Risse in Beton- flächen

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1 Risse in Beton- flächen Technische Merkblätter Verband deutscher Stahlfaserhersteller e. V. Postfach Datteln

2 1. Rissbildung Risse können durch den Einsatz von Stahlfasern nicht grundsätzlich ausgeschlossen werden. Bei sach- und fachgerechter Herstellung und Verarbeitung von Stahlfaser-beton ist es jedoch möglich, die Gefahr der Bildung von Rissen oder deren Anzahl und Abmessung zu verringern. 2. Erscheinungsform von Rissen 2.1 Oberflächennahe Risse Risse, deren Tiefe gering ist, werden als oberflächennahe Risse oder auch Schalenrisse bezeichnet. Es kann zwischen folgenden Erscheinungsformen unterschieden werden: a) Risse, die der (oberflächennahen Bewehrung) folgen Derartige Risse können bei Stahlfaserbeton nur auftreten, wenn eine Kombination von Fasern und konventioneller Baustahlbewehrung gewählt wurde Risse parallel zur Baustahlbewehrung an der Bauteiloberfläche Rissbildung oberhalb der Baustahlbewehrung im Querschnitt des Bauteiles b ) Wilde Risse Risse, die in ihrem Verlauf nicht bestimmbar sind, werden als wilde Risse bezeichnet. Rissbildung mit willkürlichem Verlauf Krakeleerisse

3 2.2 Trennrisse Risse, die durch den Querschnitt der gesamten Konstruktion verlaufen, werden als Trennrisse, z. T. auch als Spaltrisse, bezeichnet. Risse über den gesamten Querschnitt 2.3 Biegerisse Risse, die durch Biegung der Konstruktion verursacht werden, heißen Biegerisse. Risse vom Zugrand bis zur Nulllinie 2.4 Schwindrisse Schwindrisse können sowohl im oberflächennahen Bereich auftreten, als auch durch die gesamte Konstruktion hindurchgehen. Sie verlaufen stets wild. Wilder Rissverlauf auf Bauteiloberfläche Unterschiedliche Risstiefen über Bauteilquerschnitt

4 3. Ursachen der Rissbildung Es soll zwischen Rissen unterschieden werden, die infolge Zwangsoder Last-beanspruchung entstehen. 3.1 Risse infolge Zwangsbeanspruchung Die häufigste Rissursachen in diesem Bereich sind: - Schwinden - Abfließen von Hydratationswärme - Temperaturunterschiede - Lasteinwirkung Schwinden Unter Schwinden wird die Verkürzung des unbelasteten Betons während der Austrocknung verstanden (DIN 4227; Spannbeton). Wird dem Frischbeton während der Erstarrung durch Verdunstung Wasser entzogen, stellt sich eine Volumenverminderung ein. Dieser Vorgang wird Frühschwinden oder plastisches Schwinden genannt. Die Rissbildung erfolgt, wenn die Verformung der austrocknenden Schicht durch die noch nicht ausge-trocknete Schicht behindert wird. Das Schwinden eines Betons wird haupt-sächlich bestimmt durch: - Wasserzement-Wert - Austrocknungsbedingungen (z. B. Feuchtegehalt der Luft, Windgeschwindigkeit, Umgebungstemperatur) - Abmessungen des Bauteils Der Schwindprozess, welcher im Festbeton stattfindet, wird als Trocknungsschwinden bezeichnet. Bei üblichen stahlfaserbewehrten Bauteilen ist der gesamte Schwindprozess nach drei Jahren weitestgehend abgeschlossen. Bei massigen Bauteilen und Außenbauteilen kann dieser Zeitraum jedoch erheblich länger dauern Abfließen von Hydratationswärme Durch Hydratation des Zements kommt es während der Betonerhärtung zu einer Wärmeentwicklung. Je größer das Temperaturgefälle zwischen dem erwärmten Beton und der Umgebung, desto größer die entstehenden Zugspannungen. Diese Zugspannungen können die Zugfestigkeiten des jungen Betons überschreiten, so dass es zu Rissbildungen kommt. Bei Rissen, die aufgrund des Abfließens von Hydratationswärme enstehen, kann es sich sowohl um Biege- als auch um Trennrisse handeln.

5 3.1.3 Temperaturunterschiede (wird später ergänzt) Risse infolge von Lastbeanspruchung Äußere Lasten erzeugen Risse, wenn die Zug-, Biegezug- oder Schubspannungen die Festigkeiten des Betons übersteigen. Dabei kann von kontrollierter Rissbildung gesprochen werden, wenn eine Bemessung auch unter der Annahme eines gerissenen Querschnittes ( Zustand II ) stattfindet. Bei unzulässig großer Rissbildung wird jedoch die Gebrauchstauglichkeit oder die Tragfähigkeit beeinträchtigt bzw. ausgeschlossen. Die zulässigen Rissbreiten richten sich nach dem Verwendungszweck. Art und Beanspruchung der Bauteile Innenbauteile nach DIN 1045 Tabelle 10, Zeile 1 rechnerische Rissbreite wcal. = 0,40 mm Bauteile im Erdreich nach DIN 1045 Tabelle 10, Zeile 2 Außenbauteile nach DIN 1045 Tabelle 10, Zeile 3 Wasserundurchlässige Bauteile nach DIN 1045 Tabelle 10, Zeile 2 oder 3 bei einem Druckgefälle hd/hb 2,5 Wasserundurchlässige Bauteile nach DIN 1045 Tabelle 10, Zeile 2 oder 3 bei einem Druckgefälle hd/hb 5 oder nach DIN 1045 Tabelle 10 Zeile 4 bei starkem chemischen Angriff Wasserundurchlässige Bauteile nach DIN 1045 Tabelle 10, Zeile 2 oder 3 bei einem Druckgefälle hd/hb > 5 oder bei reiner oder überwiegender Zugbeanspruchung infolge Belastung oder bei dynamisch oder wechselnd wirkenden Beanspruchungen wcal. = 0,30 mm wcal. = 0,25 mm wcal. = 0,20 mm wcal. = 0,15 mm wcal. = 0,10 mm Quelle : Merkblatt Bauberatung Zement Risse im Beton

6 4. Verringerung der Rissgefahren 4.1 Allgemeines Es besteht eine Vielzahl von Gründen für Rissbildungen. Die Bildung von Rissen kann nie allein durch Stahlfasern verhindert werden. Stets kommt es auf die Einhaltung aller möglichen Maßnahmen an, um die Rissgefahr auf ein Mindestmaß zu reduzieren. 4.2 Betontechnische Maßnahmen Anzustreben sind geringstmögliche Wasser- und Zementgehalte. Das Zementleimvolumen sollte dabei 280 l/m 3 nicht überschreiten. Aus diesen Angaben ergibt sich ein Wasser-Zement-Wert von maximal 0,53. Vorteilhaft ist die Verwendung von NW-Zementen. Bei höheren Außentemperaturen erscheint dies sogar zwingend. Eine ungünstige Sieblinie, die einen entsprechenden Zementleimanspruch hat, ist zu vermeiden. Das Nachdosieren von Wasser zur Regulierung der Frischbetonkonsistenz ist strikt auszuschließen. Um das Ausbreitmaß des Betons zu erhöhen, darf nur ein geeignetes Fließmittel in zulässiger Menge zudosiert werden. 4.3 Einsatz von Stahlfasern Stahlfasern sind eine im Beton gleichmäßig fein verteilte Bewehrung. Gerade im Industriebodenbau stellt Stahlfaserbeton den Stand der Technik dar. Meist kann die konventionelle Mattenbewehrung bei gleicher Tragfähigkeit vollständig durch Stahlfasern ersetzt werden. Grundsätzlich sind zwei Arten von Stahlfasern aufgrund ihrer Wirkungsweise im Beton zu unterscheiden: Risshemmende und rissüberbrückende Stahlfasern. Risshemmende Fasern weisen einen sehr hohen Haftverbund mit dem umgebenden Beton auf. Sie sind dadurch in der Lage Mikrorisse kraftschlüssig zu überbrücken und somit die Akkumulation zum Makroriss zu hemmen oder zu verhindern. Durch diese Eigenschaft wird die Steifigkeit der Matrix und somit die Festigkeit des Betons erhöht. Diese Fasern wirken vor der (Makro-) Rissbildung. Rissüberbrückende Fasern wirken nach einem völlig anderen Prinzip: Die Kraftübertragung erfolgt hier durch Verankerungselemente, meist in Form von Endhaken. Die Wirkung der Faser wird durch den Widerstand in der Endverankerung gegen das Herausziehen aus der Matrix beschrieben. Damit kann eine

7 Erhöhung der Festigkeitswerte nicht erreicht werden, weil eine Relativverschiebung zur Aktivierung dieses Effektes stattfinden muss. Die Fasern wirken also nach der Rissbildung. Damit wird das spröde Verhalten von Beton gemildert und es stellt sich ein duktiles Verformungsverhalten ein. So ist auch nach dem Auftreten von Makrorissen ein rechnerisch verwertbares Trag- und Arbeitsvermögen gegeben. Die Verwendung von Stahlfasern kann dazu beitragen, die Entstehung von Rissen zu vermeiden. Um eine Wirkung zu erzielen, muss eine homogene Verteilung im Beton durch ausreichend lange Mischzeiten, d.h. 1 Min./m 3 bei Trommelmischern, eingehalten werden. Stahlfasern, die vor der Rissbildung, bzw. bei sehr kleinen Rissweiten wirken sollen, müssen einen über die Faserlänge verteilt wirkenden Verbund erreichen. Hierfür eignen sich Fasern, die eine möglichst große, raue und profilierte Oberfläche besitzen. Entsprechende Stahlfasern werden für die Verbesserung der Gebrauchstauglichkeit eingesetzt. Bei dem Nachweis wird das Arbeits-vermögen bei einer geringen Durchbiegung ermittelt. Hohes Arbeitsvermögen von Stahlfasern bei geringer Durchbiegung für den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit Stahlfasern, die nach der Rissbildung wirken sollen, müssen in der Lage sein, Risse zu überbrücken und Kräfte über die Rissufer hinweg zu übertragen. Hierfür sind Stahlfasern geeignet, die ausgeprägte Endverankerungen, wie z. B. Haken, besitzen. Diese Stahlfasern verbessern die Tragfähigkeit des Betons. Bei diesem Nachweis wird das Arbeitsvermögen bei größerer Durchbiegung ermittelt.

8 Hohes Arbeitsvermögen von Stahlfasern bei hoher Durchbiegung für den Nachweis der Tragfähigkeit 4.4 Konstruktive Maßnahmen Einhaltung maximaler Fugenabstände: Bauteil Innen Außen Bodenplatten, rechteckig 8 m x 8 m, bei l1/l2 1,5 6 m x 6 m Estriche 4 bis 6 m, bei l1/l2 1,5 bei l1/l2 1,5 Wände bis 30 cm Dicke 12 m Maximale Fugenabstände stahlfaserbewehrter Bauteile Vermeidung großer Querschnittsänderungen Unterschiedliche Plattendicken bei Böden führen z. B. zum Aufbau erhöhter Längszugspannungen Einbau von Zusatzbewehrung bei einspringenden Ecken oder Aussparungen (s. hierzu auch Merkblatt Fugen in Betonflächen )

9 4.5 Betoneinbau Dem Stahlfaserbeton darf auf der Baustelle kein Wasser zugegeben werden. Zur Konsistenzeinstellung ist ausschließlich ein zugelassenes Fließmittel zu verwenden. Der Stahlfaserbeton ist mit geeigneten Mitteln zu verdichten. Die betonierte Fläche ist vor frühzeitiger Austrocknung zu schützen. Die Nachbehandlung sollte gemäß dem Merkblatt der Bauberatung Zement Nachbehandeln von Beton durchgeführt werden (s. hierzu auch Merkblatt Nachbehandlung von Stahlfaserbeton ).