Kleine Betonkunde

Moderne Architektur entdeckt den Sichtbeton wieder, wie repräsentative Bauwerke zeigen – der Freilichtpavillon in Grafenegg oder die Wirtschaftsuniversität in Wien.

Zur Realisierung geometrisch komplexer Stahlbetonstrukturen sind zunehmend fließfähige oder selbstverdichtende Betone nötig, die auf die formgebende Schalung höhere Kräfte in Form von Frischbetondruck ausüben als in den bisherigen Technischen Regeln beschrieben.

Seit Januar 2010 gilt daher eine neue DIN 18218 und regelt den Frischbetondruck auf lotrechte Schalungen.

In der erweiterten und überarbeiteten Fassung der DIN 18218 wird der zunehmende Einsatz selbstverdichtender und fließfähiger Betone in der Baustellenpraxis berücksichtigt.
Der beim Betonieren auftretende Frischbetondruck ist für den Baubetrieb eine wichtige Größe, denn er beeinflusst die Auswahl des Bauverfahrens und die Ausstattung der Baustelle mit passendem Schalungs- und Ankermaterial. Bisherige Methoden der Betondruckberechnung wurden von einer beachtlichen Zunahme an Betonzusatzstoffen und gänzlich neuen Betonrezepturen überholt. Zur Realisierung geometrisch komplexer Stahlbetonstrukturen werden zunehmend fließfähige oder selbstverdichtende Betone eingesetzt. Sie üben auf die formgebende Schalung höhere Kräfte in Form von Frischbetondruck aus, als dies in den bisherigen Technischen Regeln beschrieben ist. Der errechnete Erstarrungsbeginn verschiebt sich; die maximale Steiggeschwindigkeit nimmt ab. Bisher wurde daher die Empfehlung abgeleitet, die Schalung sicherheitshalber auf den hydrostatischen Frischbetondruck zu bemessen. Deshalb wurde die Schalung oft überdimensioniert und damit unwirtschaftlich eingesetzt.

Mit Wissenschaftlern verschiedener Hochschulen und Fachleuten unter Federführung von MEVA Ingenieuren ist ein neuer Berechnungsansatz entwickelt worden, der auf der Theorie Proske-Schuon beruht und das konsistenz- und temperaturabhängige Erstarrungsverhalten der jeweiligen Betonrezeptur berücksichtigt. Theoretische, labortechnische und Praxiserkenntnisse wurden korreliert und in der Praxis erprobt. Diese Erkenntnisse sind in die erweiterte DIN 18218 eingeflossen. Mit den neuen, vereinfachten Berechnungsmethoden zur Bestimmung von Frischbetondruck und Betoniergeschwindigkeit ist es möglich, die Schalung sicherer und wirtschaftlicher zu bemessen. In der neuen DIN 18218 kann die Steiggeschwindigkeit mit praxiserprobten Diagrammen errechnet werden. Sämtliche Betonkonsistenzen können nach maximalem Frischbetondruck und zulässiger Betoniergeschwindigkeit abgelesen werden. Diese unterscheiden zwischen Erstarrungsende des Betons von 5 bis 15 Stunden und weisen Werte für Betone der Konsistenzklassen F1 bis F6 und für SVB (selbstverdichtende Betone) aus.

Und mit dem neuen Betonmessgerät SolidCheck misst man das Erstarrungsende einfach und sicher. Denn SolidCheck ist genauer als jeder Daumen.

Theorie des Frischbetondrucks →
Konsistenzklassen Beton

Die bisherige Berechnung des Frischbetondrucks auf lotrechte Schalungen [6] geht von den in den 70er Jahren üblichen 3-Stoff-Betonen aus, deren Eigenschaften im Wesentlichen durch die DIN 1045- und DIN 1048-Familie bestimmt sind. Die heutigen in Europa normativ geregelten Betone besitzen demgegenüber nicht nur größere Ausbreitmaße, sondern auch ein anderes Erstarrungsverhalten, die die Berechnung des Frischbetondrucks und dessen Auswirkung erschweren oder schlimmstenfalls unmöglich machen.

Diese neuen, praxiserprobten Berechnungsmethoden sind in die erweiterte und überarbeitete neue DIN 18218 eingeflossen. Das von MEVA entwickelte Verfahren wird somit Branchenstandard.

Frischbetondruck →

Normwerte & Lasteinflussordinate

Zusammenhang Frischbetondruck / Steiggeschwindigkeit

Normwerte für Frischbetondruck

Die bisher verwendete Grundgleichung der Normwerte des Frischbetondruckes lautet:

Berechnung des Normwerts von Frischbetondruck

Aus dieser Gleichung ergeben sich die konsistenzabhängigen Formeln und das dazugehörige Frischbetondruck-Diagramm unter Berücksichtigung der dort genannten Voraussetzungen (siehe rechts).

Lasteinflussordinate

Lasteinflussordinate

Die Lasteinflussordinate auf die senkrechten Schalungen ergibt sich nach DIN 18218 aus der Darstellung rechts. Der Faktor „5“ in der Einflusshöhe „5 vb“ bedeutet, dass der Frischbeton ein Erstarrungsende von höchstens 5 Stunden besitzt, das diesen normativen Berechnungen zugrunde liegt. Korrekturfaktoren berücksichtigen die Zugabe von Erstarrungsverzögerern und ihren Einfluss auf das Erstarrungsende.

Damit sind aber die unterschiedlichen Anteile von Flugasche und deren Auswirkungen auf das Erstarrungsverhalten des Frischbetons nicht zu erfassen. Dieser Ansatz zeigt den Einfluss des Frischbetondrucks bei unterschiedlicher
Betonierhöhe H als Lasteinwirkung auf die Schalung.

Erstarrungsverhalten & Druckverlauf →
Frischbetondruck-Diagramm für selbstverdichtende Betone (SVB) nach dem Schuon‘schen Erstarrungsverfahren

Fortlaufendes Erstarrungsverhalten beim kontinuierlichen Betonieren: Der hell dargestellte eingebaute Beton befindet sich im Erstarrungsbeginn, sodass die aufgebrachte Last nicht mehr vollständig als Seitendruck entsteht. Der Druckanstieg geht in Silodruck über.

Bereits in der DIN 18218 wurde der Übergang von Druckanstieg auf gleichförmigen Silodruck berücksichtigt, der sich nach der Elastizitätstheorie nachweisen lässt.

Nach der Elastizitätstheorie ergibt sich in der erstarrenden Betonschicht ein Frischbetondruck von 40 % der aufgebrachten vertikalen Last (Frischbeton). Während des Erstarrens wird dem Beton Wasser entzogen. Dies führt zu dessen Volumenminderung und zum plastischen Schwinden.
Damit verkürzt sich der Betonkörper in allen drei Dimensionen, gibt keinen Druck ab und entlastet die Schalung.