Anwendungserfahrungen mit den Expositionsklassen

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1 Beton-Seminare 2013 BetonMarketing Nordost Anwendungserfahrungen mit den Expositionsklassen

2 Dauerhaftigkeit - historisch Codex Hammurabi (um 1700 v.chr.) "... wenn der Baumeister für den Mann ein Haus baute und sein Werk nicht stark gemacht hat, so dass das Haus einstürzt und den Herrn des Hauses tötet, so soll dieser Baumeister sterben..." Ludwig IV. (München um 1300) "... wer mit nicht brauchbaren Baustoffen baut soll geteert, gefedert, dann an den Pranger gestellt und schließlich der Stadt verwiesen werden..." Foto: BMN, TR 2 BetonMarketing Nordost

3 Sicherstellung der Dauerhaftigkeit in DIN EN , Abschn. 4.1 Die Anforderung nach einem angemessen dauerhaften Tragwerk ist erfüllt, wenn dieses während der vorgesehenen Nutzungsdauer seine Funktion hinsichtlich der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit ohne wesentlichen Verlust der Nutzungseigenschaften bei einem angemessenen Instandhaltungsaufwand erfüllt. 3 BetonMarketing Nordost

4 Nutzungsdauer 50 Jahre: allgemeiner Hochbau (DIN EN , Abschn. 2.1) 20 Jahre: Türme für Windenergieanlagen, bestimmte verfahrenstechnische Anlagen im Industriebau 100 Jahre: Ingenieurbau (ZTV-ING, DIN EN ), Wasserbau (ZTV-W) 120 Jahre: Meeresbrücken in Nordeuropa Dauerhaftigeit = Funktion von Bemessung, konstruktive Durchbildung, Baustoffauswahl, Bauausführung 4 BetonMarketing Nordost

5 Schädigung und Lebensdauer eines Bauteils Schädigung Tolerierbare Schädigung Alter Einleitung Nutzungsdauer Schädigung Instandsetzung zur Nutzungsverlängerung 5 BetonMarketing Nordost

6 Dauerhaftigkeit als Filter, den alle Bemessungsschritte durchlaufen differenzierte Klassifizierung der Umweltbedingungen, die nicht direkt in den Bemessungszuständen berücksichtigt werden während der Nutzungszeit durch Festlegung von Expositionsklassen Betondeckung indikative Mindestfestigkeitsklasse Rechenwert der Rissbreite Grenzwerte der Betonzusammensetzung Nachbehandlung notwendig: Instandhaltung während der Nutzungszeit! 6 BetonMarketing Nordost

7 Expositionsklassen Bewehrungskorrosion Betonangriff CO 2 XC Karbonatisierung X C= Carbonation XF Frost X F= Freezing XD Chloride X D= Deicing XA chem. Angriff X A = A cid XS Meerwasser X S= Seawater XM Verschleiß X M= Mech. Attack Anforderungen an die Betonzusammensetzung, keine Anforderungen an die Tragwerksplanung W AKR W(*) = Feuchtigkeitsklassen Beton Marketing Nordost

8 Expositionsklassen - Frostangriff (Beton) Klasse Umgebung Beispiele XF1 XF2 XF3 XF4 mäßige Wassersättigung, ohne Taumittel mäßige Wassersättigung, mit Taumittel hohe Wassersättigung, ohne Taumittel hohe Wassersättigung, mit Taumittel Außenbauteile??? E DIN EN 206-1: vertikale Außenbauteile Bauteile im Sprühnebel- oder Spritzwasserbereich taumittelbehandelter Verkehrsflächen, soweit nicht XF4; Bauteile im Sprühnebelbereich von Meerwasser offene Wasserbehälter; Bauteile in der Wasserwechselzone von Süßwasser Taumittelbehandelte Verkehrsflächen; Überwiegend horizontale Bauteile im Spritzwasserbereich taumittelbehandelter Verkehrsflächen; Räumerlaufbahnen von Kläranlagen; Meerwasserbauteile in der Wasserwechselzone Durchfeuchteter Beton, der erheblichen Frost- Tau-Wechseln ausgesetzt ist 8 BetonMarketing Nordost

9 Mäßige / hohe Wassersättigung bei XF für Außenbauteile Qualitative Zuordnung der Bauteile danach, ob Wasser länger einwirken kann (überwiegend horizontale, direkt bewitterte Flächen) oder nur kurzzeitig (überwiegend vertikale Flächen, bei denen Wasser schnell abläuft) Auslegung NA Bau BetonMarketing Nordost

10 Horizontale Flächen von Außenbauteilen Außenbauteile XF1 bei möglicher hoher Wassersättigung XF3 (XF4) prüfen Beispiele: - Außentreppen - Rampen - Fundamentoberflächen im Freien - Wandkronen Foto: BMN, TR Foto: Kann Foto: BMN, TR 10 BetonMarketing Nordost

11 Innenbauteile bei Winterbaustelle z.b. Wand, Decke in Stahlbeton C20/25, XC1 kein XF nur kurzfristige Frostbeanspruchung Gefrierbeständigkeit sichern, hohe Wassersättigung vermeiden (Schutzmaßnahmen auf der Baustelle) Foto: BMN, TR Auslegung NA Bau BetonMarketing Nordost

12 Fundamente / Kellerwände im Erdreich GOK 80 cm Abminderung möglich XF1 kein XF zusätzlich: XC2, evtl. XA... Frost-Tau-Wechsel vermindert bzw. abgeschwächt durch Wärmespeicherkapazität der Erde kein erheblicher Angriff durch Frost-Tau-Wechsel Auslegung NA Bau BetonMarketing Nordost

13 Mindestbetonfestigkeitsklasse in Abhängigkeit von der Expositionsklasse C8/10 C12/15 C16/20 C20/25 C25/30 C30/37 C35/45 X0 XC1, XC2 XC3 XC4 XD1 XD2, XD3 XS1 XS2, XS3 XA1 XA2, XA3 XF1, XF4(LP) XF2, XF3 XF2(LP), XF3(LP) XM1, XM2(OB) XM2, XM3(HSt) 13 BetonMarketing Nordost

14 Grenzwerte der Betonzusammensetzung Betonangriff durch Frost XF1 XF2 XF3 XF4** max w/z 0,60 0,55 0,50 0,55 0,50 0,50 min f ck C25/30 C25/30 C35/45 C25/30 C35/45 C30/37 min z [kg/m³] 280 (270) 300 (*) min p [Vol.-%] - 16er 4,5 32er 4,0 Gesteinskörnung 320 (*) 300 (270) - 16er 4,5 32er 4,0 320 (270) 320 (*) - 16er 4,5 32er 4,0 F 4 MS 25 F 2 MS 18 * Zugabe von Zusatzstoffen II zulässig, keine Anrechnung auf w/z-wert und Zementgehalt ** bei Meerwasserbauteilen, Räumerlaufbahnen und erdfeuchtem Beton unter bestimmten Bedingungen ohne LP zulässig 14 BetonMarketing Nordost

15 XF2 / XF3 mit oder ohne Luftporen? (C25/30 LP oder C35/45) Jahreszeit Luftporenbeton mit erhöhtem Prüfaufwand verstärkte Schlämmebildung bei Wänden mit LP-Beton (evtl. Betonieren mit Überhöhung planen) höhere Festigkeiten sind i.d.r. mit größeren Bewehrungsmengen verbunden Einzelfallabwägung! 15 BetonMarketing Nordost

16 Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand von Betonwerkstein DIN EN : Terrazzoplatten, Außenbereich DIN V 18500: Betonwerkstein Normanforderung ist ein frostbeständiger Beton! Einzelvertragliche Vereinbarung des Frost-Tausalz-Widerstands (XF4), wenn erforderlich Informationspflicht von Planer und Bauunternehmen gegenüber dem Bauherren Foto: BMN, TR 16 BetonMarketing Nordost Foto: BMO

17 Unterschiede in der Betonzusammensetzung zwischen ZTV-Ing und DIN EN 206-2/DIN Bauteil Brückenkappen XF4, XD3, XC4 XF2 (z.b. bei Flächen mit Sprühnebel) Widerlager, Stützen, Tunnel, Tröge, Bohrpfähle, Überbauten mit XF2, XF3, XD2, XA2, ohne Luftporen DIN EN 206-1/ DIN C30/37(LP), w/z 0,45 w/z 0,55 (mit LP) w/z 0,50 (ohne LP) C35/45 ZTV-Ing C25/30(LP), w/z 0,50, Rissbreitenbeschränkung für C 30/37 w/z 0,50 C30/37, Rissbreitenbeschränkung für C35/45 17 BetonMarketing Nordost

18 Betonangriff durch Verschleißbeanspruchung Klasse Umgebung Beispiele XM1 XM2 XM3 mäßige Verschleißbeanspruchung starke Verschleißbeanspruchung sehr starke Verschleißbeanspruchung tragende oder aussteifende Industrieböden mit Beanspruchung durch luftbereifte Fahrzeuge tragende oder aussteifende Industrieböden mit Beanspruchung durch luft- oder vollgummibereifte Gabelstapler tragende oder aussteifende Industrieböden mit Beanspruchung durch elastomer- oder stahlrollenbereifte Gabelstapler Oberflächen, die häufig mit Kettenfahrzeugen befahren werden Wasserbauwerke in geschiebebelasteten Gewässern, z.b. Tosbecken. bei erheblicher mechanischer Beanspruchung 18 BetonMarketing Nordost

19 Mindestbetonfestigkeitsklasse in Abhängigkeit von der Expositionsklasse C25/30 C30/37 C35/45 XM1(LP), XM2(LP/OB) XM1, XM2(OB) XM2(LP), XM3(LP/HStEinstr) XM2, XM3(HStEinstr) DIN , Anhang F / DIN EN NA, Tab 4.1: Bei Verwendung von Luftporenbeton (LP), z.b. aufgrund gleichzeitiger Anforderung aus XF, eine Betonfestigkeitsklasse niedriger BetonMarketing Nordost

20 Widerspruch DIN EN 206-1/DIN zu DIN XM3 mit Hartstoffeinstreuung / Hartstoffestrich DIN Verbundestrich, Abschn. 3.4 Wird zur Erhöhung des Verschleißwiderstandes eine Einstreuung vorgesehen, ist die je m² aufzubringende Einstreumenge anzugeben; es sind Hartstoffe nach DIN 1100 zu verwenden.... Diese Oberflächenvergütung ist nicht mit der Hartstoffschicht nach DIN vergleichbar. DIN Industrieestriche Hartstoffestrich bei Beanspruchungen, die XM3 entsprechen (Beanspruchungsgruppe 1 und teilweise 2) Foto: BMN, TR 20 BetonMarketing Nordost

21 Praxisbewährte Vorschläge DBV-Merkblatt für nichttragende Industrieböden Beanspruchung (Beispiele) luftbereifte Fahrzeuge elastomer- oder vollgummibereifte Förderfahrzeuge polyamid- oder stahlrollenbereifte Gabelstapler; stark schleifende oder schlagende Beanspruchung Druckfestigkeitsklasse Anforderungen u. Eigenschaften zur Sicherstellung des Verschleißwiderstandes C25/30 mit Hartstoffeinstreuung oder Oberflächenvergütung C30/37 ohne weitere Maßnahmen Beton mit überwiegend quarzitischen Gesteinskörnungen bis 4 mm C30/37 Größtkorn (Quarz, Basalt, Diabas) C35/45 ohne weitere Maßnahmen XM2 C30/37 XM1 mit Hartstoffschicht nach DIN XM3 C35/45 mit Hartstoffeinstreuung DBV-Merkblatt Industrieböden aus Beton für Frei- und Hallenflächen, BetonMarketing Nordost

22 Regenüberlaufbecken Chlorideintrag im Winter möglich XC4, XF3 keine Einstufung in XD und XF4 wenn Chlorideintrag gering Foto: Berding Beton Auslegung NA Bau BetonMarketing Nordost

23 Schwimmbecken Chloridgehalt zu gering für Bewehrungskorrosion keine XD-Einstufung XC2 (außen XC4), außen XF3 Beton mit hohem Wassereindringwiderstand Ausnahme: Solebecken XD2 (XS2) Foto: Teichmeister Auslegung NA Bau 235, BetonMarketing Nordost

24 Feuchtigkeitsklassen (Expositionsklasse) Klasse Umgebung Beispiele WO WF WA WS trocken feucht feucht + Alkalizufuhr von außen WA + starke dynamische Beanspruchung Innenbauteile; Bauteile, auf die Außenluft einwirkt, jedoch i. d. R. rel. Luftfeuchte 80% Außenbauteile mit direkter Beregnung; Innenbauteile für Feuchträume mit rel. Luftfeuchte von überwiegend > 80%; massige Bauteile gem. DAfStb-Richtlinie; häufige Taupunktunterschreitung Meerwassereinwirkung; Tausalzeinwirkung (Spritzwasserbereiche, Fahr- und Stellflächen in Parkhäusern) Güllebehälter, Bauteile nach ZTV-ING Betonfahrbahndecken (Bauklasse IV-VI) Betonfahrbahndecken (Bauklasse SV, I-III) nur in TL Beton-Stb, nicht in DIN EN NA Beton Marketing Nordost Süd

25 Feuchtigkeitsklassen (tyische Kombinationen) Expositionsklasse Umgebung Feuchtigkeitsklasse XC1 trocken ständig nass WO WF XC3 mäßig feucht WO oder WF (Einzelfall) XC2, XC4, XF1, XF3 XF2, XF4, XD2, XD3, XS2, XS3 wechselnd nass/trocken bzw. Wassersättigung wechselnd nass/trocken bzw. Wassersättigung und Eintrag von Alkalien WF WA oder WS (Einzelfall) XD1, XS1, XA Feuchtigkeit vorhanden WF oder WA (Einzelfall) massige Bauteile ohne Alkalieintrag immer WF Bauteile nach ZTV-ING immer WA (Länderausnahmen) Beton Marketing Nordost Süd

26 Zuordnung von Bauteilen (Beispiele) Beispiele Umgebung Expositionsklassen Feuchtigkeitsklasse Innenbauteil, bewehrt immer trocken XC1 WO Sohlplatte, im Erdreich unter GOK, bewehrt nass, selten trocken XC2 WF Kellerwand, teilweise über GOK, bewehrt wechselnd nass und trocken, Frost XC4, XF1 WF offenes Parkdeck, bewehrt wechselnd nass und trocken, Frost, Tausalz XC4, XF4, XD3 WA Betonfahrbahndecken nach ZTV-Beton, SV, I - III Wechselnd nass und trocken, Frost, Tausalz, hohe dynam. Belastung XF4, XM2 WS (TL Beton-Stb) Beton Marketing Nordost Süd

27 Abminderung von Expositionsklassen Frage: Darf man unter Putz, Beschichtungen, Auskleidungen, WDVS die Expositionsklassen abmindern? Wie kann eine mögliche Angriffsminderung angesetzt werden? Wie ist die Dauerhaftigkeit der angriffsmindernden Schicht? Wie ist die planerische Entscheidung abzusichern? (Dokumentation, Mitteilungspflichten, weitere Maßnahmen) 27 BetonMarketing Nordost

28 Betonwände hinter Wärmedämmung Auslegung: Abminderung möglich, XF1 ohne XF XC4 XC1 Bauteil im Sinne der EnEV frostfrei Schäden an Wärmedämmungen haben bauphysikalische Auswirkungen, aber keine Auswirkungen auf die Tragfähigkeit Instandsetzung der geschädigten Wärmedämmung wird zeitnah erfolgen keine direkte Beregnung Auslegung NA Bau BetonMarketing Nordost

29 Verputzte Betonaußenwände Auslegung: Abminderung möglich, XC4 XC3 XF1 bleibt bestehen keine direkte Beregnung Auslegung NA Bau BetonMarketing Nordost

30 Abminderung von Expositionsklassen unter Beschichtungen / Abdichtungen nur für direkt befahrene Parkdecks ist die Vorgehensweise festgelegt bei starkem chemischen Angriff XA3 sind die Anforderungen an den Beton trotz Beschichtung noch stärker als bei XA2 (keine gleichwertigen Nutzungsdauern von Beschichtungen und von Betontragwerken) XA2: w/z 0,50 XA3: w/z 0,45 Möglichkeit: Trennung von Trag- und Schutzfunktion, gleichwertige Nutzungsdauer, z.b. Auskleidung mit vergleichbarer Nutzungsdauer wie Betontragwerk 30 BetonMarketing Nordost

31 Abminderung von Expositionsklassen unter Beschichtungen / Abdichtungen Entscheidung im Einzelfall notwendig Dokumentation der Entscheidung mit Risiko- und Dauerhaftigkeitsbetrachtung Information und Mitentscheidung des Bauherren erhöhte Anforderungen an die Bauüberwachung Erstellung eines Inspektions- und Instandhaltungsplanes durch den Planer und Übergabe an den Bauherren 31 BetonMarketing Nordost

32 Expositionsklassen - Chloride außer Meerwasser (Stahlkorrosion) Klasse Umgebung Beispiele XD1 XD2 XD3 mäßige Feuchte Bauteile im Sprühnebelbereich von Verkehrsflächen Einzelgaragen nass, Solebäder selten trocken Bauteile, die chloridhaltigen Industrieabwässern ausgesetzt sind wechselnd nass Teile von Brücken mit häufiger und trocken Spritzwasserbeanspruchung Fahrbahndecken Parkdecks * Grafikbeschriftung in Arial, 14 pt Auch noch ein Blindtext Noch ein Blindtext * Ausführung direkt befahrener Parkdecks nur mit zusätzlichen Maßnahmen (z.b. rissüberbrückende Beschichtung, siehe auch DAfStb Heft 600) 32 BetonMarketing Nordost

33 Mindestfestigkeitsklasse bei Frost- und Frost-Taumittel-Angriff gemeinsam mit anderen Expositionen C 25/30 C 30/37 C 35/45 XD1(LP) XS1(LP) XD1 XD2(LP), XD3(LP) XS1 XS2(LP), XS3(LP) XD2, XD3 XS2, XS3 XA1 XA2(LP), XA3(LP) XA2, XA3 DIN , Anhang F / DIN EN NA, Tab 4.1: Bei Verwendung von Luftporenbeton (LP), z.b. aufgrund gleichzeitiger Anforderung aus XF, eine Betonfestigkeitsklasse niedriger 33 BetonMarketing Nordost

34 Bewehrungskorrosion infolge Chloriden bei Einzelgarage XD1 Parkdeck, Tiefgarage XD3 Andere Fälle von Tausalzbelastung auf Bauteilen mit sehr geringer Nutzungsfrequenz durch Fahrzeuge sind im Einzelfall zu beurteilen und in entsprechende Expositionsklassen einzustufen. Begründete Abweichungen, z. B. durch Kompensation, sind festzulegen und vertraglich zu vereinbaren (z. B. feste Stellplätze, geringe Frequentierung der Fahrgassen, Regionalität). Auslegung NA Bau 119 / BetonMarketing Nordost

35 Chloridangriff bei direkt befahrenen Parkdecks XD3 Ausführung nur mit zusätzlichen Maßnahmen (z.b. rissüberbrückende Beschichtung, siehe auch DAfStb Heft 600) Beschichtung OS11 Regelbauweise, andere Maßnahmen möglich Foto: BetonBild DIN EN NA, Tab BetonMarketing Nordost

36 Direkt befahrene Parkdecks (DBV-Merkblatt Parkhäuser und Tiefgaragen, ) Variante 1 hohe Anforderungen an Dichte und Dicke der Betondeckung sowie zusätzliche Maßnahme Variante 1a Bauweisen mit begrenzten Rissen flächiger Oberflächenschutz lokaler Schutz vor Chlorideindringung (z.b. Bandagen) Variante 1b Rissvermeidende Bauweisen (Einfeldsysteme, Vorspannung) Variante 2 Flächiger Oberflächenschutz Erweitertes Instandhaltungskonzept (Wartungsplan, definierte Wartung, ggf. Instandsetzung) Variante 2a (Wartungsintervall mind. 1mal jährlich) Variante 2b (Wartungsintervall mind. 2mal jährlich) Variante 3 Flächige Abdichtung nach DIN oder OS 10 mit Schutzschicht XD3, XC3, WA, c min = 40 mm ggf. XF2 XD3, XC4, WA, c min = 40 mm ggf. XF2, XF4 XD1, XC3, WF c min = 40 mm ggf. XF1 XD1, XC3, WF c min = 30 mm ggf. XF1 XC3, WF c min = 20 mm 36 BetonMarketing Nordost

37 Aufgehende Wände und Stützen in Parkhäusern wegen der geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten kein Sprühnebel XC3 für Wände und Stützen, Fußbereich mit der Arbeitsfuge Sohle/Wand bzw. Sohle/Stütze vor Tausalz zu schützen (z.b. durch Hochziehen der Beschichtung über eine Hohlkehle) h 150 mm mit Gefälle, h 500 mm ohne Gefälle h Foto: BMN, TR Auslegung NA Bau 199/ DBV-Merkblatt Parkhäuser 37 BetonMarketing Nordost

38 Chemischer Angriff nach DIN EN / DIN natürliche Böden und Grundwasser Temperaturbereich 5 C C geringe Fließgeschwindigkeit Sulfat, ph, Kohlensäure, Ammonium, Magnesium 38 BetonMarketing Nordost

39 Chemischer Angriff nach DIN EN / DIN , Abschn Bei - chemischem Angriff XA3 oder stärker - hoher Fließgeschwindigkeit von Wasser und Mitwirkung von Chemikalien nach Tab. 2 sind Schutzmaßnahmen für den Beton erforderlich, wenn nicht ein Gutachten eine andere Lösung vorschlägt. Bei Anwesenheit anderer angreifender Chemikalien als in Tab. 2 bzw. chemisch verunreinigtem Untergrund sind die Auswirkungen des chemischen Angriffs zu klären und ggf. Schutzmaßnahmen festzulegen. 39 BetonMarketing Nordost

40 Betonbauteile, die nicht in den Geltungsbereich der DIN EN (EC 2) fallen Festlegungen durch andere Regelwerke oder im Einzelfall durch den Planer; Anlehnung an DIN 1045 möglich Gärfuttersilos, Güllebehälter (DIN 11622) Biogasanlagen (Zement-Merkblatt LB14) Kellerfußböden und Industrieböden, die nicht zum Tragwerk gehören Verkehrsflächen (TL Beton-Stb) ländliche Wege (ZTV LW) Betonpflaster und -platten (TL Pflaster, DIN EN 1338, DIN EN 1339) Terrazzoplatten (DIN EN 13748) Betonwerkstein (DIN V 18500) Straßenmöbel und Gartengestaltungselemente (DIN EN 13198) 40 BetonMarketing Nordost

41 Literatur zur Auslegung von DIN EN Bereich Aktuelles, Auslegungen zu DIN-Normen, Auslegungen zu DIN , Stand Bauteilkatalog, Verlag Bau+Technik (Stand 2012) Heft 600 DAfStb Erläuterungen zu DIN EN Beuth Verlag, BetonMarketing Nordost

42 Broschüre: 2,50 pdf: kostenfreier Download 42 BetonMarketing Nordost

43 Bauteilkatalog Bauteile Expositionsklassen Indikative Mindestfestigkeitsklasse C DIN EN 206-1, DIN , DIN EN Betondeckung c min DIN EN Überwachungsklassen ÜK DIN EN 13670, DIN Spezielle Hinweise, Regelwerke und Literatur 43 BetonMarketing Nordost

44 Bauteilkatalog - Inhalt Gründungen, Fundamente Wohnungsbau Ingenieurbau Industrie- und Verwaltungsbau Umwelt- und Gewässerschutz Wasserbau Verkehrswegebau Landwirtschaftliches Bauen Besondere Bauweisen Industrieböden 44 BetonMarketing Nordost

45 Randbedingungen Bauteilkatalog Planungshilfe für häufige Anwendungsfälle in der Praxis Stahlbetonbau, Normalbeton Enthält auch Bauteile, die nicht in den Anwendungsbereich von DIN EN und DIN fallen, üblicherweise aber danach geplant und ausgeführt werden. Besonderheiten (z.b. Meer-, Brackwasser, Küstennähe, Sprühnebel) können zu Abweichungen führen. Ersetzt nicht die projektbezogene Planungsleistung. Entbindet nicht von der Pflicht zur Prüfung der Normenvorgaben und ihrer Gültigkeit für den Anwendungsfall. 45 BetonMarketing Nordost

46 Dauerhafte Betonbauwerke 1872 Stampfbetonwände, Berlin-Victoriastadt Foto: BMN, TR 1881 Eisenbahnbrücke, Seifersdorf / Sachsen Foto: BMN, TR 46 BetonMarketing Nordost