Sika Betonhandbuch

Sika Beton Handbuch
Herausgeber
Sika Services AG
Tüffenwies 16
CH-8048 Zürich
www.sika.ch
Autoren
Dipl.-Ing. HTL Jürg Schlumpf, Sika Services AG
Dipl.-Ing. Bastian Bicher, Sika Services AG
Dipl.-Ing. Oliver Schwoon, Sika Services AG
Layout
Sika Services AG
Corporate Marketing Service
© 2013 Sika Schweiz AG
Alle Rechte vorbehalten
Ausgabe 05/2013
2
Vorwort
Dieses neue Betonhandbuch ist eine Anleitung, die Kapitel für Kapitel durch die Hauptmethoden
und -prozesse zur Herstellung von Beton für verschiedene Anforderungen führt. Natürlich wird
auch beim Beton der zunehmende Ruf nach Nachhaltigkeit berücksichtigt.
Eine der Hauptanforderungen an dauerhaften Beton ist seine Wasserundurchlässigkeit.
Doch wasserundurchlässiger Beton ist längst nicht das Einzige, was zur Herstellung eines
wasserdichten Baus benötigt wird. Dem Thema «Wasserundurchlässiger Betonbau» ist in
diesem Betonhandbuch ein eigenes Kapitel namens Weisse Wanne gewidmet, in dem Form und
Umfang der Rezeptur, wasserundurchlässige Betonrezepturen und Alternativlösungen für eine
wasserdichte Verfugung behandelt werden.
Das Buch ist in folgende Kapitel unterteilt:
1. Baustoff Beton
2. Nachhaltigkeit
3. Die fünf Komponenten des Betons
4. Betonrezeptur
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
6. Anwendung von Beton
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
8. Betonarten
9. Weisse Wanne
10. Empfohlene Massnahmen
11. Normen
12. Index
Moderner Beton besteht aus fünf Komponenten. Somit bildet er ein komplexes System, dessen
Prüfung für alle Beteiligten immer wieder eine Herausforderung darstellt. Für jedes Bauteil sind
die Komponenten des Betons an den Leistungsvorgaben für Frisch- und Festbeton auszurichten.
Die Verfasser des Betonhandbuchs sind seit vielen Jahren bei Sika als Ingenieure im Projekt- und
Produktmanagement tätig. Dieses Buch soll zugleich als Einführung in das Thema Beton und
Anwendung von Beton als auch zur gründlichen Einarbeitung in den wichtigsten Baustoff Beton
dienen; es ist als zuverlässige Informationsquelle für unsere Partner gedacht.
Mai 2013
3
1. Inhaltsverzeichnis
1.
1.1
1.2
1.3
Baustoff Beton
Einführung
Begriffe
Die wichtigsten Verwendungsarten von Beton
7
7
8
10
2.
2.1
2.2
2.3
Nachhaltigkeit
Betonzusatzmittel und die Umwelt
Leistungsstark und nachhaltig
Ökobilanz für Betonzusatzmittel
14
14
16
18
3.
3.1
3.2
3.3
3.3.1
3.4
3.5
Die fünf Komponenten des Betons
Zement und Bindemittel
Gesteinskörnungen für Beton (Betonzuschläge)
Betonzusatzmittel
Sika Produkte (Markt Schweiz)
Betonzusatzstoffe und Zementzusatzstoffe
Wasser
22
22
25
28
31
32
33
4.
4.1
4.2
4.3
Betonrezeptur
Berechnung von Betonrezepturen
Rezepturkonzept für Leimvolumen
Sika Rezeptur-Programm
34
34
37
39
5.
5.1
5.1.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
Eigenschaften von Frischbeton und Tests
Wasserzementwert
Darrversuch
Verarbeitbarkeit und Konsistenz
Sommerbeton
Winterbeton
Frischbetonluftgehalt
Frischbetonrohdichte
Frischbetontemperatur
Kohäsion und Bluten
44
44
45
46
55
60
63
64
65
66
6.
6.1
6.2
Anwendung von Beton
Kranbeton
Pumpbeton
68
68
70
4
1. Inhaltsverzeichnis
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
6.10
6.11
Selbstverdichtender Beton (SVB/SCC)
Beton für Verkehrsflächen
Massenbeton
Monobeton Industrieböden
Walzbeton (RCC)
Gleitbeton
Spritzbeton
Beton für die Vorfabrikation
Tübbingbeton
74
78
80
82
84
86
88
92
96
7.
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
7.9
7.10
7.11
7.12
7.13
7.14
Eigenschaften von Festbeton und Tests
Anforderungen an Probekörper und Schalungen
Dichte
Druckfestigkeit
Biegezugfestigkeit
Zugfestigkeit
E-Modul
Schwinden
Wasserundurchlässigkeit
Frost- und Frost-Tausalz-Beständigkeit
Abriebfestigkeit
Chemische Beständigkeit
Sulfatbeständigkeit
AAR-Beständigkeit
Feuerbeständigkeit
98
98
102
103
108
110
111
112
114
118
120
122
124
126
128
8.
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
Betonarten
Wasserdichter Beton
Korrosionsbeständiger Beton
Frost- und Frost-Tausalz-beständiger Beton
Sulfatbeständiger Beton
Feuerfester Beton
Gegen Alkali-Aggregat-Reaktion resistenter Beton
Abriebbeständiger Beton
Chemikalienbeständiger Beton
130
130
134
138
142
146
150
154
158
5
1. Inhaltsverzeichnis
8.9
8.10
8.11
8.12
8.13
8.14
8.15
8.16
Hochfester Beton
Schwindarmer Beton
Faserbeton
Sichtbeton
Farbbeton
Unterwasserbeton
Leichtbeton
Schwerbeton
160
164
166
170
172
174
176
178
9.
Weisse Wanne
180
10.
10.1
10.2
10.3
Empfohlene Massnahmen
Vorbehandlung der Schalung
Betoneinbau
Nachbehandlung
186
186
194
196
11.
11.1
11.1.1
11.1.2
11.1.3
11.1.4
11.1.5
11.1.6
11.1.7
11.1.8
11.1.9
11.1.10
Normen
Norm SN EN 206-1
Definitionen aus der Norm
Expositionsklassen in Bezug auf Umgebungsbedingungen
Betonsorten bei chemischem Angriff
Druckfestigkeitsklassen
Einteilung nach Konsistenzklassen
Der k-Wert-Ansatz nach SN EN 206-1
Chloridgehalt (nach SN EN 206-1)
Bezeichnung von Betonsorten
Konformitätskontrolle
Nachweis anderer Betoneigenschaften
202
202
203
204
211
212
214
215
218
218
219
219
12.
Index
220
6
Material
1. Baustoff Beton
1.1 Einführung
Sika – langjährige Erfahrung
Sika wurde 1910 von Kaspar Winkler gegründet. Heute steht der Name Sika für
wasserfeste, dauerhafte Lösungen. Vom Putzmörtel – erstmals bei der Abdichtung des
alten Gotthard-Eisenbahntunnels eingesetzt – bis hin zu kompletten Abdichtungssystemen
für etliche Anwendungen, zu denen derzeit auch der Gotthard-Basistunnel (der längste
Hochgeschwindigkeits-Eisenbahntunnel der Welt) zählt, tragen Produkte von Sika überall zum
Erfolg im Baugeschäft bei. Wo es einerseits um einen dauerhaften Schutz gegen
eindringendes Wasser geht und in anderen Fällen darum, wertvolle Wasserreserven zu bewahren
und ein Durchsickern zu vermeiden, treffen zwei Seiten einer schwierigen Aufgabe aufeinander.
Die Planung eines wasserdichten Gebäudes vom Fundament bis zum Dach erfordert die
Entwicklung von Lösungen für vielfältigste Anwendungen, Lösungen, die gut einbaubar sind
und dauerhaften Schutz bieten. Bei einem ganzen Bau bedeutet dies das Abdichten von
Oberflächen wie Dächern, unterirdischen Wänden oder Fundamentplatten. Es umfasst auch das
Sicherstellen der Wasserundurchlässigkeit von Arbeits- und Bewegungsfugen. Ausserdem müssen
Abdichtungssysteme in Sichtbereichen höchste ästhetische Anforderungen erfüllen.
Neben Wasser sind Baukörper einer ganzen Reihe von Kräften und Belastungen ausgesetzt,
angefangen bei mechanischen Beanspruchungen, die sich aus der Art der Konstruktion ergeben,
bis hin zu verschiedensten äusseren Einflüssen. Extrem heisse oder kalte Temperaturen,
aggressives Wasser oder andere Chemikalien, kontinuierlich rollende, schleifende oder
schwellende Oberflächenbelastungen oder im Extremfall Brände beanspruchen Bauten und
Baumaterialien sehr stark.
Seit 1910 leistet Sika einen bemerkenswerten Beitrag bei der Entwicklung von Beton zu einem
dauerhaften Baumaterial – und Beton hat wiederum den Ausbau des Unternehmens Sika
nachhaltig geprägt!
7
1. Baustoff Beton
1.2 Begriffe
Für die Herstellung von Beton genügen grundsätzlich drei Hauptkomponenten:
„„ Bindemittel (Zement)
„„ Gesteinskörnungen
„„ Wasser
Durch ständig steigende Anforderungen an die Betonqualität (hauptsächlich an die
Dauerhaftigkeit) und durch enorme Fortschritte in der Zusatzmittel- und Betontechnologie ist
die Herstellung der unterschiedlichsten Betonarten möglich geworden.
Die Gesteinskörnungen (Sand und
Kies) sind die Hauptbestandteile
von Beton und machen über
70 % des Volumens aus. Art,
Qualität und Grössenverteilung
der Gesteinskörnungen sind
deshalb äusserst wichtig für die
Eigenschaften des Betons, sowohl
von Frisch- als auch Festbeton.
Betontyp
Beschreibung
Normalbeton
Beton mit einem Grösstkorndurchmesser von > 8 mm
Rohdichte (ofentrocken) > 2 000 kg/m³ und < 2 600 kg/m³
Schwerbeton
Rohdichte (ofentrocken) > 2 600 kg/m³
Leichtbeton
Rohdichte (ofentrocken) > 800 kg/m³ und < 2 000 kg/m³
Frischbeton
Beton, fertig gemischt, solange er verarbeitet und verdichtet werden kann
Festbeton
Beton nach dem Abbinden, mit messbarer Festigkeit
«Grüner» Beton
Frisch eingebrachter und verdichteter, standfester Beton, noch bevor
ein Erstarren erkennbar wird (grüner Beton ist ein Begriff aus der
Fertigteilindustrie)
Andere gebräuchliche Begriffe sind Spritzbeton, Pumpbeton, Kranbeton usw. Sie umschreiben
das Einbringen in die Schalung, die Verarbeitung und/oder den Transport an die Einbaustelle
(siehe Kapitel 6, Seite 68).
8
Material
1. Baustoff Beton
Zusätzlich zu den Hauptkomponenten von Beton werden in Betonen mit höheren
Leistungsspezifikationen auch Betonzusatzmittel und -stoffe verwendet, und zwar bei Frischund Festbeton.
Bereits im Gründungsjahr 1910 begann Sika die ersten Zusatzmittel für zementöse Gemische zu
entwickeln. Die Hauptziele damals waren, die Erstarrungszeit der Mörtelgemische zu verkürzen,
sie wasserdicht zu machen oder ihre Festigkeit zu erhöhen. Einige dieser ersten erfolgreichen
Sika Produkte sind noch heute im Einsatz.
Da Wasser im Beton zur Verarbeitung und zur Hydratation mit dem Zement notwendig ist, zu viel
Wasser sich im erhärteten Beton jedoch nachteilig auswirkt, wurden schon bald Sika Produkte
zur Wasserreduktion, immer aber unter Einhaltung oder sogar Verbesserung der Konsistenz
(Verarbeitbarkeit) entwickelt:
Datum
Produktbasis
Typisches Sika Produkt
Hauptwirkungen
1910
Wässrige Lauge
Sika -1
Dichtungsmittel
1930
Lignosulfonat
Plastocrete
1940
Glukonat
Plastiment®
Wasserreduktion um bis zu 10 %
plus Verzögerung
1960
Gemisch aus Karbohydrat
und Polyphosphaten
Gemisch aus Tensiden
Sika® Retarder®
Verzögerung
Sika® Fro V
Lufteinführung
®
®
Wasserreduktion um bis zu 10%
Wasserreduktion um bis zu 20 %
1970
1980
1990
Naphthalin
Melamin
Vinylcopolymere
Sikament®
1990
Organisch-anorganisches
Salzlösungsgemisch
SikaRapid
2000
Modifizierte Polycarboxylate
(PCE)
Sika® ViscoCrete®
Wasserreduktion um bis zu 40 %
2010
Modifizierte Polycarboxylate
(PCE)
Sika® ViscoFlow®
Konsistenzerhalt für bis zu
7 Stunden
Wasserreduktion um bis zu 25 %
®
Erhärtungsbeschleuniger
Seit der Gründung des Unternehmens ist Sika überall dort, wo Zement, Zuschläge, Sand und
Wasser zu Mörtel oder Beton verarbeitet werden, der zuverlässige Partner für wirtschaftliches
Errichten dauerhafter Betonbauten.
9
1. Baustoff Beton
1.3 Die wichtigsten Verwendungsarten von Beton
Bei den Verwendungsarten von Beton ist eine Einteilung nach Ort der Herstellung und
Verwendung sinnvoll, da bezüglich Anforderungen und Eigenschaften andere Voraussetzungen
gegeben sind. Der für 2010 ermittelte Zementabsatz in vier verschiedenen Ländern zeigt die
unterschiedliche Verteilung auf die verschiedenen Absatzkanäle:
Deutschland
USA
China
Indien
Schweiz
An Transportbetonwerke
Ca. 45%
Ca. 70%
Ca. 40%
Ca. 10%
Ca. 78%
An Fertigkomponentenund Betonwarenhersteller
Ca. 30%
Ca. 10%
Ca. 10%
Ca. 15%
Ca. 6%
An Bauunternehmer
Ca. 15%
Ca. 10%
Ca. 30%
Ca. 20%
Ca. 14%
An Diverse
Ca. 10%
Ca. 10%
Ca. 20%
Ca. 55%
Ca. 2%
Für jede dieser Anwendungen sind die Anforderungen an den Beton unterschiedlich. Für die
erfolgreiche Anwendung dieses faszinierenden Baumaterials ist die richtige Planung und
Vorbereitung der Betonarbeiten entscheidend.
10
Material
1. Baustoff Beton
Vorbereitende Arbeitsschritte
Beim Erstellen der Betonrezeptur muss die Betonleistung entsprechend den jeweiligen
Projektanforderungen definiert werden. Folgende Parameter sind zu definieren:
„„ Anforderungen an die Festigkeit
„„ Anforderungen an die Dauerhaftigkeit
„„ Optische Anforderungen
„„ Maximaler Korndurchmesser
„„ Einbringmethode
„„ Einbauleistung
„„ Betonkonsistenz
„„ Allgemeine Randbedingungen (Temperatur usw.)
„„ Transportart und -zeit
„„ Nachbehandlung/Liegezeit
„„ Festlegung der Prüfungen
„„ Festlegung der Rezeptur
(Betonzusammensetzung)
„„ Durchführung von Vorversuchen
„„ Gegebenenfalls Anpassung der Rezeptur
Herstellung
Die Art und Weise der Betonherstellung ist für das Endprodukt von entscheidender Bedeutung
und umfasst im Wesentlichen das Dosieren und Mischen der Komponenten. Folgende Parameter
können beim Mischen die Eigenschaften des Betons beeinflussen:
„„ Betonrezeptur
„„ Eignung des Zusatzmittels
„„ Mischertyp und -grösse
„„ Mischintensität und Mischdauer
„„ Betonmaschinist
„„ Reinigung/Wartung des Mischers
„„ Beigabe der Ausgangsstoffe
„„ Anlagesteuerung
Vorbereitende Arbeiten auf der Baustelle
Die vorbereitenden Arbeiten auf der Baustelle umfassen Folgendes:
„„ Installation der Betonförder-/-einbringanlagen
„„ Vorbehandlung der Schalung (Auftrag des Trennmittels)
„„ Kontrolle der Bewehrung
„„ Kontrolle der Schalung (Befestigung, Dichtigkeit,
Schalungsdruck)
„„ Bereitstellen der Gerätschaften für das Betonieren
(Rüttler usw.) und Endbearbeitung (Balken, Kellen usw.)
11
1. Baustoff Beton
Transport
Wird der Beton fertig angeliefert (Transportbeton), müssen folgende Kriterien beachtet werden:
„„ Transportzeit (Verkehrsaufkommen, Staus usw.)
„„ Drehzahl der Trommel während der Fahrt definieren
„„ Fahrmischer nicht in der Sonne stehen lassen
„„ Bei flüssiger Konsistenz (SCC) maximale Füllmenge
definieren
„„ Grundsätzlich keine Wasserzugabe oder Nachdosierung
von Zusatzmitteln
„„ Vor dem Abladen entsprechend aufmischen (pro m³
eine Minute)
Einbringen des Betons
Das Einbringen des Betons erfolgt meist in einem zeitlich beschränkten Abschnitt. Zum Gelingen
dieses für die Betonqualität entscheidenden Vorgangs tragen folgende Faktoren bei:
„„ Lieferscheinkontrolle
„„ Einsatz des richtigen Equipments (Rüttler usw.)
„„ Möglichst wenig Umschlag des Betons
„„ Kontinuierliches Einbringen und Verdichten
„„ Nachverdichten bei grösseren Bauteilen
„„ Entsprechende Massnahmen bei Betonierunterbrüchen
„„ Durchführen nötiger Nachbearbeitungen
(Schlusskontrolle)
Nachbehandlung
Um die Betonqualität nachhaltig zu beeinflussen, ist eine angemessene und fachgerechte
Nachbehandlung unumgänglich. Folgende Nachbehandlungsmassnahmen tragen dazu bei:
„„ Generell: Schutz vor klimatischen Einflüssen (direkte
Sonneneinstrahlung, Wind, Regen, Frost usw.)
„„ Verhindern von Erschütterungen (nach der
Nachbearbeitung)
„„ Verwendung eines Nachbehandlungsmittels
(Curing Mittel)
„„ Abdecken mit Folien oder Thermomatten
„„ Bei Bedarf konstantes Benetzen, Nasshalten
„„ Einhaltung der durch die Temperatur bedingten
Nachbehandlungsdauer
12
Material
1. Baustoff Beton
13
2. Nachhaltigkeit
2.1 Betonzusatzmittel und die Umwelt
Betonzusatzmittel sind flüssige oder pulverförmige Zusätze. Sie werden der Betonmischung in
geringen Mengen zugefügt, entsprechend spezifischer Anforderungen wie:
„„ Beeinflussung des Verhaltens von Frischbeton
„„ Steuerung des Erstarrens oder Erhärtens
„„ Erhöhung der Dauerhaftigkeit
Zusatzmittel haben somit immer einen vergütenden Effekt. Mengenmässig macht die Gruppe der
Fliessmittel (leistungsfähige und hochleistungsfähige wasserverringernde Mittel) und Verflüssiger
(wasserverringernde Mittel) deutlich mehr als die Hälfte aller heute verwendeten Zusatzmittel aus.
Wie auslaugbar, biologisch abbaubar oder ausgasbar sind Betonzusatzmittel?
Zusatzmittel sollten giftklassefrei, wasserlöslich und biologisch abbaubar sein.
Versuche mit zerkleinerten Betonprobekörpern zeigen, dass geringe Mengen von Fliessmitteln
beziehungsweise deren Abbauprodukte prinzipiell auswaschbar sind. Die Stoffe bauen sich
jedoch gut ab und führen zu keiner relevanten Grundwasserbelastung. Auch unter extremsten
Bedingungen werden nur geringe Mengen an organischem Kohlenstoff ins Wasser ausgelaugt.
Wie umweltfreundlich sind Fliessmittel?
Betonzusatzmittel sind sinnvoll in der Anwendung und, richtig eingesetzt,
unbedenklich für Mensch, Tier und Umwelt.
Der bautechnische Nutzen der Fliessmittel für Bauherren und Baufachleute überwiegt
im Vergleich zu den geringen und kontrollierbaren Emissionen bei der Anwendung.
Betonzusatzmittel verdienen das Prädikat umweltverträglich, weil sie Luft, Boden und
Grundwasser in vernachlässigbarer Weise belasten.
14
Nachhaltigkeit
2. Nachhaltigkeit
Veröffentlichungen:
„„ Fachverband Schweizerischer Hersteller von Betonzusatzmitteln (FSHBZ)
«EFCA-Siegel für die Umweltqualität von Betonzusatzmitteln»:
Technische Richtlinien, Technischer Bericht
„„ EU-Projekt ANACAD
«Analyse und Ergebnisse von Betonzusatzmitteln in Abwässern»:
Abschlussbericht der BMG Engineering AG
EFCA-Mitgliedschaft
Sika ist Mitglied des EFCA, des Europäischen Verbands
der Hersteller von Betonzusatzmitteln.
EQ
Co
on
s
E
of
nc uro p
r e t e a n F e d e r a t i o n c i a ti
eA
d m ixture s A sso
Conforms to the EFCA environmental quality standard
Konform mit den Umweltrichtlinien der EFCA
Conforme aux directives
écologiques de l’EFCA
Die lokalen Unternehmen der Sika Gruppe kooperieren weltweit mit den lokalen Verbänden der
Hersteller von Betonzusatzmitteln, um durch den Einsatz von Betonzusatzmittel-Technologien
eine nachhaltige Entwicklung zu unterstützen und zu fördern.
Eine Auswahl von Verbänden:
SACA
Swedish Association for
Betonzusatzmittel
15
2. Nachhaltigkeit
2.2 Leistungsstark und nachhaltig
Betonzusatzmittel sind in der Lage, die Nachhaltigkeit von Beton auf unterschiedlichste
Weise zu verbessern. Erst einmal gewährleisten sie eine deutlich höhere Qualität und
Leistung des Betons und verlängern somit dessen Lebensdauer. Zudem eignet sich Beton für
Hauptverkehrsachsen wie Autobahnen, da er deren Qualität und Verschleissfestigkeit gegenüber
herkömmlichen Strassenbelägen stark verbessert. Bei Zugabe stabilisierender und spezieller
wasservermindernder Zusatzmittel können zur Herstellung hochwertiger Betone auch RecyclingZuschläge verwendet werden. Der Energieaufwand zur Erlangung einer hohen Frühfestigkeit bei
Fertigbeton kann darüber hinaus deutlich reduziert werden oder durch wasservermindernde und
erstarrungs- und erhärtungsbeschleunigende Zusatzmittel sogar vollständig entfallen.
Dauerhaftigkeit
Energie
Reduzierte Porosität
Optimiertes Rezept
Fliessmittel
Hochleistungsverflüssiger
Zeitreduktion
Erhöhter Frost- Tausalz Widerstand
Mahlhilfen
Luftporenbildner und Silikastaub
Reduzierte Dampfbehandlung
Minimiertes Schwinden
Abbindebeschleuniger
EFFIZIENZ
Schwindreduzierer
Betonzusatzmittel
und Nachhaltigkeit
LEISTUNG
Recycling Zuschläge
Stützen
Sichere Inhaltsstoffe
Betonplatten
Beton vs. Stahl
Fliessmittel
Keine Konkurrenz
EQ Siegel
Offenporiger Beton
Alternative Materialien
Beton vs. Asphalt
Erdöl vs. Erneuerbare
Lösung
Grundstoffe
Abb. 2.2.1: Einflüsse von Betonzusatzmitteln auf die Nachhaltigkeit von Beton
Effizienz
Leistung
Betonzusatzmittel tragen wesentlich zur
Energiereduzierung beim Betonieren
bei. Zusatzmittel erfüllen im Hinblick auf
Nachhaltigkeit eine wichtige Aufgabe.
Beton ist ein Baumaterial mit einer
beachtlichen Produktleistung bezüglich
Dauerhaftigkeit und Einsatzmöglichkeiten.
Betonzusatzmittel sind Teil dieses
erfolgreichen Konzepts!
16
Nachhaltigkeit
2. Nachhaltigkeit
Ressourcenschonung und Abfallverringerung bei der Betonherstellung
Beton ist einer der vielseitigsten und dauerhaftesten Baustoffe, die es gibt – und der
meistverwendete der Welt. Ob bei Schulen, Krankenhäusern, Wohngebäuden, Büros, auf
Strassen, Eisenbahnstrecken, Dämmen usw., Beton ist allgegenwärtig. Angesichts der
Beliebtheit von Beton wird die nachhaltige Herstellung und Anwendung für die Baubranche
und die Regulierungsbehörden in der ganzen Welt immer wichtiger. Alter Beton wird
häufiger rezykliert. Er wird zerkleinert und als Strassenbaumaterial oder als mineralische
Gesteinskörnung zur Herstellung von neuem Beton eingesetzt. Dabei wird die Materialeffizienz
durch Vor-Ort-Recycling von Aushubmaterial weiter verbessert. Die Vorteile für die Umwelt
liegen auf der Hand:
„„ Das Wiederverwenden vorhandener Stoffe vermindert die Notwendigkeit der Gewinnung
neuer Zuschlagstoffe und die Verschmutzung durch den Transport von Abfall auf
Mülldeponien wird eingedämmt
Zusatzmittel für hochwertigen Beton aus Recycling-Zuschlägen
Das Aufbereiten schützt natürliche Kies- und Sandressourcen und reduziert Abrissschutt, der
ansonsten auf Deponien entsorgt würde. Recycling-Gesteinskörnungen sind in verschiedensten
Bauanwendungen zugelassen und müssen die Anforderungen der jeweiligen Spezifikation
erfüllen. Dank Sika Zusatzmitteln kann Recycling-Beton in der Betonherstellung als Zuschlag
verwendet werden, sodass hochwertiger, gut verarbeitbarer Beton entsteht.
Die Sika Lösung:
Zusatzmittel für das Vor-Ort-Recycling von Aushubmaterial
Beim neuen Stadion Letzigrund in Zürich wurde während des Baus das Vor-Ort-Recycling
von Aushubmaterial erfolgreich angewendet. Die grosse Herausforderung bestand darin,
unter Nutzung von Gesteinskörnungen aus Aushubmaterial von der Baustelle einen Beton von
gleichbleibender Qualität herzustellen. Nur eine kontinuierliche Anpassung der Betonrezeptur
und Sikas Know-how in Sachen Zusatzmittel haben dies möglich gemacht. So wurden nicht nur
Rohstoffe eingespart, sondern auch über 6 000 Lkw-Fahrten vermieden.
17
2. Nachhaltigkeit
2.3 Ökobilanz für Betonzusatzmittel
Es zeichnen sich Megatrends ab, durch die sich auch der Bedarf an Baustoffen wie Beton
verändern wird. Diese sind unter anderem:
„„ Energie- und Ressourceneffizienz
„„ Klimawandel
„„ Wasserknappheit
„„ Steigender Bedarf an effizienter Infrastruktur
„„ Steigender Bedarf an ungefährlichen, sicheren Produkten
Die Ökobilanz bietet eine Methode, potenzielle ökologische Auswirkungen über den gesamten
Lebenszyklus eines Produkts (auch «Cradle-to-grave», «von der Wiege bis zur Bahre», genannt
– ISO, 2006), d.h. vom Rohstoffkauf über Herstellung, Nutzung, Altproduktentsorgung und
Recycling bis hin zur endgültigen Entsorgung zu quantifizieren und zu bewerten. Die Ökobilanz ist
ein Hilfsmittel zur Bewertung von Produkten und Aktivitäten innerhalb des Megatrendrahmens,
weil sie es ermöglicht, deren Ökoprofil quantitativ zu erfassen und dadurch Produkte zu
verbessern und voneinander abzugrenzen.
Als die vier aussagekräftigsten Kategorien und Ressourcenindikatoren für Betonzusatzmittel
gelten:
„„ Kumulierter Energieaufwand (spezifischer Heizwert) MJ
„„ Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP, 100 Jahre)
kg CO2-äq.
„„ Eco-Indikator 99 Punkte
„„ Einsatz von reinem Süsswasser m³
18
Tabelle 2.3.1: Lebenszyklusanalyse einer ökologisch optimierten Betonrezeptur
Vergleichsparameter
Betonrezeptur-Referenz
Rezepturvergleich
Zement:
Zusatz:
Wassergehalt: (0,52)
Sand:
Kies:
Vergleich der
Betontechnologien
Frischbeton:
Ausbreitmass:
Druckfestigkeit:
1 Tag:
28 Tagen:
Porosität:
Wirtschaftlicher Vergleich
(relative Annahmen)
Kosten / m³
Optimierte Betonrezeptur
350 kg/m³
0 kg/m³
182 l/m³
857 kg/m³
1007 kg/m³
Zement:
Zusatz: (Kalkstein)
Wassergehalt: (0,48)
Sand:
Kies:
Fliessmittel:
280 kg/m³
40 kg/m³
145,6 l/m³
926 kg/m³
1087 kg/m³
3,36 kg/m³
Frischbeton:
44 cm Ausbreitmass:
Druckfestigkeit:
22,3 N/mm² 1 Tag:
40,0 N/mm² 28 Tagen:
42 cm
22,4 N/mm²
41,2 N/mm²
4,8% Porosität:
96,90 CHF/m³ Kosten / m³
Weitere Kosten: Zement und Wasser
2,8%
96,30 CHF/m³
Weitere Kosten: Zusatzmittel,
Kalkstein, Kies und Sand
Wirkungsabschätzung
«Cradle-to-gate», von der Wiege bis zum Fabriktor (Methode: CML2001 – Nov.09)
Einsatz von reinem
Süsswasser
182 l/m³
146 l/m³
Treibhauspotenzial
(GWP 100 Jahre)
286 kg CO2-Äquiv./m³
230 kg CO2-Äquiv./m³
Kumulierter Energieaufwand
(CED)
1196 MJ/m³
982 MJ/m³
Kumulierter Energieaufwand
4,5 Punkte
3,7 Punkte
19
Nachhaltigkeit
2. Nachhaltigkeit
2. Nachhaltigkeit
Beispiel: Ethylen-Pufferspeicher aus Beton
In Belgien wurde ein Ethylen-Pufferspeicher aus Beton mit einem Fassungsvermögen von 1 Mio.
Tonnen gebaut. Das Gesamtbetonvolumen beträgt 3 461 m³. Um die Vorteile von
Sika® ViscoCrete® Fliessmitteltechnologie bei diesem speziellen Projekt aufzuzeigen, wurde
eine Ökobilanz zweier Betonsysteme gleicher Leistung (einem w/z-Wert von 0,46) erstellt. Das
Betonsystem enthält ein Fliessmittel in der Rezeptur, während das alternative Betonsystem
die gleiche Leistung ohne Beigabe eines Fliessmittels liefern soll. Die Ökobilanz wurde nach
dem «cradle to gate»-Prinzip erstellt und umfasst damit alle Lebenszyklusstadien von der
Rohstoffgewinnung über Logistik bis zur Herstellung und Verpackung.
Ergebnisse und Schlussfolgerung
Zur Beurteilung der Gewinne aus der Verwendung des Fliessmittels in Sachen Wasser- und
Zementreduktion ist der Einsatz von reinem Süsswasser und das Treibhauspotenzial (GWP)
für beide Betonsysteme ausgewiesen. Der Einsatz von reinem Süsswasser weist den
Verbrauch an frischem Wasser aus (z.B. Speisewasser, Grundwasser, Seewasser, Flusswasser,
Oberflächenwasser, Wasser mit Flussschlamm). Das GWP misst den potenziellen Beitrag
zum Klimawandel im Hinblick auf Treibhausgasemissionen (z.B. CO2, CH4), durch die sich die
Absorption der Wärmestrahlung aus der Atmosphäre erhöht, was wiederum die Temperatur auf
der Erdoberfläche anhebt.
Einsatz von reinem Süsswasser [m³]
Wasserverbrauch (für die Betonproduktion)
Beton mit traditionellen
Fliessmitteln
Beton mit
Sika® ViscoCrete®
0.17
0.175
0.18
Wasserverbrauch [m³] für 1m³ Beton
Abb. 2.3.2: Einsatz von reinem Süsswasser mit und ohne Sika® ViscoCrete®
20
Nachhaltigkeit
2. Nachhaltigkeit
Treibhauspotenzial (GWP) [kg CO2-eq.], CML 2001
Möglicher Beitrag zum Klimaveränderung aufgrund von Treibhausgasemissionen.
Zement
Wasser/Kies/Sand
Zusatzmittel
Beton mit traditionellen
Fliessmitteln
Beton mit
Sika® ViscoCrete®
105
110
120
115
125
130
135
140
145
Treibhauspotenzial (GWP 100 Jahre) [kg CO2-eq.] für 1m³ Beton
Abb. 2.3.3: Treibhauspotenzial mit und ohne Sika® ViscoCrete®
Kumulierter Energieaufwand [MJ]
Gesamtbetrag der Primärenergie aus erneuerbaren und nicht erneuerbaren
Ressourcen.
Zement
Wasser/Kies/Sand
Zusatzmittel
Beton mit traditionellen
Fliessmitteln
Beton mit
Sika® ViscoCrete®
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Kumulierter Energieaufwand [MJ] für 1m³ Beton
Abb. 2.3.4: Energieaufwand mit und ohne Sika® ViscoCrete®
21
3. Die fünf Komponenten des Betons
3.1 Zement und Bindemittel
Zement ist das hydraulische Bindemittel
(hydraulisch = in Verbindung mit Wasser
erhärtend), mit dem Beton hergestellt wird.
Zementleim (mit Wasser angemischter Zement)
erstarrt und erhärtet durch Hydratation, sowohl
an der Luft als auch unter Wasser.
Hauptgrundstoffe z.B. für den Portlandzement
sind Kalkstein, Mergel und Ton, die in definierten
Anteilen gemischt werden. Bei ca. 1450 °C
wird dieses Rohmehl zu Klinker gebrannt.
Dieser wiederum wird später bis zur bekannten
Zementfeinheit gemahlen.
Zement nach Norm
In Europa, somit auch in der Schweiz sind die Zemente in der Norm SN EN 197-1
(Zusammensetzung, Anforderungen und Konformitätskriterien) erfasst.
Nach dieser Norm werden die allgemein gebräuchlichen Zemente in folgende fünf
Hauptarten eingeteilt:
CEM I
Portlandzement
CEM II
Portlandkompositzement
CEM III
Hochofenzement
CEM IV
Puzzolanzement
CEM V
Kompositzement
22
3. Die fünf Komponenten des Betons
Komponenten
Neben Portlandzementklinker (K) können nach vorheriger Tabelle weitere Komponenten in den
verschiedenen Zementtypen enthalten sein:
Hauptkomponenten
Granulierte Schlacke
S
Silikastaub
D
Natürliche und industrielle Puzzolane
P resp. Q
Kieselsäurereiche Flugaschen
V
Kalkreiche Flugaschen
W
Gebrannter Schiefer (z.B. Ölschiefer)
T
Kalkstein
L resp. LL
Nebenkomponenten
Dies sind vor allem ausgewählte anorganische natürliche mineralische Stoffe, die aus der
Klinkerherstellung stammen, oder Komponenten wie beschrieben (ausser sie sind bereits als
Hauptkomponenten im Zement enthalten, siehe Tabelle Seite 24).
23
3. Die fünf Komponenten des Betons
Tabelle 3.1.1: Zementarten und deren Zusammensetzung nach SN EN 197-1
Zusammensetzung (Massenanteile in %)1
natürliche
künstliche
kieselsäurereich
kalkreich
Gebrannter Schiefer
K
S
D2
P
Q
V
W
T
L4
LL5
Nebenbestandteile
Kalkstein
Silikastaub
Flugasche
Hüttensand
Puzzolane
Portlandzementklinker
Zementart
Bezeichnung
Hauptzementarten
Hauptkomponenten
CEM I
Portlandzement
CEM I
95–100
–
–
–
–
–
–
–
–
–
0–5
CEM II
PortlandHüttenzement
CEM II/A-S
80–94
6–20
–
–
–
–
–
–
–
–
0–5
CEM II/B-S
65–79
21–35
–
–
–
–
–
–
–
–
0–5
CEM II/A-D
90–94
–
6–10
–
–
–
–
–
–
–
0–5
CEM II/A-P
80–94
–
–
6–20
–
–
–
–
–
–
0–5
CEM II/B-P
65–79
–
–
21–35
–
–
–
–
–
–
0–5
CEM II/A-Q
80–94
–
–
–
6–20
–
–
–
–
–
0–5
CEM II/B-Q
65–79
–
–
–
21–35
–
–
–
–
–
0–5
PortlandCEM II/A-V
Flugaschezement
CEM II/B-V
80–94
–
–
–
–
6–20
–
–
–
–
0–5
65–79
–
–
–
–
21–35
–
–
–
–
0–5
CEM II/A-W
80–94
–
–
–
–
–
6–20
–
–
–
0–5
CEM II/B-W
65–79
–
–
–
–
–
21–35
–
–
–
0–5
PortlandSchieferzement
CEM II/A-T
80–94
–
–
–
–
–
–
6–20
–
–
0–5
CEM II/B-T
65–79
–
–
–
–
–
–
21–35
–
–
0–5
PortlandKalksteinzement
CEM II/A-L
80–94
–
–
–
–
–
–
–
6–20
–
0–5
CEM II/B-L
65–79
–
–
–
–
–
–
–
21–35
–
0–5
CEM II/A-LL
80–94
–
–
–
–
–
–
–
–
6–20
0–5
CEM II/B-LL
65–79
–
–
–
–
–
–
–
–
21–35 0–5
PortlandSilikastaubzement
PortlandPuzzolanzement
CEM II/A-M
80–94
6–20
0–5
CEM II/B-M
65–79
21–35
0–5
CEM III/A
35–64
36–65
–
–
–
–
–
–
–
–
0–5
CEM III/B
20–34
66–80
–
–
–
–
–
–
–
–
0–5
CEM III/C
5–19
81–95
–
–
–
–
–
–
–
–
0–5
CEM IV/A
65–89
–
11–35
–
–
–
0–5
CEM IV/B
45–64
–
36–55
–
–
–
0–5
Kompositzement3 CEM V/A
40–64
18–30
–
18–30
–
–
–
–
0–5
CEM V/B
20–39
31–50
–
31–50
–
–
–
–
0–5
Portland-Kompositzement 3
CEM III Hochofenzement
CEM IV Puzzolanzement
CEM V
Die Werte der Tabelle beziehen sich auf die Summe der Haupt- und Nebenkomponenten.
Der Anteil von Silikastaub ist auf 10 % begrenzt.
In den Portland-Kompositzementen CEM II/A-M und CEM II/B-M, in den Puzzolanzementen CEM IV/A und CEM IV/B und in den
Kompositzementen CEM V/A und CEM V/B muss die Art der Hauptkomponenten durch die Bezeichnung des Zements angegeben werden.
4 Der Gesamtgehalt an org. Kohlenstoff (TOC) darf einen Massenanteil von 0,2 % nicht überschreiten.
5 Der Gesamtgehalt an org. Kohlenstoff (TOC) darf einen Massenanteil von 0,5 % nicht überschreiten.
1
2
3
24
3. Die fünf Komponenten des Betons
Komponenten
3.2 Gesteinskörnungen für Beton (Betonzuschläge)
Kiese und Sande bilden das Korngerüst
des Betons, dessen Hohlräume durch den
Bindemittelleim möglichst vollständig
ausgefüllt werden sollen. Sie nehmen bis zu
80 % der Masse und 70 % des Volumens ein.
Eine optimale Nutzung der Zuschlagsgrösse
und -qualität führt zu einer Verbesserung der
Betonqualität.
Zuschläge können bereits natürlich vorliegen (fluvial oder glazial) oder sie stammen aus
industrieller Herstellung (Leichtzuschläge und Recycling-Zuschläge). Für Qualitätsbeton
durchlaufen sie mechanische Reinigungs- und Sortierprozesse in industriellen Anlagen wie
Zerkleinern, Sieben, Zusammenmischen und Waschen.
Zuschläge sollten eine ausreichende Haftfestigkeit zum erhärteten Zementleim besitzen und
weder die Zementerhärtung noch die Dauerhaftigkeit des Betons beeinträchtigen.
Zuschläge
Rohdichte
Normalzuschläge
2,2 – 3,0 t/m³
Aus natürlichen Vorkommen, z.B. Flusskies, Moränenkies usw.
Material gerundet oder gebrochen ( z.B. Tunnelausbruch)
Schwerzuschläge
> 3,0 t/m³
Wie Baryt, Eisenerz, Stahlgranulat
Zur Herstellung von Schwerbeton (z.B. Strahlenschutzbeton)
Leichtzuschläge
< 2,0 t/m³
Wie Blähton, Bims, Polystyrol
Für Leichtbeton, Isolierbetone
Hartzuschläge
> 2,5 t/m³
Wie Quarz, Korund
Dient z.B. zur Herstellung von Hartbetonbelägen
Recyclinggranulate
ca. 2,4 t/m³
Aus gebrochenem altem Beton usw.
25
3. Die fünf Komponenten des Betons
Gesteinskörnungen nach Norm
In Europa, somit auch in der Schweiz sind die Gesteinskörnungen in der Norm SN EN 12620
festgelegt. Diese Norm ist sehr umfangreich. Mehr Angaben als die folgenden würden den
Rahmen dieses Dokuments sprengen.
Wichtige Begriffe aus dieser Norm (mit zusätzlichen Erläuterungen):
„„ Natürliche Gesteinskörnung
Stammt aus mineralischen Vorkommen; sie wird ausschliesslich einer mechanischen
Vorbehandlung und/oder Waschung unterzogen.
„„ Korngemisch
Gesteinskörnung, die aus einer Mischung grober und feiner Gesteinskörnungen (Sand)
besteht. Ein Korngemisch kann sowohl ohne vorherige Trennung in grobe und feine
Gesteinskörnungen als auch durch Zusammenfügen grober und feiner Gesteinskörnungen
(Sand) hergestellt werden.
„„ Recycling-Gesteinskörnung
Gesteinskörnung aus aufbereitetem anorganischem Material, das zuvor als Baustoff eingesetzt
war (d.h. Beton).
„„ Füller (Gesteinsmehl)
Gesteinskörnung, deren überwiegender Teil durch das 0,063-mm-Sieb hindurchgeht und die
zur Erreichung bestimmter Eigenschaften zugegeben wird.
„„ Korngruppe
Bezeichnung einer Gesteinskörnung mittels unterer (d) und oberer (D) Siebgrösse, angegeben
als d/D.
„„ Feine Gesteinskörnung (Sand)
Bezeichnung für kleinere Korngruppen mit D nicht grösser als 4 mm.
Feine Gesteinskörnungen können durch den natürlichen Zerfall von Felsgestein oder Kies
und/oder durch das Brechen von Felsgestein oder Kies oder durch die Aufbereitung industriell
hergestellter Gesteinskörner entstehen.
„„ Grobe Gesteinskörnung
Bezeichnung für grössere Korngruppen mit D nicht kleiner als 4 mm und d nicht kleiner
als 2 mm.
26
3. Die fünf Komponenten des Betons
Komponenten
„„ Natürlich zusammengesetzte Gesteinskörnung 0/8 mm
Bezeichnung für natürliche Gesteinskörnung glazialen oder fluvialen Ursprungs mit D nicht
grösser als 8 mm (kann auch durch Mischen aufbereiteter Gesteinskörnungen hergestellt
werden).
„„ Feinanteile
Anteil einer Gesteinskörnung, der durch das 0,063-mm-Sieb hindurchgeht.
„„ Kornzusammensetzung
Korngrössenverteilung, ausgedrückt durch die Siebdurchgänge als Massenanteil in Prozent
durch eine festgelegte Anzahl von Sieben.
Siebdurchgänge, Siebkurve
Die Korngrösse wird nach der Lochweite der Prüfsiebe benannt, durch die das betreffende Korn
gerade noch hindurchgeht.
Für eine stetige Siebkurve des Gemischs ist es sehr wichtig, eine vernünftige Verbindung der
verschiedenen Stoffe und ihrer jeweiligen Korngruppen zu planen.
27
3. Die fünf Komponenten des Betons
3.3 Betonzusatzmittel
Betonzusatzmittel sind Flüssigkeiten oder
Pulver, die dem Beton während des Mischens
in kleinen Mengen zugegeben werden. Die
Dosierung wird normalerweise auf den
Zementgehalt (Zementgewicht) bezogen.
Betonzusatzmittel beeinflussen die
Eigenschaften des Frisch- und/oder Festbetons
sehr stark. Die Wirkung von Zusatzmitteln kann
auf chemischer und/oder physikalischer Ebene
erfolgen.
Betonzusatzmittel nach Norm
Nach SN EN 206-1 sind die Betonzusatzmittel in der Norm SN EN 934-2 definiert, wo auch die
Anforderungen an dieselben beschrieben sind. In dieser Norm wird zwischen verschiedenen
Produktgruppen unterschieden, die in leicht gekürzter Form in der Tabelle 3.3.2 zu finden sind.
Tabelle 3.3.1: Dosierung von Zusatzmitteln nach SN EN 206-1:
Dosierung
Zusatzmittel
Zulässige Dosierung
≤ 5 Gewichts-% des Zements
(Der Einfluss einer höheren Dosierung auf die Leistungsfähigkeit und
Dauerhaftigkeit des Betons muss nachgewiesen werden.)
Niedrige Dosierungen
Zusatzmittelmengen < 0,2 % des Zements sind nur erlaubt, wenn sie in
einem Teil des Anmachwassers aufgelöst sind.
Ist die Gesamtmenge der flüssigen Zusatzmittel > 3 l/m³ Beton, so ist die darin enthaltene
Wassermenge bei der Berechnung des Wasserzementwertes zu berücksichtigen.
Wird mehr als ein Zusatzmittel beigegeben, muss die Verträglichkeit dieser Mittel im Rahmen
spezifischer Prüfungen nachgewiesen werden.
28
3. Die fünf Komponenten des Betons
Komponenten
Tabelle 3.3.2: Zusatzmittel – nach SN EN 934-2:
Betonverflüssiger
Zusatzmittel, das eine Verringerung des Wassergehalts einer gegebenen Betonmischung ermöglicht, ohne
die Konsistenz zu beeinträchtigen, oder das Setzmass/Ausbreitmass erhöht, ohne den Wassergehalt zu
beeinträchtigen – oder es ruft gleichzeitig beide Wirkungen hervor.
Fliessmittel
Zusatzmittel, das eine starke Verringerung des Wassergehalts einer gegebenen Betonmischung
ermöglicht, ohne die Konsistenz zu beeinträchtigen, oder das Setzmass/Ausbreitmass beträchtlich erhöht,
ohne den Wassergehalt zu beeinträchtigen – oder es ruft gleichzeitig beide Wirkungen hervor.
Verzögerer/Betonverflüssiger
Verbindet die Wirkung eines wasserverringernden Zusatzmittels (Primärwirkung) und eines Verzögerers
(Sekundärwirkung).
Verzögerer/Fliessmittel
Verbindet die Wirkung eines Fliessmittels (Primärwirkung) und eines Verzögerers (Sekundärwirkung).
Erstarrungsbeschleuniger/Betonverflüssiger
Verbindet die Wirkung eines wasserverringernden Zusatzmittels (Primärwirkung) und eines
Erstarrungsbeschleunigers (Sekundärwirkung).
45
40
Wasserreduktion [%]
35
30
25
20
15
10
5
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
Fliessmittelanteil [% zum Zementgewicht]
Abb. 3.3.1: Wasserverringerung in % mit Sika® ViscoCrete®/ SikaPlast®/ Sikament®
29
3. Die fünf Komponenten des Betons
Tabelle 3.3.3: Zusatzmittel – nach SN EN 934-2:
Stabilisierer
Verringert den Verlust von Anmachwasser, indem es das Bluten des Frischbetons vermindert.
Luftporenbildner
Sorgt für ein System aus kleinen, gleichmässig verteilten Luftporen, indem während des Mischvorgangs
eine bestimmte Menge kleiner Luftblasen eingeführt wird, die nach dem Erhärten im Beton verbleiben.
Erstarrungsbeschleuniger
Verkürzt die Zeit bis zum Abbindebeginn und erhöht die Anfangsfestigkeit.
Erhärtungsbeschleuniger
Beschleunigt die Frühfestigkeit des Betons, mit oder ohne Einfluss auf die Erstarrungszeit und Bildsamkeit
des frisch gemischten Betons.
Verzögerer
Verzögert die Zeit bis zum Abbindebeginn und ermöglicht so eine längere Verarbeitungszeit und verzögerte
Frühfestigkeitsentwicklung.
Dichtungsmittel
Verringert die kapillare Wasseraufnahme des Festbetons.
Tabelle 3.3.4: Weitere nicht in europäischen Verordnungen definierte Betonzusatzmittel:
Schwindreduzierer
Vermindert das frühe Trocknungsschwinden des Betons und beugt dadurch Schwindrissen vor.
Pumphilfe
Zusatzmittel zur Verbesserung der Stabilität des Frischbetons und für einfaches Pumpen des Betons,
insbesondere bei Anwendung schwieriger Gesteinskörnungen und bei ungünstigen Siebkurven.
Korrosionshemmende Zusatzmittel
Zusatzmittel, die eine Schutzschicht auf die Stahlbewehrung von bewehrtem Beton legen. Dadurch wird
der Korrosionsbeginn verzögert und die Korrosionsgeschwindigkeit herabgesetzt, was wiederum zu
erhöhter Dauerhaftigkeit führt.
Oberflächenverbessernde Zusatzmittel
Blasenreduzierendes Zusatzmittel, das Luftporen im Frischbeton deutlich reduziert und dadurch die
Herstellung von hochwertigem Sichtbeton ermöglicht.
30
3. Die fünf Komponenten des Betons
Produktname
Produktart
Sika® Antisol®
Nachbehandlungsmittel
Sika® Frostschutz
Zusatzmittel für Winterbeton
Sika Colorcrete-G
Betonfarben
Sika Control
Schwindreduzierer
Sika® Ferrogard®
Korrosionsinhibitoren
SikaFiber
Mikro-, Makro oder Stahlfaser
®
®
®
Sika Fro V
Luftporenbildner
Sika Fume
Silikastaub
®
®
Sikament
Betonverflüssiger
SikaPaver®
Verdichtungshilfe / ausblühverminderndes Zusatzmittel
Sika PerFin
Betonoberflächenverbesserer
SikaPump
®
Pumpmittel
SikaRapid
®
Betonbeschleuniger
®
®
Sika Retarder
Verzögerer
Sika® Rugasol®
Oberflächenverzögerer
Sika Separol
Schalungstrennmittel
Sigunit
Spritzbeton Beschleuniger
®
®
®
®
Sika Stabilizer
Viskositätsbeeinflussendes Mittel
SikaTard
Spritzbeton Verzögerer
®
®
Sika® ViscoCrete®
Fliessmittel
Sika® ViscoFlow®
Verarbeitbarkeitsverbesserndes Zusatzmittel
Komponenten
3.3.1 Sika Produkte (Markt Schweiz)
31
3. Die fünf Komponenten des Betons
3.4 Betonzusatzstoffe und Zementzusatzstoffe
Betonzusatzstoffe sind als fein verteilte Stoffe definiert, die dem Beton zugegeben werden,
um bestimmte Eigenschaften von Frisch- und Festbeton zu verbessern oder zu erreichen.
In SN EN 206-1 sind zwei Arten von anorganischen Zusatzstoffen aufgeführt:
„„ Nahezu inaktive Zusatzstoffe (Typ I)
„„ Puzzolanische oder latent hydraulische Zusatzstoffe (Typ II)
Typ I
Nahezu inaktive Stoffe wie Kalkfüller, Quarzmehl und Farbpigmente.
„„ Gesteinsmehle (Quarzmehl, Kalksteinmehl)
Feinanteilarme Gemische können durch die Zugabe von Gesteinsmehlen verbessert werden.
Diese inerten Stoffe dienen der Verbesserung der Siebkurve. Der Wasseranspruch wird
grösser, vor allem bei Kalksteinmehl.
„„ Pigmente
Pigmentierte Metalloxide (hauptsächlich Eisenoxide) dienen zur Einfärbung von Beton. Sie
werden in der Grössenordnung von 0,5 – 5 % des Zementgewichts zudosiert; sie müssen
lichtecht sein und stabil im alkalischen Zementmilieu bleiben. Je nach Art der Pigmente kann
der Wasseranspruch des Gemischs rasch grösser werden.
Typ II
Puzzolanische oder latent hydraulische Stoffe wie natürliche Puzzolane (Trass), Flugaschen und
Silicastäube sowie feingranulierte Hochofenschlacke.
Flugasche ist ein feinkörniger Verbrennungsrückstand aus Kohlekraftwerken, der als Zusatzstoff
sowohl für Zement als auch für Beton verwendet wird. Die Zusammensetzung ist stark abhängig
von Art und Herkunft der Kohle und den Verbrennungsbedingungen (SN EN 450).
Silikastaub (Silicafume) besteht aus hauptsächlich kugeligen Teilchen von amorphem
Siliziumdioxid, das bei der Produktion von Silizium und von Siliziumlegierungen entsteht. Es hat
eine spez. Oberfläche von 18 – 25 m² pro Gramm und ist ein hochreaktives Puzzolan
(SN EN 13263).
Übliche Dosierungen von Silikastaub liegen bei 5 % bis max. 10 % des Zementgewichts.
Die Anforderungen und Konformitätskriterien für Hüttensandmehl zur Verwendung in Beton,
Mörtel und Einpressmörtel regelt die Norm SN EN 15167-1.
32
3. Die fünf Komponenten des Betons
Komponenten
3.5 Wasser
Die Eignung eines Wassers für die Betonherstellung hängt von seiner Herkunft ab.
Nach SN EN 1008 wird zwischen folgenden Arten unterschieden:
„„ Trinkwasser
Geeignet für Beton. Muss nicht geprüft werden.
„„ Restwasser aus Wiederaufbereitungsanlagen der Betonherstellung (z.B. Waschwasser)
Üblicherweise für Beton geeignet, Anforderungen nach Anhang A der Norm müssen erfüllt
werden (z.B. dass die zusätzliche Masse von Feststoffen im Beton, die bei der Verwendung
von Restwasser aus Wiederaufbereitungsanlagen der Betonherstellung anfällt, weniger als
1 % der Gesamtmasse der in der Mischung enthaltenen Gesteinskörnungen betragen muss).
„„ Grundwasser
Kann für Beton geeignet sein, muss aber überprüft werden.
„„ Natürliches Oberflächenwasser und industrielles Brauchwasser
Kann für Beton geeignet sein, muss aber überprüft werden.
„„ Meerwasser oder Brackwasser
Darf für unbewehrten Beton verwendet werden, ist jedoch nicht geeignet für bewehrten
Beton oder Spannbeton. Bei Beton mit Stahlbewehrung oder eingebetteten Metallteilen ist der
zulässige Gesamtchloridgehalt im Beton einzuhalten.
„„ Abwasser
Für Beton nicht geeignet.
Kombiniertes Wasser ist eine Mischung aus Restwasser aus Wiederaufbereitungsanlagen
der Betonherstellung und Wasser aus einer anderen Quelle. Es gelten die Anforderungen für
kombiniertes Wasser.
Vorprüfungen (SN EN 1008, Tab. 1)
Das Wasser ist auf Öl- und Fettspuren, Schaumbildung (Reinigungsmittel), Schwebstoffe, Geruch
(z.B. kein Geruch nach Schwefelwasserstoff nach dem Hinzufügen von Salzsäure), Säuregehalt
(pH ≥ 4) und auf Huminstoffe vorgängig zu untersuchen.
Wasser, das eine oder mehrere Anforderungen nach Tab. 1 nicht erfüllt, darf nur verwendet
werden, wenn es folgende chemische Anforderungen erfüllt und seine Verwendung keine
nachteiligen Folgen bezüglich Erstarrungszeit und Festigkeitsentwicklung zeigt (Prüfmethoden
siehe SN EN 1008).
33
4. Betonrezeptur
4.1 Berechnung von Betonrezepturen
Materialvolumenberechnung
Die Materialvolumenberechnung soll die Dosierung der Komponenten und die Mischung von
Beton im Allgemeinen sowie von speziellen Betonarten ermöglichen. Bei der Berechnung wird
davon ausgegangen, dass die konzipierten Mengen an Zement, Wasser, Gesteinskörnungen,
Betonzusatzmitteln und Zusatzstoffen, die für 1 m³ Frischbeton gemischt werden, plus Poren
nach Verdichtung, zusammen ein Volumen von 1 m³ bilden.
Die richtige Berechnung von Rezeptur und Materialvolumen ermöglicht die Einhaltung aller
relevanten Standards, verbessert die Qualität des produzierten Betons und öffnet die Tür zu
wirtschaftlicheren Lösungen.
Der Feinanteil besteht aus:
„„ Zement und eventuell Betonzusatzstoff(en)
„„ Kornanteil 0 bis 0,125 mm der Gesteinskörnung
Er dient im Frischbeton als Schmiermittel, welches die Verarbeitbarkeit und das
Wasserrückhaltevermögen verbessert. Ferner wird die Entmischungsgefahr beim Einbringen
herabgesetzt und die Verdichtung erleichtert.
Andererseits ergibt ein zu hoher Feinanteilgehalt teigige, klebrige Betone. Ausserdem kann die
Neigung zu Schwinden und Kriechen erhöht werden (erhöhter Wasser- und Zementgehalt).
Nachstehende Mengen haben sich bewährt:
Tabelle 4.1.1: Sika Empfehlung
Runde Gesteinskörnung
Gebrochene Gesteinskörnung
Für Beton mit Grösstkorn 32 mm
Feinanteilgehalt
zwischen 350 und 400 kg/m³
Feinanteilgehalt
zwischen 375 und 425 kg/m³
Für Beton mit Grösstkorn 16 mm
Feinanteilgehalt
zwischen 400 und 450 kg/m³
Feinanteilgehalt
zwischen 425 und 475 kg/m³
Für selbstverdichtende Betone (SCC, SVB) sind höhere Feinanteilgehalte üblich.
In der Regel beginnt die Berechnung mit der Auswahl eines bestimmten Zementgehalts
und w/z-Werts (oder Bindemittelgehalts und w/b-Werts). Somit kann das Volumen in Litern
Gesteinskörnungen und Sand berechnet werden. Durch Anwendung einer Siebkurve für
kombinierte Gesteinskörnungen wird dieses Volumen mit Sand und Gesteinskörnungen gefüllt.
34
4. Betonrezeptur
Tabelle 4.1.2: Beispiel für kombinierte Gesteinskörnungen 0 – 32 mm:
Korngrösse in mm
Anteil im Gemisch in %
Feinsand
0–1
21,0
Grober Sand
1–4
27,0
Rundkies
4–8
12,0
Rundkies
8 – 16
20,0
Rundkies
16 – 32
20,0
Rezeptur
Komponente
100
90
obere Grenzwerte gemäss SN EN 480-1
obere Grenzwerte gemäss SN EN 480-1
Korngrössenverteilung der Mischung
Siebdurchgang in Massen %
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,063
0,125
0,25
0,5
1
2
Sieböffnung in mm
4
8
16
31,5
Abb. 4.1.1: Korngrössenverteilung (Siebkurvenbereich gemäss SN EN 480-1)
Falls der Sand und Kies gewaschen sind, muss Füller hinzugegeben werden, um die Stabilität
und allgemeine Konsistenz des Betongemischs zu verbessern.
35
4. Betonrezeptur
Tabelle 4.1.3: Berechnungsvolumen und -masse für 1 m³ Beton
Rohstoff für Beton
nach Eigenschaften
Dosierung
[%]
kg für 1 m³ (je
nach Rezeptur)
Spez. Dichte
[kg/l]
kg
325
3,15

103
6
kg
19,5
2,2

9
0,8
kg
2,60
%
3,0
–

30
kg
155
1,0

155
Zementtyp: CEM I
Zusatzstoff Silikastaub
(zusätzl. Bindemittel)
Zusatzmittel:
ViscoCrete®
Luft erwartet
oder geplant
1% ≙ 10 L in 1m³
Anmachwasser
w/z (oder w/zeq) = 0,48
(einschliesslich
Wassergehalt
Gesteinskörnungen)
Ertrag in Litern
für 1 m³
297 
Gesamtvolumen in Liter ohne Gesteinskörnungen
Gesteinskörnungen
(im Trockenzustand)
kg

Gesamt Beton
kg

2362
(für 1 m³)
1863
2,65

703
(= Δ zu 1000 L)
2362 kg/L
(Frischbetonrohdichte)

1000 L (= 1m³)
 = Berechnungsweg
Anmerkung: Falls die Gesamtmenge an Zusatzmittel(n) 3 l/m³ Beton überschreitet, muss der Wassergehalt der Zusatzmittel in die Berechnung des w/z-Werts aufgenommen werden.
36
4. Betonrezeptur
Dieses Kapitel basiert auf den Erkenntnissen
von Abrams, demzufolge die Druckfestigkeit
von Beton als die zentrale Materialeigenschaft
ausschliesslich (oder zumindest vorwiegend)
vom w/z-Wert abhängt. Dies trifft für alle
Betone mit einem w/z-Wert über 0,35 zu, was
bei den meisten Betonen der Fall ist. Diese
Anforderung ist die Basis für die folgenden
Erläuterungen und Schlussfolgerungen des
Rezepturkonzepts für Leimvolumen.
Rezeptur
4.2 Rezepturkonzept für Leimvolumen
Abb. 4.2.1: Zementmörtelleim beinhaltet alle Bindemittel, pulvrigen Zusätze und das freie, nicht von den
Gesteinskörnungen absorbierte Wasser. Feinmörtelleim
beinhaltet zusätzlich alle Feinteile der Gesteinskörnungen ≤ 0,125 mm.
Bei allen Arten des Einbringens von Beton variieren die Anforderungen hinsichtlich des
Feinkornanteils der Mischung. Daneben spielen die grösseren Komponenten natürlich eine –
wenn auch wesentlich weniger wichtige – Rolle. Die groben Körner bilden vor allem das Gerüst
und dienen als Füllmaterial. Auf der Basis von unzähligen Rezepturen über viele Jahrzehnte
können für verschiedene Einbauarten Bereiche für Feinanteilgehalt und Zementmengen
angegeben werden, die zu einem korrekten Ergebnis führen – auch bei unterschiedlichen
Zuschlagskomponenten, oder unter Berücksichtigung dieser jeweiligen Schwankungen.
Tabelle 4.2.1: Feinmörtelleim für verschiedene Betonarten
Einbringmethode
Feinanteil
Feinmörtelleim
Kranbeton
–
250 bis 280 l/m³
Pumpbeton
> 375 kg/m³ mit max.
Korngrösse 32 mm
280 bis 320 l/m³
Selbstverdichtender
Beton (SCC)
> 500 kg/m³ mit max.
Korngrösse 16 mm
320 bis 380 l/m³
Anmerkungen
Der Feinmörtelleim
enthält: Zement,
pulvrige Zusätze,
Feinanteile aus Sand
≤ 0,125 mm
+ Wasser
37
4. Betonrezeptur
Grundsätzlich ist es möglich, eine bestimmte Menge Zement durch Substitute zu ersetzen
und somit die Materialbilanz (Kosten/Betontechnologie/Ökologie) positiv zu beeinflussen. Die
Pumpbarkeit zum Beispiel kann durch die Verwendung von gutem Kalksteinpulver oder guter
Flugasche verbessert werden. Eine hohe Druck- oder Abriebfestigkeit lässt sich durch die
Zugabe von Silikastaub oder eine Erhöhung der Sulfatbeständigkeit durch die Verwendung von
granulierter Schlacke erreichen.
Je nach den Eigenschaften eines bestimmten Betontyps kann dessen Verhältnis zwischen
Festigkeit und mindestens erforderlichem Mörtelleim als solches dargestellt werden.
Ausgehend vom lokalen Zement- oder Bindemitteltyp muss die Festigkeit im Verhältnis zum
Wasserzementwert definiert werden. Auf der Grundlage dieser Erkenntnis zeigt die Tabelle das
benötigte Volumen an Feinmörtelleim. Die spezifische Menge an Feinanteilen muss mit den lokal
verfügbaren Sand- und pulvrigen Zusätzen angepasst werden.
Ausgewogene Feinmörtelmenge
Um gleichzeitig eine gute Verarbeitbarkeit und geringe „Nebeneffekte“ in Form von Hydratation
zu erreichen, wird nicht die grösstmögliche Menge an Feinmörtel und daher vor allem
Zementleim benötigt, sondern nur so viel, dass das Baumaterial gemäss den Anforderungen
errichtet werden kann. Mit einem solchen Mass lässt sich eine Reihe von Vorteilen erzielen:
„„ Betontechnologie: kleinstmögliches Volumen an Hydratationsprodukten, was auch geringes
Schwinden und geringe Wärmeentwicklung in allen Phasen bedeutet
„„ Wirtschaftlich: Eine gezielte, sparsame Verwendung von Zementen und Zementzusatzstoffen
senkt die Gesamtkosten der Rezeptur.
„„ Ökologisch: Dank der Ersetzung von Zement durch Zementzusatzstoffe ergibt sich eine
weitaus positivere Ökobilanz.
Abb. 4.2.2: Inhalt einer Betonrezeptur: Kies, Wasser, Zement, Fliessmittel, Sand (von links nach rechts)
38
4. Betonrezeptur
4.3 Sika Rezeptur-Programm
Rezeptur
Die richtige Rezeptur des Betons ist
ein entscheidender Schritt bei der
Betonherstellung und für die Bewertung der
Betonleistung in frischem und festem Zustand.
Auch ist der Austausch von Betonrezepturen
und die Diskussion bestimmter Massnahmen
zu deren Verbesserung eine tägliche
Herausforderung für alle Beteiligten im
Betongeschäft.
Das Hauptziel des Sika Rezeptur-Programms ist eine vollständige Rezepturberechnung. Um dies
effizient zu bewerkstelligen, ist eine entsprechende Datenbank für die Rohstoffe und Projekte/
Kunden zu verwenden. Für eine weltweite Nutzung des Tools ist der Umgang mit verschiedenen
Währungen, Einheiten und Sprachen möglich.
Jeder Benutzer muss zuerst das Handbuch lesen, da dieses anspruchsvolle Programm zur
Betonrezepturberechnung nicht vollständig selbsterklärend ist. Es lohnt sich, etwas Zeit
zu investieren, um alle enthaltenen Funktionen zu verstehen und somit alle Aspekte des
Programms zu erkennen.
Die Programmnavigation sieht folgendermassen aus:
„„ Vorstellung aller relevanten Parameter wie zum Beispiel
Lokalisierung, Einheiten, Währung
„„ Verwaltung aller in der Betonrezepturberechnung
verwendeten Rohstoffe (Zement, Gesteinskörnungen,
Zusätze, Zusatzmittel und Wasser)
„„ Festlegung von Kunden und ihren Projekten in Verbindung
mit jeder Betongemischberechnung
„„ Dedizierte Suche in Bezug auf eine Rezeptur oder ein
bestimmtes Stichwort
Abb. 4.3.1: Programmnavigation
39
4. Betonrezeptur
Nachstehend finden Sie exemplarische Bilder von bestimmten Programmfunktionen:
„„ Einfache Konzeption von
Siebkurven für kombinierte
Gesteinskörnungen
„„ Verwendung von vordefinierten
Standardsiebwerten
„„ Definition von individuellen,
benutzerdefinierten Siebkurven
„„ Anpassung von Fraktionsverhältnissen mittels Prozentsatz
oder durch Ziehen und Ablegen mit
der Maus
Abb. 4.3.2: Konzeption und Berechnung einer Siebkurve für kombinierte Gesteinskörnungen
„„ Schnelle Erstellung der Betonrezeptur durch Rohstoffauswahl
aus der Datenbank
„„ Flexible Zurechenbarkeit des
w/z-Werts
„„ Berechnung von Frischbetondichte
sowie w/z-Wert
„„ Kontrolle der Übereinstimmung mit
definierter Betonart
Abb. 4.3.3: Rezepturberechnung mit Änderungsschaltflächen für die Datenbankmaterialauswahl
40
4. Betonrezeptur
Rezeptur
„„ Voraussage der Betondruckfestigkeit ausgehend von der
Zementfestigkeit
„„ Detaillierte Analysen wichtiger
Frischbetonparameter wie zum
Beispiel Gesamt-Feinanteilgehalt
„„ Angabe der Nichteinhaltung von
Anforderungen in Bezug auf die
Betonart
Abb. 4.3.4: Analyse wichtiger technischer Werte sowie Angabe von Nichteinhaltung der Betonart
„„ Möglichkeit der Berechnung
verschiedener Chargengrössen
„„ Detaillierte Mengen für einzelne
Komponenten
„„ Geeignet für Labormischungen
sowie Grossanlagenversuche
Abb. 4.3.5: Laufkarte für Labortests und Vor-Ort-Anwendungen
41
4. Betonrezeptur
„„ Berechnung der Kosten eines
Gesamtvolumens von m³ Beton
„„ Berechnung der Kosten der
einzelnen Komponenten
„„ Grafische Darstellung der
absoluten Kosten pro Komponente
sowie der Kostenanteile
Abb. 4.3.6: Übersicht über die Kostenstruktur eines Betongemischs
„„ Flexible Eingabe aller
Eigenschaften von Frisch- und
Festbeton
„„ Möglichkeit zur Beschreibung
der allgemeinen Betonleistung in
Freitextfeld
Abb. 4.3.7: Dokumentation von Ergebnissen und Kommentaren bezüglich der Eigenschaften
von Frisch- und Festbeton
42
Rezeptur
4. Betonrezeptur
43
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
5.1 Wasserzementwert
Der Wasserzementwert (w/z-Wert) beschreibt das Massenverhältnis zwischen wirksamem Wasser
und Zement in Frischbeton. Er wird durch Division des Gewichts des wirksamen Wassers (weff)
durch das Gewicht des Zements (z) berechnet. Die Gleichung für den Wasserzementwert lautet
somit:
w/z
=
weff
z
oder
weff
zeq
=
weff
z + (k x Zusatzstoff Typ II)
[5.1.1]
Der wirksame Wassergehalt weff einer Mischung ergibt sich aus der Differenz zwischen
Gesamtwassergehalt wO im Frischbeton und der von der Gesteinskörnung aufgenommenen
Wassermenge (wG , Ermittlung gemäss SN EN 1097-6).
weff
=
wO – wG
c
[5.1.2]
Der erforderliche Wassergehalt wird durch die verwendete Gesteinskörnung, runde oder
gebrochene Materialien sowie deren Zusammensetzung beeinflusst. Die Wahl des w/z-Werts
richtet sich vor allem nach den Umweltbelastungen (Expositionsklassen) nach SN EN 206-1 und
den zu erreichenden Festigkeiten.
Es finden zwei Verfahren zur Berechnung des Wassergehalts in Beton Anwendung. Das
Grundprinzip besteht in der Verdampfung von Wasser durch technische Trocknung. Die Prüfung
kann entweder mittels eines Gasbrenners (Darrversuch) oder einer Mikrowelle erfolgen.
Abb. 5.1.1: Prüfung mittels eines Gasbrenners
44
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
5.1.1 Darrversuch
Zur Sicherstellung, dass der Beton trocken ist, ist er nach 20 Minuten zu wiegen, 5 Minuten lang
erneut zu trocknen und nochmals zu wiegen. Beträgt die Differenz weniger als 5 g, gilt der Beton
als trocken.
Berechnung:
Wassergehalt der Probe:
w0 = (m0 - m1) x p0 / m0
w/z-Wert:
(w0 - wG) / z
[kg/m³]
[5.1.3]
[5.1.4]
p0 Frischbetonrohdichte [kg/m³]
m0 Probe nass [kg]
wG aufgenommenes Wasser [kg/m³]
z Zementgehalt [kg/m³]
m1 Probe trocken [kg]
w0 Gesamtwassergehalt [kg/m³]
45
Eigenschaften
Das Gewicht der Pfanne (a) für die Prüfung des Wassergehalts ist im ersten Schritt zu messen.
Eine Probe von ca. 10 kg Beton (b) ist in die Pfanne zu geben. Nachdem die Pfanne 20 Minuten
lang erhitzt wurde, wird das Gewicht der Pfanne mit dem getrockneten Beton (c) gemessen. Die
Differenz zwischen a+b und z gibt den Wassergehalt im Beton an.
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
5.2 Verarbeitbarkeit und Konsistenz
Die Konsistenz charakterisiert das Verhalten des Frischbetons beim Mischen, Umschlagen,
Transportieren und Einbringen auf der Baustelle sowie beim Verdichten und Abglätten. Die
Verarbeitbarkeit ist somit eine relative Grösse und wird im Wesentlichen durch die Konsistenz
beschrieben.
Anforderungen an die Verarbeitbarkeit
„„ Kostengünstiges Umschlagen, Fördern/Einbringen und Endverarbeiten des Betons
„„ Möglichst plastische Konsistenz («Fliessverhalten») durch Einsatz von Fliessmitteln
„„ Gute Kohäsion
„„ Geringe Entmischungsgefahr, gute Abziehbarkeit («Finishverhalten»)
„„ Verlängerte Verarbeitbarkeit
 Verzögerung/Sommerbeton
„„ Beschleunigung des Abbindeprozesses
 Erhärtungsbeschleunigung/Winterbeton
Die Konsistenz bzw. Verformbarkeit des Frischbetons lässt sich im Gegensatz zur Verarbeitbarkeit
messen. Die Norm SN EN 206-1 unterscheidet je nach Prüfmethode zwischen 4 und 6
Konsistenzklassen und beschreibt damit steife bis flüssige Frischbetone.
Die Konsistenzprüfungen zählen im Allgemeinen zu den Steuergrössen des Betons, die im
Rahmen von Vorversuchen für die jeweiligen Anwendungen erarbeitet werden.
Einflussfaktoren der Konsistenz
„„ Kornform und -zusammensetzung
„„ Zementgehalt und -typ
„„ Wassergehalt
„„ Einsatz von Zusatzstoffen
� Einsatz von Betonzusatzmitteln
� Temperaturverhältnisse
� Mischzeit und -intensität
� Zeitpunkt der Messung
Zeit und Ort der Prüfungen
Die Konsistenz des Betons sollte zum Zeitpunkt der Übergabe, d.h. auf der Baustelle vor dem
Einbringen, bestimmt werden (Überwachung der Verarbeitbarkeit). Wird die Konsistenz sowohl
nach dem Mischvorgang (Überprüfung der Produktionsregelmässigkeit) als auch vor dem Einbau
auf der Baustelle erfasst, ist ein direkter Vergleich der Konsistenzänderung in Abhängigkeit des
Frischbetonalters möglich. Wird der Beton in einem Fahrmischer geliefert, darf die Konsistenz an
einer Stichprobe gemessen werden, die nach dem Entladen von ca. 0,3 m³ Beton zu entnehmen
ist.
46
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
Prüfung der Konsistenz
Eigenschaften
«Verarbeitbarkeit» drückt das Verhalten von Frischbeton beim Mischen, Umschlag, Transport
und Einbringen am Einsatzort sowie nachfolgend beim Verdichten und bei der Endbearbeitung
aus. Sie ist ein Mass für die Verformbarkeit von Frischbeton, die durch messbare Zahlenwerte
ausgedrückt wird. Die Norm SN EN 206-1 teilt die Konsistenz je nach Prüfverfahren in 4 bis
6 Klassen ein. Sie können zur Festlegung und zum Prüfen einer steifen bis nahezu flüssigen
Konsistenz herangezogen werden.
.
Prüfung der Konsistenz mit dem
-- Setzmass, Seite 48
-- Verdichtungsmass, Seite 49
-- Ausbreitmass, Seite 50
-- Setzfliessmass, Seite 51
Konsistenzprüfungen werden für die regelmässige Überwachung von Frischbeton durchgeführt.
Die Häufigkeit der Prüfungen sollte auf der Wichtigkeit des Bauteils basieren und sicherstellen
können, dass eine vorgegebene Qualität jederzeit erzielt werden kann.
Die Kapitel 8 – 10 der Norm SN EN 206-1 enthalten Einzelheiten zu diesen Konformitätskontrollen.
Tabelle 5.2.1: Toleranzen für Konsistenz-Zielwerte gemäss SN EN 206-1
Prüfmethode
Ausbreitmass
Setzmass
Zielwertbereich ≥1,26
Verdichtungsmass
1,25 ... 1,11
≤1,10
Alle Werte
≤40 mm
50 ... 90 mm ≥100 mm
Toleranz
±0,08
±0,05
±30 mm
±10 mm
±20 mm
±0,10
±30 mm
47
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
Prüfung der Konsistenz mit dem Setzmass
Prinzip:
Der Frischbeton wird in eine hohlkegelförmige Form eingebracht und verdichtet. Wird
die Form hochgezogen, ergibt das Setzmass ein Mass für die Konsistenz des Betons.
Das Setzmass ist die Differenz in mm zwischen der Höhe der Form und der Höhe des
Frischbetonkegels.
SN EN 12350-2
Der gesamte Vorgang vom Beginn des Einfüllens bis zum Hochziehen der Form ist innerhalb
von 150 Sekunden durchzuführen. Die Prüfung ist nur gültig, wenn sie ein Setzmass ergibt, bei
dem der Beton nach dem Entfernen der Form weitestgehend intakt und symmetrisch bleibt, d.h.
wenn der Beton als Kegel (oder kegelförmiger Körper) stehen bleibt. Schert der Beton ab, ist eine
weitere Probe zu nehmen. Scheren bei zwei aufeinanderfolgenden Prüfungen die Probekörper
ab, besitzt der Beton nicht die für den Setzversuch notwendige Plastizität und Kohäsion.
Messung des Setzmasses
h
Abb. 5.2.1: Messung des Setzmasses
Formen des Setzmasses
Wahres Setzmass
Abgeschehrtes Setzmass
Abb. 5.2.2: Formen des Setzmasses
Setzmassklassen: siehe Kapitel 11.1.5, Seite 214 «Einteilung nach Konsistenzklassen»
48
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
Prüfung der Konsistenz durch das Verdichtungsmass
Eigenschaften
Prinzip:
Der Frischbeton wird vorsichtig in den Stahlblech-Prüfbehälter gegeben, wobei eine
Verdichtung vermieden werden muss. Ist der Behälter gefüllt, wird der Beton ohne
Erschütterung bündig zum Behälterrand abgezogen. Dann wird der Beton z.B. mit einem
Tauchvibrator (Flaschendurchmesser max. 50 mm) verdichtet. Nach dem Verdichten
wird an den vier Seitenmitten je der Abstand zwischen Betonoberfläche und oberem
Behälterrand gemessen. Der Mittelwert (s) dieser Messungen dient zur Berechnung
des Verdichtungsmasses.
SN EN 12350-4
Bodenplatte
Höhe
200 x 200 mm
400 mm
(±2 mm)
(±2 mm)
h1 = 400 ± 2
s
Behältermasse
200 ± 2
Abmessungen in Millimeter
Abb. 5.2.3: Beton im Behälter vor verdichten
Verdichtungsmass:
c =
h1
h1 – s
Abb. 5.2.4: Beton im Behälter nach verdichten
[5.2.1]
Setzmassklassen: siehe Kapitel 11.1.5, Seite 214 «Einteilung nach Konsistenzklassen»
49
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
Prüfung der Konsistenz durch das Ausbreitmass
Prinzip:
Diese Prüfung bestimmt die Konsistenz von Frischbeton durch Messen der Ausbreitung
von Beton auf einer horizontalen, flachen Platte. Zuerst wird der Frischbeton in eine
kegelförmige Form gefüllt (in 2 Lagen), verdichtet und bündig mit der Formoberkante
abgezogen. Die Form ist daraufhin sorgfältig senkrecht nach oben wegzuziehen. Nach
Ende eines eventuellen Zusammensinkens des Betons wird die Platte manuell oder
maschinell 15 Mal bis zum Stopper angehoben und fallen gelassen. Die Bestimmung des
Ausbreitmasses erfolgt parallel zu den Seitenkanten über das Kreuz.
SN EN 12350-5
Ausbreitmassklassen: siehe Kapitel 11.1.5, Seite 214 «Einteilung nach Konsistenzklassen»
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Metallplatte
Hubhöhe (begrenzt auf 40 ± 1) mm
Oberer Stopper
Aufschlagplatte
Scharniere (aussen)
Markierung
Rahmen
Handgriff
Unterer Stopper
Fussraste
1
5
2
3
6
8
4
7
130 ± 2
9
Abb. 5.2.5: Ausbreitmass
200 ± 2
200 ± 2
Abb. 5.2.6: Setztrichter
50
Stahlblechdicke min. 1,5 mm
Abmessungen in Millimeter
10
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
Prinzip:
Diese Prüfung bestimmt die Konsistenz von Frischbeton, insbesondere selbstverdichtendem
Beton, durch Messen des Durchmessers von Beton, der auf einer horizontalen, flachen
Platte gelaufen ist. Der Frischbeton wird zunächst in eine kegelförmige Form gegossen.
Die Form ist daraufhin sorgfältig senkrecht nach oben wegzuziehen. Die Messung erfolgt
an der Stelle des grössten Durchmessers und im rechten Winkel dazu. Ein Ring mit einem
Durchmesser von 500 mm wird um den Plattenmittelpunkt gezeichnet. Die Zeit, die vom
Anheben des Kegels bis zum erstmaligen Kontakt zwischen fliessendem Beton und dem
Ring vergeht, ist die so genannte t500 -Zeit.
SN EN 12350-8
Abb. 5.2.7: Setzfliessversuch
Als alternative Vorgehensweise wird mitunter auch der Setztrichter invertiert. Dies erleichtert die
Arbeit, da die Form während des Einfüllens nicht gehalten werden muss.
Dieses Verfahren ist gut für Baustellen und Laboreinsätze geeignet, entspricht aber nicht der Norm.
Es können durch einen zentrisch aufgestellten Stahlring (J-Ring) mit zahnförmiger Bewehrung
zusätzlich Hindernisse eingebaut und dadurch das Fliessverhalten um eine Bewehrung simuliert
werden.
51
Eigenschaften
Prüfen der Konsistenz anhand des Setzfliessversuchs und von t500
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
Prüfung der Konsistenz im L-Kasten-Versuch (L-Box)
Prinzip:
Bei dieser Prüfung wird die Konsistenz von frischem selbstverdichtendem Beton durch
Messen des Betonflusses in einer L-Box ermittelt. Zunächst wird der Frischbeton in
den vertikalen Teil des L-förmigen Behälters gegossen. Nach Anheben des Schiebers
beginnt der Beton in den horizontalen Teil zu fliessen. Es werden die Höhe im senkrechten
Abschnitt und die Höhe am Ende des horizontalen Abschnitts gemessen. Das Verhältnis
dieser beiden Werte ist ein Mass für das Fliessvermögen oder die Blockierneigung von
selbstverdichtendem Beton.
Normalerweise finden zwei Varianten dieser Prüfung Anwendung: die Zweistab- und die
Dreistabprüfung. Letztere simuliert dichtere Bewehrungen.
SN EN 12350-10
100
Abmessungen
in Millimeter
200
Bewehrungsstahl 3 x Ø12
Zwischenraum 35 mm
600
H2
H1
200
700
Abb. 5.2.8: L-Kasten
52
150
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
Prinzip:
Bei dieser Prüfung wird die Konsistenz von frischem selbstverdichtendem Beton durch
Messen des Betonflusses in einem V-Trichter ermittelt. Zunächst wird der Frischbeton in
den V-Trichter gegossen. Nach Öffnen des Schiebers fliesst der Beton aus dem V-Trichter.
Die gemessene Zeit vom Öffnen des Schiebers bis zur Entleerung des V-Trichters wird als
Auslauftrichter-Fliesszeit protokolliert. Dieser Test dient zum Beschreiben der Viskosität
und Füllfähigkeit von selbstverdichtendem Beton.
SN EN 12350-9
515 ±2
75 ±1
425
425 ±2
150
150 ±2
Abmessungen in
Millimeter
65 ±1
Abb. 5.2.9: Auslauftrichter
53
Eigenschaften
Prüfung der Konsistenz mittels Auslauftrichter (V-Trichter)
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
Prüfung der Sedimentationsstabilität durch Siebversuch
Prinzip:
Dieser Test dient zur Ermittlung der Widerstandsfähigkeit von frischem
selbstverdichtendem Beton gegen Entmischung. Eine Probe von ca. 10 Litern muss
genommen und 15 Minuten lang stehen gelassen werden. Nach Ablauf dieser Zeit wird der
selbstverdichtende Beton aus einer Höhe von ca. 50 cm auf ein Sieb gegossen. In einem
Vorgang sind ca. 4,8 kg auf das Sieb zu giessen.
SN EN 12350-11
1
1
2
3
1
3
2
3
2
Abdeckung
Beton
Probebehälter
3
3
500±50
500±50
Abb. 5.2.10: Probenbehälter und Abdeckung
4
4
5
5
6
6
3
4
5
6
Probebehälter
Sieb
Auffangbehälter
Wage
Abb. 5.2.11: Messung der Entmischung
Die Entmischung SR wird mit der folgenden Gleichung berechnet und auf 1 % gerundet.
SR =
(mps – mp) x 100
mc
[5.2.2]
wobei gilt:
SR Entmischung [%]
mps Masse des Auffangbehälters plus durch das Sieb gegangenes Material [g]
mp Masse des Auffangbehälters [g]
mc Anfängliche Masse des auf das Sieb gegebenen Betons [g]
54
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
5.3 Sommerbeton
Beim Einbringen und während der Verarbeitung darf der Frischbeton, ohne besondere
Schutzmassnahmen, nicht wärmer als +30 °C sein.
Problematik
Bei Lufttemperaturen ab 25 °C können Arbeiten mit unverzögertem Beton problematisch werden.
„„ Hydratation ist die chemische Reaktion des Zements mit Wasser. Sie beginnt sofort mit dem
Kontakt und führt über das Ansteifen zum Erstarren (Abbindebeginn) und schliesslich zum
Erhärten des Zementleims.
„„ Jede chemische Reaktion wird bei einer Temperaturerhöhung beschleunigt.
Durch zu frühes Ansteifen ist das Einbringen von Beton nicht mehr möglich. Übliche
Gegenmassnahmen sind die Verwendung von verzögernden Fliessmitteln oder von Fliessmitteln in
Kombination mit einem Abbindeverzögerer.
Verzögerungsbegriffe und Dosiertabellen
Verzögerungsziel: Verlängerung der Verarbeitbarkeitszeit bei einer bestimmten Temperatur.
Verarbeitbarkeitszeit: Die Zeit, während der der Beton nach dem Mischen einwandfrei vibrierbar ist.
Freie Verzögerung: Der Abbindebeginn setzt erst nach einer bestimmten Zeit mit Sicherheit ein.
Gezielte Verzögerung: Der Abbindebeginn setzt zu einem bestimmten Zeitpunkt ein.
Sicherheit ergibt sich nur durch Vorversuche!
Tabelle 5.3.1: Massgebende Temperaturen für Bauteile
Bauteil und Verzögerung
Massgebende Temperatur
Massige Betonquerschnitte
Frischbetontemperatur
Kleine Betonquerschnitte
Lufttemperatur bei der Einbaustelle
Bei massigen Betonquerschnitten mit langer Verzögerung und kleinen Betonquerschnitten mit kurzer
Verzögerung ist die jeweils höhere Temperatur (Frischbeton- oder Lufttemperatur) massgebend.
55
Eigenschaften
Bei hohen Temperaturen ist das Betonieren nur gestattet, wenn besondere Schutzmassnahmen
getroffen worden sind. Diese müssen vom Beginn der Betonherstellung bis zur Beendigung
der Nachbehandlung eingehalten werden. Sie sind abhängig von der Aussentemperatur, der
Luftfeuchtigkeit, den Windverhältnissen, der Frischbetontemperatur, Wärmeentwicklung und
Wärmeabfuhr sowie den Bauteilabmessungen. So sollte der Beton beispielsweise während des
Transports vor Austrocknen geschützt werden.
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
Dosiertabelle für Beton mit freier Verzögerung.
Die Verzögerung ist stark abhängig vom Zementtyp.
Tabelle 5.3.2: Dosierung von Sika® Retarder in % Zementgewicht
Verzögerung
Betontemperatur
[h]
10 °C
15 °C
20 °C
25 °C
30 °C
35 °C
3
0,1
0,1
0,2
0,3
0,3
0,5
4
0,2
0,2
0,3
0,4
0,4
0,6
6
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,8
8
0,3
0,4
0,5
0,6
0,8
1,0
10
0,4
0,5
0,6
0,8
1,0
1,3
12
0,4
0,6
0,8
0,9
1,2
1,5
14
0,5
0,7
0,9
1,1
1,3
1,8
16
0,5
0,8
1,0
1,2
1,5
18
0,6
0,9
1,1
1,4
1,7
20
0,7
1,0
1,2
1,6
24
0,8
1,1
1,5
1,8
28
1,0
1,3
1,8
32
1.2
1.5
36
1.5
1.8
40
1.8
Die Angaben in dieser Tabelle stammen aus Laborergebnissen und beziehen sich auf
einen spezifischen Zementtyp und stellen daher nur Richtwerte dar. Vorversuche sind in
jedem Fall zwingend notwendig. Die Dosierungen beziehen sich auf Beton mit 300 kg
CEM I 42.5 N und w/z = 0,50.
Für erdfeuchten Beton sollte die Dosierung um ca. 20 % erhöht werden.
Für trockenen oder lose gelagerten Beton sollte die Dosierung verdoppelt werden.
56
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
Einflussfaktoren
Verschiedene Faktoren beeinflussen die Verzögerung:
Einfluss der Temperatur
„„ Temperaturerhöhungen verkürzen, Temperaturabnahmen verlängern die Verzögerung.
Eigenschaften
Faustregel
„„ Jedes Grad unter 20 °C verlängert die Verzögerungszeit um ca. 1 Stunde.
„„ Jedes Grad über 20 °C verkürzt die Verzögerung um 0,5 Stunden.
Zur Sicherheit: Vorversuche!
Einfluss des Wasserzementwerts
Eine Zementdosierung von 300 kg/m³ und eine Sika® Retarder-Dosierung von 1% zeigen:
„„ Eine Erhöhung des w/z-Werts um 0,01 bewirkt eine zusätzliche Verzögerung um ca. eine
halbe Stunde
Kombination mit Fliessmittel
„„ Mit einem nichtverzögernden Fliessmittel zeigt Sika® Retarder eine geringfügige
Verlängerung der Verzögerung.
„„ Mit einem verzögernden Fliessmittel bewirkt Sika® Retarder eine längere (kumulierte)
Verzögerung.
Bei wichtigen Bauvorhaben sind in jedem Fall Vorversuche durchzuführen.
Einfluss von Zement
Der Hydratationsverlauf verschiedener Zemente kann, bedingt durch die unterschiedlichen
Rohstoffe und die Mahlfeinheit, schwanken. Demzufolge ist auch der Verzögerungseffekt solchen
Schwankungen unterworfen, welche vor allem bei Dosierungen ab 0,8 % gross ausfallen können.
Tendenziell gilt:
„„ Reine, feine Portlandzemente: verminderter Verzögerungseffekt
„„ Gröbere Zemente und einige Mischzemente: verstärkter Verzögerungseffekt
Zur Sicherheit: Vorversuche! Bei Verzögererdosierungen ab 0,8 % immer Vorversuche!
Einfluss des Betonvolumens
Wird ein ganzes Betonbauteil verzögert, hat das Volumen keinen Einfluss auf den
Verzögerungseffekt. Bei Abbindebeginn eines benachbarten Bauteils (z.B. bei Nachtverzögerung
in einer Decke) ändert sich in der Kontaktzone zum verzögerten nächsten Teil die massgebende
Temperatur (sie steigt), was eine Abnahme des Verzögerungseffekts nach sich zieht.
57
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
Merkmale des verzögerten Betons
„„ Erhärtung
Setzt die Erhärtung nach Abklingen der Verzögerung ein, verläuft sie schneller als bei
unverzögertem Beton.
„„ Schwinden/Kriechen
Die Endschwind- bzw. -kriechmasse ist gegenüber unverzögertem Beton reduziert.
„„ Frühschwinden
Durch Wasserentzug während der Verzögerungszeit (Oberflächenverdunstung) können sich
Schrumpfrisse infolge Frühschwindens bilden. Schutz vor Wasserentzug bei verzögertem
Beton ist äusserst wichtig! Eine korrekte Nachbehandlung ist unerlässlich!
Beispiele von Betonieretappen mit Verzögerung
1. Nachtverzögerung
„„ Fundamentplatten
„„ Decken, Träger usw.
Gegen Ende des normalen Betonierverlaufs an einem Tag werden drei Streifen von je ca. 1,20 m
Breite mit zunehmender Verzögerung eingebaut.
1. Streifen: 1/3 der Hauptdosierung
2. Streifen: 2/3 der Hauptdosierung
3. Streifen: Hauptdosierung aus Tabelle oder Vorversuchsergebnissen
Einstellen der Arbeiten über Nacht.
Wiederaufnahme der Arbeiten am nächsten Morgen:
1. Streifen (neben dem 3. Streifen des Vortags) wird mit 1/3 der Hauptdosierung verzögert.
2. Verzögerung mit gleichzeitigem Abbindebeginn
Dies kommt beispielsweise bei grossen Brückenfahrbahnen, Bodenplatten usw. zur Anwendung.
Wichtige Vorarbeiten sind:
„„ genaues Betonierprogramm mit Ingenieur und Unternehmer festlegen.
„„ darauf basierend Feldereinteilung vornehmen und Zeitplan erstellen.
„„ Ziel: Alle Felder binden gleichzeitig ab.
„„ Mit den ermittelten Zeiten kann aufgrund von Vorversuchen und genauen Temperaturangaben
die Dosierung für die einzelnen Felder festgelegt werden.
58
Vorversuche
Für Vorversuche kommt ausschliesslich die für die verzögerte Etappe vorgesehene
Betonzusammensetzung in Frage:
„„ Gleicher w/z-Wert und gleicher Zementtyp mit gleicher Dosierung
Die Vibrierbarkeitsgrenzen sollten an mehreren Betonproben pro Dosierung (in Kesseln mit je
mindestens 20 Litern) auf der Baustelle und unter möglichst ähnlichen Temperaturbedingungen,
wie sie beim Einbringen herrschen, geprüft werden.
Vorgehen:
„„ Verzögererdosierung anhand der Tabelle bestimmen
„„ mindestens 5 Kessel mit dieser Betonmischung füllen
„„ 2 Stunden vor angenommenem Abbindebeginn den Inhalt des ersten Kessels vibrieren
„„ jede weitere Stunde einen weiteren Kessel vibrieren (jeder Kesselinhalt wird nur einmal vibriert)
„„ Lässt sich der Inhalt eines Kessels nicht mehr vibrieren, hat der Abbindevorgang begonnen.
„„ ermittelte Zeiten notieren und untersuchen, ob diese Zeiten mit den Prognosen (laut Tabelle)
übereinstimmen
„„ bei zu grossen Abweichungen Versuch mit angepasster Dosierung neu ansetzen.
Massnahmen für verzögerten Beton
Die Schalung
Erstmalig verwendete Holzschalungen können, vor allem in Astlochbereichen, durch
Holzzuckereinwirkung unschöne Fleckenbildung, Absanden usw. bewirken.
Stark saugende, ungenügend vorgenässte und mangelhaft mit Trennmittel versehene
Holzschalungen entziehen der Betonoberfläche übermässig viel Wasser. Absanden und Abstauben
sind die Folge. Diese Schäden werden bei verzögertem Beton verstärkt, da die negative
Beeinflussung länger andauert. Eine fachgerecht vorbereitete und korrekt mit Sika® Separol®
behandelte Holzschalung ergibt auch bei verzögertem Beton schöne und saubere Oberflächen.
Verdichten und Nachbehandlung
Verzögerter Beton muss verdichtet werden. Die folgende Etappe (z.B. am nächsten Morgen) wird
zusammen mit der „alten Schicht“ vibriert. Verzögerte Flächen werden zusammen verdichtet und
endbearbeitet. Die Nachbehandlung ist äusserst wichtig, damit der verzögerte, verdichtete und
nunmehr ruhende Beton möglichst wenig Feuchtigkeit verliert.
Die geeignetsten Methoden für verzögerte Flächen (Böden u. ä.) sind:
„„ Abdecken mit Plastikfolie oder isolierenden Matten
Bei verzögerten Flächen, die nochmals zu vibrieren sind:
„„ Vollständiges Einpacken in Plastikfolie oder feuchter Jute. Schutz vor Zugluft. Weiteres Wässern
der Oberfläche (d.h. Beschlagen) kann zu Auswaschungen führen.
59
Eigenschaften
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
5.4 Winterbeton
Erhärtungsbeschleunigung/Winterbeton
Während des Transports ist der Beton vor Regen und Frost zu schützen. Bei Frost ist das
Betonieren nur dann zulässig, wenn besondere Schutzmassnahmen getroffen wurden. Diese
müssen vom Beginn der Betonherstellung bis zur Beendigung der Nachbehandlung eingehalten
werden. Sie sind abhängig von der Aussentemperatur, der Luftfeuchtigkeit, den Windverhältnissen,
der Frischbetontemperatur, Wärmeentwicklung und Wärmeabfuhr sowie den Abmessungen
des Betonbauteils. Beim Einbringen und während der Verarbeitung darf der Frischbeton ohne
besondere Schutzmassnahmen nicht kälter als +5 °C sein. Das Anmachwasser und die
Zuschlagstoffe sind bei Bedarf vorzuwärmen.
Problemstellung
Niedrige Temperaturen verzögern das Abbinden des Zements. Bei Temperaturen von unter
-10 °C kommen die chemischen Vorgänge im Zement zum Stillstand (setzen bei Erwärmung
jedoch wieder ein). Gefährliche Situationen entstehen, wenn Beton während des Abbindens
gefriert, d.h. keine bestimmte Mindestfestigkeit besitzt. Es entstehen Gefügelockerungen mit
entsprechendem Festigkeits- und Qualitätsverlust. Erfahrungsgemäss liegt die Mindestfestigkeit,
bei der Beton einmaliges Gefrieren schadlos übersteht, die sogenannte Gefrierfestigkeit bei
10 N/mm². Hauptziel muss sein, diese Gefrierfestigkeit so rasch wie möglich zu erreichen.
Die Temperatur T von Frischbeton kann mit folgender Gleichung abgeschätzt werden:
Tmischung =
z · cz · Tz + a · ca · Ta + w · cw · Tw + wa · cw · Ta
z · cz + a · ca + (w + wa ) · cw
[°C]
[5.4.1]
z Zementgehalt [kg/m³]
cc spezifische Wärme des Zements
a Gesteinskörnung [kg/m³]
0,72 bis 0,92 kJ/(kg∙K)
w Zugabewasser [kg/m³]
ca spezifische Wärme der Gesteinskörnung
wa Wasser in der Gesteinskörnung als Quarz 0,80
kJ/(kg∙K)
Oberflächen- und Kernfeuchte [kg/m³] Kalkstein
0,85 bis 0,92 kJ/(kg∙K)
Tz Zementtemperatur [°C] Granit
0,75 bis 0,85 kJ/(kg∙K)
Ta Temperatur der Gesteinskörnung [°C] Basalt
0,71 bis 1,05 kJ/(kg∙K)
Tw Wassertemperatur [°C]
cw spezifische Wärme von Wasser 4,19 kJ/(kg∙K)
60
50
40
30
20
10
15
10
0
-10
Frischbetontemperatur [°C]
30
25
20
5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Eigenschaften
Temperatur von Gesteinskörnung und Zement [°C]
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
100
Wassertemperatur [°C]
Abb. 5.4.1: Frischbetontemperatur
Massnahmen
1. Mindesttemperatur
Nach SN EN 206-1 darf die Frischbetontemperatur während des Einbringens +5 °C nicht
unterschreiten. (Für dünne, feingliedrige Bauteile und Umgebungstemperaturen von -3 °C und
tiefer verlangt die Norm eine Frischbetontemperatur von +10 °C, die 3 Tage aufrechterhalten
werden muss!) Diese Mindesttemperaturen sind wichtig, damit überhaupt ein Abbinden
stattfinden kann. Der Beton ist während des Transports und nach dem Einbringen vor
Wärmeverlust zu schützen.
2. Reduktion des w/z-Werts
Ein möglichst niedriger Wassergehalt führt zu raschem Ansteigen der Frühfestigkeit. Daneben
ist generell weniger Feuchtigkeit vorhanden, die gefrieren könnte. Fliessmittel führen bei
gleichbleibend guter Verarbeitbarkeit zu einem niedrigen w/z-Wert.
3. Erhärtungsbeschleunigung
Durch den Einsatz von SikaRapid® wird bei hohen Anforderungen an die Frühfestigkeit eine
maximale Beschleunigung der Erhärtung erzielt.
Tabelle 5.4.1: Dauer bis zum Erreichen von 10 N/mm2 bei 0 °C in Tagen [d]
Zeit in Tagen
Kontrollmischung
mit 1% SikaRapid®-1
CEM I 300 kg/m³
w/c = 0,40
4d
1d
CEM I 300 kg/m³
w/c = 0,50
8d
2d
Beton
(Sika MPL)
61
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
4. Verwendung von CEM I 52.5
Es ist bekannt, dass feiner gemahlene, hochwertige Zemente eine schnellere Zunahme
der Frühfestigkeit ergeben. Mit Fliessmitteln wird bei niedrigem w/z-Wert eine optimale
Verarbeitbarkeit gewährleistet.
Schutzmassnahmen auf der Baustelle
1. Kein Betonieren an oder auf gefrorenem Altbeton.
2. Die Temperatur des Bewehrungsstahls muss höher als 0 °C sein.
3. Beton rasch verarbeiten und sofort vor Wärmeverlust und Verdunstung schützen (so wichtig
wie im Sommer!). Am besten eignen sich hierfür Wärmedämmmatten.
4. Bei Decken: Schalung ggf. von unten beheizen
5. Luft-/Umgebungs- und Betontemperatur sowie Festigkeitsverlauf (z.B. mit Prellhammer)
regelmässig kontrollieren
6. Ausrüst- und Ausschalzeiten verlängern!
Beispiel
für eine Aussentemperatur von -5 °C und eine Frischbetontemperatur von 11 °C
Bauteil
Absinken der Betontemperatur auf +5 °C innerhalb von
Betondecke
d = 12 cm
auf Holzschalung
ca. 4 Stunden
ohne Wärmedämmmatten
ca. 16 Stunden
mit Wärmedämmmatten
Fazit: Wintermassnahmen müssen von allen Beteiligten frühzeitig geplant und organisiert werden.
62
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
5.5 Frischbetonluftgehalt
Bestimmung des Luftgehalts
Eigenschaften
Es gibt zwei Prüfverfahren, bei denen Geräte verwendet werden, die nach dem gleichen Prinzip
funktionieren (Boyle-Mariotte-Gesetz): das Wassersäulen- und das Druckausgleichsverfahren.
Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf das Druckausgleichsverfahren, da dieses
häufiger angewendet wird.
Prinzip:
Ein bekanntes Luftvolumen wird bei bekanntem Druck in eine dicht verschlossene
Kammer mit dem unbekannten Luftvolumen in der Betonprobe ausgeglichen. Dabei ist
die Skalenteilung des Manometers für den resultierenden Druck auf den prozentualen
Luftgehalt der Betonprobe kalibriert.
SN EN 12350-7
1
2
3
4
Pumpe
Ventil B
Ventil A
Ausdehnröhren für Überprüfung
während der Kalibrierung
5 Hauptventil
6 Druckmesser
7 Luftablassventil
8 Luftkammer
9 Klemmverschluss
10 Behälter
Behälter von Druckmessgeräten für Beton weisen normalerweise ein Füllvolumen von 8 Litern
auf. Die Verdichtung kann mittels Innenrüttler oder Rütteltisch erfolgen. Bei Verwendung von
Innenrüttlern ist darauf zu achten, dass künstlich eingeführte Luftporen nicht durch Übervibrieren
ausgetrieben werden.
Für Beton, der mit Leichtzuschlag, luftgekühlter Hochofenschlacke oder Zuschlagstoffen mit
hoher Porosität hergestellt wurde, eignet sich keines der beiden Verfahren.
63
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
5.6 Frischbetonrohdichte
Bestimmung der Frischbetonrohdichte
Prinzip:
Der Frischbeton wird in einem biegesteifen und wasserdichten Behälter verdichtet und
danach gewogen.
SN EN 12350-6
Die kleinste Abmessung des Behälters muss mindestens das Vierfache der maximalen
Nenngrösse des Grobzuschlags des Betons betragen, darf jedoch nicht kleiner als 150 mm sein.
Das Volumen des Behälters muss mindestens 5 Liter betragen. Rand und Boden müssen parallel
sein.
(Gut bewährt haben sich Luftporen-Messtöpfe mit einem Inhalt von 8 Litern.)
Die Verdichtung des Betons erfolgt mechanisch durch Innenrüttler oder Rütteltisch oder manuell
mit Stab oder Stampfer.
p
=
mt – mTopf
vTopf
· 1000
[kg/m3]
wobei gilt:
p
Frischbetonrohdichte [kg/m3]
Gesamtgewicht [kg]
mt
mTopf Gewicht des Luftporen-Messtopfs [kg]
vTopf
Volumen des Luftporen-Messtopfs [L]
64
[5.6.1]
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
5.7 Frischbetontemperatur
„„ Beim Einbringen und während der Verarbeitung sollte die Frischbetontemperatur nicht unter
+5 °C absinken.
„„ Der junge Beton ist vor Frost zu schützen. Die Gefrierbeständigkeit ist erfahrungsgemäss bei
einer Druckfestigkeit von ca. 10 N/mm² erreicht.
„„ Andererseits können zu hohe Betontemperaturen zu Schwierigkeiten beim Einbringen und zu
Beeinträchtigungen bestimmter Festbetoneigenschaften führen. Um dies zu vermeiden, sollte
die Frischbetontemperatur beim Einbringen und während der Verarbeitung nicht über 30 °C
ansteigen.
Vorkehrungen bei niedrigen Temperaturen
ÖÖ siehe Winterbeton bei kalten Umgebungstemperaturverhältnissen
Vorkehrungen bei hohen Temperaturen
ÖÖ siehe Sommerbeton bei warmen Umgebungstemperaturverhältnissen
65
Eigenschaften
Damit der Frischbeton ausreichend schnell
erhärtet und ggf. im Frühstadium bei
Frost keinen Schaden erleidet, sollte die
Frischbetontemperatur nicht zu niedrig sein.
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
5.8 Kohäsion und Bluten
Die Homogenität und die Kohäsion des
Betons sind ausschlaggebende Faktoren
für einfach zu handhabenden und
dauerhaften Beton. Bei unzureichendem
innerem Zusammenhaltevermögen und/
oder ungenügender Homogenität können
Separation, Bluten und Störungen im Bauteil
auftreten, und die Struktur des Betons wird
geschädigt.
Kohäsion
Wie können Zusammenhaltevermögen und Homogenität verbessert werden?
„„ Überprüfen der Mischung hinsichtlich des Gehalts von Zementleim und Feinanteilen
„„ Anpassen der Siebkurve für die Gesteinskörnung
„„ Erhöhung der Feinanteile (Mehlkorn + Feinsand)
„„ Niedrige Wasser-Zement-Zielwerte bei gleichzeitiger weicher/flüssiger Konsistenz
 Sika® ViscoCrete® -Technologie
„„ Verwendung von Zusatzmitteln mit Wasser bindender/Viskosität modifizierneder Wirkung
 SikaPump®/ Sika® Stabilizer
„„ Einsatz eines Luftporenbildners  Sika® Fro-V
Mangelhaftes Zusammenhaltevermögen bzw. mangelhafte Homogenität führt zu
„„ Separation des Betons
„„ Entmischung des Betons
„„ Störungen der Betonstruktur und Schäden im Bauteil
„„ Behinderung beim Einbringen des Betons
66
5. Eigenschaften von Frischbeton und Tests
Bluten
Bluten ist das Abscheiden von Wasser an der
Oberfläche, hervorgerufen durch Separation
des Betons. Dies tritt häufig bei Mangel
an Feinanteilen in der Gesteinskörnung
und bei zementarmen oder wasserreichen
Mischungen auf.
Eigenschaften
Ursachen für Bluten
„„ Mangel an Feinanteilen in der Gesteinskörnung
„„ Mischungen mit geringem Zementgehalt
„„ Mischungen mit hohem Wassergehalt
„„ Mischungen mit geringem Feinanteilgehalt
„„ Schwankungen bei der Rohstoffdosierung infolge unsachgemässer Chargierung
„„ Fliessmittelüberdosierung
Folgen
„„ Unregelmässige, abgesandete poröse Betonoberflächen
„„ Wolkenbildung an der Betonoberfläche
„„ Ungenügende Beständigkeit der Betonoberfläche gegen Umwelteinflüsse
und mechanischen Verschleiss
Vermindern des Blutens
„„ Optimieren der Siebkurve
„„ Reduktion des Wassergehalts
„„ Einsatz eines Viskositätsmodifizierers (VMA)
„„ Erhöhung des Bindemittelgehaltes
67
6. Anwendung von Beton
6.1 Kranbeton
Kranbeton ist Baustellen- oder Transportbeton,
der mit Kran und Kübel eingebracht wird.
Diese Anwendung ist weit verbreitet und
erfordert keine spezielle Betonrezeptur.
Tatsächlich können alle Betonarten mit dieser
Methode eingebaut werden, sobald der Beton
eine Mindestkonsistenz aufweist.
Die Vielseitigkeit dieser Anwendungsmethode
und die Tatsache, dass keine spezielle Betonrezeptur erforderlich ist, sind die Hauptvorteile.
Daher sind Kranbetonanwendungen äusserst wirtschaftlich. Zudem handelt es sich um einen
einfachen Betoneinbau, denn sobald ein Kran auf der Baustelle vorhanden ist, kann der
Unternehmer jede Art von Beton mit dem Kübel einbringen.
Nahezu alle Betonarten lassen sich auf diese Weise einbauen, wie zum Beispiel
„„ Beton mit geringer Fliessfähigkeit bis zu selbstverdichtendem Beton
„„ Beton mit geringer bis hoher Festigkeit
„„ Jede Art von Beton hinsichtlich Expositionsklasse und Anforderungen an die Dauerhaftigkeit
Ausserdem hat diese Betoneinbaumethode keinen Einfluss auf die Frisch- und
Festbetoneigenschaften wie zum Beispiel Luftporengehalt oder Endfestigkeit.
Die Methode des Einbringens des Betons durch den Kran und Kübel hat Beschränkungen
hinsichtlich der Menge an Beton, die in einem bestimmten Zeitraum eingebracht werden kann.
68
6. Anwendung von Beton
Wenn grössere Mengen Beton einzubauen sind, ist es ungünstig, wenn man über eine begrenzte
Kübelkapazität verfügt, da der Beton nur schrittweise transportiert werden kann.
Aufgrund der Tatsache, dass fast alle Betonarten in Bezug auf Frisch- und Festbetoneigenschaften
durch Kran und Kübel eingebracht werden können, lassen sich viele verschiedene Sika
Betonzusatzmittel anwenden.
Anwendung
Grosse Fallhöhen während des Einbringens sind zu vermeiden. Insbesondere bei Sichtbeton,
Beton mit hoher Fliessfähigkeit und selbstverdichtendem Beton. Grosse Fallhöhen können zu
einer Entmischung des Frischbetons führen. Daher ist in solchen Fällen der Einsatz eines
Füllrohrs notwendig.
69
6. Anwendung von Beton
6.2 Pumpbeton
Pumpbeton wird für viele verschiedene
Anforderungen und Anwendungen eingesetzt.
Damit der Beton ohne Entmischungen
gepumpt werden kann und es zu keinem
Verstopfen der Leitungen kommt, ist eine
angepasste Betonrezeptur notwendig.
Pumpbeton bietet den Vorteil hoher
Einbauarten und einer hohen Flexibilität
seitens der Baustelle.
Zusammensetzung
„„ Gesteinskörnung
-- Max. Korndurchmesser < 1/3 des Rohrleitungsdurchmessers
-- Der Feinmörtel der Pumpmischung muss einen guten Zusammenhalt aufweisen, um eine
Entmischung des Betons während des Pumpens zu vermeiden.
Tabelle 6.2.1: Standardwerte für Feinanteilgehalt (Gehalt an Material < 0,125 mm) nach SN EN 206-1
Max. Korngrösse
8 mm
16 mm
32 mm
Feinanteil
450 kg/m³
400 kg/m³
350 kg/m³
Tabelle 6.2.2: Sika Empfehlung für Feinanteilgehalt
Max. Korngrösse
Runde Gesteinskörnung
Gebrochene Gesteinskörnung
8 mm
500 kg/m³
525 kg/m³
16 mm
425 kg/m³
450 kg/m³
32 mm
375 kg/m³
400 kg/m³
Siebkurve: Pumpbeton sollte wenn möglich aus unterschiedlichen einzelnen Sand- und
Gesteinskorngrössen zusammengesetzt sein. Dabei ist auf eine kontinuierlich abgestufte
Siebkurve zu achten. Der Anteil 4 – 8 mm sollte gering gehalten werden. Auf eine Ausfallkörnung
aber ist zu verzichten.
70
6. Anwendung von Beton
100
90
Obere Grenzwerte gemäss SN EN 480-1
Untere Grenzwerte gemäss SN EN 480-1
Korngrössenverteilung der Mischung
80
Siebdurchgang [M - %]
70
60
50
Bereich optimaler Siebkurven
für Pumpbeton
40
30
20
0
0,063
0,125
0,25
0,5
1
2
4
8
16
31,5
Sieböffnung in mm
Abb. 6.2.1: Optimale Siebkurve für Pumpbeton
„„ Zementgehalt
Tabelle 6.2.3: Sika Empfehlung für Zementgehalt
Max. Korngrösse
Runde Gesteinskörnung
Gebrochene Gesteinskörnung
8 mm
380 kg/m³
420 kg/m³
16 mm
330 kg/m³
360 kg/m³
32 mm
300 kg/m³
330 kg/m³
„„ Wasserzementwert (w/z)
Zu hoher Wassergehalt führt bei der Pumpförderung zu Entmischungen und Wasserabsonderungen,
was zu Stopfern führen kann. Der Wassergehalt sollte stets durch die Verwendung von Fliessmittel
reduziert werden.
Verarbeitbarkeit
Der Frischbeton sollte eine weiche Konsistenz mit gutem Zusammenhalt aufweisen. Idealerweise
wird die Konsistenz des Pumpbetons mit dem Ausbreitmass oder dem Verdichtungsmass bestimmt.
71
Anwendung
10
6. Anwendung von Beton
„„ Frischbetonkonsistenz
Prüfmethode
Konsistenzklasse
Messgrösse
Verdichtungsmass
C2 – C3
1,04 – 1,25
Ausbreitmass
F3 – F4
42 – 55 cm
Pumpmittel
Ungünstige Gesteinskörnungen, schwankende Ausgangsstoffe, grosse Förderdistanzen oder hohe
Einbauleistungen erfordern eine Pumphilfe. Damit werden die Rohrreibungswiderstände reduziert,
der Materialverschleiss an Pumpe und Rohrmaterial wird vermindert und die Förderleistung erhöht.
„„ Pumpleitungen
-- Durchmesser von 80 bis 200 mm (üblicherweise 100 und 125 mm Durchmesser)
-- Je kleiner der Durchmesser, desto anspruchsvoller die Pumpförderung (Oberfläche/Querschnitt)
-- Die Kupplungen müssen dicht schliessen, um Verlust an Druck und Zementleim zu vermeiden
-- Die ersten Meter sind möglichst horizontal und ohne Krümmungen zu verlegen, insbesondere
vor nachfolgenden Steigleitungen
-- Im Sommer sind die Leitungen vor starker Sonneneinstrahlung zu schützen
„„ Schmiermischungen
Die Schmiermischung soll die Rohrinnenwände mit einer feinanteilreichen Schicht überziehen und
so von Beginn an leichtes Pumpen ermöglichen.
-- Konventionelle Rezeptur: Mörtel 0 – 4 mm, Zementgehalt wie bei der nachfolgenden
Betonqualität oder eine geringfügig höhere Menge je nach Durchmesser und Leitungslänge
-- Verwendung von SikaPump® Start-1
„„ Einfluss des Luftgehalts auf den Beton
Frost-Tausalz-beständiger Beton, der Mikroluftporen enthält, lässt sich gut pumpen, wenn der
Luftgehalt < 5 % bleibt, da sich bei höherem Luftgehalt eine «Federwirkung» einstellen kann.
72
6. Anwendung von Beton
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete
Sikament®
Fliessmittel
Wasserreduktion, gesteigerte Festigkeit und
Dichtigkeit mit Sicherstellung der Konsistenz
(Verarbeitbarkeit) und Pumpbarkeit
SikaFume®
Silikastaub
Hohe Festigkeit, gesteigerte Dichtigkeit,
verbesserte Pumpbarkeit
SikaPump®
Pumphilfe
Unterstützt die Förderung schwieriger Zuschläge
und schützt das Equipment vor übermässigem
Verschleiss
Sika® Stabilizer
Viskositätsmodifizierer
Unterstützt die Förderung schwieriger Zuschläge
und schützt das Equipment vor übermässigem
Verschleiss
SikaPump® Start-1
Anpumphilfe
Erzeugt einen Gleitfilm auf den Rohrwandungen
und ersetzt damit eine konventionelle
Schmiermischung
®
®
73
Anwendung
Sika Produkteinsatz
6. Anwendung von Beton
6.3 Selbstverdichtender Beton (SVB/SCC)
Selbstverdichtender Beton (SVB/SCC) ist ein
innovativer Beton, der kein Vibrieren für Einbau
und Verdichtung erfordert. Er fliesst unter
seinem eigenen Gewicht, füllt die Schalung
komplett aus und erreicht eine vollständige
Verdichtung, sogar bei dichter Bewehrung. Der
Festbeton ist dicht, homogen und weist die
gleichen Konstruktionseigenschaften und die
gleiche Dauerhaftigkeit wie konventioneller, mit
Vibrieren verdichteter Beton auf.
Der selbstverdichtende Beton weist im Vergleich zu konventionellem Beton, aufgrund eines
höheren Bindemittelgehalts und einer optimierten Siebkurve, einen höheren Feinanteilgehalt
auf. Diese Anpassungen, kombiniert mit speziell abgestimmten Fliessmitteln, erzeugen ein
einzigartiges Fliessvermögen und Eigenverdichtungsverhalten.
Ergänzend zu konventionellen Betonanwendungen eröffnen sich mit selbstverdichtendem Beton
neue Möglichkeiten:
„„ Einsatz bei engmaschiger Bewehrung
„„ Bei anspruchsvollen geometrischen Formen
„„ Bei geringen Bauteilstärken
„„ Generell wo ein Verdichten des Betons erschwert wird
„„ Bei Anforderungen an ein gleichmässiges Betongefüge
„„ Bei hohen Einbauleistungen
„„ Zur Reduktion der Lärmbelastung (Vibrieren eliminieren oder reduzieren)
„„ Zur Reduktion der gesundheitlichen Belastung (Vibrationssyndrom)
74
6. Anwendung von Beton
Zusammensetzung
„„ Gesteinskörnung
Bevorzugt werden kleinere Maximalkörnungen von ca. 12 bis 20 mm verwendet. Grundsätzlich
sind aber alle Körnungen möglich.
Kornfraktion
SCC 0/8 mm
SCC 0/16 mm
SCC 0/32 mm
0/4 mm
60 %
53 %
45 %
4/8 mm
40 %
15 %
15 %
8/16 mm
-
32 %
15 %
16/32 mm
-
-
25 %
Anwendung
Beispiel Korngrössenverteilung
Feinanteilgehalt ≤ 0,125 mm (Zement, Zusatzstoffe und Feinanteile)
SCC 0/4 mm
≥ 650 kg/m³
SCC 0/8 mm
≥ 550 kg/m³
SCC 0/16 mm
≥ 500 kg/m³
SCC 0/32 mm
≥ 475 kg/m³
75
6. Anwendung von Beton
„„ Bindemittelgehalt
Aufgrund des Feinanteilgehalts lassen sich, abhängig von der geforderten Betonqualität und dem
maximalen Korndurchmesser, folgende Bindemittelgehalte festlegen:
Zement und Zusatzstoffe (Summe)
SCC 0/4 mm
550 – 600 kg/m³
SCC 0/8 mm
450 – 500 kg/m³
SCC 0/16 mm
400 – 450 kg/m³
SCC 0/32 mm
375 – 425 kg/m³
„„ Wassergehalt
Der Wassergehalt im selbstverdichtenden Beton richtet sich nach den Qualitätsanforderungen
des Betons und kann folgendermassen umschrieben werden:
Wassergehalt
> 200 l/m³
niedrige Betonqualität
180 bis 200 l/m³
Standardbetonqualität
< 180 l/m³
hohe Betonqualität
„„ Betonzusatzmittel
Um die Frischbetoneigenschaften von selbstverdichtendem Beton zu gewährleisten, muss
unbedingt ein leistungsstarkes Fliessmittel auf der Basis von Polycarboxylatether (PCE) wie zum
Beispiel die Sika® ViscoCrete®-Technologie verwendet werden. Auf diese Weise können der
Wassergehalt niedrig gehalten und Homogenität sowie Viskosität eingestellt werden.
76
6. Anwendung von Beton
Einbau von selbstverdichtendem Beton
„„ Schalung
Die Schalungen für selbstverdichtenden Beton müssen sauber und dicht sein. Die
Schalungsdrücke sind gegenüber vibriertem Beton erhöht. Der Schalungsdruck ist abhängig vom
Fliess- und Ansteifverhalten des Betons, der Einbaugeschwindigkeit und dem Einfüllpunkt. Für
die Schalungsdimensionierung sollte generell der volle hydrostatische Druck des Betons
verwendet werden.
Anwendung
„„ Einbringmethode
Selbstverdichtender Beton wird auf die gleiche Weise eingebracht wie konventioneller Beton.
Auch selbstverdichtender Beton soll nicht über grosse Einfüllhöhen frei fallen gelassen werden.
Sehr gute Resultate bezüglich Verfüllmöglichkeiten und Oberflächenaspekt werden durch den
Einbau mittels einem Schlagschieber von unten oder durch Füllrohre erreicht, die unter die
Betonoberfläche reichen.
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete
Fliessmittel
Gesteigerte Festigkeit und Dichtigkeit
Starke Wasserreduktion
Unterstützt Eigenverdichtungsverhalten
SikaFume®
Silikastaub
Hohe Festigkeit, gesteigerte Dichtigkeit
Unterstützt die Qualität der eingeführten
Luftporen
Sika® Stabilizer
Viskositätsmodifizierer (VMA)
Steigert die Kohäsion und stabilisiert den
Beton Feinanteilersatz
Sika® Antisol®
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
®
®
77
6. Anwendung von Beton
6.4 Beton für Verkehrsflächen
Der Beton für Verkehrsflächen kennt eine
Vielzahl von Anwendungen und wird aufgrund
seiner Dauerhaftigkeit und weiterer Vorteile oft
als Alternative zu Schwarzbelägen eingebaut.
Hier sind die Normen des VSS zu beachten.
Die Anwendungsgebiete von Beton für
Verkehrsflächen:
„„ Konventioneller Strassenbau
„„ Betonkreisel
„„ Bushaltestellen
„„ Flugpisten
Bei der Verwendung des Baustoffs Beton für die genannten Anwendungen dient der Betonbelag
gleichzeitig als Trag- und Verschleissschicht. Um die Anforderungen an beide Schichten zu
erfüllen, muss der Beton folgende Eigenschaften aufweisen:
„„ Hohe Biegezugfestigkeit
„„ Frost-Tausalz-Beständigkeit, abhängig von Klima und erwarteter Exposition
„„ Gute Griffigkeit
„„ Geringer Abrieb
Die Zusammensetzung ist für das Erreichen der gewünschten Anforderungen von zentraler
Bedeutung. Die Kriterien bei der Auswahl der einzelnen Komponenten sind folgende:
„„ Gesteinskörnung
-- Verwendung von feinanteilarmen Mischungen
-- Verwendung einer ausgewogenen Siebkurve
-- Gebrochenes oder teilweise gebrochenes Korn erhöht die Griffigkeit und Biegezugfestigkeit
„„ Zement
-- Dosierung 300 – 350 kg/m³, meist Portlandzement
„„ Zusatzstoffe
-- Silikastaub für den Einsatz bei hoch beanspruchten Verkehrsflächen oder zur Erhöhung
der Dauerhaftigkeit
78
6. Anwendung von Beton
-- Erhöhung der Griffigkeit durch nachträgliches Einstreuen von Siliciumcarbit oder Hartsplitt
Da es sich bei Beton für Verkehrsflächen um einen Spezialbeton handelt, sollte folgenden
Punkten besondere Beachtung geschenkt werden:
-- Der Einbau erfolgt bei grossflächigen Anwendungen oft mit Fertigern
-- Die Konsistenz muss dem Maschinentyp angepasst werden
-- Verbesserung der Griffigkeit durch Querrillen, Besenstrich oder Waschbetonoberflächen
-- Eine intensive Nachbehandlung ist unerlässlich
Anwendung
Um die erforderliche Griffigkeit und Rauheit zu gewährleisten, eignet sich ein systemischer
Ansatz durch Anwendung eines Oberflächenverzögerers bzw. Nachbehandlungsmittels. Im Fall
des Strassenbaus wird dies in der Regel mit einem speziellen Anhänger und anschliessendem
Ausbürsten der Oberfläche zu einem bestimmten Zeitpunkt nach dem Betoneinbau durchgeführt.
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete
Sikament®
Fliessmittel
Wasserreduktion, verbesserte Druck- und
Biegezugfestigkeit, verbesserte Konsistenz
SikaFume®
Silikastaub
Hohe Festigkeit, gesteigerte Dichtigkeit
Sika Fro-V
Luftporenbildner
Einführung von Luftporen zur Sicherstellung der
Frost-Tausalz-Beständigkeit
SikaRapid®-1
Erhärtungsbeschleuniger
Steuern des Erhärtungsprozesses
Sika® Retarder
Abbindeverzögerer
Steuern des Abbindeprozesses
Sika Antisol
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
Nachbehandlungsmittel/
Oberflächenverzögerer
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen und
Oberflächenverzögerung, um ein einfaches
Ausbürsten der Oberfläche und erzielen einer
Waschbetonoberfläche zu ermöglichen
®
®
®
®
®
Sika Rugasol ST
®
®
79
6. Anwendung von Beton
6.5 Massenbeton
Unter Massenbeton werden Bauteile mit
grossen Bauteilstärken (> 80 cm) verstanden.
Oft weisen solche Bauteile auch grosse
Volumen auf. Das bedeutet, dass in der Regel
grosse Betonvolumen in kurzer Zeit eingebaut
werden müssen. Dies erfordert eine äusserst
gute Planung und rationelle Abläufe.
Massenbeton wird eingesetzt für:
„„ Fundamente mit grossen Belastungen
„„ Fundamente zur Auftriebssicherung
„„ Massivwände (Beispiel Strahlenschutz)
Bei solchen massigen Konstruktionen treten folgende Hauptprobleme auf:
„„ Hohe Temperaturunterschiede zwischen innen und aussen während des Abbindens
„„ Sehr hohe Maximaltemperaturen
„„ Beim Austrocknen von aussen nach innen treten hohe Unterschiede in der Feuchtigkeit und
daher auch behindertes Schwinden auf
„„ Nachsetzen (Absetzen) des Betons und damit Spaltrisse über den oberen Bewehrungsanlagen
und Absacken unter den Bewehrungsstäben
Risiken:
Alle diese Probleme können zu Rissen und Gefügestörungen führen:
Sogenannte Schalenrisse können auftreten, wenn der Temperaturunterschied aussen/innen
grösser als 15 °C ist oder wenn die äusseren Schichten sich durch Austrocknen zusammenziehen.
Schalenrisse sind in der Regel nur wenige Zentimeter tief und können sich später wieder
schliessen.
Massnahmen:
„„ Niedriger Zementgehalt und Zemente mit geringer Wärmeentwicklung verwenden
„„ Möglichst grosses Grösstkorn (z.B. 0 – 50 mm statt 0 – 32 mm)
„„ Ggf. Kühlung der Gesteinskörnungen, um eine niedrigere Ausgangstemperatur des
Frischbetons zu erreichen
„„ Beton in Schichten einbauen (Schichtstärke < 80 cm)
„„ Durch Verzögerung der unteren Schichten sicherstellen, dass nach dem Einbau der obersten
Schicht der ganze Querschnitt nachverdichtet werden kann
80
6. Anwendung von Beton
„„ Nachbehandlung durch wärmedämmende Massnahmen
„„ Richtige Einteilung von Fugen und Betonierabschnitten, um Wärmeableitung und
Temperaturbewegungen zu ermöglichen
Dienstag,
14 Mai
Montag,
13 Mai
Sonntag,
12 Mai
Samstag,
11 Mai
Freitag,
10 Mai
Donnerstag,
9 Mai
Temperature development in mass concrete
60
40
Anwendung
Temperaturen in °C
50
30
20
10
0
6 12 18 24 6 12 18 24 6 12 18 24 6 12 18 24 6 12 18 24 6 12 18 24 6
Messzeitraum in Tagen
Messung an oberer Bewehrung
Kerntemperatur des Elements
Messung an unterer Bewehrung
Lufttemperatur 10 cm über Bauteil
Abb. 6.5.1: Messung der Hydratationswärme in einer 160 cm starken, in drei Schichten eingebauten
Bodenplatte auf drei Tiefen
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika® ViscoCrete®
Sikament®
Fliessmittel
Starke Wasserreduktion, gewährleistete
Verarbeitbarkeit und Pumpbarkeit
Sika® Retarder
Verzögerer
Steuern des Abbindeprozesses
Sika Antisol
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
®
®
81
6. Anwendung von Beton
6.6 Monobeton Industrieböden
Monobeton wird für den Bau von beständigen
und ebenen Betonböden oder -decken
verwendet. Diese Betonböden zeichnen sich
durch eine hohe Qualität, Dauerhaftigkeit und
Wirtschaftlichkeit aus.
Monobeton muss als ein bauliches Konzept
betrachtet werden, das mit der Planung
beginnt und mit der Nutzung endet. Die Wahl
des richtigen Betons stellt nur einen Baustein
darin dar.
Zusammensetzung
Je nach Anforderungen (wasserfester Beton, frostbeständiger Beton usw.) und Beanspruchung
(Hochregallager, Stahlrollen usw.) muss die Betonrezeptur angepasst werden.
Einbau
Der Einbau erfolgt durch normales Einbringen und normale Verdichtung mit Tauchrüttler, das
Abziehen mit Vibrationsbalken. Nach dem Einsetzen des Ansteifprozesses wird die Oberfläche mit
Flügelglättern endbearbeitet.
Nachbehandlung
Die Nachbehandlung muss so früh wie möglich beginnen und sollte ausreichend lange beibehalten
werden. Vorzugsweise durch Aufsprühen von Sika® Antisol® (nachfolgende Beschichtung
abklären!) oder Abdecken mit Matten oder Folie.
Hinweise
„„ Bei der Ausführung von Monobetonplatten ist ein möglicher Einsatz von Fasern zu prüfen.
„„ Um die Oberfläche zu vergüten, empfiehlt sich die Verwendung von Sikafloor®-Einstreustoffen,
die bei der Endbearbeitung auf die Oberfläche gestreut werden. Bei tiefen w/z-Werten (≤0,45) ist
der zusätzliche Wasseranspruch der Einstreustoffe zu berücksichtigen.
„„ Die Wahl eines geeigneten Fliessmittels ist äusserst wichtig. Verarbeitbarkeitszeit,
Ansteifverhalten und Abbinden des Betons müssen die Anforderungen der Baustelle erfüllen,
da die Endbearbeitung mit Flügelglättern entsprechend zeitlich abzustimmen ist. Es sollten
im Voraus Eignungsversuche stattfinden, insbesondere mit Fliessmitteln, die eine verlängerte
Offenzeit bieten.
82
6. Anwendung von Beton
Sika Empfehlung:
Gesteinskörnungen
„„ Gebrochene oder runde Gesteinskörnungen sind geeignet
„„ Die Maximale Korngrösse richtet sich nach den Anforderungen an den Frischbeton
„„ Die Siebkurve muss der Art des Einbringens angepasst werden
Anwendung
Zement und Feinanteile
„„ Der Mindestzementgehalt richtet sich nach den angestrebten Expositions- und
Festigkeitsklassen nach SN EN 206-1; ca. 300 bis 350 kg/m³
„„ Zementarten CEM I oder CEM II empfohlen
„„ Mindestmenge an Feinanteilen ca. 425 bis 450 kg/m³
Wasser
„„ Der w/z-Wert muss den Anforderungen der angestrebten Expositionsklasse nach
SN EN 206-1 angepasst sein
„„ Bei einem w/z-Wert unter 0,45 sollte auf den Einsatz von Einstreustoffen verzichtet werden
„„ Im Winter heisses Wasser in der Mischung verwenden (max. 50 °C)
„„ Keine zusätzliche Wasserbeigabe auf der Baustelle
Zusatzmittel
„„ Geeignete PCE-basierte Fliessmittel sollten in enger Zusammenarbeit mit dem
Zusatzmittellieferanten ausgewählt werden
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete -3210
Sikament®-210
Sikament®-212 S
Fliessmittel
Gesteigerte Festigkeit und Dichtigkeit
Gute Verarbeitbarkeit
Gutes Ansteifverhalten
SikaRapid®
Erhärtungsbeschleuniger
Steuerung des Erhärtungsprozesses
Sikafloor®Einstreustoffe
Mineralische,
synthetische und
metallische Sorten
Verbesserter Abrieb
Möglichkeit der Farbgebung
Sikafloor®-ProSeal
Nachbehandlungsund Erhärtungsmittel
zur Abdichtung von
Oberflächen
Verminderter Wasserverlust
Unterstützt Erhärtung und Nachbehandlung,
dichtet die Oberfläche ab
Sika® Antisol®
Nachbehandlungsmittel
Verminderter Wasserverlust
®
®
83
6. Anwendung von Beton
6.7 Walzbeton (RCC)
Walzbeton (roller-compacted concrete, RCC)
ist aus den gleichen Bestandteilen wie
konventioneller Beton zusammengesetzt
(Zement, Zusatzmittel, Sand, Kies, Wasser und
mineralische Zusatzstoffe), aber er wird mit
Fertigern eingebracht und mit Vibrowalzen
verdichtet. Walzbeton wird für den Bau von
Dämmen, grossen Flächen (Parkplätze) und zur
Strassenstabilisierung verwendet, wobei der
Dammbau das wichtigste Anwendungsgebiet
darstellt.
Technologie
Eines der wichtigsten Merkmale von Walzbeton ist sein erdfeuchtes Erscheinungsbild. Dies ist
auf den geringen Zement- und Wassergehalt dieser Betonart zurückzuführen. Walzbetone für
Dämme mit dem niedrigsten Zementgehalt weisen zwischen 60 und 100 kg/m³ zementöses
Material auf; RCC mit einem hohen Gehalt an zementösem Material erreicht bis zu 220 kg/m³.
Was die Gesteinskörnungen angeht, so weisen Walzbeton-Mischungen ein Grösstkorn von bis zu
120 mm auf. Andererseits hat diese besondere Betonsorte einen hohen Feinanteilgehalt von über
10 % des Trockengewichts der Gesteinskörnungen.
Festigkeit und Dichte
In den meisten Fällen entwickelt Walzbeton mit einem reduzierten w/z-Wert keine höhere
Druckfestigkeit. Der entscheidende Faktor für die Festigkeitsentwicklung ist die Verdichtbarkeit
des Materials, da es mit schweren Maschinen in einem Rüttelpressverfahren verdichtet werden
muss. Als Folge ergibt sich ein optimaler Feuchtigkeitsgehalt, durch den eine höhere Dichte und
somit höhere Festigkeitswerte erzielt werden.
Walzbetonrezeptur
Beim Konzipieren von Walzbeton ist die Druckfestigkeit nicht der Hauptaspekt – für die Rezeptur
ist die Scher- oder direkte Zugfestigkeit entscheidend. Allgemein liegt das Augenmerk bei der
Rezeptur auf Folgendem:
„„ Annäherung an bestimmte granulometrische Kurven bei Minimierung der benötigten Menge
an zementösem Material
84
6. Anwendung von Beton
„„ Bestimmung des optimalen Feuchtigkeitsgehalts durch Maximaldichtetests
„„ Gewährleistung des Mindestzementleimvolumens
Bindung der verschiedenen Schichten
Walzbeton wird in Schichten eingebaut (in der Regel 15 – 45 cm) und mit Rüttelpressmaschinen
(4 – 8 Durchgänge) verdichtet, was zu speziellen Erwägungen in Bezug auf die ausreichende
Bindung zwischen diesen Schichten führt. Es werden zwei Verfahren angewendet:
Anwendung
Hot joint method – Die nachfolgende Schicht wird eingebaut und verdichtet, bevor die vorherige
Schicht ihren Erstarrungspunkt erreicht hat. Bei dieser Methode muss der Erstarrungspunkt
des Betons in Tests evaluiert werden. Es handelt sich um die wirtschaftlichste und schnellste
Methode mit hohen Einbauleistungen.
Cold joint method – zu verwenden, wenn die Baubedingungen die Hot-Joint-Methode nicht
zulassen. Die Betonoberfläche muss vorbehandelt werden, um die Bindung zu erhöhen.
Anschliessend wird ein Bindemörtel oder eine Betonschicht mit hoher Fliessfähigkeit eingebaut
und danach kann die nächste Walzbeton-Schicht eingebracht werden.
2,26
2
2,24
12
2
2,22
10
2
2,20
8
2
2,18
6
2
2,16
2
2,14
4
0
2
2,12
Druckfestigkeit
Dichte
2
4%
5%
6%
7%
8%
Feuchtigkeit[%]
Dichte [g/cm³]
Druckfestigkeit [MPa] nach 7 Tagen
14
2
2,10
9%
10%
2,08
Abb. 6.7.1:
Laborergebnisse (Stancy Dam)
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sikament®
Betonverflüssiger
Erhöhte Verdichtbarkeit und Dauerhaftigkeit,
sichere Verarbeitbarkeit
Sika®Fro-V
Luftporenbildner
Frost- und Frost-Tausalz-Beständigkeit
85
6. Anwendung von Beton
6.8 Gleitbeton
Bei der Gleitschalungsbauweise wird die
Schalung synchron mit dem Betoniervorgang
kontinuierlich im 24-Stunden-Betrieb
nachgezogen. Die Schalung, inklusive der
Arbeitsbühne und der innen oder beidseitig
angebrachten Hängegerüste, ist dabei an
in der Wandmitte stehenden Kletterstangen
befestigt. Über die ölhydraulisch betriebenen
Heber wird die Schalung stündlich um ca. 15
bis 30 cm angehoben, je nach Temperatur.
Die im oberen Teil in Rohrhülsen stehenden Kletterstangen stützen sich auf den schon erhärteten
Beton ab. Stangen und Hülsen werden ebenfalls kontinuierlich hochgezogen. Die Arbeiten
werden praktisch ausschliesslich von bewährten Spezialfirmen ausgeführt.
Gleitbauausführungen sind rasch und rationell. Das Verfahren eignet sich besonders für einfache,
gleichbleibende Grundrisse und hohe Bauten, wie zum Beispiel:
„„ Hochregallager, Silos
„„ Turm- und Kaminbauten
„„ Schachtbauten
Da die Höhe der Schalung in der Grössenordnung von 1,20 m liegt, heisst das, dass bei einer
Stundenleistung von 15 bis 30 cm der darunter liegende Beton 4 bis 8 Stunden alt ist und eine
solche Festigkeit aufweisen muss, dass er sich selbst trägt (Grünstandfestigkeit). Andererseits
darf er noch nicht so weit abgebunden haben, dass Teile davon an der hochziehenden Schalung
kleben bleiben („abreissen“). Voraussetzung für problemloses Gleiten ist das Betonieren in
gleicher Höhe und im selben Zeitraum sowie gleichzeitiges Erstarren dieser Schichten. Die
Temperatur hat deshalb einen grossen Einfluss, zusammen mit einem optimalen w/z-Wert.
Speziell zu beachten ist, dass Wandstärken unter 15 cm problematisch werden können
(Abreissen, Verankerungen der Kletterstangen usw.). Die frisch „ausgeschalten“ Flächen sollen
möglichst vor Wind, Sonne usw. geschützt werden.
86
6. Anwendung von Beton
Sika Empfehlungen
„„ Gesteinskörnung
-- 0 – 32 mm oder 0 – 16 mm bei enger Bewehrung
-- Obwohl es sich bei Gleitbeton vorwiegend um Kranbeton handelt, sollte der Feinanteilgehalt
einem Pumpbeton entsprechen.
„„ Zement
-- mind. 300 kg/m³
-- CEM I 42.5 bei dichter Bewehrung und grossen Abmessungen, CEM I 52.5 bei kleineren
Abmessungen (Türme, Kamine)
Anwendung
Verarbeitbarkeit
Zur optimalen Verarbeitung hat sich ein steifplastischer Beton mit einem Ausbreitmass von
35 – 40 cm und niedrigem Wassergehalt bewährt.
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete
Sikament®
Fliessmittel
Gesteigerte Festigkeit und Dichtigkeit
Starke Wasserreduktion
Gute Frühfestigkeitsentwicklung
SikaFume®
Silikastaub
Hohe Festigkeit, gesteigerte Dichtigkeit
Feinststoffanreicherung
Sika® Stabilizer
Viskositätsmodifizierer
(VMA)
Steigert die Kohäsion
Feinanteilersatz
Sika®Fro-V
Luftporenbildner
Einführung von Luftporen
Herstellung von Frost- und FrostTausalz-beständigem Gleitbeton
SikaRapid®
Erhärtungsbeschleuniger
Steuern des Erhärtungsprozesses von
Gleitbeton
®
®
Sika® Retarder
Verzögerer
Steuern des Abbindeprozesses von Gleitbeton
Sika® Separol®
Schalungstrennmittel
Trägt zu optisch einheitlichen und dauerhaften
Betonoberflächen bei
87
6. Anwendung von Beton
6.9 Spritzbeton
Spritzbeton ist ein Beton, der in einer
geschlossenen, überdruckfesten Schlauchund/oder Rohrleitung zur Einbaustelle
gefördert und dort durch Spritzen aufgetragen
und dabei verdichtet wird.
Anwendungsgebiete
Spritzbeton kommt in erster Linie in folgenden Gebieten zur Anwendung:
„„ Vortriebssicherung im Tunnelbau
„„ Fels- und Böschungssicherungen
„„ Hochwertiger Ausbauspritzbeton
„„ Sanierungen und Instandsetzungsarbeiten
Anforderungen an Qualitätsspritzbeton
„„ Hohe Frühfestigkeit und 28-Tage-Druckfestigkeit
„„ Spritzbarkeit von dicken Spritzschichten durch erhöhtes Zusammenhaltevermögen
„„ Hohe Wasserdichtigkeit
„„ Hohe Frost- und Tausalz-Beständigkeit
„„ Gute Haft-/Zugfestigkeit
88
6. Anwendung von Beton
Festigkeitsklassen (SN EN 14487-1)
Heute wird der Löwenanteil an Spritzbeton im Tunnelbau eingesetzt. Insbesondere beim Tiefbau
spielt die Frühfestigkeitsentwicklung eine zentrale Rolle. Spritzbeton sollte schnell und in dicken
Schichten aufgetragen werden, auch über Kopf. Als Ergebnis wird die Festigkeit von frisch
aufgetragenem Spritzbeton in drei Klassen unterteilt: J1, J2 und J3 (SN EN 14487).
100
5
Klasse
2
J3
Klasse
1
0,5
Anwendung
Druckfestigkeit [MPa]
20
10
J2
Klasse
J1
0,2
0,1
0
6
10
30
1
Minuten
2
3
Stunden
6
12
24
Zeit
Abb. 6.9.1: Frühfestigkeitsklassen von Spritzbeton nach SN EN 14487-1
Klasse J1: Spritzbeton der Klasse J1 kann in dünnen Schichten auf trockene Unterlagen
aufgetragen werden. Strukturelle Anforderungen sind bei dieser Art Spritzbeton in den ersten
Stunden nach dem Auftragen nicht zu erwarten.
Klasse J2: Spritzbeton der Klasse J2 wird dann angewendet, wenn in kurzer Zeit dickere
Schichten erreicht werden müssen. Diese Art Spritzbeton ist für Überkopf-Anwendungen und
selbst für schwierige Verhältnisse geeignet, z.B. im Fall von leichtem Wasserandrang und
unmittelbar nachfolgenden Arbeitsschritten wie Bohr- und Strahlarbeiten.
Klasse J3: Spritzbeton der Klasse J3 kommt bei hochfragilem Gestein oder starkem
Wasserandrang zum Einsatz. Aufgrund seines schnellen Erstarrens tritt beim Auftragen mehr
Staub und Rückprall auf, daher kommt Spritzbeton der Klasse J3 nur in besonderen Fällen zum
Einsatz.
89
6. Anwendung von Beton
Das Spritzverfahren
Nassspritzen
Beim Nassspritzen werden zwei Verfahren unterschieden: Die Dicht- und Dünnstromförderung.
Bei der Dichtstromförderung wird mit einer Spritzbetonpumpe der Ausgangsbeton im
Dichtstrom bis zur Düse gepumpt und mit Druckluft in einem Stromwandler an der Düse
aufgerissen und in Dünnstrom gewandelt. Der Beschleuniger wird in der Regel kurz vor dem
Stromwandler in die Druckluft gegeben. Dadurch wird eine optimale Benetzung des Spritzbetons
mit Beschleuniger erzielt.
Bei der Dünnstromförderung wird das gleiche Ausgangsgemisch durch die Rotormaschine, wie
beim Trockenspritzen, mit Druckluft in Flugförderung gefördert. Der Beschleuniger wird über eine
separate Düse mit zusätzlicher Druckluft beigegeben.
Beide Verfahren, die Dicht- wie auch die Dünnstromförderung, erfordern, wenn an den
applizierten Spritzbeton identische Anforderungen gestellt werden, dieselbe Ausgangsmischung
bezüglich Granulometrie, w/z-Wert, Zusatzmittel, Zusatzstoffe und Zementgehalt.
Rezepturbeispiel für 1 m³ Nassspritzbeton
Nassspritzbeton 0 – 8 mm, Spritzbetonklasse C 30/37, CEM I 42.5
Zement
400 kg
127 l
Zuschläge:
60 % Sand 0 – 4 mm (trocken)
1031 kg
385 l
Zuschläge:
40 % Kies 4 – 8 mm (trocken)
687 kg
256 l
192 kg
192 l
Anmachwasser (w/z = 0,48)
(einschl. Wassergehalt der Gesteinskörnung)
Luftporen (4,0 %)
1 % ≙ 10 l in 1 m³
40 l
Spritzbeton
Raumgewicht pro m³
1000 l
2310 kg
Zusatzmittel
Fliessmittel:
Sika® ViscoCrete® SC, Dosierung 1,0 %
Alkalifreier Beschleuniger: Sigunit®-L AF, Dosierung 4 – 7 %
1 m³ Nassspritzbeton ergibt 0,90 – 0,94 m³ Festmaterial an der Wand.
90
6. Anwendung von Beton
Produkte für Spritzbeton
Sika® ViscoCrete® SC – Fliessmittel mit verlängerter Offenzeit
Fliessmittel für Spritzbeton unterscheiden sich von traditionellen Betonverflüssigern/Fliessmitteln.
Sie unterliegen den folgenden Zusatzanforderungen:
„„ Gute Pumpbarkeit bei niedrigem w/z-Wert
„„ Verlängerte Verarbeitungszeit/Setzmasszeit
„„ Kombinierbarkeit mit dem gewählten Beschleuniger zur Unterstützung der
Festigkeitsentwicklung
Anwendung
Sigunit® – Spritzbetonbeschleuniger
Sorgt für schnelles Erstarren des Spritzbetons und beschleunigt die Festigkeitsentwicklung
während der ersten Stunden.
Sigunit®-L AFflüssiger, alkalifreier Beschleuniger
SikaFume® – Silikastaub
Das SiO2 im Silikastaub wird mit Kalziumhydroxid im Beton in zusätzliches Kalzium-SilikatHydrat umgewandelt. Dadurch wird die Zementsteinmatrix dichter, härter und beständiger.
Ohne den Zusatz von Silikastaub können die heutigen Anforderungen an Spritzbeton, wie
Wasserdichtigkeit und Sulfatbeständigkeit, kaum mehr erfüllt werden.
SikaTard® – Zusatzmittel zur Abbindeverzögerung
SikaTard® reguliert die Hydratation von Spritzbeton. Dies ermöglicht die nahezu beliebige
Verlängerung der Verarbeitungszeit von Spritzbeton, sodass frisch gemischter Spritzbeton
problemlos während eines benutzerdefinierten Zeitraums von wenigen Stunden bis zu
72 Stunden verarbeitet werden kann.
Genauere Informationen entnehmen Sie bitte dem
Sika Spritzbetonhandbuch.
www.sika.ch/spritzbetonhandbuch
91
6. Anwendung von Beton
6.10 Beton für die Vorfabrikation
Dieser Beton wird zur Herstellung von
vorgefertigten Elementen genutzt, die nach
der Erhärtung geliefert werden. Bei Beton,
der in der Fertigteilproduktion verwendet
wird, ist eine industrialisierte Betonproduktion
gefordert und demzufolge ein sauberes
Betonkonzept mit laufender Optimierung
unerlässlich.
Die folgenden Produktionsschritte stehen mit verschiedenen technischen Herausforderungen bei
der Vorfabrikation und dem endgültigen Aufbau der Fertigteile in Zusammenhang:
„„ Aufbau und Vorbereitung der Bewehrung
„„ Vorbereitung der Schalung – dichte Schalung und ordnungsgemässes Auftragen
des Trennmittels
„„ Betonherstellung – kosteneffiziente, den Normen und technischen Anforderungen
entsprechende Rezeptur
„„ Transport und Einbau von frischem Beton – ausreichende Setzmasszeit und hohe
Fliessfähigkeit für schnelle Anwendung
„„ Endbearbeitung der Betonoberfläche – keine Verzögerung bei der Herstellung und verbesserte
Endbearbeitungsergebnisse
„„ Nachbehandlung des Betons – frühestmögliche Anwendung eines Nachbehandlungsmittels und
reduziertes Hitze-/Dampferhärten des Betons
„„ Entfernen der Schalung – schnelle Frühfestigkeitsentwicklung für kurze Schalungszyklen
„„ Reparatur von Oberflächendefekten und -schäden – schnelle und einfache Anwendung von
geeigneten Reparaturmörteln oder -systemen
„„ Anwendung von Betonschutz – Verwendung von Imprägnierung zum Erreichen der
angestrebten Schutzziele
„„ Transport von vorgefertigten Betonelementen zur Baustelle
„„ Reparatur von Schäden, die beim Transport entstanden sind – schnelle und einfache
Anwendung von geeigneten Reparaturmörteln oder -systemen
„„ Aufbau von Bauteilen und Abdichtung von Fugen – langlebige Fugenabdichtung gemäss den
technischen Anforderungen
„„ Endgültiges Verfüllen von Lücken und Bindung/Verankerung von Einbaukomponenten
92
„„ Erstellen einer Betonrezeptur
Beim Erstellen einer Rezeptur müssen die Anforderungen an den Beton anhand der spezifischen
Bauteile, ihrer vorgesehenen Verwendung und Expositionsbedingungen definiert werden.
Folgende Parameter sind üblicherweise zu definieren:
-- Festigkeits- und Dauerhaftigkeitsanforderungen
-- Expositionsklassen
-- Optische Anforderungen
-- Maximaler Korndurchmesser
-- Einbringmethode und Einbauleistung
-- Betonkonsistenz
-- Allgemeine Randbedingungen (Temperatur usw.)
-- Umschlag des Betons, Einbringdistanzen
-- Festlegung der Prüfungen
-- Berücksichtigung elementspezifischer Parameter
-- Definition der Nachbehandlung
-- Festlegung der Rezeptur
„„ Nachbehandlungs- und Erhärtungsprozess des Betons
Da in der Vorfabrikation meist eine kontinuierliche Produktion stattfindet und demzufolge
kurze Intervalle in sämtlichen Produktionsphasen gefragt sind, kommt der Nachbehandlung
eine spezielle Bedeutung zu. Zeitersparnis ist der Hauptgrund für die Anwendung von Hitzeoder Dampferhärtung, welches beide hoch energieintensive Verfahren sind. Dennoch gewinnt
eine energieeffiziente und umweltfreundliche Produktion immer mehr an Bedeutung. Die
Entwicklung eines geeigneten Betonrezepturkonzepts, einschliesslich innovativer Fliessmittelund leistungsstarker Beschleunigertechnologien, ermöglicht einen insgesamt optimierten
Produktionsprozess, in dem der Energieverbrauch für Hitze- oder Dampferhärtung verringert
oder ganz umgangen werden kann.
-- Nachbehandlung bereits in die Betonrezeptur mit einbeziehen
-- Evtl. Einsatz von Dampferhärtung
-- Verhindern von Erschütterungen (nach dem Glätten)
-- Verwendung eines Nachbehandlungsmittels
-- Abdecken mit Folien oder Thermomatten
-- Bei Bedarf konstantes Benetzen, Nasshalten
-- Einhaltung der durch die Temperatur bedingten Nachbehandlungsdauer
Genauere Informationen zur Nachbehandlung im Kapitel 10.3 (Seite 196).
93
Anwendung
6. Anwendung von Beton
6. Anwendung von Beton
Verbesserte Erhärtung des Betons bei der Herstellung von Tunnelsegmenten
Bei der Herstellung von Tunnelsegmenten stellen sich gleichzeitig die Herausforderungen, eine
angegebene hohe Frühfestigkeit zu erreichen und höchste Dauerhaftigkeitsanforderungen zu
erfüllen. Normalerweise wird die Festigkeitsentwicklung durch den Einsatz von Hitze- oder
Dampferhärtung gesichert, was zu Problemen mit der Dauerhaftigkeit führen kann, sollte die
Kerntemperatur des Betons zu hoch liegen. Die Frühfestigkeit und Dauerhaftigkeit kann mit der
SikaRapid®-1 Technologie erhöht werden.
Exemplarische Erwärmungszyklen mit und ohne Anwendung von SikaRapid®-1 sowie die
daraus resultierenden Betontemperaturen mit den entsprechenden Frühfestigkeiten sind
in der nachstehenden Grafik dargestellt. Durch das Verwenden von SikaRapid®-1 wurde
der Erhärtungsprozess des Betons optimiert, mit dem Ergebnis, dass ungefähr 150 Minuten
Erwärmen umgangen wurden. Gleichzeitig wurden die Früh- und Spätfestigkeitsanforderungen
berücksichtigt. Des Weiteren wurde die Dauerhaftigkeit der Tunnelsegmente verbessert, indem
die Spitzentemperatur des Betons auf weniger als 60 °C begrenzt wurde.
150 min weniger Erwärmung
25 °C tiefere Betontemperatur
Beton Temperaturentwicklung [°C]
100
80
60
40
Erwärmung ohne SikaRapid®-1
Betontemperatur ohne SikaRapid®-1
Erwärmung mit SikaRapid®-1
Betontemperatur mit SikaRapid®-1
20
0
60
120
180
240
300
360
Zeit [min]
Abb. 6.10.1: Hitzeentwicklung und Entwicklung der Betontemperatur
Betondruckfestigkeit [MPa]
80
Ohne SikaRapid®-1 hergestellte Probekörper
40
25,8
Mit SikaRapid®-1 hergestellte Probekörper
(150 min. weniger Erwärmung)
25,4
20
0
94
62,6
62
60
Abb. 6.10.2: Vergleich der Druckfestigkeit
6 Stunden
28 Tagen
6 Stunden
28 Tagen
6. Anwendung von Beton
Tabelle 6.10.1: Für den gesamten Produktionsprozess von nassem Fertigbeton und den Aufbau von
vorgefertigten Betonelementen bietet Sika die folgenden Technologien:
Betonherstellung
Oberflächenaspekt
Reparatur und
Schutz
Abdichtung und
Bindung
Sikament®
Sika® Separol®
Sika® Antisol®
Sikaflex®
Sika® ViscoCrete®
Sika® Separol® W
Sikagard®
Sikadur®
SikaRapid®
Sika® Rugasol®
Sika® MonoTop®
Sika® AnchorFix®
Sika® Stabilizer
Sika® Colorcrete-G
SikaGrout®
SikaFume®
Anwendung
Sika® PerFin
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete
Fliessmittel
Gesteigerte Festigkeit und Dichtigkeit
Starke Wasserreduktion
Unterstützt Eigenverdichtungsverhalten
SikaFume®
Silikastaub
Hohe Festigkeit, gesteigerte Dichtigkeit
Unterstützt die Qualität der eingeführten
Luftporen
Sika® Stabilizer
Viskositätsbeeinflussendes
Mittel
Fördert die Kohäsion
Feinanteilersatz
Sika® Fro-V
Luftporenbildner
Einführung von Luftporen zur Herstellung von
Frost-Tausalz-beständigem Beton
Erhärtungsbeschleuniger
Steuern des Erhärtungsprozesses von Beton
Schalungstrennmittel
Qualitativ hochwertige Betonoberfläche ohne
Mängel
Sika® Antisol®
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
Sika Rugasol
Oberflächenverzögerer
Zur Herstellung ausgebürsteter/exponierter
Gesteinskörnungsoberflächen
Sika® PerFin®
Oberflächenverbesserer
Verbessert endbearbeitete Betonoberflächen
durch die Reduktion von Poren und Luftlöchern
®
®
SikaRapid®
Sika Separol
®
®
®
®
95
6. Anwendung von Beton
6.11 Tübbingbeton
Die heutigen modernen Tunnelbaumethoden
in wenig standfesten Gesteinen verlangen
sofort belastbare Auskleidungen des voll
ausgeweiteten Querschnitts.
Vorfabrizierte Betonformteile, die sogenannten
Tübbinge, übernehmen diese Aufgabe.
Herstellung
Aufgrund der grossen Anzahl und der hohen Gewichte (bis zu mehrere Tonnen pro Stück) werden
Tübbinge häufig in der Nähe des Tunnelportals in eigens eingerichteten Fabrikationsbetrieben
hergestellt. Sie müssen hohen Genauigkeitsanforderungen genügen. Schwere Stahlschalungen
sind deshalb die Regel. Da nach 5 – 6 Stunden ausgeschalt wird und der Beton demzufolge
eine Druckfestigkeit von > 15 N/mm² aufweisen muss, ist eine rasche Festigkeitsentwicklung
unerlässlich.
Mehrere Methoden führen zu einer hohen Frühfestigkeit. Beim sogenannten
Wärmerückstauverfahren wird der Beton während des Mischens auf 28 – 30 °C aufgewärmt
(durch heisses Wasser oder Dampf), in die Schalung eingebracht und endbearbeitet. Durch
anschliessenden ca. fünfstündigen Aufenthalt im Dampfkanal bei 50 – 60 °C wird die
notwendige Festigkeit zum Entfernen der Schalung erreicht.
Composition
„„ Gesteinskörnung
Normalerweise: 0 – 32 mm
„„ Zement
Zementgehalt 320 bis 350 kg/m³
CEM I 42.5 R oder 52.5 R
96
Einbau
„„ Die Frischbetonmischung neigt wegen der hohen Temperatur zu schnellem Ansteifen, was ein
fachgerechtes Verdichten und Endbearbeiten der Oberfläche erschwert.
„„ Durch die rasche und industrielle Verarbeitung kann die Frischbetonkonsistenz plastisch
eingestellt werden. Nur durch niedrige w/z-Werte wird die angestrebte Frühfestigkeit erreicht.
Es sind deshalb Wasserzementwerte von < 0,48 zu wählen.
Besondere Anforderungen
Die Nachbehandlung der frisch ausgeschalten Tübbinge muss mittels Abdecken oder Aufsprühen
eines Verdunstungsschutzes wie etwa Antisol® durchgeführt werden.
Für die gleichzeitige Sicherstellung einer hohen Dauerhaftigkeit unter variablen
Bodenbedingungen, kombiniert mit maximaler Nachbehandlung, werden die Tübbingoberflächen
häufiger gerade nach dem Ausschalen mittels einer speziellen Sikagard®-Schutzbeschichtung
vergütet. Auf diese Weise zusätzlich geschützt gegen chemischen Angriff werden höchst
dauerhafte Betonoberflächen erreicht.
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika® ViscoCrete®
Fliessmittel
Gesteigerte Festigkeit und Dichtigkeit
Verbesserte Konsistenz
SikaFume®
Silikastaub
Hohe Festigkeit, gesteigerte Dichtigkeit
Verbesserte Sulfatbeständigkeit
Sika® Fro-V
Luftporenbildner
Einführung von Luftporen, Herstellung von
Frost- und Frost-Tausalz-beständigem Beton
Erhärtungsbeschleuniger
Steuern des Erhärtungsprozesses von Beton
Schalungstrennmittel
Qualitativ hochwertige Betonoberfläche ohne
Mängel
SikaRapid®
Sika Separol
®
®
97
Anwendung
6. Anwendung von Beton
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
7.1 Anforderungen an Probekörper und Schalungen
SN EN 12390-1
Begriffe aus dieser Norm:
„„ Nennmass:
Das allgemein übliche Probekörpermass.
„„ Benanntes Mass:
Das vom Anwender der Norm aus dem
zum zulässigen Bereich der Nennmasse
ausgewählte und für die Berechnung
zugrunde gelegte Probekörpermass in mm
Zulässige Nennmasse, die zur Auswahl stehen (Werte in mm):
Würfel 1
Zylinder
2
Prismen 1 4
1
2
3
4
98
Kantenlänge
100
Durchmesser
100
Kantenlänge der
Stirnseite
100
150
113
3
200
250
300
150
200
250
300
150
200
250
300
Die benannten Masse dürfen sich nicht von den Nennmassen unterscheiden.
Die benannten Masse dürfen innerhalb von 10 % des Nennmasses gewählt werden.
Dies ergibt eine Lasteintragungsfläche von 10000 mm².
Die Länge L der Prismen muss ≥ 3,5 d betragen.
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
Zulässige Abweichungen bei Probekörpern
Zulässige Abweichungen
Würfel
Zylinder
Prismen
vom benannten Mass
± 0,5%
± 0,5%
± 0,5%
der benannten Masse zwischen der oberen Fläche und
der unteren (Grund)fläche
± 1,0%
der Ebenheit der Lasteintragungsflächen
± 0,0006 d
in mm
± 0,0006 d
in mm
von der Rechtwinkligkeit der Seiten, bezogen auf
die Grundfläche
± 0,5 mm
± 0,5 mm
± 1,0%
± 5%
Zulässige Geradheitsabweichung der Mantellinie von
Zylindern, die für Spaltprüfungen verwendet werden
± 0,2 mm
von der Geradheit der Fläche auf den Auflagern bei der
Verwendung für Biegeprüfungen
± 0,2 mm
von der Geradheit der Lasteintragungsfläche bei der
Verwendung für die Spaltzugfestigkeitsprüfung
± 0,2 mm
Eigenschaften
von der Höhe
± 0,5 mm
Schalungen
Diese müssen wasserdicht und nicht saugend sein. Fugen können mit geeignetem Material
geschlossen werden.
Kalibrierte Schalungen
Sie sind aus Stahl oder Hartguss als Referenzmaterial anzufertigen. Bei anderen Materialien
ist der Nachweis der langfristigen Vergleichbarkeit mit Stahl oder Hartguss zu erbringen.
Die zulässigen Massabweichungen für kalibrierte Schalungen sind kleiner als die vorstehend
beschriebenen.
99
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
Herstellung und Lagerung von Probekörpern *
* Hinweis: Es ist zu empfehlen, auch für andere Prüfungen als Festigkeitsprüfungen diese
Norm anzuwenden.
SN EN 12390-2
Hinweise zur Herstellung von Probekörpern
„„ Aufsatzrahmen:
Das Füllen der Schalungen kann durch einen Aufsatzrahmen erleichtert werden, die
Verwendung eines solchen ist aber freigestellt.
„„ Verdichtung:
Innenrüttler mit einer Mindestfrequenz von 120 Hz (7200 Schwingungen pro Minute).
(Flaschendurchmesser ≤ ¼ der kleinsten Abmessung des Probekörpers)
oder
Rütteltisch mit einer Mindestfrequenz von 40 Hz (2400 Schwingungen pro Minute).
oder
Stampfer, kreisförmig, aus Stahl x 16 mm, Länge ca. 600 mm, Ecken gerundet.
oder
Verdichtungsstab aus Stahl, quadratisch oder kreisförmig, ca. 25 × 25 mm, Länge ca. 380 mm.
„„ Entschalungsmittel:
Solche sind einzusetzen, um das Haften des Betons an der Schalung zu verhindern.
Hinweise zur Verdichtung
Bei Verdichtung durch Vibration ist vollständige Verdichtung erreicht, wenn keine grösseren
Luftblasen mehr an der Oberfläche erscheinen und die Oberfläche ein glänzendes, eher glattes
Erscheinungsbild zeigt. Übermässiges Vibrieren vermeiden (Freisetzen von Luftporen!).
Handverdichtung mit Stab oder Stampfer: Die Anzahl der Stösse pro Schicht ist stark
konsistenzabhängig, es soll jedoch mit mindestens 25 Stössen pro Schicht verdichtet werden.
Bezeichnung der Probekörper
Vor allem bei länger dauernden Lagerungen ist eine klare und dauerhafte Beschriftung der
entschalten Probekörper wichtig.
100
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
Lagerung der Probekörper
Die Probekörper müssen bei einer Temperatur von 20 (± 5) °C, in Ländern mit heissem Klima bei
25 (± 5) °C mindestens 16 Stunden, jedoch nicht länger als 3 Tage in der Form verbleiben. Dabei
sind sie vor Erschütterungen, klimatischen Schocks und vor dem Austrocknen zu schützen.
Nach dem Entfernen aus der Form sind die Prüfkörper bis zum Prüfbeginn bei einer Temperatur
von 20 (± 2) °C entweder in Wasser oder in einer Feuchtekammer mit einer relativen Luftfeuchte
von ≥ 95 % zu lagern.
(Im Streitfall ist die Wasserlagerung das Referenzverfahren.)
Anforderungen an Prüfmaschinen
SN EN 12390-4
Prinzip
Der Probekörper wird zwischen einer oberen, beweglichen (Kugelkalotte) und einer unteren
Druckplatte eingelegt und einer maximalen Druckkraft ausgesetzt bis zum Bruch.
Wichtige Hinweise
Die Probekörper müssen korrekt in Bezug auf die Belastungsebene ausgerichtet sein. Die untere
Druckplatte muss deshalb zum Beispiel mit Zentrierrillen ausgestattet sein.
Die Druckprüfmaschine wird nach dem Erstaufbau (oder nach einem erfolgten Abbau und
Wiederaufbau) im Rahmen der Prüfmittelüberwachung (gemäss dem Qualitätssicherungssystem)
oder einmal jährlich kalibriert. Dies kann auch notwendig werden nach Austausch eines
Maschinenteils, welches Auswirkungen auf die Prüfeigenschaften der Maschine hat.
101
Eigenschaften
Die Norm besteht zum grössten Teil aus Angaben maschinentechnischer Art: Druckplatten/
Kraftmessung/Kraftregelung/Krafteinleitung. Nähere Angaben siehe Norm.
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
7.2 Dichte
Dichte von Festbeton
Prinzip
Die Norm beschreibt ein Verfahren zur
Bestimmung der Rohdichte von Festbeton.
Die Rohdichte wird aus der Masse (Gewicht)
und dem Volumen berechnet, die anhand eines
Festbetonprobekörpers ermittelt werden.
Probekörper
Es sind Probekörper mit einem Mindestvolumen von 1 Liter erforderlich. Ist die Nenngrösse des
Zuschlag-Grösstkorns grösser als 25 mm, muss das Mindestvolumen des Probekörpers grösser
sein als 50 D3, dabei ist D die maximale Nenngröße des Grobzuschlags.
(Beispiel: Grösstkorn 32 mm verlangt ein Mindestvolumen von 1,64 Liter.)
Bestimmen der Masse
Die Norm unterscheidet drei Bedingungen, unter denen die Masse des Probekörpers bestimmt
werden kann:
„„ Wie angeliefert
„„ Wassergesättigt
„„ Im Wärmeschrank getrocknet
Bestimmen des Volumens
Die Norm unterscheidet drei Verfahren für die Bestimmung des Volumens eines Probekörpers:
„„ Durch Wasserverdrängung (Referenzverfahren)
„„ Durch Berechnung aus den gemessenen Ist-Massen
„„ Durch Berechnung aus überprüften angegebenen Massen (bei Würfeln)
Die Volumenbestimmung durch Wasserverdrängung ist das genaueste Verfahren und das einzige
Verfahren, mit dem Probekörper mit unregelmässiger Gestalt erfasst werden können.
Prüfmethoden z.B.
102
SN EN 12390-7
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
7.3 Druckfestigkeit
Druckfestigkeitsklassen nach SN EN 206-1
Eine wichtige Eigenschaft des Festbetons ist
die Druckfestigkeit. Man ermittelt sie durch
einen Druckversuch an eigens hergestellten
Probekörpern (Würfel oder Zylinder) oder an
Bohrkernen aus dem Gefüge.
Haupteinflussgrössen der Druckfestigkeit sind
die Zementart, der Wasserzementwert und der
Hydratationsgrad, der massgeblich von Dauer
und Art der durchgeführten Nachbehandlung
beeinflusst wird.
Eigenschaften
Die Betonfestigkeit ergibt sich somit aus der Festigkeit des Zementsteins, der Festigkeit
der Gesteinskörnung und der Haftung zwischen den beiden Komponenten sowie der
Nachbehandlung. Richtwerte für die Entwicklung der Druckfestigkeit können nachstehender
Tabelle entnommen werden.
Tabelle 7.3.1: Festigkeitsentwicklung von Beton (Richtwerte ¹)
Zementfestigkeitsklasse
Ständige
Lagerung
bei
3 Tage
[%]
7 Tage
[%]
28 Tage
[%]
90 Tage
[%]
180 Tage
[%]
32.5 N
+ 20 °C
+ 5 °C
30 ... 40
15 ... 30
50 ... 65
40 ... 60
100
90 ... 105
100 ... 125
115 ... 130
32.5 R; 42.5 N
+ 20 °C
+ 5 °C
50 ... 60
20 ... 35
65 ... 80
40 ... 60
100
75 ... 90
105 ... 115
110 ... 120
42.5 R; 52.5 N
+ 20 °C
+ 5 °C
70 ... 80
20 ... 35
80 ... 90
35 ... 50
100
60 ... 75
100 ... 105
105 ... 110
52.5 R
+ 20 °C
+ 5 °C
80 ... 90
15 ... 25
90 ... 95
25 ... 45
100
45 ... 60
100 ... 103
103 ... 105
1
Die 28-Tage-Betondruckfestigkeit bei ständiger 20 °C -Lagerung entspricht 100 %.
103
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
130
120
Ausgewählte 28-Tage
Zementdruckfestigkeit
32.5 N; 32.5 R 42,5 N/mm²
42.5 N; 42.5 R 52,5 N/mm²
52.5 N; 52.5 R 62,5 N/mm²
110
90
Hochfester Beton¹
80
70
50
42
32
42
R
40
N;
2.5
.5
;5
N
.5
60
52
Betondruckfestigkeit fc, dry, cube [N/mm²]
100
.5
.5
N;
30
R
32
.5
R
20
10
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
w/z-Wert
¹ Bei hochfestem Beton verliert der Einfluss der Zementnormdruckfestigkeit an Bedeutung.
Erläuterungen zum Diagramm:
fc, dry, cube: – Mittlere 28-Tage-Betondruckfestigkeit von 150-mm-Probewürfeln.
– Lagerung nach DIN 1048; 7 Tage unter Wasser, 21 Tage an der Luft.
Abb. 7.3.1: Zusammenhang zwischen Betondruckfestigkeit, Normfestigkeit des Zements und w/z-Wert
(in Anlehnung an Zement Taschenbuch 2000, Verein Deutscher Zementwerke, S. 274)
104
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
Frühfestigkeit
Unter Frühfestigkeit versteht man die Druckfestigkeit des Betons nach einem bestimmten
Zeitraum. Dieser benötigte Zeitraum hängt von der Anwendung ab. Im Allgemeinen erfolgt die
Anwendung innerhalb der ersten 24 Stunden nach der Herstellung.
Parameter, die die Frühfestigkeit von Beton beeinflussen
Parameter
Einflussgrösse
Zementtyp
+++
Zementgehalt
++
Zusatzmittel (SF/Schlacke/FA)
+/-
Wassergehalt
+
Verflüssiger/Fliessmittel
+/-
Beschleuniger
+++
Temperatur (Umgebung, Beton, Untergrund)
+++
Nachbehandlung
+/-
Gesteinskörnungen
+
Endfestigkeit
Nach Definition erreicht Beton seine Endfestigkeit nach 28 Tagen, obwohl die Druckfestigkeit im
Laufe der Zeit noch zunehmen kann (siehe Tabelle 7.3.1, Seite 103, Festigkeitsentwicklung von
Beton).
Parameter, die die Enddruckfestigkeit beeinflussen
Tabelle 7.3.3: Die Festigkeitsentwicklung hängt von den folgenden Parametern ab:
Parameter
Einflussgrösse
w/z-Wert:
+++
Zementtyp
++
Zusatzmittel (SF/Schlacke/FA)
++
Gesteinskörnungen
+
Der w/z-Wert ist derjenige Faktor, der die Festigkeitsentwicklung/Endfestigkeit und die
Wasserundurchlässigkeit/Dauerhaftigkeit von Beton entscheidend beeinflusst.
105
Eigenschaften
Tabelle 7.3.2: Die Festigkeitsentwicklung hängt von den folgenden Parametern ab:
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
Druckfestigkeit von Probekörpern
SN EN 12390-3
Gerät zur Prüfung: Druckprüfmaschine nach SN EN 12390-4.
Anforderungen an die Probekörper
Die Probekörper müssen Würfel oder Prismen sein. Sie haben bezüglich Massgenauigkeit
den Anforderungen von SN EN 12390-1 zu entsprechen. Sind die entsprechenden Toleranzen
überschritten, so sind die Proben auszusondern, abzugleichen oder nach Anhang B (normativ)
zu überprüfen. Anhang B macht Angaben zur Bestimmung der geometrischen Masse.
Zum Abgleichen wird eines der in Anhang A (normativ) beschriebenen Verfahren angewendet
(Sägen, Schleifen oder Aufbringen eines Ausgleichsmaterials)
Würfelproben sind senkrecht zur erfolgten Einfüllrichtung (beim Herstellen der Würfel) zu prüfen.
Am Prüfende muss der sogenannte Bruchtyp beurteilt werden. Ist er ungewöhnlich, muss er
zusammen mit der Typennummer festgehalten werden.
Abb. 7.3.2: Normale Bruchbilder
(Bilder aus der Norm)
Zerbersten
Abb. 7.3.3: Ungewöhnliche Bruchbilder
(Bilder aus der Norm)
S
1
2
S
3
S
4
S
5
S
6
S
S
7
S = Spannungsriss
106
8
9
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
Zerstörungsfreie Prüfung der Druckfestigkeit
SN EN 12504-2 (Betonprüfhammer)
Ein vom Instrumentenhersteller genanntes Verhältnis zwischen Rückprallwert und Betonfestigkeit
sollte nur dazu verwendet werden, Anhaltspunkte für die relative Betonfestigkeit an verschiedenen
Stellen in einem Gefüge zu gewinnen. Um mit diesem Prüfverfahren die Festigkeit zu schätzen,
muss bei einer bestimmten Betonrezeptur und einem gegebenen Gerät eine Beziehung zwischen
Festigkeit und Rückprallwert hergestellt werden. Diese Beziehung wird ermittelt, indem die auf
dem Gefüge gemessenen Rückprallwerte mit der Festigkeit von Bohrkernen entsprechender
Stellen korreliert werden. Es sollten deshalb an mindestens sechs Stellen mit unterschiedlichen
Rückprallwerten mindestens zwei Kerne entnommen werden. Die Prüfstellen sind so zu wählen,
dass ein breiter Bereich an Rückprallwerten im Gefüge abgedeckt wird.
Bei einer gegebenen Betonmischung wird der Rückprallwert von Faktoren wie dem
Feuchtigkeitsgehalt an der Prüfoberfläche, dem zur Herstellung der Prüfoberfläche eingesetzten
Verfahren (Art des Schalungsmaterials oder Art der Endbearbeitung), dem vertikalen Abstand von
der Unterseite des eingebrachten Betons und dem Ausmass der Karbonatisierung beeinflusst.
Diese Faktoren müssen bei der Interpretation der Rückprallwerte berücksichtigt werden.
Verschiedene Hämmer nominal gleichen Aufbaus können bei gleichem Beton unterschiedliche
Rückprallwerte liefern. Um die Ergebnisse vergleichen zu können, sollten die Prüfungen deshalb
mit demselben Hammer stattfinden. Wenn mehrere Hämmer eingesetzt werden, sollten auf
einer Reihe typischer Betonoberflächen Tests stattfinden, um das Ausmass der zu erwartenden
Unterschiede zu ermitteln.
Dieses Prüfverfahren ist als Grundlage für die Annahme oder Ablehnung von Beton nicht geeignet.
107
Eigenschaften
Diese Prüfmethode beschreibt die Ermittlung des Rückprallwerts von Festbeton mit Hilfe eines
federgespannten Stahlhammers. Durch ihre Anwendung kann die Gleichförmigkeit von Beton
beurteilt, in einem Gefüge Bereiche minderer Qualität oder verschlechterten Betons abgegrenzt
und die Festigkeit ermittelt werden.
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
7.4 Biegezugfestigkeit
Grundsätzlich wird Beton auf Druck
belastet, und die Zugkräfte werden durch
Bewehrungsstäbe übernommen. Aber auch
Beton selber besitzt eine gewisse Zug- und
Biegezugfestigkeit. Diese ist stark abhängig
von der Betonrezeptur. Ausschlaggebend ist
dabei der Verbund zwischen Zuschlagskorn
und Zementstein. Beton besitzt eine
Biegezugfestigkeit, die ca. 15% der
Druckfestigkeit entspricht.
Einflüsse auf die Biegezugfestigkeit
Biegezugfestigkeit nimmt zu
„„ mit steigender Zement-Normdruckfestigkeit (CEM 32.5; CEM 42.5; CEM 52.5)
„„ mit abnehmendem Wasserzementwert
„„ durch die Verwendung von kantiger und splittiger Gesteinskörnung
„„ Einsatz von Sika Silicafume-Technologie  SikaFume®
„„ verwendung von Fasern
Anwendungsbereich
„„ Stahlfaserbeton
„„ Strasse-/ Pistenbeton
„„ Schalenbeton
Prüfmethoden z.B.
108
SN EN 12390-5
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
SN EN 12390-5 Verwendung eines einfachen Balkens mit 3-Punkt-Lastangriff
Prinzip
Prismatische Probekörper werden einem Biegemoment durch Lasteintragung über obere und
untere Rollen ausgesetzt.
Es werden zwei Prüfverfahren angewandt:
„„ 2-Punkt-Lastangriff
Lastangriff oben über 2 Rollen im Abstand d (von Prismenmitte aus je ½ d).
Das Referenzverfahren ist der 2-Punkt-Lastangriff.
„„ 1-Punkt-Lastangriff (zentral)
Lastangriff oben über 1 Rolle, in Prismenmitte.
Bei beiden Verfahren liegen die unteren Rollen im Abstand von 3 d (von Prismenmitte aus je 1½ d).
Nach Analysen fällt das Ergebnis beim 1-Punkt-Lastangriff etwa 13 % höher aus als beim
2-Punkt-Lastangriff.
F
F/2
d1
d2 (=d)
d1
)
(=d
d
d
d
1/2
1/2
l=3d
l=3d
L ≥ 3,5 d
L ≥ 3,5 d
Abb. 7.4.1: 2-Punkt-Lastangriff
)
(=d
d2 (=d)
F/2
Abb. 7.4.2: Mittiger Lastangriff
109
Eigenschaften
„„ Abmessungen der Prismen:
Breite = Höhe = d
Länge ≥ 3,5 d
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
7.5 Zugfestigkeit
Spaltzugfestigkeit von Prüfkörpern
Prinzip
Ein zylindrischer Probekörper ist einer
Druckkraft auszusetzen, die in unmittelbarer
Nähe entlang seiner Längsachse aufgebracht
wird. Die sich ergebende orthogonale Zugkraft
verursacht den Bruch des Probekörpers unter
Zugspannung.
Probekörper
Zylinder nach SN EN 12390-1, wobei jedoch ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge von
1 zulässig ist. Wenn die Prüfungen an würfelförmigen oder prismatischen Probekörpern
durchgeführt werden, dürfen gewölbte Zwischenstücke (anstelle von konventionellen, ebenen
Platten) aus Stahl zur Lastaufbringung verwendet werden.
Der gebrochene Probekörper ist zu untersuchen und das Erscheinungsbild des Betons und die
Bruchart aufzuzeichnen, falls sie ungewöhnlich sind.
Prüfmethoden z.B.
110
SN EN 12390-6
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
7.6 E-Modul
Statischer E-Modul nach DIN 1048-5
Nach DIN 1048-5 der statische E-Modul zwischen einer unteren Spannung von σu ≈ 0,5 N/mm²
und einer oberen Spannung von σo ≈ 1/3 βD, nach 2 Be- und Entlastungszyklen bestimmt. Beim
dritten Belastungszyklus wird der E-Modul wie folgt berechnet:
Eb
σu =
σo =
βD =
εu =
εo =
σ o – σu
[N/mm²]
εo – εu
untere Spannung vor dem dritten Belastungszyklus (σu ≈ 0,5 N/mm²)
obere Spannung beim dritten Belastungszyklus
erwartete Druckfestigkeit (vorher geprüft, Durchschnitt von 3 Messungen)
Dehnung bei Spannung σu
Dehnung bei Spannung σo
=
Dynamischer E-Modul
Der dynamische E-Modul kann aus Ultraschallmessungen (Ausbreitung der Ultraschallwellen)
wie folgt abgeleitet werden:
C = Dimensionslose Konstante
Edyn =
C * ρ * c²
c = Ausbreitungsgeschwindigkeit im Material
ρ = Betondichte
111
Eigenschaften
Der E-Modul (Elastizitätsmodul) beschreibt den Widerstand
des Festbetons gegen elastische Verformungen. Der
E-Modul ist das Verhältnis zwischen aufgebrachter
Spannung zu resultierender Dehnung (SpannungsDehnungs-Beziehung). Es wird zwischen dem statischen
und dem dynamischen E-Modul unterschieden.
Der statische E-Modul beschreibt das elastische Verhalten
von Beton bei konstant steigender Belastung bzw. bei
Stossbelastung. Der dynamische E-Modul ist geeignet, um
eine Aussage zum Alter des Betons, z.B. Erhärtungsprozess,
Bewitterungseinflüsse oder andere Alterungseinflüsse, zu
erhalten.
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
7.7 Schwinden
Unter Schwinden wird die Verkürzung bzw. die
Volumenverringerung des Betons verstanden.
Der zeitliche Verlauf und die Höhe der
Schwindverformung werden im Wesentlichen
vom Austrocknen, den Umgebungsbedingungen
und der Betonzusammensetzung beeinflusst.
Die zeitliche Entstehung wird wie folgt unterschieden:
„„ Chemisches Schwinden des jungen Betons beruht ausschliesslich auf der Volumendifferenz
zwischen den Reaktionsprodukten und den Ausgangsstoffen. Vom Schwinden ist ausschliesslich
der Zementstein, nicht aber die Gesteinskörnung betroffen.
„„ Plastisches Schwinden des jungen Betons im Anfangsstadium des Erstarrens und Erhärtens.
Dem Beton wird nach dem Erstarrungsbeginn durch Verdunstung Wasser entzogen, was zu
einer Volumenverminderung führt, die zur Folge hat, dass sich der Beton in allen Richtungen
verkürzt. Die Verformungen kommen gewöhnlich zum Stillstand, wenn der Beton eine
Druckfestigkeit von 1 N/mm² erreicht hat.
„„ Trocknungsschwinden  Schwinden, das durch die langsame Austrocknung des erhärteten
Betons entsteht, d.h., je schneller die Menge des freien Wassers im Gefüge abnimmt, desto
schneller schwindet der Beton.
Beeinflussung des Schwindmasses
„„ Planung und Festlegung von Arbeitsfugen und Betonieretappen
„„ Optimierte Rezeptur
„„ Möglichst geringer Gesamtwassergehalt  Verwendung von Sika® ViscoCrete®/ Sikament®
„„ Schwindreduktion Sika® Control  Reduktion des Schwindens nach dem Hydratationsbeginn
„„ Verringerung des Wasserentzugs durch Vornässen der Schalung und des Untergrunds
„„ Nachbehandlung: abdecken mit Folien oder Thermomatten, wasserhaltende Abdeckungen (Jute,
Geotextilmatten) oder Aufsprühen eines flüssigen Nachbehandlungsmittels  Sika® Antisol®
Prüfmethoden z.B.
112
SIA 262/1
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
Phase I
Phase II
Phase III
Chemisches
Schwinden
Plastisches
Schwinden
Nachverdichten
Vor Wasserverlust schützen
Trocknungsschwinden
Nachbehandlung /
Schwindreduktion
ca. 4 – 6 Stunden
ca. 1 N/mm2
SIA 262/1
Eigenschaften
Diese Prüfmethode ermöglicht die Ermittlung der durch das Trocknen verursachten
Längenveränderung eines Betonprobekörpers über einen bestimmten Zeitraum. Die
Prismengrösse beträgt 120 x 120 x 360 mm. Zur Prüfung müssen mindestens zwei Prismen
gemessen werden. Die Nullmessung findet 24 Stunden (± 1 Stunde) nach Herstellung der
Prüfkörper statt. Weitere Messungen erfolgen 3, 7, 14, 28, 91, 182 und 364 Tage nach der
Betonherstellung. Das Ergebnis wird in ‰ Schwinden angegeben.
113
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
7.8 Wasserundurchlässigkeit
Mit der Wasserundurchlässigkeit wird der
Widerstand des Betongefüges gegenüber dem
Durchdringen von Wasser charakterisiert.
Für die Wasserundurchlässigkeit von Beton
ist die Dichtigkeit (Kapillarporosität) des
Zementsteins ausschlaggebend.
Definition der Wasserundurchlässigkeit
„„ Max. Wassereindringtiefe in den Beton muss zwischen den beteiligten Parteien vereinbart
werden. (Sika Empfehlung < 30 mm)
„„ Voraussetzung: Gute Betonqualität und korrekte Lösung für Fugenkonstruktionen!
70
Wassereindringtiefe [mm]
60
50
40
Sika Empfehlung
30
20
10
0,30
0,35
0,40
Abb. 7.8.1: Wassereindringtiefe
114
0,45
0,50
w/z-Wert
0,55
0,60
0,65
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
Definition der Wasserdichtigkeit
„„ Wasserleitfähigkeit q w < verdampfbares Wasservolumen q d
Je grösser die Wandstärke, desto höher die Wasserundurchlässigkeit.
Beton
Beton
qd
qw
Luft
Wasser
W
Wandstärke
Wand
dstär
ärke d
Eigenschaften
Abb. 7.8.2: Prinzip der Wasserleitfähigkeit
„„ Empfohlener Bereich für wasserundurchlässige Konstruktionen: q w ≤ 6 g/m² ×h
Lufttemperatur [°C]
40
h
2
m x
0 g/
30
5
qd =
30
20
20
10
10
6
qw Bereich
0
30
40
60
50
70
80
Relative Luftfeuchtigkeit [%]
90
Abb. 7.8.3: Wasserleitfähigkeit
„„ Belastung
Unterschiedliche Sättigung durch dauernden Wasserkontakt
„„ Test
Messung der Wasserleitfähigkeit q w
115
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
Reduktion von Kapillarporen und Hohlräumen durch Wasserreduktion
Hoher w/z-Wert > 0,60
Grosse Poren infolge von fehlendem Feinsand
und Feinanteilen
Niedriger w/z-Wert > 0,40
Sehr dichte Zementmatrix
Abb. 7.8.4: Betonporosität bei verschiedenen w/z-Werten
SN EN 12390-8
30
Wassereindringtiefe [mm]
25
20
15
10
5
0
0
3
5
10
15
20
25
30
Zeit [Tage]
Abb. 7.8.5: Wassereindringtiefe bei einem dauerhaften Druck von 5 Bar
Für wasserundurchlässigen Beton ist eine genügende Hydratation von zentraler Bedeutung.
Deshalb ist eine korrekte Nachbehandlung des Betons erforderlich.
Prüfmethoden z.B.
116
SN EN 12390-8, SIA 262-1
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
SN EN 12390-8: Wassereindringtiefe unter Druck
Prinzip
Wasser wird unter Druck auf die Oberfläche von Festbeton aufgebracht. Nach Abschluss der
Prüfzeit wird der Probekörper gespalten und die maximale Wassereindringtiefe gemessen.
Bedingungen bei der Prüfung
„„ Der Wasserdruck darf nicht auf eine geglättete Oberfläche des Probekörpers aufgebracht
werden (deshalb besser eine geschalte Seitenfläche als Prüffläche wählen). Auf dem Protokoll
muss die Richtung des Wasserdrucks in Bezug zur Einfüllrichtung bei der Herstellung des
Probekörpers angegeben werden (rechtwinklig oder parallel).
„„ Die dem Wasserdruck ausgesetzte Betonfläche muss mit einer Drahtbürste aufgeraut sein
(vorteilhaft ausgeführt direkt nach dem Entschalen des Probekörpers).
„„ Die Probekörper müssen bei der Prüfung ein Mindestalter von 28 Tagen aufweisen.
Prüfung
Es ist während 72 Stunden ein konstanter Wasserdruck von 500 (± 50) kPa (5 Bar) aufzubringen.
Die Probekörper sind periodisch auf feuchte Stellen und Wasserverlust zu kontrollieren. Nach
Prüfende sind die Probekörper sofort auszubauen und in Druckrichtung zu spalten. Beim Spalten
muss sich die dem Wasserdruck ausgesetzte Fläche unten befinden. Sind die Spaltflächen
angetrocknet, ist der Verlauf der Wassereinbringung auf dem Probekörper anzuzeichnen. Die
grösste Wassereindringtiefe unter der Prüffläche ist zu messen und auf 1 mm genau anzugeben.
117
Eigenschaften
Probekörper
Probekörper sind Würfel, Zylinder oder Prismen mit einer Kantenlänge oder einem Durchmesser
von mindestens 150 mm. Die Prüffläche auf dem Probekörper ist eine Kreisfläche mit einem
Durchmesser von 75 mm (der Wasserdruck darf von oben oder von unten aufgebracht werden).
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
7.9 Frost- und Frost-Tausalz-Beständigkeit
Frostbelastung
Schäden an Betonbauteilen durch Frost sind vor
allem dann zu erwarten, wenn diese Bauteile
durchfeuchtet sind und in diesem Zustand
häufigen Frostwechseln ausgesetzt werden.
Die Schädigung des Betons erfolgt durch
periodisches Gefrieren und Tauen des Wassers,
das durch kapillares Saugen aufgenommen
wurde. Es erfolgt eine Zerstörung durch die
Volumenvergrösserung des Wassers (Eis)
innerhalb der äussersten Betonschichten.
Voraussetzung für eine hohe Frostbeständigkeit
„„ Frostsichere Gesteinskörnungen
„„ Dichtes Betongefüge und/oder mit Mikroluftporen angereicherter Beton
„„ Intensive und sorgfältige Nachbehandlung
„„ Möglichst hoher Hydratationsgrad des Betons
(ungünstig also Betonieretappen direkt vor Frostperioden)
Frost-Tausalz-Beständigkeit
Bei der Verwendung von Tausalzen (überwiegend Natriumchlorid NaCl; Ziel:
Gefrierpunkterniedrigung des Wassers und somit Verhinderung der Eisbildung) erfolgt die
Abkühlung an der Betonoberfläche schockartig durch Wärmeentzug aus dem Beton. Diese
Wechselwirkungen zwischen schon gefrorenen und nicht gefrorenen Schichten führen zu
starken Gefügestörungen im Beton.
Bedingungen für Frost-Tausalz-Beständigkeit
„„ Frostsichere Gesteinskörnungen
„„ Mit Mikroluftporen angereicherter Beton von dichtem Gefüge
„„ Intensive und sorgfältige Nachbehandlung
„„ Zu starke Feinmörtelanreicherungen im Oberflächenbereich vermeiden
„„ Betonieren möglichst lange vor erster Frost-Tausalz-Belastung, damit der Beton
austrocknen kann.
Prüfmethoden z.B.
118
SIA 262-1 (Frostwechselverhalten), SN 12390-2, SN 640 461
(Frostbeständigkeit diagnostisch [BE I F], Frostbeständigkeit
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
physikalisch [BE II F])
SN EN 12390-9 (2006: Vornorm)
Die Norm beschreibt die Prüfung des Frostwiderstandes von Beton mit Wasser bzw. des FrostTausalz-Widerstandes mit NaCl-Lösung («Salzwasser»). Gemessen wird die nach definiert
durchgeführten Frost- und Tauzyklen von der Oberfläche abgelöste Betonmenge.
Prinzip
Probekörper werden wiederholtem Abkühlen auf Temperaturen von teilweise unter –20 °C
und Wiedererwärmen auf +20 °C und mehr (in Wasser oder Kochsalzlösung) ausgesetzt. Die
Menge der dadurch erfolgenden Materialablösung gibt Hinweise auf die vorhandene Frostbeziehungsweise Frost-Tausalz-Beständigkeit des Betons.
Eigenschaften
Es werden drei Verfahren beschrieben:
„„ Das Plattenprüfverfahren
„„ Das Würfelprüfverfahren
„„ Das CD/CDF-Prüfverfahren
Das Plattenprüfverfahren ist das Referenzverfahren.
Begriffe aus der Vornorm
„„ Frostwiderstand:
Widerstand gegenüber wiederholten Frost-Tau-Wechseln in Kontakt mit Wasser.
„„ Frost-Tausalz-Widerstand:
Widerstand gegenüber wiederholten Frost-Tau-Wechseln in Kontakt mit Auftaumitteln.
„„ Abwitterung:
Materialverluste an der Betonoberfläche durch Einwirkung von Frost-Tau-Wechseln.
„„ Innere Gefügestörungen:
Risse innerhalb des Betons, die an der Oberfläche nicht sichtbar sind, jedoch zu einer
Änderung der Betoneigenschaften, wie z.B. zu einem Rückgang des dynamischen
E-Moduls, führen.
119
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
7.10 Abriebfestigkeit
Betonoberflächen werden durch rollende
(Räder/Geschiebe), schleifende (Geschiebe/
Pneus) und/oder prallende (Schüttgüter/
Flüssigkeiten) Angriffe belastet. Dabei werden
die Zementsteinmatrix, die Zuschlagstoffe
und deren Verbund zueinander belastet. Es
handelt sich dabei in erster Linie um einen
mechanischen Angriff.
Bedingungen für bessere Abriebbeständigkeit
Der Abriebwiderstand des Zementsteins ist geringer als derjenige des Zuschlagstoffs, besonders
bei porösem Zementstein (hoher Wassergehalt). Aber: Mit abnehmendem w/z-Wert nimmt auch
die Porosität des Zementsteins ab und der Verbund zum Zuschlag verbessert sich.
„„ Ideal: w/z-Wert ≤ 0,45
„„ Verbesserung der Dichtigkeit des Zementsteins und des Verbunds von Zuschlag
und Zementstein (SikaFume®)
„„ Wahl der geeigneten Siebkurve, u. U. spezielles Siebkorn, intensive Nachbehandlung
„„ Für eine weitere Steigerung der Abriebfestigkeit sollten zusätzlich spezielle Zuschlagstoffe
verwendet werden.
Übersteigt die Schichtstärke 50 mm, muss ein leichtes Armierungsnetz (mind. Ø4mm/100mm)
eingelegt werden.
Haftung am Untergrund und Endbearbeitung
„„ Vor dem Einbau wird eine Haftschlämme in den mattfeuchten Untergrund (vornässen!)
eingebürstet.
Nachbehandlung
Die Nachbehandlung, durch Aufsprühen von Antisol® (nachfolgende Beschichtung abklären!)
oder Abdecken mit Folie/Thermomatten, muss so früh wie möglich beginnen und sollte
ausreichend lange beibehalten werden.
Prüfmethoden z.B.
120
DIN 52108
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
DIN 52108: Prüfung anorganischer nichtmetallischer Werkstoffe – Verschleissprüfung mit
der Schleifscheibe nach Böhme – Schleifscheiben-Verfahren
Eigenschaften
Diese Prüfmethode beschreibt simulierte Abriebbedingungen bei Einsatz einer Schleifscheibe.
Würfel oder Platten werden gemäss dem in DIN 52108 beschriebenen Verfahren unter
Normbedingungen geprüft.
Ergebnis ist entweder ein Dicken- oder ein Volumenverlust der Probe.
121
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
7.11 Chemische Beständigkeit
Beton kann durch schädliche Bestandteile in
Wässern und Böden oder in Gasen (z.B. Luft)
angegriffen werden. Auch Gefährdungen durch
die effektive Nutzung (Behälter, Industrieböden,
Kläranlagen usw.) kommen vor.
Säureangriff
Bild: BetonSuisse Merkblatt 01
Grundsätzlich kann der chemische Angriff in zwei Arten unterteilt werden:
„„ Lösender Angriff:
hervorgerufen durch die Einwirkung von weichem Wasser, Säuren, Salzen, Basen, Ölen
und Fetten usw.
„„ Treibender Angriff:
hervorgerufen vor allem durch die Einwirkung von wasserlöslichen Sulfaten (Sulfattreiben).
Massnahmen
„„ Beton der Expositionsklasse XA nach SN EN 206-1 wählen
„„ Möglichst dichtes Betongefüge, d.h. niedrige Porosität
Einsetzen der Sika Silicafume-Technologie
 SikaFume®
„„ Niedrigen Wasserzementwert, anstreben ≤ 0,45
 Sika® ViscoCrete® / Sikament®
„„ Vergrössern der Betonüberdeckung um mindestens 10 mm.
Beton ist nur gegenüber sehr schwachen Säuren genügend beständig. Säuren mittlerer Stärken
zersetzen den Beton. Demzufolge ist für einen mittleren bis starken Säureangriff in jedem Fall ein
zusätzlicher Schutz des Betons durch eine Beschichtung vorzusehen.
Prüfmethoden z.B.
122
Es gibt keine Norm, die alle Formen eines chemischen Angriffs abdeckt.
SN EN 13529
Eigenschaften
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
123
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
7.12 Sulfatbeständigkeit
Sulfathaltige Wässer kommen manchmal in
Böden oder gelöst im Grundwasser vor und
können den erhärteten Beton angreifen.
Wirkungsweise
Sulfathaltige Wässer verbinden sich mit
dem Tricalciumaluminat (C3A) des Zements
und bilden Ettringit (unter gewissen
Voraussetzungen auch Thaumasit), was zu
Volumenvergrösserungen und demzufolge zu
starkem innerem Druck im Betongefüge und
folglich zu Abplatzungen führt.
Sulfatangriff
Ursprüngliche Länge
Bild: BetonSuisse Merkblatt 01
Massnahmen
„„ Möglichst dichtes Betongefüge,
d.h. niedrige Porosität  Einsetzen der Sika Silicafume-Technologie
 SikaFume®
„„ Niedriger Wasserzementwert, anstreben ≤ 0,45
 Sika® ViscoCrete®/Sikament®
„„ Zement mit möglichst niedrigem Anteil an Tricalciumaluminat (C3A) einsetzen
„„ Objektbezogene Nachbehandlung
Anmerkung: Eine objektbezogene Abklärung spezieller Anforderungen muss in jedem Fall
durchgeführt werden. Grenzwerte für die Expositionsklassen bei chemischem Angriff durch
natürliche Böden und Grundwasser (siehe Tabelle 11.1.2.3, Seite 207).
Prüfmethoden z.B.
124
SIA 262/1
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
Eigenschaften
SIA 262/1: Mit dieser Prüfmethode lässt sich die Sulfatbeständigkeit einer Betonprobe
ermitteln. Die Betonproben müssen nach SN EN 206-1 aufbereitet werden. Es müssen für
vier Zyklen Proben getrocknet und in einer sulfathaltigen Lösung (5 % Natriumsulfatlösung)
aufbewahrt werden. Das Sulfat kann nun mit Teilen der Proben reagieren und bei diesen eine
Volumenänderung bewirken.
125
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
7.13 AAR-Beständigkeit
Unter Alkali-Aggregat-Reaktion (AAR) werden
Reaktionen der Porenlösung des Betons
mit den Gesteinskörnungen verstanden.
Dabei entsteht ein Kieselgel, das durch
Wasseraufnahme quillt und zu Rissbildungen
bis Abplatzungen im Beton führt. Abhängig
von der Zuschlagstoffart werden die Form der
Reaktion und die Reaktionsgeschwindigkeit
unterschieden.
Alkali-Aggregat-Reaktion
Bei der Verwendung von alkaliempfindlichen Gesteinskörnungen besteht die Gefahr dieser
Reaktion. Das Problem kann umgangen werden, indem man auf diese Gesteinskörnungen
verzichtet. Dies ist aber oft aus wirtschaftlichen und ökologischen Überlegungen nicht sinnvoll.
Durch die Verwendung von geeigneten Zementen und hochwertiger Betontechnologie kann diese
Reaktion verhindert oder zumindest reduziert werden.
Die genauen Wirkungsmechanismen werden intensiv untersucht. Grob umschrieben, gelangen
Alkaliionen mit Wasser in das Innere der Gesteinskörnungen und bewirken einen Innendruck, der
zu Rissen und Absprengungen des Zuschlagskorns führt und später dann die Zementsteinmatrix
und somit den Beton zerstört. Vereinfacht kann dann von einer treibenden Wirkung gesprochen
werden. Zeitdauer und Intensität sind abhängig von der Reaktivität des Zements, der Art der
Gesteinskörnung, der Porosität des Betons und von den getroffenen Massnahmen.
Die Massnahmen sind:
„„ Teilweisen Ersatz des Portlandzements durch Hüttensande oder andere Zusatzstoffe
(Silikastaub/Flugasche) mit geringem Na2O-Äquivalent
„„ Untersuchung der Reaktivität der Gesteinskörnung und entsprechende Einteilung
(petrografische Untersuchungen/Microbar-Test.)
„„ Untersuchung des Betons (Beton-Performance-Prüfung)
„„ Ersatz oder Teilersatz der Gesteinskörnungen (Triage der anfallenden Zuschlagstoffe)
„„ Feuchtigkeitszutritt zum Beton gering halten oder verhindern (Abdichten/Ableiten)
„„ Bewehrungskonzept zur günstigen Rissverteilung im Beton (feine Risse)
„„ Dichtes Betonkonzept zur Minimierung des Feuchtigkeitseintrag
Prüfmethoden z.B.
126
SIA Merkblatt 2042, SN 670 115, SN 670 116
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
Übertragbarkeit einer Beton-Performance-Prüfung nach SIA Merkblatt 2042
Ausgangsstoffe
Randbedingungen, Anforderungen
Gesteinskörnung
a) Die Gesteinskörnungen kommen aus dem gleichen Abbaugebiet und
weisen eine vergleichbare petrographische Zusammensetzung auf. Für
den Nachweis gelten grundsätzlich die Normen SN 670 115 und
SN 670 116 und ggf. die Mikrobarprüfung.
b) Werden Gesteinskörnungen von mehreren Abbaugebieten verwendet,
muss der Nachweis gemäss a) für alle Gesteinskörnungen erbracht
werden.
c) Der Einfluss einer signifikanten Änderung des Brechkornanteiles
(z.B. grösser 50%) muss von einer Fachperson beurteilt werden.
Zement
Der Zement wird vom gleichen Zementwerk hergestellt.
Zementart
Der Beton enthält die gleiche Zementart mit der gleichen Festigkeitsklasse.
Zementgehalt
Die Ergebnisse können nur auf Beton übertragen werden, dessen
Zementgehalt gleich oder max. 50 kg/m3 niedriger ist.
w/z-Wert
Der w/z-Wert darf höchstens um ± 0,05 variieren.
Zusatzstoffe
Die Zusatzstoffe gehören in dieselbe Klasse und stammen vom gleichen
Lieferanten und gleichen Produzenten. Der Gehalt an Zusatzstoffen
unterscheidet sich um weniger als ± 10 M. % bezüglich der ursprünglichen
Dosierung.
Zusatzmittel
Änderungen bei der Zusammensetzung und dem Gehalt von demselben
Zusatzmitteltyp sind ohne Einschränkung zugelassen, sofern sich deren
Beitrag zum Alkaligehalt des Betons um weniger als 50 M. % bez. ihres
ursprünglichen Gehaltes erhöht.
127
Eigenschaften
Hinweis: Die Lieferung der Gesteinskörnungen durch den gleichen
Lieferanten ist evtl. kein ausreichender Nachweis, da das gelieferte Material
nicht zwingend vom gleichen Abbaugebiet stammt oder von einem Dritten
eingekauft wurde.
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
7.14 Feuerbeständigkeit
An jedem Ort und zu jeder Zeit besteht
Brandgefahr. Die unmittelbare Gefahr hängt
von der tatsächlichen Exposition ab und fällt
natürlich unterschiedlich aus, z.B. ob es
sich bei dem jeweiligen Bauwerk um eine
Fussgängerunterführung, einen Strassentunnel
oder eine Tiefgarage in einem Wolkenkratzer
handelt. In fast allen Bauwerken trägt Beton
die Last. Da bei einem Materialfehler des
Betons das gesamte Bauwerk einstürzen
würde, stellt die Betonkonstruktion somit
einen Hochrisikobereich dar.
Beim Beton muss deshalb, unabhängig vom jeweiligen Gefahrenszenario, eine korrekte Rezeptur
und gegebenenfalls ein Schutz durch externe Massnahmen gewährleistet werden, um im
Brandfall ein Versagen bei hohen Temperaturen auszuschliessen.
Massnahmen
„„ Karbonathaltige Zuschlagstoffe – Kalkstein, Dolomit – verhalten sich während eines Brandes
aufgrund der Tatsache, dass sie kalzinieren, besser. Kieselsäurehaltige Zuschlagstoffe weisen
ein ungünstigeres Verhalten auf.
„„ Polypropylen-Mikro-Fasern reduzieren Abplatzungen an der Betonoberfläche unter
Brandbelastung erheblich
 normale Dosierung 2 – 3 kg/m3
„„ Aufgesprühter Leichtmörtel wie Sikacrete®-F schützt den Beton passiv
Prüfmethoden z.B.: Temperatur-Zeit-Kurven nach RWS, ZTV-Tunnel, EBA, ISO oder HC
128
7. Eigenschaften von Festbeton und Tests
Prüfung per brandtechnischer Bemessung (Temperatur-Zeit-Kurven)
Bei diesen Kurven zur Darstellung der Brandexposition wird jeweils das Temperaturprofil eines
Tunnelbrandes simuliert. Die Beispielkurve des niederländischen RWS definiert die bei einem
Worst-Case-Szenario zu erwartende Maximalexposition: Brand eines Tankfahrzeugs mit einer
Nutzlast von 50 m3, zu 90 % gefüllt mit flüssigem Kohlenwasserstoff-Brennstoff (Benzin). Damit
der Test bestanden wird, darf die Temperatur an der Betonbewehrung nach 120 Minuten 250 °C
nicht übersteigen.
1400
1200
800
600
Eigenschaften
Temperatur [°C]
1000
400
200
0
0
30
60
90
120
150
Zeit [min]
ISO 834
ZTV-Tunnel (D)
RWS (NL)
Hcinc
Abb. 7.14.1: Temperatur-Zeit-Kurven verschiedener brandtechnischer Bemessungen, basierend auf
verschiedenen Verordnungen
129
8. Betonarten
8.1 Wasserdichter Beton
Rezeptur und Zusammensetzung eines
wasserundurchlässigen Betons ist ein
Systemansatz. Die Wasserundurchlässigkeit
von Bauteilen wird durch die Erfüllung
entscheidender Kriterien geprägt in Bezug auf
Wasserdichtigkeit des Betons, der Fugen, der
Einbauteile und der Risse.
Langlebige und dauerhaft wasserdichte
Bauten werden durch die Anwendung eines
genau definierten, speziellen Systems
erreicht. Alle beteiligten Parteien müssen eng
zusammenarbeiten, um das Fehlerrisiko zu
minimieren.
Abb. 8.1.1: Die Wasseraufnahme von Beton unter
Druck misst die maximale Wassereindringtiefe
in mm nach einer bestimmten Zeit unter einem
bestimmten Druck. (72 Stunden mit 5 Bar gemäss
SN EN12390-8).
Ein wasserundurchlässiger Beton ist in der Regel ein dichter Beton. Um einen undurchlässigen
Beton zu erhalten, muss eine geeignete Siebkurve generiert und die Kapillarporosität gesenkt
werden.
Massnahmen zur Reduktion der Kapillarporosität sind folgende:
„„ Reduktion des w/z-Werts
„„ Dichtungsmittel zur Senkung des Wassertransports
„„ Verbesserung der Schwindwerte (trocken und plastisch) zur Minimierung der Rissbildung
„„ Zusätzliches Verschliessen der Poren mit puzzolanisch reagierendem Material
„„ Die entscheidende Einflussgrösse für die Wasserundurchlässigkeit ist die Nachbehandlung
des Betons
Zusammensetzung des Betons
Gesteinskörnung
„„ Gut abgestufte Siebkurve
„„ Feinanteilgehalt der Gesteinskörnung gering halten
„„ Abstimmung mit dem Bindemittel zur Erreichung eines ausreichenden Feinanteilgehalts
Zement
„„ Einhaltung des geforderten Mindestzementgehaltes nach SN EN 206
„„ Leimvolumen entsprechend der empfohlenen Anwendung minimieren
130
8. Betonarten
Zusatzstoffe
„„ Einsatz von puzzolanischen oder latent hydraulischen Zusatzstoffen
Wassergehalt (w/b-Wert)
„„ Niedriger w/b-Wert zur Senkung der Kapillarporosität
Einbau
„„ Zur Herstellung eines wasserundurchlässigen Betons wird ein plastischer bis weicher
Beton empfohlen
„„ Es ist auf eine sorgfältige und korrekte Verdichtung des Betons zu achten
Die Wasserdichtigkeit von Beton wird beeinflusst durch die Dichtigkeit der Bindemittelmatrix,
d.h. die Kapillarporosität. Entscheidende Faktoren für die Kapillarporosität sind der w/b-Wert
sowie der Gehalt und die Art puzzolanischen oder latent hydraulischen Materials. Ein starkes
Fliessmittel wird verwendet, um den w/b-Wert zu senken. Dies wiederum senkt das Volumen
der Kapillarporen in der Betonmatrix und verleiht dem Beton eine gute Verarbeitbarkeit. Die
Kapillarporen stellen die möglichen Einzugswege für Wasser im Beton dar. Durch die Anwendung
eines zweiten Zusatzmittels produziert das Kalzium im Zementleim eine wasserabweisende
Schicht in den Kapillarporen. Dies wiederum verschliesst die Poren und bietet einen
wirksamen Schutz sogar bei 10 Bar (100 Meter Wassersäule). Der Beton ist gemäss den
bewährten Betonierverfahren einzubauen, zu verdichten und auszuhärten. Eine fachgerechte
Fugenausbildung (Bewegungsfugen, Baufugen) ist der Schlüssel zum Erreichen einer
wasserundurchlässigen Struktur. Die Betonieretappen und die Feldgrösse müssen berücksichtigt
werden, um das Risiko von Schwindrissbildung zu mindern. Als Richtlinie wird empfohlen,
insbesondere für Wände ein Seitenverhältnis von 3:1 nicht zu überschreiten.
131
Arten
Nachbehandlung
„„ Eine sofortige und intensive Nachbehandlung ist unerlässlich
8. Betonarten
Abb. 8.1.2: Sika Fugenbänder sind elastische,
vorgeformte PVC-Bänder zum Abdichten von
Bewegungs- und Arbeitsfugen, die sowohl
niedrigem als auch hohem Wasserdruck
ausgesetzt sein können.
Einerseits ist die richtige Einteilung von Fugen aller Art von grundlegender Bedeutung.
Andererseits ist eine korrekte und sorgfältige Installation der Fugensysteme entscheidend,
um einen wasserfesten Bau zu erreichen. Leckt wasserundurchlässiger Beton, so ist dies
meist durch unsachgemässe Verfugung verschuldet. Ausserdem müssen weitere Details
wie Ankerlöcher und Zugänge berücksichtigt werden. Je nach Dichtigkeitsklasse, d.h.
Wasseraussendruck und geplante Verwendung des Baus, stehen verschiedene Fugensysteme zu
Verfügung. Arbeitsfugen können z.B. mit Quellband abgedichtet werden, das in verschiedenen
Formen und Grössen vorliegt und im Kontakt mit Wasser aufquillt. Erfordert ein Bauteil ein
höheres Schutzniveau, so stehen weiterentwickelte Fugensysteme zu Verfügung, die u. U. eine
Kombination aus hydrophilen Elementen in harzgetränkten Ummantelungen bieten und z.T.
bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt als Injektionskanal dienen können. Dies bietet einen
optimalen zusätzlichen Schutz. Bei hohen Anforderungen an die Dichtigkeit kommen für die
Abdichtung von Arbeits und Dilatationsfugen Systeme wie das Combiflex SG System oder
Fugenbänder (aussenliegend oder Körperfugenband) zum Einsatz.
70
60
qd
Wassereindringtiefe [mm]
Beton
Beton
qw
Luft
Wasser
W
Wandstärke
Wand
dstär
ärke d
50
40
20
10
0,30
Abb. 8.1.3: Die Wasserdurchlässigkeitsgrenze für
Wasserdichtigkeit liegt bei 10 g/m² x Stunden (gemäss
SIA 262/1), wobei die Wasserdurchlässigkeit geringer
ist als das verdampfbare Wasservolumen ohne Druck
über einen bestimmten Zeitraum.
132
Sika Empfehlung
30
0,35
0,40
0,45
0,50
w/z-Wert
0,55
0,60
0,65
Abb. 8.1.4: Wasserdurchdringung bei hydrostatischem Druck. Die Wasserdurchlässigkeitsgrenze für
Wasserdichtigkeit wird definiert als die maximale
Wasserdurchdringung im Beton bei einem bestimmten Druck über einen bestimmten Zeitraum.
8. Betonarten
Hinweise zur Betonrezeptur und empfohlene Massnahmen:
Beschreibung
Beispielrezeptur
Gesteinskörnungen
Alle hochwertigen Gesteinskörnungen
möglich
Alle Gesteinskörnungsgrössen möglich
Zement
Alle den örtlichen Normen
entsprechenden Zemente
350 kg/m3
Pulverzusätze
Flugasche oder Hüttensandmehl
Ausreichender Feinststoffgehalt durch
Anpassung des Bindemittelgehalts
Wassergehalt
Frischwasser und Recycling-Wasser mit
Anforderungen an den Feinanteilgehalt
w/z-Verhältnis
gemäss den Normen
in Bezug auf die
Expositionsklasse
< 0,45
Betonzusatzmittel
Fliessmittel Typ abhängig von Einbauund Verarbeitungszeit
Sika® ViscoCrete®
oder
Sikament®
0,60 – 1,50%
Einbau und
Nachbehandlung
Nachbehandlungsmittel
Eine möglichst frühzeitig
einsetzende und ausreichend lange
Nachbehandlung hat einen starken
Einfluss auf das plastische und das
Trocknungsschwinden.
Eine Nachbehandlung garantiert
eine hohe Qualität (Verdichtung) der
Oberflächen. Sika® Antisol®
Fugenabdichtung
Abdichtung von Bewegungsfugen,
Arbeitsfugen, Durchdringungen und
Rissen
Sika®-Fugenbänder
Sikadur®-Combiflex® SG
Sika® Injectoflex-System
SikaSwell®
Abdichtungssysteme
Elastische Membransysteme zur
Abdichtung, falls erforderlich mit
Einzel- oder Doppelkammer
Sikaplan®
SikaProof®
Arten
Komponenten
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete
Sikament®
Fliessmittel
Gesteigerte Festigkeit und Dichtigkeit
Starke Wasserreduktion
Senkung der Kapillarporosität
Sika® Antisol®
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
®
®
133
8. Betonarten
8.2 Korrosionsbeständiger Beton
Beton zeichnet sich durch seine hohe
Druckfestigkeit aus, in Kombination mit
Bewehrungsstahl ist der Beton in der Lage,
hohen Druck- als auch Zugbelastungen zu
widerstehen. Die Kombination von Stahl und
Beton hat den Vorteil, dass unter normalen
Bedingungen der hohe pH-Wert des Betons
eine Passivierungsschicht aus Eisenhydroxiden
auf der Stahloberfläche bildet, die diesen vor
Korrosion schützen. Jedoch kann insbesondere
Stahl in seiner Dauerhaftigkeit durch
Feuchtigkeit und Salz beeinträchtigt werden.
Abb. 8.2.1: Schäden an der Betonstruktur durch
nicht ausreichende Betonabdeckung und niedrige
Betonqualität.
Funktionsweise der Sika® FerroGard® Korrosionsschutzmittel
Anodische
Stromdichte
+i (µA/cm2)
ohne
Sika® FerroGard®
mit
Sika® FerroGard®
E (mV)
Potential
Kathodische
Stromdichte
Chloridionen auf der Stahloberfläche werden
durch Sika® FerroGard® verändert. Es
bildet einen schützenden Film, der das
Korrosionspotential verschiebt und die aktuellen
Dichten auf ein sehr niedriges Niveau senkt.
Standardpraktiken im Bau schränken die
Korrosion von Stahlverstärkungen ein. Zu
–i (µA/cm )
diesen Praktiken zählen die Beachtung
Abb. 8.2.2: Stahl in chloridhaltigem Beton;
einer Mindestqualität des Betons (w/bmit und ohne Sika® FerroGard®.
Wert, Zementgehalt, Mindestfestigkeit)
und eine Mindestbetonüberdeckung auf den Bewehrungen. Dennoch erweisen sich
diese Basisschutzmassnahmen in vielen Fällen, besonders in Umgebungen mit hoher
Chloridkonzentration (Tausalze, Meerwasser oder auch verunreinigte Betonbestandteile)
als unzureichend.
2
Um Korrosion zu vermeiden oder deren Beginn zu verzögern und so die Lebensdauer eines
Gebäudes zu verlängern, können drei zusätzliche Schritte unternommen werden: Erhöhung der
Betonqualität, Verwendung von Korrosionsschutzmitteln und Auftragen eines Schutzmantels.
Erhöhung der Betonqualität bedeutet, die Anzahl und Grösse der Kapillarporen zu senken.
134
8. Betonarten
Dies steigert die Dichtigkeit in der Betonmatrix und verhindert in der Folge die Aufnahme von
Chloriden oder CO2 in den Beton. Die Senkung des w/z-Werts durch Anwendung von hoch
effektiven Fliessmitteln oder durch Verwendung zusätzlicher Zementzusatzmittel wie Flugasche,
Silikastaub oder natürliche Puzzolane stellen eine Möglichkeit der Betontechnologie dar, die
Rezeptur zu verbessern.
Entscheidet man sich für eine höhere Betonqualität zum Schutz gegen Korrosion, so muss
besonders auf korrekten Einbau, Nachbehandlung und Schwindpotential des Betongemischs
geachtet werden, denn kleine Risse ermöglichen Chloriden oder CO2 unabhängig von der Dichte
des Betongemischs in den Bewehrungsstahl einzudringen. Während des Mischvorgangs werden
dem Beton Korrosionsschutzmittel zugegeben. Schutzmittel beeinflussen weder die Betondichte
noch den Eintritt von Chloriden oder CO2 in besonderem Masse, sondern wirken direkt auf den
Korrosionsprozess. Es gibt verschiedene Arten von Korrosionsschutzmitteln. Einerseits liegen
sie als Zusatzmittel vor, das den Zeitpunkt herauszögert, ab dem die Korrosion einsetzt, oder als
eines, das die Korrosionsgeschwindigkeit des eingebetteten Stahls senkt, oder beides, wie im
Fall von chloridhaltigem Beton.
Arten
Laut Definition muss ein Korrosionsschutzmittel die Korrosionsgeschwindigkeit und den
korrodierten Bereich der Bewehrungen in chloridhaltigem Beton reduzieren. Bei den meisten
heute als Korrosionsschutzmittel verwendeten Produkten handelt es sich entweder um
kalziumnitritbasierte Produkte oder um biologische Korrosionsschutzmittel aus Aminoester.
Schutzmäntel werden angewendet, um einem Eintritt von Chloriden oder Kohlendioxid
entgegenzuwirken. Diese Mäntel können gemäss zweier Grundverfahren aufgetragen werden:
entweder auf die Betonoberfläche oder direkt auf die Stahlbewehrungen, bevor diese in den
Beton eingebettet werden.
135
Integrierter Korrosionsstrom [µA x d]
8. Betonarten
Abb. 8.2.3: Die Sika Forschungsabteilung in Zürich testete die antikorrosive
Wirkung von Sika ® FerroGard ® auf
rissigen Betonträgern. Die Probekörper wurden gemäss ASTM G
109 hergestellt und zyklisch mit
Strassensalzen behandelt. Periodische
Messungen der Korrosionsströmung
bestätigen die schützende Wirkung
von Sika ® FerroGard ®.
24000
20000
ohne Sika® FerroGard®
16000
12000
mit Sika® FerroGard®
8000
4000
50
100
150
200
250
300
350
400
Tage [d]
-5
-125
-150
-155
-175
-215
-210
-255
-260
-220
-260
-75
-180
-245
-230
-240
-250
-250
-270
-280
-280
-320
0
-160
-170
-145
-210
-175
-210
-310
-295
-315
-325
-145
-150
-145
-195
-165
-200
-210
-220
-300
-245
-305
15
-140
-190
-185
-215
-200
-205
-225
-330
-320
-325
-105
-175
-205
-185
-215
-230
-185
-255
-240
-295
-335
10
-175
-155
-185
-210
-215
-235
-280
-230
-290
-270
-25
-150
-185
-205
-220
-220
-260
-285
-285
-275
-310
>-300
>-250
>-200
>-150
>-100
>-50
>0
0
-135
-170
-205
-190
-190
-210
-235
-235
-290
-330
Abb. 8.2.4: Potentialmessung an einer
Stützmauer entlang
einer stark befahren
Strasse mit hoher
Verwendung von Tausalz
nach weniger als 10
Jahren. Je dunkler die
Färbung, umso höher
das Korrosionspotential
Farbskala
<-300
Oberflächenkorrosionsschutzmittel für Stahlbeton
Sika® FerroGard® kann auch auf die Oberfläche aufgetragen werden und wurde entwickelt
für die Verwendung als Imprägnierung auf erhärtetem Stahlbeton. Sika® FerroGard®-903 ist
ein multifunktionales Schutzmittel, das kathodische und anodische Reaktionen steuert. Diese
doppelte Wirkung verzögert in bedeutendem
Masse sowohl das Einsetzen als auch die
Geschwindigkeit der Korrosion und verlängert
den Zeitraum bis zur zukünftigen Wartungsarbeit.
Sika® FerroGard®-903 wird üblicherweise
als Teil einer Korrosionsmanagementstrategie
verwendet. Es ist kompatibel mit und Bestandteil
aller Sika Betonreparatur- und -schutzsysteme.
136
8. Betonarten
Komponenten
Beschreibung
Beispielrezeptur
Gesteinskörnungen
Alle hochwertigen
Gesteinskörnungen möglich
Alle Gesteinskörnungsgrössen möglich
Zement
Alle den örtlichen Normen
entsprechenden Zemente
Zielvolumen des Zementleims so niedrig
wie möglich für die entsprechende
Einbaumethode
Pulverzusätze
Flugasche, Hüttensandmehl,
Silikastaub, natürliche Puzzolane
Wassergehalt
Frischwasser und RecyclingWasser mit Anforderungen an den
Feinanteilgehalt
w/z-Verhältnis gemäss
der Normen in Bezug auf
die Expositionsklasse
< 0,46
Betonzusatzmittel
Fliessmittel
Typ abhängig von Einbau- und
Frühfestigkeitsanforderungen
Sika® ViscoCrete®
oder
Sikament®
0,60 – 1,50%
Einbau und
Nachbehandlung
Nachbehandlungsmittel
Eine möglichst frühzeitig
einsetzende und ausreichend lange
Nachbehandlung hat einen starken
Einfluss auf das plastische und das
Trocknungsschwinden.
Sorgfältiger Einbau und sorgfältige
Verdichtung.
Eine Nachbehandlung garantiert eine hohe
Qualität (Verdichtung) der Oberflächen.
Sika® Antisol®
Schutzsystem
Oberflächenschutz gegen Eintritt
von Chloriden und Kalziumkarbonat
Sika bietet eine Vielzahl von festen und
flexiblen Lösungen, um Wassereintritt
vorzubeugen.
Sika Lösung: Sikagard®-903
Arten
Hinweise zur Betonrezeptur und empfohlene Massnahmen:
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete
Sikament®
Fliessmittel
Wasserreduzierung, gesteigerte Festigkeit und
Dichtigkeit mit Sicherstellung der Konsistenz
(Verarbeitbarkeit) und Pumpbarkeit
Sika® Ferrogard®
Korrosionsinhibitoren
Schützt die Oberfläche von Stahlverstärkungen
und senkt die Korrosionsgeschwindigkeit
SikaFume®
Silikastaub
Hohe Festigkeit, gesteigerte Dichtigkeit
verbesserte Sulfatbeständigkeit
Sika-Aer®
Sika® Fro V
Luftporenbildner
Lufteinführung
Unterbrechung der Kapillarporen
Senkung der Wasseraufnahme
Sika® Antisol®
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
®
®
137
8. Betonarten
8.3 Frost- und Frost-Tausalz-beständiger Beton
Tausalze greifen Betonoberflächen an und
stellen eine der schadensträchtigsten
Beanspruchungen für Betonbauten dar. Diese
wurde in der Vergangenheit unterschätzt, was
man anhand der zeitweise extremen Mengen
verwendeter Tausalze erkennen kann. Durch
LPM AG, Beinwil Schweiz
eine angemessene Strukturtechnik und durch
Einhaltung technologischer Grundmassnahmen Abb. 8.3.1: Künstlich durch Luftporenbildner eingeführte Luftporen schaffen Raum in der Betonstruktur
in Bezug auf Beton kann dieses Baumaterial
für die etwa 10 % Volumenzunahme, wenn Wasser
eine hohe dauerhafte Widerstandskraft gegen
zu Eis gefriert.
Frost und Belastungen durch Tausalze aufweisen.
Frost- und Frost-Tausalz-beständiger Beton muss immer dann verwendet werden, wenn die
Betonoberflächen (feuchtem) Wetter ausgesetzt sind und die Temperaturen in den Gefrierbereich
fallen können. Frost- und Frost-Tausalz-beständiger Beton kann einerseits durch ein sehr dichtes
Gefüge und einen dichten Zementstein (geringer Anteil an Kappilarporen) erreicht werden,
andererseits durch das künstliche Einbringen von Luftporen.
Durch Zusatz von Luftporenbildnern entstehen während des Mischvorgangs im ultra-feinen
Mörtelbereich des Betons (Zement, Feinanteile, Wasser) kleine kugelförmige Luftporen. Ziel ist
es, eine Frost- und Frost-Tausalz-Beständigkeit des Festbetons zu garantieren (indem Raum für
enthaltenes Wasser geschaffen wird, sich beim Gefrieren auszudehnen).
Rezeptur für Luftporenbeton
Es müssen detaillierte Angaben zu Festigkeit, Luftgehalt und Testmethoden geliefert werden. Für
grössere Projekte sollten Vorabtests unter den tatsächlichen Bedingungen durchgeführt werden.
Während der Betonarbeiten ist der Luftgehalt am Betonwerk und vor dem Einbau zu prüfen.
Eigenschaften von Luftporen
Form: kugelförmig
Grösse: 0,02 bis 0,30 mm
Abstandsfaktoren:
≤ 0,20 mm frostbeständig
≤ 0,15 mm Frost-/Tausalz-beständig
Positive Nebenwirkungen
Verbesserung der Verarbeitbarkeit
Unterbrechung von Kapillarporen
(wasserdicht)
Bessere Haftung des Frischbetons
Negative Wirkungen
Niedrigere mechanische Festigkeit
(Druckfestigkeit)
138
8. Betonarten
Arten
Faktoren, die Luftporenbildung beeinflussen
„„ Korngrössenverteilung: Luftporen entstehen hauptsächlich um die 0,25 – 0,50 mm
Sandfraktion. Grössere Partikel haben keine Auswirkungen auf die Luftporenbildung.
Ultrafeinanteile aus den Sandbestandteilen oder dem Zement und gewisse Betonzusatzmittel
können Luftporenbildung verhindern.
„„ Konsistenz: Eine optimale Luftporenbildung wird im plastischen bis weichplastischen Bereich
erreicht. Ein Beton, der durch die Zugabe zusätzlichen Wassers weicher gemacht wurde, hält
die Luftporen eventuell nicht so gut oder so lange wie der ursprüngliche Beton.
„„ Temperatur: Die Luftporenbildungsfähigkeit nimmt mit Anstieg der Temperatur des
Frischbetons ab und umgekehrt.
„„ Transport: Während des Transports kann es zu einer Veränderung des Luftgehalts kommen.
Je nach Transportmethode und den Vibrationen während des Transports finden im Beton
Misch- oder Entmischungsvorgänge statt. Beton mit Luftporen muss vor dem Einbau erneut
gemischt werden und der Luftgehalt wird erst dann bestimmt.
„„ Verdichtung von Luftporenbeton: Durch das Vibrieren wird vor allem die beim Einbau
„eingeschlossene“ Luft einschliesslich der Grobporen im Beton entfernt. Ausgeprägtes
Übervibrieren kann auch die künstlich eingeführten Luftporen um 10 bis 30 % reduzieren.
Entmischungsanfälliger Beton kann dann fast alle Luftporen verlieren oder auf der Oberfläche
schäumen.
„„ Ersatz von Feinanteilen: 1 % eingeschlossene Luft kann etwa 10 kg Ultrafeinanteile
(< 0,2 mm) pro m³ Beton ersetzen. Luftporen können die Verarbeitbarkeit von Mischungen
mit geringem Feinanteilgehalt verbessern.
139
8. Betonarten
C
D
B
Längenänderung [‰]
3
2
1
0
-0,5
0
50
100
200
Anzahl Zyklen
300
-44
-40
-36
-32
-28
-24
-20
-16
-12
-8
-4
0
-4
-8
A
-12
-16
360 400
Widerstandsbereich
Reduktion E-Modul [%]
4
AOB = hoch (WF-L > 80 %)
BOC = mittel (WF-L = 80-25 %)
COD = gering (WF-L < 25 %)
Klassifizierung Hoch WF-L = 94 %
Abb. 8.3.2: Im Test BE II gemäss D-R 400
werden die Testprismen Wechselbeanspruchungen zwischen +20 °C und -20 °C
unterzogen. Die Längenveränderung wurde
in drei Dauerhaftigkeitsstufen gemessen und
bewertet (niedrig/mittel/hoch).
Typen, Grösse und Verteilung von Luftporen
Die in Standardbeton enthaltenen Luftporen sind im Allgemeinen zu gross (> 0,3 mm), um den
Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand zu erhöhen. Wirksame Luftporen werden durch spezielle
LP-Bildner eingefügt. Die Luftporen entstehen physikalisch während des Mischvorgangs. Um
ihre volle Wirkung entfalten zu können, dürfen sie nicht zu weit voneinander entfernt sein. Der
«wirksame Abstand» wird durch den sogenannten Abstandsfaktor (spacing factor, SF) festgelegt.
Produktions-/Mischzeit
Um die höchste Frost- und Frost-Tausalz-Beständigkeit zu gewährleisten, muss die
Nassmischzeit länger dauern als die für einen Standardbeton und fortgesetzt werden, nachdem
der Luftporenbildner beigefügt wurde. Eine Erhöhung der Mischzeit von 60 auf 90 Sekunden
verbessert den Gehalt an qualitativ hochwertigen Luftporen um bis zu 100 %.
Benötigte Luftporenqualität
Um eine hohe Frostbeständigkeit zu erreichen, muss die Zementmatrix ca. 15 % passender
Luftporen enthalten. Langjährige Erfahrung zeigt, dass in einem Beton genügend wirksame
Luftporen enthalten sind, wenn das Testergebnis (Lufttopf) folgenden Luftgehalt aufweist:
„„ Beton mit 32 mm Maximalkorngrösse 3 % bis 5 %
„„ Beton mit 16 mm Maximalkorngrösse 4 % bis 6 %
Frischbeton mit einem Luftporengehalt von 7 % und mehr sollte nur nach genauer Untersuchung
und Prüfung eingebaut werden.
140
8. Betonarten
Hinweise zur Betonrezeptur und empfohlene Massnahmen:
Komponenten
Beschreibung
Beispielrezeptur
Gesteinskörnungen
Verwendete Gesteinskörnung muss
frostbeständig sein
Alle Gesteinskörnungsgrössen möglich
Zement
Alle den örtlichen Normen
entsprechenden Zemente
Reiner Portlandzement für höchste
Beständigkeit
Zielvolumen des Zementleims so niedrig
wie möglich für die entsprechende
Einbaumethode
Pulverzusätze
Für höhere Dichte
SikaFume®
bis zu max.
4%
Wassergehalt
Sauberes Mischwasser, frei von
Feinststoffen
w/z-Verhältnis gemäss der
Normen in Bezug auf die
Expositionsklasse
< 0,46
Betonzusatzmittel
Fliessmittel
Dosierung gemäss der Formel
Verflüssiger und LP-Bildner muss
gegenseitig angepasst werden
Sika® ViscoCrete®
oder
Sikament®
0,60 – 1,40%
Luftporenbildner
(Mischzeit ca. 90 Sek.)
Die benötigte Menge an
Luftporenbildnern ist in hohem Grade
abhängig von dem Zement und dem
Anteil an Feinststoffen im Sand.
Sika® Fro V Dosierung:
Luftporengehalt mit
- max. Korndurchm. 32 mm
- max. Korndurchm. 16 mm
0,10 – 0,80%
Nachbehandlungsmittel
Frostbeständiger Beton sollte
nur in Betonmischfahrzeugen
transportiert und vor dem Abladen
erneut gut durchmischt werden
(ca. 30 Sek./m³). Eine StandardLuftporenmessung sollte folgen.
Sorgfältiger Einbau und sorgfältige
Verdichtung.
Eine Nachbehandlung garantiert eine hohe
Qualität (Verdichtung) der Oberflächen.
Sika® Antisol®
Arten
Einbau und
Nachbehandlung
ca. 3 – 5%
ca. 4 – 6%
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete
Sikament®
Fliessmittel
Zur Senkung der Kapillarporosität und somit geringerem
Wassereinlass
Sika-Aer®
Sika® Fro V
Luftporenbildner
Luftporenbildung für Frost- und Frost-TausalzWiderstand
SikaFume®
Silikastaub
Zur weiteren Verdichtung des erhärteten Zementleims
und zur Verbesserung der Bindung zwischen
Gesteinskörnung und erhärtetem Zementleim
Sika® Antisol®
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
®
®
141
8. Betonarten
8.4 Sulfatbeständiger Beton
Vor allem im Tiefbau sind Betonbauten
neben Belastungen und Abnutzung durch
jahrzehntelange Nutzung Einflüssen durch den
Untergrund wie mechanische Beanspruchungen
und aggressives Wasser ausgesetzt. Auch in
dieser Umgebung zeichnet sich Beton durch
seine aussergewöhnliche Dauerhaftigkeit aus.
Sulfathaltige Lösungen wie in natürlichem
oder verschmutztem Grundwasser wirken
sich jedoch negativ auf Beton aus. Letztlich
kann dies zu Festigkeitsverlust, Ausdehnung,
Abplatzungen der Oberflächenschichten und
schliesslich zu Zerfall führen.
Abb. 8.4.1: Durch Sulfatangriff hervorgerufene Verschlechterungen in der Betonqualität vor und nach
der Belastung weisen eine starke Längenzunahme
durch Abplatzung auf. In der Probe kam es zu ersten
Rissen.
Die angestrebte Lebensdauer eines Betonbaus wird durch die passende Betonrezeptur
gewährleistet, die an die festgelegte Expositionsklasse angepasst wird. Im Wasser enthaltenes
Sulfat reagiert mit dem Trikalziumaluminat (C3A) im Zement zu Ettringit (unter manchen
Umständen auch Thaumasit), was zu einer Volumenvergrösserung führt. Diese Ausdehnung
bewirkt höheren internen Druck in der Betonstruktur, was zu Rissbildung und Abplatzung führt.
Solche Angriffe gehören zu den Arten chemischer Angriffe, die bei Standardbetonrezepturen
ohne spezielle Massnahmen zu beträchtlichen Schäden führen können. Feldversuche zeigen,
dass Haftungs- und Festigkeitsverlust normalerweise schwerer wiegen als Betonschäden durch
Ausdehnung und Rissbildung.
Die Sulfatbeständigkeit von Beton wird durch die Sulfatbeständigkeit der Zementmatrix
sowie deren Fähigkeit bestimmt, die Ausbreitung von Sulfationen in der Matrix zu verhindern.
Sulfatbeständiger Beton sollte sich also zum einen durch eine hohe Undurchlässigkeit und eine
höhere Druckfestigkeit auszeichnen. Zudem sollten Zemente mit niedrigem C3A-und Al2O3-Gehalt
verwendet werden. So wird das Risiko negativer Reaktionen gesenkt. Ausserdem ist eine Zugabe
von Silikastaub vorteilhaft, denn dies erhöht die Dichte der Zementmatrix zusammen mit einer
verbesserten Bindung von Zementmatrix und Gesteinskörnungen und führt so zu einer höheren
Druckfestigkeit.
142
8. Betonarten
Sulfatangriff ist als Expositionsklasse für chemische Angriffe gemäss SN EN 206-1
gekennzeichnet. Deshalb wird die Expositionsklasse durch den erwarteten Sulfatgehalt
des Wassers festgelegt, dem der Beton ausgesetzt ist. Je nach Expositionsklasse ist ein
Mindestzementgehalt in Kombination mit einem maximalen w/z-Wert erforderlich sowie eine
obligatorische Verwendung von Zement mit hoher Sulfatbeständigkeit.
Arten
Im Tunnelbau ist Dauerhaftigkeit von entscheidender Bedeutung und Sulfatangriff ist eine
kontinuierliche Herausforderung. Dies gilt besonders bei der Herstellung vorgefertigter Tübbinge
für Tunnelvortriebsmaschinen (TBM) und Felssicherung mit Spritzbeton. Bei Ausbrüchen, bei
denen mit hohem Sulfatangriff zu rechnen ist, ist es wichtig, im Vorfeld die Betonrezeptur auf die
auftretenden Belastungen zu optimieren und diese dahingehend zu testen.
143
8. Betonarten
Abb. 8.4.2: Klassische Form von Sulfatangriff mit
Ettringit- oder Gipsbildung. Gewirr von Ettringitstäben in reifem, äusseren Sulfatlösungen ausgesetztem Zementleim.
Abb. 8.4.3: Bildung von Ettringitkernen in gealtertem
Zementleim. Rechts ein 2 Jahre alter, Sulfatangriff
ausgesetzter Leim. Die Bildung von Ettringitkernen
im C-S-H ist deutlich zu erkennen.
Bei Spritzbeton ist die Verwendung von alkalifreien Beschleunigern zwingend notwendig, um
eine angemessene Sulfatbeständigkeit zu erreichen. Die industrialisierte schnelle Produktion von
Tübbingen erfordert z.T. Produktionszyklen von nur wenigen Stunden, wobei es im Beton zu einer
maximalen Temperaturentwicklung von 60 °C kommt. Dies gestaltet sich mit herkömmlichen
sulfatbeständigen Zementen als sehr schwierig, denn diese Zemente weisen eine langsame
Festigkeitsentwicklung auf. Eine Betonrezeptur mit Silikastaub und Fliessmittel erfüllt beide
Kriterien, Produktivität und Sulfatbeständigkeit, allerdings ist dieses System durch Rissbildung
sehr empfindlich in Bezug auf ordnungsgemässe Nachbehandlung. Durch Auftragen einer
wasserbasierten Epoxidemulsion direkt nach dem Ausschalen der Segmente kann mikrorissfreier
Beton hergestellt werden.
Abb. 8.4.4: Sofort nach der Aushärtung in einem
Dampfkanal wird die Betonoberfläche der Tübbinge
mit wasserbasierter Epoxidemulsion beschichtet,
die bis in die kleinsten Poren eindringt und so eine
verschlossene Schutzschicht bildet.
144
8. Betonarten
Komponenten
Beschreibung
Beispielrezeptur
Gesteinskörnungen
Alle hochwertigen
Gesteinskörnungen möglich
Alle Gesteinskörnungsgrössen möglich
Zement
Nach SN EN 206 mit mässiger bis
starker Sulfatbeständigkeit
Zielvolumen des Zementleims so niedrig
wie möglich für die entsprechende
Einbringmethode
Pulverzusätze
Flugasche, Hüttensandmehl,
Silikastaub, natürliche Puzzolane
SikaFume®
4 – 8%
In Übereinstimmung mit SN EN 206,
je nach Expositionsklasse
Expositionsklasse
XA 1
XA 2
XA 3
w/z-Wert
< 0,55
< 0,50
< 0,45
Betonzusatzmittel
Fliessmittel
Typ abhängig von Einbau- und
Frühfestigkeitsanforderungen
Sika® ViscoCrete®
oder
Sikament®
0,60 – 1,50%
Einbau und
Nachbehandlung
Nachbehandlungsmittel
Eine möglichst frühzeitig
einsetzende und ausreichend lange
Nachbehandlung hat einen starken
Einfluss auf das plastische und das
Trocknungsschwinden.
Sorgfältiger Einbau und sorgfältige
Verdichtung. Eine Nachbehandlung
garantiert eine hohe Qualität (Verdichtung)
der Oberflächen. Sika® Antisol®
Schutzsystem
/ Spezielles
Nachbehandlungssystem
Die Chemikalienbeständigkeit von
Beton ist sehr begrenzt. Geeignete
Beschichtungen können die
Betonoberfläche dauerhaft gegen
Sulfataussetzung schützen.
Spezielle Nachbehandlung von
vorgefertigten Tunnelsegmenten direkt nach
dem Entschalen mit Sikagard®
Wassergehalt
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete
Sikament®
Fliessmittel
Starke Wasserreduktion
Verbessertes Einbringen (Verarbeitbarkeit und
Verdichtung)
SikaFume®
Silikastaub
Reduzierte Durchlässigkeit
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
®
®
Sika Antisol
®
®
145
Arten
Hinweise zur Betonrezeptur und empfohlene Massnahmen:
8. Betonarten
8.5 Feuerfester Beton
Brandgefahr ist allgegenwärtig. Die unmittelbare
Gefahr hängt von der tatsächlichen Exposition
ab und fällt natürlich unterschiedlich aus, wenn
es sich bei dem jeweiligen Bauwerk um eine
Fussgängerunterführung, einen Strassentunnel
oder eine Tiefgarage in einem Wolkenkratzer
handelt. In fast allen Bauwerken trägt Beton
die Last. Da bei einem Materialfehler des
Betons das gesamte Bauwerk einstürzen
würde, stellt die Betonkonstruktion somit
einen Hochrisikobereich dar. Beton muss
deshalb unabhängig von der Gefahrensituation
ordnungsgemäss hergestellt oder durch
äussere Massnahmen geschützt werden, um
ein Versagen bei hohen Temperaturen im Falle
eines Brandes zu verhindern.
Abb. 8.5.1: In speziellen Brennkammern können
Brandbelastungen reproduziert, Elemente getestet
und anschliessend evaluiert werden. Die Temperaturentwicklung wird in verschiedenen Tiefen im
Beton gemessen und aufgezeichnet.
Beton mit hoher Feuerbeständigkeit wird verwendet für
„„ Notfallbereiche in geschlossenen Bauten (Tunnelnotausgänge)
„„ Allgemein verbesserte Feuerbeständigkeit bei Infrastrukturbauten
„„ Feuerbeständige Verkleidung tragender Bauteile
Herstellung von Beton mit hoher Feuerbeständigkeit
„„ Die Betonherstellung unterscheidet sich nicht von Standardbeton
„„ Durch die üblicherweise eingesetzten Fasern muss der Mischvorgang überwacht werden
„„ Für die zukünftige Feuerbeständigkeit des Betons wirkt es sich positiv aus, wenn der Beton
so lange wie möglich austrocknen kann
Komponenten für die Herstellung von Beton mit hoher Feuerbeständigkeit
„„ Eine maximale Feuerbeständigkeit basiert auf der Zusammensetzung der verwendeten
Gesteinskörnungen
„„ Die Beständigkeit kann durch die Verwendung spezieller Gesteinskörnungen stark erhöht
werden
„„ Die Verwendung von speziellen Kunststofffasern (PP) erhöht die Beständigkeit beträchtlich
„„ Die Verwendung ausgewählter Sande verbessert die Beständigkeit des Zementsteins
146
8. Betonarten
Verhalten von Beton unter Brandbelastung
Das Kapillar- und Porenwasser beginnt bei Temperaturen um den Siedepunkt von Wasser
(100 ºC) zu verdampfen. Dampf nimmt einen grösseren Raum ein und übt dadurch einen
Sprengdruck auf das Betongefüge aus. Der Zementstein verändert sich ab Temperaturen von
etwa 700 °C. Die Wirkung der Gesteinskörnungen hängt vor allem von deren Herkunft ab und
beginnt bei etwa 600 °C.
Feuerbeständigkeit ist definiert als die Fähigkeit eines Baus, bei einer bestimmten
Brandeinwirkung und über einen bestimmten Zeitraum (Unversehrtheit) seine Aufgaben
(Tragfähigkeits- und/oder Abgrenzungsfunktion) zu erfüllen. Feuerbeständigkeit bezieht sich auf
Bauelemente und nicht auf das Material selbst, aber die Materialeigenschaften beeinflussen
die Leistung des Elements, dessen Bestandteil es ist. In den meisten Fällen steigt die
Brandtemperatur in Minutenschnelle an und führt so zur Entstehung von Abplatzungen, wenn
die im Beton enthaltene Feuchtigkeit sich in Dampf verwandelt und sich ausdehnt. Das stärkste
modellierte Brandszenario ist die RWS-Brandkurve aus den Niederlanden, die einen sehr
grossen Kohlenwasserstoffbrand im Inneren eines Tunnels darstellt.
Arten
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Feuerbeständigkeit von Beton zu verbessern. Die
meisten Betone enthalten entweder Portlandzement oder Portland-Mischzement, dessen
wichtige Eigenschaften bei über 300 °C nachlassen und der seine tragende Leistung ab über
600 °C verliert.
Natürlich kann die Tiefe des geschwächten Bereichs von ein paar Millimetern bis zu vielen
Zentimetern je nach Branddauer und Spitzentemperaturen variieren. Tonerdezement, der
verwendet wird, um Feuerfestauskleidungen zu schützen, die Temperaturen von bis zu
1600 °C erreichen, weist die bestmögliche Leistung bei Bränden auf und bietet eine
ausgezeichnete Leistung bei über 1000 °C.
147
8. Betonarten
1
2
3
4
Abb. 8.5.2: Brandbeanspruchungstests für Beton
mit verschiedenen Gesteinskörnungen. Oberflächenabplatzungen und Sintern sowie verschiedene
Temperaturentwicklungen in unterschiedlichen
Tiefen können so verglichen werden.
1. Keine Abplatzungen, geschmolzene Oberfläche
2. Kalkstein; Abplatzung 17 mm, Zerfall nach
Abkühlung + Feuchtigkeitsaufnahme
3. Kalkstein; Abplatzung 14 mm, Zerfall nach
Abkühlung + Feuchtigkeitsaufnahme
4. Granit; Abplatzung 25 mm, geschmolzene
Oberfläche
Die Wahl der Gesteinskörnung beeinflusst die thermischen Spannungen, die sich während der
Erwärmung des Betonbaus in hohem Masse entwickeln. Karbonathaltige Gesteinskörnungen wie
Kalkstein oder Dolomit weisen bei Bränden eine bessere Leistung auf, denn sie kalzinieren unter
Hitze und setzen so CO2 frei. Dieser Vorgang erfordert Hitze und somit verbraucht diese Reaktion
einen Teil der exothermen Energie des Brandes. Silikahaltige Gesteinskörnungen verhalten
sich im Brandfall weniger günstig. Da die Hitzeleistung mit der Wärmeleitfähigkeit des Betons
in Verbindung steht, kann schliesslich die Verwendung von leichten Gesteinskörnungen unter
bestimmten Bedingungen das Brandverhalten des Betons verbessern.
Polypropylen-Mikrofasern können Abplatzungen an der Betonoberfläche beträchtlich reduzieren
und so die «Feuerbeständigkeit» des Betons verbessern. Im Brandfall schmelzen diese Fasern bei
etwa 160 °C und schaffen so Kanäle, über die der verbliebene Wasserdampf entweichen kann.
Damit werden Porendruck und Abplatzungsrisiko minimiert.
Unter Bedingungen, bei denen das Risiko eines Einsturzes des Bauwerks inakzeptabel ist, prüfen
Planer andere Möglichkeiten, den Beton vor Brandfolgen zu schützen. Alternativen reichen von
lokaler Verstärkung des Betonquerschnitts, Verkleidung mit Hitzeschilden mit Brandschutzfarbe,
Verwendung von Schutzplattensystemen bis zum Aufspritzen von Brandschutzmörtel. Der Zweck
dieser passiven Brandschutzsysteme ist abhängig von der Tunnelart und von der zu schützenden
Form.
Stahlbeton
Brandschutzmörtel
Brandlast
< 250°C
< 380°C
148
Abb. 8.5.3: Passive Brandschutzsysteme sollten den
folgenden Anforderungen entsprechen: Die Temperatur des Betons sollte während der Brandbeanspruchung 380 °C nicht überschreiten und die Temperaturen der Stahlbewehrungen sollten während der
Brandbeanspruchung unter 250 °C liegen.
8. Betonarten
Hinweise zur Betonrezeptur und empfohlene Massnahmen:
Beschreibung
Beispielrezeptur
Gesteinskörnungen
Karbonathaltige Zuschlagstoffe –
Kalkstein, Dolomit – verhalten sich
während eines Brandes aufgrund der
Tatsache, dass sie kalzinieren, besser.
Kieselsäurehaltige Zuschlagstoffe
weisen ein ungünstigeres Verhalten auf.
Alle Gesteinskörnungsgrössen möglich
Zement
Alle den örtlichen Normen
entsprechenden Zemente
Zielvolumen des Zementleims so niedrig
wie möglich für die entsprechende
Einbringmethode
Wassergehalt
Frischwasser und Recycling-Wasser mit
Anforderungen an den Feinanteilgehalt
w/z-Verhältnis
gemäss der Normen
in Bezug auf die
Expositionsklasse
< 0,48
Betonzusatzmittel
Fliessmittel
Typ abhängig von Einbau- und
Frühfestigkeitsanforderungen
Sika® ViscoCrete®
oder
Sikament®
0,60 – 1,20%
Polypropylen-Mikrofasern
SikaFiber® PPM
2 – 3 kg/m³
Einbau und
Nachbehandlung
Nachbehandlungsmittel
Eine möglichst frühzeitig
einsetzende und ausreichend lange
Nachbehandlung hat einen starken
Einfluss auf das plastische und das
Trocknungsschwinden.
Sorgfältiger Einbau und sorgfältige
Verdichtung. Eine Nachbehandlung
garantiert eine hohe Qualität
(Verdichtung) der Oberflächen.
Sika® Antisol®
Passiver
Betonschutz
Aufgesprühter Brandschutzmörtel
Sikacrete®-F
Arten
Komponenten
25 – 40 mm
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika® ViscoCrete®
Sikament®
Fliessmittel
Durch die erhebliche Wasserreduktion befindet sich
weniger Wasser im Beton
SikaFiber® PPM
Polypropylenfasern
Zur starken Erhöhung der Feuerbeständigkeit
zementgebundener Materialien
149
8. Betonarten
8.6 Gegen Alkali-Aggregat-Reaktion resistenter Beton
Gesteinskörnungen stellen einen
Hauptbestandteil von Beton dar. Ihr Einfluss
auf Frisch- und Festbeton ist beträchtlich.
Da die Quellen qualitativ hochwertiger
Gesteinskörnungen immer weiter
abnehmen, suchen die Baustoffindustrie
und Bauunternehmer grösserer
Infrastrukturprojekte nach Lösungen für die
Verwendung von Gesteinskörnungen geringerer
Qualität. Die Alkali-Aggregat-Reaktion (AAR),
die in Gesteinskörnungen auftreten kann, stellt
eine besondere Herausforderung dar und kann
die Dauerhaftigkeit von Beton beeinflussen.
Abb. 8.6.1: Amorphe Kieselsäure in der Gesteinskörnung hat, durch Reaktion mit Alkaliionen, ein Gel
gebildet. Dieses hat sich durch Wasseraufnahme
ausgedehnt (schwarze, gerissene Stellen). Dadurch
wird im Betongefüge Druck aufgebaut, der zu Rissen
führt.
Grosse Infrastrukturprojekte wie Dämme, Strassen und Brücken benötigen riesige Mengen
an Gesteinskörnungen, die in nächster Nähe der Baustellen gesucht werden. Manche dieser
Gesteinskörnungen können ein erhöhtes oder hohes AAR-Risiko aufweisen. Bei der AlkaliAggregat-Reaktion handelt es sich um eine chemische Reaktion zwischen der amorphen
Kieselsäure in der Gesteinskörnung und der Alkalien in der Porenlösung des Zementsteins. Die
Reaktion führt zu einer Zunahme des Betonvolumens und so zu Rissbildung und Abplatzung,
wenn die entstehenden Kräfte die Zugfestigkeit des Betons überschreiten. Grundlegende
Voraussetzungen für das Auftreten von AAR sind Feuchtigkeit im Beton, ein hoher Alkaligehalt
in der Porenlösung und reaktive Gesteinskörnungen. Die Wahl der richtigen Betonrezeptur
ist grundlegend für die Vermeidung von AAR. Die Wahl der richtigen Lösungen kann aus AAR
resultierende Schäden vermeiden, auch wenn hochreaktive Gesteinskörnungen verwendet
werden.
Zementklinker trägt den grössten Anteil an Alkalien bei. Je höher der Zementanteil, umso
alkalischer wird die Mischung. Mischzemente haben einen geringeren Alkaligehalt. Ein
niedriger w/z-Wert wird als zentraler Faktor für einen dichten, wasserundurchlässigen Beton
betrachtet. Dichter Beton verlangsamt die Verbreitung freier Alkalien und die Migration in
die Gesteinskörnungen. Damit es zu AAR kommt, müssen die Gesteinskörnungen besonders
empfindlich auf Alkalien reagieren, wie z.B. Kieselkalk, Kalksandstein, Kalkstein, Gneise und
stark verformter Quarzit. Poröse, gerissene, verwitterte oder gebrochene Gesteinskörnungen
sind reaktiver als solche mit dichter Struktur und runden Oberflächen.
150
8. Betonarten
Puzzolanische Zusatzstoffe wie Flugasche, Hüttensandmehl oder Silikastaub reagieren mit
(alkalischen) Hydroxidionen und verbrauchen diese während der Hydratation. Diese Reaktion
senkt den pH-Wert der Porenlösung und unterbindet das Auftreten von AAR. Puzzolanische
Zusatzstoffe unterscheiden sich in Form und Reaktivität je nach Quelle, aber im Allgemeinen ist
ihre Wirkung homogener, wenn sie während der Zementmahlung beigefügt werden und nicht der
Betonrezeptur. Allerdings herrscht Uneinigkeit über die Wirksamkeit von Zusatzstoffen bei der
Senkung der AAR-Geschwindigkeit.
Arten
Zusatzmittel wie herkömmliche Beschleuniger für Spritzbeton können beträchtliche Mengen an
Alkalien beifügen und die Reaktivität der Porenlösung steigern. Werden Gesteinskörnungen als
reaktionsempfindlich betrachtet, so sollten alkalifreie Beschleuniger verwendet werden.
Die Erfahrung zeigt, dass bestimmte Zusatzmittel die AAR-Reaktion hemmen können und so
Ausdehnung verhindern. Eine weitere Möglichkeit ist die Zugabe von Luftporenbildnern, um
künstlichen Ausdehnungsraum (Luftporen) für die Reaktionsprodukte zu schaffen. Stellt das
mögliche Auftreten von AAR ein grosses Problem dar, so sind Prüfungen der AAR-Beständigkeiten
empfehlenswert.
151
8. Betonarten
© EMPA
Abb. 8.6.2: Die Volumenzunahme durch AAR- kann
durch Längenveränderungen von Probekörpern
gemessen werden. Gewöhnlich werden die Probekörper unter verschärften Bedingungen (Temperatur,
Feuchtigkeit, Lastzuschaltung) gelagert, um die
Reaktion zu beschleunigen.
© EMPA
Abb. 8.6.3: Das Auftreten von AAR-Schäden kann
sehr gut auf der trocknenden Betonoberfläche
dieses Brückenpylons beurteilt werden. Schäden
können nach Jahren oder erst nach Jahrzehnten
auftreten.
Folgende Massnahmen werden angewendet:
„„ Teilweiser Ersatz des Portlandzements durch Hüttensande oder andere Zusatzstoffe
(Silikastaub/Flugasche) mit geringem Na2O-Äquivalent
„„ Untersuchung der Reaktivität der Gesteinskörnung und entsprechende Einteilung
(petrografische Untersuchungen/Microbar-Test)
„„ Prüfung der AAR-Beständigkeit des Betons (Beton-Performance-Prüfung)
„„ Vollständiger oder teilweiser Ersatz der Gesteinskörnungen (Triage der anfallenden
Zuschlagstoffe)
„„ Feuchtigkeitszutritt zum Beton gering halten oder verhindern (Abdichten/Ableiten)
„„ Bewehrungskonzept zur günstigen Rissverteilung im Beton (feine Risse)
„„ Dichtes Betonkonzept zur Minimierung des Feuchtigkeitseintrags
Abb. 8.6.4: Schäden werden oft erst nach Jahrzehnten sichtbar. Eine präzise Risikoabklärung ist daher
notwendig, um das Potenzial von Gesteinskörnungen
für AAR-Schäden verlässlich abzuschätzen.
152
8. Betonarten
Hinweise zur Betonrezeptur und empfohlene Massnahmen:
Beschreibung
Beispielrezeptur
Gesteinskörnungen
Die AAR-Reaktivität der
Gesteinskörnungen sollte vorher
bestimmt werden
Alle Gesteinskörnungsgrössen möglich
Zement
Vorzugsweise Zemente mit
Hüttensandmehl- oder Flugaschengehalt
Zielvolumen des Zementleims so niedrig
wie möglich für die entsprechende
Einbringmethode
Pulverzusätze
Silikastaub, Flugasche oder
Hüttensandmehl
SikaFume®
3% – 6%
Wassergehalt
Sauberes Anmachwasser, frei von
Feinanteilen
Kein Recycling-Wasser
w/z-Wert gemäss der
Normen in Bezug auf
die Expositionsklasse
< 0,48
Betonzusatzmittel
Fliessmittel
Typ abhängig von Einbau- und
Frühfestigkeitsanforderungen
Sika® ViscoCrete®
oder
Sikament®
0,60% – 1,20%
Einbringen,
Verarbeitung und
Nachbehandlung
Nachbehandlungsmittel
Eine möglichst frühzeitig einsetzende
und ausreichend lange Nachbehandlung
hat einen starken Einfluss auf das
plastische Schwinden und das
Trocknungsschwinden.
Sorgfältiger Einbau und sorgfältiges
Verdichten.
Eine Nachbehandlung, um eine hohe
Qualität der Oberflächen zu erreichen.
Sika® Antisol®
Schutzsystem
Damit AAR auftritt, muss der Beton,
neben freien Alkalien und reaktiven
Gesteinskörnungen, Feuchtigkeit
enthalten. Ist ein Bau Wasser ausgesetzt,
so muss die Betonoberfläche geschützt
werden.
Sika bietet eine Vielzahl von festen und
flexiblen Lösungen, um Wassereintritt
vorzubeugen.
Sika Lösungen: Sikagard®, SikaPlan®
Arten
Komponenten
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete
Sikament®
Fliessmittel
Starke Wasserreduktion
Verbessertes Einbringen
(Verarbeitbarkeit und Verdichtung)
SikaFume®
Silikastaub
Reduzierte Durchlässigkeit
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
®
®
Sika Antisol
®
®
153
8. Betonarten
8.7 Abriebbeständiger Beton
Beeindruckende Schluchten und Täler sind
natürliche Zeugen der unbestreitbaren Kraft
des Wassers. Dies stellt im technischen
Wasserbau eine grosse Herausforderung
dar, aber auch in Verkehrsflächen oder
Industrieböden, mit harten Rollkörpern,
sind Betonoberflächen beträchtlichen
und manchmal extremen Belastungen
ausgesetzt. Die Schadensmechanismen
hängen dabei stark von der Art der Last ab.
Je nachdem, ob die Oberfläche rollenden,
reibenden oder schlagenden Einflüssen
ausgesetzt ist, beeinflusst dies die möglichen
Schädigungsmuster und alle vorbeugenden
Massnahmen grundlegend.
Abb. 8.7.1: Besonders in Wildwasser sind Betonoberflächen massiven zusätzlichen Belastungen
durch Schotter, scharfe Kanten und Abrieb wie auch
durch mögliche Temperaturbeanspruchungen durch
Frost ausgesetzt.
Im Verlauf der Jahrzehnte und sogar Jahrhunderte kann eine Abrasivexposition die
unterschiedlichsten Schädigungsmuster ergeben. Vor allem müssen die Unterschiede zwischen
rollenden Belastungen (Strassenverkehr, Stahlräder) oder Beaufschlagung mit Wasser, mit
oder ohne Sedimenttransport, berücksichtigt werden. In Verkehrszonen sind die Intensität, das
Gewicht und die Art der Räder entscheidend für die Gesamtbelastung. Bei Wasserabrieb ist die
Fliessgeschwindigkeit, die Menge und die Art des Sediments massgeblich.
Um die Abriebbeständigkeit von Beton zu steigern, sind meist die Massnahmen für harte
Oberflächen der richtige Ansatz. Beinhaltet die Exposition jedoch auch schlagende oder
stossende Angriffe, so spielt zusätzlich die Absorptionsfähigkeit der Oberfläche eine Rolle, was
im Widerspruch zur Oberflächenhärte stehen kann. Ein entscheidender Aspekt in dem Konzept
ist der fachgerechte Einbau des Betons (Verhinderung eines Aufsteigens der Feinanteile an die
Oberfläche durch zu starkes Vibrieren) und eine ausgezeichnete Nachbehandlung. So können die
gewünschten Betoneigenschaften sich vor allem in oberflächennahen Bereichen herausbilden.
Zudem sollte die Oberfläche Abriebangriffen den geringstmöglichen Widerstand bieten. Möglichst
ebene Oberflächen bieten die kleinste Angriffsfläche.
Eine Feststellung von Schadensmustern ist relativ unkompliziert. Dazu wird der
Oberflächenabrieb, der Zustand der Zementhaut und der Gesteinskörnungen in Oberflächennähe
beurteilt.
154
8. Betonarten
Beton mit verbesserter oder hoher Abriebbeständigkeit sollte eine geplante Druckfestigkeit
von etwa 50 MPa aufweisen. Die Dauerhaftigkeit der Oberfläche gegen Abrasion kann durch
die Verwendung von Mikrosilika und/oder Einstreustoffen beträchtlich verbessert werden.
Um die Beständigkeit gegen schlagende Angriffe zu erhöhen, müssen die Härte und die
Biegezugfestigkeit des Betons verbessert werden. Dies kann durch die Verwendung von Fasern
erreicht werden. Der Einsatz von Polymeren (Sika® Emulsion-93) kann die Beständigkeit im
Allgemeinen erhöhen, indem die Bindung von Zementstein mit Gesteinskörnungen verbessert
wird. Schliesslich muss konstruktiv noch nach Transportdistanzen und Bereichen, die der
Ableitung von Energie dienen, unterschieden werden. In diesen Bereichen wird die Verwendung
von hochfestem, stahlfaserverstärktem Beton mit einer Stärke von mindestens 80 MPa und
entsprechender Biegezugfestigkeit empfohlen.
Arten
Bei der Planung und beim Bau muss besonders auf die Gestaltung der Kanten geachtet
werden. Dabei gilt, dass Arbeits- oder Dillatationsgsfugen in Verkehrsflächen/Industrieböden
oder Abrisskanten im Wasserbau, getrennt betrachtet werden müssen. Ein reiner Betonbau ist
normalerweise nicht ausreichend und deshalb müssen in vielen Fällen spezielle Fugenprofile
eingearbeitet werden. Diese bestehen in den meisten Fällen aus Stahl.
155
8. Betonarten
Abb. 8.7.2: Betonstrassen oder andere öffentlich
zugängliche Bereiche, insbesondere mit hohem
Verkehrsaufkommen oder Punktlasten, sind neben
hohen mechanischen Belastungen auch starkem
Abrieb unterworfen und haben oft das Risiko glatter,
rutschiger Oberflächen.
Abb. 8.7.3: Industrieböden sind ebenfalls starkem
Abrieb ausgesetzt durch ständige rollende und
schlagende Belastungen an denselben Stellen.
Einstreustoffe können die Griffigkeit verbessern und
die Abnutzung minimieren.
Bedingungen für bessere Abriebbeständigkeit
Der Abriebwiderstand des Zementsteins ist geringer als derjenige des Zuschlagstoffs, besonders
bei porösem Zementstein (hoher Wassergehalt). Aber: Mit abnehmendem w/z-Wert nimmt auch
die Porosität des Zementsteins ab und die Bindung mit dem Zuschlag wird stärker.
Nachbehandlung
„„ Mit Sika® Antisol® (danach mechanisch entfernen, entsprechend der folgenden
Beschichtung). Zum Aushärten am besten für mehrere Tage mit Thermomatten oder
Folien (im Strassenbau nicht zulässig) abdecken.
Abb. 8.7.4: Durch ständige Exposition ist die
Zementschicht in einem ersten Schritt erodiert,
danach werden immer grössere Gesteinskörnungen
abgescheuert, zerlegt oder aus dem erhärteten
Zementleim gespült.
156
8. Betonarten
Hinweise zur Betonrezeptur und empfohlene Massnahmen:
Komponenten
Beschreibung
Beispielrezeptur
Gesteinskörnungen
Verwendete Gesteinskörnungen müssen
so hart wie möglich sein
Alle Gesteinskörnungsgrössen möglich
Zement
Alle den örtlichen Normen
entsprechenden Zemente
Zielvolumen des Zementleims so niedrig
wie möglich für die entsprechende
Einbringmethode
Pulverzusätze
Silikastaub für verbesserte Verdichtung
SikaFume®
bis zu max. 8%
Wassergehalt
Sauberes Mischwasser, frei von
Feinanteilen
w/z-Wert gemäss der
Normen in Bezug auf
die Expositionsklasse
< 0,45
Betonzusatzmittel
Fliessmittel
Typ abhängig von Einbau- und
Frühfestigkeitsanforderungen
Sika® ViscoCrete®
oder
Sikament®
0,60 – 1,50%
Einbringen,
Verarbeitung und
Nachbehandlung
Nachbehandlungsmittel
Eine möglichst frühzeitig einsetzende
und ausreichend lange Nachbehandlung
hat einen starken Einfluss auf das
plastische Schwinden und das
Trocknungsschwinden.
Sorgfältiger Einbau und sorgfältiges
Verdichten.
Eine Nachbehandlung, um eine hohe
Qualität der Oberflächen zu erreichen.
Sika® Antisol®
Oberflächenbeschichtung
Streumaterial zur Oberflächenhärtung
Schutzbeschichtung
0,3 – 1,5 mm
Arten
Sikafloor®
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika® ViscoCrete®
Sikament®
Fliessmittel
Starke Wasserreduktion
Verbessertes Einbringen
(Verarbeitbarkeit und Verdichtung)
SikaFume®
Silikastaub
Reduzierte Durchlässigkeit
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
Sika Antisol
®
®
157
8. Betonarten
8.8 Chemikalienbeständiger Beton
Wasser ist die Quelle allen Lebens und zugleich
auch ein knappes Gut. Sauberes Trinkwasser
sollte daher vor Verschmutzung geschützt und
Abwasser, vor Ableitung in ein Abflusssystem,
behandelt werden. Das Abwasser selbst
sowie die unternommenen Massnahmen zu
seiner Behandlung setzen Betonoberflächen
Chemikalien aus. Durch bewusste Planung
und geeignete Betonkonzepte können
dauerhafte Oberflächen entworfen werden. Die
Beständigkeit des Betons gegen chemische
Angriffe ist nichtsdestotrotz begrenzt, sodass
Oberflächenschutzsysteme für Fälle starker
Exposition vorgesehen werden müssen.
Abb. 8.8.1: Starke Auslaugung und Schäden an
Betonbauteilen werden insbesondere in der Spritzwasserzone in biologischen Behandlungsbecken
beobachtet.
Chemische Beständigkeit bedeutet in diesem Fall Korrosions- und Erosionsbeständigkeit des
Betons. Neben bekannten Typen von Abplatzungsangriffen wie Frost (mit und ohne Taumitteln),
AAR (Alkali-Aggregat-Reaktion), Sulfatexposition und mechanischem Oberflächenabrieb
herrschen besonders in Abwasserbehandlungsanlagen Angriffe durch Chemikalien und
Lösungsmittel vor. Das in diesen Anlagen behandelte Wasser variiert jedoch zu stark, um einen
einheitlichen Angriff auf Betonoberflächen beschreiben zu können. Ausser der allgemeinen
Wasserqualität ist seine Härte entscheidend (°fh oder °dH).
Einerseits wird die Betonoberfläche von einem Chemikaliencocktail angegriffen und andererseits
wirken auch mechanische Beanspruchungen (z.B. Hochdruckreiniger) auf die Oberfläche. Dabei
werden Feinanteile ausgespült, die bereits gelöst waren, jedoch in der Betonstruktur verblieben.
Dieser gesamte Prozess wird durch Weichwasser (Härte < 15°fh oder 8,4°dH) und die Senkung
des pH-Wertes an der Betonoberfläche (z.B. bei Biofilm) beschleunigt. Die Betonrezeptur,
Nachbehandlung und vor allem die Säuberung der Oberfläche müssen daher an die jeweilige
Exposition angepasst werden.
Während für die Beständigkeit gegen mechanische Reinigung ein harter und verdichteter Beton
als optimal geeignet betrachtet wird, verträgt Beton mit einem hohen Kalzitgehalt chemische
Reinigung am besten. Die Beständigkeit von Beton gegen Chemikalien ist begrenzt. Werden
Expositionsgrenzen überschritten, so können Betonoberflächen nur durch entsprechende
Beschichtungen dauerhaft geschützt werden.
158
8. Betonarten
Hinweise zur Betonrezeptur und empfohlene Massnahmen:
Beschreibung
Beispielrezeptur
Gesteinskörnungen
Verwendete Gesteinskörnungen müssen
von hoher Qualität und frostbeständig
sein
Alle Gesteinskörnungsgrössen möglich
Zement
Sulfatbeständige Zemente
Zemente mit einem hohen
Kalziumkarbonatanteil; Zemente mit
Silikastaub
Zielvolumen des Zementleims so niedrig
wie möglich für die entsprechende
Einbringmethode
Pulverzusätze
Silikastaub, Flugasche oder
Hüttensandmehl
SikaFume®
3 – 6%
Wassergehalt
Sauberes Anmachwasser, frei von
Feinanteilen
w/z-Wert gemäss der
Normen in Bezug auf
die Expositionsklasse
< 0,45
Betonzusatzmittel
Fliessmittel
Typ abhängig von Einbau- und
Frühfestigkeitsanforderungen
Sika® ViscoCrete®
oder
Sikament®
0,60 – 1,50%
Einbringen,
Verarbeitung und
Nachbehandlung
Nachbehandlungsmittel
Eine möglichst frühzeitig
einsetzende und ausreichend lange
Nachbehandlung hat einen starken
Einfluss auf das plastische und das
Trocknungsschwinden.
Sorgfältiger Einbau und sorgfältige
Verdichtung.
Eine Nachbehandlung, um eine hohe
Qualität der Oberflächen zu erreichen.
Sika® Antisol®
Schutzsystem
Die Beständigkeit von Beton gegen
Chemikalien ist sehr begrenzt. Werden
Expositionsgrenzen überschritten,
so können Betonoberflächen durch
entsprechende Beschichtungen
dauerhaft geschützt werden.
Sika bietet eine Vielzahl von Lösungen,
um einem Eintritt von Chemikalien
vorzubeugen.
Sika Lösung: Sikagard® , Sikafloor®
und Sikalastic®
Arten
Komponenten
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika® ViscoCrete®
Sikament®
Fliessmittel
Verbessert die Konsistenz
SikaFume®
Silikastaub
Reduzierte Durchlässigkeit
Sika® Separol®
Schalungstrennmittel
Leichteres Ausschalen und Reinigen
Sika PerFin
Betonoberflächenverbesserer
Verbessert endbearbeitete Betonoberflächen
durch die Reduktion von Poren und Luftlöchern
Sika® Antisol®
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
®
®
159
8. Betonarten
8.9 Hochfester Beton
Hochfester Beton und Hochleistungsbeton sind
nicht nur Spitzentechnologien in der Forschung,
sondern finden auch immer wieder neue
Anwendungsbeispiele in der Praxis. Ob man
sich mit dem Schlankheitsgrad von Bauteilen
(z.B. Statik) oder der Dimensionierung unter
extremen Bedingungen (z.B. Erdbebenlasten)
beschäftigt – hohe und höchste
Materialeigenschaften (Druckfestigkeit und
Biegezugfestigkeit, Elastizität und Duktilität)
breiten sich in der Betontechnologie immer
mehr aus. Dauerhaftigkeit und Hochfestigkeit
von Beton bedingen sich hierbei gegenseitig.
Abb. 8.9.1: Hochfester Beton und vor allem UltraHochleistungsbeton (Ultra High Performance
Concrete, UHPC) sind üblicherweise faserverstärkt.
Je nach Anforderungen werden synthetische und/
oder Stahlfasern in grossen Mengen eingesetzt.
Hochfester Beton (High Strength Concrete, HSC)
Betone mit hoher Druckfestigkeit (> 60 MPa) nach 28 Tagen werden der Gruppe der
Hochleistungsbetone zugerechnet und in zahlreichen Bauten dank ihrer vielseitigen technischen
Eigenschaften eingesetzt. Sie werden oft für den Bau hochbelastbarer Tragsäulen und für
viele Produkte in Fertigteilwerken verwendet. Hochfester Beton eignet sich für Hochhäuser,
insbesondere in Erdbebenregionen. Zudem erfordern Spannbeton-Brückenbauten hohe
Druckfestigkeiten, mit denen grössere Spannbreiten und schlankere Brückenausmasse realisiert
werden können. Ausserdem finden die ausserordentlichen mechanischen Eigenschaften
von hochfestem Beton Anwendungen in Bauten, die hohen mechanischen und chemischen
Belastungen ausgesetzt sind, wie Industrieböden, Verkehrszonen, Hochseekonstruktionen,
Kläranlagen und Ingenieurbauwerke wie Wasserkraftwerke und Kühltürme.
Hochfester Beton zeichnet sich durch Folgendes aus:
„„ 28 Tage Druckfestigkeit zwischen 60 und 120 MPa
„„ Erhöhte Zug- und Biegezugfestigkeit
„„ Hohe Dauerhaftigkeit aufgrund von dichter Bindemittelmatrix
„„ Geringes Kriechenverhalten und verbesserte Beständigkeit gegen Schadstoffe
Ein erhöhter Gesamtbindemittelgehalt führt nicht zwingend zu einer höheren Betonfestigkeit,
denn der w/z-Wert stellt den entscheidenden Faktor für die endgültige Festigkeit dar. Die
Verarbeitbarkeit des Frischbetons bestimmt den Mindestzementgehalt und die optimale
Bindemittelkombination.
160
8. Betonarten
Abb. 8.9.2: Unterschiede in der Bruchfläche treten
im Falle der verwendeten Komponenten auf. Die
Abbildung zeigt eine Senkung des w/z-Wertes von
0,32 (links) auf 0,28 (rechts).
Besonders zu beachten:
„„ Hochfester Beton ist immer höchst undurchlässig
„„ Die Nachbehandlung von hochfestem Beton ist noch wichtiger als bei normalem Beton
(zu geringe Feuchtigkeit im Inneren des Betons)
„„ Hochfester Beton ist zudem spröde wegen seiner Festigkeit und erhöhten Steifigkeit
(Einfluss auf Schubfestigkeit)
„„ Neben Portlandzement werden für hochfesten Beton grosse Mengen latent hydraulischen
und puzzolanischen Materials verwendet, mit ausgezeichneten Eigenschaften hinsichtlich der
langfristigen Festigkeitsentwicklung.
161
Arten
Des Weiteren muss auf die Auswahl der Gesteinskörnungen geachtet werden. Es sind unbedingt
qualitativ hochwertige Gesteinskörnungen erforderlich, die sauber und frei von inneren Rissen
sind. Zudem kann die Siebkurve der Gesteinskörnung mit den folgenden Massnahmen auf
hochfesten Beton ausgerichtet werden:
„„ Niedriger Gesamtsandgehalt
„„ Niedriger Fraktionsanteil 2 bis 4 mm
„„ Weniger Feinanteile aus Gesteinskörnungen kleiner als 0,125 mm
„„ Erhöhter Fraktionsanteil 0,25 bis 1 mm
8. Betonarten
Exemplarische Rezepturen und Einfluss von Zement- und Bindemittelgehalt
Die folgende Tabelle zeigt drei verschiedene Betonrezepturen für hochfesten Beton. Man
kann erkennen, dass der Gesamtbindemittelgehalt keinen Einfluss auf die endgültige
Druckfestigkeit hat. Der entscheidende Faktor ist der w/b-Wert. Es muss allerdings betont
werden, dass Mischungen mit einem Wassergehalt von weniger als 120 l/m³ extrem schwierig
zu verarbeiten sind. Aus diesem Grund ist ein Mindestbindemittelgehalt notwendig, um den
Mindestwassergehalt in der Mischung zu gewährleisten. Eine wichtige mechanische Eigenschaft,
der E-Modul, kann durch Senkung des Bindemittelgehalts auf ein Minimum erhöht werden.
Bindemittel insgesamt
600 kg/m3
500 kg/m3
400 kg/m3
CEM I 42.5
570 kg/m3
475 kg/m3
380 kg/m3
Silikastaub
30 kg/m
3
25 kg/m
20 kg/m3
1696 kg/m3
1849 kg/m3
2001 kg/m3
Gesteinskörnungen (runder Kieselkalk 0 – 16 mm)
w/b-Wert
Wasser
Festigkeit nach 7 Tagen
Festigkeit nach 28 Tagen
E-Modul
3
0,25
0,25
0,25
150 kg/m3
125 kg/m3
100 kg/m3
87 MPa
85 MPa
88 MPa
93 MPa
98 MPa
96 MPa
43800 MPa
47200 MPa
48800 MPa
Abb. 8.9.3: Stark beanspruchte Bauteile wie Säulen
und Träger werden aus hochfestem Beton gefertigt.
Hohe Beständigkeit gegenüber externen Einflüssen
machen hochfesten Beton auch zu einer idealen
Schutzbeschichtung für freiliegende Bauelemente.
162
8. Betonarten
Hinweise zur Betonrezeptur und empfohlene Massnahmen:
Beschreibung
Beispielrezeptur
Gesteinskörnungen
Ausserordentliche Betonfestigkeit kann
durch die Verwendung von hochfesten,
gebrochenen Gesteinskörnungen
erreicht werden
Gut verteilte Siebkurve mit geringem
Feinanteilgehalt
Zement
Verwendung von höherem Zementgehalt Zielvolumen des Zementleims so niedrig
und hochwertigem Zement
wie möglich für die entsprechende
Einbringmethode
Pulverzusätze
Höhere Bindung von Gesteinskörnungen
und Silikastaub in der Zementmatrix
SikaFume®
5 – 10%
Wassergehalt
Sauberes Anmachwasser, frei von
Feinanteilen
w/z-Wert gemäss der
Normen in Bezug auf
die Expositionsklasse
< 0,38
Betonzusatzmittel
Fliessmittel
Typ je nach geplanter Fliessfähigkeit
und Setzmasszeit
Sika® ViscoCrete®
1 – 4%
Fasern
SikaFiber®
10 kg/m³
Nachbehandlungsmittel
Vollständige Nachbehandlung, die so
früh wie möglich beginnt und zwei
Tage dauert für Innenelemente und drei
Tage für Aussenelemente, insbesondere
wenn Silikastaub verwendet wird
Sorgfältiger Einbau und sorgfältige
Verdichtung. Eine Nachbehandlung
garantiert eine hohe Qualität
(Verdichtung) der Oberflächen.
Sika® Antisol®
Einbau und
Nachbehandlung
Arten
Komponenten
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika® ViscoCrete®
Fliessmittel
Für maximale Reduktion des Wassergehalts und somit
Stärkung des erhärteten Zementleims
SikaFume®
Silikastaub
Zur weiteren Verdichtung und Festigung des erhärteten
Zementleims und zur Verbesserung der Bindung zwischen
Gesteinskörnung und erhärtetem Zementleim
SikaFiber®
Polymerfasern
Erhöhte Schlag- und Abriebbeständigkeit
Sika® Antisol®
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
163
8. Betonarten
8.10 Schwindarmer Beton
0,000
30
60
90
12
0
15
0
18
0
21
0
24
0
27
0
30
0
33
0
36
0
39
0
42
0
45
0
48
0
51
0
54
0
57
0
60
0
63
0
66
0
69
0
72
0
Tage
Messung über 2 Jahre
Schwindreduzierung: 36 %
Schwindreduzierung: 22 %
Schwindreduzierung: 10 %
-0,100
Trocknungsschwinden [‰]
Das Verhindern von Rissen
trägt zur Dauerhaftigkeit von
Betonbauten bei, denn Risse
begünstigen den Eintritt von
Wasser und Schadstoffen.
Derzeitige Bauvorschriften in
der Schweiz spezifizieren keine
Grenzen für Rissbreiten. Daher
müssen solche, in Abhängigkeit
von den Anforderungen
bezüglich Dichtigkeit,
Gebrauchstauglichkeit und
Dauerhaftigkeit, vorgegeben
werden.
-0,200
-0,300
-0,400
-0,500
-0,600
-0,700
2.0 % Sika® Control®-40
1.5 % Sika® Control®-40
1.0 % Sika® Control®-40
Referenz
Bedingungen:
23 °C / 50 % r. h.
-0,800
Abb. 8.10.1: Schwindverhalten von Beton mit schwindreduzierenden Zusatzmitteln, gemessen über zwei Jahre
Schwindarten von Beton
Den grössten Anteil am Schwinden von Beton haben folgende Mechanismen: chemisches
Schwinden, plastisches Schwinden, Trocknungsschwinden, autogenes Schwinden und
Karbonatisierungsschwinden.
Im Falle chemischen Schwindens nehmen Hydratationsprodukte, die während des
Abbindeprozesses entstanden sind, weniger Raum ein als das Gesamtvolumen der
Ausgangsstoffe. Dies führt zu einer Abnahme im gesamten Bauteil, solange der Beton noch
weich ist.
Plastisches Schwinden äussert sich als Volumenabnahme infolge von Wasserverlust durch
Verdampfen. Dies führt zu einer Kontraktion des Betons in alle Richtungen. Der Hauptanteil zu
einem frühen Zeitpunkt findet in der horizontalen Ebene statt, hauptsächlich an der mit Luft
in Kontakt stehenden Oberfläche. Dabei handelt es sich um die Art von Schwinden mit dem
grössten Anteil am gesamten Schwinden. Sie ist besonders bei fehlender oder unzureichender
Nachbehandlung von übergeordnerter Bedeutung. Einflussfaktoren sind relative Feuchtigkeit,
Windgeschwindigkeit und Temperatur. Strengere Trockenbedingungen erhöhen den Schwindwert.
Autogenes Schwinden ist eine Volumenveränderung, die durch Hydratation des Zements entsteht,
da dieser Prozess Wasser benötigt und somit freies Wasser im Inneren des Zementsteins
aufbraucht. Trocknungsschwinden in Festbeton wird üblicherweise durch die Verdampfung von
Wasser über bestehende Kapillarporen im hydratisierten Zementleim hervorgerufen.
164
8. Betonarten
Der Wasserverlust ist ein fortschreitender Prozess, der mit der Zeit abnimmt.
Mögliche Massnahmen umfassen eine Reduktion des Zementleimvolumens, die Anwendung
eines Zusatzmittels zur Verbesserung des Schwindens und eine gute Nachbehandlung des
Betons.
Komponenten
Beschreibung
Beispielformel
Gesteinskörnungen
Hohe Anteile an Zuschlägen können das
Schwinden reduzieren
Alle Korngsgrössen möglich
Zement
Schwinden kann durch Reduktion des
Zementleims verringert werden
Volumen des Zementleims so tief halten
wie die Expositionsklassen und die
Vorgaben an die Verarbeitbarkeit erlauben
Wassergehalt
Ein niedriger Wassergehalt trägt
dazu bei, plastisches Schwinden zu
reduzieren. Bei w/z-Werten unter 0,4
kann verstärkt autogenes Schwinden
auftreten.
w/z-Wert gemäss den
Anforderungen an die
Expositionsklasse
< 0,45
Betonzusatzmittel
Fliessmittel
Typ abhängig von den Anforderungen an
Verarbeitbarkeit und Wasserreduktion
Sika® ViscoCrete®
oder
Sikament®
0,60 – 1,50%
Schwindreduzierer (SRA)
Sika® Control
0,5 – 2,0 %
Kurze Polypropylenfasern können
die Auswirkungen von plastischem
Schwinden reduzieren.
SikaFiber® PPM
0,6 – 2 kg/m³
Eine möglichst frühzeitig einsetzende
und ausreichend lange Nachbehandlung
hat einen starken Einfluss auf das
Schwinden.
Sorgfältiger Einbau und sorgfältige
Verdichtung. Eine Nachbehandlung, um
eine hohe Qualität der Oberflächen zu
erreichen. Sika® Antisol®
Anforderungen
an Einbau und
Nachbehandlung
Sika Produkteinsatz
Produktname
Sika ViscoCrete
Sikament®
®
®
Produktart
Produkteinsatz
Fliessmittel
Starke Wasserreduktion
Verbesserte Verarbeitbarkeit (Einbringen und Verdichen)
Sika® Control
Schwindreduzierer (SRA)
Schwindreduktion
SikaFiber® PPM
Polypropylenfasern
Reduktion des Effekts von plastischem Schwinden
Gleichmässige Verteilung der Rissbildung
Sika® Antisol®
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
165
Arten
Hinweise zur Betonrezeptur und empfohlene Massnahmen:
8. Betonarten
8.11 Faserbeton
Die Duktilität und Zugfestigkeit von Beton kann
durch Zugabe von Fasern aus verschiedenen
Materialien und mit unterschiedlichen
Geometrien erhöht werden. Mit der Absicht, die
Bewehrung gleichmässig im Beton zu verteilen,
wurde faserverstärkter Beton entwickelt,
indem die Bewehrung, oder zumindest ein Teil
davon, direkt während des Mischvorgangs
hinzugefügt wird. Neben den bekannten
Stahlfasern werden heute auch Kunststoff- und
Faserngemische (eine Mischung verschiedener
Fasern) eingesetzt. Die Wahl der Faserart und
-geometrie hängt dabei hauptsächlich von
dem Anwendungsgebiet ab. Aus diesem Grund
werden Geometrie, Qualität und physikalische
Eigenschaften der Fasern auf jede Anwendung
abgestimmt.
Abb. 8.11.1: Die für einen Gebrauch im Beton
verwendeten Fasern werden aus verschiedenen
Materialien und Qualitäten dieser Materialien hergestellt. Zudem können sie gemäss den Anforderungen
an den Frisch- oder Festbeton unterschiedliche
geometrische Abmessungen und Formen aufweisen.
Viele verschiedene Eigenschaften von Frisch- und Festbeton können durch Zugabe von Fasern
wirksam beeinflusst werden. Es gibt unzählige verschiedene Faserarten mit unterschiedlichen
Materialeigenschaften und Formen. Die richtige Wahl für die verschiedenen Zwecke ist wichtig.
Nicht nur das tatsächliche Material, sondern auch die Form der Fasern ist von Bedeutung.
Ein Beispiel für die erfolgreiche Verwendung von Polypropylen-Fasern ist die Verbesserung
des Brandschutzes im Beton. Ein weiteres Beispiel für die Verwendung von Mikro-PP-Fasern
ist die Verbesserung der Beständigkeit des Betons gegen frühe Rissbildung (durch plastisches
Schwinden), Makro-Polymer- und Stahlfasern werden hauptsächlich verwendet, um die
Festigkeit, Beständigkeit und Energieabsorption des Festbetons zu verbessern und zumindest
Teile der üblichen Stahlbewehrungen zu ersetzen.
Faserverstärkter Beton wird verwendet für:
„„ Industrieböden
„„ Spritzbeton
„„ Schlanke Bauten (üblicherweise in Fertigteilwerken)
„„ Feuerbeständige Bauten
„„ Mörtelanwendungen (Sanierung)
166
8. Betonarten
Abb. 8.11.2: Das Spannungsbiegungsdiagramm
eines Biegeversuchs zeigt den Einfluss unterschiedlicher Faserarten auf die Materialeigenschaften des
Betons, wie verbesserte Zugfestigkeit und ein gut
kontrolliertes Nachrissverhalten.
„„ Der Zeitpunkt der Faserbeigabe und die Methode des Herstellers muss eingehalten werden
(d.h. im Betonwerk oder im Betonmischfahrzeug).
„„ Die Mischzeiten müssen eingehalten werden (Klumpenbildung der Fasern).
„„ Der maximal empfohlene Fasergehalt darf nicht überschritten werden (beträchtliche Senkung
der Verarbeitbarkeit).
„„ Fasern erhöhen normalerweise den Wasserbedarf der Mischung (mit Fliessmittel
kompensieren).
Tabelle 8.11.1: In welchem Stadium der Betonerhärtung wirken welche Fasern am besten?
Frischbeton/Mörtel
Die Homogenität, insbesondere bei Mörtel, wird durch die Zugabe von
Mikrofasern verbessert.
Bis ca. 10 Stunden
Durch plastisches Schwinden hervorgerufene frühe Rissbildung kann
durch Mikrofasern gesenkt werden.
1 – 2 Tage
Risse durch Zwangsspannungen oder Temperaturspannungen können
durch Mikro- und Makrofasern gesenkt werden
Ab 28 Tagen
Von äusseren Belastungen stammende Kräfte können auf Makrofasern
übertragen werden, und die Feuerbeständigkeit kann durch Mikro-PPFasern mit einem Schmelzpunkt von 160 °C verbessert werden.
167
Arten
Betonherstellung
Die Hinweise der Faserhersteller müssen bei der Herstellung von Faserbetonen beachtet werden.
Werden die Fasern zum falschen Zeitpunkt zugefügt oder schlecht gemischt, so kann dies zu
grossen Problemen führen und die Fasern sogar unwirksam werden lassen.
8. Betonarten
Tabelle 8.11.2: Parameter verschiedener Faserarten
Faserart
Eigenschaften
Beschreibung
Stahlfasern
Dichte: ~7800 kg/m3
Zugfestigkeit: 400 – 1500 N/mm2
E-Modul: ~200000 N/mm2
Stahl ist bei weitem die am häufigsten
verwendete Faserart, dank seiner Verfügbarkeit,
guten mechanischen Eigenschaften und
Dauerhaftigkeit.
Polypropylenfasern
Dichte: ~900 kg/m3
Zugfestigkeit: 600 – 700 N/mm2
E-Modul: 5000 – 15000 N/mm2
Polypropylen bietet eine sehr gute
Alkalibeständigkeit und eine ständige E-ModulVerbesserung und somit ein breites Spektrum
an Verwendungsmöglichkeiten.
Polyvinylalkohol- Dichte: ~900 kg/m3
Zugfestigkeit: 600 – 700 N/mm2
fasern
E-Modul: 10000 – 64000 N/mm2
Spezielle Herstellungsverfahren ermöglichen
die Herstellung von hochmoduligen PVA-Fasern.
Pflanzliche
Fasern
Dichte: ~1500 kg/m3
Zugfestigkeit: 0 – 1000 N/mm2
E-Modul: 5000 – 40000 N/mm2
Umfangreiche natürliche Ressourcen, aber
grosse Unterschiede in den Eigenschaften, die
zu Rezepturschwierigkeiten führen.
Glasfasern
Dichte: ~2700 kg/m3
Zugfestigkeit: 2500 N/mm2
E-Modul: ~80000 N/mm2
Durch ständige Verbesserungen der
Alkalibeständigkeit (Dauerhaftigkeit) finden
Glasfasern immer mehr Anwendung.
Karbonfasern
Dichte: ~1700 kg/m3
Zugfestigkeit: 450 – 4000 N/mm2
E-Modul: bis zu 300000 N/mm2
Sehr gute mechanische Eigenschaften und
hohe Dauerhaftigkeit einerseits, aber hohe
Kosten andererseits.
Polyesterfasern
Dichte: ~900 kg/m3
Zugfestigkeit: 600 – 700 N/mm2
E-Modul: 5000 – 10000 N/mm2
Sie wurden für die Textilindustrie entwickelt,
werden aber auch in der Baustoffindustrie
verwendet.
Keramikfasern
Dichte: ~2500 – 3000 kg/m3
Zugfestigkeit: 1700 – 3400 N/mm2
E-Modul: 150000 – 400000 N/mm2
Sie werden für Wärmeisolatoren und Dämmung
verwendet und auch für faserverstärkte
Keramik. Hohe Festigkeit und E-Modul,
aber brüchig.
Wirkungen von Faserbetonen:
„„ Verbesserte Dauerhaftigkeit des Bauteils
„„ Erhöhte Zug- und Biegezugfestigkeit
„„ Höhere Beständigkeit gegen spätere
Rissbildung
„„ Bessere Rissverteilung
„„ Niedrigeres Schwinden bei frühem Beton
„„ Erhöhte Feuerbeständigkeit von Beton
„„ Negativer Einfluss auf Verarbeitbarkeit
„„ Verbesserte Homogenität von Frischbeton
168
Abb. 8.11.3: Spezielle Tests für Spritzbeton: Energieabsorptionstests von faserverstärktem Spritzbeton
nach EN 14488-5.
8. Betonarten
Hinweise zur Betonrezeptur und empfohlene Massnahmen:
Komponenten
Beschreibung
Beispielrezeptur
Gesteinskörnungen
Alle hochwertigen Gesteinskörnungen
möglich
Alle Gesteinskörnungsgrössen möglich
Zement
Alle den örtlichen Normen
entsprechenden Zemente
Zielvolumen des
Zementleims gemäss
der Empfehlungen für
Pumpbeton
> 320 kg/m³
Pulverzusätze
Kalkstein, Flugasche, Silikastaub oder
Hüttensandmehl
Ausreichender
Feinanteilgehalt durch
Anpassung des
Bindemittelgehalts
Feinanteile
einschliesslich
Zement
> 375 kg/m³
Wassergehalt
Frischwasser und RecyclingWasser ohne Anforderungen an den
Feinanteilgehalt
w/z-Wert gemäss der
Normen in Bezug auf
die Expositionsklasse
< 0,48
Betonzusatzmittel
Fliessmittel
Typ abhängig von Einbau- und
Frühfestigkeitsanforderungen
Strukturelle Makrofasern
Polypropylenmikrofasern
Sika® ViscoCrete®
oder
Sikament®
SikaFiber®-Force
SikaFiber®
0,80 – 1,60%
Nachbehandlungsmittel
Eine möglichst frühzeitig
einsetzende und ausreichend lange
Nachbehandlung hat einen starken
Einfluss auf das plastische und das
Trocknungsschwinden.
Sorgfältiger Einbau und sorgfältige
Verdichtung. Eine Nachbehandlung
garantiert eine hohe Qualität
(Verdichtung) der Oberflächen.
Sika® Antisol®
Arten
Einbau und
Nachbehandlung
4 – 8 kg/m³
0,6 – 3 kg/m³
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika® ViscoCrete®
Sikament®
Fliessmittel
Durch die erhebliche Wasserreduktion gibt es
weniger überschüssiges Wasser im Beton.
SikaFiber®
Polypropylenmikrofasern
Strukturelle Makrofasern
Zur starken Verbesserung der Feuerbeständigkeit
zementgebundener Materialien
Zur Erhöhung mechanischer Eigenschaften von
Beton durch Steigerung der Schlagbeständigkeit
und Biegezugfestigkeit
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
Sika® Antisol®
169
8. Betonarten
8.12 Sichtbeton
Moderne Architektur wäre ohne Sichtbeton
nicht denkbar. Über Jahrzehnte hinweg lag
das Augenmerk lediglich auf den einzigartigen
lasttragenden Eigenschaften und dem
konkurrenzlosen Preis-Leistungs-Verhältnis
als Baumaterial. Erst in den letzten Jahren
treten auch die gestalterische Vielfalt und
die Möglichkeit zur Schaffung verschiedener
Oberflächen in den Vordergrund.
Hohe ästhetische Anforderungen
In der heutigen Architektur wird Beton nicht nur
wegen seiner physikalischen Eigenschaften,
sondern zunehmend auch als gestalterisches
Element eingesetzt.
Abb. 8.12.1: Durch die Entwicklung selbstverdichtenden Betons (SCC) sind die gestalterischen
und konstruktiven Möglichkeiten mittlerweile fast
unbegrenzt. Mit spezieller Schalungstechnologie
und/oder spezifischen Betonzusatzmitteln können
nun auch in schwierigsten Bereichen hochwertige
Oberflächen gewährleistet werden.
Insbesondere an die Oberflächen (Sichtflächen) werden demzufolge erhöhte Anforderungen
gestellt. Die Möglichkeiten, auf diese Sichtflächen Einfluss zu nehmen, sind zahlreich:
„„ Wahl einer geeigneten Betonrezeptur
„„ Festlegung von Schalungsmaterial und -typ (Schalung muss absolut dicht sein!)
„„ Verwendung des geeigneten Trennmittels im richtigen Mass
„„ Wahl der geeigneten Einbringmethode
„„ Eventuelle Verwendung von Schalungseinlagen
„„ Farbgebung durch die Verwendung von Pigmenten
„„ Gute Verarbeitung (Verdichten, Einbringen usw.)
„„ Intensive Nachbehandlung
Hinsichtlich der Betonzusammensetzung sind folgende Punkte zu beachten:
Gesteinskörnung/Zement/Wasser
„„ Einhalten des minimalen Feinanteilgehalts und einer ausgewogenen Siebkurve wie
bei Pumpbeton
„„ Zement generell > 300 kg/m³
„„ Einfluss des Zements auf die Farbe der Sichtfläche berücksichtigen
„„ Dem Wasseranteil in einem Sichtbeton ist grosse Beachtung zu schenken (Schwankungen
vermeiden), Bluten verhindern
170
8. Betonarten
Abb. 8.12.2: Dank einer breiten Palette an
Schalungen und Behandlungen lässt sich fast
jede Betonoberfläche erzeugen wie z.B. glatt,
mit Holz- oder anderen Strukturen, gestockter
Beton, Waschbeton usw.
Vorsicht
„„ Bei neuen, nicht behandelten Holzschalungen kann es partiell durch Holzzuckerabgabe an der
Oberfläche zu starken Verzögerungen kommen, was wiederum Verfärbungen und Absanden
zur Folge hat.
„„ Bei zu nass eingebrachtem Beton können Wasserporen mit dünner oder fehlender Zementhaut
entstehen.
„„ Durch untervibrierten Beton können Vibrationsporen mit harter, starker Zementhaut entstehen.
„„ Bei übermässigem Trennmittelauftrag können die Luftblasen (infolge Adhäsion) nicht
aufsteigen.
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete
Sikament®
Fliessmittel
Gesteigerte Festigkeit und Dichtigkeit
Starke Wasserreduktion
Senkung der Kapillarporosität
Sika® Separol®
Schalungstrennmittel
Leichteres Ausschalen und Reinigen
Sika Rugasol
Oberflächenverzögerer
Herstellung von Waschbetonoberflächen
Sika® PerFin®
Betonoberflächenverbesserer
Verbessert endbearbeitete Betonoberflächen durch
die Reduktion von Poren und Luftlöchern
Sika® Colorcrete-G
Farbgranulat
Herstellen von Farbbetonen mit gleichmässiger,
intensiver Farbgebung
Sika® Antisol®
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
®
®
®
®
171
Arten
Einbringen und Nachbehandlung
„„ Einbringen des Betons in gleichmässigen Schichten von 300 bis 500 mm. Jede Schicht ist in
die darunterliegende zu vibrieren (Marken an Vibrator anbringen!)
„„ Geeignete Vibratorgrösse einsetzen (Beispiel: Wandstärke bis 20 cm  Nadel Ø ≤ 40 mm)
„„ Plastische bis weiche Einbaukonsistenz
„„ Intensive Nachbehandlung anordnen und klimatische Bedingungen berücksichtigen
8. Betonarten
8.13 Farbbeton
Der Einsatz von Farbbeton ist nicht einfach nur
ein aktueller Trend, sondern ein nachhaltiger
und attraktiver Weg, Bauwerke oder
Gebäudeteile zu gestalten. Neben Form und
Oberflächenstruktur bildet die Farbe bei Beton
ein zentrales Gestaltungselement.
Der hierdurch erzielte Effekt muss die Wünsche
von Bauherr und Architekt widerspiegeln und
über den gesamten Gebäudeteil hinweg so
einheitlich wie möglich ausfallen.
Abb. 8.13.1: Beton, bislang vor allem ein solides,
zuverlässiges und langlebiges Baumaterial, kann
nun architektonische Höchstleistungen erbringen.
Farbbeton wird durch Zugabe von Pigmenten (hauptsächlich Metalloxiden und insbesondere
Eisenoxid) hergestellt. Die Pigmente kommen pulverförmig, als staubarmes Feingranulat oder
flüssig zur Verwendung. Die Dosierung beträgt normalerweise 0,5 – 5 % des Zementgewichts.
Höhere Dosierungen bringen nur minimale Farbverstärkungen, können aber unter Umständen zu
einer Verschlechterung der Betonqualität führen.
Übliche Primärfarben sind:
„„ Eisenoxidgelb
„„ Eisenoxidrot/-braun
„„ Eisenoxidschwarz (Hinweis: Pigmente auf Russbasis können zu Problemen mit
Luftporenbildnern führen)
„„ Chromoxidgrün
„„ Weiss (Titandioxid; zur allgemeinen Aufhellung)
Aus den wichtigsten Primärfarben lassen sich zahlreiche andere Betonfarben mischen, sodass
der Kreativität kaum Grenzen gesetzt sind.
Die Farbgebung kann wie folgt verstärkt oder strukturiert werden:
„„ Mit Hilfe heller Zuschlagstoffe oder weissem Zement
„„ Mit Hilfe bestimmter Schalungsarten
172
8. Betonarten
Abb. 8.13.2: Der Einsatz von Farbbeton erfordert
weit mehr als nur die Zugabe von Pigmenten. Von
der Planung bis zum Einbau entscheiden viele
Faktoren darüber, ob die Anwendung gelingt. Zahlreiche verschiedene Produktionsschritte müssen
fachgerecht geprüft und umgesetzt werden. Dies
stellt eine Herausforderung für alle Beteiligten dar.
Vor allem die Schalung, die den ästhetischen Aspekt von Sichtbeton erheblich beeinflusst, muss
während der Vorversuche mit dem Projektverantwortlichen festgelegt werden:
„„ Schalungsmaterial (Stahl, Holz, Kunststoff)
„„ Oberflächenstruktur (glatt oder rau)
„„ Sitz und Sauberkeit der Schalung (insbesondere an den Fugen; neue oder gebrauchte Schalen)
„„ Robustheit der Schalungskonstruktion
„„ Trennmittel (Art, Auftragdicke und -konsistenz)
„„ Einbringen und Verdichten des Betons in der Schalung
„„ Nachbehandlung
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete
Sikament®
Fliessmittel
Gesteigerte Festigkeit und Dichtigkeit
Starke Wasserreduktion
Senkung der Kapillarporosität
Sika® Colorcrete-G
Farbgranulat
Farbgranulat mit Eisen-, Chrom- und
Titanoxidpigmenten
®
®
173
Arten
Wichtigste Faktoren für eine überzeugende Farbe und Oberfläche bei Betonbauwerken:
„„ Vorversuche und Überprüfung deren Ergebnisse mit allen Beteiligten
„„ Ein konstanter Arbeitsfluss während der Betonierarbeiten – von der Rezeptur über
Vorversuche, Produktion, Transport, Schalung, Einbau, Nachbehandlung und Schutz der
Betonoberflächen. Die Parameter der Vorversuche müssen eingehalten werden.
„„ Einer der wichtigsten Faktoren ist ein gleichbleibender Wassergehalt in der Betonmischung.
8. Betonarten
8.14 Unterwasserbeton
Wie der Name schon zeigt, wird
Unterwasserbeton unterhalb des
Wasserspiegels eingebracht, z.B. bei:
„„ Hafenbauten
„„ Brückenpfeilern in Flüssen
„„ Bauwerken von Wasserversorgern
„„ U-Bahnen
„„ tiefen Schächten in instabilen Böden
Abb. 8.14.1: Beim Einsatz von Unterwasserbeton
Zusammensetzung (Beispiel 0 – 32 mm):
herrschen oft sehr schwierige Einbring- und Arbeits„„ Zuschläge
bedingungen, weshalb bei diesen Betonarten häufig
längere Arbeitszeiten notwendig sind.
-- Verwendung einer Gesteinskörnung, wie
sie bei Pumpmischungen eingesetzt wird
-- Feinanteile inkl. Zement > 400 kg/m³
„„ Zement and Pulverzusätze
-- Zementgehalt mind. 350 kg/m³
-- Kalkstein kann in den Feinanteilgehalt der Rezeptur aufgenommen werden
„„ Betonzusatzmittel
-- Fliessmittel zur Reduzierung freien Wassers in der Mischung
-- Mischungsstabilisierer zur Minimierung des Auswascheffekts von Feinanteilen und Zement
(insbesondere bei strömendem Wasser)
Besondere Anforderungen
Die Standardmethode ist das Pumpen einer entsprechend angepassten Mischung durch eine
normale Betonpumpe. Das Schlauchende ist genügend tief im frischen Beton zu halten.
Eine weitere Methode, Unterwasserbeton mit möglichst wenig Verlust einzubringen, ist das
sogenannte Contractor-Verfahren. Dabei wird der Beton durch ein Rohr von 20 – 40 cm
Durchmesser direkt in den schon eingebrachten Beton zugegeben. Das Rohr wird kontinuierlich
hochgezogen, wobei jedoch das untere Ende immer genügend im Beton eingetaucht bleiben
muss, um ein Zurückschlagen des Wassers ins Rohr zu vermeiden.
Weiterhin ist zu beachten:
„„ Mit zunehmender Fliessgeschwindigkeit des Wassers werden Auswaschungen stärker auftreten
„„ Druckunterschiede (wie etwa Wasserspiegeldifferenzen z.B. in Schächten) sind zu vermeiden
174
8. Betonarten
Spezieller Unterwasserbeton
Vorgängig eingebrachte, grobe Gesteinsgerüste können nachträglich mit Zement-Suspensionen
(im sogenannten Prepakt-Verfahren) verfüllt werden.
Hinweise zur Betonrezeptur und empfohlene Massnahmen:
Komponenten
Beschreibung
Beispielrezeptur
Gesteinskörnungen
Alle hochwertigen Gesteinskörnungen
möglich
Alle Gesteinskörnungsgrössen möglich
Zement
Alle den örtlichen Normen
entsprechenden Zemente
Zielvolumen des
Zementleims gemäss
der Empfehlungen für
Pumpbeton
> 350 kg/m³
Pulverzusätze
Kalkstein, Flugasche oder
Hüttensandmehl
Ausreichender
Feinanteilgehalt durch
Anpassung des
Bindemittelgehalts
Feinanteile
einschliesslich
Zement
> 400 kg/m³
Wassergehalt
Frischwasser und Recycling-Wasser mit
Anforderungen an den Feinanteilgehalt
w/z-Wert gemäss der
Normen in Bezug auf
die Expositionsklasse
< 0,48
Betonzusatzmittel
Fliessmittel
Typ abhängig von Einbau- und
Frühfestigkeitsanforderungen
Sika® ViscoCrete®
oder
Sikament®
0,60 – 1,50%
Stabilisierer
Sika® UW Compound
0,20 – 1,80%
Die Standardmethode ist das Pumpen einer entsprechend angepassten Mischung
durch eine normale Betonpumpe. Das Schlauchende ist genügend tief im frischen
Beton zu halten.
Arten
Einbau und
Nachbehandlung
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete
Sikament®
Fliessmittel
Starke Wasserreduktion
Verbessertes Einbringen (Verarbeitbarkeit und Verdichtung)
Sika® Stabilizer
Viskositätsbeeinflussendes Mittel
Verbesserte Kohäsion des Betons
Sika® UW
Compound
Mittel zur Verbesserung
der Kohäsion
Starke Verbesserung der Kohäsion bei Unterwasserbeton
SikaPump®
Pumphilfe
Verbessert die Pumpbarkeit und geringere Entmischungsgefahr
Sika Retarder
Abbindeverzögerer
Längere Verarbeitbarkeit durch Verzögerung des
Abbindezeitpunkts
SikaFume®
Silikastaub
Reduzierte Durchlässigkeit und höhere Dichte
®
®
®
175
8. Betonarten
8.15 Leichtbeton
Unter Leichtbeton versteht man Beton und
Mörtel mit geringer Rohdichte. Es werden
entweder Zuschlagstoffe mit geringerer
Dichte eingesetzt, oder es werden künstliche
Poren geschaffen, die das Gewicht
reduzieren. Die Art hängt primär von der
Verfügbarkeit der Rohstoffe und den
gewünschten Eigenschaften ab.
Leichtbeton wird eingesetzt für:
„„ Leichtbauweise (Decken, Wände,
Brückenträger, Sockel)
„„ Ausgleichsbeton
„„ Füllbetone
„„ Wärmedämmung
Abb. 8.15.1: Welche Druckfestigkeit erreichbar
ist, hängt stets von der vorhandenen Dichte der
Materialien ab. Das Ausmass dieses Zusammenhangs
kann durch die Qualität der Zuschlagstoffe verändert
werden. Erwartungsgemäss bewirken Poren eine
sehr niedrige Festigkeit. Sogenannte Blähtone sorgen
bereits bei niedrigen Dichten von etwa 1500 kg/m³
für eine sehr gute Festigkeitsentwicklung.
Eigenschaften von Leichtbetonen:
„„ Reduktion von Frischbetonrohdichte und der Dichte des erhärteten Betons.
„„ Wenn Leichtbeton als Füllbeton mit geringer Tragwirkung (hauptsächliche Anforderung:
Formstabilität) eingesetzt wird, werden meist sehr poröse Betone oder Mörtel hergestellt
(Porenleichtbeton).
„„ Wenn Leichtbeton mit guten mechanischen Eigenschaften (Druckfestigkeit) benötigt wird,
werden eher spezielle (in sich poröse, aber formstabile) Zuschlagstoffe verwendet.
Herstellung von Leichtbeton:
„„ Poröse Leichtbaustoffe wie Blähtone müssen vorgenässt werden, damit dem Beton beim
späteren Mischen nicht zu viel Wasser entzogen wird.
„„ Keine zu flüssige Konsistenz einstellen, da sonst Entmischungsgefahr besteht.
„„ Richtige Handhabung der Tauchvibratoren ist besonders wichtig (schnelles Eintauchen,
langsames Hochziehen), um Lufteinschlüsse zu vermeiden.
„„ Nachbehandlung sofort und sorgfältig durchführen.
„„ Schaumbetone weisen oft ein starkes Schwinden und eine geringe Formstabilität auf.
176
8. Betonarten
Abb. 8.15.2: Beim Porenbeton werden dem Mörtel
treibende Zusätze (z.B. Aluminiumpulver) beigemischt. Porenbeton wird in der Regel industriell
hergestellt. Porenbeton ist eigentlich kein Beton,
sondern ein sehr porenreicher Mörtel.
Komponenten zur Herstellung von Leichtbetonen:
„„ Blähtone
„„ Styroporkugeln
„„ Hobel-, Sägespäne
„„ spezielle Porenbildner zur Erzeugung stabiler Luftporen in grosser Menge
„„ Schaumbildner
Material
Dichte
Mechanische Eigenschaften
Gesteinskörnung
ab 1800 kg/m3
Hohe mechanische Eigenschaften
Blähtone
ab 1500 kg/m3
Begrenzte mechanische Eigenschaften
Porenbildner
ab 1500 kg/m
Porenleichtbeton mit geringen mechanischen
Eigenschaften
ab 100 kg/m3
Keine mechanischen Eigenschaften (einfach zu
produzierender Porenleichtbeton)
Styropor
ab 800 kg/m3
Geringe mechanische Eigenschaften
Schaumbildner
Dichte ab 800 kg/m3
Keine mechanischen Eigenschaften, Füllmörtel
3
Arten
Rohdichten
Abhängig von der Rezeptur und den verwendeten Komponenten lassen sich folgende
Rohdichteklassen und Eigenschaften erreichen:
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika ViscoCrete
Sikament®
Fliessmittel
Zur Reduktion der Permeabilität und zur Verbesserung der
Verarbeitbarkeit von Leichtbeton
Sika® Lightcrete
Schaumbildendes
Zusatzmittel
Zur Herstellung von Beton mit geringer Dichte
SikaPump®
Pumphilfe
Zur Verbesserung der Pumpbarkeit und des
Zusammenhalts von Leichtbeton
®
®
177
8. Betonarten
8.16 Schwerbeton
Hauptanwendung von Schwerbeton ist der
Strahlenschutz (medizinisch oder nuklear). Im
Meer wird Schwerbeton zur Beschwerung von
Pipelines eingesetzt.
Bei Schwerbeton kommen schwere natürliche
Zuschlagstoffe wie Baryt oder Magnetit oder
aber industriell gefertigte Zuschlagstoffe
wie Eisen- oder Bleischrot zum Einsatz. Die
Dichte hängt von der Art der verwendeten
Zuschlagstoffe ab und kann zwischen
3000 kg/m³ und fast 6000 kg/m³ betragen.
Abb. 8.16.1: Boden, Wände und Decke dieses
medizinischen Gebäudes wurden aus Schwerbeton
errichtet, bei dem Hämatit, als Zuschlagstoff, einen
umfassenden Strahlenschutz gewährleistet.
Massgebende Eigenschaften eines Schwerbetons sind:
„„ Gleichmässige Dichte und Raumgeschlossenheit des Betons
„„ Frei von Rissen (Schwinden gering halten) und Kiesnestern
„„ Druckfestigkeit ist aufgrund der grossen Bauteilabmessungen oft nur ein sekundäres Kriterium
„„ Möglichst frei von Luftporen
Zusammensetzung
„„ Zuschlagstoffe Verwendung von Baryt, Eisenerzen, Schwermetallschlacken, Ferrosilizium,
Stahlgranalien oder Stahlsand
„„ Zement Bei der Wahl des Zementtyps und der Dosierung die Hydratationswärme
berücksichtigen
„„ Wassergehalt Tiefen Wasserzementwert anstreben
Verarbeitbarkeit: Zur Sicherstellung eines vollständig geschlossenen Betonkörpers ist dem
Einbringen (Verdichtung) grosse Beachtung zu schenken.
Nachbehandlung: Die aufgrund der Bauteilmasse hohe Wärmeentwicklung muss im
Nachbehandlungskonzept berücksichtigt werden.
178
8. Betonarten
Art
Dichte des Beton
Dichte des Zuschlagstoffes
Schwerbeton
Höher als
2800 kg/m³
Schwere Zuschlagstoffe
> 3200 kg/m³
Normalbeton
Im Bereich von
2000 bis 2800
kg/m³
Normale Zuschlagstoffe
Leichtbeton
Bis zu
2000 kg/m³
Leichte Zuschlagstoffe
< 2200 kg/m³
Tabelle 8.16.1: Baryt bewirkt eine
Dichte im Bereich von 3500 kg/m³,
Magnetit eine Dichte von 3900 kg/m³.
Sehr schwere Betone mit einer Dichte
von über 6000 kg/m³ lassen sich mit
eisenhaltigen Zuschlagstoffen
erzielen.
Hinweise zur Betonrezeptur und empfohlene Massnahmen:
Komponenten
Beschreibung
Beispielrezeptur
Zuschlagstoffe
Verwendung schwerer Zuschlagstoffe
Baryt
Magnetit
Eisenhaltige
Zuschlagstoffe
Zement
Alle den örtlichen Normen entsprechenden
Zemente
Zielvolumen des Zementleims so niedrig wie
möglich für die entsprechende Einbringmethode
Pulverzusätze
Hüttensandmehl
Ausreichender Feinanteilgehalt durch
Anpassung des Bindemittelgehalts
Wassergehalt
Frischwasser und Recycling-Wasser mit
Anforderungen an den Feinanteilgehalt
w/z-Wert gemäss der
Normen in Bezug auf die
Expositionsklasse
< 0,48
Betonzusatzmittel
Fliessmittel
Typ abhängig von Einbau- und
Frühfestigkeitsanforderungen
Sika® ViscoCrete®
oder
Sikament®
0,60 – 1,50%
Einbringen,
Verarbeitung und
Nachbehandlung
Nachbehandlungsmittel
Eine möglichst frühzeitig einsetzende und
ausreichend lange Nachbehandlung hat
einen starken Einfluss auf das plastische
Schwinden und das Trocknungsschwinden.
Sorgfältiger Einbau und sorgfältige Verdichtung.
Eine Nachbehandlung, um eine hohe Qualität der
Oberflächen zu erreichen.
Sika® Antisol®
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produktart
Produkteinsatz
Sika® ViscoCrete®
Sikament®
Fliessmittel
Starke Wasserreduktion. Verbessertes Einbringen
(Verarbeitbarkeit und Verdichtung)
SikaFume®
Silikastaub
Reduzierte Durchlässigkeit
Sika® Antisol®
Nachbehandlungsmittel
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen
179
Arten
~ 3500 kg/m³
~ 3900 kg/m³
~ 7000 kg/m³
9. Weisse Wanne
Betonbauwerke wie z.B. unterirdische
Bodenplatten müssen in der Regel
wasserdicht sein, um Schäden aufgrund von
Feuchtigkeit oder Wassereintritt zu vermeiden.
Erreichen lässt sich dies durch Einsatz eines
externen Abdichtungssystems entweder
in Form von Schutzüberzügen, Folien oder
anderen auf der Oberfläche angebrachten
Systemen oder durch Verwendung eines
integrierten Abdichtungssystems, mit dem
Konstruktionsbeton wasserundurchlässig wird.
Bestimmte Mischungsrezepturen und Variationen von Betonzusatzmitteln können den
Beton bekannterweise unempfindlich gegenüber Wasserdruck machen, doch damit ein
Betonbauwerk stets völlig wasserundurchlässig bleibt, muss mehr als lediglich die Betonrezeptur
berücksichtigt werden. Auf der ganzen Welt finden verschiedene Ausdrücke zur Beschreibung
von wasserundurchlässigem Beton Anwendung. Im Allgemeinen kann zwischen wasserdichtem
Beton, wasserundurchlässigen Betonsystemen und der Weissen Wanne unterschieden werden.
Wasserdichter Beton
Der Begriff «wasserdichter Beton» beschreibt die Betonmischung,
die wasserundurchlässig ist und sich primär auf die Qualität
des Betons bezieht, der anhand von Betonzusatzmitteln wie
Fliessmitteln und Dichtungsmitteln modifiziert wurde. Da dies
nur die Rezeptur der Betonmischung betrifft, werden die Fugen
und die Gestaltung einer Bodenplatte hierbei nicht berücksichtigt.
Somit wird bei wasserdichtem Beton nicht der Grad der
Wasserundurchlässigkeit eines bestimmten Betonteils angegeben.
Wasserundurchlässige Betonsysteme
Dieser Begriff steht für ein System aus wasserfestem Beton
und Fugendichtungslösungen als Basis einfacher Entwürfe für
wasserdichte Bodenplatten. Die Fertigung einer unterirdischen
Betonbodenplatte umfasst verschiedene Arbeitsschritte, die
Bau- und Bewegungsfugen ebenso wie Durchdringungen
berücksichtigen.
Damit der geeignete Grad an Wasserundurchlässigkeit erreicht
werden kann, sind allgemeine Anleitungen für die Rezeptur der
Betonmischung, die Konstruktion und das Betonieren zu geben.
180
Wasserdichter
Beton
Wasserdichter
Beton
Fugen
9. Weisse Wanne
„„ Rezeptur der Betonmischung: Eine optimale Korngrössenverteilung und ein optimaler (tiefer)
Wasserzementwert, die Auswahl eines geeigneten Zementtyps, eine verbesserte Rheologie
und die Verwendung von verschiedenen Betonzusatzmitteln wie Schwindreduzierern,
Dichtungsmitteln, Fliessmitteln usw. halten die Rissbildung im Beton in Grenzen.
„„ Betonstärke: Eine homogene, unveränderte Stärke des Betons mindert lokale
Belastungspunkte. Eine Mindeststärke des Betons von ≥ 250 mm für Wände und Bodenplatten
hat sich bewährt.
„„ Sorte und Menge der Stahlbewehrung: Dies ist der wichtigste beim Entwurf zu beachtende
Aspekt zur Verminderung der Rissbildung. Die Menge der Stahlbewehrung fällt üblicherweise
weitaus höher aus als die lediglich für statische Zwecke benötigte Menge. Die Berechnung
der mindestens erforderlichen Stahlsorte und der Verteilung sollte von einem Bauingenieur
vorgenommen werden, der mit den vor Ort geltenden Normen vertraut ist.
„„ Form und Gestaltung: Zur Minderung der Belastung im Gefüge ist die Gestaltung einer
Weissen-Wanne-Bodenplatte auf einer Ebene und in einer möglichst einfachen rechteckigen
Form zu entwerfen. Versatze und Innenecken sind zu vermeiden.
181
Weisse Wanne
Weisse Wanne
Die nächste Stufe einer wasserdichten Konstruktion ist
die sogenannte Weisse Wanne, eine Systemlösung, die
Wasserdichter
bereits seit vielen Jahrzehnten vor allem in Mitteleuropa
Beton
Anwendung findet. Neben wasserundurchlässigem
Beton umfasst dieses System die Planung, den Entwurf
und sämtliche weitere Baumassnahmen vor Ort, die zur
Rezeptur
Gewährleistung wasserdichter Konstruktionen zu treffen
und
Fugen
sind. Der Hauptaspekt bei der Umsetzung dieses Ziels
Anwendung
ist die laufende Überprüfung von Rissbildungen. Dazu
müssen mögliche Risse im Beton äusserst fein und weit
verstreut sein, und es dürfen keine Trennrisse durch die
gesamte Struktur verlaufen, durch die Wasser eindringen könnte. Verschiedene Normen für die
Konstruktion von Weissen Wannen schreiben eine maximale Breite eines einzelnen Risses von
≤ 0,2 mm vor. Wichtige Aspekte im Hinblick auf Rissbildungen:
9. Weisse Wanne
Abb. 9.1: Herkömmlicher Entwurf von Stahlbeton-Bodenplatten, für Weisse Wannen ungeeignet
Abb. 9.2: Geeigneter Weisse-Wanne-Entwurf: einfache Tankform, homogene Stärke, kein Versatz. Der rot
markierte Teil wird mit hochwertigem (wasserundurchlässigem) Beton entworfen.
„„ Fugengestaltung: Die Auswahl und Definition von Arbeits- und Dilatationsfugen muss
entsprechend dem Schwindverhalten von Beton und den Betonieretappen erfolgen.
Fugen sollten so positioniert werden, dass die Bodenplatte zur Belastungsminderung in
gleichmässige Rechtecke aufgeteilt wird. Die Vor-Ort-Bedingungen wie Wasserdruck sowie
Untergrund- und Klimaverhältnisse sind zu berücksichtigen. Die Entwurfsanforderungen
variieren je nach Verwendungsmethode und -zweck.
Für Fugendichtungen werden hauptsächlich Fugenbänder aus PVC (für Arbeits- und
Dilatationsfugen) bzw. Quellprofile oder Injektionsschlauchsysteme (letztere ausschliesslich für
Arbeitsfugen) verwendet.
182
9. Weisse Wanne
Abb. 9.3: Optimierte Definition des Fugenlayouts auf einer Bodenplatte zur Minderung der Rissbildung.
Weisse Wanne
„„ Vorbereitende Arbeiten auf der Baustelle: Zur Reduzierung der Reibung zwischen der
Betonbodenplatte und dem Boden sind doppellagige Kunststofffolien als Gleitschicht
notwendig.
„„ Nachbehandlung: Eine angemessene Nachbehandlung von mindestens drei Tagen mithilfe
von Abdeckfolien oder Nachbehandlungsmittel ist erforderlich, um Rissbildung infolge von
Trockenschwinden zu vermeiden.
183
9. Weisse Wanne
„„ Einbringen des Betons: Struktur, Schalungssystem und Bewehrung müssen ein
problemloses und einfaches Betonieren zulassen. Das ordnungsgemässe Einbringen des
Betons ist zur Vermeidung von Belastungen und Leckagen sowie von unverdichtetem oder
entmischtem Beton unerlässlich. Dies lässt sich erreichen, indem der Beton in jeden Abschnitt
(von Fuge zu Fuge) in einem Durchgang und ohne Unterbruch eingefüllt wird. Durch Einfüllen
des Betons aus einer Höhe von ≤ 1,0 m und sorgfältige Verdichtung des Frischbetons lässt
sich die Kiesnesterbildung vermeiden.
Neben den angeführten Punkten zur Rissbildungsminderung gibt es weitere Aspekte, die sich auf
die Wasserundurchlässigkeit von Weissen Wannen auswirken:
Mindestmass der Betondeckung (≥ 30 mm)
„„ Verwendung von zementösen Distanzkörben und Abstandhaltern
„„ Korrekte Positionierung und Dichtung aller Durchdringungen
Vorteile der Weissen Wanne
Im Vergleich zum herkömmlichen extern angewendeten Abdichtungssystem bietet die Weisse
Wanne folgende Vorteile:
„„ Gleichzeitige Statik- und Dichtungsfunktion
„„ Vereinfachte Statik- und Konstruktionsentwurfsprinzipien
„„ Einfache und schnelle Anwendung, keine weitere Abdichtungsschicht erforderlich
(weniger Arbeitsschritte)
„„ Dauerhaftes und integriertes Abdichtungssystem
„„ Keine Ableitung oder Doppelwände erforderlich
„„ Einfacher Aushub und weniger Untergrundvorbereitung
„„ Relativ grosse Unabhängigkeit von den Witterungsverhältnissen
„„ Leckagen lassen sich einfacher auffinden und beheben
Dank all dieser Vorteile ist eine kosteneffektive Lösung möglich, mit der ausserdem die
Komplexität der Baustellenlogistik reduziert wird.
184
Weisse Wanne
9. Weisse Wanne
185
10. Empfohlene Massnahmen
10.1 Vorbehandlung der Schalung
Die Qualität von Beton wird durch
zahlreiche Faktoren beeinflusst. Gerade die
Vorbehandlung der Schalung spielt für die
spätere Beschaffenheit der Betonoberfläche
eine entscheidende Rolle. Die Herausforderung
besteht darin, ein Haften des erhärteten
Betons an der Schalung zu verhindern und
eine einfache Reinigung der Schalung zu
ermöglichen. Dies lässt sich durch die richtige
Anwendung eines geeigneten Trennmittels
erreichen. Zudem gewährleistet dies glatte,
dichte Betonoberflächen, was wiederum sowohl
der Dauerhaftigkeit als auch dem ästhetischen
Erscheinungsbild der Betonoberfläche
zugutekommt.
An die Wirkungsweise von Trennmitteln werden, sowohl auf der Baustelle als auch im
Fertigteilwerk, die folgenden Anforderungen gestellt:
„„ Leichte und saubere Trennung des Betons von der Schalung (keine Betonanhaftungen, keine
Beschädigungen der Schalung)
„„ Optisch einwandfreie Betonoberflächen (dichte Oberflächenhaut, farbliche Gleichmässigkeit,
Unterdrückung der Porenbildung)
„„ Keine Beeinträchtigung der Betonqualität an der Oberfläche (keine übermässige
Abbindestörung, keine Probleme beim späteren Auftragen von Beschichtungen oder Farben –
oder klare Anweisungen für weitere Vorbehandlung erforderlich)
„„ Schutz der Schalung vor Korrosion und vorzeitiger Alterung
„„ Einfacher Auftrag
„„ Geringstmögliche Auswirkungen auf die Umwelt
„„ Erfüllung der Normen im Bereich Umwelt, Gesundheit und Sicherheit auf der Baustelle und
im Fertigteilwerk
Eine weitere wichtige Anforderung, insbesondere an Fertigteile, ist eine hohe
Temperaturbeständigkeit, wenn beheizte Schalungen oder warmer Beton zum Einsatz kommen.
Auch unerwünschte Geruchsentwicklungen müssen vermieden werden, insbesondere in einem
Fertigteilwerk. Bei Ortbeton sind zudem angemessene Regen- oder UV-Beständigkeit sowie
Zugänglichkeit nach Anwendung des Trennmittels erforderlich.
186
10. Empfohlene Massnahmen
Aufbau der Trennmittel
Trennmittel können aus bis zu drei Stoffgruppen zusammengesetzt sein:
„„ Trennfilmbildner
Hierzu zählen die Stoffe, die als Basisstoff für den Trenneffekt zu einem grossen Teil
verantwortlich sind, z.B. verschiedene Mineral- und Syntheseöle sowie Paraffinwachse.
„„ Zusatzstoffe
Mit diesen Stoffen werden zusätzliche oder verstärkte Wirkungen erzielt. Hierzu zählen z.B.
Trennverstärker, Netzmittel, Rostschutzadditive, Konservierungsmittel und die bei Emulsionen
eingesetzten Emulgatoren. Die meisten heutzutage eingesetzten Trennmittel enthalten
Zusätze, die mit dem Beton chemisch reagieren (gezielte Abbindestörung). Die Trennung des
Betons von Schalungen wird dadurch wesentlich erleichtert und das Produkt ist universell
einsetzbar.
„„ Verdünnungsmittel
Diese Mittel wirken als Viskositätsreduzierer für die vorgenannten Trennfilmbildner und
Zusatzstoffe. Mit ihrer Hilfe werden unter anderem die Verarbeitbarkeit, die Schichtstärke und
die Abtrockenzeit eingestellt. Im Wesentlichen werden als Verdünner organische Lösemittel
oder bei Emulsionen Wasser verwendet.
Entsprechend basieren Trennmittel auf drei verschiedenen generellen Technologien:
„„ Vollöle
„„ Lösemittelbasiert
„„ Wasserbasierte Emulsionen
Massnahmen
Je dünner der Trennmittelfilm, desto besser das Erscheinungsbild der späteren Betonoberfläche.
Lösemittelbasierte Trennmittel und wasserbasierte Emulsionen sollen einen raschen und
einfachen Auftrag auch dünnster Trennmittelfilme gewährleisten.
187
10. Empfohlene Massnahmen
Trennmittel für saugfähige Schalungen
Erstmals eingesetzte Holzverschalungen weisen ein hohes Saugvermögen auf. Wenn eine
derartige Schalung nicht entsprechend vorbehandelt ist, wird der Betonoberfläche aus dem
Zementleim Wasser entzogen. Dies führt dazu, dass der Beton an der Schalung anhaftet und die
Oberfläche des erhärteten Betons aufgrund unzureichender Zementhydratation später absandet.
Eine Beeinträchtigung der oberflächennahen Betonschicht kann zusätzlich durch Inhaltsstoffe der
Schalung (z.B. Holzzucker) erfolgen. Dies macht sich durch Abmehlen, Minderfestigkeiten oder
Verfärbungen bemerkbar, besonders bei solchen Holzschalungen, die längere Zeit ungeschützt
im Freien gelagert und einer direkten Sonnenbestrahlung ausgesetzt waren. Die beschriebenen
Wirkungen sind bei erstmaligem Schalungseinsatz besonders stark und nehmen bei jedem
weiteren Einsatz ab.
Um diesen Auswirkungen bei neuen Schalungen zu entgehen, hat sich in der Praxis eine
einfache Lösung bewährt. Vor dem ersten Einsatz wird die Holzschalung mit Trennmittel
behandelt und mit Zementleim oder Schlamm bestrichen. Anschliessend wird der erhärtete
Zementstein abgebürstet. Nach dieser künstlichen Alterung ist zunächst für einige Betonagen
ein Trennmittel zu wählen, das über einen gewissen Abdichtungseffekt verfügt. Hier sollte ein
lösemittelarmes oder -freies, nur schwach chemisch reaktives Trennmittel verwendet werden.
Bei mehrmaliger Verwendung dieser Holzschalungen geht deren Saugfähigkeit aufgrund
einer verstärkten Oberflächenabdichtung durch Zusetzen der Poren mit Zementstein- und
Trennmittelresten allmählich zurück. Daher ist bei älterer Holzschalung nur noch ein dünner
Trennmittelauftrag notwendig. Auch die Verwendung von lösemittelhaltigen Trennmitteln oder
Trennemulsionen kommt bei diesen älteren Schalungen infrage.
Schalung
saugend
Holzschalung
Stahlschalung
Vergütete
Holzschalung
rau
beheizt
befilmt
Kunststoff
gehobelt
unbeheizt
beschichtet
Gummi
geflammt
gestrahlt
188
nicht saugend
Strukturmatrize
10. Empfohlene Massnahmen
Trennmittel für nicht saugfähige Schalungen
Schalungen aus kunststoffvergütetem Holz, Kunststoff oder Stahl sind nicht saugfähig und
können aus diesem Grund kein Trennmittel, Wasser oder Zementleim aufnehmen. Bei all diesen
Materialien ist ganz besonders auf einen sparsamen, gleichmässigen und dünnen Auftrag des
Trennmittels zu achten. Pfützenartige Ansammlungen sind zu vermeiden. Sie führen nicht nur zur
verstärkten Porenbildung, sondern sie können auch zu Verfärbungen und/oder Absandungen an
der Betonoberfläche führen.
Um einen dünnen und gleichmässigen Trennmittelfilm auf der Schalungsoberfläche zu erzielen,
werden meistens niedrigviskose Öle mit Trennmittelzusätzen, im Sichtbetonbereich oft auch mit
Lösemitteln, eingesetzt. Die Trennzusatzstoffe bewirken neben einer Trennverbesserung (wie z.B.
mit Fettsäuren oder bestimmten Netzmitteln) eine verstärkte Haftung des Trennfilms an glatten,
senkrechten Schalungsflächen.
Besonders von Bedeutung ist dies bei hohen Schalungen, bei grosser Schütthöhe des Betons und
entsprechendem mechanischem Angriff der Schalungsoberfläche oder bei Witterungseinfluss
und längerer Wartezeit zwischen Trennmittelauftrag und Betoneinbau.
Strukturschalungen, die aus bestimmten Gummiqualitäten oder Silikonkautschuk bestehen,
erfordern zumindest im neuen Zustand oft kein Trennmittel, da wegen der glatten und
hydrophoben Schalungsoberfläche keine Haftung mit dem Beton erfolgt. Ist aufgrund der
Schalungsstruktur bzw. zunehmender Alterung der Schalung trotzdem ein Trennmittel
erforderlich, sollte man je nach Struktur auf lösemittelhaltige Produkte oder spezielle Emulsionen
zurückgreifen. Dabei ist ein dünner Auftrag notwendig, damit sich keine Trennmittelüberschüsse
in tieferliegenden Stellen der Schalung ansammeln können. Mittels eines Eignungsversuchs
muss unbedingt sichergestellt werden, dass die eingesetzten Trennmittel weder zum Quellen
noch zum Anlösen der Schalung führen.
Bei nicht saugenden Schalungen, insbesondere im Fertigteilwerk, sind wasserbasierte
Trennmittel am geeignetsten. Diese Technologie gestattet dünnste Trennmittelfilme, und bei
korrekter Anwendung ermöglicht das weiss erscheinende Produkt und das Sichtbarwerden
von Punkten ein schnelles und einfaches Auftragen. Ausserdem zeichnen sich wasserbasierte
Emulsionen durch ein hohes Mass an Effizienz und Umweltverträglichkeit aus. Sie senken den
Rohstoffverbrauch und erleichtern die Arbeitsweise in Fertigbetonwerken.
189
Massnahmen
Beheizte Stahlschalungen stellen ein besonderes Anwendungsgebiet dar. Der auf der Schalung
gebildete Trennfilm darf sich bei Wärmeeinwirkung nicht verflüchtigen, und das Trennmittel
muss so zusammengesetzt sein, dass keine verstärkte chemische Reaktion (Kalkseifenbildung)
zwischen Beton und Trennmittelbestandteilen während der Wärmebehandlung eintreten kann.
10. Empfohlene Massnahmen
Verarbeitungshinweise
Neben den produktbezogenen Hinweisen sind einige allgemeingültige Hinweise zu beachten.
Auftragen des Trennmittels
Die wichtigste Regel für das Auftragen des Trennmittels lautet, nur die unbedingt notwendige
Menge möglichst gleichmässig aufzutragen. Theoretisch wird bei einem 1/1000 mm dünnen
Trennmittelauftrag eine optimale Entschalbarkeit erreicht. Die Auftragsweise eines Trennmittels
richtet sich hauptsächlich nach der Konsistenz des Produkts. Niedrigviskose (dünnflüssige)
Produkte werden bevorzugt mit Hilfe einer Hochdruckspritze mit 3 – 6 bar Betriebsdruck
aufgebracht. Dabei wird eine Flachstrahldüse, evtl. mit Regulierventil oder Filter zum
Unterdrücken des Nachlaufens oder Nachtropfens, eingesetzt.
Auftragen einer wasserbasierten Emulsion
Trennmittel auf der Basis einer wasserbasierten Emulsion sollten in dünnen Schichten über die
gesamte Oberfläche aufgetragen werden, wobei in diesem Produkt weiss erscheinende Punkte
erkennbar werden. Nach dem Auftrag sind je nach Umgebungstemperatur ca. 10 bis 20 Minuten
für die Verdunstung des Wassers erforderlich. Während dieser Verdunstungszeit bildet sich ein
dünner einheitlicher Ölfilm.
(A)
(B)
(C)
2 Minuten
4 Minuten
7 Minuten
9 Minuten
Abb. 10.1.1: Auftragen des wasserbasierten Trennmittels (A), richtige Trennmittel-Menge auf der Oberfläche (B)
und Verhalten des Trennmittels über die Zeit (C).
190
10. Empfohlene Massnahmen
Die richtige und gleichmässige Auftragsstärke kann bei glatter Schalung mit der sogenannten
Fingerprobe geprüft werden. Hierbei dürfen sich keine deutlichen Fingerspuren und keine
Trennmittelansammlungen bilden. Überschüssiges Trennmittel ist bei waagerechter Schalung
unbedingt mit einen Gummi- oder Schaumstoffschieber zu entfernen und die Schalfläche ist
nachzureiben. Bei senkrechten oder geneigten Schalungen werden bei zu grossem Auftrag
Ablauferscheinungen auf der Fläche oder Trennmittelansammlungen am Fuss der Schalung
sichtbar. Sie müssen mittels Lappen oder Schwamm entfernt werden.
Sehr hochviskose Trennmittel (z.B. Wachspasten) werden mit einem Lappen, Schwamm,
Gummischieber, Pinsel oder Ähnlichem aufgebracht. Auch hier gilt, prinzipiell nur die unbedingt
notwendige Menge möglichst gleichmässig aufzutragen.
Überprüfen der richtigen Auftragsmenge von Trennmitteln
Die Witterungsbedingungen spielen beim Auftragen von Trennmitteln eine wichtige Rolle.
Bei Regen ist ein Aufbringen des Trennmittels wegen unzureichender Haftung und benetzter
Schalung nicht sinnvoll. Bei starker Sonneneinwirkung und Trockenheit können saugende
Schalungen einen erhöhten Trennmittelbedarf aufweisen. Frost stellt für Trennmittelemulsionen
eine Gefahr dar, da gefrorene Emulsionen unbrauchbar werden.
Wartezeit bis zum Betonieren
Eine bestimmte Mindestwartezeit zwischen dem Auftragen des Trennmittels und dem Betonieren
kann nicht generell angegeben werden, da sie von vielen Faktoren, wie z.B. Schalungsart,
Temperatur, Witterung und Trennmittelart, abhängt. Bei lösemittelhaltigen Produkten und
Emulsionen ist aber auf jeden Fall die Trocknungszeit einzuhalten, da sonst die gewünschte
Trennwirkung noch nicht vorhanden ist. Ausserdem kann die Qualität der Betonoberfläche
dadurch in Mitleidenschaft gezogen werden, dass sich durch eingeschlossene Lösemittelreste
mitunter verstärkt Poren bilden.
191
Massnahmen
Abb. 10.1.2: Fingertest des richtigen Auftrags von Trennmitteln (links: zu viel Trennmittel / rechts:
gute Auftragsmenge)
10. Empfohlene Massnahmen
Je nach Art des Lösemittels ist die Verdunstungsgeschwindigkeit unterschiedlich. Im Einzelfall
sind die Wartezeiten den technischen Merkblättern zu entnehmen.
Eine starke Beanspruchung (Begehen, Witterung usw.) des Trennmittelfilms und eine zu lange
Wartezeit zwischen Auftrag und Betonieren kann unter Umständen zum Nachlassen der
Trennwirkung führen. Dies kann bei saugender Schalung nach einer Zeitspanne von einigen
Tagen der Fall sein. Nichtsaugende Schalungen sind unkritischer: Hier bleibt die Wirkung des
Trennmittels je nach Umgebungsbedingungen in der Regel für einige Wochen erhalten.
Zusammenfassung
In der betonverarbeitenden Industrie kann auf die Verwendung von Trennmitteln nicht verzichtet
werden. Bei richtiger Auswahl und Anwendung und entsprechender Schalungs- und Betonqualität
tragen sie zu optisch einheitlichen und dauerhaften Betonoberflächen bei. Unsachgemäss oder
falsch ausgewählte Trennmittel können, ebenso wie ungeeignete Betonausgangsstoffe und
-zusammensetzungen, zu Mängeln und Fehlern an der Betonoberfläche führen.
Die Produktreihe Sika® Separol® bietet für die meisten Entschalungsanforderungen die
ideale Lösung.
Sika Produkteinsatz
Produktname
Produkteinsatz
Sika Separol -33
Wirtschaftliches Trennmittel für saugende, nicht saugende und beheizte
Schalungen bis 80°C
Sika® Separol®-55
Lösemittelfreies Trennmittel für Stahl-, Kunststoff- und beschichtete
Holzschalungen
Sika® Separol®-6 W
Biologisch abbaubares, lösemittelfreies Trennmittel für Holz-,
Kunststoff- und Stahlschalungen
®
192
®
Massnahmen
10. Empfohlene Massnahmen
193
10. Empfohlene Massnahmen
10.2 Betoneinbau
Dauerhafte Betonbauten entstehen nur bei
richtiger Verarbeitung des Frischbetons.
Wichtige Schritte in der Produktionskette
sind insbesondere Einbau und Vibrieren des
Betons. Bei richtig eingebrachtem Frischbeton
ist Folgendes gegeben:
„„ dauerhafte Bauten
„„ vergütete Gesamtqualität
„„ garantierte Festbetonleistung
„„ Funktionalität von Trennmitteln
„„ verbesserter Betonoberflächenaspekt
Einbringen
Beim Einbringen von Frischbeton sind mehrere Aspekte zu beachten.
Zunächst muss überprüft werden, ob auf der Baustelle alle vorgenannten Betoneigenschaften
gemäss den jeweiligen Normen und weiteren Anforderungen vorliegen. Insbesondere sollte für
ein einfaches, sicheres Einbringen und anschliessendes Vibrieren und Glätten eine ausreichende
Verarbeitbarkeit des Betons gegeben sein.
Das aufgetragene Trennmittel darf möglichst wenig mechanisch beansprucht werden. Bei
senkrechter Schalung sollte der Beton möglichst nicht schräg gegen die Schalung geschüttet
werden, um einen punktförmigen Abrieb des Trennfilms zu verhindern. Mit Hilfe von Schüttrohren
sollte der fliessende Beton möglichst von der Schalung ferngehalten werden.
Grosse Fallhöhen, insbesondere bei Sichtbeton und selbstverdichtendem Beton, sind zu
vermeiden, damit keine Entmischung stattfindet und ein einheitliches Erscheinungsbild der
Betonoberfläche erreicht werden kann.
Soll nach dem Erhärten des vorangegangenen Bauteils ein weiteres eingebaut werden, muss
die Fuge zwischen den beiden Betonteilen ausreichend rau sein, damit der Verbund zwischen
Fest- und Frischbeton gewährleistet ist. Dies kann durch Verzögerung der Oberflächenerstarrung
des ersten Bauteils erfolgen, sodass in der Fugenoberfläche Gesteinskörnungen freiliegen. Das
anschliessende Einbringen des Frischbetons gegen solch eine raue Fuge stellt den erforderlichen
Verbund sicher. Für die Oberflächenverzögerung sorgt zum Beispiel Sika® Rugasol®.
194
10. Empfohlene Massnahmen
Vibrieren
Ein wichtiger Arbeitsschritt bei der Betonproduktion ist das richtige Verdichten des Betons,
denn nur bei korrekter Ausführung können der angestrebte Luftporengehalt und somit die
erforderlichen Festbetoneigenschaften wie Druckfestigkeit erreicht werden.
Das Verdichten mit einem Innenrüttler sollte so ausgeführt werden, dass der Rüttler zügig tief
in die Betonschicht eingeführt wird und dann ohne Unterbrechung langsam durch die gesamte
Betonschicht zurückgezogen wird. Übervibrieren kann sich negativ auf die Homogenität des
Frischbetons auswirken. Insbesondere bei der Verarbeitung von Frost- und Frost-Tausalzbeständigem Beton sollten die künstlich eingeführten mikroskopisch kleinen Luftporen nicht
zerstört werden.
Stellen Sie sicher, dass die Innenrüttler nicht zu nahe oder direkt an die Schalungshaut gelangen.
Andernfalls üben die Innenrüttler an der Schalungsoberfläche eine starke mechanische
Beanspruchung aus, die zum Abrieb des Trennmittels und später zu punktuellen Anhaftungen des
Betons führen kann.
Die Glättbarkeit des Frischbetons lässt sich mit Hilfe der Rezeptur beeinflussen, d.h. durch
Feinanteilgehalt, eingesetzte Gesteinskörnungen, den w/b-Wert sowie durch die verwendeten
Zusatzmittel im Allgemeinen und die Fliessmitteltechnologie im Besonderen. Vor allem die
Anwendung geeigneter Fliessmittel auf Basis von Polycarboxylatether (PCE) kann die Glättbarkeit
von Frischbeton deutlich beeinflussen. Beim Glätten, insbesondere von Industrieböden, die
mit Flügelglättern bearbeitet werden, spielt der Zeitfaktor eine wichtige Rolle. Die genaue
Berechnung der Glättzeit ist von ausserordentlicher Bedeutung.
195
Massnahmen
Glätten
Die Glättbarkeit «Finishverhalten» des Betons kann, je nachdem, welches Bauteil gegossen
wurde, eine wichtige Rolle spielen.
10. Empfohlene Massnahmen
10.3 Nachbehandlung
Für die Qualität und Dauerhaftigkeit des
Betons ist die Dichte der Bindemittelmatrix
ausschlaggebend. Deshalb zeichnet
sich dauerhafter Beton nicht nur durch
Druckfestigkeit aus. Noch wichtiger ist seine
Wasserdichtigkeit, insbesondere in den
oberflächennahen Bereichen. Je geringer die
Porosität und je dichter der oberflächennahe
Zementstein, desto höher ist auch der
Widerstand gegen äussere Einflüsse,
Beanspruchungen und Angriffe.
Bei Festbeton müssen Massnahmen ergriffen werden, um den frischen Beton zu schützen,
vor allem gegen:
„„ vorzeitiges Austrocknen durch Wind, Sonne, niedrige Luftfeuchtigkeit usw.
„„ extreme Temperaturen (Kälte, Hitze) und schädliche rasche Temperaturwechsel
„„ Regen
„„ thermische und physische Erschütterungen
„„ chemische Angriffe
„„ mechanische Beanspruchungen
Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen ist erforderlich, damit unter anderem die
Festigkeitsentwicklung des Betons nicht infolge Wasserentzugs gestört wird. Die Folgen von
hohem Wasserverlust sind:
„„ geringe Festigkeit der oberflächennahen Bereiche
„„ Neigung zum Absanden
„„ grössere Wasserdurchlässigkeit
„„ verminderte Witterungsbeständigkeit
„„ geringe Widerstandsfähigkeit gegen chemische Angriffe
„„ Entstehung von Frühschwindrissen
„„ erhöhte Gefahr späterer Schwindrissbildung
196
10. Empfohlene Massnahmen
Eine Vorstellung von der Grössenordnung der Wasserverdunstung je m² Betonoberfläche bei
unterschiedlichen Bedingungen vermittelt die nachstehende Grafik. Aus dem Bild ist ersichtlich
(eingezeichnete Pfeile), dass bei Luft- und Betontemperaturen von 20 °C, relativer Luftfeuchte
von 50 % und einer mittleren Windgeschwindigkeit von 20 km/h 0,6 Liter Wasser je Stunde
aus 1 m² Betonoberfläche verdunsten können. Bei höheren Betontemperaturen als derjenigen
der Luft und grösser werdenden Temperaturdifferenzen erhöht sich die Wasserverdunstung
erheblich. Eine Betontemperatur von 25 °C ergäbe bei sonst gleichen Bedingungen eine noch
einmal um die Hälfte grössere Verdunstungsrate, nämlich 0,9 Liter je m² und Stunde.
100
90
80
70
Betontemperatur [°C]
60
50
40
35
15 20
10
Verdunstete Wassermenge
in kg/m² · h
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Lufttemperatur [°C]
4,0
3,5
3,0
2,5
30
25
Windgeschwindigkeit
[km/h]
5
40
4
30
20
3
2,0
1,5
10
1,0
0,5
0
0
2
Massnahmen
30
20
10
Windstärke nach Beaufort Skala
relative
Luftfeuchtigkeit [%]
1
Abb. 10.3.1: Abhängigkeit der Verdunstung von relativer Luftfeuchte, Luft- und Betontemperatur
sowie Windgeschwindigkeit (nach VDZ)
197
10. Empfohlene Massnahmen
Ein Beispiel verdeutlicht diese Zahlen:
Ein Frischbeton mit 180 Liter Wassergehalt je m³ enthält pro m² in einer 1 cm dicken Schicht
1,8 Liter Wasser. Die Verdunstungsrate von 0,6 Liter je m² und Stunde bedeutet, dass dem Beton
innerhalb von 3 Stunden bereits eine Wassermenge entzogen wird, die dem Gesamtwassergehalt
einer 1 cm dicken, nach 9 Stunden dem einer 3 cm dicken Betonschicht entspricht. Eine
Nachlieferung des «verdunsteten» Wassers aus den tieferliegenden Zonen findet nur in geringem
Umfang statt. Die negativen Auswirkungen auf Festigkeit, Verschleisswiderstand und Dichtigkeit
der oberflächennahen Bereiche sind erheblich.
Durch extreme Temperatureinflüsse verformt sich der Beton; bei Wärme dehnt er sich aus,
bei Kälte zieht er sich zusammen. Auch diese Verformungen verursachen – ähnlich wie
beim Schwinden – Spannungen, die zu Rissen führen können. Es ist deshalb zu verhindern,
dass sich im frischen oder jungen Beton zwischen Betonkern und Betonoberfläche grössere
Temperaturunterschiede (> 15 K) ergeben und noch nicht ausreichend erhärteter Beton
schroffen Temperaturwechseln ausgesetzt wird.
Mechanische Beanspruchungen wie heftige Schwingungen und starke Erschütterungen
während des Erstarrens und in der ersten Zeit des Erhärtens können den Beton schädigen, wenn
hierdurch sein Gefüge gelockert wird. Auch Regenwasser und strömendes Wasser verursachen
häufig bleibende Schäden am frischen oder jungen Beton. Beschädigungen durch nachfolgende
Arbeiten auf nicht eingeschalten Betonflächen sind durch Kantenschutz und Schutzabdeckung zu
verhindern, auf eingeschalten Betonflächen durch späteres Ausschalen.
Chemische Angriffe durch Stoffe in Grundwasser, Boden oder Luft können bei zu früher
Einwirkung selbst entsprechend entworfenen und verarbeiteten Beton schädigen oder diesen
sogar für den vorgesehenen Verwendungszweck unbrauchbar machen. Deshalb sind diese Stoffe
möglichst lange vom jungen Beton fernzuhalten, zum Beispiel durch eine Wasserhaltung oder
Abdeckung.
Arten der Nachbehandlung
Schutzmassnahmen gegen vorzeitiges Austrocknen sind:
„„ Aufbringen flüssiger Nachbehandlungsmittel (z.B. Sika® Antisol® E-20)
„„ Belassen in der Schalung
„„ Abdecken mit Folien
„„ Aufbringen wasserhaltender Abdeckungen
„„ kontinuierliches Besprühen mit Wasser oder Unterwasserlagerung
„„ eine Kombination dieser Verfahren
198
10. Empfohlene Massnahmen
Flüssige Nachbehandlungsmittel wie Sika® Antisol® E-20 können auf die Betonoberfläche mit
einfachen Geräten (z.B. Niedrigdruck-, Gartensprühanlagen) aufgesprüht werden. Das Aufbringen
muss vollflächig und so früh wie möglich erfolgen; bei freiliegenden Betonflächen sofort, wenn
die zunächst glänzende Oberfläche des Frischbetons matt wird, bei geschalten Flächen sofort
nach dem Ausschalen. Wichtig ist, dass stets ein geschlossener Film entsteht und die in der
Verarbeitungsanweisung geforderte Menge in g/m² aufgebracht wird. Bei senkrechten Flächen
kann ein mehrfacher Auftrag erforderlich sein.
In frischem Zustand verfügt Sika® Antisol® E-20 über eine milchig-weisse Färbung, sodass
Auftragsfehler oder Unregelmässigkeiten leicht erkannt werden. Nach der Trocknung bildet sich
dann ein transparenter Schutzfilm aus.
Bei Belassung in der Schalung sind saugende Holzschalungen feucht zu halten und
Stahlschalungen gegen Aufheizung (Sonnenbestrahlung) bzw. bei niedrigen Temperaturen vor zu
schnellem und starkem Abkühlen zu schützen.
Sorgfältiges Abdecken mit dichten Kunststofffolien ist die gebräuchlichste Massnahme bei freien
Oberflächen und nach dem Ausschalen von Bauteilen. Die Folien müssen auf den noch feuchten
Beton überlappend aufgelegt und an ihren Stössen befestigt werden (z.B. durch Beschweren mit
Brettern oder Steinen), damit kein Wasser aus dem Beton verdunsten kann.
Die Verwendung von Kunststofffolien ist besonders für Sichtbeton zu empfehlen, da hierdurch
unerwünschte Ausblühungen weitgehend vermieden werden. Die Folie darf allerdings nicht direkt
auf dem frischen Beton anliegen. Eine Kaminwirkung ist ebenfalls zu vermeiden.
Massnahmen
Beim Umschliessen von Betonoberflächen mit wasserhaltenden Materialien, wie Jutegewebe,
Strohmatten oder Ähnlichem, ist die Abdeckung ständig feucht zu halten oder gegebenenfalls
zusätzlich durch eine Folie vor schneller Feuchtigkeitsabgabe zu schützen.
Gegen vorzeitiges Austrocknen ist auch ständiges Feuchthalten durch Benetzen der
Betonoberflächen möglich. Wechselweises Anfeuchten und Austrocknen kann zu
Spannungen und damit zu Rissen im jungen Beton führen. Ein direktes Anspritzen des
Betons mit Wasserstrahl ist zu vermeiden, da infolge Abkühlung der Betonoberfläche durch
Wassertemperatur und Verdunstungskälte, insbesondere bei massigen Bauteilen, Risse
entstehen können. Als Hilfsmittel sind Düsen oder perforierte Schläuche, wie sie zum
Rasensprengen benutzt werden, geeignet. Zur Nachbehandlung können horizontale Flächen
soweit möglich auch unter Wasser gesetzt werden.
199
10. Empfohlene Massnahmen
Tabelle 10.3.1: Nachbehandlungsmassnahmen für Beton
Aussentemperatur in °C
Methode
Massnahmen
Folie/Nachbehandlungsfilm
Abdecken bzw.
Nachbehandlungsfilm aufsprühen
und benetzen.
Holzschalung nässen;
Stahlschalung vor
Sonnenstrahlung schützen
unter
-3 °C
-3 bis
+5 °C
X
Durch Benetzen ohne
Unterbrechung feucht halten
über
25 °C
X
X*
Abdecken bzw.
Nachbehandlungsfilm aufsprühen
und Wärmedämmung;
Verwendung wärmedämmender
Schalung – z.B. Holz – sinnvoll
Wasser
10 bis
25 °C
X
Abdecken bzw.
Nachbehandlungsfilm aufsprühen
Abdecken und Wärmedämmung;
Umschliessen des Arbeitsplatzes
(Zelt) oder Beheizen (z.B.
Heizstrahler); zusätzlich
Betontemperaturen wenigstens 3
Tage lang auf +10 °C halten
5 bis
10 °C
X*
X*
X
* Nachbehandlungs- und Ausschalfristen um Anzahl der Frosttage verlängern; Beton mindestens
7 Tage vor Niederschlag schützen
Bei niedrigen Temperaturen reicht die Verhinderung des Wasserverlustes an der Betonoberfläche
allein nicht aus. Es sind rechtzeitig zusätzliche Schutzmassnahmen gegen Auskühlung durch
Wärmedämmung vorzubereiten. Sie richten sich insbesondere nach den Witterungsbedingungen,
der Art und den Abmessungen der Bauteile und der Schalung.
Die Nachbehandlung mit Wasser ist bei Frost nicht erlaubt. Während kurzer Frostperioden bieten
sich wärmedämmende Abdeckungen, wie Bretterschalung, trockene Stroh- und Schilfmatten,
Leichtbauplatten und Kunststoffmatten, an. Die Abdeckung wird zweckmässig beidseitig mit
Folien vor Durchfeuchtung geschützt. Folienkaschierte Kunststoffmatten sind am besten geeignet
und einfach zu handhaben. Bei strengem Frost und während längerer Frostperioden muss die
den Frischbeton umgebende Luft erwärmt werden und dabei die Betonoberfläche feucht bleiben.
Auf gute Abdichtung (z.B. durch Schliessen von Fenster- und Türöffnungen, durch geschlossene
Arbeitszelte) ist hierbei zu achten.
200
10. Empfohlene Massnahmen
Nachbehandlungsdauer
Die Dauer der Nachbehandlung muss so bemessen sein, dass auch die oberflächennahen
Zonen eine ausreichende Festigkeit und Dichtheit des Betongefüges erreichen, die für die
Dauerhaftigkeit des Betons und den Korrosionsschutz der Bewehrung erforderlich sind.
Die Festigkeitsentwicklung wiederum hängt eng mit der Betonzusammensetzung, der
Frischbetontemperatur, den Umgebungsbedingungen und den Bauteilabmessungen zusammen,
und entsprechend wird auch die erforderliche Nachbehandlungsdauer davon beeinflusst.
Im Zuge der europäischen Normung werden auch einheitliche europäische Regeln für die
Nachbehandlung geschaffen.
Massnahmen
Nach SIA 262 (2013) ist die Nachbehandlungsdauer gemäss der Festigkeitsentwicklung
festzulegen. Dazu wird in vier verschiedene Nachbehandlungsklassen unterschieden (NBK
1-4). Je nach Nachbehandlungsklasse muss ein prozentualer Anteil der charakteristischen
Druckfestigkeit in der Randzone erreicht sein. Diese Festigkeit kann z.B. anhand der
Temperaturentwicklung oder mittels Rückprallhammer bestimmt werden. Weiterhin gibt die SIA
262 (2013) Richtwerte für die Nachbehandlungsdauer an.
201
11. Normen
11.1 Norm SN EN 206-1
Die europäische Norm für Beton EN 206-1
wurde in Europa mit, von Land zu Land
unterschiedlichen, nationalen Vorworten und
Anhängen eingeführt. Die in der Schweiz
gültige Norm mit nationalen Anhängen wird
mit „SN EN 206-1“ bezeichnet.
Sie gilt für Beton, der für Ortbetonbauwerke,
vorgefertigte Bauwerke sowie Fertigteile für
Gebäude und Ingenieurbauwerke verwendet
wird.
Sie gilt für
„„ Normalbeton
„„ Schwerbeton
„„ Leichtbeton
Sie gilt nicht für
„„ Porenbeton
„„ Schaumbeton
„„ Haufwerksporigen Beton
„„ Mörtel mit einem Grösstkorn von ≤ 4 mm
„„ Beton mit einer Rohdichte von weniger als 800 kg/m³
„„ Feuerfestbeton
Bei Beton wird zwischen Beton nach Eigenschaften (Berücksichtigung von
Expositionsklasse und geforderten Eigenschaften) und Beton nach Zusammensetzung
(mit festgelegter Zusammensetzung) unterschieden.
202
11. Normen
11.1.1 Definitionen aus der Norm
Normen
Betoneigenschaften, Exposition
„„ Beton nach Eigenschaften
Der Betonhersteller entwirft die Zusammensetzung der Mischung und ist dafür verantwortlich,
dass die gelieferte Mischung den vom Verfasser geforderten Eigenschaften und den
zusätzlichen Anforderungen entspricht.
„„ Beton nach Zusammensetzung
Dem Betonlieferanten werden die zu verwendenden Ausgangsstoffe und deren
Zusammensetzung vom Verfasser vorgegeben. Der Lieferant ist dann nur dafür verantwortlich,
dass die gelieferte Mischung den festgelegten Angaben entspricht.
„„ Umwelteinflüsse (Expositionsklassen)
Diejenigen chemischen und physikalischen Einflüsse, denen der Beton ausgesetzt ist und die
zu Einwirkungen auf den Beton, die Bewehrung oder eingebettetes Metall führen (es sind nicht
die Lasten, die in der Tragwerksplanung und bei der konstruktiven Bemessung berücksichtigt
werden). Die Umwelteinflüsse werden durch die Norm in Expositionsklassen unterteilt.
„„ Festlegung
Die endgültige Zusammenstellung dokumentierter technischer Anforderungen, die dem
Hersteller als Leistung oder Zusammensetzung vorgegeben werden.
„„ Standardbeton
Beton nach Zusammensetzung, dessen Zusammensetzung in einer am Ort der Verwendung
des Betons gültigen Norm vorgegeben ist. In der Schweiz bestehen keine Regelungen für
Standardbeton.
„„ Verfasser der Festlegung
Person oder Stelle, die die Festlegung für den Frisch- und Festbeton aufstellt.
„„ Hersteller
Person oder Stelle, die den Frischbeton herstellt.
„„ Verwender
Person oder Stelle, die den Frischbeton zur Herstellung eines Bauwerks oder Bauteils
verwendet.
203
11. Normen
Wasserhaushalt des Betons
„„ Gesamtwassergehalt
Summe aus dem Zugabewasser, dem bereits in der Gesteinskörnung und auf dessen
Oberfläche enthaltenen Wasser, dem Wasser in Zusatzmitteln und Zusatzstoffen, wenn diese
in wässeriger Form verwendet werden, und gegebenenfalls dem Wasser von zugefügtem Eis
oder einer Dampfbeheizung.
„„ Wirksamer Wassergehalt
Dies ist die Differenz zwischen der Gesamtwassermenge im Frischbeton und der
Wassermenge, die vom Zuschlag aufgenommen wird.
„„ Wasserzementwert
Masseverhältnis des wirksamen Wassergehaltes zum Zementgehalt im Frischbeton.
„„ Äquivalenter Wasserzementwert w/zeq
Massenverhältnis des wirksamen Wassergehaltes zur Summe aus Zementgehalt und k-fach
anrechenbarem Anteil von Zusatzstoffen.
Ladung, Transport, Einsatzort
„„ Baustellenbeton
Beton, der auf der Baustelle vom Verwender des Betons für seine eigene Verwendung
hergestellt wird.
„„ Transportbeton
Beton, der in frischem Zustand durch eine Person oder eine Stelle geliefert wird, die nicht der
Verwender ist. Transportbeton im Sinne dieser Norm ist auch:
– vom Verwender ausserhalb der Baustelle hergestellter Beton
– auf der Baustelle nicht vom Verwender hergestellter Beton.
„„ Ladung
Menge des in einem Fahrzeug transportierten Betons, die aus einer oder mehreren Chargen
bestehen kann.
„„ Charge
Dies ist die Menge Frischbeton, die in einem Arbeitsspiel eines Mischers hergestellt wird oder
die während 1 Minute von einem Durchlaufmischer ausgestossen wird.
11.1.2 Expositionsklassen in Bezug auf Umgebungsbedingungen
Die Einwirkungen der Umgebungsbedingungen sind nach Expositionsklassen eingeteilt.
Diese Expositionsklassen schliessen die Berücksichtigung besonderer Bedingungen am
Verwendungsort des Betons oder die Anwendung von Schutzmassnahmen, wie die
Verwendung von Edelstahl oder anderem korrosionsbeständigen Metall sowie die Verwendung
204
11. Normen
von Schutzüberzügen für den Beton bzw. die Bewehrung, nicht aus.
Der Beton kann mehreren der beschriebenen Bedingungen gleichzeitig ausgesetzt sein. Die
Umgebungsbedingungen, sind dann als eine Kombination von Expositionsklassen auszudrücken.
Tabelle 11.1.2.1: Expositionsklassen nach SN EN 206-1
Klassen
Beschreibung der Umgebung
X0
Für Beton ohne Bewehrung
oder eingebettetes Metall: alle
Expositionsklassen, ausgenommen
Frostangriff, Verschleiss oder
chemischen Angriff
Beispiele für die Zuordnung von Expositionsklassen
(informativ)
Kein Korrosions- oder Angriffsrisiko
Bauteile in Innenräumen mit niedriger Luftfeuchte
Für Beton mit Bewehrung oder
eingebettetem Metall: sehr trocken
Korrosion durch Karbonatisierung
XC1
Trocken oder ständig nass
Bauteile in Innenräumen mit niedriger Luftfeuchtigkeit.
Beton, der ständig unter Wasser ist
XC2
Nass, selten trocken
Langzeitig wasserbenetzte Oberflächen;
Gründungsbauteile
XC3
Mässig feucht
Beton in Gebäuden mit mässiger oder hoher Luftfeuchtigkeit; vor Regen geschützter Beton im Freien
XC4
Wechselnd nass und trocken
Betondecken mit Wasserkontakt, die nicht unter die
Expositionsklasse XC2 fallen
XD1
Mässig feucht
XD2a
Nass,
selten trocken
Korrosion durch Chloride (ausser Meerwasser)
XD3
Chloridgehalt
≤ 0,5 g/l
Süsswasser
Übliche Schwimmbäder
Chloridgehalt
> 0,5 g/l
Salzwasser
Zeitweise oder dauernd hohe Chloridgehalte z.B.
Solebäder
Wechselnd nass und trocken
Normen
XD2b
Betondecken, die chloridhaltigem Sprühnebel
ausgesetzt sind
Teile von Brücken mit häufigem chloridhaltigem
Spritzwasserkontakt; Fahrbahndecken; Parkdecks
205
11. Normen
Tabelle 11.1.2.2: Expositionsklassen nach SN EN 206-1 (Fortsetzung Tabelle 11.1.1)
Klassen
Beschreibung der Umgebung
XS1
salzhaltige Luft, aber kein
unmittelbarer Kontakt mit
Meerwasser
Beispiele für die Zuordnung von
Expositionsklassen (informativ)
Korrosion durch Chloride aus Meerwasser
Bauteile in Küstennähe oder an der Küste
XS2
Ständig unter Wasser
Teile von Meeresbauwerken
XS3
Gezeitenbereiche, Spritzwasserund Sprühnebelbereiche
Teile von Meeresbauwerken
Frostangriff, mit oder ohne Taumittel
XF1
Mässige Wassersättigung,
ohne Taumittel
Vertikale Betonoberflächen, die Regen und Frost
ausgesetzt sind
XF2
Mässige Wassersättigung,
mit Taumittel
Vertikale Betondecken von Strassenbauwerken, die
taumittelhaltigen Sprühnebeln ausgesetzt sind
XF3
Hohe Wassersättigung,
ohne Taumittel
Horizontale Betonoberflächen, die Regen und Frost
ausgesetzt sind
XF4
Hohe Wassersättigung,
mit Taumittel
Strassendecken und Brückenplatten, die Taumitteln
ausgesetzt sind; Betonoberflächen, die taumittelhaltigen
Sprühnebeln und Frost ausgesetzt sind
XA1
Chemisch schwach angreifende
Umgebung nach
Tabelle 11.1.2.3
Beton in Kläranlagen, Jauchebehälter
XA2
Chemisch mässig angreifende
Umgebung nach
Tabelle 11.1.2.3
Betonbauteile, die mit Meerwasser in Berührung
kommen, Bauteile in betonangreifenden Böden
XA3
Chemisch stark angreifende
Umgebung nach
Tabelle 11.1.2.3
Industrieabwasseranlagen mit betonangreifenden
Abwässern, Gärfuttersilos, Betonteile zur
Rauchgasableitung
Chemische Angriffe
206
11. Normen
Tabelle 11.1.2.3: Grenzwerte für Expositionsklassen bei chemischem Angriff durch natürliche Böden
und Grundwasser
Gebräuchliche
Bezeichnung
Chemisches
Merkmal
XA1
(schwach
angreifend)
XA2
(mässig
angreifend)
XA3
(stark
angreifend)
Grundwasser
Sulfat
SO42-
mg/l
≥ 200 und
≤ 600
> 600 und
≤ 3000
> 3000 und
≤ 6000
pH
mg/l
≤ 6,5 und
≥ 5,5
< 5,5 und
≥ 4,5
< 4,5 und
≥ 4,0
Kohlensäure
CO2 angreifend
mg/l
≥ 15 und
≤ 40
> 40 und
≤ 100
> 100
bis zur Sättigung
Ammonium
NH4+
mg/l
≥ 15 und
≤ 30
≥ 30 und
≤ 60
> 60 und
≤ 100
Magnesium
Mg2+
mg/l
≥ 300 und
≤ 1000
> 1000 und
≤ 3000
> 3000
bis zur Sättigung
mg/kg
≥ 2000 und
≤ 3000
≥ 3000 und
≤ 12000
> 12000 und
≤ 24000
ml/kg
> 200
Baumann-Gully
in der Praxis nicht anzutreffen
Boden
Sulfat
Säuregrad
SO42Insgesamt
Normen
Eine Liste der Expositionsklassen und zugehörigen Mindestzementgehalte befindet sich am Ende des
Auszugs aus SN EN 206-1: Anhang F: Empfehlungen für Grenzwerte der Betonzusammensetzung.
207
208
Sorte 0 (Null)
XC2(CH)
Dmax 32
Cl 0.10
C12/15
X0(CH)
Dmax 32
Cl 0.10
C3
Druckfestigkeitsklasse
Expositionsklasse
(Kombination der
aufgeführten Klassen)
Nennwert des
Grösstkorns
Chloridgehaltklasse 5)
Konsistenzklasse
C3
Cl 0.10
Dmax 32
XC3(CH)
C25/30
Beton nach
SN EN 206-1
Sorte B
nein
nein
nein
Sulfatwiderstand
nein
nein
mittel
C3
Cl 0.10
Dmax 32
XC4(CH)
XD1(CH)
XF2(CH)
C25/30
Beton nach
SN EN 206-1
Sorte D (T1)2,3)
hoch
C3
Cl 0.10
Dmax 32
XC4(CH)
XD1(CH)
XF4(CH)
C25/30
Beton nach
SN EN 206-1
Sorte E (T2)3)
Betonsorten D bis G für Tiefbau
Gemäss NA, Ziffer 5.3.4
nein
C3
Cl 0.10
Dmax 32
XC4(CH)
XF1(CH)
C30/37
Beton nach
SN EN 206-1
Sorte C
1) Die Betonsorte A deckt auch die Anforderungen der Expositionsklasse XC1(CH) ab
2) Die Betonsorte D deckt auch die Anforderungen der Expositionsklasse XF3(CH) ab
3) Die Betonsorten D und E decken die Expositionsklasse XD2a(CH) ab
4) Die Betonsorten F und G decken Expositionsklasse XD2b(CH) ab
5) Die angegebene Klasse des Chloridgehalts ist für Stahl- und Spannbeton geeignet
nein
Gemäss NA, Ziffer 5.3.4
AAR-Beständigkeit
Zusätzliche Anforderungen (Objektspezifisch festzulegen)
Frost-Tausalzwiderstand
Zusätzliche Anforderungen für die Expositionsklassen XF2 bis XF4
C3
C20/25
Beton nach
SN EN 206-1
Beton nach
SN EN 206-1
Sorte A1)
Übereistimmung mit
dieser Norm
Grundlegende Anforderungen
Bezeichnung
Betonsorten A bis C für Hochbau
mittel
C3
Cl 0.10
Dmax 32
XC4(CH)
XD3(CH)
XF2(CH)
C30/37
Beton nach
SN EN 206-1
Sorte F (T3)4)
hoch
C3
Cl 0.10
Dmax 32
XC4(CH)
XD3(CH)
XF4(CH)
C30/37
Beton nach
SN EN 206-1
Sorte G (T4)4)
11. Normen
Tabelle 11.1.2.4: Betonsorten nach SN EN 206-1 Tabelle NA.2
11. Normen
Tabelle 11.1.2.5: Anforderungen an die Zusammensetzung und Prüfung nach SN EN 206-1 Tabelle NA.3
Betonsorten A bis C für Hochbau
Betonsorten D bis G für Tiefbau
Bezeichnung
Sorte 0
(Null)
Sorte A1)
Sorte B
Sorte C
Sorte D
(T1) 2,3)
Sorte E
(T2) 3)
Sorte F
(T3) 4)
Sorte G
(T4) 4)
Expositionsklasse
(Kombination der
aufgeführten Klassen)
X0(CH)
XC2(CH)
XC3(CH)
XC4(CH)
XF1(CH)
XC4(CH)
XD1(CH)
XF2(CH)
XC4(CH)
XD1(CH)
XF4(CH)
XC4(CH)
XD3(CH)
XF2(CH)
XC4(CH)
XD3(CH)
XF4(CH)
Maximaler w/z-Wert
bzw. w/zeq-Wert [-]
-
0,65
0,60
0,50
0,50
0,50
0,45
0,45
Mindestzementgehalt
(kg/m3) a)
-
280
280
300
300
300
320
320
Dauerhaftigkeitsprüfungen d)
Keine
Keine
KW
KW
KW, FT
KW, FT
CW, FT
CW, FT
Andere
Anforderungen
SN EN 12620:2002 enthält Anforderungen an die Gesteinskörnungen
CEM I
+
+
+
+
+
+
+
+
CEM II/A-LL
+
+
+
+
+
+
+
+
+
CEM II/A-M (D-LL)
+
+
+
+
+
+
+
CEM II/B-LL c)
+
+
+
-
-
-
-
-
CEM II/A-D
+
+
+
+
+
+
+
+
CEM II/A-S
+
+
+
+
+
+
+
+
CEM III/A
+
+
+
+
-
-
-
-
CEM III/B
+
+
+
+
+
+
+
+
CEM II/A-M (V-LL) 1)
+
+
+
+
+
+
+
+
CEM II/B-M (V-LL) 1)
+
+
+
+
+
+
+
+
CEM II/B-T 2)
+
+
+
+
+
+
+
+
CEM II/B-M (T-LL) 3)
+
+
+
+
+
+
+
+
CEM II/B-M (S-LL) 4)
+
+
+
+
+
+
+
+
CEM II/B-M (S-T) 5)
+
+
+
+
+
+
+
+
a) Der Mindestzementgehalt gilt ohne Anrechnung von Zusatzstoffen und für ein Grösstkorn Dmax 32 mm. Wird ein anderes Grösstkorn
verwendet, ist der Zementgehalt entsprechend Tabelle NA.4 (Tabelle 11.1.2.6) anzupassen.
b) ‹‹+›› bedeutet Verwendung des Zements zulässig, ‹‹-›› bedeutet Verwendung des Zements nicht zulässig
c) Die Mindestzementgehalte sind um 20 kg/m3 zu erhöhen.
d) Prüfungen gemäss Norm SIA 262/1, Anhang A, B, C und I für die Wasserleitfähikgkeit (WL), Chloridwiderstand (CW), FrostTausalzwiderstand (FT) und den Karbonatisierungswiderstand (KW).
1) Hersteller: Holcim (Schweiz) AG, gemäss Entscheid der S-Cert AG, Schweizerische Zertifizierungsstelle für Bauprodukte, vom
7.10.2005
2) Hersteller: Holcim (Baden-Würtemburg) GmbH, gemäss Entscheid der S-Cert AG, Schweizerische Zertifizierungsstelle für
Bauprodukte, vom 7.10.2005.
3) Hersteller: Holcim (Schweiz) AG, Holcim (Vorarlberg) GmbH, Holcim (Süddeutschland) GmbH und Holcim (France), gemäss Entscheid
der S-Cert AG, Schweizerische Zertifizierungsstelle für Bauprodukte, vom 6.10.2010.
4) Hersteller: Juar-Zement-Fabriken AG und Juracime SA, gemäss Entscheid der S-Cert vom 6.3.2009.
5) Hersteller: Holcim (Schweiz) AG, Holcim (Vorarlberg) GmbH, Holcim (Süddeutschland) GmbH, gemäss Entscheid der S-Cert AG, vom
10.12.2010.
209
Normen
Zulässige Zementarten b)
11. Normen
Tabelle 11.1.2.6: Mindestzementgehalte in Abhängigkeit von Dmax nach SN EN 206-1 Tabelle NA.4
Nennwert des Grösstkorns in mm
Mindestzementgehalte
% von Mindestzementgehalt in
Tabelle NA.3
8
16
22,5
32
45
63
+15
+10
+5
0
-5
-10
Tabelle 11.1.2.7: Anforderungen an die Zusammensetzung von Beton für Bohrpfähle und Schlitzwände mit
einem Grösstkorn von Dmax 32 nach SN EN 206-1 Tabelle NA.6
Bezeichnung
P1
Im Trockenen
(NPK H)
P2
Unter Wasser
(NPK I)
P3
Im Trockenen
(NPK K)
P2
Unter Wasser
(NPK L)
C25/30
C25/30
C20/25
C20/25
Grundlegende Anforderungen
Übereinstimmung mit dieser Norm
Druckfestigkeitsklasse
Expositionsklasse(n)
Keine
Nennwert des Grösstkorns
Dmax 32
Chloridgehaltklasse
C1 0.10
Konsistenzklasse
F4
F5
1)
F4
F5
nein
nein
nein
nein
Zusätzliche Anforderungen (objektspezifisch festzulegen)
Frost-Tausalz-Widerstand 2)
(evtl. mittel)
AAR-Beständigkeit
Gemäss NA, Ziffer 5.3.4
Sulfatwiderstand
Gemäss NA, Ziffer 5.3.4
(evtl. mittel)
Um Missverständnisse zu vermeiden, wird auf die Angabe einer Expositionsklasse verzichtet.
2)
In Einzelfällen (z.B. teilweise freiliegende Oberflächen der Pfähle) kann es angezeigt sein, einen
‹‹mittleren›› Frost-Tausalz-Widerstand zu fordern.
1)
210
11. Normen
Tabelle 11.1.2.8: Grundlegende und allfällig zusätzliche Anforderungen an die Betone für Bohrpfähle und
Schlitzwände nach SN EN 206-1 Tabelle NA.5
Bezeichnung
Maximaler w/z-Wert bzw.
w/zeq- Wert [-]
Mindestzementgehalt (kg/m )
3 1)
P1
Im Trockenen
(NPK H)
P2
Unter Wasser
(NPK I)
P3
Im Trockenen
(NPK K)
P2
Unter Wasser
(NPK L)
0,50
0,50
0,60
0,60
330
380
330
380
Gesteinskörnung
Gemäss SN EN 12620
Richtwerte
Dmax > 8mm
für den
Mehlkorngehalt Dmax < 8mm
(kg/m3)
Zulässige Zementarten
≥ 400
≥ 450
Gemäss Tab.NA.3 für die
Betonsorten D (T1) und E (T2)
Gemäss Tab.NA.3 für die
Betonsorten C bis G
1)
Der Mindestzementgehalt gilt ohne Anrechnung von Zusatzstoffen und für ein Grösstkorn Dmax 32 mm.
Wird ein anderes Grösstkorn verwendet, ist der Zementgehalt entsprechend Tabelle NA.4
(Tabelle 11.1.2.6) anzupassen.
11.1.3 Betonsorten bei chemischem Angriff
Tabelle 11.1.3.1: Betonsorten bei chemischem Angriff
Betonsorte bei chemischem Angriff
Expositionsklasse
XA1 (CH)
Einordnung wegen des Sulfatgehaltes im
Grundwasser oder Boden 1)
Tiefbauten
Pfähle
C oder D (T1)
P1 oder P2 3)
C oder D (T1)
F (T3) 4)
XA2 (CH)
XA3 (CH)
Einordnung wegen anderen Arten
des chemischen Angriffs (lösend)
F (T3) 2)
F (T3) 2)
Beton ist mit einem Zement mit einem hohen Sulfatwiderstand gemäss Tabelle NA.8 herzustellen.
Es ist mit Fachleuten zu prüfen, ob zusätzliche Schutzmassnahmen möglich und nötig sind.
3)
Ggf. sind Fachleute beizuziehen.
4)
Die Betonsorte deckt auch den chemischen Angriff durch Abwasser in Biologiebecken von kommunalen Abwasserreinigungsanlagen (Expositionsklasse XAA) gemäss cemsuisse-Merkblatt 01 ab.
Das Merkblatt enthält Hinweise zu weiteren Massnahmen.
1)
Normen
2)
211
11. Normen
11.1.4 Druckfestigkeitsklassen
Für die Klassifizierung darf die charakteristische Festigkeit von Zylindern mit 150 mm
Durchmesser und 300 mm Länge nach 28 Tagen (fck,cyl) oder von Würfeln mit 150 mm
Kantenlänge nach 28 Tagen (fck,cube) verwendet werden. Die SN EN 206-1 empfiehlt die
Verwendung von Würfeln mit 150 mm Kantenlänge.
Tabelle 11.1.4.1: Druckfestigkeitsklassen für Normal- und Schwerbeton:
Druckfestigkeitsklasse:
Charakteristische
Mindestdruckfestigkeit von
Zylindern
fck,cyl N/mm²
Charakteristische
Mindestdruckfestigkeit von
Würfeln
fck,cube N/mm²
C 8 / 10
8
10
C 12 / 15
12
15
C 16 / 20
16
20
C 20 / 25
20
25
C 25 / 30
25
30
C 30 / 37
30
37
C 35 / 45
35
45
C 40 / 50
40
50
C 45 / 55
45
55
C 50 / 60
50
60
C 55 / 67
55
67
C 60 / 75
60
75
C 70 / 85
70
85
C 80 / 95
80
95
C 90 / 105
90
105
C 100 / 115
100
115
212
11. Normen
Tabelle 11.1.4.2: Druckfestigkeitsklassen für Leichtbeton:
Druckfestigkeitsklasse:
Charakteristische
Mindestdruckfestigkeit von
Zylindern
fck,cyl N/mm²
Charakteristische
Mindestdruckfestigkeit von
Würfeln
fck,cube N/mm²
LC 8 / 9
8
9
LC 12 / 13
12
13
LC 16 / 18
16
18
LC 20 / 22
20
22
LC 25 / 28
25
28
LC 30 / 33
30
33
LC 35 / 38
35
38
LC 40 / 44
40
44
LC 45 / 50
45
50
LC 50 / 55
50
55
LC 55 / 60
55
60
LC 60 / 66
60
66
LC 70 / 77
70
77
LC 80 / 88
80
88
Tabelle 11.1.4.3: Rohdichteklassen für Leichtbeton:
D 1.0
D 1.2
D 1.4
D 1.6
D 1.8
D 2.0
Rohdichtebereich
kg/m³
≥ 800 und
≤ 1000
> 1 000 und
≤ 1 200
> 1 200 und
≤ 1 400
> 1 400 und
≤ 1 600
> 1 600 und
≤ 1 800
> 1 800 und
≤ 2 000
Normen
Rohdichteklasse
213
11. Normen
11.1.5 Einteilung nach Konsistenzklassen
Die Konsistenzklassen in den folgenden Tabellen sind nicht direkt vergleichbar. Für erdfeuchten
Beton (Beton mit geringem Wassergehalt) ist die Konsistenz nicht klassifiziert.
Tabelle 11.1.5.1: Verdichtungsmassklassen
Tabelle 11.1.5.2: Ausbreitmassklassen
Verdichtungsmassklassen
Ausbreitmassklassen
Klasse
Verdichtungsmass
Klasse
Ausbreitmass (Durchmesser) in mm
C0¹
≥ 1,46
F1¹
≤ 340
C1
1,45 bis 1,26
F2
350 bis 410
C2
1,25 bis 1,11
F3
420 bis 480
C3
1,10 bis 1,04
F4
490 bis 550
C4
< 1,04
F5
560 bis 620
F6¹
≥ 630
a
a
C4 gilt nur für Leichtbeton
214
11. Normen
11.1.6 Der k-Wert-Ansatz nach SN EN 206-1
Bei der Verwendung von Zusatzstoffen von Typ II (Flugaschen, Hydrolith F200, Silikastaub,
Hüttensandmehl, siehe Kapitel 3.4, Seite 32) erlaubt der k-Wert, solche Stoffe angemessen bei
der Wasseranrechnung im Frischbeton zu berücksichtigen.
Verwendung von:
Zement
«Wasserzementwert»
w/z
Zement und Zusatzstoff Typ II
«Wasser/(Zement + k × Zusatzstoff)-Wert»
w/z eq
Der tatsächliche k-Wert hängt vom konkreten Zusatzstoff ab.
k­-Wert-Ansatz für Flugasche gem. SN EN 450
Bei der Verwendung von CEM I
„„ Festigkeitsklassen: 32.5, 42.5, 52.5
„„ Ohne Nachweis zulässig für alle Expositionsklassen
„„ k-Wert: 0,4
„„ Die Höchstmenge an Flugasche, die auf den w/z und Mindestzementgehalt angerechnet
werden darf: 33 M-%
Bei der Verwendung von CEM II/A-LL
„„ Festigkeitsklassen: 42.5, 52.5
„„ Ohne Nachweis zulässig für XC1, XC2, XC3, XC4, XD1, XF1
„„ k-Wert: 0,4
„„ Die Höchstmenge an Flugasche, die auf den w/z und Mindestzementgehalt angerechnet
werden darf: 25 M-% (der Kalksteingehalt KG des verwendeten CEM II/A-LL muss nach
folgender Gleichung berücksichtigt werden)
zmin,ZS ≥ zmin - [ k × (zmin - 200) × (1 - KG / (100 - KG)] [kg/m³]
Normen
Mit:
zmin,ZSMindestzementgehalt bei Zugabe von Flugasche [kg/m3]
zminMindestgehalt nach SN EN 206-1, Tab. NA.3 [kg/m3]
kk-Wert des Zusatzstoffes (Typ II) [-]
KGKalksteingehalt des verwendeten CEM II/A-LL
215
11. Normen
Bei der Verwendung von CEM II/B-M (T-LL)
„„ Festigkeitsklassen: 42.5
„„ Ohne Nachweis zulässig für XC1, XC2, XC3, XC4, XD1, XF1
„„ k-Wert: 0,4
„„ Höchstmenge an Flugasche, die auf den w/z und Mindestzementgehalt
angerechnet werden darf:
25 M-% für XC1, XC2, XC4, XD1, XF1
15 M-% für XC3
k­-Wert A
­ nsatz für andere puzzolanische Zusatzstoffe (Typ II)
Bei der Verwendung von CEM I mit Hydrolith F200
„„ Festigkeitsklassen: 32.5, 42.5, 52.5
„„ Ohne Nachweis zulässig für alle Expositionsklassen ausser XF2 und XF4
„„ k-Wert: 0,4
„„ Die Höchstmenge an Flugasche, die auf den w/z und Mindestzementgehalt
angerechnet werden darf: 25 M-%
Bei der Verwendung von CEM II/A-LL mit Hydrolith F200
„„ Festigkeitsklassen: 42.5, 52.5
„„ Ohne Nachweis zulässig für XC1, XC2, XC3, XC4, XD1, XF1
„„ k-Wert: 0,4
„„ Die Höchstmenge an Flugasche, die auf den w/z und Mindestzementgehalt angerechnet
werden darf: 25 M-% (der Kalksteingehalt KG des verwendeten CEM II/A-LL muss nach
derselben Gleichung wie bei Flugasche berücksichtigt werden)
zmin,ZS ≥ zmin - [ k × (zmin - 200) × (1 - KG / (100 - KG)] [kg/m³]
Mit:
zmin,ZSMindestzementgehalt bei Zugabe von Flugasche [kg/m3]
zminMindestgehalt nach SN EN 206-1, Tab. NA.3 [kg/m3]
kk-Wert des Zusatzstoffes (Typ II) [-]
KGKalksteingehalt des verwendeten CEM II/A-LL
216
11. Normen
k-Wert-Ansatz für Silikastaub gem. SN EN 13263
Bei der Verwendung der Zementarten CEM I und CEM II/A-LL ist die Höchstmege Silikastaub, die
auf den Wasserzementwert und den Zementgehalt angerechnet werden darf 11 M-%
Bei der Verwendung der Zementarten CEM I und CEM II/A-LL beträgt der k-Wert generell 1,0
Mindestzementgehalt: Dieser darf höchstens um 30 kg/m³ vermindert werden, wenn Beton aus
Expositionsklassen verwendet wird, in denen der Mindestzementgehalt ≤ 300 kg/m³ beträgt.
Zusätzlich gilt, dass der Gehalt an (Zement + k × Silikastaub) nicht geringer als der geforderte
Mindestzementgehalt für die massgebende Expositionsklasse sein darf.
Gemeinsame Verwendung von Flugasche oder Hydrolith F200 mit Silikastaub
Zur Gewährleistung einer ausreichenden Alkalität der Porenlösung bei Stahl- und Spannbeton
müssen folgende Bedingungen für die Höchstmenge an Flugasche und oder Hydrolith F200
erfüllt sein:
„„ Flugasche ≤ (0,66 × Zement – 3 × Silikastaub) in Massenanteilen
„„ Hydrolith F200 ≤ (0,66 × Zement – 3 × Silikastaub) in Massenanteilen
Für Silikastaub muss dabei immer gelten:
„„ Silikastaub/Zement ≤ 0,11 in Massenanteilen
Normen
Eine gemeinsame Verwendung von Silikastaub mit Hüttensand oder von Silikastaub mit
Hydrolith F200 und anderen puzzolanischen Zusatzstoffen (Typ II) ist nicht zulässig.
217
11. Normen
11.1.7 Chloridgehalt (nach SN EN 206-1)
Der Chloridgehalt in Beton, ausgedrückt als Massenanteil von Chloridionen im Zement, darf den
Wert für die gewählte Klasse gemäss folgender Tabelle nicht überschreiten.
Tabelle 11.1.7.1: Höchstzulässige Chloridgehalte von Beton
Betonverwendung
Klasse des
Chloridgehalts a)
Höchstzulässige Chloridgehalte,
bezogen auf den Zement b) in
Massenanteilen *
Ohne Betonstahlbewehrung oder anderes
eingebettetes Metall (mit Ausnahme von
korrosionsbeständigen Anschlagvorrichtungen)
Cl 1.0
1,0%
Mit Betonstahlbewehrung oder anderem
eingebettetem Metall
Cl 0.20
0,20%
Cl 0.40
0,40%
Mit Spannstahlbewehrung
Cl 0.10
0,10%
Cl 0.20
0,20%
Für konkrete Betonverwendungen hängt die anzuwendende Klasse von den am
Betonverwendungsort geltenden Bestimmungen ab.
a)
Wenn Zusatzstoffe des Typs II verwendet und für den Zementgehalt berücksichtigt werden, wird der
Chloridgehalt ausgedrückt als der Chloridionengehalt, bezogen auf den Zement im Massenanteil und
die Gesamtmasse der zu berücksichtigenden Zusatzstoffe.
b)
* Werden Zusatzstoffe des Typs II verwendet und für den Zementgehalt berücksichtigt, wird der
Chloridgehalt bezogen auf den Zement im Massenanteil und der Gesamtmasse der für die Berechnung
des Wasserzementwerts zu berücksichtigenden Zusatzstoffe (=Zementmasse + k-Wert x Zusatzstoffe)
ausgedrückt.
11.1.8 Bezeichnung von Betonsorten
Tabelle 11.1.8.1: Beispiel: Pumpbeton für Bodenplatte im Grundwasserbereich
Bezeichnung nach SN EN 206-1 (Beton nach Eigenschaften)
Beton nach SN EN 206-1
C 30/37
XC 4
Cl 0.20
218
Dmax 32 (Grösstkorndurchmesser)
C3 (Verdichtungsmassangabe)
Pumpbar
11. Normen
11.1.9 Konformitätskontrolle
Dies umfasst die Kombination von Handlungen und Entscheidungen, die entsprechend zuvor
angenommener Regeln über die Konformität durchgeführt und getroffen werden müssen, um die
Übereinstimmung des Betons mit der Spezifikation nachzuprüfen.
Die Konformitätskontrolle unterscheidet zwischen Beton nach Eigenschaften und Beton nach
Zusammensetzung. Zusätzlich ergeben sich je nach Betonart noch weitere und unterschiedliche
Kontrollen.
Tabelle 11.1.9.1: Mindesthäufigkeit der Probenahme zur Bestimmung der Druckfestigkeit (nach EN 206-1)
Bis zu 50 m3
Nach den ersten 50 m3 a)
Beton mit Zertifizierung der
Produktionskontrolle
Beton ohne Zertifizierung
der Produktionskontrolle
Erstherstellung (bis mindestens 3 Proben
35 Ergebnisse erhalten wurden)
1/200 m3 oder
2 pro Produktionswoche
1/150 m3 oder
1 pro Produktionstag
Stetige Herstellungb) (wenn
mindestens 35 Ergebnisse
verfügbar sind)
1/400 m3 oder
1 pro Produktionswoche
a)
Die Probenahme muss über die Herstellung verteilt sein, und für je 25 m³ sollte höchstens
1 Probe genommen werden.
Wenn die Standardabweichung der letzten 15 Prüfergebnisse 1,37 s überschreitet, ist die Probenahmehäufigkeit für die nächsten 35 Prüfergebnisse auf diejenige zu erhöhen, die für die Erstherstellung gefordert wird.
b)
Konformitätskriterien für die Druckfestigkeiten: siehe SN EN 206-1.
11.1.10 Nachweis anderer Betoneigenschaften
Normen
Neben der Druckfestigkeit sind auch für weitere Frisch- und Festbetoneigenschaften
Konformitätsnachweise nach SN EN 206-1 zu erbringen.
Für Spaltzugfestigkeit, Konsistenz (Verarbeitbarkeit), Rohdichte, Zementgehalt, Luftgehalt,
Chloridgehalt und Wasserzementwert sind Probenahmeplan, Prüfverfahren und
Konformitätskriterien festgelegt (siehe entsprechende Kapitel in SN EN 206-1).
In den Kapiteln 5 und 7 wird auf einzelne Prüfverfahren eingegangen.
219
12. Index
A
AAR
AAR-Beständigkeit
Abbindebeginn
Abriebbeständiger Beton
Abriebfestigkeit
Abstandsfaktor
Abziehbarkeit
Alkali-Aggregat-Reaktion
Alkalifreier Beschleuniger
Ausbreitmass Prüfung
D
150
126
55
154
120
140
46
150
90
50
B
Betoneinbau
Betonoberfläche
Betonprüfhammer
Betonrezeptur
Betontemperatur
Betonverflüssiger
Betonzusatzmittel
Betonzusatzstoffe
Betonzuschläge
Biegezugfestigkeit
Bindemittel
Bindemittelgehalt
Bluten
Brackwasser
Bruchbilder
194
186, 197
107
34
61, 65, 197
29
14, 18, 28
32
25
108
22, 37
162
67
33
106
C
Chemische Beständigkeit
Chloridgehalt
220
122
218
Darrversuch
45
Dichte von Festbeton
102
Dichtstromförderung
90
Dichtungsmittel
30
Dosierung von Zusatzmitteln
28
Druckfestigkeit
103, 106, 107
Druckfestigkeitsklassen
212
Dünnstromförderung
90
E
Eigenverdichtungsverhalten
Einstreustoffe
Elastizitätsmodul
E-Modul Endfestigkeit
Erhärtungsbeschleuniger
Erstarrungsbeschleuniger
Ettringit Expositionsklassen
74
82
111
111
105
9, 30
29, 30
124
204
F
Farbbeton
Faserarten
Faserbeton
Feinanteil
Feine Gesteinskörnung
Feinmörtelleim
Festbeton
Festigkeitsentwicklung
Festigkeitsklassen
Feuerbeständigkeit
Feuerfester Beton
Fliessmittel
Flugasche
172
168
166
34
26
37
8, 98
103
89
146
146
29, 31
23, 32
12. Index
Frischbetonrohdichte
Frischbetontemperatur
Frost-Tausalz-beständiger Beton
Frost-Tausalz-Beständigkeit
Fugen 64
65
138
118
182
G
Gebrochene Gesteinskörnung
Gefrierfestigkeit
Gesteinskörnung
Gesteinskörnungen nach Norm
Gesteinsmehle
Glätten Gleitbeton
Grobe Gesteinskörnung
Grundwasser
70
60
25, 26
26
32
195
86
26
207
H
Hochfester Beton
Hochofenschlacke
Hochofenzement
Holzzucker
Homogenität
Hydratation
Hydratationswärme
160
32
22
188
66
55
81
I
inaktive Stoffe
32
Kompositzement
Konformitätskontrolle
Konsistenz
Konsistenzklassen
Kornanteil
Korngemisch
Korngruppe
Kornzusammensetzung
Korrosionsbeständiger Beton
Korrosionshemmende Zusatzmittel
Korrosionsschutzmittel
Kranbeton
22
219
46
214
34
26
26
27
134
30
134
68
L
latent hydraulische Zusatzstoffe
32
Leichtbeton
176
Leichtzuschläge
25
Leimvolumen
37
L-Kasten-Versuch (L-Box)
52
Luftgehalt
63, 72, 138, 140
Luftporenbildner
30, 138
M
Massenbeton
Mindesttemperatur
Mischungsstabilisierer
Mischzeit
Monobeton
80
61
174
46, 140
82
K
32
116
114, 130
66
Index
Kalkfüller
Kapillarporen
Kapillarporosität
Kohäsion
221
12. Index
N
Nachbehandlung
Nachbehandlungsdauer
Nachhaltigkeit
Nachtverzögerung
S
79, 93, 196
201
14
58
O
Oberflächenerstarrung
194
Oberflächenverbessernde Zusatzmittel 30
Oberflächenverzögerer
79
Oberflächenwasser
33
P
Pigmente
Plastisches Schwinden
Portlandzement
Portlandzementklinker
Prismen Probekörper
Prüfmaschinen
Pumpbeton
Pumphilfe
Puzzolanzement
32
112, 164
22
23
98
98, 100
101
70
30
22
R
Restwasser
Runde Gesteinskörnung
222
33
70
Sand saugfähige Schalungen
Säureangriff
SCC
Schalenrisse
Schalung
Schalungsdruck
Schmiermischungen
Schmiermittel
Schwerbeton
Schwerzuschläge
Schwindarmer Beton
Schwinden
Schwindreduzierer
Sedimentationsstabilität
Selbstverdichtender Beton
Separation
Setzfliessversuch
Setzmass
Sichtbeton
Siebgrösse
Siebtest Silikastaub
SN EN 206-1
Sommerbeton
Spritzbeton
Spritzbetonhandbuch
Spritzverfahren
Stabilisierer
Sulfat Sulfatangriff
Sulfatbeständiger Beton
25
188
122
34, 74
80
98, 186
77
72
34
178
25
164
112
30
54
74
66
51
48
170
26
54
32
202
55
88
91
90
30
124
124
142
12. Index
T
Temperatur
Trennfilmbildner
Trinkwasser
Tübbing Tübbingbeton
56, 65
187
33
96
96
U
Umwelt Unterwasserbeton
14
174
V
Verarbeitbarkeit
46
Verarbeitungshinweise Trennmittel
190
Verdichtungsmass
49, 214
Verdünnungsmittel
187
Verkehrsflächen
78
Verzögerer
29
Verzögerungsbegriffe
55
Vibrationssyndrom
74
Vorfabrikation
92
V-Trichter
53
Wassereindringtiefe
Wasserleitfähigkeit
Wasserundurchlässigkeit
Wasserzementwert
Weisse Wanne
Winterbeton
Würfel w/z
116
115
114, 130
44
180
60
98
44
Z
Zement Zementarten
Zementmörtelleim
Zementzusatzstoffe
Zugfestigkeit
Zylinder 22
24
37
32
110
98
W
84
96
61
33
130, 180
Index
Walzbeton
Wärmerückstauverfahren
Wärmeverlust
Wasser Wasserdichter Beton
223
Notizen
224
Notizen
225
a
d Qu lity Sy
fie
Ce
rti
00
00
90
O
seit 1986
IS
O
9
01 / E N 2
1
Reg.-Nr. 10553-03
1
Reg.-Nr. 10553-03
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em
st
m
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ts
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