Nachbehandlung Stiefkind der Betontechnik?

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1 Beton-Seminare 2010 Wolfgang Schäfer Nachbehandlung Stiefkind der Betontechnik?

2 Nachbehandlung von Betonoberflächen sichert maßgeblich die Dauerhaftigkeit von Betonbauteilen stellt vor allen Dingen die Dichtheit der Betonrandzone sicher vermeidet Frühschwindrisse ist (leider nur) eine Nebenleistung (VOB/C, DIN 18331) 2

3 Nachbehandlungsziele Schutz vor vorzeitigem Austrocknen (Wind, Sonne, trockene Kälte) extremen Temperaturen und schroffen Temperaturwechseln Niederschlägen (Auswaschen) vorzeitiger Einwirkung von Fremdstoffen (Öl, Taumittel) schädlichen Erschütterungen 3

4 Nachbehandlungsziele Schutz vor vorzeitigem Austrocknen (Wind, Sonne, trockene Kälte) extremen Temperaturen und schroffen Temperaturwechseln Niederschlägen (Auswaschen) vorzeitiger Einwirkung von Fremdstoffen (Öl, Taumittel) schädlichen Erschütterungen 4

5 Nachbehandlungsziele Schutz vor vorzeitigem Austrocknen (Wind, Sonne, trockene Kälte) extremen Temperaturen und schroffen Temperaturwechseln Niederschlägen (Auswaschen) vorzeitiger Einwirkung von Fremdstoffen (Öl, Taumittel) schädlichen Erschütterungen 5

6 Nachbehandlungsziele Schutz vor vorzeitigem Austrocknen (Wind, Sonne, trockene Kälte) extremen Temperaturen und schroffen Temperaturwechseln Niederschlägen (Auswaschen) vorzeitiger Einwirkung von Fremdstoffen (Öl, Taumittel) schädlichen Erschütterungen 6

7 Nachbehandlungsziele Schutz vor vorzeitigem Austrocknen (Wind, Sonne, trockene Kälte) extremen Temperaturen und schroffen Temperaturwechseln Niederschlägen (Auswaschen) vorzeitiger Einwirkung von Fremdstoffen (Öl, Taumittel) schädlichen Erschütterungen 7

8 Frühschwinden, Kapillarschwinden, plastisches Schwinden Austrocknung der Oberfläche durch Sonne, Wind, hohe Temperaturen, geringe Luftfeuchtigkeit "wilde", oft netzartige Rissbildungen bis mehrere Millimeter Breite, bis mehrere Millimeter Tiefe durch Windeinfluss Ausrichtung der Risse Haarrisse mit Risstiefen von 1 bis 2 mm kein technischer Mangel rechtzeitiger Nachbehandlungsbeginn durch Nachbearbeiten schließbar (Abscheiben / Glätten) 8

9 Folgen fehlender oder unzureichender Nachbehandlung geringere Oberflächenfestigkeit (Abriebfestigkeit, Haftzugfestigkeit) Absanden geringere Wasserundurchlässigkeit, Dichtigkeit verminderter Frost- bzw. Frost-Tausalz-Widerstand geringere chemische Beständigkeit erhöhtes Risiko von Frühschwind- und Schwindrissen schnellere Carbonatisierung 9

10 getrockneter Tonboden Frühschwindrisse im Beton 10

11 Frühschwindrisse - Auswirkungen Kerben für spätere Rissbildungen Erhöhung der Bauteiloberfläche Betonrandzone wird geschwächt Eindringen von Schadstoffen optische Beeinträchtigungen 11

12 Frühschwindrisse - unterschiedliche Rissbreiten / -tiefen 12

13 Frühschwindrisse im jungen Beton Sohlplatte, Alter ca. 3 h 13 Bild: Nord

14 Abschätzung der Austrocknung von freien Betonoberflächen Beispiel: Ein Frischbeton enthält 180 l Wasser je m 3, d.h. je 1 cm Schichtdicke nur 1,8 l Wasser 14 relative Luftfeuchte [%] Lufttemperatur [ C] Verdunstete Wassermenge [kg/m² h] ,0 3,0 2,0 1, Betontemperatur [ C] Windgeschwindigkeit [km/h]

15 Abschätzung der Austrocknung von freien Betonoberflächen Beispiel: Ein Frischbeton enthält 180 l Wasser je m 3, d.h. je 1 cm Schichtdicke nur 1,8 l Wasser Bei Verdunstungsrate 0,6 l Wasser je m 2 ist rechnerisch in 3 Std. alles weg; 15 relative Luftfeuchte [%] Lufttemperatur [ C] Verdunstete Wassermenge [kg/m² h] ,0 3,0 2,0 1, Betontemperatur [ C] Windgeschwindigkeit [km/h]

16 Abschätzung der Austrocknung von freien Betonoberflächen Beispiel: Ein Frischbeton enthält 180 l Wasser je m 3, d.h. je 1 cm Schichtdicke nur 1,8 l Wasser Bei Verdunstungsrate 0,6 l Wasser je m 2 ist rechnerisch in 3 Std. alles weg; bei 0,9 l/m 2 nach 2 Std. 16 relative Luftfeuchte [%] Lufttemperatur [ C] Verdunstete Wassermenge [kg/m² h] ,0 3,0 2,0 1, Betontemperatur [ C] Windgeschwindigkeit [km/h]

17 gerichtete Frühschwindrisse durch Wind Grafikbeschriftung in Arial, 14 pt Auch noch ein Blindtext Noch ein Blindtext 17

18 Druckfestigkeitsentwicklung an der Betonoberfläche Druckfestigkeit [% ] dauerndes Feuchthalten Feuchthalten bis 7 Tage ohne Feuchthalten Prüfalter [Tage] 18

19 Frühschwinden als Folge der Betonaustrocknung Frühschwinden [mm/m] ungeschützter Beton bei Windgeschwindigkeit 20 km/h ungeschützter Beton bei Windgeschwindigkeit 10 km/h mit einem Nachbehandlungsmittel geschützter Beton Zeit [Stunden] 19

20 Quelle HH - Dateiname wenn links anderer Autor Einfluss der Nachbehandlungsdauer auf die Karbonatisierungstiefe rel. Karbonatisierungstiefe (%) Nachbehandlungsdauer (Tage) Lagerung in der Schalung bzw. im Wasser 20

21 Nachbehandlung des Betons Beginn unmittelbar nach Abschluss des Verdichtens oder der Oberflächenbearbeitung bzw. wenn der Beton noch mattfeucht ist Nachbehandlungsverfahren die Nachbehandlungsverfahren müssen übermäßiges Verdunsten von Wasser über die Betonoberfläche verhindern die natürliche Nachbehandlung ist u. U. ausreichend (günstige Umgebungsbedingungen wie feucht, regnerisch, neblig = geringe Verdunstungsrate an der Oberfläche) Voraussetzung erfüllt, wenn relative Luftfeuchte 85 % 21

22 Nachbehandlung des Betons - Dauer abhängig von den Umweltbedingungen und der Entwicklung der Betoneigenschaften in der Randzone Umweltbedingungen X0 und XC1 (z. B. Innenbauteile): bis 30 % von f c an der Oberfläche erreicht sind ohne genauen Nachweis gilt: Mindestdauer ½ Tag, wenn - Verarbeitbarkeit < 5 h, - Temperatur der Betonoberfläche 5 C, sonst angemessen verlängern Umweltbedingungen anders als X0, XC1 oder XM: bis 50 % von f c an der Oberfläche erreicht sind Mindestdauer lt. Tafel einhalten (genauerer Nachweis möglich) Umweltbedingungen XM wenn 70 % von f c an der Oberfläche erreicht sind Mindestdauer lt. Tafel verdoppeln (genauerer Nachweis möglich) Verschärfungen im Geltungsbereich ZTV-ING, ZTV-W 22

23 Bestimmung der Nachbehandlungsdauer Vorgegebene Zeiten nach DIN , Tabellen 2 und 3 Berechnung der Festigkeitsentwicklung, z.b. durch Temperaturmessungen am Bauteil Prüfung am Beton - durch Erhärtungsprobekörper, gelagert am Bauteil - durch zerstörungsfreie Prüfung mit Messung der Ultraschall-Laufzeit nach DIN EN PROCEQ SA, Zürich 23 Prüfung mit dem Rückprallhammer nach DIN EN PROCEQ SA, Zürich

24 Nachbehandlung des Betons - Dauer Die Mindestdauer der Nachbehandlung richtet sich ohne genaueren Nachweis der Festigkeit nach der Expositionsklasse, der Oberflächenfestigkeit und der Festigkeitsentwicklung des Betons 1) Verarbeitbarkeitszeit < 5 Std., Temperatur der Betonoberfläche 5 C 24

25 Mindestdauer der Nachbehandlung in Tagen 1) (rel. LF %, alle Umweltklassen außer X0/XC1/XM) Oberflächentemperatur ϑ [ o C] Festigkeitsentwicklung des Betons r = f cm2 / f cm28 r 0,50 schnell r 0,30 mittel r 0,15 langsam r < 0,15 sehr langsam > ϑ > ϑ > ϑ 5 2) ) NB-Zeit verlängern bei Verarbeitbarkeitszeit > 5 h 2) NB-Zeit um Zeit der Temperaturen < 5 o C verlängern bei anderen Klimabedingungen abweichende NB-Zeiten möglich bei besonderen Umwelteinwirkungen ist die NB-Zeit zu verlängern (bautechnische Unterlagen) 25 DIN , Tabelle 2

26 Mindestdauer der Nachbehandlung nach DIN und ZTV-W Oberflächentemperatur ϑ [ o C] DIN außer X0, XC1, XM 10 > ϑ 5 Festigkeitsentwicklung des Betons r = f cm2 / f cm28 r 0,50 schnell r 0,30 mittel r 0,15 langsam r < 0,15 sehr langsam ZTV-W, außer XC2 erdüberdeckt, XM2, XM ZTV-W: bei geschalten Oberflächen mindestens die Hälfte der Zeit in der Schalung belassen; bei XM2, XM3 Mindestdauern verdoppeln, max. 30 Tage 26

27 Festigkeitsentwicklung des Betons r 0,50 schnell Festigkeitsentwicklung des Betons r = f cm2 / f cm28 r 0,30 mittel r 0,15 langsam r < 0,15 sehr langsam Die Festigkeitsentwicklung wird während der Erstprüfung ermittelt und steht in direktem Zusammenhang mit der Hydratationswärmeentwicklung (Rissbildung) Mindest-Nachbehandlungsdauer Ausschalfrist Gefrierbeständigkeit Die Festigkeitsentwicklung des Betons wird durch das Verhältnis der Mittelwerte der Druckfestigkeiten nach 2 Tagen und nach 28 Tagen (ermittelt bei 20 C nach DIN EN ) beschrieben, das bei der Eignungsprüfung oder auf der Grundlage eines bekannten Verhältnisses von Beton vergleichbarer Zusammensetzung (das heißt gleicher Zement u. gleicher w/z-wert) ermittelt wurde. DIN : Wird bei besonderen Anwendungen die Druckfestigkeit zu einem späteren Zeitpunkt als 28 Tage bestimmt, ist für die Ermittlung der Nachbehandlungsdauer der Schätzwert des Festigkeitsverhältnisses entsprechend aus dem Verhältnis der mittleren Druckfestigkeit nach 2 Tagen (f cm,2 ) zur mittleren Druckfestigkeit zum Zeitpunkt der Bestimmung der Druckfestigkeit zu ermitteln 27

28 Festigkeitsentwicklung des Betons r 0,50 schnell Festigkeitsentwicklung des Betons r = f cm2 / f cm28 r 0,30 mittel r 0,15 langsam r < 0,15 sehr langsam Die Festigkeitsentwicklung wird während der Erstprüfung ermittelt und steht in direktem Zusammenhang mit der Hydratationswärmeentwicklung (Rissbildung) Mindest-Nachbehandlungsdauer Ausschalfrist Gefrierbeständigkeit Die Festigkeitsentwicklung des Betons wird durch das Verhältnis der Mittelwerte der Druckfestigkeiten nach 2 Tagen und nach 28 Tagen (ermittelt bei 20 C nach DIN EN ) beschrieben, das bei der Eignungsprüfung oder auf der Grundlage eines bekannten Verhältnisses von Beton vergleichbarer Zusammensetzung (das heißt gleicher Zement u. gleicher w/z-wert) ermittelt wurde. DIN : Wird bei besonderen Anwendungen die Druckfestigkeit zu einem späteren Zeitpunkt als 28 Tage bestimmt, ist für die Ermittlung der Nachbehandlungsdauer der Schätzwert des Festigkeitsverhältnisses entsprechend aus dem Verhältnis der mittleren Druckfestigkeit nach 2 Tagen (f cm,2 ) zur mittleren Druckfestigkeit zum Zeitpunkt der Bestimmung der Druckfestigkeit zu ermitteln 28

29 Mindestdauer der Nachbehandlung in Tagen 1) (rel. LF %, alle Umweltklassen außer X0/XC1/XM) Oberflächentemperatur ϑ [ o C] Grafikbeschriftung in Arial, 14 pt Auch noch ein Blindtext Noch ein Blindtext Festigkeitsentwicklung des Betons r = f cm2 / f cm28 r 0,50 schnell r 0,30 mittel r 0,15 langsam r < 0,15 sehr langsam > ϑ > ϑ > ϑ 5 2) ) NB-Zeit verlängern bei Verarbeitbarkeitszeit > 5 h 2) NB-Zeit um Zeit der Temperaturen < 5 o C verlängern bei anderen Klimabedingungen abweichende NB-Zeiten möglich bei besonderen Umwelteinwirkungen ist die NB-Zeit zu verlängern (bautechnische Unterlagen) 29 DIN

30 Tafel gilt auch für ZTV-ING, XC3, XC4, XF, XA, XD, XM Mindestdauer der Nachbehandlung in Tagen 1) (rel. LF %, für die Umweltklassen XM1; XM2; XM3) Oberflächentemperatur ϑ [ o C] Grafikbeschriftung in Arial, 14 pt Auch noch ein Blindtext Noch ein Blindtext Festigkeitsentwicklung des Betons r = f cm2 / f cm28 r 0,50 schnell r 0,30 mittel r 0,15 langsam r < 0,15 sehr langsam > ϑ > ϑ > ϑ 5 2) ) NB-Zeit verlängern bei Verarbeitbarkeitszeit > 5 h 2) NB-Zeit um Zeit der Temperaturen < 5 o C verlängern bei anderen Klimabedingungen abweichende NB-Zeiten möglich bei besonderen Umwelteinwirkungen ist die NB-Zeit zu verlängern (bautechnische Unterlagen) 30 nach DIN , Tabelle 2

31 Praxistauglichkeit des Nachbehandlungskonzepts in DIN : Die Tabelle 2 der DIN bietet eine vereinfachte Bestimmung der Mindestdauer der Nachbehandlung; dennoch hat sich das Verfahren als wenig praxistauglich erwiesen. tägliche Messung der Oberflächentemperatur wird kaum durchgeführt bei Verwenden der Lufttemperatur werden z. T. unrealistische Nachbehandlungszeiten ermittelt (z. B. harte Winter mit kontinuierlichen Temperaturen unter 5 C) die geforderten Nachbehandlungszeiten können sich durch starke Temperaturschwankungen deutlich ändern neu in Ausgabe 2008 praxistauglichere Bestimmung der Nachbehandlungsdauer 31

32 Vereinfachung nach DIN : , Tabelle 3 Mindestdauer der Nachbehandlung in Tagen 1) nur für XC2, XC3,XC4, XF1 je nach Frischbetontemperatur 2) Frischbetontemperatur ϑ fb zum Einbauzeitpunkt [ o C] r 0,50 schnell Festigkeitsentwicklung des Betons 3) r = f cm2 / f cm28 4) r 0,30 mittel r 0,15 langsam ϑ > ϑ > ϑ 5 2) ) Nachbehandlungsdauer bei Verarbeitbarkeitszeit > 5 h angemessen verlängern 2) Auskühlung stahlgeschalter oder ungeschalter Oberflächen ist zu verhindern 3) Aus mittleren Druckfestigkeiten nach 2 und 28 Tagen bei Erstprüfung oder wie bei Betonen mit gleichem Zement u. w/z-wert. Bei Beton mit Prüfalter > 28 Tage, ist statt f cm28 die mittlere Druckfestigkeit zum entsprechend späteren Zeitpunkt anzusetzen. 4) 32Zwischenwerte dürfen ermittelt werden.

33 Praxistaugliche Vereinfachung für das Nachbehandlungskonzept in DIN , hier nach Tabelle 3 Vorteile Dieses Vereinfachungskonzept basiert auf folgender Annahme: Die Temperatur des eingebrachten Betons erhöht sich im Anfangsstadium der Erhärtung in charakteristischer Weise durch freigesetzte Hydratationswärme Bessere Bauzeitenplanung wird ermöglicht durch Festlegung der Nachbehandlungsdauer bereits zum Zeitpunkt des Betoneinbaus über die Bestimmung der Frischbetontemperatur Die Bestimmung der Frischbetontemperatur ist eine Standardprüfung, d.h. zusätzliche Messungen am Bauteil oder der Lufttemperatur können entfallen Beschränkung auf die Expositionsklassen XC2, XC3, XC4, XF1 ein Großteil der Betone ist damit im Hochbau abgedeckt 33

34 Art der Nachbehandlung Belassen in der Schalung Abdecken der Betonoberfläche (z. B. dampfdichte Folien) Auflegen von wasserspeichernden Abdeckungen Wasserfilm (z. B. Besprühen, Fluten) Nachbehandlungsmittel (Curing) mit nachgewiesener Eignung (nicht an Arbeitsfugen oder Oberflächen, die beschichtet werden sollen) oder in Kombination 34

35 Nachbehandlungsmittel nach TL NBM-StB 08 Anwendungsbereich Beton für Verkehrsflächen mit Griffigkeitsanforderung V Beton für Verkehrsflächen ohne Griffigkeitsanforderung A sofort H VH AH Zeitpunkt des Aufbringens mattfeucht M VM --- nach dem Entschalen E allgemeiner Betonbau B BH BM BE besondere Eigenschaften (zusätzlich) W erhöhter Hellbezugswert K kurzfristige Verkehrsfreigabe ZTV-ING: - für horizontale Flächen BH, BM - kein Einsatz bei geschalten Flächen 35 Nachbehandlung: Flüssiges Nachbehandlungsmittel - nicht zulässig für Arbeitsfugen und zu beschichtende Flächen

36 Nachbehandlungsmethoden Außentemperatur in C Art Mit wasserdampfdichter Folie abdecken / Nachbehandlungsmittel aufsprühen + benetzen + Wärmedämmung Nässen oder Fluten Maßnahmen Abdecken od. Film aufsprühen und benetzen + Holzschalung nässen; + Stahlschalung vor Sonnenstrahlung schützen + freie Betonoberfläche in Schalung abdecken Abdecken oder Film aufsprühen, ggf. zusätzliche Maßnahmen wie obere Zeile Abdecken oder Film aufsprühen und Wärmedämmung auflegen; Verwendung wärmedämmender Schalung (z.b. Holz) sinnvoll, Stahlschalung mit Dämmatten abhängen Abdecken und Wärmedämmung auflegen 1 ); Umschließen des Arbeitsplatzes (Zelt) ggf. Beheizen (z.b. Heizstrahler); zusätzlich Betontemperatur mind. 3 Tage +10 C halten Ständig sichtbaren Wasserfilm auf der Betonoberfläche vorhalten unter 3 X 3 bis +5 (X) 1 +5 bis bis bis +25 (X) 2 X X X (X) X X 1 ) nicht benetzen; Tau-/Regenwasser fernhalten 2 ) bei ungünstigen Bedingungen (z.b. starkem Wind) und bei Expositionsklassen XM, XD,XF, XS sinnvoll über +25 X 36

37 Arbeitsanweisung/Kontrolle 37

38 Nachbehandlung 38

39 Formblatt, Beispiel 39

40 ohne Nachbehandlung keine Qualität 40