Konzept Betonbauqualität (BBQ) Mueller handout · (Bauwerk/Bauteil, Planung, Beton,...

Konzept Betonbauqualität (BBQ): Differenzierung als Schlüssel für die Zukunftsfähigkeit der Betonbauweise

Christoph Müller

Schwenk Betonseminare

Januar 2019

AGENDA

2

1 Vielseitige Anwendung von Beton

2 Bauaufgaben unterschiedlicher Komplexität/Anforderungen

3 Kommunikation an den Schnittstellen (Planung/Beton/Bauausführung)

4 Ressourceneffizienz und Klimaschutz

5 Betonbauweise unter sich fortlaufend ändernden Randbedingungen

6 Konzept der BetonBauQualität BBQ

Wohnen

Trinkwasserversorgung

Infrastrultur

Betonstraßenbau

Architektur

EnergieIller Wasserkraftwerk.© HeidelbergCement AG /Steffen FuchsWohnenBildnachweis: InformationsZentrum

Beton/Peters

Fotos: Rolf Breitenbücher

min Ccmin

As

…

X..F.min Cw/zCEMr…

As

F.ÜKcmin

r…

Tragwerke aus Stahlbeton/Spannbeton (Interaktion)

4

Welche Eigenschaften sind relevant?

Anwendung/Bauaufgabe Nachzuweisende Eigenschaften

Innenbauteile in Expositionsklasse XC1 (trocken)

Robuste Frischbetoneigenschaften

Mechanische Eigenschaften(Druckfestigkeit)

Bauteile in Expositionsklasse XC3 oder Außenbauteile in Expositionsklassen XC4/XF1



Druckfestigkeit Dauerhaftigkeit

Expositions-klasse

Carbonatisierungsfortschritt /Korrosionsrisiko

XC1(trocken)

Hohe Carbonatisierungsrate /kein Korrosionsrisiko aufgrund fehlender Feuchte

XC3 Mittlere Carbonatisierungsrate /relativ geringes Korrosionsrisiko

XC4/XF1 Geringe Carbonatisierungsrate /relativ hohes Korrosionsrisikomäßige Wassersättigung

5

Carbonatisierung wie in Zulassungen des DIBt

Quelle:

Tilo Proske, Moien Rezvani, Sebastian Palm, Christoph Müller, Carl-Alexander Graubner:Concretes made of efficient multi-compositecements with slag and limestoneCement and Concrete Composites 89 (2018) pp 107-119

Carbonatisierungsprüfung:EAD 15001-00-0301, No 15, Method 1

7d Vorlagerung140d 20 °C/65 % r. H.0.04 % CO2 Konzentration0/8 mm Gesteinskörnung

6

0,0

2,5

5,0

7,5

10,0

12,5

15,0

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20,0

0 20 40 60 80 100 120

dep

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pre

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compressive strength after pre-storage in MPa

CEM I

CEM II/B-M

CEM II/C-M*

CEM VI & CEM X

CEM III/A

* bis zu 35 M.-% LL

XC3/XC4

Car

bona

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rung

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Vor

lage

rung

Druckfestigkeit nach Vorlagerung in MPa

Frostwiderstand im Würfelverfahren (XF1)

7

Quelle der Daten:VDZ

XF1-Bewertung aus:Siebel, Eberhard: Freeze-thaw resistance of concrete without and with de-icer- evaluation with the cube test, Beton 42, 1992

Würfel-Verfahren nach CEN/TS 12390-9










8

Druck-festigkeits

-klasse

Anteil in % Deutschland

2016

min. C in Expositions-

klasse

C8/10 1.0 X0

C12/15 6.8 ---

C16/20 1.9 XC1, XC2

C20/25 14.4 XC3

C25/30 39.8XC4, XF1, XF2,

XF3, XA1

C30/37 21.4 XS1, XD1, XF4

C35/45 11.2XS/D 2, 3,

XA 2,3

C45/55 0.6 ---

C50/60 0.3 ---

64

% =

32

Mio

m3

Quelle: BTB

Einstufung BBQ-Klassen (exemplarisch, Entwurf)Welche Eigenschaften sind relevant?

Bilder: Rolf Breitenbücher, https://baustoffingenieurwissenschaft.wordpress.com/


Bauteile in ExpositionsklassenXF2/XF3/XF4 XD2/XD3, XS2/XS3, XA2, XA3



Dauerhaftigkeitsnachweise(Druckfestigkeit ≠ Dauerhaftigkeit)

9

Einstufung Bauaufgabe nach Komplexität/Anforderungen

10

Ordnungsprinzip in Tabelle 2 im Entwurf Richtlinie „BetonBauQualität BBQ“Stand März 2018:

1.) Expositionsklassen (1, 2, 3, 5, 9, 10, 38)

2.) Festigkeitsklassen (8, 24, 40, 41)

3.) Betone für besondere Anwendungen (22, 25, 26, 27, 29)

4.) Bauteile und Bauwerke mit besonderen Anforderungen an dieBemessung, Konstruktion und Ausführung(12, 13, 14, 15-17, 19, 23, 28, 30, 31, 33, 34, 35, 36, 37,43, 44, 54, 55, 57)

5.) Besondere Bauverfahren (49, 50, 52, 53, 58)

6.) Sonstige (4, 11, 18, 20, 21, 32, 39, 42, 45, 46, 47, 48, 59, 60)

Schleuse Rothensee12

Science-Center Wolfsburg Langen-Foundation

Einstufung BBQ-Klassen (exemplarisch, Entwurf)

Anwendung/Bauaufgabe Planung Beton Ausführung

Innenbauteile in Expositionsklasse XC1 1 1 1

Normalbeton mit Druckfestigkeitsklasse ≤ C25/30 1 1 1

Normalbeton ≥ C30/37 und ≤ C60/75 1 1 2

Betone mit langsamer Festigkeitsentwicklung 1 2 2

Massige Bauteile nach DAfStb-RL 2 2 2

Selbstv. Beton / Sichtbetonklassen SB1, SB2, SB3 2 2 2

Besonders hoher Bewehrungsgehalt (As > 9 %) 3 1 2

Sichtbetonklasse SB4 3 3 3


Anforderungen

Normal

Erhöht

Besonders festzulegen14

Quelle: DAfStb AK BetonEntwurf Richtlinie „BetonBauQualität BBQ“Stand: 06. März 2018

Einstufung BBQ-Klassen (exemplarisch, Entwurf)

Anwendung/Bauaufgabe Planung Beton Ausführung BBQ

Innenbauteile in Expositionsklasse XC1 1 1 1 N

Normalbeton mit Druckfestigkeitsklasse ≤ C25/30 1 1 1 N

Normalbeton ≥ C30/37 und ≤ C60/75 1 1 2 E

Betone mit langsamer Festigkeitsentwicklung 1 2 2 E

Massige Bauteile nach DAfStb-RL 2 2 2 E

Selbstv. Beton / Sichtbetonklassen SB1, SB2, SB3 2 2 2 E

Besonders hoher Bewehrungsgehalt (As > 9 %) 3 1 2 S

Sichtbetonklasse SB4 3 3 3 S


Anforderungen

Normal

Erhöht

Besonders festzulegen15

Quelle: DAfStb AK BetonEntwurf Richtlinie „BetonBauQualität BBQ“Stand: 06. März 2018

Umsetzung

16

Um unter den unterschiedlichen Randbedingungen(Bauwerk/Bauteil, Planung, Beton, Bauausführung) die gestellten Anforderungen an das Bauwerk/Bauteil zielsicher erreichen zu können, werden drei Betonbauqualitätsklassen BBQ eingeführt:

BBQ-N: Bauwerke/Bauteile mit normalen Anforderungen an Kommunikation, Planung, Bauausführung und Baustoffe

BBQ-E: Bauwerke/Bauteile mit erhöhten Anforderungen an Kommunikation, Planung, Bauausführung und Baustoffe

BBQ-S: Bauwerke/Bauteile mit besonders festzulegenden Anforderungen an Kommunikation, Planung, Bauausführung und Baustoffe

Bauaufgabe Betonbauqualitätsklasse BBQ

Prinzip der Zuordnung zu den BBQ-Klassen

17

BetonBauQualitäts-klasse

BBQ-N BBQ-E BBQ-S

Anforderungen normal (N) erhöht (E)besonders

festzulegen (S)Planungs-, Beton-

oder Ausführungsklasse

PK1 und BK1 und AK1

PK2 oder BK2 oder AK2

PK3 oder BK3 oderAK3

Auswirkungen BBQ-KlassenBetonBauQualität

Planungsklasse 1 bis 3 (PK1 bis PK3) Planer(bereits in Eurocode vorhanden)

Betonklassen 1 bis 3 (BK1 bis BK3), Betonhersteller(gibt es in EN 206 bisher nicht)

Ausführungsklassen 1 bis 3 (AK1 bis AK3). Bauausführung(bereits in EN 13670 „Bauausführung“ vorhanden)

18

Auswirkungen BBQ-KlassenBetonherstellung

Zusätzliche Maßnahmen in Betonklasse BK 2

Erstprüfung durch den Hersteller mit erweitertem Umfang

z. B. Mischzeit, Temperatur, Pumpbarkeit, Schwankungen Ausgangsstoffe,

Mischungsstabilität

Erweiterte Dokumentation

Information vom Betonhersteller an den Verwender

19 Olaf Aßbrock – BetonBauQualität BBQ aus Sicht des Betonherstellers | Okt. 2018

BBQ - Umsetzung

20

Teil 0: Grundlagen und Betonbauqualitätsklassen (BBQ)

Teil 1: (Ergänzende) Anforderungen hinsichtlich Bemessung und Konstruktion

Teil 2: (Ergänzende) Anforderungen an den Beton

Teil 3: (Ergänzende) Anforderungen hinsichtlich Bauausführung

Teil 4: Betonfertigteile

Teil 0: Grundlagen und Betonbauqualitätsklassen (BBQ)Teil 1: Ergänzende Anforderungen an Bemessung und KonstruktionTeil 2: Ergänzende Anforderungen an den BetonTeil 3: Ergänzende Anforderungen hinsichtlich BauausführungTeil 4: Betonfertigteile

Für alle Betone: einheitliche RegelungenFür alle Betone: einheitliche Regelungen

Öffnung für nationale Regelungen bislang „großzügig“ interpretiert

Öffnung für nationale Regelungen bislang „großzügig“ interpretiert

Status quo – Normen

21

Status quo – ZTV, Richtlinien und Merkblätter

22

Ingenieurbauwerke anBundesfernstraßen

Wasserbauwerke

Richtlinie

„Massige Bauteile aus Beton“

WU-Richtlinie

Mer

kbla

tt S

icht

beto

n

Ausgangssituation

23

Komplexität der Bauaufgabe unzureichend berücksichtigt

Struktur des Regelwerks erschwert Interaktion

Defizite können zu Schäden führen

Politische Randbedingungen

Abkommen von Paris:Globale Erwärmung auf 2°C /1,5°C begrenzen

Reduktionsziele 2050

24

Die Betonbauweise steht unter Beobachtung

25

Finanzielle Anreize für Investitionen in

klimafreundlichere Zemente und Betone schaffen

Baurecht aktualisieren und Normen um die

Anforderungen des Klimaschutzes ergänzen

Klimaschutzkriterien bei Vergabe öffentlicher

Bauaufträge umfassend zur Anwendung bringen und

Green Public Procurement konsequent umsetzen

Dem Klimafußabdruck der Baumaterialein in den

Nachhaltigkeitszertifizierungen für Hoch- und

Tiefbau einen höheren Stellenwert geben

Rechtssicherheit für Carbon Capture and Storage

(CCS) bzw. Utilization (CCU) Optionen schaffen

$0

$10

$20

$30

2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019

EU

CO

2P

reis

US

$

4x

Entwicklung des CO2 – Preises in Europa

26

EU CO2 Preis in etwa vervierfacht nach klimapolitischen Entscheidungen in 2017

Die Betonbauweise steht unter Beobachtung

27

Finanzielle Anreize für Investitionen in klimafreundlichere Zemente und Betone schaffen

Baurecht aktualisieren und Normen um die Anforderungen des Klimaschutzes ergänzen

Klimaschutzkriterien bei Vergabe öffentlicher Bauaufträge umfassend zur Anwendung bringen und Green Public Procurement konsequent umsetzen

Dem Klimafußabdruck der Baumaterialien in den Nachhaltigkeitszertifizierungen für Hoch- und Tiefbau einen höheren Stellenwert geben

Rechtssicherheit für Carbon Capture and Storage (CCS) bzw. Utilization (CCU) Optionen schaffen

CO2 - Intensität: Wo stehen wir?

28

0

2

4

6

8

10

12

14

0 20 40 60 80 100 120 140 160

CO₂-

eq /

Bet

on

dru

ckfe

stig

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in k

g

CO₂-

eq

/(m

³ x

MP

a)

Betondruckfestigkeit, 28d

Einflüsse:-Zementgehalt-Zementfestigkeit-Feinstoffgehalt-(w/z)eq bzw. w/(k+F)


Einflüsse:- Zementart- Zementgehalt- Zementfestigkeit- Feinstoffgehalt- (w/z)eq bzw. w/(k+F)

Rohstoffe: Verwendung und geschätzte Reserven

29

z. B. Kalkstein

Source: UNEP Report Eco-efficient cements 2016

Erweiterung der EN 197-1

30

Normentwurf DIN EN 197-1:2018-11 liegt vor

K-S-LL als Beispiel

Zemente mit bekannten und erprobten Ausgangsstoffen

Potential für Betone in verschiedenenAnwendungsbereichen

Anwendung der Zemente imRahmen der nationalenAnwendungsnormen

0

20

40

60

80

100

120C

EM

I

CE

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II/A

35

LL

50

LL

30

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LL

30

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LL

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LL

35

LL

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LL

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35

LL

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35

LL

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LL

30

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20

LL

30

S -

35

LL

30

S -

50

LL

B1w/z = 0,50

B2w/z = 0,40

B3w/z = 0,35

Dru

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MP

a

7d 28d 91d

Betondruckfestigkeit

31

Karbonatisierung

32

0,0

0,5

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Kar

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,140

d in

mm

Druckfestigkeit nach 7d in N/mm²

1 CEM II/B-LL2 CEM II/C-M3 „CEM VI“4 CEM (50 LL)5 CEM (50 LL), w/z = 0,406 „CEM VI“, w/z = 0,40

13

2

4

5

6










Expositions-klasse

Carbonatisierungsfortschritt /Korrosionsrisiko

XC1(trocken)

Hohe Carbonatisierungsrate /kein Korrosionsrisiko aufgrund fehlender Feuchte

XC3 Mittlere Carbonatisierungsrate /relativ geringes Korrosionsrisiko

XC4/XF1 Geringe Carbonatisierungsrate /relativ hohes Korrosionsrisikomäßige Wassersättigung

33

0

2

4

6

8

10

12

14

0 20 40 60 80 100 120 140 160

CO₂-

eq /

Bet

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in k

g

CO₂-

eq

/(m

³ x

MP

a)

Betondruckfestigkeit, 28d



CO2 - Intensität: Was könnte erreicht werden?

34

status-quo DE

CEM II/C(50 K 30 S 20 LL)

Einflüsse:- Zementart- Zementgehalt- Zementfestigkeit- Feinstoffgehalt- (w/z)eq bzw. w/(k+F)

Was könnte erreicht werden?

CEM II/C (X-LL) z. B. als CEM (50K, 30S, 20LL) hätte das Potential den mittleren Klinker/Zement-Faktor weiter zu senken:

35

Zementinlandversand 2016: 26,2 Mio. t

Einsatz im Transportbeton rd. 56,8 % 14,9 Mio. t

Innen-/Außenbauteile (XC1 bzw. XF1/XC4) rd. 64 % 9,5 Mio. t

Hüttensandgehalt im Zement z. B. rd. 30 % 2,9 Mio. t

bbs-Prognose für 2035 (untere Variante) 6,7 Mio. t (rd. 3,8 Mio. t für CEM III)

Innen-/Außenbauteile (XC1 bzw. XF1/XC4): rd. 32 Mio. m3 Transportbeton

Einstufung BBQ-Klassen (exemplarisch, Entwurf)Welche Eigenschaften sind relevant?

Pictures: Rolf Breitenbücher, https://baustoffingenieurwissenschaft.wordpress.com/


Bauteile in ExpositionsklassenXF2/XF3/XF4 XD2/XD3, XS2/XS3, XA2, XA3



Dauerhaftigkeitsnachweise(Druckfestigkeit ≠ Dauerhaftigkeit)

36

Frostwiderstand „Wasserbau“ - CIF

37

0

20

40

60

80

100

120C

EM

I

CE

M I

II/A

35

LL

50

LL

30

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35

LL

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LL

35

LL

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30

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LL

30

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LL

35

LL

50

LL

30

S -

20

LL

30

S -

35

LL

30

S -

50

LL

B1w/z = 0,50

B2w/z = 0,40

B3w/z = 0,35

rel.

dyn

. E

-Mo

du

l in

%

28FTW Grenzwert BAW

BetonBauQualität BBQ - Ursache und Anlass

38

Warum?

Bedarfsgerechte Differenzierung bei Planung, Beton und Bauausführung

(keine Einheitsregelungen wie bisher)

Förderung der gemeinschaftlichen Verantwortung und Transparenz als

Grundlage für partnerschaftliche Bauabwicklung

Flexibilisierung im Hinblick auf Ressourcen-Verfügbarkeit (CO2, Recycling)

Ermöglichung von innovativen Bauweisen

(projektspezifische Sonderlösungen)

(Schnittstelle nationales Bauordnungsrecht zur (EU)-Normung)

Ergebnis: Förderung der Betonbauweise unter sich fortlaufend

ändernden Randbedingungen

Quelle: DAfStb AK Beton

Phasen der Qualitätssicherung in BBQ-S und BBQ-E

39

Allgemeiner Hochbau (BBQ-N):

Das Handeln der Beteiligten führt auch ohne vertiefte

Abstimmung untereinander i. d. R. zum Erfolg

Bei BBQ-E und BBQ-S Austausch relevanter

Informationen und die Abstimmung wesentlicher

Entscheidungen durch verbindliche

BBQ-Ausschreibungsgespräche

BBQ-Ausführungsgespräche

- Startgespräche und- Bauverlaufsgespräche

Stärkung der Kommunikation

Zusammenfassung

40

Planung und Bau komplexer Ingenieurbauwerke aufwändiger als bei Vorhaben des üblichen Hochbaus

Differenzierte Betrachtung in den Normen des Betonbaus derzeit nur in Ansätzen vorgesehen

Konzept zur BetonBauQualität BBQ soll diese Lücke schließen

Die Intensität der Kommunikation über die Schnittstellen wird ein zentrales Unterscheidungsmerkmal zwischen den Anwendungssituationen sein

Fallweise sind erweitere Erstprüfungen am Beton bzw. deskriptive Vorgaben an die Betonzusammensetzung einzuhalten, wie z. B. der Leimgehalt

Hierdurch soll die Robustheit der Frischbetoneigenschaften unter Baustellenbedingungen sichergestellt werden

Chance für die Qualität der Betonbauweise: Mit den BBQ-Klassen kann der Bauherr von der unterschiedlichen Komplexität des Bauablaufs überzeugt werden

Ausblick

Ressourceneffizienz und Klimaschutz werden die Betonbauweise weiter vor Herausforderungen stellen

Portlandzementklinker bleibt auf absehbare Zeit der wesentliche Bestandteil von Zement

CO2 Preis in etwa vervierfacht nach klimapolitischen Entscheidungen in 2017

Umweltverbände fordern: Klimaschutzkriterien bei Vergabe öffentlicher Bauaufträge umfassend zur Anwendung bringen und Green Public Procurementkonsequent umsetzen

Mögliche Konsequenzen: Anreize bzgl. CO2-Effizienz des Betons basierend auf Ökobilanzen und Lebensdauerbetrachtungen

41

Ausblick

Klinkereffiziente Zemente stehen zur Verfügung

Dauerhaftigkeit in Teilbereichen über Druckfestigkeit einstellbar

Aufgrund der Rohstoffsituation ist ggf. eine stärker anwendungsbezogene Differenzierung notwendig:

- Zemente und Betone für weite Teile des üblichen Hochbaus- Zemente und Betone unter besonderer Beanspruchung

Umsetzung bedarf der Unterstützung durch die gesamte Wertschöpfungskette:Planung – Betonherstellung – Bauausführung

Mit dem Konzept der BetonBauQualität BBQ bereitet sich die Betonbauweise hierauf aktuell bereits vor

42

Konzept Betonbauqualität (BBQ) Mueller handout · (Bauwerk/Bauteil, Planung, Beton,...

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