Der Einfluss der Austrocknung und Nachbehandlung auf den Hydratationsverlauf von Beton - Kurzfassung

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1 Der Einfluss der Austrocknung und Nachbehandlung auf den Hydratationsverlauf von Beton - Kurzfassung 1 Einleitung Die Nachbehandlung ist für die Dauerhaftigkeit der Bauteile und Bauwerke wesentlich. Eine Betonkonstruktion ist dann als dauerhaft einzustufen, wenn sich während der Zeit der Nutzung bei angemessener Instandhaltung keine Veränderungen einstellen, die die Gebrauchstauglichkeit einschränken [2]. Um diese Aufgabe erfüllen zu können, d. h. um den Stahl gegen Korrosion schützen zu können und selbst widerstandsfähig gegen äußere Einwirkungen zu sein, muss der Beton eine ausreichende Qualität besitzen. Außerdem darf er keine schädigenden Bestandteile enthalten. Zu beachten ist dabei, dass sich die Nachbehandlung vorwiegend auf die Eigenschaften des Betonrandbereichs auswirkt, die für die Dauerhaftigkeit des Betons entscheidend sind. Die erforderlichen Betoneigenschaften der oberflächennahen Schicht können sich nur bei ausreichender Nachbehandlung voll entwickeln. Der Beton ist so zusammenzusetzen und zu behandeln, dass er diesen Beanspruchungen ausreichend widersteht. Die wesentlichen Zusammenhänge zwischen der Struktur des Betons und seinem Widerstand gegen äußere Beanspruchungen, d.h. der Betonqualität, sind in Abbildung 1 dargestellt. Die Entwicklung der Betoneigenschaften ist bekanntlich eine Folge der Hydratation des Betons, d.h. der Reaktion des Wassers mit dem Bindemittel, im einfachsten Fall Zement. Die Menge an chemisch gebundenem Wasser, auch Kristallwasser genannt, ist somit ein Maßstab für den Hydratationsgrad und damit für die Eigenschaften des Betons (Abbildung 1). Das restliche Wasser liegt als physikalisch gebundenes Wasser und als Kapillarwasser vor. Aus prüftechnischen Gesichtspunkten wird das chemisch gebundene Wasser auch als nicht verdampfbares Wasser und das restliche Wasser als verdampfbares Wasser bezeichnet. 1

2 Betonzusammensetzung w/z-wert Betonverarbeitung Verdichtungsgrad Nachbehandlung Dauer und Wirksamkeit Temperatur Verfügbares Wasser Wasserbindung Hydratationsgrad Porenanzahl Porenstruktur Porenverteilung Dichtheit Festigkeit Widerstand gegen Eindringen von Flüssigkeiten und Gasen Widerstand gegen physikalischen Angriff Verschleißwiederstand Frost- und Frosttausalz Widerstand gegen chemischen Angriff Schwinden Dauerhaftigkeit bei Temperatur- und Feuchtewechseln Abbildung 1: Beeinflussende Faktoren für die Betonqualität Die Hydratationsgeschwindigkeit und der erreichbare Hydratationsgrad werden neben der Temperatur und der Betonzusammensetzung insbesondere vom Feuchtegehalt des Betons bestimmt. Um eine ungestörte Hydratation vor allem im oberflächennahen Bereich zu erreichen, der für die Dauerhaftigkeit des Betons entscheidend ist, muss daher eine vorzeitige Aus- 2

3 trocknung des Betons verhindert werden. Die Austrocknung führt zunächst zu einer Verminderung des Kapillarwassers und damit zu einer Abnahme des Kapillarwasservorrats, von dem der Hydratationsfortschritt abhängt. Das Ausmaß der Austrocknung des Betons wird bei gegebener Zusammensetzung neben den Klimabedingungen durch die Wirksamkeit seiner Nachbehandlung bestimmt. Bisher wurde die Wirksamkeit von Nachbehandlungsmaßnahmen vorwiegend indirekt über den Widerstand gegen Wasserverlust ermittelt (Sperrkoeffizient) oder über ihren Einfluss auf Betoneigenschaften wie Festigkeit und Dauerhaftigkeit abgeschätzt. In der vorliegenden Arbeit wurde versucht, die Wirksamkeit von Nachbehandlungsmaßnahmen direkt mit Hilfe der Wasserbindung über den räumlichen Hydratationszustand des Betons, d. h. die Abhängigkeit des Hydratationsgrades vom Oberflächenabstand, der für die Ausbildung der Betoneigenschaften von entscheidender Bedeutung ist, zu beschreiben. Hydratationsgrad und Strukturbildung des Betons in der Randzone sind experimentell nur schwer zu erfassen. Daher liegen hierzu auch kaum Forschungsergebnisse vor. Weiterhin sind nur wenige Ergebnisse zum Einfluss der Feuchte auf die Hydratationsentwicklung bekannt, die zudem noch sehr widersprüchlich sind. Diese Arbeit sollte deshalb zur Klärung der offenen Fragen dieses Themenbereiches beitragen. Ziel der Arbeit war 1. die quantitative Erfassung des Einflusses unterschiedlicher Austrocknungsbedingungen auf die Hydratation und Eigenschaften des Betons, 2. hierauf aufbauend die Bewertung von Nachbehandlungsmaßnahmen mit Hilfe von Wirksamkeitskriterien, 3. die modellhafte Beschreibung des Hydratationsverlaufs im erhärtenden Beton bei unterschiedlichen Feuchtegehalten. 3

4 2 Wirkung unterschiedlicher Nachbehandlungsmaßnahmen auf den Wasserhaushalt und Hydratationsverlauf von Beton 2.1 Durchgeführte Untersuchungen Die Versuche hatten das Ziel, den Einfluss unterschiedlicher Austrocknung infolge unterschiedlicher Nachbehandlung auf den Hydratationsfortschritt des Betons zu ermitteln. Als Kriterium dafür diente der insbesondere im Alter von sieben Tagen in unterschiedlichen Tiefen bestimmte Gehalt an verdampfbarem und nicht verdampfbarem Wasser. Die Untersuchungen wurden an Würfeln mit 20 cm Kantenlänge durchgeführt, die so präpariert waren, dass sie im Hinblick auf die Nachbehandlung Wandelemente und Bodenplatten simulierten. Im folgenden werden nur die Versuchsergebnisse für die Wandversuche dargestellt (zu den anderen Versuchen siehe [1]. Nachbehandelte Fläche 20 cm - Würfel 20 cm - Würfel Abbildung 2: Wandelement (links) und Bodenelement (rechts) mit jeweils entsprechendem Probekörper Es wurden fünf Betone untersucht, die sich durch einen normalen, schnellen und langsamen Erhärtungsverlauf unterschieden. Der Wasserzementwert betrug in der Regel 0,60; bei zwei Betonen lag er bei 0,45 und 0,42. Im folgenden werden hier nur die Versuche mit Beton unter Verwendung von w/z = 0,60 und eines Zements CEM I 32,5 R näher erläutert (die anderen Versuche werden in [1] genauer beschrieben). Die Betone wurden wasserzuführend und wasserhaltend mit unterschiedlicher Einwirkungsdauer nachbehandelt. Außerdem wurde der Einfluss von Nachbehandlungsmitteln und Luftlagerung auf den Hydratationsverlauf im oberflächennahen Bereich untersucht. 4

5 Um den Hydratationszustand der Probekörper prüftechnisch zu erfassen, wurden von Bohrmehlproben aus acht bzw. neun Schichten zwischen 0 und 120 mm Tiefe (Abbildung 3) die verdampfbaren Wasseranteile durch Trocknung des Bohrmehls bei 60 C und bei 105 C und der Anteil an nicht verdampfbarem Wasser durch Glühen bei 1000 C bestimmt. Es wurden insgesamt mehrere Tausend derartiger Wassergehalte bestimmt. Die Wasseranteile wurden auf das Zementgewicht bezogen. Es wurden quarzitische Zuschläge verwendet. Unter der Voraussetzung, dass CaO nur im Zement vorliegt, wurde der Zementgehalt mit Röntgen- Fluoreszenz-Analyse über den CaO Gehalt errechnet. Die experimentelle Bestimmung des Wassergehalts bezogen auf das Zementgewicht umfasste u. a. folgende Probenbearbeitungsschritte: Mahlen, Trocknen, CWA Messung (Bestimmung des nicht verdampfbaren Wassers und des CO 2 Gehaltes), Röntgenfluoreszenzanalyse. Der Einfluss der Carbonatisierungsreaktion auf die gemessenen Wasseranteile wurde berücksichtigt. Um die zum Teil starken Streuungen der Versuchsergebnisse erklärbar zu machen, wird auf die Einflüsse aus dem Versuchsablauf und aus der notwendigerweise aufwendigen und komplizierten Probenpräparation hingewiesen. Hieraus ergeben sich Einflüsse unterschiedlicher Art auf die Ergebnisse des nicht verdampfbaren Wassers bezogen auf das Zementgewicht, so z. B. durch Veränderung des nicht verdampfbaren Wassergehalts durch das Mahlen, durch Beschleunigung des Hydratationsprozesses infolge der Trocknung bei 60 C und 105 C, die notwendig ist, um näherungsweise die vorhandenen Kapillarwasser- und Gelwasseranteile auszutreiben. Außerdem ist davon auszugehen, dass bei der Trocknung auch schon chemisch gebunden Wasseranteile ausgetrieben werden, durch nicht genauer erfasste CaO Anteile im quarzitischen Zuschlag, 5

6 durch das schwierige Aufbringen der Nachbehandlungsmittel in vorgeschriebener Dicke und evtl. Wechselwirkungen des Nachbehandlungsmittels mit dem Beton, die die Ergebnisse des Wasserhaushalts beeinflussen. Um die Ergebnisse Wassergehaltsbestimmungen hinsichtlich der Wirksamkeit der Nachbehandlungsmaßnahmen zu stützen, wurden ergänzend bekannte Meßmethoden angewandt. Es wurden Karbonatisierungstiefe, Wassereindringtiefe nach Karsten, Rockwell-Härte und der offene Porosität bestimmt mm 8 mm 12 mm 16 mm 20 mm 30 mm 7 50 mm Nach 1 Tag Nach 3 und 7 Tagen 8 Abbildung 3: Links: Lage der Bohrmehlentnahmestellen beispielhaft; rechts: Bohrprofil mm 120 mm 14 bzw. 16 mm 2.2 Versuchsergebnisse In Abbildung 4 und Abbildung 5 sind Ergebnisse des nicht verdampfbaren Wassergehalts bei unterschiedlichen Lagerungsbedingungen angegeben. Abbildung 4 zeigt die große Streubreite der Versuchsergebnisse, die sich als Folge der oben erwähnten Einflüsse erklären lassen. Dennoch lassen sich, wie Abbildung 5 und Abbildung 7 zeigen, lagerungsbedingte, d. h. auf unterschiedliche Austrocknung zurückzuführende Unterschiede in den tiefenabhängigen Hydratationskurven deutlich erkennen. 6

7 vorh. Wasser / max. Wasser 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 0, (Oberfläche) Tiefe [mm] Abbildung 4: Nicht verdampfbares Wasser ( vorh. Wasser ) bezogen auf den mittleren Gehalt an nicht verdampfbarem Wasser in der Tiefe zwischen 16 und 100 mm ( max. Wasser) für unterschiedliche Nachbehandlungsmaßnahmen, Alter 7 Tage 25 Wasser bez. auf das Zementgewicht [Gew.-%] 20 W 29 / 7 d - 1 d Schalung, Luft 20 C/65% r. F d Schalung, 6 d Luft 20 C/65%r. F. 1W d36 Schalung, / 7 d - 1 d6 Schalung, d Besprühen 6 d Besprühen alle 12 h (Luft alle 120 C/65%r. h F.) r. F. 1W d38 Schalung, / 7 d - 1 d2 Schalung, d Wasser, 24d dwasser, Luft 20 C/65%r. Luft F. r. F. 1W d43 Schalung, / 7 d - 1 dnachbehandlungsmittel Schalung, Nachbeh.mittel NB NB11 20 C/65% r. r. F. F. 1W d44 Schalung, / 7 d - 1 d6 Schalung, d Luft 20 C/65%r. Luft 20 C/65% F. r. F (Oberfläche) Tiefe [mm] Abbildung 5: Nicht verdampfbares Wasser im Betonalter von 7 Tagen, Lagerung bei 20 C/65% r. F. 7

8 25 Wasser bez. auf das Zementgewicht [Gew.-%] W d Schalung, 29 / 7 d 6- d1 Luft d Schalung, 20 C/65% r. Luft F. 20 C/65% r. F. 1W d Schalung, 30 / 7 d Nachbehandlungsmittel - 1 d Schalung, Nachbeh.mittel NB 6 20 C/40% NB r. F C/40% r. F. 1W d Schalung, 31 / 7 d Nachbehandlungsmittel - 1 d Schalung, Nachbeh.mittel NB 1 20 C/40% NB r. F C/40% r. F. 1W d Schalung, 32 / 7 d 6- d1 Luft d Schalung, 20 C/40% r. Luft F. 20 C/40% r. F. 1W d Schalung, 43 / 7 d Nachbehandlungsmittel - 1 d Schalung, Nachbeh.mittel NB 1 20 C/65% NB1 r. F. 20 C/65% r. F. 1W d Schalung, 44 / 7 d 6- d1 Luft d Schalung, 20 C/65% r. Luft F. 20 C/65% r. F Tiefe [mm] Abbildung 6: Nicht verdampfbares Wasser im Betonalter von 7 Tagen, Lagerung bei 20 C/40 und 85% r. F. Typische Kurven für den Hydratationsverlauf über die Tiefe zeigt Abbildung 7. Bezogener Gehalt an nicht verdampfbarem Wasser 1, Hydrationsverlust im oberflächennahen Bereich im 1 Hydratationsverlust 2 oberflächennahen Keine Beeinflussung Bereich des 2 keine Hydratationsvorganges Beeinflussung des 3 Hydratationsvorganges Bereich mit Hydratationsverlust undmit Hydratationsgewinn Hydratations- 3 Bereich verlust (beim Besprühen und Hydratationsgewinn mit Wasser aufgetreten) Abbildung 7: Tiefe (mm) Typische Kurvenverläufe des Gehalts an nicht verdampfbarem Wasser bezogen auf den mittleren Gehalt an nicht verdampfbarem Wasser in der Tiefe zwischen 16 und 120 mm 8

9 Um die Wirksamkeit der Nachbehandlungsmaßnahmen aus den tiefenabhängigen Hydratationsverläufen bzw. Verläufen ermitteln zu können, wurden Wirksamkeitskriterien definiert, die den jeweiligen lagerungsabhängigen Hydrationsverlauf im Bereich der Betonoberfläche in Beziehung setzen zu dem jeweils als ungestört angenommenen Verlauf im Inneren des Betonprobekörpers. In Abbildung 8 sind Wirksamkeitswerte unterschiedlicher Nachbehandlungsmaßnahmen dargestellt, die sich durch das Verhältnis des Hydratationsgrades im Oberflächenbereich zum Hydratationsgrad im Betoninneren ergeben. 1,2 1,15 1,16 1,1 Wirksamkeit nach Kriterium 1 [-] 1,05 1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,87 0,85 0,93 0,99 1,00 1,01 1,00 0,97 0,92 0,96 0,96 1,04 0,87 0,85 0,95 1,02 0,89 0,97 0,97 1,00 0,90 0,99 0,7 Luft Luft* 2 d Schalung, Luft 6 d Schalung 2 d Folie, Luft 6 d Folie *Ausreißerwert zu Bohrtiefe 2 wurde nicht berücksichtigt 6 d feuchte Jute und Folie 2 d saugende Holzschalung, Luft 6 d saugende Holzschalung 2 d Wasser, Luft 6 d Wasser 2 d feuchte Jute und Folie, Luft 2 d alle 12 h Besprühen, Luft 6 d alle 12 h Besprühen Nachbeh.mittel NB1 Nachbeh.mittel NB2 Nachbeh. NB3 Nachbeh.mittel NB4 Nachbeh.mittel NB5 Nachbeh. mittel NB6 Nachbeh.mittel NB7 Nachbeh.mittel NB8 Alle Probekörper sind am ersten Tag in Schalung, die angegebenen Nachbehandlungsmaßnahmen beginnen ab dem 2. Tag Nachbeh. mittel NB9 Abbildung 8: Wirksamkeit unterschiedlicher Nachbehandlungsmaßnahmen im Alter von 7 Tagen 9

10 2.3 Schlussfolgerungen Die Untersuchungen lassen folgende Schlussfolgerungen zu: Unterschiedliche Nachbehandlungsmaßnahmen führen zu unterschiedlichen Wasserbindungen in der oberflächennahen Zone verglichen mit der Wasserbindung im Betoninnern, d.h. im ungestörten Bereich. Daraus lässt sich eine unterschiedliche Wirksamkeit der Maßnahmen ableiten. Eine begrenzte Austrocknung des oberflächennahen Bereichs führt nicht zwangsläufig zur Störung des Hydratationsverlaufs in der Randzone. Ein Einfluss der Nachbehandlung ist in Betontiefen (Abstand von der Oberfläche) von mehr als ca. 20 mm nicht mehr erkennbar. Damit liegt bei ausreichender Betondeckung die Bewehrung i. allg. in einem Tiefenbereich, in dem die Hydratation nicht mehr gestört ist. Bei wasserzuführenden Maßnahmen ist der Hydratationsverlauf i. allg. über den gesamten Probenquerschnitt weitgehend konstant, d.h. ungestört. Intervallmäßiges Besprühen zeigt einen etwas abweichenden Kurvenverlauf, was vermutlich auf versuchstechnische Besonderheiten zurückzuführen ist. Eine Nachbehandlung mit Folie ist etwa gleich wirksam wie eine wasserzuführende Maßnahme, z.b. Wasserlagerung. Der Einfluss der Nachbehandlungsmittel auf die Wasserbindung ist sehr unterschiedlich. Einige sind ähnlich wirksam wie das Abdecken mit Folie, andere zeigen keinen Unterschied zur Luftlagerung. Die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft hat einen nennenswerten Einfluss auf den Hydratationsgrad in der Randzone sofern der Beton nicht oder nur unzureichend nachbehandelt wurde. 10

11 Karbonatisierung und Wasseraufnahme nach Karsten werden durch die Nachbehandlung ähnlich beeinflusst wie Hydratation und Kapillarwassergehalt im oberflächennahen Bereich. Auch für hochfeste Betone wurden einige Untersuchungen zum Einfluss verschiedener Nachbehandlungsmaßnahmen auf Festigkeit, kapillare Wasseraufnahme, offene Porosität und Karbonatisierung durchgeführt. Auf der Basis eines umfassenden Wirksamkeitskonzepts konnte eine Gesamtwirksamkeit für die Nachbehandlungsmaßnahmen ermittelt werden. Wie zu erwarten, erwies sich die wasserzuführende Nachbehandlung als am wirksamsten. 3 Grenzwassergehalt für ungestörte Hydratation 3.1 Durchgeführte Untersuchungen Aus den Ergebnisse der in Abschnitt 2 beschriebenen Versuche lässt sich entnehmen, dass eine begrenzte Austrocknung des Betons (mit w/z = 0,60, CEM I 32,5 R) keine signifikante Störung des Hydratationsverlaufs nach sich zieht. Zur Klärung der Frage, wie weit der Beton gerade noch austrocknen darf, ohne dass sein Hydratationsablauf gestört wird, wurden einige grundsätzliche Untersuchungen an Mörtelproben durchgeführt. Mörtelproben mit einem Wasserzementwert von etwa 0,54 wurden im Alter von einem Tag gezielt auf vorgegebene unterschiedliche Feuchtegehalte getrocknet und in diesem Zustand versuchstechnisch konserviert. Der Hydratationsgrad der Proben wurde zu unterschiedlichen Zeiten bestimmt. 11

12 Nicht verdampfbares Wasser bez. auf Zementgewicht [Gew.-%] h 48 h 72 h 96 h 120 h 144 h 168 h 6 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 Gesamter Wassergehalt bez. auf Zementgewicht [-] Abbildung 9: Mörtel mit w/z 0,54 - Nicht verdampfbarer Wassergehalt in Abhängigkeit vom gesamten Wassergehalt Es zeigte sich näherungsweise, dass eine Austrocknung des Mörtels bis zu einer bestimmten Grenzfeuchte zu keinen signifikanten Hydratationseinbußen führt. Daraus lässt sich folgern, dass eine Austrocknung des Betons die Hydratation solange nicht beeinflusst, bis ein bestimmter Grenzwassergehalt im Beton nicht unterschritten wird. Dieser Sachverhalt und seine Bedeutung auf die Nachbehandlung ist in Abbildung 10 schematisch dargestellt. 12

13 Ausgangswassergehalt Lagerung in Schalung Wassergehalt Keine Nachbehandlung erforderlich oberh Grenzwassergehalts Keine Nachbehandlung erforderlich Austrocknung an Luft beliebige Austrocknung Grenzwassergehalt Nachbehandlung erforderlich unterhalb d Grenzwassergehalts Nachbehandlung erforderlich Zeit t Grenz Abbildung 10: Schematische Darstellung des Grenzwassergehalts und des Einflusses auf den Nachbehandlungsbedarf von Beton 4 Modellbetrachtungen Um die Ergebnisse der Untersuchungen zum Grenzwassergehalt auch auf Beton übertragen zu können, wurde aus den Ergebnissen der in Abschnitt 2 beschriebenen Versuche an Beton mit w/z = 0,60 und Zement CEM I 32,5 R die Hydratationsgeschwindigkeit ermittelt. Es wurden weiterhin Berechnungen auf der Basis eines numerischen Modells zur Austrocknung von hydratisierendem Beton durchgeführt, um die Hydratationsgeschwindigkeiten relativen Luftfeuchten im Beton zuordnen zu können und damit mit Ergebnissen aus der Literatur vergleichen zu können. Dazu wurde das Rechenprogramm WUFI vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik in modifizierter Form verwendet. Die erforderlichen Eingabewerte wurden den Versuchsergebnissen zum Einfluss der Austrocknung auf die Hydratation und zusätzlichen Versuchsergebnissen für die sich zeitlich und räumlich ändernden Materialparameter des Betons entnommen. Der Verlauf der relativen Luftfeuchte und des verdampfbaren Wassers in Ab- 13

14 hängigkeit von der Nachbehandlung bzw. den Klimabedingungen konnten so raum- und zeitabhängig bestimmt werden. Mit diesen Ergebnissen war es möglich, eine Beziehung zwischen Hydratationsgeschwindigkeit und relativer Luftfeuchtigkeit im Beton herzustellen, wie sie in Abbildung 11 zu finden ist. Die Messwerte schwanken ab einer relativen Luftfeuchtigkeit im Beton von etwa 90%um einen relativen Hydratationsgeschwindigkeitsfaktor von etwa 1,0. Daher wird oberhalb der Grenzfeuchte von etwa 90% die relative Luftfeuchtigkeit zu 1,0 gesetzt und unterhalb dieser Grenzfeuchte eine Regressionskurve ermittelt. In Abbildung 11 finden sich zwei Regressionskurven. Regressionskurve 2 wurde unter zusätzlicher Verwendung von Daten des nicht verdampfbaren Wassers für Betone aus einer Versuchsreihe mit einer anderen Zementcharge ermittelt. Der etwas andere Verlauf der Regressionskurve 2 ist darauf zurückzuführen, dass hier Ergebnisse an 3 Tage alten Betonen miteinbezogen wurden, die auch bei deutlichem Absinken der relativen Luftfeuchtigkeit im Beton (z. B. nach 3 tägiger Luftlagerung) kaum eine Veränderung des Hydratationsgrades im Oberflächenbereich gegenüber dem ungestörten Hydratationsgrad im Betoninneren zeigten. Relative Hydratationsgeschwindigkeit [-] 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Abbildung 11: Ungestörte Hydratation Gestörte Hydratation Meßwerte Meßwerte bis 91% r. F. im Alter von 3 Tagen Regression 1 ohne Meßwerte im Alter von 3 d Regression 2 mit Meßwerten im Alter von 3 Tagen Relative Luftfeuchte [%] Hydratationsgeschwindigkeit und relative Luftfeuchte im Beton 14 Grenzfeuchte

15 Abbildung 11 lässt erkennen, dass für den untersuchten Beton mit w/z = 0,60 und Zement CEM 32,5 R die Hydratationsgeschwindigkeit nahezu konstant bleibt bis zu einer relativen Luftfeuchtigkeit im Beton von etwa 90 % r. F. Diese korrespondiert mit einem Wassergehalt w/z von 0,45 bezogen auf das Zementgewicht und einem verdampfbaren Wassergehalt von etwa 0,30 bezogen auf das Zementgewicht. Es zeigt sich weiterhin, dass bei etwa 80% r. F. im Beton in Übereinstimmung mit Ergebnissen aus der Literatur (Abbildung 12) kaum noch ein Hydratationsfortschritt festzustellen ist. Eine relative Luftfeuchtigkeit im Beton von etwa 80% entspricht hier einem Gesamtwassergehalt von etwa 0,35 und einem verdampfbaren Wassergehalt von etwa 0,20 jeweils bezogen auf das Zementgewicht. Die hier erzielten Ergebnisse bestätigen die Erkenntnis aus Abschnitt 2, dass eine bis zu einem bestimmten Grenzwassergehalt im Beton stattfindende Austrocknung zu keinen merklichen Einbußen der Hydratationsgeschwindigkeit führt. Erst bei Unterschreiten dieses Wassergehalts kommt es zu einer deutlichen Abnahme der Hydratationsgeschwindigkeit, die bei 80% r. F. nahezu den Wert Null erreicht. Hydrat.geschwindigkeit bez. auf Hydrat.geschwindigkeit bei 100% r. F. 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Parrot Bazant/Jonasson Breugel (HYMOSTRUC) Powers Copeland Mills Parrot Modell - Regression 2 Modell - Regression ,2 0,4 40 0,6 60 0, Rel. Feuchtigkeit [%] Abbildung 12: Hydratationsgeschwindigkeit und relative Luftfeuchte im Beton im Vergleich 15

16 Unter Verwendung des Modells (Regressionskurve 2) wurden die Ergebnisse des Hydratationsverlaufs über den Abstand von der Betonoberfläche (Abbildung 4 und Abbildung 5) numerisch mit dem Programm WUFI nachgerechnet. Es zeigt sich eine gute Übereinstimmung mit den Messergebnissen. 21 Nicht verdampfbares Wasser bez. auf Zementgewicht [Gew.-%] W 44 / 7 d - 1 d Schalung, Luft 20 C/65% r. F. Versuch W29-1 d Schalung, 6 d Luft bei 20 C/65% r. F. Modellberechnung für W29 Modellberechnung für W44 Modellberechnung nach Parrott für W Tiefe [mm] Abbildung 13: Nicht verdampfbares Wasser im Alter von 7 d nach Modellberechnung und für Versuche mit Lagerung: 1 d Schalung, dann Luft 20 C/65% r. F. Nicht verdampfbares Wasser bez. auf Zementgewicht [Gew.-%] Versuch W42-1 d Schalung, 6 d Luft bei 20 C/85% r. F. Versuch W32-1 d Schalung, 6 d Luft bei 20 C/40% r. F. Modellberechnung für W32 / 168 h Modellberechnung für W42 / 168 h Tiefe [mm] Abbildung 14: Nicht verdampfbares Wasser im Alter von 7 d nach Modellberechnung und für Versuche mit Lagerung: 1 d Schalung, dann Luft 20 C/85 bzw. 40% r. F. 16

17 5 Zusammenfassung Es wurden an Beton (vorwiegend mit w/z = 0,60) und Mörtel (w/z 0,54) Untersuchungen mit dem Ziel durchgeführt, den Einfluss unterschiedlicher Austrocknung infolge unterschiedlicher Nachbehandlung auf den Hydratationsverlauf des Betons zu ermitteln. Als Kriterium dafür diente der im Alter von sieben Tagen in unterschiedlichen Tiefen bestimmte Gehalt an verdampfbarem und nicht verdampfbarem Wasser. Die Untersuchungen lassen im folgenden folgende Schlussfolgerungen zu: Eine begrenzte Austrocknung des oberflächennahen Bereichs führt nicht zwangsläufig zur Störung des Hydratationsverlaufs in der Randzone des Betons. Ein Einfluss der Nachbehandlung ist in Betontiefen (Abstand von der Oberfläche) von mehr als ca. 20 mm nicht mehr erkennbar. Damit liegt bei ausreichender Betondeckung die Bewehrung i. allg. in einem Tiefenbereich, in dem die Hydratation nicht mehr gestört ist. Bei wasserzuführenden Maßnahmen und Nachbehandlung mit Folie und durchgehend in Schalung ist der Hydratationsverlauf i. allg. über den gesamten Probenquerschnitt weitgehend konstant. Es zeigte sich, dass eine Austrocknung des Betons die Hydratation solange nicht beeinflusst,, bis ein bestimmter Grenzwassergehalt im Beton unterschritten wird. Durch numerische Modelluntersuchungen ergab sich, dass dieser Grenzwassergehalt bei dem untersuchten Beton mit w/z = 0,60 bei einer Luftfeuchtigkeit im Beton von etwa 90% r. F. liegt. 17

18 6 Literatur [1] R. Kern: Der Einfluss der Austrocknung auf die Wasserbindung und Eigenschaften des Betons, Dissertation TU Darmstadt, 1998 [2] Grübl. P.: Das europäische Konzept zur Nachbehandlung und die Umsetzung auf der Baustelle, Darmstädter Massivbau-Seminar Betonbau in Europa, Band 15, 1991, S