Zielsichere Herstellung von

Luftporenbeton-Empfehlungen für die

Praxis

Eberhard Eickschen

Praxis-Workshop 1: Beton im Hochbau

Ulm, 25. Februar 2015

Einleitung und Übersicht

Übersicht über die Wirkungsmechanismen

Voraussetzung für die zielsichere Einstellung des Luftporensystems

Anforderungen an das Luftporensystem

– Frischbeton

– Festbeton

Einflüsse auf die Luftporenbildung

– LP-Bildner

– Mischzeit

– Temperatur

– Konsistenz

Empfehlungen

für die Praxis

Wirkungsmechanismen bei der Luftporenbildung

LP-Bildner: Oberflächenaktive Substanzen

(Tenside)

Stabilisierung von Luftblasen im Frischbeton

Luftporensystem im erhärteten Beton

Viele kleine gleichmäßig verteilte Luftporen

Poren 10 m bis 300 m

Wirkungsmechanismen bei der Luftporenbildung

LP-Bildner: Oberflächenaktive Substanzen (Tenside)

Stabilisierung von Luftblasen im Frischbeton

Luftporensystem im erhärteten Beton

Viele kleine gleichmäßig verteilte Luftporen

Verbesserung Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand

– Expansionsraum für die Volumenvergrößerung

des Wassers beim Gefriervorgang

– Unterbrechung des Kapillarporensystems reduziert Wasseraufnahme

Wirkungsmechanismen bei der Luftporenbildung

LP-Bildner: Oberflächenaktive Substanzen (Tenside)

Stabilisierung von Luftblasen im Frischbeton

Luftporensystem im erhärteten Beton

Viele kleine gleichmäßig verteilte Luftporen

Verbesserung Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand

– Expansionsraum für die Volumenvergrößerung

des Wassers beim Gefriervorgangsraum

– Unterbrechung des Kapillarporensystems reduziert Wasseraufnahme

Anforderungen an Luftporensystem: Luftporenkennwerte

– Abstandsfaktor: 0,20 mm Erstprüfung bzw. 0,24 mm Bauwerksprüfung

– Mikro-Luftporengehalt (Anteil Poren ≤ 300 m):

≥ 1,8 Vol.% Erstprüfung bzw. ≥ 1,5 Vol.% Bauwerksprüfung

– Aufwändige Ermittlung: Mikroskopische Auszählung am Festbeton

Anforderung an Mindestluftgehalt des Frischbetons

Prüfung nach DIN EN 12350 Teil 7

Größt-

korn

in mm

Mindestluftgehalt

Fahrbahndeckenbeton

in Vol.-%

8 5,5

16 4,5

32 bzw. 22 4,0

Aufwändige Bestimmung der LP-Kennwerte am Festbeton

– Ausreichende Menge von Mikro-Luftporen (LP-Kennwerte eingehalten)

– Anforderung an Luftgehalt des Frischbetons

– Prüfung mit dem LP-Topf

Erstprüfung

– Wahl des Luftgehalts: z. B. 5,5 Vol.-% (TL Beton-StB 07 bzw. ZTV Ing.)

– Festlegung Zugabemenge LP-Bildner

– Bauausführung: Anpassung an baupraktische Verhältnisse

Druckausgleichsverfahren

nach DIN EN 12350 Teil 7

Drucktopf (LP-Topf)

Vielfältige Einflüsse können zielgerechte Luftporenbildung

erschweren (Broschüre Deutsche Bauchemie e. V.)

Ausgangsstoffe

Mischen, Transport, Einbau und Umgebungsbedingungen

Rohstoffe für Luftporenbildner: Wirkstoffgruppen

Natürliche Wirkstoffbasis (Seifen aus Harzen)

Vinsolharz (Wurzelharz)

Synthetische Wirkstoffbasis (synthetische Tenside)

– Alkylsulfat

– Alkylsulfonat

– Alkylpolyglycolethersulfat

Handelsübliche LP-Bildner

Gemische aus verschiedenen Wirkstoffen

Verfügbarkeit

Gemeinsame Charakteristik der Wirkstoffe:

Hydrophob / hydrophiler Molekülaufbau

Natürliche Wirkstoffbasis (Seifen aus Harzen)

Synthetische Wirkstoffbasis (synthetische Tenside)

– Kohlenwasserstoffkette

– nicht geladen

– hydrophob

– polare Gruppe

– geladen (-)

– hydrophil

Wirkungsmechanismen der Luftporenbildung im Beton:

4 Mechanismen: 1. Schaumbildung

Zementpartikel Luftblase

_

_

+

+

+ +

_

_ _ _

1. Schaumbildung Gesteinspartikel

_ hydrophob hydrophil

Film aus Molekülen

stabilisiert Luftblase

Wirkungsmechanismen der Luftporenbildung im Beton:

1. Schaumbildung 2. Sorption

Zementpartikel Luftblase

_

_

_

+

+

+ +

_

_ _ _

1. Schaumbildung

2. Sorption

Hydrophobierung

der Oberfläche

Gesteinspartikel

_

Wirkungsmechanismen der Luftporenbildung im Beton:

1. Schaumbildung 2. Sorption 3. Anheftung

Zementpartikel Luftblase

_

_ _ _

_

_

_ _ _

_

+

+

+ +

_

_ _ _

3. Anheftung

Luftblasen 1. Schaumbildung

2. Sorption

Hydrophobierung

der Oberfläche

Gesteinspartikel

_

Anheftung verringert Auftrieb und Entweichen

aus dem Frischbeton während der Verdichtung

Wirkungsmechanismen der Luftporenbildung im Beton:

1. Schaumbildung 2. Sorption 3. Anheftung 4. Ausfällung

Zementpartikel Luftblase

_

_ _ _

_

_

_ _ _

_

+

+

+ +

_ _

_ _ _

_

3. Anheftung

Luftblasen

+ +

1. Schaumbildung

2. Sorption

4. Bildung von Calciumsalzen

Ca++ Ausfällung

Nicht mehr wirksam für LP-Bildung

Hydrophobierung

der Oberfläche

+

+ + +

Gesteinspartikel

_

0

2

4

6

8

Mischzeit in Minuten

Lu

ftg

eh

alt in

Vo

l.-%

Einfluss der Mischzeit auf den Luftgehalt Abhängig von Mischer, Mischintensität

Voraussetzung für Luftporenbildung

- 1) Mischenergie (Einführung von Luft in Beton)

- 2) LP-Bildner in Porenlösung

- Anlagerung LP-Bildner an Luftblasen

- Luftblasen werden stabilisiert

Beharrungszustand

LP-Bildner vollständig aktiviert

Abfall Luftgehalt

rd. 5 Vol.-%

2 0 4 6 8 10 12

Problem aus der Praxis: Einbau mit Gleitschalungsfertiger

Anstieg des Luftgehalts (Nachaktivierungspotenzial)

Kurze Mischzeit /

Überdosierung LP

10

5

0

Kurz!

Verteilerschnecke

Verdichtung

Mischen Transport

mit Kipper

Einbau

- Nicht aktivierter LP-Bildner im Frischbeton

- Nachträgliche Zufuhr von Mischenergie

- Nachträgliche Erhöhung des Luftgehalts

- Nachaktivierungspotenzial abhängig von

der Wirkstoffbasis des LP-Bildners

Nachträglicher Anstieg des Luftgehalts – Transportbeton

Mischen Transport Einbau

10

5

0

Mischen Transport Einbau

10

5

0

Lange Mischzeit / LP-Bildner

vollständig aktiviert

Kurze Mischzeit /

Überdosierung LP

Lang! Kurz! Eintrag von

Mischenergie

im Fahrmischer

Prüfen LP-Gehalt vor dem Einbau

Einfluss der Wirkstoffbasis auf LP-Bildung: vier LP-Bildner

Zugabemenge LP-Bildner für 5 Vol.-% (Mischzeit 2 Min.)

Zugabemenge

Wirkstoff in

M.-% v. z

5 Vol.-%

0,010 0,005

0,005 0,0027

0

5

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Mischzeit des Feinbetons in Minuten

Luftgehalt in V

ol.-%

einfach

Nat. Wirkstoff

Vinsolharz

Syn. Tensid

Alkylsulfonat

Syn. Tensid

Alkylsulfat

Syn. Tensid

Alkylpolygly-

colethersulfat

Überhöhte Zugabe: nach 30 Sek. kaum Spreizung

Wirkstoffabhängige LP-Bildung nach 2 bzw. 7 Minuten

0

5

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Mischzeit des Feinbetons in Minuten

Luft

gehalt in V

ol.-%

einfach

doppelt

dreifach

05

101520253035

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Mischzeit des Feinbetons in Minuten

einfach

doppelt

dreifach

0

5

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Mischzeit des Feinbetons in Minuten

Luft

gehalt in V

ol.-%

einfach

doppelt

dreifach

0

5

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Mischzeit des Feinbetons in Minuten

einfachdoppeltdreifach

Vinsolharz Alkylsulfat

Alkylsulfonat

Alkylpolyglycol-ethersulfat

Zugabemenge

Wirkstoff in

M.-% v. z

5 Vol.-%

0,010 0,005

0,005 0,0027

Abfall der Druckfestigkeit durch überhöhten Luftgehalt

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

Überhöhter Luftporengehalt in Vol.-%

Beto

ndru

ckfe

stigkeit in %

- Erhöhung des Luftgehalts um 1 Vol.-%

- Abfall der Betondruckfestigkeit um rd. 3 bis 6 %

Empfehlung für zielsichere Herstellung

Ergänzende Prüfungen im Rahmen der Erstprüfung Lu

ftg

eh

alt in V

ol.-%

10

5

0

Mischzeit des Betons in Minuten

0,5 2 6

Erstprüfung: Zugabemenge LP-Bildner

gewählt für Mischzeit von 2 Min. und

Frischbetontemperatur rd. 20°C

Zweite Mischung / doppelte Zugabe

LP-Bildner

Anstieg Luftgehalt

Zugabemenge LP-Bildner für Luftgehalt von 5 Vol.-%

z = 350 kg/m³, w/z = 0,45, Sieblinie AB 16

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

Dosie

rung L

P-B

ildner

in M

.-%

v. z

Nat. Wirkstoff VinsolharzSyn. Tensid: Alkylpolyglycol.

Zement Sandgehalt Frischbeton-

CEM I 32,5 R ≤ 0,25 mm in kg/m³ temperatur in °C

A B C 30 50 90 130 10 20 30

Max. Dosierung bei 30°C

Faktor 3

Einfluss des Sandes auf die Luftporenbildung

Zugabemenge LP-Bildner konstant

Sandeigenschaft Auswirkung auf

Luftporenbildung Empfehlung

Höherer Mehlkorngehalt

Höherer Anteil an Sand 0/0,25 mm

erschwert LP-Bildung

Bei Änderung der

Randbedingungen in

jedem Fall LP-

Gehalt überprüfen,

ggf. Dosierung LP-

Bildner anpassen,

Eigenfeuchte prüfen

Höherer Anteil

der Fraktion 0,25/1 mm

erleichtert LP-Bildung

(Zwickel in Größe der

Luftporen

< 0,30 mm vorhanden)

Ungleichmäßige Sieblinie des

Sandes

Ungleichmäßige Eigenfeuchte

Schwankender Luftgehalt

durch ungleichmäßige

Konsistenz

Einfluss der Konsistenz auf Luftporenbildung

Feinbeton (z = 400 kg/m³, GK 4 mm), LP = 5 - 6 Vol.-%

w/z-Wert = 0,40; 0,45 und 0,50

2 LP-Bildner mit natürlicher und syn. Wirkstoffbasis

Kein Einfluss der Wirkstoffbasis auf Ausbreitmaß

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

1,50

0,40 0,45 0,50

w/z-Wert

Ve

rdic

htu

ng

sm

aß

Wurzelharz

Syn. Tensid

C1/F1

C3/F3

Einfluss der Konsistenz auf Luftporenbildung

Zugabemenge LP-Bildner für einen Luftgehalt von 5 - 6 Vol.-%

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

1,50

0,40 0,45 0,50

w/z-Wert

Ve

rdic

htu

ng

sm

aß

Wurzelharz

Syn. Tensid0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,40 0,45 0,50

w/z-Wert

LP

-Bild

ne

r in

M.-

% v

. z Wurzelharz

Syn. Tensid

Einfluss Konsistenz auf LP-Bildner-Zugabemenge Kein Einfluss der Wirkstoffbasis

Erhöhter LP-Bildner-Bedarf bei steifer und geringerer bei weicher Konsistenz

LP-Bildner stabilisiert Oberfläche der Luftblasen

bei gleichem Luftgehalt unterschiedliche spezifische Oberfläche

des Luftporensystems

C1/F1

C3/F3

Einfluss der Konsistenz auf Luftporenbildung

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

1,50

0,40 0,45 0,50

w/z-Wert

Ve

rdic

htu

ng

sm

aß

Wurzelharz

Syn. Tensid0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,40 0,45 0,50

w/z-WertL

P-B

ild

ne

r in

M.-

% v

. z Wurzelharz

Syn. Tensid

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,40 0,45 0,50

w/z-Wert

Ab

sta

nd

sfa

kto

r in

mm

Wurzelharz

Syn. Tensid

Steife Betone Erhöhter LP-Bildner-Bedarf für gleichen Luftgehalt: Größere Oberfläche des Luftporensystems bei gleichem Luftgehalt Mehr kleine Luftporen: geringerer Abstandsfaktor

Weiche Betone Leichtere Lufteinführung (weniger LP-Bildner für gleichen Luftgehalt) Aber: mehr große Luftporen: schlechtere LP-Kennwerte

Größere Schwankungen des Luftgehalts

Größtkorn Mittlerer Mindestluftgehalt des Frischbetons in Abhängigkeit der

Konsistenzklasse 1)

mm C1 ohne FM

oder BV C2 bzw. F2 und F3 und

C1 mit FM oder BV ≥ F4

3)

8 5,5 6,5 2)

6,5 2)

16 4,5 5,5 2)

5,5 2)

22 bzw. 32 4,0 5,0 2)

5,0 2)

Mindestluftgehalt des Frischbetons (TL Beton- StB 07)

Erhöhung um 1 Vol.-% bei Konsistenzklasse ≥ C2 bzw. ≥ F2

1) Einzelwerte können höchstens 0,5 Vol.-% geringer sein 2) Wenn bei der Erstprüfung nachgewiesen wird, dass die Grenzwerte für die LP-Kennwerte eingehalten werden, gilt ein um 1% niedrigerer Mindestluftgehalt 3) Bei Ausbreitmaßklasse F6 sind die Luftporenkennwerte nachzuweisen

+ 1 %

Größtkorn Mittlerer Mindestluftgehalt des Frischbetons in Abhängigkeit der

Konsistenzklasse 1)

mm C1 ohne FM

oder BV C2 bzw. F2 und F3 und

C1 mit FM oder BV ≥ F4

3)

8 5,5 6,5 2)

6,5 2)

16 4,5 5,5 2)

5,5 2)

22 bzw. 32 4,0 5,0 2)

5,0 2)

LP-Bildner mit Fließmittel / Verflüssiger

Wechselwirkungen

Fließmittel werden mit Entschäumer hergestellt Entschäumer kann LP-Bildung beeinträchtigen Gemeinsame Verwendung nur mit Wirksamkeitsprüfung (Zusatzmittelhersteller) Erst Zugabe LP-Bildner, dann Fließmittel

+ 1 %

Zielsichere Herstellung LP-Beton

Bei Beachtung der Anforderungen an

– Ausgangsstoffe,

– Betonzusammensetzung

– Herstellung sowie

– Einbau und

ganz wichtig: Kenntnis der Zusammenhänge

kann LP-Beton zielsicher hergestellt werden.

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit !