[Betonpraxis - Holcim] Rissbildung und Schwinden#2

 

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Plastisches Schwinden

 

Risse infolge plastischen Schwindens (so genannt, weil es vor dem Hydratationsende erfolgt – man spricht auch von Früh- oder Kapillarschwinden) entstehen durch raschen Wasserverlust unmittelbar nach dem Einbringen des Betons. Dieser kann die Folge übermäßiger Wasserverdunstung, aber auch übermäßiger Wasseradsorption der Schalungen oder des Bodens sein. Der Wasserverlust bewirkt ein Schwinden des Betons in denjenigen Schichten, die ihm besonders ausgesetzt sind. Die vom Wasserverlust nicht betroffenen Schichten schwinden kaum (Abb.2.17.10).

 

 

Dadurch werden im Betoninneren Zugspannungen hervorgerufen, die bei Überschreiten der naturbedingt anfänglich sehr niedrigen Zugfestigkeit zu Rissen mit mehr als 1mm Breite führen können. Horizontale Bauteile wie Bodenplatten, Decken und Estriche sind am stärksten vom plastischen Schwinden betroffen (Abb. 3.2.6 und 3.2.7).

Das plastische Schwindrisiko ist umso größer, je höher die Betonfestigkeit ist. Je geringer also die Wassermenge, desto empfindlicher reagiert der Beton auf ein frühzeitiges Austrocknen.

Neben dem ästhetischen Mangel, den solche Risse darstellen, können sie auch die Ursache für eine Zerstörung des Betons sein, wenn eindringendes Wasser unter Frostwirkung diesen Zerstörungsprozess auslöst. Der Wasserverlust kann auch die vollständige Hydratation des Zements verhindern. Die Betonoberfläche weist dann eine niedrige Festigkeit und eine hohe Porosität auf.  Solcher Beton zeigt unter widrigen Umweltbedingungen ein unbefriedigendes Verhalten mit Wasserinfiltration, dem Herauslösen einzelner großer Gesteinskörner, Absanden und Abplatzungen.

 

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Vermeidungsmaßnahmen des plastischen Schwindens

 

Die Rissbildung wegen plastischen Schwindens kann wie folgt vermieden werden:

• die in Kapitel 2.7 beschriebenen Nachbehandlungs - maßnahmen sind umgehend zu ergreifen, um die Verdunstung möglichst gering zu halten

• Wasserentzug durch Schalung und Unter grund durch deren Vornässen verhindern

• nach Möglichkeit nicht unter extremen Witterungs- oder Temperaturbedingungen betonieren; andernfalls Befolgen der in den Kapiteln 2.13 und 2.14 abgegebenen Empfehlungen

• Polypropylenfasern beimischen (siehe auch Kap. 1.5 «Fasern»).

 

 

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Thermisches Schwinden

 

Aufgrund der freigesetzten Hydratationswärme erwärmt sich erhärtender Beton zunächst.

Ist dieser Prozess im Alter von zehn Stunden bis mehreren Tagen abgeschlossen, kühlt der Beton wieder ab und thermisches Schwinden setzt ein. Das Rissrisiko infolge thermischen Schwindens ist umso höher, je schneller sich Temperaturänderungen ergeben.

Massige Bauteile unterliegen einem erhöhten Risiko und bedingen besondere Vermeidungsmaßnahmen. Abb. 3.2.8 zeigt eine Momentaufnahme zur Zeit des höchsten Rissrisikos für die Wand (5 Tage nach dem Betonieren). Das Fundament wurde 7 Tage vor der Wand betoniert, die Spannungen klingen daher bereits ab.

 

 

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Vermeidungsmaßnahmen des thermischen Schwindens

 

Die Rissbildung wegen thermischen Schwindens kann wie folgt vermieden werden:

• Verwenden von Zementen mit niedrigerer Hydratationswärme und Festigkeitsklasse: Besonders geeignet sind Hochofenzemente mit einem hohen Hüttensandgehalt (z.B. Holcim-Duo oder Holcim-Aqua).

• Betonrezepturen mit geringem Zementgehalt und einem hohen Anteil Betonzusatzstoff (Steinkohlenflugasche oder Kalksteinmehl)

• möglichst spät ausschalen. Nicht zum Zeitpunkt der höchsten Betontemperatur ausschalen, um keinen thermischen Schock zu provozieren (die Temperatur der Betonoberfläche erfährt beim Ausschalen eine abrupte Abkühlung)

• Betonierabschnitte geschickt wählen (Abb.3.2.2 und 3.2.3)

• verstärkte und zeitlich ausgedehnte Nachbehandlungsmaßnahmen vorsehen (Thermomatten).

 

 

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Trocknungsschwinden

 

Bei den meisten der üblichen Betone wird das Schwinden zu einem großen Teil vom langsamen Austrocknen des Betons verursacht (Trocknungsschwinden) und zu einem kleineren von der Volumenverkleinerung, die mit der chemischen Reaktion zwischen Wasser und dem Zement einhergeht (chemisches oder autogenes Schwinden).

Die Abnahme der Betonabmessungen, die nach der Austrocknung im erhärteten Zustand beobachtet werden kann, wird als Trocknungsschwinden bezeichnet. Je schneller die Menge des freien Wassers im Gefüge abnimmt, desto stärker schwindet der Beton. Das Schwinden ist auch umso größer, je geringer die relative Feuchte der umgebenden Luft ist. Darüber hinaus hängt das Ausmaß des Trocknungsschwindens von der Menge des freien Wassers ab.

Das Endschwindmaß beträgt im Allgemeinen zwischen 0,3 und 0,8mm/m. Wie aus Abb.3.2.10 ersichtlich, hängt dieser Wert maßgeblich von der Wassermenge der Betonrezeptur ab. Da sich jede Erhöhung der Wasserdosierung beim Schwindmaß doppelt auswirkt, ist es von großer Bedeutung, die Wassermenge einer Betonmischung mit Hilfe einer geeigneten Wahl und regelmäßigen Kontrolle der Kornzusammensetzung, vor allem jener der Sandfraktion, möglichst gering zu halten.

Ist die Zementmenge gegeben, hängt das Endschwindmaß indirekt ebenfalls vom w/z-Wert ab. Es ist umso kleiner, je tiefer der w/z-Wert ist. Ist dagegen die Wassermenge gegeben, lässt sich das Schwindmaß über die Zementmenge praktisch nicht beeinflussen.

Bei hochfesten Betonen mit einem w/z-Wert <0,40 verringert sich das Endschwindmaß nicht mehr. Es ist im Gegenteil sogar eine tendenzielle Erhöhung zu beobachten, weil ein starker Anstieg des chemischen oder autogenen Schwindens die Reduktion des Trocknungsschwindens kompensiert.

 

 

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Vermeidungsmaßnahmen des Trocknungsschwindens

 

Die Rissbildung wegen Trocknungsschwindens kann wie folgt vermieden werden:

• Wahl eines gut abgestuften Korngemischs mit geringem Wasserbedarf

• durch die Beigabe von Fließmitteln den w/z-Wert auf ein optimales Maß reduzieren (im Allgemeinen w/z = 0,4 bis 0,5)

• Schwindfugen anordnen

• Betonieretappen geschickt wählen

• gemäß Kap.2.7 empfohlene Nachbehandlungsmittel und -dauer anwenden

• Mindestbewehrung und/oder Stahlfasern vorsehen, um die Risse zu verteilen (viele Haarrisse sind wenigen, aber breiteren Rissen meist vorzuziehen).

 

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Schwindmaß von selbstverdichtenden Betonen

 

Bei selbstverdichtenden Betonen (SVB) können höhere Schwindmaße auftreten als bei Rüttelbetonen (Abb.3.2.10). Die Erfahrung hat aber gezeigt, dass das Rissrisiko dabei in keiner Weise zunimmt. Es ist dies wahrscheinlich den günstigen Wirkungen zuzuschreiben, die die Zunahme des Schwindmaßes ausgleichen:

• erhöhte Festigkeit des Betons (insbesondere Zugfestigkeit) wegen der höheren Zementmenge

• planmäßig niedriger Wassergehalt

• leichte Verringerung des Elastizitätsmoduls des Betons wegen der größeren Menge an Zementleim, der weniger steif ist als das Korngerüst. Dies wieder um hat tendenziell zur Folge, dass die aus dem Schwinden resultierenden Zugspannungen reduziert werden

• Ausführung in größeren, dafür wenigen Betonieretappen und damit einhergehende Reduktion des differenziellen Schwindens aus unterschiedlichen Beton altern.

 

Bemerkung

Bei Rüttelbeton für übliche Hoch bauten der Festigkeitsklasse C20/25 und der Expositions klasse XC1 liegt das Schwindmaß in der gleichen Größenordnung wie bei SVB.

 

 

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- neue Wörter - 

 

1. plastisch - 조형적인, 입체적인
2. die Adsorption - 흡수, 흡착
3. anfänglich - 최초의, 원래의, 애당초
4. widrig - 반대의, 거슬리는, 불리한, 불쾌한
5. die Infiltration - 침입, 침투
6. einsetzen - 끼어넣다, 삽입하다
7. unterliegen - 굴복하다, 지배를 받고 있다
8. abklingen - 감퇴하다, 차차 사라지다
9. provozieren - 고무하다, 자극하다, 유발하다, 야기하다
10. abrupt - 급작스러운
11. einhergehen - 나타나다, 동반하다, 수반하다
12. autogen - 자생의 ,자력의
13. ersichtlich - 볼 수 있는, 보고 알 수 있는, 명백한
14. die Fraktion - 부문, 부분, 단편
15. tendenziell - 경향에 따르는
16. kompensieren - 조정하다, 메우다, 보상하다
17. die Beigabe - 첨가, 부가
18. geschickt - 능란한, 숙련된
19. zuschreiben - ~의 것으로 돌리다, ~이 있다고 여기다

 

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