Schadensbilder beim maschinellen Glätten von LP

Schadensbilder beim maschinellen Glätten von LP-Beton –
Ursachen und Lösungsansätze
Dipl.-Ing. Till Büttner
Institut für Bauforschung der RWTH Aachen, ibac, Deutschland
Dr.-Ing. Lars Wolff
Ingenieurbüro Raupach Bruns Wolff, Aachen, Deutschland
Prof. Dr.-Ing. M. Raupach
Institut für Bauforschung der RWTH Aachen, ibac, Deutschland
Dipl.-Ing. T. Göpfert
TPA GmbH, Stuttgart
Zusammenfassung
Verkehrsflächen in Parkhäusern und Tiefgaragen unterliegen zahlreichen Anforderungen, beispielsweise an die Oberflächenbeschaffenheit der zu beschichteten Betonflächen der Parkdecks. Zur Erzielung einer ebenen und hochwertigen
Betonoberfläche, die vor Auftrag der Beschichtung nur einer geringen Untergrundvorbereitung bedarf, werden die
Verkehrsflächen in neu zu errichtenden Parkbauten häufig maschinell geglättet. Eine Einstufung in die Expositionsklasse XF4 erfordert, je nach Betonzusammensetzung, üblicherweise die Zugabe eines Luftporenbildners zum Frischbeton.
Verschiedene Schadensfälle haben in den letzten Jahren gezeigt, dass ein maschinelles Glätten eines LP-Betons verstärkt zu verfahrenstypischen Schadensbildern führen kann. So können nach Fertigstellung der Verkehrsfläche lokale
oder großflächige Hohllagen und Abplatzungen einer wenige Millimeter dicken oberflächennahen Schicht des Rohbetons auftreten. Die Instandsetzung derartiger Schadensbilder erfordert nicht selten ein flächiges Entfernen der oberflächennahen Randzone des Betons mit anschließender Reprofilierung, d.h. zeit- und kostenintensive Instandsetzungsmaßnahmen.
Anhand von Testflächen, Laboruntersuchungen sowie der Auswertung von Schadensfällen konnten verschiedene Ursachen typischer Schadensbilder beim maschinellen Glätten von LP-Beton festgestellt und sich daraus ergebende Lösungsansätze abgeleitet werden.
Summary
Concrete surfaces of parking lots have to meet several requirements, e.g. the grade of the surface of the parking decks.
In order to achieve a smooth and high-grade surface, which requires a minimum of work before applying a surface
protection system, the concrete surfaces are usually finished with power floats. A classification into the exposition class
XF4 requires, depending on the composition of the concrete, usually the addition of air-entrainment agents to the fresh
concrete.
Various cases show that the usage of power floats in combination with air entrained concrete may lead to an increased
occurrence of very typical damages of the concrete surface. These damages usually occur within a few millimeters of
depth and result in delamination or hollow areas within the upper concrete layer. Due to the fact that mostly wide areas
are affected the repair of such damages results in removing most of the upper concrete layer and renewal of the removed concrete.
Based on research work including laboratory tests as well as field cases the reasons which lead to the typical damages
by using power floats in combination with air entrained concrete are analyzed and possible solutions in order to avoid
damages are derived.
1. Grundlagen
Nach der aktuell gültigen DIN 1045 in der Ausgabe
von 2008 [1] sind Parkflächen, d.h. horizontale Betonbauteile mit Rissbildung und Chloridbeaufschlagung
durch winterlichen Tausalzeinsatz auf den Straßen als
Bauteile mit den schärfsten Beanspruchungen hinsichtlich Bewehrungskorrosion einzustufen [2], [3].
Im rissfreien Bereich erfolgt die Sicherstellung der
Dauerhaftigkeit i.d.R. durch Anordnung einer ausreichenden Betondeckung sowie Mindestanforderungen
an die Betonrezeptur gemäß DIN 1045-2 [4]. Definiert
werden die Anforderungen an die Betonrezeptur über
die jeweils relevanten Expositionsklassen.
Gemäß DIN 1045, Teil 1 [1] sind für unbeschichtete
Parkdecks die folgenden wesentlichen Expositionsklassen relevant:
Ausführung den Vorteil einer hochwertigen, widerstandsfähigen und ebenen Oberfläche, die zu einem
späteren Zeitpunkt ohne größere mechanische Oberflächenvorbereitung beschichtet werden kann [7]. So
reicht es i.d.R. aus, derartige Flächen vor Auftrag eines
Oberflächenschutzsystems gemäß der Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb (RL SIB) [8] lediglich durch
Kugelstrahlen mechanisch vorzubereiten. Nach [9]
erfüllen maschinell geglättete Betone, die für die Expositionsklasse XM1 (Mäßige Verschleißbeanspruchung)
ausgelegt sind, i.d.R. nach Glättung auch die Expositionsklasse XM2 (Starke Verschleißbeanspruchung).
Bewehrungskorrosion, verursacht durch Chloride,
ausgenommen Meerwasser:
XD3; Wechselnd nass und trocken
Frostangriff mit und ohne Taumittel/Meerwasser:
XF4; Hohe Wassersättigung mit/ohne Taumittel
Weitere Anforderungen aus Karbonatisierung oder
Verschleiß sind i.d.R. nur von untergeordneter Bedeutung und haben keinen zusätzlichen Einfluss auf die
Betonrezeptur.
Gemäß DIN 1045, Teil 2 [4] ergeben sich auf Basis der
vorgenannten relevanten Expositionsklassen u.a. die
folgenden Anforderungen an die Betonzusammensetzung:
• Festigkeitsklasse C 35/45 bzw. C 30/37 (LP)
• w/z ≤ 0,45
• LP-Gehalt: ≥ 4,5 % (gemessen im Frischbeton unmittelbar vor dem Einbau)
Um derartige LP-Betone pumpen und verarbeiten zu
können, werden diesen Betonen üblicherweise Hochleistungsfließmittel, z.B. auf Polycarboxylat-Basis
zugesetzt. Die Zugabe von Fließmitteln ermöglicht
trotz des geringen w/z-Wertes bei solchen Betonen
Ausbreitmaße entsprechend der Konsistenzklasse F3
der DIN 1045-2 [4] zwischen 420 und 480 mm.
Bei der Konzeptionierung eines mit LP-Bildner hergestellten Betons ist zu beachten, dass künstliche Luftporen nicht nur volumetrisch betrachtet werden, sondern
den theoretischen Feststoffanteil im Zementleim erhöhen. In der Regel steigt der theoretische Feststoffanteil
um ca. 15 kg/m³ Mehlkorn und Feinstsand (<
0,25 mm) je 1 % höherem LP-Gehalt (mittels LPBildner eingestellt) an [5]. Diese Veränderung des
Feststoffanteils führt damit zu einer Erhöhung der
Fließgrenze und Viskosität.
Zur Oberflächenvergütung werden Industrieböden oder
Parkdecks i.d.R. geglättet. Dies bietet bei fachgerechter
Bild 1: Industrieboden unmittelbar nach Beendigung
des maschinellen Glättvorgangs
Die Dicke der durch das Glätten beeinflussten randnahen Schicht beträgt i.d.R. etwa 2 bis 5 mm, in [9] werden 3 mm genannt, siehe auch Bild 2. In dieser Schicht
kommt es zu einer gewissen Anreicherung von Feinmörtel.
Bild 2: Dünnschliff einer oberflächennahen Randzone
eines maschinell geglätteten LP-Betons: Die
vom Glätten beeinflusste Zone liegt bei etwa
2 mm
Gleichwohl ist zu beachten, dass die Glättung eines
LP-Betons gewisse Risiken in sich birgt. Nach Krell
[9] sind dies beispielsweise:
• Schädigung des LP-Systems, resultierend in einem
mangelnden Frost/Taumittelwiderstand
• Mögliche Verschlechterung des Haftverbundes der
dünnen, meist etwa 3 mm dicken durch das Glätten
beeinflussten Randzone zum Kernbeton.
Kritisch ist vor allem die Festlegung des korrekten
Zeitpunkts des Beginns der Glättarbeiten. Technisch
muss dieser kurz vor oder bei Erstarrungsbeginn liegen, zum Erstarrungsende müssen die Glättarbeiten
abgeschlossen sein [9]. Je nach klimatischen Randbedingungen oder der Art des verwendeten Fließmittels
kann der korrekte Zeitpunkt bei gleicher Betonzusammensetzung durchaus um mehrere Stunden variieren.
Der korrekte Zeitpunkt auf der Baustelle kann somit
nur auf Basis langer Erfahrung anhand der Daumenregel
„So früh wie möglich glätten, aber erst wenn die Oberfläche mattfeucht und trittfest ist“
bestimmt werden [9].
Nach [10] kann der erste Übergang zum Glätten beginnen, wenn [...der Beton begehbar ist, und nur geringe
Fußeindrücke von 2 bis 3 mm hinterlassen werden].
Das Feinglätten kann beginnen, wenn an auf den Beton
aufgelegten Handflächen keine Materialanhaftungen
verbleiben.
Beispielhaft ist im folgenden Schema der Bereich, in
dem ein Beton geglättet werden kann, dargestellt
(C 30/37 mit w/z = 0,50, Konsistenzklasse F3 bei Einbau). Zu beachten ist allerdings, dass der Erstarrungszeitpunkt und damit der Beginn des Zeitfensters für das
Glätten in Abhängigkeit der Betonzusammensetzung,
der Art und Zugabemenge des Fließmittels, den klimatischen Randbedingungen, etc. maßgeblich beeinflusst
wird. Das nachfolgende Bild kann somit nur als allgemeines Schema, nicht jedoch als allgemeine Vorgabe
für die Wahl des Zeitpunktes des Glättens verstanden
werden.
Bild 3: Ansteifen eines Betons und Festigkeitsentwicklung sowie Kennzeichnung des „trittfesten“ d.h. für ein Glätten geeigneten Zeitfensters nach [10]
Allgemeiner wird in [11] das Glättfenster gemäß dem
nachfolgenden Bild angegeben. Als „optimaler“ Zeitpunkt des Glättbeginns kann allerdings auch hier kein
absoluter Zeitpunkt angegeben werden, sondern es
werden minimale und maximale Eindrucktiefen eines
Arbeitsschuhs eines Arbeiters als Richtwerte angegeben.
Bild 4: Zeitfenster für die Glättung des Betons nach
[11]
Bild 5 zeigt die Auswirkungen der Auswahl eines
falschen Glättzeitpunktes. Bild 5 oben zeigt eine Oberfläche, die zu früh bearbeitet wurde. Bild 5 unten zeigt
eine Betonoberfläche, die zu spät maschinell geglättet
wurde. Eine zu späte Bearbeitung führt üblicherweise
zu einer Gefügestörung des bereits erhärteten Betons,
eine zu frühe Bearbeitung hat eine ausgeprägte und
häufig mit Schäden verbundende Zementleimanreicherung an der Oberfläche zur Folge.
Eine mikroskopische Untersuchung der Dünnschliffe
zeigte deutliche Hinweise auf Ausführungsfehler bei
der Glättung der Oberflächen. So liegt, wie in [9] beschrieben, die durch das Glätten beeinflusste Randzone
des Betons üblicherweise bei etwa 3 mm. In diesem
Bereich erfolgt beim Glätten planmäßig eine Anreicherung von Feinstbestandteilen an der Oberfläche, zudem
werden oberflächennah liegende Luftporen zerrieben.
Im vom Glätten nicht beeinflussten Bereich hingegen
sind weiterhin die nahezu kreisrunden Luftporen zu
erkennen.
Die Untersuchungen an den Dünnschliffen zeigen
jedoch, dass die vom Glätten beeinflusste Zone mehrheitlich zwischen 10 und 15 mm lag, z.T. wurden Werte von mehr als 20 mm gemessen, siehe Bild 6.
Bild 5: Betonoberfläche nach zu frühem (oben) oder
spätem (unten) maschinellen Glätten
Dies bedeutet, dass auf der Baustelle kein exaktes
Verfahren existiert, mit dem der geeignete Zeitpunkt
des Glättbeginns oder Glättendes, unabhängig von den
Witterungsbedingungen, zuverlässig bestimmt werden
kann. Vielmehr sind viele allgemeine Empfehlungen in
der Literatur zu finden, die sich i.d.R. für einen konkreten Anwendungsfall aufgrund anderer Randbedingungen nicht eignen.
2 Auswertung von Schadensfällen
Im Folgenden werden anhand von zwei Schadensfällen
typische Schadensbilder, die beim maschinellen Glätten von LP-Beton auftreten können, beschrieben:
Parkhaus 1:
Die Verkehrsflächen dieses Parkhauses wurden mit
einem C 30/37 mit LP-Bildner und einem w/z-Wert
von 0,45 erstellt. Kurze Zeit nach Fertigstellung des
Parkhauses wurden vielerorts Risse mit Rissbreiten
von 0,2 bis zu 0,5 mm und großflächige Hohllagen
festgestellt. Die Tiefe der Hohllagen betrug zwischen 5
und 20 mm. Zur weiteren Untersuchung der Ursachen
der Hohllagen wurden Bohrkerne entnommen und aus
diesen Bohrkernen Dünnschliffe heraus präpariert.
Bild 6: Beispiele der untersuchten Dünnschliffe; die
erkennbaren Hohllagen traten in einer Tiefe
von etwa 10 mm auf; Oberseite = Betonoberfläche
In Bild 7 sind beispielhaft ein vom Glätten beeinflusster oberflächennaher Bereich sowie ein tiefer liegender
unbeeinflusster Bereich vergrößert gegenübergestellt.
Vor allem die tiefgehende Schichtgrenze zwischen dem
vom Glätten unbeeinflussten und beeinflussten Bereich
ist ein Anzeichen für einen Beginn des Glättens deutlich vor Erstarrungsbeginn des Betons. So liegt im
vorliegenden Fall die Schichtgrenze zwischen diesen
beiden Zonen mit Werten von z.T. mehr als 15 bis 20
mm deutlich über dem üblicherweise zu erwartenden
Wert von etwa 1 bis 4 mm [9, 13].
Bild 7: Ansicht eines vom Glätten beeinflussten Bereichs mit zerriebenen Luftporen (oben – Lage
der Delamination gekennzeichnet) und eines
unbeeinflussten Bereichs des Kernbetons mit
nahezu kreisrunden Luftporen (unten); Oberseite = Betonoberfläche
Ein weiteres deutliches Anzeichen auf einen nicht
korrekt gewählten Zeitpunkt des Glättens ist die Struktur der Poren. Zeigen sich im Beton langgestreckte
schlauchförmige Poren, so ist davon auszugehen, dass
der Beton zu Beginn des Glättvorgangs den Erstarrungsbeginn noch nicht erreicht hat, sondern zu diesem
Zeitpunkt noch eine deutlich zu weiche Konsistenz
aufgewiesen haben muss. Nach Erstarrungsbeginn ist
eine Verformung des Betons resultierend in einem
derartigen Porenbild (langgezogene Poren) nicht mehr
möglich. Beispielhaft ist diese längliche Porenbildung
aus einem vergleichbaren Schadensfall aus der Literatur als auch an einem der erstellten Dünnschliffe in
Bild 8 dargestellt. Zudem zeigen sich in Bild 8 unten
Wasserlinsen unterhalb größerer Gesteinskörnungen.
Auch diese Tatsache spricht für einen zu frühen Beginn des maschinellen Glättens.
Bild 8: Ansicht der oberflächennahen Randzone eines
flügelgeglätteten LP-Betons mit vergleichbarer Schalenbildung (links oben, nach [13] –
DSL: densified surface layer; DT: distorted
layer; APC: as-placed concrete); Dünnschliff
aus Parkhaus 1 im vom Glätten beeinflussten
Bereich mit langgestreckten Poren (rechts oben) und Bildung von Wasserlinsen unterhalb
grober Gesteinskörner (unten)
Parkhaus 2
Im Fall des Parkhauses 2 zeigte die in zwei Abschnitten hergestellte, zweiteilige Bodenplatte Schäden infolge maschinellen Glättens des LP-Betons. Die verwendete Betonrezeptur war mit der des Parkhauses 1
vergleichbar. Die Erstellung der zweigeteilten Bodenplatte erfolgte mit der identischen Betonrezeptur mit
einem zeitlichen Abstand von einigen Wochen zwischen den beiden Teilen. Der zweite Bauabschnitt der
Bodenplatte wurde, nachdem im ersten Bauabschnitt
Hohllagen und Abplatzungen der oberflächennahen
Randzone des Betons festgestellt worden waren, erstellt. Die klimatischen Randbedingungen waren bei
beiden Betonierterminen vergleichbar. Beispielhaft
sind die Schäden an der Bodenplatte in Bild 9 gezeigt.
Bild 9: Schäden in Form von Abplatzungen der Betonrandzone in Parkhaus 2
Auch in diesem Fall erfolgten Strukturuntersuchungen
der oberflächennahen Betonrandzone an Dünnschliffen, die aus Bohrkernen herausgearbeitet worden waren. Obwohl sowohl die Randbedingungen beim Glätten der beiden Hälften der Bodenplatte weitestgehend
identisch waren (gleiche Betonzusammensetzung,
ähnliche Witterungsbedingungen, identische Kolonnen
für Einbau und Glätten des Betons, abgeschatteter
Bereich ohne Sonneneinstrahlung, windgeschützter
Einbauort, etc.), zeigten sich doch bei den beiden Bauabschnitten deutlich voneinander abweichende strukturelle Schädigungen der Betonrandzone.
So lag die Zone der Delamination im ersten Bauabschnitt etwa in der Tiefe der planmäßig vom Glätten
beeinflussten Zone von etwa 2 bis 3 mm, siehe Bild 10
oben. Die Struktur der Luftporen unmittelbar unterhalb
der delaminierten Betonrandzone zeigte die typische
kugelige Struktur. Ähnliche langgestreckte Porenstrukturen wie im vorangegangenen Schadensfall 1 konnten
nicht festgestellt werden. Anzeichen für einen zu frühen Glättbeginn waren für diese Bodenplatte nicht
vorhanden. Nach Angabe der die Glättarbeiten ausführenden Firma wies der Beton oberflächlich eine hohe
Klebrigkeit auf, die in der Fachwelt mitunter auch als
„Elefantenhaut“ bezeichnet wird [14]. Diese kann
beispielsweise durch bestimmte Zusatzmittelkombinationen verursacht werden, das Auftreten der „Elefantenhaut“ hängt allerdings stark von den objektspezifischen Randbedingungen sowie den Witterungsbedingungen ab.
Eine hohe Klebrigkeit des Betons kann beim maschinellen Glätten zu hohen Scherspannungen im Beton
und daraus resultierend, wie im Fall des ersten Bauabschnittes des Parkhauses 2 gezeigt, zu einem Abscheren der oberflächennahen Randzone des Betons führen.
Bild 10: Beispiele für Dünnschliffe aus Parkhaus 2;
Dünnschliff aus dem ersten Bauabschnitt mit
einer Einflusszone aus dem Glätten von etwa
2 mm (oben); Dünnschliff aus dem zweiten
Bauabschnitt mit einer Einflusszone aus dem
Glätten von mehr als 5 bis zu 10 mm (unten)
Deutlich anders sah die Porenstruktur im Bereich der
Schadstellen im zweiten Bauabschnitt aus. Hier lag die
Zone des vom Glätten beeinflussten Bereichs mit teilweise bis zu 10 mm deutlich über der zu erwartenden
Größenordnung von etwa 3 mm, siehe Bild 10 unten.
Auch wurden, ähnlich wie bei Parkhaus 1, hier wieder
langestreckte Poren als Hinweis auf einen zu frühen
Glättzeitpunkt gefunden.
Bei diesem Schadensfall lagen unterschiedliche Zeitpunkt des Glättens des Betons auf der Baustelle vor. So
musste beim ersten Bauabschnitt aufgrund des raschen
Ansteifens zeitnah nach Einbau des Betons mit dem
maschinellen Glätten begonnen werden. Beim zweiten
Bauabschnitt hingegen konnten die Glättarbeiten erst
mehrere Stunden nach Einbau des Betons begonnen
werden und selbst dieser Zeitpunkt war anhand der
Struktur der Poren in den untersuchten Dünnschliffen
offensichtlich noch zu früh. Sowohl Betonrezeptur als
auch klimatische Randbedingungen waren in beiden
Fällen, wie bereits erläutert, jedoch vergleichbar.
Beide Schadensfälle, vor allem aber der Schadensfall
aus Parkhaus 2 zeigen, dass es auf der Baustelle
schwierig, mitunter unmöglich ist, den optimalen Zeitpunkt für den Beginn des maschinellen Glättens zuverlässig zu bestimmen.
3 Auswertung von Probeflächen
Im Rahmen eines Forschungsvorhabens in Kooperation
mit der Fa. Züblin wurde der Einfluss von fünf unterschiedlichen Betonzusammensetzungen sowie drei
Glättverfahren auf die tiefenabhängige Oberflächenzugfestigkeit untersucht. Die Parameter sind auszugsweise in der folgenden Tabelle wiedergegeben. Alle
Betone wurden mit einem CEM II B-S 32,5 R hergestellt. Die Betone A, A1 und A2 wurden alle mit LPBildner hergestellt und erfüllen die betontechnologischen Anforderungen für eine Expositionsklasse XF4.
Alle drei Betone sind der Festigkeitsklasse C30/37
zuzuordnen. Beton B weist eine höhere Festigkeit
(C35/45) auf und enthält 30 M-% Flugasche (bez. auf
das Zementgewicht). Dieser Beton erfüllt die Anforderungen an einen XF2-Beton. Beton C weist zu den
Betonen A, A1 und A3 vergleichbare Festigkeiten auf,
enthält allerdings keine Flugasche und auch keinen LPBilder. Bei allen Betonen wurde mittels Fließmittel die
Konsistenz F3 während der Betonierarbeiten eingestellt. Die Betonierarbeiten erfolgten bei betontechnologisch günstigem Wetter an zwei Tagen im März. Die
Temperatur lag zwischen 6 und 11 °C; es lag eine
geringe Windgeschwindigkeit sowie kein Regen vor.
Der Beton wurde mittels Betonpumpe eingebaut und
anschließend mittels Flaschenrüttlern verdichtet.
Bild 12: Aufnahmen der Probeflächen nach Abschluss
des maschinellen Glättens einer Teilfläche der
Probefläche
Die Frischbetonuntersuchungen, die parallel zu den
Betonierarbeiten durchgeführt worden waren, ergaben,
dass die beiden Betone A und A1, beide unter Zugabe
eines LP-Bildners hergestellt, einen LP-Gehalt nach
dem Pumpen von > 5,0 Vol.-% aufwiesen. Beton A2,
der ebenfalls LP-Bildner enthielt, wies lediglich einen
LP-Gehalt von 3,7 Vol.-% nach dem Pumpen auf.
Mit Hilfe der folgenden drei Glättverfahren wurden die
Betonoberflächen bearbeitet:
• Abziehen mit einem Betonverteiler unmittelbar nach
der Betonage
• Abziehen und Abscheiben
• Abziehen, abscheiben und maschinelles Glätten mittels Flügelglätter
Tabelle 1: Ausgewählte Kennwerte der verwendeten
Betone
Beton
A
A1
A2
B
C
370
400
375
300
380
Flugasche
[% v. Z]
0
0
0
30
0
LP-Bildner
ja
ja
ja
nein
nein
Zuschlag
0 - 2 mm 1)
30
36
29
35
35
Zuschlag
2 - 8 mm 1)
30
27
30
25
25
Zuschlag
8 - 16 mm 1)
40
37
41
40
40
Druckfestigkeit (28d)
[N/mm²]
37
34
50
41
52
Zementgehalt
[kg/m³]
Bild 11: Aufnahmen der Probeflächen zum Zeitpunkt
der Betonierarbeiten
1)
Bezogen auf Gesamtanteil des Zuschlags
Nach abgeschlossener Herstellung wurden die Probeflächen visuell auf Schadstellen begutachtet. Zudem
wurden nach 28 Tagen aus den Probeflächen Bohrkerne zur Bestimmung der tiefenabhängigen Oberflächenzugfestigkeit (0 mm und 20 mm Tiefe) entnommen.
In den Bildern 13 bis 15 ist die relative Oberflächenzugfestigkeit der beiden Tiefenlagen dargestellt, wobei
die Tiefenlage 20 mm auf 100 % normiert wurde. Zusätzlich sind unterhalb der Säulen die Oberflächenzugfestigkeiten in N/mm² angegeben. (jeweils Mittelwerte
aus drei Versuchen)
Allgemein lässt sich feststellen, dass die geringsten
Oberflächenzugfestigkeiten von den Betonen A und
A1, die bei den Betonierarbeiten den höchsten LPGehalt aufgewiesen hatten, erreicht wurden.
Eine Betrachtung der unterschiedlichen Glättverfahren
ergibt, dass bei allen Oberflächen, die nur abgezogen
wurden, in einer Tiefe von 20 mm eine höhere Oberflächenzugfestigkeit als an der Oberfläche vorliegt. Die
geringsten Oberflächenzugfestigkeiten zeigen die Betone A und A1. Dies kann auf eine unzureichende
Verdichtung der Oberfläche infolge des „leichten“
Glättens mittels Betonverteiler zurückgeführt werden.
che im Vergleich zu einer 20 mm tief liegenden Betonschicht.
Die Erhöhung der Oberflächenzugfestigkeit kann auf
eine zusätzliche Verdichtung der Oberfläche durch das
Scheiben und damit eine bessere indirekte Nachbehandlung (Verhinderung des Austrocknens der Oberfläche) zurückgeführt werden.
Bild 14: Rel. Oberflächenzugfestigkeiten (Säulen) und
Oberflächenzugfestigkeiten in N/mm² (Zahlenwerte) der Tiefenlagen 0 und 20 mm –
Glättverfahren: Abziehen und Abscheiben
Bild 13: Rel. Oberflächenzugfestigkeiten (Säulen) und
Oberflächenzugfestigkeiten in N/mm² (Zahlenwerte) der Tiefenlagen 0 und 20 mm –
Glättverfahren: Abziehen
Wird die Oberfläche zusätzlich zu dem Abziehen abgescheibt, lässt sich feststellen, dass das Abscheiben
keinen negativen Einfluss auf die Oberflächenzugfestigkeiten hat. Bei allen Betonen sind die direkt auf der
Betonoberfläche gemessenen absoluten Werte höher
als die der nur abgezogenen Betonoberflächen. Außer
bei Beton B zeigt sich auch keine nennenswerte Reduktion der Oberflächenzugfestigkeit an der Oberflä-
Das zusätzlich durchgeführte Flügelglätten führte bei
den Betonen A, A1, B und C zu einer deutlichen Reduktion der Oberflächenzugfestigkeit direkt auf der
Betonoberfläche. Der Vergleich der Betonrezepturen
der Betone A, A1 und A2 zeigt, dass nur minimale
Änderungen (Variation des Zementgehaltes sowie des
Zuschlags 0-2 mm) zu einer Verschlechterung der
Oberflächenzugfestigkeit führen können. Die maximalen Oberflächenzugfestigkeiten wurden von dem Beton
A2 erzielt, der das geringste Mörtelvolumen und den
geringen LP-Gehalt der mit LP-Bildner hergestellten
Betone aufwies.
Betonböden stellt der ACI (American Concrete Institute) Bericht 302 [12] dar.
Als Ursache für das Auftreten der Ablösungen werden
in [12] u.a. die folgenden betontechnologischen Punkte
angeführt:
Bild 15: Rel. Oberflächenzugfestigkeiten (Säulen) und
Oberflächenzugfestigkeiten in N/mm² (Zahlenwerte) der Tiefenlagen 0 und 20 mm –
Glättverfahren: Abziehen; Abscheiben und
maschinelles Glätten
Die beiden nicht als LP Betone ausgeführten Betone B
und C wiesen die größten Differenzen der Oberflächenzugfestigkeit zwischen 0 und 20 mm auf. Diese
beiden Betone enthielten keinen LP Bildern, aber den
höchsten Mehlkornanteil. Die Reduktion der Oberflächenzugfestigkeit fiel bei Beton C, der eine höhere
Festigkeit als Beton B aufwies, deutlicher aus. Die
Oberflächenzugfestigkeit an der Oberfläche war um
42 % niedriger als die Oberflächenzugfestigkeit in
einer Tiefe von 20 mm.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass sich ein
zu hoher künstlicher LP-Gehalt oder ein zu hoher
Mehlkornanteil negativ auf die Oberflächenzugfestigkeiten nach dem maschinellen Glätten auswirken können. Der augenscheinlich anhand der Ergebnisse „optimale“ Beton A2 zeigte allerdings viele lokale Fehlstellen und ließ sich sehr schlecht verarbeiten. Dies
verdeutlicht die Problematik der Entwicklung einer
„optimalen“ Betonrezeptur vor dem Hintergrund der
Anforderungen aus Verarbeitung des Frischbetons und
der späteren Oberflächenbearbeitung.
4 Bewertung der Ergebnisse
Die vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass nicht nur die
Ausführung (Abschätzen des optimalen Glättzeitpunktes; Auswahl geeigneter Glättverfahren, etc.), sondern
auch die Betontechnologie eine wesentliche Rolle
hinsichtlich des Auftretens von Schäden bei Betonböden nach dem maschinellen Glätten spielt.
Eine Zusammenfassung des aktuellen amerikanischen
Stands des Wissens hinsichtlich der Herstellung von
• Verwendungen einer Betonmischung mit zu hohem
Mehlkorn- und Feinkornanteil, die dazu neigt, dass
sich aufgrund von klimatischen Randbedingungen
oder dem Glätten des Betons eine sehr dichte Oberfläche ausbildet. Als maximaler Zementgehalt für ein
Größtkorn von 16 mm werden 375 kg/m³ angegeben.
• Überschreiten eines Luftporengehaltes von mehr als
3 Vol.-%. Bei maschinell geglätteten Flächen sollte
auf die Zugabe von LP-Bildnern aufgrund der hohen
Schadenswahrscheinlichkeit generell verzichtet werden.
• Eine übermäßige Verdichtung des Betons mittels
Rüttlern kann zu einem Verstärken des Blutens führen.
• Zu schnelles Abtrocknen der Betonoberfläche infolge
von Wind oder heißer Luft nach der Betonage: Dies
hat zur Folge, dass bei einem zu frühem Glätten Wasser eingeschlossen wird oder es bei zu spätem Glätten
zu einer Schädigung der bereits erhärteten Oberfläche kommt.
Diese Empfehlungen für die Minimierung von Abplatzungen infolge maschinellen Glättens widersprechen
den Anforderungen der DIN 1045-2 hinsichtlich des
Mindestzementgehaltes (C30/37; XD3: 320 kg/m³)
nicht. Umgekehrt weisen viele für die Herstellung von
Parkdecks verwendete Betonzusammensetzungen für
Parkbauten höhere Zementgehalte als der in [12] genannte zulässige Höchstwert von 375 kg/m³ auf.
Hinsichtlich des Luftporengehaltes besteht ein deutlicher Unterschied zwischen [12] und der DIN 1045,
Teil 2, da bei Ansatz der Expositionsklasse XF 4 gemäß DIN 1045, Teil 2 bei einem Größtkorn von 16 mm
mindestens ein LP-Gehalt von 4,5 Vol.-% empfohlen
wird. Die untersuchten Musterflächen zeigen auch,
dass die Empfehlungen der DIN 1045, Teil 2 für ein
Größtkorn von 16 mm zu deutlichen Problemen hinsichtlich der Oberflächenzugfestigkeiten maschinell
geglätteter Flächen führen können.
5 Schlussfolgerungen für die Praxis
Anhand der Auswertung verschiedener Schadensfälle
sowie der ausgeführten Probeflächen lassen sich zum
jetzigen Zeitpunkt keine allgemeingültigen und zuverlässigen Verfahren für die zielsichere und schadensfreie Glättung von LP-Beton ableiten. Aus diesem
Grund sollte die Glättung von LP-Beton in der Praxis
wenn möglich vermieden werden, z.B. durch den folgenden Ansatz:
• Ansatz der Expositionsklasse XF1 anstelle XF4.
Nach Heft 525 des DAfStb, Ausgabe 2003 [5] und
dem Merkblatt „Parkhäuser und Tiefgaragen“ des
DBV, Ausgabe 2005 [16] kann bei Vorhandensein
eines regelmäßig gewarteten Oberflächenschutzsystems die Expositionsklasse XF1 in Ansatz gebracht
werden. Die Zugabe eines LP-Bildners kann somit
entfallen. Diese Regelung ist auch nach der 2. Auflage des Heftes 525 des DAfStb [15] in Verbindung
mit dem Merkblatt „Parkhäuser und Tiefgaragen“ des
DBV in der Ausgabe von 2010 [17] möglich.
Die Verwendung von LP-Betonen in Parkbauten dürfte
zukünftig damit nicht mehr den Regelfall, sondern eher
die Ausnahme darstellen.
Das Merkblatt „Parkhäuser und Tiefgaragen“ des DBV
in der Ausgabe 2010 [17] empfiehlt weiterhin, Betone
nur dann maschinell zu glätten, wenn kein LP-Bildner
verwendet wird.
Muss in Ausnahmefällen ein LP-Beton verwendet und
zusätzlich maschinell geglättet werden, sollten der
Bindemittelgehalt sowie der LP-Gehalt so weit wie
möglich reduziert werden. Zudem sollten möglichst
Betonmischungen verwendet werden, für die ein Zusammenhang zwischen Ansteifen des Betons und Festigkeitsentwicklung für verschiedene Witterungsbedingungen bereits vorliegt, so dass dieser als Anhaltspunkt
für die Wahl des Zeitfensteres des Glättens herangezogen werden kann.
5 Literaturverzeichnis
[1]
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DIN 1045-1: Deutsche Norm, Tragwerke aus
Beton, Stahlbeton und Spannbeton, Teil 1:
Bemessung und Konstruktion, August 2008
Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, DAfStb:
Heft 525, Erläuterungen zu DIN 1045-1, Herausgeber: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton
DAfStb, Fachbereich 07 des NA Bau im DIN
Deutsches Institut für Normung e. V.,
1. Auflage, 2003
Flohrer, C.: Das neue DBV-Merkblatt „Parkhäuser und Tiefgaragen“, In: Internationale
Zeitschrift für Bauinstandsetzung 10 (2004),
Nr. 5, S. 481-496 = Aachen: Institut für Bauforschung, 2004. - In: 31. Aachener Baustofftag, Aachen, 4. November 2004
DIN 1045-2: Deutsche Norm, Tragwerke aus
Beton, Stahlbeton und Spannbeton, Teil 2: Beton – Festlegung, Herstellung, Eigenschaften
und Konformität, Juli 2001
Deutscher Beton Verein e.V.: „BetonHandbuch“ – Leitsätze für die Bauüberwachung und Bauausführung, Bauverlag; Wiesbaden und Berlin, 3.Auflage, 1995
DIN EN 206: Beton, Festlegung , Eigenschaften, Herstellung und Konformität, Teil 1, Ausgabe 7.2001
Wagner, J. P. , Reichertz, A. : AusführungEinbauplanung und Technik sowie neue Erkenntnisse zur Oberflächenbearbeitung bei
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aus Beton, 4. Symposium Baustoffe und Bauwerkserhaltung, Universität Karlsruhe, 15.
März 2007. Universitätsverlag Karlsruhe
Deutscher Ausschuss für Stahlbeton ; DAfStb;
DAfStb-Instandsetzungs-Richtlinie:
Schutz
und Instandsetzung von Betonbauteilen.
Teil 1: Allgemeine Regelungen und Planungsgrundsätze. Teil 2: Bauprodukte und
Anwendung. Teil 3: Anforderungen an die
Betriebe und Überwachung der Ausführung.
Teil 4: Prüfverfahren. Ausgabe Oktober 2001.
Berlin: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton,
2001; einschließlich Berichtigungsblättern
Krell, J. : Oberfläche und Nachbehandlung
von Beton. In: Symposium Industrieböden aus
Beton, 4. Symposium Baustoffe und Bauwerkserhaltung, Universität Karlsruhe, 15.
März 2007. Universitätsverlag Karlsruhe
Sonnenberg, R. : Vibrationsgeräte und Methoden zur Verdichtung von Frischbeton, Entwicklung und Tendenzen. In: Zeitschrift Beton, 59. Jahrgang, Ausgabe 10/2009, S. 448 –
451. Verlag Bau & Technik GmbH Erkrath
Surface delamination in slab on ground construction – A report based upon site experiment & observation in the Auckland region.
In: CCANZ (Cement & Concrete Association
of New Zealand) – Online Publikation
ACI 302.1R-04; ACI Committee 302: Guide
for Concrete Floor and Slab Construction
Lankard, D. R. : Air Entrainment and Delaminations. In. Concrete International, 2004,
Volume 26, Issue 11
Grimm, L. : PCE in der Praxis. In „Expertenforum der Betontechnologen“ Feuchtwagen,
Bericht in der Zeitschrift Beton, Ausgabe
12.2009, Jahrgang 59, Seite 588
Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, DAfStb:
Heft 525, Erläuterungen zu DIN 1045-1, Herausgeber: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton
DAfStb, Fachbereich 07 des NA Bau im DIN
Deutsches Institut für Normung e. V.,
2. Auflage, 2010
Deutscher Beton- und Bautechnikverein DBV
Berlin: Merkblatt „Parkhäuser und Tiefgaragen“, Ausgabe 2005
Deutscher Beton- und Bautechnikverein DBV
Berlin: Merkblatt „Parkhäuser und Tiefgaragen“, Ausgabe 2010, erscheint voraussichtlich
im Herbst 2010