Flugasche als Betonzusatzstoff

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1 G /01 Herausgegeben vom Verband Deutscher Betoningenieure e. V. Flugasche als Betonzusatzstoff Dr.-Ing. Wolfgang vom Berg VDB, Essen 1) 1 Einführung Steinkohlenflugasche wird seit mehr als dreißig Jahren im Beton als Betonzusatzstoff eingesetzt. Die erste bauaufsichtliche Zulassung wurde 1970 erteilt. Nach der Gründung des Deutschen Instituts für Bautechnik wurde die Prüfzeichenpflicht (später Zulassungen) für Flugaschen eingeführt. Als erste europäische Stoffnorm für einen Betonausgangsstoff wurde im Jahre 1995 die DIN EN 450 in die Bauregelliste aufgenommen und damit bauaufsichtlich eingeführt. 1) Kurzfassung eines Vortrags auf einer Arbeitsta gung der VDB-Regionalgruppe Weser-Ems am Flugasche als Betonzusatzstoff Nach DIN EN 450 ist Flugasche ein feinkörniger Staub, der hauptsächlich aus kugelförmigen, glasigen Partikeln besteht, bei der Verbrennung fein gemahlener Kohle anfällt, puzzolanische Eigenschaften hat und im Wesentlichen aus SiO 2 und Al 2 O 3 besteht. Flugasche wird durch elektrostatische oder mechanische Abscheidungen staubartiger Partikel aus Abgasen von Feuerungsanlagen gewonnen, die mit gemahlenem Anthrazit oder gemahlener Steinkohle befeuert werden. Diese Definition der DIN EN 450 schließt Flugaschen aus bestimmten Kohlen wie z.b. Hartbraunkohlen oder normalen Braunkohlen aus. Diese können in Deutschland nur dann als Betonzusatzstoff eingesetzt werden, wenn für sie eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung erteilt wurde. Im zunehmenden Maße werden in der Kraftwirtschaft Überlegungen angestellt, Sekundärbrennstoffe gemeinsam mit der Kohle zu verbrennen. Dafür gibt es verschiedene Beweggründe. Zum einen stehen nach der Liberalisierung des Strommarkts und dem damit einhergehenden Rückgang der Strompreise die Brennstoffkosten für die Kohle im Vergleich zu Kernbrennstoffen oder zum Erdgas immer stärker im Vordergrund der Überlegungen des Betreibers. Zum anderen werden von der Politik Wünsche hinsichtlich der Verwertung von bestimmten Abfällen an die Betreiber herangetragen. Daneben spielt in manchen Ländern Europas das politische Ziel der Reduzierung von CO 2 -Emissionen aus verschiedenen Brennstoffen wie Kohle und Öl eine zunehmende Rolle. Mit dem Ziel, die CO 2 -Emissionen zu verringern, wird in verschiedenen Ländern die Mitverbrennung von Biomasse durch steuerliche Anreize gefördert. Aus verschiedenen kraftwerksbetrieblichen Gründen ist die Mitverbrennung von Sekundärmaterial in Kohlekraftwerken im Allgemeinen auf einen geringen Prozentsatz (< 10 %) der Kohle begrenzt, wobei die maximal verträgliche Menge von den spezifischen Eigenschaften des Sekundärmaterials und von den Kraftwerkseinrichtungen abhängt. Da bei der Mitverbrennung von Sekundärbrennstoffen eine wesentliche Abweichung von der DIN EN 450 besteht, muss für Flugasche, die bei der Mitverbrennung anfällt, eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung beantragt werden. Vor der Erteilung einer Zulassung ist durch umfangreiche Zulassungsprüfungen nachzuweisen, dass die betontechnologischen Eigenschaften der Flugasche gegenüber der reinen Kohleverbrennung nicht verändert werden und die Umweltverträglichkeit weiterhin gewährleistet ist. Die Prüfung der Umweltverträglichkeit erfolgt nach dem DIBt-Merkblatt Bewertung von Auswirkungen von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser. Flugasche, die bei der Mitverbrennung von kommunalem Klärschlamm anfällt, der bestimmten Anforderungen entspricht, kann gemäß Bauregelliste A, Teil 1, Anhang 1.6, als Flugasche nach DIN EN 450 zertifiziert werden. Eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung ist in diesem Fall nicht erforderlich. Zurzeit gibt es 30 Steinkohlenflugaschen aus deutschen und mehrere Zertifikate für Steinkohlenflugaschen aus ausländischen Kraftwerken, die nach DIN EN 450 zertifiziert sind. Daneben existieren sieben allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen für Flugaschen, die aus unterschiedlichen Gründen von der DIN EN 450 abweichen. Die Flugaschemenge, die in Deutschland nach DIN EN 450 bzw. mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung in Beton eingesetzt wird, betrug im Jahre 1999 ca. 3 Millionen Tonnen. 3 Wirkung von Flugasche im Beton Steinkohlenflugasche wirkt im Beton auf dreifache Weise. Sie hat eine rheologische Wirkung, eine Füllerwirkung und trägt außerdem durch puzzolanische Reaktion zur Festigkeit des Betons bei. 3.1 Rheologische Wirkung Wird in einem Beton üblicher Zusammensetzung ein Teil des Zements gegen Flugasche ausgetauscht und der Wassergehalt beibehalten, so zeigt sich meist eine deutliche Verflüssigung des Betons. Diese verflüssigende Wirkung der Flugasche kann dazu ausgenutzt werden, den Wassergehalt des Betons zu senken. Sie wird häufig mit dem Begriff Kugellagereffekt beschrieben. Damit ist die Vorstellung verbunden, dass die kugeligen Flugaschepartikel mit der glatten Oberfläche das Gleiten der Zement- und Sandkörner erleichtern und dadurch eine leichtere Verformbarkeit bzw. ein verbessertes Fließvermögen bewirken (Bild 1). Ver- 1

2 gleichsuntersuchungen haben ergeben, dass daneben auch die Verbesserung der Kornzusammensetzung der Mineralstoffe im Feinstbereich durch Ausfüllen der Zwickel zwischen den Zementkörnern zu einer Verringerung des Wasseranspruchs bzw. zu einem besseren Fließverhalten führt. Diese rheologische Wirksamkeit der Flugasche wird in der Praxis ausgenutzt, um den Wassergehalt des Betons zu senken. Die Wassereinsparung beträgt in der Praxis in der Regel etwa 5 l/m 3 bis 15 l/m 3 Beton, allerdings gibt es auch Flugasche/Zementkombinationen, bei denen keine Wassereinsparung festzustellen ist. Ein zweiter Aspekt der rheologischen Wirksamkeit von Flugasche ist die Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften bei einer vorgegebenen Konsistenz. Die Pumpbarkeit, das Zusammenhaltevermögen und auch die Verdichtungswilligkeit des Betons werden verbessert. Dadurch wird der Aufwand für den Betoneinbau reduziert. 3.2 Füllerwirkung Die Füllerwirkung beruht auf einer Verbesserung der Packungsdichte des Korngemisches durch die Einlagerung der Flugaschepartikel in die feinsten Haufwerksporen. Damit verbunden ist eine Verkleinerung der wassergefüllten Hohlräume. Die Füllstoffe bilden außerdem Stabilisierungspunkte für die anfänglich noch instabilen Calciumsilikathydratkristalle, die in die Hohlräume hineinwachsen. Bild 1: Einfluss von Flugasche und Quarzmehl gleicher Korngrößenverteilung auf das Ausbreitmaß von Mörteln nach DIN EN nach [2] Um den Effekt der Füllerwirkung zu demonstrieren, wurden Mörtel in Anlehnung an DIN 1164 hergestellt, bei denen 20 % des Zements (CEM I 42,5) durch fein gemahlenes Quarzmehl (spezifische Oberfläche nach Blaine 3800 cm 2 /g) bzw. Steinkohlenflugasche mit näherungsweise gleicher spezifischer Oberfläche (3900 cm 2 /g) ausgetauscht wurden. Es wurden Mörtel mit verschiedenen Wassergehalten hergestellt. Die Füllerwirkung wird deutlich, wenn man die Druckfestigkeit der Mörtel im Alter von zwei Tagen in Abhängigkeit vom Wasserzementwert aufträgt (Bild 2). Bei gegebenem w/z- Wert liegt die Druckfestigkeit der Mörtel mit Betonzusatzstoff über dem reinen Zementmörtel. Der Festigkeitszuwachs von mehr als 10 % ist auf die hohlraumfüllende Wirkung beider Zusatzstoffe zurückzuführen. Da im Alter von zwei Tagen ein Festigkeitsbeitrag aus puzzolanischer Reaktion der Steinkohlenflugasche noch nicht vorhanden ist, besteht in diesem Alter nur ein geringer Unterschied zwischen den Wirkungen von Quarzmehl und Flugasche. Der Füllereffekt ist rein physikalischer Natur und hängt von der Feinheit des verwendeten Feinststoffs ab. Je feiner der Füller ist, desto besser ist seine hohlraumfüllende Wirkung. 3.3 Wirkung durch puzzolanische Reaktion Ein Puzzolan ist ein mineralischer Stoff, der selbst fast keinen Kalk enthält, aber bei Raumtemperatur mit Kalk und Wasser zu Calciumsilikat- und Calciumaluminathydraten reagiert. Puzzolanische Stoffe enthalten durch Bild 2: Einfluss von Flugasche und Quarzmehl auf die Mörteldruckfestigkeit im Alter von zwei Tagen in Abhängigkeit von w/z (Füllerwirkung) Temperaturbeanspruchung entstandenes amorphes (gestaltloses, nicht kristallisiertes) Siliciumdioxid und gleichartiges Aluminiumdioxid. Diese Komponenten können mit Kalk reagieren. Die puzzolanische Reaktion ist gekennzeichnet durch einen im Vergleich zur Hydratation von Portlandzement langsameren Reaktionsverlauf. In Kombination mit Portlandzement und Wasser reagiert das Puzzolan mit dem Calciumhydroxid, das bei der Hydratation von Portlandzement entsteht und in vieler Hinsicht die schwächste Komponente des Zementsteins darstellt. Anstelle des Calciumhydroxids treten CSH-Phasen, die einen Festigkeitsbeitrag liefern und gleichzeitig zu einer Verringerung des Kapillarporenanteils im Zementstein führen. Diese Verringerung des Kapillarporenanteils erhöht den Widerstand gegen das Eindringen betonangreifender Medien. In Bild 3 ist die Druckfestigkeit der zuvor beschriebenen Mörtel im Alter von 90 Tagen in Abhängigkeit vom w/z-wert dargestellt. Die Mörtel mit Quarzmehl und die Zementmörtel weisen bei gleichem w/z-wert gleiche Druckfestigkeiten auf. Das Wasserzementwert-Gesetz ist auch für den Mörtel mit Quarzmehl als Betonzusatzstoff gültig. Demgegenüber haben die flugaschehaltigen Mörtel bei gleichem w/z-wert eine deutlich höhere Festigkeit als der flugaschefreie Mörtel. Der Festigkeitszuwachs ist auf die puzzolanische Reaktion der Flugasche zurückzuführen; er betrug im vorliegenden Fall ca. 16 N/mm 2. Mit dieser puzzolanischen Reaktion ist auch eine Veränderung der Zementsteinporen verbunden. Zwar wird der Gesamtporenraum im Zementstein nicht bzw. nur geringfügig verändert, die Größe der Poren und damit der Widerstand des Betons gegen das Eindringen angreifender Medien werden jedoch positiv beeinflusst. Dies konnte durch Messung der Porengrößenverteilung durch Quecksilberdruckporosimetrie nachgewiesen werden. 4 Schlussbemerkung Die Verwendung von Steinkohlenflugasche beeinflusst maßgebliche Betoneigenschaften wie Verarbeitbarkeit, Festigkeitsentwicklung, Hydratationswärmeentwicklung und Dauerhaftigkeit in positiver Weise. Der Grad der Beeinflussung hängt dabei von der Dosierung der Flugasche, von der sonstigen Betonzusammensetzung, vom Einbau und von der Nachbehandlung des Betons ab. Flugasche eröffnet dem Betontechnologen die Möglichkeit, Betone bezüglich der an sie gestellten Anforderungen unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu optimieren. Die nachstehend aufgeführte Literatur enthält weiterführende Informationen über die Beeinflussung der Betoneigenschaften durch gezielten Einsatz von Flugasche. Literatur [1] Sybertz, F.: Beurteilung der Wirksamkeit von Steinkohlenflugasche als Betonzusatzstoff. Schrif- 2

3 tenreihe Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 434. Beuth Verlag GmbH, Berlin 1993 [2] Schießl, P.: Wirkung von Steinkohlenflugasche in Beton. Beton 40 (1990), H. 12, S [3] Lewandowski, R.: Einfluss unterschiedlicher Flugaschequalität und Zugabemenge auf die Betoneigenschaften. Betonwerk + Fertigteil-Technik 49 (1983), H. 1, S ; H. 2, S , H. 3, S [4] Kern, E.: Erfahrungen mit Flugasche als Betonzusatzstoff aus der Sicht der Bauausführung. VGB Kraftwerkstechnik 72 (1992), H. 6, S [5] Schießl, P. und Härdtl, R.: Steinkohlenflugasche im Beton Untersuchungen über Wirkung und Anrechenbarkeit. Beton 43 (1993), H. 11, S , und H. 12, S [6] Schießl, P. und Härdtl, R: Betone für massige Bauteile. Beton 46 (1996), H. 11, S Schädigende Ettringitbildung im erhärteten Beton Unmittelbar nach der Wasserzugabe setzt die Reaktion zwischen dem im Zement enthaltenen Gips und dem C 3 A ein. Bei normalen Temperaturen entsteht dabei zunächst Ettringit und, wenn die Sulfationenkonzentration in der Lösung nicht mehr ausreicht, unter teilweiser Auflösung des gebildeten Ettringits Monosulfat. Mikroskopisch erscheint Ettringit als eine nadelförmige Struktur, die aus Faserbündeln mit vielen parallel angeordneten Kristallen besteht (Bild 1). Bei höheren Frischbeton- und Erhärtungstemperaturen verändern sich die Bildungsund Stabilitätsbedingungen der Hydrate. Im Temperaturbereich von 70 C bis 90 C wird die Reaktion zu Monosulfat verschoben, gebildeter Ettringit wird wieder zersetzt. Ein Teil des Sulfats kann ungebunden in der Porenlösung verbleiben oder adsorptiv an den [7] Scholz, E. und Wierig, H.-J.: Carbonatisierung von Beton mit Steinkohlenflugasche. In: Tagungsband zur VGB-Konferenz Flugasche im Beton VGB TB 702. VGB Kraftwerkstechnik GmbH, Essen 1991 [8] Schießl, P., Härdtl, R., Meng, B.: Sulfatwiderstand von Beton mit Steinkohlenflugasche. Betonwerk + Fertigteil-Technik 62 (1996), H. 12, S [9] Schießl, P. und Wiens, U.: Neue Erkenntnisse zum Einfluss von Steinkohlenflugasche auf die chloridinduzierte Korrosion von Stahl in Beton. In: Tagungsband 13. Internationale Baustofftagung IBAUSIL 1997, S bis Bauhausuniversität Weimar, 1997 [10] Schießl, P., Wiens, U., Schröder, P. und Müller, C.: Neue Erkenntnisse über die Leistungsfähigkeit von Beton mit Steinkohlenflugasche. beton 51 (2001), H. 1, S Baustoffliche Ursachen aktueller Schäden im Betonbau Im Rahmen einer ganztägigen Veranstaltung der Regionalgruppe 14 Sachsen/ Sachsen-Anhalt zu aktuellen Problemen der Dauerhaftigkeit von Beton gab der Direktor des F.A. Finger-Instituts der Bauhaus-Universität Weimar, Prof. Dr.-Ing. habil. Jochen Stark VDB, in einem mehrstündigen Vortrag einen ausgezeichneten Überblick zu neuen Ergebnissen baustofflicher Forschung und den stofflichen Ursachen von Schäden im Betonbau. Den Ausführungen schloss sich eine rege und interessante Diskussion an. Aus dem umfangreichen Vortragsinhalt wurden für eine kurze Zusammenfassung die drei nachfolgenden Themen ausgewählt. Bild 1: Faserartige Ettringitkristalle (Dicke 20 nm bis 200 nm), nadelförmige Strukturen bildend (ESEM-Aufnahme) Bild 3: Einfluss von Flugasche und Quarzmehl auf die Mörteldruckfestigkeit im Alter von 90 Tagen in Abhängigkeit von w/z (puzzolanische Reaktion der Flugasche) Kalziumsilikathydraten angelagert werden. In Abhängigkeit vom Gehalt und der Art der Alkalien in der Porenlösung kann die Stabilität des Ettringits bis auf Temperaturen von 50 C bis 60 C abgesenkt werden. Der ph-wert der Porenlösung ist damit eine maßgebliche Existenzbedingung für den Ettringit. Durch die Wärmebehandlung wird die Anhebung des ph-werts beschleunigt und zwar bis in einen Bereich, in dem Ettringit gar nicht gebildet werden kann bzw. nicht mehr stabil ist. Während der Nutzung kann bei normalen Umgebungstemperaturen eine verspätete Ettringitbildung stattfinden, wenn die Bauteile häufiger Durchfeuchtung unterworfen sind. Dabei reagieren Monosulfat und Kalziumaluminathydrat mit den in der Porenlösung vorhandenen und an den CSH-Phasen angelagerten Sulfationen. Dieser Vorgang ist mit einer Volumenvergrößerung verbunden und kann die Bauteile u.u. vollständig zerstören. Schäden als Folge einer ungeeigneten Wärmebehandlung bei der Herstellung von Betonbauteilen sind hinlänglich bekannt und haben zu vielen Untersuchungen geführt. Bei strikter Anwendung der daraus abgeleiteten DAfStb-Richtlinie zur Wärmebehandlung von Beton ist nach bisherigen Erfahrungen keine schädigende Ettringitbildung zu erwarten. Aus der Kenntnis zum Mechanismus der Ettringitbildung ergibt sich als wesentliche Folgerung, dass erhöhte Temperaturen während der Anfangshydratation zu vermeiden und eine ausreichend lange Vorlagerung bei einer Wärmebehandlung einzuhalten sind. Weiterhin hat die Betonzusammensetzung Bedeutung. Beispielsweise findet mit C 3 A- freien Zementen keine Schädigung durch verspätete Ettringitbildung statt, da die Aluminatkomponente fehlt. Höhere Alkaligehalte im Zement steigern in Verbindung mit größeren Sulfatgehalten das Schädigungspotential. Insofern sind Empfehlungen zur Begrenzung des Alkaligehalts plausibel. Vorteilhaft ist auch die Zugabe von Mikrosilika und die Verwendung von anderen puzzolanischen sowie latent-hydraulischen Stoffen, da eine Verringerung des Alkaligehalts in der Porenlösung bewirkt wird. Sind Vorschädigungen der Betonstruktur, z.b. Mikrorisse, vorhanden, wird die Ettringitbildung und die Wirkung der treibenden Kräfte erleichtert. Kann die Phasenneubildung in sehr dichten Betonen mit niedrigem w/z- Wert stattfinden, ist die Schädigung beson- 3

4 ders intensiv. Durch Verringerung der Warmbehandlungstemperatur werden physikalische Vorschädigungen weitgehend verhindert. Die Anwendung der DAfStb-Richtlinie sollte aber nicht nur auf die Herstellung von Fertigteilen beschränkt werden, sondern besitzt auch für normalerhärtende Betone unter der Wirkung von hochsommerlichen Temperaturen und der freiwerdenden Hydratationswärme Bedeutung. In letzter Zeit wird auch bei älteren Betonbauteilen, die nicht während der Erhärtung wärmebeeinflusst waren, eine Ettringitbildung in Gefügestörungen und Poren beobachtet, die oft Anlass von fehlerhaften Schlussfolgerungen sind. Unter bestimmten Bedingungen kann es zu einer verspäteten oder zusätzlichen Ettringitbildung kommen, wenn während der Austrocknung und der Nutzung höhere Temperaturen, z.b. durch intensive Sonneneinstrahlung, auftreten sowie eine ausreichende und vor allem wechselnde Feuchte vorhanden ist. Die Ursachen für eine Anreicherung von Ettringit in den Poren und Kontaktzonen zwischen Zuschlag und Zementstein sowie in Rissen sind die zusätzliche Bildung infolge innerer Sulfatquellen und/oder die lokale Konzentration durch Mobilisierung des vorhandenen oder rekristallisierten Ettringits. Ein Beispiel für die Auskristallisation von Ettringit im Festbeton ist in Bild 2 zu erkennen. Bild 2: Zuwachsen von Luftporen durch späte Ettringitbildung Sulfat steht durch die teilweise Umwandlung von Monosulfat in Monochlorid bei Tausalzangriff zur Verfügung und könnte auch aus dem partiellen Zerfall von Monosulfat infolge Karbonatisierung stammen. Bei ausreichendem Wasserangebot kann dann das Sulfat mit dem noch zur Verfügung stehenden Monosulfat reagieren und zusätzlich gebildetes Ettringit ergeben. Bei hohen ph-werten ist Ettringit nicht stabil und in der Porenflüssigkeit des feuchten Betons gelöst. In Betonbauteilen, die frei bewittert sind, verändert sich die Zusammensetzung der Porenlösung durch Auslaugungsvorgänge. Bei Unterschreiten eines kritischen ph-werts findet eine Rekristallisation des Ettringits statt. Aufgrund des Feuchte- und Stofftransports sind dann Anreicherungen in Hohlräumen der Mikrostruktur festzustellen. Eine Absenkung des ph- Werts kann auch durch Einbindung der Alkalien, z.b. bei einer Alkali-Kieselsäure- Reaktion, eintreten. Bild 3: Abwitterungsmenge von Beton nach dem CDF- bzw. CF-Verfahren in Abhängigkeit vom Frischbetonporenraum (nach Setzer, Universität Essen) In der Regel ist der in Rissen nachgewiesene Ettringit nicht die Ursache sondern die Folge der Strukturschädigung. Der Kristallisationsdruck des sich bildenden Ettringits kann die bereits vorhandenen Mikroschäden aber so verstärken, dass eine Beeinträchtigung der Gebrauchseigenschaften zustande kommt. Die neu entstandenen Ettringitformationen sind unter wechselnden Feuchte- und Temperaturbedingungen offensichtlich auch Schwindund Quellvorgängen unterworfen, die zumindest vorhandene Fehlstellen aufweiten können und damit gefügeschädigend wirken. Alkali-Kieselsäure-Reaktion Zwischen der Kieselsäure (SiO 2 ) und der Hydroxidlösung findet immer eine Reaktion statt, die prinzipiell nicht verhindert werden kann und die aber nur dann als kritisch angesehen werden muss, wenn die Menge der Reaktionsprodukte zur Betonschädigung führt. Die Reaktivität des Zuschlags ist abhängig von der mineralogischen Zusammensetzung und Beschaffenheit und steigt mit der Konzentration der Hydroxidlösung (ph- Wert) und der Temperatur. Als AKR-gefährdet gelten alle amorphen, kryptokristallinen und gittergestörten SiO 2 -Minerale (Opal, Chalcedon, Cristobalit, gestresste Quarze) und die daraus bestehenden Gesteine Opalsandstein, Kieselkalk, -schiefer und -kreide, Flinte und Grauwacken. Die Bewertung von Quarzporphyr ist schwierig; Phyllite und Quarzite erscheinen problematisch. Zur sicheren Vermeidung von Betonschäden ist es aus zementchemischer Sicht notwendig, die Konzentration der Hydroxyl-Ionen in der Porenlösung möglichst gering zu halten. Neben der Senkung des wirksamen Alkaligehalts stellt die Verwendung von puzzolanischen und/oder latent-hydraulischen Stoffen ein Mittel zur Reduzierung der Gefahr einer AKR dar, da damit eine Abpufferung der Alkalien (Verdünnungseffekt, Einbindung in unlösliche Verbindungen) erreicht wird. In Island werden seit 1979 allen Zementen 7,5 % Silika zugemahlen. Diese Maßnahme hat sich außerordentlich bewährt. Bei genauerer Kenntnis der Reaktivität der Zuschläge kann die AKR-Gefahr, auch außerhalb des derzeitigen Geltungsbereiches der Richtlinie, durch die Auswahl des geeigneten Bindemittels und dessen Menge weitgehend eingegrenzt werden. Bei einigen Zuschlägen, wie z.b. Grauwacke, Kiesel- kalken oder gestressten Quarzen besteht dazu weltweit noch erheblicher Forschungsbedarf. Frost- und Frost-Tausalzwiderstand Als entscheidend für den Widerstand des Betons gegenüber Frost oder Frost-Tausalz- Beanspruchung kann die Sättigung des Mikrogefüges mit Wasser bzw. Taumittellösung angesehen werden. Wenn ein Beton bestimmter Zusammensetzung den für die jeweilige Porenstruktur kritischen Sättigungsgrad überschreitet, ist ein ausreichender Widerstand gegenüber Frost nicht mehr vorhanden. Der kritische Sättigungsgrad wird aus dem Abfall des E-Moduls bei unterschiedlich gesättigten Betonen abgeleitet. Ob ein Beton wassergesättigt wird, hängt von der Porenstruktur ab. Porengrößen im Nanometerbereich werden unter den üblichen klimatischen Bedingungen praktisch nie mit Eis gefüllt. Gefährlich sind demgegenüber Kapillarporen mit Porenradien oberhalb von 10 nm. Je höher der Anteil dieser Poren ist, desto mehr Wasser oder Taumittel kann der Beton aufnehmen und um so wahrscheinlicher ist, dass ein kritischer Sättigungsgrad erreicht wird. Um dem Wasser, das von dem dann gebildeten Eis unter hohem Druck in die benachbarten Poren gedrückt wird, Ausweichraum zu schaffen, sind Luftporen besonders hilfreich. Aus Bild 3 ist zu erkennen, dass ab einem LP-Gehalt von etwa 4,5 Vol.-% in der Regel ein ausreichender Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand (FTSW) gegeben ist. Problematisch ist in diesem Zusammenhang, dass bei Einsatz eines solchen Betons (w/z = 0,5; LP-Mittel) zur Prüfung des FTSW der Gesteinskörnung (neue DIN ) die tatsächliche Eignung der Körnung nicht festgestellt werden kann, wenn die innere Schädigung nicht zusätzlich untersucht wird. Ein weiteres Problem stellen die z. B. auf Flugplätzen eingesetzten Taumittel auf der Basis von Acetaten dar. Diese neuartigen Taumittel enthalten bis zu 45 % Na 2 O. Eine Aussage zum FTSW des Betons kann nicht getroffen werden, da routinemäßig nur mit NaCl-Lösung geprüft wird. Es gibt auch keine Untersuchungen, wie sich die Alkalien der Taumittel auf die AKR auswirken. Prof. Dr.-Ing. Stefan Röhling, Leiter der Regionalgruppe Sachsen / Sachsen-Anhalt 4

5 Weiße Wanne nachträglich mit SIFCON realisiert In den vergangenen Monaten berichtete Dipl.-Ing. Ernst-Hartwig Steege VDB auf Arbeitstagungen in mehreren VDB-Regionalgruppen über eine von ihm betreuten Baumaßnahme, bei der eine nachträgliche Abdichtung nach dem Prinzip der Weißen Wanne auf der Innenseite der Kelleraußenwände zweier Doppelhaushälften angebracht wurde, ohne die Nutzhöhe einzuschränken. Der nachfolgende Bericht ist eine Kurzbeschreibung der Baumaßnahme. Eine druckwasserdichte Abdichtung wurde notwendig, weil die Kellerräume mehrfach jährlich durch das Hochwasser eines naheliegenden Baches überflutet wurden. Hautabdichtungen von außen kamen nicht in Frage aufgrund der getrennten Bodenplatten sowie der seitlich am Haus angeordneten Mit Ausgabedatum Juli 2001 ist die seit langem angekündigte neue Normengeneration im Betonbau veröffentlicht worden. Sie besteht aus der neuen DIN 1045 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton mit Teil 1: Bemessung und Konstruktion Teil 2: Beton Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität Anwendungsregeln zu DIN EN Teil 3: Bauausführung Teil 4: Ergänzende Regeln für die Herstellung und Konformität von Fertigteilen Eng verbunden mit DIN 1045, insbesondere mit dem Teil 2, ist DIN EN 206-1, die deutsche Fassung der europäischen Norm EN Beton - Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität. Die Einführung der Normen wird durch die Veröffentlichung in der Bauregelliste in der ersten Hälfte des Jahres 2002 erfolgen. Eine der wesentlichsten Aufgaben des Verbands Deutscher Betoningenieure e.v. (VDB) ist es, seine Mitglieder über den aktuellen Stand der Betontechnologie und der damit verbundenen Vorschriften zu informieren und in deren Anwendung zu schulen. Der VDB wird daher in einer Seminarreihe, die bundesweit in allen 14 Regionalgruppen durchgeführt wird, ausgewählte Kapitel von DIN EN und DIN erläutern und das Verständnis des Normtexts, insbesondere durch Beispiele, erleichtern. Garagen. Während die Wandsockel der Wanne eher konventionell mit Mattenbewehrung versehen sind, wurde die Bodenplatte durch eine SIFCON-Schicht ertüchtigt. SIFCON besteht aus einer losen Stahlfaserschüttung, die durch eine hochfließfähige und hochfeste Zementslurry aufgefüllt wird, wobei der Stahl- Bild 1: Einbau der Zementslurry in das Stahlfasergerüst Die neue Normengeneration für den Betonbau Schulungsunterlagen des VDB Grundlage der Seminare sind die in einer VDB-Broschüre zusammengestellten insgesamt über 250 Folien, die in acht Arbeitskreisen erarbeitet wurden. Natürlich können in diesen Vertiefungsseminaren nicht alle Folien gezeigt und erläutert werden. Aber bei der Beschäftigung mit den neuen Normen für jeden verantwortungsvollen Betoningenieur eine Pflicht werden die Ausarbeitungen das Verständnis in zahlreichen Punkten fördern. Ergänzend enthält die der Broschüre beiliegende CD-ROM Präsentationen dieser Folien in animierter Form, wodurch z.b. bestimmte Ablaufschemata, Zuordnungen oder auch der Aufbau von Rechenvorgängen einprägsam dargestellt werden. Hinweise und Anregungen, Verbesserungen und Korrekturen sind ausdrücklich erwünscht und werden von jedem Regionalgruppenleiter gerne angenommen. Zur Vertiefung des Verständnisses der Normeninhalte sind (mit freundlicher Genehmigung des Verlags Bau+Technik GmbH) drei Veröffentlichungen abgedruckt. Riechers Gesteinskörnungen für Beton Grube, Kerkhoff Die neuen deutschen Betonnormen DIN EN und DIN als Grundlage für die Planung dauerhafter Bauwerke Aßbrock, Hanke, Böing Transportbeton nach DIN EN fasergehalt 10 Vol.-% ausmacht. SIFCON steht für Slurry infiltrated fibre concrete. Die Bestandsanalyse ergab, dass eine Betonplattengründung vorhanden war mit einer Dicke von 28 cm, ohne nennenswerte Bewehrung aber mit ausreichender Festigkeit. In Zusammenarbeit mit einem Büro für Prüfstatik wurde folgendes Konzept entwickelt: Der vorhandene Estrich auf Trennschicht (6 cm dick) wird ersetzt durch die o.g. SIF- CON-Schicht. Wegen des anstehenden Wasserdrucks waren Tragfähigkeitsnachweise zu führen für eine Wasserbelastung infolge 52 cm Wasserhöhe über Fußbodenoberkante, wobei die Wandsockel bis auf 72 cm Höhe geführt wurden. Der statische Nachweis umfasst die Sicherheit gegen Aufschwimmen und Schiefstellung sowie die Erhöhung der Tragfähigkeit durch zusätzliche Stahlbewehrung für Bodenplatte und Wandsockel. Notwendig wurde dies, weil ein allgemeingültiges Bemessungsverfahren für Stahlfaserbewehrung nicht existiert. Zusätzliche Bewehrung, die sicherstellt, dass durch Zwängungen entstehende Risse ausreichend klein und damit wasserundurchlässig bleiben, wurde nicht eingebaut, obwohl sie für derartige Bauteile notwendig wäre. Hier wird in Ansatz gebracht, dass SIFCON aufgrund seiner hohen Duktilität auch bei größeren Dehnungen keine wasserführenden Risse entstehen lässt. Neben dieser besonderen Eigenschaft gab es einen zweiten Grund, SIFCON einzusetzen: Durch den hohen Stahlfaseranteil und die hervorragende Fließfähigkeit der Zementslurry lassen sich auf sicherem Niveau wasserundurchlässige Betonierfugen herstellen, wenn in der Kontaktfuge die Zementslurry des zuvor hergestellten Abschnitts so ausgewaschen wird, dass die Stahlfasern etwa 10 mm freistehen. Auf diese Weise erfolgt eine sichere Verklammerung zwischen altem und neuem Abschnitt. Das war eine Grundvoraussetzung, um bei dünnwandigen Bauteilen die Anschlussfugen zwischen Wandsockel und Bodenbereich auszuführen sowie die tragenden Wände schrittweise zu unterfangen. Die Zementslurry wurde als Werktrockenmörtel und einkomponentiges Produkt hergestellt und als Sackware geliefert mit dem Vorteil, dass auf der Baustelle lediglich Wasser zugegeben zu werden brauchte. Damit war auch der Einsatz einer Mischpumpe möglich, die das außerhalb des Kellers gelagerte Material gemischt und an die Einbaustelle gefördert hat. Bild 1 zeigt den Einbau der Zementslurry in das Stahlfasergerüst. Eine mit einem Außenrüttler selbst gefertigte Rüttelplatte unterstützte das Infiltrieren ; sie war trotz der Fließfähigkeit dringend erforderlich. Es versteht sich von selbst, dass derartige Abdichtungsmaßnahmen übrige Arbeiten nach sich ziehen, wie z.b. den Einbau einer zusätzlichen Horizontalsperre im aufgehenden Mauerwerk und Sonderlösungen im Bereich des Kamins. Diesen Aufwand eingerechnet beliefen sich die Kosten für beide Doppelhaushälften auf etwa DM bei einer gemeinsamen Grundfläche von 120 m 2. 5

6 STUTECH Exkursion nach Düsseldorf Am 19. September 2001 reisten ca. 40 Betontechnologen der STUTECH, dem befreundeten Verband aus den Niederlanden, nach Düsseldorf, um sich über die umfangreichen Baumaßnahmen im Rahmen der A 44 Rheinquerung Ilverich zu informieren und die imposanten Bauwerke zu besichtigen. Der stellvertretende Vorsitzende des VDB, Prof. Dr.-Ing. Robert Weber, begrüßte die Exkursionsteilnehmer. Herr Post, Bauleiter der ARGE, übernahm die informelle Einführung und erläuterte anhand eines Modells die verschiedenen Baumaßnahmen. Rudolf Walther VDB, Geschäftsführer des mit der Betonüberwachung beauftragten Baustofflaboratoriums Hagen, informierte über die betontechnologischen Anforderungen und Besonderheiten (Bild 1). Bild 1: Rudolf Walther VDB informiert über die betontechnologischen Anforderungen Anschließend fuhren die Betontechnologen zum Tunnel Rheinschlinge und konnten dort die Betonierarbeiten an einem 4,8 m dicken Sohlenabschnitt beobachten (Bild 2). Die Baustellenbesichtigung endete mit einer Begehung der Vorlandbrücke aus Spannbeton sowie der den Rhein überquerenden Stahlbrücke. Sowohl während der fachlichen Erläuterungen im Baubüro als auch bei der Baustellenbesichtigung stand unser VDB-Mitglied Rudolf Tegelaar dankenswerterweise als Dolmetscher zur Verfügung. Bild 2: Betonierarbeiten an einem 4,8 m dicken Abschnitt der Tunnelsohle Heft 513 Heft 514 Heft 515 Heft 516 Heft 517 Heft 518 Heft 519 Heft 520 Heft 521 Neue DAfStb - Hefte Beton als kreislaufgerechter Baustoff Frostwiderstand von Sekundärzuschlag aus Altbeton Analytische und numerische Untersuchungen des Durchstanztragverhaltens punktgestützter Stahlbetonplatten Sachstandsbericht Selbstverdichtender Beton (SVB) Verformungsverhalten und Tragfähigkeit dünner Stege von Stahlbeton- und Spannbetonträgern mit hoher Betongüte Schubtragfähigkeit längsbewehrter Porenbetonbauteile ohne Schubbewehrung, Thermische Vorspannung bewehrter Porenbetonbauteile, Kriechen des Porenbetons im Bereich der zur Verankerung der Längsbewehrung dienenden Querstäbe und Tragfähigkeit der Verankerung Betonbau beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen, Zweiter Sachstandsbericht mit Beispielsammlung Frühe Risse in massigen Betonbauteilen, Ingenieurmodelle für die Planung von Gegenmaßnahmen Sachstandsbericht, Nachhaltig Bauen mit Beton Zu beziehen über Beuth Verlag GmbH Burggrafenstraße 6, Berlin DBV-Merkblätter und -Hefte DBV Merkblatt Fugenausbildung für ausgewählte Baukörper aus Beton DBV Heft Nr.3 Selbstverdichtender Beton Zu beziehen bei der DBV Geschäftsstelle, Kurfürstenstr.129, Berlin Komm mit uns nach Bremen...sagte na, Sie wissen schon der alte Esel zum Hund. Das Märchen von den Bremer Stadtmusikanten ist weltberühmt. Aber nicht sie haben die Hansestadt berühmt gemacht, nein, die vier tierischen Gesellen wollten nach Bremen, gerade weil die Wesermetropole so märchenhaft war. Und das ist sie auch heute noch. In der letzten VDB-information haben wir hingewiesen auf die nächste VDB- Mitgliederversammlung am 7. Mai und die VDB-Fachtagung 2002 am 8. Mai im Congress Centrum Bremen. Die Vorbereitungen für diese alle zwei Jahre stattfindende Doppelveranstaltung laufen auf vollen Touren. Firmen aus verschiedenen Branchen des Bauwesens werden an beiden Tagen unmittelbar neben dem Vortragssaal ihre neuen Produkte präsentieren. Nach Grußworten von der Senatorin für Bau und Umwelt der Freien und Hansestadt Bremen ist vorgesehen, dass Karsten Ebeling VDB, Prof. Peter Grübl, Wolfgang Puntke VDB, Prof. Michael Raupach VDB und Prof. Stefan Röhling VDB interessante aktuelle Themen in Vorträgen behandeln. 6

7 Neue Normen DIN Juli 2001 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Teil 1: Bemessung und Konstruktion DIN Juli 2001 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Teil 2: Beton; Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität. Anwendungsregeln zu DIN EN DIN Juli 2001 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Teil 3: Bauausführung DIN Juli 2001 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Teil 4: Ergänzende Regeln für die Herstellung und die Konformität von Fertigteilen DIN Juli 2001 Gesteinskörnungen für Beton und Mörtel Teil 1: Normale und schwere Gesteinskörnungen DIN Juli 2001 Chemischer Apparatebau Oberflächenschutz mit nicht metallischen Werkstoffen für Bauteile aus Beton in verfahrenstechnischen Anlagen Teil 1: Begriffe, Auswahlkriterien DIN August 2001 Chemischer Apparatebau Oberflächenschutz mit nicht metallischen Werkstoffen für Bauteile aus Beton in verfahrenstechnischen Anlagen Teil 6: Eignungsnachweis und Prüfungen DIN- Sept Leitlinien für die Anwendung von EN 197-2, Zement Fachbericht 79 Teil 2: Konformitätsbewertung, Deutsche und englische Fassung CEN/CR 14245:2001 DIN- Juni 2001 Putz- und Stuckarbeiten VOB/StLB, VOB Teil B: DIN Taschenbuch , VOB Teil C: ATV DIN 18299, ATV DIN 18350, mit CD-ROM: VOB Vergabe- und Vertragsmodul DIN- Oktober 2001 Naturwerksteinarbeiten, Betonwerksteinarbeiten Taschenbuch 79 VOB/StLB, VOB Teil B: DIN 1961, VOB Teil C: ATV DIN 18299, ATV DIN 18332, ATV DIN 18333, mit CD-ROM: VOB Vergabe- und Vertragsmodul DIN EN Juli 2001 Beton Teil 1: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität; Deutsche Fassung EN 206-1:2000 DIN EN Juli 2001 Mörtel und Klebstoffe für Fliesen und Platten Definitionen und Spezifikationen; Deutsche Fassung EN 12004:2001 DIN EN Juni 2001 Prüfung von Festbeton Teil 2: Herstellung und Lagerung von Probekörpern für Festigkeitsprüfungen; Deutsche Fassung EN :2000 DIN EN Juni 2001 Maschinen und Anlagen für die Herstellung von Bauprodukten aus Beton und Kalksandsteinmassen Sicherheit Teil 4: Beton-Dachsteinmaschinen; Deutsche Fassung EN :2001 Alleinverkauf der DIN-Normen und Normentwürfe durch Beuth Verlag GmbH Burggrafenstraße 6, Berlin Kurzberichte aus der Bauforschung Heft 6/2000 Rationeller Wärmeschutz im Bestand Einsparung von Kosten und CO 2 - Emissionen durch rationelle Herstellung des Wärmeschutzes bei Modernisierungsmaßnahmen Freisetzung von umweltrelevanten organischen Bestandteilen aus Betonen mit Betonzusatzmittel Austrocknungsverhalten von zementinjiziertem Leichtbeton Sachstandsbericht Hybride Konstruktionen aus Beton Schubtragfähigkeit von Betonergänzungen an nachträglich aufgerauten Betonoberflächen bei Sanierungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen Versuche zur Bestimmung der Druckfestigkeit von hochfestem Beton mittels Rückprallhammer Untersuchungen zum Einfluss der bezogenen Rippenfläche von Bewehrungsstäben auf das Tragverhalten von Stahlbetonbauteilen im Gebrauchsund Bruchzustand Allen Mitgliedern und ihren Familien wünschen geschäftsführender und erweiterter Vorstand des Verbands Deutscher Betoningenieure ein gutes neues Jahr 2002 Zu beziehen über das Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau, Nobelstraße 12, Stuttgart 7

8 VDB intern Wir trauern um: Erich Lüth Am 6. September 2001 starb kurz vor Vollendung seines 85. Lebensjahres Dipl.-Ing. Erich Lüth. Lüth war ein Kollege der ersten Stunden unseres Verbands und seiner Vorläufervereinigung VdB. Am 8. November 1968 war Erich Lüth einer der sieben Gründer des Verbands der Betoningenieure VdB bei der Eintragung in das Vereinsregister beim Amtsgericht Köln. Am 17. April 1970 übernahm er die Regionalgruppe Nordrhein. Diese leitete er 16 Jahre lang, denn auch nach der Gründung des VDB 1974 genoss er weiterhin das Vertrauen der Mitglieder der Regionalgruppe. Bei der Neuwahl der Regionalgruppenleitung am 8. Dezember 1986 kandidierte Erich Lüth nicht mehr. Nach schriftlicher Abstimmung wurde Dr. Rolf Dillmann gewählt. Damit beerbte Rolf Dillmann Erich Lüth nicht nur in beruflicher Funktion, nämlich in der Leitung des Zentrallabors der Strabag Bau-AG, sondern auch in der Leitung der Regionalgruppe Nordrhein. Während all der Jahre führte Erich Lüth 73 Arbeitstagungen und 13 Besichtigungen durch. Er bereitete alle Zusammenkünfte gewissenhaft vor und wertete die Ergebnisse wenn möglich statistisch aus. Außerdem prüfte Erich Lüth von 1980 bis 1998 gemeinsam mit Hans Puls mit größter Akribie die Kasse des Gesamtverbands. Der Verband Deutscher Betoningenieure ist Erich Lüth für sein jahrzehntelanges Engagement zu Dank verbunden. Wir begrüßen im VDB: RG 1 Torsten Rosenberg, Berlin Christian Jaschinski, Rückersdorf Harro Kaese, Gohlitz Kathrin Sander, Langerwisch RG 3 SBH Spezial-Beton Hamburg GmbH, Hamburg RG 4 Wilfried Förste, Delmenhorst Peter Rikowski, Oldenburg RG 5 Kai Wortmann, Holzminden Thomas Barz, Seesen RG 7 Salvatore Gumina, Köln Karl-Heinz Quantius, Köln Ludger Recher, Köln Peer Albrecht, Neuss Claudia Kurz, Düsseldorf RG 8 Matthias Wenderoth, Melsungen Gerhard Cselenko, Frankfurt Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kern, Darmstadt RG 9 Artur Gitzen, Neuhofen RG 10 Michael Schiffmann, Reutlingen Heiko Zimmermann, Ulm Hans Six, Sandhausen Markus Wiese, Karlsruhe Wolfgang Maier, Bissingen/Teck Rainer Braun, Leutenbach Friedel Kütemeier, Rheinstetten Karlheinz Zehner, Freiamt Xaver Gress, Bisingen Markus Vöcking, Freiburg RG 11 Robert Jobst, Bindlach Heiko Schärtel, Absberg Rainer Burg, Schrobenhausen Uwe Bauersachs, Coburg Jürgen Schowalter, Pliening RG 12 Knut Johannsen, Rostock RG 14 Ilka Latzel, Dresden Klaus-Otto Bosse, Höwisch Ramona Müller, Dresden Zugriff auf VDB-Internetseiten wächst Seit nunmehr etwas über einem Jahr ist der VDB im Internet vertreten. Die Statistik zeigt, dass seitdem die Zahl der Zugriffe auf die Seiten erfreulich angestiegen ist und das obwohl die Zahl der Internetauftritte von Unternehmen ebenfalls weiterhin stark ansteigt und das Informationsangebot unübersichtlicher geworden ist. Um so wichtiger ist es, in den Trefferlisten der Internet-Suchmaschinen wie Google ganz oben zu landen. Gibt ein Surfer ein Suchwort ein, bekommt er teilweise mehrere Hundert Internetseiten angegeben, auf denen etwas zum gesuchten Begriff Zusammenfassung nach Monaten Monat zu finden sei. Es ist verständlich, dass der Surfer nach einigen Misserfolgen bei Seiten mit Inhalt geringer Qualität die Lust verliert. Der Name unserer Domain betoningenieure.de verhilft uns zum ersten Platz in der Trefferliste, wenn als Suchbegriff Betoningenieur oder Betoningenieure eingegeben wird. Auch bei anderen, verwandten Suchbegriffen landen wir auf den vorderen Plätzen. Bemerkenswert ist, dass doch auch einige Zugriffe aus dem nicht-deutschsprachigen Ausland zu verzeichnen sind. Monats-Summe Rechner Besuche Seiten Anfragen Sept August Juli Juni Mai April März Februar Januar Dez Summen Die Akzeptanz eines Internetauftritts steigt natürlich mit dem gebotenen Inhalt. Bitte teilen Sie uns auch Ihre Wünsche und Erfahrungen mit. Das, was sich im Rahmen der ehrenamtlichen Tätigkeit und im Rahmen der Satzung machen lässt, wollen wir gerne aufgreifen. VDB-information 87/01 Dezember 2001 Herausgeber: Verband Deutscher Betoningenieure e.v. Postfach , Düsseldorf Konto: Hamburger Sparkasse, Nr. 1305/ (BLZ ) Verantwortlich: Bauing. Peter Bilgeri Rosendalstraße 87, Ratingen Telefon / peter.bilgeri@readymix.de Produktion: Verlag Bau+Technik GmbH Postfach , Düsseldorf Druck: Druckerei Nowée, Düsseldorf 8