Schadensbeispiele und ihre Vermeidung

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1 Dipl.-Ing. Roland Mellwitz SCHWENK Zement KG Schadensbeispiele und ihre Vermeidung bei Einbau, Verarbeitung und Nachbehandlung von Beton Hochbaufachtagung, Neugattersleben,

2 Betonausgangsstoffe Gesteinskörnung Zement Wasser Zusatzstoffe Zusatzmittel

3 Einflüsse der Betonzusammensetzung auf deren wichtigsten Eigenschaften Wasserdichtigkeit Rissanfälligkeit Oberflächenschäden

4 Zemente und deren Erhärtung

5 1 2 Versuchsbeginn nach 1 h nach 2 h Wasseraufnahme am Beton C 16/20 XC1 Probe 2: Festigkeit 26 N/mm² Probe 1 Nach Zumischen von 20 Liter H 2 O/m³ Beton hergestellt Festigkeit = 16 N/mm² Kapilares Saugen extrem gestiegen nach 4 h nach 8 h

6 Frischbetonprüfungen Konsistenzmessung (nach DIN EN 12350) Konsistenzbereich Ausbreitmaß [ mm ] Verdichtungsmaß sehr steif C0 > 1,46 steif F1 < 340 C1 1,45-1,26 plastisch F C2 1,25 1,11 weich F C3 1,10 1,04 sehr weich F C4 < 1,03? fließfähig F sehr fließfähig F6 > 630 SVB > 700 mm Setzfließmaß

7 Guter Zusammenhalt

8 Verlust von Zementleim

9 Bluten (Sedimentieren,Absetzen) Absetzen von Wasser unter den Zuschlägen infolge Blutens Verringerung der Betonfestigkeit und Steigerung der Durchlässigkeit

10 Rißbildung im Bereich der Bewehrung

11 Beispiel Wand nach dem Ausschalen: Wasserschlieren Marmorierung Absandungen Ursache: Bluten des Betons Glatte Schalung

12 Glatte Schalung Beton blutet zweite Betonierlage erste Betonierlage

13 Bauausführung Entmischung durch: große Fallhöhe undichte Schalung geringer Mehlkornanteil ungeeignete Betonrezeptur Anschlussmischung oder Betonierschlauch

14 Entmischter SVB Entmischter Frisch- und Festbeton

15 Selbstverdichtender Beton (SVB)

16 Welche Ursache hat die Durchfeuchtung? Anstehendes Grundwasser Bluten des Betons Großflächige Verpressung mit PU-Harz oder Hintergelung der gesamten Bodenplatte

17 Ansammlung von Zementleim an der Betonoberfläche Haftzugfestigkeit gegen Null

18 Trockene Zementleimschicht

19 Es müssen wieder robustere Beton zum Einsatz kommen 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.

20 Robuste Betone in Theorie und Praxis 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! [mm] Ausbreitmaß 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 SCHWENK Zement KG Seite 20

21 Einfluss des Leimgehaltes auf das Pumpen Pumpendruck und Leimgehalt Pumpendruck [bar] 45,0 40,0 35,0 30,0 35,0 25,0 22,0 20,0 15,0 16,0 14,0 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

22 Hinweise für robuste Betone Bezüglich Bluten und Sedimentieren wirkt sich ein angemessener Leimgehalt (ca. 300 l/m³) positiv aus (insbesondere bei höherer Konsistenz). Bei höheren Leimgehalten ist der Beton weniger empfindlich gegenüber Temperatureinflüssen. Verarbeitbarkeitszeit des Betons bei der Erstprüfung testen. Ein höherer Leimgehalt ist auch für das Pumpen günstig (mindestens 270 l/m³). Sättigungspunkt des Fließmittels beachten.

23 Robuste Betone in Theorie und Praxis Vorhandene Prüfverfahren Bluteimerverfahren nach DBV-Merkblatt "Besondere Verfahren der Frischbetonprüfung" ( ) Blutwasser volumen SCHWENK Zement KG Seite 23

24 Robuste Betone in Theorie und Praxis 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 und Kriterien Ausführung M Bw M Bw,max M Bw,i 1,5 M Bw,max M Bw,m M Bw,max Grenzwerte sind extrem niedrig und im Sinne der Nachbehandlung nicht sinnvoll! (Praxisgerecht sind 3-5 kg/m³) SCHWENK Zement KG Seite 24

25 Korrelation Betonfilterpresse nach Bauer zu ÖVBB Korrelation bei 34 untersuchten Bohrpfahlbetonen Filte erpresse nach ÖVBB in l/m³ FW FW y = 1,82 x R² = 0, Bauer Filterpresse in l/m³ Filtratwassermenge (ÖVBB 15 Min.) = ca. 1,8 x Filtratwassermenge (Bauer 5 Min.)

26 Stabilitätsklassen entspechend der Richtlinie "Weiche Betone" ( F 59 cm) der ÖVBB (2009) Werte für die maximale Filtratwassermenge Kurzbezeichnung für die Stabilitätsklasse FW20 1) (z.b. Bohrpfähle unter Wasser, Tiefe > 15 m) FW30 1) (z.b. Bohrpfähle im Trockenen) FWA 1)2) (z.b. Weiße Wannen) Filtratwassermenge FWM l/m³ FWM l/m³ FWM 15 angeben - Erstprüfung FWM l/m³ FWM l/m³ FWM 60 angeben Filtratwassermenge - Konformität auf der Baustelle FWM l/m³ FWM l/m³ FWM 15 EP FWM l/m³ 1) Die Erstprüfung muss an der oberen festgelegten Grenze der geforderten Konsistenzklasse durchgeführt werden! 2) FWA: Die Filtratwassermenge FWM 15 kann für den Bereich 30 bis 40 l/m³ festgelegt werden und muss durch die Erstprüfung bestätigt werden.

27 Robuste Betone in Theorie und Praxis Ermittlung der Sedimentationsstabilität Auswaschversuch in Anlehnung an DAfStb-SVB-Richtlinie 2003 Dreiteilige Zylinderform SCHWENK Zement KG Seite 27

28 Robuste Betone in Theorie und Praxis 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 SCHWENK Zement KG Seite 28

29 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).

30 Verdichtungsarten und Konsistenz

31 Verdichten von Beton d 10 d Wirkbereich d 15 cm

32 Verdichten von Beton (Tauchabstände) Eintauchstelle Wirkbereich d 10 d 10 d

33 Einfluß der Fließmittel-Architektur auf die Porigkeit lange Seitenketten, hohe Frühfestigkeit, hohe Klebrigkeit kurze Seitenketten, niedrige Frühfestigkeit, geringe Klebrigkeit

34 Einfluss der Feinbestandteile auf die Porigkeit

35 Einfluss der Feinbestandteile auf die Porigkeit

36 Ausführung Trennmittel Quelle:Schwenk

37 Ausführung Trennmittel Quelle:Schwenk

38 Ausführung Trennmittel Quelle: Doka

39 Trennmittel-Ausführung Ungleichmäßiger Trennmittelfilm Ungeeignete Trennmittelsorte

40 Wechselwirkung Schalung / Trennmittel Schalungsart Holz Metall Kunststoff sägerauh saugend gehobelt glatt Trennmittelart Schalungsoberfläche kunstharzvergütet nicht saugend sehr glatt sehr glatt strukturiert Wässern/ Mineralöle/ Emulsionen Mineralöl mit Trennmittelzusätzen gut geeignet mäßig geeignet ungeeignet gut geeignet Schallacke/ Wachslösungen mäßig geeignet gut geeignet mäßig geeignet gut geeignet mäßig geeignet Wachspasten Ungeeignet mäßig geeignet gut geeignet mäßig bis gut geeignet ungeeignet

41 Verfärbungen durch Harze der Schaltafeln

42 Betonierbarkeit Die Bewehrungsführung soll ein einwandfreies Einbringen und Verdichten des Frischbetons ermöglichen!!!??????

43 Stababstände nach DIN , Abschnitt 12.2 Zu dichte Bewehrung keine Rüttelgassen > d Stab mind. aber > 20 mm und in Abhängigkeit vom Größtkorn der Gesteinskörnung bei GK > 16 mm mind. d g + 5mm

44 Frühschwinden (Kapillarschwinden, plastisches Schwinden) schluffiger Boden (Breite der Risse rd...3 cm) Beton - Bodenplatte (Breite der Risse rd...0,3 mm)

45 Einflußfaktoren auf das Frühschwinden Gutes Zusammenhaltevermögen des Frischbetons (stetige Sieblinie, Mehlkorngehalt, Zementgehalt, geringer Wassergehalt, Einsatz von Flugasche, Betonverflüssiger, Fließmittel, Luftporenbildner) Frischbetonkonsistenz beim Einbau Verdichten des Betons (Entlüften) Wind und Sonne (Nachbehandlung) relative Luftfeuchte (Nachbehandlung) ggf.. Nachverdichten

46 Schwinden von Beton Kapillardruck durch gekrümmten Meniskus infolge Oberflächenspannung

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48 Nachbehandlungsverfahren Belassen in der Schalung Abdecken mit dampfdichten Folien Auflegen wasserspeichernder Abdeckungen Aufrechterhalten eines sichtbaren Wasserfilms durch z.b. Besprühen oder Fluten Anwendung von Nachbehandlungsmitteln mit nachgewiesener Eignung Kombination dieser Verfahren

49 Nachbehandlungsdauer bei XM Werte verdoppeln; bei X0 und XC1 mind. ½ d Nachbehandlung r-wert wird auf dem Frischbeton- Lieferschein angegeben

50 Sichtbeton im Winter Massive Marmorierungen und dunkle Verfärbungen

51 Unterschiedlicher w/z Wert! Deutliches Abzeichnen der Betonierlagen

52 Risse in einem Unterzug durchgehende Trennrisse verursacht durch Zugspannungen im Beton durch abfließende Hydratationswärme bei eingespannten Bauteilen treten diese Risse in der Regel im Abstand von 4-8 m auf

53 Temperaturmessung auf der Baustelle Temperaturentwicklung im Bauteil Schwenk Zement KG Waschplatz Bernburg Betonsorte C50/60 mit CEM I 52,5R(fc) Temperatur in C Betonalter in Stunden obere Bewehrungslage mitte Bewehrung untere Bewehrungslage

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55 Betonierbarkeit Die Bewehrungsführung soll ein einwandfreies Einbringen und Verdichten des Frischbetons ermöglichen!!!??????

56 Stababstände nach DIN , Abschnitt 12.2 Zu dichte Bewehrung keine Rüttelgassen > d Stab mind. aber > 20 mm und in Abhängigkeit vom Größtkorn der Gesteinskörnung bei GK > 16 mm mind. d g + 5mm

57 Risse an Aussparungen und Einbauteilen Unzureichende Bewehrung an den Ecken Mögliche Zusatzbewehrung Deckenunterseite Deckenoberseite

58 Risse durch Setzen des Betons und geringe Betonüberdeckung fehlende Nachverdichtung Bodenplatte Wandkrone

59 Betondeckung nom c = min c + c Quelle: nom c : min c : c: c v : Nennmaß der Überdeckung Mindestmaß (darf nicht unterschritten werden) Vorhaltemaß (aus unplanmäßiger Abweichung) Verlegemaß (ist auf dem Plan anzugeben) c v nom c

60 Mindestbetondeckung c min in Abhängigkeit der Expositionsklasse

61 Betonabplatzungen infolge von Stahlkorrosion Zu geringe Betondeckung Karbonatisierung Dichtigkeit des Betons

62 Betonabplatzungen in einem 50 Jahre alten Stahlbetonskelettbau Sanierung mit Spritzbeton

63 Nachweis der Betondeckung Profometer Quelle: Hilti Ferroscan Quelle: Quelle:

64 Quelle: bachmann-ruschke.de Nachweis der Betondeckung

65 Rostflecken an Deckenunterseite Bindedraht Nägel Schweißperlen Bewehrungsreste

66 Pyrite in der Gesteinskörnung Massiver optischer Mangel, der nur durch vollständiges Entfernen der Pyrite beseitigt werden kann

67 Pyrit und Markasit

68 Kohle in der Gesteinskörnung optischer Mangel kann verzögernd wirken Zulässig: Feine GK 0,5 M.-% Grobe GK 0,1 M.-%

69 Gesteinskörnungen Bestimmen von Stoffen organischen Ursprungs Natronlauge-Verfahren in Anlehnung an DIN EN bis 4 mm Größtkorn möglich 3%-ige NaOH (Natronlauge) verwenden kräftig schütteln nach 24 Stunden beurteilen

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