Baustoffkunde PDF: Beton - Eigenschaften und Anwendung

05 Beton Titelbild Einfamilienhaus im Kanton Aargau Architektur: Endres Architekten AG, Baden Sichtbeton mit dem Kalksteinbeton Ammocret von Holcim ausgeführt. Der für die Betonherstellung verwen­dete beige Jura-Kalkstein verleiht dem Beton den warmen, natürlichen Farbton. Zement, Sand, Kies und...

05 Beton Titelbild Einfamilienhaus im Kanton Aargau Architektur: Endres Architekten AG, Baden Sichtbeton mit dem Kalksteinbeton Ammocret von Holcim ausgeführt. Der für die Betonherstellung verwen­dete beige Jura-Kalkstein verleiht dem Beton den warmen, natürlichen Farbton. Zement, Sand, Kies und Betonprodukte (Abb.2) Baustelle mit hohem Betonanteil am Vierwaldstättersee (Abb.3) Beton | Heft 05 2 Inhalt Beton Beton plus Allgemeines Betonschäden Beton im Bauwesen 4 Allgemeines 26 Geschichte 5 Verfärbungen 26 Definition und Einteilung 6 Entmischungen 27 Eigenschaften 6 Ausblühungen 27 Risse 28 Nachhaltigkeit Bewehrungskorrosion 29 Ökologie und Lebenszyklus 7 Weitere Schäden 29 Umwelt und Gesundheit 7 Normative Anforderungen Ausgangsstoffe Druckfestigkeitsklasse 30 Allgemeines 8 Expositionsklasse 30 Zugabewasser 8 Konsistenzklasse 32 Zement 9 Grösstkorn 33 Gesteinskörnung 10 Chloridgehaltsklasse 33 Zusatzmittel 11 Betonsorten 33 Zusatzstoffe und Fasern 11 Herstellung Anhang Betonherstellung 12 Normative Anforderungen 13 Glossar 34 Hydratation 14 Planungshilfen 35 Wasserzementwert 15 Impressum und Bildverzeichnis 36 Anwendung Allgemeines 16 Mischen 16 Transport und Einbau 17 Verdichten 17 Nachbehandlung 18 Betontemperatur und Witterungseinfluss 19 Besondere Betone Betone mit besonderer Verarbeitung 20 Betone mit besonderen Ausgangsstoffen 21 Wasserdichter Beton 22 Sichtbeton 24 Das Kanderviadukt in Frutigen aus dem Jahre 1911 erhielt im Rahmen einer Sanierung eine Schutzschicht aus Ultrahochleistungs-Faserbeton UHFB. (Abb.4) Beton | Heft 05 3 Allgemeines Beton im Bauwesen 2 3 2 3 3 3 2 3 4 1 1 5 Mögliche Formen und Anwendungen im Bauwesen 1. Erdberührter Konstruktionsbeton − Bodenplatten − Aussenwände unter Terrain − Fundamente 2. nicht erdberührter Konstruktionsbeton − Decken − Innenwände − Aussenwände über Terrain − Mauern Sichtbeton – Holcim Colorcret (Abb.5) Eppenberg Tunnelbau (Abb.6) 3. Betonelemente − Treppen − Wandelemente − Deckenelemente − Fassadenelemente 4. Betonwaren für den Garten- und Landschaftsbau − Mauerelemente − Einfassungen − Beläge 5. Betonwaren für den Tief- und Leitungsbau − Rohre − Schächte − Rinnen Strassenbrücke im Tessin mit europaweit erstmals vorfabrizierten Trägern aus Ultrahochleistungs-Faserbeton UHFB. (Abb.7) Beton | Heft 05 4 Allgemeines Geschichte Die Geschichte des modernen Betons ist eng verknüpft mit der Dieser Meilenstein eröffnete den Ingenieuren viele neue An- Entwicklung des Bindemittels Zement mit seinen besonderen wendungsmöglichkeiten für den Baustoff Beton, was mit An- Eigenschaften. Sie lässt sich in zwei Zeitepochen unterteilen. bruch des 20. Jahrhunderts zu einer rasanten Entwicklung und Verbreitung des Stahlbetonbaus in sämtlichen Bauberei- Antike chen führte. Mit der Weiterentwicklung der Transportfahrzeuge Die Eignung von Kalkmörtel als dauerhaftes Bindemittel war zu Fahrmischern begann nach dem zweiten Weltkrieg der welt­ schon vor über 10’000 Jahren bekannt. Doch erst den Phöni- weite Siegeszug des Transportbetons, was die Entstehung tau- ziern gelang es vor rund 3’000 Jahren erstmals, ein Material sender Transportbetonwerke in den USA und Europa zur Folge mit hydraulischen Eigenschaften herzustellen. Als Höhepunkt hatte. der Entwicklung eines betonähnlichen Baustoffes in der Antike kann der von den Römern ab dem 3. Jahrhundert v. Chr. ver- Heute gibt es in Industrieländern kaum mehr ein Bauwerk, das wendete Opus Caementicium betrachtet werden. Dieser be- ohne den Einsatz von Stahlbeton auskommt. Seine vielfältigen stand aus einem Mörtel aus gebranntem Kalk, Wasser und Eigenschaften machen ihn zum idealen Baustoff für fast jede Sand, der mit Ziegelmehl und vulkanischer Asche vermischt Anwendung. wurde. Dieses Gemisch wurde zusammen mit Bruchsteinen in eine Schalung aus Holz oder zwischen zwei Mauerwerks- Aktuelle Entwicklungen schalen eingebracht, was nach dem Erhärten Bauteile mit sehr Beton ist das weltweit in grösster Menge hergestellte Material. hoher Druckfestigkeit ergab, die z.T. bis heute überdauerten. Die Herstellung des für den Beton benötigten Zementklinkers, Eines der bekanntesten römischen Bauwerke aus Opus Cae- auf dem der Portlandzement basiert, erfordert sehr viel Ener- menticium ist das Pantheon in Rom, das in seiner heutigen gie und ist auch für rund 8 % Prozent des weltweiten CO2 Aus- Form zwischen 118 und 125 n. Chr erbaut wurde. Der runde stosses verantwortlich. Kuppelbau hat einen Durchmesser von 43,3 m und ist eines Die aktuelle Forschung arbeitet darum an neuen Bindemit- der am besten erhaltenen Bauwerke der römischen Antike. telkonzepten. Es sollen Ersatzbindemittel für den Portland­ zement zur Anwendung kommen, um die aufgewendete Primär­ Neuzeit energie und den CO2-Ausstoss zu reduzieren. Ebenso wird der Nachdem die Kenntnisse um den frühzeitlichen Beton im Mit- Einsatz von Recycling-Material als Gesteinskörnung sowie der telalter gänzlich in Vergessenheit geraten waren, wurde der Ersatz der herkömmlichen Stahlbewehrung durch Faserbe- Baustoff im 18. Jahrhundert wiederentdeckt und seitdem stän- wehrungen immer mehr an Bedeutung gewinnen. dig weiterentwickelt. Vor allem die Entwicklung neuer, leis- tungsfähiger Zementarten verhalf dem Baustoff Beton zu immer grösserer Verbreitung. Zunächst kam er vor allem in Form von Beton-Fertigteilen oder Stampfbeton zur Anwen- dung. Die Erfindung des Stahlbetons durch den französischen Gärtner Joseph Monier Mitte des 19. Jahrhunderts erlaubte es erstmals, bewehrte Betonbauteile herzustellen, die nicht nur grosse Druckkräfte, sondern auch Zugkräfte aufnehmen konn- ten. Anfangs stellte Monier damit Pflanzkästen für die Auf- zucht und den Transport von Orangenbäumchen für die herr- schaftlichen Gärten her. Bald schon folgten Betonelemente wie Treppen und Schwellen sowie grössere Bauten wie Was- sertanks und Brücken für verschiedene Gartenanlagen. Die Kuppel des Pantheon in Rom, erbaut 118–125 n. Chr. (Abb.8) Tiefgarage aus Beton mit ressourcenschonendem Zement, der aufbereitetes Mischgranulat enthält. (Abb.9) Beton | Heft 05 5 Allgemeines Definition und Einteilung Eigenschaften Beton gehört aufgrund seiner Zusammensetzung zu den anor- Beton ist ein sehr vielfältig einsetzbarer Baustoff. Dank seiner ganischen Baustoffen. Er besteht, nebst Wasser, aus den zwei besonderen Eigenschaften und der Vielfalt seiner Variationen mineralischen Hauptkomponenten Zement und Gesteinskör- vermag er in fast allen Bereichen die Anforderungen in Bezug nung. Im Bauwesen wird Beton meistens in Verbund mit Be- auf Bauphysik, Statik und Ästhetik zu erfüllen. wehrungsstahl eingesetzt. Eigenschaften Die Einteilung der Betonarten kann aufgrund verschiedener Kriterien erfolgen: druckfest mechanisch beanspruchbar Rohdichte wärmespeichernd Druckfestigkeit feuerbeständig Verarbeitung wasserundurchlässig besondere Eigenschaften frei formbar Einbringart beständig gegen Chemikalien schützend vor Strahlung Einteilung nach Rohdichte hitzebeständig Die Einteilung nach Rohdichte erlaubt einen groben Überblick hydraulisch über die verschiedenen Betonarten und deren Anwendungs­ schützt die Bewehrung vor Korrosion bereiche. Ausschlaggebend für die Einteilung ist die Trocken- rohdichte des ausgehärteten Betons, die in erster Linie von Materialkennwerte (Normalbeton) der Art und der Zusammensetzung der verwendeten Gesteins- körnung abhängt. Folgende drei Kategorien werden unter- Rohdichte ρ: 2'000–2'600 kg/m3 schieden: Wärmeleitkoeffizient λ: 1.5–2.3 W/(m · K) Wärmeausdehnungskoeffizient α: 10 · 10-6/K Leichtbeton Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl μ: 50–150 [-] Rohdichte ρ: 800–2’000 kg/m3 Anwendung Bauteile mit geringerem Eigengewicht Bauteile mit wärmedämmenden Eigenschaften Normalbeton Rohdichte ρ: 2’000–2’600 kg/m3 Anwendung Bauteile ohne besondere Anforderungen an den Beton Schwerbeton Rohdichte ρ: ab 2’600 kg/m3 Anwendung Bauteile mit strahlenschützenden Eigenschaften Massgeschneiderter Schwerbeton für höchste Sicherheit vor Strahlen im CERN Der plastisch strukturierte Sichtbeton des Naturmuseums in St.Gallen weist (Abb.10) feine Kanneluren wie eine dorische Säule auf. (Abb.11) Beton | Heft 05 6 Nachhaltigkeit Ökologie und Lebenszyklus Umwelt und Gesundheit Abbau und Herstellung Umweltrelevante Aspekte Die Ausgangsstoffe für die Betonherstellung sind Sand, Kies Der Abbau von natürlichen Baustoffen bedeutet auch gleich- und Wasser sowie Kalkstein und Mergel oder Ton als Rohstoffe zeitig immer einen Eingriff in natürliche Lebensräume. Wenn für die Herstellung des Zements. Sämtliche Materialien haben eine Kiesgrube ihr Nutzungsende erreicht hat, wird sie in der einen natürlichen Ursprung und kommen in der Schweiz in Regel renaturiert, womit günstige Bedingungen für die Neuan- grossen Mengen vor. Die unmittelbare Verfügbarkeit reduziert siedlung von Pflanzen und Tieren geschaffen werden. also die Transportwege, was sich positiv auf die CO2-Bilanz von Um die natürlichen Ressourcen zu schonen, kommt dem Abbau und Transport auswirkt, zumal der grösste Teil der Roh- Einsatz von Gesteinskörnungen aus Recyclingmaterial immer stofftransporte mit der Bahn erfolgt. grössere Bedeutung zu. Gleichzeitig kann damit die Lagerung von Abbruchmaterial auf Deponien reduziert werden. Die grösste Herausforderung in Bezug auf die Nachhaltigkeit liegt bei der Herstellung des Zements und bei den grossen Um das Eindringen von Prozesswasser aus der Betonherstel- Mengen Beton, die weltweit verbaut werden. Da für die Her- lung in die natürlichen Kreisläufe zu verhindern, sind geschlos- stellung des Zementklinkers hohe Temperaturen von rund sene Wasserkreisläufe von grosser Wichtigkeit. Restwasser 1’450 °C erforderlich sind, ist der Energieeinsatz in diesem Be- kann aufbereitet und danach wieder für die Betonherstellung reich sehr hoch. Darüber hinaus fallen bei der Herstellung verwendet werden. sehr grosse Mengen an CO2 an, die jährlich rund 8 % der globa- len Emissionen ausmachen. Rund ein Viertel des C02, das bei Gesundheitsrelevante Aspekte der Herstellung entsteht, wird durch die natürliche Rekarbo- Als natürlicher Baustoff gibt Beton keine Gase oder flüchtige natisierung im Laufe der Zeit wieder im Beton gespeichert organische Verbindungen (VOC) ab, weshalb er sich in Bezug werden. auf Überempfindlichkeiten und Allergien positiv auf das Innen- raumklima auswirkt. Kreislaufwirtschaft Beton ist ein sehr dauerhafter Baustoff. Gebäude mit einer Wegen seiner hohen Alkalität ist bei der Verarbeitung von Betonstruktur verfügen dadurch über eine lange Lebensdauer Frischbeton im Sinne der Arbeitssicherheit geeignete Schutz- und lassen sich darum auch mehrfach umnutzen. ausrüstung zu tragen. Der Zementleim ist eine Lauge und dar- um stark ätzend, was die Haut, Augen sowie die Atemwege Sobald ein Betonbauteil sein Nutzungsende erreicht hat, kann angreifen kann. es rückgebaut und zu grossen Teilen wiederverwendet werden. Der Bewehrungsstahl kann ohne Qualitätsverlust zu Sekundär­ Merkpunkte stahl verarbeitet werden, der Zementstein wird zerkleinert und als Beton- oder Mischgranulat wieder für die Herstellung von N atürliche Ressourcen sind durch die Wiederverwertung neuem Beton verwendet. In der Schweiz werden rund 80–90 % von Abbruchbeton zu schonen. des anfallenden Abbruchmaterials wiederverwertet. Geschlossene Wasserkreisläufe bei der Produktion ­schonen die Wasserressourcen und die Umwelt. Merkpunkte Beton ist stark alkalisch und dadurch bei der Verarbeitung gesundheitsgefährdend. Beton ist ein lokaler und natürlicher Baustoff. Die Zementherstellung verursacht hohe C02-Emissionen und ist sehr energieintensiv. Betonabbruch kann dem Baustoffkreislauf zu einem ­grossen Teil wieder zugeführt werden. Mineralisches Rückbaumaterial: Mischabbruch (Abb.12) Mineralisches Rückbaumaterial: Betonabbruch (Abb.13) Beton | Heft 05 7 Ausgangsstoffe Allgemeines Zugabewasser Beton wird hauptsächlich aus drei Hauptkomponenten herge- Aufgabe stellt: Das Zugabewasser (ugs. Anmachwasser) hat bei der Betonher- stellung zwei Aufgaben zu erfüllen: Zement Zugabewasser Verarbeitbarkeit des Frischbetons gewährleisten Gesteinskörnung Erhärten des Zements durch Hydratation Zur Veränderung und Steuerung der Eigenschaften sowohl des Eigenschaften noch flüssigen Frischbetons als auch des Festbetons können Als Zugabewasser kommt in der Regel Trinkwasser zur Anwen­ zusätzlich weitere Komponenten zum Einsatz kommen: dung, das ohne jegliche Prüfung der Wasserqualität eingesetzt werden darf. Es sollte grundsätzlich klar sowie farb- und ge- Zusatzmittel ruchlos sein und beim Schütteln keinen bleibenden Schaum Zusatzstoffe und Fasern bilden. Alle anderen Arten von Wasser, wie z.B. Restwasser aus der Betonherstellung oder Grundwasser, müs­sen vor der Für einen qualitativ guten Beton mit den gewünschten Eigen- Anwendung geprüft werden, da sie Stoffe enthalten können, schaften müssen die Komponenten bei der Herstellung exakt die die Verarbeitbarkeit sowie die Qualität des Betons oder die berechnet und aufeinander abgestimmt werden. Dies geschieht Dauerhaftigkeit der Bewehrung beeinträchtigen. in einer vorgeschriebenen Reihenfolge und unter Einhaltung genauer Zeitvorgaben. Die genaue Berechnung der richtigen Menge Zugabewasser ist für die Verarbeitbarkeit des Frischbetons und die spätere Die Betonherstellung erfolgt in der Regel im Werk mit Hilfe Druckfestigkeit des Festbetons von zentraler Bedeutung. Des- computergesteuerter Anlagen. Je nach gewünschten Eigen- halb müssen dabei die in flüssigen Zusatzmitteln und -stoffen schaften und Anwendungszweck des hergestellten Betons enthaltenen Wassermengen sowie die Oberflächenfeuchte der kommen dabei unterschiedliche Betonrezepturen zur Anwen- Gesteinskörnung mitberücksichtigt werden. Im Total ergibt dung. Der fertig gemischte Beton gelangt danach in sogenann- sich daraus der wirksame Wassergehalt. Dieser entspricht der ten Fahrmischern auf die Baustelle. Um Qualitätseinbussen zu Wassermenge, die für die Hydratation zur Verfügung steht. Das vermeiden muss der Transport jeweils innerhalb eines vorge- Mischverhältnis von Wasser und Zement wird mit dem soge- schriebenen Zeitfensters erfolgen. nannten Wasserzementwert (w/z-Wert) angegeben. Kleinere Betonmengen für Anwendungen ohne besondere An- forderungen an die Betoneigenschaften können ausnahms- weise auch von Hand auf der Baustelle gemischt werden. Kies- und Betonwerk Holcim in Oberdorf (Abb.14) Elektro-Betonfahrmischer (Abb.15) Beton | Heft 05 8 Ausgangsstoffe Zement Aufgabe Zementarten Für die Herstellung von Beton wird Zement als Bindemittel In der Norm SN EN 197-1 werden fünf Hauptzementarten auf- ver­wendet. Mit Wasser vermischt erhärtet der pulverförmige geführt, innerhalb derer insgesamt 27 Normalzemente unter- Zement in einer chemischen Reaktion, der sogenannten Hydra­ schieden werden. Die wichtigsten sind im Folgenden aufgeführt: tation, zu Zementstein, der folgende Eigenschaften aufweist: CEM I − Portlandzement hohe Festigkeit CEM II − Portlandhüttenzement wasserunlöslich − Portlandsilikastaubzement − Portlandpuzzolanzement Zement ist ein hydraulisches Bindemittel. Das bedeutet, dass − Portlandflugaschezement die chemische Reaktion, die zum Erhärten (Abbinden) des − Portlandschieferzement Zements führt, auch unter Ausschluss von Sauerstoff – also − Portlandkalksteinzement auch unter Wasser – erfolgt. − Portlandkompositzement CEM III − Hochofenzement Zementherstellung CEM IV − Puzzolanzement Für die Herstellung von Zement werden als Rohstoffe Kalk­ CEM V − Kompositzement stein und Mergel oder Ton verwendet. Sie liefern die vier für die Herstellung benötigten Hauptkomponenten: Die Normalzemente unterscheiden sich durch ihre unter- schiedlichen Zusammensetzungen und Anteile der Hauptbe- Kalzium (Ca) standteile, wodurch sie auch unterschiedliche Eigenschaften Silizium (Si) aufweisen. So kann je nach Verwendungszweck der am besten Aluminium (Al) dafür geeignete Zement gewählt werden. Eisen (Fe) Zementbezeichnung Nach der Aufbereitung der Rohstoffe zu Rohmehl wird dieses Für Zemente werden anhand der Druckfestigkeit in [N/mm2] bei rund 1’450 °C zu Klinker gebrannt. Dies ist der zentrale des erhärteten Zements nach 28 Tagen drei Normfestigkeits- Schritt der Zementherstellung. Der Klinker wird schliesslich klassen unterschieden. Mit den Zusatzbezeichnungen L (=low), feingemahlen und dabei mit rund 3–7 % Gips vermengt. Dieser N (=normal) und R (=rapid) wird zudem die Festigkeit in der dient als Erstarrungsregler, der dafür sorgt, dass das mit Was- frühen Phase des Abbindeprozesses, die sogenannte Anfangs- ser angerührte Zementpulver nicht schon innerhalb weniger festigkeit, beschrieben. ­Minuten abbindet. Geschichtlich bedingt wird der auf diese Weise hergestellte Normfestigkeitsklassen Zement als Portlandzement bezeichnet. Klasse 32.5 Auf den Herstellungsprozess von Zement wird im Heft «Binde- Klasse 42.5 mittel» näher eingegangen. Klasse 52.5 Zusatzbezeichnungen L (niedrige Anfangsfestigkeit) N (normale Anfangsfestigkeit) R (hohe Anfangsfestigkeit) Drehrohrofen im Zementwerk (Abb.16) Klinkerherstellung im Drehrohrofen (Abb.17) Beton | Heft 05 9 Ausgangsstoffe Gesteinskörnung Aufgabe Korngrössen Die Gesteinskörnung macht mit rund 75 % den grössten Massen­ Für die Betonherstellung werden feine und grobe Gesteins­ anteil von Beton aus. Sie bildet dessen Gerüst und beeinflusst körnungen sowie Korngemische unterschieden. Als feine Ge- durch ihre Eigenschaften und Zusammensetzung massgeblich steinskörnungen werden Sande bezeichnet, während Kies, die Frisch- und Festbetoneigenschaften wie z.B. die Druckfes- Splitt, Grobkies und Schotter die groben Gesteinskörnungen tigkeit und die Dauerhaftigkeit. darstellen. Das gewonnene Material wird zunächst vorsortiert und da- Eigenschaften nach gewaschen. Schliesslich wird es durch Siebe in verschie- Folgende Eigenschaften einer qualitativ guten Gesteinskörnung dene Korngruppen aufgeteilt. Die üblichen Lieferkörnungen beeinflussen die Eigenschaften des Betons massgeblich: sind folgendermassen definiert: Kornform feine Gesteinskörnung 0/1, 0/2, 0/4 Oberflächenbeschaffenheit grobe Gesteinskörnung (eng) 4/8, 8/11, 8/16, 16/22, 16/32 Korndichte grobe Gesteinskörnung (weit) 4/32 Kornfestigkeit Korngemisch 0/16, 0/32 Kornzusammensetzung Die Bezeichnung der Korngrösse erfolgt durch Angabe der Dabei werden in Bezug auf die Oberflächenbeschaffenheit Siebweite in [mm] der Begrenzungssiebe (d/D): natürlich gerundete und gebrochene Körner unterschieden. Diese werden wiederum in kugelige und nicht kugelige (gerun- d = Siebweite des unteren Begrenzungssiebs (kleinstes Korn) dete) bzw. kubische und nicht kubische (gebrochene) Körner D = Siebweite des oberen Begrenzungssiebs (grösstes Korn) eingeteilt. Für einen Beton mit guter Verarbeitbarkeit sollten die Gesteinskörner möglichst kubische/kugelige Formen mit Die Lagerung der Gesteinskörnungen erfolgt nach Korngrös­ glatter Oberfläche aufweisen. sen getrennt. So kann je nach gewünschten Betoneigenschaf- ten das richtige Gemisch zusammengestellt werden. Gewinnung Als Gesteinskörnung kommen verschiedene Materialien in Frage: natürliche Kiese und Sande industriell hergestellte Körnungen (z.B. Blähton) Körnungen aus Abbruchmaterialien Die Gewinnung natürlicher Kiese und Sande erfolgt durch das Sieben und Waschen von Material aus Flüssen, Seen oder Gru- ben sowie durch den Abbau in Steinbrüchen. Abbau von Kies und Sand (Abb.18) Prüfsiebe mit den entsprechenden Siebrückständen (Abb.19) Beton | Heft 05 10 Ausgangsstoffe Zusatzmittel Zusatzstoffe und Fasern Zusatzmittel werden eingesetzt um die Eigenschaften des Be- Zusatzstoffe tons gezielt zu beeinflussen. Je nach Art des Zusatzmittels Zusatzstoffe werden eingesetzt, um die Eigenschaften des werden dabei die Eigenschaften des zu bearbeitenden Frisch- Frisch- oder Festbetons zu verbessern. Es handelt sich dabei betons verändert oder jene des Festbetons. Dabei steht beim meist um feinkörnige Mineralstoffe. Grob werden zwei Typen Frischbeton vor allem eine bessere Verarbeitbarkeit im Vor- von Zusatzstoffen unterschieden: dergund und beim erhärteten Beton eine bessere Festigkeit und Dauerhaftigkeit. Typ I (gehen keine chemische Bindung ein) Kalksteinmehl Zusatzmittel werden dem Frischbeton meist in flüssiger Form Quarzmehl zugegeben. Die Dosierung erfolgt in Abhängigkeit der Zement- Fasern menge. Pigmente Die wichtigsten Zusatzmittel im Überblick: Typ II (gehen eine chemische Bindung ein) Steinkohleflugasche B etonverflüssiger (BV) Silicastaub vermindert den Wasserbedarf und/oder verbessert die Ver- natürliche Puzzolane arbeitbarkeit thermisch aktivierte Puzzolane Fliessmittel (FM) Hüttensandmehl vermindert den Wasserbedarf stark und/oder verbessert gebrannter Schiefer die Verarbeitbarkeit hydraulischer Kalk Luftporenbildner (LP) führt zur Bildung kleinster Luftporen und zur Erhöhung Zusatzstoffe werden dem ­Zement entweder bereits im Zement­ des Frost- und Frosttaumittelwiderstands werk zugegeben oder erst bei der Herstellung des Betons im Verzögerer (VZ) Transportbetonwerk. Entsprechend unterscheidet man Zement­ verzögert das Abbinden des Frischbetons und ermöglicht zusatzstoffe und Betonzusatzstoffe. Für die meisten Zusatz- so das Betonieren bei hohen Temperaturen stoffe sind beide Anwendungen möglich. Erstarrungsbeschleuniger (SBE) beschleunigt das Abbinden des Betons nach dem Mischen Fasern Erhärtungsbeschleuniger (HBE) Fasern können dem Beton zur Bewehrung oder für andere beschleunigt das Erhärten des Betons (Frühfestigkeit) mit/ Zwecke, wie z.B. die Erhöhung des Brandwiderstandes, beige- ohne Veränderung der Abbindezeit geben werden. Sie werden dem Frischbeton beigemischt und Schwindreduktionsmittel (SRA) darin homogen verteilt. Folgende Faserarten nach Material reduziert das Trockenschwinden des Betons werden unterschieden: Dichtungsmittel (DM) vermindert die kapillare Wasseraufnahme Stahlfasern Stabilisierer (ST) Polymerfasern (Kunststofffasern) verbessert die Kohäsion (SCC Beton) Glasfasern Kohlenstofffasern Tanklager für Zusatzmittel in einem Transportbetonwerk (Abb.20) Verschiedene Arten von Fasern (Abb.21) Beton | Heft 05 11 Herstellung Betonherstellung In Bezug auf die Betonherstellung können je nach Ort der Her- Vorteile von Transportbeton: stellung zwei Arten von Beton unterschieden werden: keine Betonanlage auf der Baustelle (Platzersparnis) Transportbeton hohe und gleichbleibende Betonqualität Baustellenbeton Ein dichtes Netz an Transportbetonwerken vermag die schnelle Lieferung grosser Mengen sicherzustellen. Transportbeton Restmengen können dem Materialkreislauf wieder Rund 80 % des in der Schweiz verbauten Betons wird in Form ­zugeführt werden. von Transportbeton bereitgestellt. Die Herstellung des Betons erfolgt dabei im Transportbetonwerk. Dort werden die Aus- Baustellenbeton gangsstoffe, die je nachdem im Freien, in Silos oder in Tanks Baustellenbeton wird in zertifizierten Anlagen direkt vor Ort gelagert werden, zusammengeführt, vermischt und als Frisch- auf der Baustelle hergestellt. Üblicherweise kommt er nur beton in die Fahrmischer abgefüllt. dann zum Einsatz, wenn sehr grosse Betonmengen benötigt werden oder der Anfahrtsweg zur Baustelle für die Transport- Je nach Anforderungen an den Beton kommen verschiedene fahrzeuge zu lang wäre. Betonrezepturen zur Anwendung. Auch das Mischen erfolgt nach strengen Zeitvorgaben. Dabei werden zuerst die trocke- nen Kompenten vermengt bevor das Anmachwasser sowie die flüssigen Zusatzmittel zugegeben werden und die Nass­ mischung erfolgen kann. Das Wasser wird aus dem öffent­ 5 lichen Leitungsnetz bezogen und teilweise mit Recyclingwas- ser ergänzt oder sogar vollständig damit ersetzt. Der Transport auf die Baustelle erfolgt innerhalb eines vor- 4 gegebenen Zeitfensters und unter ständiger Umwälzung des Frischbetons. 3 1 6 2 Betonherstellung im Betonwerk 1 Anlieferung Gesteinskörner 7 2 Zwischenlagerung 3 Förderband 4 Zementsilos 5 Kies- und Sandsilos 6 Mischer 7 Wasser und Zusatzmittel 8 Transportfahrzeug 8 Anlieferung Gesteinskörnung (Abb.22) Betonwerk mit zwischengelagerter Gesteinskörnung (Abb.23) Beton | Heft 05 12 Herstellung Normative Anforderungen In der Norm SN EN 206 sind die sogenannten normativen An- Grösstkorn forderungen an Beton geregelt. Normativ bedeutet dabei, dass In der Regel liegt das Grösstkorn bei 32 mm. Je nach Anforde- jeder Anforderung eine Tabelle mit eindeutigen Zahlenwerten rungen an das Bauteil in Bezug auf seine Grösse, Verarbeitung oder Klassierungen hinterlegt ist. Die detaillierten Tabellen und Bewehrung kann es aber auch auf kleinere Durchmesser werden im plus-Teil aufgeführt. (8, 16, 22.5 mm) begrenzt oder höher (45, 63 mm) angesetzt wer­ In der Regel wird Beton über seine Eigenschaften definiert. den. Je nach Wahl des Grösstkorns muss der Mindestzement- Der Betonhersteller ist dabei für die Einhaltung der Leistungs- gehalt des Betons angepasst werden. anforderungen an den bestellten und gelieferten Beton verant- wortlich. Folgende Anforderungen werden unterschieden: Chloridgehaltsklasse Die Chloridgehaltsklasse gibt Auskunft darüber, wie viele Mas- Druckfestigkeitsklasse senprozente Chlorid in einer Betonzusammensetzung maximal Expositionsklasse enthalten sein dürfen, da ein zu hoher Chloridgehalt zu Beweh- Grösstkorn rungskorrosion führen kann. Es werden drei Chloridgehalts- Chloridgehaltsklasse klassen unterschieden: Konsistenzklasse Cl 1.0 Druckfestigkeitsklasse Cl 0.2 Beton wird nach seiner Mindestdruckfestigkeit eingeteilt. Die Cl 0.1 Angabe der Druckfestigkeit wird über ein genormtes Prüfver- fahren bestimmt, bei dem der Druckwiderstand eines Beton­ Konsistenzklasse zylinders mit einem Durchmesser von 150 mm und einer Höhe Für eine gute Verarbeitbarkeit des Frischbetons ist die Wahl der von 300 mm bzw. eines Betonwürfels mit einer Kantenlänge geeigneten Konsistenz von Bedeutung. Je nach Prüfmethode von 150 mm bestimmt wird. Dabei werden zwei Kategorien werden verschiedene Konsistenzklassen unterschieden: ­unterschieden: Ausbreitmass (F1–F6) Normal- und Schwerbeton (C) Verdichtungsmass nach Walz (CO–C4) Leichtbeton (LC) Setzmass (S1–S5) Expositionsklasse Betonsorten Mit der Angabe der Expositionsklasse wird bestimmt, in wel- Zur Vereinfachung und praktischen Anwendung der Norm SN chem Umfang Beton und Bewehrung Umwelteinflüssen aus- EN 206 wurden übliche Betonsorten für die meisten Anwen- gesetzt sind. Es werden fünf Expositionsklassen unterschie- dungen im Hoch- und Tiefbau sowie für Bohrpfahl- und Schlitz­ den, die wiederum in bis zu vier weitere Klassen unterteilt sind: wandbetone definiert. Für den Hochbau relevant sind folgende vier Sorten: Kein Angriffsrisiko (X0) Angriff der Bewehrung durch Karbonatisierung (XC1–XC4) Sorte 0 Angriff der Bewehrung durch Chloride (XD1–XD3) Sorte A Angriff des Betons durch Frost und Tausalze (XF1–XF4) Sorte B Angriff des Betons durch Chemikalien (XA1–XA3) Sorte C Einsatz von Beton im Tiefbau für einen Kreisel im Tessin (Abb.24) Einsatz von Beton im Hochbau beim Roche Tower in Basel (Abb.25) Beton | Heft 05 13 Herstellung Hydratation Eine der grossen Stärken von Beton ist, dass er als dickflüssi- Gefüge des Zementsteins ger Frischbeton in nahezu jede Form gegossen werden kann, Das durch die Hydratation des Zements entstehende Gefüge bevor er bereits nach wenigen Stunden erhärtet. Verantwort- rund um die Gesteinskörnung ist entscheidend für die späte- lich für dieses schnelle Erhärten sind die hydraulischen Eigen- ren Eigenschaften und die Dauerhaftigkeit des Betons. schaften des verwendeten Bindemittels Zement. Kurz nach dem Anmischen sind die nicht hydratisierten Zement­ Hydratation von Zement und Wasser partikel noch von einer dünnen Wasserschicht umgeben, deren Die Hydratation beschreibt eine chemische Reaktion zwischen Dicke vom Wasseranteil im Frischbeton abhängt. Nach und dem Zement und dem Anmachwasser; die Gesteinskörnung nach wachsen die Hydratationsprodukte kristallin in die zu- spielt für diesen Prozess keine Rolle. Der Beton trocknet also nächst vom Wasser eingenommenen Zwischenräume hinein nicht aus, indem das Wasser an die Umgebung abgegeben und beginnen allmählich zu verfilzen. wird, sondern er erhärtet, indem das Wasser chemisch gebun- den wird. Dabei wird Energie in Form von Wärme, der soge- Mit zunehmender Hydratationsdauer werden die Zwischenräume nannten Hydratationswärme, freigesetzt. Da die Hydratation immer mehr ausgefüllt bis der Zement vollständig hydratisiert keines Sauerstoffs bedarf, erhärtet Beton auch unter Wasser. ist. Entscheidend für eine vollständige Hydratation ist die Wahl Die Reaktion lässt sich dabei grob als dreistufigen Verlauf dar- des richtigen Wasserzementwerts (w/z-Wert). stellen: 1. Hydratationsstufe Der Zement reagiert sofort mit dem Anmachwasser und es kommt zu einem leichten Ansteifen des Zementleims. Danach kommt der Hydratationsprozess kurzzeitig zum Stillstand. 2. Hydratationsstufe Der eigentliche Erstarrungsprozesses des Zementleims setzt nach rund 1–3 Stunden ein. 3. Hydratationsstufe Mit fortschreitender Erstarrung setzt nach rund einem Tag die eigentliche Erhärtung des Zementleims zu Zementstein ein. Nach 28 Tagen erreicht der Beton seine charakterische Druckfestigkeit. Da die Hydratationsgeschwindigkeit nun stetig abnimmt, vergehen bis zur vollständigen Hydratation Monate oder sogar Jahre. Bildung des Zementsteingefüges mit fortschreitender Hydratation Hydratationsstufe Hydrationsstufe labiles Gefüge labiles Gefüge plastisch labiles Gefüge labiles Gefüge erstarrt Grundgefüge Grundgefüge stabiles Gefüge stabiles Gefüge plastisch erstarrt Beton | Heft 05 14 Herstellung Wasserzementwert Die Wahl des richtigen Wasserzementwerts (w/z-Wert) ist ent- Betoneigenschaften in Abhängigkeit des w/z-Wertes scheidend für die spätere Betonqualität. Er bezeichnet das Massenverhältnis vom Wassergehalt zum Zementgehalt im Zementleim, bezogen auf 1 m3 verdichteten Frischbeton. tiefer w/z-Wert hoher w/z-Wert tiefer w/z-Wert hoher w/z-Wert w/z-Wert = Masse des Wassers (w) / Masse des Zements (z) Bei Normalbeton wird zur vollständigen Hydratation des ­ ements ein w/z-Wert von mindestens 0.4 benötigt. Die Masse Z des Wassers muss also 40 % der Masse des Zements betragen. hoch niedrig Bei einem w/z-Wert über 0.6 hinterlässt das überschüssige Festigkeit Wasser, das nicht vom Zement gebunden werden kann und ­daher allmählich verdunstet, Kapillarporen im Zementstein. wenig viel Dies wiederum wirkt sich negativ auf die Dichtigkeit des Betons aus und somit auf eine Reihe seiner Eigenschaften, wie Festig- keit, Wasseraufnahmefähigkeit oder Schwinden. Im Normalfall sollte der w/z-Wert von Frischbeton zwischen Wassersaugen 0.4 und 0.6 liegen, um eine vollständige Hydratation, eine gute Verarbeitbarkeit und eine optimale Betonqualität zu gewähr- schwach stark leisten. Der Zementanteil hängt von den Anforderungen an den Beton ab. Werden dem Frischbeton Zusatzmittel oder -stoffe zugegeben, die wie Zement ebenfalls mit Wasser reagieren, so müssen Schwinden diese bei der Berechnung des w/z-Wertes mitberücksichtigt werden. keine Abplatzung Abplatzung Stoffraumrechnung Die Stoffraumrechnung ist in der Praxis das wichtigste Hilfs- mittel zur Berechnung der richtigen Betonmischung. Man er- rechnet mit ihr den nötigen Gehalt jeder Komponente in 1 m3 Beständigkeit (=1000 l) verdichtetem Frischbeton. Dazu gehören: dunklere Oberfläche hellere Oberfläche Zementgehalt Wassergehalt Gehalt an Zusatzmitteln/-stoffen Gehalt an Gesteinskörnung Porenvolumen Farbe Um einen qualitativ hochwertigen Beton zu erhalten, müssen Zement und Wasser im richtigen Verhältnis gemischt werden. (Abb.26) Beton | Heft 05 15  Anwendung Allgemeines Mischen Beton ist ein Baustoff, der auf Bestellung, gemäss den Anfor- Die Herstellung des Frischbetons im Transportbetonwerk er- derungen des Kunden, hergestellt wird. Produktion und Liefe- folgt im Betonmischer. Die Dosierung der Ausgangsstoffe wird rung erfolgen dabei am gleichen Tag wie das Einbringen. Beton dabei durch Wägen vorgenommen und geschieht in der Regel ist also sozusagen ein Frischprodukt. Damit die höchstmög­ immer in der gleichen Reihenfolge: liche Qualität des fertigen Betons erreicht werden kann, müs- sen auf dem Weg vom Frischbeton zum Festbeton einige 1. Gesteinskörnung Punkte beachtet und berücksichtigt werden. Viele der Schritte 2. Zement erfolgen nach festgelegten Abläufen und innerhalb strikter 3. Zusatzstoffe Zeitvorgaben, was eine gute Koordination zwischen Baustelle 4. Anmachwasser und Zusatzmittel und Betonwerk erfordert. Die flüssigen Zusatzmittel werden dabei vorgängig dem An- Vom Frischbeton zum Festbeton machwasser beigegeben, bevor sie in den Mischer gelangen. Solange Beton noch verarbeitbar ist, wird er als Frischbeton be- zeichnet. Nach dem Erstarren spricht man dann von Festbeton. Die Mischzeit im Betonmischer ist sehr kurz und dauert in der Beim Übergang vom einen zum anderen Zustand durchläuft Regel 60–90 Sekunden. Ziel ist es, eine durchgehende Homo- der Beton zwei Phasen, die fliessend ineinander übergehen: genität des Frischbetons zu erreichen. Je nach Mischertyp oder Betonart kann die Mischzeit etwas variieren, beträgt aber Phase des «grünen» Betons nie mehr als 120 Sekunden. Phase des «jungen» Betons Sobald der Mischvorgang abgeschlossen ist, wird der Mischer Sobald beim eingebrachten und verdichteten Frischbeton das entleert und der Frischbeton in die Transportfahrzeuge abge- Erstarren einsetzt, spricht man von «grünem» Beton. Die Phase füllt. Diese bringen ihn ohne Zeitverzögerung auf die Baustelle. des «jungen» Betons ist ab dem Anfang des Erhärtens, rund vier Stunden nach dem Einbringen, erreicht. Der Beton ist nun nicht mehr verarbeitbar. Nach rund drei Tagen ist der Zustand des Festbetons erreicht, nach 28 Tagen die Normfestigkeit. Ende der Erreichen der relative Druckfestigkeit Verarbeitbarkeit Normfestigkeit Abbindebeginn Anfang des Erhärtens Ansteifen Erhärten 1 2 4 8 24 3 7 28 Mischen, Transport Stunden Tage Grüner Beton Junger Beton Festbeton Einbau, Ver- Beginn der dichten Nachbehandlung Einbau des ressourcenschonenden Betons EvopactPLUS, der Zement enthält, Einbau des ressourcenschonenden Betons EvopactPLUS (Abb.28) dessen Herstellung deutlich weniger CO2 freisetzt. (Abb.27) Beton | Heft 05 16 Anwendung Transport und Einbau Verdichten Transport Noch während dem Einbringen in die Schalung beginnt das Um Qualitätseinbussen zu vermeiden, sollte nach dem Mischen Verdichten des Frischbetons. Es muss vor dem Beginn des bis zum Einbringen des Frischbetons möglichst wenig Zeit ­Abbindeprozesses abgeschlossen sein. ­verstreichen. Rund 90 Minuten nach dem ersten Kontakt von Neben der Betonzusammensetzung und der Nachbehand- Zement und Wasser im Betonwerk sollte der Frischbeton auf lung ist das Verdichten einer der wichtigen Faktoren für das der Baustelle fertig eingebracht sein. Je nach Witterung und Erreichen eines qualitativ hochwertigen und dauerhaften Be- Transportweg kann durch die Zugabe der geeigneten Zusatz- tons. Folgende Ziele werden damit verfolgt: mittel das Zeitfenster etwas verlängert werden. erhöhen der Dichtigkeit Abhängig von der Konsistenzklasse des Betons erfolgt der verbessern der Dauerhaftigkeit Transport in Fahrzeugen mit oder ohne Mischwerkzeug, wobei erreichen der geforderten Druckfestigkeit der Transport in Fahrmischern die Regel darstellt. Nach der erreichen eines guten Verbunds von Beton und Bewehrung Ankunft auf der Baustelle wird in diesem Fall der Frischbeton noch einmal 1–2 Minuten nachgemischt, bevor er schliesslich Das Verdichten erfolgt in der Regel mit der Vibriernadel (Innen­ eingebracht wird. rüttler), die in den noch flüssigen Frischbeton eingetaucht wird. Sie sollte dabei jedoch weder die Bewehrung noch die Scha- In Ausnahmefällen kann vor dem Entladen auf der Baustelle lung berühren. Durch das Vibrieren werden die Gesteinskörner nochmals eine Zugabe von Wasser, Pigmenten, Fasern oder in Schwingung versetzt, die eingeschlossene Luft entweicht an Zusatzmitteln erfolgen. die Oberfläche und die Hohlräume füllen sich mit Feinstmörtel. Die Grösse der Vibriernadel wird jeweils auf die Bauteil­ Fördern grösse abgestimmt. Sobald keine grösseren Luftblasen mehr Für das Fördern des Frischbetons bis zur Schalung stehen, in an die Oberfläche steigen, ist das Verdichten abgeschlossen. Abhängigkeit der Konsistenz, verschiedene Fördermittel zur Ein zu langes Verdichten kann zur Entmischung des Frisch­ Verfügung: betons führen. Förderband Alternativ kann das Verdichten mittels Schalungsvibratoren Kübel mit oder ohne Fallrohr (Aussenrüttler) oder in Betonelementwerken über Tischrütt- Betonpumpe ler erfolgen. Nur bei Beton mit einer sehr steifen Konsistenz Rinne oder Rutsche ­erfolgt das Verdichten über Stampfen. Beim Einsatz von selbst- verdichtendem Beton ist kein weiteres Verdichten mehr erfor- Einbau derlich. Um den Frischbeton problemlos einbringen zu können, ist es von grosser Bedeutung, dass die Konsistenz und das Grösst- körn auf die Gegebenheiten der Baustelle abgestimmt sind. Insbesondere der Geometrie der Schalung und dem Beweh- rungsabstand sind dabei Beachtung zu schenken. Um ein Ent- mischen des Frischbetons zu vermeiden, sollte dessen Fall­ höhe beim Einbau ohne Fallrohr nicht mehr als zwei Meter betragen. Betoneinbau mit Fallrohr zur Minimierung der Fallhöhe (Abb.29) Einbringen von selbstverdichtendem Beton (SSC) bei einer Tunnel­ zwischendecke (Abb.30) Beton | Heft 05 17 Anwendung Nachbehandlung Unmittelbar nach dem Einbringen des Betons muss mit dessen Arten der Nachbehandlung Nachbehandlung begonnen werden. Diese muss abgeschlos- Die Art und Dauer der Nachbehandlung richtet sich in erster sen sein, solange der Beton noch «grün» ist und somit das Linie nach den äusseren Gegebenheiten wie Temperatur, Wind Erhärten noch nicht eingesetzt hat. und Sonneneinstrahlung. Es stehen drei Arten der Nachbe- handlung zur Verfügung: Ziele der Nachbehandlung Der Beton soll durch die Nachbehandlung vor einem vorzeiti- aufsprühen eines Nachbehandlungsmittels gen Wasserverlust und äusseren Einflüssen geschützt werden, besprühen der Oberfläche mit Wasser bis er eine ausreichende Festigkeit erreicht hat. Konkret ver- abdecken mit Kunststofffolie folgt die Nachbehandlung folgende Ziele: Zudem definiert die Norm SIA 262 vier Nachbehandlungsklas- b  egrenzen des vorzeitigen Austrocknens durch Sonnen­ sen (NBK), denen folgende Anforderungen an die Nachbehand- bestrahlung, Wind und geringe Luftfeuchtigkeit lung zugeordnet sind: vermeiden des Auswaschens der jungen Betonoberfläche durch Niederschläge und fliessendes Wasser NBK 1: keine Anforderungen vermeiden von raschen Temperaturwechseln durch NBK 2: normale Anforderungen frühes Ausschalen sowie bei massigen Bauteilen NBK 3: erhöhte Anforderungen verhindern von frühen, schädlichen Erschütterungen NBK 4: hohe Anforderungen vermindern von Ausblühungen auf der Oberfläche sicherstellen eines ausreichenden Hydratationsgrades Die Anforderungen richten sich nach der Expositionsklasse des betonierten Bauteils, d.h je stärker ein Betonbauteil der Der Qualität der Betonrandzone ist bei der Nachbehandlung Witterung, Frost oder Tausalzen ausgesetzt ist, desto höher besondere Beachtung zu schenken, da diese für den Schutz sind die Anforderungen an dessen Nachbehandlung. der darunter liegenden Bewehrung von grosser Bedeutung ist. Vor allem horizontale Bauteile, wie beispielsweise Decken, mit einer grossen frei liegenden Oberfläche, sind besonders an­fällig für vorzeitiges Austrocknen. Nachbehandlung einer frischen Betonoberfläche durch das Aufsprühen eines Abdecken einer frisch betonierten Betondecke mit Kunststofffolie (Abb.32) Nachbehandlungsmittels (Abb.31) Beton | Heft 05 18 Anwendung Betontemperatur und Witterungseinfluss Sowohl zu niedrige als auch zu hohe Temperaturen können Betonieren bei warmen Temperaturen sich nachteilig auf die Betonqualität auswirken. Dabei ist nicht Das Betonieren bei warmen Temperaturen birgt im Wesentli- nur die Temperatur auf der Baustelle entscheidend, sondern chen folgendes Problem: auch die Betontemperatur, die aus der Herstellung im Beton- werk resultiert. Durch die Lagerung der Ausgangsstoffe im s chneller verlaufende Hydratation, dadurch Verkürzung Freien oder in Silos und Tanks kann die Betontemperatur je der Verarbeitungszeit nach Aussentemperatur erheblich variieren. Den grössten Ein- fluss spielt dabei die Temperatur der Gesteinskörnung. Auf- Die Temperatur von Frischbeton sollte beim Einbringen ohne grund dieser Ausgangslage können bei extremen Temperatu- besondere Massnahmen nicht über +30 °C liegen. Massnah- ren zur Wahrung der Betonqualität sowohl Massnahmen im men sind vor allem im Werk durch Abkühlen der Gesteins­ Werk als auch auf der Baustelle getroffen werden. körnung und des Zugabewassers sowie durch geeignete An- passungen der Betonzusammensetzung möglich. Die Zugabe Betonieren bei kalten Temperaturen von Abbindeverzögerer verhindert ein vorzeitiges Abbinden. Das Betonieren bei kalten Temperaturen birgt im Wesentlichen Fliessmittel verbessern die Verarbeitbarkeit. zwei Probleme: Auf der Baustelle sollte das Betonieren, wenn möglich, zu kühleren Tageszeiten stattfinden. Die Verarbeitung des Frisch- Verzögerung des Erstarrens und der Festigkeitsentwicklung betons sollte ausserdem so schnell wie möglich erfolgen. Gefrieren von ungebundenem Wasser im Frischbeton Die Temperatur von Frischbeton sollte beim Einbringen ohne besondere Massnahmen nicht unter +5 °C liegen. Durch das ­Erwärmen des Zugabewassers oder der Gesteinskörnung bei der Betonherstellung im Werk kann die Temperatur des Frisch­ betons erhöht werden. Geeignete Anpassungen der Betonzu- sammensetzung durch die Beigabe von Erhärtungsbeschleu- niger oder Fliessmittel wirken sich ausserdem günstig auf die erforderliche Festigkeits- und Wärmeentwicklung aus. Auf der Baustelle muss der frisch eingebrachte Beton vor Wärmeverlust und Luftzug geschützt werden. Dies kann z.B. mit Thermomatten erfolgen. Während der Erhärtungszeit ist zusätzlich der Schutz vor Feuchtigkeitsverlust sehr wichtig für den Hydratationsprozess. Die Bewehrung muss vor dem Beto- nieren von möglicherweise vorhandenen Eisschichten befreit werden, da diese den Verbund von Bewehrung und Beton be- einträchtigen könnten. Thermomatten schützen den jungen Beton vor Wasserverlust und Abkühlung Betonieren bei warmer Witterung, wenn möglich zu kühleren Tageszeiten (Abb.34) (Abb.33) Beton | Heft 05 19 Besondere Betone Betone mit besonderer Verarbeitung Je nach Anforderungen an den Beton und den Rahmenbedin- Selbstverdichtender Beton (SCC) gungen auf der Baustelle kommen Betone mit besonderer Ver- Selbstverdichtender Beton verfügt über Frischbetoneigen- arbeitung zur Anwendung: schaften, die kein Verdichten des Betons mehr erfordern. Durch seine gute Fliessfähigkeit gelangt der Frischbeton prob- Pumpbeton lemlos in alle Bereiche einer Schalung. Die Entlüftung des Spritzbeton Betons vollzieht sich dabei während des Fliessens ohne weite- Selbstverdichtender Beton (SCC) res Zutun. Monobeton Die Eigenschaften von selbstverdichtendem Beton erlauben eine höhere Einbauleistung mit weniger Personal sowie ein Pumpbeton einfacheres Betonieren schlanker, komplizierter und stark be- Das Pumpen von Beton ist die schnellste Möglichkeit der Ent- wehrter Bauteile. Die Fliessfähigkeit wird unter anderem über ladung. Pumpbeton kommt darum vor allem dann zur Anwen- den Einsatz von Fliessmitteln und die Erhöhung des Mehlkorn- dung, wenn eine hohe Einbringleistung gefordert oder ein Bau- gehalts erreicht. Selbstverdichtender Beton erfordert eine teil schwer zugänglich ist. Grundsätzlich kommt er aber für dichte Schalung. alle Bauteile in Frage. Die Zusammensetzung von Pumpbeton muss so ausgelegt Monobeton sein, dass die Konsistenz des Frischbetons das Pumpen er- Monolithisch hergestellte Betonbauteile verfügen über eine möglicht und die Homogenität des Betons während des ge- gebrauchsfertige, hartbetonähnliche Oberflächenbeschaffen- samten Einbringens erhalten bleibt. Dies wird unter anderem heit. In der Regel sind es horizontale Bauteile wie Bodenplat- durch den Einsatz von Flugasche und Fliessmitteln erreicht. ten und Decken im Industrie- und Gewerbebau, die in Monobe- ton ausgeführt werden. Spritzbeton Nach dem Einbringen und Verdichten wird die Betonober­ Das Spritzen von Beton erlaubt ein sehr flexibles Aufbringen fläche mit sogenannten Flügelglättern geglättet und weiter auf nahezu alle Untergründe ohne Schalung und weiteres Ver- verdichtet. Dadurch entsteht eine glatte, ebene, harte und dichten. Die Ausführung ist sowohl mit als auch ohne Beweh- ­widerstandsfähige Betonrandzone mit einer Dicke von rund rung möglich. Es werden zwei Verfahren unterschieden: 3 mm. Da Monobetonoberflächen in der Regel keine weiteren Schutzschichten mehr aufweisen, sind die Anforderungen an Trockenspritzverfahren die Verschleiss- und Abriebfestigkeit sowie an die Ebenheit Nassspritzverfahren des fertigen Betons höher als bei Normalbeton. Während beim Nassspritzverfahren das ­Zugabewasser bereits im Spritzgut enthalten ist, wird es beim Trockenspritzverfah- ren erst an der Spritzdüse zugegeben. Spritzbetonarbeiten be- dürfen viel Erfahrung und werden daher nur von Firmen mit den entsprechenden Fachkräften und ­Maschinen ausgeführt. Betonieren einer grossen Bodenplatte mit einer Autobetonpumpe, beschickt Trockenspritzen bei einer Felssicherung (Abb.36) durch Fahrmischer (Abb.35) Beton | Heft 05 20 Besondere Betone Betone mit besonderen Ausgangsstoffen Mit besonderen Ausgangsstoffen bei der Betonzusammenset- Leichtbeton zung können bestimmte Eigenschaften des Festbetons in Be- Konstruktiver Leichtbeton hat eine Trockenrohdichte von unter zug auf Gewicht, Wärmedämmung, Nachhaltigkeit oder auch 2’000 kg/m3. Er weist, je nach Zusammensetzung, gegenüber Statik verbessert werden. Die Ausgangsstoffe werden dabei so Normalbeton ein bis zu 40 % geringeres Gewicht auf. Dies eingesetzt, dass sie die bestehende Zusammensetzung ergän- ­erreicht man durch teilweises oder vollständiges Ersetzen der zen oder Bestandteile davon ganz oder teilweise ersetzen. Zu groben, dichten Gesteinkörnung durch offenporige, leichte den Betonen mit besonderen Ausgangsstoffen gehören: Gesteinskörnung. Am häufigsten kommen dafür Blähton, Blähglas, Schaumglasschotter und Naturbims zum Einsatz. Recyclingbeton Auch die feine Gesteinskörnung kann durch Leichtsand ersetzt Leichtbeton werden. Faserbeton Da innerhalb des Leichtbetons die Lastverteilung nicht mehr über die Gesteinskörnung sondern hauptsächlich über den Recyclingbeton Zementstein erfolgt, ist seine Tragfähigkeit gegenüber Nor- Durch die Wiederverwendung von mineralischem Abbruchma- malbeton geringer. Durch den höheren Poren- und somit terial können dessen Entsorgung auf Deponien und der Ver- Luftanteil der Gesteinskörnung verfügt Leichtbeton auch über brauch natürlicher Gesteinskörnungen minimiert werden. eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Normalbeton. Bei einer Recyclingbeton gewinnt deshalb im Kontext des Nachhaltigen Trockenrohdichte von 800–1’000 kg/m3 spricht man darum von Bauens an immer grösserer Bedeutung. Dämmbeton. Durch die Zugabe eines Porenbildners zum Es werden zwei Arten recycelter Gesteinskörnung unter- ­Zementstein kann die Wärmeleitfähigkeit des Betons weiter schieden: Betongranulat (C) und Mischgranulat (M). Beton- reduziert werden. granulat entsteht durch die Aufbereitung von reinem Beton­ abbruch. Mischgranulat wird aus Mischabbruch gewonnen, Faserbeton der sich aus Beton, Naturstein, Backstein und Kalksandstein Durch die Zugabe von Fasern zusätzlich zur Stahlbewehrung zusammensetzt. Entsprechend der verwendeten Gesteinskör- können die Tragfähigkeit und die Gebrauchstauglichkeit eines nung wird darum zwischen Recyclingbeton aus Betongranulat Betonbauteils verbessert werden. Zum Einsatz kommen dafür (RC-C) und Recyclingbeton aus Mischgranulat (RC-M) unter- hauptsächlich Stahl- oder Kunststofffasern mit einer Länge schieden. Der Massenanteil rezyklierter Gesteinkörnung be- von maximal 50 mm, die dem Frischbeton noch im Betonwerk trägt dabei mindestens 25 %. Gegenüber einer natürlichen zugegeben werden. Sie sind Bestandteil des Zementleims und Gesteinskörnung weisen beide recycelte Gesteinskörnungen späteren Zementsteins. grössere Schwankungen in der stofflichen Zusammensetzung Normalbeton verfügt nur über eine sehr geringe Zugfestig- auf. Überdies verfügt Recyclingbeton über eine geringere keit, sodass sie für Berechnungen gleich Null gesetzt wird. Die Druckfestigkeit als Normalbeton. Zugkräfte werden gänzlich durch die Stahlbewehrung aufge- Recyclingbeton aus Mischgranulat (RC-M) sollte nicht für nommen. Dank der Zugabe von Fasern kann auch der Beton exponierte Bauteile und daher ausschliesslich im Innenbe- einen Teil der Zugkräfte übernehmen, was die Gesamtzugfes- reich verwendet werden. Recyclingbeton aus Betongranulat tigkeit im Verbund mit der Normalbewehrung erhöht. Die (RC-C) hingegen kann im Hochbau, mit gewissen Einschränkun­ ­Fasern wirken sich zudem positiv auf die Rissausbreitung aus. gen, weitgehend als Konstruktionsbeton eingesetzt werden. Anstelle von grösseren Rissen entstehen viele feine und in der Regel unschädliche Risse. Die Verarbeitung von Faserbeton erfolgt wie bei Normal­beton. Schnittfläche eines Betons hergestellt mit Mischgranulat (Abb.37) Stahlfaserbeton im Frischbetonzustand (Abb.38) Beton | Heft 05 21 Besondere Betone Wasserdichter Beton Wassereintritt in das Gebäude gehört zu den häufigsten Bau- Wasserdichter Beton schäden. Besonders erdberührte Bauteile sollten deshalb so Die Wasserdichtigkeit des Betons ist im Wesentlichen von fol- abgedichtet werden, dass ein Wassereintritt auch bei Boden- genden Faktoren abhängig: feuchtigkeit, Sickerwasser und drückendem Grund- oder Hang­ wasser nicht möglich ist. In der Praxis kommen dafür ver- Risse (Rissbreite, -länge und -verlauf) schiedene Systeme zur Anwendung. Eine Möglichkeit ist die Bauteildicke Aus­bildung einer weissen Wanne, bei der wasserdichter Beton Betonzusammensetzung zum Einsatz kommt. Entscheidend für das Eindringen von Wasser in Beton ist sein Die Weisse Wanne w/z-Wert. Dieser darf für eine geringe Wassereindringtiefe Die sogenannte «Weisse Wanne» ist ein Abdichtungssystem, und eine geringe Wasserleitfähigkeit maximal 0.5 betragen. das auf der Ausbildung einer wasserdichten Betonkonstruk­ Beim Einbauen ist darauf zu achten, dass keine Kiesnester tion beruht. Diese übernimmt dabei nebst der tragenden auch und Entmischungen entstehen. Auch der Nachbehandlung die abdichtende Funktion, so dass es keiner zusätzlichen Dich- kommt eine grosse Bedeutung zu. Wasserdichter Beton wird tungsbahnen mehr bedarf. Dadurch können auf der Baustelle deshalb der Nachbehandlungsklasse 3 (NBK 3) zugeordnet. Kosten und Zeit gespart werden. Für die Ausbildung einer Um die Rissbreite im Beton zu begrenzen kann die Bewehrung Weis­sen Wanne sind zwei Komponenten von Bedeutung: erhöht und auf die Bauteilgeometrie abgestimmt werden. Die Mindestdicke von Bauteilen aus wasserdichtem Beton beträgt Bauteil aus wasserdichtem Beton 25 cm. Abdichtung von Fugen und Rissen Oberkante Gelände höchster Wasserstand weisse Wanne Grundwasser Mehrfamilienhäuserbau mit Holcim Aquapact – der wasserdichte Beton (Abb.39) Innensicht einer Tiefgarage aus wasserdichtem Beton (Abb.40) Beton | Heft 05 22 Besondere Betone Fugenabdichtung Planung Je nach Fugenart kommen andere Arten der Fugendichtung Soll auf einer Baustelle ein wasserdichter Beton zur Ausfüh- zur Anwendung. Die richtige Planung und Ausführung des Ab- rung kommen, muss dies in der Ausschreibung als zusätzliche dichtungskonzepts ist von grosser Wichtigkeit für einen dauer- Anforderung festgelegt werden. Ebenso ist die Wasserdichtig- haft wasserdichten Beton. Folgende Fugen- und Fugendich- keitsklasse des Bauteils zu definieren, die in Zusammenhang tungsarten werden unterschieden: mit der Nutzung der angrenzenden Räume steht: Bewegungsfugen Dichtigkeitsklasse 1: vollständig trocken − Fugenbänder einbetoniert oder aufgeklebt − Wohn- und Arbeitsräume Durchdringungen − Lagerhallen für empfindliche Güter − Kanalisationsrohre − Archive − Stahlteile / -profile Dichtigkeitsklasse 2: trocken bis leicht feucht − Rohrdurchführungen − Lagerhallen für nicht feuchteempfindliche Güter Bindstellen − Heizungs- und Kellerräume − Fugenbänder aufgeklebt Dichtigkeitsklasse 3: feucht − Baukleber − Räume mit untergeordneter Nutzung − Dichtungsprofile − Wände von Tiefgaragen Betonierfugen (Arbeitsfugen) Dichtigkeitsklasse 4: feucht bis nass − Fugenbänder einbetoniert oder aufgeklebt − Räume mit untergeordneter Nutzung − Injektionsschläuche − Wände von Tiefgaragen − Quellfugenbänder Bei Bauteilen, die später nicht mehr zugänglich sind, müssen bei der Dichtigkeitsklasse 1 weitere Massnahmen zur Abdich- tung getroffen werden. Dies kann Technikräume, Liftschächte oder ausgebaute Kellerräume betreffen. Die Abdichtung er- folgt beispielsweise über aussenliegende Dichtungsbahnen oder Betonverbundfolien. Einbetoniertes Fugenband (Abb.41) Quellband (Abb.43) Aufgeklebtes Fugenband (Abb.42) Injektionsschlauch (Abb.44) Beton | Heft 05 23 Besondere Betone Sichtbeton Wenn ein Betonbauteil so ausgeführt wird, dass seine Ober­ Die Betonoberflächenklassen (BOK) werden anhand von fünf fläche sichtbar bleibt, dann spricht man von Sichtbeton. Es Kriterien charakterisiert: werden zwei Arten unterschieden: Struktur Sichtbeton mit der Schalhaut als Gestaltungselement − Beschaffenheit der Betonoberfläche Sichtbeton mit nachträglicher Oberflächenbearbeitung Lunker − Vertiefungen und Poren an der Betonoberfläche Sichtbeton mit der Schalhaut als Gestaltungselement Farbton Die Erscheinung eines Sichtbetons ohne nachträgliche Ober- − Hell-/Dunkelverfärbungen flächenbearbeitung ist von zwei Faktoren abhängig, die bei der − Wolkenbildung Planung definiert werden müssen: Ebenheit − abhängig von der Steifigkeit und Ebenheit der Schalung Schalungstyp Fugenversatz (Arbeits- und Schalhautfugen) Betonoberflächenklasse (BOK) − Anordnung und Ausbildung der Fugen − Schutz von Kanten In der Regel werden die Schalungstypen 1 und 2 der Beton­ − Flächenversatz von Betonieretappen oberflächenklasse 0 bzw. 1 zugeordnet. Für die Betonoberflä- chenklassen 2 und 3 sind der Schalungstyp 3 oder 4 wählbar. Schalungstypen Betonoberflächenklassen (BOK) Typ 1 normale Betonfläche BOK 0 keine ästhetischen Ansprüche Typ 2 Betonfläche mit einheitlicher Struktur BOK 1 geringe ästhetische Ansprüche Typ 3 Sichtbetonfläche mit Brettstruktur BOK 2 normale ästhetische Ansprüche Typ 4 Sichbetonfläche mit Tafelstruktur BOK 3 hohe ästhetische Ansprüche BOK S besondere ästhetische Ansprüche und Gestaltungsabsicht Normale Betonfläche (Abb.45) Betonfläche mit einheitlicher Sichtbetonfläche mit Brettstruktur Sichtbetonfläche mit Tafelstruktur Struktur (Abb.46) (Abb.48) (Abb.49) Zusammenstellung von Sichtbetonoberflächen mit unterschiedlichen Horizontale Arbeitsfuge als Scheinfuge mit einer trapezförmigen Kehle Schalhäuten (Abb.47) ausgebildet (Abb.50) Beton | Heft 05 24 Besondere Betone Einfluss der Schalung Sichtbeton mit nachträglicher Oberflächenbehandlung Neben dem Schalungstyp beeinflusst auch der Schalhauttyp das Anstatt das Erscheinungsbild über die Schalhaut auszubilden, Erscheinungsbild und die Farbe des Sichtbetons massgeblich. können besondere Sichtbetonflächen auch über eine nach- Man unterscheidet Schalhauttypen nach Saugverhalten und trägliche mechanische oder chemische Bearbeitung erreicht Ober­flächentextur. werden. Dabei findet immer ein Materialabtrag statt, weshalb darauf zu achten ist, dass nach der Behandlung genügend Bewehrungsüberdeckung übrig bleibt. Die wichtigsten Ober- Schalhauttyp Schalhautmaterial flächenbearbeitungsarten sind: saugend Brettschalung rauh gehobelt Spanplatten Feinwaschen Sperrholz unbehandelt Grobwaschen Dränvlies Absäuern nicht saugend Sperrholz behandelt Druckwasserstrahlen Kunststoffbeschichtung Sandstrahlen Vollkunststoff Schleifen Stahl Stocken Strukturmatrizen Spitzen und Bossieren Scharrieren Oberflächenschutz Weitere Faktoren, die im Zusammenhang mit der Schalung Um Sichtbetonoberflächen vor Witterungs- und Umgebungs- für die Qualität und das Erscheinungsbild einer Sichtbeton­ einflüssen wie beispielsweise Grafitti zu schützen, stehen ver- oberfläche beachtet werden müssen, sind: schiedene Massnahmen zur Verfügung: Einsatz und Dosierung des Trennmittels Hydrophobierung Ausführung und Anordnung der Schalungsanker transparente Versiegelung und Betonlasur Ausführung und Anordnung der Fugen Grafittischutz mit oder ohne Opfersystem Ausführung der Kanten Um das gewünschte Ergebnis zu erhalten, empfiehlt sich bei grossflächigem Einsatz vor der Ausführung die Bemusterung mit einem Referenzbauteil. Feinwaschen (Abb.51) Grobwaschen (Abb.52) Absäuern (Abb.55) Druckwasserstrahlen (Abb.56) Sandstrahlen (Abb.53) Schleifen (Abb.54) Stocken (Abb.57) Spitzen und Bossieren (Abb.58) Beton | Heft 05 25 Betonschäden Allgemeines Verfärbungen Beton ist ein sehr dauerhafter Baustoff. Dennoch können auch Bei Betonarbeiten können verschiedene Arten von Verfärbun- im Betonbau Schäden in vielfältiger Art und Weise aufgrund gen auftreten. Dabei nimmt der Beton, je nach Ursache, eine unterschiedlicher Ursachen auftreten. Die häufigsten Ursachen etwas andere Färbung an: kann man grob in drei Kategorien zusammenfassen: Hell-Dunkelverfärbungen nicht nutzungsgerechte Betonzusammensetzung Schwarze Schlieren unsachgemässe Planung Braun-Rotverfärbung unsachgemässe Ausführung Gelb-Braunverfärbung Rosaverfärbung Ein Schaden bedeutet die Verminderung der Qualität der Blauverfärbung «mate­riellen Substanz» eines Bauteils. Je nach Zeitpunkt des Auftretens werden zwei Arten von Schäden unterschieden: Ursachen Dass ein Beton sich verfärbt kann sehr viele verschiedene Schäden vor der Nutzung Ursachen haben. Die häufigsten Ursachen sind: Schäden während der Nutzung V erfärbungen durch winterliche Temperaturen und Bei einem Betonschaden werden dessen Auswirkungen auf die niedrige Luftfeuchtigkeit beim Betonieren Tragsicherheit, die Gebrauchstauglichkeit und die Dauerhaftig­ Verfärbungen durch Inhaltsstoffe, die beim Einbringen keit des betroffenen Bauteils beurteilt. Die Beurteilungskrite- an die Oberfläche geschwemmt werden rien hängen ausserdem von den vereinbarten Anforderungen Verfärbungen durch Rostwasser ungeschützter in Bezug auf die Planung, Ausführung, Nutzung und die Eigen- Anschlussbewehrungen schaften des Bauwerks ab. Entspricht ein Betonbauteil bereits Verfärbungen durch Rückstände phenolharzbeschichteter bei der Bauwerksabnahme nicht den vereinbarten Anforde- Schaltafeln rungen spricht man von einem Mangel. Verfärbungen lassen sich oft mit einfachen vorbeugenden Mass­nahmen verhindern. Braun-Rotverfärbung (Abb.59) Gelb-Braunverfärbung (Abb.60) Rosaverfärbung (Abb.62) Temporäre Blauverfärbung (Abb.63) Hell-Dunkelverfärbungen (Abb.61) Schwarze Schlieren (Abb.64) Beton | Heft 05   plus 26 Betonschäden Entmischungen Ausblühungen Entmischungen können beim Transport und Fördern sowie Ausblühungen äussern sich als feiner, kristalliner und nicht beim Einbringen, Verdichten und Abziehen des Frischbetons wasserlöslicher Kalk-Belag an der Betonoberfläche. Sie stel- erfolgen. Je nach Ursache zeigen sie sich auf verschiedene len eine optische Minderung von Sichtbetonflächen dar, wirken ­Arten: sich aber nicht nachteilig auf die Festigkeit und Dauerhaftig- keit des Betons aus. Es werden drei Arten von Ausblühungen Abzeichnen der Bewehrung unterschieden: Wolkenbildung Dunkelverfärbungen Kalkausblühungen Abmehlen und Schleppwasserkanäle verfärbte Kalkausblühungen (Braunverfärbungen) Kiesnester Kalkaussinterungen Ursachen Ursachen Entmischungen sind meistens auf eine unsachgemässe Aus- Kalkausblühungen liegt eine chemische Reaktion zugrunde, führung oder Planung zurückzuführen. Die häufigsten Ursa- die oberflächennah stattfindet. Dabei reagiert, unter dem Ein- chen sind: fluss von Wasser, das in der Porenlösung des Betons enthal­ tene Calciumhydroxid (CaOH2) mit dem in der Luft befindlichen E  ntmischungen durch lokales Überverdichten nahe der Kohlendioxid (CO2). Es bildet sich Calciumcarbonat (CaCO3), Schalung oder der Bewehrung das sich auf der Betonoberfläche ablagert. Diesen Prozess Entmischungen durch ungenügendes Durchmischen oder nennt man Karbonatisierung des Betons. Vibrieren des Betons und grosse Mengen an Zusatzstoffen Besonders bei Betonwaren kann es vorkommen, dass zu Entmischungen durch das Betonieren bei kalten Tempera- den Kalkausblühungen noch lösliche Eisenverbindungen an turen, was zu einer Beeinträchtigung der Hydratation führt die Betonoberfläche gelangen. Diese oxidieren an der Luft und Entmischungen durch die Verwendung glatter, nicht führen zu einer bräunlichen Verfärbung der Kalkausblühun- ­saugender Schalungen und hohe Schüttlagen, was zu einer gen. Beeinträchtigung der Hydratation führt Weist ein Betonbauteil Risse mit einem stetigen Wasser- Entmischungen durch unsachgemässes Einbringen und durchfluss auf, können dadurch grössere Mengen Calcium­ Verdichten und mangelnde Abstimmung des Grösstkorns hydroxid aus dem Zementstein gelöst werden. Die gut sicht­ auf die Bewehrungsdichte baren Krusten und Ablagerungen, die sich beim Austritt an der Oberfläche bilden, nennt man Kalkaussinterungen. Abzeichnen der Bewehrung (Abb.65) Kiesnester (Abb.66) Kalkausblühungen (Abb.68) Verfärbte Kalkausblühungen (Abb.69) Abmehlungen und Absandungen (Abb.67) Kalkaussinterungen (Abb.70) Beton | Heft 05   plus 27 Betonschäden Risse Beton verfügt zwar über eine hohe Druckfestigket, jedoch nur Ursachen über eine geringe Zugfestigkeit. Die Zugkräfte in einem Beton- Die Ursachen für die Bildung von Rissen sind ebenso vielfältig bauteil werden daher durch die Stahlbewehrung übernommen. wie der jeweilige Zeitpunkt der Rissbildung. Die drei massgeb- Damit aber eine nennenswerte Übertragung der Zugkräfte auf lichen Faktoren für die Rissbildung sind: die Bewehrung stattfinden kann, müssen sich im Beton erst Mikrorisse bilden. Diese stellen grundsätzlich kein Problem Betonzusammensetzung dar. Nachbehandlung Bewehrung Um die Dauerhaftigkeit und Dichtigkeit des Betons zu gewähr- leisten, müssen die Rissbreiten soweit begrenzt werden, dass Je nach Rissursache spielen die einzelnen Faktoren eine grös­ keine korrosionsfördernden und betonschädigenden Stoffe in sere oder kleinere bis gar keine Rolle. Folgende Rissursachen das Bauteilinnere gelangen können. Aus diesem Grund werden werden unterschieden: die maximal empfohlenen Rissbreiten im Zusammenhang mit den Expositionsklassen betrachtet. Setzen des Frischbetons Früh- oder Kapillarschwinden Die Rissbildung erfolgt entweder bereits im Frischbeton durch abfliessende Hydratationswärme zu rasche Volumenminderung der oberflächennahen Beton- Trockenschwinden schichten oder erst im jungen, erhärteten Beton durch Über- Setzen des Baugrunds schreiten der zulässigen Zugfestigkeit. Folgende Rissarten Alkali-Aggregat-Reaktion werden unterschieden: Volumenvergrösserung durch Sulfatangriff Risse im Überbeton entlang der Bewehrung Oberflächenrisse (Netzrisse) Schwindrisse Trennrisse Biegerisse Schubrisse oberflächenparallele Risse (Schalenrisse) Setzungsriss (Abb.71) Netz von Setzungsrissen (Abb.72) Tiefer Riss infolge Frühschwindens (Abb.73) Risse in der Widerlagerwand einer Brücke infolge von Setzungen (Abb.74) Beton | Heft 05   plus 28 Betonschäden Bewehrungskorrosion Weitere Schäden Stahl und Beton verfügen über den nahezu gleichen Wärme- Durch chemische Prozesse innerhalb des Betons oder äussere ausdehnungskoeffizienten, was den Verbundbaustoff Stahlbe- Einflüsse kann es zu weiteren Schäden oder Folgeschäden an ton überhaupt erst möglich macht. Kommt es zur Korrosion Betonbauteilen kommen. des im Beton befindlichen Bewehrungsstahls, erhöht sich des- sen Volumen durch die Rostbildung um mehr als das 2-fache. Schäden durch Frost- und Frost-Tausalzangriffe Folgende Schäden sind die Folge davon: − Absanden und Abblättern der Betonoberfläche − lokale und flächige Abplatzungen Rostfahnen auf der Betonoberfläche − Risse im tiefergelegenen Zementstein Abplatzungen des Überdeckungsbetons − Bewehrungskorrosion als Folgeschaden Querschnittreduktion des Bewehrungsstahls Schäden durch chemisch lösenden Angriff Verlust der Zugfestigkeit − Abtrag der Betonoberfläche Schäden durch Sulfatangriff Ursachen − Volumenzunahme des Betons Bewehrungsstahl verfügt über eine dünne Eisenoxidschicht − Sulfatkristallisation und Absanden der Oberfläche (Passivschicht), die den Stahl vor Korrosion schützt. Zwei Vor- − Rissbildung und Abplatzungen an der Oberfläche gänge tragen jedoch massgeblich zur Zerstörung der schüt- − Risse im Innern des Betongefüges zenden Passivschicht bei: − Zerstörung des Betongefüges Schäden durch Alkali-Aggregat-Reaktion (AAR) S enkung der Alkalität der Porenlösung im Beton unter ei- − netzartige Rissbilder an der Oberfläche nen ph-Wert von 10 infolge der Karbonatisierung − weisse oder dunkle Ausblühungen erhöhter Chloridgehalt infolge des Eindringens von Tausal- zen oder Meerwasser Ist die Passivschicht des Bewehrungsstahls zerstört, kann es unter dem Einfluss von Wasser und Sauerstoff zur Bewehrungs­ korrosion kommen. Besonders gefährdet sind dabei Bau­teile, die regelmässigen Feuchtigkeitswechseln ausgesetzt sind. Die Dicke und die Qualität des Überdeckungsbetons sind deshalb ausschlaggebend für den Korrosionsschutz der Bewehrung. Rostfahnen (Abb.75) Abplatzungen Überdeckungsbeton Schäden durch Frost (Abb.78) Schäden durch AAR (Abb.79) (Abb.76) Chemisch lösender Angriff auf den Beton (Abb.77) Schäden durch Sulfatangriff (Abb.80) Beton | Heft 05   plus 29 Normative Anforderungen Druckfestigkeitsklasse Expositionsklasse Beton wird anhand seiner charakteristischen Mindestdruckfes­ Mit der Angabe der Expositionsklasse wird bestimmt, in wel- tigkeit in Druckfestigkeitsklassen eingeteilt. Man unterscheidet chem Grad Beton und Bewehrung Umwelteinflüssen ausge- dabei Normal-/Schwerbeton und Leichtbeton. Die charakteris- setzt sind. Es werden fünf Expositionsklassen unterschieden, tischen Druckfestigkeiten werden angegeben für: die wiederum in bis zu vier weitere Klassen unterteilt sind. Würfel: Kantenlänge l = 150 mm Je nach Bauteil sind die einzelnen Oberflächen verschiedenen Zylinder: Ø150 mm, h = 300 mm Witterungseinflüssen ausgesetzt. Für den Beton müssen daher sämtliche Expositionsklassen, denen ein Bauteil ausgesetzt ist, definiert werden. Massgebend für die Wahl des Betons ist der Normal- und Schwerbeton jeweils höchste Angriffsgrad innerhalb einer Expositionsklasse bzw. die Expositionsklasse mit den höchsten Anforderungen. Druckfestigkeits- Char. Mindestdruck- Char. Mindestdruck- Expositionsklassen anhand eines Hochbaus klasse festigkeit von Zylin- festigkeit von Würfeln dern fck,cyl (N/mm2) fck,cube (N/mm2) C8/10 8 10 C12/15 12 15 bewehrt, innen trocken C16/20 16 20 nass und trocken, Frost C20/25 20 25 bewehrt, wechselnd C25/30 25 30 bewehrt, mässig X0 C30/37 30 37 feucht, Frost XC1, XC2 C35/45 35 45 XC4, XF1 oder innen C40/50 40 50 XC4, XF1, XA1 C45/55 45