Smart Minerals GmbH

Leistungsfähigkeit von Betonen für den Einsatz in Weißen Wannen Bauwerken ohne rissbreitenverteilende Bewehrung - WeiWa

Autoren: DI Gerald Maier, Dr. Martin Peyerl, Dr. Stefan Krispel

1. Einleitung

Abbildung 1: E-Modul Prüfung am Probekörper
Abbildung 1: E-Modul Prüfung am Probekörper

Zur Erzielung dichter Bauwerke im Infrastrukturbau wird überwiegend das System der „Weiße Wannen Bauweise“ verwendet Bei diesen Konstruktionen übernimmt der Beton sowohl die tragende als auch die abdichtende Aufgabe. Bauwerke benötigen demgemäß, bei ordnungsgemäßer Ausführung, keine zusätzliche Abdichtungsebene (z.B. Hautabdichtung).

Im Zuge der Überarbeitung der entsprechenden öbv-Richtlinie „Wasserundurchlässige Betonbauwerke – Weiße Wanne“ vom Februar 2018 wurden Betonsorten mit neuen Bindemittelkombinationen aus Zement und Zusatzstoff eingeführt. Diese Betonsorten werden als BS1plus Betonsorten bezeichnet und ermöglichen den vermehrten Ersatz von Zement mit Zusatzstoffen, wie z. B. AHWZ nach ÖNOMR B 3309.

Im Zuge des Forschungsprojekts Weiße Wanne untersuchte die Smart Minerals GmbH im 3. Forschungsjahr das Verhalten von BS1Aplus und BS1Cplus Betonen im Vergleich zu Standard BS1 Betonen sowie zu Standardbetonen gemäß ÖN B4710-1. Des Weiteren wurden Fragestellungen betreffend der Prüfung der Wassereindringtiefe bearbeitet.

2. Ergebnisse

Vergleich der Festigkeitsentwicklung von Standard-Weiße-Wanne Betonen zu optimierten Rezepturen gemäß öbv Richtlinie aus 2018.

Unterschiedliche Bindemittelzusammensetzungen wirken sich entscheidend auf die Festigkeitsentwicklung des Betons aus. Um die Auswirkung der neuen Bindemittelzusammensetzungen plakativ darzustellen wurde die durchschnittliche Festigkeitsentwicklung von BS1C und BS1A Betonen mit BS1Aplus und BS1Cplus anhand folgender Festigkeitskennwerte geprüft:

• Beurteilung der Ausschalfestigkeit sowie Entwicklung der Betondruckfestigkeit nach 3, 7, 14, 28 und 56 Tagen, Simulation von Sommerbedingungen
• Entwicklung des statischen E-Moduls nach 3, 7, 14, 28 und 56 Tagen, Simulation von Sommerbedingungen
• Entwicklung der Betonspaltzugfestigkeit nach 3, 7, 14, 28 und 56 Tagen, Simulation von Sommerbedingungen

Abbildung 2
Abbildung 2: Unterschiede in Festigkeitsparametern Druckfestigkeit, E-Modul und Spaltzugfestigkeit SpZ zwischen Standardrezeptur und optimierter Rezeptur von BS1A und BS1C Betonen. Keine Prüfung des E-Moduls nach 1 und 2 Tagen. Erklärung: Die 1-Tages Festigkeiten sind bei den herkömmlichen Rezepturen im Schnitt um 60 % höher als bei den optimierten Rezepturen. Nach 56 Tagen zeigen die optimierten Rezepturen hingegen eine um knapp 5 % höhere Festigkeit.

Die Festigkeitskennwerte (Druckfestigkeit, E-Modul und Spaltzugfestigkeit) unterscheiden sich an den unterschiedlichen Betonalter unterschiedlich stark. In Abbildung 2 sind die Festigkeitsunterschiede in % zwischen Standardrezeptur (Mittelwerte aus BS1A und BS1C verglichen mit dem Mittelwerten aus BS1Aplus und BS1Cplus) für die geprüften Kennwerte dargestellt.

Abbildung 4: Prüfung der Druckfestigkeit
Abbildung 3: Prüfung der Druckfestigkeit

Wie in Abbildung 2 ersichtlich, nehmen die Festigkeitsunterschiede mit steigendem Alter ab. Die Unterschiede sind jedoch insbesondere bei jungem Beton (bis 3 Tage) groß. Das betrifft insbesondere die Entwicklung der Druck- und Spaltzugfestigkeit. Auf Basis der Ähnlichkeit von Spaltzug- und Druckfestigkeit nach 3 bzw. 7 Tagen wird für 1 und 2 Tage eine ähnlich hohe Abweichung der Spaltzugfestigkeiten wie bei der Druckfestigkeit angenommen. Dies muss durch konstruktiven Planer (Ausschalfestigkeit) sowie durch Verwender (erhöhte Nachbehandlungsempfindlichkeit) berücksichtigt werden.

Die Entwicklung des E-Moduls scheint von diesem Trend nicht betroffen zu sein. Hier sind die Werte zwischen optimierten Rezepturen und Standardrezepturen vergleichbar.

2.2 Wassereindringtiefe – Einfluss der Vorlagerung
Abbildung 3: Mittelwerte der Wassereindringtiefen aller Betonsorten (B5, B7, BS1A, BS1C, BS1Ao, BS1Co) bei unterschiedlicher Vorlagerung (trocken und 3 Wochen unter Wasser) und normgerechter Nachbehandlung (1 Woche unter Wasser = 100 %) des Frischbetons
Abbildung 4: Mittelwerte der Wassereindringtiefen aller Betonsorten (B5, B7, BS1A, BS1C, BS1Ao, BS1Co) bei unterschiedlicher Vorlagerung (trocken und 3 Wochen unter Wasser) und normgerechter Nachbehandlung (1 Woche unter Wasser = 100 %) des Frischbetons

Die Bestimmung der Wassereindringtiefe an Probekörpern hergestellt mit Beton für die Ex-positionsklasse XW2 (Wassereindringtiefe max. 20 mm bei Eignungsprüfung) erfolgt gemäß ONR 23303:2010, Abs. 9.8.

Dabei erfolgte die Bestimmung an Prüfkörpern entnommen aus Probewänden in einem Alter von 2 Jahren welche unter Baustellenbedingungen hergestellt wurden. Hierbei erfolgt nachstehende Variation der Prüfkörperlagerung vor Prüfungsdurchführung:

• Lagerung an Luft bei trockenen Bedingungen (20 °C, 65 % r.H.)
• Lagerung 7 Tage unter Wasser (Regelung gemäß ONR 23303:2010 Abs. 9.8.4.1)
• Lagerung 21 Tage unter Wasser (Regelung gemäß ÖBV-Richtlinie „Bohrpfähle“)

Ziel dieser Variation der Lagerung vor der Prüfungsdurchführung war die Feststellung des Einflusses der Wassersättigung / des Wassergehaltes auf das Prüfergebnis. In Abbildung 4 sind die Mittelwerte aller geprüfter Betonsorten bei unterschiedlicher Vorlagerung dargestellt.

Bei Prüfung der Proben nach „Vorlagerung trocken“ (Ausgleichsfeuchte, Vorlagerung bei 20 °C und 65 % r.H.) geprüft werden die höchsten Wassereindringtiefen (117 % der Normlagerung) festgestellt. Bei Vorlagerung über 3 Wochen unter Wasser reduzieren sich die Wassereindringtiefen um 7 % gegenüber der normativen Vorlagerung.

3. Zusammenfassung

Im dritten Forschungsjahr gelang es der Smart Minerals GmbH auf Basis der durchgeführten Versuche wichtige Fragestellungen bezüglich der Eigenschaften neuartiger Rezepturen sowie der Prüfungsrandbedingungen zu beantworten. Nach Abschluss des Projektes (Laufzeit des Projektes beträgt 4 Jahre) wird ein Abschlussbericht erstellt und die vollständigen Ergebnisse veröffentlicht.

 

Falls sie an diesem Thema interessiert sind, können sie gerne gegen einen Druckkostenbeitrag den Gesamtbericht dieses Forschungsvorhabens beziehen. Anfragen bitte an office@smartminerals.at richten.

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