FH Kiel, Eckernförde

Bauingenieurwesen

Sondergebiete der Betonbauweise
WS 2000/01 - SS 2001

Selbstverdichtender Beton (SVB)

 Guttack / Peters

Inhaltsverzeichnis

Aufgabenstellung 3

Einführung 5

Voruntersuchungen 6

Selbstverdichtenden Beton (SVB) 10

I. Optimierung des Leims (paste-test) 10
II. Optimierung des Mörtels 13
III. Optimierung des Betons 20

Normalbeton 25

Festbetonuntersuchungen 27

I. Festbetonrohdichte 27
II. Druckfestigkeit 29
III. Dehnungsverhalten 31
IV. optische Oberflächenbeurteilung 33

Schlussfolgerung 34

Literatur 35
Unterschrift 36

1. Aufgabenstellung

An selbstverdichtenden Betonen und Normalbetonen sind Untersuchungen zum Dehnungsverhalten durch Einlagerung von Probekörpern in der Nebelkammer durchzuführen.

Die Eckdaten zur Zusammensetzung der herzustellenden Betone werden vorgegeben. Die Zementart und die Zusatzstoffe sind zu variieren.

1. Betonzusammensetzungen - Eckdaten Gruppe 1 Zementgehalt: 330 kg/m³   

• w/z-Wert 0,55
  Zusatzstoff Flugasche   Zement: CEM I 42,5 NA und 
  CEM I 32,5 mit (1,3_0,1) Na₂O-Äquivalent     
• Zuschlag: E II-O
  + zusätzlich Normalbeton

Gruppe 2 Zementgehalt: 330 kg/m³

• w/z-Wert 0,55
  Zusatzstoff Gesteinsmehl
  Zement: CEM I 42,5 NA und CEM I 32,5 mit (1,3_0,1) Na₂O-Äquivalent
  
• Zuschlag: E II-O
  + zusätzlich Normalbeton

Gruppe 3 Zementgehalt: 400 kg/m³

• w/z-Wert 0,45
  Zusatzstoff Flugasche
  Zement: CEM I 42,5 NA und CEM I 32,5 mit (1,3_0,1) Na₂O-Äquivalent
  
• Zuschlag: E II-O - E II-OF
  + zusätzlich Normalbeton

Gruppe 4 Zementgehalt: 400 kg/m³

• w/z-Wert 0,45
  Zusatzstoff Gesteinsmehl
  Zement: CEM I 42,5 NA und CEM I 32,5 mit (1,3_0,1) Na₂O-Äquivalent
  
• Zuschlag: E II-O - E II-OF
  + zusätzlich Normalbeton

Gruppe 5 Zementgehalt: 400 kg/m³

• w/z-Wert 0,45
  Zusatzstoff Flugasche und Gesteinsmehl
  Zement: CEM I 32,5 mit ca. 1,0 M.-% Na₂O-Äquivalent
  
• Zuschlag: E II-O - E II-OF

2. Mörtel- und Frischbetonuntersuchungen

• Untersuchungen am Leim (Zement-Zusatzstoff-Wasser) zur Bestimmung der relativen Ausbreitfläche  ,,__P" und Ermittlung des optimalen ,,__P-Wertes"  (für die weiteren Zusatzstoffbrechnung mit dem Faktor 0,81 zu multiplizieren)
  
• Mörtelprüfung zur Festlegung der notwendigen Fließmittelmenge relative Ausbreitfläche / Durchflusszeit / relative Durchflussgeschwindigkeit
  
• Frischbeton (SVB) / Frischbetontemperatur / Zugmaß (,,slump-flow-test")
  Auslaufzeit (,,V-funnel-test") / LP-Gehalt / Frischbetonrohdichte / 
  Überprüfung der Selbstnivellierung (,,U-box-Test")
  
• Frischbeton (Normalbeton) - Prüfungen nach DIN 1048 / / Frischbetontemperatur / 
  Ausbreitmaß a₁₀  /  LP-Gehalt / Frischbetonrohdichte

3. Festbetonuntersuchungen

Außer der Gruppe 5 sind Würfel mit 15 cm Kantenlänge zur Bestimmung der Festbetonrohdichte und Druckfestigkeit nach 2, 28 und 56 Tagen entsprechend DIN 1048 herzustellen, zu lagern und zu prüfen.

Je Beton sind 3 Balken 10 x 10 x 50 cm sowie ein Würfel mit 20 cm Kantenlänge zur Bestimmung des Dehnungsverhaltens bei Lagerung in der Nebelkammer (40 °C/ 100 % LF) herzustellen. Die Prüfung ist in Anlehnung an die Richtlinie des DAfStb ,,Vorbeugende Maßnahmen gegen schädigende Alkalireaktion im Beton", Teil 3 der Ausgabe 1997, Abschnitt 5 vorzunehmen.

4. Auswertung der Ergebnisse

Je Gruppe ist ein Bericht anzufertigen, der sowohl geheftet als auch auf Datenträger (Word und/oder Excel) abzugeben ist und in dem die Dokumentation aller Ergebnisse einschließlich Bilder zur Beschreibung der SVB-Frischbetoneigenschaften hervorgehen. Es ist eindeutig zu kennzeichnen, welche Textabschnitte von welchem Bearbeiter erstellt worden sind.

Die ermittelten Kennwerte der Zuschläge und Betone sind als Anlage beizulegen und auszuwerten.

Jede Gruppe setzt sich getrennt mit der Literaturübersicht SVB (SCC) auseinander.

2. Einführung:

Selbstverdichtender Beton (SVB) ist ein besonders fließfähiger Beton, der allein unter dem Einfluss der Schwerkraft fließt, sich entlüftet und weitestgehend selbst nivelliert. Trotz des hohen Fließvermögens muss er einen hohen Entmischungswiderstand aufweisen. Außerdem darf er bei engen Bewehrungszwischenräumen nicht blockieren, d.h. der Grobzuschlag darf nicht an den Bewehrungseisen aufstauen.

Diese Eigenschaften werden vor allem durch den wesentlich erhöhten Mehlkorn- und Feinststoffanteil im Beton erreicht, der mit Wasser und hochwirksamen Fließmitteln einen honigartigen Leim bildet, in dem die Grobzuschläge entmischungsfrei schwimmen. Der SVB ist einerseits sehr weich, andererseits aber auch zähfließend.

Die Festlegung der Zusammensetzung selbstverdichtender Betone erfolgt im Wesentlichen in drei Stufen.

1. Stufe: Optimierung des Leims (paste-test)  

• Ermittlung der optimalen Zement-Zusatzstoff-Kombination mit möglichst geringem Wasseranspruch; Ermittlung des optimalen Wasser-Feinststoff-Wertes (W/F-Wert) über Bestimmung der Konsistenz (Fließmaß = Ausbreitmaß ohne Schocken).

2. Stufe: Optimierung des Mörtels

• Festlegung des Sandanteils vom Mörtelvolumen; Bestimmung des Fließmittel-Bedarfs über Viskositäts- und Konsistenzprüfung (Fließmaß)

3. Stufe: Optimierung des Betons

• Festlegung des Grobkornanteils vom Betonvolumen; Prüfung der Konsistenz mit dem Slump-Trichter (Fließmaß) sowie der Fließfähigkeit und Selbstnivellierung, z.B. mit V-Trichter und U-Box.

Erste Empfehlungen für den Mischungsentwurf eines SVB wurden von Okamura (Japan) aufgestellt. Danach soll das Grobzuschlagvolumen 50 % vom Gesamtvolumen der Feststoffe und das Sandvolumen 40 % vom Mörtelvolumen betragen.

Für SVB gibt es unterschiedliche Empfehlungen hinsichtlich des Größtkorns, z. B. in Japan 20 mm, in Norwegen 24 mm, in Deutschland und Österreich 16 mm.

3. Voruntersuchungen

Vorweg müssen folgende Kriterien bestimmt werden:

- Eigenfeuchte des Zuschlages 0/2; 2/8; 8/16

- Rohdichte des Zuschlages 0/2; 2/8; 8/16

- Sieblinie des Zuschlages 0/2; 2/8; 8/16

- Prozentuale Aufteilung des Zuschlages 2/8 in 2/4 und 4/8

- Sieblinienzusammensetzung gemäß Sollsieblinie A/B 16

- Schüttdichte des Zuschlages 4/16

- Bestimmung der Rohdichten des Zementes und des Zusatzstoffes

Eigenfeuchte des Zuschlages 0/2; 2/8; 8/16

Die Eigenfeuchte wurde durch die Differenz des getrockneten zu dem feuchten Zuschlag ermittelt.
Es ergaben sich folgende Werte: 

0/2 2,5 %

2/8 1,8 %

8/16 0,6%

Rohdichte des Zuschlages 0/2: 2/8; 8/16

Die Kornrohdichte wurde durch das Pyknometerverfahren gemäß [2] (S. 32) ermittelt.

Zuschlag 0/2

Pyknometer	Nr. A	Nr. G
m2 [g]	1353,7	1436,9
m1 [g]	729,8	721,7
m2-m1=m3 [g]	623,9	715,2
m4 [g]	2414,4	2465,9
m2 [g]	1353,7	1436,9
m4-m2=m5 [g]	1060,7	1029,0
V [cm³]	1304,4	1302,8
Rohdichte= [g/cm³)	2,594	2,626
Rohdichte im Mittel [g/cm³]	2,61	2,61

Zuschlag 2/8

Pyknometer	Nr. II	Nr. J
m2 [g]	1288,2	1681,1
m1 [g]	788,1	756,3
m2-m1=m3 [g]	500,1	924,8
m4 [g]	2400,1	2662,0
m2 [g]	1288,2	1681,1
m4-m2=m5 [g]	1111,9	980,9
V [cm³]	1311,0	1328,7
Rohdichte= [g/cm³)	2,5547	2,682
Rohdichte im Mittel [g/cm³]	2,62	2,62

Zuschlag 8/16 

Pyknometer	Nr. F	Nr. 5
m2 [g]	1869,7	1763,0
m1 [g]	745,3	747,0
m2-m1=m3 [g]	1124,4	1016,0
m4 [g]	2795,3	2694,4
m2 [g]	1869,7	1763,0
m4-m2=m5 [g]	925,6	931,4
V [cm³]	1360,0	1326,2
Rohdichte= [g/cm³)	2,61	2,59
Rohdichte im Mittel [g/cm³]	2,60	2,60

<sup>m1 Gewicht des Pyknometers mit Schliffaufsatz

m2 Gewicht des Pyknometers mit Probenteil und Aufsatz

m3 Gewicht der Probe

m4 Gewicht des Pyknometers mit Probe, Prüfflüssigkeit und Aufsatz

m5 Gewicht der Prüfflüssigkeit

V Volumen des Pyknometers bis zur Messmarke</sup>

In den weiteren Berechnungen wird zur Vereinfachung mit einer Rohdichte des Zuschlages von 2,61 kg/dm³ gerechnet.

Sieblinienanalyse des Zuschlages 0/2; 2/8; 8/16

Die Siebanalysen gemäß [1] (S. 207 ff) der einzelnen Zuschläge ergaben folgende Werte:

Prozentuale Aufteilung des Zuschlages 2/8 in 2/4 und 4/8

Das Aufsieben des Zuschlages 2/8 in 2/4 und in 4/8 und anschließendes wiegen der Durchgänge bzw. Rückstände ergab folgende Zusammensetzung:

2/4 = 37,99 %

4/8 = 62,01 %

Sieblinienzusammensetzung gemäß Sollsieblinie A/B 16

Gemäß [1] (S. 217 f) wurde die Sieblinienzusammensetzung berechnet.

^{Schüttdichte des Zuschlages 4/16}

Zur Bestimmung der Schüttdichte (max. gepackt) des Grobzuschlags (4/16) wurde folgendermaßen verfahren:

Herstellung eines Zuschlaggemisches entsprechend Sieblinie A/B 16

Einfüllen des Zuschlaggemisches in den mit Aufsatz versehenen LP-Topf

Einrütteln des Gemisches mit einer Dauer von 3 Minuten

Entfernen des Aufsatzes

Einebnen der Oberfläche durch absammeln

Ermittlung des Nettogewichtes des Zuschlaggemisches durch Differenz des Gesamtgewichtes und des LP-Topf-Gewichtes und Division desselben durch LP-Topfvolumen

Heraus kam als Ergebnis eine maximale gepackte Schüttdichte des Grobzuschlages von 1,61 kg/dm³.

Bestimmung der Rohdichten des Zementes und des Zusatzstoffes

Folgende Rohdichten wurden uns bekannt gegeben:

Zement CEM I 32,5 = 3,11 kg/dm³

Zement CEM I 42,5 = 3,2 kg/dm³

Zusatzstoff Flugasche= 2,24 kg/dm³

 

4. Selbstverdichtender Beton (SVB)

I. Optimierung des Leims (paste-test)

Im ersten Schritt der experimentellen Rezepturentwicklung (Leimoptimierung) wird das theoretische Wasser-/Mehlkornverhältnis mit Hilfe des paste-tests ermittelt, bei dem gerade alles Wasser durch den Feinstoffgehalt gebunden wird (Wasserrückhaltevermögen für ein theoretisches Ausbreitmaß von Null). Unter Mehlkorn werden Zement und alle festen Bestandteile kleiner 0,125 mm verstanden.

Es werden unter Einhaltung des vorgegebenen Wasser-Zement-Wertes je Zement vier verschiedene volumetrische Verhältnisse im Wasser-Mehlkorn-Verhältnis zu 1,1; 1,2; 1,3 und 1,4 hergestellt.

Mit dem vorgegeben Zementgehalt von 330 kg/m³ Beton, einem w/z-Wert von 0,55 und einer Flugasche-Rohdichte von 2,24 kg/dm³ ergeben sich folgende Leimzusammensetzungen:

CEM I 32,5 (3,11 kg/dm³):

Verhältnis	Wasser	Zement	Flugasche		Wasser	Zement	Flugasche
[dm³]/[m³ Beton]				[dm³]/[dm³ Leim]
1,1	181,5	106,1	58,90		0,520	0,306	0,170
1,2	181,5	106,1	45,15		0,545	0,319	0,140
1,3	181,5	106,1	33,52		0,565	0,330	0,104
1,4	181,5	106,1	23,54		0,580	0,340	0,076

Verhältnis	Wasser	Zement	Flugasche		Wasser	Zement	Flugasche
[kg]/[kg Leim]				[g]/[kg Leim]
1,1	0,281	0,510	0,210		281	510	210
1,2	0,294	0,536	0,169		294	536	169
1,3	0,310	0,560	0,127		310	560	127
1,4	0,320	0,580	0,094		320	580	94

CEM I 42,5 (3,2 kg/dm³):

Verhältnis	Wasser	Zement	Flugasche		Wasser	Zement	Flugasche
[dm³]/[m³ Beton]				[dm³]/[dm³ Leim]
1,1	181,5	103,125	61,875		0,524	0,298	0,179
1,2	181,5	103,125	48,125		0,545	0,310	0,145
1,3	181,5	103,125	36,490		0,565	0,321	0,114
1,4	181,5	103,125	26,518		0,583	0,331	0,085

Verhältnis	Wasser	Zement	Flugasche		Wasser	Zement	Flugasche
[kg]/[kg Leim]				[g]/[kg Leim]
1,1	0,279	0,508	0,213		279	508	213
1,2	0,293	0,533	0,174		293	533	174
1,3	0,306	0,556	0,138		306	556	138
1,4	0,318	0,578	0,104		318	578	104

Die benötigten Mengen an Zement, Wasser und Flugasche wurden nach der vorherigen Tabelle abgewogen. Anschließend wurde pro Mischung der Zement mit der Flugasche eine halbe Minute lang trocken vorgemischt. Bevor die gesamte Einzelmischung eine Minute lang durchmischt wurde, wurde das Wasser über eine halbe Minute hinzugegeben.

Nach dem Mischen wurde an jedem Leim das relative Ausbreitmaß bestimmt, um anschließend die einzusetzende Zusatzstoffmenge aus einem dimensionslosen Diagramms ablesen zu können.

Für die Untersuchung der Leimsuspension wurden der Prüftrichter und die Acrylglasscheibe mit Wasser leicht angefeuchtet. Nach dem Befüllen mit Leimsuspension wurde der Prüftrichter senkrecht in die Höhe gezogen. Um die relevanten Durchmesser zu ermitteln, wurden je zwei Diametermessungen durchgeführt.

Es ergaben sich folgende Ausbreitmaße und relative Ausbreitflächen:

rel. Ausbreitfläche:    

 

CEM I 32,5

CEM I 42,5

Im Diagramm werden die einzelnen Verhältnis-rel. Ausbreitfläche-Werte eingetragen und durch eine Trendlinie verbunden. Am Schnittpunkt der Trendlinie mit der y-Achse (x=0) kann somit der __p-Wert abgelesen werden.

Für den CEM I 32,5 ergibt sich ein __p-Wert von 0,8845 (gem. Gleichung). Dieser Wert mit 0,81 multipliziert ergibt 0,72.

Für den CEM I 42,5 ergibt sich ein __p-Wert von 0,9515 (gem. Gleichung). Dieser Wert mit 0,81 multipliziert ergibt 0,77.

II. Optimierung des Mörtels

Auf der Basis des zuvor ermittelten Wasser-/Mehlkornverhältnisses erfolgt im zweiten Schritt die Mörteloptimierung. Ziel dieser iterativen Laboruntersuchungen ist es, die optimale Fließmitteldosierung zu finden, bei der ein definiertes relatives Ausbreitmaß und eine definierte Durchlaufgeschwindigkeit im Trichterversuch (V-Funnel-Test) erreicht werden.

Durch die Zugabe der Feinzuschläge, d. h. aller Zuschlagkörner mit einem Durchmesser _ 4 mm wird aus dem Leim der Mörtel hergestellt. Durch die damit verbundene Vergrößerung der Gesamtoberfläche aller sich im Mörtel befindlichen Feststoffpartikel erhöht sich der Wasseranspruch. Dadurch entsteht eine stark verklumpende bis krümelige Masse. Um dieses Konglomerat wieder in ein fließfähiges Gemisch umzuwandeln, ist der Einsatz von Fließmitteln unumgänglich.

Zur Bestimmung der Mörtelzusammensetzung muss zunächst ein vorläufiger Mischungsentwurf (siehe nächsten Seiten) entworfen werden.

Es werden mehrere Mörtelversuche je Zementart durchgeführt. Der Mischvorgang wird wie in [3] wie folgt beschrieben durchgeführt:

abgewogene Mengen an Wasser, Zement und Flugasche im Mischer 30 Sek. mischen

danach über 30 Sek. Feinzuschlag zugeben

danach 30 Sek. mischen

danach über 30 Sek. abgewogene Menge an Fließmittel zugeben

danach 30 Sek. händisch durchmischen

danach mit Mischer durchmengen

Sofort am Anschluss des Mischens wird zur Ermittlung der relativen Durchflussgeschwindigkeit der ,,mortar-funnel-test" wie in [3] beschrieben durchgeführt.

Die Innenseiten des Mörtelprüftrichter und der Auslaufbereich wurde vor der Mörteluntersuchung mit Wasser befeuchtet. Der Mörteltrichter wird bei geschlossenem Auslauf bis zum Rand mit Mörtel gefüllt und nach Öffnen des Schiebers die Durchflusszeit t_m gemessen. Nach jedem Prüfdurchgang wurde der Prüftrichter, der Auslauf sowie der Schieber mit Wasser gereinigt.

Eine Durchflusszeit t_m von 9 bis 11 Sekunden, sowie eine rel. Durchflusszeit R_m von 1 sollen erreicht werden.

Liegt die rel. Durchflusszeit unter der genannten Grenze, so muss mehr FM zugegeben werden.

Erst wenn die relative Durchflusszeit etwa 1 beträgt, können wir den ,,paste-test" mit dem Mörtel durchführen. Es soll eine relative Ausbreitfläche von ~5 erreicht werden. Bis zur Erreichung dieser beiden Kriterien wird der FM-Gehalt entweder gesenkt oder erhöht. Jedoch muss die Mischung stets neu angerührt werden. Nachdosieren ist nicht erlaubt!

Ggf. muss die FM-Art oder der Zement ausgetauscht werden.

Mischungsentwurf für 1 m³ Beton mit CEM I 32,5

1. Festlegung des Luftgehaltes im Beton

A = 2 % entspricht 20 dm³

2. Bestimmung einer geeigneten Sieblinie

0/2 = 30%

2/8 = 40 %

8/16 = 30%

3. Aufteilung der Korngruppe 2/8 in Grobzuschlag und Feinzuschlag

2/4 = 37,99 %

4/8 = 62,01 %

4. Bestimmung der Schüttdichte (max. gepackt) des Grobzuschlages (4/16)

max. gepackte Schüttdichte = 1,61 kg/dm³

5. Bestimmung der vorläufigen Masse des gepackten Zuschlags M_{grob, vorl.}

Festanteil an Grobzuschlag im Beton; 4 mm < D < 16 mm (50 % vom SVB-Volumen)

6. Bestimmung der Rohdichte des Zuschlags

7. Bestimmung des vorläufigen Grobzuschlagvolumens ,,V_grob"

8. Vorläufiger Anteil an Feinzuschlag; 0,125 mm 
< D < 4 mm (40 % vom Mörtelvolumen)

9. Bestimmung der vorläufigen Masse des Feinzuschlags

10. Festlegung des Zementgehaltes ,,Z"

11. Bestimmung des Zementvolumens ,,V_Cem"

12. Festlegung des w/z-Wert ,,_"

_ = 0,55

13. Bestimmung des vorläufigen Wassergehaltes ,,W_vorl."

14. Bestimmung des Betonzusatzstoffvolumens ,,V_{Zusatzstoff, vorl.}"

15. Bestimmung des aufzuteilenden Leimrestvolumens ,,V_Rest"

16. Bestimmung des endgültigen Grobzuschlages ,,V_Grob"

17. Bestimmung des endgültigen Feinzuschlages ,,V_Fein"

Es wurden für den Mörtel mit CEM I 32,5 folgende 
Mischungen (à = 1,5 dm³) angefertigt und folgende Ergebnisse gemessen:

_{maßgebende Mischung
Mischungsentwurf für 1 m³ Beton mit CEM I 42,5}

1. Festlegung des Luftgehaltes im Beton

A = 2 % entspricht 20 dm³

2. Bestimmung einer geeigneten Sieblinie

0/2 = 30%

2/8 = 40 %

8/16 = 30%

3. Aufteilung der Korngruppe 2/8 in Grobzuschlag und Feinzuschlag

2/4 = 37,99 %

4/8 = 62,01 %

4. Bestimmung der Schüttdichte (max. gepackt) des Grobzuschlages (4/16)

max. gepackte Schüttdichte = 1,61 kg/dm³

5. Bestimmung der vorläufigen Masse des gepackten Zuschlags M_{grob, vorl.}

Festanteil an Grobzuschlag im Beton; 4 mm < D < 16 mm (50 % vom SVB-Volumen)

6. Bestimmung der Rohdichte des Zuschlags

7. Bestimmung des vorläufigen Grobzuschlagvolumens ,,V_grob"

8. Vorläufiger Anteil an Feinzuschlag; 0,125 mm 
< D < 4 mm (40 % vom Mörtelvolumen)

9. Bestimmung der vorläufigen Masse des Feinzuschlags

10. Festlegung des Zementgehaltes ,,Z"

11. Bestimmung des Zementvolumens ,,V_Cem"

12. Festlegung des w/z-Wert ,,_"

_ = 0,55

13. Bestimmung des vorläufigen Wassergehaltes ,,W_vorl."

14. Bestimmung des Betonzusatzstoffvolumens ,,V_{Zusatzstoff, vorl.}"

15. Bestimmung des aufzuteilenden Leimrestvolumens ,,V_Rest"

16. Bestimmung des endgültigen Grobzuschlages ,,V_Grob"

17. Bestimmung des endgültigen Feinzuschlages ,,V_Fein"

Es wurden für den Mörtel mit CEM I 42,5 folgende 
Mischungen  (à = 1,5 dm³) angefertigt und folgende Ergebnisse gemessen:

maßgebende Mischung

III. Optimierung des Betons

Im dritten Schritt, der Betonoptimierung, wird in gleicher Weise wie im zweiten Schritt, die Fließmitteloptimierung durchgeführt. Auch hier gilt es, definierte Zielgrößen für das Ausbreitmaß (slump-flow-test) und für die Durchlaufgeschwindigkeit im Ausfließtest (V-Funnel-Test) zu erreichen.

Zunächst wurde das Ausbreitmaß und die Durchlaufgeschwindigkeit an Mischungen von 10 dm³ gemessen.

Die Feststoffe wurden nach abwägen eine halbe Minute lang trocken gemischt. Während einer weiteren Mischdauer von einer Minute wurde dann das Wasser hinzugegeben. Durch die Fließmittelzugabe und einer anschließenden zweiminütigen Durchmischung wurde der augenscheinlich krümelige, sehr verklumpte Beton in einen sehr fließfähigen SVB ,,umgewandelt".

Zuerst wurde am Frischbeton der ,,slump-flow-test" durchgeführt. Der auch bei der Bestimmung des Ausbreitmaßes nach DIN 1045 verwendete Prüftrichter wurde für die Prüfung des SVB feucht ausgewischt und umgedreht auf der ebenfalls befeuchteten Metallplatte des Ausbreittisches mittig positioniert. Der Frischbeton wurde in den Trichter eingefüllt, der dann in einem Zug nach oben gezogen wurde. Nachdem die Ausbreitung des SVB abgeklungen war, wurde das Ausbreitmaß durch zwei Parametermessungen ermittelt.

Entsprach das Ausbreitmaß den Vorgaben von _700 mm wurde der ,,V-Funnel-Test" durchgeführt. Hierzu wurde wiederum die Innenseite des Trichters unmittelbar vor Versuchsbeginn angefeuchtet. Nach dem Verschließen des Auslaufs wurde der Beton bis zum Rand eingefüllt. Nach dem Betätigen des Schiebers wurde die Auslaufzeit ermittelt.

Mischungsentwurf für 1m³ SVB mit CEM I 32,5 (In Anlehnung an Mischungsentwurf S. 13f)

1. Feinzuschlag-, Grobzuschlagmenge

2. Umrechnung in die Korngruppen 0/2; 2/8; 8/16

3. Unter Beachtung der Eigenfeuchte ergeben sich folgende Mengen an Zuschlag

0/2 2,5 % Eigenfeuchte:  
2/8 1,8 % Eigenfeuchte:  
4/16 0,6 % Eigenfeuchte:

4. Durch die Eigenfeuchte reduziert sich die zuzugebende Wassermenge

5. Masse des Zusatzstoffes

6. Zementgehalt

z = 330 kg

Es wurden für den selbstverdichtenden Beton mit CEM I 32,5 folgende 
Mischungen (à = 10 dm³) angefertigt und folgende Ergebnisse gemessen:

maßgebende Mischung

Somit wurde ein SVB CEM I 32,5 mit einem FM-Gehalt von 1,3 M.-% auf Zement hergestellt. Für unsere Prüfkörper benötigten wir eine Menge von 85 dm³. Demnach wurden folgende Mengen abgewogen:

Wasser: 13,50 kg

Zement: 28,05 kg

Zusatzstoff: 27,93 kg

Zuschlag 0/2: 36,79 kg

Zuschlag 2/8: 47,00 kg

Zuschlag 8/16: 39,13 kg

FM: 0,365 kg

Die Feststoffe wurden wie oben beschrieben gemischt.

Sofort nach dem Mischen wurde zunächst der ,,V-Funnel-Test" wie oben beschrieben durchgeführt.

Für die Überprüfung der Selbstnivellierung wurde anschließend der ,,U-Box-Test" durchgeführt. Die Innenseite der Prüfkiste wurde vorher feucht ausgewischt. Nachdem der Trennschieber geschlossen war, wurde der Beton bis zum oberen Rand eingefüllt. Nach dem Befüllen wurde der Trennschieber nach oben hin angehoben, so dass der Beton in die niedrigere Kammer sich hin ausnivellieren konnte. Der Beton-Höhenunterschied der beiden Kammern entspricht dem Maß _h.

Für die Luftporengehaltsbestimmung wurde ein mit Aufsatzrahmen versehener LP-Topf mit dem Frischbeton befüllt. Im Anschluss wurde der Aufsatzrahmen entfernt und die überschüssige Betonmasse mit einem Stahllineal egalisiert. Es folgte eine Bruttowägung des LP-Topfes inklusive des Frischbetons für die spätere Frischbetonrohdichtebestimmung. Nachdem die Oberfläche eine möglichst porenfreie, glatte Fläche ergab, wurde mit Hilfe von seitlich angebrachten Exzentnerklemmen der Messaufsatz auf dem LP-Topf befestigt. Durch eines der beiden seitlichen Ventile wurde dann mit einer Spritzflasche Wasser in den LP-Topf eingefüllt. 

Um einen Lufteinlass zu verhindern, mussten beide Ventile gleichzeitig geschlossen werden, sobald aus dem Auslaufventil keine Luftblasen mehr mit ausgespült wurden. Der durch das Einpumpen von Luft im LP-Topf eingestellte Überdruck wurde nach dem Tarieren mittels Druckausgleichsknopf abgebaut und der Druckabfall gemessen.

Für die Ermittlung der Frischbetonrohdichte wurde nach dem Entleeren und Ausspülen des LP-Topfes das Nettogewicht bestimmt. Durch die Differenz des Brutto- und Nettogewichtes in Bezug auf das Volumen ergab sich die Frischbetonrohdichte.

Die Frischbetontemperatur konnte nun am Thermometer, dass gleich nach Mischungswende in den Beton gesteckt wurde, abgelesen werden.

Als letzter Versuch am Frischbeton wurde der ,,slump-flow-test" wie oben beschrieben durchgeführt.

Es ergaben sich folgende Werte:

,,V-Funnel-Test": 20 Sek.

,,U-Box-Test": _h = 2 cm

Luftporengehalt: 0,9 Vol.-%

Frischbetonrohdichte: 2,40 kg/dm³

Frischbetontemperatur: 18 °C

,,slump-flow-test": > 700 mm

Nach den Frischbetonprüfungen wurde der Beton ohne Verdichtungsarbeit in die Prüfkörperschalun-gen eingefüllt.

Mischungsentwurf für 1m³ SVB mit CEM I 42,5 (In Anlehnung an Mischungsentwurf S. 16f)

1. Feinzuschlag-, Grobzuschlagmenge

2. Umrechnung in die Korngruppen 0/2; 2/8; 8/16

3. Unter Beachtung der Eigenfeuchte ergeben sich folgende Mengen an Zuschlag

0/2 2,5 % Eigenfeuchte:   
2/8 1,8 % Eigenfeuchte    :
4/16 0,6 % Eigenfeuchte: 

4. Durch die Eigenfeuchte reduziert sich die zuzugebende Wassermenge

5. Masse des Zusatzstoffes

6. Zementgehalt

z = 330 kg

Es wurden für den selbstverdichtenden Beton mit CEM I 42,5 folgende 
Mischungen (à = 10 dm³) angefertigt und folgende Ergebnisse gemessen:

maßgebende Mischung

Somit wurde ein SVB CEM I 42,5 mit einem FM-Gehalt von 1,2 M.-% auf Zement hergestellt. Für unsere Prüfkörper benötigten wir eine Menge von 85 dm³. 
Demnach wurden folgende Mengen abgewogen:

Wasser: 13,50 kg

Zement: 28,05 kg

Zusatzstoff: 27,93 kg

Zuschlag 0/2: 36,79 kg

Zuschlag 2/8: 47,00 kg

Zuschlag 8/16: 39,13 kg

FM: 0,365 kg

Der Frischbeton wurde wie beim SVB CEM I 32,5 Seite 21 beschrieben geprüft.

Es ergaben sich folgende Werte:

,,V-Funnel-Test": 21 Sek.

,,U-Box-Test": _h = 1,5 cm

Luftporengehalt: 1,2 Vol.-%

Frischbetonrohdichte: 2,36 kg/dm³

Frischbetontemperatur: 18 °C

,,slump-flow-test": > 700 mm

Nach den Frischbetonprüfungen wurde der Beton ohne Verdichtungsarbeit in die Prüfkörperschalungen eingefüllt.

Erst wenn die abschließenden Frischbetonprüfungen die Sollvorgaben erzielt haben, kann man davon ausgehen, dass es sich bei der entwickelten Rezeptur um einen baustellentauglichen selbstverdichten-den Beton handelt.

5. Normalbeton

Der Frischbeton des Normalbeton wurde auf Frischbetontemperatur, Ausbreitmaß, LP-Gehalt und Frischbetonrohdichte hin geprüft.

Frischbetontemperatur und die Frischbetonrohdichte wurden wie in der Versuchsbeschreibung (siehe Seite 21) des selbstverdichtenden Frischbetons geprüft.

Der LP-Gehalt wurde wie in der Versuchsbeschreibung (siehe Seite 21) durchgeführt, mit der Änderung, dass der LP-Topf mit Frischbetonfüllung auf dem Rütteltisch 45 Sekunden lang verdichtet wurde.

Das Ausbreitmaß wurde ebenso wie in der Versuchsbeschreibung (siehe Seite 21) durchgeführt, mit der Änderung, dass der Ausbreittrichter gemäß DIN 1048 ,,richtig" herum stand und die Ausbreitplatte 15 mal nach entfernen des Trichters angehoben und fallen gelassen worden war.

Es ergaben sich folgende Werte:

Luftporengehalt: 1,9 Vol.-%

Frischbetonrohdichte: 2,45 kg/dm³

Frischbetontemperatur: 17 °C

Ausbreitmaß: 395 mm

Nach den Frischbetonprüfungen wurde der Beton mit Verdichtungsarbeit in die Prüfkörperschalungen eingefüllt.

6. Festbetonuntersuchung

Die Prüfkörper wurden gemäß vorstehender Seiten hergestellt, gelagert und geprüft. Folgende Prüfergebnisse ergaben sich:

I. Festbetonrohdichte

II. Druckfestigkeiten

Umrechnungsfaktor 0,95 zur Umrechnung der Druckfestigkeit aufgrund der Würfelabmessungen bereits berücksichtigt.

III. Dehnungsverhalten

(Fraglich, ob Messung am 21. Tag nach der Herstellung korrekt war.)

IV. optische Oberflächenbeurteilung

Anhand eines Würfels mit einer Kantenlänge von 20 cm wurde die Oberfläche beurteilt.

Normalbeton: - glatte Oberfläche

- keine Risse

- keine Entmischungserscheinung

SVB 32,5: - glatte Oberfläche

- keine Risse

- keine Entmischungserscheinung

SVB 42,5: - glatte Oberfläche

- keine Risse

- keine Entmischungserscheinung

7. Schlussfolgerung

I. Zusammenfassung und Ausblick

Selbstverdichtender Beton wird in Zukunft - nicht zuletzt dadurch, dass mit der neuen SVB-Richtlinie in Kürze sein Einsatz in Deutschland geregelt wird - sicherlich eine breitere Anwendung finden. Dabei darf jedoch nicht außer Acht gelassen werden, dass es sich um einen Hochleistungsbeton handelt, der großer Sorgfalt bei der Konzeption, der Herstellung, dem Transport und dem Einbau bedarf. Jede SVB-Rezeptur ist ein Unikat. 

Sie ist unter Berücksichtigung der spezifischen Ausgangsstoffe, der anlagentechnischen Vorraussetzungen und der Anforderung des zu erstellenden Bauteils zu entwickeln. Eine Übertragbarkeit ist, wenn überhaupt, nur in Teilbereichen möglich. Seine erfolgreiche Anwendung hängt stark von besonders qualifiziertem Personal und der akribischen Handhabung eines aufwendigen Qualitätssicherungskonzeptes ab. SVB ist ein Spezialbeton, der nicht von jedem Werk hergestellt werden kann. Aus diesem Grund wird er in naher Zukunft wohl noch kein Massenprodukt werden.

II. Vorteile

- SVB ist ein ,,leiser" Beton, da Verdichtungsarbeiten entfallen.

- SVB besitzt eine ausgezeichnete Homogenität.

- Mit SVB ist das Betonieren an schwer zugänglichen Stellen leichter möglich.

- Architektonisch anspruchsvolle und komplizierte Bauteilformen können verwirklicht werden.

- Der Aufwand für Nacharbeiten an der Betonoberfläche wird verringert.

- Mit SVB ist eine Reduzierung der Baukosten trotz höherer Baustoffkosten möglich.

III. Anwendung

Bevorzugt findet SVB Anwendung

- für filigrane Bauteile und Bauteile mit dichter Bewehrung

- für Bauteile mit hohen Anforderungen an die Sichtbetonqualität

- bei Betonbauten in lärmempfindlicher Umgebung (Krankenhäuser)

Seit 1991 wird SVB in Japan eingesetzt. Bis Ende 1998 wurden ca. 1,2 Mio. m³ verbaut. Beispiele für die Anwendung in Japan sind die Akashi-Kaikyo-Brücke, die Ankerblöcke der Kurushima Brücke, der oberirdischer Tank für verflüssigtes Naturgas in Osaka, die Murano Abwasseranlage in Hirakata, der Minatoshima-Unterwassertunnel in der Bucht von Kobe oder der Yokohama Landmark Tower. 

Europäische Anwendungsbeispiele liegen seit ca. 1998 vor, zum Beispiel Millenniumstower in Wien, Sichtbetonfassade des königlichen Schauspielhaus in Den Haag.

SVB kann mit dem Krankübel oder der Betonpumpe eingebaut werden. Bei der Verwendung von SVB ist eine sorgfältige Schalungsplanung unerlässlich, da das nahezu flüssigkeitsähnliche Verhalten zu berücksichtigen ist. Darüber hinaus ist auf eine ausreichende Fugenabdichtung zwischen Schalungselementen sowie zwischen Schalungsunterkante und Betonieransatz bzw. Aufstandsfläche zu achten.

8. Literatur:

[1] Scholz

Baustoffkenntnis
Werner-Verlag, 13. Auflage 1995

[2] Härig, Günther, Klausen

Technologie der Baustoffe
C. F. Müller Verlag Heidelberg, 13. Auflage 1996

[3] Jens Krützfeldt

Diplomarbeit: Selbstverdichtender Beton
28. Juni 2000

Es sei darauf hingewiesen, dass sämtliche Textstellen fast ausschließlich zu zweit bearbeitet wurden. Deshalb wurde auf eine einzelne Kennzeichnung der Abschnitte verzichtet.

Eckernförde, den 30. Juli 2001