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Betonieren bei hohen und tiefen Temperaturen
Beton-Seminare 2010Dr. Thomas RichterBetonMarketing Ost
© 20102 BetonMarketing Ost
Ziele Winterbau
kontinuierliche Bautätigkeit während des ganzen Jahres
möglichst keine witterungsbedingten Unterbrechungen
u.a. Schutzmaßnahmen vor Frost, Schnee, Eis, Wind und Regen
© 20103 BetonMarketing Ost
Einflüsse niedriger Temperaturen
Verzögerung des Erstarrens und der Festigkeitsentwicklung
Gefrieren des ungebundenen Wassers im Beton
Temperaturdifferenzen über den Betonquerschnitt
veränderte Eigenschaften des Betonstahls
Ziele beim Betonieren
Schnelles Erreichen der Gefrierbeständigkeit
Ausschalen in vertretbaren Fristen
© 20104 BetonMarketing Ost
Festigkeitsentwicklung des Betons (Anhaltswerte)
10090...105
10075...90
10060...75
10030...50
28 d
100...105
105...115
110...125
115...140
90 d
Entwicklung der Druckfestigkeit in % nachständige
Lagerung bei
Festigkeits-entwicklung des Betons
105...110
110...120
115...130
130...160
180 d
80...9060...80
65...8040...60
50...6520...40
40...5510...20
7 d
70...8040...60
+20 °C+ 5 °Cschnell
50...6020...40
+20 °C+ 5 °Cmittel
30...4010...20
+20 °C+ 5 °Clangsam
20...30+20 °C+ 5 °C
sehr langsam/langsam
3 d
© 20105 BetonMarketing Ost
Junger Beton ist gefrierbeständig, wenn er durch wenige Frost-Tau-Wechsel nicht geschädigt wird.
Nach DIN 1045-3, Abschn. 8.3 und ZTV-ING, Teil 3, Abschnitt 2, Nr. 7.4.3, ist ein Beton als gefrierbeständig anzusehen, wenn er eine Würfeldruckfestigkeit von mindestens 5 N/mm² erreicht hat.
Beton ist möglichst vor Niederschlag schützen.
Gefrierbeständigkeit
© 20106 BetonMarketing Ost
Gefrierbeständigkeit nach DIN 1045-3, Abschn. 8.3
+10 °C Halten dieser Temperatur für mindestens 3 Tageunter -3 °C
+10 °C bei Zementgehalten z ≤ 240 kg/m³oder bei LH-Zementen
+5 °C allgemein+5 °C ... -3 °C
Mindesteinbautemperatur des BetonsLufttemperatur
© 20107 BetonMarketing Ost
Gefrierbeständigkeit von Beton
Betontemperatur beim Betonieren
erforderliche Betonerhärtungszeit bis zum Erreichen der Gefrierbeständigkeit [Tage]
Zement-festigkeits-klasse
23,5532,5N
11,5242,5N / 32,5R
0,50,50,7552,5R / 52,5N / 42,5R
20 °C12 °C5 °C
© 20108 BetonMarketing Ost
Veränderte Betonstahleigenschaften
i. d. R. Biegen bei T ≥ 0 °C,bei 0 °C bis -5 °C Biegen mit reduzierter Biegegeschwindigkeit(DIN 1045-3, 6.2)
bei tiefen Temperaturen neigt Betonstahl zur Versprödung(T < -15 °C)
Stäbe mit d > 28 mm kritisch bei Temperaturen < -12 °C
Nachweis der Schweißeignung bei niedrigen Temperaturen
© 20109 BetonMarketing Ost
Kosten des Winterbaus(VOB, Teil C, DIN 18331)
Vorsorge- und Schutzmaßnahmen
Schutz des jungen Betons gegen Witterungseinflüsse
Tätigkeiten
besondere Leistung< +5 °C
Nebenleistung≥ +5 °C
Bezahlung alsBetonieren bei Lufttemperaturen von
© 201010 BetonMarketing Ost
Kosten des Winterbaus - Mehrkosten
Überwachungs-aufwandHeizgeräte
SchutzmaßnahmenEinhausung
verlängerte NachbehandlungHeizenWärmedämmung
verlängerte AusschalfristenBeleuchtungSchneeräumenWarmbeton
AusfallzeitenBeheizungerschwerte ArbeitsbedingungenWinterrezepturen
veränderte TerminplanungEnergiekostenPersonalkostenMaterial-,
Gerätekosten
© 201011 BetonMarketing Ost
Planung und Ausschreibung
Festlegung von Grenzbedingungen, bei denen nicht mehr weiter gebaut wird, z. B.
Minimaltemperatur < -15 °CMitteltemperatur der letzten 5 Tage < -5 °CSchneelage, Eisbildung, Windbedingungen
© 201012 BetonMarketing Ost
Maßnahmen bei Temperaturen > +5 °C
keine Winterbaumaßnahmen
übliche Nachbehandlung
bei ungünstigen WettervorhersagenErsatzrezepturen vorbereitenBeschaffung von Material, Geräten für den Winterbau
© 201013 BetonMarketing Ost
weitere Maßnahmen bei Temperaturen zwischen +5 °C und -3 °C
freie Betonflächen abdecken
Mindesteinbautemperaturen beachten
Winterrezepturen verwenden
Ausschal- und Nachbehandlungszeiten verlängern
Terminplanung anpassen
ggf. Ausfallzeiten einplanen
© 201014 BetonMarketing Ost
Abkühlungsverlauf einer Betonplatte
0
5
10
15
0 10 20 30Betonalter [h]
Bet
onte
mpe
ratu
r in
°C
C 25/30w/z = 0,60
300 kg/m³ CEM 32,5 R
2 cm Dämmung16 cm Stahlbeton2,4 cm Holzschalung
Luft -5 oC
gedämmt
nicht gedämmt
© 201015 BetonMarketing Ost
weitere Maßnahmen bei Temperaturen zwischen -3 °C und -10 °C
Schalung und Bewehrung vor Betonage abdecken
Einbauteile ggf. Beheizen
Warmbeton verwenden
Schalungen mit Wärmedämmung versehen (besonders bei Stahlschalungen)
frisch betonierte Bauteile wärmedämmen
Pumpleitungen nach Möglichkeit wärmedämmen
© 201016 BetonMarketing Ost
weitere Maßnahmen bei Temperaturen < -10 °C
Einhausung
Vollwetterschutz (mit Beheizung)
© 201017 BetonMarketing Ost
Anforderungen an den Betonhersteller
geeignete Lagerungs- und Beheizungsmöglichkeiten(Dampfeindüsung, Warmluft, Heizschlangen)
ausreichend dimensionierte Warmwassererzeuger
Berücksichtigung der Feuchte der Gesteinskörnungen
Berücksichtigung des mit Dampf eingebrachten Wassers
Berücksichtigung der Temperatur der Ausgangsstoffe
Bestimmung der Frischbetontemperatur (± 1 K)
© 201018 BetonMarketing Ost
Winterrezepturen
i.d.R. Zement der Festigkeitsklasse 42,5R (schnell erhärtende Betone)
Erhöhung des Zementgehalts (z > 300 kg/m³)
i.d.R. kein Zementersatz durch Flugasche
Nachweis der Zusatzmitteleignung bei niedrigen Temperaturen
LP-Bildner grundsätzlich mit Vorversuchen(Einfluss Temperatur, zeitliche Veränderung des LP-Gehaltes)
i.d.R. kein VZ
BE nur im Ausnahmefall
© 201019 BetonMarketing Ost
Winterrezepturen
Frischbetontemperatur mit hinreichendem Vorhaltemaß
Temperaturabsenkung bei Transport, Fördern, Einbau und bei Wartezeiten berücksichtigen
Vereinbarung einer Mindestentladetemperatur
Beachtung von Nebenwirkungen, z.B.SchwindenSedimentierenverzögernde Wirkung von Ligninsulfonaten
© 201020 BetonMarketing Ost
Warmbeton / Erwärmen der Ausgangsstoffe
DAfStb-Richtlinie Wärmebehandlung beachten
schnelleres Ansteifen bei höheren Frischbetontemperaturen
bis -5 °C i.d.R. Erwärmen nur des Zugabewassers
unter -5 °C Erwärmen der GesteinskörnungenBeheizen des Sandes auf +40 °CBeheizen der groben Gesteinskörnungenkeine Korngruppe über 100 °C erwärmen
Frischbetontemperatur ≤ 30 °C
Temperaturerhöhung von ca. 10 K verdoppelt dieErstarrungsgeschwindigkeit
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Abschätzen der Betontemperatur
Erhöhung der Frischbetontemperatur um 1 K erfordertTemperaturerhöhungen
des Zements um 10 K oderdes Zugabewassers um 5 K oder der Gesteinskörnung um 1,5 K
Mischungstemperatur des FrischbetonsTm ≈ 0,1 Tz + 0,2 Tw + 0,7 Tg
© 201022 BetonMarketing Ost
Betonherstellung
Ausgangsstoffe dürfen nicht gefroren sein
Zusatzmittel nicht unter 5 °C lagern
zunehmende Viskosität mit ggf. längeren Dosierzeiten berücksichtigen
Zusatzmittel möglichst spät zugeben,ausreichend lange einmischen (z. B. ≥ 40 s Mischzeit)
© 201023 BetonMarketing Ost
Transport
Betonabkühlung 0,5 K ... 3 K je 15 min
Frischbetontemperatur zu Beginn des Entladens messen undprotokollieren
evtl. vorgewärmter Transportbehälter
© 201024 BetonMarketing Ost
Schalung und Bewehrung
bei < -10 °C Schalung vor dem Betonieren auf > 0 °C vorwärmen
Vorwärmen empfehlenswert auch bei höheren Temperaturen beidünngliedrigen BauteilenMetallschalungenMetalleinbauteilen
günstig: Heißluft oder Wärmestrahler(Heißdampf oder Heißwasser können gefrieren)
Holzschalungen oder Stahlschalungen mit Wärmedämmung
Frost beständige Trennmittel verwenden und frostfrei lagern
Zähflüssigkeit von Trennmitteln beachten
Achtung bei Sichtbeton
© 201025 BetonMarketing Ost
Fördern und Einbauen
Schalung, Bewehrung, Beton- und Bodenflächen eis- und schneefreihalten
Erdreich, Fels, Schalung, Bauteile dürfen keine Temperatur haben, die den Beton vor Erreichen der Gefrierbeständigkeit gefrieren lässt
Betonierpläne beachten
Arbeitssicherheit gewährleisten (Wege, Arbeitsflächen, Gerüste, Leitern eis- und schneefrei halten)
bei Temperaturen < -10 °C und bei langen FörderwegenPumpenleitungen ummantelnFöderbehälter abdecken und evtl. wärmedämmenFörderkübel vorwärmen
offene Förderbänder bei Frost nicht benutzen
© 201026 BetonMarketing Ost
Maßnahmen zum Schutz und zur Nachbehandlungdes jungen Betons
XBeheizung (Austrocknen vermeiden!)
XNachbehandlungsmittel
XWärmedämmende Ummantelung nach dem Ausschalen
XXAbdecken freier Betonoberflächen
XVerwendung wärmegedämmter Schalung
XXBelassen in der Schalung
zur Nachbehandlungzum SchutzMaßnahme
Nachbehandlungsdauer um die Zeit mit Oberflächentemperaturen < 5°C verlängern
© 201027 BetonMarketing Ost
2012615 >ϑ > 5
1484ϑ > 15
langsamr > 0,15
mittelr > 0,30
schnellr > 0,50
Festigkeitsentwicklung des Betons r = fcm2 / fcm28
Bauteiltemperatur(vereinfachend Lufttemperatur)
ϑ [°C]
Ausschalfristen (Lastausnutzungsfaktor 0,7)
Ausschalen erst, wenn Temperaturdifferenz zwischen Betonkernund Bauteiloberfläche < 20 K
bei Lufttemperaturen < 5°C Verlängerung der Ausschalfristen um die Tage mit Bauteiltemperatur < 5 °C
Quelle: DBV-Merkblatt Betonschalungen und Ausschalfristen
© 201028 BetonMarketing Ost
Winter-Bautagebuch (DIN 1045-3, 11.5)
sinnvoll: Dokumentation besonderer Schutzmaßnahmen
max./min. Tageslufttemperatur im Schatten
Vermerk über Frosttage mit Angabe der Temperatur und der Ablesezeit
Art und Dauer der Nachbehandlung
bei Lufttemperaturen < 5 °Cdie Frischbetontemperatur
Lufttemperatur und Witterungsverhältnisse zur Zeit der Ausführung der einzelnen Bauabschnitte oder Bauteile bis zur vollständigen Entfernung der Schalung und ihrer Unterstützung
zusätzlich bei ÜK2ÜK1
© 201029 BetonMarketing OstQuelle: DBV-Merkblatt Betonieren im Winter
© 201030 BetonMarketing Ost
Einflüsse hoher Temperaturen
Verkürzung der Verarbeitungszeit
starke Wasserverdunstung an den Oberflächen
vergrößertes Schwinden und Kriechen
erhöhte Zugspannungen bei verformungsbehinderten Bauteilenmit erhöhtem Risiko von Rissen durch abfließende Hydratationswärme
Gefahr durch Regen
© 201031 BetonMarketing Ost
1. konstruktivkeine Verformungsbehinderungen (Betonieren in einem Zug, Anordnung von Gleitlagern, -folien)Anordnung von Fugen
2. betontechnologischniedrige Wärmeentwicklung des Betonsniedrige BetontemperaturBegrenzung des Leimgehalts ( ≤ 290 l/ m³)geringer w/z-Wert
3. ausführungstechnischsofortige und ausreichend lange NachbehandlungNachverdichtung
Vermeiden/Begrenzen von Rissen im jungen Alter
© 201032 BetonMarketing Ost
Temperaturentwicklung des erhärtenden Betons
Frischbetontemperatur
Wärmeentwicklung des Betons- Hydratationswärme des Zements- Zusatzstoffe
Abkühlung des Betons- Wärmeübergang an den Außenflächen- Bauteildicke- (Wärmeleitfähigkeit des Betons)
© 201033 BetonMarketing Ost
Betonzugfestigkeit fct,eff bei der Rissbreitenbeschränkung
übliche Annahme der Tragwerksplanerfct,eff,5d ≤ 0,5 fctm,28d
Betonbestellung- Winter: r ≤ 0,50 (mittlere Festigkeitsentwicklung des Betons)- Sommer: r ≤ 0,30 (langsame Festigkeitsentwicklung des Betons)
Alternativen- späterer Festigkeitsnachweis Beton (z.B. 56 Tage)- fct,eff,5d > 0,5 fctm,28d
© 201034 BetonMarketing Ost
Ursache: Temperaturabhängigkeit der Frisch- und Festbetoneigenschaften
1. Ausgangskonsistenz a0 wird bei gleicher Betonzusammensetzung aber höherer Temperatur geringerz.B. 20 °C auf 35 °C bei F3 ∆a0 = -5 ... -10 cm
2. schnellerer Rückgang der Konsistenz∆a = 1,0 ... 1,5 cm je 10 min
3. zusätzliche Wasserzugabe auf der Baustelle zurKonsistenzverbesserung10 l/m³ Wasserzugabe Festigkeitsverlust ca. 4 N/mm²
4. geringere Endfestigkeit bei höherer Erhärtungstemperatur7 Tage Erhärtung bei 35 °C im Vergleich zu 20 °C
Festigkeitsverlust ca. 4 N/mm²
Sommerloch der Betondruckfestigkeit
© 201035 BetonMarketing Ost
3236
4044
4852
56
0 15 30 45 60Zeit nach Betonherstellung [min]
Aus
brei
tmaß
[cm
]
Beispiel: 300 kg/m³ CEM 32,5Rw/z = 0,50
Frischbetontemp. 20 °C
Frischbetontemp. 35°C
Konsistenzänderung von Frischbeton bei unterschiedlichen Temperaturen und konstanter Frischbetontemperatur
© 201036 BetonMarketing Ost
Anpassung der Betonzusammensetzung• Zugabe von BV, FM, VZ• Einsatz von N bzw. LH-Zementen• Einsatz von CEM III • Flugascheeinsatz anpassen• vorgesehenen w/z-Wert einhalten
Vermeiden hoher Frischbetontemperaturen
Lagerung von Prüfkörpern bei 20 °C
Vermeiden des Sommerlochs
© 201037 BetonMarketing Ost
Betontechnologische Möglichkeiten zur Verminderung von Zwangsspannungen
Gesteinskörnung A / B 32
Wassergehalt w ≤ 165 l/m³
Wasserzementwert w/z ≤ 0,55
Zementleimgehalt zl ≤ 280 l/m³(bei Flugasche zl ≤ 290 l/m³)
Konsistenz F3 oder weicher mit BV / FM einstellen
Beton mit geringem Schwindmaß
r ≤ 0,50 Winter, r ≤ 0,30 Sommer
CEM 32,5 R (Winter)
CEM 32,5 N-LH (Sommer)
Flugascheeinsatz
Zementgehalt z ≤ 320 kg/m³
Frischbetontemperatur absenken
Beton mit niedriger Hydratationswärme