BASISWISSEN BETON. Grundlagen der Betonherstellung. Mischmeister- u. Betontechnologenschulungen Februar 2019

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1 BASISWISSEN BETON Grundlagen der Betonherstellung Mischmeister- u. Betontechnologenschulungen Februar 2019

2 BASIS FÜR DIE BETONSORTEN EXPOSITIONSKLASSEN XC4, XS1, XF2 XC4, XF1 XC1 XC4, XD3, XS1, XF2 XC4 XF3 XC3 XD3, XF4, XM2 XC4, XS3, XF4, XA2 Meerwasser ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 2

3 KONSISTENZ DES FRISCHBETONS KONSISTENZKLASSEN Frischbeton Ausbreitklassen empfohlener Anwendungsbereich 340 mm (DIN EN ) Verdichtungsmaß- Klassen empfohlener Anwendungsbereich 1,10 (DIN EN ) Klasse Ausbreitmaß ( in mm) F1 340 steif F2 350 bis 410 plastisch F3 420 bis 480 weich F4 490 bis 550 sehr weich F5 560 bis 620 fließfähig F6 630 sehr fließfähig Klasse Verdichtungsmaß C0 1,46 sehr steif C1 1,45 bis 1,26 steif C2 1,25 bis 1,11 plastisch C3 1,10 bis 1,04 weich ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 3

4 KONSISTENZ DES FRISCHBETONS KONSISTENZKLASSEN F2 F3 F4 380 mm 470 mm 530 mm ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 4

5 KONSISTENZ DES FRISCHBETONS NACH BELADEN UND VOR ENTLADEN Überprüfung der Konsistenz, augenscheinlich vor allem bei Sonderbetonen Durchführung (Film) ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 5

6 FESTIGKEITSKLASSEN Beton wird charakterisiert durch: Festigkeitsklasse C 25 / 30 in N/mm² Zylinder / Würfel 150 x 300 mm / 150 x 150 mm Normalbeton C 8/10 C 12/15 C 16/20 C 20/25 C 25/30 C 30/37 C 35/45 C 40/50 C 45/55 _ C _ 50/60 _ Hochfester Beton C 55/67 C 60/75 C 70/85 C 80/95 C 90/105 C 100/115 ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 6

7 FESTIGKEITSENTWICKLUNG DES BETONS GRUNDLAGEN FÜR DIE MINDESTDAUER DER NACHBEHANDLUNG Festigkeitsentwicklung von Beton bei 20 C Festigkeitsverhältnis Beton f cm,2 / f cm,28 schnell 0,5 mittel 0,3 bis 0,5 langsam 0,15 bis 0,3 sehr langsam 0,15 Muss dem Verwender mitgeteilt werden (Lieferschein)! ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 7

8 PROBEKÖRPERLAGERUNG ZYLINDER / WÜRFEL Zu heiß! Zu kalt! Richtig! (Klimatruhe) Deutschland: Nach ca. 24 h ausschalen, dann bis zum 7. Tag unter Wasser, dann bei 20 C und 65% rel. Feuchtigkeit ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 8

9 PROBEKÖRPERLAGERUNG EINFLUSS DER LAGERUNGSBEDINGUNGEN AUF DER BAUSTELLE 28 Tage ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 9

10 BINDEMITTEL Wasserbedarf im Beton: spez. Oberfläche (Mahlfeinheit) Zusammensetzung (Bestandteile z.b. Flugasche, Kalkstein usw.) Temperatur des Zementes Druckfestigkeit im Beton: Festigkeitsklasse des Zementes (32,5, 42,5, 52,5) Zusammensetzung (Bestandteile z.b. Flugasche, Kalkstein usw.) Wärmeentwicklung im Beton: Hydratationsverlauf des Zements (TAMAIR) ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 10

11 GESTEINSKÖRNUNGEN GRÖSSTKORN? Größtkorn? Größtkorn? ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 11

12 GESTEINSKÖRNUNGEN KORNFORM Bei gleichem Volumen hat ein Quader eine um 25%, eine Platte eine mehr als Doppelt so große Oberfläche als eine Kugel. Mit größerer Oberfläche steigt der Wasser-Zementleimbedarf. Ungünstig (nicht kubisch) geformte Gesteinskörnungen sind sperrig. Sie verschlechtern die Verarbeitbarkeit des Frischbetons. ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 12

13 GESTEINSKÖRNUNGEN KORNGRÖßENVERTEILUNG / SIEBLINIE Gleichkörnige Kornverteilung großer Hohlraumgehalt viel Zementleim Gut abgestufte Kornverteilung kleiner Hohlraumgehalt wenig Zementleimbedarf Sandanteil auf ein notwendiges Maß beschränken. ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 13

14 AUSWIRKUNGEN UNZULÄSSIGER WASSERZUGABE Charakteristische Merkmale für die Qualität und somit für die Dauerhaftigkeit sind: - Druckfestigkeit - Dichtigkeit (Korrosionsschutz der Bewehrung) Diese sind abhängig von: - Güte der Gesteinskörnung - Güte des Zementsteines (w/z-wert, Porengefüge) - Verbund Gesteinskörnung / Zementstein - Betoneinbau und Nachbehandlung ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 14

15 AUSWIRKUNGEN UNZULÄSSIGER WASSERZUGABE Durch unzulässige Wasserzugabe wird der Konsistenzverlauf verändert. Im Zusammenspiel mit FM kann der Beton sogar entmischen. Mit zunehmendem Wassergehalt nimmt die Festigkeit des Betons ab. Beton mit hohem Wassergehalt saugt mehr und schneller Wasser auf. Deshalb ist er wasserdurchlässiger und witterungsempfindlicher. Die Gefahr, dass der Bewehrungsstahl korrodiert, wird größer. Beton mit hohem Wasserzementwert trocknet schneller aus und schwindet stärker. Es können Risse entstehen. ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 15

16 AUSWIRKUNGEN UNZULÄSSIGER WASSERZUGABE ENTMISCHUNGEN Ausgangsbeton Nach unzulässiger Wasserzugabe ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 16

17 AUSWIRKUNGEN UNZULÄSSIGER WASSERZUGABE FESTIGKEITSABFALL Ausgangsbeton 300 kg Zement/174 l Wasser w/z-wert 0,58 = 35 N/mm² XC4, XF1 Zugabe von 10 l Wasser/m³ Das sind 80 l auf das Fahrzeug Erhöhung des w/z-wertes auf 0,61 = 31 N/mm² XC3 Zugabe von weiteren 10 l Wasser/m³ Das sind insgesamt 160 l auf das Fahrzeug Erhöhung des w/z-wertes auf 0,65 = 29 N/mm² XC2 ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 17

18 AUSWIRKUNGEN UNZULÄSSIGER WASSERZUGABE PORÖSES BETONGEFÜGE C16/ kg 170 kg H 2 O nach 1 Stunde nach 8 Stunden ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 18

19 AUSWIRKUNGEN UNZULÄSSIGER WASSERZUGABE RISSE IM BETON ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 19

20 RESTWASSER Keine Faserbetone, Leichtbetone oder Mörtel in der Recyclinganlage entsorgen ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 20

21 RESTWASSER RESTWASSERDICHTE Restwasser beeinflusst maßgeblich die Betonherstellung. hohe Dichte erhöhter Wasseranspruch größere Oberfläche bei gleichem Wassergehalt: geringere Konsistenz- und Konsistenzhaltung mehr Wasser: höherer w/z- Wert Zusatzmittel erhöhen: mehr Kosten aber passende Konsistenzund Konsistenzhaltung ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 21

22 RESTWASSER EINFLUSS FALSCHER DICHTE RW-Dichte in Steuerung Tatsächliche RW-Dichte Wassergehalt Betonrezeptur Berechnete Menge RW von Mischanlage Eingewogene Menge Fehlende Wassermenge 1,03 kg/m³ 1,06 kg/m³ 188 l/m³ 199 kg/m³ (11 kg/m³ Feinstoff l/m³ Wasser) 199 kg/m³ (22 kg/m³ Feinstoff l/m³ Wasser) 11 l/m³ RW-Dichte = 1,03 RW-Dichte = 1,06 Quelle: TBR TZ Projektarbeit Restwasser im Transportbeton ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 22

23 LP-BETON GRUNDSÄTZLICHES Mikroluftporen erhöhen den Frost- bzw. Frost-Tausalzwasserwiderstand des Betons und bewirken gleichzeitig durch den sogenannten Kugellagereffekt eine Verbesserung der Verdichtungswilligkeit. ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 23

24 LP-BETON GRENZWERTE NACH TAB. F.2.2 DIN-FACHBERICHT 100: Fußnote f: ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 24

25 LP-BETON EINFLUSSFAKTOREN AUF DIE LUFTPORENBILDUNG Zemente - steigender Hüttensandgehalt erschwert LP-Bildung (CEM II/A-S, CEM II/B-S, CEM III/A) - Zementmenge - w/z-wert Betonzusätze - Betonzusatzstoffe (Flugasche / Gesteinsmehl) - Betonzusatzmittel (entschäumte BV oder FM) Dosierung des LP-Bildners - Zugabezeitpunkt (als letzte Komponente in den Mischer und auf feuchte Gesteinskörnung) - Art der Dosierung (nur in den Mischer dosieren!!!) ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 25

26 LP-BETON EINFLUSSFAKTOREN AUF DIE LUFTPORENBILDUNG Mischungszusammensetzung - Mehlkorngehalt (< 0,125 mm) - tonige Bestandteile - LP-Gehalt der Ausgangsmischung Mischintensität - Qualität des Mischaggregats - Mischdauer / Nassmischzeit i.d.r. 45 sek. Konsistenz des Betons - weiche Konsistenz erleichtert LP-Bildung, - bei steiferen Betonen höhere LP-Bildner-Dosierung Frischbetontemperatur (siehe folgende Folie) ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 26

27 LP-BETON LP-DOSIERUNG UND TEMPERATUR Temperatur Dosiermenge 10 C 60% 20 C 100% 30 C 180% Daumenwert krell-consult ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 27

28 MISCHANLAGE MISCHERSCHUTZ Schutzmittel für Betonmischanlagen können Luftporen einführen und sich so negativ auf Frisch- und Festbetoneigenschaften auswirken. Luftporen auch bei keinem LP- Beton Erhöhte LP- Gehalte beim LP- Beton geringere Festigkeit schlechtere Dauerhaftigkeit ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 28

29 MISCHANLAGE MISCHERSCHUTZ Vergleichsprüfungen 2017: Mischerschutz a) 1,1% Luft 7 Tage Druckfestigkeit 32,0 N/mm² Mischerschutz b) 2,3% Luft 7 Tage Druckfestigkeit 29,5 N/mm² Mischerschutz c) 4,8% Luft 7 Tage Druckfestigkeit 25,5 N/mm² ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 29

30 BETONTEMPERATUR Die DIN 1045 sagt, Betontemperatur beim Einbau Sommer: nicht über 30 C Winter: Luft bis - 3 C nicht unter 5 C Luft unter -3 C nicht unter 10 C Ab Werk 27 C 8 C 13 C Daumenwert: In Pumpe 1,5 C Änderung auf Fahrt 1,5 C Änderung Daumenwert krell-consult ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 30

31 BETONTEMPERATUR KALTE JAHRESZEIT unter 0,1 C Gesteinstemperatur ist eine Abfahrtemperatur von 13 C nicht mehr machbar. 80 C Wasser, beste Maßnahme, bringt 10 C. Rest muss warmer Zement 30 C bringen! Achtung: RW-Erwärmung oder RW Entsorgung Achtung: Nach Winter ist Zement im Silo kalt!!!! Daumenwert krell-consult ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 31

32 BETONTEMPERATUR KALTE JAHRESZEIT Anpassung der Betonzusammensetzung Zementgehalt 300 kg/m³ Schnelle Zemente einsetzen z.b. CEM I 42,5 R, CEM II/A-LL 42,5 R Flugascheeinsatz reduzieren w/z-wert absenken (< 0,6) Verwendung eines Winter-Fließmittels (FM) Evtl. Einsatz eines Erhärtungsbeschleunigern (BE) ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 32

33 BETONTEMPERATUR HEIßE JAHRESZEIT Für 30 C Einbautemperatur ab Gestein ca. 24 C nicht mehr lieferbar! Wenn 25 C Einbautemperatur gefordert ist - Gewisse Tunnel ZTV-Ing - Meiste Bauteile nach ZTV-W - für Massenbeton Empfehlung/Pflicht - Empfehlung für Straßen / Industrieböden ab Gestein ca. 21 C nicht mehr lieferbar! Daumenwert krell-consult ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 33

34 BETONTEMPERATUR HEIßE JAHRESZEIT Anpassung der Betonzusammensetzung Verwendung eines verzögernden Sommerfließmittels (BV/FM) Einsatz von N bzw. LH-Zementen (CEM II, CEM III) Flugascheeinsatz erhöhen Keine unkontrollierte Wasserzugabe (Qualitäts-, Festigkeitsverlust) ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 34

35 BETONTEMPERATUR MÖGLICHKEITEN DER ABKÜHLUNG DES FRISCHBETONS Kühlverfahren Kühlung des Zugabewassers Zugabe von Scherbeneis Besprühen der groben Gest.k. Vakuumkühlung der Gesteinsk. Abkühlung des Frischbetons * um 2 bis 4 K um 5 bis 15 K um 2 bis 4 K um 5 bis 8 K Flüssig-Stickstoff auf rd. 5 C * Zementgehalt: rund 300 kg/m³; w/z-wert: rd. 0,50 Quelle: Springenschmid, R. und R. Breitenbücher in: Zement und Beton 32, 1987 ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 35

36 DAUMENWERTE FÜR DIE BETONHERSTELLUNG Wenn der Frischbeton stimmt, dann stimmt auch der Festbeton. ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 36

37 Ausbreitmaß in cm 5 bis 10 cm DAUMENWERTE FÜR DIE BETONHERSTELLUNG KONSISTENZÄNDERUNG IN ABHÄNGIGKEIT VON TEMP. UND ZEIT T b = 10 o C T b = 30 o C Beton: CEM II/A-LL 32,5 R 300 kg/m 3, GK SL A/B32, w/z = 0, Zeit in Minuten nach Betonherstellung ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 37

38 DAUMENWERTE FÜR DIE BETONHERSTELLUNG Wasser + 15 l/m³ bedeuten + 7,5 cm Ausbreitmaß + 5 bis 6 N/mm² Festigkeit Luft (Faustregel: wirkt wie halbe Wassermenge) + 1% Luft = + 10 l/m³ Luft = + 5 l/m³ Wasser - 1,5 bis 2 N/mm² Wichtigste Überwachung durch den Mischmeister. Er meldet, wenn Abweichung (z.b. > 10 l/m³ Wasser) vom Soll sind. ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 38

39 BLUTEN VON FRISCHBETON ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 39

40 BLUTEN VON FRISCHBETON Empfohlene Blutwassermengen (bei 20 C) Bauteile Vol.-% DBV Merkblatt Vol.-% Krell Sichtbeton < 0,1 (= 1 Liter) 0,3 0,5 Beton für befahrbare Bauteile < 0,2 (= 2 Liter) um 0,5 Daumenwert krell-consult Konstruktions beton < 0,3 (= 3 Liter) 0,5 0,8 Massen-/Bohrpfahlbeton < 0,1 (= 1 Liter) ca. 1,0 Bei 10 C knapp das Doppelte!!! ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 40

41 FRISCHBETONDRUCK EIN PROBLEM? Bauteilgeometrie Temperaturbedingungen Zusammensetzung des Betons Fließ- und Erstarrungsverhalten des Betons Art und Weise des Betoneinbaus und der Verdichtung ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 41

42 ERSTARRUNGSENDE DES FRISCHBETONS KNETBEUTELTEST ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 42

43 ERSTARRUNGSENDE DES FRISCHBETONS CEM II 32,5 R Erstarrungsende ca. 3:30 h CEM II 42,5 N Erstarrungsende ca. 3:30 h CEM III A 32,5 N Erstarrungsende ca. 4:30 h CEM III B 32,5 N Erstarrungsende ca. 5:00 h Daumenwert krell-consult Temperatur Faktor 30 C 0,6 20 C 1,0 10 C 2 5 C 4 Achtung VZ und FM können verzögern! ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 43

44 Qualität = Zufriedener Kunde Wir sollten Probleme lösen, solange sie klein sind. ATZ/Grundlagen der Betonherstellung Seite 44

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