Dipl.-Ing. Roland Mellwitz SCHWENK Zement KG [email protected] Schadensbeispiele und ihre Vermeidung bei Einbau, Verarbeitung und Nachbehandlung von Beton Hochbaufachtagung, Neugattersleben, 09.02.2016 Betonausgangsstoffe Gesteinskörnung Zement Wasser Zusatzstoffe Zusatzmittel Einflüsse der Betonzusammensetzung auf deren wichtigsten Eigenschaften Wasserdichtigkeit Rissanfälligkeit Oberflächenschäden Zemente und deren Erhärtung 1 2 Versuchsbeginn nach 1 h Wasseraufnahme am Beton C 16/20 XC1 Probe 2: Festigkeit 26 N/mm² nach 2 h Probe 1 Nach Zumischen von 20 Liter H2O/m³ Beton hergestellt Festigkeit = 16 N/mm² Kapilares Saugen extrem gestiegen nach 4 h nach 8 h Frischbetonprüfungen Konsistenzmessung (nach DIN EN 12350) Konsistenzbereich Ausbreitmaß [ mm ] sehr steif Verdichtungsmaß C0 > 1,46 steif F1 < 340 C1 1,45- 1,26 plastisch F2 340 - 410 C2 1,25 – 1,11 weich F3 420 - 480 C3 1,10 – 1,04 sehr weich F4 490 - 550 C4 < 1,03 ? fließfähig F5 560 - 620 sehr fließfähig F6 > 630 SVB > 700 mm Setzfließmaß Guter Zusammenhalt Verlust von Zementleim „Bluten“ (Sedimentieren,Absetzen) Absetzen von Wasser unter den Zuschlägen infolge „Blutens“ Verringerung der Betonfestigkeit und Steigerung der Durchlässigkeit Rißbildung im Bereich der Bewehrung Beispiel Wand nach dem Ausschalen: • • • Wasserschlieren Marmorierung Absandungen Ursache: • • Bluten des Betons Glatte Schalung Glatte Schalung – Beton blutet zweite Betonierlage erste Betonierlage Bauausführung Entmischung durch: • große Fallhöhe • undichte Schalung • geringer Mehlkornanteil • ungeeignete Betonrezeptur Anschlussmischung oder Betonierschlauch Entmischter SVB Entmischter Frisch- und Festbeton Selbstverdichtender Beton (SVB) Welche Ursache hat die Durchfeuchtung ? Anstehendes Grundwasser „Bluten“ des Betons Großflächige Verpressung mit PU-Harz oder Hintergelung der gesamten Bodenplatte Ansammlung von Zementleim an der Betonoberfläche Haftzugfestigkeit gegen Null Trockene Zementleimschicht Es müssen wieder robustere Beton zum Einsatz kommen Wann ist ein Beton „robust“? Unter Robustheit versteht man die Eigenschaft des Betons, gutmütig auf Veränderungen der Ausgangsstoffe und der Rahmenbedingungen (z.B. Änderung Temperatur) zu reagieren und seine Frisch- und Festbetoneigenschaft dabei nicht wesentlich zu verändern. Robust ist ein Beton, wenn er sich unter baustellenüblichen Verhältnissen stabil beim Einbau verhält, d.h. nicht entmischt oder übermäßig blutet. Robuste Betone in Theorie und Praxis Fließmittel und Sättigungspunkt Der Sättigungspunkt bzw. die maximale sinnvolle Dosierung eines Fließmittels ist der Punkt, nach dessen Überschreitung die Zugabe weiterer Fließmittelmengen keine Vorteile mehr mit sich bringt. Im Gegenteil, der Beton blutet und entmischt! Ausbreitmaß [mm] Sättigungspunkt 600 580 560 540 520 500 480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 Sättigungspunkt bei 1,20 % FM Dosierung 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 FM Dosierung [%] Konsistenz Rezeptur: C 25/30, 350 kg/m³ Zement, w/z = 0,5, PCE Fließmittel, 20°C Frischbeton 08.02.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 20 Einfluss des Leimgehaltes auf das Pumpen Pumpendruck [bar] Pumpendruck und Leimgehalt 45,0 40,0 35,0 35,0 30,0 25,0 22,0 20,0 16,0 14,0 15,0 15,0 15,0 300 l 315 l 10,0 5,0 0,0 240 l 255 l 270 l 285 l Leimgehalt [l] w/z = const. 0,48 Alle Betone F3 Betondruck bei 60 m³/h [bar] Pumpendruck gemessen mittels Drucksensor in der Pumpleitung Hinweise für robuste Betone • Bezüglich Bluten und Sedimentieren wirkt sich ein angemessener Leimgehalt (ca. 300 l/m³) positiv aus (insbesondere bei höherer Konsistenz). • Bei höheren Leimgehalten ist der Beton weniger empfindlich gegenüber Temperatureinflüssen. • Verarbeitbarkeitszeit des Betons bei der Erstprüfung testen. • Ein höherer Leimgehalt ist auch für das Pumpen günstig (mindestens 270 l/m³). • Sättigungspunkt des Fließmittels beachten. Robuste Betone in Theorie und Praxis Vorhandene Prüfverfahren Bluteimerverfahren nach DBV-Merkblatt "Besondere Verfahren der Frischbetonprüfung" (01-2014) Blutwasser volumen 08.02.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 23 Robuste Betone in Theorie und Praxis Grenzwerte Bluteimerverfahren nach DBVDBV-Merkblatt • Blutwassermenge (kg/m³) so lange über die Zeit erfassen bis kein weiteres Wasser hinzu kommt Grenzwerte sind • Sichtbeton MBw,max = 1 kg/m³ extrem niedrig und im Sinne der • Beton für befahrene Bauteile = 2 kg/m³ Nachbehandlung • Konstruktionsbeton = 3 kg/m³ nicht sinnvoll! • Massenbeton, Bohrpfahlbeton = 10 kg/m³ (Praxisgerecht sind 3-5 kg/m³) • Kriterium Erstprüfung MBw ≤ MBw,max und • Kriterien Ausführung MBw,i ≤ 1,5 MBw,max MBw,m ≤ MBw,max 08.02.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 24 Korrelation Betonfilterpresse nach Bauer zu ÖVBB Filterpresse nach ÖVBB in l/m³ Korrelation bei 34 untersuchten Bohrpfahlbetonen 90 80 y = 1,82 x R² = 0,97 70 60 50 40 FW 30 30 FW 20 20 10 0 0 5 10 11 15 20 25 30 35 40 45 50 17 Bauer Filterpresse in l/m³ Filtratwassermenge (ÖVBB 15 Min.) = ca. 1,8 x Filtratwassermenge (Bauer 5 Min.) Stabilitätsklassen entspechend der Richtlinie "Weiche Betone" (≥ F 59 cm) der ÖVBB (2009) Werte für die maximale Filtratwassermenge Kurzbezeichnung für die FW20 1) FW30 1) (z.B. Bohrpfähle unter Wasser, Tiefe > 15 m) (z.B. Bohrpfähle im Trockenen) (z.B. Weiße Wannen) Filtratwassermenge - Erstprüfung FWM15 ≤ 20 l/m³ FWM60 ≤ 40 l/m³ FWM15 ≤ 30 l/m³ FWM60 ≤ 55 l/m³ FWM15 ≤ angeben FWM60 ≤ angeben Filtratwassermenge - Konformität auf der Baustelle FWM15 ≤ 25 l/m³ FWM15 ≤ 35 l/m³ FWM15 ≤ EP FWM15 + 5 l/m³ Stabilitätsklasse 1) 2) FWA 1)2) Die Erstprüfung muss an der oberen festgelegten Grenze der geforderten Konsistenzklasse durchgeführt werden! FWA: Die Filtratwassermenge FWM15 kann für den Bereich 30 bis 40 l/m³ festgelegt werden und muss durch die Erstprüfung bestätigt werden. Robuste Betone in Theorie und Praxis Ermittlung der Sedimentationsstabilität Auswaschversuch in Anlehnung an DAfStb-SVB-Richtlinie 2003 Dreiteilige Zylinderform 08.02.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 27 Robuste Betone in Theorie und Praxis Auswaschversuch Verdichtung 60 s Segmente trennen Gesteinskörnung > 8 mm der drei Segmente trennen, auswaschen und die Masse bestimmen. Die Verminderung des Grobkornanteils im oberen Drittel darf dabei höchstens 20 M.-% betragen. Bilder: BAW Westendarp 08.02.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 28 Weshalb steht die „Robustheit“ des Betons zunehmend im Fokus? Veränderungen ab ca. dem Jahr 2000 (etwa mit Einführung der DIN EN 206-1 und der Entwicklung sehr leistungsfähiger PCE Fließmittel) Verstärkter Einsatz von Betonen weicherer Konsistenz (F4, F5). Zunehmende Verwendung höherer Festigkeitsklassen wie C30/37, C35/45. Einstellen der Konsistenz des Betons ausschließlich mittels Fließmittel (PCE), ohne Anpassung der Betonzusammensetzung. Wirtschaftliche Zwänge bestimmen zunehmend die Zusammensetzung des Betons (grenzwertige Rezepturen). Verdichtungsarten und Konsistenz Verdichten von Beton 20 10 d 10 d Wirkbereich d 15 cm Verdichten von Beton (Tauchabstände) Eintauchstelle Wirkbereich d 10 d 10 d Einfluß der FließmittelFließmittel-Architektur auf die Porigkeit lange Seitenketten, hohe Frühfestigkeit, hohe Klebrigkeit kurze Seitenketten, niedrige Frühfestigkeit, geringe Klebrigkeit Einfluss der Feinbestandteile auf die Porigkeit Einfluss der Feinbestandteile auf die Porigkeit Ausführung Trennmittel Quelle:Schwenk Ausführung Trennmittel Quelle:Schwenk Ausführung Trennmittel Quelle: Doka Trennmittel--Ausführung Trennmittel Ungleichmäßiger Trennmittelfilm Ungeeignete Trennmittelsorte Wechselwirkung Schalung / Trennmittel Holz Schalungsart Metall saugend Trennmittelart Schalungsoberfläche Wässern/ Mineralöle/ Emulsionen Mineralöl mit Trennmittelzusätzen Schallacke/ Wachslösungen Wachspasten sägerauh gehobelt glatt Kunststoff nicht saugend kunstharzvergütet sehr glatt sehr glatt gut geeignet ungeeignet mäßig geeignet gut geeignet mäßig geeignet Ungeeignet mäßig geeignet gut geeignet gut geeignet mäßig geeignet gut geeignet mäßig bis gut geeignet strukturiert mäßig geeignet ungeeignet Verfärbungen durch Harze der Schaltafeln Betonierbarkeit Die Bewehrungsführung soll ein einwandfreies Einbringen und Verdichten des Frischbetons ermöglichen !!! ??? ??? Stababstände nach DIN 1045-1, Abschnitt 12.2 •Zu dichte Bewehrung •keine Rüttelgassen > dStab mind. aber > 20 mm und in Abhängigkeit vom Größtkorn der Gesteinskörnung bei GK > 16 mm mind. dg + 5mm Frühschwinden (Kapillarschwinden, plastisches Schwinden) schluffiger Boden Beton - Bodenplatte (Breite der Risse rd...3 cm) (Breite der Risse rd...0,3 mm) Einflußfaktoren auf das Frühschwinden • Gutes Zusammenhaltevermögen des Frischbetons (stetige Sieblinie, Mehlkorngehalt, Zementgehalt, geringer Wassergehalt, Einsatz von Flugasche, Betonverflüssiger, Fließmittel, Luftporenbildner) • Frischbetonkonsistenz beim Einbau • Verdichten des Betons (Entlüften) • Wind und Sonne (Nachbehandlung) • relative Luftfeuchte (Nachbehandlung) • ggf.. Nachverdichten Schwinden von Beton Kapillardruck durch gekrümmten Meniskus infolge Oberflächenspannung Nachbehandlungsverfahren Belassen in der Schalung Abdecken mit dampfdichten Folien Auflegen wasserspeichernder Abdeckungen Aufrechterhalten eines sichtbaren Wasserfilms durch z.B. Besprühen oder Fluten Anwendung von Nachbehandlungsmitteln mit nachgewiesener Eignung Kombination dieser Verfahren Nachbehandlungsdauer •bei XM Werte verdoppeln; •bei X0 und XC1 mind. ½ d Nachbehandlung r-Wert wird auf dem FrischbetonLieferschein angegeben Sichtbeton im Winter Massive Marmorierungen und dunkle Verfärbungen Unterschiedlicher w/z – Wert ! Deutliches Abzeichnen der Betonierlagen Risse in einem Unterzug durchgehende Trennrisse verursacht durch Zugspannungen im Beton durch abfließende Hydratationswärme bei eingespannten Bauteilen treten diese Risse in der Regel im Abstand von 4-8 m auf Temperaturmessung auf der Baustelle Temperaturentwicklung im Bauteil Schwenk Zement KG Waschplatz Bernburg Betonsorte 5234090 C50/60 mit CEM I 52,5R(fc) 57 55 53 51 49 47 45 Temperatur in °C 43 41 39 37 35 33 31 29 27 25 obere Bewehrungslage mitte Bewehrung untere Bewehrungslage 23 21 19 17 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Betonalter in Stunden 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Betonierbarkeit Die Bewehrungsführung soll ein einwandfreies Einbringen und Verdichten des Frischbetons ermöglichen !!! ??? ??? Stababstände nach DIN 1045-1, Abschnitt 12.2 •Zu dichte Bewehrung •keine Rüttelgassen > dStab mind. aber > 20 mm und in Abhängigkeit vom Größtkorn der Gesteinskörnung bei GK > 16 mm mind. dg + 5mm Risse an Aussparungen und Einbauteilen Unzureichende Bewehrung an den Ecken Mögliche Zusatzbewehrung Deckenunterseite Deckenoberseite Risse durch Setzen des Betons und geringe Betonüberdeckung fehlende Nachverdichtung Bodenplatte Wandkrone Betondeckung nom c = min c +∆ ∆c Quelle: www.beton-technische-daten.de nom c : min c : Nennmaß der Überdeckung Mindestmaß (darf nicht unterschritten werden) ∆c: Vorhaltemaß (aus unplanmäßiger Abweichung) cv: Verlegemaß cv ≥ nom c (ist auf dem Plan anzugeben) Mindestbetondeckung c min in Abhängigkeit der Expositionsklasse Betonabplatzungen infolge von Stahlkorrosion •Zu geringe Betondeckung •Karbonatisierung •Dichtigkeit des Betons Betonabplatzungen in einem 50 Jahre alten Stahlbetonskelettbau Sanierung mit Spritzbeton Nachweis der Betondeckung Profometer Hilti Ferroscan Quelle: www.proceq.com Quelle: www.Hilti.de Quelle: www.ingenieubueromoser.at Nachweis der Betondeckung Quelle: bachmann-ruschke.de Rostflecken an Deckenunterseite Bindedraht Nägel Schweißperlen Bewehrungsreste Pyrite in der Gesteinskörnung Massiver optischer Mangel, der nur durch vollständiges Entfernen der Pyrite beseitigt werden kann Pyrit und Markasit Kohle in der Gesteinskörnung •optischer Mangel •kann verzögernd wirken Zulässig: Feine GK 0,5 M.-% Grobe GK 0,1 M.-% Gesteinskörnungen • Bestimmen von Stoffen organischen Ursprungs Natronlauge-Verfahren in Anlehnung an DIN EN 1744-1 bis 4 mm Größtkorn möglich 3%-ige NaOH (Natronlauge) verwenden kräftig schütteln nach 24 Stunden beurteilen Roland Mellwitz SCHWENK Zement KG Mobil: 0171-6234666 Email: [email protected]
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