Robuste Betone in Theorie und Praxis SCHWENK Betonseminar 2016 Hemrich / Mellwitz / Zimmermann Robuste Betone in Theorie und Praxis Häufige Probleme in der Praxis - Bluten und Entmischen des Frischbetons - Entmischungen im Festbeton - Probleme bei LP Beton (Schwankungen LP Gehalt) 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Bildquelle: Vortrag A. Westendarp VDZ Jahrestagung Zement 2015 22/23 September 2015 Seite 2 Robuste Betone in Theorie und Praxis 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 Galloways 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 3 Robuste Betone in Theorie und Praxis 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). 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 4 Robuste Betone in Theorie und Praxis Es gibt viele Faktoren die dabei eine Rolle spielen Ausschreibung Beton Konzeption Unzureichende Betonausschreibung Leimarme Rezepturen Höhere Konsistenzen Höhere Festigkeiten Mindestzementgehalte 27.01.2016 Beton Herstellung PCE Fließmittel Kurze Mischzeiten Veränderte Ausgangsstoffe (Sande, Flugaschen, Zemente) Einsatz von Restwasser Unzureichende Frischbetonprüfungen Beton Einbau Art und Dauer der Verdichtung Transport (Pumpe, Kübel) Fehlendes Fachpersonal Unzureichende Arbeitsvorbereitung (Probebetonage) Unzureichende Frischbetonprüfung © SCHWENK Zement KG Seite 5 Robuste Betone in Theorie und Praxis Vorhandene Prüfverfahren Bluteimerverfahren nach DBV-Merkblatt "Besondere Verfahren der Frischbetonprüfung" (01-2014) Blutwasser volumen 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 6 Robuste Betone in Theorie und Praxis Grenzwerte Bluteimerverfahren nach DBV-Merkblatt • Blutwassermenge (kg/m³) so lange über die Zeit erfassen bis kein weiteres Wasser hinzu kommt • Sichtbeton MBw,max = 1 kg/m³ • Beton für befahrene Bauteile = 2 kg/m³ • Konstruktionsbeton = 3 kg/m³ • Massenbeton, Bohrpfahlbeton = 10 kg/m³ MBw MBw,max MBw,i 1,5 MBw,max MBw,m MBw,max • Kriterium Erstprüfung • Kriterien Ausführung 27.01.2016 und © SCHWENK Zement KG Seite 7 Robuste Betone in Theorie und Praxis Ermittlung der Sedimentationsstabilität Auswaschversuch in Anlehnung an DAfStb-SVB-Richtlinie 2003 Dreiteilige Zylinderform 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 8 Robuste Betone in Theorie und Praxis Auswaschversuch Verdichtung 60 s Gesteinskörnung > 8 mm der drei Segmente trennen, auswaschen und die Masse bestimmen. Segmente trennen Die Verminderung des Grobkornanteils im oberen Drittel darf dabei höchstens 20 M.-% betragen. Bilder: BAW Westendarp 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 9 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 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 10 Robuste Betone in Theorie und Praxis Sättigungspunkt: Einfluss der Zementart Ausbreitmaß [mm] Sättigungspunkt 700 0,8 FM/ a = 660 650 600 instabil 550 1,6 FM/ a = 540 500 instabil 450 400 350 300 250 200 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 CEM III/B 42,5 N-LH/SR 1,50 1,60 1,70 CEM I 52,5 N 1,80 1,90 2,00 FM Dosierung [%] Rezeptur: 300 kg/m³ Zement, 60 kg/m³ Flugasche, 148 kg/m³ Wasser (w/Z)eq = 0,46 PCE Fließmittel von BASF Quelle: BASF, Dipl.-Ing. S. Dittmar 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 11 Robuste Betone in Theorie und Praxis Sättigungspunkt: Einfluss des Zementgehaltes Ausbreitmaß [mm] Sättigungspunkt und Zementgehalt (gleiches FM) 700 0,8 FM/ a = 660 650 600 1,0 FM/ a = 550 550 Instabil 500 Instabil 450 400 350 300 250 200 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 Leimgehalt 273 l/m³ (Zementgehalt 300 kg/m³) 1,20 1,30 FM Dosierung [%] Leimgehalt 257 l/m³ (Zementgehalt 280 kg/m³) Quelle: BASF, Dipl.-Ing. S. Dittmar 27.01.2016 Rezeptur: 300 kg/m³ Zement CEM III/B 42,5 N-LH/SR, 60 kg/m³ Flugasche, 148 kg/m³ Wasser (w/z)eq = 0,46 280 kg/m³ Zement CEM III/B 42,5 N-LH/SR, 60 kg/m³ Flugasche, 139 kg/m³ Wasser (w/z)eq = 0,46 © SCHWENK Zement KG Seite 12 Robuste Betone in Theorie und Praxis Sättigungspunkt: Einflussfaktoren • Der Sättigungspunkt eines Fließmittels wird durch zahlreiche 0,8 FM/ a = 660 Parameter bestimmt. Er ist individuell, im Zuge der Erstprüfung, zu bestimmen und darf nicht überschritten werden. Instabil Bei Überschreitung kann der Beton bluten und sedimentieren. • Folgende Faktoren spielen dabei eine Rolle: - Art und Typ des Fließmittels - Zementart - Zementgehalt (Leimgehalt) - Wassergehalt und w/z-Wert - Frischbetontemperatur (Sommer/Winter) 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 13 Robuste Betone in Theorie und Praxis Leimgehalt und seine verschiedenen Auswirkungen Einfluss des Leimgehaltes auf das Bluten Bluten im Eimerverfahen [l/m³] Bluten und Leimgehalt 35,0 30,0 25,0 20,0 Festigkeit 15,0 10,0 5,0 0,0 C 25/30 270 l 270+27+168 C25/30 F5 20°C C25/30 F3 20°C C25/30 F3 10°C C25/30 F3 10°C C25/30 F3 10°C C25/30 F5 10°C 300 l 330 l 300+30+187 330+33+206 C25/30 F5 10°C C25/30 F5 10°C Leimgehalt [l] C25/30 F5 30°C C25/30 F5 30°C C25/30: w/z = 0,60 Unterschiedliche Zemente (CEM II/A-LL 32,5 R, CEM II/A-S 42,5 N, CEM III/A 42,5 N) 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 14 Robuste Betone in Theorie und Praxis Einfluss des Wassergehaltes (im Leim) auf das Bluten Bluten und Wassergehalt Fließmittel PCE-Lignin Festigkeit Quelle: Penttilä, Reiners, Müller „Randbedingungen für das zielsichere Erreichen robuster Betone“ Düsseldorf, 24.03.2015 Gemeinschaftsprojekt -VDZ - Ruhr-Universität Bochum (Prof. Breitenbücher) 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 15 Robuste Betone in Theorie und Praxis Einfluss des Leimgehaltes auf den Konsistenzverlauf Ausbreitmaß [mm] Konsistenzverlauf in Abhängigkeit vom Leimgehalt und der Temperatur 650 600 550 500 450 400 350 5 min 30 min 60 min 90 min 120 min Zeit nach Wasserzugabe RB01F5a 10°C RB01F5a 30°C RB01F5c 20°C RB01F5a 20°C RB01F5c 10°C RB01F5c 30°C Leimgehalt 270 l/m³ Leimgehalt 330 l/m³ C25/30: w/z = 0,60, PCE Fließmittel 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 16 Robuste Betone in Theorie und Praxis Einfluss des Leimgehaltes auf das Pumpen Pumpendruck [bar] Pumpendruck und Leimgehalt 45,0 Optimum 40,0 35,0 35,0 30,0 25,0 22,0 Festigkeit 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 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 17 Robuste Betone in Theorie und Praxis Leimgehalt: Auswirkungen • Bezüglich Bluten und Sedimentieren wirkt sich ein 0,8 FM/ a = 660 angemessener Leimgehalt (ca. 300 l/m³) positiv aus (insbesondere bei höherer Konsistenz). Instabil • Der Wassergehalt spielt dabei ebenfalls eine wichtige Rolle. Er sollte nicht zu hoch und nicht zu niedrig sein. • Bei höheren Leimgehalten ist der Beton weniger empfindlich gegenüber Temperatureinflüssen. • Ein höherer Leimgehalt ist auch für das Pumpen günstig. 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 18 Robuste Betone in Theorie und Praxis Restwasser Einfluss der Restwasserdichte auf die Konsistenz Ausbreitmaß [mm] Restwasser und Ausbreitmaß 550 500 450 410 400 380 400 350 330 300 300 5 Min 45 Min 90 Min A0=100% Frischwasser A1 RW-Dichte=1,03 kg/dm³ A3 RW-Dichte=1,10 kg/dm³ A4 RW-Dichte=1,20 kg/dm³ Quelle: TBR TZ Projektarbeit „Restwasser im Transportbeton“ A2 RW-Dichte=1,06 kg/dm³ C30/37: w/z = 0,60, GK 16 mm, Zusatzstoff KS Mehl, PCE Fließmittel © SCHWENK Zement KG Seite 19 Robuste Betone in Theorie und Praxis Einfluss einer „falschen“ Restwasserdichte auf den Wassergehalt RW-Dichte in Steuerung 1,03 kg/m³ Tatsächliche RW-Dichte 1,06 kg/m³ Wassergehalt Betonrezeptur 188 l/m³ Fehlende Wassermenge Berechnete Menge RW von Mischanlage Eingewogene Menge 199 kg/m³ (11 kg/m³ Feinstoff + 188 l/m³ Wasser) 199 kg/m³ (22 kg/m³ Feinstoff + 177 l/m³ Wasser) RW-Dichte = 1,03 RW-Dichte = 1,06 11 l/m³ Quelle: TBR TZ Projektarbeit „Restwasser im Transportbeton“ © SCHWENK Zement KG Seite 20 Robuste Betone in Theorie und Praxis Restwasser • Die Restwasserdichte beeinflusst den Konsistenzverlauf sehr 0,8 FM/ a = 660 deutlich. Instabil • Die Restwasserdichte ist während der Produktion regelmäßig zu kontrollieren. 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 21 Robuste Betone in Theorie und Praxis Luftporenbildner und LP Schwankungen Einfluss von Mischdauer und Dosierhöhe (20°C) 60 S Mischzeit des Betons in Minuten Quelle: VDZ Betontechnische Berichte Eberhard Eickschen : „Nachaktivierungspotenzial Luftporen bildender Betonzusatzmittel „ Beton: 350 kg/m³ Zement CEM I 32,5 R, w/z = 0,45, Synthetischer LP Bildner (LP9S), Betontemperatur 20°C © SCHWENK Zement KG Seite 22 Robuste Betone in Theorie und Praxis Einfluss der Temperatur auf die Luftporenbildung 60 S Mischzeit des Betons in Minuten Quelle: VDZ Betontechnische Berichte Eberhard Eickschen : „Nachaktivierungspotenzial Luftporen bildender Betonzusatzmittel „ Beton: 350 kg/m³ Zement CEM I 32,5 R, w/z = 0,45, Synthetischer LP Bildner (LP10S), Betontemperatur 20°C © SCHWENK Zement KG Seite 23 Robuste Betone in Theorie und Praxis LP Beton: Einflussfaktoren FM/ a = 660 • Eine ausreichende0,8Nassmischzeit ist zwingend einzuhalten um eine „Nachaktivierung“ des LP Bildners weitgehend ausInstabildes LP Bildners komplett aufzuzuschließen, bzw. das Potenzial schließen. Dies gilt vor allem bei synthetischen LP Bildnern. • LP Bildner reagieren stark temperaturabhängig, insbesondere synthetische LP Bildner. 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 24 Robuste Betone in Theorie und Praxis Zusammenfassung Die erfolgreiche Verarbeitung von Beton erfordert, insbesondere bei anspruchsvollen Anwendungen, das Zusammenwirken aller am Bau Beteiligten (vom Planer bis zur Baufirma). Für Betonkonzeption und Betonherstellung gilt: - Grenzwertige Rezepturen vermeiden. - Ausreichend Leimgehalt einhalten. - Rahmenbedingungen der jeweiligen Anwendung (Temperatur, Fahrtzeit usw.), insbesondere bei anspruchsvollen Baumaßnahmen, bei einer erweiterten Erstprüfung einbeziehen. 27.01.2016 © SCHWENK Zement KG Seite 25
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