Hochleistungsbeton

Durch die Verwendung Hochfesten Betons ergeben sich für hochbeanspruchte Druckglieder konstruktive und wirtschaftliche Vorteile, z. B. schlanke Stützen hoher Belastbarkeit im Hochhausbau. Neben der hohen Druckfestigkeit zeichnen sich Hochfeste Betone auch durch eine wesentlich bessere Dauerhaftigkeit und durch günstige Verformungseigenschaften aus. Daher wird dieser Beton auch als Hochleistungsbeton bezeichnet. Die hohe Druckfestigkeit wird u. a. durch ein wesentlich dichteres Gefüge als bei Betonen im normalen Festigkeitsbereich erreicht. Da der Widerstand von Beton gegen äußere Einflüsse wesentlich durch ein besonders dichtes Gefüge bestimmt wird, führt dies auch zu einer deutlichen Verbesserung der Dauerhaftigkeit, also des Widerstands gegen chemische und mechanische Angriffe.
Der Begriff „Hochleistungsbeton“ soll verdeutlichen, dass für viele Anwendungen Dauerhaftigkeitskriterien vorrangig bzw. gleichrangig zur Festigkeit von Interesse sind. Hochfester Beton und Hochleistungsbeton unterscheiden sich aus betontechnologischer Sicht in der Regel nicht.
Betone mit Druckfestigkeiten zwischen 60 N/mm² und 150 N/mm² werden im Allgemeinen den Hochfesten Betone zugeordnet, Betone mit darüber liegenden Druckfestigkeiten werden als Ultrahochleistungsbetone (englisch Ultra High Performance Concrete = UHPC) oder Ultrahochfester Beton (UHFB) bezeichnet.

Betonzusammensetzung
Für die Herstellung Hochfester Betone sind Wasserzementwerte ≤ 0,35 notwendig. Eine Untergrenze ergibt sich durch die Gewährleistung einer ausreichenden Verarbeitbarkeit derzeit bei ca. 0,20.
Bei Hochfesten Betonen vermindert sich die Festigkeitsdifferenz zwischen Gesteinskörnungen und Zementstein, so dass der Einfluss der Gesteinskörnungen auf Festigkeits- und Verformungseigenschaften im Vergleich zum normalfesten Beton wächst. Um sicher Druckfestigkeiten über 100 N/mm² erreichen zu können, sind gebrochene Gesteinskörnungen notwendig. Gute Erfahrungen liegen z. B. mit Basalt-, Diabas- und Melaphyrkörnungen vor. Gemäß DIN EN 206-1/DIN 1045-2 sind für die Herstellung von Hochfestem Beton hinsichtlich Alkalireaktion unbedenkliche Gesteinskörnungen zu verwenden.
Neben sehr niedrigen Wasserzementwerten stellt die Zugabe von silikatischen Feinststäuben (genannt auch Silikastaub, Mikrosilika, engl. silica fume, silica dust) einen typischen Unterschied zu normalfesten Betonen dar. Die Wirkungsweise von Silikastaub, dessen mittlere Korngröße etwa ein Zehntel der mittleren Korngröße des Zements beträgt, im Beton beruht auf drei Effekten:

• Ausfüllen der Porenräume zwischen den Zementteilchen; das Zementsteingefüge wird dichter,
• festigkeitssteigernde, puzzolanische Reaktion mit Calciumhydroxid,
• Verbesserung des Verbunds zwischen Gesteinskörnung und Zementstein.

Ohne hochwirksame Betonverflüssiger bzw. Fließmittel ist die Verarbeitung von Betonen mit sehr niedrigen Wasserzementwerten unmöglich. DIN 1045-2 begrenzt aber die Zugabemengen. Hohe Mehlkorn- und Feinstsandgehalte führen zu klebrigen, schwer verarbeitbaren Betonen und beeinflussen das Verformungsverhalten ungünstig.
Restwasser darf bei der Herstellung von Hochfestem Beton gemäß DIN EN 206-1/DIN 1045-2 nicht verwendet werden.
Betone der Druckfestigkeitsklassen C55/67 bis C100/115 nach DIN EN 206-1 gelten als Hochfeste Betone. Sie dürfen gemäß DIN EN 13670/DIN 1045-3 nur als Beton der Überwachungsklasse 3 (ÜK 3) hergestellt und verarbeitet werden. Betone der Druckfestigkeitsklassen C90/105 und C100/115 dürfen nur mit Allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung oder einer Zustimmung im Einzelfall hergestellt werden.
Die Druckfestigkeitsklassen LC55/60 bis LC80/88 bezeichnen Hochfesten Leichtbeton. Die Druckfestigkeitsklassen LC70/77 und LC80/88 bedürfen einer Allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung oder einer Zustimmung im Einzelfall.

Verformungseigenschaften
Der Elastizitätsmodul nimmt mit steigender Druckfestigkeit zu.
Hochfeste Betone weisen eine höhere Materialsprödigkeit (geringere Duktilität) als normalfeste Betone auf, d. h.:

• linear-plastisches Verhalten bis zu einem höheren Lastniveau,
• vergrößerte Stauchung bei Erreichen der Bruchlast,
• nur geringe ertragbare Stauchungen nach Erreichen der Bruchlast.

Die Regelwerke werden diesem Materialverhalten durch entsprechende Bewehrungsanordnung und konstruktive Durchbildung der Bauteile gerecht.
Im Vergleich zu normalfestem Beton ergeben sich qualitative Unterschiede beim Schwind- und Kriechverhalten Hochfester Betone:

• das Gesamtschwinden ist anfangs höher, später auf vergleichbarem Niveau oder geringer (das Trocknungsschwinden nimmt ab, jedoch stärkeres chemisches Schwinden),
• geringere Kriechverformungen, der Endwert wird schnell erreicht,
• der Einfluss der Bauteilabmessungen nimmt ab.

Die hohe Dichtheit Hochfester Betone begünstigt das Auftreten von schalenartigen Abplatzungen unter Brandbeanspruchung. Dem kann z. B. durch die Zugabe von Polypropylenfasern (PP-Fasern) begegnet werden.

Literatur

• Wachter, Lisa; Fischer, Oliver; Schramm; Nicholas: Die Dürnbachbrücke - Deutschlands erste Eisenbahnbrücke aus UHPC. In: beton 6/2019, Seite 208
• Sagmeister, Bernhard: UHPC Beton im Maschinenbau. In: beton 12/2018, Seite 476
• Müller, Harald S.; Scheydt, Jennifer C.: Dauerhaftigkeit und Nachhaltigkeit von ultrahochfestem Beton. In beton 9/2011, Seite 336
• Zement-Merkblatt B16: Hochfester Beton / Hochleistungsbeton
• Richter, Thomas: Hochfester Beton – Hochleistungsbeton. Verlag Bau+Technik GmbH, Erkrath 1999
• Richter, Thomas: Anwendung von Betonen mit hoher Druckfestigkeit. In: beton 7+8/2002 S. 344f