Beton-Seminare 2010 Dr. Thomas Richter BetonMarketing Ost. Betonieren bei hohen und tiefen Temperaturen

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1 Beton-Seminare 2010 Dr. Thomas Richter BetonMarketing Ost Betonieren bei hohen und tiefen Temperaturen

2 Ziele Winterbau kontinuierliche Bautätigkeit während des ganzen Jahres möglichst keine witterungsbedingten Unterbrechungen u.a. Schutzmaßnahmen vor Frost, Schnee, Eis, Wind und Regen BetonMarketing Ost

3 Einflüsse niedriger Temperaturen Verzögerung des Erstarrens und der Festigkeitsentwicklung Gefrieren des ungebundenen Wassers im Beton Temperaturdifferenzen über den Betonquerschnitt veränderte Eigenschaften des Betonstahls Ziele beim Betonieren Schnelles Erreichen der Gefrierbeständigkeit Ausschalen in vertretbaren Fristen BetonMarketing Ost

4 Festigkeitsentwicklung des Betons (Anhaltswerte) Festigkeitsentwicklung des Betons ständige Lagerung bei Entwicklung der Druckfestigkeit in % nach 3 d 7 d 28 d 90 d 180 d sehr langsam/ langsam +20 C + 5 C langsam +20 C + 5 C mittel +20 C + 5 C schnell +20 C + 5 C BetonMarketing Ost

5 Gefrierbeständigkeit Junger Beton ist gefrierbeständig, wenn er durch wenige Frost-Tau-Wechsel nicht geschädigt wird. Nach DIN , Abschn. 8.3 und ZTV-ING, Teil 3, Abschnitt 2, Nr , ist ein Beton als gefrierbeständig anzusehen, wenn er eine Würfeldruckfestigkeit von mindestens 5 N/mm² erreicht hat. Beton ist möglichst vor Niederschlag schützen BetonMarketing Ost

6 Gefrierbeständigkeit nach DIN , Abschn. 8.3 Lufttemperatur +5 C C unter -3 C Mindesteinbautemperatur des Betons +5 C allgemein +10 C bei Zementgehalten z 240 kg/m³ oder bei LH-Zementen +10 C Halten dieser Temperatur für mindestens 3 Tage BetonMarketing Ost

7 Gefrierbeständigkeit von Beton Zementfestigkeitsklasse erforderliche Betonerhärtungszeit bis zum Erreichen der Gefrierbeständigkeit [Tage] Betontemperatur beim Betonieren 5 C 12 C 20 C 52,5R / 52,5N / 42,5R 0,75 0,5 0,5 42,5N / 32,5R 2 1,5 1 32,5N 5 3, BetonMarketing Ost

8 Veränderte Betonstahleigenschaften i. d. R. Biegen bei T 0 C, bei 0 C bis -5 C Biegen mit reduzierter Biegegeschwindigkeit (DIN , 6.2) bei tiefen Temperaturen neigt Betonstahl zur Versprödung (T < -15 C) Stäbe mit d > 28 mm kritisch bei Temperaturen < -12 C Nachweis der Schweißeignung bei niedrigen Temperaturen BetonMarketing Ost

9 Kosten des Winterbaus (VOB, Teil C, DIN 18331) Betonieren bei Lufttemperaturen von +5 C < +5 C Tätigkeiten Schutz des jungen Betons gegen Witterungseinflüsse Vorsorge- und Schutzmaßnahmen Bezahlung als Nebenleistung besondere Leistung BetonMarketing Ost

10 Kosten des Winterbaus - Mehrkosten Material-, Gerätekosten Personalkosten Energiekosten veränderte Terminplanung Winterrezepturen erschwerte Arbeitsbedingungen Beheizung Ausfallzeiten Warmbeton Schneeräumen Beleuchtung verlängerte Ausschalfristen Wärmedämmung Heizen verlängerte Nachbehandlung Einhausung Schutzmaßnahmen Heizgeräte Überwachungsaufwand BetonMarketing Ost

11 Planung und Ausschreibung Festlegung von Grenzbedingungen, bei denen nicht mehr weiter gebaut wird, z. B. Minimaltemperatur < -15 C Mitteltemperatur der letzten 5 Tage < -5 C Schneelage, Eisbildung, Windbedingungen BetonMarketing Ost

12 Maßnahmen bei Temperaturen > +5 C keine Winterbaumaßnahmen übliche Nachbehandlung bei ungünstigen Wettervorhersagen Ersatzrezepturen vorbereiten Beschaffung von Material, Geräten für den Winterbau BetonMarketing Ost

13 weitere Maßnahmen bei Temperaturen zwischen +5 C und -3 C freie Betonflächen abdecken Mindesteinbautemperaturen beachten Winterrezepturen verwenden Ausschal- und Nachbehandlungszeiten verlängern Terminplanung anpassen ggf. Ausfallzeiten einplanen BetonMarketing Ost

14 Betontemperatur in C Abkühlungsverlauf einer Betonplatte gedämmt nicht gedämmt Luft -5 o C 2 cm Dämmung 16 cm Stahlbeton 2,4 cm Holzschalung C 25/30 w/z = 0, kg/m³ CEM 32,5 R Betonalter [h] BetonMarketing Ost

15 weitere Maßnahmen bei Temperaturen zwischen -3 C und -10 C Schalung und Bewehrung vor Betonage abdecken Einbauteile ggf. Beheizen Warmbeton verwenden Schalungen mit Wärmedämmung versehen (besonders bei Stahlschalungen) frisch betonierte Bauteile wärmedämmen Pumpleitungen nach Möglichkeit wärmedämmen BetonMarketing Ost

16 weitere Maßnahmen bei Temperaturen < -10 C Einhausung Vollwetterschutz (mit Beheizung) BetonMarketing Ost

17 Anforderungen an den Betonhersteller geeignete Lagerungs- und Beheizungsmöglichkeiten (Dampfeindüsung, Warmluft, Heizschlangen) ausreichend dimensionierte Warmwassererzeuger Berücksichtigung der Feuchte der Gesteinskörnungen Berücksichtigung des mit Dampf eingebrachten Wassers Berücksichtigung der Temperatur der Ausgangsstoffe Bestimmung der Frischbetontemperatur (± 1 K) BetonMarketing Ost

18 Winterrezepturen i.d.r. Zement der Festigkeitsklasse 42,5R (schnell erhärtende Betone) Erhöhung des Zementgehalts (z > 300 kg/m³) i.d.r. kein Zementersatz durch Flugasche Nachweis der Zusatzmitteleignung bei niedrigen Temperaturen LP-Bildner grundsätzlich mit Vorversuchen (Einfluss Temperatur, zeitliche Veränderung des LP-Gehaltes) i.d.r. kein VZ BE nur im Ausnahmefall BetonMarketing Ost

19 Winterrezepturen Frischbetontemperatur mit hinreichendem Vorhaltemaß Temperaturabsenkung bei Transport, Fördern, Einbau und bei Wartezeiten berücksichtigen Vereinbarung einer Mindestentladetemperatur Beachtung von Nebenwirkungen, z.b. Schwinden Sedimentieren verzögernde Wirkung von Ligninsulfonaten BetonMarketing Ost

20 Warmbeton / Erwärmen der Ausgangsstoffe DAfStb-Richtlinie Wärmebehandlung beachten schnelleres Ansteifen bei höheren Frischbetontemperaturen bis -5 C i.d.r. Erwärmen nur des Zugabewassers unter -5 C Erwärmen der Gesteinskörnungen Beheizen des Sandes auf +40 C Beheizen der groben Gesteinskörnungen keine Korngruppe über 100 C erwärmen Frischbetontemperatur 30 C Temperaturerhöhung von ca. 10 K verdoppelt die Erstarrungsgeschwindigkeit BetonMarketing Ost

21 Abschätzen der Betontemperatur Erhöhung der Frischbetontemperatur um 1 K erfordert Temperaturerhöhungen des Zements um 10 K oder des Zugabewassers um 5 K oder der Gesteinskörnung um 1,5 K Mischungstemperatur des Frischbetons T m 0,1 T z + 0,2 T w + 0,7 T g BetonMarketing Ost

22 Betonherstellung Ausgangsstoffe dürfen nicht gefroren sein Zusatzmittel nicht unter 5 C lagern zunehmende Viskosität mit ggf. längeren Dosierzeiten berücksichtigen Zusatzmittel möglichst spät zugeben, ausreichend lange einmischen (z. B. 40 s Mischzeit) BetonMarketing Ost

23 Transport Betonabkühlung 0,5 K... 3 K je 15 min Frischbetontemperatur zu Beginn des Entladens messen und protokollieren evtl. vorgewärmter Transportbehälter BetonMarketing Ost

24 Schalung und Bewehrung bei < -10 C Schalung vor dem Betonieren auf > 0 C vorwärmen Vorwärmen empfehlenswert auch bei höheren Temperaturen bei dünngliedrigen Bauteilen Metallschalungen Metalleinbauteilen günstig: Heißluft oder Wärmestrahler (Heißdampf oder Heißwasser können gefrieren) Holzschalungen oder Stahlschalungen mit Wärmedämmung Frost beständige Trennmittel verwenden und frostfrei lagern Zähflüssigkeit von Trennmitteln beachten Achtung bei Sichtbeton BetonMarketing Ost

25 Fördern und Einbauen Schalung, Bewehrung, Beton- und Bodenflächen eis- und schneefrei halten Erdreich, Fels, Schalung, Bauteile dürfen keine Temperatur haben, die den Beton vor Erreichen der Gefrierbeständigkeit gefrieren lässt Betonierpläne beachten Arbeitssicherheit gewährleisten (Wege, Arbeitsflächen, Gerüste, Leitern eis- und schneefrei halten) bei Temperaturen < -10 C und bei langen Förderwegen Pumpenleitungen ummanteln Föderbehälter abdecken und evtl. wärmedämmen Förderkübel vorwärmen offene Förderbänder bei Frost nicht benutzen BetonMarketing Ost

26 Maßnahmen zum Schutz und zur Nachbehandlung des jungen Betons Maßnahme zum Schutz zur Nachbehandlung Belassen in der Schalung Verwendung wärmegedämmter Schalung Abdecken freier Betonoberflächen Wärmedämmende Ummantelung nach dem Ausschalen Beheizung (Austrocknen vermeiden!) Nachbehandlungsmittel X X X X X X X X Nachbehandlungsdauer um die Zeit mit Oberflächentemperaturen < 5 C verlängern BetonMarketing Ost

27 Ausschalfristen (Lastausnutzungsfaktor 0,7) Bauteiltemperatur (vereinfachend Lufttemperatur) Festigkeitsentwicklung des Betons r= f cm2 / f cm28 ϑ [ C] schnell r>0,50 mittel r>0,30 langsam r>0,15 ϑ > >ϑ > Ausschalen erst, wenn Temperaturdifferenz zwischen Betonkern und Bauteiloberfläche < 20 K bei Lufttemperaturen < 5 C Verlängerung der Ausschalfristen um die Tage mit Bauteiltemperatur < 5 C Quelle: DBV-Merkblatt Betonschalungen und Ausschalfristen BetonMarketing Ost

28 Winter-Bautagebuch (DIN , 11.5) ÜK1 Lufttemperatur und Witterungsverhältnisse zur Zeit der Ausführung der einzelnen Bauabschnitte oder Bauteile bis zur vollständigen Entfernung der Schalung und ihrer Unterstützung zusätzlich bei ÜK2 bei Lufttemperaturen < 5 C die Frischbetontemperatur Art und Dauer der Nachbehandlung Vermerk über Frosttage mit Angabe der Temperatur und der Ablesezeit max./min. Tageslufttemperatur im Schatten sinnvoll: Dokumentation besonderer Schutzmaßnahmen BetonMarketing Ost

29 29 Quelle: DBV-Merkblatt Betonieren im Winter 2010 BetonMarketing Ost

30 Einflüsse hoher Temperaturen Verkürzung der Verarbeitungszeit starke Wasserverdunstung an den Oberflächen vergrößertes Schwinden und Kriechen erhöhte Zugspannungen bei verformungsbehinderten Bauteilen mit erhöhtem Risiko von Rissen durch abfließende Hydratationswärme Gefahr durch Regen BetonMarketing Ost

31 Vermeiden/Begrenzen von Rissen im jungen Alter 1. konstruktiv keine Verformungsbehinderungen (Betonieren in einem Zug, Anordnung von Gleitlagern, -folien) Anordnung von Fugen 2. betontechnologisch niedrige Wärmeentwicklung des Betons niedrige Betontemperatur Begrenzung des Leimgehalts ( 290 l/ m³) geringer w/z-wert 3. ausführungstechnisch sofortige und ausreichend lange Nachbehandlung Nachverdichtung BetonMarketing Ost

32 Temperaturentwicklung des erhärtenden Betons Frischbetontemperatur Wärmeentwicklung des Betons - Hydratationswärme des Zements - Zusatzstoffe Abkühlung des Betons - Wärmeübergang an den Außenflächen - Bauteildicke - (Wärmeleitfähigkeit des Betons) BetonMarketing Ost

33 Betonzugfestigkeit f ct,eff bei der Rissbreitenbeschränkung übliche Annahme der Tragwerksplaner f ct,eff,5d 0,5 f ctm,28d Betonbestellung - Winter: r 0,50 (mittlere Festigkeitsentwicklung des Betons) - Sommer: r 0,30 (langsame Festigkeitsentwicklung des Betons) Alternativen - späterer Festigkeitsnachweis Beton (z.b. 56 Tage) -f ct,eff,5d > 0,5 f ctm,28d BetonMarketing Ost

34 Sommerloch der Betondruckfestigkeit Ursache: Temperaturabhängigkeit der Frisch- und Festbetoneigenschaften 1. Ausgangskonsistenz a 0 wird bei gleicher Betonzusammensetzung aber höherer Temperatur geringer z.b. 20 C auf 35 C bei F3 a 0 = cm 2. schnellerer Rückgang der Konsistenz a = 1,0... 1,5 cm je 10 min 3. zusätzliche Wasserzugabe auf der Baustelle zur Konsistenzverbesserung 10 l/m³ Wasserzugabe Festigkeitsverlust ca. 4 N/mm² 4. geringere Endfestigkeit bei höherer Erhärtungstemperatur 7 Tage Erhärtung bei 35 C im Vergleich zu 20 C Festigkeitsverlust ca. 4 N/mm² BetonMarketing Ost

35 Konsistenzänderung von Frischbeton bei unterschiedlichen Temperaturen und konstanter Frischbetontemperatur Ausbreitmaß [cm] Beispiel: 300 kg/m³ CEM 32,5R w/z = 0,50 Frischbetontemp. 20 C Frischbetontemp. 35 C Zeit nach Betonherstellung [min] BetonMarketing Ost

36 Vermeiden des Sommerlochs Anpassung der Betonzusammensetzung Zugabe von BV, FM, VZ Einsatz von N bzw. LH-Zementen Einsatz von CEM III Flugascheeinsatz anpassen vorgesehenen w/z-wert einhalten Vermeiden hoher Frischbetontemperaturen Lagerung von Prüfkörpern bei 20 C BetonMarketing Ost

37 Betontechnologische Möglichkeiten zur Verminderung von Zwangsspannungen Beton mit niedriger Hydratationswärme Beton mit geringem Schwindmaß r 0,50 Winter, r 0,30 Sommer CEM 32,5 R (Winter) CEM 32,5 N-LH (Sommer) Flugascheeinsatz Zementgehalt z 320 kg/m³ Frischbetontemperatur absenken Gesteinskörnung A / B 32 Wassergehalt w 165 l/m³ Wasserzementwert w/z 0,55 Zementleimgehalt zl 280 l/m³ (bei Flugasche zl 290 l/m³) Konsistenz F3 oder weicher mit BV / FM einstellen BetonMarketing Ost