01.02.2018
Bild einer AKR-geschädigten Betonfahrbahndecke mit teilsanierten Bereichen. Erkennbar ist das typische AKR-Schadensspektrum von der Dunkelfärbung bis zu Ausbrüchen im Fugenbereich.

Bild einer AKR-geschädigten Betonfahrbahndecke mit teilsanierten Bereichen. Erkennbar ist das typische AKR-Schadensspektrum von der Dunkelfärbung bis zu Ausbrüchen im Fugenbereich.

Quelle: BAM, Fachbereich Baustoffe

In den letzten Jahren sind im deutschen Bundesautobahnnetz verstärkt Schäden an Betonfahr-bahndecken aufgetreten, die mit einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) in Verbindung gebracht werden. Die damit einhergehende oft drastische Reduzierung der Nutzungsdauer der Betonfahr-bahndecke führte zu einer starken Intensivierung der Forschung auf diesem Gebiet. Das Spektrum zahlreicher an der BAM laufender Forschungsvorhaben reicht dabei von der Analyse der AKR-Schädigungsmechanismen, der grundhaften Untersuchung zahlreicher Bundesautobahnabschnitte bis zur Entwicklung neuartiger AKR-Vermeidungsstrategien. Die Ergebnisse dieser im Auftrage bzw. in enger Kooperation mit der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) durchgeführten Forschungstätigkeiten fließen in das Regelwerk zur zukünftigen Vermeidung von AKR-Schäden an Betonfahrbahndecken ein.

Zusätzlich arbeitet die BAM gemeinsam mit der Ruhr-Universität Bochum (RUB), der Bauhaus Universität Weimar (BUW) und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in der seit 2012 laufenden DFG-Forschergruppe 1498. Sie verfolgt das globale Ziel, den Einfluss einer mechanisch induzierten Schädigung durch Verkehr und Klima (Ermüdungsbeanspruchung) auf den AKR-Schädigungsprozess zu klären. Die hierfür erforderliche Beschreibung der vielfältigen interagierenden Schädigungs- und Transportprozesse erfordert eine enge Verknüpfung von Experimenten mit einer mehrskaligen Modellierung. Ein wichtiger Forschungsaspekt ist hierbei u.a. die Analyse des Einflusses der zyklischen Schädigung und der AKR auf das mechanische Verhalten der Betonfahrbahndecke. Hierfür wurden großformatige Balken aus einem Fahrbahndeckenbeton mit einem erhöhten AKR-Schädigungspotenzial zyklisch vorgeschädigt. Die ermüdungsinduzierte Schadensevolution wurde hierbei mit einer in der BAM entwickelten neuartigen zerstörungsfreien Prüfmethodologie verfolgt. Die Entnahme kleinformatiger Prüfkörper aus den zyklisch vorgeschädigten großformatigen Balken bildet die Basis für aufbauende Untersuchungen.

So wurden die ermüdungsinduzierten Risse im Beton mit der 3D-Röntgen-Computertomografie visualisiert und quantifiziert. Zusätzlich durchgeführte AKR-provozierende Lagerungen kleinformatiger Betonprüfkörper ohne und mit mechanischer Vorschädigung belegen den fördernden Einfluss der Ermüdungsbeanspruchung auf den AKR-Schädigungsprozess im Fahrbahndeckenbeton. Vergleichende bruchmechanische Untersuchungen an kleinformatigen Prüfkörpern ohne und mit verschiedenartiger Vorschädigung belegen den signifikanten Einfluss der Ermüdung und der AKR auf die bruchmechanischen Parameter. Die hier gewonnenen Ergebnisse bilden die Grundlage für die mehrskalige Modellierung der verschiedenartigen Schädigungsprozesse im Fahrbahndeckenbeton.

Effects of fatigue loading and alkali-silica reaction on the mechanical behaviour of pavement concrete
A. Wiedmann, Frank Weise, E. Kotan, H. S. Müller, Birgit Meng
Structural Concrete, Volume 18, Issue 4, August 2017, Pages 539–549
BAM Abteilung Bauwerkssicherheit, Fachbereich Baustoffe