Leistungsfähigkeit von Betonen für den Einsatz in Weißen Wannen Bauwerken ohne rissbreitenverteilende Bewehrung
Einleitung
Im Zuge des Forschungsprojekts Weiße Wanne untersuchte die Smart Minerals GmbH in 4 Forschungsjahren das Verhalten von unterschiedlich nachbehandelten Konstruktionsbetonen (B5, B7, BS1A, BS1C, BS1Aplus und BS1Cplus) unter realer Witterung (Auslagerung) in Bezug auf den Karbonatisierungswiderstand.
Durchführung
Abbildung 1: Herstellung der Probekörper unter realen Bedingungen
Ziel der Prüfung war es das Langzeit-Verhalten des Karbonatisierungswiderstands für typische Konstruktionsbetone bei unterschiedlicher Nachbehandlungsqualität zu ermitteln.
Zur Erzielung dichter Bauwerke im Infrastrukturbau wird überwiegend das System der „Weiße Wannen Bauweise“ verwendet.
Dazu wurden Probekörpern mit Abmessungen von etwa 1 m * 0,5 m * 1,3 m (Länge / Breite / Höhe) der Witterung über 4 Jahre an 4 Orten in Österreich (Ost-Wien, West-Tirol, Süd-Steiermark, Zentral-Oberösterreich) ausgesetzt. Die Probekörper wurden in Feldversuchen 2015 direkt beim Betonproduzenten hergestellt, ausgelagert und jährlich beurteilt.
Abbildung 2: Nachbehandlung und Lagerung der Probekörper in nicht witterungsgeschützten Bereichen von Transportbetonwerken
Da die Nachbehandlung einen wesentlichen Einfluss auf die Ergebnisse einzelner geprüfter Parameter aufweist, wurde die Nachbehandlungsqualität bei der Herstellung der Probewände variiert:
- Nachbehandlung „24“: Ausschalfristen 1 Tag für seitliche Schalungen und daran anschließend keine weitere entsprechende Nachbehandlung. In der Baupraxis wird, insbesondere im Hochbau, an dem auf den Betoniertag folgenden Tag ausgeschalt und die Wände nicht mehr nachbehandelt. Diese Vorgehensweise ist nicht normkonform und stellt eine höhere Beanspruchung des Betons (z.B. hinsichtlich Austrocknung der oberflächennahen Bereiche) dar. Aus beurteilungstechnischen Überlegungen d.h. einer Simulation einer „schärferen“ Beanspruchung wird diese Vorgehensweise der Baupraxis gewählt.
- Nachbehandlung „36“: Ausschalfristen gem. [1] 36 Stunden und dann entsprechende Nachbehandlung (z.B. Folienabdeckung) bis zu einem Alter von 7 Tagen gemäß ÖNORM B 4710-1:2018.
Widerstand gegenüber Karbonatisierung
Die Bestimmung der Karbonatisierungstiefe erfolgte mit dem Indikatorverfahren gemäß ÖNORM EN 14630 [1] durch Besprühen des Betons mit 1 %-iger Phenolphtaleinlösung. Bereiche mit einem pH-Wert > 9 (nicht karbonatisierte Bereiche) verfärben sich rot bis violett (siehe Abbildung 2).
Tabelle 1: Ergebnisse der Prüfung der Karbonatisierungstiefe über 4 Jahre als Mittelwert über alle Betonsorten sowie als Mittelwert je Betonsorte über alle Werke
Abbildung 3: Karbonatisierung, Symbolfoto. Nicht karbonatisierte Bereiche färben sich rot/violettDie Bestimmung der Karbonatisierungstiefe am Beton erfolgte durch Messen mit einer elektronischen Schiebelehre.
In Tabelle 1 sind die Mittelwerte der Karbonatisierungstiefe der unterschiedlichen Nachbehandlungen für alle Betone sowie für jede Betonsorte über alle Standorte angegeben.
Generell weisen die Probekörper mit der Nachbehandlung „36“ gegenüber den Probekörpern mit der Nachbehandlung „24“ geringere Karbonatisierungstiefen auf. In Tabelle 2 sind die prozentuale Verringerung der Karbonatisierungstiefe bezogen auf die Karbonatisierungstiefe der Nachbehandlung „24“ zusammengefasst.
Tabelle 2: Reduktion der Karbonatisierungstiefe nach 4 Jahren als Mittelwert über alle Betonsorten und Werke und als Mittelwert der einzelnen Betonsorten über alle Werke
Die Ergebnisse in Tabelle 2 sind in Abbildung 4 zusammengefasst dargestellt.
Abbildung 4 zeigt den prozentualen Anstieg der Karbonatisierungstiefe der einzelnen Weiße-Wanne-Betone bei Anwendung der Nachbehandlung „24“ gegenüber der Nachbehandlung „36“. Daraus können Aussagen über die Nachbehandlungsempfindlichkeit der Betone getroffen werden.
Abbildung 4: Erhöhung der Karbonatisierungstiefe für die einzelnen Betonsorten nach 4 Jahren bei nicht normgerechter Nachbehandlung
Während der Unterschied der Karbonsatisierungstiefen beim BS1C und BS1Cplus bei guter und schlechter Nachbehandlung nahezu unverändert ist, zeigt sich beim BS1A und BS1Aplus ein großer Unterschied. Der BS1A Beton ist demnach relativ unempfindlich gegenüber der Qualität der Nachbehandlung – die Karbonatisierungstiefen bei guter und schlechter Nachbehandlungsqualität unterscheiden sich nur um 5 %. Beim BS1Aplus Beton hingegen ist der Unterschied mit 53 % groß – der Beton ist demnach empfindlicher gegenüber der richtigen Nachbehandlung als der BS1A Beton.
Insgesamt, unter Berücksichtigung der Gesamtheit der Ergebnisse zeigt sich, dass eine nicht normkonforme, jedoch in der Baupraxis praktizierte Nachbehandlung über eine Einschaldauer von 24 h ohne weitere Maßnahmen, zu einer Erhöhung der Karbonatisierungstiefe von 25 % über alle gängigen Konstruktionsbetone nach 4 Jahren führt.
Autoren: DI Gerald Maier, Dr. Martin Peyerl, Dr. Stefan Krispel
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