Massige Bauteile richtig betonieren – eine Anleitung

Als „massig“ bezeichnet man in der Regel Bauteile mit einer kleinsten Abmessung von mindestens 80 Zentimeter, bei denen Zwang und Eigenspannungen eine besondere Rolle spielen.

Bevor es losgeht: Was man zunächst verstehen muss…

Die Hydratationswärme, die beim „Abbinden“ des Betons entsteht, kann bei dünnen Bauteilen schnell über die freie Oberfläche oder die Schalung abgegeben werden. Im Gegensatz hierzu ist bei massigen Bauteilen kein oder nur ein geringer Wärmeaustausch möglich. Je dicker das Bauteil ist, umso höher kann die Temperatur im Bauteilkern ansteigen. Die normative Begrenzung der Kerntemperatur liegt bei 70 °C. Neben der Bauteildicke ist die Temperaturentwicklung abhängig von der Wärmekapazität und Mengenverteilung der Ausgangsstoffe.

Großbetonage eines massigen Bauteils in der Nacht, um die kühlen Außentemperaturen auszunutzen.

Massenbetone sind daher so zu konzipieren, dass der Temperaturanstieg im Bauteil nach oben begrenzt wird und so verläuft, dass die auftretenden Spannungen aus Temperaturdifferenzen im Bauteil nicht zu schädigenden Rissen führen. Die Differenz zwischen Bauteilkern und -schale sollte in etwa 15 °C nicht übersteigen. Bei voll gezwängten Bauteilen können es auch nur 10 °C sein. Für Wasserbauwerke gibt es Vorgaben in der ZTV-W-LB 215.

Der Temperaturanstieg sollte allmählich und nicht sprunghaft verlaufen. Nach dem Erreichen des Temperaturmaximums sollte das Abkühlen nach dem gleichen Prinzip erfolgen. Sofern keine Voruntersuchungen und Berechnungen zur Bestimmung des Temperaturmaximums (in Tagen) vorliegen sind folgende Faustformeln hilfreich:

• Bauteildicke < 3,50 m: tmaxT ≈ 0,8 ∙ Bauteildicke + 1 Tag
• Bauteildicke ≥ 3,50 m: tmaxT ≈ Bauteildicke + 1 Tag

Welche Endtemperatur im Bauteil erreicht wird, kann ebenfalls rechnerisch abgeschätzt werden (siehe Zement-Merkblatt B11).

Massige Bauteile sind grundsätzlich in die Feuchteklasse WF (bei zusätzlicher Chlorideinwirkung WA) einzustufen, da ein Durchtrocknen bei üblichen Randbedingungen nicht zu erwarten ist.

Vorbereitung konkret: Was vor der Betonage geklärt werden sollte Der Bauleiter sollte zu Beginn der Baumaßnahme den Bauvertrag und erfahrungsgemäß auch die Tragwerksplanung folgende Punkten prüfen:

• Welche Regelwerke wurden vereinbart?
• Gibt es Vorgaben zum Zement?
• Ist die Druckfestigkeit begrenzt?
• Ist die Festigkeitsentwicklung des Betons (r-Wert) begrenzt?
• Gibt es Annahmen in der Statik zur Begrenzung der Zugfestigkeit?
• Wurde die maximale Frischbetontemperatur vorgegeben?
• Sind besondere Kühlmaßnahmen ausgeschrieben?
• Ist eine zonierte Bauweise vorgesehen?
• Wie ist die Einbautechnologie?
• Gibt es besondere Vorgaben zur Überwachung durch das Bauunternehmen?
• Wurden ausreichende Bewehrungsstababstände für den Betoneinbau geplant (Rüttelgassen, Einfüllöffnungen für große Schlauchdurchmesser)?

Im Regelfall ist der gutgemeinte „Blumenstrauß“ an vorgenannten Forderungen aus Planung und Tragwerksplanung so groß, dass man – insbesondere bei anspruchsvollen Expositionsklassen – ein ausgefeiltes Betonkonzept braucht, das häufig keinem Standardbetonrezept entspricht. Bei Widersprüchen oder Fragen ist ein klärendes Gespräch mit dem Bauherrn und dem Statiker deshalb immer eine gute Idee.

Nachverdichtung und Oberflächenbearbeitung mit Innenrüttlern und Rüttelbohle.

Die Überprüfung der betontechnologisch relevanten Vorgaben sollte deshalb frühzeitig erfolgen, damit der Betontechnologe vom Lieferwerk das Betonkonzept erstellen und auch die erforderlichen Ausgangsstoffe beschaffen kann. So sind vermeintliche einfache Vorgaben, wie die Verwendung von LH-Zementen oder 32,5 N-Zementen oder Betone mit langsamer oder gar sehr langsamer Festigkeitsentwicklung in vielen Lieferwerken nicht ohne weiteres oder gar nicht lieferbar.

Massige Bauteile unterliegen einer vergleichsweise hohen hydrostatischen Auflast während der Betonage. Parallel hierzu wird über einen langen Zeitraum gerüttelt und somit Energie in den noch flüssigen Beton eingetragen. Dies kann ggf. zu einem erhöhten Sedimentieren, Bluten und Entmischen führen. Hierzu sind betontechnologische und ausführungstechnische Gegenmaßnahmen im Vorfeld zu ergreifen.

Auf die Temperatur achten

Auch eine durchaus sinnhafte Begrenzung der Frischbetontemperatur auf 25 °C am Einbauort oder auch darunter ist schon bei üblichen sommerlichen Temperaturen häufig mit zusätzlichen Leitungen verbunden. Dies kann z. B. durch das Beschatten oder Kühlen der Gesteinskörnung oder des Zugabewassers im Werk erfolgen. Auch eine Außenkühlung der Betonmischfahrzeuge kommt in Frage.

Einfache Maßnahmen, wie die Wahl schneller Transportwege, realistische Betonabnahmegeschwindigkeiten und vernünftige Zuwegungen auf der Baustelle sowie eine optimale Betonierzeit (z. B. Bauteilkern in der Nacht betonieren), sind wesentlich wirtschaftlicher, als das aktive Kühlen.

Aufwändig, manchmal aber nicht vermeidbar, ist die Kühlung des Betons mit Scherbeneis oder mit Flüssigstickstoff.

Praktische Tipps für die Betonage

Nach der Lieferscheinkontrolle sind Frischbetonprüfungen ratsam. Es muss klar sein, dass gerade bei Großbetonagen ein Nachsteuern schnell erfolgen muss, da bereits beim Feststellen von Problemen bei den Frischbetoneigenschaften mehrere Fahrzeuge zur Baustelle unterwegs sind. Die Frischbetontemperatur sollte während der gesamten Betonage geprüft werden. Dies ist insbesondere bei hohen Außentemperaturen ratsam.

Nachbehandlung direkt nach der Sohlbetonage mittels Folie und wärmedämmenden 8 mm dicken Matten.

Der fachgerechte Einbau und die Verdichtung aber auch die Einbauleistung hängen u. a. von der Konsistenz ab. Diese sollte daher mittels Ausbreitversuch geprüft werden. Sie sollte nicht zu weich gewählt werden, da hierdurch die Rissneigung zunehmen kann. Bewährt hat sich die Konsistenzklasse F3.

Ratsam: ein Einbauplan

Bei großflächigen Sohlen empfiehlt sich ein detaillierter Einbauplan. Die Betonierlagen können z. B. zwischen 40 bis 50 cm gewählt werden. Bei großen Flächen und mehrlagigem Einbau ist der Einsatz von Verzögerern in den unteren Lagen meist erforderlich.

Ziel des Einbauplanes ist nicht nur die Leistung im Blick zu haben, sondern auch die Verdichtungsfolge zu kontrollieren. Der Verdichtungserfolg stellt sich in der Regel ein, wenn mindestens drei Kollegen rütteln und ein Kollege den Schlauch führt. Bei Großbetonagen sollte ein „Springer“ verfügbar sein um Pausenzeiten und Ablösungen zu ermöglichen.

Ein Mitarbeiter sollte sich – bei langer Betonierzeit auf gleicher Fläche – mittels Stahlbesen um die Säuberung der Bewehrung während der Betonage bemühen. Damit werden Verbundprobleme in den oberen Bewehrungslagen vermieden. Diese können beim Einbauvorgang mit Pumpe, infolge des herunterkleckernden Frischbetons entstehen.

Das Verdichten sollte möglichst mit dicken aber auch handhabbaren Innenrüttlern (Vorschlag: ca. Rüttelflaschendurchmesser ≈ 50 mm - 65 mm) erfolgen. Um den Wirkkreis der Innenrüttler zu ermitteln sind die Herstellerangaben zu beachten.

Um Risse aus dem Setzen des Frischbetons zu vermeiden, sollte nachverdichtet werden. Hier empfiehlt sich bei Sohlen eine Kombination aus Innenrüttlern und Rüttelbohle. Letztere dient auch der abschließenden Oberflächenbearbeitung.

Schalung und Nachbehandlung

Die langsam erhärtende Betonzusammensetzung und die langen Aktivitätszeiten der Innenrüttler beim Verdichten können immer, insbesondere bei kalten Außentemperaturen, zu hohen Schalungsdrücken bei Wänden aber auch dicken Fundamenten führen. Bei höheren massigen Bauteilen können Schalungsankermessdosen zur Kontrolle des Frischbetondruckes sinnvoll sein. Die zulässigen Ankerkräfte sind i.d.R. auf den Schalplänen zu finden.

In der Praxis entsteht häufig das größte Temperaturgefälle – gerade in der kalten Jahreszeit – nicht zum Zeitpunkt des Temperaturmaximums (tmaxT), sondern zum Zeitpunkt des Ausschalens.

Die Prüfung der Druckfestigkeit kann nach der DAfStb-Richtlinie nach 56 d erfolgen. Ferner ist eine Reduzierung der Probekörperanzahl in der ÜK 2 möglich.

Je dicker das Bauteil ist, umso länger bleibt die Wärme im Bauteil. Der Temperaturverlauf im Bauwerk und die Außentemperatur sollten deshalb bei der Wahl und der Standzeiten für die Schalung und der wärmedämmenden Nachbehandlung beachtet werden.

Bei großflächigen Sohlen sollte darüber hinaus, das Aufbringen eines zwischenzeitlich wirkenden Nachbehandlungsmittels noch während der Betonage erwogen werden, wenn die Gefahr besteht, dass die Nachbehandlungskette ablaufbedingt unterbrochen wird.

Überwachung und Qualitätssicherung

Massige Bauteile sind nach DIN 1045-3 in die Überwachungsklasse (ÜK) 1 einzuordnen, wenn Expositions- und Festigkeitsklasse oder besondere Eigenschaften, wie LP-Beton oder WU-Beton, keine höhere ÜK ergeben. Ist die ZTV-W vereinbart, ist es automatisch die ÜK 2.

Sofern die o. g. DAfStb-Richtlinie vertraglich vereinbart wurde, sollte sinnvoller Weise, die Prüfung der Druckfestigkeit nach 56 d erfolgen. Dabei kann in der ÜK 2 die Anzahl der Probekörper und Prüfungen für die Druckfestigkeitsprüfung erheblich reduziert werden. Auch eine Prüfung der Spaltzugfestigkeit kann sinnvoll sein, um Zugfestigkeitsvorgaben aus der Tragwerksplanung äquivalent nachzuweisen.

Sofern Vorgaben zur Frischbetontemperatur oder zur Temperaturverteilung und -entwicklung im Bauteil vorliegen, sollten entsprechende Messungen erfolgen und diese mindestens bis zum Überschreiten des Temperaturmaximums dokumentiert werden.

Fazit

Bei massigen Bauteilen steht, neben einer reibungslosen Logistik, die Betonierbarkeit und die Begrenzung der Frischbetontemperatur im Fokus der Baustelle. Bei der Art und Dauer der Schalungs- und Nachbehandlungsmethoden sind die Temperaturdifferenzen zwischen Innen- und Außenbereich maßgebend für ein mangelfreies Bauwerk.

Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) André Weisner ist Projektleiter Technik bei der InformationsZentrum Beton GmbH. Dort ist er als Berater, Gutachter, Autor und Referent auf dem Gebiet der Betontechnologie und des Stahl­betonbaus aktiv. Zuvor war er Projektingenieur auf dem Gebiet der Planung, Bauüberwachung und Betontechnologie und von 1997 an als Projektleiter und Baubevollmächtigter im Schleusenneubau beim Wasserstraßen Neubauamt Magdeburg tätig. Weisner ist Lehrbeauftragter Beton an der Hochschule 21 Buxte­hude und an der Handwerkskammer Magdeburg.