20 baublatt Nr. 36, Freitag, 9. September 2011 Nr. 36, Freitag, 9. September 2011 baublatt 21

Beim Betonieren von horizontalen Flächen können bereits wenige Stunden nach dem Einbringen des Betons Risse entstehen. Sie

treten also auf, bevor der Beton gehärtet ist, und laufen oft senkrecht durch den gesamten Beton-querschnitt. Es handelt sich hierbei um soge-nannte Frühschwindrisse. Der Grund für ihre Entstehung liegt im Unterdruck in der Porenflüs-sigkeit des Betons, als Folge der Verdunstung von Wasser an der Oberfläche. Dieser Unterdruck verursacht das Bluten und ein rasches Setzen des Betons.Ein kritischer Punkt wird nur wenige Stunden nach dem Einbringen des Materials erreicht, wenn sich der Beton nicht mehr setzt, ihm aber

weiter Wasser durch Verdunstung entzogen wird. An diesem Punkt tritt die Rissbildung auf. Deren Ausmass steht in direktem Zusammenhang zum Wasserverlust des Betons, zum Setzen und zur Grösse des Unterdruckes. Durch Nachbehand-lung wie das Abdecken der Oberfläche mit einer Folie oder das Feuchthalten mit Wasser kann die Rissbildung verhindert werden. Oft wird aber nicht unmittelbar nach dem Taloschieren, sondern erst zu spät oder gar nicht nachbehandelt.

Neue Nachweismethode entwickeltDie Zusatzmittelindustrie hat Lösungen anzubie-ten. Hier kann unterschieden werden zwischen

Curing-Mitteln, die nach dem Taloschieren auf die mattfeuchte Betonoberfläche gesprüht werden, und solchen, die dem Beton bereits bei der Herstellung zugegeben werden (internes Curing). Bisher war es allerdings nicht möglich, die Wirkung dieser Mittel auf das Rissrisiko direkt nachzuweisen. An der Empa wurde nun, basierend auf einer US-amerikanischen ASTM-Prüfung, im Rahmen eines cemsuisse-Projektes ein Versuchsaufbau entwi-ckelt, der es gestattet, das Rissrisiko spezifischer Betone und die Wirksamkeit von Curing-Mitteln zu bestimmen. Im Folgenden wird das Rissrisiko ei-ner Referenzmischung mit dem von drei Betonen mit solchen Curing-Mitteln verglichen.

Frühschwindrisse

Internes Curing für den Beton Frühschwindrisse sind ein häufiges Phänomen, das oft falsch interpretiert wird. Zwei Empa-Wissenschaftler haben die Prozesse untersucht, die zu solchen Schäden am frisch gegossenen Beton führen, und mit einem BASF-Fachmann eine Reihe von sogenannten Curing-Mitteln getestet, welche diese Rissbildung verhindern.Von Andreas Leemann, Pietro Lura und René Bolliger*

VorgehensweiseDer Beton wurde mit CEM II/A-ll 42.5 N und Alluvialkies hergestellt. Die beiden Produkte für internes Curing, RHEOCURE 100 und MEYCO TCC 735, wurden während der Herstellung zugegeben, MASTERKURE 216 nach dem Ein-bau auf die mattfeuchte Oberfläche gesprüht. Beim Referenzbeton und dem Beton mit MEYCO TCC wurden zusätzlich die Biegezug- und Druck-festigkeit gemessen. Das Ausbreitmass be-stimmten die Wissenschaftler sofort nach der Mischungsherstellung nach SN EN 12350-5. Die Rohdichte massen sie nach SN EN 12350-6 und den Luftgehalt nach SN EN 12350-7. Zusätzlich wurde das Bluten nach SN EN 480-4 für fünf Stunden eruiert. Die Risse selbst wurden nach ASTM C 1579-06 an zwei Proben pro Mischung untersucht. Zwei Schalungen (355 x 560 x 100 mm³) mit Stahlrippen, welche die Aufgabe haben, die Früh-schwindrisse zu initiieren, wurden mit Beton ge-füllt und auf einem Vibriertisch verdichtet. Die Prüfkörper platzierte man in einer Klimakammer mit einer Temperatur von 30 plus/minus 1 Grad Celsius und einer relativen Feuchte von 45 plus/minus 5 Prozent in einem Windkanal (Wind-geschwindigkeit 7 plus/minus 0,5 m/S). Den Riss-zeitpunkt hielten die Empa-Forscher durch eine visuelle Überprüfung alle 30 Minuten fest. Die Verteilung der Rissbreiten schliesslich wurde an-hand von Bildanalysen der Betonoberfläche am Ende des Versuchs rund sechs Stunden nach der Betonherstellung bestimmt. Die minimale fest-stellbare Rissbreite mit diesem Verfahren ist 0,02 Millimeter. Die erhaltene Rissbreitenverteilung der beiden Prüfkörper wurde danach gemittelt.Verdunstungsrate und Setzen wiederum wurden an denselben Prüfkörpern bestimmt wie die Früh-schwindrisse. Eine der beiden Schalungen stellte man hierzu auf eine Waage mit automatischer Datenaufzeichnung und berechnete die Verduns-tungsrate mit einer Division des Massenverlus-tes durch die Oberfläche des Prüfkörpers. Das Setzen wurde mit kontaktlosen Lasern in Zeitab-ständen von jeweils 30 Sekunden bestimmt. Messbeginn war ungefähr 15 Minuten nach der Betonherstellung.

Curing reduziert RisseDie Verwendung der drei Curing-Mittel hatte im Vergleich zum Referenzbeton eine deutliche Reduktion der Rissbreiten zur Folge. In den Beto-nen mit Zusatzmitteln sind die Risse kaum sicht-bar, wobei sie im Referenzbeton nach zwei Stun-den entstanden, in jenen mit Zusatzmitteln nach drei Stunden. Bei der Variante Beton mit MEYCO TCC 735 wurden keine Bilder aufgenommen, weil die Breiten für eine Bildanalyse zu klein waren und mit einer optischen Messlupe von Hand bestimmt werden mussten. FORTSETZUNG AUF SEITE 22

Bild

er: z

vg

Oft zu sehen, oft falsch interpretiert: Frühschwindrisse in frisch gegossenem Beton.

beziehungsweise das Aufsprühen von MASTERKURE 216 reduziert die Menge an Wasser, die inden ersten Stunden von der Oberfläche verdunstet, substantiell (Abbildung 5).

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0 1 2 3 4 5

Masseän

derung

(kg/m

2 )

Zeit (h)

MASTERKURE 216

RHEOCURE

Referenz

MEYCO TCC 735

0.0

0.5

1.0

1.5

0 1 2 3 4 5

RHEOCURE 100

MEYCO TCC 735

Referenz

MASTERKURE 216

Bluten der vier Betone in Prozent als Funktion

der Zeit. Klar ist zu sehen, dass das nach-träglich aufgebrachte

MASTERKURE hier keine Wirkung erzielt.

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0 1 2 3 4 5

MASTERKURE 216

RHEOCURE 100

ReferenzMEYCOTCC 735

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0 1 2 3 4 5

MASTERKURE 216

MEYCO TCC 735

RHEOCURE 100Referenz

10

15

20

25

30

35

40

45

0 7 14 21 28

Druckfestigkeit[MPa

]

Alter [Tage]

ReferenzMEYCO TCC 735

Abbildungen 8: Druckfestigkeit des Referenzbetons und des Betons mit MEYCO TCC 735 alsFunktion des Alters.

Die Massenänderung der Betone in kg/m²,

hervorgerufen durch die Verdunstung von Wasser

an der Oberfläche, als Funktion der Zeit.

Das Setzen der Stoffe als Funktion der Zeit.

[1] in Zeitabständen von 30 s bestimmt (Abbildung 2). Messbeginn war etwa 15 min nach Be-tonherstellung.

pore pressure

Laserbeam

Concrete

pore pressure

Laserbeam

Concrete

Abbildung 2: Schematische Darstellung der Messeinrichtung zur Bestimmung des Setzens mitden kontaktlosen Lasern.

3. ResultateDie Verwendung von RHEOCURE 100,MEYCOTCC 735 und MASTERKURE 216 habenim Ver-gleich zum Referenzbeton eine deutliche Reduktion der Rissbreiten zur Folge (Abbildungen 3und 4). In denBetonen mit Zusatzmitteln sind die Risse kaum sichtbar. Die Risse sind im Refe-renzbeton nach 2 Stunden entstanden, in denBetonen mit Zusatzmitteln nach 3 Stunden.Beim Beton mit MEYCO TCC 735 wurden keine Bilder aufgenommen, weil die Rissbreiten füreine Bildanalyse zu klein waren. Sie wurden deshalb mit einer optischen Messlupe von Handbestimmt.

Risse

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Referenz

MASTERKURE 216

MEYCO TCC 735

RHEOCURE 100Relative Risslängen (bezogen auf die Prüf-

körperbreite) als Funktion der Riss-breite. Schwarz ist der Referenzbeton.

Rela

tive

Riss

läng

e (m

m)

Rissbreite (mm)

Mas

senä

nder

ung

(kg/

m2 )

Zeit (h)

Blut

en (%

)

Zeit (h)

Setz

en (m

m)

Zeit (h)

PRAXIS

22 baublatt Nr. 36, Freitag, 9. September 2011

Die Massenänderung der Prüfkörper während der Prüfung ist auf das Verdunsten von Wasser an der Betonoberfläche zurückzuführen. Hier zeigte sich, dass die Zugabe von RHEOCURE 100 und MEYCO TCC 735 beziehungsweise das Auf-sprühen von MASTERKURE 216 die Menge an Wasser, die in den ersten Stunden von der Ober-fläche verdunstet, substanziell reduziert.RHEOCURE und MEYCO sorgten auch für eine Minderung des anfänglichen Blutens wie auch der Gesamtmenge an Blutwasser. Diese Beob-achtung deckt sich mit der Menge an verdunste-tem Wasser. MASTERKURE zeigt dagegen keinen Einfluss auf das Bluten, da es auf der Betonober-fläche und nicht über den Querschnitt wirkt. Auch das Setzen wird durch die Zusatzmittel deutlich verringert, wobei auch hier das oberflächlich auf-gebrachte MASTERKURE keinen Einfluss hatte.

Verdunstung einschränkenDer Einfluss von MEYCO TCC 735 auf die Ent-wicklung der Druckfestigkeit ist so klein, dass sie

innerhalb der üblichen Streuung von Beton iden-tischer Zusammensetzung liegt. Die Biegezug-festigkeit liegt im Alter von 27 respektive 28 Tagen im Durchschnitt im Vergleich zum Refe-renzbeton 8 Prozent tiefer. Zusammengefasst wurde festgestellt, dass RHEOCURE 100, MEYCO TCC 735 und MAS-TERKURE 216 das Risiko der Frühschwindriss-Bildung im Beton verringern; sowohl bezüglich deren maximaler Breite als auch der Gesamt-länge. Dies erreichen die Zusatzmittel, indem sie die Wasserverdunstung an der Oberfläche einschränken. Wie die Resultate des Setzens und des Blutens zeigen, erreichen sie das auf unterschiedliche Weise. RHEOCURE und MEYCO, die beigemischt werden, verringern einerseits die Mobilität des Wassers im Porensystem des Betons. Dadurch blutet er weniger und setzt sich weniger stark, wie die Experimente deutlich zeigen. Andererseits bilden die beiden paraffin-haltigen Produkte einen dünnen Film auf der Oberfläche, was die Verdunstung von Wasser noch weiter einschränkt. Das nachträglich und

nur oberflächlich applizierte, ebenfalls paraffin-haltige MASTERKURE 216 hingegen bildet einen Film auf dem Blutungswasser. Damit schränkt es die Verdunstung ein und hält die Betonober-fläche feucht.Da RHEOCURE 100 und MEYCO TCC 735 die Mobilität des Wassers im Porensystem verrin-gern und unter Umständen die Zementhydrata-tion beeinflussen, kann eine unterschiedliche Festigkeitsentwicklung im Vergleich zum Refe-renzbeton erwartet werden. Wie die Unter- suchungen aber zeigen, werden Druckfestigkeit und Biegezugfestigkeit nach zwei Tagen nur geringfügig reduziert.Insbesondere wenn aus logistischen oder ande-ren Gründen eine zuverlässige Nachbehandlung durch das Abdecken der Betonoberfläche mit Folie, das Aufsprühen von Wasser oder von einem Curing-Mittel wie MASTERKURE 216 nicht gewährleistet ist, bieten die internen Curing-Mit-tel also eine effiziente Massnahme zur Reduk-tion des Rissrisikos durch Frühschwinden. n

* Andreas Leemann und Pietro Lura sind Wissenschaftler der Abteilung Beton/Bauchemie der Empa Dübendorf. René Bolliger ist Mitarbeiter der BASF Construction Chemicals Europe AG.

Die technischen Daten der Betone. Im Gegensatz zu den internen Curing-Mitteln RHEOCURE und MEYCO wurde MASTERKURE 216 als Applikation auf die mattfeuchte Oberfläche der Prüfkörper aufgebracht.

Beton Referenz RHEOCURE 100 MEYCO TCC735

MASTERKURE216*

Gestein 0/16 mm [kg/m3] 1853 1838 1853 1838

Sand 0/1 [%] 31 31 31 31

Sand 0/4 [%] 19 19 19 19

Kies 4/8 [%] 20 20 20 20

Kies 8/16 [%] 30 30 30 30

CEM II/A-LL 42.5 N [kg/m3] 352 352 352 352

Wassergehalt [kg/m3] 176 176 176 176

PC-Fliessmittel [kg/m3] 0,7 0,7 0,7 0,7

RHEOCURE 100 [kg/m3] - 5,3 - -

MEYCO TCC 735 [kg/m3] - - 5,3 -

w/z-Wert 0,50 0,50 0,50 0,50

Ausbreitmass 39 42 40 44

Luftgehalt [%] 4,1 3,9 3,6 3,5

Rohdichte [kg/m3] 2382 2323 2328 2377

Stress Riser Geometry

Top View

355mm

Top View

355mm

Side View

160mm

100mm

90 mm 280 mm560 mm

Side View

160mm

100mm

90 mm 280 mm560 mm

18 gage steel63.5 mm

12.7 mm68º

25 mm68º

32 mm

Abbildung 1: Schalungen für die Prüfkörper zur Untersuchung der Frühschwindrisse nach ASTMC1579-06 (von [1]).

Verdunstungsrate und Setzen wurden an denselben Prüfkörpern bestimmt wie die Früh-schwindrisse. Eine der beiden Schalungen wurde auf eine Waage mit automatischer Daten-aufzeichnung gestellt. Die Verdunstungsrate wurde mit einer Division des Massenverlustesdurch die Oberfläche des Prüfkörpers berechnet. Das Setzen wurde mit kontaktlosen Lasern

INFOWeitere Schweizer Hersteller oder An-bieter von Betoncuring-Produkten sind:

CEMproof AG, Sirnach TGDifucet SA, SionMinova AG Bautechnik, Birmensdorf ZHRobotec-Schomburg AG, Birr AGRahn AG, ZürichTrüb Emulsions Chemie AG, Ramsen SH Sika Schweiz AG, ZürichSopro Bauchemie GmbH, Zweignieder- lassung Schweiz, Thun BE

Zwei solcher Schalungen mit Stahlrippen wurden für die Tests mit Beton ausgegossen.

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355mm

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160mm

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160mm

100mm

90 mm 280 mm560 mm

18 gage steel63.5 mm

12.7 mm68º

25 mm68º

32 mm

Querschnitt

Geometrie

Aufsicht

PRAXIS