- Betonzusatzmittel
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Betonzusatzmittel sind in Wasser gelöste oder aufgeschlämmte Stoffe, die dem Beton beigemischt werden, um durch physikalische und/oder chemische Wirkungen die Eigenschaften des Frisch- oder Festbetons, wie z. B. Verarbeitbarkeit, Abbindverhalten, Erhärten oder Dauerhaftigkeit, zu verändern. Die Zugabe der Stoffe erfolgt entweder direkt bei der Herstellung im Betonwerk oder erfolgt nach der Anlieferung auf der Baustelle. Im Fall der Baustellenzugabe wird der Beton vor dem zugeben der Stoffe als Ausgangsbeton bezeichnet. Da Betonzusatzmittel nur in geringer Menge beigefügt werden, brauchen sie im Gegensatz zu Betonzusatzstoffen bei der Erstellung der Rezeptur des Betons nicht als Volumenbestandteile berücksichtigt zu werden.
Inhaltsverzeichnis
Allgemein
Betonzusatzmittel sind in der europäischen Normenreihe EN 934 (Zusatzmittel für Beton, Mörtel und Einpressmörtel), die in allen CEN-Mitgliedsländern verbindlich gilt, definiert. Der Teil 2 der EN 934 enthält die Definitionen und Anforderungen an Betonzusatzmittel. Dementsprechend ist ein Betonzusatzmittel:
- „ein Stoff, der während des Mischvorgangs des Betons in einer Menge hinzugefügt wird, die einen Massenanteil von 5 % des Zementanteils im Beton nicht übersteigt, um die Eigenschaften der Betonmischung im frischen und/oder erhärteten Zustand zu verändern.“
EN 934-2 enthält Definitionen und Anforderungen für folgende Wirkungsgruppen:
- Betonverflüssiger (Tabelle 2)
- Fließmittel (Tabelle 3.1 und 3.2)
- Stabilisierer (Tabelle 4)
- Luftporenbildner (Tabelle 5)
- Erstarrungsbeschleuniger (Tabelle 6)
- Erhärtungsbeschleuniger (Tabelle 7)
- Verzögerer (Tabelle 8)
- Dichtungsmittel (Tabelle 9)
- Verzögerer/Betonverflüssiger (Tabelle 10)
- Verzögerer/Fließmittel (Tabelle 11.1 und 11.2)
- Erstarrungsbeschleuniger/Betonverflüssiger (Tabelle 12)
Betonzusatzmittel liegen in pulverförmiger oder flüssiger Form vor und werden beispielsweise benutzt bei:- hohen oder tiefen Temperaturen
- komplizierter Geometrie
- langen Betonieretappen
Neben ihren erwünschten Wirkungen können Betonzusatzmittel das System aus Zement, Gesteinskörnung und Wasser auch negativ beeinflussen, was durch eine entsprechende Eignungsprüfung zu ermitteln ist. Sie dürfen mit anderen Betonbestandteilen keine störenden Wechselwirkungen eingehen und den Korrosionsschutz der Bewehrung nicht negativ beeinflussen. Die Verwendung von Beton nach DIN 1045 verlangt eine Zulassung (Prüfzeichen) mit Angaben über die Verwendung.
Dosierung
Betonzusatzmittel werden in der Regel flüssig und in geringen Mengen zugegeben. Die Zugabe, bezogen auf das Zementgewicht, liegt im allgemeinen im Bereich von 0,2–2 %. Der vom Hersteller empfohlene Dosierbereich sollte beachtet werden, wobei die tatsächliche Dosierung durch geeignete Eignungsprüfungen mit den später an der Baustelle verwendeten Stoffen ermittelt werden muss. Bei der Dosierung von mehr als 3 l/m3 (also 0,3 Vol.-%) Beton muss die darin enthaltene Wassermenge bei der Berechnung des w/z-Werts berücksichtigt werden. Unterdosierung verringert meist deutlich den angestrebten Effekt. Überdosierung können dagegen unerwünschte Effekte, wie Abbindeverzögerung, Druckfestigkeitsverluste oder Entmischungen, mit sich bringen. Daher wurden für die Baupraxis Grenzwerte festgelegt. Zusatzmittel verschiedener Wirkungsgruppen sollten nicht miteinander vorgemischt werden, da dies zu unerwünschten Reaktionen führen kann. Auch sollten Zusatzmittel gleicher Wirkungsweise, aber verschiedener Hersteller nicht miteinander kombiniert werden (Ausnahme: mehrere Fließmittel gleichzeitig).
Typen von Betonzusatzmitteln
Betonverflüssiger (BV) und Fließmittel (FM)
Frühere Bezeichnung von Fließmittel: Hochleistungsverflüssiger (HBV)
Betonverflüssiger und Fließmittel, oft auch Plastifikatoren, Superplastifikatoren oder Superverflüssiger genannt, sind die am häufigsten gebrauchten Zusatzmittel, Fließmittel dienen auch zur Herstellung von Beton mit fließfähiger Konsistenz. (Fließbeton/SCC)
Anwendungen
- Pumpbetone
- Beton mit sehr hohen Druckeigenschaften und guter Verarbeitbarkeit
- Selbstverdichtender Beton (SCC)
Vorteile
Betonverflüssiger und Fließmittel verbessern bei gleichem Wasser-Zement Wert die Verarbeitbarkeit des Betons oder vermindern bei gleicher Verarbeitbarkeit den Wasseranspruch und damit den Wasser-Zement Wert, was zu einer Erhöhung der Druckfestigkeit und der Dichtigkeit führt. Eine Kombination der beiden Varianten ist auch möglich.
Nachteile
Das Abbinden des Betons kann sich verzögern.
Technologische Bedeutung
Durch Zugabe von Betonverflüssiger (BV) ändert sich die Konsistenz des Frischbetons. Die Steifheit nimmt ab, und der Beton wird damit leichter verarbeitbar. Zum Erreichen eines bestimmten Konsistenzbereichs ist dadurch eine geringere Wassermenge (w/z-Wert) erforderlich.
Chemische Substanzen
- Ligninsulfonate (auch Lignosulfosäure)
- Melamin-Formaldehyd-Sulfonate
- Naphthalin-Formaldehyd-Sulfonate
- Polycarboxylate
- Hydroxycarbonsäuren und deren Salze
Wirkungsweise
Die Wirkungsweise variiert je nach verwendeter chemischer Substanz. Oberflächenaktive Stoffe setzen die Oberflächenspannung des vorhandenen Wassers herab und bewirken so eine Schmierwirkung. Parallel dazu können die Chemikalien eine Dispergierung/Zerstreuung von Zementagglomerationen veranlassen und eine gleichmäßigere Verteilung feinster Partikel herbeiführen.
Luftporenbildner (LP)
Die Aufgabe der Luftporenbildner ist es, Millionen von kleinen Luftporen mit etwa 0,01 bis 0,3 mm Durchmesser zu bilden. Diese Luftporen bieten dem Wasser, das sich in den Kapillarporen befindet, die Möglichkeit, sich beim Gefrieren in die Luftporen auszudehnen. Damit wird das Abplatzen der Betonoberfläche verhindert. Für den erwünschten Luftgehalt von etwa 13 % im Zementstein, das heißt 3–8 % im Beton (je nach Größtkorn), genügen meist sehr geringe Zusatzmittelmengen. Allerdings hängt die entstehende Luftporenmenge nicht alleine von der Art und der Dosierung ab, sondern auch von einer Vielzahl anderer Faktoren wie Zementart, Gesteinskörnung und Kornzusammensetzung, Konsistenz, Temperatur, Mischintensität und Mischdauer, dem Vorhandensein anderer Zusatzmittel usw. Bei kombiniertem Einsatz von Luftporenbildner mit anderen Wirkstoffgruppen, wie Betonverflüssiger oder Fließmittel muss die Verträglichkeit durch eine Eignungsprüfung nachgewiesen werden.
Anwendungen
- Betonbauteilen , die (Frost) und Frosttaumitteln (Streusalz) ausgesetzt sind (z.B. Kappen von Straßenbrücken, Stützmauern)
Vorteile
Durch die Bildung der Luftporen, wird die Frost- und Frost-Taumittelbeständigkeit des Betons wesentlich erhöht, seine Verarbeitbarkeit verbessert und das Bluten (Wasserverlust beim Betonieren) vermindert. Faustregel: 1 Prozent zusätzlich eingeführte Luftporen ermöglichen eine Wassereinsparung von ca. 5 Litern je m3 Frischbeton.
Nachteile
Ein unerwünschter Effekt ist die Abnahme der Druckfestigkeit. Faustregel: Jedes Prozent Luftporen bedeutet einen Druckverlust von bis zu 3 N/mm2 Die Verwendung synthetischer Tenside stellt höchste Anforderungen an die Verarbeitung des Betons, da mit längerem Mischvorgang eine unerwünschte, starke Erhöhung des Luftporenanteils auftreten kann.
Chemische Substanzen
Als Bestandteile werden oberflächenaktive Substanzen auf Basis von modifizierten Naturprodukten (z. B. Wurzelharzseifen), Kombinationen synthetischer Tenside, oder Gemische aus „natürlichen“ und synthetischen Luftporenbildnern eingesetzt.
Beschleuniger
Sie werden auch Abbindebeschleuniger und Abbindeverzögerer genannt. Der Erstarrungsbeschleuniger beschleunigt den Erstarrungsprozess und den Erhärtungsprozess des Betons. Diese Art von Zugabemitteln wird häufig beim Brückenbau verwendet, um schnelles Ausschalen zu ermöglichen. ACR
Anwendungen
Wegen ihrer schwer kontrollierbaren Wirkungen kommen Beschleuniger nur bei ganz spezifischen Betonanwendungen zum Zuge:
- Spritzbeton
- Betonieren bei tiefen Temperaturen
- Betonieren mit kurzen Ausschalfristen
- Betonieren in fließenden Gewässern
- Einsetzen von Ankern und Steinschrauben
- Reprofilierung und Reparaturen
- bei Wassereinbrüchen
Vorteile
Beschleuniger und so genannte Frostschutzmittel bewirken eine Beschleunigung des Erstarrens bzw. Erhärtens und damit eine schnellere Wärmeentwicklung. Sie sollen für ein rascheres Erstarren sorgen, damit man den Beton früher ausschalten, abheben, belasten oder dem Frost aussetzen kann.
Ein Frostschutzmittel ist ein Erhärtungsbeschleuniger und bewirkt, dass der Beton nach möglichst kurzer Zeit eine Druckfestigkeit von 5 N/mm² erreicht, da bei diesem Wert angenommen wird, dass ein einmaliges Durchfrieren des Betons zu keiner Gefügelockerung und damit zu keiner Schädigung des Betons führt. Da Frostschutzmittel, wie sie in der Betontechnologie angewendet werden, nicht den Taupunkt anderer Stoffe beeinflussen, sind sie nicht mit Frostschutzmitteln im ungangssprachlichen Sinne gleichzusetzen.
Nachteile
Bei einer Überdosierung kann das Erstarren und Erhärten verzögert statt beschleunigt werden. Beschleuniger bewirken oft eine mehr oder weniger starke Herabsetzung der Endfestigkeit des Betons.
Verzögerer (VZ)
Anwendungen
- Betonieren bei heißem Wetter
- Transport über große Distanzen
- Betonieren großer Kubaturen oder Flächen (Reduktion der Wärmeentwicklung)
- Vermeidung von Arbeitsfugen bei eingeplanten Arbeitsunterbrechungen (nahtloser Anschluss)
Vorteile
Verzögerer bewirken eine Verzögerung beim Abbinden des Zementleims und erlauben damit eine Verlängerung der Verarbeitbarkeit von Beton. Beton, der Verzögerer enthält, erhärtet zu Beginn etwas langsamer. Seine 28-Tage-Festigkeit ist in der Regel etwas höher als bei einem Beton ohne Verzögerer. Wegen seiner anfänglich langsameren Erhärtung ist dieser Typ von Beton besonders sorgfältig nachzubehandeln (bewässern, abdecken).
Nachteile
Bei einer Überdosierung kann die Wirkung der Verzögerer umschlagen, d. h. sie können dann zu Beschleunigern werden.
Anwendung
Verflüssigung und geringe Volumenzunahme Einpressmörtel schwindarme Mörtel
Quellen
Skript Bauchemie, Zürcher Hochschule Winterthur
Skript Baustoffkunde II, Universität Karlsruhe, Ausgabe 1998
EN 934: Zusatzmittel für Beton, Mörtel und Einpressmörtel – Teil 2: Betonzusatzmittel – Definitionen, Anforderungen, Konformität, Kennzeichnung und Beschriftung
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