10:11 BAUPRAXIS

Artikelserie Tief- und Strassenbau (6/6): UHFB als Baustoff

Teaserbild-Quelle: FachWissenBau

Kompakt zusammengefasstes Wissen: Die sechsteilige Artikelserie basiert auf dem Nachschlagewerk «Baupraxis – der Tief- und Strassenbau». Der sechste Teil ist dem Thema Ultra-Hochleistungs-Faserbeton (UHFB) gewidmet.

Von Rolf Steiner und Tobias Frick

Einbau UHFB maschinell

Quelle: FachWissenBau

Maschineller Einbau von Ultra-Hochleistungs-Faserbeton.

Das Nachschlagewerk «Baupraxis – Der Tief- und Strassenbau» liefert zum Thema Tief- und Strassenbau umfassende, praxisnahe Informationen im Zusammenhang mit der Ausführung. Daneben bietet der Band weiterführende Inputs aus den Bereichen Bauwirtschaft Schweiz, Berufe des Bauhauptgewerbes, rechtliche Grundlagen und Normen, Beschaffungswesen, technische und kaufmännische Arbeitsvorbereitung, Bauablauf oder Terminplanung.

UHFB Einbaufertiger Abtaloschieren Nachbehandlung

Quelle: FachWissenBau

Abtaloschieren und Nachbehandlung des UHFB hinter dem Einbaufertiger.

Zukunftsorientierte Technologien und mögliche Beschleunigungsmassnahmen werden ebenfalls behandelt. Zudem liefert das Buch Tipps, wie sich Wissenslücken gleich einem Loch in der Strasse mit Inhalten und Fachwissen auffüllen lassen. Die dazugehörige sechsteilige Artikelserie behandelt ausgewählte Themenbereiche aus diesem Fachbuch. Die fünfte Folge behandelte das Kapitel grabenlose Bauverfahren (Baublatt Nr. 18/2021).

Vielseitig einsetzbar

Mit Ultra-Hochleistungs-Faserbeton (UHFB) können Tragwerke und Fer­tigteile mit deutlich geringeren Eigenlasten und Abmessungen produziert werden. Der Baustoff kann aber auch bei Instandsetzungen eingesetzt wer­den. Im Fokus stehen vor allem hochbeanspruchte Tragwerke, Kunstbauten und Brücken. UHFB ist vielseitig bei Neubauten, Instandsetzungen und Verstärkungen sowie bei nichtkonstruktiven Anwendungen einsetzbar (Tabelle 1).

Tief- und Strassenbauserie UHFB Folge 6 Tabelle 1

Quelle: FachWissenBau

Tabelle 1

Eigenschaften und Vorteile

Der Ultra-Hochleistungs-Faserbeton weist gegenüber konventionellen Sanierungsvarianten folgende Eigenschaften und Vorteile auf (Tabelle 2):

  • Durch die Dichtigkeit des Baustoffs kann auf die ursprüngliche Ab­dichtung verzichtet und gegebenenfalls die Betonüberdeckung redu­ziert werden.
  • UHFB weist wesentlich höhere Festigkeitswerte und eine höhere Dau­erhaftigkeit auf als herkömmlicher Beton.
  • Ein Teil der Druckbewehrung kann durch das Baumaterial übernom­men werden. Dies führt zu einer Reduktion des Bewehrungsgehalts und vereinfacht den Einbau.
  • Die Reduktion der Bauteildicke bringt eine deutliche Gewichtserspar­nis mit sich.
  • Der Verschleisswiderstand und die Resistenz gegen chemische Ein­flüsse wie Tausalz (im Zusammenhang mit Gefrieren und Auftauen) und Chlorid wird verbessert.
  • Der Einsatz von UHFB bei Brückensanierungen ersetzt die Abdich­tung mit Bundessiegel sowie übliche Guss- und Walzasphaltschichten. Durch die Reduktion der Arbeitsgänge werden nicht nur die Bau­zeiten verkürzt, sondern auch die wetterbedingt heiklen Arbeitstage reduziert.
  • Die Kosten für den Einsatz von UHFB sind höher. Die Einsparungen durch die Gewichtsreduktion im Vergleich zum konventionellen Auf­bau des Oberbaus wiegen diese Mehrkosten aber wieder auf. Bei Be­trachtung der Lebenszykluskosten fällt der UHFB sogar günstiger aus.

Tief- und Strassenbauserie UHFB Folge 6 Tabelle 2

Quelle: FachWissenBau

Tabelle 2

Beim Ultra-Hochleistungs-Faserbeton handelt es sich um einen relativ neuen Baustoff. Das Merkblatt SIA 2052 «Ultra-Hochleistungs-Faserbe­ton (UHFB) – Baustoffe, Bemessung und Ausführung» enthält die Vor­gaben für die Zusammensetzung des Baustoffs, die Bemessung und die Ausführung.

Hohe Packungsdichte

Der Baustoff UHFB besteht aus Zement, Zusatzstoffen, feiner Ge­steinskörnung, Wasser, Zusatzmitteln und feinen Kurzfasern. Durch den Einsatz von Mikrosilica, die Reduktion des Wasser-Zement-Werts (w/z-Wert), die Verwendung einer feinen Gesteinskörnung ohne Grob­zuschläge und die Zugabe von feinen Stahlfasern wird der Beton homo­gen und äusserst dicht. Das verleiht dem Material eine hohe Festigkeit in Bezug auf Druck-, Zug- und Biegezugkräfte, eine hohe Dauerhaftigkeit, Abriebfestigkeit und Schlagzähigkeit. Die hohe Packungsdichte führt aber dazu, dass sich dieser Baustoff sehr viskos (thixotropes Verhalten) verhält und nicht einfach zu verarbeiten ist.

UHFB unterscheidet sich deutlich von herkömmlichen Betonsorten und erfordert einen leistungsstarken Mischprozess, um die Mischzeit auf ei­nem wirtschaftlich vertretbaren Niveau zu halten. Zudem sind die Men­gen der einzelnen Komponenten mit Grosswaagen sehr präzise zu be­stimmen, und das Ausgangsmaterial muss vollständig trocken sein, um eine Verfälschung des Wasser-Zement-Werts zu verhindern. Das äusserst viskose Verhalten des Baumaterials erfordert eine stete und leistungsfä­hige Reinigung der Produktionsanlage.

UHFB Einbau maschinell

Quelle: FachWissenBau

Ultra-Hochleistungs-Faserbeton wird maschinell eingebaut.

UHFB Gleitschalungsfertiger Vibrationsnadeln

Quelle: FachWissenBau

Vibrationsnadeln des Gleitschalungsfertigers beim Einbau von UHFB.

Mobile Betonanlage UHFB

Quelle: Marti Gruppe

Mobile Betonanlage für Ultra-Hochleistungs-Faserbeton.

Jede Produktionsanlage – ob mobil oder fest installiert – muss dem je­weiligen Projekt angepasst gewählt werden. Die Einbaugeschwindigkeit wird durch die erbrachte Leistung der Anlage pro Stunde bestimmt. Durch die feinen Komponenten wird ein grösserer Füllgrad beim Mischer benötigt. Ein herkömmlicher Betonmischer von zwei Kubikmetern Frischbe­ton kann zirka 1,3 Kubikmeter frischen UHFB herstellen.

Vorbereitung des Untergrunds

Um eine möglichst optimale Verbundwirkung zwischen Untergrund und UHFB-Schicht zu erzielen, muss die Kontaktfläche mit Hochdruck­wasserstrahlen oder Sandstrahlen aufgeraut werden. Die erforderliche Rautiefe muss gemäss SIA-Merkblatt 2052 zwischen drei und fünf Millimeter be­tragen. Danach ist der Untergrund vor dem Einbau des UHFB gut zu reinigen und von losen Partikeln oder gar Fett- bzw. Ölrückständen zu befreien. Damit der frisch eingebrachte Baustoff dem Untergrund nicht Feuchtigkeit entzieht, muss die Oberfläche während mindestens zwei Tagen vor dem Einbau feucht gehalten werden.

Der Einbau von UHFB sollte möglichst kontinuierlich erfolgen. Auch die kurze Offenzeit von zirka 1,5 bis zwei Stunden beeinflusst die zur Ver­fügung stehende Zeit für den Transport vom Werk zum Einbauort. Aus diesem Grund muss auch dem Transport Beachtung geschenkt werden. Stockt der Einbauprozess wegen mangelnden Nachschubs, hat dies einen signifikanten Einfluss auf die Ebenheit der Oberfläche. Muss hingegen der Baustoff zu lange transportiert werden, kann sich eine sogenannte «Elefantenhaut» bilden.

Tief- und Strassenbauserie UHFB Folge 6 Tabelle 3

Quelle: FachWissenBau

Tabelle 3

Rascher Einbau notwendig

Der Einbau von UHFB kann sowohl von Hand als auch maschinell er­folgen. Der oben stehenden Tabelle 3 können die Leistungswerte der verschiedenen Produktions- und Einbauarten entnommen werden. Unabhängig davon hat der Einbau möglichst rasch und kontinuierlich zu erfolgen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Betonsorten können bei UHFB nachträglich keine kosmetischen Korrekturen mehr vorgenom­men werden. Die Vorteile eines maschinellen Einbaus mit einem Gleitschalungsferti­ger sind:

  • Grössere Kubaturen können innerhalb kürzerer Zeit verarbeitet wer­den, was eine Steigerung der Leistungsfähigkeit und der Effizienz bedeutet.
  • bessere Ebenheit und konstantere Schichtdicke durch 3-D-Steuerung des Fertigers (Qualitätssteigerung)
  • Einsparung von Arbeitsschritten durch Automatisierung
  • Ein Fertiger verfügt über die erforderliche Kraft, um die viskose Masse zu verarbeiten, und besitzt genügend Eigengewicht, um dem Auftrieb entgegenwirken zu können.

Beim Einbauzeitpunkt sollte darauf geachtet werden, dass nicht bei ho­hen Temperaturen (über 30 Grad Celsius) oder bei starker Sonneneinstrahlung ein­gebaut wird. Je nach Produktionsart und Gegebenheiten vor Ort ergeben sich unter­schiedliche Leistungswerte und Anforderungen an den Transport sowie den Einbau.

Nachbehandlung unerlässlich

Die Nachbehandlung von frisch eingebautem UHFB ist von höchster Be­deutung für die Qualität und noch elementarer als beim herkömmlichen Betonstrassenbau. Ein rasches Austrocknen des Materials ist unbedingt zu verhindern. Analog zum klassischen Betonbau werden üblicherweise folgende Massnahmen ergriffen:

  •  Aufsprühen eines Schutzfilms (Curing Compound)
  • Abdecken mit Plastikfolie und/oder nassem Jutetuch (sofort nach der Applikation ausführen)
  • Abdecken mit Thermomatten
  • leichte und stete Berieselung mit Wasser

Die Nachbehandlung sollte über eine Dauer von fünf bis sieben Tagen ausgeführt werden. Zudem sollte der frisch eingebaute UHFB vor schäd­lichen Erschütterungen geschützt werden, bis er eine genügende Festig­keit erreicht hat. Im Normalfall ist die eingebaute UHFB-Schicht nach zwölf bis 24 Stunden begehbar und nach 48 bis 60 Stunden befahrbar.

Geringe Kostenunterschiede

In der Tabelle 4 wird eine Brückensanierung auf herkömmliche Art und Weise der Variante mit UHFB gegenübergestellt. Verglichen werden der konstruktive Aufbau und die Kosten, wobei es sich um geschätzte Werte handelt.

Tief- und Strassenbauserie UHFB Folge 6 Tabelle 4

Quelle: FachWissenBau

Tabelle 4

Die Tabelle zeigt auf, dass sich die Kosten bei der Instandsetzung mit UHFB und die Kosten, die bei der herkömmlichen Bauweise entstehen, nicht gross unterscheiden. Dies hängt aber stark vom Projekt, dessen Geometrie und der eingebauten Schichtdicke des UHFB ab. Denn die Materialkosten des Ultra-Hochleistungs-Faserbetons belaufen sich auf zirka 2500 bis 4500 Franken pro Quadratmeter, bei Normalbeton im Vergleich auf etwa 120 bis 180 Franken pro Quadratmeter.

UHFB Einbau mobile Betonanlage

Quelle: Marti Gruppe

Einbau von UHFB mit Hilfe einer mobilen Betonanlage.

Produktion UHFB Stahlfasern

Quelle: Marti Gruppe

Beigabe von Stahlfasern während der Produktion von UHFB.

«Baupraxis – Der Tief- und Strassenbau»

Cover «Baupraxis – Der Tief- und Strassenbau»

Quelle: zvg

Buchcover «Baupraxis – Der Tief- und Strassenbau»

Im Verlag FachWissenBau ist ein praxisnahes Fachbuch und Nachschlagewerk zum Thema Tief- und Strassenbau in zwei Bänden erschienen. Das aufwendig gestaltete und reich illustrierte Werk der beiden erfahrenen Bauingenieure und Dozenten Rolf Steiner und Tobias Frick enthält eine umfassende Auslegeordnung über die Planung und Ausführung von Projekten im Tief- und Strassenbau. Es füllt als Lehrmittel und Fachbuch eine Lücke im vorhandenen Angebot und liefert umfassende Grundlagen für alle relevanten Themen in der praxisorientierten Bauausführung. In diesem Jahr ist dazu eine Beitragsserie im Baublatt mit ausgewählten Themenbereichen aus diesem Fachbuch erschienen.

Die beiden Autoren Rolf Steiner und Tobias Frick verfügen zusammen über mehr als 40 Jahre Berufserfahrung in der Planung und Ausführung von Infrastrukturprojekten in der Schweiz und im Ausland. Ihr beruflicher Werdegang führte sie in namhafte Planungsbüros und Unternehmungen wie Basler & Hofmann AG, Marti Gruppe und Walo Bertschinger AG. Ihre Erfahrungen in der Geschäftsführung und Projektleitung bringen sie in der Aus- und Weiterbildung an Hochschulen, am Campus Sursee und auch an der Baugewerblichen Berufsschule ein. (pd)

«Baupraxis – Der Tief- und Strassenbau» von Rolf Steiner und Tobias Frick, zweibändige Ausgabe, Schweiz, 536 Seiten, 1. Auflage, 2020, Verlag FachWissenBau GmbH, ISBN 978-3-9525139-1-0, 140 Franken, erhältlich bei www.fachwissenbau.ch

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