Randbedingungen für das zielsichere Erreichen projektierter Betoneigenschaften im modernen 5-Stoff-System diverser Betonausgangsstoffe

Betonverbau auf einer Baustelle. (Quelle: Holger Kotzan/BetonMarketing)

Leimgehalt: Schlüssel für robuste Betone

Einhergehend mit der Entwicklung zu weicheren Betonen wird vermehrt beobachtet, dass sich Frischbetoneigenschaften bei länger andauernden Bauvorhaben trotz gleicher Betonzusammensetzung und gleichen Ausgangsstoffen unerwartet signifikant verändern. Bei Betonen, die zuvor mehrfach ohne Schwierigkeiten verarbeitet werden konnten, treten in diesen Fällen scheinbar ohne nachvollziehbare Gründe ungewollte Abweichungen vom bisherigen Verhalten auf, wie z.B. eine veränderte Konsistenz, ein Absondern von Wasser (Bluten), Anzeichen für Sedimentation oder eine beschleunigte oder verlangsamte Festigkeitsentwicklung. Im Forschungsvorhaben „Robuste Betone“, das der VDZ gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Baustofftechnik der Ruhr-Universität Bochum durchführte, sollten Einflussparameter identifiziert werden, die für diese unerwarteten Phänomene verantwortlich sein können.

Arbeitsschritt 1

Bild 1: Wasserabsondern nach dem DBV-Eimertest, bezogen auf den Wassergehalt im Beton (Frischbetontemperatur ca. 20 °C, Fließmittel auf PCE-Lignin-Basis)Bild 1: Wasserabsondern nach dem DBV-Eimertest, bezogen auf den Wassergehalt im Beton (Frischbetontemperatur ca. 20 °C, Fließmittel auf PCE-Lignin-Basis)

Im einem ersten Arbeitsschritt wurden Betone mit Leimgehalten von ca. 245 l/m³ bis ca. 300 l/m³ hergestellt. Die Betone hatten äquivalente Wasserzementwerte von 0,45 bis 0,65. Zur Einstellung der Zielkonsistenz (Ausbreitmaß 55 cm, 0 min nach Mischzeitende) wurden vier verschiedene Fließmittel verwendet.

Häufig bestand eine nahezu lineare Abhängigkeit zwischen der Menge des Zugabewassers im Beton und der gemessenen Blutwassermenge nach dem Eimerverfahren des Deutschen Beton- und Bautechnik-Vereins (DBV-Merkblatt „Besondere Verfahren zur Prüfung von Frischbeton“, vgl. Bild 1). Bei Wassergehalten > 170 l/m³ kam es regelmäßig zu Blutwassermengen, die den im DVB-Merkblatt für Konstruktionsbetone genannten Anhaltswert von 0,3 Vol.% z.T. deutlich überschritten, dabei aber auf dem Ausbreittisch meist optisch stabil wirkten und einen guten Zusammenhalt aufwiesen. Auf der anderen Seite führten geringe Wasser- und Leimgehalte in Kombination mit hohen Fließmitteldosierungen häufig zu Betonen, die auf dem Ausbreittisch Entmischungserscheinungen, insbesondere das Absetzen von Zementschlämpe, zeigten (Bild 2). Diese Betone wiesen meist weder ein Wasserabsondern im DBV-Eimertest noch ein Sedimentieren grober Gesteinskörnung im Sedimentationsversuch nach der Richtlinie „Selbstverdichtender Beton“ des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) oder andere messbare Frischbetoneigenschaften auf, die ihre Eignung in Frage stellen würden.

Arbeitsschritt 2

Bild 2: Entmischungserscheinungen bei einem Beton mit einem Leimgehalt von ca. 260 l/m3 (siehe Kennzeichnung in Bild 1)Bild 2: Entmischungserscheinungen bei einem Beton mit einem Leimgehalt von ca. 260 l/m3 (siehe Kennzeichnung in Bild 1)

In einem zweiten Arbeitsschritt wurde gezeigt, dass bei weichen Betonen mit geringen Leimgehalten bei einer Veränderung der Betonausgangsstoffe vermehrt mit dem Auftreten unerwarteter Phänomene wie

  • starken Unterschieden bei der abgesonderten Wassermenge im DBV-Eimertest (Bluten)
  • einer Nachverflüssigung der Betone, d.h. weicheren Konsistenzen mit fortschreitender Zeit
  • einem erhöhten Luftgehalt im Frischbeton oder
  • einer beschleunigten Festigkeitsentwicklung

gerechnet werden muss. Dabei zeigte sich, dass diese Phänomene sowohl bei einer Veränderung der Zementeigenschaften als auch bei der Wahl einer anderen Charge der gleichen Gesteinskörnung oder des gleichen verwendeten Fließmittels auftreten können. Durch eine Erhöhung des Leimgehalts konnte das Auftreten unerwarteter Änderungen der Frischbetoneigenschaften weitestgehend vermieden werden. Die untersuchten Betone mit erhöhtem Leimgehalt zeigten auch bei einer Veränderung der Betonausgangsstoffe erwartungsgemäße Frischbetoneigenschaften und konnten somit als „robust“ eingestuft werden.

Berücksichtigung der Robustheit beim Betonentwurf

Da gewisse Schwankungen der Eigenschaften der Betonausgangsstoffe aus marktüblicher großtechnischer Produktion als „gegeben“ anzunehmen sind, muss dies beim Betonentwurf berücksichtigt werden, um weitgehend konstante Frischbetoneigenschaften über längere Zeiträume sicherzustellen. Eine übermäßige Reduzierung des Bindemittel- und Leimgehalts im Beton, welche durch die Entwicklung leistungsfähiger Fließmittel vermeintlich ermöglicht wird, kann die Ursache für unerwartete Frischbetoneigenschaften und wenig robuste Betone sein.

Förderer

Das IGF-Vorhaben 17517 N der Forschungsvereinigung 
VDZ gGmbH wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Kontakt

Dr. Christoph Müller

Dr. Christoph Müller

Tel.: (0211) 45 78-351

Fax: (0211) 45 78-219

Projektzeitraum

05/2012 - 11/2014