[Betonpraxis - Holcim] Angriff durch Frost und Taumittel

 

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Angriff durch Frost

 

Die Schädigung des Betons durch periodisches Gefrieren und Tauen erfolgt vor allem durch die Umwandlung des Wassers in den Poren des Zementsteins und der Gesteinskörnung in Eis. Die Eisbildung ist mit einer rund zehnprozentigen Volumenvergrößerung verbunden. Diese, aber auch die dadurch bewirkte Verdrängung des noch nicht gefrorenen Wassers im Beton innern, bewirken hohe innere Drücke und Spannungen. Überschreiten diese die Betonfestigkeit, wird der Beton geschädigt. Es entsteht bei häufiger Wiederholung des Frost-Tau-Zyklus ein dichtes Netz von Mikrorissen in den oberflächennahen Betonschichten, die zu einer erheblichen Festigkeitsminderung und schließlich zu Abplatzungen an der Oberfläche und zum Zerbröckeln des Betons führen.

Temperaturstürze im Beton unter den Gefrierpunkt sind umso gefährlicher, je rascher und je häufiger sie erfolgen. Allerdings müssen die Poren des Betons voll Wasser, d.h. der Beton muss fast mit Wasser gesättigt sein, damit es zu einer Schädigung des Betons kommt. Deshalb sind senkrechte Betonoberflächen von Frost schäden weniger betroffen.

 

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Einwirkung von Tausalzen

 

Die Schädigung des Betons durch Tausalze (oder andere, den Gefrierpunkt des Wassers senkende Mittel) ist die Folge des durch die genannten Mittel in den oberflächennahen Schichten des Betons verursachten thermischen Schocks. Die Taumittel entziehen dem Beton die für das Aufschmelzen des Schnees oder Eises notwendige Wärme. Dies verursacht einen besonders raschen Temperatursturz, der durch den gleichen Mechanismus wie bei der Frosteinwirkung Scherspannungen hervorruft, die zu Abplatzungen an der Betonoberfläche führen können. Allerdings ist die schädigende Einwirkung der Taumittel sehr viel intensiver als die bloße Frosteinwirkung.

 

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Chloride

 

Es ist unvermeidlich, dass die im Schmelzwasser gelösten Chloride, die aus den in der Praxis fast ausschließlich verwendeten Tausalzen (Calcium- oder Natriumchlorid) stammen, mehr oder weniger tief in den Beton eindringen. Sie stellen eine schwerwiegende Gefährdung der Bewehrung dar, weil sie deren Zerstörung durch Lochfraßkorrosion bewirken können (Abb.3.5.1). Will man die chloridbedingte Bewehrungskorrosion vermeiden, muss man die teureren chloridfreien Taumittel (z.B. Glykole, Harnstoff) verwenden.

Die Gefährdung des Betons durch Tausalze beschränkt sich auf deren primäre Funktion als Taumittel während und unmittelbar nach dem Aufstreuen. Der Beton selber wird von gelösten Chloriden, sofern sie verdünnt vorliegen (wie z.B. im tausalzbeladenen Schmelzwasser oder in der von Fahrzeugrädern aufgewirbelten, tausalzbeladenen Gischt) nicht merklich angegriffen, wohl aber die Bewehrung (Abb.3.5.1).

 

 

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Betonzusammensetzung bei Frost -und Taumittelangriff

 

Die Wahl einer geeigneten Betonzusammensetzung kann Schäden durch Frost und Taumittel weitestgehend vermeiden. Grundsätzlich gilt, dass mit zunehmender Dichte des Betongefüges sich der Widerstand gegen das Eindringen von Wasser oder Chloriden – und damit die Beständigkeit – erhöht. Eine niedrige Kapillarität des Betons behindert den Wasserzutritt von außen und somit die Bildung von Eis in den Kapillarporen des Betons.

In DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 sind die Anforderungen an den Beton entsprechend seiner Exposition festgelegt, siehe [Abb.3.5.2]. Dabei wird unterschieden zwischen einem Angriff mit und ohne Taumittel. Davon ausgehend werden sowohl der maximale Wasserzementwert als auch der Mindestzementgehalt festgelegt. Bei Angriff durch Taumittel sind zusätzlich künstliche Luftporen einzuführen, deren Gehalt vom verwendeten Größtkorn des Korngemischs abhängt (Abb.3.5.3).

 

 

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Wirkungsweise der Luftporen im Beton

 

Mit Hilfe von Zusatzmitteln (Luftporenbildner) werden künstlich kleine, fein verteilte kugelige Mikroluftporen in den Beton eingeführt, die eine bestimmte Größe (Durchmesser ≤ 0,3mm) und einen bestimmten maximalen Abstand zueinander (Abstandsfaktor AF ≤ 0,2mm) aufweisen sollten.

Die positive Wirkung dieser eingeführten Luftporen ist vor allem darauf zurückzuführen, dass dem gefrierenden Wasser im Beton Expansionsplatz zur Verfügung gestellt wird. Des Weiteren wird das sonst durchgängige Kapillarsystem des Betons unterbrochen und damit die Wasseraufnahme des Betons verringert. Die Wirksamkeit dieser Maßnahmen hängt wesentlich vom Einhalten der Mindestluftgehalte und des Abstandsfaktors ab.

Neben der positiven Wirkung der Mikroluftporen kommt es zu einem Festigkeitsabfall des Betons. Dieser entspricht etwa folgender Beziehung:

Dieser Einfluss kann durch entsprechende betontechnologische Maßnahmen wie die Verwendung hochwertiger Zemente und das Absenken des Wasserzementwerts kompensiert werden.

Neben den Anforderungen an die Betonzusammensetzung ist auf die Verwendung frostbeständiger Gesteinskörnungen zu achten.

Grundsätzlich ist die Herstellung und Verarbeitung von Luftporenbeton sehr anspruchsvoll und wird von vielen Faktoren beeinflusst:

• verwendete Betonausgangsstoffe (Zement, Gesteins kör nung, Zusatzstoffe, Zusatzmittel)

• Konsistenz des Betons

• Mischzeit und -intensität

• Temperatur

• Einbauart

• Verdichtungsart und -dauer

 

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Prüfmethoden zur Bestimmung der Luftporen im Beton

 

Der Luftporengehalt lässt sich sowohl am Frischbeton als auch am Festbeton überprüfen. Wegen seiner einfachen Handhabung wird am häufigsten der Luftporentopf (Druckausgleichsverfahren) benutzt (Abb. 3.5.4). Das Bestimmen der Porenkennwerte (Durchmesser, Abstandsfaktor) am Festbeton erfolgt über eine mikroskopische Porenanalyse (Abb. 3.5.5 und 3.5.6). Dazu werden aus Festbetonproben Dünnschliffe hergestellt, die Porenkennwerte ermittelt und mit Erfahrungswerten verglichen. Für eine solche Analyse sind spezielle Messeinrichtungen erforderlich.

 

 

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- neue Wörter - 

 

1. die Verdrängung - 몰아냄, 축출, 화학적 치환
2. zerbröckeln - 잘게 부수다, 산산조각내다, 붕괴하다
3. entziehen - ~에게서 ~을 빼앗다
4. aufschmelzen - 녹이다, 융해시키다
5. hervorrufen - 불러내다, 야기시키다
6. die Einwirkung - 작용, 영향
7. schwerwiegend - 무거운, 중대한
8. aufwirbeln - 소용돌이쳐 올라가다, 나사를 풀다
9. merklich - 눈에 띄는, 현저한
10. weitestgehend - 가장 광범위한, 가능한 한 멀리
11. kompensieren - 조정하다, 메우다
12. der Schliff - 연마, 날카롭게 연마된 부분