Die Austrocknung des jungen Betons

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1 De Austrocknung des jungen Betons Autor(en): Objekttyp: [s.n.] Artcle Zetschrft: Cementbulletn Band (Jahr): 50-5 ( ) Heft 23 PDF erstellt am: Persstenter Lnk: Nutzungsbedngungen De ETH-Bblothek st Anbetern der dgtalserten Zetschrften. Se bestzt kene Urheberrechte an den Inhalten der Zetschrften. De Rechte legen n der Regel be den Herausgebern. De auf der Plattform e-perodca veröffentlchten Dokumente stehen für ncht-kommerzelle Zwecke n Lehre und Forschung sowe für de prvate Nutzung fre zur Verfügung. Enzelne Dateen oder Ausdrucke aus desem Angebot können zusammen mt desen Nutzungsbedngungen und den korrekten Herkunftsbezechnungen wetergegeben werden. Das Veröffentlchen von Bldern n Prnt- und Onlne-Publkatonen st nur mt vorherger Genehmgung der Rechtenhaber erlaubt. De systematsche Specherung von Telen des elektronschen Angebots auf anderen Servern bedarf ebenfalls des schrftlchen Enverständnsses der Rechtenhaber. Haftungsausschluss Alle Angaben erfolgen ohne Gewähr für Vollständgket oder Rchtgket. Es wrd kene Haftung übernommen für Schäden durch de Verwendung von Informatonen aus desem Onlne-Angebot oder durch das Fehlen von Informatonen. Des glt auch für Inhalte Drtter, de über deses Angebot zugänglch snd. En Denst der ETH-Bblothek ETH Zürch, Rämstrasse 0, 8092 Zürch, Schwez,

2 CEMENTBULLETIN NOVEMBER 983 JAHRGANG 5 NUMMER 23 De Austrocknung des jungen Betons Wasserbedarf für de Erhärtung. Austrocknungsarten. Krtscher Feuchtg ketsgehalt. Enflüsse auf de Betonqualtät. Zement braucht für sene Erhärtung Wasser. De wchtgste der Erhärtungsreaktonen st de Wasseranlagerung an de Calcum slkate 3CaOS02 und 2CaOS02, de m Portlandzement zu ungefähr 50% bzw. 25% enthalten snd. De entsprechende chemsche Formulerung zegt antelmässg de Ausgangsstoffe und de Reaktonsprodukte: 2 (3 CaO S02) + 6 H20 -> 3 CaO 2 S02 3 H Ca(OH)2 2 (2 CaO S02) + 4 H20 -> 3 CaO 2 S02 3 H20 + Ca(OH)2 Calcumslkat + Wasser -^-Calcumslkathydrat + Calcumhydrat Be desem Reaktonsablauf haben 00 g PC enen Wasserbedarf von 7 g, und es entstehen 62 g Calcumslkathydrat und 30 g Calcumhydrat. Da Zement zudem noch hydratserbare Alumnate enthält, rechnet man m gesamten mt enem Wasserbedarf von 20 bs 22 g pro 00 g PC, was enem Wasserzementwert der Betonmschung von entsprcht. Das entstehende Calcumslkathydrat schedet sch unter Volumen zunahme n Form enes festen Geles aus, und das Calcumhydrat bldet darn engebettete sehr fene Krstalle.

3 Re latve Luftfe uchte Betontemperatur c 00 ' 80 r r -40- \ \ 60 > 35 v \ 3(\ 0 y^ \25 * 20,20' 40< \ A \ v \\ \ v 0 0 \\ 0 20 Lufttemperatur C 30 W ndgeschwnd gket I msec MO % Austrocknung kgm2 Std. y»y 0 Abb. Dagramm zur Bestmmung der Austrocknungsrate an offen legenden Betonflachen (gemäss üteraturangabe []) Engezechnetes Bespel: Lufttemperatur: 28 C. relatve Luftfeuchtgket: 50% Betontemperatur: 28 C. Wndgeschwndgket: 5 msec. Ergebns Austrocknungsrate 0.8 kgm2- Std.

4 Das Gel enthält noch oberflächenaktv gebundenes Wasser, das zur Festgketsbldung ebenfalls noch etwas beträgt, und zwar etwa 20 g Wasser pro 00 g PC. Das chemsch und oberflächenaktv gebundene Wasser entsprcht be vollständger Hydrataton, d. h. be vollständger 20 Erhärtung, enem Wasserzementwert von ). Es ver dunstet unter normalen Bedngungen ncht. Erst be 00 C begnnt das oberflächenaktv, be 300CC das chemsch gebundene Wasser sch abzuspalten. Aus desen Gegebenheten lassen sch wchtge Regeln ableten: - De Menge des chemsch und oberflächenaktv gebundenen Wassers st en Mass für de erzeugte Festgket des Zementstens. - Das engebundene Wasser st begrenzt auf etwa 40%, ent sprechend enem Wasserzementwert von Das engebundene Wasser blebt be gewöhnlchen Austrock nungsprozessen unbehellgt. De Festgket des Zementstens blebt auch be Temperaturen von 300 C und mehr erhalten (s. «CB» 7923). - Wrd dem frschen oder jungen Beton das free Wasser entzogen, so kommt de Erhärtungsreakton zum Stllstand, und de Festgket des Zementstens blebt entsprechend tef. 00 cm m h ^^"^"""^ o> 2 X B 0) o n O <5 Y 4 S _ S 5 -- l - _ 6 \ \ - 7 J Relatve Feuchtgket des Betons Abb. 2 Gradent des Feuchtgketsgehaltes n der Tefe ener 5-cm-Betonplatte. Betragt de Beton feuchtgket mehr als 80% r. F.. kann de Erhartungsreakton weter laufen (gemäss Lteraturangabe [2]) Kurve A be umgebender Luft von 75 % r. F. Kurve B be umgebender Luft von 35 % r. F.

5 00.2 CL V L- m e Tage Abb. 3 Austrocknungsgeschwndgket je nach Durchmesser des Betonkörpers (Zylnder) 7 Tage Nass lagerung, anschlessend Trockenlagerung be 50 % r. F. (gemäss Lteraturangabe [2]). Kurve A n 50-mm-Zylmder Kurve B n 75-mm-Zylnder Kurve Cn 20-mm-Zylnder Bem Enbrngen und Verdchten des Betons st normalerwese Wasser m Überschuss vorhanden, denn man arbetet mt Wasser zementwerten von über Aber der Austrocknungsprozess kann sofort ensetzen, je nach den äusseren Bedngungen mt ver schedener Intenstät. Im günstgsten Fall verblebt mmer noch genügend Wasser, um de vollständge Hydrataton des Zementes zu gewährlesten. Im ungünstgen Fall trocknet der junge Beton, nsbesondere an der Oberfläche, vollständg aus, so dass de Festgket, Dchtgket, Abnutzungsfestgket und andere Qualtäten beenträchtgt bleben. De Austrocknung des Betons kann noch andere Folgen haben. Der Beton schwndet und es entstehen u.u. Rsse. Das Schwnden des erhärteten Betons beruht auf ener Volumenabnahme, de ungefähr enem Hundertstel des auslösenden Wasserverlustes entsprcht. Bem Frühschwnden, das Rsse m verdchteten, aber noch ncht festen Beton zur Folge hat, st deser Antel grösser, d.h. de Öffnungen der Frühschwndrsse entsprechen n hrem Volumen etwa enem Zehntel des verdunsteten Wassers. Damt snd zwe wesentlche Folgen der Betonaustrocknung kurz beschreben. Es nteressert nun, we das Austrocknen abläuft, mengenmässg und zetlch, und welches de Auswrkungen m besprochenen Snne snd.

6 De Austrocknung von Beton st der ene Tel senes Feuchtgkets austausches mt der Luft. Je nach Umständen wandern Wasser moleküle vermehrt von der Luft zum Beton oder vom Beton zur Luft. En Glechgewchtszustand besteht, wenn jewels glechvele Mole küle n beden Rchtungen sch bewegen. Es snd zwe Arten von Austrocknung zu unterscheden: - De übertretende Wassermenge wrd beschränkt durch Aufnahme fähgket der Luft. - De übertretende Wassermenge wrd beschränkt durch den ungenügenden Wassernachschub aus dem Beton. Im enen Fall könnte der Beton mehr Wasser abgeben als de Luft aufnehmen kann (besonders be Frschbeton oder be hoher Luft feuchtgket), m andern Fall könnte de Luft mehr Wasser aufnehmen als der Beton an sene Oberfläche brngen kann (besonders be Festbeton oder be gernger Luftfeuchtgket). nn % 50 '_ ~~~~ "^^ ~y ^Y"*'t ** Probendcke 3 cm WZ 0,45 Probendcke 2 cm - WZ 0, Tage Dauer der Nachbehandlung 56 Abb 4 Wrkung der Austrocknung auf de Betonfestgket Nachbehandlung durch Nasslagerung, an schlessend 5 Tage Austrocknen 00 % Festgket be 56 Tage Nasslagerung (gemäss Lteraturangabe (3])

7 Austrocknung gemäss Fall Das Dagramm Abb. st den amerkanschen Empfehlungen für de Nachbehandlung des Betons entnommen (Lteraturangabe []). Es ermöglcht de Verdunstungsrate an ener legenden Betonober fläche abzuschätzen, wobe de Enflüsse der Lufttemperatur, der Luftfeuchtgket, der Betontemperatur und der Wndgeschwndgket berückschtgt werden. De Anwendung des Dagramms st besonders für frsch enge brachten Beton gedacht. Wenn mehr als 000 g Wasser pro m2 ver dunsten, besteht de Gefahr für Frühschwndrsse. Es entsteht ene Volumenverrngerung entsprechend ener Schchtdcke von mm. De Rsse entstehen, wel sch de Oberfläche entsprechend dem Volumenverlust ncht absenken kann und wel n desem Zustand noch kene Zugfestgket des Betons vorhanden st. Frühschwndrsse können sch bs zur Untersete ener Betondecke fortsetzen. Be Beton, der zu Wasserausschedungen negt, snd se auf den Ober flächenberech beschränkt. Austrocknung gemäss Fall 2 Es st anzunehmen, dass de Austrocknung des Betons sehr bald enmal nach der zweten Art erfolgt, wo der Engpass ncht mehr n der Aufnahmefähgket der Luft legt, sondern n der Abgabefähgket des Betons. Der Übergang wrd vellecht angezegt, wenn de Betonoberfläche trocknet und ene hellere Farbe annmmt. In desem Zustand zeht sch de Wasseroberfläche, an welcher de Verdunstung gescheht, n den Porenraum des Zementstens zurück und wrd so massgeblch verklenert. De Austrocknungsmenge st dann ncht mehr von der bewegten Luft, sondern von der Porostät des Zement stens abhängg. Im weteren Verlauf kommt hnzu, dass sch der Porenraum zunehmend verklenert und de Porenausgänge zu nehmend verengen, ndem de Gelbldung wetergeht bzw. sch am Ort der Verdunstung Kalkhydrat ausschedet. De Austrocknungsrate wrd demnach stark verlangsamt, und es ergbt sch en stark zu nehmender Feuchtgketsgehalt von aussen nach nnen (Abb. 3). Enflüsse auf de Betonqualtät De Folgen des Frühschwndens snd bekannt und berets be schreben. Dese spezellen Rsse können durch Nachvbraton mestens noch gut geschlossen werden und zudem treten se mestens n Gebäudedecken auf, de ncht exponert snd und n der Regel noch mt Überzügen und Beschchtungen versehen werden.

8 Das langsame Austrocknen der zweten Art hat verschedene negatve Enflüsse, de aber mestens nur an der Oberfläche wrken. Davon snd de Rssebldungen kürzlch m «CB» 824 beschreben worden, und wr treten m folgenden nur auf de möglchen Schäd gungen der Festgket en. Das Fehlen von freem Wasser unterbrcht naturgemäss de Erhär tungsreaktonen. Ene Untersuchung hat gezegt, dass der Zement sten mndestens 80% relatve Feuchtgket 80% des Sättgungs wertes) enthalten muss, um den Hydratatonsprozess m Gang zu halten (s. Lteraturangabe [2]). In enem Betonkörper bldet deser Grenzwert ene Fläche, de parallel zur Oberfläche legt. Es nteressert vor allem, n welcher Tefe sch dese krtsche Grenze jewels befndet. Be stegender Luftfeuchtgket oder be abnehmender Porostät verschebt se sch gegen de Aussensete und umgekehrt (Abb. 3). De Abb. 2 zegt, dass der Beton durch Austrocknung egentlch nur m Berech sener Oberfläche geschädgt werden kann. Aber gerade an de Oberfläche werden besondere qualtatve Anforderungen gestellt, we Härte, Abnutzungsfestgket, Dchtgket, chemsche Beständgket und gute Haftung von Beschchtungen. En alter Ausspruch des Handwerkers besagt, dass der Beton «verbrannt» se. Deses Bld trfft gut zu. De Oberfläche kann durch Austrocknen porös, wassersaugend, wech und absandend werden. Das Ausmass der Schädgung st sehr unterschedlch je nach Zetpunkt, Dauer und Stärke der Austrocknung. Ene Betonschalung verhndert das Austrocknen. Unter der Schalung west der junge Beton ene relatve Feuchtgket von über 80% auf. Ene Ausnahme besteht vellecht be stark ausgetrockneten und porösen Holz brettern. Wenn der Beton dre bs ver Tage alt st (be trockenem Wnterwetter fünf bs sechs Tage), stösst de 80-%-Grenze weder an de Ober fläche vor, und de Schädgungsgefahr wrd behoben. Spezalfälle Wenn nach ener Trockenperode Wasser weder hnzukommt, so geht de Erhärtungsreakton weter. Der geschädgte Berech st aber n senem Gefüge gelockert, so dass nur en Tel der ursprünglch möglchen Festgket aufgeholt werden kann. Der Wetergang der Hydrataton st ohnehn gegeben, wenn Wasser entweder aus der Luft mt mehr als 80% r. F. endrngt oder solches aus der Kernzone

9 g des Betonkörpers nachgelefert wrd. Deser Nacherhärtungsprozess verläuft jedoch sehr langsam. Wenn der Wasserverlust ncht durch Verdunstung, sondern durch Ausfltrerung unter Druck erfolgt (be poröser Schalung, Korngerüst fltern, Vacuumbeton), so entsteht en qualtatv sehr hochstehender, praktsch porenfreer Zementsten, der wegen der Kompresson und der ungenügenden Hydrataton dunkelgrau gefärbt st. UT Lteraturangaben [ ] ACI Standard - Practce for Curng Concrete Concrete Internatonal, November 980, 45 [2] R. E. Spears, The 80 Percent Soluton to Inadequate Curng Problems, Concrete Internatonal, Aprl 983 [3] P. Nscher, Austrocknen von jungem Beton Zement und Beton, Heft 2 (976) 54 [4] P. Nscher, Austrocknen von jungem Beton Betonwerk + Fertgteltechnk, Heft 3 (976) 7 Zu jeder weteren Auskunft steht zur Verfügung de TED TECHNISCHE FORSCHUNGS- UND BERATUNGSSTELLE DER SCHWEIZERISCHEN ZEMENTINDUSTRIE 503 Wldegg Postfach Telefon