Fachhochschule Stuttgart
Hochschule für Technik
Fachbereich Bauingenieurwesen
Allgemeiner Ingenieurbau

Frost-Tausalz-Prüfungen an Leichtbeton mit Leichtzuschlägen

Diplomarbeit

von

Guido Heck

Wintersemester 2002/2003

Erklärung

[...]

Danksagung

[...]

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung und Zielsetzung ... 1
    1.1 Einführung ... 1
    1.2 Gliederung ... 2

2 Frost- und Frost-Taumittel-Widerstand von Beton ... 4
    2.1 Allgemeine Anforderungen ... 4
    2.2 Schädigungsmechanismus ... 5
    2.3 Schadensbild ... 7

3 Versuchsprogramm ... 9

4 Ausgangsstoffe ... 11
    4.1 Übersicht der Ausgangsstoffe ... 11
    4.2 Beschreibung der Ausgangsstoffe ... 11

5 Vorversuche ... 15
    5.1 Wasseranspruch ... 15
        5.1.1 Liapor F3,5 ... 16
        5.1.2 Liapor F6,5 ... 16
        5.1.3 Blähschiefer ... 17
        5.1.4 Leichtsand / Lias ... 17
        5.1.5 Kesselsand ... 18
    5.2 LP-Gehalt ... 18

6 Mischungsentwurf ... 20
    6.1 Allgemeine Anforderungen ... 20
    6.2 Herstellung der Mischungen ... 20
        6.2.1 Mischung 1 ... 22
        6.2.2 Mischung 2 ... 23
        6.2.3 Mischung 3 ... 25
        6.2.4 Mischung 4 ... 26
        6.2.5 Mischung 5 ... 27
    6.3 Zusammenfassung ... 29

7 Druckversuche ... 30
    7.1 Trag- und Bruchverhalten von Leichtbeton ... 30
    7.2 Auswertung der Druckversuche ... 32

8 Frost-Tausalz-Versuche ... 34
    8.1 CDF-Test ... 34
        8.1.1 Versuchsbeschreibung ... 34
        8.1.2 Ultraschallprüfung ... 35
        8.1.3 Wasseraufnahme ... 36
        8.1.4 Mischung 1 ... 37
        8.1.5 Mischung 2 ... 38
        8.1.6 Mischung 3 ... 39
        8.1.7 Mischung 4 ... 41
        8.1.8 Mischung 5 ... 42
        8.1.9 Zusammenfassung CDF-Test ... 44
    8.2 Boras-Test (Plattenverfahren) ... 46
        8.2.1 Versuchsbeschreibung ... 46
        8.2.2 Mischung 1 ... 48
        8.2.3 Mischung 2 ... 49
        8.2.4 Mischung 3 ... 49
        8.2.5 Mischung 4 ... 50
        8.2.6 Mischung 5 ... 52
        8.2.7 Zusammenfassung Boras-Test ... 52

9 CDF-Test und Plattenverfahren im Vergleich ... 55

10 Zusammenfassung und Ausblick ... 56

11 Literaturverzeichnis ... 57

12 Anhang ... 60

1 Einleitung und Zielsetzung
1.1 Einführung

Betonbauteile, die Witterungseinflüssen unmittelbar ausgesetzt sind, müssen einen ausreichenden Frost- und gegebenenfalls einen Frost-Tausalz-Widerstand während der gesamten Nutzungsdauer aufweisen. Die Beanspruchung reicht von geringem Frostangriff, zum Beispiel bei Fassadenelementen, bis zu starkem Frost-Tausalz-Angriff unter anderem bei Betonfahrbahnen, Brückenkappen oder Räumerlaufbahnen von Kläranlagen. Zur Erzielung eines ausreichenden Widerstandes legen Normen Anforderungen an Ausgangsstoffe und Betonzusammensetzung fest [12].

Zur unmittelbaren Bestimmung des Frost-Taumittel-Widerstandes gibt es zahlreiche Prüfverfahren, deren Ergebnisse jedoch zu große Prüfstreuungen aufweisen, um mit statistisch ausreichender Sicherheit ein Abnahmekriterium definieren zu können. In Deutschland wurde mittels Ring- und Vergleichsversuchen anhand unterschiedlicher Prüfverfahren versucht, reproduzierbare Versuchsergebnisse zu erhalten. Die Ergebnisse aller Prüfanstalten wiesen untereinander so große Streuungen auf, dass das von einer Prüfanstalt ermittelte Einzelergebnis an sich nur eine sehr geringe Aussagekraft besaß. Über die Reproduzierbarkeit der erzielten Prüfergebnisse gab und gibt es unterschiedliche Meinungen. Deshalb wird bisher der Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand in den Normen bevorzugt durch Herstellkriterien (w/z-Wert, Gehalt an künstlichen Luftporen) definiert. Eine einheitliche Prüfung des Frost-Tausalz-Widerstandes ist hier nur von untergeordneter Bedeutung [19].
Da in Deutschland keine festgeschriebene Norm für die Prüfung des Frost- und Frost-Tausalz-Widerstandes von Beton existiert, ist es notwendig, ein einheitliches Verfahren zu entwickeln oder sich auf ein bestehendes Prüfverfahren zu einigen, das als gültige Norm mit festgelegten Rand- und Herstellkriterien festgeschrieben wird.

Einen ersten Schritt in diese Richtung macht die europäische Norm prEN 12390-xxx:2000 [4]. Sie gibt dem Anwender drei Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenabwitterung vor. Als Referenzverfahren ist der schwedische Plattenversuch [1] festgelegt worden. Ebenso können als Alternative das CF-/CDF-Verfahren [2] und das Würfelverfahren angewendet werden. In der vorliegenden Arbeit werden mit dem schwedisches Plattenverfahren und dem CDF-Test zwei der in der europäischen Norm vorgeschlagenen Prüfverfahren verwendet.
Leichtbetone zeichnen sich gegenüber Normalbeton dadurch aus, dass sie eine geringere Rohdichte aufweisen. Neben dem Verhältnis Eigenlast zu Gesamtlast eines Bauwerks wird auch das Wärmedämmvermögen günstiger. Druckfestigkeit und Rohdichte können aber je nach verwendeter Gesteinskörnung, Betonzusammensetzung und Verwendungszweck stark schwanken. Aufgrund dieser speziellen Eigenschaften von Leichtbeton und der guten Frostbeständigkeit künstlich hergestellter Gesteinskörnungen und Sande ist zu überlegen, in wie weit Leichtbetone bei Frost-Tausalz-Beanspruchung eingesetzt werden können.

In der vorliegenden Arbeit soll untersucht werden, ob Leichtbetone mit Leichtzuschlägen ohne Zugabe eines LP-Mittels frosttausalzbeständig sind. Die Versuche werden mit dem schwedischen Plattenverfahren und dem CDF-Test an fünf unterschiedlichen Betonen mit geschalter und gesägter Fläche durchgeführt. Neben der Frost-Taumittel-Beständigkeit von Leichtbetonen werden die verwendeten Prüfverfahren miteinander verglichen und hinsichtlich ihrer Versuchsdurchführung und den damit erzielten Ergebnissen diskutiert.

1.2 Gliederung

In Kapitel 2 soll zunächst auf den Schädigungsmechanismus und die daraus entstehenden Schäden infolge Frost-Tausalz-Beanspruchung von Beton eingegangen werden.

Die Aufstellung und Angabe der für die vorliegende Arbeit erforderlichen Versuche sowie das Versuchsprogramm gibt Kapitel 3 wieder.

Die verwendeten Ausgangsstoffe werden in Kapitel 4 vorgestellt; es wird kurz auf ihre Herstellung, Eigenschaften und die in der Mischungsberechnung verwendeten Materialkennwerte eingegangen.

In Kapitel 5 wird neben dem Wasseranspruch der leichten Gesteinskörnungen auch die für eine Prüfmischung erforderliche Zugabemenge an Luftporen bildendem Zusatzmittel bestimmt.

Kapitel 6 beinhaltet den Mischungsentwurf und geht näher auf die Herstellung und die Eigenschaften des jeweiligen Frischbetons der Leichtbetonmischungen ein.

In Kapitel 7 wird das Trag- und Bruchverhalten von Leichtbeton erklärt und die Ergebnisse der Druckversuche werden ausgewertet.

Der CDF-Test und das Plattenverfahren sind in Kapitel 8 näher erläutert und die Versuchsergebnisse beschrieben und zusammengefasst. Die Ergebnisse der Ultraschallmessung und der Wasseraufnahme der Probekörper werden aufgezeigt.

In den abschließenden Kapiteln 9 und 10 werden die Ergebnisse der Frost-Tausalz-Versuche zusammengefasst, diskutiert, und es wird ein Ausblick gegeben.

2 Frost- und Frost-Taumittel-Widerstand von Beton
2.1 Allgemeine Anforderungen

Die Auswirkung von Frost-Tau-Wechseln auf den Beton ist abhängig von dessen Feuchtigkeitsgehalt sowie der Häufigkeit und Intensität der Temperaturänderungen. Die Beanspruchung durch Gefrieren nimmt mit steigendem Feuchtigkeitsgehalt zu. Sie ist am stärksten bei Gefrieren unter Wasser, wie es z.B. bei stehenden Wasserfilmen auf Verkehrsflächen stattfindet. Bei Außenbauteilen erfolgt in der Regel ein Gefrieren an Luft, was zu einer deutlich geringeren Beanspruchung führt.
Beton, der unter Umgebungsfeuchte "austrocknet" und, wie bei vertikalen Bauteilflächen, der Einwirkung von Niederschlägen nur begrenzt ausgesetzt ist, verhält bei sachgerechter Herstellung praktisch unempfindlich gegenüber Frost-Tau-Wechseln. Schäden sind jedoch zu erwarten, wenn der Beton im durchfeuchteten Zustand häufigen und schroffen Frost-Tau-Wechseln ausgesetzt ist, insbesondere bei gleichzeitiger Einwirkung von Taumitteln. In diesen Fällen ist ein Beton mit hohem Frostwiderstand bzw. Frost-Taumittel-Widerstand erforderlich [17].
Um einen Beton gegenüber Frostbeanspruchungen widerstandsfähig zu machen, muss auch der Zuschlag Regelanforderungen entsprechen und Widerstand gegen Frost- und Frost-Taumittel aufweisen. Dies ist in DIN 4226-Teil 1 und Teil 2 festgelegt [6], [7].
Für die Bestimmung des Frost-Taumittel-Widerstandes von Beton gibt es mehrere Verfahren. Vorliegende Arbeit wird mit Hilfe des CDF-Tests [2] und des schwedischen Plattenversuchs (Swedish Standard SS 13 42 77, [1]), auch Boras-Test genannt, durchgeführt. Nach GRÜBL [17] haben die verschiedenen Prüfverfahren Schwierigkeiten, allgemein anerkannt zu werden, da die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf das Verhalten des Betons im Bauwerk noch zu wenig gesichert ist. "Die Ergebnisse sind nur bedingt auf die Praxis übertragbar", Zement, Taschenbuch 2000 [15]. AUBERG [18] kommt zumindest für den CDF-Test aufgrund seiner Forschungsergebnisse zu dem Schluss, "dass die Übertragbarkeit auf die Praxis gegeben ist, da die hohe Präzision des Prüfverfahrens Basis für eine bauvertragliche Sicherheit ist".

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