Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze

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1 Technik Florian Schulz Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze Diplomarbeit

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3 Florian Schulz Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze Diplom.de

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5 Florian Schulz Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze Diplomarbeit an der Fachhochschule für Technik und Wirtschaft Berlin Fachbereich Fachbereich II, Bauingenieurwesen September 2002 Abgabe ID 6538

6 ID 6538 Schulz, Florian: Nachbehandlung von Beton durch Zugabe wasserspeichernder Zusätze Hamburg: Diplomica GmbH, 2003 Zugl.: Berlin, Fachhochschule für Wirtschaft und Technik, Diplomarbeit, 2002 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Die Informationen in diesem Werk wurden mit Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden, und die Diplomarbeiten Agentur, die Autoren oder Übersetzer übernehmen keine juristische Verantwortung oder irgendeine Haftung für evtl. verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen. Diplomica GmbH Hamburg 2003 Printed in Germany

7 Inhaltsverzeichnis Inhalt Aufgabenstellung...4 Abbildungsverzeichnis Einleitung/Problemstellung Überblick über die Nachbehandlung von Beton Geschichte des Baustoffs Beton Beton heute Versuchsziele Übersicht über den Aufbau der Diplomarbeit Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton Einführung und Hintergrund Aussagen zur Nachbehandlung von Beton in der Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) Aussagen zur Nachbehandlung von Beton in der DIN Vergleich der Regelungen aus DIN und DAfStb-Richtlinie Zusammenfassung der Nachbehandlungskriterien Zusammenfassung im Allgemeinen Zusammenfassung im Speziellen Versuchsdurchführung und Versuchsauswertung Erläuterung der durchgeführten Versuche Einführung Kornzusammensetzung/Siebversuch Ausbreitversuch Verdichtungsversuch Luftporengehalt von Frischbeton Frischbetonrohdichte Festbetonrohdichte Druckfestigkeit Feuchte-/Temperaturmessungen an Platten Schwindmessungen

8 Inhaltsverzeichnis Bestimmung des Feuchtegehalts Fehlerbetrachtung Erläuterung der einzelnen Betonkomponenten Beton Fließmittel Stabilisator Feststellung des Stabilisator- und Fließmittelgehalts Auswertung der Versuche Allgemeine Gegenüberstellung der Versuchsergebnisse der verschiedenen Betonrezepturen Auswertung der Druckfestigkeiten Auswertung der Schwindmessungen Messungen der relativen Feuchte Bestimmung des Feuchtegehalts Vergleich der Aussagen aus und Auswirkungen des Stabilisatoreinsatzes auf die Nachbehandlung Auswirkung des Stabilisators auf die Nachbehandlungsmaßnahmen Konsistenz und Verarbeitbarkeit Materialkosten Fazit...90 Literaturverzeichnis...92 Anhang

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10 Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Beeinflussende Faktoren für die Betonqualität... 9 Abb. 2: Schematische Darstellung der Hydratation eines Zementkorns Abb. 3: Erhärtung von Zement mit verschiedenen Wasserzementwerten. 14 Abb. 4: Wasseraufnahme von losem Zement nach 6 Monaten Lagerung an der Luft mit unterschiedlicher Feuchte Abb. 5: Das Austrocknungsverhalten von Beton in Abhängigkeit von Windgeschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und Temperatureinfluss Abb. 6: Nachbehandlungsmaßnahmen für Beton Abb. 7: Mindestdauer für die Nachbehandlung in Tagen Abb. 8: Mindestdauer der Nachbehandlung von Beton bei den Expositionsklassen nach DIN außer X0, XC1, XM (Tabelle 2 der DIN ) Abb. 9: Vergleich der Nachbehandlungsdauern nach DAfStb-Richtlinie und DIN Abb. 10: Darstellung der acht verschiedenen Betonrezepturen für die Laborversuche Abb. 11: Herstellung des Betons der Serie Abb. 12: Herstellung der Platten zur Messung von relativer Feuchte und Temperatur im Beton Abb. 13: Zusammensetzung der Prüfmengen Abb. 14: Ergebnis der Siebversuche Abb. 15: Sieblinie der verwendeten Zuschläge Abb. 16: Durchführung des Ausbreitversuchs Abb. 17: Konsistenzklassen des Frischbetons Abb. 18: Durchführung des Verdichtungsversuchs Abb. 19: Bestimmung des Luftgehalts im Frischbeton nach dem Druckausgleichsverfahren Abb. 20: Bestimmung der Frischbetonrohdichte Abb. 21: Druckfestigkeit nach Rückprallhammer

11 Abbildungsverzeichnis Abb. 22: Durchführung der Druckversuche mit dem Rückprallhammer und per Abdrücken Abb. 23: Feuchte- und Temperaturmessung im Beton Abb. 24: Relative Betonfeuchte über die Tiefe ab Oberfläche nach 7 Tagen Luftlagerung Abb. 25: Verlauf des Schwindens Abb. 26: Durchführung der Schwindmessungen mit dem Setz-Dehnungs-Messer Abb. 27: Betonzusammensetzung für 61 dm³ bei w/z=0, Abb. 28: Betonzusammensetzung für 61 dm³ bei w/z=0, Abb. 29: Anwendungsmöglichkeiten für Fließmittel Abb. 30: Betonzusammensetzung für 25 dm³ bei w/z=0,45 für die Probemischungen Abb. 31: Festbetonrohdichten nach einem, zwei, sieben und 28 Tagen Abb. 32: Entwicklung der Druckfestigkeit (Prüfung durch Abdrücken) Abb. 33: Vergleich der Festigkeitsentwicklungen Abb. 34: Entwicklung des Schwindmaßes bis ca. 28 Tage/672 Stunden Abb. 35: Entwicklung des Schwindmaßes nach 105 C-Trocknung Abb. 36: Bezug des Schwindens auf den Feuchtegehalt Abb. 37: Bezug des Schwindens auf den Feuchtegehalt nach ca. 28 Tagen/672 Stunden Abb. 38: Entwicklung der relativen Feuchte in einer Tiefe von 2cm bis ca. 28 Tage/672 Stunden Abb. 39: Entwicklung der relativen Feuchte in einer Tiefe von 4cm bis ca. 28 Tage/672 Stunden Abb. 40: Entwicklung der relativen Feuchte nach 105 C-Trockung in einer Tiefe von 2cm Abb. 41: Entwicklung der relativen Feuchte nach 105 C-Trockung in einer Tiefe von 4cm

12 Abbildungsverzeichnis Abb. 42: Entwicklung des Feuchtegehalts, ab ca. 28 Tage/672 Stunden Lagerung im Wärmeschrank bei ca. 105 C bis zur Gewichtskonstanz Abb. 43: Materialkosten des Betons für die in den Laborversuchen hergestellten Serien

13 1 Einleitung/Problemstellung 1 Einleitung/Problemstellung 1.1 Überblick über die Nachbehandlung von Beton Um eine ausreichende und dauerhafte Betonqualität herzustellen, muss der Beton im ausreichenden Maße nachbehandelt werden. Ziel ist hierbei primär die Gewährleistung der Hydratation im oberflächennahen Bereich durch eine ausreichende Feuchthaltung basierend auf verschiedenen Maßnahmen. Diese Maßnahmen zielen darauf ab, die Austrocknung zu verhindern oder dem Beton Wasser zuzuführen. Entsprechende Regelungen finden sich in der DAfStb-Richtlinie zur Nachbehandlung von Beton oder in der DIN wieder, wobei die DIN im Juli 2001 die Richtlinie ersetzt hat. Die vorliegende DIN ergänzt die für den Beton gültige EN 206. Der nicht zu unterschätzende Einfluss der Nachbehandlung auf die Betonqualität lässt sich anhand Abbildung auf Seite 9 erkennen. Der Vorteil der Nachbehandlung, die Herstellung einer guten Betonqualität, wird leider von einem wesentlichen Nachteil begleitet: einem hohen Zeit- und dadurch einem hohen Kostenaufwand. Die Nachbehandlung wird daher in der Bauausführung nur im geringen Maße berücksichtigt. Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll anhand von Laborversuchen der Einsatz eines wasserspeichernden Zusatzes geprüft werden. Hierdurch soll eine höhere Feuchte im Beton erreicht werden, die eine zeitlich längere Hydratation sicherstellt. Dies würde bei gleicher Art und Weise der Nachbehandlung von Betonbauteilen wie bisher eine höhere Betonqualität bedeuten. 8

14 1 Einleitung/Problemstellung Abb. 1: Beeinflussende Faktoren für die Betonqualität Geschichte des Baustoffs Beton 2, 3 Ob als Bürogebäude, Tunnel, Brücken, Klärwerke, Fahrbahnen, Mülltonneneinfassungen oder Pflanzenkübel: Beton ist als Baustoff nicht mehr wegzudenken, auch wenn er aufgrund seiner grauen Eintönigkeit (vor allem beim Sichtbeton) kein gutes Image hat. 1 Fraunhofer IRB Verlag (Hrsg.), Wirksamkeit von Nachbehandlungsverfahren, Stuttgart, 1998, S. 3 2 Bonacker, Beton: ein Baustoff wird Schlagwort, Marburg, Tzschätzsch, Script/Vorlesungsunterlagen Stahlbetonbau I, FHTW Berlin 9

15 1 Einleitung/Problemstellung Den Ursprung des Betons kann man wahrscheinlich im Opus Caementitium durch die Herstellung druckfester Bauteile aus Mörtel und Steinen vor ca Jahren sehen. Im 19. Jahrhundert wurde die Entwicklung des Betons entscheidend forciert, und das Jahr 1824 kann als Meilenstein des Betonbaus angesehen werden: Der Portlandzement wurde entwickelt. Ende der 50er/Anfang der 60er Jahre des 19. Jahrhunderts wurde durch die Franzosen Lambot (Betonboot) und Monier (Blumenkübel) der Stahlbeton eingeführt. Sie verstärkten den Beton mit Stahleinlagen und gaben ihm damit höhere Festigkeiten. Ende des 19. Jahrhunderts wurden die ersten Versuche durchgeführt, um Stahlbeton bemessen zu können. Die gewonnenen Erkenntnisse, dass Stahlbeton eine hohe Haltbarkeit besitzt, führten zum Einsatz des Stahlbetons bei Bauteilen mit besonderen Anforderungen an Festigkeit und Haltbarkeit, z. B. im Brückenbau. Im Laufe der weiteren Entwicklung wurden die Fertigteile eingeführt. Im Unterschied zum Ortbeton können Fertigteile leichter nachbehandelt werden, da man die Umgebungsbedingungen künstlich gleichmäßig und für die Betonerhärtung optimal halten kann. In den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts wurde der Sichtbeton ein Begriff, der vor allem in den 50er und 60er Jahren einen Boom erlebte. Ursache hierfür war die von Le Corbusier propagierte Materialehrlichkeit : er ließ seine Bauten unverputzt. Hier ist die Nachbehandlung von besonderer Bedeutung, um die architektonische Wirkung besonders herauszuheben. 1.3 Beton heute Beton ist im Wesentlichen eine Zusammensetzung aus Wasser, Zement und den Gesteinskörnungen. Außerdem gibt es die Möglichkeit, dem Beton Zusatzmittel und/oder Zusatzstoffe beizumischen. Durch Variation der einzelnen Komponenten können die Betoneigenschaften verändert werden. So führt ein niedrigerer Wasseranteil (niedrigerer Wasserzementwert) zu einer höheren Druckfestigkeit. Durch die Verwendung von Zuschlägen mit geringer Dichte (z. B. Naturbims oder Blähton) kann 10

16 1 Einleitung/Problemstellung Leichtbeton hergestellt werden. Eine größere Mahlfeinheit des Zements führt zu einer höheren Zementfestigkeit und somit zu einer höheren Betonfestigkeit. Dies sind nur ein paar Beispiele der Beeinflussung der Betoneigenschaften. Durch Betonzusätze können die Eigenschaften des Frisch- oder Festbetons verändert werden. Man unterscheidet hier in Zusatzmittel und Zusatzstoffe. Zusatzmittel 4 verändern die chemischen oder physikalischen Betoneigenschaften. Die Zugabe erfolgt in geringen Mengen. Aus diesem Grunde werden die Zusatzmittel in der Stoffraumrechnung nicht berücksichtigt. Sie können zum Beispiel das Erstarrungsverhalten von Frischbeton beeinflussen (durch Verzögerer) oder die Konsistenz bzw. die Verarbeitbarkeit (durch Betonverflüssiger). Bei der Veränderung von Eigenschaften zum Positiven können sich andere Eigenschaften zum Negativen entwickeln. Deshalb ist immer der Einsatz von Zusatzmitteln durch Eignungsprüfungen notwendig. Auch Zusatzstoffe können die Betoneigenschaften verändern. Sie werden in großen Anteilen zugegeben und sind bei der Stoffraumrechnung zu berücksichtigen. Als Beispiel seien Gesteinsmehle (Pigmente zur Einfärbung oder Flugasche als teilweiser Zementersatz) genannt. Durch die verschiedenen Kombinationen von Wasser, Gesteinskörnung, Zement, Zusatzmitteln und Zusatzstoffen ist der Beton ein sehr vielseitig einsetzbarer, weil auch beliebig formbarer Baustoff. Prinzipiell kann man sagen, dass er für fast jede Anforderung individuell produzierbar ist. 1.4 Versuchsziele Wie unter 1.1 erwähnt wird im Rahmen dieser Diplomarbeit der Einsatz eines wasserspeichernden Zusatzes (Stabilisators) erprobt, um im Endeffekt die 4 Lamprecht/Kind-Barkauskas/Wolf (Hrsg.), Beton-Lexikon, Düsseldorf, 1990, S. 87f. 11

17 1 Einleitung/Problemstellung Betonqualität zu erhöhen und eventuell den Nachbehandlungsaufwand zu reduzieren. Hierzu wurden acht verschiedene Betonserien hergestellt. Die Serien unterschieden sich in ihrer Zusammensetzung im Wasserzementwert (0,45/0,60), Fließmittelanteil (mit/ohne) und Stabilisatoranteil (mit/ohne). Es sollte, wenn möglich, nachgewiesen werden, dass die Betonzusammensetzungen mit Stabilisator im Wesentlichen den Eigenschaften eines normalen Betons entsprechen, jedoch eine höhere Feuchte aufweisen. Um eine ergebnismäßige Vergleichbarkeit zwischen den verschiedenen Betonrezepturen herzustellen, wurde ein Versuchsprogramm ausgearbeitet, mit dem verschiedene Eigenschaften wie z. B. Ausbreitmaß, Druckfestigkeit oder Feuchtegehalt festgestellt und miteinander verglichen werden sollten. Auf dieses Versuchsprogramm wird im Kapitel 3.1 näher eingegangen, die Auswertung der Versuche erfolgt in Übersicht über den Aufbau der Diplomarbeit Zuerst bereitet die vorliegende Diplomarbeit den Stand der Kenntnisse auf. Die ehemals gültige Richtlinie zur Nachbehandlung von Beton vom Deutschen Ausschuss für Stahlbeton und die heute gültige DIN werden erläutert und miteinander verglichen. Um die Versuchsdurchführung transparenter zu machen, wird diese in einem weiteren Abschnitt kurz dargelegt. Es wird auch auf die verwendeten Stoffe eingegangen. Anschließend erfolgt die Auswertung und Gegenüberstellung der Versuchsergebnisse der verschiedenen Betonrezepturen. Falls darstellbar sollen Einsatzmöglichkeiten des Betons mit Stabilisatorzusatz genannt und überprüft werden. 12

18 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton Die Nachbehandlung des Betons ist ein wesentlicher Beitrag zur Qualitätssicherung und soll bei richtiger Ausführung die Oberflächenqualität und Dauerhaftigkeit des Betons erhöhen. Je geringer die Porosität, je dichter der Zementstein, desto höher ist auch der Widerstand gegen äußere Einflüsse. 5 Trotz der Notwendigkeit und Wichtigkeit wird im baupraktischen Ablauf die Nachbehandlung oft vernachlässigt, was als eine häufige Ursache von Schäden an Betonbauwerken angesehen werden kann. Gründe für das Vernachlässigen der Nachbehandlung liegen vor allem im hohen Arbeitsaufwand, den die Nachbehandlung erfordert, und den daraus resultierenden Kosten. Die Akzeptanz einer sinnvollen, richtig ausgeführten und somit qualitativ guten Nachbehandlung ist im Tagesgeschäft aufgrund des sehr hohen Termin- und Kostendrucks gering. Innerhalb dieses Kapitels wird zuerst eine Einführung in die Nachbehandlung gegeben. Die Ausführungen in der DAfStb-Richtlinie und der DIN werden erläutert und in einem weiteren Abschnitt miteinander verglichen. 2.1 Einführung und Hintergrund Warum ist die Nachbehandlung von Beton notwendig? Die Nachbehandlung soll die Betonqualität im oberflächennahen Bereich sichern. Es sollen beim frisch eingebauten Beton Schutzmaßnahmen gegen Austrocknen, Gefrieren, mechanische und chemische Angriffe und Erschütterungen getroffen werden. Wird die Nachbehandlung nicht oder nur mangelhaft ausgeführt, so kann es im oberflächennahen Bereich zu folgenden Schädigungen kommen: Schwindrisse, Entstehung einer porösen Betonoberfläche, Absanden, Frostabsprengungen oder niedrige Festigkeiten im oberflächennahen Bereich. Als Folge von Absprengungen oder auch einer hohen Porosität kann wiederum der Korrosionsschutz der Bewehrung 5 Bayer/Kampen, Beton-Praxis: Ein Leitfaden für die Baustelle, 8. Auflage, Erkrath, 1999, S

19 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton aufgehoben werden, es kann zum Rosten der Stähle und dadurch zu weiteren Absprengungen der Betondeckung kommen. 6 Nachbehandlungsmaßnahmen sollen also dem Austrocknen entgegenwirken und eine ausreichende Hydratation im Beton gewährleisten. Es sind also Maßnahmen erforderlich, die... ein Feuchtigkeitsangebot nach Höhe und Dauer sicherstellen, das zu einer entsprechenden Hydratation führt. 7 Als Hydratation bezeichnet man die Entstehung des Zementsteins, der aus dem Zementleim hervorgeht. Abb. 2: Schematische Darstellung der Hydratation eines Zementkorns 8 Abb. 3: Erhärtung von Zement mit verschiedenen Wasserzementwerten 9 Es werden bei diesem Vorgang ca. 25% des Wassers chemisch und 15% physikalisch gebunden, was einem Wasserzementwert von 0,40 entspricht. Ein höherer w/z-wert führt zu Kapillarporen im Zementstein, die durch das Überschusswasser, welches nicht gebunden wird, entstehen. Mit einem steigenden Gehalt an Kapillarporen nimmt die Betonqualität ab. 10 Beton erreicht seine volle Festigkeit, wenn bei einem Wasserzementwert von 0,40 die Hydratation vollständig ermöglicht wurde. Dies sorgt für ein Minimum an Kapillarporen. Mit steigender Temperatur wird die Hydratation beschleunigt. Beendet wird sie, wenn nicht mehr ausreichend Wasser zur 6 Readymix AG (Hrsg.), Betontechnische Daten, 17. Auflage, Ratingen, 2000, S Weigler/Karl, Beton Arten, Herstellung, Eigenschaften, Berlin, 1989, S Lamprecht/Kind-Barkauskas/Wolf (Hrsg.), Beton-Lexikon, Düsseldorf, 1990, S Bayer/Kampen, Beton-Praxis: Ein Leitfaden für die Baustelle, 8. Auflage, Erkrath, 1999, S Lamprecht/Kind-Barkauskas/Wolf (Hrsg.), Beton-Lexikon, Düsseldorf, 1990, S. 183/S.190f. 14

20 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton Verfügung steht. 11 Der Betonkalender (Ausgabe 2002) sagt dazu außerdem aus, dass die Hydratation zum Stillstand kommt, wenn die relative Feuchte im Porensystem des Zementsteins unter etwa 80% fällt. 12 Auch Weigler/Karl 13 gehen davon aus, dass ein ausreichender Hydratationsgrad dann erreicht wird, wenn die relative Feuchte über 80% liegt. Grundlage zu dieser Annahme bilden Versuche zur Wasseraufnahme von lose geschüttetem Zement innerhalb von sechs Monaten. Abb. 4: Wasseraufnahme von losem Zement nach 6 Monaten Lagerung an der Luft mit unterschiedlicher Feuchte 14 Der steile Anstieg der Kurve ab 80% relativer Feuchte zeigt die dann deutlich steigende Hydratation. Weigler/Karl merken zur Hydratation weiterhin an, dass sie im Wesentlichen durch Feuchte und Temperatur beeinflusst wird. Günstig wirken sich eine hohe Feuchte und eine begrenzte Temperatur aus. Wenn die Temperaturen nicht zu niedrig sind, sind hohe Frühfestigkeiten möglich, was vor allem für die Fertigteilproduktion interessant ist. Niedrige Temperaturen dagegen sorgen für eine langsamere Erhärtung, jedoch für eine höhere Festigkeit. 11 Lamprecht/Kind-Barkauskas/Wolf (Hrsg.), Beton-Lexikon, Düsseldorf, 1990, S Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH (Hrsg.), Betonkalender 2002 BK 1, Berlin, 2002, S Weigler / Karl, Beton Arten, Herstellung, Eigenschaften, Berlin, 1989, S. 175f. 14 Weigler / Karl, Beton Arten, Herstellung, Eigenschaften, Berlin, 1989, S

21 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton Leider halten sich die Autoren mit konkreteren Angaben zu den Temperaturen zurück. Neben der nicht ausreichenden Hydratation ist das Schwinden eine weitere Folge vorzeitigen Austrocknens. Als Schwinden bezeichnet man die Volumenverminderung des Betons infolge Austrocknung, die zu sogenannten Schwindspannungen führt. Hat der junge Beton noch eine zu geringe Zugfestigkeit, so kann er die Schwindspannungen nicht aufnehmen. Es kommt zu Schwindrissen, die von der Betonoberfläche ausgehend in das Innere des Betons führen. Gegenmaßnahme ist auch hier das Verhindern des zu schnellen Austrocknens. 15 Die Austrocknung des Betons ist abhängig von der Lufttemperatur, der relativen Luftfeuchte, der Betontemperatur und der Windgeschwindigkeit. Wie an nachfolgendem Bild zu sehen, ist die Austrocknung, also die verdunstete Wassermenge, umso kleiner, je kleiner die vorgenannten Faktoren sind. Abb. 5: Das Austrocknungsverhalten von Beton in Abhängigkeit von Windgeschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und Temperatureinfluss Bundesverband der Deutschen Zementindustrie (Hrsg.), Nachbehandeln von Beton, Wiesbaden, 1998, S Bayer/Kampen, Beton-Praxis: Ein Leitfaden für die Baustelle, 8. Auflage, Erkrath, 1999, S

22 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton Bei der geringen Zugfestigkeit des jungen Betons kann es auch zu Rissen infolge Temperaturspannungen kommen. Temperatureinflüsse können sein: starke Sonneneinstrahlung, starke kurzfristige Temperaturänderungen, Frost sowie die Wärmeentwicklung aufgrund der Hydratation. In den ersten beiden Fällen kann durch Abdecken und Feuchthalten Abhilfe geschaffen werden. Bei Frost bzw. Betonieren bei Temperaturen unter 5 C muss der Beton wärmedämmend abgedeckt oder ihm Wärme zugeführt werden, um Frostschäden zu vermeiden. Die Hydratationswärmemenge kann durch Verringerung des Zementgehalts, Ersatz von Portlandzement durch Hochofenzement und Zugabe von Flugasche herabgesetzt werden. 17 Erschütterungen und Schwingungen aus mechanischen Beanspruchungen können das Gefüge des Betons stören. Vor allem der Verbund zwischen Stahl und Beton kann verloren gehen. Entgegenwirken kann man den mechanischen Beanspruchungen durch möglichst spätes Ausschalen oder Schutzabdeckungen. 18 Als Nachbehandlungsarten sind austrocknungsbehindernde oder wasserzuführende Maßnahmen bekannt. Als austrocknungsbehindernd gelten das Belassen in der Schalung oder das Aufbringen von Folien oder Nachbehandlungsmitteln. Wasserzuführend hingegen ist das Abdecken mit wasserspeichernden Materialien, die ihrerseits wiederum feucht gehalten werden müssen, oder das Besprühen der Betonoberfläche mit Wasser. Beim Besprühen mit Wasser ist allerdings darauf zu achten, dass der Temperaturunterschied zwischen Wasser und Beton nicht zu groß ist, um Risse aufgrund Temperaturspannungen zu verhindern. 19 Zur Wirksamkeit wurde festgestellt, dass wasserzuführende und wasserhaltende Maßnahmen gleich wirksam sind. 20 Weiterhin sollte die Art der 17 Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (Hrsg.), Heft 495: Stoffeigenschaften jungen Betons Versuche und Modelle, Berlin, 1999, S Bundesverband der Deutschen Zementindustrie (Hrsg.), Nachbehandeln von Beton, Wiesbaden, 1998, S Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH (Hrsg.), Betonkalender 2002 BK 1, Berlin, 2002, S Fraunhofer IRB Verlag (Hrsg.), Wirksamkeit von Nachbehandlungsverfahren, Stuttgart, 1998, S

23 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton Nachbehandlungsmaßnahme von der Umgebungstemperatur nach folgender Übersicht beachtet werden: *) Nachbehandlungs- und Ausschalfristen um die Anzahl der Frosttage verlängern; Beton mindestens sieben Tage vor Niederschlägen schützen Abb. 6: Nachbehandlungsmaßnahmen für Beton 21 Nachbehandlungsmaßnahmen und dauern sollten vor Beginn der Bauarbeiten zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer möglichst präzise beschrieben und festgelegt werden. Durch die vielen Einflüsse aus Umweltbedingungen, Betoneigenschaften und Bauwerksnutzung kann über die Nachbehandlung keine pauschale Aussage getroffen werden, für jedes Bauwerk (oder sogar Bauteil) ist eine individuelle Festlegung zur Nachbehandlung nötig. 22 Auf die Nachbehandlungsverfahren und Nachbehandlungsdauern wird im Einzelnen in den Abschnitten 2.2 und 2.3 eingegangen. Dort werden die bisher gültige Richtlinie zur Nachbehandlung von Beton des Deutschen 21 Bayer/Kampen, Beton-Praxis: Ein Leitfaden für die Baustelle, 8. Auflage, Erkrath, 1999, S Weigler/Karl, Beton Arten, Herstellung, Eigenschaften, Berlin, 1989, S. 179f. 18

24 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton Ausschuss für Stahlbeton und die Aussagen in der aktuell gültigen DIN 1045 Teil 3 behandelt. Als Verfahren wurden z. B. schon das Belassen in der Schalung oder das Besprühen mit Wasser genannt. Die Nachbehandlungsdauern richten sich nach den Umgebungsbedingungen bzw. der Festigkeitsentwicklung des Betons. Diese wiederum ist abhängig von der Betonzusammensetzung (Einfluss von Zementart und Zusatzmittel), der Frischbetontemperatur, den Umgebungsbedingungen und den Bauteilabmessungen. 2.2 Aussagen zur Nachbehandlung von Beton in der Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) 23 Die Richtlinie zur Nachbehandlung von Beton vom DAfStb wurde im Februar 1984 erstmals herausgegeben und ergänzte die Angaben zur Nachbehandlung in der damals gültigen DIN Mit Erscheinen der DIN 1045 Teil 3 Bauausführungen im Juli 2001 wurde die Richtlinie ungültig. Die Richtlinie ist unterteilt in die Abschnitte 1 Zweckbestimmung 2 Allgemeines 3 Anwendungsbereich 4 Nachbehandlungsverfahren 5 Dauer der Nachbehandlung Auf diese Abschnitte wird im Folgenden eingegangen. Das Kapitel 1 Zweckbestimmung erläutert kurz den Hintergrund der Richtlinie. Betonnachbehandlung hat demnach den Zweck der Qualitätssicherung. Frisch eingebrachter Beton soll gegen Austrocknen geschützt werden mit dem Ziel, im oberflächennahen Bereich des Betons eine ausreichende Erhärtung und somit die Dauerhaftigkeit von Betonbauteilen zu erreichen. 23 Die Richtlinie wurde entnommen aus: Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH (Hrsg.), Betonkalender 1993 Teil 2, Berlin, 1993, S. 224ff. 19

25 2 Stand der Kenntnisse zur Nachbehandlung von Beton Im Teil 2 Allgemeines wird kurz der Nutzen erläutert, die Nachbehandlung ins Leistungsverzeichnis aufzunehmen. Es sollen zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer möglichst genaue Aussagen getroffen werden über die Einflüsse, welchen der Beton im Laufe der Nutzung des Bauwerks ausgesetzt ist. Der Anwendungsbereich der Richtlinie (Teil 3) bezieht sich auf die im Regelfall zur Nachbehandlung erforderlichen Maßnahmen. Außergewöhnliche Einflüsse aus Schwingungen/Erschütterungen, Temperaturspannungen werden nicht berücksichtigt. Es wird auf zwei Sonderfälle hingewiesen: Bei besonderen Anforderungen an die Betonoberfläche z. B. infolge Frost-/Tausalz- oder chemischer Einwirkung sind Maßnahmen erforderlich, die über die Maßgaben der Richtlinie hinausgehen. Bei erdfeuchten Bauteilen hingegen kann der Aufwand für die Betonnachbehandlung verringert werden. Zu den Nachbehandlungsverfahren trifft die Richtlinie im Teil 4 folgende Aussagen: Gebräuchliche Verfahren sind Belassen in der Schalung, Abdecken mit Folien, Aufbringen wasserhaltender Abdeckungen, Aufbringen von flüssigen Nachbehandlungsmitteln, kontinuierliches Besprühen mit Wasser oder eine Kombination aus diesen. Mit der Nachbehandlung ist unmittelbar nach Einbau des Betons zu beginnen. Die einzelnen Nachbehandlungsmaßnahmen werden folgendermaßen näher erläutert: - Belassen in der Schalung Abhängig von der Art der Schalung (Holz-/Stahlschalung) sind entweder die Schalung feucht zu halten oder Einflüsse aus der Umgebungstemperatur zu berücksichtigen. - Abdecken mit Folien Folien sollen die Feuchtigkeitsabgabe aus dem Beton an die Umgebung reduzieren. Die Betonoberfläche soll vollständig abgedeckt sein. Es ist darauf zu achten, dass die Folien die Betonoberflächen nicht berühren. 20