Witterungswiderstand von Betonen

Teil 1

Betone für Außenbauteile müssen einen ausreichenden Witterungswiderstand (Frost- und ggf. auch Frost-Tausalz-Widerstand) aufweisen. Frost- und Frost-Tausalz-Schäden werden in erster Linie dadurch verursacht, dass sich Wasser beim Gefrieren um ca. 9% ausdehnt und somit einen erheblichen Druck auf die Porenwände des Betons ausübt. Bei der Einwirkung von Tausalz kommen weitere Schadensmechanismen hinzu, die sich deutlich verstärkend auf die Schadensintensität auswirken und die in erster Linie mit der Gefrierpunkterniedrigung des Wassers bei Vorhandensein von Tausalzen und dem Kristallisationsdruck beim Auskristallisieren der Tausalze in Verbindung stehen.

Auf die Schadensintensität wirken sich u.a. die nachfolgend genannten Einflüsse in erheblichem Umfang aus:

• Anzahl der Frostwechsel,
• Geschwindigkeit der Temperaturveränderung,
• eingesetztes Taumittel,
• Größenordnung der Wassersättigung (mäßig oder stark) des Betons.

Da die aktuellen Betonnormen (DIN EN 206-1 / DIN 1045-2) einen deskriptiven Regelungsansatz zur Sicherstellung der Eigenschaften (hier des Witterungswiderstands) verfolgen, werden in diesen Normen Anforderungen an die Zusammensetzung der Betone (maximaler w/z-Wert, Mindestdruckfestigkeitsklasse und Mindestzementgehalt) gestellt. Werden diese Vorgaben an die Zusammensetzung erfüllt, so wird der Frost- bzw. Frost-Tausalz-Widerstand des Betons als gegeben angenommen.

Aus diesem deskriptiven Regelungsansatz heraus ergeben sich die in der Tabelle F.1 der DIN EN 206-1 genannten Anforderungen an die Zusammensetzung von Betonen, um einen ausreichenden Witterungswiderstand aufzuweisen. Hiernach steigt der Angriffsgrad der Einwirkung von Frost bzw. Frost-Tausalz mit zunehmender Wassersättigung und bei Einwirkung von Tausalz deutlich an.

Aus technischer Sicht kann der Frostwiderstand des Betons (XF1 bzw. XF3) erhöht werden, indem dessen Wasseraufnahme über die Reduzierung des w/z-Wertes begrenzt wird. So weisen Betone üblicherweise einen ausreichenden Frostwiderstand auf, wenn das Porengefüge des Betons bei der Einwirkung von Wasser um weniger als 90% gefüllt wird. Sind die Poren zu Beginn des Frosteintritts zu einem größeren Anteil mit Wasser gefüllt (Porenfüllung > 90%), so liegen keine ausreichend großen Expansionsräume im Porensystem vor, sodass innere Spannungen im Bereich der Beton­oberfläche entstehen.

Im Schadensfall bilden sich aufgrund dieses Expansionsdrucks zunächst feine Mikrorisse im Gefüge des oberflächennahen Zementsteins (Abb. 2), bei weiterer Frosteinwirkung sprengt der oberflächennahe Zementstein dann nahezu vollständig ab (Abb. 1).

Um Betone mit einem größeren Frost- (XF3) bzw. Frost-Tausalz-Widerstand (XF2) herzustellen, muss der w/z-Wert noch weiter abgesenkt und der Witterungswiderstand der verwendeten Gesteinskörnung erhöht werden. Um Betone herzustellen, die den höchsten Frost-Tausalz-Widerstand (XF4) aufweisen, ist zusätzlich ein Luftporenbildner zu verwenden, der Mikroluftporen mit einer geringen Größe (unter 300 µm) und einem geringen Porenabstand (Abstandsfaktor) in den Beton einbringt und so einen Expansionsraum für das gefrierende Wasser schafft.

1 Schadenstypen

Die Ursachen für die Entstehung von Frost- bzw. Frost-Tausalz-Schäden können sehr vielgestaltig sein. In der Praxis werden häufig die nachfolgenden Schadensursachen vorgefunden:

• Bestellung von Betonen mit falscher Rezeptur,
• zu geringe Mikroluftporengehalte im gesamten Beton oder nur in der Betonoberfläche,
• Fehler bei der Einbringung bzw. Nachbehandlung des Betons sowie
• nicht geplante Einwirkung von Tausalzen auf die Betonoberfläche.

Auf die einzelnen Schadensursachen wird in den nachfolgenden Abschnitten detailliert eingegangen.

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