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Wasserundurchlässiger Beton

Bei einer Wasserdichten Betonkonstruktion gilt es neben einem dichten Beton auch die Fugen und Rohrdurchführungen wasserdicht zu erstellen. Während es bei den Fugenabdichtungen und Abdichtungen für Rohrleitungen eine Vielzahl von Produkten auf dem Markt gibt, werden die Betoneigenschaften klar nach Norm geregelt.

Ungerissener Beton mit einer Mindeststärke von 20cm ist grundlegend als dicht zu bezeichnen. Diese Dichtigkeit ist separat von den bauphysikalischen Anforderungen zu betrachten. Wasser kann trotzdem durch kapillaren Wassertransport (Kapillarporosität zw. Zuschlag und Zementstein, kapillare Saugwirkung) und Wasserdampfdiffusion (Druckdifferenz) eindringen. Eine Weisse Wanne ist somit als wasserdicht, nicht aber als dampfdicht zu betrachten. Da es sich bei Stahlbeton jedoch um eine gerissene Bauweise handelt, widerspricht sich die Verwendung von Beton als Baustoff mit der Anforderung an ein dichtes Bauwerk. Wie kann etwas Risse haben, wenn es gleichzeitig dicht sein soll?

Das Ziel ist es dabei die Risse möglichst klein zu halten und gezielt eine Vielzahl von kleinen Rissen mit Rissbreiten unter 0,15mm zu erzeugen. Für eine wasserdichte Betonkonstruktion sind Risse daher sogar gewollt. Es wird versucht Risse zu verteilen und gezielt Risse zu erzeugen um diese dann mit geeigneten Abdichtungsmassnahmen wie Abklebungen oder Arbeitsfugenbänder aufzunehmen.

Einfluss auf das Rissbild haben dabei mehrere Einflüsse:

  • Mindestbewehrung für die Rissbreitenbegrenzung
  • Betoneigenschaften
  • Konstruktion
  • Statische Einwirkungen (sind jedoch vom ingenieur zu bemessen und werden hier nicht weiter behandelt)
  • Nachbehandlung

Bemessung

Die meisten Risse entstehen in den ersten 48h nach dem Einbringen des Frischbetons. Durch die Hydratationswärme dehnt sich der Beton aus, während der Verbund zwischen Beton und den Eisen noch nicht in der Lage ist diese Spannungen auzunehmen. Bei der Festlegung des Bemessungslastfalls ist daher bereits die zu erwartenden Wärmeentwicklung während des Abbindeprozesses zu berücksichtigen.

  • III – Aufbau von Druckspannung, starke Relaxation wg. geringem E-Modul
  • IV – Abkühlung ? Abbau der Druckspannung
  • V – Spannungsfreier Zustand bei T0. Weitere Abkühlung führt zu Zugspannung

Bei Temperaturen von 10 – 15K unter Betontemperatur bei T0 muss mit Rissbildung gerechnet werden. Dieser Fakt wird leider zu häufig nicht beachtet. Während der Rissbildung infolge der Hydratation fast von allen Baufachleuten Beachtung geschenkt wird, wird der Zugbeanspruchung in Folge von Temperatureinwirkungen während der Bauphase und im Endzustand keine Bedeutung zugemessen. Die Bemessung auf „abfliessende Hydratationswärme“ ermöglicht zwar deutliche geringe Armierungsgehalte als auf späten Zwang, aber die Bemessung auf „abfliessende Hydratationswärme“ setzt voraus, dass zu keinem Zeitpunkt während der Bauphase und Nutzung niedrigere Temperaturen auftreten als unmittelbar nach der Betonage. Dies entspricht jedoch nur in den seltensten Fällen der Realität.

Es gilt daher zwischen zwei unterschiedlichen Rissbildungen zu unterschreiben.
1.    Frühe Rissbildung „Zwang aus abfliessender Hydratationswärme“
2.    Späte Rissbildung „Zugbeanspruchung infolge ΔT und Schwinden“


Betoneigenschaften

Durch die Verwendung eines geeigneten Betons kann die frühe Festigkeitsentwicklung reduziert werden. Dadurch entsteht weniger Hitze und die Spannungen im Beton verteilen sich auf einen längeren Zeitraum. Gemeinsam mit den Betonwerke können Vorversuche gemacht werden um eine langsame Festigkeitsentwicklung zu erreichen. Beton mit Hüttensand oder Flugasche (CEM III) sind hier eine Lösungsmöglichkeit. Auch die Eingrenzung der Überfestigkeiten des Betons kann vermieden werden, da höhere Zugfestigkeit des Betons zum Risszeitpunkt zu grösseren Rissbreiten führt. Durch eine Abstimmung zwischen den statischen Anforderungen und des Bauprogrammes können die erforderlichen Betondruckfestigkeit mit einem späteren Nachweisalter (90 Tage, statt 28 Tage) vereinbart werden.


Konstruktion von WD-Bauteilen

Auch konstruktiv kann auf die Rissbreiten eingewirkt werden. Dabei gilt es die Konstruktion so einfach wie möglich zu halten. Durch das vermeiden von Höhenversätzen, unterschiedlichen Bauteilstärken und Ecken können Spannungen aus der Konstruktion genommen werden. Durch eine gleitfähige Lagerung auf Matten oder Folien vor allem bei felsigem Untergrund werden dem Bauteil minimale Bewegungen ermöglicht um sich ausdehnen und zu entspannen.

Einer der wichtigsten Hinweise ist die Begrenzung der Längen fugenfreier Bauabschnitte. Fugen dienen zumeist als Sollbruchstellen. Es wird versucht gezielt einen Riss in der Fuge zu erzeugen und dieser mit Hilfe von Fugenabdichtungsmassnahmen abgedichtet. Aus Erfahrung sollten Bauteile nicht über 400m² betoniert werden. Das Seitenverhältnis sollte dabei möglichst 1:1 sein, 2:1 aber nicht überschreiten. Vertiefungen, Aufzugschächte, Ecken sollten im Schwindmittelpunkt liegen oder durch eine Fuge abgetrennt werden um diese Zwangspunkte auszuschliessen.


Ausführung

Auch bei der Bauausführung gibt es Besonderheiten die zur Gewährleistungen einer erfolgreichen Weissen Wanne zu beachten sind. Da beim Bau einer Weissen Wanne einerseits besonders gründliches Verdichten entscheidend ist, andererseits aber die Bauteile oft hoch bewehrt sind, sind geeignete Rüttellücken vorzusehen und sowohl Gesteinskörnung als auch Grösstkorn auf die Enge der Bewehrung abzustimmen. Der Anschluss zwischen Bodenplatte und Wand ist einer der grössten Fehlerquellen, da beim Befüllen die freie Fallhöhe zur Entmischungen des Betons zur Folge hat.

Die Nachbehandlung schützet den Beton dabei vor verschiedenen Einflüssen. Das Abdecken des jungen Betons hilft Risse zu verhindern, die durch Eigen- und Zwangsspannungen bei Temperaturunterschieden und Austrocknen entstehen. Beim Austrocknen des jungen Betons ist neben der Sonne und hohen Temperaturen vor allem Wind ein wichtiger Faktor. Dieser wird häufig unterschätzt, nimmt jedoch deutlich mehr Feuchtigkeit von der Oberfläche mit wie beispielsweise die Sonneneinstrahlung. Neben der Austrocknung des Betons, sind auch Temperaturschwankungen zu unterbinden. Im Sommer ist der Beton daher vor Sonne zu schützen um ein weiteres Aufheizen zur Hydratation bereits direkt nach dem Betonieren zu unterbinden. Im Winter ist der Beton vor zu schnellem Auskühlen zu schützen. Der Beton ist dabei zum Zeitpunkt der maximalen Hydratationswärme anzudecken um ein gleichmässiges Abkühlen sicherstellen zu können.