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BAWBrief 2015/01: Probleme mit der Mischungsstabilität von Beton

Aus BAWiki

Kurzfassung

Insbesondere in der jüngeren Vergangenheit hat sich in allen Baubereichen die Einhaltung bestimmter Frischbetoneigenschaften als nicht immer unproblematisch erwiesen. Exemplarisch genannt seien hier Probleme bei der Einstellung und Einhaltung des Luftporengehalts bei LP-Beton entlang des Transportweges zur Einbaustelle aufgrund eines unzureichenden Aufschlusses des LP-Bildners. Im Verkehrswasserbau bislang unbekannt waren allerdings Probleme mit der Mischungsstabilität von Betonen, wie sie nun in gravierender Weise bei einer aktuellen Schleusenbaumaßnahme der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes aufgetreten sind. Die Mischungsstabilität von Betonen wird von vielen Faktoren wie beispielsweise Konsistenz, Wahl einer angemessenen Sieblinie oder ausreichendem Leimgehalt beeinflusst. Nach aktuellem Kenntnisstand muss davon ausgegangen werden, dass die Verwendung verflüssigend wirkender Zusatzmittel auf PCE-Basis einen besonderen Einfluss auf die Mischungsstabilität haben kann. Werden bei Einsatz von PCE-Fließmitteln vom Transportbetonhersteller Aspekte wie Verträglichkeit der eingesetzten Ausgangsstoffe, ausreichender Leimgehalt, Mindestmischzeiten oder Fließmitteldosierung unterhalb des Sättigungspunktes nicht in angemessener Weise berücksichtigt, können die Folgen für die Mischungsstabilität des Betons erheblich sein.

Geeignete Prüfverfahren zur umfassenden und zielsicheren Beurteilung der Mischungsstabilität von Betonen sind bislang nicht verfügbar. Vor diesem Hintergrund und angesichts der möglichen qualitativen und auch bauzeitlichen Folgen für das zu erstellende Bauwerk ist aus Gründen der vorsorgenden Qualitätssicherung eine uneingeschränkte Verwendung von PCE-Fließmitteln für die Erstellung von Verkehrswasserbauwerken zumindest so lange nicht angeraten, bis ein angemessenes Konzept zur Risikominimierung erarbeitet und realisiert worden ist.

Der BAW-Brief enthält für künftig zu erstellende Verkehrswasserbauwerke Empfehlungen zu Verwendung und Umgang mit verflüssigend wirkenden Zusatzmitteln auf PCE-Basis. Darüber hinaus werden grundsätzliche Empfehlungen zu Betonherstellung und Bauausführung gegeben, die einer zielsicheren Einhaltung der angestrebten Frischbetoneigenschaften förderlich sein sollen. Außerdem finden sich im BAW-Brief im Hinblick auf die Mischungsstabilität Hinweise zur Vorgehensweise bei aktuellen und bei bereits ausgeführten Baumaßnahmen. Wesentliche Teile der Empfehlungen werden vom Bundesminister für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) mittels Erlass für den Geschäftsbereich der WSV verbindlich eingeführt.

1 Problemstellung und Zielsetzung

Bild 1: Entmischter "Beton" in unterschiedlicher Ausprägung im Bauteilrandbereich

Bei einer gerade fertiggestellten Schleusenbaumaßnahme der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) wurden im Bereich der frostbeanspruchten Schleusenkammerwände massive Probleme mit der Mischungsstabilität des Betons beobachtet. An etwa 1.000 Einzelstellen an den kammerseitigen Wandflächen der Schleusenkammerwände und der Häupter wurde anstatt des erwarteten Betons minderfestes Material ohne Grobkornzuschlag angetroffen (Bild 1). Dieses Material ist teilweise so weich, dass ein Entfernen durch Kratzen mit einem metallischen Gegenstand problemlos möglich ist. In der Fläche beträgt die Ausdehnung dieser Einzelstellen mehrere Quadratdezimeter bis hin in den Quadratmeterbereich. Die Tiefe dieser minderfesten Bereiche ist unterschiedlich und reicht von wenigen Millimetern bis teilweise deutlich hinter die Bewehrung.

Bild 2: Tiefergehende minderfeste Bereiche

Neben den genannten Bereichen mit weichem Material wurden mittels Bohrkernentnahme weitere Bereiche der Betondeckung festgestellt, in denen das Material zwar deutlich fester ist, in seiner Zusammensetzung aber eher einem Mörtel als einem Beton entspricht.

In Teilbereichen erstrecken sich minderfeste Bereiche auch weiter in das Bauteilinnere hinein (Bild 2). Bei vier bislang entnommenen Vertikalbohrkernen wurden an einem Kern Zerfallserscheinungen beobachtet. Der Beton dieses Kerns konnte den Beanspruchungen aus dem Bohrverfahren anscheinend keinen ausreichenden Widerstand entgegensetzen, was in dieser Form ansonsten nur bei geringerfesten Stampfbetonbauteilen zu beobachten ist.

Bild 3: Separierung der Gesteinskörnung (links innerhalb einer Betonierlage, rechts Übergang zwischen zwei Betonier­lagen; Zustand nach Hochdruckwasserstrahlen)

Innerhalb der einzelnen Betonierlagen ist es in Teilbereichen zu einem Entmischen des Frischbetons gekommen. Hierbei sind die Grobkornanteile der Gesteinskörnung nach unten gesackt, während sich im oberen Bereich der Betonierlage eine Anreicherung von Feinstanteilen gebildet hat. In Teilbereichen sind die Betonierlagen nicht ausreichend miteinander vernadelt (Bild 3).

Hinsichtlich der tatsächlichen Bauwerkssituation im Bauteilinneren und der erdseitigen Wandoberflächen liegen bislang noch keine abschließenden Erkenntnisse vor, entsprechende Untersuchungen stehen noch aus.

Die visuell erkennbaren Problemstellen sind in etwa gleichmäßig über die gesamte Kammerwand im künftigen Wasserwechselbereich zwischen Unter- und Oberwasserstand verteilt (Bild 4). In diesem während der späteren Nutzung intensiv frostbeanspruchten Wandbereich (Expositionsklassen XC2/XF3/XM1) wurde ein Beton eingesetzt, welcher unter Verwendung eines Fließmittels auf Polycarboxylatether-Basis (PCE) und eines Luftporenbildners auf Wurzelharzbasis hergestellt worden ist. Die darunter liegenden Bauteilbereiche mit den Expositionsklassen XC2/XM1, für deren Beton das gleiche Fließmittel auf PCE-Basis, jedoch kein LP-Bildner verwendet worden ist, weisen nach bisherigem Untersuchungsstand (visuelle Begutachtung, Abklopfen im Hinblick auf minderfeste Bereiche) keine vergleichbaren Auffälligkeiten im Bereich der Betondeckung auf. Gezielte Untersuchungen im Hinblick auf eine etwaige Entmischung stehen hier aber noch aus.

Bild 4: Schadenstellenverteilung an den Kammerwänden

Das Schleusenbauwerk wurde auf Basis der ZTV-W LB 215 (2004) ausgeschrieben. Die Anforderungen an den Beton entsprechen damit im Wesentlichen denen gemäß DIN 1045-2 (2008) bzw. DAfStb (2010). Ergänzende Anforderungen gemäß ZTV-W LB 215 (2004) sind in erster Linie die Begrenzung der Hydratationswärmeentwicklung und der Druckfestigkeit nach oben hin. In Ergänzung zu ZTV-W LB 215 (2004) war statt der Mindestfestigkeitsklasse C25/30 für einen Beton mit derartiger Expositionsklassenkombination eine Mindestfestigkeitsklasse C20/25 zulässig, wobei die Anforderungen an den w/z-Wert gemäß Norm aber einzuhalten waren. Der Mindestzementgehalt bei Anrechnung von Zusatzstoffen betrug abweichend von DAfStb (2010) 270 statt 300 kg/m³. Diese ergänzenden Regelungen sind in die aktuelle ZTV-W LB 215 (2012) übernommen worden. Von der Absenkung der Mindestfestigkeitsklasse wurde im vorliegenden Fall Gebrauch gemacht, nicht aber von der ebenfalls zulässigen Absenkung des Mindestzementgehaltes von 300 auf 270 kg/m³.

Der verwendete Beton (300 kg/m³ CEM III/A 32,5 N-LH/ NA, w/z = 0,52, Größtkorn 32 mm, LP-Bildner, Zielwert für das Ausbreitmaß: 45 cm) erwies sich sowohl bei den Eignungs- und Kontrollprüfungen nach ZTV-W LB 215 (2004) als auch bei der späteren Bauausführung nach den vorliegenden Informationen als unauffällig.

Gegenüber der Eignungsprüfung wurden in der Bauausführung teilweise zwei- bis dreifach höhere LP- Bildner-Dosierungen verwendet, wobei der vom Zusatzmittelhersteller empfohlene Dosierbereich aber nach bisherigem Kenntnisstand nicht verlassen worden ist.

Die Ursachen für die beobachteten Auffälligkeiten und Schäden sind nach Auffassung der BAW auf die Verwendung eines Betons mit unzureichender Mischungsstabilität zurückzuführen. Beim Nachstellen des Betons im Labor mit von der Eignungsprüfung abweichender, aber in der Bandbreite der Bauausführung gewählter Zusatzmitteldosierung ergaben sich schon bei geringem Eintrag von Rüttelenergie eindeutige Hinweise auf eine unzureichende Mischungsstabilität. Bei diesen Untersuchungen wurde Gesteinskörnung aus der Bauzeit sowie Zement und Zusatzmittel aus gleicher Produktion wie zur Bauzeit, aber aktuellen Herstellchargen verwendet.

Die Ursachenforschung für die im vorliegenden Fall augenscheinlich unzureichende Mischungsstabilität des eingesetzten Betons ist noch nicht abgeschlossen und soll auch nicht Thema des vorliegenden Beitrags sein. Ziel dieses Beitrags ist vielmehr die Sensibilisierung für die grundsätzliche Problemstellung „Mischungsstabilität von Beton“ und das Aufzeigen kurzfristig realisierbarer Maßnahmen zur Risikominimierung bei künftigen Baumaßnahmen auf Basis des aktuellen Wissenstandes.

2 Stand der Kenntnis zur Mischungsstabilität von Betonen

2.1 Allgemeines

Die Mischungsstabilität eines Betons wird zum einen durch Ausgangsstoffe, Betonzusammensetzung sowie Herstell- und Transportprozess bis zur Übergabestelle, zum anderen durch den Weitertransport auf der Baustelle von der Übergabebis hin zur Einbaustelle und die anschließende Behandlung des Frischbetons in der Schalung bis zur Erhärtung beeinflusst. Die erstgenannten Aspekte liegen unter normativen Gesichtspunkten im Regelfall im Verantwortungsbereich des Transportbetonherstellers (Basis: DIN EN 206-1 + DIN 1045-2 + ZTV-W LB 215, Teil 2), die zweitgenannten im Verantwortungsbereich der bauausführenden Firma (Basis: DIN EN 13670 + DIN 1045-3 +ZTV-W LB 215, Teil 3). Im Hinblick auf den Bauvertrag schuldet der Auftragnehmer, also die bauausführende Firma, dem Auftraggeber ein insgesamt mangelfreies Werk.

Eine wesentliche Voraussetzung für ausreichend mischungsstabile Betone ist eine gut abgestufte Sieblinie mit angemessenem Mehlkornanteil. Dies ist bei jeder Mischungskonzeption zu berücksichtigen, wird aber angesichts beschränkter Silokapazitäten für Betonausgangsstoffe und auch vor dem Hintergrund wirtschaftlicher Zwänge keineswegs durchgängig realisiert.

Darüber hinaus haben in jüngerer Zeit die verwendeten Zusatzmittel maßgebliche Bedeutung für die Mischungsstabilität erlangt. Moderne Betone werden heute nahezu ausschließlich unter Verwendung verflüssigend wirkender Zusatzmittel (Fließmittel, Betonverflüssiger) hergestellt. Bei der Art dieser Zusatzmittel hat es in den letzten Jahren einen grundsätzlichen Wandel gegeben. Wurden bis in die 90er-Jahre des letzten Jahrhunderts im Allgemeinen Produkte auf Basis von Lignin-, Melamin- und Naphthalinsulfonat verwendet, finden sich heute am Markt überwiegend Produkte auf Basis von Polycarboxylatether (PCE). Teilweise werden auch Mischprodukte angeboten. Die Wirkungsweise dieser Zusatzmittel unterscheidet sich grundsätzlich. Während die verflüssigende Wirkung der klassischen Produkte Lignin-, Melamin- und Naphthalinsulfonat auf elektrostatischer Abstoßung beruht, bewirken PCE darüber hinaus eine sterische (räumliche) Trennung der Zementpartikel (DBC (2007), Rickert (2010), Eickschen et. al. (2010a)). Fließmittel auf PCE-Basis sind deutlich wirksamer als klassische Fließmittel auf Basis von Lignin-, Melamin- und Naphthalinsulfonat, in ihrer Anwendung aber oftmals auch erheblich sensibler.

Probleme mit der Mischungsstabilität von Beton im eingangs aufgezeigten Ausmaß sind bislang zumindest in der allgemein zugänglichen Literatur nicht bekannt geworden. Ausgenommen hiervon sind sehr weiche und hier insbesondere selbstverdichtende Betone (SVB), welche sich nur mittels hochwirksamer PCE-Fließmittel herstellen lassen.

Hinweise zur Wirkungsweise von PCE-Fließmitteln und zur Herstellung und Verwendung von Betonen mit derartigen Zusatzmitteln finden sich in DBC (2007). In diesem von der Deutschen Bauchemie e. V. herausgegebenen Papier werden die Einflüsse bestimmter Parameter, wie beispielsweise der Mischzeit oder dem Eintrag von Verdichtungsenergie auf die Mischungsstabilität von Betonen, in grundsätzlicher Form aufgezeigt. Das Papier ist nach Kenntnisstand der BAW in der Bau- praxis weitestgehend unbekannt geblieben bzw. wird bei Betonherstellung und Bauausführung kaum beachtet. Die aufgeführten Aspekte, wie beispielsweise höhere Mindestmischzeiten, haben bis heute auch keinen Eingang in die Betonnormung gefunden.

Die im Zusammenhang mit der Verwendung von PCE- Fließmitteln bekanntgewordenen Probleme bei Betonen im Industriebodenbau (Veränderung der Konsistenz bis hin zum Entmischen durch Eintrag von Energie beim Glätten der Oberflächen) dürften zur Erstellung von DBC (2011) geführt haben.

Indirekte Hinweise im Hinblick auf die Mischungsstabilität von Mörtel und Betonen finden sich, allerdings im Zusammenhang mit Sichtbeton, in VDZ (2005) und Rickert et. al. (2013). Hier erwiesen sich bei 1,5facher Überdosierung des Fließmittels, bezogen auf den Sättigungspunkt, nahezu alle Mörtel und Betone mit Fließmittel auf Melaminsulfonatbasis als „sehr robust“ gegenüber Sedimentation. Mörtel mit Fließmittel auf Naphthalinbasis zeigten ein „weniger robustes“ bis „robustes“ Verhalten. Bei Verwendung von PCE-Fließmitteln fanden sich hingegen hinsichtlich Sedimentation neben „sehr robusten“ auch „nicht robuste“ Mörtel. In Beton (2014) wird über nicht ausreichend gelöste Probleme von PCE-Fließmitteln mit bestimmten Zementen sowie ihrer Empfindlichkeit gegenüber Tonverunreinigungen berichtet.

Hintergrundgespräche im Zusammenhang mit dem eingangs dargestellten Schadensfall zeigten, dass Probleme mit der Mischungsstabilität von Betonen mit PCE-Fließmitteln in Deutschland zumindest vereinzelt durchaus vorhanden, bislang aber zumeist auf Gutachterebene behandelt worden sind.

2.2 Einflussgrößen im Hinblick auf die Mischungsstabilität

2.2.1 Baustoffe

Nach bisherigem Kenntnisstand sind im Hinblick auf die Frischbetoneigenschaften von Beton allgemein und die Mischungsstabilität im Besonderen neben einer angemessenen Sieblinie insbesondere nachfolgend beschriebene Einflussgrößen zu beachten.

Leimgehalt

Von grundsätzlicher Bedeutung hinsichtlich der Sensibilität eines Betons bezüglich Veränderungen der Frischbetoneigenschaften ist der Leimgehalt, also der Gehalt an Wasser, Bindemittel, Betonzusatzstoffen, Feinanteilen aus der Gesteinskörnung und Luftporen. Um bei konstantem w/z-Wert eine weichere Konsistenz einzustellen, kann entweder der Volumenanteil des Leims im Beton erhöht oder bei gleichbleibendem Leimgehalt der Scherwiderstand durch Zugabe eines verflüssigend wirkenden Zusatzmittels gesenkt werden. In Bild 5 ist exemplarisch der Zusammenhang zwischen Fließmitteldosierung und Ausbreitmaß für einen Beton mit klassischem Fließmittel (Melaminsulfonat) bei unterschiedlichen Leimgehalten dargestellt. Bei geringen Leimgehalten bewirken in diesem Beispiel selbst größere Veränderungen bei der Fließmittelzugabe nur geringe Veränderungen bei der Frischbetonkonsistenz, wodurch sich das Risiko von Fließmittelüberdosierungen mit möglichen Nachteilen für die Mischungsstabilität (s. u.) in der Praxis erheblich erhöhen kann.

Bild 5: Zusammenhang zwischen Fließmittelmenge und Ausbreitmaß bei unterschiedlichen Leimgehalten (Quelle: VDZ)

Untersuchungen an Betonen mit PCE-Fließmitteln in HC (2013) zeigen, dass derartige Betone, insbesondere bei niedrigen Leimgehalten und höheren PCE-Zugaben, im Hinblick auf ihre Konsistenzeigenschaften ausgesprochen sensibel auf Einflüsse aus dem Mischregime bei der Betonherstellung und aus der Frischbetontemperatur reagieren können. Von Betonen mit klassischen Fließmitteln ist eine derartig ausgeprägte Sensibilität nicht bekannt.

Überdosierung

Grundsätzlich scheinen sich zumindest einige PCE-Fließmittel bei Überdosierung im Hinblick auf die Mischungsstabilität des Betons deutlich kritischer zu verhalten als klassische Fließmittel. Eine Fließmittelzugabe über den Sättigungspunkt hinaus (vereinfachend gesagt: über die Fließmittelzugabe hinaus, ab deren Überschreitung keine weitere Verflüssigung mehr eintritt) scheint bei klassischen Fließmitteln im Regelfall eher unkritisch, während verschiedene PCE-Fließmittel bei Überdosierung teilweise zu ausgeprägter Sedimentation neigen (VDZ (2005)). Solche Überdosierungen können beispielsweise aus zu kurzen Mischzeiten und deshalb zunächst nicht ausreichendem Fließmittelaufschluss (DBC (2007)), aus Dosierproblemen aufgrund zu geringer Leimgehalte (s. o.) oder aus sich ändernden Frischbetontemperaturen (s. u.) resultieren. Dabei wirken sich Dosierschwankungen bezüglich des Sättigungspunktes bei PCE-Fließmitteln weitaus kritischer aus, als dies bei konventionellen Fließmitteln der Fall ist (Bild 6). Hinweise zur Bestimmung des Sättigungspunktes finden sich u. a. in Rickert et. al. (2013).

Bild 6: Einfluss von Fließmittelwirkstoffen auf den Sättigungspunkt (Quelle: VDZ, Rickert)

Frischbetontemperatur

Die Konsistenzeigenschaften von Betonen mit PCE- Fließmittel sind stark abhängig von der Frischbetontemperatur. Insbesondere bei niedrigen Frischbetontemperaturen kann es zu Nachverflüssigungseffekten (Ansteigen der Konsistenz) kommen (DBC (2007)). Hierdurch wird eine zielsichere Fließmitteldosierung bereits durch tageszeitliche Temperaturänderungen erschwert (siehe beispielsweise HC (2013)). In Bild 7 ist exemplarisch das Konsistenzverhalten eines Betons (B1) mit PCE-Fließmittel bei gleichbleibendem Mischregime (M2), aber unterschiedlichen Frischbetontemperaturen zwischen 10 °C und 30 °C dargestellt. Ein derartiger Beton ist hinsichtlich seines Konsistenzverhaltens unter baupraktischen Randbedingungen kaum beherrschbar.

Bindemittel

Bild 7: Ausbreitmaß in Abhängigkeit der Frischbetontem­peratur – Leimgehalt 300 l/m3 (aus HC (2013))

In VDZ (2005) skizzierte Untersuchungen zeigten, dass die dort eingesetzten Betone, welche mit Portlandzement bzw. Portlandkalksteinzement hergestellt worden waren, sich unabhängig vom Fließmitteltyp (PCE bzw. klassisch) als unempfindlich gegenüber Sedimentation erwiesen, während bei diesen Untersuchungen in einigen Fällen bei hüttensandhaltigen Zementen Sedimentationserscheinungen beobachtet worden sind. Dies ist u. U. auf die unterschiedlichen Mahlfeinheiten der entsprechenden Zemente zurückzuführen. Grob vermahlene Zemente können in Betonen mit groben Sanden die Sedimentation begünstigen. Hinsichtlich des Bindemitteleinflusses besteht allerdings noch weiterer Forschungsbedarf, generelle Aussagen sind derzeit wohl noch nicht möglich.

In DBC (2007) wird darauf hingewiesen, dass bei PCE-Fließmitteln die Abhängigkeit der Wirksamkeit vom verwendeten Zement größer ist als bei herkömmlichen Fließmitteln. Beobachtungen aus der Praxis deuten darauf hin, dass selbst die Verwendung des gleichen Zementes, aber einer anderen Liefercharge maßgeblichen Einfluss auf die Frischbetoneigenschaften von PCE-Betonen haben kann.

Generell können PCE-Fließmittel im Vergleich zu klassischen Fließmitteln in ihrer Wirkung empfindlicher auf Schwankungen in den Betonausgangsstoffen bzw. in der Betonherstellung reagieren. Hervorzuheben ist hier insbesondere der Einfluss des Alkalisulfatgehaltes des Zementes. Eine hohe Sulfatkonzentration kann die Adsorption der PCE-Moleküle auf den Zementpartikeln verringern, da die Sulfationen ebenfalls auf den Zementpartikeln adsorbieren. Die Verflüssigungswirkung der PCE wird dadurch verringert, die Verarbeitungszeit jedoch verlängert (Yamada et. al. (2001)).

Wechselwirkungen mit weiteren Zusatzmitteln Systematische Untersuchungen zur Frage, welchen Einfluss eine kombinierte Zugabe von Fließmittel und Luftporenbildner auf die Mischungsstabilität von Betonen haben kann, sind nicht bekannt. Die Sensibilität des Gesamtsystems dürfte sich hierdurch aber grundsätzlich erhöhen (siehe u. a. DBC (2007), Eickschen et. al. (2010a)). Von besonderer Bedeutung scheint hier die Abstimmung zwischen entschäumend wirkenden Komponenten des Fließmittels und dem Luftporenbildner sowie das Zusammenwirken mit dem verwendeten Bindemittel zu sein (DBC (2007)). Nach Eickschen et. al. (2010a) können zudem die negativen Ladungen von LP-Bildner und Fließmittel Konkurrenzreaktionen um Sorptionsstellen an Zementpartikeln bewirken. Dies kann zum einen dazu führen, dass adsorbierte Luftporenbildnermoleküle wieder in Lösung gehen, wenn das Fließmittel zugegeben wird, was zu einer erhöhten Luftporenbildung im Beton führt (Eickschen et. al. (2010a)). Zum anderen kann ggf. die Adsorption des Fließmittels auf den Zementpartikeln behindert werden. Gemäß DBC (2007) sollte ein Vermischen von PCE-Fließmitteln mit anderen Zusatzmitteln in Lagerbehältern oder in der Dosieranlage generell vermieden werden, da Unverträglichkeiten von Zusatzmitteln untereinander nicht auszuschließen sind. Bei einer Nachdosierung von Fließmittel auf der Baustelle sollte diese gemäß DBC (2007) mit dem gleichen Produkt erfolgen wie im Transportbetonwerk. Hinsichtlich der Herstellung von LP-Beton wird in DBC (2007) auf ein entsprechendes Papier der Deutschen Bauchemie e. V. zur Herstellung von LP-Beton (DBC (2013)) verwiesen, dessen Empfehlungen in der Praxis allerdings ebenfalls kaum Anwendung finden.

Im Fall der eingangs genannten Schleusenbaumaßnahme waren von der Entmischungsproblematik nach jetzigem Kenntnisstand (siehe oben) ausschließlich Bauteilbereiche betroffen, in denen sowohl Fließmittel als auch Luftporenbildner im Beton zur Anwendung kamen.

Aufschluss von Zusatzmitteln Als grundsätzlich problematisch im Hinblick auf die Frischbetoneigenschaften sind die im Regelfall sehr kurzen Mischzeiten im Transportbetonwerk zu sehen. Hierdurch kann es bei einem im Transportbetonwerk zunächst unzureichenden Aufschluss der verwendeten Zusatzmittel durch Nachaktivierungseffekte entlang des Transportweges des Betons (Fahrmischer, Pumpen etc.) und beim Einbau (Eintrag von Verdichtungsenergie) zu erheblichen Veränderungen der Frischbetoneigenschaften (Konsistenz, Luftporengehalt, Entmischungsstabilität) kommen (siehe auch Abschnitt 2.4). Betroffen davon sind insbesondere synthetische Luftporenbildner und PCE-basierte Fließmittel, die aufgrund ihrer Architektur (lange Seitenketten) einen intensiveren Aufschluss benötigen als konventionelle Fließmittel. Gemäß DBC (2007) sollten Mindestnassmischzeiten von 45 Sekunden nicht unterschritten werden, weil ansonsten nicht aufgeschlossenes Fließmittel zu einer Nachverflüssigung und im Extremfall zum Entmischen des Betons führen kann.

2.2.2 Bauausführung

Seitens der Bauausführung können u. a. folgende Aspekte von Bedeutung im Hinblick auf das Entmischen von Beton sein:

  • Energieeintrag beim Pumpen und beim Verdichten
  • Betonierlagenhöhe und daraus resultierend ein ggf. höherer Frischbetondruck

In DBC (2007) wird darauf verwiesen, dass PCE-Fließmittel neben der Konsistenz auch die Rheologie von Betonen beeinflussen können. Danach kann ein Beton infolge seiner thixotropen Eigenschaften im Ruhezustand in einer vergleichsweise steifen Konsistenz erscheinen, beim Einbringen von Verdichtungsenergie z. B. durch Innenrüttler jedoch wieder sehr viel weicher werden. In einem solchen Fall ist nach DBC (2007) die Verdichtungsenergie der Konsistenz anzupassen, da ansonsten die Gefahr des Entmischens besteht.

Bei entmischungssensiblen Betonen (geringer Scherwiderstand, geringe Viskosität) kann also ein übermäßiger Eintrag von Verdichtungsenergie (beispielsweise durch das „Bewegen“ des Betons in horizontaler Richtung mittels intensivem Innenrüttlereinsatz) das Entmischen erheblich begünstigen. Gleiches gilt für höhere Frischbetondrücke infolge hoher Betonierlagen.

2.3 Literatur und Normung

Frei verfügbare Informationen zu Problemen mit der Mischungsstabilität von Betonen liegen nur in begrenztem Umfang vor. Seitens der Transportbetonindustrie wird diese Problematik bislang zumindest öffentlich kaum thematisiert. Auch die nationale und europäische Betonnormung hat sich der Problemstellung noch nicht in angemessener Weise angenommen. Geeignete und ausreichend abgesicherte Prüfverfahren zur Beurteilung der Sensibilität eines Betons im Hinblick auf eine Entmischungsneigung sind derzeit allenfalls in Ansätzen verfügbar und für den Einsatz in der Praxis nur bedingt geeignet.

Erste Ansätze zur Risikominimierung kommen aktuell aus dem Bereich der bauausführenden Firmen, welche ja neben den im eigenen Verantwortungsbereich liegenden Einflussgrößen aus der Bauausführung, wie beispielsweise unsachgemäßem Eintrag von Verdichtungsenergie, de facto auch die im Baustoff Beton enthaltenen Risiken für die fertige Bauleistung mittragen müssen. Der Deutsche Beton- und Bautechnik-Verein e. V. (DBV) als Interessenvertreter der bauausführenden Firmen hat im Jahr 2013 erste Forschungsvorhaben zu dieser Thematik auf den Weg gebracht (DBV (2014b)).

Festzuhalten bleibt, dass derzeit weder mit den Qualitätssicherungsmechanismen der europäischen und nationalen Betonnormung noch mit den im Vergleich deutlich schärferen Qualitätssicherungsanforderungen der ZTV-W LB 215 die Sensibilität eines Betons gegenüber Entmischung zielsicher erkennbar wird. Bei Betonen nach EN 206-1/DIN 1045-2,

  • die oftmals in den weicheren Konsistenzbereichen F5 oder gar F6 hergestellt werden,
  • bei denen auf eine Erstprüfung in vielen Fällen ganz verzichtet werden darf, weil „für einen ähnlichen Beton oder eine ähnliche Betonfamilie Langzeiterfahrungen vorhanden sind“,
  • bei denen Ausgangsstoffe in der Produktion ohne erneute Erstprüfung in großzügigem Rahmen gewechselt werden können,

dürfte das Risiko, dass entmischungssensible Betone auf die Baustelle kommen, grundsätzlich aber höher liegen als bei Betonen nach ZTV-W LB 215 mit erweiterter Erstprüfung (Eignungsprüfung) und Begrenzung der Konsistenz auf einen Zielwert für das Ausbreitmaß von maximal 490 mm.

2.4 Ergänzende Betrachtungen zur Luftporenstabilität

In den vergangenen Jahren hat es immer wieder Probleme bei der Einstellung und Einhaltung des Luftporengehalts im Frisch- und Festbeton entlang des Transportweges zur Einbaustelle gegeben. Als eine wesentliche Ursache hierfür haben sich ein unzureichender Aufschluss des LP-Bildners im Transportbetonwerk aufgrund unzureichender Mischdauer bzw. -intensität und eine hiermit einhergehende Überdosierung des LP-Bildners erwiesen. Der Frischbeton enthält dann nicht ausreichend aufgeschlossenen LP-Bildner, welcher durch den unkontrollierbaren Eintrag von Mischenergie während des Transports, des Pumpens oder des Verdichtens aktiviert wird. Informationen zur Thematik finden sich u. a. in Eickschen et. al. (2010a), Eickschen (2014b), DBV (2014a) und FGSV (2004). Die BAW hat bereits vor etwa 10 Jahren Untersuchungen zur Problematik im zuständigen Normengremium angeregt.

In Eickschen et. al. (2010a) werden Probleme aus der Praxis bei der Herstellung von LP-Beton (Einhaltung des Gesamtluftgehalts im Frischbeton und der Luftporenkennwerte im Festbeton) insbesondere bei der Verwendung von PCE-Fließmitteln als Anlass für die dort beschriebenen Forschungsaktivitäten zu Wechselwirkungen zwischen Luftporenbildner und Fließmittel angeführt. Die dort beschriebenen Untersuchungen zeigten u. a., dass sich bei LP-Beton mit Fließmitteln auf PCE-Basis der Anstieg des Luftporengehaltes mit steigender Fließmitteldosierung deutlich ausgeprägter gestaltete als bei Beton mit klassischen Fließmitteln. Kombinationen mit synthetischen LP-Bildnern und einem Fließmittel auf PCE-Basis wiesen eine größere Schwankungsbreite im Luftgehalt auf als Kombinationen mit natürlichen LP-Bildnern und einem klassischen Fließmittel. Nach dem Einmischen von PCE-Fließmittel wurde bei Verwendung von LP-Bildnern mit natürlicher Wirkstoffbasis ein Absinken des Luftgehalts in Kombination mit einer Verschlechterung der LP-Kennwerte, bei Verwendung von synthetischen LP-Bildnern ein Anstieg des Luftgehalts und eine Verbesserung der LP- Kennwerte festgestellt. In Eickschen et. al. (2010a) und Brameshuber et. al. (2011) wird die Reihenfolge der Zugabe (erst LP-Bildner, dann Fließmittel) als wesentlich für eine gezielte Luftporenbildung angeführt. Zusatzmittelkombinationen aus Fließmittel und LP-Bildner mit natürlicher Wirkstoffbasis des LP-Bildners werden als robuster genannt als Varianten mit synthetischem LP- Bildner. Bei Überdosierung sind bei synthetischen LP- Bildnern als Folge der guten Löslichkeit größere Auswirkungen zu erwarten als bei natürlichen LP-Bildnern.

Ein weiterer Aspekt ist die vermeintlich erschwerte Einstellung des Luftgehalts im Frischbeton bei Verwendung von hüttensandhaltigen Zementen oder von Flugasche als Betonzusatzstoff. Manche Betontechnologen versuchen vor diesem Hintergrund bei LP-Betonen den Einsatz von Flugasche zu vermeiden. Dies kann sich nachteilig auswirken im Hinblick auf die Einhaltung der Anforderungen an die Hydratationswärmeentwicklung, da die entsprechenden Grenzwerte gemäß ZTV-W LB 215, Tabelle 2.2, teilweise für Betone mit Flugascheverwendung und -anrechnung festgelegt worden sind. Im Hinblick auf die Mischungsstabilität kann der gänzliche Verzicht auf Zusatzstoffe bei LP-Betonen für die Expositionsklasse XF3 mit Zementgehalten im Bereich des Mindestzementgehaltes von 300 kg/m³ gemäß DAfStb (2010) oder gar von 270 kg/m³ gemäß ZTV-W LB 215 (2012) zu geringe Leimgehalte im Beton bedingen (siehe Abschnitt 2.2). Bei einem Verzicht auf Zusatzstoffe des Typs II (Flugasche) sollten deshalb zumindest Zusatzstoffe des Typs I (Gesteinsmehl) eingesetzt werden, um einen ausreichenden Anteil von Feinststoffen bzw. Leim im Frischbeton sicherzustellen. Hintergründe zum Einfluss der Flugasche auf die Luftporenbildung und Luftporenstabilität werden in Spörel et. al. (2009) und Brameshuber et. al. (2010) erläutert.

Allgemeine Hinweise zur Herstellung und Verarbeitung von Luftporenbeton finden sich in FGSV (2004).

3 Risikobewertung

Auch wenn die Ursachenforschung beim eingangs beschriebenen Schadensfall noch nicht abgeschlossen ist, dürfte nach den zusammengetragenen Informationen die Verwendung von PCE-Fließmitteln anstelle „klassischer“ Fließmittel auf Basis von Lignin-, Melamin- oder Naphthalinsulfonat und insbesondere die Verwendung von PCE-Fließmitteln in Verbindung mit Luftporenbildnern eine nicht zu unterschätzende Herausforderung für das bauausführende Unternehmen im Hinblick auf Frischbetoneigenschaften wie Konsistenz, Luftgehalt und Mischungsstabilität darstellen. Dies gilt insbesondere, wenn seitens des Betonherstellers bestimmte grundsätzliche Aspekte, wie beispielsweise Sicherstellung der Verträglichkeit der eingesetzten Ausgangsstoffe, ausreichender Leimgehalt, Mindestmischzeiten oder Fließmitteldosierung unterhalb des Sättigungspunktes, nicht oder in nicht ausreichendem Maße berücksichtigt werden. Vor diesem Hintergrund und angesichts der möglichen qualitativen und auch bauzeitlichen Folgen für das zu erstellende Bauwerk ist aus Gründen der vorsorgenden Qualitätssicherung seitens der WSV als Auftraggeber eine uneingeschränkte Verwendung von PCE-Fließmitteln für die Erstellung von Verkehrswasserbauwerken in deren Geschäftsbereich zumindest so lange nicht angeraten, bis ein angemessenes Konzept zur Risikominimierung erarbeitet und realisiert worden ist.

4 Maßnahmen zur Risikominimierung bei künftigen Bauvorhaben

4.1 Allgemeines

Dringend erforderlich im Hinblick auf die Risikominimierung hinsichtlich Betonentmischung ist die Erarbeitung, Optimierung und normative Verankerung von Prüfverfahren und Prüfkriterien, mit denen die Mischungsstabilität von Betonen direkt und zielsicher beurteilt werden kann. Dies wird allerdings einige Zeit in Anspruch nehmen.

Für anstehende Bauvorhaben ist deshalb zu prüfen, welche kurzfristig realisierbaren Maßnahmen zur Risikominimierung bereits heute verfügbar sind. In Abschnitt 4.2 sind entsprechende Ansätze zusammengestellt, mit deren Hilfe sich das Risiko einer unzureichenden Mischungsstabilität von Betonen künftig vermutlich bereits deutlich reduzieren lässt. Diese Ansätze basieren auf dem aktuellen und sicherlich bei weitem nicht ausreichenden Kenntnisstand zur Problematik. Sie können deshalb nur als Ad-hoc-Maßnahmen verstanden werden. Mit fortschreitendem Kenntnisstand müssen diese Ansätze kontinuierlich überprüft und ggf. ergänzt bzw. abgelöst werden. Die Ansätze für Ad-hoc-Maßnahmen zur Risikominimierung in Abschnitt 4.2 sind so formuliert, dass sie direkt als Ergänzung zur ZTV-W LB 215 (2012) herangezogen und vereinbart werden können. Auf die ZTV-W LB 219 (2014), Abschnitt 3 (Betonvorsatzschalen), lassen sie sich sinngemäß übertragen.

Bei den Ansätzen gemäß Abschnitt 4.2 werden neben den Risiken aus der Verwendung von Fließmitteln oder Betonverflüssigern auf PCE-Basis auch Aspekte berücksichtigt, die zur Reduzierung von Problemen bei der Herstellung von Luftporenbetonen bzw. generell zu hinsichtlich ihrer Frischbetoneigenschaften robusteren Betonen führen sollen (siehe Abschnitt 2.4). Diesbezüglich wird u. a. auf Empfehlungen der Zusatzmittelhersteller zur „Herstellung von LP-Beton“ DBC (2013) verwiesen, welche in der Praxis bislang allerdings kaum umgesetzt werden.

Probleme mit der Mischungsstabilität können grundsätzlich auch bei Betonen auftreten, welche unter Verwendung klassischer Fließmittel bzw. Betonverflüssiger oder ohne verflüssigend wirkende Zusatzmittel hergestellt werden, wenn elementare betontechnologische Grundsätze, wie beispielsweise die Sicherstellung der Verträglichkeit der eingesetzten Ausgangsstoffe, ein ausreichender Leimgehalt, Mindestmischzeiten oder Zusatzmitteldosierung unterhalb des Sättigungspunktes, nicht in angemessener Weise berücksichtigt werden.

Im Hinblick auf einen ausreichenden Leimgehalt kann je nach Feinanteilen in der verwendeten Gesteinskörnung der gänzliche Verzicht auf Zusatzstoffe bei LP-Betonen für die Expositionsklasse XF3 mit Zementgehalten im Bereich des Mindestzementgehaltes von 300 kg/m³ gemäß DAfStb (2010) bzw. gar von 270 kg/m³ gemäß ZTV-W LB 215 (2012) zu geringe Leimgehalte im Beton bedingen (siehe auch Abschnitte 2.2 und 2.4). Da für die Wahl der Betonzusammensetzung aber der Auftragnehmer bzw. dessen Transportbetonlieferant verantwortlich sind, kann seitens des Auftraggebers auf die Bedeutung des Leimgehaltes für die Frischbetoneigenschaften lediglich hingewiesen werden.

Bereits heute sollte der Auftraggeber von seinem in ZTV-W LB 215 (2012), Teil 2, Abschnitt 6.1 verankerten Recht auf Teilnahme an den vom Auftragnehmer durchzuführenden Eignungsprüfungen Gebrauch machen oder sich fachkundig vertreten lassen. Die Eignungsprüfungen sollten nicht nur im Labor durchgeführt werden, sondern wesentliche Randbedingungen der Baustelle (insbesondere die Förderung mittels Pumpen) berücksichtigen. Hier lassen sich bei der Herstellung des gemäß ZTV-W LB 215 (2012) für massige Bauteile geforderten 2 x 2 x 2 m³-Blocks wichtige Erkenntnisse auch im Hinblick auf die Frischbetoneigenschaften gewinnen. Auf jeden Fall sollten die Eignungsprüfungen des Auftragnehmers auf Laborebene durch Kontrollprüfungen des Auftraggebers verifiziert werden.

Die nachfolgenden Abschnitte 4.2, 4.3 und 4.4 werden über einen Erlass des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) verbindlich in den Geschäftsbereich der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) eingeführt.

4.2 Ad-hoc-Maßnahmen für künftige Baumaßnahmen

Ad-­hoc-­Maßnahmen für künftige Baumaßnahmen als ergänzende Regelungen zu den „Zusätzlichen Techni­schen Vertragsbedingungen – Wasserbau für Wasser­bauwerke aus Beton und Stahlbeton (ZTV­W LB 215)“ und zu den „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedin­gungen – Wasserbau für Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken (ZTV­W LB 219)“

Hinweis: Für Fließmittel (FM) und Betonverflüssiger (BV) wird nachfolgend auch der Sammelbegriff „verflüssi­gende Zusatzmittel“ verwendet.

A.: Bei Baumaßnahmen der WSV auf Basis der ZTV­ W LB 215 gelten ergänzend zu den ZTV­W LB 215, Teil 2 – Beton, nachfolgende Regelungen, die in die Baubeschreibung aufzunehmen sind:

  1. Bei Betonen ohne LP-Bildner muss die Nassmisch-zeit des Betons im Transportbetonwerk nach Zugabe aller Ausgangsstoffe mindestens 60 Sekunden betragen. Die Nassmischzeit jeder Charge ist automatisch auf dem Lieferschein zu dokumentieren.
  2. Bei Betonen mit LP-Bildner sind im Transportbetonwerk zunächst alle Ausgangsstoffe mit Ausnahme des Fließmittels (FM) bzw. des Betonverflüssigers (BV) zuzugeben. Nach einer Nassmischzeit von mindestens 60 Sekunden je Charge sind das Fließmittel bzw. der Betonverflüssiger zuzugeben und der Beton für mindestens weitere 60 Sekunden je Charge zu mischen. Die Mischzeiten der einzelnen Chargen sind automatisch auf dem Lieferschein zu dokumentieren.
    Anmerkung: Die Mindestmischzeiten gemäß Pkt. 1 und 2 sind absolute Untergrenzen, die keinesfalls un­terschritten werden dürfen. Je nach Situation (Art des Mischwerks etc.) können längere Mischzeiten erforder­lich sein.
  3. Die Verwendung von Fließmitteln oder Betonverflüssigern auf Basis von PCE sowie von Fließmitteln bzw. Betonverflüssigern, welche nicht eindeutig und nachweislich auf Basis von Lignin-, Melamin- oder Naphthalinsulfonat hergestellt werden, in Verbindung mit Luftporenbildnern ist nicht zulässig.
    Anmerkung: Sofern bei Betonen mit einem höchstzu­ lässigen w/z­Wert von 0,45 oder darunter (z. B. in Ein­zelfällen bei besonders beanspruchten Meerwasser­bauten) mit klassischen Fließmitteln oder Betonver­ flüssigern nachweislich keine ausreichende Verflüssi­gungswirkung erzielt werden kann, sind mit dem Auf­traggeber hinsichtlich Pkt. 3 projektspezifische Festlegungen abzustimmen. Die Bundesanstalt für Wasser­bau steht hierbei beratend zur Verfügung.
  4. Bei Verwendung von Fließmitteln bzw. Betonverflüssigern auf PCE-Basis sowie von Fließmitteln bzw. Betonverflüssigern, welche nicht eindeutig und nachweislich auf Basis von Lignin-, Melamin- oder Naphthalinsulfonat hergestellt werden, ist bei Beton für massige Bauteile (kleinste Bauteilabmessung ≥ 0,8 m) eine gegenüber den ZTV-W LB 215 (2012) erweiterte Eignungsprüfung des Betons wie folgt durchzuführen:
    a) Der Sättigungspunkt des Fließmittels bzw. Betonverflüssigers (d. h. der Gehalt des verflüssigenden Zusatzmittels, ab dessen Überschreitung keine weitere Verflüssigung mehr eintritt) ist für den vorgesehenen Beton (inkl. aller Ausgangsstoffe) bei einer Frischbetontemperatur von 20 °C zu bestimmen. Sollen mehrere verflüssigende Zusatzmittel eingesetzt werden, ist der Sättigungspunkt für die entsprechende Zusatzmittelkombination zu bestimmen. Zur Bestimmung des Sättigungspunktes ist die Zugabemenge an Fließmittel bzw. Betonverflüssiger schrittweise zu erhöhen und das Ausbreitmaß a10 des jeweiligen Betons zu ermitteln. Für jede Zugabemenge ist ein neuer Beton herzustellen. Der Sättigungspunkt ist graphisch in einem Koordinatensystem aus dem Zusammenhang von Ausbreitmaß und Zugabemenge des verflüssigenden Zusatzmittels zu ermitteln. Die für das Erreichen des Sättigungspunktes maßgebliche Menge des verflüssigenden Zusatzmittels darf während der gesamten Lieferung des Betons für die Baumaßnahme nicht überschritten werden. Für den Fall, dass während der Bauausführung Frischbetontemperaturen ≤ 15 °C auftreten, ist der Sättigungspunkt in der Eignungsprüfung zusätzlich bei einer Frischbetontemperatur von 10 °C zu bestimmen. Die hierbei für das Erreichen des Sättigungspunktes bestimmte Menge des verflüssigenden Zusatzmittels darf bei Frischbetontemperaturen ≤ 15 °C während der Baumaßnahme nicht überschritten werden. Die Ergebnisse sind zu dokumentieren.
    b) Für den Fall, dass während der Bauausführung Frischbetontemperaturen ≤ 15 °C auftreten, ist das Ausbreitmaß des Frischbetons (mit allen Zusatzmitteln) bei einer Frischbetontemperatur von 10 °C über eine Zeit von mindestens 90 Minuten nach Wasserzugabe in regelmäßigen Abständen (10, 30, 45, 60 und 90 Minuten) zu ermitteln. Eine Verflüssigung, also ein Ansteigen des Ausbreitmaßes gegenüber dem Ausbreitmaß nach 10 Minuten, von mehr als 30 mm ist nicht zulässig. Die Ergebnisse sind zu dokumentieren.
  5. Bei allen Betonen ist die Sedimentationsstabilität des Frischbetons 10 Minuten nach Wasserzugabe über einen Auswaschversuch nach DAfStb-Richtlinie „Selbstverdichtender Beton“ (SVB-Richtlinie), Ausgabe November 2003, Anhang N.2, zu bestimmen. Abweichend von der SVB-Richtlinie (2003) ist der Beton bei senkrecht stehender Zylinderform in einer Lage einzufüllen. Der Beton ist durch Rütteln auf einem Rütteltisch gemäß DIN EN 12390-2 mit einer Rüttelzeit von 60 Sekunden zu verdichten. Bei Beton mit einem Größtkorn von 32 mm ist das Grobgut abweichend von der SVB-Richtlinie (2003) auf einem Sieb der Nennlochweite 11,2 mm gemäß DIN ISO 3310-2 auszuwaschen und abzusieben. Bei der Auswertung der Untersuchungsergebnisse analog zur SVB-Richtlinie (2003) darf die Verminderung des Grobkornanteils im oberen Drittel des Zylinders höchstens 20 M-% betragen. Die Ergebnisse sind zu dokumentieren.
  6. Ist die Herstellung eines großformatigen Betonblocks gemäß ZTV-W LB 215 (2012), Teil 2, Abschnitt 5.2, erforderlich, sind aus diesem Betonblock nach dem Erhärten des Betons zwei Vertikalbohrkerne über die gesamte Blockhöhe und drei Horizontalbohrkerne mit einer Länge von mindestens 700 mm zu entnehmen. Der Bohrkerndurchmesser muss mindestens 120 mm betragen. Die Entnahmestellen sind Bild A zu entnehmen. Die Bohrkernentnahme soll gemäß BAW-Merkblatt „Bohrkernentnahme für Bauwerksuntersuchungen (MBK)“ im Einfachkernrohrverfahren mit Wasserspülung erfolgen. Die entnommenen Bohrkerne sind gemäß SVB-Richtlinie 2003, Anhang N.1, mittig in Achsrichtung aufzusägen, die gesägten Flächen sind hinsichtlich der Verteilung der groben Gesteinskörnung visuell zu beurteilen. Das Gefüge des Betons muss weitgehend gleichmäßig sein. Das Ergebnis der visuellen Beurteilung ist zu dokumentieren.
    Sofern in Zweifelsfällen eine quantitative Bestimmung der Verteilung der groben Gesteinskörnung an den Vertikalbohrkernen erforderlich wird, ist wie folgt vorzugehen: An der gesägten Fläche sind seitens des Auftraggebers drei gleich große Teilflächen von je 150 mm Höhe festzulegen. Für jede dieser Teilflächen ist der Flächenanteil der angeschnittenen groben Gesteinskörner zu ermitteln. Zu berücksichtigen sind dabei alle Gesteinskörner, deren größte Abmessung an der gesägten Bohrkernfläche mindestens 8 mm beträgt. Anschließend ist der Mittelwert aus den drei Teilflächen zu bilden und für jede Teilfläche die Abweichung von diesem Mittelwert zu berechnen. Bei keiner der Teilflächen darf diese Abweichung (Veränderung der Kornzusammensetzung infolge Absetzen) mehr als 20 % betragen. Die Ergebnisse sind zu dokumentieren.
  7. Der Transport des Betons zur Baustelle mittels Fahrmischer inklusive der Wartezeit bis zur Entladung muss mit langsam drehender Trommel erfolgen. Unmittelbar vor dem Entladen ist der Beton nochmals mindestens 2 Minuten aufzumischen.

B.: Bei Baumaßnahmen der WSV auf Basis der ZTV­ W LB 215 gelten ergänzend zu den ZTV­W LB 215, Teil 3 – Bauausführung, nachfolgende Regelungen, die in die Baubeschreibung aufzunehmen sind:

Bild A: Bohrkernentnahmestellen gemäß Punkt 6 (Angaben in mm)
  1. Die Regelungen des DBV-Merkblatts „Betonierbarkeit von Bauteilen aus Beton und Stahlbeton“ des Deutschen Beton- und Bautechnik-Verein e. V., Ausgabe 2014, sind zu beachten.
  2. Falls die Einbaustelle nicht unmittelbar zugänglich ist, sind je nach Situation entsprechende Maßnahmen wie beispielsweise verschließbare Schalungsöffnungen oder Beleuchtungseinrichtungen vorzusehen, um den Einbau- und Verdichtungsvorgang des Betons beobachten zu können.
  3. Bei allen Betonen ist die Sedimentationsstabilität des Frischbetons beim ersten, beim fünften und anschließend bei jedem folgenden zwanzigsten Fahrzeug sowie in Zweifelsfällen an der Einbaustelle über einen Auswaschversuch nach DAfStb-Richtlinie „Selbstverdichtender Beton“ (SVB-Richtlinie), Ausgabe November 2003, Anhang N.2, zu überprüfen. Abweichend von der SVB-Richtlinie (2003) ist der Beton bei senkrecht stehender Zylinderform in einer Lage einzufüllen. Der Beton ist durch Rütteln auf einem Rütteltisch gemäß DIN EN 12390-2 mit einer Rüttelzeit von 60 Sekunden zu verdichten. Bei Beton mit einem Größtkorn von 32 mm ist das Grobgut abweichend von der SVB-Richtlinie (2003) auf einem Sieb der Nennlochweite 11,2 mm gemäß DIN ISO 3310-2 auszuwaschen und abzusieben. Bei der Auswertung der Untersuchungsergebnisse analog zur SVB-Richtlinie darf die Verminderung des Grobkornanteils im oberen Drittel des Zylinders höchstens 20 M-% betragen. Die Ergebnisse sind zu dokumentieren.
  4. Bei allen Betonen sind zur Kontrolle der Mischungsstabilität des erhärteten Betons im Bauwerk während der Durchführung der Baumaßnahme Vertikalbohrkerne in einem Abstand von etwa 0,5 m von den Bauteilseitenflächen (soweit von der Bauteilgeometrie her möglich; ansonsten mittig) mit einem Bohrkerndurchmesser von mindestens 120 mm und einer Länge von mindestens 1000 mm zu entnehmen. Anzahl und Entnahmestellen der Bohrkerne sind projektspezifisch durch den Auftraggeber festzulegen, je eingesetzter Betonsorte ist aber mindestens ein Bohrkern zu entnehmen und zu untersuchen. Die Bohrkernentnahme soll gemäß BAW-Merkblatt „Bohrkernentnahme für Bauwerksuntersuchungen (MBK)“ im Einfachkernrohrverfahren mit Wasserspülung erfolgen. Die entnommenen Bohrkerne sind gemäß SVB-Richtlinie 2003, Anhang N.1, mittig in Achsrichtung aufzusägen, die gesägten Flächen sind hinsichtlich der Verteilung der groben Gesteinskörnung visuell zu beurteilen. Das Gefüge des Betons muss weitgehend gleichmäßig sein. Das Ergebnis der visuellen Beurteilung ist zu dokumentieren.

Für Vorsatzschalen gemäß ZTV­W LB 219, Abschnitt 3, sind die Ad-­hoc­-Maßnahmen gemäß Abschnitt 4.2 (inkl. Pkt. 4) sinngemäß anzuwenden.

4.3 Ad-hoc-Maßnahmen bei laufenden Baumaßnahmen

Ad­-hoc­-Maßnahmen bei laufenden Baumaßnahmen als ergänzende Regelungen zu den ZTV­W LB 215 und den ZTV­W LB 219

  1. Bei bereits laufenden Baumaßnahmen ist in Abhängigkeit von Bauwerkssituation und Baufortschritt zu prüfen, inwieweit es notwendig ist, die Maßnahmen gemäß den Abschnitten A und B, Nr. 1, 2, 5, 7, 8, 9, 10 und 11 ggf. auch im Rahmen des bestehenden Bauvertrags noch zu realisieren. In diesem Zusammenhang kann die BAW beratend unterstützen. Das Ergebnis der Prüfung ist zu dokumentieren.
  2. Insbesondere die Untersuchung gemäß Punkt 11, mit deren Hilfe die ausgeführte Leistung beurteilt wird, sollte bei bereits laufenden Baumaßnahmen als Kontrollprüfung des Auftraggebers durchgeführt werden.
Bild 8: Visuell zunächst eher unauffällige Wandbereiche mit Entmischungsproblematik

4.4 Untersuchung bereits ausgeführter Bauwerke im Hinblick auf Beton­ entmischung

  1. Bei der in Bezug stehenden Schleusenbaumaßnahme wiesen die betroffenen Wandbereiche nur geringe visuell erkennbare Anzeichen für Defizite hinsichtlich der Mischungsstabilität auf. Die Problematik wurde eher zufällig und in Umfang und Tragweite erst durch weitergehende Untersuchungen erkannt. Vor diesem Hintergrund kann nicht gänzlich ausgeschlossen werden, dass bereits fertiggestellte Bauwerke der WSV (Neubaumaßnahmen gemäß ZTV-W LB 215, Instandsetzungsmaßnahmen mit Betonvorsatzschalen gemäß ZTV-W LB 219, Ab- schnitt 3) ebenfalls von einer Betonentmischung betroffen sein können.

Deshalb sind Bauwerke, bei denen Fließmittel oder Betonverflüssiger auf PCE-Basis zum Einsatz gekommen sind, zu identifizieren und einer weiterführenden Begutachtung im Hinblick auf das Vorliegen einer Entmischungsproblematik zu unterziehen. Hierbei sollten vorrangig Bauwerke bzw. Bauteile in den Fokus genommen werden, bei denen Fließmittel oder Betonverflüssiger auf PCE-Basis in Verbindung mit Luftporenbildnern verwendet worden sind. Da verflüssigende Zusatzmittel auf PCE-Basis in Deutschland erst etwa ab dem Jahr 2000 in größerem Umfang Verwendung gefunden haben, kann sich die Analyse auf Bauwerke beschränken, mit deren Errichtung (Betonierbeginn) frühestens in diesem Jahr begonnen worden ist. Die Identifizierung entsprechender Bauwerke ist durch die GDWS in Abstimmung mit der BAW vorzunehmen.

Die fraglichen Bauwerke sollten visuell begutachtet werden. Die Bauteiloberflächen sollten zumindest stichprobenartig durch Abklopfen mit einem Hammer auf das Vorhandensein minderfester Bauteilbereiche untersucht werden. Ein besonderes Augenmerk sollte hierbei neben augenscheinlich nicht ausreichend dauerhaften Bauteilbereichen auf horizontale Arbeitsfugen und auf Fugen zwischen einzelnen Betonierlagen gerichtet werden. Die Ergebnisse sind zu dokumentieren.

5 Mittel- und langfristige Konzepte zur Risikominimierung

Mittel und langfristig müssen Regelungen und Prüfverfahren/Prüfkriterien geschaffen werden, um das Risiko von Betonen mit unzureichender Mischungsstabilität zu minimieren und Ausführungsweisen, die ein Entmischen von Betonen begünstigen, zu vermeiden. Hierzu sind gemeinsame Aktivitäten aller am Bau Beteiligten (Hersteller von Zement, Zusatzstoffen und Zusatzmitteln, Transportbetonindustrie, bauausführende Firmen, Tragwerksplaner, Auftraggeber, Regelwerksetzer) erforderlich. Die BAW wird diese Aktivitäten begleiten und fördern und die fachlichen Interessen der WSV vertreten. Ziel muss es sein, innerhalb von maximal drei Jahren wirksame Konzepte zu erarbeiten und in die Normung zu integrieren.

Der gerade vom NABau Betontechnik nicht zuletzt auf Vorschlag der BAW beschlossene Ansatz, künftig in Abhängigkeit von Parametern wie Anwendung oder Beanspruchung mehrere Kategorien von Bauwerken/ Betonen mit unterschiedlichen Ansätzen hinsichtlich Bemessung, Baustoffen, Bauausführung und Qualitätssicherung zu schaffen, wird grundsätzlich als geeigneter Rahmen für derartige Konzepte angesehen.

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ZTV-WLB219: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen – Wasserbau für Schutz und Instandsetzung von Wasserbauwerken (Leistungsbereich 219) (ZTV-W LB 219). Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Andreas Westendarp
Abteilung Bautechnik
Referat Baustoffe (B3)
Telefon: 0721-9726-3290
Fax: 0721-9726-2150
E-Mail: andreas.westendarp@baw.de

Dr.-Ing. Thorsten Reschke
Abteilung Bautechnik
Referat Baustoffe (B3) T
elefon: 0721-9726-3250
Fax: 0721-9726-2150
E-Mail: thorsten.reschke@baw.de

Dr.-Ing. Frank Spörel
Abteilung Bautechnik
Referat Baustoffe (B3)
Telefon: 0721-9726-5850
Fax: 0721-9726-2150
E-Mail: frank.spoerel@baw.de

Dipl.-Ing. Hilmar Müller
Abteilung Bautechnik
Referat Baustoffe (B3)
Telefon: 0721-9726-2890
Fax: 0721-9726-2150
E-Mail: hilmar.mueller@baw.de

Dipl.-Ing. Gerhard Amthor
Abteilung Bautechnik
Referat Baustoffe (B3)
Telefon: 0721-9726-3080
Fax: 0721-9726-2150
E-Mail: gerhard.amthor@baw.de

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