Baustoff Beton: Praxis im Betonlabor
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Baustoff Beton: Praxis im Betonlabor
Baustoff Beton: Praxis im Betonlabor Ein Lehrgang für Auszubildende in der Bauindustrie FS KB Inhaltsverzeichnis Einleitung 5 1. Der Baustoff Beton 1.1 Klassierung von Beton (Definitionen) 1.2 Lieferprogramm eines Betonwerkes 6 6 7 2. Ausgangsstoffe für Beton 2.1 Zement 2.2 Wasser (Zugabewasser) 2.3 Gesteinskörnungen 2.4 Zusatzmittel 2.5 Zusatzstoffe 8 8 8 8 9 9 3. Die Normen 10 4. Herstellung und Lieferung von Beton 4.1 Allgemeines 4.2 Lagerhaltung 4.3 Dosier- und Mischanlagen 4.4 Disposition 4.5 Bestellung 4.6 NPK-Betonsorten und ihre Eigenschaften 11 11 11 11 12 13 13 5. Das Betonlabor 5.1 Prüfungen an Sand, Kies und Splitt 5.2 Frischbetonkontrollen 5.3 Festbetonprüfungen 14 15 15 16 6. Prüfungen im Betonlabor 6.1 Siebanalyse von Gesteinskörnungen 6.2 Probenentnahme von Frischbeton 6.3 Temperaturmessung von Beton und Luft 6.4 Konsistenz 6.4.1 Ausbreitmass (AM) 6.4.2 Verdichtungsmass (VM) 6.5 Rohdichte (Frischbeton) 6.6 Luftporengehalt 6.7 Wassergehalt und Wasserzementwert 6.8 Herstellung und Lagerung von Probekörpern 6.9 Druckfestigkeit und Rohdichte (Festbeton) 17 17 20 22 23 23 26 28 29 32 34 36 Anhang Materialfluss: Betonzentrale Materialfluss: Kieswerk, Brechseite Materialfluss: Aufgabestelle und Kieswerk, Rundseite 38 39 40 Quellen 41 3 4 Einleitung Aus welchen Komponenten besteht der Baustoff Beton? Welche Betonsorten liefert ein Transportbetonwerk? Wie wird die Qualität dieses Baustoffs sichergestellt? «Baustoff Beton: Praxis im Betonlabor» ist ein Lehrmittel für Auszubildende in der Bauindustrie. Dieser praxisbezogene Lehrgang wird in Transportbetonwerken durchgeführt, denn dort ist Beton-Know-how in grossem Mass vorhanden. Nach der theoretischen Einführung anhand der vorliegenden Dokumentation findet der praktische Teil im Betonlabor statt. Dort haben die Auszubildenden die Möglichkeit, selber aktiv zu werden und Hand anzulegen, denn Fachleute erklären ihnen, worauf es bei Qualitätskontrollen von Beton ankommt. «Baustoff Beton: Praxis im Betonlabor» – ein gemeinsames Projekt von cemsuisse, dem Verband der Schweizerischen Cementindustrie, und von FSKB, dem Fachverband der Schweizerischen Kies- und Betonindustrie – will dazu beitragen, die eingangs aufgeführten Fragen zu beantworten, theoretisch vermitteltes Wissen mittels Praxis zu vertiefen und so Unsicherheiten bei Planung und Verarbeitung von Beton aus der Welt zu schaffen. Die Anmeldung zum Lehrgang erfolgt über einen der beiden oben erwähnten Verbände. Entsprechende Kontaktadressen sind auf Seite 41 aufgeführt. 5 1. Der Baustoff Beton Beton Baustoff, hergestellt durch Mischen von Zement, Wasser sowie groben und feinen Gesteinskörnungen. Beton kann zudem Zusatzmittel und/oder Zusatzstoffe enthalten. Festbeton erhält seine Eigenschaften durch die Hydratation des Zements (= chemische Reaktion des Zements mit Wasser). Beton ist heute der wichtigste Baustoff der Bauindustrie, weil er druckfest, beständig, beliebig formbar und preiswert ist. 1.1 Klassierung von Beton (Definitionen) Nach Korngrösse Beton Grösstkorn der Gesteinskörnungen: > 4 mm Mörtel Grösstkorn der Gesteinskörnungen: ≤ 4 mm Nach «Zustand» Frischbeton Festbeton Beton, der fertig gemischt ist, sich in einem verarbeitbaren Zustand befindet, transportiert, umgelagert, in eine Schalung eingebracht und verdichtet werden kann. Beton, der sich in einem festen Zustand befindet und eine gewisse Festigkeit entwickelt hat, also weitgehend oder vollständig erhärtet ist. Nach dem Ort der Herstellung Transportbeton Beton, der in frischem Zustand durch eine Person oder Stelle geliefert wird, die nicht der Verwender ist. Baustellenbeton Beton, der auf der Baustelle vom Verwender des Betons für seine eigene Verwendung hergestellt wird. Betonfertigteil Betonprodukt, das an einem anderen Ort als dem endgültigen Ort der Verwendung hergestellt, verarbeitet und nachbehandelt wird. Nach der Art des Einbringens Kranbeton Konventionell mittels Kran und Silo oder Kübel eingebrachter Beton. Betonförderung durch eine Pumpe und eine geschlossene RohrPumpbeton leitung. Fliessbeton Flüssiger Beton, der direkt (evtl. mittels Rutsche) in die Schalung gegossen wird und sich darin selbst verteilt. Selbstverdichtender Beton (SVB) ist ein Fliessbeton, der nicht mehr verdichtet werden muss. Spritzbeton Beton, der an der Einbaustelle durch Spritzen aufgetragen und dadurch gleichzeitig verdichtet wird. Für die Ausgangsmischung wird je nach Spritztechnik zwischen Trocken- und Nassgemisch unterschieden. 6 Nach Norm SN EN 206-1: 2000 Beton Beton, für den die geforderten Eigenschaften vom Besteller (Planer) festgelegt werden. Der Betonhersteller ist verantwortnach Eigenschaft lich für die Bereitstellung eines Betons mit den geforderten Eigenschaften. Beton nach Beton, für den die zu verwendenden Ausgangsstoffe und die Zusammensetzung Zusammensetzung (Rezeptur) dem Hersteller vom Besteller (Planer) vorgegeben werden. Der Hersteller ist nur verantwortlich für die korrekte Zusammensetzung. Nach Eigenschaften des Festbetons Normalbeton Beton mit einer Rohdichte (ofentrocken) von 2000 bis 2600 kg/m3. Leichtbeton Beton mit einer Rohdichte von 800 bis 2000 kg/m3. Schwerbeton Beton mit einer Rohdichte über 2600 kg/m3. Hochfester Beton Beton mit einer Festigkeitsklasse über C50/60 bzw. LC50/55. Faserbeton Beton mit Stahlfasern oder Kunststofffasern hergestellt. Sickerbeton Beton ohne Sand hergestellt. Durch das Fehlen des Mörtelanteils entstehen grosse, durchgehende Poren im Beton, durch die Wasser ablaufen kann. Magerbeton Beton, der nicht nach Festigkeit klassifiziert wird und einen reduzierten Zementgehalt aufweist. Für Fundationen und untergeordnete Betonarbeiten, meist Beton ohne Bewehrung. 1.2 Lieferprogramm eines Betonwerkes Ein Transportbetonwerk hat u.a. folgende Produkte im Angebot: – Beton der meisten Druckfestigkeitsklassen, in den üblichen Korngrössen (0/8 mm, 0/16 mm, 0/32 mm, 0/45 mm) und in verschiedenen Konsistenzklassen – Kranbeton normal oder wasserdicht frostbeständig und frosttausalzbeständig – Pumpbeton normal oder wasserdicht frostbeständig und frosttausalzbeständig – Fliessbeton normal oder wasserdicht – Selbstverdichtende Betone – Homogenbeton oder Monobeton, für monolithische Bauteile (z.B. Einstellhallenböden) als normaler oder wasserdichter Homogenbeton – Beton mit erhöhter chemischer Beständigkeit – Stahlfaserbeton – Magerbeton mit unterschiedlichen Zementgehalten (100–250 kg/m3) – Sickerbeton 8/16 mm, 16/32 mm, 32/45 mm Zudem gibt es folgende Spezialprodukte: – Überzug 0/4 mm, 0/8 mm mit verschiedenen Zementgehalten – Mörtel (Verputz-, Mauer- und Zargenmörtel), Langzeitmörtel – Liapor-Leichtbetone (konstruktive Leichtbetone) – Styropor-Leichtbetone und Schaumbetone (Füll-, Ausgleichs- und Isolationsbetone) – Weisse, schwarze und farbige Betone etc. 7 2. Ausgangsstoffe für Beton Beton besteht aus Zement, Wasser, Gesteinskörnungen (Sand, Kies) sowie häufig Betonzusatzmitteln und/oder Betonzusatzstoffen. Ein moderner hochwertiger Beton kann somit aus fünf verschiedenen Stoffen zusammengesetzt sein. Der Betonhersteller versucht, mit diesen verschiedenen Bestandteilen eine ideale Rezeptur festzulegen. Es geht ihm dabei um folgende Optimierungen des Betons: – Verarbeitbarkeit – Dauerhaftigkeit – Festigkeit – Herstellungskosten 2.1 Gesteinskörnungen Bisher wurden Bezeichnungen wie Zuschläge, Zuschlagstoffe oder Mineralstoffe verwendet. Nach der neuen Norm werden Sand und Kies als Gesteinskörnungen bezeichnet. Betonhersteller verwenden in der Regel ein Gemisch aus den folgenden Körnungen: – Rundsand 0/4 mm und Brechsand 0/4 mm, Kies 4/8 mm und 8/16 mm (Feinkies), 16/32 mm und 32/45 mm (Grobkies). Dieses Gemisch aus unterschiedlichen Korngrössen («Sieblinie») bildet das Gerüst des Betons und sollte möglichst hohlraumarm aufgebaut sein. Die Gesteinskörnung beeinflusst die meisten Frisch- und Festbetoneigenschaften. Eine normale Sieblinie enthält als Faustregel ca. 1/3 Sand, 1/3 feiner Kies und 1/3 grober Kies. Pumpbetone und Fliessbetone haben einen erhöhten Sandanteil zur Verbesserung der Pumpund Fliesseigenschaften. Wichtig ist auch der Feinanteil (< 0,125 mm) in der Sandfraktion. Zusammen mit dem Zement und eventuellen Zusatzstoffen wird dieser Anteil als Mehlkorn bezeichnet. Er sorgt für ein gutes Wasserrückhaltevermögen im Beton und reduziert die Entmischungsgefahr. Der Mehlkorngehalt sollte bei einem Beton mit Grösstkorn 32 mm mindestens 350 kg/m3 betragen. 2.2 Zement Der Zement ist das Bindemittel des Betons. Er hydratisiert, d.h., er reagiert chemisch mit dem Wasser («Zementleim») und verbindet dadurch die einzelnen Körner des Gerüstes aus Sand und Kies. Der erhärtete Zementleim ist verantwortlich für die meisten Betoneigenschaften wie Festigkeit, Dichtigkeit und Dauerhaftigkeit. Zement ist ein hydraulisches Bindemittel: Er braucht Wasser zur Erhärtung, erhärtet an der Luft wie auch unter Wasser und ist in festem Zustand absolut wasserbeständig, also unlöslich. Zemente werden klassifiziert und gekennzeichnet entsprechend ihrer Zusammensetzung und Festigkeitsentwicklung. Wir kennen in der Schweiz verschiedene Zementarten. Die gebräuchlichsten Zemente sind: CEM I 42.5 N Portlandzement CEM I 52.5 R Portlandzement mit rascher Festigkeitsentwicklung (Einsatz im Winter) CEM I 42.5 N HS Portlandzement mit hohem Sulfatwiderstand CEM II/A-LL 32.5 R /42.5 N Portlandkalksteinzement CEM II/A-S 32.5 R Portlandhüttenzement CEM II/A-D 52.5 R Portlandsilikastaubzement für hohe Festigkeiten CEM III/B 32.5 N HS Hochofenzement Die Betonnorm SN EN 206-1: 2000 regelt im Anhang, welche Zemente in der Schweiz in Abhängigkeit der Expositionsklasse eingesetzt werden dürfen. 8 2.3 Wasser (Zugabewasser) Damit der Beton verarbeitet werden kann und der Zement erhärtet, braucht er Wasser. Ist der Beton zu trocken, kann er nicht richtig und genügend verdichtet werden. Wenn zu viel Wasser vorhanden ist, wird der Beton porös, d.h. wasserdurchlässig. Festigkeit und Dauerhaftigkeit sind stark reduziert. Der Wassergehalt eines guten Betons liegt zwischen 40 und 60% des Zementgehalts (Wasserzementwert 0,4 bis 0,6). Bei einem wasserdichten Beton liegt der Wasserzementwert (w/z) unter 0,5. Für die Betonherstellung wird Frischwasser (Trink- oder Leitungswasser) oder bei der Betonherstellung anfallendes Recyclingwasser verwendet. 2.4 Zusatzmittel Zusatzmittel sind Chemikalien, die dem Beton in kleinsten Mengen (ca. 0,2 bis 2% der Zementmasse) beigemischt werden und durch ihre chemische und/oder physikalische Wirkung die Eigenschaften des frischen oder festen Betons verändern. Dies betrifft speziell die Verarbeitbarkeit («Verflüssigung»), das Abbinden und das Erhärten des Betons, den Frostwiderstand usw. Die wichtigsten Zusatzmittelgruppen in der Schweiz sind: Verflüssiger und Fliessmittel BV, FM Luftporenmittel LP (Abbinde-)Verzögerer VZ (Erstarrungs-)Beschleuniger SBE (Erhärtungs-)Beschleuniger HBE 2.5 Zusatzstoffe Betonzusatzstoffe sind feinkörnige, mineralische Stoffe, die bestimmte Eigenschaften des Betons verbessern können: die Verarbeitbarkeit, die Festigkeit und die Dichtigkeit des Betons. Zusatzstoffe können chemisch inert oder reaktiv sein. Letztere bilden unter bestimmten Voraussetzungen zementhydratähnliche Stoffe und erhöhen dadurch Festigkeit und Dichtigkeit des Betons. Wichtigste Zusatzstoffe in der Schweiz sind: Gesteinsmehle Inert, zur Erhöhung des Mehlkornanteils im Beton Steinkohlenflugasche Reaktiver Stoff Silikastaub Stark reaktiver Stoff Hüttensand Reaktiver Stoff, normalerweise bereits dem Zement beigemahlen Fasern Kunststoff- oder Stahlfasern, zur Reduktion von Frühschwindrissen oder als Ersatz der Stahlarmierung Farbpigmente Zum Einfärben von Beton, meist in Kombination mit Weisszement Der Einsatz von Zusatzstoffen bedingt grosses Wissen und viel Erfahrung des Betonherstellers, damit der erwünschte Effekt erreicht werden kann. Betone mit reaktiven Zusatzstoffen bedürfen einer guten, konsequent durchgeführten und langen Nachbehandlung, damit die Stoffe reagieren können. 9 3. Die Normen Für den Betonbau sind in der Schweiz die Normen SIA 260, 261, 262 und 262/1 (Planungsnormen) sowie SN EN 206-1 (Betonnorm) massgebend. Die Betonnorm wurde von der europäischen Norm übernommen und mit den schweizerischen Ausführungsbestimmungen (Schweizer Anforderungen im Anhang zur SN EN 206-1) versehen. Für den Betonhersteller sind die folgenden Normen wichtig (siehe Abbildung unten) und zu berücksichtigen: – Produktenormen für Beton und Ausgangsstoffe – Prüfnormen für Frischbeton und Festbeton Alle relevanten Normen sind in der SIA 262/1 aufgelistet. Betonbauwerk EN 1992 (Eurocode 2) Bemessung von Betonbauwerken EN 206-1 Beton EN 13 670-1 Ausführung von Betonbauwerken EN 197 Zement EN 450 Flugasche für Beton EN 12 350 Prüfung von Frischbeton EN 12 390 Prüfung von Festbeton EN 13 791 Nachweis der Betonfestigkeit in Bauwerken oder in Bauwerksteilen EN 12 504 Prüfung von Beton in Bauwerken EN 13 263 Silikastaub für Beton EN 934-2 Zusatzmittel für Beton EN 12 620 Gesteinskörnungen für Beton EN 13 055-1 Gesteinskörnungen für Leichtbeton EN 1008 Zugabewasser für Beton EN 12 878 Pigmente 10 4. Herstellung und Lieferung von Beton 4.1 Allgemeines Das Transportbetonwerk (TBW) hat seine Produkte nicht an Lager, sondern produziert den Beton bei Bestellung durch den Kunden jedes Mal «just in time». Ein TBW ist somit in der Lage, innerhalb kurzer Zeit unterschiedlichste Produkte in grösseren Mengen – auf Kundenwunsch – herzustellen und auszuliefern. Dazu betreibt das TBW Anlagen mit folgenden Aufgaben: – Aufbereitung von Sand und Kies, evtl. Recyclingbaustoffen (ist nicht überall der Fall) – Umfangreiche Lagerhaltung der Rohstoffe – Dosier- und Mischeinrichtungen – EDV-System mit Kunden-, Baustellen- und Produktinformationen – Disposition der Auftragsabwicklung – Fuhrpark für die Auslieferung – Betonlabor für die Produktentwicklung und Qualitätsüberwachung Der Materialfluss bei Kiesaufbereitung und Betonherstellung ist aus den Beilagen ersichtlich. 4.2 Lagerhaltung Sand, Kies, Zemente und pulverförmige Zusatzstoffe werden in Boxen und Silos gelagert, Wasser, Zusatzmittel und flüssige Zusatzstoffe in Tanks. Wichtig ist, empfindliche Rohstoffe wie Zemente, Zusatzmittel und Zusatzstoffe geschützt vor Umwelteinflüssen (Frost, Feuchtigkeit) zu lagern. 4.3 Dosier- und Mischanlagen Dosierung: Alle Betonbestandteile werden exakt eingewogen bzw. dosiert. Dosiersysteme sind Waagen, Pumpen oder Durchflusszähler. Heute werden normalerweise alle Feststoffe mittels Waage dosiert, Zusatzmittel und Wasser mittels Waage oder volumetrischen Verfahrens. Die Genauigkeit bei der Einhaltung der Mischanweisung ist mengenabhängig: z.B. ± 20 kg/m3 für Sand und Kies, ± 1 kg/m3 für Zement und Wasser, ± 0,1 kg/m3 für Zusatzmittel. Die Chargenprotokolle der Betonproduktion sind heute wichtige Nachweisdokumente für die normen- und sachgerechte Herstellung von Beton und ersetzen nach SN EN 206-1 die ungenauen Frischbetonprüfungen beim Nachweis der Zusammensetzung (Zementgehalt, Wasserzementwert). Mischanlage: Zwangsmischer (Teller- oder Trogmischer) mit 1 bis 3 m3 Nutzinhalt sind heute üblich. Ein moderner Mischer gewährleistet eine rasche Homogenisierung der Ausgangsstoffe (innerhalb 10 bis 20 s) und nach der Wasserzugabe eine gleichmässige Benetzung aller Feststoffpartikel mit Wasser innerhalb kurzer Zeit. Die minimale Mischzeit einer Charge beträgt 40 bis 60 s für normalen Beton bzw. 90 s für Beton mit künstlich eingeführten Luftporen. Bei Verwendung von BV und HBV erhöht sich die Mischzeit etwas. Nach Erreichen der vorgegebenen minimalen Mischzeit und der gewünschten Konsistenz wird der Mischer geöffnet und der Beton in das unter dem Mischer wartende Transportfahrzeug entleert. 11 4.4 Disposition Der Disponent im Betonwerk nimmt den Kundenauftrag telefonisch oder schriftlich entgegen. Er kontrolliert, ob er alle notwendigen Angaben zum Auftrag hat (siehe Bestellung), damit er den Auftrag richtig ausführen kann. Er reserviert das Fahrzeug für die Auslieferung. Je nach Betonsorte (Konsistenz und andere Eigenschaften) wird normalerweise ein Liefermischer oder ein Silofahrzeug verwendet. Hochwertige Betone und speziell flüssige Betone müssen immer mit Liefermischer transportiert werden, da nur mit diesen eine gleichmässig hohe Qualität erreicht werden kann. Der Disponent löst den Herstellprozess für den Beton aus und druckt den Lieferschein. Nach dem Verlad wird der Beton zum Kunden auf die Baustelle transportiert. Wenn das Fahrzeug entladen zurück ins Werk kommt und der Kunde keine weitere Lieferung benötigt, ist für den Disponenten der Auftrag abgeschlossen. Alle Informationen zur Lieferung werden an die Administration weitergeleitet. 12 4.5 Bestellung Damit das Transportbetonwerk einen Kundenauftrag vollständig und zur Zufriedenheit des Kunden ausführen kann, braucht der Disponent vom Kunden folgende Informationen: Betonsorte Beschreibung nach SN EN 206-1 oder Artikelnummer, Bestellnummer etc. des Werks Betonmenge Lieferort Genaue Adresse der Baustelle, evtl. Zufahrtsweg und allfällige Einschränkungen bei der Zufahrt, Abladestelle Lieferzeit Datum und Zeitpunkt der (ersten) Lieferung Lieferintervall Wie viel Beton kann der Unternehmer pro Stunde abnehmen und einbauen Zusätzlich Für den Betonhersteller wichtige Informationen Notwendige Angaben zur Betonsorte («grundlegende Eigenschaften») bei der Bestellung von Beton nach Eigenschaften gemäss SN EN 206-1: 1. 2. 3. 4. 5. Druckfestigkeitsklasse Expositionsklasse Nennwert Grösstkorn Klasse Chloridgehalt Konsistenzklasse z.B. C25/30 z.B. XC4, XF1 z.B. Dmax32 z.B. Cl 0.2 z.B. C3 Die Transportbetonwerke des FSKB empfehlen in jedem Fall die Ausschreibung, die Bestellung und die Verwendung der NPK-Betone. 4.6 NPK-Betonsorten und ihre Eigenschaften Betonsorte A B Übereinstimmung C D E F G* Beton nach SN EN 206-1 Festigkeitsklasse C25/30 C25/30 Expositionsklasse XC1, XC2 XC3 C30/37 C25/30 C25/30 C30/37 C35/45 XC4 XF2 XF3 XF4 XF4 Nennwert Grösstkorn Dmax32 Dmax32 Dmax32 Dmax32 Dmax32 Dmax32 Dmax32 Klasse Chloridgehalt Cl 0.10 Cl 0.10 Cl 0.10 Cl 0.10 Cl 0.10 Cl 0.10 Cl 0.10 Konsistenzklasse C3 C3 C3 C3 C3 C3 C3 * ohne Luft 13 5. Das Betonlabor Das Labor eines Betonherstellers bzw. Transportbetonwerkes ist zuständig für die Überwachung der Eigenschaften derjenigen Produkte, die das Werk produziert. Das Betonlabor wird durch fachlich qualifiziertes Personal betrieben. Da der Laborleiter meist eine erweiterte betontechnologische Ausbildung besitzt, ist er neben Prüfaufgaben ebenso für das Zusammenstellen neuer Betonrezepturen wie für die Beratung von Kunden bei betontechnischen Problemen verantwortlich. Wichtigste Aufgaben des Betonlabors: – Erarbeitung von Betonrezepturen und Erstprüfung neuer Sorten – Erstellen einer Prüfplanung für die Überwachung der Rohstoffe und Betone – Überwachung der Ausgangsstoffe für die Betonproduktion (Gesteinskörnungen, Zement, Zusatzmittel und Zusatzstoffe) – Normenkonforme Überwachung der Produkte des Werkes durch regelmässige Frischbetonkontrollen und Festbetonprüfungen gemäss Prüfplan – Auswertung der Prüfresultate und Erstellung der Konformitätsnachweise – Schulung der Mitarbeiter des Betonwerks – Beratung der Kunden Die Ausrüstung eines Betonlabors ist abhängig von der Werkgrösse und den Aufgaben, die das Labor ausübt. Die minimale Ausrüstung ist wie folgt: – Siebegerät zur Aussiebung von Sand und Kies – Geräte zur Durchführung der Frischbetonkontrollen – Schalungen zur Herstellung von Prüfkörpern – Presse zur Bestimmung der Druckfestigkeit – Einrichtungen (Raum oder Behälter) zur normengerechten Lagerung von Prüfkörpern – Geräte, Waagen und Betonmischer zur Herstellung von Probemischungen für Erstprüfungen bzw. Betonversuche Grössere Labors verfügen zudem über klimatisierte Prüfräume und Einrichtungen, Geräte und Apparaturen zur Durchführung von weiteren Festbetonprüfungen sowie zur Überprüfung der Ausgangsstoffe, insbesondere bei Sand und Kies. Spezialprüfungen wie z.B. die Frost-Tausalz-Widerstandsprüfung nach Anhang C oder die Chloridwiderstandsprüfung nach Anhang B der SIA 262/1 werden meistens bei akkreditierten Baustoffprüflabors in Auftrag gegeben und von Spezialisten durchgeführt. 14 5.1 Prüfungen an Sand, Kies und Splitt Diese Prüfungen werden durchgeführt, wenn das Betonwerk eine eigene Kiesgrube mit Kiesabbau und -aufbereitung betreibt. Dabei wird wie folgt vorgegangen: – Probenahme – Wassergehalt, Kernfeuchte und Oberflächenfeuchte – Korngrössenverteilung (Sieblinie) – Feinanteile und Sauberkeit – Kornform (Plattigkeit) – Anteil gebrochener Körner (nur bei Splitten) – Anteil frostgefährdeter Körner Falls Sand, Kies und Splitt angeliefert werden, werden vom Labor nur die Korngrössenverteilung und die Sauberkeit der angelieferten Gesteinskörnungen kontrolliert. 5.2 Frischbetonkontrollen Wichtig ist, dass für alle Arbeitsschritte der Beton aus derselben Betonprobe (mit Ausnahme der Ergiebigkeitsprüfung) stammt! In Transportbetonwerken beinhaltet die Frischbetonkontrolle meist die nachfolgenden Arbeitsschritte: – Probenentnahme Frischbeton – Konsistenz (Setzmass, Ausbreitmass, Verdichtungsmass) – Frischbeton- und Lufttemperatur – Rohdichte und Luftgehalt – Wassergehalt und Wasserzementwert – Ergiebigkeit – Herstellung von Prüfkörpern für die Festbetonprüfungen (Würfel 15 cm) In der Regel werden bei der Frischbetonkontrolle zwei oder drei Prüfkörper hergestellt. Ein Würfel wird für die Feststellung der «Frühfestigkeit» (2 Tage nach Probenentnahme) benötigt. Mit den beiden anderen Prüfwürfeln wird die 28-Tage-Festigkeit ermittelt. Massgebend für die Häufigkeit der Prüfungen sind die Grösse und die Bedeutung eines Bauwerks oder die Häufigkeit, mit der eine bestimmte Betonsorte produziert wird. Die Entnahme erfolgt entweder im Betonwerk oder vor Ort auf der Baustelle. Die Betonprobe soll der mittleren Qualität der zu prüfenden Lieferung entsprechen. 15 5.3 Festbetonprüfungen Es werden folgende Prüfungen am festen Beton durchgeführt: – Rohdichte (lufttrocken, ofentrocken) – Druckfestigkeit an Würfel, Prisma oder Zylinder Zusätzlich können grössere und spezialisierte Labors folgende Prüfungen vornehmen: – Porosität und Wasserleitfähigkeit nach SIA 262/1, Anhang A – Chloridwiderstand nach SIA 262/1, Anhang B – Frost-Tausalz-Widerstand nach SIA 262/1, Anhang C – Wassereindringtiefe unter Druck nach SN EN 12390-8 – Elastizitätsmodul nach SIA 262/1, Anhang G – Biegezug- und Spaltzugfestigkeit nach SN EN 12 390-6 – Schwinden nach SIA 262/1, Anhang F – Weitere Prüfungen (nach objektspezifischen Anforderungen) Die wichtigsten Prüfungen im Betonlabor werden im Folgenden vorgestellt. 16 6. Prüfungen im Betonlabor 6.1 Siebanalyse von Gesteinskörnungen Prinzip Die Gesteinskörnungsprobe wird durch Waschen und anschliessende Trockensiebung in einzelne Kornklassen (Korngrössen) zerlegt. Die Rückstände auf jedem Sieb werden gewogen und in Prozenten der Ausgangsmasse angegeben. Die Korngrössenverteilung kann in Form einer Siebkurve dargestellt werden. Die Siebkurve (Kornverteilungskurve) zeigt die Summe der Durchgänge in Prozenten für jedes Sieb. Geräte und Hilfsmittel – Kalibrierte Waage, Ablesegenauigkeit 1g – Temperaturgeregelter Trockenschrank, Temperaturbereich ≥ 120 ºC – Siebmaschine – Analysensiebe nach ISO 3310, mit Auffangschale – Schaufel, Besen, Hartholz, Kupferbürste Durchführung Die Durchführung dieser Prüfung erfolgt nach Norm SN EN 933-1 (identisch mit SIA 162.311). Sie ersetzt die bisherigen Normen SIA 162/1, Prüfung Nr. 11, und SN 670 810. Die entnommene Probe ist nach Norm SN EN 932-2 einzuengen, bis die für die Prüfung minimale Menge (= Masse der Messprobe) erreicht ist. Die minimale Probemenge für die Siebanalyse beträgt: Maximaler Korndurchmesser (mm) Minimale Probemenge (kg) 4 0,2 8 0,6 16 2,6 32 10 63 40 a) Probemenge bzw. Trockenbleche eindeutig bezeichnen. b) Die Messprobe auf 1 g genau einwiegen, das Resultat als M0 notieren. c) Material in den Trockenschrank legen und bei 100 bis 110 ºC bis zur Massenkonstanz trocknen. Die Probe abkühlen lassen und wägen, das Resultat als M1 notieren. —> Anhand des Massenverlustes M1 – M0 kann bei Bedarf der Feuchtigkeitsgehalt der Probe berechnet werden. d) Anschliessend die Probe auf dem 63-m-Sieb waschen sowie Trocknung und Wägung wiederholen, das Resultat als M2 notieren. e) Siebturm mit den einzelnen Analysensieben und Auffangschale vorbereiten. f) Gewogene Analysenprobe, ohne Materialverluste, auf das oberste Analysensieb geben und fixieren. Die Siebung so lange durchführen, bis sich der Rückstand auf dem obersten Sieb nicht mehr verringert. g) Oberstes Sieb abnehmen und durch Nachsiebung von Hand kontrollieren, sodass nur noch vereinzelte Körner durch das betreffende Sieb fallen. Diese Körner dem folgenden Sieb beifügen. Diesen Schritt für jedes Sieb wiederholen. h) Die Rückstände auf allen Analysensieben und der Inhalt der Auffangschale einzeln wägen und ins Prüfprotokoll eintragen. Den Rückstand in der Auffangschale als P notieren. 17 i) Die Rückstände aufbewahren, sie dürfen erst nach Kontrolle der Siebung (Siebverlust und Siebbelastung) beseitigt werden. j) Besondere Vorkommnisse oder Feststellungen auf dem Prüfprotokoll festhalten. k) Geräte und Hilfsmittel reinigen. Die Rückstände auf den verwendeten Sieben dürfen nur so gross sein, dass eine vollständige Siebung gewährleistet bleibt. Zur Vermeidung der Überlastung der Siebe muss die nach Abschluss des Siebvorgangs auf dem Sieb verbleibende Fraktion kleiner sein als A · d 200 A = Fläche des Siebes in mm2 d = Maschenweite des Siebes in mm Wird für eine gegebene Siebgrösse die zulässige Masse des Rückstandes überschritten, bestehen folgende Möglichkeiten: – Teilen der Analysenprobe, Sieben aller Teilmassen und Summieren der Ergebnisse – Teilen des Rückstandes, Sieben aller Teilmassen und Summieren der Ergebnisse – Einschalten von Zwischensieben – Reduzieren des gesamten Durchganges, der das letzte noch nicht überlastete Analysensieb passiert hat, und Sieben dieses reduzierten Durchganges Auswertung und Beurteilung Das Prüfprotokoll ist auszufüllen. Es enthält normalerweise – die einzelnen Messwerte (= Rückstände Ri auf den einzelnen Sieben) sowie – die Summe der Durchgänge der Messprobe in % durch jedes Sieb Der Anteil des Rückstandes wird wie folgt berechnet: Ri · 100 M1 in % Die Summe der Durchgänge wird wie folgt berechnet: 100 – ( Ri · 100) M1 in % Der Durchgang (Gehalt) von Feinanteilen (f) durch das 63-m-Sieb wird wie folgt berechnet: f= M1 M2 P Ri 18 (M1 – M2) + P · 100 M1 = = = = in % Trockenmasse der Probe, in kg Trockenmasse des Rückstandes auf dem 63-m-Sieb, in kg Trockenmasse des Rückstandes in der Auffangschale, in kg Masse des Rückstandes R auf dem Sieb i Der Siebverlust darf 1,0 Masse-% der Einwaage nicht überschreiten. Andernfalls ist die Siebung mit einer andern Analysenprobe zu wiederholen. Aus den Resultaten der Siebanalyse können die Punkte der Durchgangssummenkurve berechnet und auf einem Korngrössenverteilungsdiagramm eingetragen werden: Das Resultat wird grafisch gemäss folgendem Muster dargestellt: Summe der Durchgänge in % 100 0 90 10 80 20 70 30 60 40 50 50 40 60 30 70 20 80 10 90 0 0,063 0,125 Summe der Rückstände in % 100 0,25 0,5 1 2 4 8 16 31,5 63 Sieböffnungen in mm Fehlermöglichkeiten – Beschädigte Siebe – Der Rückstand auf den feinen Sieben (≤ 0,5 mm) wurde nicht lange genug gesiebt – Die Siebe wurden überladen – Die Siebe wurden nicht sorgfältig gesäubert 19 6.2 Probenentnahme von Frischbeton Prinzip Die Frischbetonprobe, welche für die Frischbetonkontrolle und die Herstellung der Prüfkörper entnommen wird, muss für alle durchzuführenden Prüfungen und die notwendigen Probekörper ausreichend sein. Sie muss die Eigenschaften und die Zusammensetzung der gesamten Frischbetonlieferung repräsentieren. Geräte und Hilfsmittel – Dichter, sauberer Behälter oder Schubkarre aus nicht saugendem Material – Schaufel, Handschaufel, Maurerkelle, Jaucheschöpfer – Putzlappen, Schwamm Durchführung Die Probenentnahme erfolgt nach Norm SN EN 12 350-1. Diese Norm ersetzt die bisherigen Hinweise in der Norm SIA 162/1, Abschnitt 2 2. Die Norm kennt die Entnahme von Sammelproben, Stichproben und Einzelproben. Das nachfolgend beschriebene Verfahren gilt für eine Stichprobe. a) Schubkarre oder Behälter mit Wasser anfeuchten. b) Beton einer normal hergestellten Mischercharge oder Ladung entnehmen. Die Probenentnahme kann an verschiedenen Orten erfolgen, z.B.: – Betonmischer – Kipper oder Muldenfahrzeug – Fahrmischer – Krankübel – Pumpleitung c) Probemenge: mindestens das 1,5fache der für die vorgesehenen Prüfungen notwendigen minimalen Probemenge. Generelle Menge für Frischbetonkontrolle: ca. 60 l (Inhalt einer Schubkarre). d) Die Probe bis zur Prüfung vor schädlichen Einflüssen wie Wasserentzug (Feuchtigkeitsverlust), Wassereintritt (Regen), Hitze, Frost etc. schützen. e) Probe möglichst rasch nach der Entnahme prüfen, in der Regel innerhalb einer Stunde. f) Die Prüfung des Frischbetons sowie die Herstellung von Prüfkörpern möglichst in der Nähe der Entnahmestelle durchführen. Falls nicht möglich, Probe in angefeuchteten Behälter geben und dicht verschliessen. g) Probe vor der Prüfung oder der Herstellung von Probekörpern nochmals gut durchmischen. h) Geräte und Hilfsmittel reinigen. 20 Bei den Probenentnahmen müssen folgende Angaben auf dem Prüfprotokoll festgehalten bzw. auf dem entsprechenden Lieferschein oder Produktionsprotokoll aufgeführt sein: – Kennzeichnung der Probe – Entnahmestelle – Datum und Zeitpunkt der Probenentnahme (Betonherstellung, Anlieferung) – Auftraggeber – Lieferwerk – Bezeichnung der Betonsorte – Verfügbare Angaben über Zusammensetzung, Herstellung und Transport (Lieferschein bzw. Produktionsprotokoll) – Baustelle und Bauteil – Vorgesehene Prüfungen – Probenehmer – Besondere Vorkommnisse oder Feststellungen Wichtig Die entnommene Probe soll repräsentativ für die Lieferung sein, d.h. der mittleren Qualität einer Mischung bzw. Lieferung entsprechen. Dies wird wie folgt gewährleistet: – 1 Entnahme aus «der Mitte» oder 2 Entnahmen (Einzelproben) aus «den Drittelspunkten» oder 3 Entnahmen (Einzelproben) aus «den Viertelspunkten» – Keine Probenentnahme vom allerersten oder allerletzten Teil einer Ladung (Vermeidung des Entmischens). – Üblich ist die Entnahme aus einem Fahrmischer, am Ende der Rutsche oder am Ende der Pumpleitung. Die entnommene Menge muss jeweils für alle Prüfungen ausreichen. Der Fahrmischerinhalt ist vor der Probenentnahme aufzumischen (mindestens eine Minute, besser eine Minute pro Kubikmeter). Die Probenentnahme sollte nicht in den ersten 300 Litern Beton erfolgen. – Proben aus einem Kipper oder einer Mulde werden nur in äusserst seltenen Fällen entnommen. Werden aus diesen Betontransportfahrzeugen Proben entnommen, dann ist ein besonderes Vorgehen, auf das wir hier nicht eingehen, erforderlich. Hinweise – Je weicher bzw. flüssiger ein zu prüfender Beton ist, desto heikler ist die Entnahme einer repräsentativen Probemenge. – Die Probenentnahme soll vorzugsweise ab Fahrmischer erfolgen. – Die Häufigkeit der Probenentnahmen ist der Bedeutung der Bauteile anzupassen bzw. so festzulegen, dass die tatsächliche Streuung der Baustoffeigenschaften erfasst wird. Das bedeutet, dass Proben zufällig und möglichst gleichmässig über die Betonierzeit verteilt zu entnehmen sind. Fehlermöglichkeiten – Zu kleine Probemenge – Probe dem ersten oder dem letzten Teil der Lieferung entnommen – Probe zu wenig vor schädlichen Einflüssen geschützt – Beton, der zum Entmischen neigt (ungenügende Durchmischung der Probe) 21 6.3 Temperaturmessung von Beton und Luft Prüfbeschrieb Bestimmung der Temperatur des Frischbetons und der Luft mittels Thermometer auf 1 °C genau. Geräte und Hilfsmittel – Kalibriertes Temperaturmessgerät (Thermometer, Thermofühler oder Infrarotmessgerät) – Putzlappen Durchführung (Verwendung eines konventionellen Thermometers) a) Sauberes Thermometer ohne Beschädigungen. b) Zur Messung von Luft- oder Raumtemperatur muss der trockene Fühler frei liegen und darf nicht der direkten Sonnenstrahlung ausgesetzt sein! c) Zur Messung der Frischbetontemperatur den Fühler möglichst tief in den Beton stecken, nach Erreichen der Temperaturkonstanz das Messergebnis ablesen, anschliessend den Fühler des Thermometers reinigen. d) Die ermittelten Messergebnisse und besondere Vorkommnisse oder Feststellungen auf dem Rapport- resp. Berichtsformular eintragen. Alternativ zu einem konventionellen Thermometer (Bimetallthermometer) werden heute vermehrt auch Thermofühler mit digitalem Anzeigegerät oder berührungslose Thermosonden (Infrarotmessgerät auf Laserbasis) verwendet. Fehlermöglichkeiten – Fühler liegt bei Luft- oder Raumtemperaturmessung nicht frei oder ist nass. – Fühler wird zur Ablesung aus dem Frischbeton gezogen. – Temperaturkonstanz ist nicht erreicht. 22 6.4 Konsistenz Die Betonnorm SN EN 206-1 lässt in der Schweiz die Wahl zwischen den folgenden drei Prüfverfahren für die Konsistenzmessung: Ausbreitmass, Verdichtungsmass (Walz) und Setzmass (Slump). Wir beschreiben die beiden in der Deutschschweiz gebräuchlichsten Verfahren. 6.4.1 Ausbreitmass (AM) Prinzip Das Ausbreitmass erlaubt die Ermittlung der Konsistenz von plastischem bis flüssigem Frischbeton. Beim Ausbreitversuch wird eine in vorgeschriebener Art und Weise eingefüllte und verdichtete, kegelstumpfförmige Betonmenge durch Formveränderungsarbeit zu einem Kuchen verformt. Der plastische bis flüssige Beton breitet sich dabei kreisförmig aus. Der mittlere Durchmesser des Kuchens in Millimetern gilt als Mass für die Konsistenz (Verarbeitbarkeit, Verformbarkeit, Beweglichkeit, Verdichtungswilligkeit). Geräte und Hilfsmittel – Ausbreittisch mit einer Grundfläche von 700 700 mm, Tischplatte einseitig drehbar gelagert, mindestens 16 kg Masse, Hubhöhe durch Anschlag auf 40 mm beschränkt – Kegelstumpf aus Blech mit einer Höhe von 200 mm, offener Durchmesser unten 200 mm, oben 130 mm – Quadratischer Stampfer aus Holz mit einer Grundfläche von 40 40 mm – Maurerkelle, Metermass, Keile und Wasserwaage – Putzlappen oder Schwamm Durchführung Die Durchführung erfolgt gemäss Norm SN EN 12 350-5. Sie entspricht im Wesentlichen der bisher verwendeten, jedoch nach dem 1.7.2004 nicht mehr gültigen Prüfung Nr. 20 nach SIA 162/1. a) Kontrollieren, ob Geräte und Hilfsmittel sauber sind und keine Beschädigungen aufweisen. b) Ausbreittisch auf eine feste, waagrechte (Wasserwaage) Unterlage stellen und mit Wasser feucht abwischen. c) In die Mitte der Tischplatte die Blechform stellen und fixieren. d) Die Form mit Frischbeton in zwei ungefähr gleich hohen Lagen mit einer Kelle füllen. e) Pro Lage mit dem Holzstampfer mit 10 Stössen verdichten. 23 f) Oberfläche des Betons (ohne Verdichtung) abziehen und Tischfläche rund um die Blechform reinigen. g) Vorsichtig die Blechform senkrecht hochziehen. h) Innert 15 Sekunden die Tischplatte 15 Mal langsam bis zum Anschlag anheben und ruckartig fallen lassen. i) Den Durchmesser zweimal senkrecht zueinander stehend messen (d1 und d2) und daraus den Mittelwert (d) berechnen. j) Kuchen während des Versuches auf Zusammenhalt, Wasserabsonderung usw. beurteilen. k) Das ermittelte Messergebnis und besondere Vorkommnisse oder Feststellungen auf dem Prüfprotokoll eintragen. l) Geräte und Hilfsmittel reinigen. ⭋ 130 200 mm ⭋ 200 700/700 AM 40 Masse in mm Auswertung und Beurteilung Das Ausbreitmass (AM) wird nach der Formel AM = d = (d1 + d2) / 2 berechnet und ist auf 10 mm gerundet anzugeben. Der Beton ist auf Grund des Messresultates in eine Konsistenzklasse nach SN EN 206-1 einzuteilen. Damit keine Verwechslungsgefahr und keine Missverständnisse mehr auftreten, nennt die Norm die gebräuchlichen Betonkonsistenzbezeichnungen «steif», «plastisch», «weich», «flüssig» nicht mehr. Mit dem Verfahren kann steifer Beton nicht gemessen werden. Es ist nur geeignet für plastische bis flüssige Betonkonsistenzen. 24 Ausbreitmassklassen Klasse Ausbreitmass in mm F1 ≤ 340 F2 350 bis 410 F3 420 bis 480 F4 490 bis 550 F5 560 bis 620 1 1 F6 ≥ 630 1 Verfahren für diese Betonkonsistenz nicht empfohlen Für den Konformitätsnachweis des Betons dürfen ca. 20 % der Messwerte ausserhalb der Klassengrenze liegen (Tabelle 19b der SN EN 206-1). Die Grenzabweichungen von ± 15 mm (unten) und ± 30 mm (oben) dürfen nicht überschritten werden. Hinweis – Entsteht kein kompakter Kegel oder ist der Frischbeton zu steif und der Kegel zerfällt, statt sich zu verformen, muss die Prüfung wiederholt oder das Verdichtungsmass (VM) bestimmt werden. Fehlermöglichkeiten – Die Tischplatte wird zu hart an den Anschlag gehoben oder schlägt auf der gegenüberliegenden Seite nach. – Der Arbeitstisch steht nicht auf ebener, waagrechter und solider Unterlage. – Tischplatte und Form sind nicht oder zu stark angefeuchtet. – Die Hubhöhenbegrenzung stimmt nicht oder ein Fremdkörper befindet sich zwischen Platte und Anschlag. – Die Tischplatte wird nicht frei fallen gelassen. 25 6.4.2 Verdichtungsmass (VM) Prinzip Das Verdichtungsmass nach Walz erlaubt die Ermittlung der Konsistenz von steifem (erdfeuchtem) bis weichem Frischbeton. Beton wird in vorgeschriebener Art und Weise lose in einen normierten Behälter eingefüllt, abgezogen und anschliessend mittels Vibrator möglichst vollständig verdichtet. Die Einfüllhöhe (Behälterhöhe) dividiert durch die Höhe des verdichteten Betons wird als Verdichtungsmass bezeichnet. Geräte und Hilfsmittel – Stabiler, prismatischer Behälter mit quadratischer, im Zentrum gelochter Grundfläche von 200 200 mm und einer Höhe von 400 mm – Kunststofffolie – Maurerkelle, trapezförmig, ca. 160 110 mm (hinten) bzw. 90 mm (vorne) – Innenvibrator (⭋ 25 mm) oder Rütteltisch – Massstab oder Messstreifen (Direktmessung) – Putzlappen oder Schwamm Durchführung Die Durchführung erfolgt gemäss Norm SN EN 12 350-4. Sie entspricht im Wesentlichen der bisher verwendeten, aber nach dem 1.7.2004 nicht mehr gültigen Prüfung Nr. 20 nach SIA 162/1. a) Kontrollieren, ob Geräte und Hilfsmittel sauber sind und keine Beschädigungen aufweisen. b) Innenflächen des stabilen Behälters mit Wasser benetzen. c) Kunststofffolie einlegen und den Behälter erschütterungsfrei aufstellen. d) Mit einer Maurerkelle den Frischbeton über eine Längsseite der Kelle abwechslungsweise über die vier Kanten des Behälters einfüllen, bis dieser mit einem kleinen Überstand gefüllt ist. e) Dem vollen Behälter die Oberfläche sorgfältig abziehen, ohne den Beton zu verdichten. f) Mit dem Vibrator den Inhalt des Behälters verdichten. 26 200/200 mm 400 mm s g) Das Abstichmass (s1 bis s4) jeweils in der Mitte der Seitenflächen vom Behälterrand bis zur Betonoberfläche auf volle Millimeter messen, anschliessend den Mittelwert s berechnen oder analoge Direktmessung mit Messstreifen ablesen. h) Das ermittelte Messergebnis und besondere Vorkommnisse oder Feststellungen auf dem Prüfprotokoll eintragen. i) Geräte und Hilfsmittel reinigen. Auswertung und Beurteilung h1 Das Verdichtungsmass c wird nach der Formel c = h1 – s malstellen gerundet angegeben. berechnet und auf 2 Dezi- Der Beton ist auf Grund des Messresultates in eine Konsistenzklasse nach SN EN 206-1 einzuteilen. Verdichtungsmassklassen Klasse Verdichtungsmass C01 ≥ 1,46 C1 1,45 bis 1,26 C2 1,25 bis 1,11 C3 1,10 bis 1,04 1 Verfahren für diese Betonkonsistenz nicht empfohlen Für den Konformitätsnachweis des Betons dürfen ca. 20 % der Messwerte ausserhalb der Klassengrenze liegen (Tabelle 19b der SN EN 206-1). Die Grenzabweichungen von –0,05 bzw. +0,03 dürfen nicht überschritten werden. Fehlermöglichkeiten – Beim Verdichten ist Beton herausgespritzt. – Durch den Boden des Behälters ist beim Verdichten Beton herausgelaufen. – Die Maurerkelle wurde überhäuft. – Der Frischbeton wurde unkorrekt in den Behälter eingefüllt (Fallhöhe!). – Die Unterlage, auf welcher der Behälter steht, ist nicht eben (wackelt!). – Durch Anstossen an den Behälter wurde der zu messende Beton unerwünscht vorverdichtet. 27 6.5 Rohdichte (Frischbeton) Prinzip Die Bestimmung der Rohdichte von Frischbeton erlaubt einen Rückschluss auf die sachgerechte Zusammensetzung des Frischbetons. Bei dem Verfahren wird in einem biegesteifen, wasserdichten Behälter mit bekanntem Volumen Frischbeton verdichtet und gewogen. Geräte und Hilfsmittel – Kalibrierter Luftporentopf (8 l Inhalt) – Aufsatz – Innenrüttler (max. ⭋ 25 mm) oder Rütteltisch – Kalibrierte Waage – Stahllineal – Probenentnahmeschaufel, Maurerkelle – Putzlappen oder Schwamm Durchführung Die Durchführung erfolgt gemäss Norm SN EN 12 350-6. a) Kontrollieren, ob die Geräte und Hilfsmittel sauber sind und keine Beschädigungen aufweisen. b) Behälter kalibrieren (Volumen bestimmen), falls noch nicht durchgeführt. c) Leermasse des Behälters bestimmen (m1). d) Innenflächen des stabilen Behälters mit Wasser benetzen. e) Beton einfüllen und verdichten. Dies sollte in mindestens 2 Lagen geschehen. Die Verdichtung des Betons darf nicht zu Entmischungen oder Ausbluten führen. f) Nach dem Verdichten der obersten Schicht die Oberfläche glätten und mit dem Stahllineal bündig abstreichen. Oberfläche abglätten und Behälterrand inkl. Aussenseiten des Behälters sauber wischen. g) Den Behälter mit Inhalt wägen (m2) und die Frischbetonrohdichte D nach der Formel D = (m2 – m1) / V, in kg/m3, gerundet auf 10 kg/m3, berechnen. V = Volumen des Behälters in m3. Hinweis – Es ist empfehlenswert, nach der Bestimmung der Frischbetonrohdichte an der gleichen Probe sofort die Luftporengehaltsbestimmung durchzuführen. Fehlermöglichkeiten – Der Beton wird nicht genügend verdichtet. – Der Beton entmischt durch zu starkes Verdichten. – Bei Luftporenbeton kann Luft ausgetrieben werden durch starkes Verdichten. – Das Volumen des Behälters stimmt nicht, weil die Kalibrierung falsch oder gar nicht durchgeführt wurde. 28 6.6 Luftporengehalt Prinzip Mit der Bestimmung des Luftporengehaltes (LP) von Frischbeton kann die Frostbeständigkeit des Festbetons bestimmt werden. Der Luftporengehalt wird als Anteil Luftporen im Zementstein am Gesamtvolumen des fertig verdichteten Betons definiert. Der Luftporengehalt gibt einen Hinweis auf den Verdichtungsgrad. Bei der Prüfung des Luftporengehaltes von Frischbeton mittels Druckausgleichsverfahren wird zwischen einem mit Beton und einem mit Druckluft gefüllten Behälter ein Druckausgleich hergestellt. Der dabei durch die Luftporen des Betons bedingte Druckabfall wird auf einem kalibrierten Manometer als prozentualer Luftporengehalt der Probe abgelesen. Das Verfahren ist nur geeignet für Beton mit dichten Gesteinskörnungen. Geräte und Hilfsmittel – Kalibrierter Luftporentopf (8 l Inhalt) – Aufsatz – Innenvibrator (⭋ 25 mm) – Maurerkelle, Wasserspritzflasche, Putzlappen oder Schwamm Durchführung Die Prüfmethode zur Bestimmung des Luftporengehalts ist in der Norm SN EN 12 350-7 beschrieben. Wird der Messwert für die Abschätzung der Gesamtporosität und der Frostbeständigkeit gebraucht, so sind die Angaben der nach dem 1.7.2004 nicht mehr gültigen Prüfung Nr. 21 nach SIA 162/1 zu verwenden. a) Kontrollieren, ob die Geräte und Hilfsmittel sauber sind und keine Beschädigungen aufweisen. b) Die Luftporengehaltsbestimmung muss nach der Bestimmung der Rohdichte mit demselben Beton durchgeführt werden. c) Den Rand des Luftporentopfes säubern. d) Den Messtopfdeckel aufsetzen und luftdicht schliessen. e) Mit der Wasserspritzflasche im Deckel Wasser in den Hohlraum zwischen der Druckkammer und dem Beton füllen, bis dieses blasenfrei austritt. Hähne schliessen. (Beim Entfernen der Spritzflasche darauf achten, dass nicht Wasser herausgesogen wird!) f) Mit der Luftpumpe in der Druckkammer ca. 1 cm über die rote Eichmarkierung hinaus einen Überdruck erzeugen. g) Luft mit dem Feinregulierungsventil bis zur roten Eichmarkierung ablassen. 29 h) Das Testventil ca. 20 Sekunden herunterdrücken, damit die Druckluft von der Druckkammer in den Topf strömen kann, leicht mit den Fingern an das Manometer klopfen. i) Der prozentuale Luftporengehalt kann direkt vom Manometer abgelesen werden (siehe Hinweis!). j) Die ermittelten Messergebnisse und besondere Vorkommnisse oder Feststellungen im Prüfprotokoll eintragen. k) Geräte und Hilfsmittel reinigen. Auswertung und Beurteilung Der Mindestluftgehalt für Betone der Expositionsklassen XF2, XF3 und XF4 muss nach SN EN 206-1, nationaler Anhang Tab. NA.4 bei einem Grösstkorn des Betons von 32 mm zwischen 3,0 und 5,0 Vol.-% betragen. Der obere Grenzwert für den Luftgehalt liegt beim Mindestluftgehalt plus 4 Vol.-%. Die tolerierten Grenzabweichungen betragen –0,5 % und +1,0 %. Der Luftporengehalt beeinflusst die Druckfestigkeit und die Frostbeständigkeit des Festbetons. Die Druckfestigkeit ändert sich nach folgender Faustregel: LP0 = + 1 Vol.-% —> fc = ca. – 1 – 2 N/mm2 Gemäss folgender empirischer Beziehung ergibt sich aus w0 und LP0 die Gesamtporosität des erhärteten Betons: n = (w0 – 0,25 · · z) 100 + LP0 w n = Gesamtporosität in Vol.-% w0 = Wassergehalt des Frischbetons in kg/m3 = Hydratationsgrad ≈ 0,6 im Alter von 28 Tagen Hydratationsgrad ≈ 0,8 im Alter von 1 Jahr z = Zementgehalt des Frischbetons in kg/m3 LP0 = Luftporengehalt des Frischbetons in Vol.-% w = Dichte des Wassers = 1000 kg/m3 30 Ebenso ist die Frostbeständigkeit abhängig vom Luftporengehalt. Folgende Beziehung dient als Mass dazu: FS = n – UE LP0 = n – Ukr LPkr FS = LP0 = LPkr = n = UE = Ukr = Frostbeständigkeit Luftporengehalt des Frischbetons: n – UE freier Porengehalt bei kritischem Wassergehalt: n – Ukr Gesamtporosität maximal erreichbarer Wassergehalt kritischer Wassergehalt Erfahrungsbeziehung: Ukr = 0,94 · n – 0,37 · LP0 + 0,3 in Vol.-% (Ukr kann in einem Versuch auch direkt bestimmt werden) Hohe Frostbeständigkeit —> FS ≥ 1,5 Tiefe Frostbeständigkeit —> FS ≤ 1,0 Hinweise – Es ist empfehlenswert, die Luftporengehaltsbestimmung nach der Bestimmung der Rohdichte durchzuführen. – Nach SN EN 12 350-7 muss der abgelesene (= scheinbare) Luftgehalt der Betonprobe um den Korrekturfaktor der Gesteinskörnung des Betons reduziert werden. Die Bestimmung dieses Korrekturfaktors wird in der Norm beschrieben. – Ebenso beschreibt die Norm SN EN 12 350-7 das Vorgehen bei der Kalibrierung des Luftporentopfes. Fehlermöglichkeiten – Der Luftporentopf wurde nicht periodisch kalibriert. – Der Hohlraum zwischen der Druckkammer und dem Beton wurde nicht vollständig mit Wasser gefüllt. – Der Beton wurde zu stark oder zu schwach verdichtet. – Die Dichtung des Luftporentopfes oder das Manometer ist defekt. – Durch die Wirkung eines anderen Zusatzmittels kann sich der Gehalt an künstlich eingeführten Luftporen verändern. 31 6.7 Wassergehalt und Wasserzementwert Prinzip Der Wassergehalt (w0) gibt einen Anhaltspunkt für die Gleichmässigkeit der Zusammensetzung des Betons. Der Wassergehalt bzw. der Wasserzementwert (w/z) beeinflusst die Betonqualität und -dauerhaftigkeit massgeblich. An einer Frischbetonprobe wird durch scharfes und rasches Trocknen der Massenverlust bestimmt. Aus dem Massenverlust wird der Wassergehalt berechnet. Die Zeit zwischen Betonherstellung und Prüfbeginn sollte 1 Stunde nicht überschreiten. Mit dem bestimmten Zementgehalt oder dem aus dem Lieferschein entnommenen Zementgehalt kann der Wasserzementwert errechnet werden. Geräte und Hilfsmittel – Darrpfanne, Gasbrenner – Kelle und Arbeitshandschuhe – Kalibrierte Waage, Wägebereich mind. 15 kg, Ablesegenauigkeit 1 g – Handbesen, Putzlappen oder Schwamm Durchführung Auf europäischer Ebene existiert keine Prüfnorm zur Bestimmung des Wassergehalts in Frischbeton. Deshalb wurde das in der Schweiz übliche Darrverfahren in der Norm SIA 262/1, Anhang H beschrieben. a) Kontrollieren, ob die Geräte und Hilfsmittel sauber sind und keine Beschädigungen aufweisen. b) Die Probe, üblicherweise rund 10 kg Frischbeton, auf 1 g genau in die ausgewogene (Tarabestimmung) bzw. tarierte Darrpfanne einwiegen (m0). c) Anschliessend die Probe rasch und scharf unter periodischem Rühren so lange trocknen, bis sie staubtrocken erscheint. Probe alle 5 Min. wägen und weitertrocknen, bis Massedifferenz zwischen zwei Wägungen kleiner als 5 g ist. d) Klumpen und Krusten mit der Kelle zerschlagen bzw. abkratzen. Die Trocknung sollte üblicherweise nach ca. 20 Minuten abgeschlossen sein (siehe Hinweis). e) Parallel zur Darrung an einer zweiten Frischbetonprobe (gleiche Betonprobe) die Frischbetonrohdichte gemäss Abschnitt 6.5 bestimmen. f) Nach kurzem Abkühlen die noch warme Probe wägen (m1). g) Die ermittelten Messergebnisse und besondere Vorkommnisse oder Feststellungen auf Prüfprotokoll eintragen. h) Geräte und Hilfsmittel reinigen. 32 Auswertung und Beurteilung Berechnung des Wassergehalts (w0) der Frischbetonprobe: w0 = (m0 – m1) x 0 / m0 in kg/m3 0 = Rohdichte des verdichteten Betons Berechnung des Wasserzementwertes (w/z): auf 0,01 genau w/z = (w0 – wG)/z wG z = Wasseraufnahme der Gesteinskörnung im Beton = Zementgehalt Der Wassergehalt bzw. der Wasserzementwert beeinflusst die Betonfestigkeit in folgender Grössenordnung: w0 = ± 10 kg/m3 w/z = ± 0,1 —> —> fc = ca. ± 2 – 4 N/mm2 fc = ca. ± 10 N/mm2 Hinweise – Die getrocknete Probe kann zur Bestimmung der Korngrössenverteilung weiterverwendet werden, sofern keine Zementsteinknollen vorhanden sind. Die Probe ist bis zur Weiterverwendung so zu verpacken, dass keine Wasseraufnahme möglich ist. – Die Genauigkeit der Prüfung ist nicht sehr gut und beträgt ca. ± 5 %, d.h., bei einem effektiven Wassergehalt von 160 kg/m3 wird das Messresultat zwischen 152 und 168 kg/m3 liegen. – Die Bestimmung des Wassergehalts bzw. Wasserzementwertes mittels Darrprobe nach obigem Verfahren ist von der Norm SN EN 206-1 nicht für den Konformitätsnachweis vorgesehen und zugelassen (weil wahrscheinlich zu ungenau). Die Produktionsprotokolle der Betonhersteller sind hierfür zu verwenden. – Die Zementmenge kann nicht gemessen werden. Der Wert ist vom Betonhersteller anzugeben (Produktionsrapport). – Die Anrechenbarkeit von Zusatzstoffen wie Flugasche, Silikastaub usw. wird in der Norm SN EN 206-1 bzw. im nationalen Anhang dazu geregelt. Fehlermöglichkeiten – Frischbetonprobe zu langsam getrocknet – Frischbetonprobe ungenügend getrocknet – Materialverlust beim Rühren oder Zerschlagen von Klumpen oder Abkratzen von Krusten 33 6.8 Herstellung und Lagerung von Probekörpern Prinzip Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung von Prüfkörpern für Festbetonprüfungen. Geräte und Hilfsmittel – Schalungen, meist in Würfelform mit Kantenlängen von 150 mm – Schalungsöl – Maurerkelle – Innenrüttler mit ⭋ 25 mm oder Rütteltisch – Schalungseinlagen (Kunststoff oder Papier) – Plastikfolie – Putzlappen oder Schwamm – Wasserfester Filzschreiber Durchführung Die Durchführung erfolgt gemäss Norm SN EN 12 390-2. Sie ersetzt die bisherigen Festlegungen in der Norm SIA 162/1, Abschnitt 2.3. a) Kontrollieren, ob die Geräte und Hilfsmittel sauber sind und keine Beschädigungen, die die Prüfkörper beeinträchtigen können, aufweisen. b) Innenfläche der Schalung mit Schalungsöl leicht einölen. c) Beschriftete Schalungseinlage (eindeutige Bezeichnung und das Herstellungsdatum) mit der Schrift nach unten in die Schalung legen. d) Die Probenentnahme des Frischbetons erfolgt gemäss Abschnitt 6.2. Den Beton in mind. 2 Schichten in die Form einfüllen und verdichten, wobei keine der Schichten dicker als 100 mm sein sollte. e) Das Füllen der Formen kann durch Verwendung eines Aufsatzrahmens erleichtert werden. Wenn ein Aufsatzrahmen verwendet wird, muss die zum Füllen der Form vorgesehene Betonmenge so bemessen sein, das nach dem Verdichten eine Betonschicht mit einer Dicke von 10 bis 20 % der Höhe des Probekörpers im Aufsatzrahmen verbleibt. f) Die Verdichtung mit dem Innenvibrator erfolgt immer senkrecht. Während des Vibrierens darf die Vibratornadel die Schalung nicht berühren. g) So lange verdichten, bis keine grösseren Luftblasen mehr aufsteigen, jedoch auch keine Entmischung mehr auftritt. h) Vibratornadel langsam und vorsichtig aus der Schalung herausziehen. Dabei muss sich der entstehende Hohlraum wieder schliessen. i) Nach dem Verdichten der obersten Schicht den überstehenden Beton entfernen, die Oberfläche mit dem Stahllineal abziehen, glätten und bündig mit dem Rand des Behälters abstreichen. Rand und Aussenseiten der Schalung sauberwischen. j) Oberfläche mit Plastikfolie abdecken (Feuchtigkeitsverlust verhindern). k) Geräte und Hilfsmittel reinigen. 34 Ausschalen und Lagerung Die Probekörper müssen bei einer Temperatur von 20 ± 5 °C mindestens 16 Stunden, jedoch nicht länger als 3 Tage in der Form verbleiben, wobei sie vor Stössen, Rütteln und Austrocknen zu schützen sind. Nach dem Ausschalen sind die Probekörper bis zum Prüfbeginn im Wasser bei einer Temperatur von 20 ± 2 °C oder in einem Klimaraum bei 20 ± 2 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit ≥ 95 % zu lagern. Im Prüfbericht sind folgende Daten zu notieren: – Eindeutige Kennzeichnung des Probekörpers – Datum der Prüfkörperherstellung – Luft- und Betontemperatur bei der Herstellung – Lagerbedingungen vor und nach dem Ausschalen – Protokoll der Frischbetonentnahme – Zeitpunkt des Ausschalens – Art der vorzunehmenden Prüfung – Besondere Vorkommnisse oder Feststellungen Hinweise – Weichen die Bedingungen für die Herstellung und Lagerung von Prüfkörpern ab bzw. sind in den einzelnen Prüfnormen andere Bedingungen gefordert, sind die entsprechenden Abweichungen auf den Prüfzeugnissen, -berichten oder -rapporten zu vermerken. – Die verwendeten Schalungen müssen den Anforderungen der Norm SN EN 12 390-1 entsprechen. Sind Prüfkörper für die Druckfestigkeitsprüfung zu ungenau in den Dimensionen, die Seiten nicht planparallel und eben, so müssen sie vor der Prüfung geschliffen werden. – Werden Prüfkörper nach dem Ausschalen transportiert, so muss ein Feuchtigkeitsverlust und eine Abweichung von der geforderten Lagerungstemperatur vermieden werden. Fehlermöglichkeiten – Zu wenig, zu lange oder ungleichmässig verdichtet – Schalung nicht vollständig gefüllt – Undichte Schalung – Nicht korrekte Lagerung 35 6.9 Druckfestigkeit und Rohdichte (Festbeton) Prinzip Nach SN EN 206-1 kann die Druckfestigkeit am Würfel oder am Zylinder bestimmt werden. In der Schweiz ist die Bestimmung der Druckfestigkeit am Würfel mit 15 cm Kantenlänge üblich. Mit der Prüfung der Würfeldruckfestigkeit wird an separat hergestellten, unter normgemässen Bedingungen gelagerten Prüfkörpern nachgewiesen, dass die vom Ingenieur vorgeschriebene Festigkeit des Betons erreicht wird. Als einheitliche Vergleichsbasis ist die Festigkeit im Alter von 28 Tagen festgelegt. Mittels Druckprüfmaschine wird der würfelförmige Probekörper bis zum Bruch auf Druck belastet. Die ermittelte Höchstlast wird durch die Würfeldruckfläche geteilt und das Ergebnis in N/mm2 angegeben. Die Rohdichte des Festbetons in kg/m3 erhält man durch Division der Masse des Prüfkörpers durch das Volumen. Geräte und Hilfsmittel – Kalibrierte Druckprüfmaschine (3000-kN-Bereich) – Bedienungsanleitung Druckprüfmaschine – Kalibrierte Waage, Wägebereich 30 kg, Ablesegenauigkeit 10 g – Handbesen, Putzlappen Durchführung a) Druckprüfmaschine mit dem Hauptschalter und dem Schlüssel einschalten. b) Abmessungen (Kantenlängen) des Prüfkörpers bestimmen. c) Masse des Prüfkörpers auf der Waage bestimmen. d) Den Prüfkörper in die Druckprüfmaschine einlegen und mit Hilfe der Markierung zentrieren. e) Prüfvorgang starten bzw. den Prüfkörper belasten. Die Belastungsgeschwindigkeit muss 0,6 N/mm2/s betragen. Bei Erreichen der Höchstlast wird die Prüfmaschine den Prüfkörper automatisch entlasten und den Wert der Höchstlast aufzeichnen. Bei automatischen Systemen werden die Resultate vom PC direkt übernommen, die Daten ausgewertet und ein Prüfzeugnis ausgedruckt. f) Zerstörten Prüfkörper entfernen und mit Handbesen die Druckflächen reinigen. 36 Auswertung und Beurteilung Bestimmung der Rohdichte des Prüfkörpers: R = R mb a b h mb · 106 a·b·h = Festbetonrohdichte des Würfels in kg/m3 = Masse (Gewicht) des Würfels in g = Länge in mm = Breite in mm = Höhe in mm Bestimmung der Druckfestigkeit des Prüfkörpers: fcw = fcw F a b F · 1000 a·b = Würfeldruckfestigkeit in N/mm2 = Höchstlast in kN = Länge des Würfels bzw. der zusätzlichen Druckplatten in mm = Breite des Würfels bzw. der zusätzlichen Druckplatten in mm Hinweise – Prüfkörper für die Druckfestigkeitsbestimmung müssen hinsichtlich Abmessungen und Toleranzen gewissen Bedingungen entsprechen, festgelegt in der Norm SN EN 12 390-4. Die zu prüfenden Flächen müssen planparallel und eben sein. Erfüllen die Prüfkörper diese Anforderungen nicht, so müssen sie vor der Druckfestigkeitsprüfung geschliffen oder mit einem Mörtel abgeglichen werden. – Probekörper müssen immer senkrecht zur Einfüllrichtung des Frischbetons auf Druck beansprucht werden. – Es gibt Druckprüfmaschinen, die eine automatische Erfassung der Abmessungen und der Massen der Prüfkörper ermöglichen. – Steht für die Bestimmung der Rohdichte eines Festbetons kein Prüfkörper mit einfach zu messenden Dimensionen (z.B. Würfel oder Zylinder) zur Verfügung, so ist die Rohdichte mittels Wägung unter Wasser und an der Luft zu ermitteln. Als Prüfnorm dient die SN EN 12 390-7. Die Norm unterscheidet dabei zwischen Probekörpern «wie angeliefert», «wassergesättigt» und «ofentrocken». Jeder Zustand ergibt ein anderes Resultat für die Rohdichte. Der Zustand des gemessenen Betons ist deshalb im Prüfbericht zu erwähnen. – Besteht eine Anforderung an die Rohdichte des Betons, so ist sie gemäss SN EN 206-1, Abschnitt 5.5.2 an ofentrockenen Prüfkörpern nach SN EN 12 390-7 zu bestimmen. Fehlermöglichkeiten – Prüfkörperabmessungen stimmen nicht. – Prüfkörper sind ungenau/uneben (Parallelität/Ebenheit der Seitenflächen). – Prüfkörper liegt nicht zentriert auf den Druckplatten. – Belastungsgeschwindigkeit ist falsch. – Ungeeigneter Messbereich (Höchstlast beträgt weniger als ein Zehntel des Messbereiches). 37 38 Bindemittelsilos Recyclingwassertank (Restbetonrecycling) 2-Wellen-Zwangsmischer Bindemittelwaage Aussenaufgabe Wasserwaage/Zähler Zuschlagstoffwaage Zusatzmittelwaage Zuschlagstoffsilos Zusatzmittel Zuschlagstoffsilos Materialfluss: Betonzentrale 39 Brecher Brechereivorsilos Elevator Dosieranlage Komponentensilos (Sand, Splitt und Schotter) Siebmaschinen Förderbänder Entstaubung Materialfluss: Kieswerk, Brechseite 40 Schlammdeponie Aufgabestation Förderbänder Produktesilos (Sand und Kies) Sandaufbereitung Trommelwaschmaschine Siebmaschinen Materialfluss: Aufgabestelle und Kieswerk, Rundseite Quellen Kontaktadressen cemsuisse, Verband der Schweizerischen Cementindustrie Marktgasse 53, 3011 Bern Telefon 031 327 97 97, Fax 031 327 97 70 www.cemsuisse.ch, [email protected] FSKB, Fachverband der Schweizerischen Kies- und Betonindustrie Bubenbergplatz 9, 3011 Bern Telefon 031 326 26 26, Fax 031 326 26 27 www.fskb.ch, [email protected] Sachdienliche Informationsquellen Holcim (Schweiz) AG: www.holcim.ch Jura-Cement-Fabriken: www.juracement.ch Vigier Cement AG: www.vigier.ch TFB, Technische Forschung und Beratung für Zement und Beton: www.tfb.ch Holcim (Schweiz) AG: Betonpraxis – Der Weg zum dauerhaften Beton, Zürich, 2003 Iken, Lackner, Zimmer, Wöhnl: Handbuch der Betonprüfung (Verlag Bau+Technik, Düsseldorf, 2003) Impressum Herausgeber cemsuisse, Verband der Schweizerischen Cementindustrie, Bern FSKB, Fachverband der Schweizerischen Kies- und Betonindustrie, Bern Text Hans-Peter Burkhardt, Fr. Blaser AG, Hasle-Rüegsau Fachkommission Technik, FSKB Gestaltung Studio Longatti, Biel Fotos Holcim (Schweiz) AG / jura cement / cemsuisse Druck Vetsch+Co AG, Köniz Ausgabe Januar 2004 41 Notizen 42