Zugabewasser

Wasser ist ein Lebenselixier und im übertragenen Sinne gilt das auch für Beton. Die Flüssigkeit sorgt dafür, dass aus dem Gemisch aus Zement, Zusatzstoffen und Gesteinskörnung ein buchstäblich steinharter Baustoff wird. Um kontrollierbare Eigenschaften zu erhalten, aber auch um langfristig keine Schäden an Beton und Bewehrung zu riskieren, muss das Zugabewasser sauber sein.

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Wasser im Beton

Nach Angaben des Vereins Deutscher Zementwerke (VDZ) wurden im Jahr 2020 allein in Deutschland 17 Millionen Kubikmeter Wasser für die Herstellung von Beton und Mörtel verwendet. Das entspricht in etwa 0,4 % der gesamten jährlichen Abgabemenge in Deutschland bzw. der Wassermenge, die pro Jahr an die Privathaushalte in Münster abgegeben wird.

Wasser leitet die Hydratation des Zements ein, weshalb auch von Anmachwasser gesprochen wird. Die im Reaktionsverlauf entstehenden Hydratphasen bewirken das Erstarren und Erhärten des Zementleims zum Zementstein. Der Zementleim umschließt die Gesteinskörnungen und lässt so den festen Verbund entstehen, für den der Baustoff bekannt ist. Durch die Umkristallisation und die Verdunstung des Wassers erhöht sich die Druckfestigkeit der karbonatisierten Bereiche im Beton und das Zementsteingefüge verdichtet sich.

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Mengen und Wirkungen

Für einen Kubikmeter Beton sind 80 bis 140 Liter Zugabewasser erforderlich. Wieviel genau benötigt wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab, etwa von der Expositionsklasse oder den zu erwartenden Beanspruchungen und Einwirkungen. Ebenso beeinflusst der Wassergehalt die Konsistenz des Frischbetons sowie die spätere Festigkeit und Dichtigkeit. Nicht nur für den Beton selbst ist Wasser unverzichtbar: Es wird darüber hinaus zum Waschen des Gesteins in den Kieswerken und als Kühlmittel bei der Zementherstellung verwendet. So gesehen ist der Wasserverbrauch für einen Kubikmeter Beton noch ein Stück höher.

Der Wasserzementwert (w/z-Wert) gibt das Massenverhältnis des Wassergehalts w zum Zementgehalt z im Beton an. In der Regel liegt der w/z-Wert zwischen 0,4 und 0,75. Das heißt, das Gewicht des Zugabewassers entspricht 40 bis 75 Prozent der Zementmasse. Je kleiner der Wasserzementwert im Frischbeton ist, desto höher wird die Festigkeit sein. Der Wasseranspruch (w), angegeben in kg/m³, hängt von der sogenannten Sieblinie ab, also vom Korngemisch. Ein feinkörniges Gemisch erfordert mehr Wasser als ein grobkörniges, wenn die gleiche Konsistenz angestrebt wird.

Für die Mischungsberechnung bzw. Mischungsanweisung wird die Zugabewassermenge (w_Zugabe) benötigt. Bei ihrer Ermittlung sind auch Zusatzstoffe und Zusatzmittel zu berücksichtigen, die in Form von Lösungen und Suspensionen zugegeben werden, sowie die Oberflächenfeuchte von Gesteinskörnungen. Diese Mengen werden vom Wasseranspruch (w) abgezogen. Dessen Wert entspricht dem wirksamen Wassergehalt, wie er bei der Betonprüfung im Labor ermittelt wird. Beim Gesamtwassergehalt wird zusätzlich die sogenannte Kernfeuchte einkalkuliert. Gemeint ist hiermit jenes Wasser, das Gesteinskörnungen mit porigem Gefüge aufsaugen. Laut VDZ sind so rund 160 bis 180 Kilogramm Wasser in einem Kubikmeter Beton enthalten.

Detailliertere Angaben zu Berechnung und Auswirkungen von Mengenverhältnissen sind im Zement-Merkblatt B20: Zusammensetzung von Normalbeton – Mischungsberechnung des Informationszentrums Beton zu finden.

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Herkunft und Qualität

Im Zement-Merkblatt B4: Frischbeton Eigenschaften und Prüfungen ist nachzulesen, welche Anforderungen an Zugabewasser bestehen. Mit frischem Trinkwasser lassen sich wunschgemäße Reaktionen am ehesten garantieren. Für anspruchsvolle hochfeste Betone oder Luftporenbetone ist Frischwasser sogar vorgeschrieben. Grundsätzlich sind Fluss-, See-, Regen- und Grundwasser ebenso als Zugabewasser geeignet. Selbst sogenanntes Restwasser, das meist aus der Reinigung von Anlagen und Mischfahrzeugen stammt, wird zur Betonherstellung verwendet.

Zu beachten ist, dass die Wasser geprüft und mitunter aufbereitet werden müssen, da sie gelöste Gase, Salze und andere Verbindungen enthalten, die aus Böden und Gesteinen herausgelöst wurden oder aus Abwasserzuläufen stammen. Zu den häufigsten Bestandteilen zählen die Salze des Calciums und Magnesiums, insbesondere Chloride, Sulfate und Hydrogencarbonate. Sie beeinflussen die Reaktionen bei der Betonherstellung sowie die Lebensdauer von Bewehrungen. Beispielsweise sind Meer- oder Brackwasser aufgrund ihres hohen Chloridanteils nur für unbewehrten Beton geeignet. Huminsäuren aus Moorwässern wirken betonverflüssigend.

Regelungen zur Prüfung enthält die DIN EN 1008: Zugabewasser für Beton – Festlegung für die Probenahme, Prüfung und Beurteilung der Eignung von Wasser, einschließlich bei der Betonherstellung anfallendem Wasser, als Zugabewasser für Beton. Hier sind folgende Wasserquellen unterschieden:

• Trinkwasser (keine Prüfung erforderlich)
• Restwasser aus Wiederaufbereitungsanlagen der Betonherstellung (Prüfung erforderlich)
• Grundwasser (Prüfung erforderlich)
• natürliches Oberflächenwasser aus Flüssen, Seen oder Quellen (Prüfung erforderlich)
• industrielles Brauchwasser (Prüfung erforderlich)

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Sparen, sammeln, aufbereiten

Forschenden der University of Tokyo gelang es zwar, einen zementfreien Beton aus Sand und Alkohol herzustellen, generell scheinen nicht-wässrige Flüssigkeiten aber ungeeignet, um den Hydratationsprozess in Gang zu setzen. Angesichts zunehmender Wasserknappheit – selbst in Deutschland – stellt sich also die Frage, wieviel von dem kostbaren Gut bei der Betonherstellung eingespart oder aufbereitet werden kann.

Aufgrund des steigenden Marktanteils von klinkerärmeren Zementen geht der Verein Deutscher Zementwerke (VDZ) von einem rückläufigen Wassereinsatz aus. Zudem schätzt der Verband, dass der Anteil von Betonen mit geringeren w/z-Werten ansteigt.

Fertigteil- und Transportbetonwerke verfügen über Anlagen zum Auswaschen von Fahrmischertrommeln und Betonpumpen sowie zur anschließenden Aufbereitung des Restwassers. Die Wiederverwendung von Restwasser regelt die Richtlinie für die Herstellung von Beton unter Verwendung von Restwasser, Restbeton und Restmörtel des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton. Anforderungen an die Prüfung sind in der DIN EN 1008 zu finden.

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