Nachbehandlung Ziel und Massnahmen

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1 Nachbehandlung Ziel und Massnahmen Die Nachbehandlung stellt sicher, dass der Beton unverzüglich und solange gegenüber Wasserverlust und äusseren Einflüssen geschützt wird, bis er insbesondere in der Betonrandzone eine genügende Festigkeit erreicht hat. Die Qualität der Betonrandzone hängt massgeblich von der Art und Dauer der Nachbehandlung ab. Die Dauerhaftigkeit der Betonrandzone ist entscheidend für den Schutz der Bewehrung. Ziele der Nachbehandlung sind: Begrenzen des vorzeitigen Austrocknens durch Sonnenbestrahlung, Wind und geringe Luftfeuchtigkeit Vermeiden des Auswaschens der jungen Betonoberfläche durch Niederschläge und fliessendes Wasser Vermeiden von raschen Temperaturwechseln (thermischer Schock) durch zu frühes Ausschalen und bei massiven Bauteilen Verhindern von frühen, schädlichen Erschütterungen Vermindern von Ausblühungen auf der Betonoberfläche Sicherstellen eines ausreichenden Hydratationsgrads Begrenzen des vorzeitigen Austrocknens Besonders wichtig ist der unmittelbar nach dem Einbringen einsetzende Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen der Betonrandzone. Nachteilige Folgen eines frühzeitigen Wasserverlustes des oberflächennahen Betons sind: Auftreten von Frühschwindrissen Neigung zum Absanden verringerte Dichtigkeit und Dauerhaftigkeit geringerer Verschleisswiderstand verminderte Druckfestigkeit in der Betonrandzone Die Austrocknungsgeschwindigkeit hängt ab von der: Lufttemperatur

2 relativen Luftfeuchtigkeit (r. F.) Windgeschwindigkeit Betontemperatur Mit Hilfe des Diagramms in Abbildung lässt sich die Verdunstungswassermenge einer ungeschützten Betonoberfläche abschätzen und so die Gefahr der Rissbildung infolge Frühschwindens verdeutlichen. Anhand der getroffenen Annahme in Abbildung wird im Beispiel 17 die Auswirkung des Austrocknens einer ungeschützten Betonoberfläche für einen gegebenen Normalbeton aufgezeigt.

3 Abb : Diagramm zur Abschätzung der Austrocknungsrate einer ungeschützten Betonoberfläche. Annahme (rot): Lufttemperatur: 28 C relative Luftfeuchtigkeit: 50 % Betontemperatur: 28 C Windgeschwindigkeit: 20 km/h Ergebnis: Austrocknungsrate = 0.8 kg/(m² h).

4 Horizontale Bauteile wie Decken, Bodenplatten und Betonstrassen mit einer grossen, exponierten Oberfläche sind besonders anfällig für ein vorzeitiges Austrocknen. Dies gilt insbesondere für Bedingungen beim Betonieren, bei denen eine starke Verdunstung auftreten kann, z. B. bei warmem Wetter, bei Wind und bei kalter, trockener Luft. Aus diesem Grund ist nach Abschluss des Verdichtens und der Oberflächenbearbeitung des Betons die Oberfläche unverzüglich nachzubehandeln. In der Praxis werden bei grossen Betonierabschnitten, die sich über mehrere Stunden erstrecken und bei denen mit der Nachbehandlung erst nach dem Ende des Betonierens begonnen wurde, häufig Risse im Anfangsbereich der Etappe beobachtet. Der Beton in diesem Bereich ist bei Beginn der Nachbehandlung schon mehrere Stunden alt und war bereits bedeutendem Frühschwinden ausgesetzt, wohingegen der Beton gegen Ende der Etappe direkt nach dem Einbringen nachbehandelt wird und praktisch kein Frühschwinden aufweist. Soll die Rissbildung an der freien Oberfläche infolge Frühschwindens vermieden werden, ist eine zwischenzeitliche Nachbehandlung vor der Oberflächenbearbeitung durchzuführen. Bei Verwendung von Beton mit geringer Neigung zur Wasserabsonderung und Bluten sollte der Vermeidung von Rissbildung infolge Frühschwindens besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. In Abbildung ist der zeitliche Verlauf des Frühschwindens in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit und der Nachbehandlung dargestellt. Das Frühschwinden von nicht nachbehandeltem Beton kann Werte im Bereich von 4 mm/m erreichen und ist damit 10 mal grösser als bei einem nachbehandelten Beton. Die Gefahr der Rissbildung infolge Frühschwindens bei nicht nachbehandelten Betonen ist in den ersten Stunden nach dem Betonieren am grössten.

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6 Abb : Einfluss der Austrocknungsrate von 0.8 kg/(m2 h) (siehe Abb ) auf den Wasserverlust eines ungeschützten Betons. Abb : Zeitlicher Verlauf und Ausmass des Frühschwindens in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit und der Nachbehandlung. Vermeiden des Auswaschens Frischbeton und junger Beton müssen vor Regen und abfliessendem Regenwasser geschützt werden, da ansonsten der Zementleim an der Betonoberfläche ausgewaschen wird. Dadurch wird sowohl die Festigkeit als auch die Dauerhaftigkeit der

7 Betonrandzone herabgesetzt, was u. a. am Absanden der entfestigten Oberfläche sichtbar ist. Um solche bleibenden Schäden am frischen oder jungen Beton durch Auswaschen zu verhindern, können vollflächige Folien- oder Mattenabdeckungen verlegt werden. Vermeiden von raschen Temperaturwechseln und -gradienten Beton dehnt sich bei Wärme aus und zieht sich bei Kälte zusammen. Diese temperaturbedingten Verformungen können Zugspannungen im Beton hervorrufen, wenn sie behindert werden oder bei grossen Temperaturgradienten im Bauteil. Wenn die Zugfestigkeit des Betons überschritten wird, treten Risse auf. Durch den Schutz mit wärmedämmenden Matten wird der Temperaturabfall an der Oberfläche verlangsamt. Verhindern von frühen, schädlichen Erschütterungen Wenn Erschütterungen durch z. B. Strassen-, Bahnverkehr oder Rammarbeiten während des Erstarrens oder des Erhärtens des Betons auftreten, können diese zu Mikrorissen im Zementstein führen oder den Verbund mit der Bewehrung stören. Es wird empfohlen, während der ersten 36 Stunden nach dem Betonieren solche Erschütterungen zu vermeiden. Vermeiden von Ausblühungen Beim raschem Austrocknen des Betons wird das Porenwasser mit den gelösten Salzen kapillar an die Oberfläche des Betons transportiert. Mit dem Verdunsten des Wassers verbleiben die Salze auf der Betonoberfläche, welche als unschöne, meist weisse Flecken sichtbar sind (siehe Ausblühungen). Durch das Abdecken des jungen Betons mit einer Plastikfolie kann das Risiko von Ausblühungen verringert werden. Sicherstellen des Hydratationsgrades in der Betonrandzone Der erreichbare Hydratationsgrad des Betons wird neben der Temperatur und der Betonzusammensetzung insbesondere von dem Feuchtegehalt des Betons bestimmt. Um eine ungestörte Hydratation vor allem im oberflächennahen Bereich zu erreichen, muss eine vorzeitige Austrocknung des Betons verhindert werden. Schutzmassnahmen hierfür sind u. a. das Abdecken des jungen Betons mit Folien oder aber auch das kontinuierliche Besprühen mit Wasser.

8 Arten der Nachbehandlung Die optimale Nachbehandlungsart und -dauer hängt hauptsächlich von den Umgebungsbedingungen (Temperatur, Wind, Sonne) ab. In Tabelle wird ein Überblick gegeben. Das Abdecken mit Kunststofffolie (Abb ) ist eine einfache und wirkungsvolle Massnahme, um den Wasserverlust des Betons zu verhindern. Die Folie muss gegen Wind gesichert werden und kann Spuren auf der Betonoberfläche hinterlassen. Auch das Aufsprühen eines Nachbehandlungsmittels (Abb ), üblicherweise auf Paraffinbasis, vermindert die Verdunstung des Wassers. Um wirksam zu sein, muss das Nachbehandlungsmittel auf die mattfeuchte Betonoberfläche aufgebracht werden. Diese Schutzschicht verliert mit der Zeit allmählich an Wirksamkeit und kann Probleme für später aufgebrachte Schichten wie Anstriche oder Hydrophobierungsmittel verursachen. Das Besprühen der Betonoberfläche mit Wasser ist ebenfalls eine häufig angewandte Massnahme. Dabei muss das Wasser fein zerstäubt werden, damit die mattfeuchte Betonoberfläche nicht ausgewaschen wird. Die Massnahme muss ohne Unterbrechung erfolgen, damit kein Temperaturschock durch das kalte Wasser auf der warmen Betonoberfläche entsteht, der zu einer Rissbildung führen könnte.

9 Abb : Abdecken einer Betondecke mit Kunststofffolie. Abb : Aufsprühen eines Nachbehandlungsmittels.

10 Tab : Nachbehandlungs und Schutzmassnahmen bei verschiedenen Aussentemperaturen. Anforderungen an die Nachbehandlung Die Norm SIA 262 definiert vier Nachbehandlungsklassen (NBK) in Abhängigkeit vom Prozentsatz der charakteristischen Druckfestigkeit nach 28 Tagen, der am Ende der Nachbehandlung erreicht sein muss. Diese Klassen müssen vom Planer mit Bezug auf die Umwelteinwirkungen auf das Bauwerk spezifiziert werden. Tabelle gibt einen näherungsweisen Zusammenhang zwischen den Expositionsklassen und den Nachbehandlungsklassen an. Die Entwicklung der Druckfestigkeit des Randbetons kann nach den unter Festigkeitentwicklung aufgeführten Verfahren bestimmt werden. Wenn keine Ergebnisse zum eingesetzten Beton verfügbar sind, erlaubt die Tabelle die einfache Bestimmung der minimalen Nachbehandlungsdauer in Abhängigkeit von der gewählten Nachbehandlungsklasse, der Betonoberflächentemperatur und der Festigkeitsentwicklung des Betons bei 20 C. Eine Messung der Umgebungstemperatur im Schatten um 7.00 Uhr

11 morgens kann alternativ zur Betonoberflächentemperatur verwendet werden. Sofern keine genauen Ergebnisse der Festigkeitsentwicklung zum eingesetzten Beton aufgrund von Berechnungen mit geeigneten Rechenansätzen (verlässliche Schätzwerte) vorliegen und bei der Ausführung keine entsprechenden Prüfungen vorgenommen werden, gelten die Richtwerte der Mindestnachbehandlungsdauer gemäss Tabelle Die Festigkeitsentwicklung eines Betons wird mit r (Verhältnis der mittleren Druckfestigkeit nach 2 und 28 Tagen: r = fcm,2/fcm,28) beschrieben (siehe Tab unter Zugfestigkeit). Art und Dosierung von Zusatzmitteln (wie z. B. Beschleuniger und Verzögerer) können diese Werte beeinflussen. Tab : Spezifikation der Nachbehandlungsklasse in Abhängigkeit vom Anforderungsniveau. Tab : Richtwerte für die Mindestnachbehandlungsdauer gemäss der Norm SIA 262.

12 Einfluss der Nachbehandlung auf die Festbetoneigenschaften Alle Haupteigenschaften des Festbetons hängen vom Hydratationsgrad des Zementsteins ab und können bei fehlender oder unzureichender Nachbehandlung stark beeinträchtigt werden. Anhand von Beispielen wird der Einfluss einer fehlenden oder unzureichenden Nachbehandlung auf die Druckfestigkeit, die Kapillarität und die Karbonatisierung dargestellt. Druckfestigkeit In Abbildung wird der Einfluss der Nachbehandlungsdauer auf die Druckfestigkeit des Betons der Randzone dargestellt. So weist ein während 7 Tage feucht nachbehandelter Beton eine beinahe doppelt so hohe Festigkeit nach 90 Tagen auf als ein Beton ohne jegliche Nachbehandlung. Ebenso wird bei feuchter Nachbehandlung eine kontinuierliche Festigkeitszunahme sichtbar, die sich nach dem Ende der Nachbehandlung rasch stabilisiert. Bei Bauteilen, die einen hohen Verschleisswiderstand aufweisen sollen, ist die Nachbehandlung von grosser Bedeutung. Die Druckfestigkeit wird durch eine fehlende Nachbehandlung nicht nur im oberflächennahen Bereich, sondern über den gesamten Querschnitt verringert. Die Druckfestigkeit eines Betons (Betonsorte B) wurde an Würfeln mit einer Kantenlänge von 150 mm für 2 Lagerungsbedingungen (I und II) bestimmt (Tab ). Bei der Lagerungsart I wurde der Beton bis zum 28. Tag normgerecht bei einer Temperatur von 20 C und ohne Wasserverlust gelagert (sehr gute Nachbehandlung). Für die Lagerungsart II wurde der Beton bei einer Temperatur von 30 C und anschliessend an der Luft bei einer Temperatur von 20 C bis zum 28. Tag gelagert (schlechte Nachbehandlung). Die Druckfestigkeit nach 28 Tagen des Betons mit schlechter Nachbehandlung liegt im Mittel um 6 N/mm2 tiefer als die Druckfestigkeit des Betons mit sehr guter Nachbehandlung, was näherungsweise einer Druckfestigkeitsklasse entspricht. Diese Differenz ist bei den Druckfestigkeiten nach 90 Tagen mit 10 N/mm2 noch grösser. Der Beton mit sehr guter Nachbehandlung zeigt zwischen 28 und 90 Tagen eine Druckfestigkeitssteigerung von 16 %, wohingegen der Zuwachs des Betons mit schlechter Nachbehandlung sehr gering ist. Dieses Ergebnis zeigt die Wichtigkeit der normgerechten Lagerung von Probekörpern auf und sollte insbesondere bei auf der Baustelle hergestellten Probekörpern eingehalten werden.

13 Abb : Einfluss des Feuchthaltens auf die Festigkeitsentwicklung des Betons in der oberflächennahen Zone (0 10 mm). Kapillarität Die Kapillarität eines Betons (Betonsorte B) wurde für drei praxisnahe Lagerungsbedingungen (III und IV) bestimmt (Tab ). Bei der Lagerungsart III wurde der Beton nach dem Betonieren für 1 Tag mit einer Folie abgedeckt und bis zum 28. Tag

14 bei einer Temperatur von 20 C und einer relativen Luftfeuchtikeit r. F. von 85 % gelagert (gute Nachbehandlung). Für die Lagerungsart IV wurde der Beton nicht mit Folie abgedeckt, sondern für 8 Stunden einem starken Luftzug ausgesetzt. Anschliessend wurde der Beton bis zum 28. Tag an der Luft bei einer Temperatur von 20 C und 40 % r. F. gelagert (keine Nachbehandlung). Beton mit guter Nachbehandlung zeigt ein gleichmässiges Eindringen der Wasserfront im Mittel von 12.6 mm über die gesamte Probenhöhe. Beim Beton mit keiner Nachbehandlung ist die mittlere Eindringtiefe um ca. 5 mm grösser. Die maximale Wassereindringtiefe ist beim Beton ohne Nachbehandlung mit 25 mm jedoch wesentlich grösser als beim Beton mit guter Nachbehandlung und liegt damit fast auf Höhe der Bewehrung, wodurch die Gefahr einer Bewehrungskorrosion zunimmt (siehe Korrosionsschutz). Karbonatisierung Die Karbonatisierung eines Betons (Betonsorte B) wurde für die beiden praxisnahen Lagerungsbedingungen (III und IV) wie für die Kapillarität bestimmt. Die Lagerung erfolgte allerdings bis zum 90. Tag (Tab ). Die Karbonatiserungstiefe des Beton wurde nach einer natürlichen Karbonatisierung (0.03 % CO2) im Alter von 90 Tagen und nach einer anschliessenden Schnellkarbonatisierung mit 100 % CO2 nach 9 Tagen bestimmt. Die Schnellkarbonatisierung nach 9 Tagen entspricht einer natürlichen Karbonatisierung nach ca. 75 Jahren. Bereits nach 90 Tagen und noch vor Beginn der Schnellkarbonatisierung ist ein deutlicher Einfluss der Nachbehandlungsart feststellbar. Beton mit guter Nachbehandlung zeigt eine Karbonatisierungstiefe von 1 bis 2 mm, während Beton ohne Nachbehandlung eine mittlere Karbonatisierungstiefe von 7.5 mm aufweist. Nach der Schnellkarbonatisierung zeigen sich die Auswirkungen einer fehlender Nachbehandlung noch deutlicher. Die Karbonatisierungstiefe liegt für den Beton ohne Nachbehandlung im Mittel bei 35 mm.

15 Tab : Würfeldruckfestigkeit nach 28 Tagen und 90 Tagen für einen Beton (Betonsorte B) mit 2 unterschiedlichen Nachbehandlungsarten.

16 Tab : Kapillarität von gut nachbehandeltem Beton und Beton ohne Nachbehandlung und mit ungünstigen Lagerungsbedingungen. Tab : Karbonatisierung von gut nachbehandeltem Beton und Beton ohne Nachbehandlung und mit ungünstigen Lagerungsbedingungen.