Rolf Pächnatz
Entwicklung von Beton und Eisen
zur Brücke aus Spannbeton
Eine chronologische Betrachtung
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand nach meiner beruflichen Tätigkeit, die 1941 als Lehrling,
auch auf Betonbaustellen, begann, 1946 sich im Maurerhandwerk und nach den einzelnen
Studienabschlüssen als Architekt, Statiker, Spanningenieur fortsetzte und letztlich 2002 als
Prüfingenieur für Baustatik endete.
Während dieser Zeit konnte ich die einschlägigen Fortschritte in der Forschung und der Ent-
wicklung von Baustoffen und Ausführungstechniken nur insoweit eingehend verfolgen, wie
es meine tägliche Arbeit bedingte und erlaubte.
Nach Beendigung meiner Erwerbstätigkeit habe ich mich mit dieser chronologischen Be-
trachtung der gegenseitigen Abhängigkeit von Forschung und Ausführung im Spannbeton-
bau um eine Übersicht bemüht.
Theorien, Techniken und Entwicklung der Baustoffe hatten ihre Höhepunkte in der Weiter-
entwicklung oftmals in verschiedenen Zeitabschnitten.
Auch veränderten sich die Hilfsmittel des Ingenieurs: Von Rechenschieber und Logarithmen-
tafel hin zu Rechenmaschinen und Computern. Langjährige Erfahrung konnte nun oft durch
schnelle Vergleichsrechnungen ersetzt werden.
Mein Dank gilt Professor Kurt Mauel für seine hilfreichen Anregungen zur Gestaltung dieses
Themas.
- I -
Inhalt
1. Aufgabenstellung
1.1 Ausgangssituation ... Seite 1
1.2 Abgrenzung und Zielsetzung ... 2
1.3 Untersuchungsmethoden... 3
2. Beton ... 4
2.1 Zement ... 4
2.1.1 Historische Angaben
(Phönizier, Griechen, Römer)
2.1.2 Weiterentwicklung ... 5
(Frankreich, England)
2.1.3 Entwicklung in Deutschland ... 6
1910 Handelszemente
1927 Normenzemente
1932 Höherwertige Normenzemente
1944 Portlandzement
1953 Titanoxyd
1954 Reduzierung der Anforderungen... 7
1974 Z 250 bis Z 550
1978 Z 25 bis Z 55
1986 Zulassungen für Zemente
1995 Euronorm für Z 32,5 bis Z 52 ... 8
1997 Anwendungsbereiche
2001 Expositionsklassen X 0 bis XM 3
2002 Spezialzemente
2.1.4 Neuere Spezialzemente (2003) ... 9
2.1.5 Prüfmethoden... 10
1944 Fünf Anforderungen
1970 Neue Prüfverfahren
1974 Mahlfeinheiten
1997 CEM-Anforderungen
2.1.6 Regelwerke für Zement
1928 Einführung der AMB
1932 Einführung der DIN1164 ... 11
1942 DIN1164 als 1. Neufassung
1958 DIN1164 als 2. Neufassung
1970 DIN1164 als 3. Neufassung
1978 Bauaufsichtliche Zulassung von Zement
1986 Neufassung dieser Zulassung
- II -
1990 Prüfverfahren nach EN196
1994 Anforderungen an Zement
1995 Güteüberwachung von Zement
2.2 Zuschlagstoffe ... 12
1944 Geeignete Stoffe - Siebkurven
1953 Weitergehende Unterteilung
1971 Neue Sieblinien A bis F
1974 Neue Sieblinien 1 bis 5 ... 13
1986 Leichtzuschläge
1988 Akaliempfindliche Bestandteile im Zuschlag
1995 Akalien im Erdreich... 14
1998 Für hochfesten Beton
2001 Für ultra hochfesten Beton
2003 Für selbstverdichtenden Beton
2.3 Anmachwasser ... 15
2.3.1 Allgemeine Angaben
2.3.2 Von 1943 bis 2003... 16
1943 Geeignete Wässer
1953 Wasser-Zement-Faktor
1974 Chloridgehalt
1995 Verwertung von Restwasser ... 17
1998 Reduzierung des W/Z-Wertes durch Microsilika... 18
1999 Wasser für hochfesten Beton
2001 Wasser für ultra hochfesten beton
2002 Wasser für selbstverdichtenden Beton... 19
2003 Unempfindlichkeit gegen den W/Z-Wert
2.4 Zusatzmittel ... 20
1944 Traß und basische Hochofenschlacke
1953 Luftporenbildende Zusätze
1971 Sieben Betonzusatzmittel
1995 Puzzolanische Stoffe ... 21
1999 Steinkohlenflugasche... 22
2001 Mikrosilika
2003 Einmischen von Mikrosilika
2.5 Betone ... 23
2.5.1 Von 1924 bis 1928; Mischungen und Benennungen
2.5.2 Von 1938 bis 2003... 24
1938 Neue Mischungen; Festigkeiten und Wasser
1971 Weitere Mischungsverhältnisse ... 25
1974 Betone I und II, B 100 bis B 550
1986 Neue Bezeichnungen B 10 bis B 55... 26
1999 Hochfeste Betone B 65 bis B 115
- III -
2000 33 Betonarten ... 27
2001 Neue Festigkeitsklassen für Schwer- und Leichtbeton, ... 28
Ultra-Hochleitungsbeton und selbstverdichtenden Beton
2002 Stahlfaserbeton... 29
2003 Beton bis 200 N/mm
2
Festigkeit
2.6 Herstellung von Beton ... 34
2.6.1 In der Frühzeit
2.6.2 Von 1932 bis 2003
1932 Erdfeuchter und flüssiger Beton
1938 Zementeinsparung... 36
1944 Mischungsverhältnisse von 1:1,5 bis 1:21
1953 Einfluß des Porenraumes ... 38
1971 Einfluß der Frischbetonsteife
1978 Mehlkornzusatz, Konsistenz K1 bis K3
1985 Pumpbeton bis 432 m Entfernung... 39
1995 B 5 bis B 55,B I und B II Konsistenzbereiche KS bis KF ... 40
1999 B 65 bis B 115; Faserbeton... 42
2001 Konsistenzbereiche F 0 bis F 6, Leichtbeton,... 45
Ultra-Hochleistungsbeton
2003 Selbstverdichtender Beton, selbstverdichtender Hoch- ... 47
leistungsbeton, hochfester Pumpbeton
2.7 Nachbehandlung... 52
1938 Anweisung für Mörtel und Beton
1953 Bestimmungen für die Ausführung DIN1047
1974 Ausschalungsfristen
1986 Umgebungsbedingungen... 53
1995 Wasser zuführen oder Austrocknen verhindern ... 55
1998 Folienabdeckung für einen B 85... 56
2002 Temperaturmessungen... 56
2003 Wärmedämmende Matten... 59
2.8 Prüfung von Betongüten ... 59
1938 Stampf- und Eisenbeton, Holzwürfelkästen... 60
1944 DIN1045 von 1932, Stahlwürfelformen
1953 DIN1047 und 4225, 8 Güteklassen ... 61
1954 DIN 1048 und 4227, Spannbeton... 62
1955 Kugelschlagsprüfungen
1957 Injektionsmörtel... 64
1958 Behandlung der Probe-Zylinder
1962 Prismen von 10 x 10 x50 cm3
1971 Würfel von 10, 15, 20 oder 30 cm Kantenlänge
1972 Hilfsmittel und Anweisung zur Würfelherstellung... 65
1974 Mindestgröße der Würfel nach Richtlinien CEB -FIP-
1980 Mindestfestigkeit von Zylinder -Probekörpern- ... 66
1985 B I und B II, B 5 bis B 55, 5 %-Fraktile
1990 Festigkeit fck nach EC 2 ... 67
1992 Proben- und Entnahmeplan ... 68
- IV -
1994 Bohrkerne, Rückprellhammer ... 69
1997 Hochfeste Betone B 65 bis B 115 nach ENV 206... 70
1999 Faserbeton... 72
2001 Ultra-Hochleistungsbeton UHPC... 73
2002 Selbstverdichtender Beton
2.9 Widerstand von Beton... 75
1938 Wasserundurchlässigkeit
1953 Verschleißfestigkeit
1954 Temperaturbeständigkeit ... 76
1965 Säurebeständigkeit
1970 Wasserundurchlässigkeit ... 77
1972 Widerstand gegen Säuren in Böden und Wässern... 78
1973 Widerstand gegen Gebirgs- und Quellwässern ... 79
1975 Beton mit besonderen Eigenschaften
1986 Imprägnierung von Oberflächen... 81
1988 Betonschädliche Zuschläge, Schwingungen
1990 Dauerhaftigkeit... 86
1992 Umweltklassen nach ENV 206... 88
1994 Karbonatisierung
1995 Umweltbedingungen, Dauerhaftigkeit, Stöße, ... 90
Erdbeben, Explosionen
2000 Hochleistungsbeton ... 103
2001 Karbonatisierung
2004 Abrieb und Temperaturen Druckwasserstrahlen ... 105
3. Stahl... 108
3.1 Historische Angaben ... 108
3.2 Weiterentwicklung ... 108
3.3 Betonstahl ... 111
3.3.1 Von 1907 bis 1943
3.3.2 Von 1938 bis 2003... 113
1938 Betonstab Isteg- und Drillwullsteisen
1944 Tor- und Nockenstahl
1953 Queristahl
1954 Rippenstahl
1955 Herstellerwerke
1962 Rippentor- und Noristahl, Muffenstöße... 114
1972 Vier Betonstabstahl- und drei Betonstahlmattensorten
22/34 bis 50/55
1979 Betonstabstähle III und IV (U und K),schweißbarer
und bi-Stahl ... 115
1984 Tempore-Stahl... 116
1986 Drei Betonstabstähle 420 S bis 500 M
1989 Sieben Stoßverbindungen, Epoxidharzbeschichtung ... 117
- V -
1993 Schubfeste Klebeverbindungen ... 118
1994 Gewinde- Betonrippenstahl... 119
2004 Weitere Stoßverbindungen, Duktilität
2001 Nichtrostende Betonstähle... 120
2002 Karbonfaser ... 122
3.4 Spannstahl ... 125
3.4.1 Allgemeine Angaben
3.4.2 Von 1923 bis 2002
1923 Vorspannung von Röhren nach Emperger
1928 Patente von Freyssinet
1936 Patent von Dischinger
1938 Stahlsaitenbeton nach Hoyer ... 126
1955 Zwölf Spannstahlsorten 60/90 bis 160/180 aus 2 Werken
1958 Einundvierzig Spannstahlsorten 55/85 bis 180/200 aus
4 Werken... 128
1962 Weitere vier Herstellerwerke ... 129
1973 Korrosion von Spannstahl
1979 Zwölf ausländische Hersteller ... 131
1982 Bauaufsichtlich 88 Spannstähle zugelassen ... 132
1989 Glasfaser-Spannglieder
1992 Fremdüberwachung von zwölf Werken ... 133
1995 Kohlenfaserstoff-Spannglieder... 134
1999 Faserverbundwerkstoff-Spannglieder ... 135
2002 Schadensfälle durch Spannstahl... 136
4. Spannbeton ... 138
4.1 Allgemeine Angaben zur Vorspannung... 138
4.2 Von 1886 bis 1951... 138
1886 Zuganker mit Schrauben oder Keilen, Jackson, USA
1888 Einbetonieren gespannter Drähte, Döhring, Berlin
1896 Lastspannung durch Vorspannung, Mandl, Wien
1905 Angespannte Zuganker in Platten, Lund, Norwegen
1906 Einbetonierte Spannstähle, Koenen, Berlin
1908 Vorspannung im Frischbeton, Steiner, USA... 139
1910 Umwicklung von Rohren, Zissler und Siegwart
1916 Polygonartig eingebaute Spannglieder
1919 Dünne Drähte in Wettstein-Brettern, Böhmen
1922 Umwicklung von Behältern, Hewett, USA
1923 Anstrich für Spanndrähte, Dill, USA
1927 Überzug von Parafin für den Spannstahl, Färber, Breslau
1928 Zugbänder von Bögen nach Dischinger, Berlin ... 140
1929 Anwendungen von Freyssinet, Paris
1930 Schleuderbetonrohre nach Vianini, Rom
1932 Rohrleitung nach Lanna, Prag
1934 Hängewerkartige Spannglieder nach Dischinger, Berlin
- VI -
1935 Längs- und quervorgespannte Rohre, Freyssinet, Paris
1937 Gelenkfugenbalken nach Finsterwalder, Berlin ... 141
1938 Brücke über die Autobahn bei Wiedenbrück
1939 Mathematische Behandlung durch Dischinger, Berlin
1940 Spanndrähte mit Stahlkern, Schorer, USA ... 142
1941 Marnebrücke nach Freyssinet, Paris... 143
1942 Umhüllung der Drähte mit Schwefelmasse, Billner, USA
1943 ,,Der Spannbetonträger" von Mörsch, Stuttgart
1944 Eisenbahnbrücke nach Magnel, Belgien
1947 Hängebrückenseil im Spannbeton ... 144
1948 Keilverankerung nach Morandi, Italien ... 144
1949 Aufgewalzte Gewinde nach Finsterwalder, München
1950 Spezialgewinde für Spannglieder nach Donovan, London ... 145
1951 Lehrbuch von Guyon, Paris
4.3 Vorspannsysteme... 145
1935 Coyne, Frankreich
1939 Hoyer, Hamburg
1941 Freyssinet, Paris
1948 Magnel, Belgien
1949 Haken; Seilköpfe, Deutschland; BBRV, Schweiz
Wickelmaschine, USA
1950 Wickelmaschine, Schweiz
1951 Dywidag mit aufgestauchtem Gewinde, Franki, Chalos,
Ankerköpfe; Vogt
1953 Leoba, Hochtief, Zerna, Helder & Franke, Bührer, Tellerfedern,... 146
Polensky & Zoellner, BBRV Wickelmaschine, England
1954 Leoba, Lee-McCall, Meier Karig, Mollet, Morandi, ... 147
Grün & Bilfinger, Heilmann & Littmann, Roebling, Baur-Leonhardt, ...
Karl Kübler, Baur-Baresel
1957 Anforderungen an die Zulassungen ... 148
1958 Fächerverankerung nach Leonhardt
1960 Thermoelektrische Vorspannung
1961 Züblin
1963 Mo-Ta-La-Verfahren
1963 Sager & Woerner
1965 Vorspann-Technik
1966 53 zugelassene Spannverfahren... 149
1967 Interspan AG
1974 Eingängiger Gewindestab System Dywidag
1978 Allspann
1979 20 zugelassene Spannverfahren mit 127 Varianten
1980 26 zugelassene Spannverfahren mit 172 Varianten
1981 29 zugelassene Spannverfahren mit 207 Varianten
15 gebräuchliche Verfahren
Verfahren Züblin, Ph. Holzmann, Bilfinger & Berger
1982 30 zugelassene Spannverfahren mit 200 Varianten,
erstes Glasfaserspannglied ... 150
1984 31 zugelassene Verfahren mit 265 Varianten
1985 30 zugelassene Verfahren mit 242 Varianten
1986 31 zugelassene Verfahren mit 248 Varianten
1990 35 zugelassene Verfahren mit 257 Varianten
- VII -
1993 verzinkte Spannstäbe und Faserverbundstoff-Spannstäbe
2002 Externe Spannglieder System Dywidag und Suspa ... 151
4.4 Spannungen infolge Vorspannung... 152
4.5 Verformungen infolge Vorspannung ... 154
4.6 Auflagerkräfte infolge Vorspannung... 156
4.7 Grad der Vorspannung ... 157
1954 Volle, beschränkte, teilweise und zwängungsfreie Vorspannung
1988 Volle und teilweise Vorspannung ... 158
4.8 Art der Vorspannung ... 159
4.8.1 Vor dem Erhärten des Betons
1888 Vorschläge von Döhring, Berlin
1906 Versuche von Koenen, Berlin
1928 Patente von Freyssinet, Paris
1935 Brücke bei Oelde von Wayss & Freytag
1938 Spannbahnen nach Hoyer
1940 Spanndrähte mit Stahlkern... 160
1953 Spannbett - Definition
1963 Spannbett - Kosten zu hoch
1965 Spreizen der Spannglieder
1988 Mindestbetongüten
2001 Glatte Drähte nicht mehr zulässig
4.8.2 Nach dem Erhärten des Betons... 161
1886 Jackson, USA
1939 Freyssinet, Paris
1942 Abeles, London
1944 Magnel, Gent
1947 Seile als Spannglieder
1948 Morandi, Preload
1949 Leonhardt und Finsterwalder ... 162
1950 Lee, London
1953 Definition
1963 Fertigbauteile
1965 Universelle Anwendungsmöglichkeit
1988 Betongüter B 25 bis B 55
2001 Abstände der Hüllrohre ... 163
4.8.3 Vorspannung ohne Verbund... 164
4.8.3.1 Historische Angaben
4.8.3.2 Von 1923 bis 2001
1923 Dill, USA
1927 Gläser, Tschechoslowakei
1934 Dischinger, Berlin
- VIII -
1936 Dischinger, Berlin
1940 Magnel, Gent
1953 Innerhalb des Betonquerschnittes
1982 Regeln zur Bemessung
1989 Gebrauchszustand
1990 Einzellitzen in den USA und Segmentbauweise
1995 Erhöhung der Initialvorspannung ... 165
2001 Bündelung interner Spannglieder
4.8.4 Ringvorspannung ... 166
4.8.4.1 Historische Angaben
4.8.4.2 Von 1910 bis 1990
1910 Zissler, Siegwert, Deutschland
1922 Hewett, USA
1930 Vianini, Rom
1932 Lanna, Prag
1935 Freyssinet, Paris
1948 Preload, USA
1950 Vogt, Schweiz... 167
1952 Crowley, England
1961 László, Budapest
1965 Segmentbauweise und Lisenen
1981 Eiförmige Behälter, Druckstollen
1990 Tanks und Reaktorbehälter ... 168
4.9 Spannpressen ... 169
1952 Dyckerhoff & Widmann
1953 Neun weitere Firmen
1954 Vierzehn weitere Firmen
1958 Zwei weitere Firmen (P & Z und Glasfaser)
4.10 Regelwerke für Spannbeton ... 170
1943 Mörsch, Stuttgart
1946 R u s, Zürich
1950 R u s, Zürich
1951 Guyon, Paris
1953 DIN 4227, Oktober 1953
1957 DIN 1045 zu DIN 4227, März 1957
1973 DIN 4227, Mai 1960... 171
1979 DIN 4227, Teil 1 und 5, Dezember 1979
1982 DIN 4227, Teil 6, Mai 1982
1983 DIN 4227, Teil 3, Dezember 1983
1984 Vornorm DIN 4227, Teil 2, Mai 1984
1986 DIN 4227, Teil 4, Februar 1986
1988 DIN 4227, Teil 1, Juli 1988
1993 Eurocode 2, Teil 1
1994 Eurocode 2, Teil 1-5 und 1-3 ... 172
1995 DIN 4227 -1/A1, Dezember 1995
2001 DIN 1045-1, Juli 2001
- IX -
4.11 Reibungsverluste... 172
1949 Versuche von Leonhardt
1954 Reibungsbeiwerte
1958 Teilverluste ... 177
1962 Ringvorspannung
1967 Erfahrungen... 178
1970 Elektrische Felder
1985 Zulassungsreibungswerte
2000 Umkehrmethode ... 180
2004 Fettgefüllte Hüllrohre
4.12 Durchführung der Vorspannung... 181
1953 Erhärtungsfrist
1972 Rückfederung des Traggerüstes... 182
1997 Teilvorspannung ... 183
2004 Ohne Verbund ... 184
4.13 Injizieren der Spannkanäle ... 185
1944 Magnel, Gent
1954 Versuche
1955 Eignungsprüfungen ... 187
1956 Vorläufige Richtlinien, November 1955... 189
1957 Vorläufige Richtlinien, Juli 1957
1958 Neues Einpressgerät
1962 Schwankungen in der Mörtelqualität ... 194
1964 Versuche an langen Kanälen
1967 Misserfolge beim Einpressen... 195
1970 Richtlinien für das Einpressen, November 1970 ... 196
1973 Richtlinien für das Einpressen, Juni 1973
1975 Versuche mit großen Kanälen
1980 DIN 4227 Teil 5: Einpressen von Mörtel, Dezember 1979 ... 198
1986 Kontrolle der Verfüllung ... 199
2002 Normen DIN EN 445 bis 447 ... 202
4.14 Schwinden und Kriechen... 204
1911 Erkenntnisse von Freyssinet, Paris
1912 Erkenntnisse von Koenen, Berlin
1928 Messungen von Freyssinet
1939 Theorie von Dischinger, Berlin
1940 Erkenntniss von Magnel, Gent
1941 Beachtung durch Freyssinet
1953 DIN 4227: Kriechen und Schwinden
1954 Erklärung des Schwindens ... 205
1955 Messungen der Verkürzungen... 206
1958 Einfluss auf die schlaffe Bewehrung ... 207
1963 Verformungen... 208
1972 Fließanteil... 209
1979 Einfluss von Feuchte und Leichtzuschlägen ... 212
1988 Spannleichtbeton... 215
1995 Faserbeton
- X -
1996 Hochleistungsbeton
2002 Malfeinheit ... 216
5. Spannbetonbrücken ... 220
5.1 Belastungsannahmen ... 220
1925 Dampfwalze und LKW
1931 Klassen I bis IV, Zusatzkräfte, Lastenzüge
1952 SLW und LKW, Erdbebenzonen ... 222
1957 Neun Klassen der Straßenlasten ... 223
1963 Idealisierte Straßen- und Gleislasten
1973 Fahrbahnübergänge ... 228
1976 Einfache Straßenlasten, Stanag 2021, Lastenzüge
1982 Vier Klassen der Straßenlasten... 232
1997 Erdbebenlasten... 232
2001 Probebelastungen... 233
2004 Straßen- und Gleisbelastungen nach Eurocode... 235
5.2 Regelwerke für Massivbrücken... 242
1930 DIN 1075 und 1071 werden eingeführt
1951 DIN 1075, Juli 1951
1955 DIN 1075, April 1955
1969 Massivbrücken - Übersicht
1972 Weitere Massivbrücken - Übersicht... 243
1975 Lager-Übersicht
1979 DV 804... 244
1981 DIN 1075, April 1981
1985 DIN 4141 Teil 1 und 2 - Lager
1989 DIN 4141 Teil 14: Elastomere-Lager, Schallschutz ... 245
1997 Massivbrücken-Übersicht... 246
2000 DIN 4227-1/A1: Hochleistungsbeton
2004 DIN 1045-1, Juli 2001
5.3 Ausgeführte Brücken ... 247
1928 Bogenbrücke bei Plongastel, Brest
1935 Brücke über die Autobahn bei Oelde/Westfalen
1936 Balkenbrücke in Aue, Sachsen
1938 Brücke über die Autobahn bei Wiedenbrück
1940 Durchlaufträger in Belgien (Magnel)
1941 Marnebrücke Luzancy
1944 Eisenbahnbrücke im Bahnhof Brüssel
1946 Fünf Marnebrücken
1947 Elzbrücke bei Bleibach
1948 Galion-Brücke bei Rio de Janeiro
1949 Durchlaufträger (Leonhardt)
1950 Eisenbahnbrücke Heilbronn
1951 Brücke Neckargartach ... 248
1952 Rheinbrücke in Worms
1953 Brücken von 1945 bis 1953
- XI -
1954 Brücke über den Traunfluss ... 251
1960 Schiefwinklige gekrümmte Dreifeldplattenbrücke
1962 Erster Freivorbau im Taktverfahren
1963 Brücke über den Maracaibo-See, 827 m lang
1964 Brücken von 1907 bis 1963... 252
1965 44 Brücken im Freivorbau ... 253
1966 Brücke über den Poutchartrain bei New Orleans ... 256
1969 Brücke über den Lech in Epfach
1971 Brücken im Taktschiebeverfahren... 257
1976 Vorgefertigte Spannbetonbrücken... 261
1982 Zügelgurtbrücke im Taktschiebeverfahren ... 262
1987 Rombachtal - Eisenbahnbrücke ... 264
1989 Glasfaserverbund-Brücke
1995 Externe Vorspannung im Taktschiebeverfahren... 265
1997 Auswahlverfahren
1999 102 Brücken mit über 150 m Spannweite... 267
2000 Längste Hängebrücken und Spannweitenzunahme ... 270
2002 Erste deutsche Brücke in Hochleistungsbeton ... 271
2004 Gestaltungskonzepte ... 272
5.4 Baukosten ... 272
5.4.1 Löhne und Arbeitszeiten von 1850 bis 2002
5.4.2 Baustoffpreise von 1938 bis 1967... 275
5.4.3 Entwicklung der Baukosten von 1913 bis 1963... 277
5.4.4 Verkehrshaushalt von 1950 bis 1980 und 2002 ... 278
5.4.5 Bestand an Brücken von 1965 bis 1975... 279
5.4.6 Beschäftigte und Bauvolumen von 1960 bis 1970
5.5 Verkehrswege von 1950 bis 2002... 280
5.6 .Verkehrsdichte
von 1929 bis 2003... 281
5.7 Überwachung von Brücken... 284
1951 Probebelastung der Brücke Beauvais, Paris
1959 DIN 1077: Überwachung und Prüfung
1965 Probebelastung der Stubenrauchbrücke, Berlin
1971 Belastungsversuche beim Abbruch von Brücken
1977 Schadensfälle ... 285
1979 DIN 1076: Überwachung und Prüfung
1983 DIN 1076, März 1983
1990 Instandhaltung als neuer Begriff
1994 Belastungstechnik... 287
1996 Eurocode 2 Teil 1-1: Güteüberwachung... 288
1999 Norm IS0 2394: Zuverlässigkeit
2001 Verpressmängel... 289
2004 Software für Bauwerkserhaltung, zerstörungsfreie Prüfungen... 291
5.8 Sanierung von Brücken ... 300
- XII -
1965 Kaimauer in Los Angeles
1977 Messungen an Glasfaser-Laminaten
1981 Nachträgliche zentrische Vorspannung
1983 Nachträgliche Spannglieder ohne Verbund... 301
1985 Verkleben mit Epoxidharzen ... 302
1989 ZTV-RISS/88: Regelwerk für Verfüllen von Rissen
1992 Verstärkung durch Laschen ... 304
1995 Instandsetzung durch externe Spannglieder
1998 Verstärkung durch Hinterschnittanker ... 307
2000 Verstärkung durch Kunststoffe... 308
2002 Verstärkung durch Kohlefaserlamellen... 310
6. Zusammenfassung ... 312
7. Schrifttum... 340
8. Namensverzeichnis ... 368
- 1 -
1. Aufgabenstellung
1.1 Ausgangssituation
Brücken sind aus unserer Welt nicht mehr wegzudenken und werden doch beim Über-
fahren kaum noch wahrgenommen, so sehr haben sie sich der oft schwungvollen
Trassierung unserer Straßen angepasst.
Auch verliert sich die Erinnerung an die lange Entwicklungszeit der Brückenbaukunst
im Dunkel der Geschichte.
Sie ist verbunden mit der allmählichen Umgestaltung der menschlichen Lebensver-
hältnisse: Vom Leben in der Natur zu einer zielgerichteten Umgestaltung der Natur.
Dieser Prozess führte zu einer Arbeitsteilung, ließ Handwerk und Handel entstehen,
für den dann Handelswege gesucht wurden, die oft ihr Ende vor Wasserläufen oder
tiefen Schluchten fanden.
Waren die einen noch mittels Fähren zu überwinden, so führten die anderen zum Bau
von Hängewerken aus Seilen und Geflecht oder Brücken aus Holz und Naturstein.
Mit der Verwendung hydraulischer Bindemittel aus Kalk und Puzzolanerde nach by-
zantinischer Überlieferung und gebrannten Ziegeln wurden in Rom besonders unter
Kaiser Trajan (98 bis 117 n. Chr.) bemerkenswerte Brückenbauwerke errichtet.
Das Wissen um diese Kunst ging mit dem Untergang des Römischen Reiches über
mehr als tausend Jahre verloren und wurde erst wieder durch die St.Benezet Ge-
meinschaft der Fréres Pontificas 1177 beim Bau der Brücke über die Rhone in Avig-
non neu erarbeitet.
In England, wo zahlreiche Brücken aus Holz entstanden, zwang die Verknappung die-
ses Materials zur Entwicklung von Guss- und Schmiedeeisen und ab 1825 auch von
Schweißeisen als Ausgangsmaterial für eine neue Art von Brücken.
Der Massivbrückenbau setzte sich dagegen erst wieder nach der Wiederentdeckung
schnell erhärtender hydraulischer Bindemittel, wie durch Josef Asplin (1979 bis 1855)
mit seinem durch Brennen einer Mischung aus Ton und gelöschten Kalkstein oder
Straßenstaub erzeugten Portland-Zement, durch.
Nach 1850 wurde mehrfach versucht durch Eisenbewehrungen den Betonbauteilen
eine höhere Festigkeit zu verleihen. Den Durchbruch erreichte der Pariser Gärtner Jo-
sef Monier mit seinen Blumenkübeln und einem Wasserbehälter von immerhin 2000
m³ Fassungsvermögen.
Die erste Theorie zur Berechnung der Tragfähigkeit des Verbundes von Eisen und
Beton stellte M. Koenen (1849 bis 1924) im Jahre 1886 auf.
Die Durchsetzung dieser Bauweise erfolgte vor allem durch E. Mörsch mit dem Bau
der 1903/1904 erbauten Isar-Brücke bei Grünwald.
- 2 -
Doch zeigte hierbei bei belasteten Balken die Biegezugfestigkeit des bewehrten Be-
tons bald ihre Grenzen durch Bildung von Rissen im Beton.
Ein Ausweg, diesen Nachteil zu umgehen, bestand in dem Prinzip, das Bauelement
entgegen der Richtung der zu erwartenden Zugkräfte unter Druck zu bringen. Mit dem
ersten Patent hierzu von dem Amerikaner Jackson begann 1886 die Entwicklung des
Spannbetons.
Der französische Ingenieur Freyssinet war mit seinen theoretischen und praktischen
Fähigkeiten der geeignete Mann, dieser Bauweise zum Durchbruch zu verhelfen.
Die theoretischen Grundlagen zur Berechnung solcher Bauwerke wurden vor allem
von G. Magnel (Gent, Belgien), E. Mörsch (Stuttgart) und F. Dischinger (Berlin) erar-
beitet.
Damit begann ab Mitte des 20. Jahrhunderts eine stürmische Entwicklung des Span-
netonbrückenbaus, die von den Nutzern dieser Baukunst beim schnellen Überfahren
kaum noch wahrgenommen werden und erst zur Kritik Anlass geben, wenn sie in der
Ansicht als reine Zweckbauten und störend im Landschaftsbild empfunden werden.
Deshalb geht die Entwicklung hin zur formschönen Gestaltung der Brücken und deren
zwanglos scheinende Einbindung in die Natur, auch bei Inkaufnahme höherer Bau-
kosten.
1.2 Abgrenzung und Zielsetzung
Diese Arbeit berührt nur einen Teilaspekt des Brückenbaus und zwar die Entwicklung
bis zum Bau von Brücken aus Spannbeton. Hierbei werden die beiden Grundbaustof-
fe Beton und Stahl im Altertum kurz und von 1935 an in möglichst allen Entwicklungs-
schritten betrachtet.
Wie im folgenden nachgewiesen, setz die wissenschaftliche Anwendung von Spann-
beton hauptsächlich zwei Dinge voraus:
·
einen Beton mit hoher Druckfestigkeit und
·
einen Stahl mit hoher Zugfestigkeit bei guter Dehnfähigkeit.
Zur technischen Durchführung bedurfte es besonderer Methoden, die mit ihren zahl-
reichen Entwicklungen genannt werden.
Es werden ausgeführte Spannbeton-Brücken in ihrer ersten Anwendung von jeweils
neuen Baustoffen oder Bauverfahren vorgestellt.
Erwähnt wird auch die Entwicklung von Löhnen, Preisen, Straßenkilometern und
Fahrzeugdichte in diesem Zeitrahmen.
Diese Arbeit endet mit der Zusammenstellung von Überwachungs- und Sanierungs-
verfahren für Spannbeton-Brückenbauwerke.
- 3 -
1.3 Untersuchungsmethoden
Dem Verfasser standen zur systematischen Verfolgung der einzelnen Entwicklungs-
schritte bei der Herstellung von Beton, Stahl, Spannbeton und nicht zuletzt der
Spannbeton-Brücken Fachliteratur in Form von Kalendern, Zeitschriften und Ta-
gungsberichten sowie Mitteilungen des Statistischen Bundesamtes zur Verfügung,
beginnend mit dem Jahr 1932.
Die Darstellung in Entwicklungsschritten führte zur chronologischen Einteilung auch
der einzelnen Baustoffe und Baumethoden, wobei dem Verfasser die persönliche ein-
schlägige berufliche Erfahrung von 1941 bis 2001 hilfreich war.
- 4 -
2 Beton
2.1 Zement
2.1.1 Historische Angaben
Hydraulische Bindemittel verwendeten bereits die Römer im letzten Jahrhun-
dert vor Chr. als sie Pfeiler mittels Senkkästen im Strom gründeten und dabei
auf byzantinische Überlieferungen zurückkamen.
[359, S.18]
Zum Senkkastenverfahren schreibt Vitruv (zwischen 29 und 14 vor Chr.) in
seinem lehrbuchartigen 10bändigen Werk u. a.:
,,Schließlich wird der Grund mit einer Mischung von Bruchstein und einem
hydraulisch bindenden Mörtel aus Kalk und Puzzolanerde betoniert.
[359, S. 28]
Im Betonkalender 1998, Teil I, Seite 1, heißt es hierzu:
,,Bereits in der Antike haben z. B. die Phönizier und die Griechen, vor allem
die Römer, mit dem Beton für die damalige Zeit außerordentlich bemerkens-
werte Bauwerke erstellt. Unter einem betontechnologischen Blickwinkel un-
terscheiden sich die damals verwendeten Zemente von den heutigen vor al-
lem dadurch, dass sie wesentlich langsamer erhärteten. In seinem Endstadi-
um entspricht aber der Zementstein des Römerbetons weitgehend dem eines
Zementsteins im Beton unserer Zeit. Die auch noch in Deutschland vorhan-
denen Bauteile und Bauwerke aus Römerbeton zeugen von den damaligen
Einsatzmöglichkeiten und von der Dauerhaftigkeit dieses Baustoffes.
[106, S. 1]
Mörtel als Gemische aus geeigneten Naturstoffen wurden seit langem ver-
wandt. Wahrscheinlich mischten als erste die Phönizier Kalk und Mehl von
Ziegeln, die aus besonderem Schlamm geformt und gebrannt wurden, oder
machten aus Kalk und vulkanische Asche wasserfest härtende Mörtel.
Im Mittelmeerraum bewahrte man die Kenntnisse um die Bereitung hydrauli-
scher Mörtel aus vulkanischen Ablagerungen. Besonders die nach der Fund-
stelle Puzzoli in der Nähe Neapels genannte Puzzolanerde erwies sich als
vorzüglicher Rohstoff
[359, S. 113]
- 5 -
2.1.2 Weiterentwicklung
Damit der Massivbau den vom Stahlbau im 18. und 19. Jahrhundert erzielten
Vorsprung wieder einholen konnte, bedurfte es zu allererst eines rasch här-
tenden hydraulischen Bindemittels. Das Problem bestand hierbei nicht darin,
einen Mörtel überhaupt zu finden, sondern ihn aus häufig vorkommenden
Rohstoffen durch industrielles Verfahren massenhaft und in gleichmäßig gu-
ter Qualität bereitzustellen.
Den Begriff ,,Beton" prägte der französische Ingenieur Bélidor für wasserge-
bundene Grobmörtel in seinem Buch ,,Architecture hydrauligue", 1753.
Der Engländer James Paker erhielt im Jahre 1796 ein Patent auf ein aus
Kalkmehl und reichlich Tonerde gebranntes Bindemittel. Bereits im Jahre
1816 verwendete man in Frankreich einen aus diesem Pulver hergestellten
Beton für eine große Brücke.
Nach langwierigen Versuchen gelang dem Engländer Joseph Aspdin (1779
bis 1855) die Herstellung eines künstlichen hydraulischen Bindemittels für
Beton durch Brennen einer Mischung aus Ton und gelöstem Kalkstein oder
Straßenstaub. Wegen seiner dem in seiner Heimat beliebten Portlandzement
ähnlichen Farbe nannte er diese Bindemittel ,,Portland-Zement".
Am 21. Oktober 1824 erhielt er hierauf ein Patent.
Auch in einigen anderen Gebieten Europas fand man geeignetes Material für
den Mörtel, z. B. den Traß im Eifelgebirge. In Deutschland stellte ab 1853 ein
kleiner Betrieb bei Stettin Portland-Zement her.
Wengleich zur Anwendung des neuen Materials erst Bedenken seitens der
Ingenieure überwunden werden mussten, so gelang es doch infolge seiner
zum Haustein viel geringeren Kosten allmählich im Brückenbau zum Einsatz.
Anfangs verwendete man es in Form des Stampfbetons, womit ab 1860 in
Frankreich und Spanien bereits Brücken mit Spannweiten bis 35 m entstan-
den.
[359, S. 113, 114]
Heute werden vor allem Portlandzemente (PZ) und Hochofenzemente (HOZ)
- das sind Mischungen aus PZ und geeigneten Hochofenschlacken - einge-
setzt.
Weiterhin gibt es noch eine Anzahl besonderer Zemente dem andere Stoffe
wie z. B. Traß, Flugasche oder Ölschiefer zugesetzt werden. Zementähnliche
Bindemittel wie hochhydraulischer Kalk oder auch Magnesia werden im Bau-
wesen ebenfalls für bestimmt Aufgaben eingesetzt, aber in Deutschland nicht
zu den eigentlichen Zementen gezählt.
[358, S. 9]
Der Träger der Erhärtung dieses pulverförmigen Zements, das durch Bren-
nen und Mahlen bestimmter kalk- und tonartiger Gesteine erzeugt wird, sind
in erster Linie verschiedene Calciumsilikate, aus denen durch die Reaktion
mit Wasser Calciumsilikathydrate entstehen.
[359, S. 9]
- 6 -
2.1.3 Entwicklung in Deutschland
1910 werden Handelszemente Z 225 verwendet, die nach 7 Tagen Wasser-
lagerung 12,0 und nach 28 Tagen 25,0 MN/m
2
Druckfestigkeit erbringen
müssen.
1927 werden diese Anforderungen erhöht auf 18,0 bzw. 27,5, bei gemischter
Lagerung nach 28 Tagen auf 35,0 MN/m
2.
Außerdem wird ein hochwertiger
Normenzement Z 325 eingeführt mit den Druckfestigkeiten
25,0 MN/m
2
nach drei Tagen Wasserlagerung und 50,0 MN/m
2
nach 28 Ta-
gen gemischter Lagerung.
1932 steht ein höherwertiger Normenzement Z 425 zur Verfügung mit den
Anforderungen 30,0 MN/m² nach 1 Tag Wasserlagerung, 50,0 nach 3 Tagen
Wasserlagerung und 65,0 nach 28 Tagen gemischter Lagerung
[361 S. 511]
1944 werden nach ihrer chemischen Zusammensetzung unterschieden:
· Portlandzement
· Eisenportlandzement und
· Hochofenzement
Es gibt weiterhin die Festigkeitsklassen Z 225, Z 325 und Z 425, wobei ledig-
lich für erdfeuchten Normenmörtel für den Z 225 die zu erbringenden Festig-
keiten auf 20.0 MN/m
2
nach 7 Tagen Wasserlagerung bzw. 30,0 nach 28 Ta-
gen und 40,0 nach 28 Tagen gemischter Lagerung erhöht wurden.
Neu eingeführt wird plastischer Normenmörtel gleicher Druckfestigkeit mit al-
lerdings reduzierten Anforderungen an die Festigkeit nach 28 Tagen ge-
mischter Lagerung, die der Nennfestigkeit entspricht; z. B. 425 kg/ cm
2
für
den Z 425.
Auch werden bereits Spezialzemente verwendet, wie
· Traßzement
· Mischbinder
· Tonerdezement
· Naturzement und
· ,,präparierte" Zemente
[8 S. 202 bis 209]
1953 wird in der chemischen Zusammensetzung Titanoxyd und, anstatt Cal-
ciumsulfat und Calciumsulfid, nunmehr der Begriff Sulfat verwendet. Es wird
darauf hingewiesen, dass all diese chemischen Bestandteile ausnahmslos
säurelöslich sind und Beständigkeit gegenüber anorganischen oder organi-
schen Säuren nicht zu erwarten ist, und auch sehr weiche Wässer wasser-
schädliche säurelösliche Bestandteile enthalten können.
[9 S. 108,135]
- 7 -
1954 erfolgt eine Reduzierung der Anforderungen an die Druckfestigkeiten
der Zemente gegenüber denen von 1932 von 27,5 MN/m
2
auf 22,5 nach 28
Tagen Wasserlagerung für den Z 225 und von 50,0 auf 30,0 nach 3 Tagen
Wasserlagerung für den Z 425 bei gleichzeitiger Erhöhung der Anforderung
an die Biegefestigkeit von z. B. 3,0 auf 6,0 MN/m
2
für den Z 325 nach 28 Ta-
gen Wasserlagerung.
[361, S. 511]
1974 werden sechs Zementfestigkeiten unterschieden:
250, 350L, 350F, 450L, 450F, und 550.
Für die Druckfestigkeiten sind minimale und maximale Werte vorgegeben,
wobei die minimalen Werte den Nennfestigkeiten in kp/cm
2
entsprechen. Die
maximalen Werte liegen um 200 kp/cm
2
darüber.
Die Bezeichnung L steht für langsames Erhärten und F für die höhere An-
fangsfestigkeit, speziell für frühzeitiges Vorspannen und Ausrüsten und Beto-
nieren bei niedriger Temperatur.
[40 S. 5 bis 7]
1978 findet ab den 1. Januar das Gesetz über Einheiten im Meßwesen vom
02.07.1969 mit dem allgemeinen Gebrauch der neuen Basiseinheiten nach
dem SJ-System Anwendung. Anstatt bisher mit 1kp = 1 kg x 9,80665 msec
-2
=
9,80665N wird nun mit 1kp=10N gerechnet und somit aus 250 kg/cm
2
25
MN/m
2
(=N/mm
2
).
Die Festigkeiten sind nunmehr Z 25, Z 35L, Z 35F, Z 45L, Z 45F und Z 55.
[46 S.3]
[45 S III, 9]
1986 werden in DIN 1164 nach ihrer Zusammensetzung aus
· Portlandzementklinker
· Hüttensand bzw Ölschieferabbrand
· Traß bzw. Lava und
· Flugasche bzw. Phonolith bzw. Kalksteinmehl
zehn Zemente genannt:
· Portlandzement
· Eisenportlandzement
· Hochofenzement
· Traßzement
· Portlandzement HS
· Portlandzement NW
· Portlandzement NA
· Hochofenzement HS
· Hochofenzement NW und
· Hochofenzement NA
Zulassungen liegen vor für
· Ölschieferzement
· Flugaschezement
- 8 -
· Flugaschehüttenzement
· Phonolithzement
· Traß- Hochofenzement NW/HS
· Vulkanzement (Lavazement) und
· Portlandkalksteinzement
[66 S. 3 bis 7]
1995 soll die Euronorm ENV 197-1 DIN 1164 Teil 1, Ausgabe 03.90 ersetzen.
Es sind zwölf CEM-Klassen vorgesehen, die im wesentlichen den Bezeich-
nungen von 1986 entsprechen mit den Festigkeitsklassen
32,5; 32,5R; 42,5; 42,5R; 52,5 und 52,5R.
Es wird weiterhin unterschieden in Zement mit üblicher Anfangserhärtung
und schnell erhärtenden R-Zementen (R für rapid). Die Anforderungen an die
Druckfestigkeiten entsprechen mindestens der Nennfestigkeit in N/mm
2
. Die
oberen Grenzen liegen bei den Zementen 32,5 und 42,5 20N/mm
2
darüber.
Das entspricht einer Reduzierung um 2,5N/mm
2
im Alter von 28 Tagen ge-
genüber den Werten in DIN 1164 Teil 1 Ausgabe 03.90.
[93 S. 8 bis 15]
1997 werden für die Anwendungsbereiche
· Beton- und Stahlbeton
· hoher Widerstand gegen Sulfatangriff
· Alkalireaktionen
· hoher Widerstand gegen Frost- und Tausalzangriffe
· sehr starke Frost- und Tausalzwiderstände
· Spannbeton
· Einpressmörtel für Spannbeton
· Betonwaren
· Leichtbetonwände (haufwerkporiges Gefüge) und
· Leichtbeton und Stahlleichtbeton (geschlossenes Gefüge)
die hierfür jeweils anwendbaren Zemente angegeben.
[102 S. 11 bis 16]
2001 werden die für die Betonherstellung in Deutschland anwendbare Ze-
mente in die Expositionsklassen XO bis XM3 nach EN 206-1 unterteilt für die
Anwendungsbereiche
· kein Korrosions- oder Angriffsrisiko
· Korrosion, ausgelöst durch Karbonatisierung
· Korrosion, verursacht durch Chloride bei Meerwasser
oder kein Meerwasser
· Frostangriff ohne Taumittel,
mit Taumittel und
mit Taumittel bei hoher Wassersättigung
· chemischer Angriff schwach oder
mäßig stark
· Verschleiß
· Spannbeton mit sofortigem und nachträglichem Verbund.
- 9 -
2.1.4 Neuere Spezialzemente
2003 wurden spezielle Zemente für besondere Betone verwendet:
· Zement ASTM Typ 2 für einen B 140 für das Hochhaus Two Union Square
[118 S. 202]
· Zement CEM I 42,5 R-HS für einen B85
[281 S. 201]
· Zement CEM I 52,5 R-HS für einen Ultra-Hochleistungsbeton (UH PC) mit
Druckfestigkeiten über 200 N/mm
2
[261, S. 458]
· Zement CEM II/A-LL 42,5 R für selbstverdichtenden Beton (SVB)
[267 S. 691]
· Zement 375 H (TZ 2) für Faserbeton
[250 S. 362]
In Deutschland wurden die ersten Anwendungen von Hochleistungsbeton im
Brückenbau mehr als zehn Jahre später als im Ausland (USA, Japan, Nor-
wegen) realisiert.
[281 S. 201]
Die Weiterentwicklung sind Ultra-Hochleistungsbetone (UHPC = Ultra High
Performance Concrete) bis hin zu sogenannten ,,Reaktive Powder Concrete"
dessen Druckfestigkeit bis 1000 N/mm
2
reichen soll.
[261 S. 458]
Auch für selbstverdichtenden Beton sind in Deutschland in der Neufassung
der DIN 1045-1 keine speziellen Anwendungsregeln vorgesehen, so dass
dessen Anwendung der Zustimmung im Einzelfall bedarf.
[267 S. 691]
- 10 -
2.1.5 Prüfmethoden
1944 werden folgende Prüfungen der Zemente durchgeführt:
· Zur Zeit der Auslieferung durch das Werk darf der Glühverlust des Zementes
höchstens 50% betragen.
· Die Prüfung auf Knollenbildung als Nachweis der trockenen und nicht zu lan-
gen Lagerung
· Nachweis der Mahlfeinheit am Sieb mit 4900 Maschen/cm
2
· Prüfung der Raumbeständigkeit an Kuchen von 8 bis 10 cm Durchmesser
nach Koch- und Kaltwasserversuchen
· Nachweis des Erstarrungsbeginns
· Prüfung der Zementfestigkeit an Druckwürfeln von 7 cm Kantenlänge bzw.
Zugkörper in Achterform. Seit 1942 sind Prismen von 4 x 4 x 16 cm
3
vorge-
schrieben, die zunächst auf Biegefestigkeit und an den anfallenden Prismen-
hälften auf Druckfestigkeit geprüft werden.
[8, S. 202]
1970 werden neue Normenblätter DIN 1164 mit neuen Zementfestigkeiten
eingeführt, die sich auf ein neues Prüfverfahren stützen.
Es wird unterschieden in Zemente mit langsamer Anfangserhärtung (L) und
solche mit höherer Anfangsfestigkeit (F) wie auch in Zemente mit niedriger
Hydrationswärme (NW) und hohen Sulfatwiderstand (HS).
Nicht genormte Sonderzemente sind die Quellzemente bei denen ein anfäng-
licher Quellprozeß das später einsetzende Schwinden überlagert.
Sulfathüttenzemente werden nicht mehr hergestellt.
[32. S. 2]
1974 ist nach DIN 1164 nachzuweisen, dass der Zement so fein gemahlen
ist, das seine spezifische Oberfläche geprüft mit dem Luftdurchlässigkeitsver-
fahren nach DIN 1164 Blatt 4, im allgemeinen 2200 cm
2
/g und in Sonderfällen
2000 cm
2
/g nicht unterschreiten.
[40 S. 2]
1997 sind mit DIN 1164 Teil 1 neu für die CEM-Zemente Erstarrungsbeginn
und
- ende nachzuweisen. Im Rahmen der Eigenüberwachung sind für die Güte-
überwachung der Zemente DIN 1164 Teil 2 sowie die ergänzenden Richtli-
nien von September 1981 zu beachten.
[102 S. 7]
- 11 -
2.1.6 Regelwerk für Zement
1928 wird am 20. September die Anweisung für Mörtel und Beton (AMB) ein-
geführt.
[1 S. 11]
1932 gilt ab dem 8. Mai die Deutsche Norm für Portlandzement. Eisenport-
landzement und Hochofenzement (DIN 1164).
1942 erscheint im Juli eine Neufassung der DIN 1164, die
[8 S. 458]
1958 im Dezember abgelöst wird.
[30 S. 979]
1970 erfolgt im Juni mit der Benennung Portland-, Eisenportland-, Hochofen-
und Traßzement eine neue Vorlage der DIN 1164, die
[35 S. 1084]
1978 im Dezember von der ,,Allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung von
Zement" abgelöst wird
[56 S. 449]
und bis1986 (1. April) gültig ist.
[70. S. 310]
1990 wird im März das Prüfverfahren für Zement DIN EN 196 Teil 1,3 einge-
führt.
[87 S. 3, 687]
1994 gilt ab Oktober DIN 1164: Zement Teil 1 (Anforderungen)
[103 S. 383]
und ab1995 im Juni DIN 1164: Zement Teil 2 (Güteüberwachung)
[98 S. 774]
- 12 -
2.2 Zuschlagstoffe
1944 werden als geeignete Zuschlagstoffe genannt:
·
lose Ablagerungen von Sand und Kies
·
zerkleinerte Stoffe aus Natursteinen wie Quetsch- oder Reibsand, Splitt, Stein-
schlag und Schotter
·
zerkleinerte Stoffe aus künstlichen Stoffen wie Hochofenschlacken, Kesselschlacke
und Ziegelbruch.
Als Schädliche Stoffe werden ausgelassen
·
Lehm und Ton
·
Humus und organische Stoffe
·
Kohlen, besonders Braunkohlen
·
grobblasige oder schaumige Stoffe in der Hochofenschlacke und
·
Schwefelverbindungen.
Es werden Siebkurven für brauchbare und besonders gute Bereiche für jeweils Sand
nach DIN 1045, Betonzuschläge nach DIN 1045 und Betonzuschläge nach AMB vorge-
geben.
[8 S. 211]
1953 sind die natürlichen und künstlichen Zuschlagstoffe dem
·
Schwerstbeton
·
gewöhnlichen Beton (Schwerbeton) und
·
Leichtbeton zugeordnet.
Die Korngrößen werden nach DIN 1045 § 5 unterteilt in
·
Betonfeinsand
·
Betongrobsand
·
Betonfeinkies bzw. Betonsplitt und
·
Betongrobkies bzw. Betonsteinschlag,
zu deren Bestimmung Siebe von 1, 7, 30 und 70 mm Verwendung finden.
[9 S. 110]
1971 enthalten DIN 1045 bzw. 4226 neue Bezeichnungen der Korngrößen
·
Feinstsand
·
Feinsand
·
Grobsand
·
Kies bzw. Splitt und
·
Grobkies bzw. Schotter mit Sieben von 0,25, 1, 4, 31,5 und 63 mm Durchmesser.
Auch werden neue Sieblinien A - F vorgegeben.
[32 S. 4]
- 13 -
1974 stehen neue Sieblinien 1 bis 5 für Größtkorndurchmesser von 8, 16, 32 und 63
mm zur Verfügung.
[40 S. 13]
1986 werden gemäß DIN 4226 Teil 2 folgende Leichtzuschläge verwendet:
·
Naturbims
·
Schaumlava
·
Hüttenbims
·
Sinterbims
·
Ziegelsplitt
·
Blähton und Blähschiefer mit einer Kornrohdichte zwischen 0,4 und 1,9 kg/dm
3
.
Außerdem stehen zur Verfügung organische Leichtzuschläge wie
·
Holzwolle
·
Holzspäne
·
Holzmehl und
·
geschäumter Kunststoffzuschlag
mit 0,1 bis 1,0 kg/dm
3
Kornrohdichte.
Als hochwärmedämmende anorganische Leichtzuschläge stehen bereit
·
Kieselgur
·
Blähsplitt
·
Blähglimmer
·
Schaumsand und Schaumkies bei einer
Korndichte von 01 bis 0,4 kg/dm
3
.
[66 S. 64]
1988 wird der Betonzuschlag nach alkaliempfindlichen Bestandteilen beurteilt, wobei
·
E I als unbedenklich,
·
E II bedingt brauchbar und
·
E III als bedenklich gelten.
Bezogen auf Feuchtigkeitsklassen sind vorbeugende Maßnahmen gegen Alkalireaktio-
nen im Beton erforderlich für WF (feucht) und WA (feucht+Alkalizufuhr von außen).
[72 S. 14]
1995 wird darauf hingewiesen, dass Betonzuschläge mit alkalilöslicher Kieselsäure in
feuchter Umgebung mit den Alkalien im Beton reagieren können. Als alkaliempfindlich
gelten Gesteine, die amorphe oder feinkristalline Kieselsäure enthalten, z. B. Opal,
Chalcedon und bestimmte Flinte im Norden und Osten Deutschlands.
- 14 -
[93 S. 22]
1998 werden für B 45 / B 85
·
Sand 0 - 2 mm
·
Zuschlag 2 - 8 mm und
·
Zuschlag 8 - 16 mm getrennt zugewogen.
[244 S. 118]
Für einen hochfesten Beton (B65 bis B115) ist die Sandmenge fortlaufend zu messen.
Die Messung ist am Betoniertag vor Betonierbeginn durch Darren zu kontrollieren:
Die Kornzusammensetzung der einzelnen Korngruppen ist einmal am Betoniertag zu
bestimmen.
[109 S. 135]
Zum Bau des SI-Hotels in Stuttgart wurden für den B 85
·
Rheinmaterial 0/2 mm und
·
Moränematerial 2/8 und 8/16 mm verwendet.
[249 S. 59]
2001 gelangte für einen Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC) Sand 0,125/0,50 zum Ein-
satz.
[261 S. 458]
2003 muss bei der Herstellung eines selbstverdichtenden Betons die Sieblinie des Zu-
schlags bei der Maschenwerte 0,125 mm mit + 1,0 M - % und bei den Maschenwerten
0,25 mm und 1,0 mm mit + 2,0 M - % des Gesamtzuschlages eingehalten werden.
Rezyklierter Zuschlag darf hierbei nicht verwendet werden und das Größtkorn des Zu-
schlages mit 8 mm < D < 16 mm hat der Bedingung D < ds mit ds als Abstand der Be-
wehrungsstäbe zu entsprechen.
Die Forderung nach einem möglichst grobkörnigen Zuschlagsgemisch entfällt.
[292 S. 316,328]
- 15 -
2.3 Anmachwasser
2.3.1 Allgemeine Angaben
Eugen Dyckerhoff definierte Stampfbeton folgendermaßen:
,,Unter Stampfbeton versteht man einen Beton mit einer Mischung von Portland-
zement ggf. unter Zusatz von etwas hydraulischem oder Fettkalk mit Kiessand,
Kiessteinen oder Steinschlag, welcher im erdfeuchten Zustand zubereitet und in
dünnen Lagen in Formen oder zwischen Schalungen eingebracht und solange
mit schweren Stampfern behandelt wird, bis die Masse dicht bzw. geschlossen
ist und sich Wasser an der Oberfläche zeigt."
Die Bedeutung des Wassergehaltes des Frischbetons für die mechanischen Ei-
genschaften des erhärteten Betons war zunächst nur indirekt aus den Erfahrun-
gen des Lehmbaus bekannt, obwohl schon 1897 René Feret über den Einfluss
der Dichte und des Wassergehaltes von Mörteln auf deren Druckfestigkeit be-
richtet hatte. Die ,,Vorläufigen Leitsätze für die Vorbereitung, Ausführung und
Prüfung von Eisenbetonbauten", die im Jahre 1904 vom Verband deutscher Ar-
chitekten- und Ingenieur-Vereine und dem Deutschen Beton-Verein herausge-
geben wurden, enthalten bezüglich der Betonzusammensetzung lediglich die
Forderung nach einem Mischungsverhältnis PZ: Sand (:Kies) = 1 : 3 (:3).
In seiner Arbeit ,,Design of Conrete Mixtures" behandelt Abrams auf der Grund-
lage von mehr als 5000 Versuchen den Kornaufbau der Betonzuschläge, die
Konsistenz des Frischbetons sowie den Gehalt des Frischbetons an Wasser,
Zement, Sand und Kies und den Einfluss dieser Parameter auf die zu erwarten-
de Druckfestigkeit des Betons.
Von besonderer Bedeutung ist seine Erkenntnis, dass der wichtigste Parameter
in der Betontechnologie der Wasserzementwert, also das Gewichts- oder Volu-
menverhältnis von Wasser zu Zement ist.
Er zeigt ferner, dass im Vergleich zur Bedeutung des Wasserzementwerts der
Zementgehalt des Betons nur eine untergeordnete Rolle spielt, solange der
Frischbeton ausreichend verarbeitbar ist.
[245 S. 359]
- 16 -
2.3.2 Von 1943 bis 2003
1943 sind nach den Stahlbetonbestimmungen (DIN 1045) §5, Ziff. 5, als An-
machwasser alle in der Natur vorkommender Wässer geeignet, soweit sie nicht
stark verunreinigt sind. Tonerdezement darf nicht mit salzhaltigem Wasser an-
gemacht werden. Bei der Beurteilung von Wässern muss streng unterschieden
werden zwischen solchen, die als Anmachwasser vorgesehen sind, und solchen
die später auf den erhärteten Beton, z. B. als Grundwasser einwirken können.
Viele Wässer die dem erhärteten Beton schädlich werden können, sind als An-
machwasser unbedenklich verwendbar. Entgegen früheren Ansichten sind
Moorwasser, kohlensäurehaltige Wässer, die erhärteten Beton bei dauernder
Einwirkung angreifen können, als Anmachwasser verwendbar. Auch nicht zu
salzhaltiges Wasser kann bei gewöhnlichen Normenzementen verwendet wer-
den, nicht aber bei Tonerdezement, da dieser Abbindestörungen erleiden kann.
Bei systematischen Versuchen des Auslandes haben auch Abwässer von sehr
fragwürdigen Aussehen und Geruch, als Anmachwasser verwendet, keine
Schädigungen des Beton verursacht. Dies darf indessen nicht Anlass zur Un-
vorsichtigkeit geben.
Grundsätzlich auszuschließen sind öl- und fetthaltige, sowie zuckerhaltige Wäs-
ser. Diese können -namentlich das Zuckerwasser- zu Abbindestörungen Anlass
geben.
Anmachwasser mit mehr als 1 v. H. SO
3
und mit mehr als 3 v. H. Kochsalz füh-
ren zu mehr oder weniger deutlichen Beeinträchtigungen der Betonfestigkeit,
weshalb dort Vorsicht geboten ist.
Aus der chemischen Analyse des Wassers allein ist wegen des unterschiedli-
chen Verhaltens der verschiedenen Bindemittel eine einwandfreie Beurteilung
nicht möglich; es muss eine Eignungsprüfung am Beton nach DIN 1048 durch-
geführt werden. Neben Festigkeitsbeeinträchtigungen besteht auch die Gefahr
des Auftretens von Ausblühungen. Bei verdächtigen Wässern ist eine Untersu-
chung durch eine Materialprüfungsanstalt, die entsprechende Erfahrungen be-
züglich des chemischen Verhaltens der Bindemittel besitzt, zu empfehlen.
[8 S. 218]
1953 wird noch einmal betont, dass der nachdrücklichste und wirksamste Ein-
flussfaktor auf die Festigkeit des Betons die Höhe des Wasserzusatzes, oder
genauer ausgedrückt, die Höhe des Wasserzementverhältnisses W/Z nach Ge-
wicht ist.
Die Höhe des Wasserzusatzes W ist bestimmt durch die jeweils geforderte Be-
tonsteife.
Der Bemessung des Wasserzusatzes bei der Betonbereitung ist die gleiche
Sorgfalt zu widmen wie der genauen Abmessung des Zementzusatzes.
1974 wird auch die Oberflächenfeuchtigkeit des Zuschlages bei der Wasserzu-
gabe berücksichtigt. An der Mischmaschine ist die abzumessende Wassermen-
ge mit 3 Gew. - % einzuhalten.
In Sonderfällen kann auch Wasser anderen Ursprungs zur Anmachwassermen-
ge beitragen, wie z. B. das Wasser von Kunststoffdispersionen und das Kon-
denswasser beim Dampfmischen.
- 17 -
Als Zugabewasser sind die meisten in der Natur vorkommenden Wässer geeig-
net, wie z. B. Regenwasser, Grundwasser, Moorwasser, nicht durch Industrie-
abwässer verunreinigtes Flußwasser. Häufig gilt das auch für natürliche Wässer
die nach DIN 4030 als betonangreifend für erhärteten Beton gelten.
Wasser mit hohem Gehalt an korrosionsfördernden Bestandteilen, wie z. B. mit
hohem Chloridgehalt kann als Anmachwasser für unbewehrten Beton zwar noch
geeignet sein. Für bewehrten Beton aber nicht, wenn dadurch der Korrosions-
schutz der Bewehrung im Beton beeinträchtigt wird.
Für Spannbeton und für Einpressmörtel darf der Chloridgehalt des Zugabewas-
sers 600 bzw. 300 mg/Liter nicht überschreiten.
Nicht geeignet als Zugabewasser für Beton sind auch stark verunreinigte Wäs-
ser, die das Erhärten oder bestimmte Eigenschaften des erhärteten Betons un-
günstig beeinflussen wie z. B. öl-, fett- und zuckerhaltige Wässer. Humushaltige
Wässer können sich bereits in geringen Mengen nachteilig auf das Erstarren
und Erhärten des Betons auswirken. Festigkeitsbeeinträchtigungen können
auch durch Zugabewasser verursacht sein, das größere Mengen an Algen ent-
hält oder mit Ton stark verunreinigt ist.
[40 S. 15]
1995 wird darauf hingewiesen, dass aus Gründen des Umweltschutzes Brauch-
wassers, das in Transportbauwerken, z. B. beim Reinigen stationärer oder der
Fahrzeugmischtrommeln anfällt, wegen des hohen PH-Wertes des Brauchwas-
sers nicht oder nur in beschränktem Umfang dem Abwasser zugeführt werden.
Diese sogenannten Restwässer können bei Einhaltung bestimmter Randbedin-
gungen zur Betonherstellung verwendet werden, wenn sie nach dem Merkblatt
des Deutschen Betonvereins von Januar 1982 als brauchbar eingestuft sind;
ausgenommen für Beton mit Luftporenbildner.
[207], [360]
Im Restwasser enthaltene Feststoffe müssen homogen verteilt sein, bzw. abge-
schieden werden. Sie sind bei der Bestimmung des Mehlkorngehaltes der Be-
tonmischung zu berücksichtigen.
Um zu verhindern, dass Restwasser Komponenten enthält, die z. B. aus Zu-
satzmitteln im Restbeton oder Restmörtel stammen und für die Bewehrung und
insbesondere für den Spannstahl korrosionsfördernd sein können, wird gefor-
dert, dass alle im Restbeton oder -mörtel enthaltenen Zusatzmittel die elektro-
chemische Prüfung nach der Richtlinie für die Zuteilung von Prüfzeichen der Be-
tonzusatzmittel bestanden haben müssen.
[362]
Mit Fett oder Öl verunreinigte Waschwässer sind gesondert aufzubereiten.
Das CEN, TC 104 hat den Entwurf einer europäischen Norm pr EN 1008 erarbeitet,
die in ihren Regelungen den deutschen Normen weitgehend entspricht. Sie enthält
in einem Anhang auch Anforderungen an Restwasser.
[93 S. 34], [360]
1998 wird Mikrosilika als Füllstoff zugegeben, so dass bei Wasserzementwerten
um 0,3 bereits ein geschmeidiger Frischbeton entsteht, der auch bei Ausbreitma-
- 18 -
ßen am oberen Ende des Konsistenzbereiches KF nicht mehr zum Entmischen
neigt und den Einbau mit Betonpumpen und das Verdichten erleichtert.
[244 S. 117]
1999 darf für hochfesten Beton Restwasser nicht verwendet werden.
[291 S. 133]
Obwohl Zement zur vollständigen Hydration etwa 0,38 bis 0,40 Gewichtsteile Was-
ser benötigt, kann die Festigkeit des Zementleims mit einer Absenkung des W/Z-
Wertes unter diesen Betrag gesteigert werden.
Nach den heutigen Erkenntnissen hydratisiert bei diesem niedrigen Wassergehalt
das einzelne Zementkorn selbst bei günstigen Bedingungen nicht mehr vollständig
durch, sondern es verbleibt jeweils ein unhydratischer Zementkornrest, eingebun-
den in das sogenannte Zementgel, bestehen.
Der schwächste Bereich im Betongefüge ist die Kontaktzone, die sich um jedes
Zuschlagpartikel schon kurz nach dem Mischen des Betons infolge der Anlagerung
eines Wasserfilms bildet. Der Wasserfilm in einer natürlichen Dicke von etwa 10
µ
m kann zum einen in seiner Dicke durch die Wirkung eines Wasserentspan-
nungsmittels reduziert werden, zum anderen kann die verbleibende Kontaktzone
durch die Reaktion des dort in großer Menge angelagerten Calciumhydroxids
Ca(OH)2 mit einem puzzolanischen Stoff zu Calciumsilikathydraten KSH in ein
dichtes festes Gefüge übergeführt werden.
Die Absenkung des W/Z-Wertes unter 0,4 auf Werte um 0,31 z. B. für B 85 hat eine
sehr steife Konsistenz des Betons zur Folge, so dass der Beton nicht mehr mit üb-
lichen Mitteln verdichtbar ist. Dem wird entgegen gewirkt durch eine deutliche Er-
höhung des Zementleims und damit des Zementgehalts und durch die Zugabe ho-
her Mengen an hochwirksamen verflüssigenden Zusatzmitteln (FM). Das FM be-
wirkt gleichzeitig infolge seiner teilweisen tensidischen Wirkung eine Reduzierung
der Dicke des Wasserfilms um die Zuschlagkörner und erleichtert so die Beseiti-
gung der porösen, festigkeitsarmen Kontaktzone.
[249 S. 58]
Im Versuchsprogramm für einen Stahlfaserbeton wurde ein Wasser/Zement- Wert
von 0,45 eingehalten. Es ist das Ausbreitmaß durch die Faserzugabe stark verrin-
gert worden. Die Konsistenz des Faserbetons lag im plastischen Bereich (K3), jene
des Nullbetons im weichen Bereich (K4)
[250 S. 362]
2001 wurde für einen Ultra-Hochfesten Beton der Wasser-Bindemittelwert auf rund
0,20 reduziert und der Feststoffgehalt der Matrix durch innere oder reaktive mehl-
feine Zusatzstoffe erhöht.
Wie bei Hochleistungsbetonen kann dem ausgeprägt spröden Bruchverhalten sol-
cher Betone durch eine ausreichende Menge geeigneter Drahtfasern entgegenge-
wirkt werden. Die Konsistenz des Bindemittelleims wurde mit einem Fließmittel auf
Polycarboxylatetherbasis eingestellt, das bei vergleichenden Versuchen am wirk-
samsten verflüssigte und das Erstarren des Betons am wenigsten verzögerte.
[261 S. 458]
Für einen selbstverdichtenden Beton wurde ein Wasser/Zement-Wert von 0,55 ge-
wählt.
- 19 -
[273 S. 225]
Für einen Hochleistungsbeton B 85 waren als Zugabewasser 100 kg/m³ Beton vor-
gesehen, was einem Wasser/Zement-Wert von 0,36 ergab.
[275 S. 305]
Bei einem selbstverdichtenden Beton ergab sich ein starker nicht linearer Anstieg
der Schergrenze
0
, mit abnehmenden Wassergehalt. Es ist damit zu erklären,
dass die einzelnen Puderpartikel einen ,,Mindestwasserbedarf" besitzen, der aus-
schließlich zur Benetzung ihrer Oberfläche dient und nicht zum Fließvermögen des
Leims beiträgt. Erst bei Wassergehalten größer als der ,,Mindestwasserbedarf"
können sich die einzelnen Mehlkornpartikel mehr oder weniger leicht gegeneinan-
der verschieben. Der Vw/Vp-Bereich zwischen 0,71 und 0,74 stellt für die hier un-
tersuchten Betonausgangsstoffe ein Optimum dar.
[276 S. 327]
2003 wird für einen B 75 die Mischungszusammensetzung so gewählt dass bei ei-
ner Variation des Zugabewassers von + 10 Liter je m³ die wesentlichen Anforde-
rungen, wie Endfestigkeit, Dauerhaftigkeit (z. B. Frost- Tonsalzwiderstand und
Pumpbarkeit bei einer bis zu 150 m langen Pumpleitung) noch sicher erreicht wer-
den. Damit wird eine gewisse ,,Unempfindlichkeit" des Betons bezüglich des Was-
sergehaltes erreicht.
[281 S. 204]
Für B II-Baustellen darf gemäß ,,DAfStb-Richtlinie für die Herstellung von Beton un-
ter Verwendung von Restwasser, Restbeton und Restmörtel (1995)" Restwasser
nur verwendet werden, wenn der Feststoffgehalt im Restwasser bekannt ist und bei
der Einwaage kontinuierlich berücksichtigt wird.
[364 S. 317]
- 20 -
2.4 Zusatzmittel
1944 werden Traß und basische Hochofenschlacke gelegentlich als hydraulische Zu-
sätze verwendet.
Beide Stoffe enthalten durch plötzliche Abkühlung aus dem glutflüssigen Zustand auf-
geschlossene, d. h. reaktionsfreie Kieselsäure und sind daher im Stande, nichthydrauli-
sche Stoffe, wie Weißkalk oder dem im Zement vorkommenden freien Kalk hydraulisch
zu machen:
Sie werden wegen dieser Erregereigenschaften als Hydraulite bezeichnet.
Der Zusatz von Traß macht den Beton geschmeidiger und dämpft die Abbindewärme.
Allerdings führt er zu einer durchschnittlichen Erhöhung des Chloridmaßes des Betons
und zu einer Verlangsamung des Erhärtungsfortschrittes.
Als basische Hochofenschlacke gelangt Thurament zur Anwendung als Zusatzmittel.
Es macht den Beton weniger geschmeidig als Traß, greift dafür aber energischer in den
Abbindeprozeß ein und bedingt dadurch ein längeres Feuchthalten des frischen Be-
tons.
[8 S. 210]
1953 gelangen luftporenbildende Zusätze, sogenannte Betonverflüssiger zum Einsatz.
Sie verbessern die Verarbeitbarkeit des Betons und zum Teil auch die Betonfestigkeit
und die Frost- und Wetterbeständigkeit.
Zur Erhöhung der Wasserundurchlässigkeit werden Ceresit, Sika, Tricosal, Trosil und
Bitumenemulsion den Mischungen zugegeben, die den Porencharakter des Betons be-
einflussen.
Die Erstarrungszeiten werden verlangsamt durch Borax, Kupferchlorid, Kupfersulfat und
beschleunigt durch Chlorkalzium, Soda, Eisenvitriol, Aquatox-Rapid, Biber F, Ceresit-
Schnell, Lugato VI, Sika 2 und 3 und Tricosal SZ.
Andere Mittel wirken bei höheren Zusatzmengen beschleunigend und bei geringeren
verlangsamend, wie Kalziumsulfat, Natriumchlorid und Natriumsulfat.
Als Frostschutzmittel werden Salze zugegeben, die jedoch stahlkorrosidierend wirken
und besser durch physikalische Hilfsmittel wie Vorwärmer des Anmachwassers oder
Anwendung von Wärmedämmmitteln ersetzt werden sollten.
Als färbende Mittel kommen Metalloxyde in Frage, die keine Ausblühungen verursa-
chen und den Zement nicht zum Treiben bringen. Solche brauchbaren Mittel sind:
Eisenoxydschwarz, Eisenoxydrot, Eisenoxydgelb, Manganschwarz und Chromoxyd-
grün.
[9 S. 116]
1971 wird darauf hingewiesen, dass soweit noch in Anwendung, bei Sulfathüttenze-
ment Zusatzstoffe zu vermeiden sind.
Zu Betonzusatzmitteln gehören:
·
Betonverflüssiger (BV)
·
luftporenbildende Verflüssiger (LPV)
- 21 -
·
luftporenbildende Betonzusatzmittel (LP)
·
Betonverdichtungsmittel (DM)
·
Erhärtungsverzögerer (VZ)
·
Erstarrungsbeschleuniger (BE)
·
Zusatzmittel für Einpressmörtel für Spannkanäle (EH)
Zu den Betonzusatzstoffen gehören auch Flugaschen, die bauaufsichtlich zugelassen
sein müssen, da mit ihnen auch negative Erfahrungen gemacht wurden.
Das gilt auch für organische Betonzusatzstoffe , wie z. B. solche auf Kunstharzbasis.
[32 S. 7]
1995 werden puzzolanische Stoffe mit hohen Anteilen an Kieselsäure und Tonerde
verwendet, die gut mit Wasser und Calciumhydroxid reagieren und geeignet sind als
Reaktionspartner bei der Hydration des Portlandzements, jedoch mit wesentlich lang-
samerer Reaktionsgeschwindigkeit. Sie bedürfen einer guten Nachbehandlung, damit
im höheren Alter die puzzolanischen Zusatzstoffe wirksam werden.
Die in Deutschland gebräuchlichen Puzzolane , die als Betonzusatzstoffe Einsatz fin-
den, sind
·
natürlicher Traß nach DIN 51043 sowie
·
Steinkohlenflugasche (FA)
·
silikatische Feinstäube (SF) und
·
getempertes Gesteinsmaterial (GG)
Der bei Einhaltung der in den Zulassungen vorgegebenen Randbedingungen günstige
Einfluss von Steinkohlenflugasche auf die Dauerhaftigkeit von Beton ist
u. a. darauf zurückzuführen, dass der teilweise Ersatz von Zement durch Flugasche zu
einer Verbesserung der Porenstruktur des Zementsteins führt.
Für Spannbeton mit sofortigem Verbund nach DIN 4227 Teil 1, sowie für die Einpress-
mörtel nach DIN 4227 Teil 5 ist die Verwendung von Flugasche als Betonzusatzstoff
nicht zulässig.
Latent hydraulische Stoffe sind in ihrer chemischen Zusammensetzung Zemente ähnli-
cher als puzzolanische Stoffe. Sie reagieren mit Wasser in Anwesenheit eines Anre-
gers, z. B. Calciumhydroaxid, ohne mit diesen selbst zu reagieren.
Der wichtigste hydraulische Zusatzstoff im Betonbau ist Hüttensand, der bei einem
schnellen Abkühlen einer basischen Hochofenschlacke entsteht. In Deutschland darf er
jedoch nur als Zumahlstoff bei der Herstellung von Hochofenzementen eingesetzt wer-
den.
[93 S. 28]
1999 wurde in ersten Grundversuchen beispielhaft an hochfestem Beton untersucht,
wie sich unterschiedliche Mengen von Steinkohlenflugasche als Ersatz des Zements
auf die Festigkeitseigenschaften, die Erstarrungstemperatur und das Mikrogefüge von
hochfestem Beton auswirken.
- 22 -
Aus den Versuchsergebnissen kann folgendes geschlossen werden:
·
Die bisher üblichen sehr hohen Zementgehalte dienen nicht dem Festigkeitsgewinn
sondern zu einem erheblichen Teil der Konsistenzverbesserung. Der Zement wird
also hinsichtlich seiner Aufgabe als Bindemittel bei weitem nicht ausgenutzt. Die
bisherige Art der Zusammensetzung von hochfesten Beton ist wirtschaftlich verbes-
serbar.
·
Der Ersatz von bis zu 30 % des Zements durch Steinkohlenflugasche führte auch
für hochfesten Beton bei relativ niedrigen Zementgehalten von 440 kg/m³ bzw. 420
kg/m³ nach einer anfänglichen etwas verlangsamten Festigkeitsentwicklung spätes-
tens nach 56 Tagen zu den gleichen Druckfestigkeiten wie bei Betonen mit reinem
Portlandzement bei einer Lagerung gemäß DIN 1048.
·
Durch die Zugabe von Flugasche und Mikrosilika wird in zunehmendem Maße die
Kontaktzone verdichtet und die Haftfestigkeit zwischen Zuschlag und Bindemittel-
matrix erhöht. Entsprechend verlagert sind bei der Druckfestigkeitsprüfung der
Bruch von ,,um die Zuschläge herum" zu ,,durch die Zuschläge hindurch".
·
Die Temperaturentwicklung der hochfesten Betone wird mit zunehmenden Ersatz
des Portlandzements durch Flugasche zum Teil erheblich verringert. Die Tempera-
turkurven nehmen einen ausgeglichenen Verlauf an.
[249 S. 59]
2001 wurden für einen Ulrtra-Hochleistungsbeton an Zusatzmittel eingesetzt:
·
Mikrosilika M I mit 1
µ
m Größtkorn
·
Mikrosilika M II mit 1
µ
m Größtkorn
·
Quarzmehl Q I mit 300
µ
m Größtkorn
·
Quarzmehl Q II mit 60
µ
m Größtkorn
[261 S. 458]
und für einen selbstverdichtenden Beton 270 kg/m³ Steinkohlenflugasche bei
300 kg /m³ Zement.
[267 S. 691]
2003 basiert die Mischungszusammensetzung für einen B 75 auf einer Silikazugabe
von 30 kg/m³ bei 410 kg/m³ Zement. Die Mikrosilika wurde in Pulverform zudosiert um
französischen Richtlinien gerecht zu werden. Dies bedingte im Mischungsprozeß ein
längeres ,,trockenes" Vormischen von Zuschlag, Silikapulver und Zement, um das Sili-
kapulver aufzumahlen und homogen zu verteilen. Eine Verbesserung könnte hier durch
den Einsatz von wässriger Silikasuspension (Slurry) erreicht werden.
[281 S. 204]]
- 23 -
2.5 Betone
2.5.1 Von 1924 bis 1928
- 24 -
2.5.2 Von 1938 bis 2003
1938 werden drei Betonmischungen ausgegeben.
mit folgenden Druckfestigkeiten:
und Einfluss des Wasserzusatzes:
[4 S. 177]
- 25 -
1971 sind die Angaben für die Mischungen von 1:3, 2 bis 1:13 für Zement zum Zu-
schlag
[32 S. 13]
1974 wird eine höhere Betonfestigkeit erzielt;
abhängig vom W/Z-Wert.
[40 S. 24]
- 26 -
1986 sind die Betonfestigkeitsklassen gemäß der neuen Bezeichnung im
SI-System:
[66 S. 40]
1999 gelten für hochfesten Beton die Festigkeitsklassen:
[109 S. 134]
2000 werden unterschieden:
·
Beton B I auf Baustellen
·
Beton B I auf Baustellen mit Flugasche
·
Verzögerter Beton B I auf Baustellen
·
Fließbeton B I auf Baustellen
·
Beton B II auf Baustellen
·
Transportbeton
·
Trockenbeton B I
·
Trockenbeton B II und Trockenbeton für Transportbeton
·
Spritzbeton aus Trockenbeton
·
Baustellenbeton der Festigkeitsklassen < C 20/25
·
Baustellenbeton der Festigkeitsklassen < 20/25 mit Flugasche
·
Baustellenbeton der Festigkeitsklassen < C 20/25 mit Verzögerer
·
Baustellenbeton der Festigkeitsklassen < C 20/25 mit Fließmittel
·
Leichtbeton B I auf Baustellen
- 27 -
·
Leichtbeton B I auf Baustellen mit Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit
·
Leichtbeton B II auf Baustellen ausgenommen LB 55
·
Tranportbeton aus Leichtbeton mit geschlossenen Gefüge ausgenommen LB
55
·
Spritzbeton aus Leichtbeton mit geschlossenem Gefüge aus Baustellenbeton
oder Transportbeton
·
Einpressmörtel für Spannglieder
·
Tragende Fertigteile aus Beton oder Stahlbeton
·
Fertigteile aus Spannbeton
·
Fertigteile aus Stahlleichtbeton mit geschlossenem Gefüge
·
Stahlbetonhohldielen aus Leichtbeton mit haufwerksporigem Gefüge
[116 S. 188]
Hochfester Leichtbeton zeichnet sich aus durch
·
geringes Eigengewicht
·
hoher Frost- und Frost- Tausalz-Widerstand
·
wärmedämmende Eigenschaften
·
hohes Leistungsvermögen (Druckfestigkeit/Rohdichte)
und findet Anwendung im
·
Hochbau
·
Brückenbau
·
Ingenieurbau
·
Altbausanierung und
·
Wasserbau
[255 S. 393]
- 28 -
2001 sind die Festigkeitsklassen
[115 S. 5]
Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC) erzielt eine weitere Steigerung der Festigkeit
die in erster Linie auf einen sehr niedrigen W/B-Wert von höchstens 0,20 beruht.
Ultrahochfeste Betone verhalten sich spröde und versagen bei Druckbelastung
schlagartig. Deshalb und zur weiteren Erhöhung der Zugfestigkeit wurden bei Ver-
suchen 192 kg (2,5 Vol-%) feine glatte Stahldrahtfasern mit einem Durchmesser
von 0,15 mm und einer Länge von 6 oder 9 mm je m³ zugegeben.
- 29 -
Bei den beschriebenen Untersuchungen war es z. B. möglich, mit nur 140 bis 160 l
Wasser und rd. 26 l Fließmittel je m³ Beton leicht verarbeitbare , weiche bis selbst-
verdichtende UHPC mit einem Größtkorn von 0,5 und 0,8 mm herzustellen.
[255 S. 460]
Selbstverdichtender Beton bietet sich in der Baupraxis vor allem bei Konstruktionen
mit komplexer geometrischer Struktur an, die mit einem Rüttelbeton nicht in einem
Arbeitsgang oder gar nicht betonierbar sind. Zusätzlich können Schalungsmatrizen
exakt wiedergegeben werden, den erhöhten Anforderungen an die Sichtbetonquali-
tät Rechnung getragen und ausführungsbedingte Lunkerbildung oder Einbauteil-
verschiebungen verhindert werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Produkti-
on von Fertigteilen mit SVB ist die Verbesserung der Arbeitsbedingungen durch ei-
ne Reduktion der Lärmimmission. Rüttelgeräte zählen in der Fertigteilindustrie zu
den lärmintensivsten Maschinen überhaupt.
[267 S. 692]
2002 wird Stahlfaserbeton hergestellt.
Das Prinzip der Materialverstärkung durch faserartige Beimischungen ist aus dem
Altertum bekannt. In der Festschrift der Dykerhoff Zementwerke AG anlässlich des
100 jährigen Bestehens berichtet G. Haegermann in seinem Beitrag zur Geschich-
te des Betons:
,,Vom Caementum zu Zement" von den ältesten bisher entdeckten Siedlungen aus
dem mesopotamischen/iranischen Grenzgebiet. Die Behausungen, die etwa 5000
v. Chr. errichtet wurden, bestanden aus Lehm, dem Häcksel und Pflanzenfasern
zugefügt waren. Diese Beimischungen sollten offensichtlich verhindern, dass der
ausgetrocknete Lehm unter Krafteinwirkung bricht und damit versagt.
Als Beginn der modernen Entwicklung des Baustoffs Stahlfaserbeton gilt das Pa-
tent von Berard (Kalifornien) aus dem Jahre 1874. Damit liegt die Geburtsstunde
dieses Werkstoffes etwa im gleichen Zeitraum wie die des Stahlbetons (Monier -
1867). Das die beiden Werkstoffe sich dennoch in ihrer Erforschung so unter-
schiedlich entwickeln und der Stahlfaserbeton lange gänzlich bedeutungslos blieb,
hat unterschiedliche Gründe. Eine Ursache liegt in der Annahme, Stahlfasern könn-
ten herkömmliche Stahlbeimischungen gänzlich ersetzten. Weiterhin bereitete die
stochastische Orientierung der Fasern im Beton erhebliche Schwierigkeiten, rech-
nerisch die Tragfähigkeit des Materials zu prognostizieren. Die Entwicklung erster
schlüssiger Bemessungskonzepte gelang erst spät. Die derzeitigen marktüblichen
Stahlfasern lassen sich im Bezug auf ihr Herstellungsverfahren prinzipiell in drei Ar-
ten einordnen:
- 30 -
·
Drahtfasern
·
Spanfasern und
·
Blechfasern.
Bei der Herstellung, Verarbeitung und Überwachung von Stahlfaserbeton sind die
gängigen Merkblätter des DBV zu beachten.
[272 S. 140]
Selbstverdichtende Betone sind i. d. R. gekennzeichnet durch einen gegenüber
Rüttelbeton stark vergrößerten Mehlkorn -und Matrixgehalt. Bild 2 zeigt qualitativ
die Unterschiede auf. Das Festigkeitsniveau ist in aller Regel sehr hoch.
[273 S. 266]
- 31 -
Hochleistungsbetone wurden beim Bau von Hochhäusern schon lange verwendet,
während im Brückenbau der Einsatz von HLB mit den höheren Druckfestigkeiten
sowie den deutlich verbesserten Dauerhaftigkeitseigenschaften erst im letzten
Jahrzehnt verstärkt wurde. So bei den Brücken
·
Buchloe
·
Bad Griesbach und
·
Freihamer Allee
mit B85 und damit mehr als zehn Jahre später als im Ausland.
Die Bemessungsgrundlagen für die Anwendung von hochfesten Beton im Spann-
betonbau wurden dafür auch experimentiel abgesichert. Im Jahre 2001 wurden nun
auch in Deutschland die ersten großen Brücken aus Hochleistungsbeton realisiert.
[275 S. 303]
Für Bauwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton sind Bemessungsgrößen
und Baustoffe in DIN 1045 1988-07 und DIN 4227 1988-07 geregelt. Zukünftig
werden diese Normen durch DIN 1045-1, -2, -3, -4, 2001-07 und EN 206-1, 207-1
abgelöst.
Selbstverdichtender Beton (SVB) ist aus zwei Gründen über die genannten Nor-
men nicht abgedeckt:
·
Zum einem werden relativ häufig die sogenannten Mehlkorntypen mit Mehl-
korngehalten von mehr als 500 kg/m³ in der Bundesrepublik Deutschland ein-
gesetzt.
·
Zum anderen lassen sich die Konsistenzprüfverfahren auf den SVB nicht über-
tragen.
Der Einsatz von selbstverdichtenden Beton ist daher nur mit folgenden Prinzipien
hier zu Lande möglich:
·
Bekanntmachung einer nationalen technischen Regel, die z. B. eine Richtlinie
des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) sein kann
·
Erlangung einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung beim Deutschen In-
stitut für Bautechnik (DIBt).
·
Erwirkung einer Zustimmung im Einzelfall durch die genehmigende Behörde
des betreffenden Bundeslandes, z. B. das entsprechende Bauministerium.
[282 S. 316]
Selbstverdichtender Leichtbeton (SVLB) stellt eine neue Entwicklung auf dem Ge-
biet der Hochleistungsbetone dar. Dieser Beton ist im frischen Zustand selbstver-
dichtend und besitzt eine Trockenrohdichte von höchstens 2000 kg/m³.
Die treibende Kraft des Fließ- und Verdichtungsprozesses, die Gewichtskraft, ist
bei SVLB -abhängig von der Rohdichte der Leichtzuschläge- deutlich geringer als
bei selbstverdichtenden Beton (SVB) mit normal schwerem Zuschlag. Dies hat im
wesentlichen zur Folge, dass bei SLVB die Fließ- und Verdichtungsvorgänge lang-
samer als bei SVB ablaufen.
Auf Grund der zum Teil erheblichen Differenz zwischen der Kornrohdichte der gro-
ben Leichtzuschläge und der Rohdichte der Mörtel neigt der Grobzuschlag bei ei-
ner nicht ausreichenden Viskosität und einer zu geringen Fließgrenze des Mörtels
- 32 -
zum Aufschwimmen. Dieser für Leichtbetone typischen Art der Entmischung muss
bei der Herstellung von SLVB durch eine gezielte Einstellung der Eigenschaften
der Leim- bzw. Mörtelmatrix begegnet werden.
Die meist eingesetzten offenporigen Leichtzuschläge entziehen der frischen Mi-
schung einen Teil des Zugabewassers. Dies kann zu einem vorzeitigem Ansteifen
des Frischbetons und damit zum Verlust der selbstverdichtenden Eigenschaften
von SVLB führen. Dem unerwünschten Wasserentzug kann durch die Verwendung
von Leichtbetonzuschlägen mit einer dichten oder abgedichteten Oberflächenzone
bzw. durch ein gezieltes Vornässen des Leichtzuschlages entgegengewirkt wer-
den.
Selbstverdichtende Leichtbetone (SVLB) mit Fasergehalt behalten ihre Eigenschaf-
ten der Selbstverdichtung nur bis zu einem gewissen Fasergehalt und ausgeprägt
abhängig von der jeweiligen Faserart.
SVLB mit
Prüfparameter
Betonalter
SVLB
ohne Fasern
0,5 Vol.%
Stahlfasern
0,1 Vol.%
PP-Fasern
0,1 Vol.%
Glasfasern
Druckfestigkeit
f
cm,cube
[N/mm
2
]
7 d
28 d
38,4
52,1
34,0
48,0
33,3
50,4
37,0
50,7
Einfluß der Zugabe unterschiedlicher Faserartenauf die Druckfestigkeit von SVLB
[283 S. 326]
2003 wird hochfester Beton mittlerweile als ein bekannter Baustoff betrachtet in
dem Sinne, dass ein jeder Bauingenieur den Begriff zu deuten weiß.
- 33 -
Betone mit Festigkeiten bis 100 N/mm² und mehr sind heute unproblematisch her-
zustellen. Die Forschung hat sich bereits neueren Entwicklungen zugewandt, wie z.
B. dem ultrahochfestem Beton mit Festigkeiten im Bereich von 200 N/mm².
Die Anwendung hochfesten Betons bei Brücken in Deutschland übersteigt selbst
unter Einschluss kleiner Pilotprojekte bis heute kein Dutzend. Eine Erklärung hier-
für liegt aber bestimmt in der immer noch fehlenden praktischen Baustellenerfah-
rung mit diesem Baustoff. Die Wissenslücke zwischen bestimmbaren Laborbedin-
gungen und einer Wind und Wetter ausgesetzten Ortbeton-Baustelle gilt es noch
zu füllen.
[281 S. 201]
Eigenschaften
Material
Rohdichte
[g/cm³]
Elastizitätsmodul
[kN/mm²]
Länge
[mm]
Stahldraht mit gekröpf-
ten Faserenden
7,80
210
35
Polypropylen
fibriliert
0,91
13
12
AR-Glas
2,70
72
12
Eigenschaften der verwendeten Fasern
- 34 -
2.6 Herstellung von Beton
2.6.1 In der Frühzeit
Zu den bedeutendsten Forschungsarbeiten der Betontechnologie zählen die Unter-
suchungen von Duff E. Abrams, die am Struktural Materials Laboratory, Jll.(USA),
zum Teil mit der Portland Cement Association durchgeführt wurden.
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde Beton vielfach als unbewehrter Stampfbe-
ton für Fundamente, Kellerwände, Brunnenschächte oder auch Gewölbe, also vor-
wiegend druckbeanspruchte Bauteile, verwendet. Dazu wurde ein relativ trockener
Beton durch stampfen verdichtet. Die lange Erfahrung hat gelehrt, dass ein mög-
lichst geringer Wasserzusatz zu den besten Ergebnissen führte. Es wurde solange
gestampft, bis sich an der Oberfläche Wasser zeigte.
[245 S. 358]
2.6.2 Von 1932 bis 2003
1932 betrug der Wasserbedarf bei erdfeuchtem Beton 70 bis 110 Liter pro m³ Be-
ton; bei weichem 110 bis 145 und bei flüssigem 145 bis 200 Liter. Mit Zunahme
des Wassergehaltes sinkt die Festigkeit des Betons. Besonders stark ist der Fes-
tigkeitsrückgang bei der Würfelprobe in geringem Alter. Der Grund der geringen
Würfelfestigkeiten dürfen darin zu suchen sein, dass in der dicht schließenden ei-
sernen Würfelform das Wasser gefangen bleibt, während es durch die Schalungs-
fugen hölzerner Kästen beim Balken teilweise entweicht. Weite Kreise der Praxis
meinen deshalb, dass die Würfelprobe für weichen und flüssigen Beton ungeeignet
ist. Ohne genaue Angabe des Wassergehaltes ist die Würfelfestigkeit kein Güte-
maßstab, weil der Einfluss des Wassers nicht erkennbar wird.
Die ,,D. Bestimmungen 1925" fordern daher zwei Prüfungen des Betons und zwar
·
des erdfeuchten Betons We
28
, aus der die Eignung der Baustoffe und des
Mischverfahrens hervorgeht und
·
des Betons Wb
28
mit dem gleichen Wasserzusatz, wie er im Bauwerk verwen-
det wird. Diese Prüfung soll verhindern, dass die Festigkeit infolge zu hohen
Wasserzusatzes eine untere Grenze unterschreitet.
Die ,,D. Best. 1925 §19" verlangen ferner die folgenden Würfelfestigkeitem des 28
Tage alten Betons bei Verwendung von
·
Handelszement: We
28
= 200 kg/cm², Wb
28
= 100 kg/cm²
·
hochwertigem Zement: We
28
= 275 kg/cm², Wb
28
= 130 kg/cm²
Prüft man den Beton im Alter von 7 Tagen, so darf man 70% der 28-Tage-
Festigkeit erwarten.
- 35 -
Von dem Zement müssen auf der Baustelle Abbindeproben gemacht werden, da-
mit kein Schnellbinder unterläuft (§5, Abs. 1).
An der Mischmaschine muss das Mischungsverhältnis angeschrieben sein (§6,
Abs. 4).
Auf der Baustelle muss ein Bautagebuch geführt werden, in dem die an den ein-
zelnen Tagen bewirkten Arbeiten, die Temperaturen, insbesondere bei Frost, ein-
getragen werden. Das Tagebuch ist dem Aufsichtsbeamten der Baupolizei auf Ver-
langen vorzulegen (§11, Abs. 6).
Neuerdings ist das Verfahren ausgebaut worden, Beton in geschlossenen Röhren
zu heben und zu transportieren. Dies geschieht nach dem Verfahren der Torkret
GmbH, Berlin, durch Pressluft bis auf 500 m Entfernung oder nach dem Verfahren
Giese-Hell der gleichen Gesellschaft durch eine Pumpe in Verbindung mit einer be-
liebig konstruierten Mischmaschine bis auf Höhen von 60 m und Längen von 200
m.
In den letzten Jahren ist man in Deutschland mehr und mehr zur Verwendung von
flüssigen Beton übergegangen, der sich entweder in Gießrinnen durch Eigen-
schwere zur Verwendungsstelle bewegt oder der in Karren oder Kippwagen beför-
dert und dann ausgeschüttet wird. Das verfahren flüssigen Betons ist nicht zu emp-
fehlen, weil die Gefahr der Entmischung sehr groß ist und sich das Wasser oft
schon nach kurzem Weg oben absondert, während sich die übrigen Bestandteile
am Boden des Transportgefäßes festsetzen. Bei Verwendung von Gießrinnen
muss das Entmischen durch Wahl einer geringen Rinnenneigung - oft 22 bis 25%-
verhindert werden. Da die Druckfestigkeit des Betons mit Zunahme des Wasserzu-
satzes abnimmt, muss bei Gießbeton auf zweckmäßige Kornzusammensetzung
erhöhte Aufmerksamkeit verwendet werden. Dem Bauführer und den Polieren
muss auf das dringendste eingeschärft werden, keinen Tropfen Wasser mehr zu-
zusetzen, als unbedingt nötig ist. Zum Mischen des Betons sollte man mit Aus-
nahme von ganz kleinen Baustellen immer Maschinen verwenden. Dabei ist es
notwendig, das Mischgut in der Maschine zunächst trocken vorzumischen. Es ge-
nügt, das Mischgut gleichzeitig mit dem Mischwasser zuzuführen und die Misch-
dauer auf 75 Sekunden zu beschränken.
Wird ausnahmsweise mit Hand gemischt, so ist das Gemenge nach §6, Abs. 4a
des ,,D. Best. 1925 A" auf dichtschließender Pritsche oder auf fester Unterlage zu-
nächst dreimal trocken, dann unter allmählichen Wasserzusatz so lange durchzu-
schaufeln, bis sich ein gleichfarbiges Gemenge ergibt.
Wenn angängig, betoniert man Platten und Unterzüge einer aufgelösten Plattende-
cke in einem Zuge ohne längere Arbeitspause. Ist eine solche nicht zu vermeiden,
so muss vor Wiederaufnahme des Betonierens der ältere Beton aufgerauht wer-
den. Die losen Teilchen sind zu entfernen. Dann müssen die Anschlussflächen ei-
nen Überzug von hinreichend fettem Mörtel erhalten, der noch nicht abgebunden
haben darf, wenn der frische Beton eingebracht wird.
Unverarbeiteter Beton darf bei trockenem und warmen Wetter höchstens eine
Stunde und bei nassem und kühlen Wetter höchsten zwei Stunden liegen bleiben.
Bei Gussbetonkörpern, die in großer Stärke ohne Unterbrechung geschüttet wer-
den, sondert sich auf der Oberfläche des Betonkörpers eine dünne Schlamm-
schicht ab, die bei Beendigung des Schüttens sofort sorgfältig beseitigt werden
muss. Bei Gussbeton-Ausführungen vermeidet man Arbeitsunterbrechungen in
- 36 -
Höhe der Säulenköpfe, weil dort eine dünne Schlammschicht besonders gefährlich
werden kann.
Bei Frost empfiehlt sich das Anwärmen des Mischwassers und der Zuschlagstoffe,
die keinesfalls im gefrorenem Zustand verarbeitet werden dürfen. Es sind Vorkeh-
rungen zu treffen, dass die Temperaturen des abbindenden und erhärtenden Be-
tons in den ersten 72 Stunden nicht unter + 3° sinkt. An gefrorene Bauteile darf
nicht anbetoniert werden. Bisweilen friert eine obere dünne Schicht ab, die durch
guten Beton ersetzt werden muss.
[1 S. 13]
1938 wird aus Gründen der Wirtschaftlichkeit nicht der bestmögliche, sondern Be-
ton mit magerem Mischungsverhältnis angestrebt, wenn dieser keinen besonderen
Beanspruchungen ausgesetzt ist.
Für eigentliche Eisenbetonbaukonstruktionen ist jedoch schon durch die Deutschen
Eisenbetonbestimmungen ein Mindestmaß an Zementzusatz vorgeschrieben, das
nicht unterschritten werden darf. Der Zweck dieser Vorschrift ist, unter allen Um-
ständen einen genügend dichten Beton zu erzielen, um damit die Gefahr des Ros-
tens der Eiseneinlagen im Beton auszuschalten. Mit Rücksicht darauf, verlangen
die ,,Deutschen Bestimmungen von 1932", dass im allgemeinen mindestens 300 kg
Zement in 1 m³ fertigen Beton im Bauwerk enthalten sein müssen. (Ausnahmen:
270 und 240 kg/m³)
[5 S. 177]
In Nordamerika wird namentlich bei Baustellen mit sehr beschränkten Raumver-
hältnissen gelegentlich der Beton nicht auf der Baustelle selbst, sondern in beson-
deren Betonlieferwerken hergestellt und von dort nach den einzelnen Baustellen in
der Stadt verfahren (Transportbeton). Derartiger Transportbeton ist bisher in
Deutschland nur wenig verwendet worden.
[4 S. 176]
1944 wird der durchschnittliche Baustoffbedarf für Beton und Mörtel verschiedener
Mischungsverhältnisse zusammengestellt, wobei der Zuschlag Natursand bzw. Na-
turkiessand und weiche Verarbeitung der Massen vorausgesetzt sind, um den stark
wechselnden Wassergehalt übergehen zu können.
- 37 -
Nach DIN 1045 §8, Ziff. 4, soll der Beton im allgemeinen durch geeignete Betonmi-
scher gemischt werden, die u. a. auch genaue Wasserabmessvorrichtungen besit-
zen müssen. Die Mischdauer bei Maschinenmischung muss mindestens 1 Minute
betragen.
Beim Transport von weichen oder flüssigen Beton auf größere Entfernungen zwi-
schen Mischmaschine und Verwendungsstelle findet in den Loren und in der Gieß-
rinne eine Entmischung statt, indem sich das Wasser an der Oberfläche ansam-
melt, während die schweren Bestandteile sich im Unterteil des Fördergefäßes sam-
meln.
Man sollte daher nassen Beton unter allen Umständen an der Verarbeitungsstelle
aus den Muldenkippern nicht unmittelbar in die Schalung, sondern vorher in flache
Mörtelpfannen kippen, in denen er nochmals durchgerührt wird, um erst dann in die
Schalung geschaufelt zu werden.
Transportbeton wird nun auch in Deutschland in besonderen Lieferwerken herge-
stellt und zu den einzelnen Baustellen verfahren.
Um ein vorzeitiges Abbinden des Betons zu vermeiden, sind dann allerdings ge-
eignete Maßnahmen zu ergreifen, wie das Anbringen von Rührwerken in den
Transportwagen, die Verwendung stark gekühlter Baustoffe und langsam binden-
der Zement.
Weitere Transportmittel sind Förderbänder.
- 38 -
Die Verdichtung des Betons geschieht bei erdfeuchten Mischungen durch sachge-
mäßes stampfen von Hand oder manchmal bei plastischen Mischungen im allge-
meinen durch stochern. Bei erdfeuchtem und plastischen Mischungen lässt sich ei-
ne gute Verdichtung auch mittels des Rüttelverfahrens erzielen. Gussbeton zu rüt-
teln ist falsch.
Das Rüttelverfahren ist namentlich bei dünnwandigen Konstruktionen mit verhält-
nismäßig reichen Stahleinlagen vorteilhaft. Es kann entweder durch Erschüttern
der Schalung mittels Presslufthämmer oder besondere Rüttelgeräte (Tauchrüttler)
mit mindestens 300 Schwingungen pro Minute geübt werden.
Besondere Vorschriften über den Einsatz von Rüttelgeräten enthalten die Stahlbe-
tonbestimmungen 1943 (DIN 1045) §9, Ziff. 3. Eine ,,Vorläufige Anweisung für die
Verwendung von Innenrüttlern zum Verdichten von Beton" steht vor der Veröffentli-
chung.
[8 S. 221]
1953 ist der Einfluss der Höhe des Porenraumes im Frischbeton auf die Druckfes-
tigkeit noch nicht vollständig geklärt. Bei einem Anwachsen der Frischbetonporen
von 0 auf 100 % kann nach bisherigen Betrachtungen annähernd mit einem linea-
ren Festigkeitsabfall von 100 auf 45 bis 50 % gerechnet werden.
[9 S. 123]
1971 wird die Aufmerksamkeit auf die Frischbetonsteife gerichtet. Sie richtet sich
nach der Art des Bauwerkes, nach den Querschnittsabmessungen und der vorge-
sehenen Verdichtung. Einmal gewählt, bestimmt sie auch das Einbringungs- und
Verdichtungsverfahren.
Frischbetonkonsistenz und Verarbeitbarkeit bedingen eine besondere sorgfältige
Regelung und Einhaltung bei Pumpbeton und Gussbetonen, da dort u. U. der rich-
tige Fluss des Betons im Druckrohr bzw. in der Rinne gefährdet ist mit entspre-
chender Verringerung der Arbeitsleistung.
[32 S. 11]
1978 wird für ein gutes Zusammenhaltevermögen und zur Vermeidung von we-
sentlichen Entmischungen nicht nur eine zweckentsprechende Kornzusammenset-
zung des Zuschlages, sondern auch eine bestimmte Menge an Mehlkorn für
zweckmäßig gehalten. Unter Mehlkorn versteht die DIN 1045 alle Kornanteile des
Betons mit einer Korngröße bis zu höchstens 0,25 mm,
d. h. Zement, mit im Zuschlag enthaltenen Kornanteil 0/0,25 mm und ggf. minerali-
schen Zusatzstoff.
- 39 -
[45 S. 24]
1985 wurde am 25. Februar Pumpbeton für große Förderleistungen bei Betonierar-
beiten im Druckstollen des in den spanischen Pyrenäen gelegenen Pumpspei-
cherwerkes Estangento-Salente eingebaut, die die 1978 beim Gotthard-Tunnel er-
zielte Beton-Hochpump-Bestleistung von 340 m um fast 100 m auf 432 m erhöhte
und zwar wieder mit einer Betonpumpe der Putzmeister-Werk GmbH, Aichtal.
Die Gesamtlänge der Förderleistung betrug dabei 630 m. Die Durchmesser der
Rohrleitungen waren am Zylinder 180 mm und am Druckstutzen 125 mm.
Bei 6 Sekunden Hubzeit wurde unmittelbar hinter dem Druckstutzen der Beton-
pumpe 160 bar Förderdruck gemessen. Dabei betrug die geförderte Betonmenge
22m³/h. Unter Vollast zeigt das Manometer der Pumpe 300 bar Hydraulik-Druck an.
- 40 -
Der Beton bestand je m³ aus
506 kg Granitsplitt 12/30 mm
362 kg Granitsplitt 2/12 mm
655 kg Granitsand 0/5 mm
350 kg Flugsand 0/3 mm
311 kg Zement
90 kg Flugasche
183 Liter Wasser.
Sein anfängliches Setzmaß (Slump) von 8 cm wurde durch Zugabe von Plastiment
E90 (0,7% des Zementgewichts) auf 13 bis 14 cm vergrößert. Kurz vor dem Pum-
pen wurde dem Beton noch 1,5% des Zementgewichts an Sikament C beigemischt
und dadurch das Setzmaß auf 23 bis 24 cm erhöht.
Ein solch leicht fließender Beton war nötig, um den Hohlraum zwischen Druckstol-
len-Außenwand und Fels völlig auszufüllen. Jeder Abschnitt der Stollenschalung
erforderte 100 bis 120 m³ Beton; sie wurden in 6 bis 8 Stunden eingebracht.
[213 S. A10]
1995 werden für Normalbeton Richtwerte für den erforderlichen Wassergehalt aus-
gegeben.
- 41 -
Wie auch für den Mindestzementgehalt.
Es werden Betone BI und BII unterschieden mit verschiedenen Verfahren in der
Eignungsprüfung
·
Beton BI mit Mindestzementgehalt für eine bestimmte Festigkeitsklasse
·
Beton BI mit Eignungsprüfung für eine bestimmte Festigkeitsklasse
·
Beton BI mit besonderen Eigenschaften
·
Beton BII
Die Konsistenzbereiche unterteilen sich in
[93 S. 35]
Bei der Betonherstellung müssen Zement, Zuschlag, Zusätze und Wasser -
unabhängig von der Art des Abmessens- mit einer Genauigkeit von 3 Gew.-% zu-
gegeben werden.
Während der Zement stets nach Gewicht abgegeben werden muss, darf der Zu-
schlag unter gewissen Voraussetzungen auch nach Raumteilen abgemessen wer-
den. - Für Beton BII jedoch nur bei leicht einstellbaren und genau arbeitenden,
selbsttätigen Abmessvorrichtungen-
- 42 -
Bei der Wasserabgabe muss die Oberflächenfeuchtigkeit des Zuschlags berück-
sichtigt werden.
Die Mischzeit darf im allgemeinen nach Zugabe aller Ausgangsstoffe bei Mischern
mit besonders guter Mischwirkung 0,5 min und bei allen übrigen Mischern 1 min
nicht unterschreiten. Unbefriedigend ist, dass es kein anerkanntes Verfahren für
die Beurteilung der Mischwirkung der Mischer gibt.
Beim Dampfmischen wird der Frischbeton während des Mischvorgangs durch ge-
steuerte Zuführung von gesättigtem Wasserdampf auf Temperaturen bis zu 70°
erwärmt. Bei nicht sachgerechter Anwendung dieses Verfahrens können die Be-
toneigenschaften nachteilig beeinflusst werden. Bei Wasserzugabe ist das Kon-
denswasser zu berücksichtigen, das sich im Mischer bilden und so dem Beton zu-
geführt werden kann.
Zu beachten ist auch, dass die Zeitspanne, innerhalb welcher der Beton ausrei-
chend verarbeitbar bleibt, wegen der erhöhten Frischbetontemperatur deutlich ver-
kürzt wird. Dampfgemischter Beton ist vor zu schnellen Abkühlen und vor Aus-
trocknen auch während der Verarbeitung zu schützen, da die erhöhte Temperatu-
ren das Verdunsten des Wassers beschleunigen. Bei der erforderlichen gründli-
chen Nachbehandlung soll kein kaltes Wasser verwendet werden, um eine Rissbil-
dung als Folge eines Temperaturschocks zu vermeiden.
Beton muss verarbeitet sein, bevor er wesentlich versteift. Voraussetzung für die
Verwendung eines bereits etwas angezogenen Betons ist, dass er mit den vorge-
sehenen Geräten noch praktisch vollständig verdichtet werden kann. Insbesondere
bei weichem Beton und bei raschem Betonierfortschritt kann ein Nachverdichten
des Betons durch Rütteln zweckmäßig sein und die Betoneigenschaften verbes-
sern, wenn der Beton dabei noch zum Fließen kommt. Das Nachrütteln des Betons
ist besonders bei dichtbewehrten, hohen Bauteilen zu empfehlen, um Hohlräume
zu beseitigen, die sich als Folge von Setzvorgängen und waagerechter Bewehrung
gebildet haben können.
1999 gilt die Richtlinie des DAfStb für hochfesten Beton, Ausgabe August 1995, für
die Festigkeiten B65 bis B115. Beton der Festigkeitsklassen B105 und B115 bedarf
weiterer, auf den Verwendungszweck abgestimmter Nachweise. Die Richtlinie gilt
nicht für Spannbetonbauteile und auch nicht für Bauteile aus unbewehrten Beton;
sie auch gilt nicht für wärmebehandelten Beton.
Hochfester Beton darf nur als Beton B II verarbeitet werden.
Zur Herstellung hochfesten Betons dürfen nur Mischer mit besonders guter Misch-
wirkung verwendet werden. Die Abmessvorrichtungen für Betonzusätze sind an je-
dem Betoniertag jeweils vor Herstellen des Betons zu überprüfen.
Das Personal ist vor jedem Bauvorhaben besonders zu schulen und einzuweisen.
Die besondere Schulung ist zu dokumentieren.
Der Lieferschein für Transportbeton muss alle Wägedaten automatisch aufgedruckt
enthalten. Zusätzlich sind nachträglich (handschriftlich) anzugeben:
·
Feuchtegehalt des Betonzuschlags
·
Menge des auf der Baustelle dosierten Fließmittels
- 43 -
·
Uhrzeit der Beladung und der Ankunft auf der Baustelle sowie Beginn und Ende
der Entladung
·
Konsistenz unmittelbar vor und nach jeder Fließmittelzugabe an jedem Misch-
fahrzeug
Restzuschlag und Restwasser dürfen nicht verwendet werden.
Die Zugabe von verflüssigenden Betonzusatzmitteln ist auf 70 g/kg Zementmenge
begrenzt. Bei der Dosierung von Fließmittel auf der Baustelle muss die Mischzeit
im Mischfahrzeug mindestens 8 Minuten betragen. Bei der Verwendung von Silica-
suspension ist deren Wasseranteil dem Wassergehalt zuzurechnen. Die Sand-
feuchte ist fortlaufend zu messen. Hochfester Beton muss im Frischbeton die Kon-
sistenz KF oder KR haben.
[109 S. 132]
Der Hochleistungsbeton B 85 für die Spannbetonbauträger einer Großbrücke wur-
de vom Transportbetonwerk mit einem Fahrmischer in etwa 30 bis 45 Minuten zur
Versuchshalle der Materialforschungs- und Prüfungsanstalt (MFPA) Leipzig ge-
bracht.
Bei der Ankunft auf der Baustelle wurde die Verarbeitbarkeit dieses Hochbetons
nochmals überprüft und ggf. Fließmittel nachdosiert. Danach wurden noch drei
Stunden Verarbeitungszeit für Einbau und Oberflächenbehandlung offengehalten.
[244 S. 120]
Beim jungen Faserbeton sind infolge der Faserzugabe die Luftporen schwerer aus-
zutreiben als bei Nullbeton. Die Verdichtung nimmt mit zunehmenden Fasergehalt
ab. Bei 20 kg/m³ und 40 kg/m³ ergeben sich keine deutlichen Unterschiede, jedoch
entweichen die Luftporen beim Rütteln von Stahlfaserbeton (SFB) mit 60 kg/m³
Stahlfasern deutlich schwerer.
Ähnliches gilt für Kunststofffaserbeton (KFB). Dieser ist mit relativ hohem Faserge-
halt von 5 kg/m³ noch schwerer zu verdichten als Stahlfaserbeton mit 60 kg/m³
Stahlfasern.
- 44 -
In Tabelle zwei ist deutlich zu sehen, dass sich die Ausbreitmaße durch die Faser-
zugabe stark verringern. Die Konsistenz des Faserbetons liegt im plastischen Be-
reich (K3), jene des Nullbetons im weichen Bereich (K 4).
[250 S. 362]
Finite-Elemente-Simulationen üben in der Forschung Einfluss aus. So zeigt Bild 9
als Rechenergebnis die Entstehung eines Risses in einem Zugversuch an einer
Betonprobe unter Berücksichtigung stochastisch verteilter, lokaler Festigkeiten.
[245 S. 364]
- 45 -
2001 werden in DIN 1045-2 sieben Konsistenzbereiche unterschieden:
[115 S. 38]
Die Kennzeichnung F1 bis F6 und C0 bis C3 beziehen sich auf den Ausbreitver-
such (engl.: flow table) oder auf den Verdichtungsversuch, (engl.: compac test). Bei
diesen Klassen gibt es keine vollständige Übereinstimmung, auch sind die Prüfver-
fahren nicht für alle Klassen optimal, da die Wirkungsweise der zwei Prüfverfahren
unterschiedlich ist und z. B. auf einige Änderungen der Betonzusammensetzung
sehr unterschiedlich ansprechen. Damit gemeint sind der Verdichtungsdruck und
der Ausbreitversuch. Die DIN EN 206 lässt neben diesen beiden Verfahren auch
noch den Slump-Versuch und den Vebe-Versuch zu.
Seit einigen Jahren geht die Tendenz eher zu weichen Mischungen, die zuverläs-
sig zu verarbeiten sind. Der Fließbeton wird aus einem steifem Beton als Aus-
gangsbeton durch nachträgliches Einmischen eines Fließmittels hergestellt. Er-
weist sich der Beton mit festgelegter Konsistenz für einzelne, z. B. engbewehrte
Betonabschnitte als nicht ausreichend verarbeitbar und soll daher der Wasserge-
halt erhöht werden, so muss der Zementanteil in gleichem Gewichtsverhältnis ver-
größert werden.
Ein unverzeihlicher Fehler ist auch, anstelle eines Betons der Konsistenz F3, z. B.
wegen des geringen Preises einen Beton der Konsistenz F2 zu bestellen und ihn
bei Ankunft auf der Baustelle noch Wasser bis zur Konsistenz F3 zuzumischen,
obwohl die Betonzusammensetzung auf diese nachträgliche Wasserzugabe nicht
abgestimmt ist.
[155 S. 37]
Leichtbetone erfordern in der Regel einen erhöhten Verarbeitungs- und Verdich-
tungsaufwand. Obwohl die Herstellung von Leichtbeton in der Praxis beherrscht
wird, konnten die durch den offenporigen und damit wassersaugenden Leichtzu-
schlag ausgelösten Schwierigkeiten beim Herstellen, Fördern und Verarbeiten des
Frischbetons bisher letztlich nicht voll befriedigend gelöst werden. So ist er nur ein-
geschränkt pumpbar.
- 46 -
Der neuartige pumpbare Konstruktionsleichtbeton ist in der Lage diese Mängel ab-
zustellen und, wie gezeigt, zu sehr günstigen Festigkeits-Rohdichte-Verhältnissen
und hohen Dauerhaftigkeiten.
Bauwerke
Festigkeit
w,200
[Mpa]
Trocken-
rohdichte
[kg/dm³]
Jahr
Rheinbrücke Köln-Deutz
73,3
1,71 ... 1,78
1978
Ölplattform ,,Heidrun"
60 ... 70
1,95
1993
Kai Center Düsseldorf
43,3 ... 62,8
1,31 ... 1,42
1995
Raftsandbrücke / Stölmansundbrücke
LC 60/66
1,90
1998
Ausgewählte Bauwerke, hergestellt unter Verwendung von hochfestem Leichtbeton
[255 S. 392]
Ultra-Hochleistungsbeton beruht auf mehlfeinen Bestandteilen <0,125 mm der Bin-
demmittelmatrix, bestehend aus Zement, Microsilika und anderen inerten oder re-
aktiven Zusatzstoffen, die so optimal zusammengesetzt sind, dass der verbleiben-
de Hohlraumgehalt möglichst klein ist. Dadurch können zugleich auch die für eine
bestimmte Viskosität und Fließfähigkeit des frischen Bindemittelleims erforderliche
Wassermenge der Leimanspruch des Frischbetons und die Dicke der Bindemittel-
matrix zwischen den einzelnen Zuschlagkörnern verringert werden. Die Dichtigkeit
und die Festigkeit der Matrix werden zusätzlich dadurch verbessert, dass der
mehlkornreiche Bindemittelleim praktisch kein Wasser absondert, das sich sonst
häufig als trennender Wasserfilm an den Zuschlägen anlagert.
[261 S. 458]
Selbstverdichtender Beton (SVB) wurde bereits 1988 in Japan hergestellt und zwi-
schen 1991 und 1998 bereits in Mengen von 1,2 Millionen m³ verbaut.
Nach dem Entwurf der Richtlinie des DAfStb. von April 2001 ist selbstverdichtender
Beton ein Normalbeton, der ohne Einwirkung zusätzlicher Verdichtungsenergie al-
lein unter dem Einfluß der Schwerkraft fließt. Diese Eigenschaften werden durch
einen erhöhten Mehlkorngehalt sowie durch Zugabe von hochwirksamen Fließmit-
teln und eines Stabilisators ermöglicht. Das Mehlkorn verbindet sich mit dem Was-
ser und dem Fließmittel zur tragfähigen Suspension, in der die gröberen Zuschläge
entmischungsfrei schwimmen. Durch Zugabe von Stabilisatoren kann das Entmi-
schen weitgehend vermieden werden.
In der Baupraxis sind durch den Einsatz von selbstverdichtenden Beton gegenüber
dem Normalbeton die folgenden Vorteile zu erwarten:
·
Einsparung von Zeit und Personal durch Entfall der Verdichtungsarbeit
·
hohe Qualität der Oberfläche
·
Herstellung von filigranen, dichtbewehrten Bauteilgeometrien
·
Realisierung größerer Betonierabschnitte, da der Zeitabstand für betonieren
und verdichten nicht mehr maßgebend ist.
Die Anwendung von SVB ist in Deutschland zur Zeit nur durch eine Zustimmung im
Einzelfall oder eine Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung möglich. Aus diesem
Grund wird durch den ,,Arbeitskreis selbstverdichtender Beton" ein Sachverständi-
genbericht sowie eine Richtlinie geschaffen.
[267 S. 691]
- 47 -
2003 wurde als Ergänzung zu DIN 1045: 1988-07 die DAfStb-Richtlinie selbstver-
dichtender Beton (SVB-Richtlinie, Ausgabe Juni 2001) eingeführt. Die Richtlinie gilt
für tragende und aussteifende Bauteile aus bewehrten und unbewehrten Normal-
beton gemäß DIN 1045. Sie gilt nicht für Spannbetonbauteile, wärmebehandelten
und hochfesten Beton.
Die Verwendung von SVB ist zwischen den Beteiligten zu vereinbaren und zu do-
kumentieren. Ein Restporenvolumen wie bei hinreichend verdichtetem Rüttelbeton
und ein künstlich erzeugter erhöhter LP-Gehalt, z. B. zur Erhöhung des Frost- bzw.
Frost- Tausalz- Widerstands, ist auch bei SVB zulässig.
Für die Herstellung, Lieferung und Verarbeitung von SVB ist eine Qualitätssiche-
rung vorzusehen. Selbstverdichtender Beton wird als Beton B II hergestellt und
verarbeitet. Die Herstellung muss über Einrichtungen verfügen, die eine hohe Ge-
nauigkeit des Wassergehaltes im Beton, bezogen auf den Sollwert, ermöglichen.
Zur Herstellung dürfen nur Mischer mit besonders guter Mischvorrichtung verwen-
det werden, z. B. kein Durchlaufmischer.
Wesentliches Merkmal für die ausreichende Konsistenz eines SVB ist, dass er an
Bewehrungsgittern nicht blockiert. Es ist sicherzustellen, dass der SVB nicht sedi-
mentiert.
Der Wasserzementwert darf bei mäßiger Wassersättigung 0,60 nicht überschrei-
ten. Bei hoher Wassersättigung des Betons darf der Wasserzementwert 0,50 nicht
überschreiten. Der höchstzulässige Wasserzementwert darf auf 0,55 erhöht wer-
den, wenn der Frischbeton künstlich eingeführte Luftporen enthält und die Anforde-
rungen in Tabelle 1 eingehalten werden:
[292 S. 315]
Die Untersuchungen zur Erteilung einer Allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung
für einen Mehlkorntyp SVB werden gemäß Vorgabe des Deutschen Institutes für
Bautechnik (DIBt) an einer sogenannten Zulassungsmischung durchgeführt. Die
Zulassungsmischung weist einen Mehlkorngehalt an der Obergrenze des zuzulas-
- 48 -
senden Betons auf. Die Zulassungsprüfungen können in drei Teilbereiche unterteilt
werden:
·
Untersuchung der Ausgangsstoffe
·
Rheologische Prüfung des Frischbetons
·
Untersuchung der Festbetoneigenschaften
Ein wesentlicher Einfluss, dem bislang unzureichend Bedeutung beigemessen
wurde, ist die Herstellungs- und Einbautemperatur. Bereits 1° C mehr in der
Frischbetontemperatur kann dazu führen, dass der SVB seine selbstverdichtenden
Eigenschaften verliert.
Im Zuge seiner eigenen Qualitätssicherung und auf Grund der Tatsache, dass eine
strenge Fremdüberwachung existiert, ist es daher in der jetzigen Phase des Sam-
melns von Erfahrungen nur konsequent, wenn der Betonhersteller die Auslieferung
von SVB unter bestimmten Randbedingungen derzeit unterbindet.
SVB lebt von der Bewegung. Kommt es einmal zu einer längeren Pause zwischen
zwei Betonierfahrzeugen, ist der bereits eingebaute Beton nur schwer wieder in
Bewegung zu setzten. Da die Betonherstellung derzeit etwas mehr Zeit benötigt,
muss auf der Baustelle die Einbauleistung reduziert werden. Hier bedarf es zwin-
gend der Abstimmung zwischen Baustelle und Betonhersteller.
In Verbindung mit sehr weichen Stützenschalungen und extrem hohen Steigge-
schwindigkeiten ist es beim Einsatz von SVB in der jüngeren Vergangenheit zu
Schäden gekommen. Die bei schnellen Betonieren entstehende Dynamik überträgt
sich in die Schalung, die im oberflächennahen Bereich eine Verdichtung auf selbst-
verdichtenden Beton ausübt. Die Folge sind Oberflächenschäden, die aufwendig
instandgesetzt werden müssen.
[282 S. 317]
Mit SVB werden die Möglichkeiten, Bauwerke aus qualitativ hochwertigem Sichtbe-
ton herzustellen, erheblich erweitert. Die Herstellung selbst komplizierter Bauteil-
geometrien wird möglich. Da der SVB allein unter dem Einfluss der Schwerkraft
fließt, dabei vollständig entlüftet und alle Hohlräume und Bewehrungszwischen-
räume ausfüllt, sind keine Rüttelgassen erforderlich. Selbst Bereiche mit hohen
Bewehrungsgehalten werden vollständig ausgefüllt. Es entsteht keine Lärmbelästi-
gung durch das Verdichten des Betons. Bei konventionellem Rüttelbeton besteht
immer die Gefahr lokaler Nester und Fehlstellen infolge einer unvollständigen Ver-
dichtung. Dieser Gesichtspunkt ist auch in Hinblick auf den ständigen Rückgang
von qualifizierten Personal auf den Baustellen von Interesse.
Als Nachteil ist ein erhöhter Aufwand im Bereich der Schalung zu nennen. So ist
bei Schalungsdruck derzeit konservativ vom vollen hydraulischen Druck auszuge-
hen. Bei freien Oberflächen ist zu beachten, dass der SVB die ausgeprägte Eigen-
schaft besitzt, sich nahezu wie eine Flüssigkeit einzuvivellieren.
Bei der Herstellung selbst leicht geneigter freier Oberflächen sind daher besondere
Überlegungen und Maßnahmen erforderlich.
Die Stoffkosten des SVB einschließlich der erhöhten Anforderungen für die Quali-
tätssicherungsmaßnahmen liegen in Abhängigkeit von der zu verarbeitenden Men-
ge um 12 bis 25 Euro/m³ über denen des Rüttelbetons. Dagegen stehen allerdings
Einsparungen bei der Verarbeitung, da der SVB nicht mehr mit Rüttlern verdichtet
- 49 -
werden muss. Die Anwendung von SVB bedarf zur Zeit in der Bundesrepublik
Deutschland noch einer Zustimmung im Einzelfall oder einer Allgemeinen bauauf-
sichtlichen Zulassung. SVB ist auch nicht in DIN EN 206-1 bzw. DIN 1045-2 gere-
gelt.
[284 S. 322]
Die Entwicklung selbstverdichtender Hochleistungsleichtbetone führt zu einem be-
sonders interessanten Hochleistungsbaustoff, der gleichzeitig die bekannten Vor-
züge des Leichtbetons und jene des selbstverdichtenden Betons besitzt. Ähnlich
wie übliche Leichtbetone weist selbstverdichtender Leichtbeton jedoch im Vergleich
zu Beton mit normalschwerem Zuschlag eine höhere Sprödigkeit auf. Ein gängiger
Ansatz zur Verbesserung der Duktilität von Leichtbetonen ist die Zugabe von Fa-
sern. Bei selbstverdichtenden Betonen darf hier die Eigenschaft des Selbstverdich-
tens nicht verloren gehen.
[283 S. 330]
In den vergangenen Jahren hat sich in Deutschland der Einsatz von Fasern, insbe-
sondere von Stahlfasern im Betonbau merklich verstärkt. Auch technologische As-
pekte, beispielsweise bei der Anwendung für hochfesten Beton oder Spritzbeton,
wurden weiterentwickelt.
Ein durchgängiges Berechnungsverfahren zur Bemessung von Stahlfasern fehlt.
Mit den Empfehlungen des Deutschen Beton- und Bautechnik-Vereins e.V. (DBV)
erfolgte ein wichtiger Schritt zur Erstellung eines solchen Konzepts.
Dem in der Praxis tätigen Ingenieur wird das Bemessen von Stahlfaserbeton durch
zwei Tatsachen erschwert:
Zum einem sind die bisherigen Empfehlungen zur Bemessung völlig unabhängig
und im Verfahren losgelöst von den gängigen Verfahren des Stahlbetonbaues (DIN
1045).
Auch sind die für die Bemessung notwendigen Eingangsgrößen nicht nur abhängig
von der Stahlfaserdosierung, sondern auch ganz besonders von der Fasergüte und
-geometrie.
Die Verarbeitbarkeit des Frischbetons hängt sehr stark von der verwendeten Faser
und ihrer Geometrie ab. Als charakteristischer Parameter hat sich das Verhältnis
der Faserlänge l
f
zum Durchmesser d
f
etabliert. Mit steigendem l
f
zu d
f
-
Verhälnissen vergrößert sich zwar die Effektivität der Faser, die Verarbeitbarkeit
des Frischbetons wird jedoch erschwert. Ein günstiger Kompromiss liegt hier bei l
f
zu d
f
- Werten zwischen 60 und 100.
Die meisten marktüblichen Fasertypen gruppieren sich mit ihren Abmessungen am
Rand dieser Bandbreite bei einem Wert von 60, d. h. zugunsten der Verarbeitbar-
keit. Eine gerade, glatte Faser kann besser eingemischt werden als eine mit End-
abkröpfungen, die wiederum leichter zu verarbeiten ist als eine gewellte Faser. Ei-
nige Hersteller bieten Fasern auch als wasserlöslich verklebte Bündel an, um das
l
f
/d
f
-Verhältnis günstig zu gestalten und die Verarbeitbarkeit zu verbessern.
Bei der Mischung hochfester Betone kam es jedoch zu Schwierigkeiten, da die aus
technologischen Gründen reduzierte Wassermenge offensichtlich nicht ausreichte,
um die Verklebung der Faserbündel befriedigend zu lösen. Unbedingt ist hierbei
die Interaktion zwischen den verwendeten Betonkomponenten (W/Z-Wert, Fließmit-
tel) und der Verklebung mit dem Faserhersteller abzustimmen.
[272 S. 140]
- 50 -
Hochfester Pumpbeton:
Bei hochfesten Betonen muss der Feuchtigkeitszement-Wert auf ein Minimum be-
grenzt werden. Das führt beim Fördern des Betons mit der Pumpe bei Leistungen
um 40 m³/h zu Problemen, die bei kleineren Prozessen nicht bekannt waren.
Ein kontinuierlicher Materialfluss und die Vermeidung von großen Druckspitzen
wirken sich positiv auf die Pumpleistung aus. Bei hohen Drücken neigt der hochfes-
te Beton auf Grund seiner Viskosität zum Rückfedern im Rohr, so dass nicht die
gesamte Förderenergie in Förderleistung umgesetzt werden kann. Die Richtlinie
des Betons ist insbesondere bei Verwendung gebrochener Zuschläge sorgfältig zu
wählen. Der Bereich A/B sollte nicht in den unstetigen Bereich verlassen werden
um Verstopfer auszuschließen.
[275 S. 306]
Bei der neuen Rheinbrücke zwischen dem deutschen Ort Altenheim und dem fran-
zösischen Ort Eschau südlich von Straßburg wurde die mittlere Hauptbrücke nach
französischen Vorschriften und Normen geplant und gebaut in der Betongüte B 65.
Die Anforderungen an die Festigkeit beträgt für den B 65 65 Mpa am Zylinder nach
28 Tagen und entspricht somit in etwa einer Betongüte B 75 nach DIN 1045, Aus-
gabe 1988.
Um eine Herstellung des Brückenüberbaues im Wochentakt zu ermöglichen, war
es erforderlich, eine Betonfestigkeit von 43 Mpa (am Zylinder) nach spätestens 2,5
Tagen auch bei kühlen Außentemperaturen zu erreichen, damit die Vorspannung
aufgebracht werden kann. Diese Frühfestigkeit war das maßgebende Kriterium für
die Betonfestigkeit.
Die Mischungszusammensetzung basiert auf einem Zementgehalt von 410 kg/m³
und einer Silikazugabe von 30 kg/m³. Die Mischung ist so gewählt, das bei einer
Variation des Zugabewassers von + 10 Liter je m³ die wesentlichen Anforderungen
wie Endfestigkeit, Dauerhaftigkeit (z. B. Frost- Tausalz -Widerstand) und Pumpbar-
keit noch sicher erreicht werden.
Der Einsatz von Steinkohlenflugasche wäre empfehlenswert gewesen, ist jedoch in
Frankreich unüblich und war nicht durchzusetzen. Im gesamten Bauwerk sollte
einheitlich hergestellter Beton (gleiche Zuschläge u. s. w.) verwendet werden. Des-
halb wurde eine Mischzentrale mit Ersatzmischwerk auf der französischen Seite
des Rheins ausgewählt.
Um die Transportzeit zum deutschen Ufer gering und planbar zu halten, wurde eine
baustelleneigene Fährverbindung installiert. Die Mischtrommeln der Fahrzeuge
wurden gekühlt, damit die Frischbetontemperatur konstant blieb. Neben der Ver-
wendung kühlen Quellwassers als Anmachwasser und das Auskühlen fabrikfri-
schen Zements vor der Verwendung war dies die wesentliche Maßnahme um die
Frischtemperatur unterhalb der Grenze von 20° C zu halten. Der Beton wurde in
einer stationären Leitung, die ebenfalls gekühlt wurde, auf den Überbau und bis
zum Einbauort gepumpt.
- 51 -
Zement CPA-CEMI 52,5 CP2
410 kg/m³
Mikrosilikapulver
30 kg/m³
Sand 0/4
670 kg/m³
Kies 4/8
280 kg/m³
Kies 8/16
900 kg/m³
Zugabewasser
150 kg/m³
Fließmittel
6,6 kg/m³
äquivalenter Wasser-Zement-Wert
0,35
Mischungszusammensetzung B65
Festbetonrohdichte
2,45 kg/dm³
3 d
46 N/mm²
7 d
65 N/mm²
Druckfestigkeit f
cm,zyl
28 d
83 N/mm²
stat. Elastizitätsmodul
28 d
43.000 N/mm²
3 d
4,5 N/mm²
7 d
6,0 N/mm²
Spaltzugfestigkeit f
tm,zyl
28 d
7,0 N/mm²
Festbetoneigenschaften des B65 nach Eignungsprüfung
[281 S. 201]
- 52 -
2.7 Nachbehandlung
1938 wird in der Anweisung für Mörtel und Beton (AMB), eingeführt am 25. Mai 1936, §
29 Seite 31 und §33 1 Seite 35 festgelegt, dass der eingebrachte Beton während der
ersten Zeit des Erhärtens gegen schädigende Einflüsse infolge Hitze, Wind, Kälte,
strömendes Wasser, chemische Angriffe und Erschütterungen zu schützen ist. Der Be-
ton ist je nach Witterung 8 bis 14 Tage lang dauernd feucht zu halten. Bei Hitze kom-
men zur Abschirmung Sonnendächer in Betracht.
[5 S. 27]
1953 gelten noch die ,,Bestimmungen für die Ausführung von Bauwerken aus Beton" -
DIN 1047 Ausgabe 1943, Stand bis 1949, nach denen laut § 10 für das Betonieren bei
kühler Witterung Vorsichtsmaßnahmen bei Temperaturen unter + 5° C, bei Verwen-
dung von Mischbindern bereits ab +7° C, zu treffen sind. Tritt während des Erhärtens
Frost ein, so sind die sonst erforderlichen Ausschalungsfristen mindestens um die Dau-
er der Frostzeit zu verlängern. Bei Wiederaufnahme der Arbeiten und nach dem Frost
und vor jeder weiteren Ausschalung ist der Beton darauf zu untersuchen, ob er abge-
bunden hat und genügend erhärtet, nicht etwa nur hart gefroren, ist.
Bei ungünstiger Witterung und bei Frostwetter kann die Baupolizei die Entscheidung
über die Ausschalungsfristen von dem Ausfall von Druckversuchen an Würfeln abhän-
gig machen, die unter gleichen Bedingungen wie der Beton im Bauwerk im Freien er-
härtet sind.
[9 S. 558]
1974 werden als Ausschalungsfristen angegeben:
Der Beton benötigt für ausreichende Erhärtung und das Erreichen der geforderten Ei-
genschaften Zeit und bestimmte Erhärtungsbedingungen. Aus diesem Grunde muss er
nachbehandelt werden. Damit ihm die zum Erhärten erforderliche Feuchtigkeit zur Ver-
fügung steht, ist er im allgemeinen wenigstens 7 Tage vor Austrocknung zu schützen.
Eine längere Nachbehandlung kann bei niedriger Temperatur notwendig werden. Be-
ton, der mit Zement 250 nach DIN 1164 hergestellt wird, muss in der Regel länger
nachbehandelt werden.
An Stelle einer Nass-Nachbehandlung können auch andere Nachbehandlungsverfah-
ren, wie z. B. das Auftragen von Nachbehandlungsfilmen, angewendet werden.
- 53 -
Wird Beton mit etwas höherer Temperatur wie z. B. bei massigen Bauteilen oder nach
einer Wärmebehandlung nass nachbehandelt, so soll die Wassertemperatur wenigs-
tens der Temperatur der nachzubehandelnden Betonflächen entsprechen, weil sonst
durch die plötzliche Abkühlung Temperaturspannungen auftreten, die u. U. Risse zur
Folge haben können.
Bei der Nachbehandlung von Frischbetonflächen ist zu berücksichtigen, dass Wasser
auf jungen, frisch entschalten Beton, Ausblühungen zur Folge haben kann.
Bei hoher Lufttemperatur sollte die Temperatur des Frischbetons, insbesondere bei
massigen Bauteilen, möglichst niedrig sein -sie darf 30° C im allgemeinen nicht über-
schreiten- und der Beton ebenso bei starkem Wind gegen verstärktes Austrocknen be-
sonders geschützt sein.
Bei starker Sonneneinstrahlung müssen u. U. auch Maßnahmen gegen eine starke
Aufheizung der mit Stahlschalung versehenen Betonflächen getroffen werden, weil die-
se Flächen sonst geschädigt werden können und dann später stark absanden oder we-
niger widerstandsfähig sind.
Junger Beton mit einem Zementgehalt von mindestens 270 kg/m³ und einem W/Z-Wert
von höchstens 0,60, der vor starkem Feuchtigkeitszutritt geschützt wird, kann in der
Regel erstmals ohne Schäden durchfrieren, wenn er eine Druckfestigkeit von mindes-
tens 50 kg/cm² erreicht hat oder wenn seine Temperatur bei Verwendung rasch erhär-
tender Zemente wenigstens drei Tage 10° nicht unterschreitet.
Beim Vakuumbeton wird dem in üblicher Weise hergestellten und eingebrachten Beton
während und nach dem Verdichten mit Hilfe einer Vakuumpumpe sowie von aufgeleg-
ten Saugmatten bzw. Spezialschalungen ein Teil des Überschusswassers abgesaugt,
wodurch der Beton weiter verdichtet wird. Die dabei entziehbare Wassermenge wird
meist mit 20 bis 80 % des Wassergehaltes des Frischbetons angegeben.
Der so behandelte Beton ist in erhärtetem Zustand fester und dichter als der gleiche,
aber nicht mit Vakuum behandelte Beton. Jedoch kann er ungleiche Eigenschaften
aufweisen, da die Saugwirkung mit der Tiefe abnimmt.
Die Wirksamkeit des Verfahrens soll auf eine Tiefe von 25 bis 30 cm begrenzt sein.
[40 S 58]
1986 wurden Ausschalungsfristen auch in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingun-
gen festgelegt.
- 54 -
Die in Tabelle 31 in Abhängigkeit von den Umweltbedingungen und der Festigkeitsent-
wicklung des Betons angegebene Zeiten sind bei Temperaturen unter +10° C zu ver-
doppeln.
Die Nachbehandlungsdauer ist darüber hinaus zu verlängern für Bauteile, die beson-
ders beansprucht werden oder für die eine längere Nachbehandlungsdauer gefordert
wird.
So sind Innenbauteile mindestens 1 Tag, bei Temperaturen unter +10° C mindestens 2
Tage, feucht nachzubehandeln.
Ein Besprühen mit Wasser sollte als Nachbehandlung nur gewählt werden, wenn der
Beton kontinuierlich flächendeckend besprüht werden kann und dabei keine großen
Temperaturunterschiede zwischen Betonoberfläche und Wasser auftreten.
Flüssige Nachbehandlungsmittel sind möglichst frühzeitig vollflächig aufzubringen, je-
doch nicht vor Abtrocknen der Betonfläche.
Nach DIN 1045 muss die Betontemperatur bei Lufttemperaturen zwischen +5 und -3°C
beim Einbringen in der Regel mindestens 5° C und bei Lufttemperaturen unter -3° C die
ersten drei Tage mindestens 10° C betragen.
Die Frischtemperatur darf jedoch auch in diesen Fällen im allgemeinen (Ausnahme
beim Dampfmischen) 30° C nicht überschreiten. Soweit nötig sind daher bei niedrigen
Temperaturen das Zugabewasser und ggf. auch der Betonzuschlag vorzuwärmen und
die Wärmeverluste des eingebrachten Betons durch wärmedämmendes Abdecken oder
andere geeignete Maßnahmen gering zu halten.
[66 S. 58]
- 55 -
Der Einfluss der Nachbehandlungen auf den Widerstand von Beton gegen Frost und
Taumittel wurde in der Amtlichen Materialprüfanstalt für das Bauwesen in Hannover un-
tersucht:
· Abdeckungen mit feuchten Gewebematten oder Verdunstungs-Schutzfolien sind
wirksame Nachbehandlungsmaßnahmen. Feuchte Matten mit zusätzlicher Fo-
lienabdeckung erwiesen sich dabei als gleichwertig mit der Wasserlagerung der
Versuchskörper. Die einmal täglich nachgenässte, ungeschützte Mattenabde-
ckung führte bei scharfen Austrocknungsbedingungen schon zu spürbar höherer
Abwitterung (etwa doppelt so groß), ebenso war die alleinige Folienabdeckung
mit rund 1,5fach höherer Abwitterung nicht ganz so wirksam wie die Nassnach-
behandlung.
· Die Carbonatisierung bei Portlandzementen ist eine wichtige Voraussetzung zur
Erzielung eines hohen Frost-Tausalz-Widerstands. Sie wird durch Aufbringen
eines Sprühfilms eingeschränkt und übt somit in dieser Hinsicht einen ungünsti-
gen Einfluss aus.
[220 S. 256]
1995 liegen weitere Erkenntnisse zur Nachbehandlung des frischen Betons vor. Die
Nachbehandlung soll sicherstellen, dass auch in den oberflächennahen Bereichen des
Betons ausreichend Wasser für die Hydration des Zements zur Verfügung steht.
Diese kommt zum Stillstand, wenn die relative Feuchte im Porensystem des Zement-
leims unter etwa 80% fällt.
Die Arten der Nachbehandlung können grundsätzlich in zwei Kategorien eingeteilt wer-
den:
Methoden, bei denen Wasser zugeführt wird und Methoden, welche die Austrocknung
des Beton ver- oder behindern.
Im Einzelnen wird unterschieden zwischen Belassen in der Schalung, Abdecken mit Fo-
lien, Aufbringen flüssiger Nachbehandlungsmittel, Aufbringen wasserhaltender Abde-
ckungen z. B. Jute oder Segeltuch oder Besprühen mit Wasser.
Im weiteren Sinn zu den Nachbehandlungsmethoden kann man ein Verfahren zählen,
in dem auf der Innenseite einer Betonschalung ein saugfähiges Fasergewebe ange-
bracht wird. Das Gewebe entzieht, ähnlich dem Vakuumbeton, dem frischen Beton
Wasser. Es entsteht eine weitgehend lunkerfreie Betonoberfläche.
Die Dauer der Nachbehandlung hängt von einer Reihe wesentlicher Parameter ab.
Diese sind in der Richtlinie zur Nachbehandlung von Beton des ,,Deutschen Ausschus-
ses für Stahlbeton" enthalten, wie auch in der ENV 206:
·
Nachbehandlungsempfindlichkeit des Betons, bestimmt durch die Betonzu-
sammensetzung
·
Betontemperatur (Hydrationsgeschwindigkeit)
·
Umweltbedingungen (Sonne, Wind)
·
Beanspruchung des Bauwerks währender der Nutzung
Insbesondere Fertigteile aus Beton werden häufig einer Wärmebehandlung unterzogen,
um die Hydration während der ersten Stunden zu beschleunigen.
- 56 -
Der Einfluss einer Wärmebehandlung auf die Hydrationsgeschwindigkeit kann mit dem
Reifegrad erfaßt werden:
Rs = (T
i
- 10) t
i
mit Ti als mittlere Betontemperatur in °C; t
i
als Zeitintervall in Tagen
Die Wärmebehandlung erfolgt entweder durch Erwärmen des Betons in der Schalung
oder durch Erwärmen des Frischebetons vor seiner Verarbeitung (Wärmebeton).
Das Abkühlen muss so langsam erfolgen, dass Risse als Folge von Eigenspannungen
vermieden werden und die Temperaturdifferenz zwischen Kern und Oberfläche 20 K
nicht überschreitet. Auch nach dem Abkühlen ist der Beton gegen Austrocknung zu
schützen, um eine fortschreitende Hydration sicherzustellen.
Die Anforderungen an die Nachbehandlung von Normalbeton gelten auch für hochfes-
ten Beton B 65 bis B 115, wobei den Methoden mit Wasserzufuhr der Vorzug zu geben
ist.
Das gilt vor allem deswegen, weil bei den niedrigen Wasserzementwerten das An-
machwasser im Beton schnell verbraucht wird.
Hochfeste Betone sind aber im allgemeinen schon nach wenigen Tagen so dicht, dass
von außen zugeführtes Wasser nicht mehr in den Beton eindringen kann.
[93 S. 91]
1998 wurde für einen B 85 nach dem Abreiben und Glätten der Betonoberfläche eine
Folie zum Schutz vor Feuchtigkeitsentzug aufgelegt. Die Temperaturentwicklung wur-
de vom Betonieren über die Hydrationszeit hinweg bis zur Abkühlung auf Raumtempe-
ratur mit Hilfe von über einen Messquerschnitt verteilten Thermoelementen aufgenom-
men. Die größten Bauteiltemperaturen während der Hydration lagen um 60° C. Der
größte Temperaturunterschied zwischen Kern und Rand (oben) betrug etwa 12 K.
[244 S.120]
Bei Versuchen wurde festgestellt, dass hochfester Beton ohne Nachbehandlungsbedarf
herstellbar ist.
Die Zugabe von wassergefüllten Leichtzuschlägen von einer solchen Menge, dass ei-
nerseits die Festigkeit nicht beeinträchtigt wird, anderseits aber genügend Wasser für
zusätzliche Nachbehandlung und damit zur Hydration bereit steht, war der Schlüssel zu
dieser Entwicklung.
Die schwierige Nachbehandlung bei Gleitschalungsarbeiten könnten beispielsweise
entfallen.
[257 S.82]
2002 wurden für einen Hochleistungsbeton B 85 während der ersten Woche beim
Überbau der Brücke Glasfaserkabel zur faseroptischen Aufnahme der Temperaturfelder
eingesetzt.
[277 S.301]
- 57 -
Eine faseroptische Aufnahme der Temperatur zeichnet sich durch Robustheit, schnelle
Installation und niedrige Kosten aus.
Bei der Verlegung der Kabel ist darauf zu achten, dass die Messtoleranz in Längsrich-
tung keinen Einfluss auf die Ergebnisse hat, was im Regelfall durch Anordnung parallel
zur Brückenlängsachse gegeben ist.
Im Brückenbau kann das Risiko der Rissbildung bei reinem Hochleistungsbeton durch
einen überlegten Einsatz der Schalung deutlich minimiert werden.
Generell ist ein gesteuerter Abfluss der Hydrationswärme über kurze Wege zu bevor-
zugen.
Risse, die die Standhaftigkeit und damit einen der wesentlichen Qualitätsmerkmale von
Hochleistungsbeton im Brückenbau beeinflussen, müssen vermieden werden.
[277 S. 300]
Die Verarbeitung von großen Mengen hochfesten Beton B 85 ist in der Nacht günstiger
als am Tag:
Der Feuchtigkeitsentzug bei direkter Sonneneinstrahlung und hohen Temperaturen ist
für die Verarbeitung hochfester Betone mit W/B- Werten von 0,40 besonders kritisch
und muss auf ein Minimum begrenzt werden.
Die mit Flaschenrüttlern vorverdichtete und anschließend mirt der Rüttelbohle profilierte
Oberfläche der Brückenfahrbahn wurde mit aufgesprühtem Wasserfilm als Feuchtepuf-
fer nachbehandelt und danach mit PE-Folien abgedeckt.
Die Folie muss ausreichend steif sein, um die Einprägung von Falten in die Betonober-
fläche zu vermeiden.
[275 S. 300]
Bei einer Brücke aus selbst verdichtenden Hochleistungsbeton SVB 65 wurde die Prob-
lematik mit der Längsneigung von 4 % der Stegoberfläche dadurch gelöst, dass zwi-
schen den beiden Bewehrungslagen der Stegseitenflächen Rippenstreckmetall einge-
baut wurde.
Der SVLB 45 der Platte ermöglichte dagegen die Herstellung des max. Längsgefälles
von örtlich bis zu 4 %.
- 58 -
Die Betonoberfläche wurde mit einer PE-Folie abgedeckt.
Der SVB erfordert eine intensiverer Nachbehandlung als konventioneller Rüttelbeton.
Für den Schalungsdruck ist der hydrostatische Druck zu berücksichtigen.
[284 S. 323]
Prüfparameter
SVLB ohne Fasern
SVLB mit 0,5 Vol.-%
Stahlfasern
Biegezugfestigkeit f
ct,fl
[N/mm²]
4,8
4,8
Bruchenergie G
F
[N/m]
50 100
9240
Ergebnisse der Biegezugversuche an SVLB mit und ohne 0,5 Vol.-% Stahlfaserbeweh-
rung
[277 S. 332]
- 59 -
2003 wurde für eine Spannbetonbrücke aus B 65 nach französischer Norm die Fahr-
bahnplatte kurz nach dem Abziehen des Betons mit einer PE- Folie abgedeckt, um ein
frühes Austrocknen zu verhindern.
Für den Glättevorgang wurde die Folie entfernt, um danach wieder aufgelegt zu wer-
den.
An kühlen und feuchten Tagen konnte mit der ersten Folienabdeckung auch bis nach
dem Glätten gewartet werden.
Dies ist wahrscheinlich auf den hohen absoluten Wassergehalt von 150 kg/m³ zurück-
zuführen.
Auf die freie Oberfläche wurde alternativ ein Nachbehandlungsmittel aufgebracht. Dies
erleichterte die Weiterführung der folgenden Arbeiten.
Auf die Abdeckfolie bzw. das aufgetragene Nachbehandlungsmittel wurden dann wär-
medämmende Matten aufgebracht, deren Dicke je nach Umgebungstemperatatur und
Jahreszeit variierte.
Mit diesem Verfahren konnten Oberflächenrisse vermieden werden.
Zur Sicherstellung der Baumaßnahme waren umfangreiche Qualitätssicherungsmaß-
nahmen erforderlich.
Alle Prüf- und Verfahrensanweisungen wurden vor ihrer Verwendung in einem Prüfum-
lauf durch externe Sachverständige kontrolliert.
[281 S. 206]
2.8. Prüfung von Betongüten
1938 wird als Vergleichsmaßstab für die Festigkeit von Beton die Druckfestigkeit und
zwar an Würfeln bestimmter Größe festgestellt.
Die Beanspruchung des Stampfbetons und vor allem die des Eisenbetons im Bauwerk
ist zwar eine etwas andere, nämlich die auf Biegedruck. Ein einwandfreier Vergleich
durch Biegeversuche, läßt sich jedoch nicht so einfach durchführen, wie die Würfelpro-
be und ist auch in hohem Maße von der Art der Berechnung der Biegungsspannungen
abhängig.
Da sie ebenfalls nicht die wahren Materialfestigkeiten liefert, sondern nur Vergleichs-
werte, greift man besser auf die einfacher festzustellende und zu überblickende Würfel-
festigkeit des Betons als Vergleichsmaßstab zurück.
Um einen einwandfreien Vergleich verschiedener Betonarten zu ermöglichen, muss bei
der Anfertigung der Betonwürfel eine bestimmte Herstellungsweise innegehalten wer-
den, die in den ,,Normen für vergleichende Druckversuche mit Stampfbeton" (usw.) und
in den für ,,Druckversuche an Würfeln bei Ausführung von Bauwerken aus Eisenbeton"
(usw.) festgelegt ist.
Für Eisen- und Stampfbeton wird nach den ,,Deutschen Bestimmungen 1932" die Vor-
nahme von Druckproben nach 28 Tagen an Würfeln von erdfeuchter Mischung We
28
und an solchen von gleicher Beschaffenheit, wie es im Bauwerk verarbeitet wird, Wb
28
gefordert.
Die Festigkeit letzterer Würfel ist natürlich bei Eisen- und Gußbeton wegen des größe-
ren Wassergehaltes viel geringer als bei erdfeuchter Mischung
Vorgeschrieben für die Druckversuche sind eiserne Formen, verwendet dagegen wer-
den auf der Baustelle in vielen Fällen hölzerne Würfelformen, teils aus Ersparnisgrün-
den, teils weil eiserne im Augenblick nicht zu beschaffen sind. Die normale hölzerne
- 60 -
Form mit Fugen liefert im allgemeinen, da sie aus der Betonmasse Feuchtigkeit an-
saugt, für erdfeuchten Beton, der nur das Mindestmaß an Wassergehalt besitzt, etwas
niedrigere Festigkeiten als die eiserne Form; für weichen und gussfähigen Beton erge-
ben sich etwas höhere Festigkeiten, da hier der Wasserentzug von vorteilhaftem Ein-
fluss ist. Allerdings ist die Festigkeitserhöhung nur gering, da außer Wasser durch die
Fugen der Holzform auch Zement abfließt.
Bei Gipsformen, bei denen nur die Feuchtigkeit aus der weichen Betonmasse abge-
saugt wird, ein Abfließen von Zement aber nicht möglich ist, ergeben sich bis zu 50 v.
H. höhere Festigkeiten als bei Verwendung eiserner Formen.
Die Vorschrift, die Prüfung von Beton an Würfeln und nicht Druckkörpern beliebiger
Gestalt vorzunehmen ist, um einen Vergleich zu ermöglichen, ebenfalls notwendig, da
z. B. die Prismenfestigkeit bei verschiedener Höhe der Prismen eine verschiedene ist
und bei zunehmender Höhe bis auf 80 v. H. der Würfelfestigkeit sinken kann.
Die Größe der Würfel ist ebenfalls in den Bestimmungen festgelegt und zwar sind Wür-
fel mit einer Kantenlänge von 30 bzw. 20 cm vorgeschrieben.
Auch diese Würfelgrößen sind von Einfluss auf die Betonfestigkeit; es nimmt nämlich
die Festigkeit mit wachsender Würfelgröße ab, was darauf zurückzuführen ist, dass
größere Würfel nicht in dem gleichen Maße durch das Stampfen verdichtet werden
können wie kleinere.
Der Unterschied in der Festigkeit von kleinen (7 cm) Würfeln gegenüber normalen Wür-
feln von 30 cm Kantenlänge beträgt etwa 35 bis 45 v. H. . Mit zunehmender Größe der
Würfel wird jedoch die Abnahme wesentlich kleiner. Würfel von 50 cm Kantenlänge
dürften sich kaum mehr von der auch im Bauwerk bestehenden Festigkeit unterschei-
den.
Der Einfluss der Körpergröße ist ein größerer bei erdfeuchtem als bei plastischem Be-
ton, da in ersterem Falle die Stampfarbeit eine größere Rolle spielt als bei den nassen
Mischungen.
Wichtig ist auch die Art der Lagerung. Nach den Bestimmungen sind die 24 Stunden in
den Formen zu belassenden Körper vom 2. bis zum 7. Tag feucht zu halten und dann
bis zum 28. Tag trocken zu lagern. (kombinierte Lagerung)
Bei 28tägiger feuchter Lagerung (Wasserlagerung) ergeben sich in allen Fällen beson-
ders bei fetten Mischungen (Eisenbeton) größere Festigkeiten als bei trockener Lage-
rung; Würfel, die trocken gelagert waren, aber vor der Prüfung einen Tag unter Wasser
gelegt waren, liefern erheblich geringere Festigkeiten als Würfel mit der normengemä-
ßen kombinierten Lagerung.
[5 S. 179]
1944 wird das Verfahren zur Bestimmung der Druckfestigkeit von Beton in den Stahlbe-
tonbestimmungen 1932 (DIN 1045) festgelegt.
Diese Bestimmungen befinden sich zur Zeit in Neubearbeitung.
Die Abhängigkeit der Betondruckfestigkeit zunächst von der Probenform bedingt eine
Übereinkunft über die bei der Prüfung zu benutzende Probenform.
Da der selbe Beton, an Proben verschiedener Gestalt geprüft, nicht die gleiche Festig-
keit ergibt, spricht man je nach der gewählten Probenform von Würfeldruckfestigkeit,
Prismendruckfestigkeit, Phasendruckfestigkeit, Zylinderdruckfestigkeit. Setzt man z. B.
die Druckfestigkeit eines Betonwürfels von der Kantenlänge a gleich 1, so sinkt die
Prismendruckfestigkeit (h > a) herab bis auf 0,6, während die Plattenfestigkeit bei glei-
cher Grundfläche (h < a) auf das 1,5fache anwachsen kann.
Als Probenform wurde in DIN 1048 der Würfel gewählt.
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Die anzuwendende Würfelgröße richtet sich nach dem Größtkorn im Zuschlagstoff.
Nach DIN 1048 sind bei einer Korngröße über 40 mm Würfel von 30 cm Kantenlänge,
bei kleinerem Größtkorn Würfel von 20 cm Kantenlänge zu verwenden.
Weicher bis flüssiger Beton vorausgesetzt dürfen, wenigstens für die Güteprüfung und
Erhärtungsprüfung, auch Würfel von 10 cm Kantenlänge verwendet werden, wenn das
Grobkorn das Maß von 30 mm nicht übersteigt. Wegen des Einflusses der Würfelgröße
sollen nach DIN 1048 § 8 die Festigkeiten gleich alter Würfel von 10 cm Kantenlänge
um 15 v. H. größer sein, die von Würfeln von 30 cm Kantenlänge dürfen 10 v. H. kleiner
sein als die Festigkeiten der Würfel von 20 cm Kantenlänge.
Werden mangels stählerner Formen ausnahmsweise Holzformen verwendet, so müs-
sen bei oftmaliger Verwendung dieser Formen die Druckflächen des Betons meist
nachgearbeitet werden, da sich das Holz durch die Feuchtigkeit des Betons verzieht.
Über die Herstellung von Rüttelbetonwürfeln sind zur Zeit erst Verhandlungen im Gan-
ge.
[8 S. 223]
1953 sind für den erhärteten Beton in DIN 1045 § 5, DIN 1047 § 5 und DIN 4225 § 5
insgesamt 8 Betongüteklassen vorgesehen, gestaffelt nach der Druckfestigkeit von
Würfeln von 20 cm Kantenlänge im Alter von 28 Tagen.
Für die Einhaltung der Güteklassen dienen gemäß DIN 1048, Vorbemerkung, die Eig-
nungsprüfung, die Güteprüfung und die Erhärtungsprüfung.
Über den Sinn dieser Prüfungsarten siehe DIN 1048, über den Umfang der Gütenach-
weise siehe DIN 1045 § 6, 3 (Ausgabe 1943, Stand Juli 1951):
·
Nachweis vor Baubeginn:
Vor Baubeginn ist festzustellen, ob und wie die erforderliche Betonfestigkeit mit den in
Aussicht genommenen Betonstoffen mit Sicherheit erreicht werden kann.
Die Baupolizei kann Eignungsprüfungen verlangen.
Bei Verwendung von flüssigem Beton und von Beton B 225 und B 300 sind stets Eig-
nungsprüfungen durchzuführen.
·
Nachweis während der Bauausführung:
Bei Beton B 160, B 225 und B 300 sind auf der Baustelle stets Güteprüfungen nach Teil
D durchzuführen.
Hierzu ist der Beton an der Verwendungsstelle zu entnehmen.
Im Allgemeinen sind auf je 200 m³ Beton drei Probewürfel herzustellen. Wird in größe-
ren Abschnitten betoniert, bei denen der Beton ohne Unterbrechung eingebracht wird,
so genügen dafür drei Probewürfel auf je 500 m³.
Mindestens sind aber bei jedem Bauwerk drei Würfel zu prüfen.
Zu geringe Festigkeiten einzelner Würfel sind nicht zu beanstanden, wenn sie nicht
mehr als 15 v. H. unter den verlangten Festigkeiten liegen und wenn der Durchschnitt
der Druckfestigkeiten der zusammengehörigen drei Probewürfel über der verlangten
Festigkeit liegt.
Bei Beton B 120 kann sich der Unternehmer auch in anderer geeigneter Weise von der
Einhaltung der vorgeschriebenen Mindestfestigkeit überzeugen.
Bei weichem und flüssigem Beton sind auch Würfel von 10 cm Kantenlänge zulässig.
Wird für die Bewertung des Betons die Würfelfestigkeit nach 7 Tagen zugrunde gelegt,
so muss diese mindestens 70 v. H., bei Verwendung von Zement 325 oder 425 mindes-
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tens 80 v. H. der vorgeschriebenen Würfelfestigkeit nach 28 Tagen erreichen. Diese ist
außerdem nachzuweisen und bleibt bei Abweichungen maßgebend.
Die Würfel können auf der Baustelle oder an anderen Prüfstellen mit einer Druckpresse
geprüft werden, deren Zuverlässigkeit von einer hierfür zugelassenen staatlichen Prüf-
anstalt bescheinigt ist.
Die Prüfung der Druckpresse ist mindestens alle zwei Jahre zu wiederholen.
Gemäß DIN 1048 III §§ 4 bis 8, Ausgabe 1943, sind die Größe und Anzahl der Würfel
(30 bzw. 20 cm Kantenlänge, mindestens drei Würfel), die Geräte zum Herstellen der
Würfel (Stahl- oder Eisenformen), die Verdichtung (Stochern, Stampfen, Rütteln), Be-
handeln und Aufbewahren der Würfel (Raum, Temperatur, Lagerung) und die Prüfung
der Würfel, (Gewicht, Maße, Pressung) bei den Druckfestigkeitsprüfungen zu beachten.
[9 S. 154, 493]
1954 erfolgen gemäß DIN 4227 - Spannbeton, Richtlinien für Bemessung und Ausfüh-
rung, Ausgabe Oktober 1953-, Pkt. 4 vor der Ausführung stets Eignungsprüfungen ge-
mäß DIN 1048.
Während der Ausführung sind wöchentlich mindestens zweimal Güteprüfungen nach
DIN 1048 durchzuführen. Außerdem muss für jeden Betonierungsabschnitt eine ausrei-
chende Zahl von Probewürfeln für die in Abschnitt 5.1 verlangte Erhärtungsprüfung an-
gefertigt werden.
Art und Grad der Verdichtung der Probewürfel müssen der Verdichtung im Bauwerk
entsprechen.
Das Raumgewicht der Würfel und das Raumgewicht (die Rohwichte) des Betons im
Bauwerk müssen ausreichend übereinstimmen.
[10 S. 639]
1955 wird mit der Richtlinie ,,Kugelschlagprüfung von Beton mit dichtem Gefüge - Richt-
linien für die die Anwendung - DIN 4240", Ausgabe September 1954, eine neue Metho-
de der Prüfung der Betonfestigkeit eingeführt.
Die übliche Prüfung von Beton-Probewürfeln, die gleichzeitig mit dem Bauwerksbeton
hergestellt werden, hat den Nachteil, dass im allgemeinen die Probenzahl nicht aus-
reicht zu einer gesicherten Aussage über die Betongüte, dass die Druckfestigkeit von
der Größe der Probewürfel abhängt, die Prismendruckfestigkeit von der im allgemeinen
nur ermittelten Würfeldruckfestigkeit mehr oder weniger stark abweicht, und dass
schließlich die Übereinstimmung der Betongüte im Bauwerk und im Probewürfel nicht
ausreichend gesichert ist. (Gaede, K: ,,Über die Bestimmung der Festigkeit des Betons",
Beton- und Stahlbetonbau 1951, Heft 7, S. 155-159, Verlag Ernst & Sohn, Berlin)
Das Kugelschlagverfahren ermöglicht dagegen eine unmittelbare Prüfung des Betons
im Bauwerk und hat den großen Vorteil eine praktisch zerstörungsfreie Prüfung zu sein
und mit geringem Arbeitsaufwand eine große Zahl von Festigkeitswerten zu liefern.
Bei der Kugelschlagprüfung wird aus der Größe der Durchmesser von Kugeleindrü-
cken, die auf dem zu untersuchenden Betonkörper angebracht werden , die Würfel-
druckfestigkeit des Betons abgeschätzt.
Dabei werden die Kugeleindrücke, hergestellt durch einen Schlag, also durch dynami-
sche Kräfte im Gegensatz zu dem bei der Prüfung von Stahl und sonstigen Metallen
üblichen Kugeldruckversuch (Brinell), bei dem eine ruhende Belastung angewendet
wird.
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Die Geräte hierfür sind:
·
Federhammer (Frank)
·
Pendelhammer (Einbeck)
Für die Prüfung von Beton im Bauwerk sind noch andere Geräte vorgeschlagen wor-
den, und zwar u. a. der Handhammer nach Einbeck und der ,,Betonprüfhammer" von
Schmidt (Schweiz)
In wichtigen Fällen und überall dort, wo aus irgendwelchen Gründen Zweifel an der Zu-
verlässigkeit des Ergebnisses bestehen, sollte man sich nicht ausschließlich auf das
Ergebnis der Kugelschlagprüfung verlassen, sondern möglichst noch andere Ver-
gleichsprüfungen einhalten, insbesondere:
·
Die übliche Güteprüfung mit gleichzeitig mit dem Bauwerk hergestellten Probe-
würfeln
·
Bestimmung des Raumgewichtes (trocken) und der Zusammensetzung des Be-
tons an herausgestemmten - kleinen - Stücken und Berechnung der wahrscheinli-
chen Betonfestigkeit aus diesen Zertrümmerungsgrößen.
·
Entnahme gößerer Blöcke aus dem Bauwerk, Heraussägen und Prüfen von Pro-
bewürfeln auf Druckfestigkeit.
[13 S. 658]
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1957 enthalten die ,,Vorläufigen Richtlinien für das Auspressen von Spannkanälen mit
Zementmörtel", Fassung November 1955, Anforderungen an die Druckfestigkeit von
Zylindern:
W
7
= 250 Kg/cm²
W
28
= 300 Kg/cm²
Die Druckfestigkeit wird an 3 Zylindern geprüft, die sich nach 28 Tagen aus den Kon-
servendosen der Proben 6.1 ergeben:
Handelsübliche 1-kg-Konservendosen, Ø 99 mm, Höhe 123 mm, bis etwa 10 mm
unter dem Rand eingefüllt.
Die Prüfungen sind für jeden Tag, an dem eingepresst wird, mit dem tatsächlich ver-
wendeten Mörtel in drei Proben durchzuführen.
[14 S. 748]
1958 erfolgt hierzu eine Ergänzung, wonach zur Druckfestigkeitsprüfung für den Ein-
pressmörtel gemäß den ,,Vorläufigen Richtlinien für das Einpressen von Zementmörtel
in Spannkanäle", Fassung Juli 1957, nach 28 Tagen der Füllung der Konservendosen
diese frühestens 2 Tage vor der Prüfung auszuformen und die Druckflächen durch Ab-
sägen des Zylinders an beiden Enden auf 80 mm Höhe mit Ebenschleifen oder Abglei-
chen mit dünnem fetten Zementleim zum Prüfvorgang vorzubereiten sind.
Die Proben sind nach Entformen der Dosen ständig feucht zu halten.
[15 S. 722]
1962 können zur Bestimmung der Festbetoneigenschaften beim Schwerbeton gele-
gentlich auch Prismen 10 cm x 10 cm x50 cm verwendet werden, an denen zunächst
die Biegezugsfestikeitsprüfung durchgeführt wird; an allen anfallenden Prismenhälften
wird dann durch Auflegen von Stahlplatten 10 cm x 10 cm die Betondruckfestigkeit er-
mittelt, wobei besondere Betonwürfel eingespart werden.
[17 S. 16]
1971 wird nach DIN 1048 - Prüfverfahren für Beton Fassung 1970 - die Druckfestigkeit
an Würfeln von 10, 15, 20 oder 30 cm Kantenlänge oder an Zylindern vom Durchmes-
ser d = 10,15,20 oder 30 cm und der Höhe h = 2d ermittelt.
Die kleinste Abmessung der Probekörper soll mindestens dem 4fachen Größtkorn-
durchmesser der Zuschlagstoffe entsprechen.
Maßgebend für die Güteklasseneinteilung ist die an Würfeln von 20 cm Kantenlänge
ermittelte Druckfestigkeit im Alter von 28 Tagen (ß
w28
).
Derselbe Beton an Proben verschiedener Gestalt und Größe geprüft, liefert nicht die
gleichen Druckfestigkeitenwerte; gegebenenfalls sind Umrechnungen erforderlich.
Wird die Druckfestigkeit der Würfel von der Kantenlänge a gleich 1 gesetzt, so wird die
Druckfestigkeit der Säule von der Grundfläche a x a je nach der Höhe h bei h a auf
den Wert 0,95 bis 0,70 herabsinken, während die Plattenfestigkeit (h a) auf das
1,5fache und mehr anwächst.
Selbst die Würfeldruckfestigkeit des gleichen Betons nimmt mit abnehmender Würfel-
größe zu. Die Zylinderfestigkeit ist bei einem Zylinder h gleich 2d (d = 15 cm) kleiner als
die Würfelfestigkeit von 20 cm Kantenlänge, beim Zylinder h = d im allgemeinen größer
als letztere.
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