Zielsichere Herstellung von Luftporenbeton-Empfehlungen für die Praxis

Transkript

1 Zielsichere Herstellung von Luftporenbeton-Empfehlungen für die Praxis Eberhard Eickschen Praxis-Workshop 1: Beton im Hochbau Ulm, 25. Februar 2015

2 Einleitung und Übersicht Übersicht über die Wirkungsmechanismen Voraussetzung für die zielsichere Einstellung des Luftporensystems Anforderungen an das Luftporensystem Frischbeton Festbeton Einflüsse auf die Luftporenbildung LP-Bildner Mischzeit Temperatur Konsistenz Empfehlungen für die Praxis

3 Wirkungsmechanismen bei der Luftporenbildung LP-Bildner: Oberflächenaktive Substanzen (Tenside) Stabilisierung von Luftblasen im Frischbeton Luftporensystem im erhärteten Beton Viele kleine gleichmäßig verteilte Luftporen Poren 10 m bis 300 m

4 Wirkungsmechanismen bei der Luftporenbildung LP-Bildner: Oberflächenaktive Substanzen (Tenside) Stabilisierung von Luftblasen im Frischbeton Luftporensystem im erhärteten Beton Viele kleine gleichmäßig verteilte Luftporen Verbesserung Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand Expansionsraum für die Volumenvergrößerung des Wassers beim Gefriervorgang Unterbrechung des Kapillarporensystems reduziert Wasseraufnahme

5 Wirkungsmechanismen bei der Luftporenbildung LP-Bildner: Oberflächenaktive Substanzen (Tenside) Stabilisierung von Luftblasen im Frischbeton Luftporensystem im erhärteten Beton Viele kleine gleichmäßig verteilte Luftporen Verbesserung Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand Expansionsraum für die Volumenvergrößerung des Wassers beim Gefriervorgangsraum Unterbrechung des Kapillarporensystems reduziert Wasseraufnahme Anforderungen an Luftporensystem: Luftporenkennwerte Abstandsfaktor: 0,20 mm Erstprüfung bzw. 0,24 mm Bauwerksprüfung Mikro-Luftporengehalt (Anteil Poren 300 m): 1,8 Vol.% Erstprüfung bzw. 1,5 Vol.% Bauwerksprüfung Aufwändige Ermittlung: Mikroskopische Auszählung am Festbeton

6 Anforderung an Mindestluftgehalt des Frischbetons Prüfung nach DIN EN Teil 7 Aufwändige Bestimmung der LP-Kennwerte am Festbeton Ausreichende Menge von Mikro-Luftporen (LP-Kennwerte eingehalten) Anforderung an Luftgehalt des Frischbetons Prüfung mit dem LP-Topf Erstprüfung Wahl des Luftgehalts: z. B. 5,5 Vol.-% (TL Beton-StB 07 bzw. ZTV Ing.) Festlegung Zugabemenge LP-Bildner Bauausführung: Anpassung an baupraktische Verhältnisse Größtkorn in mm Mindestluftgehalt Fahrbahndeckenbeton in Vol.-% Drucktopf (LP-Topf) Druckausgleichsverfahren nach DIN EN Teil 7 8 5,5 16 4,5 32 bzw. 22 4,0

7 Vielfältige Einflüsse können zielgerechte Luftporenbildung erschweren (Broschüre Deutsche Bauchemie e. V.) Mischen, Transport, Einbau und Umgebungsbedingungen Ausgangsstoffe

8 Rohstoffe für Luftporenbildner: Wirkstoffgruppen Natürliche Wirkstoffbasis (Seifen aus Harzen) Vinsolharz (Wurzelharz) Verfügbarkeit Synthetische Wirkstoffbasis (synthetische Tenside) Alkylsulfat Alkylsulfonat Alkylpolyglycolethersulfat Handelsübliche LP-Bildner Gemische aus verschiedenen Wirkstoffen

9 Gemeinsame Charakteristik der Wirkstoffe: Hydrophob / hydrophiler Molekülaufbau Natürliche Wirkstoffbasis (Seifen aus Harzen) Synthetische Wirkstoffbasis (synthetische Tenside) Kohlenwasserstoffkette nicht geladen hydrophob polare Gruppe geladen (-) hydrophil

10 Wirkungsmechanismen der Luftporenbildung im Beton: 4 Mechanismen: 1. Schaumbildung Gesteinspartikel 1. Schaumbildung Zementpartikel + + Luftblase + + hydrophob hydrophil Film aus Molekülen stabilisiert Luftblase

11 Wirkungsmechanismen der Luftporenbildung im Beton: 1. Schaumbildung 2. Sorption Gesteinspartikel 1. Schaumbildung Zementpartikel Hydrophobierung der Oberfläche Luftblase 2. Sorption

12 Wirkungsmechanismen der Luftporenbildung im Beton: 1. Schaumbildung 2. Sorption 3. Anheftung Gesteinspartikel Zementpartikel Hydrophobierung der Oberfläche Sorption Anheftung Luftblasen 1. Schaumbildung Luftblase Anheftung verringert Auftrieb und Entweichen aus dem Frischbeton während der Verdichtung

13 Wirkungsmechanismen der Luftporenbildung im Beton: 1. Schaumbildung 2. Sorption 3. Anheftung 4. Ausfällung Gesteinspartikel Zementpartikel Hydrophobierung der Oberfläche Sorption Anheftung Luftblasen Bildung von Calciumsalzen Ca ++ Ausfällung Nicht mehr wirksam für LP-Bildung Schaumbildung Luftblase

14 Luftgehalt in Vol.-% Einfluss der Mischzeit auf den Luftgehalt Abhängig von Mischer, Mischintensität Beharrungszustand LP-Bildner vollständig aktiviert rd. 5 Vol.-% Voraussetzung für Luftporenbildung - 1) Mischenergie (Einführung von Luft in Beton) - 2) LP-Bildner in Porenlösung - Anlagerung LP-Bildner an Luftblasen - Luftblasen werden stabilisiert Abfall Luftgehalt Mischzeit in Minuten

15 Problem aus der Praxis: Einbau mit Gleitschalungsfertiger Anstieg des Luftgehalts (Nachaktivierungspotenzial) 10 Kurze Mischzeit / Überdosierung LP Kurz! 5 0 Mischen Verteilerschnecke Verdichtung Transport mit Kipper Einbau - Nicht aktivierter LP-Bildner im Frischbeton - Nachträgliche Zufuhr von Mischenergie - Nachträgliche Erhöhung des Luftgehalts - Nachaktivierungspotenzial abhängig von der Wirkstoffbasis des LP-Bildners

16 Nachträglicher Anstieg des Luftgehalts Transportbeton 10 Lange Mischzeit / LP-Bildner vollständig aktiviert 10 Kurze Mischzeit / Überdosierung LP Lang! Kurz! Eintrag von Mischenergie Mischen Transport Einbau Mischen Transport Einbau im Fahrmischer Prüfen LP-Gehalt vor dem Einbau

17 Luftgehalt in Vol.-% Einfluss der Wirkstoffbasis auf LP-Bildung: vier LP-Bildner Zugabemenge LP-Bildner für 5 Vol.-% (Mischzeit 2 Min.) Nat. Wirkstoff Vinsolharz Mischzeit des Feinbetons in Minuten Syn. Tensid Alkylsulfonat einfach 0,010 0,005 Zugabemenge Wirkstoff in M.-% v. z 5 Vol.-% Syn. Tensid Alkylsulfat Syn. Tensid Alkylpolyglycolethersulfat 0,005 0,0027

18 Luftgehalt in Vol.-% Luftgehalt in Vol.-% Überhöhte Zugabe: nach 30 Sek. kaum Spreizung Wirkstoffabhängige LP-Bildung nach 2 bzw. 7 Minuten Vinsolharz einfach doppelt dreifach Mischzeit des Feinbetons in Minuten Alkylsulfonat einfach doppelt dreifach Mischzeit des Feinbetons in Minuten 0,010 0,005 Zugabemenge Wirkstoff in M.-% v. z 5 Vol.-% 0,005 0, Alkylsulfat einfach doppelt dreifach Mischzeit des Feinbetons in Minuten Alkylpolyglycolethersulfat Mischzeit des Feinbetons in Minuten einfach doppelt dreifach

19 Betondruckfestigkeit in % Abfall der Druckfestigkeit durch überhöhten Luftgehalt Erhöhung des Luftgehalts um 1 Vol.-% - Abfall der Betondruckfestigkeit um rd. 3 bis 6 % 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Überhöhter Luftporengehalt in Vol.-%

20 Luftgehalt in Vol.-% Empfehlung für zielsichere Herstellung Ergänzende Prüfungen im Rahmen der Erstprüfung 10 Zweite Mischung / doppelte Zugabe LP-Bildner Anstieg Luftgehalt 5 Erstprüfung: Zugabemenge LP-Bildner gewählt für Mischzeit von 2 Min. und Frischbetontemperatur rd. 20 C 0 0,5 2 6 Mischzeit des Betons in Minuten

21 Dosierung LP-Bildner in M.-% v. z Zugabemenge LP-Bildner für Luftgehalt von 5 Vol.-% z = 350 kg/m³, w/z = 0,45, Sieblinie AB 16 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Nat. Wirkstoff Vinsolharz Syn. Tensid: Alkylpolyglycol. Max. Dosierung bei 30 C Faktor 3 0,00 A B C Zement Sandgehalt Frischbeton- CEM I 32,5 R 0,25 mm in kg/m³ temperatur in C

22 Einfluss des Sandes auf die Luftporenbildung Zugabemenge LP-Bildner konstant Sandeigenschaft Auswirkung auf Luftporenbildung Empfehlung Höherer Mehlkorngehalt Höherer Anteil an Sand 0/0,25 mm Höherer Anteil der Fraktion 0,25/1 mm Ungleichmäßige Sieblinie des Sandes Ungleichmäßige Eigenfeuchte erschwert LP-Bildung erleichtert LP-Bildung (Zwickel in Größe der Luftporen < 0,30 mm vorhanden) Schwankender Luftgehalt durch ungleichmäßige Konsistenz Bei Änderung der Randbedingungen in jedem Fall LP- Gehalt überprüfen, ggf. Dosierung LP- Bildner anpassen, Eigenfeuchte prüfen

23 Verdichtungsmaß Einfluss der Konsistenz auf Luftporenbildung Feinbeton (z = 400 kg/m³, GK 4 mm), LP = 5-6 Vol.-% 1,50 C1/F1 1,40 1,30 1,20 C3/F3 1,10 1,00 Wurzelharz Syn. Tensid 0,40 0,45 0,50 w/z-wert w/z-wert = 0,40; 0,45 und 0,50 2 LP-Bildner mit natürlicher und syn. Wirkstoffbasis Kein Einfluss der Wirkstoffbasis auf Ausbreitmaß

24 Verdichtungsmaß LP-Bildner in M.-% v. z Einfluss der Konsistenz auf Luftporenbildung Zugabemenge LP-Bildner für einen Luftgehalt von 5-6 Vol.-% 1,50 1,40 C1/F1 0,20 0,15 Wurzelharz Syn. Tensid 1,30 1,20 C3/F3 0,10 1,10 1,00 Wurzelharz Syn. Tensid 0,40 0,45 0,50 w/z-wert 0,05 0,00 0,40 0,45 0,50 w/z-wert Einfluss Konsistenz auf LP-Bildner-Zugabemenge Kein Einfluss der Wirkstoffbasis Erhöhter LP-Bildner-Bedarf bei steifer und geringerer bei weicher Konsistenz LP-Bildner stabilisiert Oberfläche der Luftblasen bei gleichem Luftgehalt unterschiedliche spezifische Oberfläche des Luftporensystems

25 Verdichtungsmaß LP-Bildner in M.-% v. z Abstandsfaktor in mm Einfluss der Konsistenz auf Luftporenbildung 1,50 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 Wurzelharz Syn. Tensid 0,40 0,45 0,50 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Wurzelharz Syn. Tensid 0,40 0,45 0,50 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 Wurzelharz Syn. Tensid 0,00 0,40 0,45 0,50 w/z-wert w/z-wert w/z-wert Steife Betone Erhöhter LP-Bildner-Bedarf für gleichen Luftgehalt: Größere Oberfläche des Luftporensystems bei gleichem Luftgehalt Mehr kleine Luftporen: geringerer Abstandsfaktor Weiche Betone Leichtere Lufteinführung (weniger LP-Bildner für gleichen Luftgehalt) Aber: mehr große Luftporen: schlechtere LP-Kennwerte Größere Schwankungen des Luftgehalts

26 Mindestluftgehalt des Frischbetons (TL Beton- StB 07) Erhöhung um 1 Vol.-% bei Konsistenzklasse C2 bzw. F2 Größtkorn mm Mittlerer Mindestluftgehalt des Frischbetons in Abhängigkeit der Konsistenzklasse 1) C1 ohne FM C2 bzw. F2 und F3 und F4 3) oder BV C1 mit FM oder BV 8 5,5 6,5 2) 6,5 2) + 1 % 16 4,5 5,5 2) 5,5 2) 22 bzw. 32 4,0 5,0 2) 5,0 2) 1) Einzelwerte können höchstens 0,5 Vol.-% geringer sein 2) Wenn bei der Erstprüfung nachgewiesen wird, dass die Grenzwerte für die LP-Kennwerte eingehalten werden, gilt ein um 1% niedrigerer Mindestluftgehalt 3) Bei Ausbreitmaßklasse F6 sind die Luftporenkennwerte nachzuweisen

27 LP-Bildner mit Fließmittel / Verflüssiger Wechselwirkungen Größtkorn mm Mittlerer Mindestluftgehalt des Frischbetons in Abhängigkeit der Konsistenzklasse 1) C1 ohne FM C2 bzw. F2 und F3 und F4 3) oder BV C1 mit FM oder BV 8 5,5 6,5 2) 6,5 2) 16 4,5 5,5 2) 5,5 2) + 1 % 22 bzw. 32 4,0 5,0 2) 5,0 2) Fließmittel werden mit Entschäumer hergestellt Entschäumer kann LP-Bildung beeinträchtigen Gemeinsame Verwendung nur mit Wirksamkeitsprüfung (Zusatzmittelhersteller) Erst Zugabe LP-Bildner, dann Fließmittel

28 Zielsichere Herstellung LP-Beton Bei Beachtung der Anforderungen an Ausgangsstoffe, Betonzusammensetzung Herstellung sowie Einbau und ganz wichtig: Kenntnis der Zusammenhänge kann LP-Beton zielsicher hergestellt werden. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!