5 Kritische Gründe für Risse im Beton
Rissbildung im Beton beeinträchtigt nicht nur das Aussehen der Gebäude, sondern auch die Sicherheit ihrer Struktur und ihre Lebensdauer. Dieses Phänomen wird durch 5 kritische Gründe verursacht, darunter Trockenschwinden, Selbstschwinden, plastisches Schwinden, thermisches Schwinden und autogenes (chemisches) Schwinden.
1. Durch Wasserverlust verursachte Schrumpfung
Trocknungsschwinden tritt meist auf, wenn das Wasser in den Kapillar- oder Gelporen des Betons in einer ungesättigten Luftumgebung verloren geht. Hochleistungsbeton neigt aufgrund seiner geringen Porosität weniger zum Trocknen als normaler Beton. Die kumulative Wirkung des Trocknungsschwindens wird jedoch bei Massenbeton sehr stark. Der Wasserverlust im Beton ist mit dem im menschlichen Körper vergleichbar und führt zu Veränderungen in der inneren Struktur. Wenn die durch diese Veränderungen erzeugte Spannung die Zugfestigkeit des Betons übersteigt, kann es zu Rissen kommen.
2. Plastische Schrumpfung während der ersten Aushärtung
Plastisches Schwinden ist in der plastischen Phase vor dem Erhärten zu beobachten. Hochleistungsbeton zeichnet sich durch einen niedrigen Wasser-Gel-Verhältnis, weniger freies Wasser und feine mineralische Zusatzmittel aus, die empfindlicher auf Wasser reagieren, d. h. sie bluten nicht aus und verlieren schnell Wasser. Dies führt dazu, dass Hochleistungsbeton eher zu plastischem Schwinden neigt. Der Beton verliert an seiner Oberfläche Wasser, bevor er vollständig aushärtet, und bleibt im Inneren in einem stabilen plastischen Zustand. Durch diesen Unterschied entsteht an der Oberfläche eine Zugspannung. Sobald die Spannung größer wird als die Zugspannung, entstehen Risse. Sie sind zwar recht dünn, aber zahlreich und dicht auf der Oberfläche des Betons verteilt.
3. Selbstschrumpfung - Schuld sind Feuchtigkeitsschwankungen
Vom Selbstschwinden spricht man, wenn die Feuchtigkeit in der geschlossenen inneren Struktur des Betons mit der Zementhydratation abnimmt. Ein solches Phänomen führt zu ungesättigtem Wasser in den Poren. Dadurch entsteht ein Unterdruck, der das Selbstschwinden des Betons auslöst. Aufgrund des niedrigen Wasser-Gel-Verhältnisses könnte Hochleistungsbeton in der Anfangsphase eine höhere Festigkeit aufweisen und schneller Wasser verlieren. Die relative Feuchtigkeit des Porensystems liegt unter 80 Prozent. Das dichte Gefüge des Hochleistungsbetons hält die Feuchtigkeit von außen zurück und verschlimmert so das Selbstschwinden.
4. Thermische Schrumpfung - Schäden durch thermische Ausdehnung
Großvolumige Betonprojekte, die hohe Anforderungen an die Festigkeit stellen, erfordern viel mehr Zement. Dies bringt mehr Hydratationswärme mit sich und heizt das System schneller auf etwa 35 bis 40 °C auf. Zusätzlich zur Anfangstemperatur kann die höchste Temperatur sogar 70 bis 80 °C überschreiten. Beton hat die Eigenschaften der thermischen Ausdehnung und der Kaltkontraktion und einen CTE (Wärmeausdehnungskoeffizient) von 10×10-6/℃. Wenn die Temperatur um 20 bis 25℃ sinkt, können wir eine Kaltschrumpfung von etwa (2 - 2,5)×10-4 berechnen, während die Zugfestigkeit von Beton nur 1 - 1,5×10-4 beträgt. Die durch das Kaltschwinden verursachte Spannung kann also leicht die Zugfestigkeit des Betons übersteigen. Infolgedessen entstehen Risse, die sich von der Oberfläche ins Innere des Betons ausbreiten und seine Struktur ernsthaft beeinträchtigen.
5. Autogenes Schrumpfen - Nebenwirkung der Hydratation
Autogenes Schwinden wird auch als chemisches Schwinden bezeichnet. Während der Zementhydratation nimmt das absolute Volumen des Zement-Wasser-Systems ab und bildet viele Poren. Bei Hochleistungsbeton kann die Hydratation jedoch aufgrund des niedrigeren Wasser-Gel-Verhältnisses und zusätzlicher feiner mineralischer Zusatzmittel eingeschränkt sein. Daher ist das chemische Schwinden geringer als bei herkömmlichem Beton. Die durch autogenes Schwinden entstehenden Risse haben jedoch Auswirkungen auf die mikroskopische Struktur des Betons. In Kombination mit anderen Faktoren kann es auch ein Auslöser für Risse sein.
Neben den oben genannten Faktoren ist ein weiterer Hauptgrund für Betonrisse die Temperaturkontraktionsspannung. Diese Spannung wird durch Temperaturschwankungen und Schwinden verursacht, die auftreten, wenn die große Menge an Zement, die in Massenbeton verwendet wird, Hydratationswärme freisetzt.
Vorbeugung und Kontrolle - Wie man Risse in Beton bekämpft
1. Optimieren Sie das Mischungsverhältnis des Betons
- Zement
- Bevorzugen Sie Zement mit niedriger und mittlerer Wärmeentwicklung, um die Hydratationswärme zu reduzieren.
- Begrenzung der Zementmenge bei gleichzeitiger Beibehaltung der Festigkeit und Leistungsfähigkeit des Betons und Reduzierung des Temperaturanstiegs.
- Aggregate
- Wählen Sie einen hochwertigen Zuschlagstoff mit mittlerer Korngröße.
- Verwenden Sie mehr Zuschlagstoffe und weniger Zementmörtel, um das Schwinden des Betons zu verringern. Gut abgestufte Zuschläge und mittlerer Sand können beispielsweise die Dichte des Betons wirksam erhöhen.
- NOVASTAR Polycarboxylat-Fließmittel (PCE) ist ein hochleistungsfähiges wasserreduzierendes Mittel, das gut wasserlöslich ist. Es kann den Betonfluss verbessern und die Zementmenge reduzieren, ohne den Wasserverbrauch zu erhöhen. Eine geringe Dosierung dieses Wasserreduzierers kann dem Beton eine gute Fließfähigkeit verleihen. Auch der Gehalt an Chlorid-Ionen und Alkali in Polycarboxylat-Fließmittel (PCE) ist recht niedrig, was den Beton haltbarer macht.
2. Verbessern Sie den Bauprozess
- Gießen Sie den Zement in Schichten oder Abschnitten, um die Schichtdicke und die Gießgeschwindigkeit zu kontrollieren. Dadurch wird die Wärme im Beton gleichmäßig verteilt und thermische Spannungen oder Temperaturgefälle vermieden.
- Verdichten Sie den Beton, um eine ideale Dichte zu gewährleisten und so Risse im Beton zu vermeiden.
- Decken Sie feuchtigkeitsisolierendes Material, z. B. eine Kunststofffolie, nach dem Gießen des Betons ab, um Verdunstung und Rissbildung zu verringern.
- Kontrollieren Sie die Temperatur innerhalb und außerhalb des Betons, indem Sie Wasser auf die Oberfläche sprühen. Dadurch kann die Temperatur des Betons kontrolliert und die thermische Belastung verringert werden.
