Kombifaserbeton – Entwicklung einer rissfreien Bahnschwelle durch den Einsatz eines kombifaserbewehrten Hochfesten Betons

In der Praxis treten bei der Verwendung von Spannbetonschwellen immer wieder Risse, wie Längs-, Quer- oder Schwindrisse auf. Durch die Entwicklung eines kombifaserbewehrten Hochfesten Betons soll das Risiko einer Mikro- aber auch einer Makrorissbildung wesentlich gesenkt werden, wodurch die zu erwartende Lebensdauer von Betonschwellen deutlich erhöht werden kann.

Kurzbeschreibung

Ausgangssituation/Motivation

Als Teil des Eisenbahnoberbaus hat die Bahnschwelle die Aufgabe, die Belastungen der Schiene auf dem Gleisunterbau zu übertragen und die Einhaltung der Spurweite zu gewährleisten. Des Weiteren muss Sie ausreichend maßhaltig sein, der Witterung widerstehen und günstig in der Instandhaltung sein.

Neben Schwellen aus Holz, Stahl und Kunststoff, kommen ebenfalls häufig Spannbetonschwellen zum Einsatz. In der praktischen Anwendung hat sich gezeigt, dass bei Spannbetonschwellen häufig Risse auftreten. Als Ursache sind häufig Fehler bei der Herstellung, wie ein Aufbringen der Spannkraft bei noch ungenügender Betonfestigkeit oder in einer mangelhaften Mischungsrezeptur selbst, zu nennen. Durch ein Auftreten von Rissen wird der Widerstand der Schwellen gegenüber Umwelteinflüssen erheblich reduziert.

Bei den auftretenden Rissarten, wie etwa Längs-, Quer und Schwindrisse, kann grundsätzlich zwischen Makrorissen infolge einer unzureichenden Tragfähigkeit beziehungsweise einem mangelhaften Ermüdungsverhalten und Mikrorissen infolge von Schwindverformungen unterschieden werden. Alle Rissarten reduzieren die Dichtheit des Betons erheblich, wodurch der Widerstand gegenüber Umwelteinflüssen herabgesetzt wird und dementsprechend von einem erheblichen Sinken der Lebensdauer auszugehen ist.

Inhalte und Zielsetzungen

Durch die Verwendung eines zu entwickelnden kombifaserbewehrten Hochfesten Betons soll das Risiko zur Rissbildung wesentlich verringert werden. Dabei sollen zur Reduzierung von Schwindrissen sogenannte Mikrofasern und zur Senkung des Risikos der Rissbildung aus konstruktiven Gründen Makrofasern in Kombination Anwendung finden.

Durch die Reduzierung des Rissrisikos ist eine Erhöhung der Lebensdauer von Betonschwellen zu erwarten, was wiederum die Instandhaltungskosten minimieren würde. Des Weiteren ist durch die höheren Festigkeiten des zu entwickelnden Hochfesten Betons gegenüber üblichen Rezepturen für Schwellenbetone, eine Reduktion der benötigten Spannstahleinlage beziehungsweise eine Verringerung der für das Erreichen der erforderlichen Tragfähigkeit benötigten Schwellenhöhe erreichbar. Dementsprechend wäre ebenfalls mit diesem neuen Beton eine Senkung der Herstellungskosten von Betonschwellen möglich.

Ergebnisse und Zielsetzung

Bezüglich des Erst- und Nachrissverhaltens im statischen Biegezug-versuch konnte eine exzellente Performance des entwickelten Kombifaserbetons nachgewiesen werden. Die dynamischen Versuche zeigten den immensen Einfluss der eingebrachten Vorspannkraft auf die Tragfähigkeit der untersuchten Betonbalken.

Die dynamischen Versuche an Proben aus dem entwickelten kombi-faserbewehrten Beton im verkleinerten Maßstab zeigen eine Erhöhung der Tragfähigkeit bei niedrigen Vorspannkräften. Inwieweit eine Anwendung in der Praxis zielführend ist, muss anhand von weiter-führenden Untersuchungen an Bahnschwellen im Maßstab 1:1 abgeklärt werden.

Publikationen

Projektbeteiligte

Projektleitung

Dr.-Ing. Sandro Weisheit, Universität Innsbruck - Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften

Kontaktadresse

Universität Innsbruck - Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften
Dr.-Ing. Sandro Weisheit
Tel.: +43 (512) 507-6890
E-Mail: sandro.weisheit@uibk.ac.at