Neben der Weiterentwicklung von bautechnologischen Prozessen sind es vor allem baustofftechnologische und verfahrenstechnische Innovationen, die mittels Mess- und Kommunikationstechnik analog der Ansätze von Industrie 4.0 erlauben, die hintereinander ablaufenden Produktions- und Logistikprozesse digital zu erfassen und zu bewerten. So soll künftig die immer stärker eingeforderten Prozesssicherheiten aller Teilprozesse und der Qualitätsanforderungen an eine leistungsfähige und langlebige Betonfahrbahn gewährleistet werden.
Vernetzungskonzept für die Baustelle einer Betonfahrbahn. Grafik: © ISYS Universität Stuttgart/ Patric Skalecki
Im Projekt Betonfahrbahn 4.0 werden zur erfolgreichen Umsetzung der adressierten Entwicklungen folgende Forschungsschwerpunkte gesetzt:
- Die allgemeine, interdisziplinäre Analyse der heute im baupraktischen Einsatz befindlichen Prozesskette der Betonfahrbahnherstellung, um vorhandene Schwachstellen, Problembereiche und Fehlerquellen zu identifizieren, die im Rahmen des Vorhabens durch innovative neue Technologieansätze oder durch Prozessanpassungen und –Optimierungen zu vermeiden sind.
- Die technologische Weiterentwicklung der Mischtechnik im Sinne einer rheologiegestützten Mischprozessführung, um zielsicher robuste und gleichförmige Frischbetone für den Unterbeton und den Oberbeton der Fahrbahn auch bei den üblichen Schwankungen der Eigenschaften der Ausgangsstoffe (leichte Verschiebungen der Korngrößenverteilung, Feuchteschwankungen der Gesteinskörnung, Temperatureinflüsse aus Witterung etc.) bereitstellen zu können. Dies für herkömmliche Waschbetonoberflächen sowie für andere lärmarme Oberflächen
- Der Einsatz von Logistikprozessen, um die in ihrer Konsistenz gleichbleibenden Betone beim ein- wie auch zweilagigen Einbau mit dem Gleitschalungsfertiger bedarfsgerecht ablegen zu können
- Die Verbesserung der Grundebenheit des ein- bzw. zweilagigen Fahrbahnbetons mittels am Fertiger zu integrierender Messtechnik, deren Qualität mittels eines hoch auflösenden 3D-Laserscanns überprüft werden soll
- Die Sicherstellung einer hohen Ebenheit der Unterlage der Betonfahrbahn wie auch der fertigen Oberfläche der Fahrbahndecke im Wellenlängenbereich von ca. 0,5 bis 50 m
- Die zuverlässige Herstellung einer Waschbetonoberfläche durch eine auf zerstörungsfreier Messung mittels Ultraschall basierenden Feststellung der erforderlichen Steifigkeit des erstarrten und festigkeitsbildenden Betons für das sichere Bürsten der Fahrbahnoberfläche
- Die zuverlässige Identifizierung des geeigneten Festigkeitszustands des Fahrbahnbetons zur zeitgerechten Ausführung des Fugenschnitts in Quer- und Längsrichtung mittels Ultraschall-Messverfahren
- Die Integration von Mess- und Kommunikationstechnologien zur digitalen Vernetzung aller Prozessschritte der Herstellung von Betonfahrbahnen und der Zusammenführung und Bewertung aller Prozessdaten
- Die Prozessüberwachung zur Realisierung prozessverlaufsabhängiger Einflussnahme zur Optimierung der Einbauqualität des Fahrbahnbetons und zur Sicherstellung einer hohen Dauerhaftigkeit
- Die spätere Nutzbarmachung von Zustandsinformationen der Betonfahrbahn (ZEB) im laufenden Betrieb entsprechend der Vorgaben des Bundesverkehrswegeplans 2030
- Mögliche Nutzung dieser Systeme auch zur Herstellung von Verkehrsflächen aus Beton außerhalb von Autobahnen