Dauerhaft verfugtes Straßenpflaster


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Rückblick

Anforderungen allgemein


Wenn eine seit Jahrzehnten "bewährte" Arbeit durch neue Vorgaben plötzlich verändert wird, sind die Gründe für die Betroffenen nicht immer sofort nachvollziehbar. Daraus resultiert in der Praxis häufig ein Festhalten am Alten nach dem bekannten Motto "Das haben wir schon immer so gemacht." In diesem Kapitel wird eine Auswahl der wichtigsten Ursachen für Pflasterschäden in der Vergangenheit dargestellt.

1. Verwendung der Mörtelgruppe III in Bettung und Fugen
"Damit jedoch der Mörtel in den Fugen nicht von dem Frost leide, so sättige man ihn jährlich gegen den Winter mit Oelhefen, alsdann lässt er weder Frost noch Reif eindringen."
(Marcus Vitruvius Pollio, ca. 30 v. Chr., Römischer Architekt und Baumeister)

Jedes Pflaster ist so haltbar wie sein Mörtel. Ein zerfrorener Fugenmörtel kann die erforderliche Festigkeit nicht mehr erbringen. Das wusste man offenbar auch schon vor über 2000 Jahren. Doch in unserer Zeit wurde Mörtelgruppe III in der inzwischen ungültigen Ausgabe 1992 der DIN 18318 mit dem Wort "müssen" im Grunde bindend als Bettungsmörtel vorgegeben und sogar als Pflasterfugenmörtel zugelassen. Dieser Mörtel besaß aber bereits auch nach damals gültiger Definition keinen ausreichenden Frostwiderstand:

Viele Kinder wissen schon, dass das Mauerwerk für den Keller einen Schutzanstrich benötigt, weil der Mörtel sonst "Wasser zieht", wie der Volksmund sagt. Das aber bedeutet, dass es Hohlräume in diesem Mörtel geben muss, durch die Wasser nach innen dringen kann. Es ist wohl unnötig, nun die Folgen einer anschließenden Frosteinwirkung zu erklären. -

Zusätzlich schwächte der Mörtel mit einer Mindestdruckfestigkeit von gerade einmal 10 N/qmm, welche den Beanspruchungen aus dem Straßenverkehr gar nicht standhalten kann, die Stabilität der Belagplatte.

2. Unzureichende Fugenfülltiefe
DIN 18318, Ausgabe 1992, gab für Vergussmassen eine Mindestfülltiefe von 3 cm ohne Differenzierungen der Bauklassen und Einsatzorte vor. Für Bitumenverguss könnte diese Vorgabe ausreichen. Unter statischen Gesichtspunkten ist sie für eine vermörtelte Fuge in einer Fahrbahn aber eher als Kosmetik anzusehen, kaum als Stabilität herstellendes Bauteil. Denn je geringer die Füllhöhe und die Festigkeit eines Fugenmörtels ausgelegt werden, desto eher kann eine Fuge brechen, weil jede Fläche sich unter Last leicht durchbiegt. - Ein dünner Balken bricht aber eher als ein dünner.

3. Unverdichteter Bettungsmörtel
Eine Auffütterung von Bettungsmörtel in Fugen ist wegen fehlender mechanischer Verdichtung stets porig und deshalb bereits laut überholter RStO regelwidrig, weil nicht frostsicher. Daneben halbiert sich cirka die Festigkeit des verwendeten Materials gegenüber einem regulär verdichteten Material. In leider viel zu vielen Fällen wurde aus Kostengründen Bettungsmörtel auch dazu missbraucht, Fugen zu füllen. Es gab im gesamten Regelwerk über lange Jahre allerdings auch keinen einzigen Hinweis, dass in den Fugen etwas anderes als Fugenmörtel verwendet werden darf. Erst ein (privatwirtschaftliches) Merkblatt vom Deutschen Naturwerkstein-Verband gab ab dem Jahr 2000 für Fugenmörtel erstmals eine Mindestfüllhöhe von 2/3 der Steindicke vor. An die Wirkung der Porigkeit bezüglich Festigkeit oder gar Frostsicherheit wurde damals nicht gedacht, war ein nirgendwo diskutiertes Thema. Außerdem sind es die Steinsetzer aus der ungebundenen Bauweise gewohnt und angehalten, das Bettungsmaterial möglichst hoch in der Fuge auszuführen.

Jahrzehntelang wurden außerdem Bettungsmörtel ausgebreitet und auf 3 cm Dicke ohne besondere Verdichtung lediglich abgezogen, um dort hinein das Pflaster zu setzen. Dass dadurch die unten noch näher zu behandelnde Gesamtschichtdicke aus der Sichtweise erforderlicher Stabilität noch weiter negativ beeinflusst wurde, fiel Planungsingenieuren, Bauleitungen und selbst Gutachtern offenbar nicht auf. Die Tafel 3 der RStO 01 und ihre Vorgängerin weisen aber schon immer für Bettungsmaterial eindeutig eine Mindestschichtdicke von 3 cm aus und zwar unter dem Steinfuß!

Aufgrund der großen Fläche des Steinfußes ist die beim Setzen aufgebrachte Kraft pro Quadratzentimeter durch die ausgeführten Hammerschläge unzureichend, um eine ausreichende Verdichtung des Bettungsmörtels im Sinne der Frostsicherheit herbeizuführen. In diesem Zusammenhang wird kaum bedacht, dass der Setzhammer vorrangig dazu benutzt wird, gefühlvoll eine ebene Pflaster-Oberfläche, eine Angleichung an die Höhe zu den benachbarten Steine herzustellen. Es geht dem Steinsetzer dabei also nicht um die Verdichtung der Bettung. Folglich ist auch noch die tatsächlich aufgebrachte Kraft je Stein unterschiedlich.

4. Verfrühte Verkehrsfreigabe
Pflasterflächen werden vorrangig in Geschäftszonen erstellt. Um Verkaufsumsätze beeinträchtigende Straßensperrungen möglichst zu verkürzen, erfolgen die Verkehrsfreigaben je nach Belastung in der Praxis zwischen 3 und 14 Tagen mit Schwerpunkt erfahrungsgemäß bei 7 Tagen. Dann aber erreichten die beteiligten Mörtel- und Betonsorten z. B. erst ca. 70 % ihrer auf 28 Tage bezogenen Nenndruckfestigkeit. Die Stabilität der Belagplatte war zu diesem Zeitpunkt also um mindestens 30 % aufgrund unzureichender Härtung geschwächt. Hierzu addieren sich folgende folgende Einflüsse:

5. Fehlende Berücksichtigung von Klimaeinflüssen
In der Beton-Prüftechnik sind bei fehlenden ergänzenden Angaben alle Festigkeitswerte nicht nur auf den 28-Tage-Wert bezogen, sondern zusätzlich auch noch auf das Normklima von 20° C. Da wir im Pflasterbau aber den weitaus größten Zeitanteil des Jahres bei Tagesdurchschnittstemperaturen (nicht Tageshöchsttemperaturen!) im Bereich um ca. 10° C arbeiten, ist zu berücksichtigen, dass bei Halbierung der Durchschnittstemperatur von 20° C (als Faustwert) in etwa eine Halbierung der Festigkeitswerte von Beton oder Mörtel im gleichen Zeitraum gegenüber der Normtemperatur zu verzeichnen ist! Auf diese wichtige Einflussgröße ging das Regelwerk für den gebundenen Pflasterbau bislang überhaupt nicht ein. Eine durch die Praxis verursachte ca. weitere Halbierung der ohnehin bereits geschwächten Statik war an dem Großteil der Arbeitstage die Folge.

6. Zu schwacher Fugenmörtel
DIN 18318, Ausgabe 1992, gab einen Mindestanteil von 600 kg Zement pro cbm Frischmörtel vor. Außerdem sollten von Fahrzeugverkehr belastete Bauteile eine Mindestdruckfestigkeit von 50 N/qmm aufweisen, was eine eindeutige Vorgabe mindestens für Fugenmörtel darstellte. Gerade in jüngerer Zeit wurden jedoch diverse Fugenmörtel auf dem Markt propagiert, die herstellerseitig auf nur noch 45 N/qmm Mindestdruckfestigkeit ausgelegt, also um mindestens 10 % geschwächt wurden. Andere erreichen nicht einmal diesen Wert, nachdem das DNV-Merkblatt Pflasterdecken und Plattenbeläge aus Naturstein für Verkehrsflächen im April 2000 sogar nur wenigstens 30 N/qmm als ausreichend druckfest darstellte.

7- Statisch unzureichende Steinhöhen und Gesamtschichtdicke
Jede Fläche, auch eine starr aufgebaute, biegt sich unter Last leicht durch. Ist die Gesamtschichtdicke einer Pflasterfläche in gebundener Bauweise zu gering, kann sie durch Fugenbruch Schaden nehmen (ein dünner Balken bricht eher als ein dicker). Im Alltag des Tiefbaus ist es normal nicht erforderlich, an statische Anforderungen zu denken, ausgenommen im Brückenbau. Vermutlich wohl auch aus diesem Grund konnte es viel zu oft geschehen, dass Kleinpflaster auf der Mörtelgruppe III sogar in stark belasteten Fahrbahnen der Bauklassen IV oder gar III geplant und verbaut wurde, nicht selten auf besonderes Betreiben des Denkmalschutzes. Doch schon ein Rad- und Gehweg hat lt. Tafel 7 der RStO 01 eine Betondecke von 12 cm Mindestschichtdicke aufzuweisen. Fragt man einen Straßenbauingenieur, ob er eine nur 10 cm starke Betondecke für die Bauklasse IV oder gar III vorsehen würde, wird er sofort verneinen. Wo aber liegt, statisch betrachtet, der wesentliche Unterschied zwischen einer Betondecke zum ebenfalls nur durch den Zementleim gehaltenen Pflasterbelag eines Kleinpflasters, dieses vielleicht früher sogar nur auf einer Bettung aus Mörtelgruppe III, deren Festigkeitswerte etwa denen einer Tragschicht entsprechen?

Weil beide Flächenarten gleichen Verkehrsbelastungen unterliegen, scheint mangels exakter statischer Berechnungen der Vergleich der Auslegung der Schichtdicken von Betondecken lt. RStO 01, Tafel 2, mit der von gebundenen Pflasterdecken lt. RStO 01, Tafel 3, als geeignet. Folglich sollte bis zu einer wissenschaftlich exakt begründeten Berechnung dieser Schichtdicke keine niedrigere auch in der sehr ähnlichen gebundenen Pflasterbauweise gestaltet werden. Alternativ kann gleiche Stabilität aber auch durch festere Mörtel in Fugen und Bettung erreicht werden. Dabei ist allerdings deren zum Zeitpunkt der Verkehrsfreigabe real erreichte Festigkeit von entscheidender Bedeutung, wobei die vorgegebene Mindestdruckfestigkeit für eine Betondecke insgesamt nicht unterschritten werden darf.

8. Unterlassene Nachbehandlung
Im Hochbau ist die Nachbehandlung z. B. einer frisch gegossenen Betondecke selbstverständlich; es gibt darüber keine Diskussion. So wird das berüchtigte "Verdursten" oder "Verbrennen" verhindert. Die ansonsten dabei entstehende sog. "Mehlschicht" umschreibt bildhaft das zu vermeidende Ergebnis. Im gebundenen Pflasterbau wurde und wird in den einschlägigen Regelwerksteilen die Nachbehandlung zwar meist mit einem sie fordernden Satz erwähnt, aber so gut wie nie in der Praxis durchgeführt, sofern nicht ein herstellerseitig zusammengestelltes Pflasterfugenmörtel-System zum Einsatz gelangt. (Und selbst dafür ist in der Vergangenheit nicht jeder einzelne Bauleiter bzw. Einkäufer einsichtig gewesen.)

Aus betontechnologischer Sicht bedürfen Beton und Mörtel auch bei normalen Temperaturen (!) einer zweckmäßigen Nachbehandlung. Die vorgenannten Schädigungen stellen sich ansonsten nicht nur durch Porosität und Absanden der Oberfläche, sondern auch durch verminderte Festigkeit, Schwindrisse durch zu schnelle Wasserverdunstung, Rissbildungen aufgrund von Frostschäden durch in die Leerfugen gespülten entmischten Sand nach Intervallreinigung, sowie durch Frostabsprengungen an der Oberfläche dar. In der Betontechnik sind laut DIN 1045-3 für Sorten mittlerer Festigkeitsentwicklung (z. B. Unterbeton) je nach Umgebungsbedingungen 2 bis 6 Tage Nachbehandlung vorgesehen; bei schneller Festigkeitsentwicklung (manche Fugenmörtel) ist 1 bis 3 Tage nachzubehandeln. Dazu lautet die Forderung, die Oberfläche jeweils durch geeignete Maßnahmen (z. B. längere Verweildauer in der Schalung, Abdeckung mit Folie als Verdunstungsschutz oder kontinuierliches Besprühen mit Wasser) feucht zu halten.

9. Zusammenfassung bisheriger Schwächungen der Stabilität einer Pflasterfläche im Vergleich zu einer Betondecke

Um klar und deutlich ins Bewusstsein zu rücken, an wie vielen Stellen gleichzeitig die Pflasterfläche durch das bisher gültige Regelwerk wie stark bislang jeweils statisch geschwächt werden konnte, seien nun die verschiedenen Positionen noch einmal zusammengefasst. Unterschiede der Schichtdicken der Tragschichten sind nicht mit in die Aufstellung eingeflossen, weil sie einmal aufgrund Überarbeitung der RStO inzwischen neue Verformungswerte aufweisen und außerdem aufgrund ihrer deutlich geringeren Festigkeitswerte nicht die eigentliche kraftschlüssig verbundene und hier besonders wirksame Schubkräfte aufzufangende Decke bilden und deshalb für sie "lediglich" eine vertikal stützende Aufgabe haben. Die Tragschicht wirkt in diesem Zusammenhang gesehen indirekt, indem ihre Auslegung dazu beiträgt, die Biegung des kraftschlüssig vermörtelten Pflasters unter Last in entsprechendem Umfang jeweils mehr oder weniger zu minimieren, also eine eventuell schadenträchtige Vertikalbewegung unter den Fahrzeugen abzuschwächen. So lauten die Schwächungen der Belagplatte:

Ca. um die 40 % Schwächung der Schichtdicke im Vergleich zur Betondecke. Dieser Wert gilt aber nur, wenn ein Bettungsmörtel C 30/37 nach EN 206 verwendet wird. Bei Verwendung der Mörtelgruppe III liegen sogar 55,6 bis 59,1 % Schwächung vor (vergl. RStO 01, Tafel 2, Zeile 2, mit Tafel 3, Zeile 4)!
Neuerdings 10 % herstellerseitige Schwächung der Druckfestigkeit des Fugenmörtels gegenüber der Mindestforderung von 50 N/qmm in der DIN 18318, Ausgabe 1992.
73 % schwächerer Bettungsmörtel aus MG III gegenüber einer Betondecke (s. Pos. 1., aber auch das Verhältnis der Dicke der Bettung zur Gesamtschichtdicke beachten).
Weitere 30 % Festigkeitsreduzierung der herstellerseitig neuerdings häufig ohnehin schon geschwächten Fugenmörtel bei praxisnaher Verkehrsfreigabe nach bereits 7 Tagen. (Ausgangswert 50 N/qmm - 10 % - 30 % = 31,5 N/qmm; viel dickere Betondecke: 37 N/qmm, Differenz ca. 15 %, aber erst ab 28 Tagen Aushärtezeit bei 20° C!)
Weitere ca. 30 % Festigkeitsreduzierung der ohnehin geschwächten Bettungsmörtel bei praxisgerechter Verkehrsfreigabe nach bereits 7 Tagen.
Weitere Halbierung der vorgenannten Mörtelfestigkeiten bei Verarbeitung in Umgebungstemperatur um 10° C.
Nochmalige Halbierung der vorgenannten Restfestigkeiten bei Verarbeitung in Umgebungstemperatur um 5° C (hier und folgend wird stark vereinfachend ein linearer Festigkeitsverlauf bei sinkenden Temperaturen als "Faustwert" unterstellt, real liegen die tatsächlichen Werte bei diesen niedrigen Temperaturen noch unter den angegebenen!).

Prozentzahlen vernebeln gern den Blick für die Realitäten. Deshalb nachstehend nun auch noch die konkret zu erwartenden Festigkeiten bei Aushärtung in einer Durchschnittstemperatur von 10° C und gängiger Verkehrsfreigabe nach 7 Tagen:

Verbleibender Restwert für Fugenmörtel Nenndruckfestigkeit 45 N/qmm aufgrund Verkehrsfreigabe nach bereits 7 Tagen und durch Verarbeitung bei 10° Tagesdurchschnittstemperatur: 15,8 N/qmm
Zum Vergleich: Ratsamer Pflasterfugenmörtel weist schon nach 7 Tagen 46 N/qmm bei 20° C Normaltemperatur auf. Das entspricht nach oben erläutertem Faustwert ca. 23 N/qmm bei 10° C. Folglich erhalten Sie ohne Preisaufschlag eine um 45 % verbesserte Qualität gegenüber der von manchen Herstellern durchgeführten Festigkeitsminderung.

Vorgenannte Werte sind aber stets auch im Zusammenhang mit denen des Bettungsmörtels zu betrachten:

Verbleibender Restwert für Bettungsmörtel 10 N/qmm (nach 7 Tagen bei 10° C, unverdichtet): 3,5 N/qmm (!)
Verbleibender Restwert für Bettungsmörtel 37 N/qmm (nach 7 Tagen bei 10° C, verdichtet): 13 N/qmm

Hier nun die nur aufgrund des Faustwertes als Anhaltspunkt errechneten, aber real kaum erreichten (s. u.) Höchstwerte bei 5° C und dann wohl nur als Versehen zu bezeichnender Verkehrsfreigabe schon nach 7 Tagen:

Verbleibender Restwert für Fugenmörtel 45 N/qmm: 7,9 N/qmm
Verbleibender Restwert für Bettungsmörtel 10 N/qmm (unverdichtet):1,8 N/qmm

Es wird noch einmal darauf hingewiesen, dass besonders die vorstehenden 5-Grad-(Faust-)Werte als Höchstwerte zu verstehen sind, die in der Praxis aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzungen der Mörtel und ihrer real degressiv steigenden Festigkeitskurve längst nicht immer erreicht werden!

Und nun ziehen Sie von diesen Werten noch einmal 40 % Verlust an Stabilität ab, weil die Belagfläche gegenüber einer Betondecke in der Konstruktion bereits um ca. 40 % schwächer (dünner) gegenüber einer Betondecke ausgelegt wurde, wenn Kleinpflaster zum Einsatz kam!

Bei einem 16 cm hohen Großpflaster fehlen bei der bisherigen Art des Pflasterns immerhin noch 13,6 %.

Weitere Verluste an Stabilität sind aufgrund unzureichender Nachbehandlung und durch Verarbeitungsfehler möglich.

Zusammengefasst kann man wohl sagen: Die alten Regelwerksteile forcierten den „Fugenbruch per Bauregel“. So war es richtig, diese Regeln für nicht länger gültig zu erklären; es fehlen aber bislang verbesserte. -

Inzwischen konnten über viele Jahre Erfahrungen gesammelt und neue Erkenntnisse gewonnen werden. Diese Website will sie für einen schnellen Zugriff möglichst übersichtlich und mit dem erforderlichen Hintergrundwissen darstellen, so dass die Praktiker in Planung und Ausführung sich selbst ein Urteil bilden können und noch besser in die Lage versetzt werden, fundiert dauerhaft verfugte Pflasterflächen zu planen und herzustellen.



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