Steife Beläge werden so genannt, weil sich die Belagsstruktur aufgrund des hohen Elastizitätsmoduls der Deckschicht unter Belastung nur wenig durchbiegt. Ein starrer Belag besteht in der Regel aus einer PCC-Deckschicht, die entweder (1) auf dem Unterbau oder (2) auf einer darunter liegenden Tragschicht aufgebaut ist. Aufgrund seiner relativen Steifigkeit verteilt der Belag die Lasten über einen großen Bereich mit nur einer oder höchstens zwei Strukturschichten (siehe Abbildung 1).
Abbildung 1. Lastverteilung bei starren BelägenDieser Abschnitt beschreibt den typischen Aufbau eines starren Belags, der aus folgenden Schichten besteht:
Deckschicht
Dies ist die oberste Schicht, die aus der PCC-Platte besteht.
Tragschicht
Dies ist die Schicht direkt unter der PCC-Schicht und besteht im Allgemeinen aus Zuschlagstoffen oder stabilisiertem Untergrund.
Tragschicht
Dies ist die Schicht (oder Schichten) unter der Tragschicht. Eine Tragschicht ist nicht immer erforderlich und kann daher oft weggelassen werden.
Strukturelemente
Ein typischer starrer Fahrbahnaufbau (siehe Abbildung 2) besteht aus der Deckschicht und den darunter liegenden Trag- und Tragschichten (falls verwendet). Die Deckschicht (aus PCC) ist die steifste Schicht (gemessen am Elastizitätsmodul) und bietet den größten Teil der Festigkeit. Die darunter liegenden Schichten sind um Größenordnungen weniger steif, leisten aber dennoch einen wichtigen Beitrag zur Festigkeit des Belags sowie zur Entwässerung und zum Frostschutz.
Abbildung 2. Grundstruktur eines starren Belags
Deckschicht
Die Deckschicht ist die Schicht, die mit den Verkehrslasten in Berührung kommt und aus PCC besteht. Sie sorgt für Eigenschaften wie Reibung (siehe Abbildung 3), Ebenheit, Lärmschutz und Entwässerung. Darüber hinaus dient sie als Abdichtungsschicht für die darunter liegende Tragschicht, den Unterbau und das Planum. Die Dicke der Deckschicht kann variieren, liegt aber in der Regel zwischen 150 mm (6 Zoll) (bei leichter Belastung) und 300 mm (12 Zoll) (bei schwerer Belastung und starkem Verkehr). Abbildung 4 zeigt eine 300 mm (12 Zoll) dicke Deckschicht.
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Tragschicht
Die Tragschicht liegt unmittelbar unter der Deckschicht. Sie sorgt (1) für eine zusätzliche Lastverteilung, (2) trägt zur Entwässerung und Frostbeständigkeit bei, (3) bietet dem Belag eine gleichmäßige Unterstützung und (4) eine stabile Plattform für Baumaschinen (ACPA, 2001). Tragschichten tragen auch dazu bei, Bodenbewegungen im Unterbau durch das Pumpen von Platten zu verhindern. Tragschichten werden in der Regel aus folgenden Materialien hergestellt:
- Tragschicht aus Gesteinskörnung. Eine einfache Tragschicht aus zerkleinerten Zuschlagstoffen ist seit den frühen 1900er Jahren üblich und auch heute noch in vielen Fällen angemessen.
- Stabilisierte Zuschlagstoffe oder Erde (siehe Abbildung 5). Stabilisierungsmittel werden verwendet, um ansonsten lose Partikel aneinander zu binden und ihnen Festigkeit und Zusammenhalt zu verleihen. Mit Zement behandelte Tragschichten (CTBs) können bis zu 20 – 25 Prozent der Stärke der Deckschicht aufweisen (FHWA, 1999). Zementierte Tragschichten (CTBs), die in den 1950er und frühen 1960er Jahren verwendet wurden, neigten jedoch dazu, übermäßig viel Material zu verlieren, was zu Plattenrissen und Setzungen führte.
- Dense-graded HMA. In Situationen, in denen eine hohe Steifigkeit der Tragschicht erwünscht ist, können Tragschichten unter Verwendung einer HMA-Schicht mit dichter Körnung hergestellt werden.
- Durchlässiges HMA. In bestimmten Situationen, in denen eine hohe Steifigkeit der Tragschicht und eine ausgezeichnete Entwässerung erwünscht sind, können Tragschichten mit einem offen abgestuften HMA hergestellt werden. Neuere Forschungen deuten auf einige erhebliche Probleme bei der Verwendung von ATPB hin.
- Magerbeton (siehe Abbildung 6). Enthält weniger Portlandzementstein als ein typischer PCC und ist stärker als ein stabilisierter Zuschlag. Magerbetontragschichten (LCBs) können bis zu 25 – 50 Prozent der Deckschichtstärke aufweisen (FHWA, 1999). Eine Magerbetontragschicht funktioniert ähnlich wie eine normale PCC-Deckschicht und erfordert daher Arbeitsfugen und wird im Laufe der Zeit rissig. Diese Fugen und Risse können möglicherweise zu Reflexionsrissen in der Deckschicht führen, wenn sie nicht sorgfältig aufeinander abgestimmt sind.
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Tragschicht
Die Tragschicht ist der Teil des Straßenaufbaus zwischen der Tragschicht und dem Untergrund. Sie dient in erster Linie als strukturelle Unterstützung, kann aber auch:
- das Eindringen von Feinanteilen aus dem Unterbau in den Straßenaufbau minimieren.
- die Entwässerung verbessern.
- Schäden durch Frosteinwirkung minimieren.
- Eine Arbeitsplattform für den Bau bereitstellen.
Der Unterbau besteht im Allgemeinen aus Materialien geringerer Qualität als die Tragschicht, aber besser als der Unterbau. Geeignete Materialien sind Gesteinskörnungen und hochwertige Auffüllungen. Eine Tragschicht wird nicht immer benötigt oder verwendet.
Typen
Fast alle starren Beläge werden aus Portlandzementbeton (PCC) hergestellt. Starre Beläge werden nach ihrer Art der Risskontrolle in drei Hauptkategorien eingeteilt:
Gelenkbetonbelag (JPCP)
Dies ist die häufigste Art von starrem Belag. JPCP kontrolliert Risse, indem der Belag in einzelne Platten aufgeteilt wird, die durch Kontraktionsfugen getrennt sind. Die Platten sind in der Regel eine Fahrspur breit und zwischen 3,7 m und 6,1 m lang. Bei JPCP wird kein Bewehrungsstahl verwendet, wohl aber Dübel und Zugstangen.
Jointed Reinforced Concrete Pavement (JRCP)
Wie bei JPCP wird auch bei JRCP die Rissbildung durch die Unterteilung der Fahrbahn in einzelne, durch Schwindfugen getrennte Platten kontrolliert. Allerdings sind diese Platten viel länger (bis zu 15 m) als JPCP-Platten, so dass bei JRCP Bewehrungsstahl in jeder Platte verwendet wird, um die Rissbildung innerhalb der Platte zu kontrollieren. Dieser Fahrbahnbelag wird in den USA aufgrund einiger langfristiger Leistungsprobleme nicht mehr gebaut.
Durchgehend bewehrter Betonbelag (CRCP)
Bei dieser Art von starrem Belag wird zur Risskontrolle eher Bewehrungsstahl als Kontraktionsfugen verwendet. Risse entstehen in der Regel alle 1,1 – 2,4 m und werden durch den darunter liegenden Bewehrungsstahl zusammengehalten. FHWA Tech Brief.