Robuste Betone in Theorie und Praxis

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1 Robuste Betone in Theorie und Praxis SCHWENK Betonseminar 2016 Hemrich / Mellwitz / Zimmermann Häufige Probleme in der Praxis - Bluten und Entmischen des Frischbetons - Entmischungen im Festbeton - Probleme bei LP Beton (Schwankungen LP Gehalt) Bildquelle: Vortrag A. Westendarp VDZ Jahrestagung Zement /23 September 2015 Seite 2

2 Wann ist ein Beton robust? Unter Robustheit versteht man die Eigenschaft des Betons, gutmütig auf Veränderungen der Ausgangsstoffe und der Rahmenbedingungen (z.b. Änderung Temperatur) zu reagieren und seine Frisch- und Festbetoneigenschaft dabei nicht wesentlich zu verändern. Robust ist ein Beton, wenn er sich unter baustellenüblichen Verhältnissen stabil beim Einbau verhält, d.h. nicht entmischt oder übermäßig blutet. Robuste Galloways Seite 3 Weshalb steht die Robustheit des Betons zunehmend im Fokus? Veränderungen ab ca. dem Jahr 2000 (etwa mit Einführung der DIN EN und der Entwicklung sehr leistungsfähiger PCE Fließmittel) Verstärkter Einsatz von Betonen weicherer Konsistenz (F4, F5). Zunehmende Verwendung höherer Festigkeitsklassen wie C30/37, C35/45. Einstellen der Konsistenz des Betons ausschließlich mittels Fließmittel (PCE), ohne Anpassung der Betonzusammensetzung. Wirtschaftliche Zwänge bestimmen zunehmend die Zusammensetzung des Betons (grenzwertige Rezepturen). Seite 4

3 Es gibt viele Faktoren die dabei eine Rolle spielen Ausschreibung Beton Konzeption Beton Herstellung Beton Einbau Unzureichende Betonausschreibung Leimarme Rezepturen Höhere Konsistenzen Höhere Festigkeiten Mindestzementgehalte PCE Fließmittel Kurze Mischzeiten Veränderte Ausgangsstoffe (Sande, Flugaschen, Zemente) Einsatz von Restwasser Unzureichende Frischbetonprüfungen Art und Dauer der Verdichtung Transport (Pumpe, Kübel) Fehlendes Fachpersonal Unzureichende Arbeitsvorbereitung (Probebetonage) Unzureichende Frischbetonprüfung Seite 5 Vorhandene Prüfverfahren Bluteimerverfahren nach DBV-Merkblatt "Besondere Verfahren der Frischbetonprüfung" ( ) Blutwasser volumen Seite 6

4 Grenzwerte Bluteimerverfahren nach DBV-Merkblatt Blutwassermenge (kg/m³) so lange über die Zeit erfassen bis kein weiteres Wasser hinzu kommt Sichtbeton M Bw, max = 1 kg/m³ Beton für befahrene Bauteile = 2 kg/m³ Konstruktionsbeton = 3 kg/m³ Massenbeton, Bohrpfahlbeton = 10 kg/m³ Kriterium Erstprüfung M Bw M Bw,max und Kriterien Ausführung M Bw,i 1,5 M Bw,max M Bw,m M Bw,max Seite 7 Ermittlung der Sedimentationsstabilität Auswaschversuch in Anlehnung an DAfStb-SVB-Richtlinie 2003 Dreiteilige Zylinderform Seite 8

5 Auswaschversuch Verdichtung 60 s Segmente trennen Gesteinskörnung > 8 mm der drei Segmente trennen, auswaschen und die Masse bestimmen. Die Verminderung des Grobkornanteils im oberen Drittel darf dabei höchstens 20 M.-% betragen. Bilder: BAW Westendarp Seite 9 Fließmittel und Sättigungspunkt Der Sättigungspunkt bzw. die maximale sinnvolle Dosierung eines Fließmittels ist der Punkt, nach dessen Überschreitung die Zugabe weiterer Fließmittelmengen keine Vorteile mehr mit sich bringt. Im Gegenteil, der Beton blutet und entmischt! Ausbreitmaß [mm] Sättigungspunkt Sättigungspunkt bei 1,20 % FM Dosierung 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 Konsistenz FM Dosierung [%] Rezeptur: C 25/30, 350 kg/m³ Zement, w/z = 0,5, PCE Fließmittel, 20 C Frischbeton Seite 10

6 Sättigungspunkt: Einfluss der Zementart Sättigungspunkt Ausbreitmaß [mm] ,8 FM/ a = 660 instabil 1,6 FM/ a = instabil ,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00 CEM III/B 42,5 N-LH/SR CEM I 52,5 N FM Dosierung [%] BASF, Dipl.-Ing. S. Dittmar Rezeptur: 300 kg/m³ Zement, 60 kg/m³ Flugasche, 148 kg/m³ Wasser (w/z) eq = 0,46 PCE Fließmittel von BASF Seite 11 Sättigungspunkt: Einfluss des Zementgehaltes Sättigungspunkt und Zementgehalt (gleiches FM) Ausbreitmaß [mm] ,8 FM/ a = 660 Instabil 1,0 FM/ a = Instabil ,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 Leimgehalt 273 l/m³ (Zementgehalt 300 kg/m³) FM Dosierung [%] Leimgehalt 257 l/m³ (Zementgehalt 280 kg/m³) BASF, Dipl.-Ing. S. Dittmar Rezeptur: 300 kg/m³ Zement CEM III/B 42,5 N-LH/SR, 60 kg/m³ Flugasche, 148 kg/m³ Wasser (w/z) eq = 0, kg/m³ Zement CEM III/B 42,5 N-LH/SR, 60 kg/m³ Flugasche, 139 kg/m³ Wasser (w/z) eq = 0,46 Seite 12

7 Sättigungspunkt: Einflussfaktoren Der Sättigungspunkt eines Fließmittels wird durch zahlreiche Parameter bestimmt. 0,8 FM/ a = 660 Er ist individuell, im Zuge der Erstprüfung, zu bestimmen und darf nicht überschritten werden. Bei Überschreitung kann der Instabil Beton bluten und sedimentieren. Folgende Faktoren spielen dabei eine Rolle: - Art und Typ des Fließmittels - Zementart - Zementgehalt (Leimgehalt) - Wassergehalt und w/z-wert - Frischbetontemperatur (Sommer/Winter) Seite 13 Leimgehalt und seine verschiedenen Auswirkungen Einfluss des Leimgehaltes auf das Bluten Bluten und Leimgehalt Bluten im Eimerverfahen [l/m³] 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 Festigkeit 5,0 C 25/30 0,0 270 l 300 l 330 l C25/30 F5 20 C C25/30 F3 10 C C25/30 F5 10 C C25/30 F5 30 C C25/30 F3 20 C C25/30 F3 10 C C25/30 F5 10 C C25/30 F5 30 C C25/30 F3 10 C C25/30 F5 10 C C25/30: w/z = 0,60 Unterschiedliche Zemente (CEM II/A-LL 32,5 R, CEM II/A-S 42,5 N, CEM III/A 42,5 N) Leimgehalt [l] Seite 14

8 Einfluss des Wassergehaltes (im Leim) auf das Bluten Bluten und Wassergehalt Fließmittel PCE-Lignin Festigkeit Penttilä, Reiners, Müller Randbedingungen für das zielsichere Erreichen robuster Betone Düsseldorf, Gemeinschaftsprojekt -VDZ - Ruhr-Universität Bochum (Prof. Breitenbücher) Seite 15 Einfluss des Leimgehaltes auf den Konsistenzverlauf Konsistenzverlauf in Abhängigkeit vom Leimgehalt und der Temperatur Ausbreitmaß [mm] min 30 min 60 min 90 min 120 min RB01F5a 10 C RB01F5a 20 C RB01F5a 30 C RB01F5c 10 C RB01F5c 20 C RB01F5c 30 C Zeit nach Wasserzugabe Leimgehalt 270 l/m³ Leimgehalt 330 l/m³ C25/30: w/z = 0,60, PCE Fließmittel Seite 16

9 Einfluss des Leimgehaltes auf das Pumpen Pumpendruck und Leimgehalt Pumpendruck [bar] 45,0 40,0 35,0 30,0 35,0 Optimum 25,0 20,0 15,0 22,0 16,0 14,0 Festigkeit 15,0 15,0 10,0 5,0 0,0 240 l 255 l 270 l 285 l 300 l 315 l Leimgehalt [l] w/z = const. 0,48 Alle Betone F3 Betondruck bei 60 m³/h [bar] Pumpendruck gemessen mittels Drucksensor in der Pumpleitung Seite 17 Leimgehalt: Auswirkungen Bezüglich Bluten und Sedimentieren wirkt sich ein 0,8 FM/ a = 660 angemessener Leimgehalt (ca. 300 l/m³) positiv aus (insbesondere bei höherer Konsistenz). Instabil Der Wassergehalt spielt dabei ebenfalls eine wichtige Rolle. Er sollte nicht zu hoch und nicht zu niedrig sein. Bei höheren Leimgehalten ist der Beton weniger empfindlich gegenüber Temperatureinflüssen. Ein höherer Leimgehalt ist auch für das Pumpen günstig. Seite 18

10 Restwasser Einfluss der Restwasserdichte auf die Konsistenz Ausbreitmaß [mm] Restwasser und Ausbreitmaß Min 45 Min 90 Min A0=100% Frischwasser A1 RW-Dichte=1,03 kg/dm³ A2 RW-Dichte=1,06 kg/dm³ A3 RW-Dichte=1,10 kg/dm³ A4 RW-Dichte=1,20 kg/dm³ C30/37: w/z = 0,60, GK 16 mm, Zusatzstoff KS Mehl, PCE Fließmittel TBR TZ Projektarbeit Restwasser im Transportbeton SCHWENK Zement KG Seite 19 Einfluss einer falschen Restwasserdichte auf den Wassergehalt RW-Dichte in Steuerung Tatsächliche RW-Dichte Wassergehalt Betonrezeptur Berechnete Menge RW von Mischanlage Eingewogene Menge Fehlende Wassermenge 1,03 kg/m³ 1,06 kg/m³ 188 l/m³ 199 kg/m³ (11 kg/m³ Feinstoff l/m³ Wasser) 199 kg/m³ (22 kg/m³ Feinstoff l/m³ Wasser) 11 l/m³ RW-Dichte = 1,03 RW-Dichte = 1,06 TBR TZ Projektarbeit Restwasser im Transportbeton SCHWENK Zement KG Seite 20

11 Restwasser Die Restwasserdichte beeinflusst den Konsistenzverlauf sehr 0,8 FM/ a = 660 deutlich. Instabil Die Restwasserdichte ist während der Produktion regelmäßig zu kontrollieren. Seite 21 Luftporenbildner und LP Schwankungen Einfluss von Mischdauer und Dosierhöhe (20 C) 60 S Mischzeit des Betons in Minuten VDZ Betontechnische Berichte Eberhard Eickschen : Nachaktivierungspotenzial Luftporen bildender Betonzusatzmittel Beton: 350 kg/m³ Zement CEM I 32,5 R, w/z = 0,45, Synthetischer LP Bildner (LP9S), Betontemperatur 20 C SCHWENK Zement KG Seite 22

12 Einfluss der Temperatur auf die Luftporenbildung 60 S Mischzeit des Betons in Minuten VDZ Betontechnische Berichte Eberhard Eickschen : Nachaktivierungspotenzial Luftporen bildender Betonzusatzmittel Beton: 350 kg/m³ Zement CEM I 32,5 R, w/z = 0,45, Synthetischer LP Bildner (LP10S), Betontemperatur 20 C SCHWENK Zement KG Seite 23 LP Beton: Einflussfaktoren Eine ausreichende 0,8 Nassmischzeit FM/ a = 660 ist zwingend einzuhalten um eine Nachaktivierung des LP Bildners weitgehend auszuschließen, bzw. das Potenzial Instabildes LP Bildners komplett aufzuschließen. Dies gilt vor allem bei synthetischen LP Bildnern. LP Bildner reagieren stark temperaturabhängig, insbesondere synthetische LP Bildner. Seite 24

13 Zusammenfassung Die erfolgreiche Verarbeitung von Beton erfordert, insbesondere bei anspruchsvollen Anwendungen, das Zusammenwirken aller am Bau Beteiligten (vom Planer bis zur Baufirma). Für Betonkonzeption und Betonherstellung gilt: - Grenzwertige Rezepturen vermeiden. - Ausreichend Leimgehalt einhalten. - Rahmenbedingungen der jeweiligen Anwendung (Temperatur, Fahrtzeit usw.), insbesondere bei anspruchsvollen Baumaßnahmen, bei einer erweiterten Erstprüfung einbeziehen. Seite 25