[Betonpraxis - Holcim] Hochfester Beton

 

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Ab einer Festigkeit von C55/67 bzw. von LC55/60 (vgl. Abb.2.2.10) gelten Betone als hochfest. Sie zeichnen sich durch ein dichtes und homogenes Gefüge mit einem geringen Kapillarporenanteil aus. Von Normalbeton unterscheidet sie ein tieferer w/z-Wert, die Zugabe von leistungsfähigen Fließmitteln, die Verwendung von Silicastaub als Beton zusatzstoff und der Einsatz von Zementen hoher Festigkeitsklassen. Mit hochwirksamen Fließmitteln, sehr niedrigen Wasserzementwerten und der Zugabe von Silicastaub lassen sich Betonfestigkeiten von bis zu 120MPa erzielen.

 

 

Derzeit befinden sich Mörtel und Betone mit Druckfestigkeiten von bis zu 800MPa und Biegezugfestigkeiten von bis 50MPa (sogenannte ultrahochfeste Betone) in der praktischen Erprobung.

Hochfeste Betone erlauben deutlich geringere Durchmesser oder Wandbreiten, was Platz spart und den Betonverbrauch reduziert. Gerade bei Säulen und Stützen werden häufig kleinere Durchmesser gefordert. Auch für Fertigteilwerke ist hochfester Beton interessant, da die Fertigteile so deutlich leichter werden, was den Transport wesentlich vereinfacht und verbilligt. Die häufigsten Einsatzbereiche sind:

• konstruktiver Hochbau

• Stützen, Wände

• Brückenbau

• druckbeanspruchte, schlanke Tragglieder

• Hochhausbau.

 

 

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Wasserzementwert und Gesteinskörnung

 

Normalfeste Betone weisen in der Regel w/z-Werte von 0,5 bis 0,6 auf. Dieser Wert reduziert sich bei hochfesten Betonen auf 0,35 bis 0,25. Damit enthalten diese Betone weniger Wasser, als sie zur vollständigen Hydratation des Zements benötigten (w/z ~ 0,40). Der Zementstein bleibt so fast frei von ungebundenem Wasser, was die Bildung von Kapillarporen vermindert. Der verbleibende, unhydratisierte Zement wirkt als hochfester «Zuschlag», der einen optimalen Verbund zum umgebenden Zementstein aufweist. Bei hochfesten Betonen wird auch die Druckfestigkeit der Gesteinskörnung bedeutsam. Es eignet sich eigentlich nur noch gebrochene Körnung, beispielsweise ein Basaltsplitt.

 

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Fließmittel und Silicastaub

 

Baustellengerecht verarbeitbare Betone mit niedrigen Wasserzementwerten lassen sich nur mit Hilfe leistungsfähiger Fließmittel herstellen. Deren Wirkung beruht auf einer Zerstreuung der Zementagglomerate und einer Art Schmierwirkung.

Die Zugabe von Microsilica versteift den Frischbeton und macht diesen «klebriger». Deshalb ist eine fließfähige Konsistenz mit einem Ausbreitmaß von mehr als 490 mm anzustreben.

Durch das Beimengen feinster Zusatzstoffe ergeben sich höhere Betonfestigkeiten. Üblicherweise wird hochfesten Betonen daher Silicastaub zugegeben. Dabei handelt es sich um amorphes Siliciumdioxid, das bei der Herstellung von Siliciummetallen und Ferrosilicium entsteht und mit Elektrofiltern aus Rauchgasen gewonnen wird. Die Silicapartikel sind rund 30 bis 100 Mal kleiner als die Zementkörner. Ihre festigkeitssteigernde Wirkung ist durch drei Effekte zu erklären:

• Aufgrund ihrer Gestalt und Größe können Silicapartikel einen Teil des Porenraumes zwischen den Zementkörnern auffüllen. Damit wird die aufgrund der dispergierenden Wirkung der Fließmittel bewirkte Gefügeverdichtung des Zementsteins noch einmal deutlich gesteigert und eine höhere Dichte erreicht (Microfüllereffekt).

• Zusätzlich zur Zementhydratation läuft eine puzzolanische Sekundärreaktion zwischen dem bei der Zementhydratation entstehenden Calciumhydroxid und dem Silicastaub ab, bei der das härtere Calciumsilicahydrat gebildet wird.

• Die Mikrostruktur in der Verbundzone zwischen Zementstein und Gesteinskorn wird deutlich verbessert. Der Grund ist eine Reduzierung des Calcium- und Ettringitgehaltes in der Kontaktzone. Dies lässt sich auch an den Bruchflächen von hochfesten Betonprüfkörpern erkennen: Diese sind relativ glatt, und der Bruch erfolgt nicht wie bei normalfestem Beton um die Körner herum, sondern durch die Gesteinskörnung hindurch.

Wesentlich sind die Füllereigenschaften und der verbesserte Verbund. Die puzzolanische Sekundärreaktion trägt nur rund 20% zur Festigkeitssteigerung bei.

 

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Verringerter Brandwiderstand

 

Das dichte und homogene Gefüge des hochfesten Betons mit seinem geringen Kapillarporenanteil garantiert bei Normaltemperatur eine hohe Festigkeit, wirkt sich jedoch unter Brandbeanspruchung ungünstig aus. Bei Temperaturen von etwa 150°C verdampft auch das physikalisch gebundene Wasser im Zementstein. Kann der dabei entstehende Dampfdruck wegen des dichten Gefüges nicht über die Kapillarporen entweichen, führt er zu Betonabplatzungen. Bei höheren Festigkeiten sind deshalb Zusatzmaßnahmen erforderlich. Entweder lässt sich die Betondeckung durch eine oberflächennahe Netzbewehrung gegen Abplatzen sichern oder es werden dem Beton Polypropylenfasern beigemischt. Im Brandfall verbrennen oder schmelzen die Fasern und hinterlassen röhrenförmige Poren, die für den Abbau des Wasserdampfdruckes sorgen.

 

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- neue Wörter - 

 

1. die Erprobung - 시험 검증, 확인
2. verbilligen - 값을 깎다, 할인하다
3. verbleiben - 남아있다, 체류하다
4. bedeutsam - 의미심장한, 뜻깊은, 중요한
5. der Basalt - 현무암
6. die Zerstreuung - 분산
7. das Agglomerat - 응집, 더미
8. beruhen + auf - ~에 근거하다
9. klebrig - 끈적이는, 점착력이 있는
10. amorph - 무정형의, 비결정형의
11. auffüllen - 가득 채우다
12. dispergieren - 분산시키다, 퍼뜨리다
13. entweichen - 흩어지다, 사라지다
14. die Abplatzung - 탈락, 튐