Für einen individuellen Ausdruck passen Sie bitte die Einstellungen in der Druckvorschau Ihres Browsers an. Regelwerk

Teil 1: Ergänzungen zu DIN 1045-1

Teil 2: Änderungen und Ergänzungen zu DIN EN 206-1 und DIN 1045-2

Teil 3: Änderungen und Ergänzungen zu DIN 1045-3

Die Verpflichtungen aus der Richtlinie 89/34/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 22. Juni 1998 über ein Informationsverfahren auf dem Gebiet der Normen und technischen Vorschriften (ABl. EG Nr. L204 S. 378), zuletzt geändert durch die Richtlinie 98/48/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 20. Juli 1998 (ABl. EG Nr. L217 S. 18) sind beachtet worden.

Bezüglich der in dieser Richtlinie genannten Normen, anderen Unterlagen und technischen Anforderungen, die sich auf Produkte oder Prüfverfahren beziehen, gilt, dass auch Produkte bzw. Prüfverfahren angewandt werden dürfen, die Normen oder sonstigen Bestimmungen und/oder technischen Vorschriften anderer Vertragsstaaten des Abkommens über den Europäischen Wirtschaftsraum entsprechen, sofern das geforderte Schutzniveau in Bezug auf Sicherheit, Gesundheit und Gebrauchstauglichkeit gleichermaßen dauerhaft erreicht wird.

Herausgeber:

Deutscher Ausschuss für Stahlbeton
- DAfStb im DIN Deutsches Institut für Normung e. V.
Burggrafenstraße 6,
D-10.787 Berlin
Telefon: 030 2601-2039
dafstb@din.de

Der Deutsche Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) beansprucht alle Rechte, auch das der Übersetzung in fremde Sprachen. Ohne ausdrückliche Genehmigung des DAfStb ist es nicht gestattet, diese Veröffentlichung oder Teile daraus auf fotomechanischem Wege oder auf andere Art zu vervielfältigen.

Vorwort zu dieser Richtlinie

Die Richtpinie "Massige Bauteile aus Beton" ändert und ergänzt die aufgeführten Abschnitte aus DIN 1045-1, DIN EN 206-1, DIN 1045-2 und DIN 1045-3 für massige Bauteile aus Beton und fügt teilweise neue Absätze hinzu. Zu DIN 1045-4 sind keine ergänzenden Regeln erforderlich.

Mit der Einhaltung der nachfolgenden Regelungen, die zum großen Teil auf langjährigen Erfahrungen beruhen, wird sichergestellt, dass für massige Bauteile die Tragfähigkeits-, Gebrauchstauglichkeits- und Dauerhaftigkeitsanforderungen nach DIN 1045 und DIN EN 206-1 erfüllt werden. Voraussetzung hierfür ist, dass die der Tragwerkplanung zugrunde liegenden Annahmen zur konstruktiven Durchbildung, zur Baustoffauswahl und zur Bauausführung eingehalten werden. Abweichungen sind mit allen Beteiligten abzustimmen und durchgängig zu berücksichtigen.

Anwendungsbereich der Richtlinie

Diese Richtlinie gilt für massige Bauteile aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton nach DIN 1045-1, DIN EN 206-1, DIN 1045-2, DIN 1045-3, und DIN 1045-4, bei denen aufgrund großer Abmessungen eine erhöhte Bauteilerwärmung infolge Hydratation auftreten kann. Die Regelungen der vorliegenden Richtlinie gelten für Bauteile, deren kleinste Bauteilabmessung mindestens 0,80 m beträgt und bei denen Zwang und Eigenspannungen in besonderer Weise zu berücksichtigen sind.

Teil 1 - Ergänzungen zu DIN 1045-1

Teil 2 - Änderungen und Ergänzungen zu DIN EN 206-1 und DIN 1045-2

.

Die Tabellen F.2.1 und F.2.2. werden ersetzt.

Anmerkung: Abweichungen gegenüber DIN 1045-2/A1:2005-01 sind grau hinterlegt.

Tabelle F.2.1 - Grenzwerte für Zusammensetzung und Eigenschaften von Beton - Teil 1CD -

Tabelle F.2.2 - Grenzwerte für Zusammensetzung und Eigenschaften von Beton - Teil 2

Teil 3 - Änderungen und Ergänzungen zu DIN 1045-3

1 Allgemeines

Massige Bauteile aus Beton unterliegen den gleichen Grundsätzen hinsichtlich Bemessung, Konstruktion, Betontechnik und Ausführung wie herkömmliche Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton nach DIN 1045 und DIN EN 206-1.

Auf Grund der Abmessungen ist bei massigen Bauteilen darüber hinaus besonderes Augenmerk auf Temperaturänderungen infolge Hydratationswärme zu richten, die häufig zur frühen Rissbildung und damit zu einer Beeinträchtigung der Dauerhaftigkeit führen können. Um auch unter diesen Randbedingungen die Gebrauchstauglichkeit und die Dauerhaftigkeit sicherzustellen, sind Abweichungen und Ergänzungen zu DIN 1045 erforderlich. Die entsprechenden Regelungen der Richtlinie beruhen auf langjährigen Erfahrungen und berücksichtigen eine Reihe von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, auf die in diesen Erläuterungen verwiesen wird.

Eine wirksame Begrenzung der Temperaturänderungen mit den damit verbundenen Zwang- und Eigenspannungen und der gegebenenfalls daraus resultierenden Rissbildung lässt sich maßgeblich erreichen durch:

• Konstruktive Maßnahmen: Rissbreitenbegrenzung durch Bewehrung, zwangarme Lagerung, zwangreduzierende Anordnung von Fugen, Vorspannung;
• Betontechnische Maßnahmen: Betonzusammensetzung, Zement, Betonzusätze, Gesteinskörnung, Frischbetontemperatur;
• Maßnahmen bei der Bauausführung: Arbeitsvorbereitung, Betonierplanung, Steuerung des Wärmeabflusses.

Alle aufgeführten Maßnahmen sind gleichermaßen sorgfältig und durchgängig zu planen und aufeinander abzustimmen. Dabei sind technische und wirtschaftliche Aspekte gleichermaßen zu berücksichtigen.

2 Schnittstellen zwischen Planung, Betonherstellung und Ausführung

2.1 Allgemeines

Das wirksame Ineinandergreifen aller von den jeweiligen Partnern getroffenen Entscheidungen und Maßnahmen ist für den Erfolg entscheidend. Einer engen und kontinuierlichen Abstimmung und Rückkopplung über alle Schnittstellen (Planung, Betonherstellung und Ausführung) hinweg kommt bei der Errichtung massiger Bauteile eine besondere Bedeutung zu.

Bereits in der Planungsphase sind projektspezifisch wirklichkeitsnahe Annahmen für die Betoneigenschaften und die Ausführung zu treffen, die Besonderheiten hinsichtlich des Bauablaufs, der Hydratationswärmeentwicklung sowie regionaler Gegebenheiten berücksichtigen. Beispielsweise kann die Festlegung auf langsam oder sehr langsam erhärtende Betone in der Planungsphase bei einer Bauausführung im Winter zu deutlichen Bauzeitverlängerungen führen, da Ausschal- oder Kletterfristen verlängert werden müssen. Des weiteren besteht bei solchen Betonsorten ein erhöhtes Risiko von Frostschäden im jungen Betonalter, so dass eine Betonage bei starkem Frost nicht immer möglich ist. Auch Maßnahmen zur Begrenzung von Eigenspannungen infolge abfließender Hydratationswärme, wie beispielsweise das Abdecken der freien Oberflächen mit Wärmedämmmatten, können den Baufortschritt erheblich beeinflussen (s. a. Abschnitt 6.3). Teilweise können solche Behinderungen des Baufortschritts durch geeignete Maßnahmen (z.B. Einhausung des Bauteils, Beheizung) vermieden werden. Dazu ist in den meisten Fällen allerdings ein erheblicher Mehraufwand erforderlich. Derartige Maßnahmen sollten daher bereits in den Planungsvorgaben als eigenständige Positionen enthalten sein. Andernfalls ist die vorgesehene Bauzeit angemessen zu verlängern.

Bei der Planung ist zu berücksichtigen, dass der Nachweis der Druckfestigkeitsklasse in einem von 28 Tagen abweichenden Alter geführt werden kann (vgl. Teil 2 der Richtlinie, 4.3.1).

Bei der Festlegung des Betons sind Abstimmungen zwischen Betonherstellung und Ausführung, z.B. hinsichtlich Zeitpunkt der Betonierarbeiten (Sommer/Winter), Einbauweisen, Größe der Betonierabschnitte, Anzahl der gleichzeitig zu beliefernden Einbaustellen und den sich möglicherweise daraus ergebenden Verzögerungszeiten, zwingend zu berücksichtigen. Gerade bei massigen Bauteilen können für den fachgerechten Betoneinbau in mehreren Lagen sehr lange Verzögerungszeiten notwendig werden, die sich dann auch auf den Kennwert der Festigkeitsentwicklung und der sich daraus ableitenden Nachbehandlungsdauer auswirken (vgl. Teil 2 der Richtlinie, Abschnitt 7.2).

Sind im Zuge der Baumaßnahme Abweichungen gegenüber der ursprünglichen Planung, der Betonfestlegung oder der vorgesehenen Ausführung notwendig, so ist aufgrund der engen und oftmals folgenreichen Verknüpfung der einzelnen Schritte im Gesamtkonzept eine erneute Rückkopplung mit allen Beteiligten (Planung, Betonherstellung, Ausführung) unabdingbar. Wird beispielsweise ein Zement eingesetzt, der zu einem höheren oder niedrigeren Temperaturanstieg während der Hydratation führt als in der Planungsphase vorgesehen, kann sich dies erheblich auf die Zwangspannungen und die daraus resultierende Mindestbewehrung auswirken. Ebenso können sich Änderungen im Betonierablauf oder bei den Betonierabschnitten auf Verzögerungszeiten auswirken, die zwingend mit dem Betonhersteller abzustimmen sind.

2.2 Qualitätssicherungsplan

Aufgrund der Besonderheiten bei der Herstellung massiger Bauteile ist im Vorfeld ein Qualitätssicherungsplan (QS-Plan) aufzustellen (vgl. Teil 2 der Richtlinie, Abschnitt 9.1 und Teil 3, Abschnitt 4.1), in dem alle qualitätsrelevanten Maßnahmen sowie die Verantwortlichkeiten bei Betonherstellung und Ausführung geregelt und dokumentiert werden.

Umfang und Inhalt des Qualitätssicherungsplans richten sich im Wesentlichen nach Bauteilart (Anforderungen, Abmessungen, etc.) und Randbedingungen (Witterung, Lieferbedingungen, Platzverhältnisse, etc.) und können im Einzelfall sehr unterschiedlich sein. So sind z.B. Angaben zur Logistik nur bei großen Bauteilabmessungen mit entsprechend hoher Lieferleistung sinnvoll. Je nach Einzelfall können beispielsweise die nachfolgend aufgeführten Punkte relevant sein:

Bei der Betonherstellung und der Anlieferung:

• Koordinierung der Liefer- und Ersatzwerke
• Disposition für die Ausgangsstoffe
• Organisation und Prüfung der Silobelegung
• Überwachungskonzept der Mischanlage (z.B. Anforderungen und Prüfungen der Ausgangsstoffe und der Betone)
• Betonabruf, Anlieferung des Betons
• Disposition und Einweisung der Lieferfahrzeuge
• FM-Dosierung auf der Baustelle
• Dokumentation

Bei der Ausführung:

• Freigabe einzelner Teilgewerke (Schalung, Bewehrung, Fugenabdichtung, etc.)
• Betonierkonzept (Betonsorten, Betonierfolge, Förderung, Einbau)
• Betonieranweisungen für die einzelnen Betonierabschnitte
• Überwachungskonzept der Baustelle (z.B. Annahme, zusätzliche Frisch- und Festbetonprüfungen, Temperaturverlauf im Bauteil)
• Nachbehandlungskonzept, Steuerung des Wärmeabflusses
• Dokumentation

Für das Vorgehen bei Abweichungen von den Sollvorgaben sind die notwendigen Maßnahmen festzulegen und die Verantwortlichen zu benennen. Insbesondere Abweichungen gegenüber den Annahmen der Tragwerkplanung sind zu überprüfen und erforderlichenfalls Maßnahmen zu ergreifen.

3 Konstruktive Maßnahmen zur Begrenzung der Rissbreiten

3.1 Maßnahmen zur Steuerung der Rissentwicklung

Risse entstehen in massigen Bauteilen vorwiegend in den ersten Tagen nach dem Betonieren infolge abfließender Hydratationswärme. Aufgrund der großen Querschnitte massiger Bauteile kommt es im Bauteilinneren zu nahezu adiabatischen Temperaturverhältnissen und infolgedessen zu hohen Bauteiltemperaturen. Mit zunehmender Hydratation des Betons nimmt dessen Wärmeentwicklung ab und die Bauteiltemperaturen passen sich mit der Zeit den zumeist niedrigeren Umgebungstemperaturen an. Aus der Abkühlung resultieren Bauteilverkürzungen, die bei behinderter Verformung zu Zwangspannungen und damit verbunden zu Trennrissbildung irn Beton führen können.

Des weiteren entstehen beim Abfließen der Hydratationswärme ungleichmäßige Temperaturgradienten über den Bauteilquerschnitt. Die daraus resultierenden Eigenspannungen können zu Schalenrissen im Beton mit ungünstigen Auswirkungen auf die Dauerhaftigkeit der Bauteile führen.

Eigen- und Zwangspannungen im jungen Alter bestimmen häufig den erforderlichen Bewehrungsgehalt zur Begrenzung der Rissbreite und übertreffen oft die in späterem Alter auftretenden Spannungen aus äußeren Lasten.

Wirksame Maßnahmen zur Risskontrolle, d. h. Maßnahmen zur Minimierung von Anzahl und Breite der Risse bis hin zur Rissvermeidung, müssen in erster Linie darauf abzielen, die Zugbeanspruchungen des jungen Betons infolge Abfließen der Hydratationswärme möglichst gering zu halten. Eine ausführliche Darstellung dieses Themas auf dem Stand der Technik ist in [1] und [2] enthalten.

3.2 Bewehrung

3.2.1 Rissbreitenbegrenzung durch Bewehrung

Die Forderung nach Begrenzung der Rissbreiten (DIN 1045-1, Abschnitt 11.2) mit dem Ziel, gebrauchstaugliche und dauerhafte Bauwerke zu erhalten, gilt auch für massige Bauteile. Nach DIN 1045-1, Abschnitt 11.2.2, ist zur Aufnahme von Zwangeinwirkungen und Eigenspannungen eine Mindestbewehrung anzuordnen, die in der Lage ist, die Rissbreite wirksam zu begrenzen. Die Bemessung erfolgt hierbei für diejenige Schnittgrößenkombination, die zur Erstrissbildung führt. Erreicht die Größenordnung der Zwangschnittgröße nicht die Rissschnittgröße, darf die Mindestbewehrung für die nachgewiesene maximale Zwangschnittgröße ermittelt werden.

Bei wasserundurchlässigen massigen Bauteilen sollten die Anforderungen der WU-Richtlinie [3] hinsichtlich der Rissbreite eingehalten werden. Abweichungen für den Rechenwert der Rissbreite wk sind mit dem Bauherrn abzustimmen. Bei dickeren Bauteilen, insbesondere bei solchen mit kleinsten Abmessungen > 2,0 m, können für die rechnerische Rissbreite aufgrund der größeren Dicke und des ausgeprägteren Selbstheilungseffektes größere Werte als nach WU-Richtlinie angenommen werden (s. z.B. [4]).

Häufig werden bei Bauteilen mit im Hochbau üblichen Abmessungen zur Berechnung der Zwangschnittgrößen vereinfachte, auf der sicheren Seite liegende Annahmen getroffen, z.B. zentrischer Zwang. Diese Vorgehensweise kann bei massigen Bauteilen zu unwirtschaftlichen Bewehrungsgehalten führen, die außerdem den Einbau und das Verdichten des Betons erschweren.

Um technisch und wirtschaftlich sinnvolle Bewehrungsgehalte zu erzielen, kann es angemessen sein, bei massigen Bauteilen, insbesondere bei solchen mit kleinsten Abmessungen > 2,0 m, zur Rissbreitenbegrenzung genauere Berechnungen und Überlegungen anzustellen, die folgende Randbedingungen berücksichtigen [2, 3, 4, 5]:

• Art und Größe der Verformungsbehinderung des Bauteils (Lagerung, Behinderung durch angrenzende Bauteile);
• Wärmefreisetzungsrate des verwendeten Betons, z.B. aus Erfahrungswerten, Kalorimeterversuchen o. ä.;
• Zeitliche und räumliche Temperaturentwicklung während der Erwärmungs- und Abkühlphase unter Beachtung der thermischen Randbedingungen, u. a. auch Sommer- und Winterverhältnisse, z.B. aufgrund von Erfahrungen an ausgeführten Bauwerken, Temperaturfeldberechnungen oder Messungen an Bauwerken;
• Sinnvolle Annahmen für die zeitlich veränderlichen Materialkennwerte des Betons unter Berücksichtigung der regionalen Verhältnisse, insbesondere Zugfestigkeit, E-Modul, Kriechen/Relaxation, Schwinden, Temperaturdehnzahlen, gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Art der Gesteinskörnung.

Eine wirklichkeitsnahe Berechnung kann eine aufwändige Ingenieuraufgabe darstellen. Im Einzelfall dürfen Vereinfachungen vorgenommen werden, wenn aus der Praxis bewährte Verfahren oder aus der Literatur bekannte Anhaltswerte vorliegen. Für den Fall der gezwängten Wand auf einem Fundament sind z.B. auch Vorgehensweisen nach [6] geeignet.

Eine wichtige Größe bei der Ermittlung der Zwangschnittgrößen ist die Zugfestigkeit des Betons. Können der Zeitpunkt der Erstrissbildung und die dann wirksame Zugfestigkeit genauer nachgewiesen werden, so darf diese Zugfestigkeit bei der Dimensionierung der Mindestbewehrung zugrunde gelegt werden (s. a. [7]). Zur Ermittlung der wirksamen Zugfestigkeit aus Laborprüfungen werden in [8] Beiwerte angegeben (s. a. [5]). Weiterhin ist anzumerken, dass in den Bemessungsgleichungen nach DIN 1045-1 zur Ermittlung der Rissbreite der Einfluss von Dauerlasten eingearbeitet ist. Für eine kurzzeitige Beanspruchung, wie sie der Zwang aus abfließender Hydratationswärme darstellt, dürfen entsprechende Anpassungen vorgenommen werden (s. a. [7]).

Der Wirkungsbereich der Bewehrung gemäß DIN 1045-1, Bild 53, kann bei dicken Bauteilen anwachsen, Empfehlungen hierzu können [9] entnommen werden.

Es ist sicherzustellen, dass die Annahmen der Berechnungen mit den Eigenschaften der verwendeten Ausgangsstoffe und des Betons sowie mit den Bedingungen auf der Baustelle übereinstimmen.

3.2.2 Stababstände

Insbesondere bei dicken Sohlplatten müssen große Betonmengen durch eine ggf. eng liegende Bewehrung hindurch eingebaut werden. Erschwerend kommen der u. U. erheblich tiefer liegende Betoniergrund und die zumeist mehrlagige Bewehrungsführung hinzu. Um Brückenbildungen und Entmischungen zu verhindern, ist bereits in der Planungsphase sicherzustellen, dass ausreichende, bis zur unteren Bewehrungslage freie Betonieröffnungen angeordnet werden. Zusätzlich sind ausreichend Rüttelgassen vorzusehen.

Größtkorn und Stababstände sind aufeinander abzustimmen. Für massige Bauteile ist das Größtkorn (D) zur Reduzierung des Zementleimvolumens und damit zur Verringerung der Hydratationswärmeentwicklung möglichst groß zu wählen (z.B. > 32 mm bei Rundkorn). Bei stark bewehrten Bauteilen kann im Bereich der unteren und oberen Bewehrungslage der Einsatz von Gesteinskörnungen mit reduziertem Größtkorn sinnvoll sein (z.B. untere Bewehrungslage 8 mm oder 16 mm, obere Bewehrungslage 16 mm wegen Schwinden/Oberflächenbearbeitung).

Der lichte Stababstand paralleler Einzelstäbe einer Bewehrungslage sollte - von Ausnahmen wie z.B. Übergreifungsstößen oder Stützenfüßen abgesehen - bei Platten überwiegend den Wert von 3.D und bei Wänden überwiegend den Wert von 2.D nicht unterschreiten. Dies gilt nicht für den Abstand zwischen den Bewehrungslagen.

3.2.3 Mindestbewehrung

Im Sicherheitskonzept von DIN 1045-1 ist im Grenzzustand der Tragfähigkeit eine Vorankündigung des Versagens durch duktile Bauteilverformungen vorgesehen. Dieses Prinzip nach Abschnitt 5.3.2 (1) kann im Rahmen der Anwendungsregel nach Abschnitt 5.3.2 (2) durch eine Mindestbewehrung (Robustheitsbewehrung) nach Abschnitt 13.1.1 erfüllt werden, die das Rissmoment des Querschnitts aufnehmen kann.

Im Gegensatz zu freitragenden Bauteilen wie Balken und Platten verhalten sich massige Gründungsbauteile und dicke erddruckbelastete Wände aus Stahlbeton bei der Rissentstehung wesentlich gutmütiger, da ein duktiles Bauteilverhalten in der Regel durch Umlagerung der Bodenpressungen bzw. des Erddrucks sichergestellt werden kann. Diese Umlagerungen ermöglichen in der Regel neue Gleichgewichtszustände bei zunehmenden Verformungen, so dass ein Sprödbruch nicht zu erwarten ist. Deshalb darf für diese Bauteile auf die Robustheitsbewehrung verzichtet werden. Voraussetzung ist, dass zur Beurteilung der Baugrundeigenschaften ein Baugrundgutachten vorliegt. Mit relevantem Wasserdruck belastete Bauteile sind von dieser Regelung ausgeschlossen, da sie diese Umlagerung nicht zulassen.

Bei der Ermittlung von Zwang- und Eigenspannungen dürfen nichtlineare Berechnungsmodelle verwendet werden.

Aus konstruktiven Gründen wird bei Stahlbetonbauteilen eine kreuzweise Bewehrung von mindestens 0,06 % der Betonquerschnittsfläche, maximal 25 cm²/m, empfohlen. Bei Sohlplatten und Wänden mit Anforderungen an eine Wasserundurchlässigkeit sollte diese konstruktive Mindestbewehrung von 0,06 % auf 0,10 % angehoben werden.

4 Betontechnische Maßnahmen zur Reduzierung der Rissbildung und Sicherstellung der Dauerhaftigkeit

4.1 Begrenzung des Temperaturanstiegs infolge Hydratationswärmeentwicklung

4.1.1 Betontechnische Maßnahmen

Bereits bei der Festlegung des Betons ist besonderes Augenmerk auf die Erwärmung während der Hydratation und die maximale Temperatur im Bauteil während der Erhärtung zu legen. Dies kann u. a. durch Wahl geeigneter Zemente und Betonzusammensetzungen sowie durch niedrige Frischbetontemperaturen (s. 4.1.2) erreicht werden.

In erster Linie sollte auf eine möglichst geringe Eigenerwärmung des Betons geachtet werden. Dabei kommt der Auswahl des Bindemittels eine besondere Bedeutung zu. Durch die Verwendung von Zementen mit niedriger Hydratationswärme (LH, VLH) oder einen teilweisen Austausch des Zementes gegen puzzolanische Zusatzstoffe wie Flugasche wird weniger Wärme während der Hydratation freigesetzt.

Zemente mit niedriger Hydratationswärmeentwicklung sind in den einschlägigen Normen (DIN EN 197-1, DIIN EN 14216) über entsprechende Grenzwerte definiert (max. 270 J/g bzw. max. 220 J/g nach 7 Tagen). Bei Verwendung von Zementen mit sehr niedriger Hydratationswärme (VLH) sollte aber auch auf eine noch ausreichend schnelle Festigkeitsentwicklung geachtet werden. Insbesondere bei massigen Bauteilen mit Bauteilabmessungen nur wenig über 0,80 m Dicke ist das Temperaturmaximum schon nach wenigen Tagen erreicht. Hat der Beton in diesem Stadium nur eine sehr geringe Betonfestigkeit erlangt, kann es trotz der geringen Erwärmung dennoch zu Rissbildungen kommen (s. a. [10, 12]).

Bei der Konzeption des Betons sind eine möglichst niedrige Frischbetontemperatur und eine langsame Wärmefreisetzung anzustreben. Insbesondere bei dickeren Bauteilen (kleinste Bauteilabmessung > 2,0 m) ist es bei der Festlegung von Beton nach Eigenschaften sinnvoll, neben einer Begrenzung der Höchsttemperatur des Frischbetons auch die zulässige Wärmeentwicklung während der Hydratation (beispielsweise innerhalb der ersten 7 Tage) zu limitieren. Hierzu sind gegebenenfalls auch die entsprechenden Nachweisverfahren festzuschreiben (vgl. Teil 2 der Richtlinie, Abschnitt 6.2.3). Dazu bieten sich beispielsweise volladiabatische/semiadiabatische Kalorimeterversuche oder auch Temperaturmessungen in großformatigen und/oder wärmegedämmten Probeblöcken an [4, 13]. Falls solche Werte im Vorfeld bestimmt werden sollen, ist dies in die Leistungsbeschreibung aufzunehmen.

Um die oftmals maßgebliche Beanspruchung "Hydratationswärme" angemessen begrenzen zu können, müssen für massige Bauteile auch die Mindestzementgehalte gegenüber den Regelungen in DIN 1045-2 abgesenkt werden (s. a. Abschnitt 4.2). Erstrecken sich die Betonierarbeiten über längere Zeiträume, können für Sommer und Winter den jeweiligen Temperaturrandbedingungen angepasste Betone zweckmäßig sein, die sich beispielsweise im Zementgehalt, der Zementart oder der Zementfestigkeitsklasse unterscheiden.

Zur Verringerung der Rissgefahr ist es darüber hinaus vorteilhaft, Gesteinskörnungen mit niedriger Temperaturdehnzahl (z.B. Kalksteine, Basalt) anstelle von solchen mit hoher Temperaturdehnzahl (z.B. quarzitische Kiese) einzusetzen. Dadurch werden die Temperaturverformungen bzw. die daraus resultierenden thermischen Zwang- und Eigenspannungen gering gehalten. Der Vorteil, den eine Verringerung der Temperaturdehnzahl mit sich bringt, muss möglicherweise sorgfältig gegen eine im Hinblick auf die Hydratationswärmemenge nachteilige Erhöhung des Bindemittelgehaltes bzw. einen erhöhten Zusatzmittelbedarf abgewogen werden. Beispielsweise kann sich bei Verwendung von Splitten ein erhöhter Wasseranspruch ergeben.

Zur Minimierung der Hydratationswärme kann es bei massigen Bauteilen entsprechender Dimension (z.B. dicke Bodenplatten, große Fundamente und Sohlen etc.) zweckmäßig sein, bei der Festlegung der Betonzusammensetzung zwischen den dauerhaftigkeitsrelevanteren Randbereichen und den weniger exponierten Kernbereichen eines Bauteils zu differenzieren und unterschiedlich zusammengesetzte Betone mit unterschiedlicher Wärme- und Festigkeitsentwicklung zu verwenden.

Bei den beschriebenen technischen Maßnahmen zur Verringerung der Hydratationswärme ist stets auch darauf zu achten, dass der Frischbeton einwandfrei verarbeitet werden kann und die vorgegebenen Festbetoneigenschaften sicher erreicht werden.

4.1.2 Frischbetontemperatur

Niedrige Frischbetontemperaturen wirken sich besonders günstig auf die Reduzierung des Temperaturanstiegs im Bauteil aus. Daher sollten bei massigen Bauteilen möglichst niedrige Frischbetontemperaturen angestrebt werden. Geeignete Maßnahmen hierzu sind z.B.:

• Berieselung der Gesteinskörnungen mit Kaltwasser unter Ausnutzung der Verdunstungskälte
• Verwendung von Frischwasser (kein Restwasser)
• Begrenzung der Zementtemperatur
• Beschattung der Lagereinrichtungen
• Betonieren während der Nachtstunden

Mit den genannten Maßnahmen können i. d. R. Frischbetontemperaturen < 25 °C sichergestellt werden. Bei länger anhaltender heißer Witterung sind auch Temperaturen < 30 °C nur mit einer aktiven Kühlung des Betons bzw. dessen Ausgangsstoffe (z.B. durch Flüssigstickstoff, Eis) zu erreichen. Das Einmischen von flüssigem Stickstoff kann sowohl bei der Herstellung des Betons im Werk als auch nachträglich auf der Baustelle im Fahrmischer erfolgen. Allerdings bedarf es einiger Erfahrung, geeigneter Einrichtungen, spezieller Verfahrensweisen und Vorversuchen, um den Flüssigstickstoff ohne negative Auswirkungen, wie z.B. das Gefrieren des Frischbetons, einzumischen.

Die Zugabe von Scherbeneis zum Frischbeton als Teil des Zugabewassers ist zwar äußerst wirksam, jedoch aufgrund des hohen Installationsaufwands nur bei sehr großen Baumaßnahmen mit mehreren 100.000 m³ zu kühlendem Beton wirtschaftlich sinnvoll einsetzbar [14].

Jegliche Maßnahmen der aktiven Kühlung sind mit erheblichen Kosten und deutlich längeren Einbauzeiten des Betons verbunden. In der Regel sind daher betontechnische Maßnahmen zur Reduzierung der Maximaltemperatur im Bauteil wirtschaftlicher als eine Begrenzung der Frischbetontemperatur. Falls eine Begrenzung der Frischbetontemperatur vorgesehen ist, sollte diese aufgrund des damit verbundenen Aufwandes als separate Position im Leistungsverzeichnis ausgeschrieben werden.

4.2 Sicherstellung einer gleichwertigen Dauerhaftigkeit

Bei der (Festlegung der Betonzusammensetzung ist in jedem Fall eine im Hinblick auf die jeweiligen Dauerhaftigkeitsanforderungen günstige Porenstruktur des Zementsteins anzustreben. Hierzu gehört insbesondere die Begrenzung des für die maßgebenden Transportvorgänge (kapillares Saugen, Permeation und Diffusion) relevanten Kapillarporenraumes, der maßgeblich durch den Wasserzementwert des Betons bestimmt wird. Entsprechende Grenzwerte für den Wasserzementwert sowie weitere Anforderungen an die Zusammensetzung und die Eigenschaften von Beton werden daher in DIN 1045-2, Tabellen F.2.1 und F.2.2, vorgegeben.

Die Grenzwerte nach DIN 1045-2, Tabellen F.2.1 und F.2.2, dürfen bei Betonen für massige Bauteile gemäß Richtlinie an folgenden Stellen unter- bzw. überschritten werden:

1. Reduzierung des Mindestzementgehaltes von 320 auf 300 kg/m³ in den Expositionsklassen XD2, XD3, XS2, XS3, XF2, XF3, XF4 und XA2.
2. Reduzierung des Mindestzementgehaltes bei Anrechnung von Zusatzstoffen von 270 auf 240 kg/m³in der Expositionsklasse XA1.
3. Veränderung des höchstzulässigen Wasserzementwertes von 0,45 auf 0,50 bei den Expositionsklassen XD3 und XS3 bei gleichzeitiger Einschränkung auf bestimmte Zemente und Kombinationen aus Zementen und Flugasche.
4. Abminderung der Mindestdruckfestigkeitsklassen von C35/45 auf C30/37 in den Expositionsklassen mit einem höchstzulässigen Wasserzementwert von 0,50.

Zu 1. und 2. Mit der Reduzierung des Mindestzementgehaltes von 320 auf 300 kg/m³ bei den Expositionsklassen XD2, XD3, XS2 und XS3 wird Fußnote b) aus DIN 1045-2:2001-07, Tabelle F.2.1, umgesetzt. Die Reduzierung des Zementgehaltes um 20 bzw. 30 kg/m³in den verschiedenen Expositionsklassen zugunsten der Hydratationswärmeminimierung ist unter Dauerhaftigkeitsaspekten generell als eher unkritisch einzustufen, leistet aber durchaus bereits einen merklichen Beitrag zur Reduzierung des Temperaturanstieges. Hinzu kommt, dass bei massigere Bauteilen zur Reduzierung der Wärmeentwicklung des Betons im jungen Alter vorzugsweise hüttensandhaltige Zemente eingesetzt bzw. hydratationswärmerelevante Portlandzementanteile durch Flugasche ersetzt werden. Hieraus resultieren, eine angemessene Nachbehandlung vorausgesetzt, vergleichsweise dichte, im Hinblick auf die Sicherstellung des Korrosionsschutzes der Stahleinlagen (XD, XS) und bestimmte Dauerhaftigkeitseigenschaften (XA) günstige Betone. Auch bei den Expositionsklassen XF werden das entsprechende Anforderungsniveau der DIN 1045:1988-07 und damit der bisherige Erfahrungshorizont nicht verlassen. Besondere Kompensationsmaßnahmen für die Reduzierung des Zementgehaltes zur Erzielung eines zu den Regelungen der DIN 1045-2 vergleichbaren Dauerhaftigkeitsniveaus sind deshalb nicht erforderlich.

Zu 3. Die Erhöhung des höchstzulässigen Wasserzementwertes von 0,45 auf 0,50 bei XS3 und XD3 und die damit einhergehende Veränderung des "Kontrollinstrumentes" für dessen Einhaltung, die Mindestdruckfestigkeitsklasse, ist erforderlich, um eine ausreichende Verarbeitbarkeit von Massenbetonen ohne Erhöhung des Zementleimgehaltes oder ohne unverhältnismäßig hohe Zugabe von Betonzusatzmitteln sicherzustellen. Die mit der Veränderung des höchstzulässigen w/z-Wertes verbundene Erhöhung des Kapillarporenanteils im Zementstein und der daraus resultierende geringere Chlorideindringwiderstand müssen in diesem Fall allerdings kompensiert werden. Dies geschieht durch eine Beschränkung dieser Regelung auf Betone mit Zementen und/oder Zusatzstoffen, die gegenüber den nicht aufgeführten Zementarten und Bindemittelkombinationen zu einer Erhöhung des Chlorideindringwiderstand beitragen (siehe Richtlinie, Tabelle F.2.1, Fußnote e).

Zu 4. In DIN 1045-2 wird für die Expositionsklassen XD2, XS2, XF2, XF3 und XA2 bei einem maximalen w/z-Wert von 0,50 die Mindestdruckfestigkeitsklasse C35/45 gefordert. Praxiserfahrungen zeigen, dass die Festigkeitsklasse C35/45 mit Zementen der Festigkeitsklasse 32,5 R bei einem Wasserzementwert von 0,50 oft nicht erreicht wird, so dass häufig auf Zemente höherer Festigkeitsklassen oder niedrigere Wasserzementwerte zurückgegriffen werden muss. Um ein gleichwertiges Dauerhaftigkeitsniveau sicherzustellen, wird eine Abminderung der Festigkeitsklasse auf C30/37 bei den genannten Expositionsklassen in DIN 1045-2/A1 nur unter bestimmten Randbedingungen erlaubt. Bei massigen Bauteilen wird dagegen eine Abminderung generell zugelassen, da hier neben der Dichtheit des Zementsteins auch die Gefahr der Rissbildung durch Zemente höherer Festigkeitsklasse und Betone mit kleineren Wasserzementwerten berücksichtigt werden muss.

5 Besonderheiten bei der Herstellung, Festlegung und Konformität von Beton

5.1 Gleichmäßigkeit der Ausgangsstoffe

Die Eigenschaften der Ausgangsstoffe können produktionsbedingt schwanken. Diese Schwankungen sind insbesondere bei der Betonherstellung für länger andauernde Baumaßnahmen entsprechend zu berücksichtigen. Gegebenenfalls sollten je nach Anwendungsfall ergänzende Maßnahmen zur Sicherstellung der Gleichmäßigkeit der Ausgangsstoffe getroffen werden, wobei auf einen vertretbaren Aufwand zu achten ist. Einzelheiten hierzu sind in einem Qualitätssicherungsplan festzulegen (s. a. Abschnitt 2.2).

5.2 Konformitätskontrolle

Die reduzierten Probenahmehäufigkeiten der Richtlinie (s. Teil 2 der Richtlinie, Ergänzung zu 8.2.1.2, Tabelle 13) und der Prüfplan nach 8.2.1.2 gelten auch für die Spaltzugfestigkeit.

Bei Betonen, deren Druckfestigkeit zu einem späteren Zeitpunkt als 28 Tage geprüft wird, kann es aufgrund der sehr niedrigen Anfangsfestigkeit zweckmäßig sein, die Proben mehr als einen Tag in der Form zu belassen.

Hinsichtlich der Lagerungsart der Proben für die Druckfestigkeitsprüfung wird in der Richtlinie für Massenbetone keine von DIN EN 12390-2 abweichende Lagerung vorgeschlagen. Mit der Wasser- und der Luftlagerung nach DIN EN 12390-2 und DIN EN 12390-2, Anhang NA, werden für die durch die Richtlinie abgedeckten Massenbetone mit den festgelegten Anforderungen an die Betonzusammensetzung nach den Tabellen F.2.1 und F.2.2 zwei adäquate Lagerungsmöglichkeiten von Probekörpern für die Festigkeitsprüfung angeboten. Im Einzelfall kann es sinnvoll sein, eine andere Lagerungsart zu vereinbaren (s. DIN EN 206-1, Abschnitt 5.5.1.1).

Für Betone mit langsam reagierenden Zementen oder Bindemitteln ist insbesondere bei einem gewählten Nachweisalter für die Druckfestigkeit von 56 oder 91 Tagen eine dauernde Wasserlagerung der Proben ratsam. Eine der Feuchtlagerung im Alter von 7 Tagen anschließende Luftlagerung bis zur Prüfung würde aufgrund der kleinen Abmessungen des Würfels zu einem schnellen Austrocknen über die Oberflächen des Probekörpers führen, wodurch die Hydratation der langsam erhärtenden Zemente und die puzzolanische Reaktion der Flugasche in ihrem Fortschritt stark beeinträchtigt werden.

Die Anwendung des Betonfamilienprinzips ist auch für Beton nach der vorliegenden Richtlinie unter Beachtung der Kriterien in DIN 1045-2, Anhang K, möglich. Allerdings ist die Einteilung in Betonfamilien bei Massenbeton i. d. R. wenig sinnvoll, da die Vorteile des Betonfamilienprinzips bei Betonen, die innerhalb kurzer Zeiträume in großer Menge produziert werden, vergleichsweise gering sind (s. a. [11]).

6 Besonderheiten bei der Ausführung

6.1 Schalungsdruck

Bei ungünstigen Randbedingungen (geringe Frischbetontemperatur, höhere Zusatzstoffgehalte, längere Verzögerungszeiten und weichere Konsistenzen) kann der Frischbetondruck deutlich höher sein als in DIN 18218 ausgewiesen. Falls Erfahrungswerte hierzu nicht vorliegen, sollten Messungen des Frischbetondrucks auf lotrechte Schalungen unter Berücksichtigung der tatsächlichen Einbaubedingungen vor Beginn der Betonierarbeiten vorgesehen werden. Auf der sicheren Seite liegend kann näherungsweise der volle hydrostatische Druck angesetzt werden.

6.2 Einbringen und Verdichten

Der Einbau mehrerer aufeinanderfolgender Betonierlagen sollte frisch in frisch erfolgen. Bei Einbau der jeweils nächsten Betonierlage muss der darunterliegende Beton noch verdichtbar sein, damit ein "Vernadeln" der Betonierlagen möglich ist. Gegebenenfalls muss der Beton angemessen verzögert werden.

6.3 Nachbehandlung, Schutz und Steuerung des Wärmeabflusses

Massige Bauteile sind entsprechend DIN 1045-3, Abschnitt 8.7, nachzubehandeln und zu schützen. Bei massigen Bauteilen besteht darüber hinaus ein erhebliches Rissrisiko infolge Hydratationswärme: Hohe Maximaltemperaturen im Bauteil können zu verstärkter Trennrissbildung, hohe Temperaturgradienten zwischen Bauteilkern und Bauteiloberfläche zu Schalenrissbildung führen.

Die Temperaturgradienten können durch entsprechende wärmedämmende Maßnahmen gering gehalten werden. Hierbei ist zu beachten, dass derartige Maßnahmen nicht zu einer deutlichen Anhebung der Maximaltemperatur im Bauteil führen sollten. Wenig vorteilhaft ist es beispielsweise, wärmedämmende Matten unmittelbar nach Abschluss der Betonierarbeiten aufzubringen. In diesem Fall würde der Wärmeabfluss von Anfang an behindert werden und dadurch die Maximaltemperatur im Bauteil stärker ansteigen als ohne diese Matten. In der Abkühlphase kann es nachteilig sein, wärmedämmende Matten auf einmal komplett zu entfernen, weil dies zu einem Temperaturschock an der Bauteiloberfläche führen könnte. Eine gestaffelte Rücknahme von einzelnen Lagen der Wärmedämmmatten ist hier oftmals günstiger. Alle Maßnahmen zur Steuerung des Wärmeabflusses sollten im QS-Plan (s. a. Abschnitt 2.2) festgelegt und entsprechend den Klimabedingungen im Bauzeitenplan berücksichtigt werden.

Eine Kühlung des bereits eingebauten Betons durch Abführen der Hydratationswärme über eine Rohrinnenkühlung beschleunigt im Allgemeinen den Wärmeabfluss. Die Maximaltemperatur kann dadurch aber in der Regel trotz des erheblichen Mehraufwandes nur um wenige Grad reduziert werden. Daher sind solche Verfahren nur in Ausnahmefällen sinnvoll.

6.4 Überwachung

Sofern Vorgaben zur Frischbetontemperatur oder zur Temperaturverteilung und -entwicklung im Bauteil vorliegen, sollten entsprechende Temperaturmessungen vorgenommen und die Ergebnisse dokumentiert werden. Bauteil- und Lufttemperaturen sollten mindestens bis zum Überschreiten des Temperaturmaximums aufgezeichnet werden. Abweichungen gegenüber den Vorgaben sind zu überprüfen und erforderlichenfalls Maßnahmen zu ergreifen.

Umfang und Häufigkeit der Frisch- und Festbetonprüfungen für die Errichtung massiger Betonbauteile sollten bei großen Betonkubaturen in Prüfplänen festgelegt werden. Die Prüfhäufigkeit darf gegenüber DIN 1045-3, Anhang A.2, im Einvernehmen mit der Überwachungsstelle entsprechend der einzubringenden Betoniermenge verringert werden.

7 Literatur

[1] Rostäsy, F.S.; Krauß, M.; Budelmann, H.: Planungswerkzeuge zur Kontrolle der frühen Rissbildung in massigen Betonbauteilen, Teile 1 bis 7. In: Bautechnik 79 (2002).

[2] Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E. V.: Sachstandbericht Beschränkung von Temperaturrissen im Beton, Oktober 1996.

[3] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton: DAfStb-Richtlinie Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (WU-Richtlinie), November 2003.

[4] Zusätzliche Technische Vetragsbedingungen - Wasserbau (ZTV-W) für Wasserbauwerke aus Beton und Stahlbeton (Leistungsbereich 215).

[5] Bundesanstalt für Wasserbau: Merkblatt Rissbreitenbegrenzung für frühen Zwang in massiven Wasserbauwerken.

[6] Rostäsy, F.S.; Henning, W.: Zwang und Rissbildung in Wänden auf Fundamenten. Berlin, Beuth. In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton, Nr. 407, 1990.

[7] Curbach, M.; Tue, N.; Eckfeldt, L.; Speck, K.: Zum Nachweis der Rissbreitenbegrenzung gemäß DIN 1045-1. Berlin, Beuth. In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton, Nr. 525, 2003.

[8] Rostäsy, F.S.; Krauß, M.: Frühe Risse in massigen Betonbauteilen - Ingenieurmodelle für die Planung von Gegenmaßnahmen. Berlin, Beuth. In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton, Nr. 520, 2001.

[9] König, G.; Tue, N.: Grundlagen und Bemessungshilfen für die Rissbreitenbeschränkung im Stahlbeton und Spannbeton. Berlin, Beuth. In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton, Nr. 466, 1996.

[10] Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E. V.: Merkblatt Beton für massige Bauteile, Oktober 1996.

[11] Erläuterungen zu DIN EN 206-1, DIN 1045-2, DIN 1045-3, DIN 1045-4 und DIN 4226-1. Berlin, Beuth. In: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton, Nr. 526, 2003.

[12] Wischers, G.: Betontechnische und konstruktive Maßnahmen gegen Temperaturrisse in massigen Bauteilen. In: Beton 14 (1964), H. 1, S. 22-26 und H. 2, S. 65-73

[13] Hintzen, W.; Thielen, G.: Betontechnische Einflüsse auf die Rissbildung infolge Hydratationswärme. In: Betontechnische Berichte 1998-2000, Verlag Bau & Technik (VBT), Düsseldorf, 2001, S. 61-72

[14] Springenschmid, R.; Breitenbücher, R.: Kühlen von Beton. In: Zement und Beton 32 (1987), H. 4, S. 134-138

ENDE