Massige Bauteile

Rechnerisch ermittelter Temperaturverlauf von Beton mit CEM III-Zementen (z = 300 kg/m³) in 0,8 m und 1,5 m dicken Bauteilen.

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.
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.

Betontechnologische Maßnahmen sind:

• möglichst geringer Zementgehalt,
• Verwendung von Zementen mit niedriger Wärmeentwicklung (LH-Zement) bzw. sehr niedriger Wärmeentwicklung (VLH-Zement), ggf. in Verbindung mit Flugasche als Betonzusatzstoff,
• niedrige Frischbetontemperatur, ggf. durch Kühlen des Frischbetons oder des Zugabewassers und der Gesteinskörnung,
• Auswahl geeigneter Gesteinskörnung (großes Größtkorn, gut abgestufte Sieblinie, ggf. Gesteinskörnung mit niedriger Temperaturdehnzahl) zur Reduzierung des Zementleimvolumens ,
• Konsistenz im Bereich der Konsistenzklassen F3 bis maximal F4 (bei zu weichen Betonen nimmt die Schwind- und Rissneigung zu),
• Wahl temperaturgünstiger Betonagezeiträume (insbesondere für den Bauteilkern),
• ausreichend lange und intensive Nachbehandlung zum Schutz vor schneller Austrocknung und Auskühlung.

Konstruktive und bautechnische Maßnahmen sind:

• Vermeidung oder Verminderung von Zwang bei der Wahl der Konstruktion und der Bauzustände,
• Vermeidung von Steifigkeitssprüngen und Unstetigkeiten in der Konstruktion,
• Bewehrung zur Begrenzung der Rissbreite,
• Vermeidung zusätzlicher Wärmeeinleitung in den Bauteilkernbereich,
• 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 erhärtende 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