Betonieren bei extremer Witterung Frischbetontemperatur

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1 Betonieren bei extremer Witterung Frischbetontemperatur Die Frischbetontemperatur beeinflusst das Ansteifen und Erstarren und damit die Verarbeitbarkeit des Frischbetons. Von besonderer Bedeutung ist die Frischbetontemperatur sowohl bei warmer Witterung und bei Hitze als auch bei kühler Witterung und bei Frost. Die Frischbetontemperatur kann aus der Masse, der Temperatur T und der Wärmekapazität c der einzelnen Ausgangsstoffe berechnet werden:

2 Gl Vereinfachend und mit ausreichender Genauigkeit kann die Frischbetontemperatur mit nachfolgender Näherungsformel berechnet werden: Gl Üblicherweise werden die absolute Temperatur eines Bauteils in C angegeben, hingegen

3 Temperaturänderungen in Kelvin (K). Der Einfachheit halber entspricht bei den oben aufgeführten Berechnungen 1 C = 1 K. Den grössten Einfluss auf die Betontemperatur hat die Temperatur der Gesteinskörnung. Die Zementtemperatur und das Wasser haben einen relativ geringen Einfluss (Beispiel 18). Eine Änderung der Frischbetontemperatur um 1 K für einen praxisüblichen Beton wird erreicht, wenn: die Temperatur der Gesteinskörnung um ca. 1.6 K verändert wird oder die Wassertemperatur um 4 K oder die Zementtemperatur um 10 K. Massnahmen zum Senken der Frischbetontemperatur schattiges Lagern der Gesteinskörnung oder Kühlen des Grobkieses durch Besprühen mit Wasser Verwenden von Zugabewasser mit Scherbeneis (die Zugabewassermenge ist entsprechend zu reduzieren) Kühlen der Betonmischung oder einzelner Ausgangsstoffe mit flüssigem Stickstoff Parkieren der Fahrzeuge im Schatten Massnahmen zum Erhöhen der Frischbetontemperatur (siehe Beispiel 19) Erwärmen des Zugabewassers (Warmwasser) Erwärmen der Gesteinskörnung

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5 Betonieren bei warmer Witterung Erhöhte Frischbetontemperaturen > 25 C beeinträchtigen die Frisch- und Festbetoneigenschaften im Vergleich zu Frischbetontemperaturen von 15 C bis 20 C.

6 Wesentliche Gründe hierfür sind: Die mit zunehmender Temperatur schneller verlaufende Zementhydratation bewirkt ein rascheres Ansteifen des Betons, wodurch die Verarbeitungszeit verkürzt wird. Je höher die Temperatur während des Erhärtungsvorgangs ist, desto schneller findet die Zementhydration statt. Für die Entwicklung der Druckfestigkeit ist dies anfänglich positiv. Da sich die Hydratationsprodukte jedoch heterogener ausbilden und verteilen, z. B. kürzere Ettringitnadeln, wird der Zementstein gröber und poröser. Auf Grund dessen ist die Druckfestigkeit nach 28 und mehr Tagen niedriger als bei einem Frischbeton, der bei ca. 20 C erhärtet. Erfahrungen zeigen, dass der Festigkeitsverlust nach 28 Tagen ca. 10 % beträgt, wenn die Frischbeton- und Erhärtungstemperaturen von 20 C auf 30 C erhöht werden (Abb ). Dauernde Lagerungen bei Temperaturen deutlich über 20 C erhöhen zwar beträchtlich die Frühfestigkeit, senken aber die Druckfestigkeit nach 28 Tagen. Bei geringen Temperaturen ist der Einfluss umgekehrt. Nach der Norm SIA 262 sind besondere Schutzmassnahmen zu treffen wenn die Frischbetontemperatur 30 C überschreitet. Diese Schutzmassnahmen müssen bereits die Planung und Vorbereitung der Betonarbeiten umfassen und sollten bis zum Ende der Nachbehandlung reichen, z. B.:

7 Abb : Entwicklung der Druckfestigkeit von Beton nach 1 Tag und nach 28 Tagen in Abhängigkeit der Temperatur. Verschieben des Betonierens auf eine kühlere Tageszeit (frühe Morgenstunden). Verwendung von Abbindeverzögerern, die die Zementhydratation verzögern und die Offenzeit verlängern. Hierbei ist zu beachten, dass sie wenig wirksam sind gegen

8 vorzeitiges Ansteifen durch Austrocknen des Betons und ihr Einsatz eine verlängerte Nachbehandlungsdauer erfordert. Berücksichtigen der Transportzeit des Betons in Form eines Konsistenzvorhaltemasses in der Produktion. Einbringen und Verdichten Schnellstmögliche Verarbeitung des Frischbetons Das Baustellenpersonal ist mit den Besonderheiten und Anforderungen des Betonierens bei hohen Temperaturen vertraut zu machen. Wenn der Beton nicht ausreichend gut verarbeitbar ist, sollte von einer nachträglichen Wasserzugabe abgesehen und mit Fliessmittel die Konsistenz verbesssert werden. Sommerloch Im Sommerhalbjahr kann aufgrund der erhöhten Temperaturen ein Abfall der durchschnittlichen 28-Tage- Betondruckfestigkeit von bis zu 10 N/mm2 festgestellt werden das sogenannte Sommerloch, während die Verarbeitbarkeit über den betrachteten Zeitraum nahezu konstant bleibt (Abb ).

9 Abb : Typische Druckfestigkeits- und Verarbeitbarkeitsstatistik während des Sommerhalbjahrs. Daten aus der Qualitätssicherung eines Transportbetonwerks. Der Druckfestigkeitsverlust bei erhöhten Temperaturen kann aber auf der Baustelle noch zusätzlich erhöht werden, wenn die Verarbeitbarkeit durch eine nachträgliche Wasserzugabe verbesssert wird und/oder die Probekörper nicht normgerecht gelagert werden. Das Sommerloch kann in der Regel vermieden werden, wenn die Betonzusammensetzung angepasst wird, hohe Frischbetontemperaturen und damit auch eine nachträgliche Wasserzugabe vermieden werden, sowie eine Lagerung der Prüfkörper bei einer Temperatur von 20 C sichergestellt wird.

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11 Betonieren bei kalter Witterung Tiefe Temperaturen bewirken eine Verzögerung des Erstarrens und der Festigkeitsentwicklung sowie die Gefahr des Gefrierens von ungebundenem Wasser im Beton. Verlangsamen des Erstarrens und der Festigkeits- und E- Modulentwicklung Das Erstarren verlangsamt sich mit abnehmender Temperatur, wodurch der Beton längere Zeit verarbeitbar bleibt, aber auch gefrierempfindlicher ist. In Abbildung ist die Festigkeitsentwicklung für Betone bei unterschiedlichen Temperaturen dargestellt. Bei einer tiefen Temperatur von 5 C ist die Frühfestigkeit nach 2 und 7 Tagen nur etwa halb so gross wie bei dem gleichen Beton und einer Temperatur von 20 C. Mit zunehmender Zeit gleichen sich die Kurven der Festigkeitsentwicklungen an, jedoch bleibt die Druckfestigkeit des durchgehend bei 5 C gelagerten Betons auch nach 28 Tagen unter jener des bei 20 C gelagerten Betons und erreicht erst nach 50 bis 90 Tagen eine vergleichbare Festigkeit wie bei der 20 C Lagerung.

12 Abb : Festigkeitsentwicklung von Beton in Abhängigkeit der Temperatur. Gefrieren des jungen Betons Beton muss vor dem Gefrieren geschützt werden, bis er eine Druckfestigkeit von mindestens 5 N/mm2 erreicht hat. Diese Festigkeit wird auch als Gefrierbeständigkeit des Betons bezeichnet. Das ein bis zweimalige Durchfrieren eines Betons wirkt sich in der Regel noch nicht schädigend auf das Betongefüge aus. Jedoch führen ständige Frost- Tauwechsel durch den dabei entstehenden Eisdruck beim jungen Beton zu einer erheblichen Schädigung des Betongefüges. Ein so geschädigter Beton ist nicht mehr tragfähig und muss entfernt werden. Abbildung zeigt in Abhängigkeit von Zementart, Zementfestigkeitsklasse, w/z-wert und Betontemperatur, wieviele Stunden der Beton erhärten muss, damit

13 eine Gefrierbeständigkeit 5 N/mm2 erreicht wird. Für einen Beton der Betonsorte A (w/z = 0.65, CEM 42,5) beträgt diese Zeit bei einer Temperatur von 5 C ca. 100 Stunden. Während ein Beton der Betonsorte C (w/z = 0.5, CEM 42,5) nach 50 Stunden die geforderte Festigkeit erreicht. Abb : Erforderliche Zeit zum Erreichen der Gefrierbeständigkeit des Betons (Betondruckfestigkeit 5 N/mm2) in Abhängigkeit vom w/z-wert bei verschiedenen Betontemperaturen und Zementarten. Kühle Witterung erfordert deshalb zusätzliche Massnahmen bei der Herstellung und dem Einbau von Beton. Nach der Norm SIA 262 darf ohne besondere Massnahmen die Temperatur des Frischbetons beim Einbringen +5 C nicht unterschreiten.

14 Massnahmen bei der Betonherstellung Schon bei der Betonherstellung kann die bei kühler Witterung erforderliche Festigkeits- und Wärmeentwicklung durch folgende Massnahmen günstig beeinflusst werden: Erhöhung der Frischbetontemperatur durch gezielte Erwärmung des Zugabewassers und/oder Erwärmung der Gesteinskörnung (Gesteinskörnung darf keine gefrorenen Bestandteile aufweisen.) Verwenden von Zement mit hoher Festigkeitsklasse (Normo 5R) Beschleunigen der Festigkeitsentwicklung durch den Einsatz eines Erhärtungsbeschleunigers (HBE) und das Erhöhen des Zementgehalts Verringern des w/z-werts durch Einsatz eines Fliessmittels (FM) Massnahmen auf der Baustelle Das Betonieren bei niedrigen Aussentemperaturen erfordert auch auf der Baustelle entsprechende Schutzmassnahmen: Es darf weder auf gefrorenem Baugrund noch auf gefrorenen Bauteilen betoniert werden; gegebenenfalls ist eine Opferschicht vorzusehen. Wenn die Temperatur der Bewehrung unter 1 C liegt, ist mit Hilfe von Wärmezufuhr dafür zu sorgen, dass sich während des Betonierens an der Oberfläche keine Eisschicht bildet, die den Verbund beeinträchtigt. Der vorgewärmte Beton ist zügig in die von Schnee und Eis befreite Schalung einzubauen und sofort zu verdichten. Unmittelbar nach dem Einbringen muss der Beton vor Wärmeverlust und Luftzug geschützt werden. Damit wird die eigene Wärmeentwicklung durch die Zementhydratation aufrechterhalten. Die einfachste Lösung sind Holzschalungen mit dämmenden Eigenschaften. Frisch ausgeschalte Bauteile sind mit Thermomatten abzudecken (Abb ). Während der Erhärtungszeit muss der Beton nicht nur vor Wärmeverlust, sondern auch vor Feuchtigkeitsverlust geschützt werden, weil bei kaltem und/oder trockenem Wetter der Feuchtigkeitsgehalt der Luft sehr gering ist. Die Ausschalfristen sind zu verlängern. Sinkt die Betontemperatur während des Erhärtens zeitweise unter den Gefrierpunkt, sind die Ausschalfristen mindestens um die Anzahl der Frosttage zu verlängern.

15 Abb : Thermomatten schützen den jungen Beton vor Wasserverlust und Abkühlung.