Betontechnik: Massenbeton

Wann spricht man von Massenbeton?

• wenn die Wärmeentwicklung im Bauteil aufgrund der Hydratationswärme des Zements berücksichtigt werden muss
• wenn die Bauteilabmessungen so groß sind, dass besondere Einbauverfahren und/oder eine besondere Baustellenlogistik notwendig sind.

Warum ist die Hydratationswärme ein Problem beim Massenbeton?

Hydratationswärme -> Zugspannungen -> Risse

Je „dicker“ ein Betonbauteil ist, desto größer ist die Gefahr starker Wärmeentwicklung und hoher Temperaturgradienten im erhärtenden Beton.

• Die Bemessung nach DIN EN 1992-1-1 führt bei massigen Bauteilen schnell zu sehr hohen, unwirtschaftlichen Bewehrungsgraden und schwierigen Betonierbedingungen.
• Die DAfStb-Richtlinie „Massige Bauteile aus Beton“, April 2010, ermöglicht eine auf massige Bauteile angepasste Bemessung und Bauausführung.
• Starke Rissbildung kann zu reduzierter Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit führen.

Stellen Sie die Entwicklung der Betontemperatur und der Längsspannung im Verlaufe der Erhärtung des Betons auf und beschreiben Sie die fünf Stadien.

Welche Risiken bringen große Bauteilabmessungen bei der Betonage mit?

• Große Betonmengen, die häufig ohne Arbeitsfugen betoniert werden müssen
• Lange Betonierzeiten mit Sicherstellung kontinuierlicher Betonlieferung
• Großer Maschineneinsatz und damit verbundenes Ausfallrisiko

Verzögerungen im Betonierablauf können zur Ausbildung von unplanmäßigen „Fugen“ und damit zu Fehlstellen führen

• Durch welche Maßnahmen kann eine optimale Bauteiltemperatur gesteuert werden?

• Hydratationswärmeentwicklung
  • Geeignete Auswahl und Zusammensetzung der Betonausgangsstoffe
• Frischbetontemperatur
  • Max. Frischbetontemperatur auch bei hohen Umgebungstemperaturen
• Nachbehandlung
  • Dauer der Nachbehandlung
  • Einsatz von Wärmedämmung

Welche Maßnahmen in der Baustellenlogistik sind für eine erfolgreiche Betonage von Massenbeton zu beachten?

• Kontinuierliche Betonlieferung
• keine Betonierpausen
• Maschinen und Geräteverfügbarkeit
  • Ausfälle einplanen und Ersatz bereithalten
• Kontrolle des Erhärtungsverhaltens
  • Ggf. Verzögerer zur Vermeidung von Arbeitsfugen einsetzen

Beschreiben Sie die Grundlagen der Hydratationswärmeentwicklung in massigen Bauteilen.

• Die chemische Reaktion des Zements mit Wasser (Hydratation) ist ein exothermer Prozess
• Je schneller ein Zement reagiert, desto schneller ist die Frühfestigkeitsentwicklung und die Hydratationswärmefreisetzung
• Mit zunehmender Bauteildicke steigt das Verhältnis zwischen Betonvolumen und Bauteiloberfläche, sodass sich ein langsamerer Wärmeabfluss einstellt
• Durch einen langsameren Wärmeabfluss steigt die Kerntemperatur an und der Temperaturgradient (Kern zu Oberfläche) im Bauteil erhöht sich
• Höhere Temperaturen im Bauteil führen zu höheren Temperaturverformungen und somit zu Eigen- bzw. bei Verformungsbehinderung zu Zwangsspannungen.

Welche maximale Temperaturdifferenz wird zwischen Bauteiloberfläche und -kern empfohlen?

15 Kelvin = 15 °C

Wie lässt sich der Zeitpunkt der maximalen Betontemperatur im Bauteilkern ungefähr abschätzen?

für d < 3,5 m --> ~ 0,8d + 1 (in Tagen)

für d <= 3,5 m --> ~ d + 1 (in Tagen)

d = Bauteildicke in m

Welche Einflüsse auf die Planung und Konstruktion sind zu berücksichtigen?

• Die zu erwartende Bauteiltemperatur sowie die voraussichtlichen Umgebungsbedingungen (Sommer/Winter bzw. Tag/Nacht) sind bei der Ermittlung von Eigen- und Zwangsspannungen zu berücksichtigen
• Eventuelle Änderungen der Betonzusammensetzung sind mit dem Tragwerksplaner abzustimmen
• Langsame Festigkeitsentwicklung und Einsatz von Verzögerer kann zu Verlängerung der Ausschal- und Nachbehandlungszeit führen
• Ggf. verlängerte Taktzeiten bei Gleitbau- und Kletterverfahren.

Was sollte ein Betonierkonzept bei massigen Bauteilen enthalten?

• Überwachungskonzept erstellen (z.B. Annahme, zusätzliche Frisch- und Festbetonprüfungen, Temperaturverlauf im Bauteil)
• Aufwand der Betonierarbeiten in Abhängigkeit der Betonkonsistenz und des verwendeten Größtkorns abschätzen
• Planung der Betonierfolge sowie der daraus resultierenden Verarbeitbarkeitszeit des Betons
• Förderung des Betons zur Einbaustelle, Reichweite und mögliche Geräteausfälle einplanen
• Betonieranweisungen für die einzelnen Betonierabschnitte
• Nachbehandlungskonzept, Steuerung des Wärmeabflusses
• Dokumentation

Welche allgemeinen Konstruktionsdetails gilt es bei massigen Bauteilen zu beachten?

• Vorsehen von Betonieröffnungen und Rüttelgassen bei enger, in mehreren Lagen verlegter Bewehrung
• Abstimmen des Größtkorns und der Konsistenz auf die Stababstände, ggf. in stark bewehrten Bereichen Betone mit kleinem Größtkorn einsetzen
• Berücksichtigung eines unter Umständen erhöhten Frischbetondrucks durch Verzögerung
• Kontrolle der Betonierarbeiten besonders in hoch belasteten und schwer zugänglichen Bereichen
• Frühzeitige Abstimmung der am Bau Beteiligten.

Welche Betontechnologischen Möglichkeiten gibt es um die Hydratationswärmeentwicklung zu reduzieren?

• Einsatz von Zementen mit geringem Portlandzementklinkeranteil, langsamer Festigkeits- und Hydratationswärmeentwicklung (LH-Zemente)
• Reduzierung des Zementgehaltes und Einsatz langsam reagierender Betonzusatzstoffe (z.B. Flugasche)
• Gesteinskörnungen mit geringer Temperaturdehnung
• Reduzierung des Zementgehaltes durch Verwendung von Fließmitteln
• Einsatz von verzögernden Betonzusatzmitteln zur Regulierung der Verarbeitungszeit und Verlangsamung der Festigkeitsentwicklung in den ersten Stunden/Tagen

Welche Maßnahmen können in warmen Sommermonaten die Frischbetontemperatur reduzieren?

• Reduzierung der Temperatur der „festen“ Ausgangsstoffe (z.B. Abschattung oder Berieseln der Gesteinskörnung
• Verwendung gekühlter Bindemittel
• Zugabe von Anmachwasser mit niedriger Temperatur
• Zugabe von Scherbeneis oder flüssigem Stickstoff
• Abschatten von Warte- und Übergabebereichen der Lieferfahrzeuge
• Wenn möglich Betonieren bei Nacht

Was ist bei der Nachbehandlung von massigen Betonbauteilen zu beachten?

• Durch die langsamere Festigkeitsentwicklung verlängert sich die Zeit in der der Beton vor negativen Umwelteinflüssen wie Austrocknung, Frost, Erschütterungen usw. geschützt werden muss
• Die Nachbehandlung richtet sich nach Abschnitt 6.2 DAfStb Richtlinie „Massige Bauteile aus Beton“
• Um den Temperaturdifferenz zwischen Kern und Betonrandzone gering zu halten, kann das Aufbringen einer Wärmedämmung auf die freie Betonoberfläche oder gar das Einhausen und Beheizen des Betonbauteils sinnvoll und erforderlich sein

Zusammenfassung auf der letzten Folie über "Massige Bauteil aus Beton".

• Die DAfStb-Richtlinie „Massige Bauteile aus Beton“ ermöglicht die Verwendung von langsam erhärtenden Betonen durch den Druckfestigkeitsnachweis nach 56 bzw. 91 Tagen…
• sowie eine Reduzierung der Mindestdruckfestigkeitsklasse und des Mindestzementgehalts für spezielle Expositionsklassen
• Um einen reibungslosen Planungs- und Ausführungsablauf zu ermöglichen, ist eine frühzeitige Abstimmung zwischen der betontechnologischen Planung und der Tragwerksplanung erforderlich.
• Bei Anwendung der Richtlinie ist ein Qualitätssicherungsplan zu erstellen
• Betone mit kleinem Größtkorn und weicher bis fließfähiger Konsistenz können mit geringem Zementgehalt hergestellt werden und aufgrund ihrer guten Verarbeitbarkeit auch bei eng liegender Bewehrung zur Vermeidung von Fehlstellen beitragen

Zusammenfassung über massige Bauteile (aus dem Internet)

Quelle: Dyckerhoff.com

• Als massige Bauteile aus Beton bezeichnet man im Allgemeinen Bauteile, deren kleinste Abmessung (Dicke) mehr als 0,80 m beträgt.
• Für Bemessung, Konstruktion, Betontechnik und Ausführung gelten grundsätzlich die Normen DIN 1045 und DIN EN 206-1.
• Der Kern massiger Bauteile aus Beton erhärtet im jungen Alter praktisch unter nahezu adiabatischen Bedingungen (fast ohne Wärmeaustausch), da die im Bauteil entstehende Hydratationswärme deutlich den über die Bauteiloberfläche möglichen Abfluss übersteigt.
  • Damit verbundene Volumenänderungen können äußeren und inneren Zwang erzeugen und damit zu unkontrollierten Rissen führen.
• Zur Sicherstellung der Gebrauchstauglichkeit und der Dauerhaftigkeit dieser Betonbauteile sind abweichend und ergänzend zu den Normen DIN 1045 und DIN EN 206-1 besondere Maßnahmen durch die DAfStb–Richtlinie „Massige Bauteile aus Beton“ zugelassen.