Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verfahren zur Qualitätssteigerung von Betonbauteilen durch kapillardruckbasierte Überwachung und Steuerung der Nachbehandlung im frühen Alter

Die Nachbehandlung von Betonbauteilen zum Schutz gegen vorzeitiges Austrocknen ist ein wesentlicher Bestandteil der Betontechnologie. Sie verhindert eine Schädigung durch Schwindverformungen im frühen oder jungen Alter und stellt den Verbleib des für die chemische Reaktion (Hydratation) benötigten Wassers im Beton und damit dessen Dauerhaftigkeit sicher.

Trotz dieses Wissens kann es unter ungünstigen Bedingungen in flächigen Betonbauteilen bereits in den ersten Stunden nach dem Betoneinbau zur Bildung von Rissen durch das sogenannte plastische oder kapillare Schwinden kommen. Grund dafür ist, dass für das Baustellenpersonal kritische Zustände ohne Hilfsmittel nicht zuverlässig erkennbar sind und somit die Nachbehandlung häufig zu spät beginnt oder dass diese unzureichend ausgeführt wird. Die Kapillardruckmesstechnik eröffnet neuartige technische Möglichkeiten zur Bewertung des Nachbehandlungsbedarfes sowie des Nachbehandlungserfolges.

Im geplanten Projekt soll unter Nutzung der Kapillardruckmesstechnik ein sensorbasiertes und baustellentaugliches Analyseverfahren zur Steuerung und Optimierung der Nachbehandlung von hydratisierenden mineralisch gebundenen Werkstoffen entwickelt werden. Es wird erstmals möglich sein, eine quantitative Aussage bezüglich der Nachbehandlungsqualität zu erhalten und diese zu dokumentieren. Für die Bewertung werden werkstoffseitige Untersuchungen notwendig, die eine Bestimmung des Widerstandes gegen die Beanspruchung aus plastischen Schwindverformungen ermöglichen.

Durch die Anwendung des Verfahrens wird die Gefahr der Rissbildung durch plastisches Schwinden deutlich verringert sowie die Dauerhaftigkeit des oberflächennahen Betons verbessert und so die erwünschte Qualität der Betonrandzone gezielt sichergestellt. Insbesondere für KMU führt die Verfahrensnutzung perspektivisch zur Reduzierung von Wettbewerbsnachteilen gegenüber größeren Unternehmen, die in der Regel auf spezialisiertes bzw. besser geschultes Personal zurückgreifen können.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurde ein weitgehend automatisierbarer Versuchsstand vorgeschlagen, der den Widerstand von Beton im frühen Alter experimentell über Ankerauszugversuche bestimmt. Der Versuchsstand liefert reproduzierbare Ergebnisse.

Der über die Ankerauszugkräfte charakterisierten Beanspruchbarkeit kann der Kapillardruck als wirkende Beanspruchung gegenübergestellt werden. In Experimenten konnte die Interaktion zwischen Beanspruchbarkeit und Kapillardruckentwicklung gezeigt werden.

In Zusammenarbeit mit den Praxispartnern kam die Kapillardruckmessung als Messverfahren bei Betonanwendungen zum Einsatz, überwiegend in Fertigteilwerken. Zur Überwachung der Nachbehandlung wurden hier, neben der eigentlichen Messung am Bauteil, auch externe Referenzprobekörper mit und ohne Nachbehandlung genutzt. So konnte der Nachbehandlungseffekt am Bauteil eingeschätzt werden und bei einigen Anwendungen bereits Empfehlungen zur Optimierung der Nachbehandlung ausgesprochen werden.

Es konnte gezeigt werden, dass für eine bekannte Kapillardruckentwicklung eine Extrapolation bzw. Vorhersage des Kurvenverlaufs prinzipiell möglich ist. Hierzu sind aber noch systematische Untersuchungen notwendig.

Mit einer exemplarisch umgesetzten und eingebundenen Benebelungsanlage wurde gezeigt, dass eine Nachbehandlung automatisiert in Abhängigkeit vom Kapillardruck möglich ist. Die durchgeführten Kapillardruckmessungen in Fertigteilwerken zeigen hierfür Anwendungspotential, z.B. bei Bauteilen, bei denen nach der Betonage aus technischen Gründen keine wasserrückhaltende Nachbehandlung möglich ist.

Die Kapillardruckmesstechnik und die vorgeschlagenen Verfahrensanwendungen könnten perspektivisch auch Anwendung im Rahmen der Regelungen zur Sicherstellung der Beton-Bau-Qualität (BBQ) finden. Sofern kritische Zustände im frühen Alter zu erwarten sind, könnte die Kapillardruckmessung, ggf. in Kombination mit Informationen zur Beanspruchbarkeit (Dübelauszug), als Steuergröße für die Nachbehandlung genutzt werden.