Massige Bauteile

Temperaturanstieg infolge Hydratationswärme im Bauteilkern unter Verwendung unterschiedlicher Zementarten

Beispielhafte Temperatur- und Eigenspannungsverteilungen infolge eines Temperaturunterschieds ΔT zwischen Betonbauteilinnerem und Bauteiloberfläche

Als massige Bauteile aus Beton bezeichnet man im Allgemeinen Bauteile, deren kleinste Abmessung mindestens 0,80 m beträgt.
Technisch sind diese Bauteile in den Grundnormen für Stahlbetonbauwerke geregelt und im Speziellen in der DAfStb-Richtlinie „Massige Bauteile aus Beton“. Darüber hinaus können z. B. für Wasserbauten „Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen – Wasserbau“ und z. B. für den Neubau von Brücken „Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten“ vereinbart werden. Bei massigen Bauteilen wird der Bauwerkskern, anders als bei schmalen Bauteilen, am Wärmeaustausch mit der Umgebung nur gering oder bei sehr dicken Bauteilen gar nicht beteiligt. Es findet eine deutliche Temperaturerhöhung statt. Die Herausforderung bei der Konstruktion und in der Betontechnologie besteht darin, das Temperaturmaximum im Kern und die Temperaturdifferenzen zwischen Kern und Bauwerksrand in solchen Bauteilen so zu beherrschen, dass Schäden durch äußeren und inneren Zwang vermieden und gleichzeitig die Anforderungen an eine dauerhafte Konstruktion erfüllt werden. Betone für solche Einsatzbereiche werden als Massenbetone bezeichnet.
Der Kern massiger Bauteile aus Beton erhärtet im jungen Alter unter nahezu adiabatischen Bedingungen, also fast ohne Wärmeaustausch, da die im Bauteilquerschnitt entstehende Hydratationswärme deutlich den möglichen Abfluss der Hydratationswärme über die Bauteiloberfläche übersteigt. Die damit verbundenen Volumenänderungen können Zwangsspannungen erzeugen, die wiederum zu unkontrollierten Rissen führen können. Auch der Abkühlungsprozess muss näher betrachtet werden. In der Praxis entsteht das größte Temperaturgefälle - gerade in der kalten Jahreszeit - nicht zum Zeitpunkt des Temperaturmaximums, sondern oft zum Zeitpunkt des Ausschalens. Um unter diesen Randbedingungen die Gebrauchstauglichkeit und die Dauerhaftigkeit dieser Betonbauteile sicherzustellen, sind besondere Maßnahmen sinnvoll.

Konstruktive Maßnahmen zur Minimierung von Rissen sind:

• Vermeidung von Steifigkeitssprüngen und Unstetigkeiten in der Konstruktion,
• Vermeidung oder Verringerung von Hohlräumen,
• Vermeidung oder Verringerung von Arbeitsfugen,
• Fachgerechte Ausführung notwendiger Arbeitsfugen,
• Vermeidung zusätzlicher Wärmeeinleitung in den Bauteilkernbereich,
• Rissminimierung durch die Bewehrung.

Betontechnologische Maßnahmen zur Rissbegrenzung sind:

• geringer Zementgehalt unter Beachtung der Dauerhaftigkeitsanforderung,
• Verwendung von Zementen mit niedriger Wärmeentwicklung (LH-Zement) bzw. sehr niedriger Wärmeentwicklung (VLH-Zement), ggf. in Verbindung mit Flugasche als Betonzusatzstoff,
• Vorhaltemaß für die Druckfestigkeit im Rahmen der Erstprüfung nicht unnötig hoch wählen,
• Begrenzung der Frischbetontemperatur,
• Wahl temperaturgünstiger Betonagezeiträume, insbesondere für den Bauteilkern,
• geeignete Liefer- und Einbauverhältnisse, die ein unterbrechungsfreies Betonieren gewährleisten,
• niedrige Frischbetontemperatur, ggf. durch Kühlen des Frischbetons oder des Zugabewassers und der Gesteinskörnung,
• ausreichend lange und intensive Nachbehandlung zum Schutz vor schneller Austrocknung und Auskühlung,
• Minimierung der Sedimentationsneigung (Bluten) des Betons, z. B. durch eine gut abgestufte Sieblinie der Gesteinskörnung und Minimierung des Wasseranteils unter Beachtung der Temperaturanforderungen.

Bautechnische Maßnahmen sind:

• Rohrinnenkühlung,
• Wärmedämmende Schalung.

Eine besondere Maßnahme ist die zonierte Bauweise, bei der nur der Randbeton den hohen Anforderungen aus Expositionsklasse und Feuchteklasse entsprechen muss, die Betonzusammensetzung des Kernbetons jedoch temperaturoptimiert ist.

Bei der Bemessung bzw. Auswahl der Schalung ist zu beachten, dass die langsam erhärtenden Massenbetone, die geringe Frischbetontemperatur, die lange Verzögerungszeit, die weiche Konsistenz zu hohen Frischbetondrücken auf die Schalung führen. Hinzu kommt, dass für den Einbau großer Bauteile längere Betonierzeiten und dauernde Schwingungen durch Innenrüttler auftreten.

Literatur

• Zement-Merkblatt B11: Massige Bauteile aus Beton
• Kollo, Helmut; Lang, Eberhard: Massenbeton - Feuerbeton. Verlag Bau+Technik GmbH, Düsseldorf 2001
• Schießl, Peter; Härdtl, Reiner: Betone für massige Bauteile. In: beton 11-1996, S. 668
• Westendarp, Andreas: Entwicklungen und Tendenzen bei Baustoffen und Bauausführung im Schleusenbau. In: Hüttensandhaltiger Zement. Verlag Bau+Technik GmbH, Düsseldorf 2002
• Weisner, André: Massige Bauteile aus Beton sicher herstellen. In: Bau-Portal 1-2016, S. 41–44