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Betonieren bei hohen und tiefen Temperaturen

Beton-Seminare 2010Dr. Thomas RichterBetonMarketing Ost

© 20102 BetonMarketing Ost

Ziele Winterbau

kontinuierliche Bautätigkeit während des ganzen Jahres

möglichst keine witterungsbedingten Unterbrechungen

u.a. Schutzmaßnahmen vor Frost, Schnee, Eis, Wind und Regen

© 20103 BetonMarketing Ost

Einflüsse niedriger Temperaturen

Verzögerung des Erstarrens und der Festigkeitsentwicklung

Gefrieren des ungebundenen Wassers im Beton

Temperaturdifferenzen über den Betonquerschnitt

veränderte Eigenschaften des Betonstahls

Ziele beim Betonieren

Schnelles Erreichen der Gefrierbeständigkeit

Ausschalen in vertretbaren Fristen

© 20104 BetonMarketing Ost

Festigkeitsentwicklung des Betons (Anhaltswerte)

10090...105

10075...90

10060...75

10030...50

28 d

100...105

105...115

110...125

115...140

90 d

Entwicklung der Druckfestigkeit in % nachständige

Lagerung bei

Festigkeits-entwicklung des Betons

105...110

110...120

115...130

130...160

180 d

80...9060...80

65...8040...60

50...6520...40

40...5510...20

7 d

70...8040...60

+20 °C+ 5 °Cschnell

50...6020...40

+20 °C+ 5 °Cmittel

30...4010...20

+20 °C+ 5 °Clangsam

20...30+20 °C+ 5 °C

sehr langsam/langsam

3 d

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Junger Beton ist gefrierbeständig, wenn er durch wenige Frost-Tau-Wechsel nicht geschädigt wird.

Nach DIN 1045-3, Abschn. 8.3 und ZTV-ING, Teil 3, Abschnitt 2, Nr. 7.4.3, ist ein Beton als gefrierbeständig anzusehen, wenn er eine Würfeldruckfestigkeit von mindestens 5 N/mm² erreicht hat.

Beton ist möglichst vor Niederschlag schützen.

Gefrierbeständigkeit

© 20106 BetonMarketing Ost

Gefrierbeständigkeit nach DIN 1045-3, Abschn. 8.3

+10 °C Halten dieser Temperatur für mindestens 3 Tageunter -3 °C

+10 °C bei Zementgehalten z ≤ 240 kg/m³oder bei LH-Zementen

+5 °C allgemein+5 °C ... -3 °C

Mindesteinbautemperatur des BetonsLufttemperatur

© 20107 BetonMarketing Ost

Gefrierbeständigkeit von Beton

Betontemperatur beim Betonieren

erforderliche Betonerhärtungszeit bis zum Erreichen der Gefrierbeständigkeit [Tage]

Zement-festigkeits-klasse

23,5532,5N

11,5242,5N / 32,5R

0,50,50,7552,5R / 52,5N / 42,5R

20 °C12 °C5 °C

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Veränderte Betonstahleigenschaften

i. d. R. Biegen bei T ≥ 0 °C,bei 0 °C bis -5 °C Biegen mit reduzierter Biegegeschwindigkeit(DIN 1045-3, 6.2)

bei tiefen Temperaturen neigt Betonstahl zur Versprödung(T < -15 °C)

Stäbe mit d > 28 mm kritisch bei Temperaturen < -12 °C

Nachweis der Schweißeignung bei niedrigen Temperaturen

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Kosten des Winterbaus(VOB, Teil C, DIN 18331)

Vorsorge- und Schutzmaßnahmen

Schutz des jungen Betons gegen Witterungseinflüsse

Tätigkeiten

besondere Leistung< +5 °C

Nebenleistung≥ +5 °C

Bezahlung alsBetonieren bei Lufttemperaturen von

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Kosten des Winterbaus - Mehrkosten

Überwachungs-aufwandHeizgeräte

SchutzmaßnahmenEinhausung

verlängerte NachbehandlungHeizenWärmedämmung

verlängerte AusschalfristenBeleuchtungSchneeräumenWarmbeton

AusfallzeitenBeheizungerschwerte ArbeitsbedingungenWinterrezepturen

veränderte TerminplanungEnergiekostenPersonalkostenMaterial-,

Gerätekosten

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Planung und Ausschreibung

Festlegung von Grenzbedingungen, bei denen nicht mehr weiter gebaut wird, z. B.

Minimaltemperatur < -15 °CMitteltemperatur der letzten 5 Tage < -5 °CSchneelage, Eisbildung, Windbedingungen

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Maßnahmen bei Temperaturen > +5 °C

keine Winterbaumaßnahmen

übliche Nachbehandlung

bei ungünstigen WettervorhersagenErsatzrezepturen vorbereitenBeschaffung von Material, Geräten für den Winterbau

© 201013 BetonMarketing Ost

weitere Maßnahmen bei Temperaturen zwischen +5 °C und -3 °C

freie Betonflächen abdecken

Mindesteinbautemperaturen beachten

Winterrezepturen verwenden

Ausschal- und Nachbehandlungszeiten verlängern

Terminplanung anpassen

ggf. Ausfallzeiten einplanen

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Abkühlungsverlauf einer Betonplatte

0

5

10

15

0 10 20 30Betonalter [h]

Bet

onte

mpe

ratu

r in

°C

C 25/30w/z = 0,60

300 kg/m³ CEM 32,5 R

2 cm Dämmung16 cm Stahlbeton2,4 cm Holzschalung

Luft -5 oC

gedämmt

nicht gedämmt

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weitere Maßnahmen bei Temperaturen zwischen -3 °C und -10 °C

Schalung und Bewehrung vor Betonage abdecken

Einbauteile ggf. Beheizen

Warmbeton verwenden

Schalungen mit Wärmedämmung versehen (besonders bei Stahlschalungen)

frisch betonierte Bauteile wärmedämmen

Pumpleitungen nach Möglichkeit wärmedämmen

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weitere Maßnahmen bei Temperaturen < -10 °C

Einhausung

Vollwetterschutz (mit Beheizung)

© 201017 BetonMarketing Ost

Anforderungen an den Betonhersteller

geeignete Lagerungs- und Beheizungsmöglichkeiten(Dampfeindüsung, Warmluft, Heizschlangen)

ausreichend dimensionierte Warmwassererzeuger

Berücksichtigung der Feuchte der Gesteinskörnungen

Berücksichtigung des mit Dampf eingebrachten Wassers

Berücksichtigung der Temperatur der Ausgangsstoffe

Bestimmung der Frischbetontemperatur (± 1 K)

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Winterrezepturen

i.d.R. Zement der Festigkeitsklasse 42,5R (schnell erhärtende Betone)

Erhöhung des Zementgehalts (z > 300 kg/m³)

i.d.R. kein Zementersatz durch Flugasche

Nachweis der Zusatzmitteleignung bei niedrigen Temperaturen

LP-Bildner grundsätzlich mit Vorversuchen(Einfluss Temperatur, zeitliche Veränderung des LP-Gehaltes)

i.d.R. kein VZ

BE nur im Ausnahmefall

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Winterrezepturen

Frischbetontemperatur mit hinreichendem Vorhaltemaß

Temperaturabsenkung bei Transport, Fördern, Einbau und bei Wartezeiten berücksichtigen

Vereinbarung einer Mindestentladetemperatur

Beachtung von Nebenwirkungen, z.B.SchwindenSedimentierenverzögernde Wirkung von Ligninsulfonaten

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Warmbeton / Erwärmen der Ausgangsstoffe

DAfStb-Richtlinie Wärmebehandlung beachten

schnelleres Ansteifen bei höheren Frischbetontemperaturen

bis -5 °C i.d.R. Erwärmen nur des Zugabewassers

unter -5 °C Erwärmen der GesteinskörnungenBeheizen des Sandes auf +40 °CBeheizen der groben Gesteinskörnungenkeine Korngruppe über 100 °C erwärmen

Frischbetontemperatur ≤ 30 °C

Temperaturerhöhung von ca. 10 K verdoppelt dieErstarrungsgeschwindigkeit

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Abschätzen der Betontemperatur

Erhöhung der Frischbetontemperatur um 1 K erfordertTemperaturerhöhungen

des Zements um 10 K oderdes Zugabewassers um 5 K oder der Gesteinskörnung um 1,5 K

Mischungstemperatur des FrischbetonsTm ≈ 0,1 Tz + 0,2 Tw + 0,7 Tg

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Betonherstellung

Ausgangsstoffe dürfen nicht gefroren sein

Zusatzmittel nicht unter 5 °C lagern

zunehmende Viskosität mit ggf. längeren Dosierzeiten berücksichtigen

Zusatzmittel möglichst spät zugeben,ausreichend lange einmischen (z. B. ≥ 40 s Mischzeit)

© 201023 BetonMarketing Ost

Transport

Betonabkühlung 0,5 K ... 3 K je 15 min

Frischbetontemperatur zu Beginn des Entladens messen undprotokollieren

evtl. vorgewärmter Transportbehälter

© 201024 BetonMarketing Ost

Schalung und Bewehrung

bei < -10 °C Schalung vor dem Betonieren auf > 0 °C vorwärmen

Vorwärmen empfehlenswert auch bei höheren Temperaturen beidünngliedrigen BauteilenMetallschalungenMetalleinbauteilen

günstig: Heißluft oder Wärmestrahler(Heißdampf oder Heißwasser können gefrieren)

Holzschalungen oder Stahlschalungen mit Wärmedämmung

Frost beständige Trennmittel verwenden und frostfrei lagern

Zähflüssigkeit von Trennmitteln beachten

Achtung bei Sichtbeton

© 201025 BetonMarketing Ost

Fördern und Einbauen

Schalung, Bewehrung, Beton- und Bodenflächen eis- und schneefreihalten

Erdreich, Fels, Schalung, Bauteile dürfen keine Temperatur haben, die den Beton vor Erreichen der Gefrierbeständigkeit gefrieren lässt

Betonierpläne beachten

Arbeitssicherheit gewährleisten (Wege, Arbeitsflächen, Gerüste, Leitern eis- und schneefrei halten)

bei Temperaturen < -10 °C und bei langen FörderwegenPumpenleitungen ummantelnFöderbehälter abdecken und evtl. wärmedämmenFörderkübel vorwärmen

offene Förderbänder bei Frost nicht benutzen

© 201026 BetonMarketing Ost

Maßnahmen zum Schutz und zur Nachbehandlungdes jungen Betons

XBeheizung (Austrocknen vermeiden!)

XNachbehandlungsmittel

XWärmedämmende Ummantelung nach dem Ausschalen

XXAbdecken freier Betonoberflächen

XVerwendung wärmegedämmter Schalung

XXBelassen in der Schalung

zur Nachbehandlungzum SchutzMaßnahme

Nachbehandlungsdauer um die Zeit mit Oberflächentemperaturen < 5°C verlängern

© 201027 BetonMarketing Ost

2012615 >ϑ > 5

1484ϑ > 15

langsamr > 0,15

mittelr > 0,30

schnellr > 0,50

Festigkeitsentwicklung des Betons r = fcm2 / fcm28

Bauteiltemperatur(vereinfachend Lufttemperatur)

ϑ [°C]

Ausschalfristen (Lastausnutzungsfaktor 0,7)

Ausschalen erst, wenn Temperaturdifferenz zwischen Betonkernund Bauteiloberfläche < 20 K

bei Lufttemperaturen < 5°C Verlängerung der Ausschalfristen um die Tage mit Bauteiltemperatur < 5 °C

Quelle: DBV-Merkblatt Betonschalungen und Ausschalfristen

© 201028 BetonMarketing Ost

Winter-Bautagebuch (DIN 1045-3, 11.5)

sinnvoll: Dokumentation besonderer Schutzmaßnahmen

max./min. Tageslufttemperatur im Schatten

Vermerk über Frosttage mit Angabe der Temperatur und der Ablesezeit

Art und Dauer der Nachbehandlung

bei Lufttemperaturen < 5 °Cdie Frischbetontemperatur

Lufttemperatur und Witterungsverhältnisse zur Zeit der Ausführung der einzelnen Bauabschnitte oder Bauteile bis zur vollständigen Entfernung der Schalung und ihrer Unterstützung

zusätzlich bei ÜK2ÜK1

© 201029 BetonMarketing OstQuelle: DBV-Merkblatt Betonieren im Winter

© 201030 BetonMarketing Ost

Einflüsse hoher Temperaturen

Verkürzung der Verarbeitungszeit

starke Wasserverdunstung an den Oberflächen

vergrößertes Schwinden und Kriechen

erhöhte Zugspannungen bei verformungsbehinderten Bauteilenmit erhöhtem Risiko von Rissen durch abfließende Hydratationswärme

Gefahr durch Regen

© 201031 BetonMarketing Ost

1. konstruktivkeine Verformungsbehinderungen (Betonieren in einem Zug, Anordnung von Gleitlagern, -folien)Anordnung von Fugen

2. betontechnologischniedrige Wärmeentwicklung des Betonsniedrige BetontemperaturBegrenzung des Leimgehalts ( ≤ 290 l/ m³)geringer w/z-Wert

3. ausführungstechnischsofortige und ausreichend lange NachbehandlungNachverdichtung

Vermeiden/Begrenzen von Rissen im jungen Alter

© 201032 BetonMarketing Ost

Temperaturentwicklung des erhärtenden Betons

Frischbetontemperatur

Wärmeentwicklung des Betons- Hydratationswärme des Zements- Zusatzstoffe

Abkühlung des Betons- Wärmeübergang an den Außenflächen- Bauteildicke- (Wärmeleitfähigkeit des Betons)

© 201033 BetonMarketing Ost

Betonzugfestigkeit fct,eff bei der Rissbreitenbeschränkung

übliche Annahme der Tragwerksplanerfct,eff,5d ≤ 0,5 fctm,28d

Betonbestellung- Winter: r ≤ 0,50 (mittlere Festigkeitsentwicklung des Betons)- Sommer: r ≤ 0,30 (langsame Festigkeitsentwicklung des Betons)

Alternativen- späterer Festigkeitsnachweis Beton (z.B. 56 Tage)- fct,eff,5d > 0,5 fctm,28d

© 201034 BetonMarketing Ost

Ursache: Temperaturabhängigkeit der Frisch- und Festbetoneigenschaften

1. Ausgangskonsistenz a0 wird bei gleicher Betonzusammensetzung aber höherer Temperatur geringerz.B. 20 °C auf 35 °C bei F3 ∆a0 = -5 ... -10 cm

2. schnellerer Rückgang der Konsistenz∆a = 1,0 ... 1,5 cm je 10 min

3. zusätzliche Wasserzugabe auf der Baustelle zurKonsistenzverbesserung10 l/m³ Wasserzugabe Festigkeitsverlust ca. 4 N/mm²

4. geringere Endfestigkeit bei höherer Erhärtungstemperatur7 Tage Erhärtung bei 35 °C im Vergleich zu 20 °C

Festigkeitsverlust ca. 4 N/mm²

Sommerloch der Betondruckfestigkeit

© 201035 BetonMarketing Ost

3236

4044

4852

56

0 15 30 45 60Zeit nach Betonherstellung [min]

Aus

brei

tmaß

[cm

]

Beispiel: 300 kg/m³ CEM 32,5Rw/z = 0,50

Frischbetontemp. 20 °C

Frischbetontemp. 35°C

Konsistenzänderung von Frischbeton bei unterschiedlichen Temperaturen und konstanter Frischbetontemperatur

© 201036 BetonMarketing Ost

Anpassung der Betonzusammensetzung• Zugabe von BV, FM, VZ• Einsatz von N bzw. LH-Zementen• Einsatz von CEM III • Flugascheeinsatz anpassen• vorgesehenen w/z-Wert einhalten

Vermeiden hoher Frischbetontemperaturen

Lagerung von Prüfkörpern bei 20 °C

Vermeiden des Sommerlochs

© 201037 BetonMarketing Ost

Betontechnologische Möglichkeiten zur Verminderung von Zwangsspannungen

Gesteinskörnung A / B 32

Wassergehalt w ≤ 165 l/m³

Wasserzementwert w/z ≤ 0,55

Zementleimgehalt zl ≤ 280 l/m³(bei Flugasche zl ≤ 290 l/m³)

Konsistenz F3 oder weicher mit BV / FM einstellen

Beton mit geringem Schwindmaß

r ≤ 0,50 Winter, r ≤ 0,30 Sommer

CEM 32,5 R (Winter)

CEM 32,5 N-LH (Sommer)

Flugascheeinsatz

Zementgehalt z ≤ 320 kg/m³

Frischbetontemperatur absenken

Beton mit niedriger Hydratationswärme