Beton-Seminare 2010 Dr. Thomas Richter BetonMarketing Ost · Dauerhaftigkeit von Beton...

Dauerhaftigkeit von Beton

Beton-Seminare 2010

Dr. Thomas RichterBetonMarketing Ost

© 20102 BetonMarketing Ost

Dauerhaftigkeit - historisch

Codex Hammurabi (um 1700 v.Chr.)"... wenn der Baumeister für den Mann ein Haus bauteund sein Werk nicht stark gemacht hat, so dass das Haus einstürzt und den Herrn des Hauses tötet, so soll dieser Baumeister sterben..."

Ludwig IV. (München um 1300)"... wer mit nicht brauchbaren Baustoffen bautsoll geteert, gefedert, dann an den Pranger gestelltund schließlich der Stadt verwiesen werden ..."


Sicherstellung der Dauerhaftigkeit in DIN 1045-1,Abschn. 6

Die Anforderung nach einem angemessen dauerhaften Tragwerkist erfüllt, wenn dieses

während der vorgesehenen Nutzungsdauer

seine Funktion hinsichtlich der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit

ohne wesentlichen Verlust der Nutzungseigenschaften

bei einem angemessenen Instandhaltungsaufwand erfüllt.


Nutzungsdauer

50 Jahre: allgemeiner Hochbau (DIN 1045-1)

20 Jahre: Türme für Windenergieanlagen,bestimmte verfahrenstechnische Anlagen im Industriebau

100 Jahre: Wasserbau (ZTV-W)

120 Jahre: Meeresbrücken in Nordeuropa

Dauerhaftigeit = Funktion von Bemessung, Baustoffauswahl, Bauausführung

Dauerhaftigeit = Funktion von Bemessung, Baustoffauswahl, Bauausführung

BetonMarketing Ost© 20105

Schädigung

Alter

Nutzungsdauer

Einleitung Schädigung

TolerierbareSchädigung

Schädigung und Lebensdauer eines Bauteils

Instandsetzung zurNutzungsverlängerung


Dauerhaftigkeit als Filter, den alle Bemessungsschritte durchlaufendifferenzierte Klassifizierung der Umweltbedingungen

während der Nutzungszeit durch

Festlegung von Expositionsklassen

Betondeckung

Mindestfestigkeitsklasse

Rechenwert der Rissbreite

Grenzwerte der Betonzusammensetzung

Nachbehandlung

Ausschalfristen


Expositionsklassen

Klassifizierung der chemischen und physikalischen Umgebungsbedingungen,

die nicht als Lastannahmen in die Tragwerksplanung eingehen

Beton Marketing Ost© 2010

Expositionsklassen - Feuchtigkeitsklassen

XCCO2

XM

XF

KarbonatisierungX = arbonationC C

ChlorideX = eicingD D

MeerwasserX = eawaterS S

FrostX = reezingF F

chem.Angriff

VerschleißX = ech.

AttackM M

XS

XD

BetonangriffBewehrungskorrosion

XA X = cidA A

W

AKRW(*) = Feuchtig-keitsklassen

neu aufgenommen in DIN 1045-1 und DIN 1045-2


Betonangriff durch Verschleißbeanspruchung

tragende oder aussteifende Industrieböden mit Beanspruchung durch elastomer- oder stahlrollenbereifte GabelstaplerOberflächen, die häufig mit Kettenfahrzeugen befahren werdenWasserbauwerke in geschiebebelastetenGewässern, z.B. Tosbecken.

sehr starkeVerschleiß-beanspruchung

XM3

tragende oder aussteifende Industriebödenmit Beanspruchung durch luft- odervollgummibereifte Gabelstapler

starke Verschleiß-beanspruchung

XM2

tragende oder aussteifende Industriebödenmit Beanspruchung durch luftbereifteFahrzeuge

mäßige Verschleiß-beanspruchung

XM1

BeispieleUmgebungKlasse

bei erheblicher mechanischer Beanspruchungbei erheblicher mechanischer Beanspruchung


Anforderungen XM3DIN 1045-2 : 2008-08, Tab. 1 und F.2.2


DIN 18560-3 : 2004-04 Verbundestriche, Abschn. 3.4

DIN 18560-7 : 2004-04 Industrieestriche, Tab. 1

XM3

Anforderungen DIN 18560

DIN 18560-7 : 2004-04 Industrieestriche, Tab. 1


Anforderungen nach DBV-Merkblatt Industrieböden, 2004Tab. 1 "Praxisbewährte Grundsätze"


Na2O + SiO2 + nH2O ⇒ Na2 ×SiO3 ×nH2O+ Alkalisilikatgel

(Reaktionsprodukt)

Alkali-Kieselsäure-Reaktion(chemische Reaktion)

Gesteinskörnung

Siliciumdioxid wird in Deutschland fälschlicherweise Kieselsäure genannt !

ZementTausalz


Eckernförde

Kiel

Lübeck

Oldenburg

Bremen

Weser

Kassel

Osnabrück

Hannover

HamburgWismar

RostockStralsund

Neubrandenburg

Elbe

Havel

Spree

Berlin

CottbusDessau

Elster

Leipzig

Chemnitz

Zwickau

Halle

Magdeburg

Weimar

Braunschweig

Salzgitter

Stettin

Nordsee

Dänemark

PolenNieder-lande

Ostsee

Oder

Unterlüß

Schnever-dingen

Gnarrenburg

Wulfsode

BodenteichGyhum

Cadenberge

*

Rothen-burg

Frankfurt/Oder

Boxberg

Dresden

Anwendungsbereich der Alkali-Richtlinie,Teil 2: Gewinnungsgebiete von Gesteinskörnungen mit Opalsandstein einschließlich Kieselkreide sowie von Flint

Angrenzender Bereich der Alkali-Richtlinie, Teil 2(alkaliempfindliche Gesteinskörnungen können örtlichin unterschiedlichen Konzentrationen auftreten)

Alkali-Richtlinie, Anwendungsbereich und angrenzender Bereich


Einstufung der Alkaliempfindlichkeit nach Alkali-Rili Teil 2 (Norden)

petrografische Auslese und Bestimmung der Massenanteile von Opal, Flint und Kieselkreide

keine weiteren Untersuchungen, wenn bestimmte Grenzwerte nicht überschritten werden

Rohdichte von Flint Anteil an reaktivem Flint

Natronlaugentest bei Opalsandstein und Kieselkreidereaktiver Anteil mit erweichten Körnern

Begrenzung der Menge reaktiver Bestandteile an Opal, Kieselkreide und Flint


Besondere Eigenschaften von ZementNiedriger wirksamer Alkaligehalt NA

Zementart DIN 1164-10 : 2004-08

Hüttensand-gehalt in M.-%

Gesamtalkaligehalt als Na2O-Äquivalent

in M.-%

Zement – NA CEM I, CEM II (außer CEM II/B-S), CEM IV, CEMV

ohne Angabe

≤ 0,60

Portlandhüttenzement –NA CEM II/B-S 21 – 35 % ≤ 0,70 CEM III/A 36 – 49 % ≤ 0,95 Hochofenzement CEM III/A 50 – 65 % ≤ 1,10 CEM III/B 66 – 80 % ≤ 2,00

Hauptanwendungsgebiete: Bauteile, die mit alkaliempfindlichen Gesteinskörnungenhergestellt werden.

Beton Marketing SüdBeton Marketing Ost© 2010

Teil 1: Allgemeines, Anwendungsbereich

Teil 2: Gesteinskörnungen mit Opalsandstein (inklusive Kieselkreide) und FlintE I-O, E II-O, E III-O, E I-OF, E II-OF, E III-OF

Teil 3: Gebrochene Gesteinskörnungen- gebrochene Grauwacke- gebrochener Quarzporphyr (Rhyolith)- gebrochener Kies des Oberrheins- rezyklierte Gesteinskörnungen- Kiese, die mehr als 10 M.-% der zuvor genannten Gesteinskörnungen enthalten

- andere gebrochene Gesteinskörnungen (bei Schäden)- gebrochene Gesteinskörnungen, mit denen im Geltungsbereich der Alkalirichtlinie keine baupraktischen Erfahrungen vorliegen (Importe)

E I-S, E III-S

Einstufung von Gesteinskörnungen nach der Alkali-Richtlinie 2007-02


Maßnahmen und Zuständigkeiten im Umgang mit der Alkali-Richtlinie (DAfStb)

Bei BedarfZementherstellerBegrenzung des Alkaligehalts im Zement

Bei BedarfBetonherstellerAnpassung der Rezeptur

ImmerBetonherstellerAngabe der Feuchtigkeitsklasse auf dem Lieferschein des Betons oder Betonbauteils

Immer (Falls keine An-gabe: dann An-nahme von EIII).

Produzent der Gesteinskörnung,

Überwachungs- und Zertifizierungsstelle

Einstufung der Gesteinskörnung in Alkaliempfindlichkeitsklasse

ImmerVerfasser d. Festlegung (ausschreibende Stelle)

Festlegung der Feuchtigkeits-klasse jedes Betonbauteils

Notwendig-keitZuständigkeitMaßnahme


Betonfahrbahndecken(Bauklasse SV, I-III)

WA + starke dynamische Beanspruchung

WS

Meerwassereinwirkung; Tausalzeinwirkung (Spritzwasserbereiche, Fahr- und Stellflächen in Parkhäusern)Güllebehälter, Bauteile nach ZTV-INGBetonfahrbahndecken (Bauklasse IV-VI)

feucht + Alkalizufuhr von außen

WA

Außenbauteile mit direkter Beregnung; Innen-bauteile für Feuchträume mit rel. Luftfeuchte von überwiegend > 80%; massige Bauteile gem. DAfStb-Richtlinie (unabhängig von Feuchte); häufige Taupunktunterschreitung

feuchtWF

Innenbauteile; Bauteile, auf die Außenluft einwirkt, jedoch i. d. R. rel. Luftfeuchte < 80%trockenWO

BeispieleUmgebungKlasse

Feuchtigkeitsklassen (Expositionsklasse)


WA oder WS (Einzelfall)wechselnd nass/trockenbzw. Wassersättigungund Eintrag von Alkalien

XF2, XF4, XD2, XD3,XS2, XS3

WF oder WA (Einzelfall)Feuchtigkeit vorhandenXD1, XS1, XA

WFwechselnd nass/trockenbzw. WassersättigungXC2, XC4, XF1, XF3

WO oder WF (Einzelfall)mäßig feuchtXC3

WOWF

trockenständig nassXC1

FeuchtigkeitsklasseUmgebungExpositionsklasse

Feuchtigkeitsklassen (Expositionsklasse)

massige Bauteile ohne Alkalieintrag immer WF

Bauteile nach ZTV-ING immer WA


WOXC1immer trockenInnenbauteil, bewehrt

WS

WA

WF

WF

Feuchtigkeits-klasse

XF4, XM2

XC4, XF4, XD3

XC4, XF1

XC2

Expositions-klassen

Wechselnd nass und trocken, Frost, Tausalz, hohe dynam. Belastung

wechselnd nass und trocken, Frost, Tausalz

wechselnd nass und trocken, Frost

nass, selten trocken

Umgebung

Betonfahrbahndecken nach ZTV-Beton, SV, I - III

offenes Parkdeck, bewehrt

Kellerwand, teilweise über GOK, bewehrt

Sohlplatte, im Erdreich unter GOK, bewehrt

Beispiele

Zuordnung von Bauteilen (Beispiele)


Splitte aus Grauwacke, Quarzporphyr, Oberrheinkies, rezyklierte und sonstige verdächtige GK nach nicht bestandenem Schnellprüfverfahren und nicht bestandenem Betonversuch

Bedenklich nach Prüfung

Splitte aus Grauwacke, Quarzporphyr, Oberrheinkies, rezyklierte und sonstige verdächtige GK; alle sonstigen ohne Zertifizierung

Bedenklich ohne Prüfung

E III-S

Splitte aus Grauwacke, Quarzporphyr, Oberrheinkies, rezyklierte und sonstige verdächtige GK nach bestandenem Schnellprüfverfahren oderbestandenem Betonversuch

Unbedenklich nach PrüfungE I-S

Petrographische Prüfung: keine Gesteine nach Teil 2 oder 3 der Richtlinie,keine schädigende AKR bekannt

Unbedenklich ohne PrüfungE I

BeispieleBeurteilungKlasse

Alkaliempfindlichkeitsklassen der Gesteinskörnung


Einstufung der Alkaliempfindlichkeit nach Alkali-Rili Teil 3

Grafikbeschriftung in Arial, 14 pt

Auch noch ein Blindtext

Noch ein Blindtext


Mörtelschnelltest

Dehnungsgrenzwert1,5 mm/m (2,0 mm/m)

Dehnungsmessungen bei 20°C (70°C)

bis zum 28. Tag bei 70°C über Wasser

Nullmessung nach 1 d bei 20°C

Alkaligehalt Mörtel 2,5 M.-% durch alkalisches Zugabewasser

Mörtelprismen, Zement mit 1,3 M.-% Na2O-Äquivalent, zerkleinerte Gesteinskörnungen 0,5/1 und 1/2


Performance-Prüfung

Quelle: Prof. Stark, Bauhaus Uni Weimar


Maßnahmen bei Gesteinskörnungen nach Alkali-Rili Teil 3

Grafikbeschriftung in Arial, 14 pt

Auch noch ein Blindtext

Noch ein Blindtext

1) auch bei nicht beurteilten Gesteinskörnungen2) mit Fahrbahndeckenzementen

BetonMarketing Ost© 201027

Schäden an Betonbauteilen mit AKR-ähnlichen äußeren Merkmalen

Frostschäden (Abplatzungen, Risse) durch Gesteinskörnungen mit geringen Rohdichten (insbesondere ρ < 2,5 kg/m³)

Quellen von Gesteinskörnungen

nachträgliche Ettringitbildung durch- zu hohe Temperaturen bei der Wärmebehandlung- Sulfat- oder Aluminiumhydroxidfreisetzung aus Reaktionen

der Gesteinskörnung mit der Porenlösung des Betons


Mindestbetonfestigkeitsklassein Abhängigkeit von der Expositionsklasse

C8/10 C12/15

C16/20 C20/25 C25/30 C30/37 C35/45

X0 XC1, XC2 XC3 XC4

XD1 XD2, XD3

XS1 XS2, XS3

XA1 XA2, XA3

XF1, XF2(LP), XF3(LP)

XF4(LP) XF2, XF3

XM1, XM2(OB)

XM2, XM3(HSt)

C8/10 C12/15

C16/20 C20/25 C25/30 C30/37 C35/45

X0 XC1, XC2 XC3 XC4

XD1 XD2, XD3

XS1 XS2, XS3

XA1 XA2, XA3

XF1, XF2(LP), XF3(LP)

XF4(LP) XF2, XF3

XM1, XM2(OB)

XM2, XM3(HSt)


Abminderung von ExpositionsklassenFrage:

Darf man unter Putz, Beschichtungen, Auskleidungen, WDVS

die Expositionsklassen abmindern ?

Wie kann eine mögliche Angriffsminderung angesetzt werden ?

Wie ist die Dauerhaftigkeit der angriffsmindernden Schicht ?

Wie ist die planerische Entscheidung abzusichern ?(Dokumentation, Mitteilungspflichten, weitere Maßnahmen)


Betonwände hinter Wärmedämmung

Auslegung: Abminderung möglich, XF1 ohne XFXC4 XC1

Bauteil im Sinne der EnEV frostfrei

Schäden an Wärmedämmungen haben bauphysikalische Auswirkungen,aber keine Auswirkungen auf die Tragfähigkeit

Instandsetzung der geschädigten Wärmedämmung wird zeitnah erfolgen

keine direkte Beregnung

Auslegung NA Bau 124


Verputzte Betonaußenwände

Auslegung: Abminderung möglich, XC4 XC3

XF1 bleibt bestehen

keine direkte Beregnung



Abminderung von Expositionsklassen unter Beschichtungen / Abdichtungen

nur für direkt befahrene Parkdecks ist die Vorgehensweise festgelegt

bei starkem chemischen Angriff XA3 sind die Anforderungen an den Beton trotz Beschichtung noch stärker als bei XA2(keine gleichwertigen Nutzungsdauern von Beschichtungen und von Betontragwerken)XA2: w/z ≤ 0,50 XA3: w/z ≤ 0,45

Möglichkeit: Trennung von Trag- und Schutzfunktion, gleichwertige Nutzungsdauer, z.B. Auskleidung mit vergleichbarer Nutzungsdauer wie Betontragwerk


Abminderung von Expositionsklassen unter Beschichtungen / Abdichtungen

Entscheidung im Einzelfall notwendig

Dokumentation der Entscheidung mit Risiko- undDauerhaftigkeitsbetrachtung

Information und Mitentscheidung des Bauherren

erhöhte Anforderungen an die Bauüberwachung

Erstellung eines Inspektions- und Instandhaltungsplanesplanesdurch den Planer und Übergabe an den Bauherren


Bewehrungskorrosion infolge Chloriden bei

Parkdeck, TiefgarageXD3

Parkdeck, TiefgarageXD3

EinzelgarageXD1

EinzelgarageXD1

Andere Fälle von Tausalzbelastung auf Bauteilen mit sehr geringer Nutzungsfrequenz durch Fahrzeuge sind im Einzelfall zu beurteilen und in entsprechende Expositionsklassen einzustufen.

Andere Fälle von Tausalzbelastung auf Bauteilen mit sehr geringer Nutzungsfrequenz durch Fahrzeuge sind im Einzelfall zu beurteilen und in entsprechende Expositionsklassen einzustufen.



Direkt befahrene Parkdecks

XC4, XD3, (bei offenem Deck XF4)„Ausführung nur mit zusätzlichen Maßnahmen (z.B. rissüberbrückende Beschichtung, siehe auch DAfStb Heft 525)“ DIN 1045-1, Abschn. 6.2

Beschichtung OS11 / (OS13) Regelbauweise

mit projektbezogenem WartungsplanXC4, XD1, (bei offenem Deck XF1)Betondeckung für XD1 um 10 mm abminderbar

Abdichtung nach ZTV-IngXC3, XF1

alternativ zu Beschichtungen (in Verbindung mit hochdichten Betonen und Wartungsplan)

VorspannungEinfeldsysteme, sofern keine Trennrisse zu erwarten sindnichtrostende Bewehrung

DAfStb 525 + DBV-Merkblatt


Mindestbetonfestigkeiten / Mindestbetondeckung für Parkdecks im Freien

Mindestbeton-deckung cmin [mm]

Mindestbetbeton-festigkeit

Expositions-klassen

cmin = 20 mm

cmin = 30 mm

cmin = 40 mm

C 25/30XC3, XF1, Abdichtung nach ZTV-Ing

C 30/37XC3, XD1, XF1,Beschichtung,Wartungsplan

C 30/37 (LP)XC4, XD3, XF4, Beschichtung

Auf LP-Betonen Beschichtungen nur mit erhöhtem Aufwand zielsicher herstellbar !

Auf LP-Betonen Beschichtungen nur mit erhöhtem Aufwand zielsicher herstellbar !



Mindestbetonfestigkeiten / Mindestbetondeckung für Parkdecks ohne Frostbeanspruchung

Mindestbeton-deckung cmin [mm]

Mindestbetbeton-festigkeit

Expositions-klassen

cmin = 20 mm

cmin = 30 mm

cmin = 40 mm

C 20/25XC3, XF1, Abdichtung nach ZTV-Ing

C 30/37XC3, XD1, XF1,Beschichtung,Wartungsplan

C 35/45XC4, XD3, XF4 Beschichtung



Literatur für Auslegung zu DIN 1045-1

www.nabau.din.deBereich Aktuelles Auslegungen zu DIN-Normen

Auslegungen zu DIN 1045-1, Stand 05.2009

Bauteilkatalog, Verlag Bau+Technik (Stand 2009)

Heft 525 DAfStbfür direkt befahrene Parkdecks


Bauteilkatalog

BauteileBauteile

ExpositionsklassenExpositionsklassen

BetondeckungcminDIN 1045-1

BetondeckungcminDIN 1045-1

Überwachungs-klassen ÜKDIN 1045-3

Überwachungs-klassen ÜKDIN 1045-3

Mindestdruck-festigkeitsklassen CDIN 1045-1, -2, EN 206

Mindestdruck-festigkeitsklassen CDIN 1045-1, -2, EN 206

Spezielle Hinweise, Regelwerke und LiteraturSpezielle Hinweise, Regelwerke und Literatur


Bauteilkatalog - Inhalt

Gründungen, Fundamente Wohnungsbau Ingenieurbau Industrie- und Verwaltungsbau Umwelt- und Gewässerschutz Wasserbau Verkehrswegebau Landwirtschaftliches Bauen Besondere Bauweisen Industrieböden


Randbedingungen Bauteilkatalog

Planungshilfe für häufige Anwendungsfälle in der PraxisStahlbetonbau, NormalbetonEnthält auch Bauteile, die nicht in den Anwendungsbereich von DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 fallen, üblicherweise aber danach geplant und ausgeführt werdenBesonderheiten (z.B. Meer-, Brackwasser, Küstennähe, Sprühnebel) können zu Abweichungen führenErsetzt nicht die projektbezogene Planungsleistung. Entbindet nicht von der Pflicht zur Prüfung der Normenvorgaben und ihrer Gültigkeit für den Anwendungsfall


Beispiel aus Bauteilkatalog, S. 8


Beispiel aus Bauteilkatalog, S. 14

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