_Beton

Bauteile im Freien sowie Konstruktionen im Nahbereich von Straßen sind häufig Frost oder Frost-Tau-Wechseln ausgesetzt. Kritisch wird die Beanspruchung dort, wo zusätzlich Taumittel auf die Betonoberfläche einwirken, etwa bei Fahrbahndecken, Brückenkappen, Parkdecks, Einzelgaragen oder Bauteilen im Spritzwasserbereich. Auch Fassaden, Außenwände und Bauteile im Bereich schwankender Wasserstände können betroffen sein. Für die Planung ist deshalb früh zu klären, welcher Beanspruchung der Beton ausgesetzt ist. Davon hängen Expositionsklasse, Betonzusammensetzung und Ausführung ab.

Wenn Wasser im Beton gefriert

Die Schädigung beginnt im Porensystem. Beim Gefrieren vergrößert Wasser sein Volumen um etwa neun Prozent. In den Kapillarporen erzeugt diese Volumenzunahme Druck. Überschreiten die entstehenden Spannungen die Zugfestigkeit des Zementsteins, bilden sich Mikrorisse. Mit wiederholten Frost-Tau-Wechseln schreitet die Schädigung des Gefüges fort.

Kommt Taumittel hinzu, verschärft sich die Belastung. In den Mitteln ist in der Regel Natriumchlorid oder Calciumchlorid enthalten, die den Gefrierpunkt der Porenlösung senken und die Vorgänge in der oberflächennahen Zone verändern. Typische Folgen sind Ausblühungen, Oberflächenabwitterungen, Abplatzungen, freiliegende Gesteinskörnung und punktförmige Ausbrüche der Oberfläche, sogenannte Popouts. 

Dringen die Tausalze tiefer in das Bauteil ein, steigt der Chloridgehalt in der Porenlösung (Porenwasser) des Betons. Das ist insbesondere bei Stahlbeton fatal, da die Chloride die schützende Oxidschicht der Bewehrung zerstören (Depassivierung). Bei Anwesenheit von Feuchtigkeit und Sauerstoff beginnt die Bewehrung schließlich zu rosten.

Exposition richtig festlegen

Maßgebend für die Festlegung von Beton bei Frost- und Taumittelbeanspruchung sind DIN EN 206: Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität und DIN 1045-2: Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton – Teil 2: Beton. Die Einordnung erfolgt über die Expositionsklassen XF1 bis XF4. Sie unterscheiden zwischen mäßiger oder hoher Wassersättigung sowie zwischen Beanspruchung mit oder ohne Taumittel. XF1 und XF3 stehen für reinen Frostangriff ohne Taumittel, XF2 und XF4 für Frost-Tau-Wechsel unter Taumitteleinwirkung.

Je größer die Beanspruchung, desto höher sind die Anforderungen an den Beton. Für XF4 ist in der Regel Luftporenbeton mit einem Mindestluftgehalt im Frischbeton von typischerweise 3,5 bis 5,5 Vol.-% erforderlich, abhängig vom Größtkorn. Die gezielt eingebrachten Luftporen schaffen Expansionsräume für gefrierendes Wasser, bauen Frostdruck ab und unterbrechen das Kapillarporensystem.

Anforderungen an den Beton

Entscheidend für den Frostwiderstand ist ein dichtes und dauerhaftes Gefüge. Das Porenvolumen hängt wesentlich vom Wasserzementwert (w/z-Wert) ab. Nach DIN EN 206 und DIN 1045-2 gelten für XF1 maximal 0,60, für XF2 und XF3 maximal 0,55 beziehungsweise unter bestimmten Bedingungen 0,50. Für XF4 ist ein Wasserzementwert von maximal 0,50 zulässig. Im Straßenbau kann für höhere Belastungsklassen ein Grenzwert von 0,45 gelten. Eine hohe Frost-Taumittelbeanspruchung erfordert also eine dichte Betonstruktur und bei XF4 in der Regel Luftporenbeton.

Bestellung und Ausführung

Damit ein dauerhaftes Betonbauteil entsteht, sind bei der Bestellung im Transportbetonwerk Expositionsklasse, Festigkeitsklasse, Größtkorn und Konsistenzklasse eindeutig festzulegen. Ebenso wichtig sind ein sachgerechter Einbau, vollständige Verdichtung und unmittelbare Nachbehandlung. Sie schützen die Oberfläche vor vorzeitigem Wasserverlust und sichern eine dichte Randzone. Unter winterlichen Bedingungen darf Beton zudem nicht auf gefrorenem Untergrund eingebracht werden.

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