Inhaltsverzeichnis

1.  Einleitung  

2.  Aufbau von Industrieböden und Anforderungen  

2.1.  Wahl der Konstruktion  

2.2.  Anforderungen  

2.3.  Beanspruchungen  

3.  Verschleiß  

3.1.  Oberflächenschutz  

3.2.  Wasserglas  

4.  Verschleißprüfverfahren  

5.  Laboruntersuchungen  

5.1.  Versuchsplan  

5.2.  Herstellung der untersuchten Bodenplatte  

5.3.  Versuchsdurchführung  

6.  Darstellung der Prüfergebnisse  

7.  Vergleich und Diskussion der Ergebnisse  

8.  Zusammenfassung und Ausblick  

Anhang   

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___________________________________________________________________________ 8. Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Betonboden-Aufbau,

Abb. 2: a) Hallen-Betonboden und b) Freifläche aus Beton [2] Abb. 3: Betonbodenplatte und Tragschicht im Bereich eines Stützenfundaments mit Trennung von der Betonbodenplatte durch umlaufende Raumfugen (Randfugen) [2] Abb. 4: Vorschlag für einen Industrieboden mit Kombibewehrung, [6] Abb.5: Fugenarten im Bereich der tragenden Betonplatte [3] Abb.6.: Anforderungsprofil [10]

Abb.7.: Schematische Darstellung der an einem Triboysystem beteiligten Komponenten nach DIN 50230 [12]

Abb.8: Oberflächenschutz von Beton und Estrichen [3]

Abb.9 Molekularer Aufbau und Spannungs-Dehnungsverhalten der Kunststoffgruppen [3] Abb.10: Silikat-Molekül [19]

Abb.11: Ebene Darstellung eines unregelmäßigen SiO 2 Netzwerkes, Schematische Darstellung eines Natrium Wassersilikatglases [16] Abb.12: Silikonat-Molekül [19] Abb. 13: Bodenplatte

Abb.14: Messuhr, Schablone zur Kennzeichnung der Messstellen [21] Abb.15: Schleifmaschine nach Böhme, Einspannung der Probe, Gewichtsbelastung Abb.16: Vorgang des Abschleifen

Abb.17: Vergleichende Darstellung der Proben NB-1 <-> W1-A(TR) Abb.18: Vergleichende Darstellung der Proben NB-1 <-> W1-A(ZB) Abb.19: Vergleichende Darstellung der Proben NB-1 <-> W2-A Abb.20: Vergleichende Darstellung der Proben NB-1 <-> W2-C Abb.21: Vergleichende Darstellung der Proben W1-A(TR) <-> W1-A(ZB) Abb.22: Vergleichende Darstellung der Proben W1-A(ZB) <-> W2-C Abb.23: Vergleichende Darstellung der Proben W2-A <-> W2-C Abb.24: Abrieb der Proben

Abb.25: Säulendarstellung des mittleren Gesamtabriebs in den Bereichen NB-1, W1-A(TR), W1-A(ZB), W2-A, W2-C und deren jeweilige Proben P10-12 Abb.26: Dickeverlust der Proben P10 bis P12 im Bereich NB-1 Abb.27: Dickeverlust der Proben P10 bis P12 im Bereich W1-A (TR) Abb.28: Dickeverlust der Proben P10 bis P12 im Bereich W1-A (ZB) Abb.29: Dickeverlust der Proben P10 bis P12 im Bereich W2-A Abb.30: Dickeverlust der Proben P10 bis P12 im Bereich W2-A (ZB)

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1. Einleitung

Warum es sinnvoll ist die Betonoberfläche eines Industriebodens zu untersuchen, wird deutlich, wenn man sich die Kosten beim Bau einer Halle vergegenwärtigt. Ein Industrieboden verursacht ca. 20% der Gesamtkosten bei der Herstellung einer Industriehalle. Es wird davon ausgegangen, dass bei Einhaltung aller Anforderungen und Sicherstellung aller dort genannten Eigenschaften das Bauwerk mindestens über 50 Jahre nutzbar ist [1]. Bei Industriehallen, wie Lager- und Produktionshallen gehen Bauherren mittlerweile von 20 Jahren Nutzungsdauer aus, da sich über diesen Zeitraum die Nutzungsanforderungen an einen Industrieboden ändern werden. Ein Industrieboden besitzt nur eine begrenzte Haltbarkeit. Der Bauunternehmer, der einen Industrieboden für seinen Bauherrn ausführt und dabei eine funktionale Gewährleistung ausspricht, ist an einer Dauerhaftigkeit und Haltbarkeit der Konstruktion sehr interessiert.

Die Haltbarkeit eines Industriebodens ist durch seine Beanspruchung eingeschränkt. Die Beanspruchung kann durch chemische oder physikalische Belastung entstehen. Ein Industrieboden ist meist stark belastet, z.B. entsteht durch Verkehr eine mechanische Belastung, welche eine entscheidende Einwirkungsgröße auf den Boden darstellt. Die Festigkeit des Bodens kann man verbessern, indem man die Betonzusammensetzung variiert oder eine Stahlbetonkonstruktion verwendet. Weitere Möglichkeiten den Beton gegen äußere Einflüsse zu schützen, ist die Oberflächenbehandlung des Betons. Oberflächenbehandlung wird notwendig, wenn Beton durch chemischen oder mechanischen Angriff übermäßig beansprucht wird. Es treten Anforderungen an den Beton auf wie Wasserdampfdiffusionsfähigkeit, Begrenzung der Karbonatisierung, Wasserundurchlässigkeit und Frost/Taumittelbeständigkeit. Der Beton kann durch Wahl einer XM-Expositionsklasse wider-standsfähiger gegen Verschleißbeanspruchungen und durch Wahl einer XA--Expositionsklasse widerstandsfähiger gegen chemisch angreifende Beanspruchungen gemacht werden. Reicht die Wahl Expositionsklasse nicht aus, um den hohen Anforderungen gerecht zu werden, kann ein Oberflächschutzsystem zur Verbesserung der Haltbarkeit des Industriebodens gewählt werden. Als Oberflächenschutzsysteme gibt es Imprägnierungen / Hydrophobierungen, Versiegelung und Beschichtung zum Schutz der Betonoberfläche gegen das Eindringen von Wasser und darin eventuell gelöster Schadstoffe. Die Wider-standsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchungen kann für gewöhnlich nur durch Beschichtungen gewährleistet werden.

Ein geeigneter Werkstoff zur Oberflächenbehandlung ist Wasserglas. Wasserglas ist ein chemisches Oberflächenverdichtungsmittel auf Silikatbasis. Bei den in der Arbeit untersuchten Wassergläsern handelt es sich zum einen um ein Wasserglas das nur aus Natriumsilikatlösung besteht und zum anderen um ein Wasserglas, das ein Gemisch von

___________________________________________________________________________ Natriumsilikatlösung und Kaliummethylsilikonat ist. Es ist nicht den üblichen Oberflächenbe-handlungsmaßnahmen zuzuordnen und ist im Vergleich zu herkömmlichen Methoden besonders kostengünstig. Um beurteilen zu können, ob Wasserglas eine geeignete Alternative zur Oberflächenbehandlung ist, soll in dieser Arbeit untersucht werden, ob und in welcher Form Wasserglas gegen Verschleißwiderstand schützt.

2. Aufbau von Industrieböden und Anforderungen

2.1 Wahl der Konstruktion

Der Industrieboden besteht für gewöhnlich aus vier Schichten: Bodenplatte, Zwischenschicht, Tragschicht und Untergrund. Zur Veranschaulichung der vier Schichten dient Abbildung 1.

Abb. 1: Betonboden-Aufbau, Abb. 2: a) Hallen-Betonboden und b) Freifläche aus Beton [2] Aus wie vielen Schichten der Industrieboden letztendlich besteht, hängt vom Anforderungsprofil ab. Handelt es sich zum Beispiel um einen Boden, der im Freien ist, legt man zwischen Untergrund und Tragschicht eine Frostschutzschicht zum Standhalten des Bodens gegen die Witterungsverhältnisse ein. Die zusätzliche Frostschicht wird in Abbildung 2 b) Freifläche aus Beton ersichtlich.

Der Untergrund trägt entscheidend zur Funktionsfähigkeit eines Industriebodens bei. Er muss eine gleichmäßige Zusammensetzung über die gesamte Fläche haben, eine gute Verdichtung, eine ausreichende Tragfähigkeit und eine gute Entwässerung. Eine gute Verdichtung des Bauuntergrundes kann erreicht werden durch Verwenden von Sand oder Kies-Sand-Zementgemisch (Magerbeton) und Einsatz einer Rüttelmaschine, um die Gefahr späterer Setzungen zu verringern. Um dies zu erreichen werden an den Untergrund und die Tragschicht Bedingungen an das Elastizitätsmodul bei vorgeben Einzellasten Q d gestellt, siehe Tabelle 1.

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Tab.1.: Erforderlicher Verformungsmodul EV2 des Untergrunds und der Tragschicht unter Betonbodenplatten [2] Wie in der Tabelle 1 zu sehen ist, wird an die Tragschicht hinsichtlich des Verformungsmoduls höhere Anspruche gestellt als an den Untergrund, d.h. die Tragschicht muss einer höheren Belastung standhalten als der Untergrund. Die Tragschicht erhöht die Ebenheiten der Unterlage und nimmt die Schubspannungen aus den Lasten auf. Die Wahl der Tragschicht in Form und Dicke ergibt sich nach maximaler Einzellast Q d . Zur Auswahl stehen Kiestragschicht, Schottertragschicht, Verfestigung (baustellengemischt), hydraulisch gebundene Kiestragschicht, Verfestigung (zentralgemischt) und Betontragschicht [2]. Zwangsspannungen entstehen durch Behinderung der Verformungen, die durch Änderung des Feuchtegehaltes des Betonbodens (Austrocknen) oder Temperaturänderungen auftreten. Zwangsbeanspruchungen durch Temperaturschwankungen können nicht nur im Freien auf die Bodenplatte einwirken, sondern auch im Inneren einer Halle durch Heizen im Winter oder Wärmeabgabe von Maschinen, Öfen, Sonneneinstrahlung etc. entstehen [3]. Um diesen Zwangsbeanspruchungen, die auf die Bodenplatte wirken, entgegenzuwirken, trennt man die Bodenplatte von anderen Bauteilen ab. Dazu fügt man zwischen die Tragschicht und die Bodenplatte eine Gleitschicht bzw. Trennlagen ein, siehe Abbildung 3. Diese Schicht wird auch als Zwischenschicht bezeichnet.

Abb. 3: Betonbodenplatte und Tragschicht im Bereich eines Stützenfundaments mit Trennung von der Betonbodenplatte durch umlaufende Raumfugen (Randfugen) [2]

___________________________________________________________________________ Durch diese Ausführung der Konstruktion können Risse vermieden werden. Als Gleitschicht kann z.B. eine zweilagige PE-Folie mit einer Dicke von über 2 mm, eine Lage PTFE-Folie oder eine Lage Bitumenbahn eingesetzt werden. Als Trennlagen verwendet man meist Geotextil-Vlies. Es sollte bei Kies- und Schottertragschichten sowie Wärmedämmschichten zur Anwendung kommen. Die Trennlage verhindert das Wegsickern von Zementleim in den Unterbau und schützt vor ungleichmäßigem Austrocknen der Betonbodenplatte [3]. Bei der Festigkeit des Bodens ist die Bodenplatte verantwortlich für die Oberflächeneigenschaften, wie Griffigkeit, Dichte, Verschleißfestigkeit und Ebenheit [4]. Wenn zu hohe Biegezugspannungen in der Bodenplatte auftreten, wird die Bodenplatte bewehrt ausgeführt. Ein Vorschlag ist in Abbildung 4 zu sehen. Gleichmäßig verteilte Stahlfasern im Beton der Bodenplatte haben sich zur Verbesserung der Rissverteilung, des Verschleißwiderstandes und der Schlagfestigkeit als nützlich erwiesen (vgl. [5]).

Durch die bewehrte Ausführung der Konstruktion entstehen in jedem Fall Risse auf der Bodenplatte. Um diesen Risse möglichst klein zu halten, gibt es laut DIN 1045 Rissbreitenbegrenzungen, nach denen die erforderliche Bewehrungsmenge für die Bodenplatte ausgerechnet wird (vgl [7]). Die Rissbreite w k richtet sich jeweils nach der geforderten Anforderungsklasse und liegt zwischen w k = 0,2 mm bis w k = 0,4 mm [8]. Um der Zwangsausdehnung der Platte entgegenzuwirken, bildet man Fugen aus. Auf der einen Seite sind Fugen zur Vermeidung von Rissen notwendig, aber auf der anderen Seite sollte ihre Anzahl möglichst gering gehalten werden, da sie einen Schwachpunkt in der Konstruktion eines Industriebodens darstellen. An den Fugenecken und -kanten ist die Gefahr von Rissbildung besonders gegeben. Aus diesem Grund sollte bei der Planung darauf geachtet werden, wo die entsprechenden Fugen verlaufen und sich gegebenenfalls kreuzen sollten.

Schein- und Sollrissfugen sind zweckmäßig, weil sie den Querschnitt schwächen und unterhalb des Kerbschnitts eine vorgebende Rissbildung bewirken. Um eine Scheinfuge