbeitbar bleibt.
Zusätzlich werden bevorzugt geeignete Hochleistungsfließmittel zugegeben. Bevorzugt wird ein niedriger w/b-Wert (Wasserbindemittelwert). Bevorzugt werden Fließmittel auf Polycarboxylatbasis zugegeben.
Rissverhalten und Einsatz von speziellen Composite Fasern
Die optional verwendeten Composite Glasfasern haben im Gegensatz zu PPE (Kunststoff) Fasern den Vorteil, dass diese die gleiche Dichte wie Beton haben, daher verklumpen sie nicht und sind leichter zu verarbeiten. Auch ist das E-Modul um ein Vielfaches höher als bei PPE Fasern (43 bis 72 GPa im Gegensatz zu 1,5 bis 9,5 GPa) und auch höher als vom Beton selbst (Beton 30-40 GPa).
Die Zugfestigkeiten der Composite Fasern ist mit 1700 MPa sehr hoch.
Die verwendeten Composite Fasern zeigen bei der gewählten Dosierung und Betonklasse im Nachrissbiegezugversuch ein erhärtendes Nachrissverhalten, so dass man hohe Nachrissbiegezugfestigkeiten selbst bei höheren Rissbreiten gewährleisten kann. (fr1m bei 0,5mm Rissbreite=6,93 MPa und fr3m bei 2,5mm =7,95 MPa)
In einer Ausführungsvariante wird vorgeschlagen den Fahrbahnbelag als eine Schicht Beton mit einer Schichtstärke von zumindest 2 cm zu bilden, wobei der Beton ein kristallines Abdichtungsmittel enthält, welches bei Kontakt mit Wasser zu einer Kristallisation führt, wobei die Kristallisation mit Volumenzuwachs erfolgt, was zum Verschluss von Hohlräumen und Rissen führt und der Beton zudem Silica, insbesondere Nanosilica enthält, wobei im Fahrbahnbelag bevorzugt Edelstahlmatten eingeschlossen sind. Durch diese Kombination ergibt sich ein Betonbelag mit ausgezeichneter Oberflächenhärte und somit guter Abriebfestigkeit, der durch das kristalline Abdichtungsmittel zusätzlich Rissheilungseigenschaften aufweist. Durch diese Kombination kann eine lange Nutzungsdauer von bevorzugt über 50 Jahren erreicht werden. Bevorzugt weist der erfindungsgemäße Fahrbahnbelag, insbesondere Brückenbelag, keine Bewährung auf, welche mit dem darunterliegenden Bauwerk verbunden ist, beispielsweise in eine darunterliegende Stahlbetonschicht eingegossen ist.
Optional enthält der Beton zudem Composite-Fasern.
Weniger bevorzugt ragt die Bewährung einer Stahlbetonbrücke in den erfindungsgemäßen Brückenbelag. Dies wird erreicht, indem Bewährungselemente aus der Konstruktion der Stahlbetonbrücke nach oben herausragen und der erfindungsgemäße Brückenbelag um und über diese Bewährungselemente aufgebracht wird. In diesem Fall weist der erfindungsgemäße Fahrbahnbelag bevorzugt eine Überdeckung von mindestens 3 bevorzugt mindestens 5 cm auf. Die Überdeckung gibt an, mit welchem Ausmaß der Fahrbahnbelag die Bewährungselemente überragt bzw. überdeckt, also den Abstand von den Bewährungselementen zur Oberfläche der Fahrbahn.
Der erfindungsgemäße Fahrbahnbelag weist bevorzugt eine Gesamtdicke von mindestens 3 cm auf, besonders bevorzugt zwischen 3 und 20 cm, insbesondere zwischen 3 und 10 cm.
Vorteilhaft an der gegenständlichen Erfindung ist die Verwendung von herkömmlichem Beton als Basis für den Fahrbahnbelag, welcher einen kostengünstigen und einfach zu handhabenden Baustoff darstellt. Beton hat gegenüber Asphalt den Vorteil, dass dieser hell, bis hin zu weiß vorliegen kann und daher beliebig einfärbbar ist. Durch Verwendung des bevorzugt farblosen, bzw. durchsichtigen kristallinen Abdichtungsmittels wird die Optik des Betons nicht verändert bzw. beeinträchtigt. Vorteilhaft ist zudem, dass kristalline Rissüberbrückung über die gesamte Schichtdicke des Betonbelags erfolgt, was zur Folge hat, dass die Betonschicht bis hinunter zur Edelstahlmatte als Verschleißschicht ausgeführt ist. Besonders vorteilhaft ist, dass der Fahrbahnbelag als eine Schicht in einem Arbeitsgang aufgebracht werden kann.
Das Betonzusatzmittel für den erfindungsgemäßen Betonbelag enthält bevorzugt ein kristallines Abdichtungsmittel, welches bei Kontakt mit Wasser zu einer Kristallisation führt, wobei durch die Kristallisation ein Volumenzuwachs entsteht, welcher zum Verschluss von Hohlräumen und Rissen führt.
Besonders bevorzugt wird als Betonzusatzmittel ein flüssiges kristallines Abdichtungsmittel der SCHOMBURG GmbH mit dem Markennamen Betocrete® C-Series, insbesondere Betocrete C16 oder Betocrete C21 verwendet. Dabei handelt es sich um eine wässrige Salzlösung mit Metallseifen, enthaltend Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat oder Lithiumcarbonat.
Diese kristallinen Abdichtungsmittel sind unter anderem in der EP 2292568 A beschrieben, deren Inhalt in den folgenden Absätzen zusammengefasst ist.
Der bevorzugte Dichtmittelzusatz für zementöse Zusammensetzungen enthält demnach wenigstens ein synthetisches und/oder natürliches Wachs in wässriger Dispersion oder Emulsion. Unter „Wachs“ oder „Wachsen“ werden im Rahmen der Beschreibung der EP 2292568 A tierische und pflanzliche Wachse verstanden, zu denen zum Beispiel auch Lipide zählen. Die Hauptkomponenten solcher Wachse sind Ester von Fettsäuren mit langkettigen, aliphatischen, primären Alkoholen, den so genannten Wachsalkoholen. Weiterhin werden unter „Wachsen“ im Sinne der EP 2292568 A beispielsweise auch Jojobaöl oder ähnliche Substanzen verstanden, die nicht aus Triglyceriden bestehen und damit keine fetten Öle sind, sondern chemisch betrachtet flüssige Wachse darstellen. Darüber hinaus sind „Wachse“ im Sinne der EP 2292568 A auch synthetische Wachse, die hauptsächlich aus Erdöl gewonnen werden und die zum Beispiel aus Paraffin bzw. Hartparaffin bestehen. Schließlich sind „Wachse“ im Sinne der EP 2292568 A auch natürliche Wachse, die chemisch modifiziert oder vollständig synthetisiert wurden, wie zum Beispiel Polyethylene oder Copolymere oder beispielsweise auch aus Soja durch Hydrierung gewonnenes Sojawachs. Bevorzugt enthält das bzw. die Wachse, welche bei der Herstellung des vorteilhaften Dichtmittelzusatzes zur Verwendung kommen, wenigstens einen Ester höherer aliphatischer Fettsäuren, welche vorzugsweise C30 - C34 Alkohole aufweisen. Der vorteilhafte Dichtmittelzusatz enthält darüber hinaus bevorzugt auch wenigstens ein wasserlösliches oder in Wasser dispergierbares Metallsalz der C8 - C34 Fettsäuren. Vorzugsweise handelt es sich bei dem oder den Metallsalzen der C8 - C34 Fettsäuren um Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und Aluminiumsalze. Besonders bevorzugt werden dabei aus der Gruppe der wasserlöslichen oder dispergierbaren Metallsalze der C8 - C34 Fettsäuren ausgewählt, wie zum Beispiel Kaliumcaprylat, Kaliumcaprinat, Calciumlaurat, Natriummyristat, Natriumpalmitat, Kaliumoleat, Lithiumstearat, Natriumstearat, Kaliumstearat, Calciumstearat, Magnesiumstearat, Aluminiumdi- und -tristearat.
Der vorteilhafte Dichtmittelzusatz erhält bevorzugt zusätzlich zu einer oder allen vorstehenden Komponenten auch wasserlösliche Carbonate. Durch die Zugabe solcher Carbonate wird der Effekt einer Rissheilung bei Wasserkontakt erzielt, was bislang speziell bei Wasserbauten vorteilhaft genutzt wurde.
Die zugegebenen wasserlöslichen Carbonate dienen dabei im Festbeton als Carbonatquellen, aus denen bei einem Wassereintritt durch Risse oder Kapillaren Carbonationen in Lösung gehen und in die Risse und Kapillaren eindiffundieren. Dort erfolgt eine Carbonatisierung und damit ein Verschluss der Risse oder der Kapillaren.
Besonders bevorzugt sind die wasserlöslichen Carbonate und Hydrogencarbonate ausgewählt aus einer Gruppe welche Alkalikarbonate und Ammoniumkarbonate, wie zum Beispiel Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kaliumcarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Lithiumcarbonat, Lihtiumhydrogencarbonat und Ammoniumcarbonat, Ammoniumhydrogencarbonat sowie Kombinationen hiervon und dergleichen umfasst.
Bevorzugt ist Alkalikarbonat mit einem Anteil von 10-25 Gew.% im kristallinen Abdichtungsmittel enthalten.
Bevorzugt wird dem angemachten Beton, oder bereits dem Anmachwasser das kristalline Abdichtungsmittel in flüssiger Form mit einer Masse von 2 bis 3 % bezogen auf die Masse der Zementformulierung zugesetzt, mindestens jedoch 7 kg pro m³ des angemachten Betons.
Als Beton eignet sich beispielsweise Standardbeton wie C30/37 oder bevorzugt C70/85.
Bevorzugt wird als Zement CEM II verwendet, besonders bevorzugt CEM II/A-S oder CEM II/A-V. CEM II/A-V ist Portlandzement mit einem Flugascheanteil von 6 bis 20% und 0-5% Nebenbestandteilen. CEM II/A-S ist Portlandzement mit einem Hüttensandanteil (granulierte Hochofenschlacke) von 6 bis 20% und 0-5% Nebenbestandteilen.
Dem Beton ist bevorzugt zusätzlich zum kristallinen Abdichtungsmittel Nanosilica zugesetzt. Des Weiteren können weniger bevorzugt Luftporenbildner zugesetzt sein.
Das Nanosilica wird in Form von Nanopartikeln bevorzugt als Kolloid zugesetzt. Bevorzugt weist das Nanosilica eine Oberfläche von mindestens 250 m²/g auf. Als Nanosilica eignet sich insbesondere Opticrete Silica 250 A oder Opticrete Silica 450 A erhältlich bei der Firma Freilinger Beschichtungstechnik GmbH. Bevorzugt weist das Nanosilicat eine mittlere Partikelgröße von 4nm bis 6nm, besonders bevorzug 5nm auf.
Das Nanosilica schließt Kapillaren des Betons. Das Nanosilica reagiert mit freiem Calziumhydroxid und bindet freies Wasser des Betons. Vorteilhaft wird durch das Nanosilica auch der Elektrolythwiderstand erhöht, was eine Oxidation von Bewährungsmitteln verhindert bzw. verlangsamt. Der erfindungsgemäße Belag schützt somit die Bewährung.
Die Verwendung von Nanosilica und von kristallinen Abdichtungsmitteln ist zwar in gewisser Weise ein Widerspruch in sich, da Nanosilica freies Calziumhydroxid bindet, aber das kristalline Abdichtungsmittel freies Calziumhydroxid benötigt, damit Risse im Beton zuheilen können. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass durch Verwendung beider Mittel ein sehr harter und somit verschleißbeständiger Beton resultiert, der dennoch die Fähigkeit zur Rissheilung aufweist.
Bevorzugt wird das Nanosilica in einem Anteil von 0,5-5 Gew% des Zements zugegeben.
Besonders bevorzugt wird das Nanosilica in einem Anteil von 0,5-3 Gew% des Zements zugegeben.
Bevorzugt wird das Nanosilica mit einer Masse von 0,5 bis 5 % bezogen auf die Masse der Zementformulierung zugesetzt.
Bevorzugt erfolgt das Anmachen des Betons dadurch, dass zuerst Zement mit Anmachwasser vermengt wird und das kristalline Abdichtungsmittel bereits dem Anmachwasser zugesetzt ist oder danach in flüssiger Form dem bereits angemachten Zement zugesetzt wird.
Die Zugabe von Nanosilica erfolgt bevorzugt als Kolloid das als Flüssigkeit dem angemachten Zement zugegeben wird, bevorzugt nachdem das kristalline Abdichtungsmittel zugegeben wird. Bevorzugt wird das Nanosilica dem Beton zugegeben, wenn alle anderen Bestandteile bereits gut vermischt sind.
Die Edelstahlmatten sind bevorzugt vollständig im Beton des Fahrbahnbelags eingeschlossen.
Die Edelstahlmatten ragen bevorzugt nicht in den darunterliegenden Boden bzw. Schicht des Bauwerks.
Bevorzugt weisen die Edelstahlmatten eine Gitterstruktur auf. Bevorzugt eine Gitterstruktur mit rechteckigen, insbesondere quadratischen, Maschen. Beispielsweise können die Maschen mit 10x10 cm vorliegen. Bevorzugt sind die kürzeren Seiten der rechteckigen Maschen, oder beide Seiten der quadratischen Maschen, zumindest 5 cm lang, bevorzugt zumindest 8cm.
Bevorzugt sind die Edelstahlmatten aus Stahlstäben mit einem Durchmesser von zumindest 2 mm, besonders bevorzugt zumindest 4 mm, gebildet. Bevorzugt sind die Edelstahlmatten aus Stahlstäben mit einem Durchmesser von maximal 8 mm, besonders bevorzugt maximal 6 mm, gebildet.
Bevorzugt werden die Edelstahlmatten nur an jenen Stellen verlegt in denen eine Verstärkung erforderlich ist.
Solche Stellen können bevorzugt mit Hilfe von Computersimulationen berechnet werden. Die Stellen können auch Aufgrund von Erfahrungen und örtlichen Gegebenheiten beim Errichten des Belags bestimmt werden.
Bei der Platzierung des erfindungsgemäßen Fahrbahnbelags auf einem Untergrund oder auf bestehenden Böden, beispielsweise bei Sanierung von bestehenden Böden bzw. Straßenbelägen oder Brücken, werden die Edelstahlmatten bevorzugt an jenen Stellen platziert, an denen der Untergrund bzw. der bisherige Boden Spannungsrisse aufweist.
Bevorzugt werden Edelstahlmatten an Sollbruchstellen des Belags platziert.
Bevorzugt wird zumindest eine Edelstahlmatten mit einer Breite von zumindest 50 cm verwendet.
Bevorzugt werden mehrere Edelstahlmatten verwendet.
Bevorzugt erstrecken sich die Edelstahlmatten in Summe über zumindest 10 % der Gesamtfläche des erfindungsgemäßen Belags.
Besonders bevorzugt erstrecken sich die Edelstahlmatten in Summe über zumindest 20 % der Gesamtfläche des erfindungsgemäßen Belags.
Bevorzugt erstrecken sich die Edelstahlmatten in Summe über maximal 50 % der Gesamtfläche des erfindungsgemäßen Belags.
Bevorzugt erfolgt das Platzieren der Edelstahlmatten im Belag indem die Edelstahlmatten auf den Untergrund aufgelegt werden und mit dem Beton der gegenständlichen Erfindung übergossen werden.
Bevorzugt liegt eine Überdeckung der Edelstahlmatten im Ausmaß von zumindest 2 cm bevorzugt 3 cm vor.
Bevorzugt weisen die Edelstahlmatten Korrosionswiderstandsklasse II auf.
Bevorzugt weisen die Edelstahlmatten eine Streckgrenze von mindestens 500 N/mm² auf.
Bevorzugt ist die unter dem erfindungsgemäßen Belag befindliche Schicht ein Tragwerksbeton. Bevorzugt liegt der erfindungsgemäße Belag als Aufbeton am Tragwerksbeton vor.
Weniger bevorzugt ist es auch möglich, eine gesamte Brücke aus dem Material des erfindungsgemäßen Betonbelags herzustellen und zwar bereits im Zuge der Betonierarbeiten bei Errichtung des Bauwerks, sodass die Brückenkonstruktion selbst den erfindungsgemäßen Fahrbahnbelag bildet. Nachteilig daran sind die höheren Kosten, da anstelle eines zumindest 3 cm dicken Fahrbahnbelags die gesamte Brücke mit dem kristallinen Abdichtungsmittel dem Nanosilica und den bevorzugten Composite-Fasern zu versehen wäre.

1: zeigt als technischen Nachweis ein Nomogramm aus der Dissertation Semiprobabilistisches Nachweiskonzept zur Dauerhaftigkeitsbemessung und -bewertung von Stahlbetonbauteilen“ von Dr. Rahimi bei Prof. Gehlen an der TU München, BAW (Anhang D, Seite 202), 2016.

1 zeigt ein Nomogramm bei 4 cm Schichtstärke, XD3, Zuverlässigkeitsindex von 0,5=31% Wahrscheinlichkeit von Korrosion, Alterungsexponent je nach Zementart zwischen 0,4 (CEM2A/S) bis 0,6 (CEM2 A/V), 100 Jahre Beständigkeit); Für Fahrbahnflächen bzw. dem Straßenverkehr ausgesetzte Flächen sind für Süddeutschland 3% Oberflächenchloridkonzentration anzunehmen, für Norddeutschland mit 2% etwas geringer; Bei Flächen die zugänglich und auf Risse zu kontrollieren sind, ist ein Zuverlässigkeitsindex von 0,5 anzunehmen bzw. zulässig.
Die Überdeckung im Nomogramm als auch die Zementart kann entweder Vorgabe vom Bauwerk sein oder auch bewusst gewählt werden. Für die erfindungsgemäße Betonrezeptur wurde der Chloridmigrationskoeffizienten nach BAW Testverfahren bestimmt, um im Nomogramm den technischen Gesamtnachweis erbringen zu können.
Abhängig von der Zementart als auch vom w/b Wert ergeben sich für den rissheilenden mit kolloidalen Silica verstärkten Beton-Fahrbahn- und/oder Brückenbelag ein Chloridmigrationskoeffizient von 3,4; (zum Vergleich: reine CEM 1 Zementrezepturen haben einen Chloridmigrationwert von 17-19); Somit ist die gegenständliche Rezeptur bei einem 40mm starken Betonbelag selbst bei 5% Oberflächenchloridkonzentration (worst case) immer noch weit unter dem im Nomogramm geforderten Wert von 6. (bei 3% Oberflächenchloridkonzentration ist der geforderte Wert bei 9)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2292568 A [0011, 0058, 0059]
AT 517528 B1 [0012]
WO 2017156206 A1 [0013]
WO 2009039234 A1 [0014]
WO 2015034805 A1 [0015]
US 2014090842 A1 [0016]

Claims

Fahrbahnbelag aus Beton, welcher aus Zement und Zusatzmitteln gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Beton ein rissheilendes Betonzusatzmittel und/oder ein Hydrophobierungsmittel aufweist und wobei der Beton zudem Nanosilica enthält und/oder im Beton zumindest eine Edelstahlmatte eingegossen ist.
Fahrbahnbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beton ein rissheilendes Betonzusatzmittel in Form eines kristallinen Abdichtungsmittels enthält, welches bei Kontakt mit Wasser zu einer Kristallisation führt, wobei die Kristallisation mit Volumenzuwachs erfolgt, was zum Verschluss von Hohlräumen und Rissen führt und der Beton zudem Nanosilica enthält.
Fahrbahnbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, im Beton zumindest eine Edelstahlmatte eingegossen ist.
Fahrbahnbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Beton zumindest eine Edelstahlmatte eingegossen ist und die Edelstahlmatte eine Zugfestigkeit von mindestens 500 Nm aufweist.
Fahrbahnbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehre Edelstahlmatten im Beton eingeschlossen sind, wobei die mit Edelstahlmatten bewährte Fläche zumindest 10% der Fläche des Fahrbahnbelags einnimmt.
Fahrbahnbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Schichtstärke von 3-10 cm aufweist.
Fahrbahnbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zement CEM II/A-V oder CEM II/A-S ist.
Fahrbahnbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass kristallines Abdichtungsmittel mit 2 bis 3 Gew.% des Zements enthalten ist.
Fahrbahnbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Nanosilica mit 0,5 bis 3 Gew.% des Zements enthalten ist.
Fahrbahnbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass kristallines Abdichtungsmittel in Form einer wässrigen Salzlösung mit Metallseifen, welche ein Alkalikarbonat enthält, dem Beton zugegeben ist.