Ursachenforschung zu Schäden an Lärmschutzwänden mit Vorsatzschale aus haufwerksporigem Leichtbeton

Abstract

Bei Lärmschutzwänden (LSW) aus Beton, die aus einer Vorsatzschale aus haufwerksporigem Leichtbeton (HPLB) im monolithischen Verbund mit einer gefügedichten Stahlbetontragschale bestehen, wurden diverse Schadensbilder festgestellt. Diese reichen von Rissen, Abplatzungen und Abwitterungen im HPLB der Vorsatzschale bis hin zum lokalen Ablösen und Herabfallen des HPLB von der Tragschale. Ziel des Forschungsvorhaben FE 15.0687/2020/HRB war es die Ursachen und Entstehungsmechanismen dieser Schäden umfassend zu analysieren, um eine schadensfreie und dauerhafte Qualitätssicherung von LS Elementen aus Beton mit Vorsatzschale aus HPLB zu gewährleisten. Dafür wurde der Bauwerkszustand von fünf LSW, bei denen charakteristische Schäden aufgetreten sind, dokumentiert und untersucht. Zudem wurden Materialstudien zum Einfluss der Zusammensetzung von HPLB auf die schadensrelevanten Materialeigenschaften durchgeführt. Die im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen ermittelten maßgeblichen Mechanismen für die Schadensentwicklung an LS-Elementen aus Beton mit einer JPLB- Vorsatzschale sind auf die folgenden Hauptfaktoren zurückzuführen: thermische Zwangs- und Eigenspannungen sowie unzureichender Frost-Taumittel-Widerstand der Materialien der Vorsatzschale, der durch eine hohe Wasseraufnahmekapazität und -speicherung der HPLB bedingt ist. Insbesondere bei HPLB aus überwiegend feinporigen Materialien (z.B. Quarzsand) besteht aufgrund ihrer ungünstigen hygrischen Eigenschaften und mangelnden Frost- Taumittel-Widerstandsfähigkeit für LS-Elemente aus Beton ein erhöhtes Schadensrisiko. Hinsichtlich der konstruktiven Ausführung von LSW aus Beton mit Vorsatzschale aus HPLB sollten Bauweisen vermieden werden, die einen zusätzlichen Wassereintrag begünstigen. Datei-Upload durch TIB Various types of damage have been identified in concrete noise barriers consisting of a facing shell made of lightweight, porous concrete in a monolithic bond with a joint-tight reinforced concrete load-bearing shell. These range from cracks, spalling and weathering in the lightweight, porous concrete of the facing shell to localized detachment and falling of the lightweight, porous concrete from the load-bearing shell. The aim of the FE 15.0687/2020/HRB research project was to comprehensively analyze the causes and development mechanisms of this damage in order to ensure damage-free and durable quality assurance of noise protection elements made of concrete with lightweight, porous concrete facing shells. To this end, the structural condition of five noise barriers in which characteristic damage had occurred was documented and examined. In addition, material studies were carried out on the influence of the composition of lightweight, porous concrete on the damage-relevant material properties. The main mechanisms for the development of damage to concrete noise protection elements identified in the present investigations can be attributed to the following main factors: thermal restraint and residual stresses as well as insufficient frost/de-icing agent resistance of the facing layer materials, which is caused by the high water absorption capacity and storage of the lightweight, porous concrete. There is an increased risk of damage for noise barriers elements made of concrete, particularly in the case of lightweight, porous concrete made predominantly of fine-pored materials (e.g. quartz sand) due to their unfavorable hygric properties and lack of resistance to freeze-thaw agents. With regard to the structural design of noise barriers made of concrete with a facing shell made of lightweight, porous concrete, construction methods that favor additional water ingress should be avoided.