Florian Schulz Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze Diplomarbeit Technik
Florian Schulz
Nachbehandlung von Beton durch Zugabewasserspeichernder Zusätze
Diplomarbeit
Technik
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Florian Schulz
Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspei-chernder Zusätze
Diplom.de
ID 6538
Florian Schulz
Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze Diplomarbeit an der Fachhochschule für Technik und Wirtschaft Berlin Fachbereich Fachbereich II, Bauingenieurwesen September 2002 Abgabe
ID 6538 Schulz, Florian: Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze Hamburg: Diplomica GmbH, 2003 Zugl.: Berlin, Fachhochschule für Wirtschaft und Technik, Diplomarbeit, 2002 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtes.
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Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze Inhaltsverzeichnis
Inhalt
Aufgabenstellung ........................................................................4 Abbildungsverzeichnis ...............................................................5 1 Einleitung/Problemstellung .................................................8 1.1 Überblick über die Nachbehandlung von Beton..................................... 8
1.2 Geschichte des Baustoffs Beton............................................................ 9
1.3 Beton heute ......................................................................................... 10
1.4 Versuchsziele ...................................................................................... 11
1.5 Übersicht über den Aufbau der Diplomarbeit ....................................... 12
2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton..13 2.1 Einführung und Hintergrund................................................................. 13
2.2 Aussagen zur Nachbehandlung von Beton in der Richtlinie des
Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb)................................ 19
2.3 Aussagen zur Nachbehandlung von Beton in der DIN......................... 23
2.4 Vergleich der Regelungen aus DIN und DAfStb-Richtlinie................... 26
2.5 Zusammenfassung der Nachbehandlungskriterien.............................. 28
2.5.1 Zusammenfassung im Allgemeinen........................................ 28
2.5.2 Zusammenfassung im Speziellen........................................... 28
3 Versuchsdurchführung und Versuchsauswertung.........31 3.1 Erläuterung der durchgeführten Versuche ........................................... 31
3.1.1 Einführung .............................................................................. 31
3.1.2 Kornzusammensetzung/Siebversuch ..................................... 34
3.1.3 Ausbreitversuch...................................................................... 36
3.1.4 Verdichtungsversuch .............................................................. 38
3.1.5 Luftporengehalt von Frischbeton ............................................ 39
3.1.6 Frischbetonrohdichte .............................................................. 40
3.1.7 Festbetonrohdichte................................................................. 41
3.1.8 Druckfestigkeit ........................................................................ 42
3.1.9 Feuchte-/Temperaturmessungen an Platten .......................... 44
3.1.10 Schwindmessungen ............................................................... 47
2
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze Inhaltsverzeichnis
3.1.11 Bestimmung des Feuchtegehalts ........................................... 49
3.1.12 Fehlerbetrachtung .................................................................. 50
3.2 Erläuterung der einzelnen Betonkomponenten.................................... 52
3.2.1 Beton ...................................................................................... 52
3.2.2 Fließmittel ............................................................................... 56
3.2.3 Stabilisator.............................................................................. 60
3.2.4 Feststellung des Stabilisator- und Fließmittelgehalts.............. 63
3.3 Auswertung der Versuche.................................................................... 66
3.3.1 Allgemeine Gegenüberstellung der Versuchsergebnisse der
verschiedenen Betonrezepturen............................................. 66
3.3.2 Auswertung der Druckfestigkeiten .......................................... 69
3.3.3 Auswertung der Schwindmessungen ..................................... 74
3.3.4 Messungen der relativen Feuchte .......................................... 78
3.3.5 Bestimmung des Feuchtegehalts ........................................... 84
3.3.6 Vergleich der Aussagen aus 3.3.4 und 3.3.5.......................... 86
4 Auswirkungen des Stabilisatoreinsatzes auf die Nachbehandlung ................................................................87
4.1 Auswirkung des Stabilisators auf die Nachbehandlungsmaßnahmen.. 87
4.2 Konsistenz und Verarbeitbarkeit .......................................................... 87
4.3 Materialkosten ..................................................................................... 88
5 Fazit .....................................................................................90 Literaturverzeichnis ..................................................................92 Anhang .......................................................................................94
3
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze Abbildungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Beeinflussende Faktoren für die Betonqualität................................ 9
Abb. 2: Schematische Darstellung der Hydratation eines Zementkorns.... 14
Abb. 3: Erhärtung von Zement mit verschiedenen Wasserzementwerten . 14
Abb. 4: Wasseraufnahme von losem Zement nach 6 Monaten
Lagerung an der Luft mit unterschiedlicher Feuchte ..................... 15
Abb. 5: Das Austrocknungsverhalten von Beton in Abhängigkeit von
Windgeschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und Temperatureinfluss .... 16
Abb. 6: Nachbehandlungsmaßnahmen für Beton...................................... 18
Abb. 7: Mindestdauer für die Nachbehandlung in Tagen........................... 22
Abb. 8: Mindestdauer der Nachbehandlung von Beton bei den
Expositionsklassen nach DIN 1045-2 außer X0, XC1, XM
(Tabelle 2 der DIN 1045-3)............................................................ 24
Abb. 9: Vergleich der Nachbehandlungsdauern nach
DAfStb-Richtlinie und DIN............................................................. 29
Abb. 10: Darstellung der acht verschiedenen Betonrezepturen für die
Laborversuche .............................................................................. 31
Abb. 11: Herstellung des Betons der Serie 4............................................... 32
Abb. 12: Herstellung der Platten zur Messung von relativer Feuchte und
Temperatur im Beton .................................................................... 33
Abb. 13: Zusammensetzung der Prüfmengen ............................................. 34
Abb. 14: Ergebnis der Siebversuche ........................................................... 34
Abb. 15: Sieblinie der verwendeten Zuschläge ........................................... 36
Abb. 16: Durchführung des Ausbreitversuchs ............................................. 37
Abb. 17: Konsistenzklassen des Frischbetons ............................................ 38
Abb. 18: Durchführung des Verdichtungsversuchs ..................................... 39
Abb. 19: Bestimmung des Luftgehalts im Frischbeton nach dem
Druckausgleichsverfahren............................................................. 40
Abb. 20: Bestimmung der Frischbetonrohdichte.......................................... 41
Abb. 21: Druckfestigkeit nach Rückprallhammer......................................... 43
5
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze Abbildungsverzeichnis
Abb. 22: Durchführung der Druckversuche mit dem
Rückprallhammer und per Abdrücken........................................... 44
Abb. 23: Feuchte- und Temperaturmessung im Beton................................ 45
Abb. 24: Relative Betonfeuchte über die Tiefe ab Oberfläche
nach 7 Tagen Luftlagerung ........................................................... 46
Abb. 25: Verlauf des Schwindens................................................................ 48
Abb. 26: Durchführung der Schwindmessungen mit dem
Setz-Dehnungs-Messer ................................................................ 49
Abb. 27: Betonzusammensetzung für 61 dm³ bei w/z=0,45 ........................ 55
Abb. 28: Betonzusammensetzung für 61 dm³ bei w/z=0,60 ........................ 55
Abb. 29: Anwendungsmöglichkeiten für Fließmittel ..................................... 57
Abb. 30: Betonzusammensetzung für 25 dm³ bei w/z=0,45 für die
Probemischungen ......................................................................... 63
Abb. 31: Festbetonrohdichten nach einem, zwei, sieben und 28 Tagen ..... 69
Abb. 32: Entwicklung der Druckfestigkeit (Prüfung durch Abdrücken)......... 71
Abb. 33: Vergleich der Festigkeitsentwicklungen ........................................ 73
Abb. 34: Entwicklung des Schwindmaßes bis ca. 28 Tage/672 Stunden .... 75
Abb. 35: Entwicklung des Schwindmaßes nach 105°C-Trocknung ............. 76
Abb. 36: Bezug des Schwindens auf den Feuchtegehalt ............................ 77
Abb. 37: Bezug des Schwindens auf den Feuchtegehalt nach
ca. 28 Tagen/672 Stunden............................................................ 78
Abb. 38: Entwicklung der relativen Feuchte in einer Tiefe von 2cm
bis ca. 28 Tage/672 Stunden ........................................................ 79
Abb. 39: Entwicklung der relativen Feuchte in einer Tiefe von 4cm
bis ca. 28 Tage/672 Stunden ........................................................ 80
Abb. 40: Entwicklung der relativen Feuchte nach 105°C-Trockung
in einer Tiefe von 2cm................................................................... 82
Abb. 41: Entwicklung der relativen Feuchte nach 105°C-Trockung
in einer Tiefe von 4cm................................................................... 83
6
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze Abbildungsverzeichnis
Abb. 42: Entwicklung des Feuchtegehalts, ab ca. 28 Tage/672 Stunden
Lagerung im Wärmeschrank bei ca. 105°C bis zur
Gewichtskonstanz ......................................................................... 84
Abb. 43: Materialkosten des Betons für die in den Laborversuchen
hergestellten Serien ...................................................................... 89
7
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze 1 Einleitung/Problemstellung
1 Einleitung/Problemstellung
1.1 Überblick über die Nachbehandlung von Beton
Um eine ausreichende und dauerhafte Betonqualität herzustellen, muss der
Beton im ausreichenden Maße nachbehandelt werden. Ziel ist hierbei primär
die Gewährleistung der Hydratation im oberflächennahen Bereich durch eine
ausreichende Feuchthaltung basierend auf verschiedenen Maßnahmen.
Diese Maßnahmen zielen darauf ab, die Austrocknung zu verhindern oder
dem Beton Wasser zuzuführen. Entsprechende Regelungen finden sich in
der DAfStb-Richtlinie zur Nachbehandlung von Beton oder in der DIN 1045-3
wieder, wobei die DIN im Juli 2001 die Richtlinie ersetzt hat. Die vorliegende
DIN ergänzt die für den Beton gültige EN 206. Der nicht zu unterschätzende
Einfluss der Nachbehandlung auf die Betonqualität lässt sich anhand
Abbildung auf Seite 9 erkennen.
Der Vorteil der Nachbehandlung, die Herstellung einer guten Betonqualität,
wird leider von einem wesentlichen Nachteil begleitet: einem hohen Zeit- und
dadurch einem hohen Kostenaufwand. Die Nachbehandlung wird daher in
der Bauausführung nur im geringen Maße berücksichtigt.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll anhand von Laborversuchen der Einsatz
eines wasserspeichernden Zusatzes geprüft werden. Hierdurch soll eine
höhere Feuchte im Beton erreicht werden, die eine zeitlich längere
Hydratation sicherstellt. Dies würde bei gleicher Art und Weise der
Nachbehandlung von Betonbauteilen wie bisher eine höhere Betonqualität
bedeuten.
8
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze 1 Einleitung/Problemstellung
Abb. 1: Beeinflussende Faktoren für die Betonqualität1
1.2 Geschichte des Baustoffs Beton2, 3
Ob als Bürogebäude, Tunnel, Brücken, Klärwerke, Fahrbahnen,
Mülltonneneinfassungen oder Pflanzenkübel: Beton ist als Baustoff nicht
mehr wegzudenken, auch wenn er aufgrund seiner grauen Eintönigkeit (vor
allem beim Sichtbeton) kein gutes Image hat.
1 Fraunhofer IRB Verlag (Hrsg.), Wirksamkeit von Nachbehandlungsverfahren, Stuttgart, 1998, S. 3 2 Bonacker, Beton: ein Baustoff wird Schlagwort, Marburg, 1996 3 Tzschätzsch, Script/Vorlesungsunterlagen Stahlbetonbau I, FHTW Berlin
9
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze 1 Einleitung/Problemstellung
Den Ursprung des Betons kann man wahrscheinlich im „Opus Caementitium“
durch die Herstellung druckfester Bauteile aus Mörtel und Steinen vor ca.
2000 Jahren sehen. Im 19. Jahrhundert wurde die Entwicklung des Betons
entscheidend forciert, und das Jahr 1824 kann als Meilenstein des
Betonbaus angesehen werden: Der Portlandzement wurde entwickelt. Ende
der 50er/Anfang der 60er Jahre des 19. Jahrhunderts wurde durch die
Franzosen Lambot (Betonboot) und Monier (Blumenkübel) der Stahlbeton
eingeführt. Sie verstärkten den Beton mit Stahleinlagen und gaben ihm damit
höhere Festigkeiten. Ende des 19. Jahrhunderts wurden die ersten Versuche
durchgeführt, um Stahlbeton bemessen zu können. Die gewonnenen
Erkenntnisse, dass Stahlbeton eine hohe Haltbarkeit besitzt, führten zum
Einsatz des Stahlbetons bei Bauteilen mit besonderen Anforderungen an
Festigkeit und Haltbarkeit, z. B. im Brückenbau.
Im Laufe der weiteren Entwicklung wurden die Fertigteile eingeführt. Im
Unterschied zum Ortbeton können Fertigteile leichter nachbehandelt werden,
da man die Umgebungsbedingungen künstlich gleichmäßig und für die
Betonerhärtung optimal halten kann.
In den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts wurde der Sichtbeton ein
Begriff, der vor allem in den 50er und 60er Jahren einen Boom erlebte.
Ursache hierfür war die von Le Corbusier propagierte „Materialehrlichkeit“: er
ließ seine Bauten unverputzt. Hier ist die Nachbehandlung von besonderer
Bedeutung, um die architektonische Wirkung besonders herauszuheben.
1.3 Beton heute
Beton ist im Wesentlichen eine Zusammensetzung aus Wasser, Zement und
den Gesteinskörnungen. Außerdem gibt es die Möglichkeit, dem Beton
Zusatzmittel und/oder Zusatzstoffe beizumischen.
Durch Variation der einzelnen Komponenten können die Betoneigenschaften
verändert werden. So führt ein niedrigerer Wasseranteil (niedrigerer
Wasserzementwert) zu einer höheren Druckfestigkeit. Durch die Verwendung
von Zuschlägen mit geringer Dichte (z. B. Naturbims oder Blähton) kann
10
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze 1 Einleitung/Problemstellung
Leichtbeton hergestellt werden. Eine größere Mahlfeinheit des Zements führt
zu einer höheren Zementfestigkeit und somit zu einer höheren
Betonfestigkeit. Dies sind nur ein paar Beispiele der Beeinflussung der
Betoneigenschaften.
Durch Betonzusätze können die Eigenschaften des Frisch- oder Festbetons
verändert werden. Man unterscheidet hier in Zusatzmittel und Zusatzstoffe.
Zusatzmittel4 verändern die chemischen oder physikalischen
Betoneigenschaften. Die Zugabe erfolgt in geringen Mengen. Aus diesem
Grunde werden die Zusatzmittel in der Stoffraumrechnung nicht
berücksichtigt. Sie können zum Beispiel das Erstarrungsverhalten von
Frischbeton beeinflussen (durch Verzögerer) oder die Konsistenz bzw. die
Verarbeitbarkeit (durch Betonverflüssiger). Bei der Veränderung von
Eigenschaften zum Positiven können sich andere Eigenschaften zum
Negativen entwickeln. Deshalb ist immer der Einsatz von Zusatzmitteln durch
Eignungsprüfungen notwendig.
Auch Zusatzstoffe können die Betoneigenschaften verändern. Sie werden in
großen Anteilen zugegeben und sind bei der Stoffraumrechnung zu
berücksichtigen. Als Beispiel seien Gesteinsmehle (Pigmente zur Einfärbung
oder Flugasche als teilweiser Zementersatz) genannt.
Durch die verschiedenen Kombinationen von Wasser, Gesteinskörnung,
Zement, Zusatzmitteln und Zusatzstoffen ist der Beton ein sehr vielseitig
einsetzbarer, weil auch beliebig formbarer Baustoff. Prinzipiell kann man
sagen, dass er für fast jede Anforderung individuell produzierbar ist.
1.4 Versuchsziele
Wie unter 1.1 erwähnt wird im Rahmen dieser Diplomarbeit der Einsatz eines
wasserspeichernden Zusatzes (Stabilisators) erprobt, um im Endeffekt die
4 Lamprecht/Kind-Barkauskas/Wolf (Hrsg.), Beton-Lexikon, Düsseldorf, 1990, S. 87f.
11
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze 1 Einleitung/Problemstellung
Betonqualität zu erhöhen und eventuell den Nachbehandlungsaufwand zu
reduzieren.
Hierzu wurden acht verschiedene Betonserien hergestellt. Die Serien
unterschieden sich in ihrer Zusammensetzung im Wasserzementwert
(0,45/0,60), Fließmittelanteil (mit/ohne) und Stabilisatoranteil (mit/ohne). Es
sollte, wenn möglich, nachgewiesen werden, dass die
Betonzusammensetzungen mit Stabilisator im Wesentlichen den
Eigenschaften eines „normalen“ Betons entsprechen, jedoch eine höhere
Feuchte aufweisen.
Um eine ergebnismäßige Vergleichbarkeit zwischen den verschiedenen
Betonrezepturen herzustellen, wurde ein Versuchsprogramm ausgearbeitet,
mit dem verschiedene Eigenschaften wie z. B. Ausbreitmaß, Druckfestigkeit
oder Feuchtegehalt festgestellt und miteinander verglichen werden sollten.
Auf dieses Versuchsprogramm wird im Kapitel 3.1 näher eingegangen, die
Auswertung der Versuche erfolgt in 3.3.
1.5 Übersicht über den Aufbau der Diplomarbeit
Zuerst bereitet die vorliegende Diplomarbeit den Stand der Kenntnisse auf.
Die ehemals gültige „Richtlinie zur Nachbehandlung von Beton“ vom
Deutschen Ausschuss für Stahlbeton und die heute gültige DIN 1045-3
werden erläutert und miteinander verglichen.
Um die Versuchsdurchführung transparenter zu machen, wird diese in einem
weiteren Abschnitt kurz dargelegt. Es wird auch auf die verwendeten Stoffe
eingegangen. Anschließend erfolgt die Auswertung und Gegenüberstellung
der Versuchsergebnisse der verschiedenen Betonrezepturen. Falls
darstellbar sollen Einsatzmöglichkeiten des Betons mit Stabilisatorzusatz
genannt und überprüft werden.
12
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton
2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton Die Nachbehandlung des Betons ist ein wesentlicher Beitrag zur
Qualitätssicherung und soll bei richtiger Ausführung die Oberflächenqualität
und Dauerhaftigkeit des Betons erhöhen. „Je geringer die Porosität, je dichter
der Zementstein, desto höher ist auch der Widerstand gegen äußere
Einflüsse.“5 Trotz der Notwendigkeit und Wichtigkeit wird im baupraktischen
Ablauf die Nachbehandlung oft vernachlässigt, was als eine häufige Ursache
von Schäden an Betonbauwerken angesehen werden kann. Gründe für das
Vernachlässigen der Nachbehandlung liegen vor allem im hohen
Arbeitsaufwand, den die Nachbehandlung erfordert, und den daraus
resultierenden Kosten. Die Akzeptanz einer sinnvollen, richtig ausgeführten
und somit qualitativ guten Nachbehandlung ist im Tagesgeschäft aufgrund
des sehr hohen Termin- und Kostendrucks gering.
Innerhalb dieses Kapitels wird zuerst eine Einführung in die Nachbehandlung
gegeben. Die Ausführungen in der DAfStb-Richtlinie und der DIN 1045-3
werden erläutert und in einem weiteren Abschnitt miteinander verglichen.
2.1 Einführung und Hintergrund
Warum ist die Nachbehandlung von Beton notwendig?
Die Nachbehandlung soll die Betonqualität im oberflächennahen Bereich
sichern. Es sollen beim frisch eingebauten Beton Schutzmaßnahmen gegen
Austrocknen, Gefrieren, mechanische und chemische Angriffe und
Erschütterungen getroffen werden. Wird die Nachbehandlung nicht oder nur
mangelhaft ausgeführt, so kann es im oberflächennahen Bereich zu
folgenden Schädigungen kommen: Schwindrisse, Entstehung einer porösen
Betonoberfläche, Absanden, Frostabsprengungen oder niedrige Festigkeiten
im oberflächennahen Bereich. Als Folge von Absprengungen oder auch einer
hohen Porosität kann wiederum der Korrosionsschutz der Bewehrung
5 Bayer/Kampen, Beton-Praxis: Ein Leitfaden für die Baustelle, 8. Auflage, Erkrath, 1999, S. 53
13
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton
aufgehoben werden, es kann zum Rosten der Stähle und dadurch zu
weiteren Absprengungen der Betondeckung kommen.6
Nachbehandlungsmaßnahmen sollen also dem Austrocknen entgegenwirken
und eine ausreichende Hydratation im Beton gewährleisten. „Es sind also
Maßnahmen erforderlich, die ... ein Feuchtigkeitsangebot nach Höhe und
Dauer sicherstellen, das zu einer entsprechenden Hydratation führt.“7 Als
Hydratation bezeichnet man die Entstehung des Zementsteins, der aus dem
Zementleim hervorgeht.
Abb. 2: Schematische Darstellung der Hydratation eines Zementkorns8
Abb. 3: Erhärtung von Zement mit verschiedenen Wasserzementwerten9
Es werden bei diesem Vorgang ca. 25% des Wassers chemisch und 15%
physikalisch gebunden, was einem Wasserzementwert von 0,40 entspricht.
Ein höherer w/z-Wert führt zu Kapillarporen im Zementstein, die durch das
Überschusswasser, welches nicht gebunden wird, entstehen. Mit einem
steigenden Gehalt an Kapillarporen nimmt die Betonqualität ab.10
Beton erreicht seine volle Festigkeit, wenn bei einem Wasserzementwert von
0,40 die Hydratation vollständig ermöglicht wurde. Dies sorgt für ein
Minimum an Kapillarporen. Mit steigender Temperatur wird die Hydratation
beschleunigt. Beendet wird sie, wenn nicht mehr ausreichend Wasser zur
6 Readymix AG (Hrsg.), Betontechnische Daten, 17. Auflage, Ratingen , 2000, S. 68 7 Weigler/Karl, Beton – Arten, Herstellung, Eigenschaften, Berlin, 1989, S. 176 8 Lamprecht/Kind-Barkauskas/Wolf (Hrsg.), Beton-Lexikon, Düsseldorf, 1990, S. 183 9 Bayer/Kampen, Beton-Praxis: Ein Leitfaden für die Baustelle, 8. Auflage, Erkrath, 1999, S. 23 10 Lamprecht/Kind-Barkauskas/Wolf (Hrsg.), Beton-Lexikon, Düsseldorf, 1990, S. 183/S.190f.
14
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton
Verfügung steht.11 Der Betonkalender (Ausgabe 2002) sagt dazu außerdem
aus, „dass die Hydratation zum Stillstand kommt, wenn die relative Feuchte
im Porensystem des Zementsteins unter etwa 80% fällt.“12
Auch Weigler/Karl13 gehen davon aus, dass ein ausreichender
Hydratationsgrad dann erreicht wird, wenn die relative Feuchte über 80%
liegt. Grundlage zu dieser Annahme bilden Versuche zur Wasseraufnahme
von lose geschüttetem Zement innerhalb von sechs Monaten.
Abb. 4: Wasseraufnahme von losem Zement nach 6 Monaten Lagerung an der Luft mit unterschiedlicher Feuchte14
Der steile Anstieg der Kurve ab 80% relativer Feuchte zeigt die dann deutlich
steigende Hydratation.
Weigler/Karl merken zur Hydratation weiterhin an, dass sie im Wesentlichen
durch Feuchte und Temperatur beeinflusst wird. Günstig wirken sich eine
hohe Feuchte und eine begrenzte Temperatur aus. Wenn die Temperaturen
nicht zu niedrig sind, sind hohe Frühfestigkeiten möglich, was vor allem für
die Fertigteilproduktion interessant ist. Niedrige Temperaturen dagegen
sorgen für eine langsamere Erhärtung, jedoch für eine höhere Festigkeit.
11 Lamprecht/Kind-Barkauskas/Wolf (Hrsg.), Beton-Lexikon, Düsseldorf, 1990, S. 183 12 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH (Hrsg.), Betonkalender 2002 BK 1, Berlin, 2002, S. 108 13 Weigler / Karl, Beton – Arten, Herstellung, Eigenschaften, Berlin, 1989, S. 175f. 14 Weigler / Karl, Beton – Arten, Herstellung, Eigenschaften, Berlin, 1989, S. 176
15
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton
Leider halten sich die Autoren mit konkreteren Angaben zu den
Temperaturen zurück.
Neben der nicht ausreichenden Hydratation ist das Schwinden eine weitere
Folge vorzeitigen Austrocknens. Als Schwinden bezeichnet man die
Volumenverminderung des Betons infolge Austrocknung, die zu sogenannten
Schwindspannungen führt. Hat der junge Beton noch eine zu geringe
Zugfestigkeit, so kann er die Schwindspannungen nicht aufnehmen. Es
kommt zu Schwindrissen, die von der Betonoberfläche ausgehend in das
Innere des Betons führen. Gegenmaßnahme ist auch hier das Verhindern
des zu schnellen Austrocknens.15
Die Austrocknung des Betons ist abhängig von der Lufttemperatur, der
relativen Luftfeuchte, der Betontemperatur und der Windgeschwindigkeit.
Wie an nachfolgendem Bild zu sehen, ist die Austrocknung, also die
verdunstete Wassermenge, umso kleiner, je kleiner die vorgenannten
Faktoren sind.
Abb. 5: Das Austrocknungsverhalten von Beton in Abhängigkeit von Windgeschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und Temperatureinfluss16
15 Bundesverband der Deutschen Zementindustrie (Hrsg.), Nachbehandeln von Beton, Wiesbaden, 1998, S. 1 16 Bayer/Kampen, Beton-Praxis: Ein Leitfaden für die Baustelle, 8. Auflage, Erkrath, 1999, S. 54
16
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton
Bei der geringen Zugfestigkeit des jungen Betons kann es auch zu Rissen
infolge Temperaturspannungen kommen. Temperatureinflüsse können sein:
starke Sonneneinstrahlung, starke kurzfristige Temperaturänderungen, Frost
sowie die Wärmeentwicklung aufgrund der Hydratation. In den ersten beiden
Fällen kann durch Abdecken und Feuchthalten Abhilfe geschaffen werden.
Bei Frost bzw. Betonieren bei Temperaturen unter 5°C muss der Beton
wärmedämmend abgedeckt oder ihm Wärme zugeführt werden, um
Frostschäden zu vermeiden. „Die Hydratationswärmemenge kann durch
Verringerung des Zementgehalts, Ersatz von Portlandzement durch
Hochofenzement und Zugabe von Flugasche herabgesetzt werden.“17
Erschütterungen und Schwingungen aus mechanischen Beanspruchungen
können das Gefüge des Betons stören. Vor allem der Verbund zwischen
Stahl und Beton kann verloren gehen. Entgegenwirken kann man den
mechanischen Beanspruchungen durch möglichst spätes Ausschalen oder
Schutzabdeckungen.18
Als Nachbehandlungsarten sind austrocknungsbehindernde oder
wasserzuführende Maßnahmen bekannt. Als austrocknungsbehindernd
gelten das Belassen in der Schalung oder das Aufbringen von Folien oder
Nachbehandlungsmitteln. Wasserzuführend hingegen ist das Abdecken mit
wasserspeichernden Materialien, die ihrerseits wiederum feucht gehalten
werden müssen, oder das Besprühen der Betonoberfläche mit Wasser. Beim
Besprühen mit Wasser ist allerdings darauf zu achten, dass der
Temperaturunterschied zwischen Wasser und Beton nicht zu groß ist, um
Risse aufgrund Temperaturspannungen zu verhindern.19 Zur Wirksamkeit
wurde festgestellt, dass wasserzuführende und wasserhaltende Maßnahmen
gleich wirksam sind.20 Weiterhin sollte die Art der
17 Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (Hrsg.), Heft 495: Stoffeigenschaften jungen Betons – Versuche und Modelle, Berlin, 1999, S. 13 18 Bundesverband der Deutschen Zementindustrie (Hrsg.), Nachbehandeln von Beton, Wiesbaden, 1998, S. 2 19 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH (Hrsg.), Betonkalender 2002 BK 1, Berlin, 2002, S. 108 20 Fraunhofer IRB Verlag (Hrsg.), Wirksamkeit von Nachbehandlungsverfahren, Stuttgart, 1998, S. 98
17
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton
Nachbehandlungsmaßnahme von der Umgebungstemperatur nach folgender
Übersicht beachtet werden:
*) Nachbehandlungs- und Ausschalfristen um die Anzahl der Frosttage verlängern; Beton mindestens sieben Tage vor Niederschlägen schützen
Abb. 6: Nachbehandlungsmaßnahmen für Beton21
Nachbehandlungsmaßnahmen und –dauern sollten vor Beginn der
Bauarbeiten zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer möglichst präzise
beschrieben und festgelegt werden. Durch die vielen Einflüsse aus
Umweltbedingungen, Betoneigenschaften und Bauwerksnutzung kann über
die Nachbehandlung keine pauschale Aussage getroffen werden, für jedes
Bauwerk (oder sogar Bauteil) ist eine individuelle Festlegung zur
Nachbehandlung nötig.22
Auf die Nachbehandlungsverfahren und Nachbehandlungsdauern wird im
Einzelnen in den Abschnitten 2.2 und 2.3 eingegangen. Dort werden die
bisher gültige „Richtlinie zur Nachbehandlung von Beton“ des Deutschen
21 Bayer/Kampen, Beton-Praxis: Ein Leitfaden für die Baustelle, 8. Auflage, Erkrath, 1999, S. 57 22 Weigler/Karl, Beton – Arten, Herstellung, Eigenschaften, Berlin, 1989, S. 179f.
18
Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton
Ausschuss für Stahlbeton und die Aussagen in der aktuell gültigen DIN 1045
Teil 3 behandelt.
Als Verfahren wurden z. B. schon das Belassen in der Schalung oder das
Besprühen mit Wasser genannt. Die Nachbehandlungsdauern richten sich
nach den Umgebungsbedingungen bzw. der Festigkeitsentwicklung des
Betons. Diese wiederum ist abhängig von der Betonzusammensetzung
(Einfluss von Zementart und Zusatzmittel), der Frischbetontemperatur, den
Umgebungsbedingungen und den Bauteilabmessungen.
2.2 Aussagen zur Nachbehandlung von Beton in der Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb)23
Die Richtlinie zur Nachbehandlung von Beton vom DAfStb wurde im Februar
1984 erstmals herausgegeben und ergänzte die Angaben zur
Nachbehandlung in der damals gültigen DIN 1045. Mit Erscheinen der DIN
1045 Teil 3 „Bauausführungen“ im Juli 2001 wurde die Richtlinie ungültig.
Die Richtlinie ist unterteilt in die Abschnitte
1 Zweckbestimmung
2 Allgemeines
3 Anwendungsbereich
4 Nachbehandlungsverfahren
5 Dauer der Nachbehandlung
Auf diese Abschnitte wird im Folgenden eingegangen.
Das Kapitel 1 „Zweckbestimmung“ erläutert kurz den Hintergrund der
Richtlinie. Betonnachbehandlung hat demnach den Zweck der
Qualitätssicherung. Frisch eingebrachter Beton soll gegen Austrocknen
geschützt werden mit dem Ziel, im oberflächennahen Bereich des Betons
eine ausreichende Erhärtung und somit die Dauerhaftigkeit von
Betonbauteilen zu erreichen.
23 Die Richtlinie wurde entnommen aus: Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH (Hrsg.), Betonkalender 1993 Teil 2, Berlin, 1993, S. 224ff.
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Diplomarbeit Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton
Im Teil 2 „Allgemeines“ wird kurz der Nutzen erläutert, die Nachbehandlung
ins Leistungsverzeichnis aufzunehmen. Es sollen zwischen Auftraggeber und
Auftragnehmer möglichst genaue Aussagen getroffen werden über die
Einflüsse, welchen der Beton im Laufe der Nutzung des Bauwerks
ausgesetzt ist.
Der Anwendungsbereich der Richtlinie (Teil 3) bezieht sich auf die im
Regelfall zur Nachbehandlung erforderlichen Maßnahmen.
Außergewöhnliche Einflüsse aus Schwingungen/Erschütterungen,
Temperaturspannungen werden nicht berücksichtigt. Es wird auf zwei
Sonderfälle hingewiesen: Bei besonderen Anforderungen an die
Betonoberfläche z. B. infolge Frost-/Tausalz- oder chemischer Einwirkung
sind Maßnahmen erforderlich, die über die Maßgaben der Richtlinie
hinausgehen. Bei erdfeuchten Bauteilen hingegen kann der Aufwand für die
Betonnachbehandlung verringert werden.
Zu den Nachbehandlungsverfahren trifft die Richtlinie im Teil 4 folgende
Aussagen: „Gebräuchliche Verfahren sind Belassen in der Schalung,
Abdecken mit Folien, Aufbringen wasserhaltender Abdeckungen, Aufbringen
von flüssigen Nachbehandlungsmitteln, kontinuierliches Besprühen mit
Wasser oder eine Kombination aus diesen.“ Mit der Nachbehandlung ist
unmittelbar nach Einbau des Betons zu beginnen. Die einzelnen
Nachbehandlungsmaßnahmen werden folgendermaßen näher erläutert:
- Belassen in der Schalung
Abhängig von der Art der Schalung (Holz-/Stahlschalung) sind entweder die
Schalung feucht zu halten oder Einflüsse aus der Umgebungstemperatur zu
berücksichtigen.
- Abdecken mit Folien
Folien sollen die Feuchtigkeitsabgabe aus dem Beton an die Umgebung
reduzieren. Die Betonoberfläche soll vollständig abgedeckt sein. Es ist darauf
zu achten, dass die Folien die Betonoberflächen nicht berühren.
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