Ernst & Sohn Sonderheft Betonoberflächen by Ernst & Sohn

Beton- und Stahlbetonbau Spezial

Betonoberflächen

April 2017 ISSN 0005-9900 A 1740

−− Sichtbetontechnik −− Schalungen für Sichtbeton −− Verfärbungen von Sichtbetonflächen −− Sichtbetonkosmetik −− Beton als kreativer Kunst-Stoff −− Photokatalytisch aktiver Beton −− Fahrbahnoberflächen aus Beton

Schwerpunkte: Spannbeton, Spezialbetone Dieser Beton-Kalender vereinigt Beiträge zum klassischen Stahlbetonbau und Spannbetonbau mit den Grundlagen für Sonderbetone für spezielle Anwendungen und Anforderungen, wie z. B. hohe Duktilität, erhöhten Brandschutz, hohe gestalterische Ansprüche oder Schutz gegen schädigende Alkalireaktion im Beton zur Verhinderung von Quelldruck. In bewährter Weise wird die Eurocode-Kommentierung in Kurzfassungen fortgeführt. Der Beton-Kalender 2017 ist eine besondere Fundgrube für Ingenieure in Planungsbüros und in der Bauindustrie.

Konrad Bergmeister, Frank Fingerloos, Johann-Dietrich Wörner (Hrsg.) Beton-Kalender 2017 Schwerpunkte: Spannbeton, Spezialbetone 2016. ca. 1100 S. ca. € 174,–* Fortsetzungspreis: € 154,–* ISBN: 978-3-433-03123-0 Auch als erhältlich

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Weitere Buchempfehlungen: Eurocode 2 für Deutschland. Kommentierte Fassung Beton-Kalender 2016 Beton-Kalender 2015

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Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG

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Beton- und Stahlbetonbau Inhalt Spezial Zum Titelbild Betonier-Lösung für Logistikbauten – Der vierte deutsche Logistik-Standort von Europas führender Online-Plattform Zalando bereitete in der Planung und vor dem Betonieren den Entscheidern am Bau Kopfzerbrechen. Thema waren 130.000 m2 Bodenflächen in den Lagerhallen, die nach der Richtlinie Stahlfaserbeton als C30/37 L1,5/L1,5 ausgeführt wurden. Zusätzlich wurden 3.500 m3 Splittbeton für die Zufahrtsrampen im Außenbereich hergestellt. Sie wurden in der Feuchtigkeitsklasse WS und mit speziellem Fahrbahndeckenzement ausgeschrieben. Für den Generalunternehmer hätten diese unterschiedlichen Anforderungen steigende Kosten bedeutet, aber vor allem wäre für die Betonlieferanten ein großes logistisches Problem entstanden. Die Lösung war ein Zement, der alle Qualitätsanforderungen bestens erfüllt: Optimo 4 von Holcim. – www. holcim-sued.de – (Foto: Holcim Süd) Bericht s. Seite A4

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Ludger Lohaus Editorial: Innere Werte – „oberflächlich“ betrachten und begreifen

Ludger Lohaus, Tobias Schack, Dario Cotardo Die Kunst der Sichtbetontechnik

Christoph Motzko, Daniela Löw 12 Schalungen für den Sichtbeton Systematik, Eigenschaften, Wechselwirkungen 24

Hannes Fiala Verfärbungen von Sichtbetonflächen

Denis Kiltz 33 Sichtbetonkosmetik 40

Ute Latzke Ein kreativer Kunst-Stoff

Manuel Fleisch, Detlef Bahnemann Photokatalytisch aktiver Beton: Wie innovative Baustoffe einen Beitrag zum Abbau gefährlicher Luftschadstoffe leisten können

Christoph Becker, Marko Wieland Fahrbahnoberflächen – Entwicklungen im Betonstraßenbau

Produkte & Projekte

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April 2017 ISSN 0005-9900 (print) ISSN 1437-1006 (online) Peer-reviewed journal Beton- und Stahlbetonbau ist ab dem Jahrgang 2007 bei Thomson Reuters ISI Web of Science akkreditiert. Impact Factor 2015: 0,431

http://wileyonlinelibrary.com/journal/best

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BETONOBERFLÄCHEN

Betonier vor Glück Ehemalige Militär-Areale stellen Städte und Regionen vor enorme Herausforderungen. Für Lahr kein Problem. Auf ca. 110 ha Fläche haben sich über 170 Unternehmen angesiedelt und 3.700 Menschen Arbeit gefunden. Ein weiteres Unternehmen hat sein Lagerlogistikgebäude vor wenigen Monaten bezogen: Zalando. Der „Schrei vor Glück“ des Zweckverbands war vermutlich unüberhörbar. Der interkommunale Zweckverband „Industrie- und Gewerbepark Raum Lahr“ hat die Chance in der Krise gewittert und sich besonnen auf die hervorragende Lage zwischen der Schweiz und Frankreich sowie die gute Verkehrsanbindung. Im Herbst 2016 hat der Testbetrieb begonnen. Der vierte deutsche Logistik-Standort von Europas führender Online-Plattform für Mode für Frauen, Männer und Kinder bereitete in der Planung und vor dem Betonieren den Entscheidern am Bau Kopfzerbrechen. Thema waren 130.000 m2 Bodenflächen in den Lagerhallen, die nach der Richtlinie Stahlfaserbeton als C30/37 L1,5/L1,5 ausgeführt wurden. Zusätzlich wurden 3.500 m³ Splittbeton mit dem

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Die Lagerflächen sind in acht Einheiten mit unterschiedlichen Höhen eingeteilt.

umweltfreundlichen Zement Optimo 4N von Holcim für die Zufahrtsrampen im Außenbereich hergestellt.

Qualitätsanforderungen mehr als erfüllt Um Alkali-Kieselsäure-Reaktionen zu vermeiden, wurden sie in der Feuchtigkeitsklasse WS und mit speziellem Fahrbahndeckenzement ausgeschrieben. Für den Generalunternehmer hätte das steigende Kosten bedeutet, aber vor allem wäre für die Betonlieferanten ein großes logistisches Problem entstanden. Sie hätten in ihren Betonwerken jeweils ein extra Zementsilo dafür bereithalten müssen und es wären zusätzliche Prüfungen fällig gewesen. „Ich hatte echt Glück, zur rechten Zeit am rechten Ort zu sein und dann auch noch Gesprächspartner zu haben, die einem zuhören“, so Michael Dehner, Application Manager Zement bei Holcim in Süddeutschland. Er demonstrierte, dass für diesen Anwendungsbereich Beton mit dem Zement Optimo 4 alle Qualitätsanforderungen mehr als erfüllt, und überzeugte mit entsprechenden Beispielen aus vergleichbaren Bereichen. Etwa dem Zentrallager des Lebensmitteldiscounters LIDL in Donaueschingen. Hier sind die Böden und Zufahrtsrampen seit fünf Jahren extremen Belastungen, vor allem Frost-Tausalzen (XF4) und mechanischem Abrieb (XM2), ausgesetzt und sehen trotz alledem bestens aus. Der Auftrag des Generalunternehmers Bremer AG aus Paderborn, der auf kurze Bauzeiten spezialisiert ist, folgte prompt. Aus dem „Schrei vor Glück“ wurde für Michael Dehner sowie die Betonlieferanten der Liefergemeinschaft Vogel-Bau, Lahr, und Hermann Uhl e. K., Schutterwald, ein „Betonier vor Glück“. Zalando nimmt Logistik als Kernkompetenz für sich in Anspruch und will seine Kunden künftig mit „same-day-delivery“ noch schneller beliefern – Vogel-Bau und Hermann Uhl haben ebenfalls Logistikkompetenz bewiesen und ununterbrochen im Wechsel „just in time“ von ihren nahegelegenen Betonwerken aus reibungslos und so schnell wie möglich geliefert.

Strenge Kriterien nach WS (E1) im Außenbereich Die beiden Laborleiter Edgar Elison von Vogel-Bau aus Lahr und Uwe Schüssele im Auftrag von Uhl aus Schutterwald einigten sich nach vielen Versuchen auf eine identische Rezeptur mit Optimo 4N und demselben Fließmittel. Application Manager Dehner: „Die Gesteinskörnung reagiert bei AKR-Angriff allerdings deutlich mehr als der Zement, daher wurde für die Zufahrtsrampen im Außenbereich extra eine beständige Gesteinskörnung der Firma Bohnert geordert, die die strengen Kriterien nach WS (E1) erfüllt.“ Geballte Erfahrung am Bau zeigte Bauleiter und Polier Ferdinand Scholz von Bremer AG. Lehrbuchmäßig wurde nach dem Einbau des Betons mit Betonpumpen die Fläche mehrere Tage nachbehandelt und mit Folie vor Austrocknung und Temperaturverlust geschützt. Um den unterschiedlichsten, extremen Bean-

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Die Logistikflächen werden maßgeschneidert auf die Geschäfts anforderungen entwickelt.

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Projektdaten: Bauherr: Goodman Germany GmbH, Düsseldorf Generalunternehmer: Bremer AG, Paderborn Betonlieferanten als Liefergemeinschaft: Vogel-Bau Unter nehmensgruppe, Lahr (Schwarzwald)/Hermann Uhl e. K. Kies – Transportbeton – Betonerzeugnisse, Schutterwald Zement: Optimo 4N, Holcim (Süddeutschland) GmbH, Dotternhausen

(Fotos: Holcim (Süddeutschland)/Thomas Dix)

BETONOBERFLÄCHEN

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Staplerverkehr beansprucht die Betonoberfläche in der Lagerhalle sehr. Glättbeton wird diesen Anforderungen gerecht.

spruchungen gerecht zu werden, wurde die Betonoberfläche in der Lagerhalle maschinell geglättet. Solche Glättbetonvorhaben gelingen nur, wenn die Regeln der Bautechnik und die Betontechnologie eingehalten werden. Wesentliche Einflüsse sind das Frühschwinden als Folge mangelhafter Nachbehandlung bei ungünstigen Witterungsbedingungen. Die Außenflächen mit Andockstellen wurden ebenfalls aus Beton mit Optimo 4 N von Holcim betoniert. Michael Dufhues, Vorstandsmitglied Bremer AG: „Voraussetzung für hohe Qualität und kurze Bauzeiten ist das intensive Zusammenspiel aller am Bau Beteiligten.“

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Um dem Frost-/Tausalzangriff und hohem Verschleiß bei den Zufahrtsrampen im Außenbereich Stand zu halten, wurden 3.500 Kubikmeter Splittbeton im Außenbereich verwendet.

deren Bereich wird ein dreigeschossiger Verwaltungstrakt angesiedelt. Wie bei anderen Zalando-Logistik-Standorten kooperiert Zalando mit dem integrierten Immobilienkonzern Goodman, der Logistikflächen maßgeschneidert auf Geschäftsanforderungen entwickelt und die Anlagen auch besitzt und verwaltet. Bremer AG ist spezialisiert auf Stahlbetonfertigteile, die in den eigenen Werken in Paderborn und Leipzig geplant und produziert werden. Die Gebäudehülle aus Stahlbeton macht das Logistikzentrum langlebig, wartungsfrei und klimatechnisch stabil und sichert den Nutzern einen effizienten Gebäudebetrieb.

Langlebig, wartungsfrei und klimatechnisch stabil Die Lagerflächen sind in acht Einheiten mit unterschiedlichen Höhen sowie einer großen Mezzanine-Ebene aufgeteilt. Im vor-

Sabine Schädle

www.holcim-sued.de

Weil Erfolg nur im Miteinander entstehen kann. Die TORKRET GmbH ist auf die ingenieurtechnische und konservierende Instandsetzung von Ingenieurund Verkehrsbauwerken, Parkbauten sowie Gewerbe- und Wohnimmobilien spezialisiert. Als Mitglied der Ed. Züblin AG, Deutschlands Nummer eins im Hochund Ingenieurbau, verdanken wir unseren Erfolg dem Ideenreichtum und Engagement von rund 15.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, die als ein großes Team auch komplexe Bauvorhaben termingerecht und zum besten Preis realisieren. Ob bei der Ertüchtigung von Bauteilen, der innovativen Gestaltung von Oberflächen mit dem TORKRET Relief®-Verfahren oder der behutsamen Rekonstruktion und dem Schutz historischer Bausubstanz durch unsere geprüften Restauratorinnen und Restauratoren – wir glauben an die Kraft des Teams. Und daran, dass genau das den Unterschied ausmacht, um Außergewöhnliches entstehen zu lassen. www.torkret.de Torkret GmbH, Langemarckstr. 39, 45141 Essen, Tel. +49 201 2943-0, essen@torkret.de

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BETONOBERFLÄCHEN

Farbiger Brandschutz für Beton

(Foto: Hensel)

Bei der Sanierung von Gebäuden ergeben sich bekanntermaßen immer wieder unerwartete Überraschungen. Schon die Planung der Sanierungsmaßnahmen ist für die Verantwortlichen die erste Herausforderung. Insbesondere, wenn es sich um öffentlich zugäng liche Bauten handelt, für die nach der Bauordnung nun eine Aufrüstung im Sinne des vorbeugenden baulichen Brandschutzes gefordert wird. Bei Bestandsbetondecken führt die unzureichende Über deckung der Armierung zu einem nicht ausreichenden Feuerwiderstand und damit zur Forderung nach Aufrüstung.

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Augsburger Kammgarnspinnerei (AKS) – HENSOTHERM® 820 KS

B 3000 frei von Halogenen, APEO, Boraten, Fasern oder Weichmachern. Geringe Trockenschichtdicken erhalten die Raum höhen und gewährleisten einen schnellen Baustellenablauf. Ein farbiger Überzugslack ist optional.

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Parkhaus IHK Bayreuth – HENSOMASTIK® B 3000

Die Brandschutz-Beschichtung HENSOMASTIK® B 3000 der Rudolf Hensel GmbH verzögert im Brandfall die Aufheizung von Beton- und Stahlbetonbauteilen in Abhängigkeit von der Auftragsmenge bis zu 90 Minuten lang. Für diesen Zeitraum wird verhindert, dass durch die thermische Expansion der Stahlarmierung der überdeckende Beton abplatzt und die konstruk tive Tragfähigkeit der Betonbauteile gefährdet wird. Aufgrund seiner robusten Materialeigenschaften eignet sich HENSOMASTIK® B 3000 besonders für den Einsatz in Bereichen mit hoher Emissionsbelastung wie in Tiefgaragen oder Parkhäusern. Ein weiterer Einsatzschwerpunkt ist die Sanierung von Flach- und Rippendecken. Die benötigte Trockenschichtdicke beträgt lediglich 1 bis 2 mm und ist damit statisch kaum belastend und raumsparend. Die optisch ansprechende Oberfläche der neuen Branschutz-Beschichtung des Herstellers und die Option eines farbigen Überstrichs ergeben architektonische Gestaltungsmöglichkeiten.

Für beide Beschichtungen gilt: je heller der gewählte Farbton des Überzugslacks, desto besser wird vorhandenes Licht von den beschichteten Flächen reflektiert, dies reduziert nicht nur den Einsatz von Leuchtmitteln, sondern auch den Strombedarf. Eine Grundierung mit BETON-CARBONSPERRE gewährt Schutz gegen das Eindringen von Schadstoffen. HENSOMASTIK® B 3000 und HENSOTHERM® 820 KS ge hören zur Green Product Linie, in der Hensel alle Non-VOCBrandschutzprodukte des Unternehmens präsentiert. Aufgrund ihrer Umweltzertifikate empfehlen sich beide Produkte für nachhaltig ökologisches Bauen. Die Green Products erfüllen die Anforderungen nach den „Zulassungsgrundsätzen zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten in Innenräumen“ (DIBt-Mitteilungen 10/2010) in Verbindung mit den NIK-Werten des Ausschusses zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten (AgBB) und empfehlen sich somit auch für den Einsatz in öffentlichen Bauten, die den Kriterien des Bewertungssystems „Nachhaltiges Bauen für Bundesgebäude“ des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung entsprechen müssen.

HENSOTHERM® 820 KS ist nach europäischer Norm geprüft und zugelassen nach den Kriterien der Concrete Product Manufacturer’s Association für die Verbesserung des Feuer widerstands von Betonhohlplatten bis zu 120 Minuten. Träger und Stützen aus Stahlbeton werden bis zu 150 Minuten und Betonflachdecken bis zu 240 Minuten geschützt.

Mit ihrer Non-VOC-Eigenschaft entsprechen diese Produkte auch den Anforderungen des LEED credit EQ c4.2. Die Emissionszertifikate der Produkte nach ISO 16000 und nach dem Bewertungsschema des AgBB bringen Architekten und Planern sogenannte credit points für die Beurteilung des Umweltstandards eines Gebäudes nach BREEAM und bei der Auszeichnung mit dem Deutschen Gütesiegel Nachhaltiges Bauen (DGNB). Aufgrund der französischen Emissionszertifikate nach DEVL1101903D und DEVL1104875A wurden alle Produkte zudem in die Emissionsklasse A+ (sehr geringe Emission) eingestuft.

HENSOTHERM® 820 KS ist eine einkomponentige, wasserbasierende Beschichtung und ebenso wie HENSOMASTIK®

www.rudolf-hensel.de

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

BETONOBERFLÄCHEN

Betonkosmetik für die Elbphilharmonie

Der ursprüngliche „Kaiserspeicher“ bildet den Sockel der Elbphilharmonie, die das Musikleben der Stadt auf eine neue Ebene heben wird. Moderne Baustoffe vollenden gestalterisch die einzigartige Architektur. Qualitativ hochwertiger Sichtbeton mit seiner zeitlos-eleganten Flächengestaltung gehört selbstverständlich dazu. Es war eine Bestätigung und eine tolle Auszeichnung für das Team betkos, sich gegen andere Mitbewerber durchsetzen zu können um bei der Veredelung von weit über 30.000 m2 der hochwertigen Sichtbetonflächen in den Treppenhäusern, den Parkdecks, der Plaza sowie im Backstagebereich des Konzertsaals erfolgreich mitwirken zu dürfen. betkos stellt sich als Sichtbetonkosmetik-Spezialist täglich den Herausforderungen, die eindrucksvolle Architektur und hohe Qualitätsansprüche mit sich bringen. Denn Sichtbeton ist nicht gleich Sichtbeton. Bei der Herstellung von Sichtbetonflächen stellt sich erfahrungsgemäß oft erst im Nachhinein heraus, dass diese den Qualitätsansprüchen nicht genügen. Doch mit der Betonkosmetik lässt sich vieles auch im Nachgang noch korrigie-

(Foto: HOCHTIEF)

Seit Anfang Januar ist sie eröffnet und zieht schon jetzt mit Ihrer einzigartigen Architektur alle Blicke auf sich. Die Rede ist natürlich von der Elbphilharmonie, Hamburgs neuem Wahrzeichen. Einzig artig thront die 110 m hohe Glasfassade des neuen Konzerthauses über dem historischen Kaiserspeicher in Hamburg. Das bemerkenswerte Bauprojekt, das von HOCHTIEF verwirklicht wurde, ist ein Gesamtkunstwerk auf historischem Grund.

Bei der Elbphilharmonie war betkos maßgeblich an der Veredelung von weit über 30.000 m2 der hochwertigen Sichtbetonflächen in den Treppenhäusern, den Parkdecks, der Plaza sowie im Backstagebereich des Konzertsaals beteiligt.

ren. Misslungene Schalhautstöße, Ankerlöcher, Abplatzungen, unerwünschte Lunker oder Farbabweichungen werden ebenso von betkos behoben wie grobe Verschmutzungen oder Kiesnester. Bei dieser Art von Schäden haben Kunden mit betkos Betonkosmetik einen der profiliertesten Partner am deutschsprachigen Markt. Seit 2009 ist das Unternehmen bundesweit im Einsatz, um Sichtbetonflächen zu neuem Glanz zu verhelfen. Dabei beschäftigen sich die Betonkosmetik-Spezialisten nicht nur mit der optischen Aufwertung der Flächen, sondern auch mit vorbeugendem Schutz gegen Verwitterung und Verschmutzungen. www.betkos.de

Technische Beratung und Betreuung bei Planung, Ausführung und Nutzung Projektsteuerung TÜV zertifizierte Fachfirma mit langjährig ausgebildeten Mitarbeitern Bundesweit tätig

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BETONOBERFLÄCHEN

Lindec SE – ein neuer Anbieter von Betonzuschlagstoffen für HochleistungsBeton Lindec SE ist ein schwedischer Hersteller von Betonzuschlag stoffen, die Betonoberflächen härter, abriebfest und schmutzab weisend machen – und zwar dauerhaft. Dank schlanker Verwaltung, wirtschaftlicher Produktion und Direktvertrieb (ohne Zwischenhandel und Zwischenlager) sind die qualitativ zum Wenigsten gleichwertigen Betonzuschlagstoffe von Lindec preislich mehr als attraktiv. Und das ist auf einem stark umkämpften Markt ein Vorteil für jeden Estrich-Hersteller. Denn Geld, das man sich im Einkauf sparen kann, muss man später nicht erst verdienen. Die Produkte von Lindec wurden von namhaften in der EU zugelassenen Prüfinstituten getestet und bestätigt. Dank EU-Mitgliedschaft ist der Versand innerhalb Europas so binnen einer Woche möglich. Das Programm von Lindec umfasst alle Arten von Zuschlag stoffen für neue Betonböden, wie Trockeneinstreu-Härter, Trocknungsverzögerer, Fugenfüllstoffe und Reparatursysteme für die Neubeschichtung von abgenutzten Estrichen. Der Hersteller bietet auch ein hervorragendes Programm für die Behandlung (Härten, Verdichten, Versiegeln, Reinigen) von schon verlegten Betonböden. Und nun gibt es auch im deutsch-sprachigen Raum einen Repräsentanten für dieses außergewöhn liche Programm.

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Parkhäuser und Parkgaragen brauchen keine Kunststoff-Beschichtung. Ein mit Lithurin veredelter Betonboden ist problemloser, mindestens genauso schön, abriebfest und leicht zu reinigen.

Drei Qualitäten – je nach verlangter Abriebfestigkeit Neue Hochleistungs-Betonböden werden durch Einstreu von Herkulit Top gefertigt. Dabei handelt es sich um einen HartstoffEinstreu aus reinem, speziell granuliertem Quarz, Dynagrip und einem ebenfalls speziell modifizierten Portland-Zement. Her kulit Top wird auf den noch nassen, geglätteten Estrich aufgebracht und sodann mit einem Flügelglätter „einmassiert“. Je nach verlangter Abriebfestigkeit kann zwischen 3 Qualitäten von Herkulit Top gewählt werden. Herkulit Top absorbiert die Feuchtigkeit sehr schnell und gibt dadurch ein besseres Ergebnis. Der Beton wird nach EU 206-1 als schwerbelastbar eingestuft, ist selbstpolierend (je mehr Nutzung desto glänzender), spart Epoxid- und Polyurethanbeschichtungen, weil selber glänzend und wunderschön, enthält keine metallischen Komponenten und ist daher absolut rostfrei. Das Material ist ferner rutschfest und resistent gegen Schmierfett, Öl, diverse Lösungsmittel und gegen einige alkalische Lösungen. Spuren von Gabelstaplern lassen sich einfach entfernen. – Herkulit Top verbessert die Abriebfestigkeit lt. EN/BS 13892-4: 2002 und EN/BS 8204-2: 2003) um das 20fache.

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Ikea hat in all seinen Geschäften in Schweden Böden von Lindec AB. Problemlos zu reinigen, stabil und auf Dauer wunderschön.

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Das schwedische Möbelhaus zählt zu den Großkunden von Lindec. Wie auch etliche Parkhäuser, Volvo, Akerman, der seine Kettenbagger darauf bewegt, DHL, Mölnlycke und hunderte andere Unternehmen die problemlosen Hochleistungsböden verlangen.

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Um den Faktor 20 härter und staubfrei Sind Estriche bereits verlegt und dann doch nicht so abriebfest wie gewünscht, kann mit Lithurin Hard „nachgebessert“ werden. Das Mittel wird unverdünnt auf den vorgereinigten, saugenden Boden bis zur Sättigung aufgebracht und vom Substrat völlig aufgesaugt. Der Beton bleibt optisch wie er vorher war – nur wird er um den Faktor 20 härter und staubfrei. Dadurch wird aus einem Beton der Güte C25/32 einer der Qualität C50/60. Der Beton kann anschließend geschliffen werden, bekommt aber auch ohne Schliff durch die Nutzung eine glänzende Oberfläche. Lithurin ist auch auf neue Betonböden nach ca. 10 Tagen ohne weiteres aufzubringen. Dabei kann man sich die Trockeneinstreu Herkulit Top ersparen. Von Lithurin gibt es auch eine Version zum Verdichten der Betonoberflächen (Lithurin Dense) sowie Lithurin Seal zum „Versiegeln“ der Oberfläche wodurch diese schmutzabweisend wird. Der Estrich bleibt aber diffusionsoffen. Er eignet sich für Einkaufszentren, Boutiquen, Lager- und Produktionshallen, Garagen und Parkplätze, Flugplätze, Hangars, Bahnhöfe, Busterminals, Keller usw.

BETONOBERFLÄCHEN Viele Millionen von m2 Betonböden

Sind Estriche länger in Gebrauch dann zeigen sich die Spuren der Abnutzung in Form von Löchern, sandenden Stellen und Rissen. Das kann zuweilen so gravierend sein, dass der Transport mit Staplern auf solchen Betonböden zum Problem wird. Anstatt jetzt den Beton abzutragen und eine neue Bodenplatte zu fertigen, können solche Betonböden mit Lindec repariert werden – d. h. sie werden dünn beschichtet und dadurch nicht nur optisch sondern auch funktionell wie neu, und zwar ganzflächig. Dabei wird die Oberfläche kugelgestrahlt oder zumindest angeschliffen, die Schadstellen ausgebessert und der komplette Boden geprimert und mit einer Lage Reparatur-Estrich neu belegt. Dafür gibt es – je nach erforderlicher Druckfestigkeit – folgende Varianten: Herkulit S200 wird in einer Schichtstärke von 8–12 mm auf den vorher kugelgestrahlten oder zumindest angeschliffenen festen Betonboden aufgetragen. Zuvor wird der Rohbeton mit einem Primer vorbehandelt. Der fertige Betonboden hat danach eine Druckfestigkeit von 75 N/mm2 und eine Zug- und Biegefestigkeit von 12 N/mm2.

Haltbar bis zu 30 Jahren und mit Schwerstfahrzeugen befahrbar Wird ein extrem harter Hochleistungs-Estrich gefordert, erfolgt die Reparatur mit Herkulit S400. Dabei wird der zuerst kugel gestrahlte oder angeschliffene Beton mit einem Primer vorbehandelt und dann mit dem Herkulit S400 Hochleistungsestrich

(Fotos: Lindec)

Mit Lithurin wurden bereits viele Millionen von m2 Betonböden „saniert“ und gehärtet. Zu den renommiertesten Kunden zählen IKEA, Mölnlycke, die Tele2-Arena in Stockholm, DHL, Coca Cola, Azko Nobel, Saab aber auch zahlreiche Großprojekte in Finnland, Russland, Kroatien und nun auch in der D-A-CH Region. Lithurin ist für die Anwendung in der Lebensmittel-Produktion zugelassen.

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Lager einer Spedition in Stockholm – der Betonboden wurde nur Lithurin gehärtet und versiegelt.

in einer Schichtstärke von 15–25 mm belegt. Der fertige Boden hält sodann bis zu 30 Jahre und ist mit Schwerstfahrzeugen befahrbar. Lindolith W ist ein wasserbasierter Trocknungsverzögerer der Risse, Kalkausblühungen und ein Schrumpfen verhindert und gleichzeitig die Festigkeit verbessert. Lindolith W kann auch zusammen mit einer Folienabdeckung verwendet werden. Lindolith W wird nach dem letzten Glätten (Finish) mit einer Bürstenmaschine oder per Hand entweder unverdünnt oder 1:1 mit Wasser verdünnt aufgetragen und bildet einen milchigen Film der nach dem Trocknen und Aushärten verschwindet. Ergebnis ist eine glänzende Oberfläche. Weitere Informationen über diese sowie über weitere Pro dukte von Lindec bei Karl Schmidt, +43 664 301 93 64, ks@lindec.com oder export@lindec.se bzw. in Englisch auf der Hompage des Unternehmens.

www.lindec.com

BUST-SH-Betonoberflächen – 07.04.2017; per E-Mail; Farbe: 4c; Größe: 181 x 84 mm; NEU

Die Definition von Ästhetik mittels intelligenter Möglichkeiten des Betons umzusetzen in Fassaden ist eine Intention von Hering Architectural Concrete. Zum anderen bieten wir einen konkreten Mehrwert an, weil wir mit unseren Innovationen und Entwicklungen immer wieder der Frage des nachhaltigen Bauens nachgehen. Dies bezeugen mittlerweile zahlreiche Referenzen, wie beispielsweise das Stammhaus der WDR mediagroup in Köln oder das Probenhaus des Balletts am Rhein in Düsseldorf. Hering Bau GmbH & Co. KG Neuländer 1 | D-57299 Burbach T +49 2736 27-171 F +49 2736 27-256 E info@hering-ac.com W www.hering-ac.com

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen A9

BETONOBERFLÄCHEN

Verfahren zur Oberflächengestaltung im Zuge der Bauwerksinstandsetzung und Bauteilertüchtigung mit Spritzbeton Spritzbeton im Tunnelbau, zur Sicherung von Baugruben und Stützwänden und zur Instandsetzung von Bauwerken wurde seit Anfang des 20. Jahrhunderts bis heute zum Standard, ist genormt und wird täglich angewendet. Relativ unbekannt ist jedoch, dass die mit Spritzbeton ertüchtigten und instandgesetzten Bauteile, Stützwände, Brückenunter-bauten und Fassaden gleichzeitig auch in der Ober fläche -ohne weitere Beschichtungen- robust und optisch ansprechend gestaltet werden können. Neu ist es bei Instandsetzungen und Verstärkungen profilierten Spritzbeton bewusst auch als Sichtbeton einzusetzen. Mit temporär, in den noch frischen Spritzbeton eingelegten Matrizen und bei Verwendung von farbigen Betonausgangsmischungen, bieten sich mit dem seit 2009 patentrechtlich geschützten Verfahren TORKRET Relief® interessante gestalterische Perspektiven. Reliefartig strukturierter Spritzbeton wird vorwiegend an Bestandsbauten zur Gestaltung der Ansichts flächen im Zuge von Instandsetzungsmaßnahmen zusätzlich aufgebracht, um damit auf kostenintensive Vorsatzschalen zu verzichten.

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Herstellung einer Reliefbetonoberfläche mit Spritzbeton

Betonschäden an Brücken und Stützwänden werden gewöhnlich mit Mörtelsystemen oder mit Spritzbeton saniert, um das Bauwerk wieder normengerecht und dauerhaft instand zu setzen oder zu ertüchtigen. Dabei bleiben häufig nur glatte, triste und funktional gestrichene Betonflächen zurück. Mit TORKRET Relief® werden unter Anwendung des Spritz betonverfahrens zusätzlich dauerhafte, hochbelastbare und wartungsfreundliche strukturierte Oberflächen erzeugt. Ingenieurbauwerke werden nicht mehr nur stabilisiert, sondern mit robusten und gleichzeitig ansprechenden Oberflächen aufgewertet.

Das Spritzbetonverfahren Das Spritzbetonverfahren ist ein handwerkliches Betonier-Verfahren und wird seit über 100 Jahren eingesetzt. Es ist in Deutschland und in Europa genormt. Spritzbeton entspricht in der Zusammensetzung Normalbeton. Lediglich die Herstellung des Betons weicht verfahrensbedingt vom üblichen ein- oder beidseitig geschalten Werks- oder Transportbeton ab. So erfolgt die Förderung des Materials, das Mischen von Zement und Gesteinskörnung mit Wasser und der Auftrag und die Verdichtung des Betons in einem Arbeitsgang. Durch die pneumatische Förderung sind hohe Aufprallgeschwindigkeiten des Spritzge misches auf den Untergrund mit entsprechend hoher Verdichtungsenergie möglich. Damit ist in der Regel ein vollflächiger, homogener Verbund zum Untergrund gewährleistet und bei der Bemessung darf man meist so vorgehen, als ob der neue Gesamtquerschnitt von Anfang an einheitlich hergestellt worden wäre. Die Oberfläche verbleibt danach zunächst spritzrau.

Spritzbeton mit Reliefbetonoberfläche Anstatt nun die abschließende Spritzbetonoberfläche mit einer Feinmörtelschicht zu versehen, zu glätten und mit einem farbigen Schutzanstrich zu versehen, kann durch das ergänzende Verfahren die sichtbar verbleibende Spritzbetonoberfläche

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Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Bilder 2 a–d Arbeitsschritte zur Herstellung der Reliefoberfläche im Spritzbeton

r eliefartig, beispielsweise in einer Natursteinoptik, strukturiert werden, ohne die Bauteilabmessungen wesentlich zu verändern. Nach erfolgter Untergrundvorbereitung und kraftschlüssigem Spritzbetonauftrag wird dazu in die noch frische Lage des ze mentgrauen Spritzbetons vorübergehend eine Strukturmatrize aus Polystyrol Schaumstoff eingelegt und mit einer weiteren Lage von nun ein- oder mehrfach eingefärbtem Spritzbeton kuppenartig überdeckt. Bis zum Abbinden dieser Betonschicht wird die verbleibende Oberfläche von Hand mit Kelle, Quast, etc.

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Brücke über die BAB A3; Reliefoberfläche der Unterbauten als Alternative zur Vorsatzschale

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Brücke Dorsel nach dem Ausbetonieren der Pfeilerhülle aus Spritzbeton in Steinoptik

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Ungesicherte Steilböschung

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Spaltzugbewehrung im Bereich der Ankerköpfe

Brücke Dorsel, Vorfertigung der Pfeilerhülle aus bewehrtem Spritzbeton, d = 8 cm mit Reliefbeton

nachmodelliert und charakterisiert. Vor dem Aushärten wird dann die Schaumstoffmatrize vorsichtig entfernt und so der zementgraue Betonuntergrund analog einer Schattenfuge wieder freigelegt (Bilder 2a–d). Die Hilfsmatrizen können individuell nach den Wünschen des Bauherrn an Hand von CAD-Zeichnungen erzeugt und mit computergesteuerten Schneidemaschinen nach den Entwürfen des Planers gefertigt werden. In Kombination mit den farblich unterschiedlich pigmentierten Spritzbetonlagen und den variierenden Spritzdicken wird in kürzester Bauzeit die verbleibende sichtbare Betonoberfläche so strukturiert, dass diese beispielsweise einer bruchrauen unregelmäßigen Natursteinfläche täuschend nahe kommt. Die Auswahl und die Zusammensetzung der Spritzbetonausgangsmischungen werden entsprechend benötigter Expositionsklassen, angepasst an die gewählte Zugbewehrung, verträglich mit dem jeweiligen Untergrundbeton abgestimmt. Nach den entsprechenden Voruntersuchungen werden in der Regel vorkonfektionierte Spritzbetone als Sack- oder Siloware angeliefert und auf der Baustelle im Trockenspritzverfahren verarbeitet. Zur Verbesserung der Eigenschaften und zur Steigerung der farb lichen Vielfalt können aber auch Zuschläge und Korngrößen variiert, Zusatzmittel beigegeben oder Farbpigmente zugemischt

werden. Grundsätzlich ist dabei aber der Einfluss auf die Betoneigenschaften zu beachten. Die Anforderungen an die Ausgangsstoffe und deren Grenzwerte sind in EN 14487 bzw. DIN 18551 mit den normativen Verweisungen exakt geregelt. Erfahrungsgemäß eignen sich anorganische Farbpigmente auf Eisenoxydbasis in den Grundfarben Rot, Gelb, Braun und Schwarz hervorragend um durchgängig erdfarbene Spritzbetone in vielfältigsten Farbnuancen zu erzielen. Die bis zu 1 %ige Zugabe von Eisenoxyd ist unbedenklich. Höhere Beimischungen steigern zwar die Klebekraft analog Microsilica, aber erhöhen auch den Elastizitätsmodul. Pastellfarbtöne werden durch Chromoxyde oder basisches Kobaltcarbonat erzeugt. Die Zugabe birgt allerdings auch die Gefahr der Instabilität.

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen A11

BETONOBERFLÄCHEN

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Rückverankerte Böschungssicherung aus Spritzbeton in Natursteinoptik

Bild 11 Brücke Torgau, WL West vor der Instandsetzung

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Trägerpfahlwand vor der Ausfachung

Bild 12 Brücke Torgau, WL West nach der Instandsetzung mit TORKRET Relief®

die klassischen Betoneigenschaften nachhaltig zu beeinflussen. Darüber hinaus verteuern Weißzemente, spezielle Sande und die dann erforderlichen zusätzlichen Eignungs- und Gütenachweise die Materialkosten erheblich gegenüber werksgemischten, pigmentierten Trockenbetonen. Exklusive und extravagante farbige Betonoberflächen sind aber durchaus möglich. Die nachträgliche mechanische Oberflächenbearbeitung, wie schleifen, stocken, strahlen oder polieren, führt ebenfalls zu ganz besonderen Oberflächeneffekten.

Bild 10 Fertige Trägerpfahlwand mit Spritzbetonoberfläche TORKRET Stone®

Zemente und Zuschläge wie Marmorsande beeinflussen das farbige Erscheinungsbild des ausgehärteten Spritzbetons ebenfalls nachhaltig und ausdrucksstark. Beim Ersatz von grauen Portland- oder Trasszementen durch Weißzemente wird die Wirkung bunter Zuschlagsstoffe deutlich sichtbar bis hin zu einer fast weißen Oberfläche. Gleichzeitig aber werden Beimengungen von Flugaschen, Microsilica oder Flusssanden nahezu unmöglich ohne die Farbwirkung wieder zu reduzieren oder aber

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Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Das vorbeschriebene Verfahren ist seit 2009 patentrechtlich geschützt und wurde bislang vom Patentinhaber unter den Begriffen TORKRET Relief®, TORKRET Stone® und TORKRET Art® im Zuge von Betoninstandsetzungen, Bauteilverstärkungen und neu erstellten Ingenieurbauwerken an mehr als 40 Ausführungsprojekten erfolgreich angewendet.

TORKRET Stone® als Alternative zur Vorsatzschale aus Mauerwerk Brückenunterbauten und Stützwände aus Stahlbeton wurden und werden gerne nach der Erstellung mit festverankerten Mauerschalen verblendet. Dies schafft ein standfestes und wertvolles

BETONOBERFLÄCHEN Erscheinungsbild, ist jedoch sehr aufwändig und kostenintensiv. In der späteren Unterhaltungsphase wird dabei der Blick zu möglichen Kernschäden des Ingenieurbauwerks erschwert und verdeckt. Durch die nur etwa 3 bis 5 cm dünne zusätzliche Spritzbetonschicht, die flächig fest mit dem Untergrundbeton verbunden ist, ist das Verfahren auch ressourcen-, material- und verkehrsraumsparend. Die erzeugten Oberflächen sind dauerhaft hochbelastbar und sehr wartungsfreundlich. Zusätzliche Fundamentierung und mechanische Verbundmittel sind nicht erforderlich. Ausführungsbeispiel: Neubaubrücken BAB A3 Im Zuge des 8-spurigen Ausbaus der BAB A 3 von AS KölnMülheim bis AS Köln-Delbrück wurden Zubringer-, Über- und Unterführungsbauwerke neu erstellt. Die Stahlbetonflächen der neuen Brückenpfeiler und Widerlagerwände sollten durch Natursteinmauerwerk verblendet werden. Alternativ war im öffentlichen Vergabeverfahren eine Verblendung aus Sichtbeton in Mauerwerksoptik nach dem Verfahren TORKRET Stone® anzubieten. Wegen des enormen Kostenvorteils, der technischen Vorzüge und der erheblichen Zeitersparnis kam diese Alterna tive an 5 Brückenbauwerken zur Ausführung.

Bild 13 Brücke Neukieritzsch, WL West vor der Instandsetzung

In wenigen Arbeitstagen wurden die Rohbetonflächen nach dem Ausschalen mittels Sandsteingebläse gründlich aufgeraut und mit Spritzbeton C30/37, Expositionsklassen XF2, XC2, XD2 um ca. 3 bis 5 cm verstärkt Die Spritzbetonoberflächen wurde reliefartig in Maueroptik ausgebildet (Bild 3). Die Steinkopfnachbildungen analog Grauwackensteinen wurden im Farbton RAL 7012 basaltgrau mit durchgefärbtem Spritzbeton erzeugt. Die Stein- und Lagerfugen wurden ca. 1 cm rückliegend im Grauton RAL 7035 lichtgrau im durchgefärbten Spritzbeton des Untergrundes abgesetzt. Ausführungsbeispiel: Pfeilersanierung Brücke Dorsel Die Sanierung der Geh- und Radwegbrücke über die Ahr umfasste die komplette Betonsanierung, die Erneuerung des Brückenüberbaus sowie den Umbau der Konstruktion von einer Dreifeldbrücke hin zu einer Zweifeldbrücke. Aus diesem Grund wurde auch der Stahlbetonpfeiler zwischen den Feldern neu hergestellt.

Bild 14 Brücke Neukieritzsch, WL West nach der Instandsetzung mit TORKRET Stone®

130 m mit einer rückverankerten Spritzbetonschale bis auf eine Höhe von 6 m dauerhaft gesichert.

Die Pfeilerhülle wurde parallel zu den Sanierungsarbeiten mehrere Kilometer entfernt als einlagig konstruktiv bewehrte, ca. 8 cm starke Betonschale im Spritzbetonverfahren mit einer TORKRET Stone®-Oberfläche vorgefertigt (Bild 4), auf die Baustelle transportiert und per Kran über die vor Ort verlegte Tragbewehrung gestülpt. Im Anschluss daran wurde die vorgefertigte Sichtbetonhülle in Mauerwerksoptik herkömmlich ausbetoniert und der Überbau als Stahlverbundkonstruktion aufgelegt (Bild 5).

Die Rückverankerung besteht aus eingebohrten Fels-/Boden nägeln bzw. aus verpressten Mikropfählen gemäß DIN 1054 und DIN EN 14199. Der Einbau der Anker erfolgte in 4 Nagelreihen vertikal im Abstand von je 1 m bei horizontalem Nagelabstand von 1,5 m in verrohrt gebohrte Bohrlöcher mit Außendurchmesser über 90 mm. Die bewehrte Schale wurde mit Spritzbeton C 25/30 XC4, XF1, XA1 in einer Mindestdicke von 20 cm bei einer garantierten Betonstahlüberdeckung von 5 cm hergestellt.

Die Oberfläche der Pfeilerhülle erfolgte als Fertigteil im Verfahren TORKRET Stone® in Natursteinoptik und passt sich an die lediglich neu verfugten Brückenwiderlager aus Naturstein harmonisch an. Durch dieses Verfahren konnte auf eine teure Natursteinverblendung verzichtet werden. Aufwändige Unterhaltsarbeiten wegen Ausspülungen und Erosion sind ausgeschlossen.

Der Spritzbeton unter und über den Ankerkopfplatten (Bild 7) wurde zusätzlich bewehrt. Abschließend erhielten die gesamten Betonoberflächen eine strukturierte mehrfarbige Oberfläche nach dem Verfahren von Torkret. Die Gestaltung erfolgte in Abstimmung mit dem Bauherrn in Natursteinoptik. Die hervor stehenden Ankerköpfe wurden unsichtbar integriert und der Ortsname wurde reliefartig im Beton abgebildet (Bild 8).

Ausführungsbeispiel: Steilböschung mit rückverankerter Spritzbetonschale Mit dem Neubau der Moselbrücke Wellen, Grevenmacher (Luxembourg) wurden parallel an der Anschlussstelle auf deutscher Seite die Steilböschungen (Bild 6) auf einer Länge von

Ausführungsbeispiel: Neubau einer Trägerpfahlwand in Ortslage Im Zuge der Erneuerung der Ortsdurchfahrt in Scheuerfeld (Westerwald) musste auf 130 m Länge eine bis zu 3 m hohe

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen A13

BETONOBERFLÄCHEN len“, den Vorschriften der ZTV-ING und nach den einschlägigen Normen zu erfolgen. Häufig ist es schon aus Kostengründen angebracht den Betonersatz mit Spritzbeton vorzunehmen. Bei Zulage von Betonstahlbewehrung werden die Lastaufnahme und damit die Tragfähigkeit sogar noch gesteigert. Durch eine farbige und reliefartig strukturierte Ausbildung der letzten Spritzbetonlage kann die sichtbar bleibende Oberfläche aber nun noch so gestaltet werden, dass sich das instandgesetzte Bauwerk auch harmonisch oder betont markant in die umgebende Landschaft einfügt und nicht als Fremdkörper oder notwendiges Übel wahrgenommen wird. Im Folgenden werden Beispiele für solche Instandsetzungen und Ertüchtigung beschrieben.

Bild 15 Betonschäden an der Stahlbetonstützmauer

Instandsetzung zweier Brückenbauwerke über die DB bei Neukieritzsch und bei Torgau Im Zuge der B 176 überführt die 1973 errichtete Rahmenbrücke bei Neukieritzsch (Sachsen) die DB-Hauptstrecke Leipzig-Hof. Die bereits 1994 erstmalig sanierten Unterbauten der Wider lager und Flügel wiesen erneut massive Betonschäden, ausrostende Bewehrungseisen und zahlreiche Risse mit Rissweiten zwischen 0,5 bis 2 mm auf. Nach dem Entfernen der verschlissenen Oberflächenschutz beschichtung wurden alle Betonschadstellen und Risse freigestemmt, freiliegende Bewehrung entrostet, Bauwerksrisse aufgeweitet und der Betonuntergrund durch Druckluftstrahlen vorbereitet. Danach erfolgten die Reprofilierung und die Ertüchtigung der Wandflächen mit Spritzbeton, nach den Vorgaben der DIN 18551 bzw. DIN EN 14487, in einer Gesamtstärke bis zu 10 cm. Zur besseren Verteilung der Rissbreiten wurden zusätzlich Betonstahlmatten an den senkrechten Flächen angebracht und mit Stabankern schwingungsfrei befestigt.

Bild 16 Ertüchtigte Stahlbetonstützmauer mit Spritzbetonoberfläche in Natursteinoptik

Stützmauer erneuert werden. Der ursprüngliche Ausführungsentwurf sah eine Trägerpfahlwand mit ausgefachten Stahlbetonelementen mit einer zusätzlichen, gemauerten Vorsatzschale aus Natursteinmauerwerk vor. Durch einen Sondervorschlag konnte eine kostengünstigere Lösung unter Anwendung unseres patentierten Verfahrens gefunden werden, die das gewünschte Erscheinungsbild, bei mindestens gleichwertigem technischem Ergebnis in wesentlich kürzerer Ausführungszeit erzielte. Nach bauseitiger Erstellung der Trägerpfähle wurden die Wandausfachungen mit bewehrtem Spritzbeton hergestellt (Bild 9). Die Spritzbetonoberflächen wurden in Anpassung an das orts typische Mauergestein mit einer nur ca. 3 cm dünnen, bunt eingefärbten, zusätzlichen Spritzbetonlage als unregelmäßiges Buntsandsteinmauerwerk mit scheinbar grauem Fugenmörtel optisch gestaltet (Bild 10).

TORKRET Relief® als Alternative zur klassischen Betoninstandsetzung Die Betoninstandsetzung hat in Deutschland entsprechend der DAfStb-Richtlinie „Schutz und Instandsetzung von Betonbautei-

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Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Die Widerlager- und Flügelflächen der Brücke in Torgau, die die Bahngleise der DB-Strecke Halle-Cottbus überführen, waren so geschädigt, dass generell der Beton in einer Stärke von 15 cm mit Höchstdruckwasserstahl abgetragen und durch Spritzbeton ersetzt werden musste. Die Spritzbetonoberfläche wurde reliefartig in der Optik eines regelmäßigen Mauerwerks aus gelbem Sandstein mit großen Eckquadern hergestellt (Bild 11 u. 12). Am Bauwerk Neukieritzsch (Bild 13) wurde vom gleichen Bauherrn die Optik eines kleinformatigeren regelmäßigen Schichtenmauerwerks, entsprechend Bild 13 der DIN 1053-1, Fassung 1996-11, Abschnitt 12.2.6, favorisiert (Bild 14). Bei beiden Anwendungen wurde der Farbton der letzten Spritzlage deutlich von der Spritzbetonunterlage abgesetzt. Die Bauwerke wurden durch Anwendung des patentierten Verfahrens dauerhaft instandgesetzt, verstärkt und gleichzeitig in ihrer Ansicht aufgewertet. Ertüchtigung einer Stahlbetonstützwand Den gewundenen Weg hinauf zum Loreleyfelsen mit Freilichtbühne und herrlichem, sagenumwobenem Blick auf den Rhein bei St. Goarshausen, säumte linker Hand die in die Jahre gekommene Betonstützmauer der Landesstraße L 338. Auf 360 m Länge hatten zahlreiche großflächige Betonabplatzungen, ausrostende Bewehrungsstähle, Risse, Tausalzeintrag und Kohlen dioxyd aus der Luft die Stabilität und damit die Gebrauchstauglichkeit des Verkehrsbauwerkes so sehr gemindert, dass der Ersatzneubau oder die grundhafte Sanierung unumgänglich wurden. Die unansehnlich gewordene Stahlbetonmauer (Bild 15)

(Fotos: Torkret)

BETONOBERFLÄCHEN

Bild 17 Motivbeispiele zu TORKRET Stone®

Bild 18 Motivbeispiele zu TORKRET Art®

im UNESCO Weltkulturerbe Oberes Mittelrheintal sollte zudem optisch aufgewertet werden.

vorgesetzte, aber tatsächlich monolithisch festverbundene Schalen und Verblendungen.

Das patentierte Verfahren TORKRET Relief® mit der Anwendung von Natursteinstrukturmatrizen bot die kostengünstigste und effektivste Lösung. Durch den Auftrag von bewehrtem Spritzbeton wurde die Tragfähigkeit gesteigert und durch eine strukturiert gestaltete Oberfläche passte sich die neue Ansicht hervorragend den umliegenden Weinbergsmauern aus Natursteinen an.

Zwischenzeitlich wurden über 50 Projekte in Deutschland, Österreich und Luxemburg realisiert. Die Vielzahl der Anwendungsmöglichkeiten und die Auswahl an Reliefmotiven wurden jedoch bislang lediglich angedeutet. Fast jede vektorisierbare Grafik kann mit der Matrizentechnik auf nahezu jede Ober fläche dauerhaft im Beton abgebildet werden. Für funktionale Verkehrs- und Ingenieurbauwerke sind Stein- und Mauermotive prädestiniert (Bild 17).

Nach dem Entfernen des schadhaften Betons wurden die freiliegenden Bewehrungseisen entrostet und alle Fehlstellen wieder mit Spritzbeton geschlossen. Zur Steigerung der Tragfähigkeit wurde eine 20 cm dicke Spritzbetonschicht der Festigkeitsklasse C 35/45 entsprechend den Expositionsklassen XD3, XF4 mit 2 Lagen Mattenbewehrung Q 335 A auf den alten Betonuntergrund aufgetragen. Die Oberfläche des Spritzbetons wurde nicht geglättet, sondern nach dem Verfahren TORKRET Stone® (Bild 16) so strukturiert, dass die neue sichtbare Oberfläche einer Natursteinfläche täuschend ähnlich, aber gleichzeitig wartungsarm, dauerhaft und hochbelastbar ist.

Die instandgesetzten Betonoberflächen können entwurfsgetreu Naturabbildungen oder ausdrucksstarke abstrakte Darstellungen wiedergeben (Bild 18). Betonbauwerke und Betoninstandsetzungen dürfen auch Aufmerksamkeit erregen und müssen nicht „unter den Teppich gekehrt werden“. Kreative Motive, ob Silhouette, geometrische Form, Fantasieobjekt, Schriftzüge oder auch Stadtwappen und Firmenlogos können auf schnelle und wirtschaftliche, aber auch auf kunstvolle Weise das Bauwerk aufwerten und dem Planer und dem Bauherrn neue Freiheiten eröffnen.

Fazit und Ausblick

Dipl.-Ing. Erich Erhard, TORKRET GmbH

Im Zuge einer Instandsetzungs- oder Ertüchtigungsmaßnahme aber auch bei Neubauten eröffnen sich durch die Anwendung des Verfahrens neue kreative Perspektiven für scheinbar nur

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BETONOBERFLÄCHEN

Wasserdurchlässige Baustoffe für Verkehrsflächen Stauendes Regenwasser auf der Straßenoberfläche kann zu gefährlichem Aquaplaning führen, die Versiegelung von Flächen durch den Straßenbau behindert die Grundwasserbildung. Für beide Probleme hat die CEMEX Deutschland AG eine neue Antwort: Der Dränbeton Pervia® lässt Regenwasser an Ort und Stelle in den Untergrund versickern. Gleichzeitig vermindert er durch seine offenporige Beschaffenheit die Lärmentwicklung durch Reifenabrollgeräusche.

Bei der Pervia® Produktfamilie handelt es sich um spezielle Dränbetone, die einen Hohlraumgehalt von mindestens 15 % Volumengehalt vorweisen. Bei der CEMEX Deutschland AG erreicht man das durch die Verwendung einer Gesteinskörnung mit eng begrenzter Korngruppe, z. B. 8/16 mm. Der Zementleim umhüllt lediglich die Gesteinskörnung, welche sich nur punk tuell berührt und so ein durchlässiges Hohlraumgefüge bildet. Umfangreiche Laborversuche in Kooperation dem Forschungszentrum der CEMEX Deutschland AG, der CEMEX Research Group AG in der Schweiz, waren erforderlich bis der Baustoff alle an ihn gestellten Anforderungen erfüllte. Zusätzlich kommt ein spezielles Zusatzmittel zum Einsatz, das – abgestimmt auf die eingesetzten Rohstoffe – durch die CEMEX Admixtures GmbH entwickelt wurde. Anwendungsgebiete für die Pervia-Produkt familie sind beispielsweise Rad- und Gehwege, Hof-, Parkund Abstellflächen, Straßen und Wege in Wohngebieten, Fuß gängerzonen oder Flächen auf Rastanlagen für PKW-Verkehr.

Entwässerung von Tragschichten

Bild 1

Pervia® Classic eignet sich für den Einsatz als Tragschicht gemäß Merkblatt Dränbetontragschichten (M DBT) der Forschungsgesellschaft für Straßenund Verkehrswesen (FGSV). Der formstabile Baustoff ist vielseitig einsetzbar: unter Pflaster-, Drän asphalt-, Dränbetondecken oder auch Plattenbelägen.

Der Fahrmischer liefert den Dränbeton Pervia® direkt zum Einbauort.

Wird die Tragschicht unterhalb einer Fahrbahndecke nicht ausreichend entwässert, kann dies zu pumpartigen Bewegungen des Wassers innerhalb der Tragschicht und somit zu Hohllagen führen. Diese resultieren nicht nur in Schäden an der Tragschicht selbst, sondern auch an der Fahrbahndecke. Besonders in tief liegenden Straßenabschnitten, sogenannten Entwässerungstiefpunkten, besteht ein erhöhtes Risiko, dass Schäden auftreten. Die Entwässerung durch den offenporigen Pervia® Classic wirkt dieser Gefahr entgegen.

Dauerhafter Bankettbeton

Bild 2

Die Pervia®-Produktfamilie sorgt für ungehindertes Versickern von Regenwasser. Voraussetzung ist, dass die Deckschicht und die Tragschicht aus wasserdurchlässigem Material gebaut wurden.

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Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Neben dem Einsatz als Tragschicht, ist Pervia® Classic auch als Bankettbeton geeignet. Bankette bilden außerorts meistens den seitlichen Abschluss der Fahrbahnen. Speziell auf engen Straßen werden diese bei Begegnungsverkehr regelmäßig überfahren. Schlecht befestigte Bankette lassen die Fahrbahnränder ausbrechen, was zu einem erhöhten Unfallrisiko bei Aus weichmanövern führt. Die entstehenden Schlaglöcher müssen regelmäßig kostenintensiv saniert werden. Der innovative Dränbeton von der CEMEX Deutschland AG sorgt für verkehrssichere, langlebige Bankette, er lässt Regenwasser ver sickern und bildet eine optimale Grundlage für Straßenein bauten, wie z. B. Leitplanken oder -pfosten. Pervia® Classic verbindet Sicherheit mit Wirtschaftlichkeit und ökologischen Vorteilen.

BETONOBERFLÄCHEN Temperaturen lässt deutlich weniger Spurrinnen entstehen. Außerdem sorgt der Dränbeton für geringeren Verkehrslärm, denn die offenporige Beschaffenheit wirkt geräuschmindernd. Der Dränbeton ist für verschiedene Belastungsklassen geeignet. Die Lieferung erfolgt mit dem Fahrmischer direkt an den Einbauort. Pervia® Top ist in unterschied lichen Farbvarianten erhältlich. Musikkens Hus, Aalborg

Einbau und Verdichtung Beim Einbau von Pervia® Classic sind die einzelnen Abschnitte „frisch an frisch“ einzuarbeiten. Einbau und Verdichtung sollten durch einen Fertiger erfolgen. Pervia® Top ist einlagig einzubauen und gleichmäßig zu verdichten. Einsatz von Pervia® als Baustoff für einen Randstreifen der A 1.

Was bringt ein versickerungsfähiger Untergrund, wenn die Oberfläche

(Fotos: 1 u. 4 CEMEX Deutschland AG, Annette Lüning; 2 CEMEX Research Group AG; 3 CEMEX Deutschland AG, Anne Silbereisen)

Bild 3

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Deckschicht verringert Aquaplaning-Gefahr

HENSOTHERM® Brandschutz-Beschichtungssysteme sind nach DIN und EN zugelassen und besitzen weitere internationale Zulassungen/Zertiﬁkate nach BS, VKF, UL und GOST. Im Fokus unserer Entwicklungsarbeit stehen die Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit der auf Wasser basierenden und wartungsfreien Produkte unserer Green Product-Linie. Sie sind frei von VOC, erfüllen die Anforderungen nach LEEDv4, sind AgBB-geprüft, eingestuft in die VOCEmissionsklasse A+, besitzen bereits eine Umweltproduktdeklaration (EPD) Typ III und sind im DGNB-Navigator registriert. HENSOTHERM® Stahlbrandschutz-Beschichtungen, nach DIN EN 13501-2 zugelassen, bieten fast uneingeschränkte Möglichkeiten, ﬁligrane und vielfältige Stahlbauteile u.a. auch Stahlzugglieder als architektonisches Element sichtbar zu lassen und gleichzeitig den Anforderungen des passiven baulichen Brandschutzes zu entsprechen. Unsere breite Produktpalette bietet dämmschichtbildende und ablativ wirkende Systeme von Brandschutz-Beschichtungen für Stahl, Holz, Beton und Kabel, zudem für die Herstellung von Wand- und Deckenschotts und von feuerbeständigen Fugen.

Nahaufnahme der offenporigen Oberfläche von Pervia Top®: Regenwasser kann durch die Schicht versickern, Aquaplaning wird vermieden.

Der Dränbeton Pervia® Top wurde spe ziell für Deckschichten konzipiert und entspricht dem Merkblatt Versickerungsfähige Verkehrsflächen der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrs wesen. Durch die Offenporigkeit von Pervia® Top ist ein ausgezeichnetes Abwassermanagement gegeben, und das Risiko von Aquaplaning und Sprühwasserbildung wird signifikant verringert. Und noch ein weiteres Plus an Verkehrs sicherheit bietet Pervia® Top: Die Formstabilität des Baustoffes selbst bei hohen

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versiegelt ist? Wichtig für den wirkungsvollen Einsatz von Pervia® Classic ist eine versickerungsfähige Fahrbahndecke wie sie Pervia® Top bereitstellt. Vor allem in Kombination wird mit beiden Drän betonen von CEMEX Deutschland e ine hohe Wasserdurchlässigkeit erzielt. Gemeinsam bewirken Pervia® Classic und Pervia® Top sehr effektiv, dass das Regenwasser – bis zu 100 l/m2 pro Stunde – an Ort und Stelle dem Grundwasser zugeführt wird.

Sie haben Fragen zu unseren Produkten oder benötigen fachkundige Beratung für Ihr Projekt? Dann rufen Sie uns an unter +49 40 72 10 62-44, wir beraten Sie gern. Informationen erhalten Sie auf unserer Internetseite www.rudolf-hensel.de Über 90 Jahre Kreativität, Qualitätsanspruch und kontinuierliche Nähe zum Kunden haben uns zu einem der führenden Hersteller von Beschichtungen für den vorbeugenden baulichen Brandschutz made in Germany gemacht. FEUER LÄSST UNS KALT RUDOLF HENSEL GMBH

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Master Builders Solutions® – Lösungen für die Beton- und Betonfertigteilindustrie Auf den Ulmer Betontagen präsentierten Experten der Master Builders Solutions® von BASF ihre Lösungen für Kunden aus der Betonund Betonfertigteilindustrie. Sie stellen u. a. die Fließmittelserie MasterEase® vor, die zu den drei Finalisten für den Innovationspreis der Zulieferindustrie Betonbauteile 2017 gehörte. MasterEase-Produkte basieren auf einer innovativen Molekülstruktur und liefern Betone mit niedriger Viskosität und optimierten Fließ- und Verarbeitungseigenschaften. Die neue Technologie ermöglicht eine ressourcenschonende Optimierung von Betonrezepturen, einen zeiteffizienten Einbau und qualitativ hervorragende Betonoberflächen. Besonders Mischungen mit hohem Anteil an Zementersatzstoffen und/oder problema tischen Gesteinskörnungen lassen sich wesentlich leichter mischen, pumpen, einbauen und glätten.

Die Fließmittelserie MasterEase® war unter den Finalisten für den Innova tionspreis der Zulieferindustrie Betonbauteile, der bei den BetonTagen in Neu-Ulm verliehen wird.

Die Rheologie des Frischbetons ist ein entscheidender Faktor für die Qualitätssicherung im Betonbau. Das Thema stand auch im Mittelpunkt des von BASF veranstalteten Experten-Forums Bau, das im Januar 2017 in Ludwigshafen mit rund 60 Teilnehmern aus Deutschland, Österreich und der Schweiz stattfand. Dabei wurde auch der positive Einfluss deutlich, den das innovative Fließmittel MasterEase auf die Viskosität und damit die Verarbeitbarkeit und Qualität von Frischbeton besitzt.

MasterFiber© als alternative Bewehrung für Beton

(Foto/Abb.: BASF)

In Ulm wurde außerdem die innovative Produktserie Master Fiber vorgestellt. Mit den Polypropylenfasern der MasterFiberSerie bietet BASF eine alternative Bewehrung für Beton an. Die rostfreien Fasern ersetzen zum Beispiel die Stahlbewehrung in Industrieböden und Freiflächen nahezu komplett. Mit den Hochleistungsfasern können sogenannte Strain-Hardening Cement-Based Composites (SHCC) hergestellt werden. Diese Baustoffe erlauben sehr filigrane und dauerhafte Bauteile. Die Fasern kommen beispielsweise in Fassadenelementen und feingliedrigen Betonfertigteilen zum Einsatz. Die Kunststofffasern von Master Builders Solutions garantieren dauerhafte, wirtschaftliche und sichere Lösungen.

Betonqualität im Winter verbessern Im Rahmen des Fachprogramms in Ulm verdeutlichten die BASF-Experten Dipl.-Ing. Ronald König und Dr. Hans-Günter Hauck den positiven Effekt des innovativen Erhärtungsbeschleunigers Master X-Seed für den Betonbau im Winter. Aufgrund der verzögerten Hydratation des Zementes bei niedrigen Außentemperaturen treten in kalten Jahreszeiten oft unerwünschte Effekte, beispielsweise eine verzögerte Entwicklung der Druckfestigkeit und Grünstandsfestigkeit oder eine Dunkelverfärbung von Sichtbetonflächen auf. Mit dem Beschleuniger Master X-Seed lassen sich diese Nachteile vermeiden, was eine Praxisdemonstration veranschaulichen wird.

Neue Nachhaltigkeitskampagne Bei den BetonTagen konnten sich die Besucher am BASF-Stand auch darüber informieren, wie die Produkte von Master Builders Solutions zu einer verbesserten Ökoeffizienz beitragen. So

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Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

können Kunden Ressourcen effizienter nutzen und Kosten deutlich reduzieren, was Messmethoden wie die Ökoeffizienzanalyse der BASF oder der Life-Cycle-Analyzer belegen. Dies veranschaulicht die 2017 gestartete europaweite Nachhaltigkeitskampagne von Master Builders Solutions. Im Vordergrund stehen Projekte, bei denen Kunden dank der hochent wickelten Chemie von BASF ihre Produktivität steigern und gleichzeitig Kosten und Emissionen reduzieren konnten. Zum Beispiel konnte ein großer deutscher Fertigteilhersteller durch den Einsatz von Master X-Seed durch eine 50 %ige Erhärtungsbeschleunigung des Betons seine Energiekosten um 15 % reduzieren, während gleichzeitig der CO2-Footprint um 10 % gesenkt wurde. Weitere Projektbeispiele finden sich auf der u. s. neuen Webseite des Unternehmens. www.sustainability.master-builders-solutions.basf.com

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Sichtbeton – Praxistipps für die Planung und Herstellung

(Fotos: Holcim-Süd)

„Bei Sichtbeton ist es wichtig, die Anforderungen aller Beteiligten genau zu klären, um ein eindeutiges, einheitliches Bild festzulegen“, erläutert Horst Erler. Oft schreibe der Planer Sichtbeton aus und der Ausführende stelle Beton nach seinen Vorstellungen her. Dass Erwartung und Ergebnis oft nicht einander entsprechen hat Erler schon häufig erlebt. Das veranlasste den Produktmanager des Holcim Zementwerks in Dotternhausen dazu, gleich vier Leitfäden mit Tipps aus der Praxis für Planung und Herstellung zu verfassen.

hochbeanspruchten Fahrsiloböden in der Landwirtschaft geht. Sie müssen starken chemischen Angriffen standhalten. Der Autor legt hier Wert darauf, dass dem Beton genügend Zeit zur vollständigen Aushärtung und somit zur Entwicklung der Dichtigkeit und Dauerhaftigkeit gegeben wird. Den „Leitfaden für Sichtbeton“, den Leitfaden „Sichtbeton im Fertigteilwerk“ und den „Leitfaden für Glättbetone“ sowie „Fahrsiloböden aus Beton“ gibt es kostenlos bei Holcim (Süddeutschland) GmbH, Telefon 07427/79298 oder als pdf-Download unter http://www.holcim-sued.de/produkte-dienstleistungen/technische-informationen/fachveroeffentlichungen-undproduktinformationen.html 46 Seiten stark und reich bebildert ist der „Leitfaden für Sichtbeton“. Er gibt zahlreiche Tipps aus der Praxis für die Planung und Herstellung. Der Leitfaden Sichtbeton beschreibt Maßnahmen, die unbedingt bereits in der Ausschreibung berücksichtigt werden müssen, da sie sonst wegen der anfallenden Mehrkosten nicht durchgeführt werden. Auszuschreiben sind beispielsweise das Abdichten der Ecken, Kanten und Spannstellen, die richtige Fallhöhe, der Einsatz von Schüttrohren und die richtige Nachbehandlung. Der Leidfaden ist klar gegliedert und reicht von der Ausschreibung über die Schalung und Bauausführung bis hin zur Betonrezeptur. Viel Raum wird auch der Nachbehandlung und dem Schutz der Betonoberfläche gewidmet. Bei der Sichtbetonherstellung im Fertigteilwerk gilt es verschiedenste Aspekte zu beachten. Auf 26 anschaulich erklärten Seiten geht der Leitfaden „Sichtbeton im Fertigteilwerk“ hier in die Tiefe. Die Sichtbetonflächen sind bleibender Ausdruck eines Bauwerks, sie sind gestalterisches Merkmal und lassen die Herstellungsqualität erkennen. Ihre Gesamtheit spiegelt die architektonische Wirkung eines Bauwerks maßgeblich wider. Die verschiedenen Schalungsoberflächen sind genauso anschaulich beschrieben wie die Herstellung und Liegezeit. Einen guten Überblick über aktuelle Veröffentlichungen zum Thema Sichtbeton geben die Literaturempfehlungen auf Seite 26. Im Industrie- und Gewerbebau, aber auch im Wohnungsbau werden die Betonplatten vermehrt in monolithischer Bauweise oberflächenfertig hergestellt. Um den unterschiedlichsten, teils extremen Beanspruchungen gerecht zu werden, wir die Beton oberfläche dabei maschinell geglättet. Diese Bauweise wird allgemein als Glättbeton bezeichnet. Die Abwesenheit eines eigenen Normenwerks führt oft zu Unsicherheiten bei Planern, Ausführenden und Nutzern. Der „Leitfaden für Glättbetone“ gibt auf 18 Seiten wichtige Hinweise für Planer und Ausschreiber genauso wie für Bauunternehmer und Glätter. Dabei werden sowohl die Forderungen der zurzeit gültigen Normen als auch die Praxiserfahrungen berücksichtigt. Mit „Fahrsiloböden aus Beton“ beschäftigt sich ein weiterer Leitfaden, bei dem es die

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Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen A19

BETONOBERFLÄCHEN

Betonboden mit hohen Anforderungen an die Abriebfestigkeit In Schweden werden Betonböden wie im vorliegenden Fall, mit einer Gesamtgröße von 43.500 m2 und einer Stärke von 130 mm mit einer Bewehrung realisiert, die eine Kombination von Baustahlgitter und Stahlfasern darstellt. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Abriebfestigkeit, und da Stahlfasern Verwendung fanden, kam auch Herkulit Trockeneinstreu und Lithurin Härter sowie Versiegelung zum Einsatz. Normalerweise werden Beton-Lieferwagen mit einer Betonpumpe oder durch einen manuell zum Betonierplatz beförderten Schlauch entleert. Das freilich ist nicht nur Schwerarbeit, sondern auch eine hohen Zeitaufwand erfordernde Arbeit. Bei dem südschwedischen Lagerhaus, von dem hier die Rede ist, wurde ein 4 Zoll Schlauch an einem Lindec-Betonverteiler befestigt, der den Beton im Radius von 360° über ein Rohr verteilt. Die Verteilung des Betons durch diese Maschine erfolgt auch gleichmäßiger. Dadurch wird ein geringeres Umschichten vor dem Verdichten erforderlich und signifikante Zeit- sowie Geld ersparnis möglich.

Bild 3

Der Lindec Betonverteiler auf Schaumstoffrädern verteilt in 6 Minuten die Liefermenge eines Mischwagens von 7,5 m3 – hier präzise auf eine Höhe von 130 mm.

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Der Auftrag von Herkulit-Harteinstreu erfolgte mit dem Lindec Streugerät exakt nach Rezeptur gleichmässig und grammgenau. Voraussetzung für eine gleichmässige Betonqualität.

Der ferngesteuerte, auf 4 schaumgefüllten Rädern fahrende Betonverteiler kann in jede beliebige Richtung bewegt werden. Auf dieser Baustelle wurde er nach jeweils 6–7 Minuten, wenn ca. 7,5 m3 Beton verteilt waren, umgesetzt.

Bild 1

Der Lindec Betonverteiler ist ferngesteuert und verteilt mit einem um 360° schwenkbaren Rohr präzise auf einer Höhe von 130 mm. Beton wird in einem 4″ Schlauch zum Lindec Betonverteiler gepumpt.

Pro Tag kamen so ca. 170 m3 Beton zur Verarbeitung, wozu 23 Betonmischfahrzeuge mit je 7,6 m3 nötig waren. Diese 170 m3 Beton waren jeden Tag bereits zur Mittagszeit verlegt. Das geht nur mit einem sehr gut eingespielten Team und einer sehr guten Planung. Mit Qualität und guter Technik lässt sich auch im kompetitiven Beton- und Estrichsegment noch gutes Geld verdienen. Der gesamte Boden war in rechteckige Felder von 36 × 38 m aufgeteilt, die mit Bewehrung in 130 mm Höhe belegt waren. Nach Verteilen des frischen Betons wurde dieser mit einer Somero Copper Head 3,0 XD Maschine geglättet. Sobald der Beton so weit gehärtet war, dass er begangen werden konnte, ließ sich Herkulit Trockeneinstreu zur Härtung aufbringen. Durch das Flügelglätten wurden die Stahlfasern in den Beton eingearbeitet und gleichzeitig die Abriebfestigkeit gegen das Befahren mit Gabelstaplern erhöht.

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Herkulit Harteinstreu wurde mit 2 Aufsitz-Flügelglättern von Lindec in den Beton einmassiert und so ein Hochleistungs-Boden geschaffen. Zusätzlich wurde noch wegen der besonders hohen Anforderung an die Abriebfestigkeit mit Lithurin nachgearbeitet.

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Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Nach dem Auftrag der Trockeneinstreu wurde die Betonober fläche mit einem Flügelglätter gehärtet und zum Finish nochmals mit feinen Paneelen nachbehandelt. Sofort nach dem Glät-

(Fotos: Lindec AB)

BETONOBERFLÄCHEN

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So schön kann ein Boden in einer Spedition aussehen – und auch so bleiben. Dank Betonhärtung mit Herkulit und zusätzliche Ober flächenbehandlung mit Lithurin Härter samt Versiegelung ergibt sich eine abriebfeste Oberfläche und Glanz.

ten wurde die Betonoberfläche sodann gewässert und mit einer Folie bedeckt, um ein zu rasches Austrocknen zu verhindern. Nach ca. 7 Tagen und etwa 70 % Aushärtung entfernte man die Plastik-Folie und der Boden konnte abtrocknen und mit Lithurin Härter vermittels des Lithurin-Auftragsgerätes behandelt werden. Im Anschluss daran wurde der Betonboden durch eine Kombi-Reinigungsmaschine mit Polierpads unter Einsatz von Lithurin Versiegelung behandelt.

Hrsg.: Ernst & Sohn Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton 2014 Sonderheft von Betonund Stahlbetonbau Oktober 2014. Bestell-Nr. 5093 0114 € 25,–* journal erhältlich. Auch als

Projektdaten: Lage: Varalöv, Südschweden Investor: Catena Sweden AB Nutzer/Mieter: Boozt.com Baufirma: Queenswall AB Estrichverleger: C. Holmqvist Entreprenad Bodenfläche: 43.500 m2 Unterbeton: mit Rüttelflasche vibriert und mit Isolierfolie belegt Betonstärke: 130 mm Beton: C28/35 Bewehrung: Kombination aus Bewehrungsstahl und Stahlfasern Produktionsmenge pro Tag: 1.365 m2 Betonverbrauch pro Tag: 170 m3 Entladung der Betonwagen: alle 6–7 Minuten. Höhe der Bewehrung: 130 mm (36 × 38 m) Estrichmaschinen im Einsatz: – Lindec® Line Dragon placer – Somero Copper Head – Lindec® Aufsitz-Flügelglätter und handgeführte Flügelglätter Estrichmaterialien: – Herkulit® Top – Lithurin® HARD & SEAL Reinigung/Nachbehandlung: Lindec® Betonseife Abschließend wurde der Boden nach dem Einbau aller Maschinen und der Fertigstellung aller Arbeiten mit Lindec-Betonseife gereinigt und imprägniert. www.lindec.com

WU-Beton – ein aktueller Überblick Der aktuelle Wissensstand der WU-Bauweise wird in diesem Sonderheft umfassend dargestellt. Die Fachbeiträge behandeln dabei alle wesentlichen Teilbereiche, beginnend bei den Grundlagen der Bemessung, betontechnologischen und ausführungstechnischen Hinweisen sowie Fragen im Rahmen der Planung über Fugenabdichtungssysteme, Weiße Wannen und Elementwände bis hin zur Abdichtung von Rissen und Fehlstellen sowie rechtlichen Fragen.

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Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG

Kundenservice: Wiley-VCH Boschstraße 12 D-69469 Weinheim

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BETONOBERFLÄCHEN

Graffiti-Schutz und klassische Hydrophobierung in einem – nach DIN EN 1506-2 zertifiziert Scheidel hat mit HydroGraff® im Rahmen eines Forschungsprojekts des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie gemeinsam mit der Hochschule Wismar ein Produkt entwickelt, das klassische nicht film bildende Hydrophobierungen mit einem permanenten Graffitischutz verbindet. Die Zertifizierung des neuen Produkts nach DIN EN 1504-2 ist bereits erfolgt, die Aufnahme in die BASt-Liste für permanente Anti-Graffiti-Produkte ist für Anfang 2017 vorgesehen. Hydrophobierungen sind als Instandhaltungsmaßnahme gemäß DIN EN 1504 zur Sicherung einer langen Nutzungsdauer von Betonbauwerken Stand der Technik, bieten aufgrund ihrer chemischen Konstitution aber einen nur unzureichenden Schutz vor Graffiti, deren Beseitigung privaten und öffentlichen Immobilienbesitzern bei mangelnder Vorsorge jedes Jahr hohe Kosten verursacht. Dementsprechend stellen Architekten und öffent liche Bauherren aus ökonomischen und ökologischen Gründen an beide Funktionen hohe Anforderungen. Das Aufbringen einer wässrigen trennschichtbildenden Imprägnierung für die Graffiti-Prophylaxe ist nach einer klassischen Hydrophobierung jedoch unmöglich, da der Untergrund durch das Aufbringen des ersten Produkts nicht mehr die für das Aufbringen des AntiGraffiti-Systems (AGS) erforderliche Saugfähigkeit aufweist. HydroGraff® vereinigt nun klassische Hydrophobierung und Graffiti-Prophylaxe in einem Produkt. Damit ist es dem Bau gewerbe möglich, eine lange Nutzungsdauer des Bauwerks und die optische Beständigkeit seiner Oberfläche problemfrei zu gewährleisten.

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Hydrophobierungstiefe mit HydroGraff® CC OS-A AGS Creme

Bild 2

Die Abbildung zeigt den Wasseraufnahmekoeffizient (w-Wert) für unbehandelte und behandelte Probekörper zu Beginn der Tests, nach simulierter fünfjähriger Bewitterung und nach dem ReinigungsStresstest, durchgeführt im Rahmen des Forschungsprojekts.

Bild 3

Testflächen auf imprägnierten Untergründen mit Graffiti an einem Brückenpfeiler der A9, für nachfolgende Reinigungsversuche.

Produkte und Anwendungsbereiche HydroGraff® ist als cremeartige Masse, HydroGraff® CC OS-A AGS Creme, und in flüssiger Form, HydroGraff® FL OS-A AGS Flüssig, erhältlich. Beide Produkte genügen sowohl der Anforderung an den Graffiti-Schutz an Verkehrswegen gemäß BASt TL/ TP AGS-Beton als auch der der OS-A-Schutzmaßnahme gemäß DIN EN 1504-2. Sie erfüllen weiterhin die Anforderungen an permanenten Graffiti-Schutz gemäß der RAL Gütegemeinschaft Anti-Graffiti. Darüber hinaus bescheinigen Prüfungen im Labor Dr. Kupfer, Berlin, beiden Hydro-Graff®-Produkten auch bei mehrfacher Durchführung eine ausgezeichnete Reinigungsfähigkeit. Dementsprechend ordnete das Labor sie in die hohe Leistungskategorie C_(>10)∧(90 %) ein. HydroGraff® ist auf Ort beton und – je nach Saugfähigkeit und Porenstruktur des mineralischen Substrats – auch auf Architektur- und Textil beton, auf Betonfertigteilen und auf Sichtbeton anwendbar. Außerdem ist es für saugfähige Klinker und Kalksandstein geeignet.

Dauerhafte Graffiti-Prophylaxe auch bei mehrfacher Anwendung Im Gegensatz zu nicht permanenten Graffitischutzprodukten, die nach jedem Reinigungsvorgang neu aufgetragen werden müssen, sind bei permanenten Anti-Graffiti-Systemen je nach zugrunde gelegten Prüfvorschriften mindestens zehn Reinigungsvorgänge problemlos möglich, bevor das Anti-Graffiti-Produkt neu appliziert werden muss. HydroGraff® ist solch ein permanentes Anti-Graffiti-System. Die in ihm enthaltenen SilanSiloxan-Fluoracrylat-Copolymere bilden eine farblose, nicht

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filmbildende Imprägnierung, die das Eindringen von GraffitiFarben und -Lacken in die Baustoffoberfläche dauerhaft stark reduzieren, so dass diese mit einer auf das System abgestimmten Reinigungstechnologie leicht entfernt werden können.

BETONOBERFLÄCHEN

Bild 5a Graffiti wird mit der Soft Graffiti-Reinigungsemulsion in wenigen Minuten gelöst und kann mit einem Kaltwasser-Hochdruckreiniger leicht abgewaschen werden. Bild 5b Abwaschvorgang mit Kaltwasser-Hochdruckreiniger

Bild 4

Elektrochemische Messungen an den Testflächen auf der Pfeilerkappe, ausgeführt durch die Autobahndirektion Nordbayern

Fassaden sind die Bauteile eines Gebäudes, die höchsten Beanspruchungen durch Schlagregen, Frost und das Eindringen von Schadstoffen standhalten müssen. Die DIN EN 1504-9 definiert verschiedene Schutzprinzipien für Betontragwerke. Sie empfiehlt, Bauteile ohne ausreichende Qualität der Betondeckung vor dem Eindringen von schädlichen Stoffen wie Chloriden oder Sulfaten durch Hydrophobierung der Betonoberfläche zu schützen. Bei schon auftretender feuchteabhängiger Zerstörung im Beton wird die Regulierung des Wasserhaushalts im Beton durch Stoppen der Wasserzufuhr und Hydrophobierung als Schutzprinzip angeführt. HydroGraff® ist ein gebrauchsfertiges, alkalibeständiges, lösemittelarmes Produkt zur klassischen, nicht-filmbildenden Hydrophobierung, das nachhaltig vor den in Wasser gelösten Schadstoffen (z. B. Tausalzen) schützt.

Einfache Applikation und Reinigung mit Scheidel-Produkten Der Untergrund sollte mit einem abgestimmten Reinigungsverfahren von Verschmutzungen befreit werden. Sein Saugverhalten bestimmt die Aufnahme und erforderliche Menge der Imprägnierung. Er sollte daher trocken sein. Betonoberflächen sollten frühestens nach vier Wochen imprägniert werden. Der Auftrag von HydroGraff® CC OS-A Creme erfolgt in einem Arbeitsgang (Regelverbrauch zwischen 200 g/m2 und 400 g/m2). HydroGraff® FL OS-A Flüssig wird in zwei Arbeitsgängen und immer nass in feucht aufgetragen (Regelverbrauch zwischen 150 ml/m2 und 250 ml/m2). Zur Graffiti-Entfernung bietet Scheidel die Soft Graffiti-Reinigungsemulsion an. Das wässrige, biologisch abbaubare Spezialprodukt mit Lösemitteln wird nach gründlichem Aufrühren mit der Bürste aufgetragen. Nach 20-minütigem Einwirken kann die Fläche mit einem Hochdruckreiniger abge waschen werden. Zur Reinigung von hartnäckigen Rest-Farbschatten steht ein spezieller Graffiti-Schattenreiniger zur Ver fügung.

(Fotos/Abb.: Scheidel)

Instandhaltung nach DIN EN 1504-9

Bild 6

Anwendung in der Schweiz. Auf 2000 m2 wurde HydroGraff FL OS-A AGS Flüssig aufgesprüht und mit der Walze nachgerollt.

Erprobung an Verkehrsbauwerken in der Praxis Die Mitarbeiter der Außenstelle Bayreuth, Autobahndirektion Nordbayern, testeten beide Produkte von HydroGraff® an den Stützpfeilern einer Lärmschutzwand an der A9 bei Bayreuth. Insgesamt wurden 90 m2 Sichtbetonflächen und 9 m2 Betonkappen der Pfeiler mit HydroGraff® CC OS-A AGS Creme (53 m2) und HydroGraff® FL OS-A AGS Flüssig (45 m2) behandelt. Im Test sollten die Produkte die Anforderungen an ein Oberflächenschutzsystem OS-A gemäß ZTV-ING, Teil 3, Abschnitt 4 (SIB) und als Graffitischutz gemäß TL/TP AGS-Beton erfüllen. Pfeilerkappen, Sichtbetonflächen und gespachtelte Sockel bereiche zeigten nach der Behandlung mit den HydroGraff®Produkten kaum optische Veränderungen. Lediglich die mit H ydroGraff® FL OS-A AGS Flüssig behandelten gespachtelten Flächen liefen leicht weiß an, was vernachlässigbar bei techni-

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BETONOBERFLÄCHEN schen Bauwerken ist. Nach einer Woche wurde ein Brückenpfeiler mit Graffiti-Testflächen versehen. Sowohl Scheidel Soft Graffiti-Reinigungsemulsion als auch andere Spezialentferner von Scheidel lösten das Graffiti nach 20 Minuten zuverlässig, sodass es mit einem Kaltwasser-Hochdruckreiniger fast vollständig entfernt werden konnte. Nur die Spuren der Faserschreiber mussten in einem zweiten Schritt zur vollständigen Entfernung des Graffitis nachbehandelt werden. Trotz der Reinigungsmaßnahmen hatte die hydrophobierende Wirkung Bestand, wie Versuche an freibewitterten Probekörpern zeigten. In der Schweiz werden aufgrund der hohen Tausalzbelastungen und der geforderten Anti-Graffiti-Imprägnierungen seit vielen Jahren OS-A-Hydrophobierungen eingesetzt. Die Baudirektion im Kanton Zug prüfte HydroGraff® OS-AGS auf Testflächen und HydroGraff® FL OS-AGS Flüssig an 2000 m2 einer Stützwand. Auch hier konnte HydroGraff® überzeugen. Die Vorteile von HydroGraff® auf einen Blick: Mit HydroGraff® von Scheidel stehen dem Planer erstmals Hydrophobierungsprodukte zur Verfügung, die eine zuverlässige und dauerhafte Graffiti-Prophylaxe gewährleisten und sich gleichzeitig für die Instandhaltung von Bauwerken eignen. Die Vorteile von HydroGraff® im Überblick: – Branchenneuheit: OS-A-geprüfte hydrophobierende Imprägnierung und permanenter Graffitischutz in einem Produkt – für alkalische zementgebundene Oberflächen, Betonfertigteile, Sichtbeton, saugfähige Klinker und Kalksandsteine – flüssig oder als Creme erhältlich – Schutz vor in Wasser gelösten Schadstoffen – optisch kaum wahrnehmbar – nicht filmbildend – wasserdampfdiffusionsoffen – lösemittelarm – alkalibeständig – gebrauchsfertig

Bild 1

Haftzugprüfeinheit mit Tablet-PC

Bild 2

Digitalanzeige

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Tablet-PC

www.scheidel.com

Haftzugprüfgerät ComTest Mit dem völlig neuartigem Haftzugprüfgerät ComTest kommt nun erstmalig ein mobiles, netzunabhängiges und zugleich leichtbedienbares, hochpräzises Haftzugprüfgerät zur Ermittlung der Oberflächenzugfestigkeit, Haftzugfestigkeit und Abreißfestigkeit an Beton, Beschichtungen, Estriche, Mörtel, Putze, Klebstoffe, Asphalt, Parkett und Wärmeverbundsysteme auf den Markt. Das Haftzugprüfgerät (Bild 1) besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten: Einer Zugprüfeinheit mit integriertem Belastungsantrieb, Akkuversorgung und Digitalanzeige zur direkten Messanzeige (Bild 2), sowie einem Tablet PC der alle Prüfprogramme enthält, als Datenspeicher dient und die Prüfprogramme (Bild 3) generiert. Die Übertragung der Prüfparameter erfolgt mittels eines Bluetooth. Aktuell sind 18 Prüfprogramme nach Normvorgaben mit Prüfparametern: Laststeigerung d. h. Belastungszunahme und Prüfstempelgröße/-fläche fest hinterlegt. Davon abweichende Prüfgeschwindigkeiten können frei ausgewählt werden. Die aktuellen Normen sind u. a:

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Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

– ZTV – ING für 20 N/s – 100 N/s und 300 N/s – EN 1015-12 – EN 1348 für Prüfstempel 50 × 50 mm – EN 1542 – EN 12618-2 – EN 13892-8 – EN ISO 4624 für Prüfstempel dia. 20 mm und dia. 7 mm – ETAG 004 für Prüfstempel 50 × 50 mm und 200 × 200 mm – DIN 1048-2

BETONOBERFLÄCHEN haltung der Grenzwerte für die Messunsicherheit nach DIN EN ISO 7500-1 in der Klasse 1. Für die einfache rationelle Anwendung verfügt das Gerät über eine Schnellkupplung als Zugplattenaufnahme (Bild 4) die zudem über eine Beleuchtungseinrichtung verfügt. Dadurch kann auch bei extrem ungünstigen Lichtverhältnissen gearbeitet werden.

(Fotos: Form + Test)

Zwei integrierte Haltegriffe, rechts und links am Gerät, sichern eine bequeme und sichere Handhabung.

Bild 4

Zugplattenaufnahme

Nach Beendigung der Prüfung, d. h. beim Probenbruch, kann zusätzlich eine Sprachnotiz zur jeweiligen Prüfstelle aufgenommen werden. Diese Sprachnotiz wird dem Messprotokoll angefügt und abgespeichert. Somit können, ohne großen Aufwand, zu den Prüfergebnissen auch Bemerkungen zur Messstelle dokumentiert werden. Selbstverständlich enthält jede Prüfung und jedes Prüfprotokoll ein Soll- Istwert- Diagramm bezogen auf die Belastungszunahme. Der eingebaute Akku ermöglicht bis zu 100 Prüfungen (bezogen auf die max. Belastung).

Die Lastzunahme erfolgt automatisch als Kraft- (kN/sec bzw. N/mm2/sec) oder Wegreglung (mm/sec.) mit absolut konstanter und stoßfreier Zunahme. Zur Kraftmessung wird eine hochpräzise elektronische Kraftmessdose eingesetzt. Diese ermöglicht somit problemlos die Ein-

Zum Lieferumfang gehört neben den Tablet-PC, zwei Ladegeräte und ein robuster Transportkoffer aus Kunststoff und ein Kalibierzertifikat. www.formtest.de

Architekturbeton für das kernsanierte Stammhaus der WDR mediagroup Dank der Entwicklung vielfältiger Oberflächentechniken wächst das Interesse moderner Architektur, das Gebäude mit einer Hülle aus Architekturbeton zu versehen, die seinen individuellen Charakter widerspiegelt. Die Fassadenlösungen von Hering Architectural Con-

crete vereinen innovative Materialkonzepte mit jahrzehntelanger Erfahrung in gestaltungsfokussiertem Betonfassadenbau. Ein Beispiel hierfür ist das Stammhaus der WDR mediagroup, das in den Jahren 2013–2016 einer umfangreichen Kernsanierung unterzogen wurde.

Bild 1 Bei dem kernsanierten Stammhaus der WDR mediagroup in Köln gelang es mit der Auswahl des Fassadenmaterials Beton, die Aspekte eines puristisch repräsentativen Erscheinungsbildes mit den Vorteilen einer großformatigen Fassadenaufteilung zu verbinden und dennoch eine massiv anmutende Fassade umzusetzen.

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(Fotos: 1 Margot Gottschling, 2 u. 3 Hering, 4 BetonBild)

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Bild 2

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Das 5* Hotel STUE in Berlin wurde in Fotobeton ausgeführt.

Durch den Einsatz von korrosionsfreiem Bewehrungsmaterial ermöglicht betoShell® Textilbeton schlanke Bauweisen.

Das mittlerweile in die Jahre gekommene Bürogebäude hatte nicht nur mit bauphysikalischen Schwächen zu kämpfen, auch architektonisch bewegten sich die umliegenden Gebäude nun auf hohem Niveau. Und in dieser exklusiven Lage in unmittelbarer Nähe zum Kölner Dom darf ein repräsentatives Erscheinungsbild nicht vernachlässigt werden.

Bild 4

Für das Verwaltungsgebäude von RAG in Essen wurden Schriftzüge mithilfe der Matrizenschaltechnik im Beton realisiert.

Für das zusätzliche Staffelgeschoss waren die massiven Fertigteile aus Stahlbeton zu schwer, deshalb kamen hier dünnwandige Elemente aus betoShell® Textilbeton in gleicher Optik zur Ausführung. Das Materialkonzept ist eine Innovation aus dem Hause Hering und ermöglicht durch korrosionsfreies Bewehrungsmaterial schlanke Bauweisen. Es eignet sich sowohl für Neubauten, als auch für energetische Fassadensanierungen, wie es beim Stammhaus der WDR mediagroup der Fall war. Bereits Anfang der 1990er Jahre nahm sich Hering das Thema „Nachhaltiges Bauen und Konstruieren“ zum Grundsatz und hatte bei der Entwicklung neuer Produkte stets nachhaltige, ressourcen- und umweltschonende Materialien und Verfahren im Fokus. Mit der Einführung von betoShell® Textilbeton gelang dem Unternehmen nach langjähriger Forschungsarbeit in Zusammenarbeit mit der TU Dresden und der RWTH Aachen als, laut Unternehmensangaben, deutscher Branchenpionier eine Revolution im Betonbau. Im Jahr 2004 erhielt betoShell® als erstes Fassadensystem aus Textilbeton die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des DIBt. Seitdem sind neue Produktvarianten entstanden, welche Fassadenelemente mit Abmessungen bis zu 3.600 × 2.400 mm bei einer Dicke von lediglich 30 mm realisierbar m achen.

Individueller Charakter für jedes Gebäude Puristisch repräsentatives Erscheinungsbild Nach der Machbarkeitsstudie der SSP SchürmannSpannel AG aus Bochum erfolgte eine Funktionsoptimierung im Inneren und eine Generalüberholung der äußeren Gebäudehülle. Die Architekten entschieden sich in diesem Fall für hochwertigen Architekturbeton von Hering Architectural Concrete. Das fünfgeschossige Gebäude mit aufgesetztem Staffelgeschoss wurde mit weißen, feinstrukturierten Betonfertigteilen verkleidet; im Eingangsbereich hingegen wurden anthrazitfarbene Fertigteile verbaut. Mit Auswahl des Fassadenmaterials Beton gelang es, die Aspekte eines puristisch repräsentativen Erscheinungsbildes mit den Vorteilen einer großformatigen Fassadenaufteilung zu verbinden und dennoch eine massiv anmutende Fassade umzusetzen. Durch die Realisierung einer besonders hochwertigen Betongüte und nachträglich behandelte Betonoberflächen erfüllt die Betonstruktur höchste gestalterische Ansprüche. Großformatige, raumhohe Fenster sorgen für Transparenz und erzeugen ein helles Erscheinungsbild in den Innenräumen.

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Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Durch den Einsatz einer Bewehrungsmatte aus Glas- oder Carbonfasern bietet die Betonoberfläche die gleiche Gestaltungsvielfalt wie stahlbewehrte Fassadenelemente. Es können verschiedene Bearbeitungsverfahren wie Säuern, Strahlen, Schleifen oder Feinwaschen für die Oberfläche angewendet und auch miteinander kombiniert werden. So auch beim Projekt in Köln: Während die Ansichtsflächen durch Sandstrahlen eine raue Oberflächenoptik erhielten, wurden die Leibungsflächen der großformatigen Fassadenelemente neben den Fensterflächen nachträglich geschliffen. Darüber hinaus können besondere Verfahren wie Matrizenschaltechnik, Fotobeton oder lichtreflektierender Beton zum Einsatz kommen. Durch die Kombination verschiedener Betonrezepturen und Bearbeitungstechniken bieten sich nahezu unendliche Möglichkeiten in der Fassadengestaltung, wodurch jedes Gebäude seinen individuellen Charakter erhält.

www.hering-ac.com

Ludger Lohaus

EDITORIAL

Innere Werte – „oberflächlich“ betrachten und begreifen Beton, der mit großem Abstand meistverwendete Baustoff unserer Zeit, verfügt anerkanntermaßen über hervorragende „innere Werte“, also Eigenschaften wie Steifigkeit und Festigkeit, Dichtigkeit und Dauerhaftigkeit oder auch Wirtschaftlichkeit und Robustheit. Oft aber werden diese positiv besetzten Begrifflichkeiten für Beton ins Gegenteil verkehrt, wenn über seine „triste betongraue Oberfläche“ oder sein angeblich „hässliches Erscheinungsbild“ gesprochen wird. Hierzu finden sich in der Architektursprache Begriffe wie „Brutalismus“, „Betonklotz“ oder auch „Bausünden“. So stark und robust seine innere Struktur auch sein mag, die Oberfläche des Betons ist in ihrem Erscheinungsbild äußerst sensibel. Jede kleine Störung, jede Veränderung des Betons in seiner Farbe, seiner Textur, Ebenheit und Porigkeit, seiner Mattigkeit und seines Glanzes, seiner Form, seiner Optik und Haptik ist eingeprägt in seine Oberfläche und einmal hergestellt nicht mehr beliebig ver änderbar. So wird die Oberfläche eines jeden Betonbauteils zu einem wirklichen Unikat, zu einem individuellen Erscheinungsbild, das uns seine Geschichte erzählen kann. Wir können quasi auf der Oberfläche des Betons lesen und dabei etwas von seinem individuellen Charakter erfahren oder auch ihn einfach nur in seiner Materialität auf uns einwirken lassen, ganz gleich ob wir es schön finden oder nicht. Menschen vom Fach „lesen“ dabei auch stets etwas über seine inneren Werte heraus. Ein „gesunder“ Beton sieht eben nicht „krank“ aus.

Prof. Dr.-Ing. Ludger Lohaus, Leibniz Universität Hannover

Es gibt kein Recht auf Hässlichkeit mehr. Dies gilt nicht nur in der Architektur, sondern generell in der heutigen Gesellschaft. Ein „wie es aussieht, ist doch egal“ wird heute selbst von auf den praktischen Nutzen fokussierten Ingenieuren auch bei einem schlichten Funktionalbau nicht mehr akzeptiert. Auch solche Beton oberflächen können ohne hohe Zusatzkosten mit sichtbar bleibenden Betonoberflächen materialgerecht ansprechend gestaltet werden. Sichtbeton muss also nicht immer gleich aufwendig gestylter Museumsbeton sein. Gleichwohl muss die starke Ausstrahlungskraft der Betonoberfläche in jedem Fall und in allen Phasen des Baugeschehens ernst genommen werden, um ihrer oben beschriebenen Individualität gerecht zu werden. Insofern sehe ich einen besonderen Ansporn und sogar eine Verpflichtung für alle am Bau Beteiligten, mit kreativem, künstlerischem Ausdruck, mit funktionaler Planung, gut organisierten Abläufen und mit handwerklicher Präzision zu einem baustoffgerechten Stil und zur individuellen Ausdrucksstärke des Betons beizutragen. Dabei ist ein partnerschaftlicher und rücksichtsvoller Umgang der Mitglieder des Bauteams untereinander von entscheidender Bedeutung, um die nur als Teamleistung zu erstellende Bauaufgabe erfolgreich zu bewältigen. Dieser Verantwortung sollten sich alle am Bau Beteiligten stets bewusst sein. Schließlich erzählt uns die aus dem Bauprozess hervorgehende Betonoberfläche dauerhaft etwas über die Teamfähigkeit der am Bau Beteiligten und deren Kompetenz, ja deren Kunst, mit Beton zu bauen. Die Kunst, mit Beton zu bauen, mündet schließlich in die Kunst, mit Beton nicht nur Siedlungen, Bauwerke oder Bauteile zu gestalten, sondern darüber hinaus auch unzählige Anschauungsobjekte und Gebrauchsgegenstände, die uns bei vielen Gelegenheiten im täglichen Leben begegnen. Mehr und mehr Künstler und Designer entdecken den Beton als ihren Werkstoff, mit dem sie ihre Kreativität und ihre Ideen am besten zum Ausdruck bringen können. Einige Beispiele hierzu werden in diesem Sonderheft vorgestellt.

EDITORIAL

Die besonderen Eigenschaften der Betonoberfläche beschränken sich schon heute und das wird sich noch im weitaus stärkeren Maße in Zukunft entwickeln nicht allein auf ihr Erscheinungsbild, ihre Form und Farbe. Vielmehr geht der Trend in vielen Bereichen des Baugeschehens mehr und mehr hin zu multifunktionalen Konzepten. Für eine solche Multifunktionalität bietet gerade die Beton oberfläche in der Verbindung von Aussehen, Haptik und technischen Eigenschaften phantastische neue Möglichkeiten, die ebenfalls in diesem Heft thematisiert werden. Auf diese Weise werden die „inneren Werte“ des Betons im wahrsten Sinne des Wortes „oberflächlich“ erkennbar und begreifbar. Die Multifunktionalität der Betonoberfläche verbindet dabei nicht nur Inneres und Äußeres, Form und Funktion, Technik und Kunst, sondern auch die Menschen, die sich in ihrer jeweiligen „Betonwelt“ zu Hause fühlen dürfen. Ich darf Sie, liebe Leser, also herzlich einladen zu diesem spannenden Blick über den Tellerrand und wünsche Ihnen viel Freude bei der Lektüre des Heftes und reichlich neue Erfahrungen mit Betonoberflächen.

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

FACHTHEMA

Ludger Lohaus, Tobias Schack, Dario Cotardo

Die Kunst der Sichtbetontechnik Etwa seit Anfang des neuen Jahrtausends erlebt die Sicht betonbauweise eine bis heute anhaltende Renaissance. Trotz der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Sichtbetontechnik treten in der Baupraxis immer wieder unerwünschte Effekte im Erscheinungsbild des Sichtbetons auf. Das „System Sicht beton“ mit seinen vielfältigen Einflüssen aus Schalung, Beton, Betonverarbeitung und Nachbehandlung einschließlich der dabei vorherrschenden Witterungsbedingungen ist dabei so anspruchsvoll und komplex, dass seine Beherrschung eine besondere Kunst darstellt. Der Beitrag zeigt Möglichkeiten der Betontechnik und notwendige Maßnahmen bei der Verarbeitung auf, die der Vermeidung unerwünschter Effekte dienen und zu einem gefälligen, individuellen und planbaren Erscheinungsbild der Betonoberfläche beitragen.

The art of fair-faced concrete technology Fair-faced concrete designs undergoing a revival since the beginning of the new century until now. In the building practice there are over and over again unwanted effects on a fair-faced concrete surface, despite the continuous further development. The “system fair-faced concrete” with varied influences from formwork, concrete, concrete processing and aftertreatment including the weather conditions is an extremely demanding one. The control of this system presents a particular art. This paper will show the possibilities of the concrete technology and concrete processing for a nice, individual and predictable fair-faced concrete surface.

1 Einleitung

Die Technik des Sichtbetons ist keine neue Technik. Bereits in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts hat die Architektur das gestalterische Potenzial des Bauens mit Beton erfolgreich erkannt und eingesetzt. Beton gewann neben seiner konstruktiven Funktion auch bei der Gestaltung von Bauwerken zunehmend an Bedeutung. Trotz der langen Erfahrung in der Sichtbetontechnik treten heutzutage in der Baupraxis immer noch unerwünschte Effekte auf Sichtbetonoberflächen auf, die sich nicht vollständig oder nur eingeschränkt vermeiden lassen. Dabei ist das „System Sichtbeton“ mit seinen vielfältigen Einflüssen aus Schalung, Beton, Betonverarbeitung und Nachbehandlung so anspruchsvoll und komplex, dass seine Beherrschung eine besondere Kunst darstellt. Unzulänglichkeiten im Erscheinungsbild von Sichtbeton oberflächen können oft nur mit sehr hohem Aufwand, der ein Vielfaches der eigentlichen Herstellkosten betragen kann, korrigiert werden. Ferner kann bereits ein kleiner Fehler bei der Bauausführung den Gesamteindruck einer Sichtbetonoberfläche erheblich beeinträchtigen. Aufgrund der besonderen Sensibilität von Sichtbeton gilt es in allen Bereichen möglichst fehlerunanfällige Lösungen vorzusehen und den verbleibenden Risiken besondere Aufmerksamkeit zu schenken.

Im Laufe der Zeit gab es immer wieder Veränderungen der bevorzugten Oberflächentexturen von Sichtbetonbauteilen. Entscheidende Impulse entstammen der baubetrieblich motivierten Schalungsentwicklung in den Jahren nach 1960. Die Charakteristik früherer Sichtbetonbauwerke der 1970er Jahre ist bewusst massiv und rau. Der Einsatz sägerauer Bretterschalung mit materialbedingten Unebenheiten und unterschiedlichen Saugfähigkeiten bewirkte ein „Eigenleben“ der rauen Betonoberflächen mit variierender Farbtönung (Bild 1). Das Aufkommen beschichteter Sperrholzplatten zur Bewältigung großflächiger Schalungsaufgaben beeinflusste

In diesem Beitrag werden die Möglichkeiten der Betontechnologie sowie Maßnahmen bei der Verarbeitung aufgezeigt, die der Vermeidung unerwünschter Effekte auf Sichtbetonflächen und somit der erfolgreichen Beherrschung der Kunst beim Bauen mit Sichtbeton dienen.

Bild 1

Sichtbetonentwicklungen in der Architektur

Sichtbetonwand mit rauer Oberfläche und variierender Farbtönung (Hochschule für Musik, Theater und Medien Hannover, Baujahr: 1970– 1973) Fair-faced concrete with a rough surface and different dyeing

FACHTHEMA ARTICLE

DOI: 10.1002/best.201600504

L. Lohaus, T. Schack, D. Cotardo: Die Kunst der Sichtbetontechnik

– Gleichmäßiger w/z-Wert, um einen einheitlichen Farbton sicherzustellen. Geringe Schwankungen des w/z-Werts sind jedoch nicht vermeidbar. – Einsatz erhöhter Mehlkorngehalte zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit und der Dichtigkeit des Betons. – Erprobung des Sichtbetonkonzepts anhand von Betonierversuchen an einem ausreichend groß gewählten Bauteil.

Bild 2

Sichtbetonwand mit glatter Oberfläche und annähernd gleichmäßiger Farbtönung Fair-faced concrete with a smooth surface and an even colouring

maßgeblich die Strukturmerkmale von Sichtbetonober flächen. Infolgedessen wurden in den letzten zwei Dekaden des letzten Jahrhunderts in der architektonischen Gestaltung von Sichtbetonbauteilen immer mehr glatte und oft auch möglichst makellose Betonoberflächen gefordert. Die Strukturmerkmale einer glatten Sichtbeton oberfläche mit angenehmer Farbtönung stellen bis heute die bevorzugte Präferenz in der Sichtbetonbauweise dar (Bild 2). Dabei hat sich die Sichtbetonbauweise zunehmend für repräsentative Betonbauwerke in Deutschland etabliert, z. B. für die Bauwerke im Regierungsviertel in Berlin oder für Museen wie dem Science Center in Wolfsburg. Während eine saugende Schalhaut der Porenbildung sowie Schleppwassereffekten entgegenwirkt, werden die Risiken für solche unerwünschten Effekte durch die Verwendung einer nicht saugenden Schalhaut deutlich verstärkt.

– Einbaukonsistenz ≥ F3 – Größtkorn ≤ 16 mm – „robuste“ Betonsorten – kein Einsatz von Restwasser und Restbeton – keine Nachdosierung von Fließmittel – Intensivierung der Erprobung mithilfe von Prüfschalungen und Erprobungsflächen – Einordnung in SB-Klassen mit zugehörigen technischen Merkmalen Durch den Einsatz „robuster“ Betonzusammensetzungen sollen auch bei geringfügigen Schwankungen in den Ausgangsstoffen und der Homogenität wesentliche Änderungen im Aussehen der Oberfläche vermieden werden. Zudem sollte die Wahl einer geeigneten Betonzusammensetzung unter Beachtung der Einbautemperaturen erfolgen. Gegebenenfalls können spezielle Winter- und Sommer rezepturen festgelegt werden, die sich durch Eignungsprüfungen und im Einsatz an Erprobungsflächen oder Prüfschalungen bewährt haben.

Sichtbeton gemäß DBV/VDZ-Merkblatt „Sichtbeton“

Für die Ausführung von Sichtbeton sind weder in der DIN EN 13670 [1] noch in der Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen Teil C [2] konkrete normative Regelungen enthalten. Jedoch stehen mit dem DBV/ VDZ-Merkblatt „Sichtbeton“ [3] Hinweise zur Planung, Ausschreibung, Ausführung und Qualitätssicherung für eine moderne Sichtbetonbauweise zur Verfügung. Außerdem werden in dem Merkblatt Kriterien zur Beurteilung der erreichten Qualität von Sichtbetonbauteilen angegeben. Demzufolge stellt das DBV/VDZ-Merkblatt „Sichtbeton“ den wirklich relevanten Leitfaden für die Planung und Ausführung von Sichtbeton in Ortbetonbauweise in Deutschland dar. Bereits im DBV-Merkblatt „Sichtbeton“ (Fassung 1977) [4] werden grundsätzliche und bis heute gültige Anforderungen an die Betonzusammensetzungen sowie Herstellung von Sichtbetonbauteilen gestellt: 4

In der aktuellen Fassung des DBV/VDZ-Merkblatts „Sichtbeton“ (Fassung 2015) werden u. a. eine auf das Einbauverfahren und die Bauteilgeometrie angepasste Konsistenz sowie ein angepasstes Größtkorn gefordert. Zudem soll beim Einbau und der Verdichtung keine Entmischung oder Wasserabsonderung entstehen. Hierfür werden folgende weitere Anforderungen bzw. Empfehlungen hinsichtlich des Betonentwurfs gegeben, die sich in der Praxis bewährt haben:

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Die verschiedenen Anforderungen an Sichtbeton konkurrieren aus betontechnologischer Sicht miteinander. Eine hohe Viskosität der Leimphase führt dabei zu einer Verringerung der Sedimentations- und Blutneigung, dagegen lassen sich mit einer niedrigviskosen Leimphase orenarme Oberflächen herstellen. Besonders für eher p sehr weiche und fließfähige Betone ist es daher von besonderer Bedeutung, einen geeigneten Kompromiss zu finden. Die vom Institut für Baustoffe (IfB) an der Leibniz Universität Hannover entwickelten Prüfschalungen [5], deren Anwendung in der aktuellen Fassung des DBV/VDZ-Merkblatts explizit empfohlen wird, eignen sich, um bereits im Vorfeld des Bauvorhabens Eignungsprüfungen und erste Robustheitsuntersuchungen durchzuführen. Hierzu können beispielsweise basierend auf der Sollzusammensetzung Betone mit variierenden Wassergehalten hergestellt werden (Bild 3). So können die resultierenden Schwankungen im Erscheinungsbild verglichen werden. Weiterhin können durch den Einsatz

Bild 3

Blick von oben in die Prüfschalung „Stütze“ mit Prüfausstattung Testing formwork “column” with test equipment (top view)

Bild 4

Sichtbetonwand mit deutlichen Bewehrungsabzeichnungen Dark discoloration of reinforcement on a fair-faced concrete surface

Bild 5

Sichtbetonwand mit deutlicher Dunkelverfärbung im unteren Wand bereich Dark discoloration in the lower area of a fair-faced concrete wall

der Prüfschalungen erste Erfahrungen mit der Verarbeitung und der Betonzusammensetzung gesammelt und somit eine unnötig hohe Anzahl an Erprobungsflächen vermieden werden. Die wesentlichen Merkmale der Gestaltung und der Herstellung einer Sichtbetonfläche (Textur, Fugen, Farbe u. a.) bestimmen maßgebend die architektonische Wirkung eines Sichtbetonbauwerks oder -bauteils nach dessen Fertigstellung. Sichtbetonflächen müssen daher in der Leistungsbeschreibung ausreichend und aus führbar beschrieben werden. Im DBV/VDZ-Merkblatt sind dazu Sichtbetonklassen mit geringen und normalen Anforderungen (SB1 und SB2) und mit besonderen Anforderungen (SB3 und SB4) beschrieben. Ferner werden Hinweise hinsichtlich des mit der Wahl der Sicht betonklasse verbundenen Aufwands bei Planung, Erprobung und Ausführung gegeben. Zusätzliche Beschreibungen, die als bauvertragliche Forderungen die Merkmale der vereinbarten Sichtbetonklassen ergänzen, sind den technischen Möglichkeiten der Bauweise anzupassen. Das DBV/VDZ-Merkblatt unterscheidet dazu eine Reihe von Einzelkriterien in den folgenden drei Kategorien: – technisch nicht oder nicht zielsicher herstellbare Forderungen, – nur eingeschränkt vermeidbare Abweichungen, – bei fachgerechter Ausführung und angemessener Sorgfalt im Allgemeinen vermeidbare Abweichungen. Demzufolge ist es von besonderer Bedeutung, dem Bauherren oder in seiner Vertretung dem planenden Architekten das bautechnisch zielsicher herstellbare Erscheinungsbild, aber auch die von ihm gewünschten gestalterischen Ergebnisse, die bautechnisch nicht zielsicher herstellbar sind, frühestmöglich aufzuzeigen. Erprobungsflächen können dabei als Referenzflächen vereinbart werden.

4 Unerwünschte Effekte auf Sichtbetonflächen 4.1 Allgemeines Die Einhaltung der zuvor beschriebenen Anforderungen und Empfehlungen garantiert noch kein ästhetisch zu friedenstellendes Sichtbetonergebnis. Die Qualität eines Sichtbetonbauteils wird vorrangig durch eine regelmäßige Farbgebung, die Textur, die Porigkeit und die Homogenität der Betonoberfläche bestimmt. Der Einsatz glatter, nicht saugender Schalhautoberflächen, die in der modernen Sichtbetonarchitektur vorrangig Anwendung finden, begünstigt die Entstehung einiger typischer unerwünschter Effekte auf Sichtbetonoberflächen. Hierzu zählen u. a. Auslauf von Zementleim bei undichter Schalung oder an Schalungsankern, Marmorierungen, Poren an der Oberfläche, Wasserläufer sowie fleckige und flächige Dunkelverfärbungen. Trotz der Fortschritte in der modernen Betontechnologie und der Einhaltung der Empfehlungen Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 5

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des DBV/VDZ-Merkblatts ist aus der Praxis bekannt, dass auch bei Sichtbetonbauwerken der Klasse SB3 und SB4 immer wieder deutliche Abweichungen an den Betonoberflächen festzustellen sind. Beispielsweise können sowohl an vertikalen als auch an horizontalen Bauteilen deutliche Dunkelverfärbungen sowie Bewehrungsabzeichnungen erkennbar bleiben (Bilder 4 und 5). Die Ursachen zur Entstehung der genannten typischen unerwünschten Effekte sind in der Zusammenwirkung des Sichtbetonsystems aus Beton, Schalhaut und Trennmittel sowie den bei der Ausführung vorherrschenden klimatischen Randbedingungen zu suchen. Das gezielte Einstellen von Betoneigenschaften kann jedoch zu einer Reduzierung der Auftretenswahrscheinlichkeit einzelner unerwünschter Effekte führen. Die Mischungsstabilität der Betonzusammensetzung stellt dabei ein bedeutendes Kriterium zur Vermeidung unerwünschter Effekte dar. Auf Grundlage früherer Erfahrungen mit Sichtbeton reagieren Betone mit steifer Konsistenz z. B. deutlich robuster auf Schwankungen im Wassergehalt und weisen somit eine deutlich geringere Neigung zur Entmischung auf als heutige weiche oder fließfähige Betone. Jedoch ist beim Einsatz von Betonen mit steifer Konsistenz die Gefahr von Verdichtungsfehlern deutlich erhöht, wie zahlreiche Beispiele aus den 1970iger Jahren zeigen. Wenn heute Bauteile mit filigranen und geschwungenen Formen und mit hohen Bewehrungsgraden hergestellt werden sollen, ist die Frischbetonkonsistenz weicher zu wählen und manchmal ist der Einsatz fließfähiger Betone unumgänglich. Ein hoher Mehlkorngehalt sowie ein ausreichend hoher Leimgehalt im Beton vermindern dabei die Entmischungsneigung des Frischbetons. Entmischungsstabile Betonzusammensetzungen können Grautonabstufungen und Effekte wie Marmorierungen z. B. infolge von Wassergehaltsschwankungen im Frischbeton reduzieren. Untersuchungen zu robusten Sichtbetonzusammensetzungen mit fließfähiger Konsistenz zeigen zudem, dass Betonzusammensetzungen mit hohem Mehlkorngehalt, die zusätzlich noch Stabilisierer enthalten, sich robust gegenüber Schalungsfehlstellen und Schwankungen im Wassergehalt erweisen [6]. Infolge der relativ hohen Viskosität dieser Betone weisen sie aber tenden ziell eine geringere Entlüftungsfähigkeit auf, sodass Poren an der Oberfläche sichtbar bleiben können. Trotz der fließfähigen Konsistenzen ist daher eine relativ intensive Verdichtung erforderlich. Weiterhin wirkt sich ein hoher Feinanteil im Bindemittel positiv auf das Verhalten bei Zementleimleckagen und auch auf die Vermeidung von Wasserabsonderungen aus [7]. Praxiserfahrungen zeigen, dass (stabile) Selbstverdichtende Betone (SVB) in der Regel zu gleichmäßigen, glatten und homogenen Sichtbetonoberflächen führen. Bei diesen Betonen treten jedoch auch immer wieder spezifische Probleme an Schüttlagen („Elefantenhautbildung“) oder in Form von Fehlstellen bei enger Bewehrung und an Abstandhaltern auf. Außerdem reagiert SVB sensibel auf Schwankungen der Ausgangsstoffe sowie der Umge6

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

bungsbedingungen, wodurch die grundsätzlich mögliche Homogenität der Sichtbetonoberflächen erheblich beeinträchtigt werden kann. Nachfolgend werden einige unerwünschte Effekte be handelt, denen nicht vollständig durch Maßnahmen bei der Arbeitsvorbereitung oder Verarbeitung entgegengewirkt werden kann und die nach derzeitigem Erkenntnisstand durch ungünstige Randbedingungen verursacht werden.

4.2

Fleckige Dunkelverfärbungen

Fleckige Dunkelverfärbungen entstehen durch eine vermehrte Ablagerung von aus der Porenlösung stammendem Calciumhydroxid im oberflächennahen Gefüge. Diese Ablagerungen werden infolge der nach dem Ausschalen oberflächennahen Verdunstung der Porenlösung und dem damit verbundenen Ausfall von Calciumhydroxid verursacht. Fleckige Dunkelverfärbungen treten vermehrt bei Betonagen unter winterlichen Randbedingungen auf. Maßgebend ist die Dauer des sogenannten ersten Trocknungsabschnitts. Wird die Dauer dieses Trocknungs abschnitts verkürzt, sodass die Verdunstungsrate die nachtransportierte Porenwassermenge übertrifft, verschiebt sich die Trocknungsfront und somit der Ausfall von Calciumhydroxid ins Betoninnere. Der Mechanismus zur Entstehung von fleckigen Dunkelverfärbungen unter winterlichen Randbedingungen wird ausführlich in [8] und [9] beschrieben. Betontechnologisch können fleckige Dunkelverfärbungen vorrangig durch die Verwendung von Zementen mit hoher Mahlfeinheit oder einem hohen Gehalt an leicht löslichen Alkalien vermindert werden [8].

4.3

Dunkelverfärbungen im unteren Wandbereich

Flächige Dunkelverfärbungen im unteren Wandbereich bzw. in der unteren Betonierlage entstehen gemäß [9] durch die Bildung einer lasurartigen Schicht aus Calciumhydroxid an der Betonoberfläche. Ein Porenwassertransport wird dabei zum einen auf eine infolge des Verdichtungsvorgangs der oberen Betonierlage induzierte Störung des Gefüges im Schalungsbereich oder auf die Entstehung eines Mikrospalts an der Schalhaut zurückgeführt. Flächige Dunkelverfärbungen der unteren Betonierlage stellten sich bei den Laboruntersuchungen in [9] unter winterlichen Randbedingungen jedoch erst nach einer ungewöhnlich lang andauernden Betonierunterbrechung von acht Stunden ein. In der Praxis treten Dunkelver färbungen im unteren Wandbereich nicht ausschließlich bei Betonagen unter winterlichen Randbedingungen und auch bei deutlich kürzeren Betonierunterbrechnungen auf (vgl. Bild 5). Laboruntersuchungen zeigen zudem, dass flächige Dunkelverfärbungen der unteren Betonierlage bereits im eingeschalten Zustand entstehen (Bild 6). Im Bild 6 ist ein

Bild 6

Entwicklung der Dunkelverfärbung in der unteren Betonierlage eines Probekörpers (Unterbrechung: 2,5 Stunden, Ausschalzeitpunkt: 25 Stunden) Development of dark discoloration at the lower concrete layer; break of placing of concrete: 2,5 h (time of removing: 25 h)

Bild 7

mit der Prüfschalung „Stütze“ [5] hergestellter Probekörper zu unterschiedlichen Zeiten dargestellt. Der Beton wurde in zwei Lagen à 30 cm und mit einer Betonierunterbrechung von 2,5 Stunden, bezogen auf den Zeitpunkt der Wasserzugabe, eingebracht. Bereits nach 6 Stunden ist ein farblicher Unterschied zwischen den beiden Betonierlagen erkennbar. Mit zunehmendem Betonalter steigt die Intensität der Dunkelverfärbung im eingeschalten Zustand deutlich an. Im ausgeschalten Zustand kann eine starke flächige Dunkelverfärbung der unteren Betonierlage beobachtet werden. Die Verfärbungen waren bei den Versuchen zumindest teilweise reversibel, sofern die Oberfläche unmittelbar nach dem Ausschalen gut austrocknen könnte (sommerliche Randbedingungen).

Probewand mit einer hochviskosen Betonzusammensetzung (drei Tage nach dem Ausschalen); linker Abschnitt: Unterbrechungsfreie Betonage; mitte: Betonage mit zwei Chargen (Unterbrechung ca. 3 h); rechter Abschnitt: Unterbrechung ca. 1 h (gleiche Charge) und Detailaufnahmen Concrete wall with a highly vicous concrete (three days after removing); left section: concreting without break; middle: concreting with two batches (break: 3 h); right: break = 1 h (same batch) and details

Die beschriebenen Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die Entstehung von Dunkelverfärbungen der unteren Betonierlage bereits in der Schalung, also nur wenige Stunden nach Betonierende auftreten. Weitere Versuche mit der Prüfschalung „Wand“ zeigten zudem, dass eine Behinderung des in [9] beschriebenen vertikalen Poren wassertransports zwar zu einer zeitlichen Verzögerung der Dunkelverfärbungen führt, diese jedoch nicht unterbinden kann [10]. Die Calciumhydroxidablagerungen an der Betonoberfläche müssen somit auch durch einen Nachtransport des Porenwassers aus den Betoninneren unterstützt werden, z. B. durch die beim Einbau der oberen Lage eingebrachten Schwingungen, die in der unteren Lage zu einer Nachverdichtung führen.

Die Auswertung von 92 wandartigen Bauteilen einer Baustelle lässt das verwendete Schalungssystem bzw. die durch die Schalung während der Verdichtung übertragenen Vibrationen als weiteren Einflussfaktor zur Entstehung von Dunkelverfärbungen im unteren Wandbereich identifizieren. Bauteile, die mit Trägerschalungen hergestellt wurden, weisen dabei signifikant stärkere Verfärbungserscheinungen im unteren Wandbereich gegenüber Bauteilen mit Rahmenschalungen auf. Auffällig war zudem, dass vorrangig fleckige Verfärbungserscheinungen im unteren Wand bereich festgestellt werden konnten. Die Bauteile wurden sowohl bei kühlen Umgebungstemperaturen (2 °C) als auch bei hohen Umgebungstemperaturen (30 °C) hergestellt. Es konnte sogar eine deutliche Zunahme der Verfärbungen an Bauteilen, die bei hohen Umgebungstemperaturen hergestellt wurden, festgestellt werden [11]. Dies widerspricht den bislang beschriebenen Mechanismen. Die klimatischen Verhältnisse während der ersten Trocknungsphase nach dem Ausschalen können somit für diese Bauteile nicht als Hauptursache der Verfärbungserscheinungen angeführt werden.

Bei der Erstellung der Probewand in Bild 7 konnte durch einen unbeabsichtigten Abfluss von Porenwasser im unteren Schalungsbereich eine deutliche Verminderung des Verfärbungsgrads der unteren Betonierlage beobachtet werden. Im mittleren Bereich dieser Probewand wurde dabei die Betonage zwischen der unteren und oberen Betonierlage gezielt um drei Stunden unterbrochen. Im Fußbereich der Vorderseite wurde ein starker Leimaustritt festgestellt, während der Fußbereich auf der Rückseite dicht blieb. Folglich ist die Betonoberfläche auf der Rückseite im unteren Bereich der Probewand deutlich stärker dunkel verfärbt (Bild 7).

Die geringere Steifigkeit von Trägerschalungen gegenüber Rahmenschalungen bedingt eine stärkere Vibrationsübertragung während des Verdichtungsvorgangs. Demnach führen diese verstärkten Vibrationsschwingungen zu einer Nachverdichtung der unteren Lage, wenn die obere Lage eingebaut wird, und somit zu einer Beeinflussung des Gefüges im oberflächennahen Bereich. Es ist zu erwarten, dass die erhöhten Vibrationsschwingungen eine alternierende Druck-Sogwirkung erzeugen und ein Nachtransport von Porenwasser aus dem Betoninneren stattfindet, der zu einer Erhöhung des Porenwassergehalts im oberflächennahen Gefüge der unteren Betonier-

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 7

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Bild 9

Bild 8

Modellvorstellung zur Entstehung von Dunkelverfärbungen infolge der Vibrationsübertragung während der Verdichtung der oberen Betonierlage in Abhängigkeit von der Schalungssteifigkeit Model representation to the development of dark discolorations due to the vibration transfer while the compaction of the upper concrete layer depending on the stiffness from the formwork

lage führt (Bild 8). Die Calciumhydroxidkonzentration steigt in diesem Bereich an und steigert somit das Potenzial für eine Dunkelverfärbung. Anhand von durchgeführten Laboruntersuchungen lässt sich ebenfalls ein signifikanter Einfluss unterschiedlicher Schalungssteifigkeiten zur Entstehung von Dunkelverfärbungen im unteren Wandbereich ableiten. Je nach Steifigkeit des Schalungssystems werden beim Verdichtungs vorgang unterschiedlich starke Vibrationsschwingungen über das Schalungssystem auf die bereits eingebaute untere Betonierlage übertragen. In Bild 9 sind dazu Beton oberflächen von Probekörpern unter Einsatz unterschied licher Schalungssysteme dargestellt. Der Beton wurde bei allen Probekörpern einlagig eingebracht und verdichtet. Jeweils ein Probekörper wurde nach 3,5 Stunden erneuten Vibrationsschwingungen ausgesetzt. Dabei konnten die erzeugten Vibrationen lediglich über die Schalhaut auf den bereits eingebrachten Beton einwirken. Zur Beschleunigung des Erstarrungsverlaufs lagerten die Probekörper bis zu diesem Zeitpunkt im Wärmeschrank bei 40 °C. Infolge der Ergebnisse in Bild 9 kann eine deutliche Abhängigkeit zwischen der Schalungssteifigkeit und den Dunkelverfärbungen identifiziert werden. Die Probekörper ohne Revibration zeigen alle unabhängig vom eingesetzten Schalungssystem einen vergleichbar hellen Farbton. Bei Einsatz der Stahlschalung (hohe Steifigkeit, geringe Vibra8

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Entwicklung von Dunkelverfärbungen an Probekörpern mit unterschiedlichen Schalungsarten (ohne und mit Revibration nach 3,5 Stunden) Development of dark discolorations on samples with different formworks (without and with vibrations after 3,5 h)

tionsübertragung) weisen die Probekörper unabhängig von der Revibration nahezu identische helle, unverfärbte Betonoberflächen auf. Dagegen weist der Probekörper, der mit dem RAPIDOBAT©-Schalrohr (geringe Steifigkeit, hohe Vibrationsübertragung) hergestellt und einer Revi bration ausgesetzt wurde, über die gesamte Höhe eine stark dunkelverfärbte Betonoberfläche auf. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass mit geringerer Schalungssteifigkeit und somit stärkerer Vibrationsübertragung auf das oberflächennahe Betongefüge bei einer Revibration das Potenzial für eine Dunkelverfärbung ansteigt.

4.4

Abzeichnung der Bewehrung

Im Unterschied zu fleckigen Dunkelverfärbungen, die zumeist ungeordnet auf der Betonoberfläche auftreten, ist bei der Abzeichnung der Bewehrung ein eindeutiges Muster in Abhängigkeit von der Bewehrungsanordnung erkennbar. Häufig wird dieses Phänomen mit dem Berühren der Bewehrung bei der Verdichtung und dadurch induzierte verstärkte Vibrationsschwingungen in Verbindung gebracht. Anhand der in Bild 7 dargestellten Probewand wurde im Rahmen eines Forschungsvorhabens [10] versucht, Farbtonunregelmäßigkeiten an der Sichtbetonbetonoberfläche durch den Einsatz sehr stabiler Betone mit einer Konsistenz F5 unter Einsatz von hohen Mehlkorn- und Fließmittelgehalten zu verhindern. Trotz des Betoneinbaus im Kontraktorverfahren musste der hochviskose Beton relativ intensiv verdichtet werden, da der Lufteintrag in den Frischbeton nicht ausreichend unterbunden

werden konnte. Die Betonoberflächen der Probewand weisen nach dem Ausschalen deutliche Farbtonunregelmäßigkeiten auf, insbesondere sind fleckige Dunkelverfärbungen und Bewehrungsabzeichnungen erkennbar. Die Ausnahme bildet der obere mittlere Abschnitt. Dabei wurde eine leicht veränderte Betonzusammensetzung (ungeplant, mit etwas mehr Wasser) mit noch weicherer und niedrigviskoserer Konsistenz eingesetzt.

4.5

Entwicklung einer Modellvorstellung

Die zuvor beschriebenen Beobachtungen bei Labor- und Baustellenversuchen lassen unter Beachtung der in [8] beschriebenen Mechanismen folgende weitere Thesen zu: – Dunkelverfärbungen werden bereits durch den Verdichtungsvorgang induziert. Das (versehentliche) Anrütteln der Bewehrung führt in diesem Bereich der Betonrandzone zusätzlich zu einer lokal erhöhten Verdichtungsintensität. Durch das Schalungssystem übertragene Vibrationen verstärken zusätzlich das Potenzial für Dunkelverfärbungen. – Bei Rüttelbetonen kann eine hohe Viskosität leicht zu Abzeichnungen der Bewehrung führen, da die Rüttelintensität offensichtlich doch stärkere Beschleunigungen einzutragen scheint, als die Viskosität des Betons an Zusammenhalt aufzubringen vermag. Betone mit niedrigviskosen, aber in sich stabilen Bindemittelleimen (keine Wasserabsonderung) erzeugen demgegenüber deutlich homogenere Farbtönungen. Die Beobachtungen deuten darauf hin, dass bei höherviskosen Leimphasen ein Zusammenhang zwischen Farbtonabweichungen und der Betonverdichtung bzw. den daraus resultierenden induzierten Vibrationsschwingungen besteht. Der Verdichtungsvorgang führt unvermeidlich zu einem rheologischen Strukturbruch des Frischbetons und damit zu Entmischungen zwischen Mörtel und Leim. Bei hochviskosen Leimphasen kann eine intensive Schwingungsausbreitung bis an die Schalhautoberfläche angenommen werden, sodass an der „Störstelle“ Schalhautoberfläche Entmischungsvorgänge auftreten. Insbesondere bei hochviskosen bzw. angesteiften Betonen können Vibrationen zu einer starken Druck-/Sogwirkung führen sowie eine Leimanreicherung um die Bewehrungsstäbe herum zur Folge haben. Diese Leimanreicherung geht mit einer Anreicherung der Ca(OH)2-Konzentration einher. Die starken Druckunterschiede transportieren Porenwasser aus der Umgebung an die Schalhautoberfläche, was lokal zu einer erhöhten Ca(OH)2-Konzentration führt und somit das Potenzial für Dunkelverfärbungen in diesen Bereichen deutlich erhöht. Die eingesetzte Verdichtungsenergie ist demnach bei hochviskosen Betonzu age, eine Aufspaltung sammensetzungen nicht in der L der feindispersen Phase bzw. eine Abspaltung der Feinpartikel und Wasser zu bewirken. Bei hochviskosen bzw. angesteiften Betonen können die über die Schalung übertragenen Vibrationen starke

Bild 10 Modellvorstellung zur gleichmäßigen Benetzung der Schalhautoberfläche infolge einer feindispersen, stabilen, niedrigviskosen Leimphase Model representation to the uniform moistening of the formwork surface as a result of a paste with a relatively stable low viscosity

Druck-/Sogwirkungen verursachen, da jedoch kaum noch „mobile“ Bestandteile vorhanden sind, wird Porenwasser aus der Umgebung in das oberflächennahe Gefüge an der Schalhaut transportiert. Ein feindisperses, niedrigviskoses Wasser-Mehlkorn-Gemisch kann auch unter Verdichtungseinwirkung stabil erhalten bleiben. Ferner kann es die über die Schalung übertragenen Vibrationen ertragen, den schwingenden Verformungen schnell folgen und somit den starken Sog auf hochviskose oder angesteifte Mörtelbereiche reduzieren. Demnach können Betone mit einer stabilen relativ niedrigviskosen Leimphase gerade dann, wenn sie eine leichte Leimabsonderung zeigen, zu einer gleichmäßigen Benetzung der Schalhautoberfläche führen (Bild 10) und somit ansehnliche und gleichmäßige Betonoberflächen erzeugen.

Anwendungsbeispiel aus der Praxis

Das DBV/VDZ-Merkblatt „Sichtbeton“ [3] beschreibt in der aktuellen Fassung ausdrücklich, dass es für Sicht betonbauteile der Klassen SB2 und höher zweckdienlich ist, die Wechselwirkungen zwischen Schalung, Trennmittel, Betonzusammensetzung und -verarbeitung unter bauwerksspezifischen Randbedingungen abzustimmen. Dabei werden die Verwendung von Prüfschalungen und die Erstellung von Probewänden explizit empfohlen. Es können hiermit mögliche Sichtbetonprobleme frühzeitig identifiziert werden, sodass Abstimmungen an der Betonzusammensetzung oder an der Verarbeitung rasch vorgenommen werden können. Die Prüfschalungen „Stütze“ und „Wand“ [5] können sowohl zu Abstimmungszwecken Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 9

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gehensweise dargestellt werden. Ein erfolgreiches Beispiel für den Einsatz des „Regelkreises“ aus Prüfschalung, Probewand und Bauteil ist in den Bildern 11 und 12 dargestellt. Mittels der Abstimmung der Betonzusammensetzung anhand von Laborversuchen sowie durch den Einsatz der Prüfschalung „Wand“ konnte für dieses Sicht betonbauwerk eine geeignete Betonzusammensetzung entwickelt werden. Mithilfe der Zugabe von Kalksteinmehl und Titandioxid konnte nicht nur der Mehlkorngehalt deutlich erhöht und der Farbton an die Wünsche des Bauherren angepasst werden, sondern es wurde gleichzeitig ein stabiler, feindisperser Bindemittelleim erzeugt. Die entwickelte Betonzusammensetzung lag im oberen Bereich der Konsistenzklasse F3 und wies eine leichte Leimabsonderung an der Oberfläche auf. Unter bauwerksspezifischen Randbedingungen wurde anhand einer zweigeschossigen Probewand (vgl. Bild 11) die Eignung des entwickelten Betons bestätigt. Das fertiggestellte Bauwerk, das unter winterlichen Umgebungsbedingungen mit einer beheizten Einhausung fertiggestellt wurde, erfüllt höchste Sichtbetonanforderungen. Bild 11 Mit der Prüfschalung „Wand“ im Labor hergestellter Probekörper (links) und auf der Baustelle hergestellte Probewand (rechts) Test sample produced with the formwork “wall” in the lab (left) and test sample produced at the building site

Bild 12 Fertiggestelltes Bauwerk – Volksbank Gifhorn (Fa. Wallbrecht) Finished building – Volksbank Gifhorn (Fa. Wallbrecht)

im Labor als auch für Prüfungen von Sichtbeton auf der Baustelle unter realen Randbedingungen eingesetzt werden. Anhand vom Institut für Baustoffe betreuter Sichtbetonbaustellen kann die Wirksamkeit der beschriebenen Vor10

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Fazit und Ausblick

Die Anforderungen der modernen Architektur an ästhetisch anspruchsvolle Sichtbetonoberflächen stellen besondere Herausforderungen dar, die nicht einfach zu bewältigen sind. Das „System Sichtbeton“ mit seinen vielfältigen Einflüssen ist dabei so komplex und anspruchsvoll, dass seine Beherrschung eine besondere Kunst darstellt. Die Herstellung anspruchsvoller Sichtbetonoberflächen ist eine komplexe Bauaufgabe, die weder rein betontechnologisch, noch rein schalungstechnisch und bauausführungstechnisch sondern nur ganzheitlich gelöst werden kann. Eine auf das Bauvorhaben sowie Bauverfahren abgestimmte Betonzusammensetzung stellt dabei eine notwendige, aber noch keine hinreichende Bedingung für eine ästhetisch und technisch gelungene Sichtbetonfläche dar. Speziell die Farbtonhomogenität unterliegt bei Sichtbetonoberflächen mehr oder weniger zufälligen Schwankungen, deren Vermeidung bisher noch immer nicht zielsicher beherrscht wird. Zur Vermeidung, bzw. zur Reduzierung unerwünschter Effekte auf der Sichtbetonoberfläche, wie z. B. Abzeichnungen der Bewehrung oder Dunkelverfärbungen im unteren Wandbereich, sind kombinierte betontechnologische und ausführungstechnische Maßnahmen erforderlich. Wechselwirkungen aus der Betonzusammensetzung (feindisperse Leimphase) und aus der Bauausführung (Vermeidung von späten Vibrationen) sind zur Vermeidung solcher Effekte zwingend mit zu berücksichtigen. Folgende Strategien können bei Beachtung der im DBV/VDZ-Merkblatt „Sichtbeton“ beschriebenen Empfehlungen zur Reduzierung der Auftretenswahrscheinlichkeit von unerwünschten Effekten beitragen: – Verwendung von Zement mit hoher Mahlfeinheit und hohem Gehalt an leicht löslichen Alkalien [8] – Verwendung von stabilisierenden Feinstoffen, wie z. B. Portlandkalksteinzement oder Kalksteinmehl als

– – –

– –

Zusatzstoff – Einstellung eines feindispersen, stabilen, niedrigviskosen Bindemittelleims (z. B. mithilfe von Zusatzstoffen oder Stabilisierern) Früher Ausschalzeitpunkt und Sicherstellung einer raschen Abtrocknung der Oberfläche Möglichst kurze Nachbehandlungszeiten (Beachtung der Mindestnachbehandlungsdauer) Ggf. Abführung von überschüssigem Porenwasser/ Bindemittelleim über geplante kleine Öffnungen insbesondere an Stellen ohne ästhetische Anforderungen Vermeidung von Betonierunterbrechungen Verwendung eines kleinen Größtkorns (8 mm) bei engliegender Bewehrung Verwendung von hohen Mehlkorngehalten zur Stabilisierung des Bindemittels und zur Steigerung der Robustheit Granulometrische Abstimmung der Bindemittel- und Mörtelphase [10] Üben, üben und nochmals üben … unter Verwendung von Prüfschalungen und Erprobungsflächen

Voruntersuchungen unter Labor- und praxisnahen Randbedingungen durchgeführt werden. Die Wechselwirkungen zwischen Schalung, Trennmittel und Beton, unter Berücksichtigung von Wassergehaltsschwankungen sollten dabei mithilfe von Prüfschalungen [5] untersucht werden. Die hergestellten Probekörper können zusätzlich dazu dienen, dem Bauherren bzw. planenden Architekten ein realistisches Bild der zu erwartenden Farbe, der Textur und der machbaren Sichtbetonqualität zu vermitteln. Für die Auswahl einer geeigneten Betonzusammensetzung können die oben genannten Hinweise hilfreich sein. Weiterhin sollte mit der im Labor entwickelten Betonzusammensetzung eine Erprobungsfläche unter praxisnahen bzw. bauwerksspezifischen Randbedingungen angefertigt werden. Mit solchen Hilfsmitteln, die selbstverständlich nicht zum Nulltarif zu haben sind, lässt sich die Kunst der Sichtbetontechnik auch bei anspruchsvollen Sichtbetonbauwerken beherrschen.

Dank Eine verallgemeinerbare „Sichtbetonrezeptur“ für ästhetisch anspruchsvolle Sichtbetonflächen kann naturgemäß nicht angegeben werden. Vielmehr müssen mit den lokal verfügbaren Ausgangsstoffen vor der Herstellung von Sichtbetonbauteilen individuelle, bauwerksspezifische

Teile der beschriebenen Untersuchungen wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens KF 310 4901 HFZ (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand) gemeinsam mit der Fa. Wallbrecht, Hannover, durchgeführt.

Literatur [1] DIN EN 13670: Ausführung von Tragwerken aus Beton. Beuth Verlag: Berlin, Ausgabe 03.2011. [2] Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen Teil C: Allgemeine technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen. Beuth Verlag: Berlin, 2002. [3] Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e.v./Verein Deutscher Zementwerke e.v.: Merkblatt „Sichtbeton“. (Juni 2015). [4] Deutscher Betonverein e.V.: DBV-Merkblätter – Merkblätter, Sachstandsberichte, Richtlinien. (1977). [5] Lohaus, L.; Gläser, T.; Fischer, K.: Betonentwurf und Prüfkonzepte für anspruchsvolle Sichtbetonbauwerke. beton 4/2013, S. 118–123. [6] Lohaus, L.: Robuste Sichtbetonzusammensetzungen und ihre Prüfung. Kurzfassung zum Schlussbericht zum AiFForschungsvorhaben Nr. AiF 14017N/1 (2006). [7] Fischer, K.: Betontechnologische Einflüsse auf das Erscheinungsbild von Sichtbetonoberflächen bei Zementleimleckagen. Dissertation. Hannover 2014. [8] Strehlein, D.: Fleckige Dunkelverfärbungen an Sichtbeton oberflächen. Charakterisierung – Entstehung – Vermeidung. Dissertation. München 2012. [9] Strehlein, D.; Lowke, D.; Pathe, E.; Gehlen, C.: Neue Erkenntnisse zur Verringerung von Dunkelverfärbungen an Sichtbetonoberflächen. beton 5/2013, S. 176–181. [10] Lohaus, L.; Steinhäuser, H.: Kriterien für die Eignung eines Betons zur Herstellung von Sichtbeton. beton 5/2016, S. 190–196. [11] Kreissig, A.: Untersuchungen zu nicht witterungsbedingten Verfärbungen an Sichtbetonoberflächen. Masterarbeit. Institut für Baustoffe und TPA GmbH Gesellschaft für Qualitätssicherung und Innovation. 2016 (unveröffentlicht).

Autoren

Prof. Dr.-Ing. Ludger Lohaus Leibniz Universität Hannover Institut für Baustoffe Appelstraße 9A 30167 Hannover lohaus@baustoff.uni-hannover.de

Tobias Schack, M.Sc. Leibniz Universität Hannover Institut für Baustoffe Appelstraße 9A 30167 Hannover t.schack@baustoff.uni-hannover.de

Dipl.-Ing. Dario Cotardo Leibniz Universität Hannover Institut für Baustoffe Appelstraße 9A 30167 Hannover d.cotardo@baustoff.uni-hannover.de

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 11

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L. Lohaus, T. Schack, D. Cotardo: The art of fair-faced concrete technology

DOI: 10.1002/best.201600503

FACHTHEMA

Christoph Motzko, Daniela Löw

Schalungen für den Sichtbeton Systematik, Eigenschaften, Wechselwirkungen Die moderne Schalungs- und Gerüsttechnik ermöglicht die Formgebung des Betons in Spektren einerseits zwischen einfachen geometrischen Körpern bis hin zu räumlich gekrümmten Freiformen und anderseits, in Bezug auf die Gestaltung, ohne Anforderungen bis hin zum béton brut oder glatten pigmentierten Betonflächen mit höchsten Sichtbetonanforderungen. Damit können Unikate gefertigt werden, welche für das Bauwesen charakteristisch sind. Die Planungs- und Produktionsprozesse des Sichtbetons werden im Rahmen komplexer Arbeitssysteme vollzogen, deren Bildung und Strukturierung kooperative Arbeitsformen, sorgfältiger Auswahl der beteiligten Personen nach Qualifikation, begründeter Selektion von Betriebsmitteln sowie präziser Definition von Arbeitsabläufen erfordert. Die Digitalisierung und die Anwendung der BIM-Methodik können die Komplexität der Planungsprozesse reduzieren und die Steuerung der Produktion verbessern. Die Kenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen den Komponenten der Inputgrößen und den Elementen der Betriebsmittel können dazu beitragen, dass die vertraglich vereinbarte Beschaffenheit der Sichtbetonflächen erzielt wird. Zu beachten ist dabei, dass die Ästhetik des Sichtbetons nicht ausschließlich auf den Hochbau begrenzt ist, sondern ein wichtiges Gestaltungselement von Ingenieurbauwerken im Kontext der Präzisierungen der gegenwärtigen ZTV-ING bildet.

Formwork for exposed concrete – Systematics, properties, interactions The modern formwork and falsework technology allows the shaping of the concrete in spectra, on the one hand, between simple geometric bodies to spatially curved free shapes, and on the other hand, with regard to the design, without requirements up to the béton brut or smooth pigmented concrete surfaces with the highest exposed concrete requirements. This makes it possible to produce unique building components, which are characteristic for the construction industry. The planning and production processes of the exposed concrete are carried out within the framework of complex work systems, of which formation and structuring needs cooperative working forms, careful selection of the persons involved according to qualifications, reasoned selection of equipment and precise definition of workflows. Digitization and application of the BIM methodology can reduce the complexity of planning processes and improve production control. The knowledge of the interactions between the components of the input variables or the elements of the operating resources can help to achieve the contractually agreed quality of the exposed concrete surfaces. It should be noted that the aesthetics of the exposed concrete is not limited to building construction, but is an important structural element of civil engineering structures with the details of the current ZTV-ING (Additional Technical Regulations and Guidelines for Civil Engineering Structures).

1 Einführung

den deutschen Markt für Bauleistungen die Grundlagen für die Ausschreibung und für die Abnahme sowie die Angaben zum Stand der Technik und zum Stand der Wissenschaft im Merkblatt Sichtbeton des DBV/VDZ [1] zusammengetragen. Die Schalungstechnik als Integral von Schalung, welche dem Frischbeton die notwendige Form gibt und diesen stützt, und Traggerüst, welches als temporäre Unterstützung bis zum Zeitpunkt der ausreichenden Tragfähigkeit des Bauteils fungiert ([2] Abs. 3.3 und 3.4), spielt hierin eine wichtige Rolle. In Bild 1 ist eine Sichtbetonwand als räumlich gekrümmte Freiform dargestellt. Eine komplexe Schalungs- und Gerüststruktur, welche zunächst digital geplant und zum Teil mithilfe digitaler Produktionsprozesse erzeugt wurde (Schalungskörper), ermöglichte die Ausbildung der von den Architekten (Szymborski&Szymborski) konzipierten Impression einer fließenden Materie [3]. Die moderne Schalungs- und Gerüsttechnik offeriert ein Betriebsmittel, mit dessen Hilfe der Beton beliebig geformt werden kann und somit dem Unikatcharakter der gebauten Umwelt gerecht ist. Ausgewählte Aspekte werden nachfolgend diskutiert.

Die Planungs- und Leistungserstellungsprozesse im Bauwesen vollziehen sich im Spannungsfeld zwischen Leistungsziel und Leistungsergebnis, welches einerseits durch die vertraglichen Vereinbarungen und anderseits durch die der Vertragserfüllung zugeordneten Produktionsfaktoren und Produktionstechnologien bestimmt ist. Es ist ein individualisiertes, prototypisches Prozesskonglomerat zu konstatieren, welches in der Regel keine Wiederholung erfahren sollte. Insbesondere der Produktionsprozess wird einmal vollzogen und sollte im Ergebnis die geplante Leistung ergeben. Die Sichtbetontechnik ist ein Musterbeispiel für einen solchen Grundsatz. Die vertraglich vereinbarte Beschaffenheit respektive die angedachte Verwendungseignung soll in einem einzigen Produktionsprozess, welcher durch das Zusammenwirken zeitvarianter Leistungsbereiche Architektur und Fachplanung, Bauleistung, Schalung und Gerüste, Beton und Bewehrung innerhalb eines komplexen Arbeitssystems charakterisiert ist, erreicht werden. Bezüglich der Sichtbetontechnik sind für 12

Bild 1

Sichtbetonwand als Freiform – Schalung und Traggerüst, Bauteil (Quelle: Peri Polska, Motzko) Exposed concrete wall as a free shape – formwork and falsework, finished wall (source: Peri Polska, Motzko)

Digitalisierung der Planungs- und Fertigungsprozesse im Bereich Schalung

Die schalungstechnischen Anforderungen in Bezug auf die Herstellung von Sichtbetonbauteilen werden aus dem Vertragswerk, insbesondere aus der Leistungsbeschreibung sowie aus den Planunterlagen, abgeleitet, wobei der Schalungsmusterplan in diesem Kontext eine exponierte Funktion erfüllt. Im Schalungsmusterplan sollen unter anderem folgende Größen angegeben werden (vgl. [1]): − Angaben zum gewählten Schalungssystem, − Anordnung und Ausbildung der Anker und Ankerstellen, − Anordnung und Ausbildung der Schalungselemente (Schalungselementstöße), − Anordnung der Schalungshautstöße. Neben der ästhetisch bedingten Gliederungsstruktur der Betonflächen sind weiterhin die verfahrenstechnischen Restriktionen wie zum Beispiel Arbeitsfugen der einzelnen Herstellabschnitte zu beachten. Moderne Schalungssysteme folgen den Prinzipien der Baukastensystematik und können in objektabhängige und objektunabhängige Schalungssysteme kategorisiert werden (Bild 2). Objekt unabhängige Schalungssysteme ergeben standardisierte Merkmale der Betonflächen wie zum Beispiel die Anordnung der Ankerstellen oder Schalungselementstöße, welche in der Regel vorgegeben sind (siehe Rahmenschalungen). Mithilfe objektabhängiger Schalungssysteme können individualisierte Formen und Merkmale der Betonbauteile erzeugt werden, so zum Beispiel Freiformen mit einer individualisierten Ankerstellenanordnung.

Bild 2

Systematik von Schalungssystemen (nach [4]) Systematics of formwork systems (according to [4])

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 13

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C. Motzko, D. Löw: Formwork for exposed concrete

C. Motzko, D. Löw: Schalungen für den Sichtbeton

BIM-Fachmodell Schalungstechnik

Die in Abschn. 2 angesprochenen EDV-Systeme zur Schalungsplanung sind vom Grundsatz her BIM-fähig, d. h. sie ermöglichen und fördern einen Daten- und Informationsaustausch in kooperativen Projektumgebungen. Der Güteschutzverband Betonschalungen Europa e.V. (GSV) als Vertreter der Schalungsbranche hat zur Strukturierung der BIM-Methodik eine Datenaustauschstruktur in Zusammenarbeit mit den mit der BIM-Anwendung befassten Bauunternehmen Max Bögl, Wolff & Müller, Züblin, Bilfinger, Klebl, Hochtief, Implenia und Zech Bau erarbeitet, welche von buildingSMART als Standardisierungsprojekt BIM-Fachmodell Schalungstechnik aufgenommen wurde. Basis sind definierte Entwicklungsstufen von modellbasierten Planungen im Rahmen der Schalungstechnik als sogenannte Level of Development Formwork Technologies (LODFT 100 bis LODFT 450), welche in die Prozessstruktur eines Bauunternehmens gemäß Bild 4 eingebettet sind, jedoch den individuellen Bedingungen eines Bauprojekts angepasst werden können.

Bild 3

Digitalisierter Workflow bei Schalarbeiten einer Freiform in Sichtbeton (nach [3]) Digitized workflow for free shape formwork in exposed concrete (according to [3])

Die Entwicklung schalungstechnischer Lösungen für architektonisch und bautechnisch anspruchsvolle Aufgaben erfordert den Einsatz rechnergestützter Methoden. Führende Schalungsunternehmen haben in den vergangenen zwei bis drei Jahrzehnten EDV-Systeme zur Schalungsdimensionierung und Schalungseinsatzplanung entwickelt, welche die Planungsprozesse effizienter machen und gleichzeitig für komplexe Schalungskonstruktionen die notwendigen Daten erzeugen. In Bild 3 ist ein Workflow bei der Fertigung von Schalungskörpern für eine räumlich gekrümmte Freiform in Sichtbeton dargestellt. Die Geometrie der Freiform wird auf dem Pfad von der CAD-Bauteilmodellierung über die rechnergestützte Modellierung der Negativform der Schalungsfläche für die Schalungshaut sowie der dazugehörigen Knaggen erzeugt, deren Abmessungen einer CNC-Fräse zugeführt werden. Das Zusammenfügen der Komponenten zu Schalungskörpern, welches in der Regel in Werkmontage erfolgt, sowie die Schalungsarbeiten auf der Baustelle erfordern ein adäquates handwerkliches Können. Daher sind die Arbeitsbrigaden bezüglich Qualifikation auszuwählen und mit entsprechenden Arbeitsanweisungen auszustatten. Zur Systematisierung und Standardisierung des Daten- und Informationsflusses im Kontext des sich in einer rasanten Entwicklung befindenden Building Information Modeling (BIM) wird gegenwärtig ein BIM-Fachmodell Schalungstechnik entwickelt (vgl. Abschn. 3). 14

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Das Fachmodell integriert und systematisiert die Schalungs- und Gerüstplanung des Stahl- und Spannbetonbaus in Ortbetonbauweise durch hierarchische und prozessbezogene Attribuierung der Input- und Outputparameter, welche in den zentralen Datenkern einfließen respektive aus diesem abgerufen werden. Das Fachmodell befindet sich gegenwärtig in einer prototypischen EDVUmsetzung. Weiterführende Informationen können [5] und [6] entnommen werden. Bei der Planung und Ausführung von Sichtbeton ist die Anwendung der BIM-Methode empfohlen, um die Komplexität der Aufgabe zu reduzieren.

Ökonomische Aspekte des Schalungseinsatzes bei Sichtbeton

Das Merkblatt Sichtbeton [1] ordnet in Spalte 9 der Tabelle 1 den Sichtbetonklassen die Herstellkosten qualitativ zu: – – – –

Sichtbetonklasse SB 1 – niedrig Sichtbetonklasse SB 2 – mittel Sichtbetonklasse SB 3 – hoch Sichtbetonklasse SB 4 – sehr hoch.

Diese Angabe ist von Relevanz für die bauherrenseitige Kostenplanung, damit in der Planungsphase bei der Auswahl der Sichtbetonklasse das Projektbudget berücksichtigt wird. Analysen von Kostenanteilen belegen, dass Schalarbeiten mit ca. 47 % den dominanten Kostenblock innerhalb der Stahlbetonarbeiten bilden [7], wobei die Lohnkosten darin maßgeblich sind. In [8] und [9] wurden Kostenanalysen von Schalungsarbeiten im Bereich des Sichtbetons angefertigt, welche den Mehraufwand respektive den Zusatzaufwand systematisieren und quantifizieren. Bei der Entwicklung der Bauwerkskonzepte kann

Bild 4

Modell einer Prozessstruktur eines Bauunternehmens mit Einordnung der LODFT (aus [5]) Model of a process structure of a construction company with the positioning of LODFT ([5])

Bild 5

Auswirkungen von Planänderungen auf den Schalungsaufwand – Praxisbeispiel (aus [11]) Impact of design changes on the formwork complexity – Practical example ([11])

die in Bild 6 dargestellte und auf der Grundlage von Nachkalkulationen erstellte Kategorisierung von Bauwerken angewendet werden. Dabei kann überschlägig angesetzt werden, dass bei der Herstellung von Bauteilen der Kategorie 4 in Sichtbeton als Freiform mit Stundenaufwänden von etwa 8 h/m2 und mehr zu rechnen ist. Die angegebenen Richtwerte können gleichzeitig als In

strument der Verifikation von Angeboten herangezogen werden, um beispielsweise Kalkulationsfehler aufzudecken oder dem Lohndumping entgegenzuwirken. Die Bautätigkeit ist gegenwärtig durch Entwurfsänderungen in der Ausführungsphase und durch die damit zusammenhängenden Leistungsänderungen respektive zusätzliBeton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 15

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C. Motzko, D. Löw: Formwork for exposed concrete

C. Motzko, D. Löw: Schalungen für den Sichtbeton

Bild 6

Kategorisierung von Bauwerken nach dem Schalungsaufwand (nach [10]) Categorization of buildings according to the formwork complexity (according to [10])

chen Leistungen geprägt, welche in der Regel zu Forderungen der Bauausführenden an die Auftraggeber nach zusätzlicher Vergütung sowie nach Verlängerung der Bauzeit führen. Im Kontext des Sichtbetons ist zu beachten, dass im Zuge der Präzisierung der Ausführungsplanung gegenüber der Vertragsgrundlage nicht selten die Schalungsmusterpläne eine Ergänzung erfahren, welche dazu führt, dass der Stundenaufwand in eine höhere Kategorie verschoben wird. Ein Beispiel aus der Praxis ist in Bild 5 gezeigt. Durch die im Zuge der bauherrenseitigen Ausführungsplanung nach Vertragsschluss vorgenommene Präzisierung der Ankerstellen sowie die Veränderung der Anordnung und der Ausbildung der Arbeits fuge einschließlich einer zusätzlichen Scheinfuge wurde der Einsatz einer objektabhängigen Wand-Trägerschalung erforderlich und die dem Vertragspreis zugrunde liegende Rahmenschalung nicht realisierbar. Eine solche Entwurfsänderung führt zu einer Verschiebung des Schalungsaufwands von der Kategorie 3 in die Kategorie 4 gemäß Bild 6, ferner zu Änderungen der Preis- und Termingrundlage sowie der Schalungsdisposition und zur Notwendigkeit der Anfertigung einer neuen Arbeitsvorbereitung. 16

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Schalungshaut und Wechselwirkungen

Die Herstellung von Sichtbetonbauteilen sollte auf der Grundlage entsprechend dokumentierter Regeln (Arbeitsanweisung) erfolgen. In Bild 7 ist das Muster eines Gesamtarbeitssystems Sichtbetonbauteil herstellen in der Logik von Subarbeitssystemen, welche einer Wiederholrate unterliegen, dargestellt. Die Besonderheit dieser Struktur besteht darin, dass die Elemente der Lean Con struction in das hierarchisch und funktional gegliederte Systemkonzept in Form sogenannter Qualitätsschranken integriert wurde. Dieses ist im Kontext der Komplexität und des definiert hohen Anspruchs an das Ergebnis des Produktionsprozesses insofern von praktischem Mehrwert, als dass im Prozess die Qualität der einzelnen Teilprozesse an den Qualitätsschranken geprüft und der Produktionsprozess erst dann fortgesetzt wird, wenn die Merkmale der Outputgrößen des vorgelagerten Teilprozesses die Anforderungen der Inputgrößen für den nachfolgenden Teilprozess erfüllen. Ein technologisch interessantes Element des Arbeitssystems Sichtbetonbauteil herstellen, welches sowohl in

Bild 7

Subsysteme (Arbeitsplatz) im Gesamtarbeitssystem Sichtbetonbauteil herstellen (aus [12]) Subsystems (workplace) in the overall work system Production of exposed concrete building component ([12])

Form eines Verbundwerkstoffs aus Trägermaterial und Oberflächenbeschichtung als auch als reiner Werkstoff angewendet wird, ist die Schalungshaut. Üblich sind folgende Zusammensetzungen: – Reiner Werkstoff: Holzbrett gehobelt, sägerau oder gebürstet; Stahl. – Verbundwerkstoff: • Trägermaterial: Massivholz, Holzwerkstoff (Spanplatten, Sperrholzplatten, 3-S-Platten), Kunststoff; • Oberflächenbeschichtung: Duroplaste wie Phenolharz, Melaminharz oder Harzmischungen; Thermoplaste wie Polypropylen. Für die Textur der Sichtbetonflächen ist die Schalungshaut im Zusammenwirken mit dem Betontrennmittel und dem Frischbeton, verbunden mit den Einflüssen aus der Umgebung des Arbeitssystems sowie der Arbeitsweise, von ausschlaggebender Bedeutung. Die Schalungshaut unterliegt unterschiedlichen Belastungsfaktoren und einem Alterungsprozess, was unterschiedliche Beanspruchungen in ihrer Oberfläche erwirkt und gegebenenfalls ein Abbild in der Betonfläche erzeugt, wie zum Beispiel: – Einzel- oder Flächenlasten durch Transportvorgänge in Stapeln bewirken Vertiefungen in der Oberflächenbeschichtung/Trägermaterial.

– Schwingungen bei Applikation der Verdichtungsenergie bewirken Veränderungen der Oberflächenrauigkeit. – Mechanische Beschädigungen beispielsweise durch das Verlegen des Bewehrungsstahls verursachen Kratzer in der Oberflächenbeschichtung/Trägermaterial. – Reibende Einwirkung durch den Einbau des Frischbetons verursacht Veränderungen der Oberflächenrauigkeit. – UV-Strahlung in Wechselwirkung mit Oberflächenbeschichtung, Frischbeton, Betontrennmittel sowie den Umgebungseinflüssen bewirkt Reaktionen, welche in der Betonrandzone zu gelbbraunen Verfärbungen der Betonfläche führen können. In Bild 8 sind drei Phänomene an Sichtbetonflächen dargestellt, welche im Zusammenhang mit den Eigenschaften der Schalungshaut stehen: gelbbraune Verfärbungen (linke Seite), Ablösungen der Betonrandzone durch Reaktionen mit der Schalungshaut (Bildmitte), Abdruck der Kratzer der Schalungshaut in der Betonfläche. Zur Erzielung vertragskonformer Sichtbetonflächen ist bereits in der Planungsphase die Auswahl der Prozessparameter sorgfältig vorzunehmen. Zu den Wechselwirkungen in der Betonrandzone wurden Forschungsarbeiten durchgeführt, deren Ergebnisse das Wissen über die Sichtbetontechnik erweitert haben (vgl. [13, 14]). Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 17

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C. Motzko, D. Löw: Formwork for exposed concrete

C. Motzko, D. Löw: Schalungen für den Sichtbeton

Bild 8

Schalungshautphänomene an Betonflächen: gelbbraune Verfärbungen, Ablösungen der Betonrandzone, Abdruck von Kratzern (Quelle: Motzko) Plywood phenomena on concrete surfaces: yellow-brown discolorations, detachment of the concrete peripherial zone, imprint of scratches (Source: Motzko)

Bild 9

Kratzerbreite in Abhängigkeit von der Belastung (aus [9]) Scratch width depending on load ([9])

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Darmstadt ermittelt werden, dass die Kratzfestigkeit der Oberflächenbeschichtung nach DIN EN 438-2:2005-04 [15] bei Thermoplasten relativ niedrig gegenüber den Duroplasten, hier jedoch in Abhängigkeit von der Grammatur der Beschichtung, ist.

Bild 10 Schubfestigkeit tk in Abhängigkeit von relativer Holzfeuchte bei Sperrholzplatten (aus [16]) Shear strength tk as a function of relative wood moisture in plywood ([16])

Bei der Auswahl der Schalungshaut ist unter anderem auf eine dem geplanten Einsatz angemessene mechanische Resistenz zu achten. In [14] konnte im Rahmen von Laboruntersuchungen am Institut für Baubetrieb der TU

Bei der Dimensionierung der Schalungskonstruktion, insbesondere dann, wenn erhöhte Anforderungen an die Ebenheit der Sichtbetonflächen formuliert sind, ist bei der Auswahl der Schalungshaut zu berücksichtigen, dass bei Anwendung von Holzwerkstoffen die Holzfeuchte die elastomechanischen Parameter maßgeblich beeinflusst. Die Ergebnisse der Untersuchung zur Schubsteifigkeit und Schubtragfähigkeit von Schaltafeln aus Birken- und Fichtefurnieren belegen, dass die Schubfestigkeit t k mit zunehmender Holzfeuchte signifikant abnimmt (vgl. Bild 10, aus [16]). Ursächlich dafür ist die Tatsache, dass infolge der Schubverzerrung das Volumen der Holzfasern reduziert wird und somit eine Zugbeanspruchung senkrecht zur Faserrichtung der einzelnen Furnierlagen entsteht [4]. Die Relevanz der Schalungshaut ist in den ZTV-ING [17] gewürdigt. In Teil 3 Massivbau, Abschnitt 4 Traggerüste und Schalungen, Absatz 4.2 Baustoffe wird

Bild 11 Darstellung einer untersuchten geneigten Stütze (aus [20]) Illustration of a surveyed inclined prop ([20])

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C. Motzko, D. Löw: Formwork for exposed concrete

C. Motzko, D. Löw: Schalungen für den Sichtbeton

Bild 12 Porigkeitsverteilung der Oberseiten der Stützenarme (aus [20]) Porosity distribution of the tops of the prop arms ([20])

Zit. (1) … Schalhaut aus Holz, Stahl sowie aus Tafeln, die ggf. mit Kunststoff beschichtet sind, zugelassen. Die Verwendung von Schalung aus anderem Material (z. B. Hartfaserplatten, Wellblechtafeln, Streckmetall, Stahlbetonplatten) ist nicht erlaubt. (2) Für Sichtbeton ist saugende oder schwach saugende Schalhaut gemäß DBV/VDB-Merkblatt Sichtbeton zu verwenden. Zit. Ende 20

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Weitere Präzisierungen sind in Ziffer 4.5.2 Schalung für sichtbar bleibende Betonflächen sowie in Ziffer 7.4 Sichtflächen und Oberflächenbearbeitung zu finden. In der zuletzt genannten Ziffer wird die grundsätzliche Beschaffenheit definiert, wonach alle sichtbar bleibenden geschalten Flächen in Sichtbetonklasse SB 2 auszuführen sind. Bei besonderen Anforderungen sollte die Sichtbetonklasse SB 3 vereinbart werden. In Fachpublikationen sind bereits Hinweise auf ausgeführte Brückenbauwerke in Sichtbetonklasse SB 4, so die Autobahnbrücke BAB

Bild 13 Defekte an Sichtbetonflächen infolge nicht normengerechter Bewehrung (Quelle: Heilemann) Defects in exposed concrete surfaces due to non-standard reinforcement (source: Heilemann)

A 72 Rathendorf/Frohburg, zu finden [18]. Weitere Angaben zum Thema Sichtbeton sind komprimiert in [19] dargelegt. In der bisherigen Forschung der Sichtbetontechnik wurden geneigte Baukörper in realer Umgebung kaum untersucht. Im Folgenden werden Feldversuche zur Untersuchung der Sichtbetonqualität bei geneigten Stützen in Ortbetonbauweise dargestellt. Die Stützen in Bild 11 bestehen aus jeweils zwei Stützenarmen, die unterschiedlich stark geneigt sind. Bei den Untersuchungen wurde vor allem der Einfluss der Neigung auf das Merkmal der Porigkeit betrachtet.

Die Auswertungen der Aufnahmen in Bild 12 lassen eine Zunahme der Porigkeit mit wachsender Bauteilhöhe bei beiden Stützenarmen erkennen. Aus dem Diagramm geht wie aus den Aufnahmen hervor, dass der stärker geneigte Stützenarm A eine höhere Porigkeit im Vergleich zu Stützenarm B aufweist. Im Vorfeld der Ausführung von geneigten Bauteilen wird eine Beprobung der Wechselwirkung zwischen Schalungshaut, Betontrennmittel und Frischbeton in Abhängigkeit von der Neigung des Bauteils empfohlen. Im Kontext der Bemessung der Schalungskonstruktion ist auf den Frischbetondruck bei geneigten Schalungen hinzuweisen. Die neuesten Forschungsergebnisse hierzu sind in [21] dargelegt.

Bild 14 Beschädigungen der Schalungshaut und der Betonfläche (aus [20]) Damage to the formwork skin and the concrete surface ([20])

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C. Motzko, D. Löw: Formwork for exposed concrete

C. Motzko, D. Löw: Schalungen für den Sichtbeton

Wechselwirkung Bewehrung – Schalung

Für die regelkonforme Ausführung von bewehrten Betonbauteilen ist es erforderlich, dass in den Planunter lagen sowohl die Rüttelgassen als auch die Lage von Betonieröffnungen angegeben sind (vgl. Eurocode 2, DIN EN 1992-1-1, NA.2.8.2 Zeichnungen [22] sowie [1]). In der Praxis werden diese Angaben zum Teil vernachlässigt oder nicht präzise vermaßt, sodass die Lage des Bewehrungsstahls im realen Bauteil mit den Planunterlagen nicht übereinstimmen kann, was insbesondere bei hochbewehrten Bauteilen zutrifft. In Bild 13 ist ein Sichtbetonbauteil dargestellt, welches einen hohen Bewehrungsanteil und massive Einbauteile aufweist, bei dem jedoch keine Rüttelgassen sowie keine Betonieröffnungen eingeplant wurden. In solchen Fällen sollte die Bewehrungsplanung mithilfe von 3-D-Softwaresystemen durchgeführt werden, um eine realistische Lage der Bewehrungsstäbe ermitteln und gleichzeitig eine Kollisionsprüfung durchführen zu können. Die Anwendung üblicher Rüttelbetone bei solchen Bauteilen kann in der Praxis zu Defekten in den Betonflächen führen, wenn die Beton mischung und der Betoneinbau nicht adäquat geplant und beprobt werden. Zusätzliche Defekte können dann generiert werden, wenn beim Schließen der Schalung und beim Festziehen der Anker die Schalungskonstruk tion als Korrektiv für die Soll-Abmessungen des Bauteils dient, was weitere Verletzungen der Schalungshaut verursachen kann. Ein Problem anderer Art ist bei der Herstellung des in Bild 11 dargestellten Bauteils aufgetreten. Aufgrund fehlender Rüttelgassen kam es beim Verdichten mit einem Innenrüttler zu den in Bild 14 dargestellten Beschädigungen der Schalungshaut. Diese Beschädigungen der Schalungshaut wurden zwar vor dem nächsten Schalvorgang

repariert, jedoch haben sich diese Bereiche auf der Betonfläche in Form von Farbtonunterschieden abgezeichnet. Das ist auf das unterschiedliche Saugverhalten von Schalungshaut und Spachtelmasse zurückzuführen.

7 Zusammenfassung Zusammenfassend wird konstatiert, dass die Planungsund die Ausführungsprozesse von Betonbauteilen unter Anwendung der Sichtbetontechnik komplex sind. Die Komponenten des Arbeitssystems Sichtbetonbauteil herstellen stehen in engen Relationen zueinander, sodass Abweichungen von ihrem Soll-Zustand das Leistungsergebnis in Bezug auf die Beschaffenheit respektive auf die Verwendungseignung nachteilig beeinflussen können. Befolgung der Planungsgrundsätze in Bezug auf den Planungsinhalt, Beprobung im Vorfeld, Überprüfung der Wechselwirkungen, sorgfältige Auswahl der eingesetzten Baustoffe und Bauhilfsstoffe, Erstellung von Arbeitsanweisungen und eine Kontrolle in Echtzeit im Zuge der Prozessrealisierung sind einige der Maßnahmen, welche zur Umsetzung empfohlen werden. Die Digitalisierung der Planungsprozesse und die Teil-Digitalisierung der Fertigungsprozesse, verbunden mit dem Einsatz der BIM-Methode, schaffen neue Potenziale für eine ökonomisch und ökologisch gegenüber der Auftraggeberschaft und gegenüber der Gesellschaft begründbare Ausführung von Bauteilen in Sichtbeton. Im Zuge der Forschungsarbeit der vergangenen 15 Jahre ist eine praxistaugliche Wissensbasis geschaffen worden, deren Ergebnisse dazu beitragen, dass die Differenzen in Bauprojektorganisationen bezüglich Definition und Bewertung des Leistungsergebnisses Sichtbeton auf einer sachlichen Basis verhandelt werden können.

Literatur [1] Deutscher Beton- und Bautechnik Verein e.V.; Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e.V.: Sichtbeton – Exposed Concrete. Fassung Juni 2015, Berlin/Düsseldorf, 2015. [2] DIN EN 12812: Traggerüste – Anforderungen, Bemessung und Entwurf. DIN 12812:2008-12, Deutsches Institut für Normung, Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2008. [3] Motzko, C.: Sanktuarium der Göttlichen Vorsehung in Warschau. In: Hauschild, M.; Karzel, R.: Digitale Prozesse, Edition Detail, München, 2010. [4] Hertle, R.; Motzko, C.: Gerüstbau. Beton Kalender 2007, Ernst & Sohn Verlag, Berlin, 2007. [5] Motzko, C.; Linnebacher, F.; Löw, D.: Strukturierung digitaler Arbeitsmethoden in der Schalungsplanung. In: BIM – Building Information Modeling, Ernst & Sohn Special 2015, Berlin, 2015. [6] Motzko, C.: BIM-Fachmodell Schalungstechnik – Überwindung der Arbeitsteilung. Vortrag, 14. BIM-Anwendertag, buildingSMART, 2016. [7] Hofstadler, C.: Schalarbeiten. Springer Verlag, Berlin Heidelberg, 2008.

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[8] Schömbs, J.: Ein Beitrag zur Steigerung der Qualitäts- und Kostensicherheit im Planungs- und Ausführungsprozess von Sichtbeton. Dissertation, Institut für Baubetrieb, TU Darmstadt, 2012. [9] Boska, E.: Gestaltung von Arbeitssystemen in der Sichtbetontechnik. Dissertation, Institut für Baubetrieb, TU Darmstadt, 2013. [10] Hoffmann, F. H.; Motzko, C.; Corsten, B.: Aufwand und Kosten zeitgemäßer Schalverfahren. Zeittechnik-Verlag GmbH, Neu-Isenburg, 2012, ISBN 9783-939216-11-7. [11] Motzko, C.: Leistungsänderungen und Leistungsstörungen mit Auswirkungen auf die Bauzeit – Baubetriebliche Handhabung am Praxisbeispiel. In: Kassel-Darmstädter Baubetriebsseminar, Kassel, 2015. [12] Motzko, C.; Boska, E.: Ermittlung von Aufwandswerten bei Schalungsarbeiten im Sichtbetonbereich. BauPortal, Heft 3, März 2013, Erich Schmidt Verlag, München, 2013. [13] Motzko, C.; Hoscheid, R.; Schömbs, J.; Heister, H.: Ermittlung der Wechselwirkungen zwischen Schalungshaut, Trennmittel und Betonfläche bei der Herstellung von Sichtbeton. Forschungsbericht: Ergebnisse des AiF Forschungsvorhabens 14018 N (DBV-Nr. 254), 2006.

[14] Leibniz Universität Hannover, Institut für Baustoffkunde (Leitung Prof. Lohaus); Technische Universität Darmstadt, Institut für Baubetrieb (Leitung Prof. Motzko); Hochschule Karlsruhe, Institut für Angewandte Forschung (Leitung Prof. Schubert): Neue Sichtbetontechnik. Forschungsbericht AiF 158873 N, 2008–2011. [15] DIN EN 438-2: Dekorative Hochdruck-Schichtpressstoffplatten (HPL) – Platten auf Basis härtbarer Harze (Schichtpressstoffe) – Teil 2: Bestimmung der Eigenschaften. DIN EN 438-2:2005-04, Deutsches Institut für Normung, Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2005. [16] Stracke, Th.: Biege-E-Modul, Schubmodul, Schubfestigkeit und Kriechverhalten unter Schubspannungseinfluss; Untersuchungen an trockenen und nassen Schalungsplatten und Vergleich der Prüfverfahren hierzu. Diplomarbeit, BOKU, Universität für Bodenkultur Wien, 2003. [17] Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten ZTV-ING, Stand 2012-12, Bundesanstalt für Straßenwesen, 2012. [18] Mitteilung tHIS Tiefbau Hochbau Ingenieurbau Straßenbau, Bauverlag, 13.12.2013. [19] Goldammer, K.-R.; Kiltz, D.: Zum aktuellen Stand der Technik geschalter Sichtbetonflächen. Beton Kalender 2017, Ernst & Sohn, Berlin, 2017, S. 323–380. [20] Motzko, C.; Löw, D.: Sichtbetonqualität bei geneigten Schalungen. In: Tagungsband 4. Darmstädter Beton- und Schalungstag, Darmstadt, 2014. [21] Freund, B.; Proske, T.; Graubner, C.-A.: Experimentelle Untersuchungen und numerische Verifizierung zum Frisch-

betondruck bei geneigten Schalungssystemen. Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), S. 803–811. [22] DIN EN 1992-1-1/NA: Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken, Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. DIN EN 1992-1-1/NA:2013-04, Deutsches Institut für Normung, Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2013. Autoren

Prof. Dr.-Ing. Christoph Motzko Technische Universität Darmstadt Institut für Baubetrieb El-Lissitzky-Str. 1 64287 Darmstadt c.motzko@baubetrieb.tu-darmstadt.de

Dipl.-Ing. Daniela Löw Technische Universität Darmstadt Institut für Baubetrieb El-Lissitzky-Str. 1 64287 Darmstadt d.loew@baubetrieb.tu-darmstadt.de

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 23

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C. Motzko, D. Löw: Formwork for exposed concrete

DOI: 10.1002/best.201600500

FACHTHEMA

Hannes Fiala

Verfärbungen von Sichtbetonflächen Erweiterte Fassung des Vortrags zum Festkolloquium Sichtbeton anlässlich der Verabschiedung von Dr. Klaus-Reiner Goldammer in Berlin am 08.12.2017 Eine wesentliche Eigenschaft des Sichtbetons ist die Farbtongleichmäßigkeit, wie sie im Merkblatt Sichtbeton des DBV/BDZ beschrieben ist und für die einzelnen Sichtbetonklassen gefordert wird. Für die optischen Eigenschaften von Flächen gibt es keine neutralen Messverfahren. Farbe und Aussehen werden vom Betrachter stets subjektiv wahrgenommen und beurteilt. Abweichungen von der Farbe und ihrer Gleichmäßigkeit auf der betrachteten Fläche des Bauteils werden als störend empfunden und als Mangel gerügt. Mehrere Probeflächen vor Baubeginn und die Festlegung des Bausolls als Muster stellen eine praktische Lösung dar. Damit wird das Bausoll Sichtbeton eindeutig festgelegt. Eine Fülle von physikalischen und chemischen Einflüssen aus der Betontechnologie, aber auch die Verhältnisse bei der Herstellung führen zu Abweichungen im Farbton und der Farbtongleichmäßigkeit an Oberflächen von Sichtbeton. Das Wissen um ihre Herkunft und Hinweise zur Vermeidung helfen bei der Bauausführung.

Change of colour on architectural concrete-surfaces One of the main properties of architectural concrete is its colour and the uniformity over the complete concrete surface of a building. This property is described in detail in the DBV leaflet and is one of the requirements for the architectural concreteclasses SB1–SB4.The colour and its variation respectively its uniformity cannot be measured. The human judgment based only on a visual inspection is always subjective. The change of colour and its variation on a concrete surface disturbs always the optical impression and the visual picture. It is from the construction point of view a mistake of the architectural concrete. The solution are sample-walls made long before starting the construction work in order to give everybody the chance to see what is possible to be built under the conditions at the job site. Everybody who is involved can evaluate the results of these tests. At least one sample is chosen by the partners in charge and it represents the specified architectural concrete quality for the further construction work. In addition to the natural variation of the concrete-colour, which is normal and well known, a lot of further affects have been observed on concrete surfaces in the past. They are caused by different circumstances, conditions and variation of different building materials. These serious affects, which create partly an intensive change of colour on the concrete surface, are described. The knowledge of the reason and the background do helps to avoid these mistakes.

1 Einleitung

Der optische Eindruck auf die Betrachter ist immer subjektiv, wie bei der Betrachtung von Kunstwerken oder Bildern in Galerien oder Museen. Die weit auseinanderklaffenden Auffassungen über das optische Bild des Sichtbetons und über das geschuldete Bausoll führen dann in der Praxis zu Streitfällen und gerichtlichen Auseinandersetzungen meist über viele Jahre mit ungewissem Ausgang. Eine faire und eindeutige Lösung des Problems der optischen Erwartungshaltung bieten nur die Probe flächen im Vorfeld der Bauausführung. Durch die Fest legung eines Musters als Referenzfläche wird sowohl das technisch Machbare dargestellt, als auch gleichzeitig eine gemeinsame Grundlage für die spätere Beurteilung von Sichtbetonflächen für alle am Bau Beteiligten geschaffen [2]. Diese Erprobungs- und Referenzflächen werden im Merkblatt ausführlich beschrieben und für die Sichtbetonklassen ab SB 2 aufwärts empfohlen bzw. als erforderlich vorgegeben (Bild 1).

Im Juni 2015 ist die überarbeitete Auflage des DBV/BDZ Merkblatts Sichtbeton erschienen [1]. Wie bereits in der Ausgabe von 2004, ist eines der maßgebenden Kriterien für die Definition der Qualität von Sichtbetonflächen die Eigenschaft der Farbtongleichmäßigkeit FT. Den einzelnen Sichtbetonklassen SB 1 bis SB 4 werden Farbtongleichmäßigkeitsklassen FT 1 bis FT 3 zugeordnet. Während viele der anderen definierten Eigenschaften, wie z. B. die Porigkeit, messbare Größen sind, trifft dies für die Farbtongleichmäßigkeit nicht zu. Das führt dazu, dass in der Tabelle 2 des Merkblatts die genannten FTKlassen FT 1 bis FT 3 mit zulässigen und unzulässigen Abweichungen der Flächenfärbung nur diffus beschrieben werden können. Daraus resultiert das Defizit der eindeutigen Definition. In der Praxis führt dieser Umstand bei einer Beurteilung durch verschiedene Personen des Baugeschehens unweigerlich zu unterschiedlichen Auffassungen und Ergebnissen. 24

Im Anhang A des Merkblatts werden in der Tabelle A noch weitere technische Hinweise zur Beachtung der

Bild 2

Bild 1

Probeflächen zur Auswahl und Festlegung des Bausolls (Fotos: annes Fiala) H Sample-walls for selection and agreement of quality

Farbtongleichmäßigkeit für die Klassen FT 2 und FT 3 angegeben. Im weiteren Anhang F werden Verfärbungen von Betonoberflächen beschrieben. Im Wesentlichen werden die Blauverfärbungen durch die Verwendung von CEM-III-Zementen und die Hell-Dunkelverfärbungen beim Betonieren bei niederen Außentemperaturen behandelt. In der Vergangenheit haben sich aber noch viele weitere Einflüsse auf die Farbe der Sichtbetonflächen in der Praxis ergeben. Die dabei auftretenden Verfärbungen der ursprünglich grauen, farbigen oder weißen Sichtbetonflächen umfassen ein breites Farbspektrum von weiß, braun, blau, lila bis schwarz einschließlich der dazugehörenden Zwischentöne. Da diese Verfärbungen meist unregelmäßig als Flecken auf der sonst eher gleichmäßig grauen Betonoberfläche auftreten, wirken sie auf den Betrachter störend. Sie sind ungewollt, nicht vertragskonform im Sinne der Eigenschaft FT und beinträchtigen den optischen Gesamteindruck des Bauteils nachteilig. Die Ursachen liegen in den Randbedingungen beim Betonieren, im chemisch-physikalischen Verhalten von Zement und/oder Beton oder sind durch äußere Einwirkungen von Fremdstoffen hervorgerufen. Auch die Veränderung von Eigenschaften der verwendeten Baustoffe hat

Komponenten im Beton früher – heute (Foto: Hannes Fiala) Concrete composition once and today

oft Einfluss auf das Aussehen der Betonflächen. Hersteller und Lieferanten nehmen Veränderungen im Produktionsprozess ihres Baustoffs meist mit der Absicht vor, Einsparungen von Kosten für Energie oder Personal zu erzielen. Eine ungewollte Begleiterscheinung dieses Veränderungsprozesses kann dabei die spezifischen Materialeigenschaften beeinflussen und Auswirkungen auf das Aussehen des Betons haben. Bei der Verarbeitung dieser Produkte in gewohnter Weise treten plötzlich und unangekündigt Effekte auf, die bei dem sensiblen Produkt Sichtbeton Abweichungen in Farbe und deren Gleich mäßigkeit zur Folge haben. Die sich daraus ergebenden Diskussionen zwischen Auftragnehmer und Architekten über das verfehlte Bausoll sind nervig und zeitraubend. Der neutrale Gutachter soll dann die Ursache ergründen und den Streit im Zuge eines Mediationsverfahrens beilegen. Seine Untersuchungen und Nachforschungen erfordern dabei nicht nur vertieftes Fachwissen, sondern auch forensische Detailarbeit, um den weit entfernten Auslöser eines solchen Effekts ausfindig zu machen. Die Vielzahl der mittlerweile im Beton und im Zement zum Einsatz kommenden Komponenten, wie Zusatzstoffe und Zusatzmittel und ihre Hersteller und Lieferanten, tragen meist nicht zur schnellen Aufklärung bei (Bild 2). Die Abhängigkeit des verantwortlichen Mitarbeiters von der Beurteilung durch seinen Vorgesetzten hat dazu geführt, dass Fehler oder Veränderungen im Herstellungsprozess nicht mehr offen dargelegt und schnell bereinigt werden können. Vertuschen, Verweigern und das Leugnen jeder Verantwortung sind heute Kennzeichen des Verhaltens bei der Reklamationsbearbeitung im Geschäftsleben. Einfachste moralische Grundsätze werden aus Angst um den Arbeitsplatz und das eigene Ansehen verworfen und verhindern die schnelle Aufklärung.

Braune Verfärbungen durch Rost

Braune Verfärbungen an vertikalen und horizontalen Sichtbetonflächen entstehen bei Regen durch Ablauf des Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 25

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H. Fiala: Change of colour on architectural concrete-surfaces

H. Fiala: Verfärbungen von Sichtbetonflächen

zu vermeiden, wenn die Bewehrung der Decke, wie baupraktisch üblich, über längere Zeit der Witterung ausgesetzt ist. Das Merkblatt empfiehlt daher Deckenflächen, bei denen Rostrückstände unbedingt vermieden werden müssen, mit verzinkten Stäben zu bewehren. Besonders bei repräsentativen Bauwerken, die z. B. in weißem Sichtbeton erstellt werden, ist dies eine unabdingbare Forderung.

Braune Verfärbungen durch Schalungshaut

Vor etwa zehn Jahren traten auf vielen Baustellen, über ganz Europa verteilt, braune Verfärbungen an Sicht betonwänden auf [3]. Die Art und das Auftreten dieses Effekts konnten mit den bis dorthin vorliegenden Erkenntnissen über Verschmutzungen oder Ablagerungen nicht erklärt werden. Unabhängig von Betonzusammensetzung und Bauvorhaben waren an den frisch entschalten Betonflächen große braune Flecken und Ablaufspuren sichtbar. Stets wurde die Abnahme verweigert und der Rückbau gefordert. Die Schadensfälle wiesen alle mehrere gemeinsame Charakteristika auf:

Bild 3

Schutz der Bewehrung gegen Rostabläufe (Fotos: Hannes Fiala) Protection of reinforcement

– runde braune Spuren in der Mitte zwischen den Schalungsankern – braune Ablaufspuren in Form von Rinnsalen – Ansammlung an den Stoßstellen der Schalungshaut – weiterführende Ablaufspuren nach unten (Bilder 5 und 6) – Ansammlung am Fuß der Schalungshaut (Bild 7) Auch die Baustellen, an denen dieser Effekt auftrat, hatten spezifische Gemeinsamkeiten: – hohe massive Wandabschnitte – Schalungshaut mit Phenolharz beschichtet – Lagerung der Schalungshaut im Freien

Bild 4

Rost an der Deckenuntersicht (Foto: Hannes Fiala) Traces of corrosion at the ceiling

Rostes von den Stäben der Anschlussbewehrung. Bei Stützen und Wänden wird durch den Schutz der aufgehenden Bewehrung die Verschmutzung von Flächen darunter verhindert (Bild 3). Besonders störend sind die Verschmutzungen durch Rost an den Untersichten von Decken aus Sichtbeton (Bild 4). Sie sind nicht zielsicher 26

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Die konzentrierte Ursachenforschung und die aufwendigen chemischen Analysen ergaben nach langer Zeit, dass die Verfärbung aus dem Phenolharz der Beschichtung der Schalungshaut stammt. Im Labor wurde durch Wettersimulation und Bestrahlung der Schalungshaut nachgewiesen, dass das Phenolharz gegen UV-Einstrahlung nicht dauerhaft widerstandsfähig ist. Die vernetzte Kette des Kunststoffs wird aufgebrochen und das braune Harz wird wasserlöslich. Durch die Schwerkraft läuft diese Lösung am Beton und der Schalungshaut nach unten, sammelt sich an den Stößen der Schalungshaut und schließlich am unteren Ende der Schalung. Mehrere Randbedingungen auf der Baustelle sind erforderlich, um den Schadensmechanismus auszulösen. Nach der Anlieferung der Schaltafeln zur Baustelle werden diese meist im Freien gelagert und sind damit dem UVLicht der Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Wird die Phenolharzbeschichtung durch UV-Licht geschädigt, besteht

Bild 5

Ablaufspuren von Phenolharz (Foto: Hannes Fiala) Traces of phenolic resin

Bild 6

Sichtfläche mit Phenolharzspuren (Foto: Hannes Fiala) Traces of phenolic resin at fair faced concrete

Bild 8

Baustellenbedingungen (Hannes Fiala) Conditions at the job-site

Bild 9

Baustellenbedingungen (Hannes Fiala) Conditions at the job-site

Der Beton bindet ab und entwickelt Wärme. In den Spalt zwischen Beton und Schalung dringt kalte Luft von außen ein. Es bildet sich Kondenswasser, das nun über die Betonfläche und Schalungshaut läuft. Löst es braunes Phenolharz aus der geschädigten Beschichtung, wird die Betonfläche braun verfärbt. Ist die Schalungshaut unbeschädigt, sind die Spuren als graue Rinnsale auf dem Beton sichtbar (Bilder 9 und 10). Bild 7

Ansammlung am Fuß der Wand (Foto: Hannes Fiala) Extreme discoloration at the foot of the wall

die Gefahr der Braunfärbung. Nach dem Betonieren werden am nächsten Tag die Anker der Schalung gelockert, um später besser entschalen zu können, dabei entsteht ein schmaler Spalt zwischen Beton und Schalungshaut.

Die Schäden sind vermeidbar durch: – Schalungshaut nicht der Sonneneinstrahlung aussetzen – keine Lagerung im Freien – Schalung sofort als Ganzes vom Bauteil entfernen – Bildung des Spaltes zwischen Beton und Schalungshaut vermeiden Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 27

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H. Fiala: Verfärbungen von Sichtbetonflächen

Bild 10 Verletzung der Schalungshaut ergibt braune Flecken (Foto: Hannes Fiala) Lack of form work causes brown colour on the surface of the concrete

Bild 11 Braunverfärbung durch Nachbehandlungsmittel (Foto: Hannes Fiala) Curing-agent causes brown coloured concrete

Die braunen Verfärbungen an Betonflächen verblassen zwar im Laufe der Zeit durch UV-Einstrahlung, verschwinden aber nicht ganz. Es wird empfohlen, die Schalung nicht zu lockern, sondern als Ganzes zu entfernen. Braune Verfärbungen am Beton können auch aus dem Aufbau der Schalungshaut stammen. Wird zur Verbindung von Tragplatte und Schalungshaut ein Leim verwendet, der nicht wasserbeständig ist, werden bei Verletzungen der Haut organische Stoffe frei, die die Erhärtung des Betons stören und braune Flecken auf der grauen Oberfläche hinterlassen (Bild 10). Diese Art der Schalungshaut ist für Sichtbeton vollkommen ungeeignet und darf dafür nicht eingesetzt werden. Bild 12 Holzzucker stört die Betonrandzone (Foto: Hannes Fiala) Sugar in fresh wood affects concrete

Braune Verfärbungen durch Nachbehandlungsmittel

Flüssige Nachbehandlungsmittel sollen den Beton vor dem Austrocknen, d. h. vor dem Verlust von Anmachwasser, schützen. Erfolgt der Auftrag farbloser, flüssiger Nachbehandlungsmittel bei hohen Außentemperaturen auf eine durch den Hydratationsprozess und die Sonneneinstrahlung erwärmte Betonoberfläche, besteht die Gefahr des Farbumschlags zu braun (Bild 11). Die braune Verfärbung lässt sich durch mechanisch schonenden Abtrag des Filmes wieder entfernen (z. B. Entfernung durch Wasserstrahlen).

Verfärbungen durch Kontakt mit Fremdstoffen

Nach dem Ausschalen von Deckenflächen sind bis zur Erlangung ihrer vollen Tragfähigkeit Abstützungen vorzusehen. Damit der Beton nicht mechanisch beschädigt wird, werden zwischen Stahlstütze und Beton Zwischenlagen verwendet. Bei Verwendung von frischen, nicht vorbehandelten Holzbrettern wird der Beton in der Randzone durch den Holzzucker in der Erhärtung gestört. Zurück bleibt ein dunkler Fleck an der Decke, der den 28

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Bild 13 Wirkung von Holzzucker auf Betonflächen (Foto: Hannes Fiala) Sugar in fresh wood affects the concrete

Gesamteindruck stört (Bilder 12 und 13). Es wird empfohlen, keine frischen Hölzer mit der Oberfläche des Betons in Berührung zu bringen. Dies gilt sowohl für Abstützungen als auch für das Betonieren mit Schalungen

Bild 15 Schwarzer Sichtbeton mit Ausblühungen (Foto: Hannes Fiala) Black concrete-wall discoloured by white limestone

Bild 14 Aluminiumträger für Deckenunterseite (Fotos: Hannes Fiala) Support with aluminium beams causes discolouration of the concrete

aus frischen Brettern. Die Neutralisation des Zuckers in den Holzbrettern der Schalung durch vorheriges Einlassen mit Zementschlämme ist in der Praxis üblich. Auch von der Abstützung von Deckenunterseiten mit Alumi niumträgern und Stützen wird dringend abgeraten. Bekanntlich reagiert Aluminium mit dem alkalischen Zement bzw. Beton durch Bildung von Acetylengas und verändert die Farbe der Betonrandzone [4] (Bild 14). Grundsätzlich gilt, dass hochwertige Sichtbetonflächen gleichzeitig und vollkommen ausgeschalt werden und danach zu schützen sind. Lässt man Beton unterschiedlich lange in der Schalung verweilen, ändern sich Verdunstungsraten und die Farbe der Oberfläche drastisch. Der Kontakt mit allen Stoffen von außen, die die Farbe der Betonfläche beeinträchtigen können, dazu zählt insbesondere auch Wasser, ist zu vermeiden.

Bild 16 Roter Sichtbeton mit Ausblühungen (Foto: Hannes Fiala) Red concrete with white limestone

Kalkstein CaCO3. Der ist weiß und wasserunlöslich. Besonders bei farbigem Sichtbeton wirken die weißen Ausblühungen optisch stark störend und werden zum Gegenstand des Streits und der Ablehnung durch den Architekten [5] (Bilder 15 und 16). Frühzeitige Schutzmaßnahmen gegen Regen und Abdecken an der Wandoberseite sowie Hydrophobierungen und Lasuren werden in der Literatur zur Vermeidung von Ausblühungen beschrieben. Gute Ergebnisse wurden auch mit dem Aufheizen des Frischbetons im Betonlieferwerk erzielt, weil die Löslichkeit von Ca(OH)2 bei niederen Temperaturen höher ist als in warmer Umgebung. Das ist der Grund für das vermehrte Auftreten der Ausblühungen vorwiegend in der kalten Jahreszeit.

Verfärbung durch Wasser

Kommt Wasser mit jungem Beton in Berührung oder bildet sich Kondenswasser an der Oberfläche, wird Kalk aus dem Beton gelöst. An der Oberfläche verbindet sich das Calciumhydroxyd Ca(OH)2 mit dem CO2 der Luft zu

Schwarze Verfärbungen von Sichtflächen

Besonders beim Betonieren im Winter mit niederen Außen- und Frischbetontemperaturen und glatter, nicht Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 29

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H. Fiala: Verfärbungen von Sichtbetonflächen

saugender Schalungshaut werden Sichtflächen mit tief dunkelgrauen und schwarzen Flecken erhalten. Deutlich ist auf den Betonflächen nach dem Ausschalen der Verlauf der horizontalen Bewehrungslagen abgezeichnet (Bilder 17 und 18). Nach Forschungsergebnissen von [7]

hängen diese Farbänderungen mit dem bereits genannten Calciumhydroxyd Ca(OH)2 zusammen. Wird im Winter die Verdunstungsfront des Anmachwassers nicht innerhalb des Betons erhalten, sondern verbleibt durch die niederen Temperaturen und die Feuchtigkeit an der Oberfläche des Betons, lagert sich das Calciumhydroxyd dort verstärkt ab. Durch die geschilderte Anomalie des Ca(OH)2, das bei niederen Temperaturen eine höhere Löslichkeit besitzt, erfolgt eine Anreicherung an der Oberfläche. Beim Erhärten entstehen daraus die schwarzen und dunklen Flecken. An einer Winterbaustelle war Sichtbeton der Klasse SB 3 gefordert. Nach dem Betonieren bei Temperaturen der Luft von –12 °C und des Frischbetons von +15 °C waren die Wände schwarz, fleckig und die Bewehrung an der Wand deutlich abgezeichnet.

Bild 17 Dunkler Beton im Winter (Foto: Hannes Fiala) Dark coloured concrete-walls in winter-time

Die Wände waren 12 m hoch und die Nachttemperaturen bei –18 °C. Die gespeicherte Kälte in der dichten Stahlbewehrung hat nach dem Betonieren die Beton deckung über den Stäben noch weiter abgekühlt und die schwarze Farbe des Betons über der Bewehrung hervorgerufen. Der Architekt hat die verfehlte Farbtongleichmäßigkeit gerügt und als nicht vertragskonform für die vereinbarte Qualität eines SB 3 bezeichnet. Vorschläge zur Abhilfe durch induktives Aufheizen der Bewehrung oder die Anwendung von Heißdampf wurden aus bauprak tischen und energetischen Überlegungen schnell verworfen. Beim Heizen oder Kühlen von Beton ist es gängige Praxis und technisch sinnvoll, die Ausgangstemperatur des Betons und vor allem die des hervorragenden Wärmespeichers Kies zu erhöhen. Durch Erwärmen der Gesteinskörnung und des Anmachwassers wurde die Frischbetontemperatur im Werk von 15 °C auf 25 °C erhöht. Der damit verbundene positive Effekt für die Verringerung der Bildung des Calciumhydroxyds in der Betonrandzone und die Erzielung einer hohen Farbtongleichmäßigkeit sind erkennbar (Bild 18 b). Dieses Verfahren wurde auf der Baustelle für das Betonieren bei kalten Temperaturen mit Erfolg beibehalten.

Blaue Verfärbungen

Wird Beton mit hüttensandreichem Zement wie z. B. CEM III hergestellt, können nach dem Entschalen blaue Verfärbungen und Flecken an der Oberfläche des Betons sichtbar werden (Bild 19). In der Hochofenschlacke sind Sulfide enthalten, die unter Luftabschluss zu grün-blauen Metallsulfiden im Beton reagieren können. Tritt Luft hinzu, reagieren diese Salze zu farblosen Verbindungen, sodass der Effekt an der Oberfläche nach vier bis sechs Wochen optisch nicht mehr wahrnehmbar ist [6]. Bild 18 a) Bewehrungslage abgezeichnet; b) Aufheizen von Frischbeton für gleichmäßige Farbgebung (Fotos: Hannes Fiala) Layer of reinforcement seen on the concrete surface

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

In einem aktuellen Gutachterfall sind an Fertigteilplatten einer Fassade diese Blauverfärbungen nach drei Jahren optisch noch deutlich zu erkennen und Gegenstand einer

Bild 19 Blauer Beton (Foto: InformationsZentrum Beton) Blue coloured concrete after removal of form-work

Bild 20 Blaue Fertigteilfassade (Foto: Hannes Fiala) Blue coloured concrete-facade after three years of exposure

Mängelrüge (Bild 20). Als Ursache wurde die hohe Güte und Dichtigkeit der Betonfertigteile erkannt. Durch den extrem niederen w/z-Wert, eine intensive Verdichtung im Werk und anschließende Nachbehandlung ist ein Beton hoher Festigkeit mit dichter Mörtelmatrix entstanden. Die CO2-Moleküle haben keine Möglichkeit, bis zu den Sulfiden vorzudringen und ihre Umwandlung in farblose Verbindung zu bewirken. Der Lösungsansatz für die weitere Produktion ist die Umstellung des eingesetzten Zements auf eine Sorte ohne Gehalt an Hochofenschlacke.

Lila Verfärbung von Sichtbetonflächen

Zum Schutz des fertigen Bauteils aus Sichtbeton gegen Niederschlagswasser, Umwelteinflüsse, Verschmutzung und Beschriftung durch Baustellenpersonal werden in der Praxis Plastikfolien eingesetzt. Diese Folien werden mit Klebebändern direkt an dem entschalten Beton befestigt, damit der Wind sie nicht wegweht. Bei der Entfernung der Folien wurde im letzten Jahr auf einigen Baustellen festgestellt, dass unter dem Klebestreifen der Beton die Farbe Lila bis Magenta angenommen hatte, was

Bild 21 Stelle des Klebestreifens (Foto: Hannes Fiala) Discolouration caused by adhesive tape

umgehend als Mangel der Farbtongleichmäßigkeit gerügt wurde. Als Ursache wurde sofort die Einwirkung des Klebestreifens auf den Beton verdächtigt (Bild 21). Dem widersprach die jahrzehntelange Praxis bei der Verwendung des Klebebands ohne Farbveränderung der Betonflächen darunter. Im Rahmen der eher kriminalistischen denn technischen Nachforschungen stellte sich schließlich heraus, dass der Hersteller aus Kostengründen das Lösungsmittel für den Kleber des Bands gewechselt hat. Er bezieht das billigere Lösungsmittel von einem anderen Lieferanten, der ihm die Gleichwertigkeit schriftlich bestätigt hatte. Auf dem europäischen Markt gibt es ca. 200 Arten von Lösemitteln für verschiedene Zwecke. Circa 40 davon sind alkaliempfindlich, d. h., sie reagieren mit kalkhaltigen Substanzen und natürlich auch ganz intensiv mit dem jungen Beton durch Farbumschlag zu lila/magenta. In der Betontechnologie wird an altem Beton der Fortschritt der Karbonatisierung geprüft. Diese Prüfung erfolgt durch Aufsprühen eines Lösemittels auf die frische Bruchfläche des Betons. Bleibt die behandelte Fläche grau, ist der Beton in dieser Zone karbonatisiert. Schlägt sie hingegen zu lila um, ist sie alkalisch und hat einen pHWert über 9,4. Die gleiche Reaktion lief bei der Befestigung des Klebestreifens am frischen Beton ab. Der Farb umschlag bewies die ohnedies wohlbekannte Tatsache, dass Beton im jungen Alter hochalkalisch ist. Dass damit eine Mängelrüge für den Sichtbeton ausgelöst wurde, ist die nachteilige Begleiterscheinung. Der Hersteller hat sein Material nachvollziehbar wirtschaftlich optimiert. Dies führte aber nicht nur zur Beeinträchtigung der Nutzung seines gängigen Handelsprodukts beim Verbraucher, sondern zur Mängelrüge und Ablehnung des Gewerkes Sichtbeton. Das Auftreten solcher Schäden und Mängel am Beton durch Veränderungen am Baumaterial zu Einsparungszwecken sind vom Verursacher gar nicht vorhersehbar. Der Endverbraucher auf der Baustelle muss durch mühevolle Detailarbeit die Ursachen solcher unliebsamen und ärgerlichen Ereignisse ergründen, was oft mit hohen Kosten verbunden ist. Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 31

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H. Fiala: Verfärbungen von Sichtbetonflächen

Bild 22 Horizontale Betonfläche mit Abplatzung (Foto: Hannes Fiala) Horizontal concrete surface with spoiled mortar above flat aggregate

Bild 23 Sichtbeton mit Splitt und Abplatzung (Foto: E. Reichele) Architectural concrete with discolouration due to flat aggregates

Oberfläche deutlich sichtbar. Der Farbton ist nicht mehr gleichmäßig, der Gesamteindruck des Betonteils ist gestört. Das vertragliche Bausoll SB 3 ist nicht erfüllt. Das optische Bild des Sichtbetons wurde bei wenigen Einzelfällen auch noch durch das Abplatzen des Feinmörtels an der Wand negativ beeinträchtigt (Bild 23).

Änderung des Farbtons durch die verwendete Gesteinskörnung

Die Kriterien der Betonzusammensetzung für Sichtbeton sind bei den damit befassten Technologen bekannt und gängige Praxis. Der aktuelle Gutachterfall zeigt, dass die Auswahl der Gesteinskörnung und vor allem die Kornform das optische Bild von Sichtbetonflächen beeinflussen können. Werden für horizontale Flächen Betone mit gebrochener Körnung aus Tiefengestein verwendet, so wurde in der Vergangenheit beobachtet, dass der Feinmörtel über flachen, platten Körnern nahe der Ober fläche bei mechanischer Beanspruchung oder durch die Witterung abplatzt (Bild 22). Der Mörtel über dem flachen Korn ist reich an Wasser, Feinteilen und Poren. Die Qualität ist gering und entspricht nicht der des Kern betons. Die Verwendung von doppelt gebrochenem Edelsplitt und die Begrenzung des Größtkorns auf max. 16 mm haben geholfen, solche Schäden zu vermeiden. Beton mit gebrochenem Korn zeigt nun bei der Herstellung von Sichtbetonwänden einen ähnlichen Einfluss des flachen Korns. Die Zusammensetzung des Feinmörtels über dem platten Korn weicht von der des Betons im Kern erheblich ab. Feinteile und Poren ergeben ein anderes Verhalten des Mörtels bei Einwirkung von Luftfeuchtigkeit. Die Wasseraufnahme ist unterschiedlich und ergibt Veränderungen in der Farbe. Die Körner sind an der

Literatur [1] Deutscher Beton und Bautechnik Verein E.V.: Merkblatt Sichtbeton. Ausgabe 2015 und 2004. [2] Fiala, H. et al.: Wegweiser Sichtbeton. Bauverlag, Gütersloh 2007. [3] Fiala, H.; Raddatz, J.: Braune Verfärbungen auf Sichtbetonflächen, Beton-Information 42 (2000), H. 2, S. 27–33. [4] Fiala, H.: Aluminiumreaktion im Beton. Verlag Bau + Technik, beton (2001) H. 6. [5] Verein Deutscher Zementwerke e.V. Düsseldorf: Ausblühungen. Zementmerkblatt Betontechnik B 27 1.13/0. [6] Temporäre Blauverfärbungen von Betonoberflächen. Flyer des InformationsZentrum Beton GmbH 2016.

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Abhilfe schaffen auch hier die Begrenzung der Korngröße auf max. 16 mm und die Verwendung von doppelt ge brochenem Material d. i. Edelsplitt.

11 Zusammenfassung Im Merkblatt Sichtbeton ist die Farbtongleichmäßigkeit FT 1–FT 3 als ein wesentliches Merkmal der Qualität den Sichtbetonklassen SB 1–SB 4 zugeordnet. Da objektive Messverfahren dafür nicht vorliegen, bietet nur die Probefläche im Vorfeld der Bauausführung allen Beteiligten die Chance einer fairen Beurteilung des später geschuldeten Bausolls. Die Einflüsse aus der Schalungshaut, dem Trennmittel, den Bedingungen der Umgebung oder der Betonzusammensetzung können die Farbe von Betonflächen oder die Gleichmäßigkeit des Farbtons verändern. Die Kenntnis der Wirkungsmechanismen und der veränderten Eigenschaften der verwendeten Bau- oder Hilfsstoffe bietet die Möglichkeit der nachträglichen Erklärung der auftretenden Phänomene und deren Vermeidung in der Zukunft.

[7] Strehlein, D.; Schiessl, P.: Fleckige Dunkelverfärbungen an Sichtbetonflächen. Charakterisierung und ursächliche Mechanismen im erhärteten Beton. beton 59 (2009), H. 1+2, S. 24–31. Autor

Dipl.-Ing. Hannes Fiala Ingenieure Fiala & Golar Bausachverständige Königsberger Straße 6 65830 Kriftel ingbuerofiala@web.de

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Denis Kiltz

Sichtbetonkosmetik Herrn Dr. Klaus-Reiner Goldammer zu seiner Verabschiedung nach 16 Jahren Tätigkeit als Bauberater für den Deutschen Beton- und Bautechnik-Verein E. V. gewidmet. Optische Auffälligkeiten an Sichtbetonflächen lassen sich auch bei geeigneter Organisation einer Sichtbetonbaustelle und sorgfältiger Bauausführung nicht vollständig ausschließen. Mit einer fachgerechten und hochwertigen Sichtbetonkosmetik vom Fachbetrieb unter restauratorischen und künstlerischen Aspekten lassen sich optische Auffälligkeiten jedoch so be heben, dass die Nachbesserungen als solche nicht mehr erkennbar sind und sich das gewünschte Bild der Sichtbeton fläche einstellt. Im vorliegenden Beitrag werden die Techniken derartiger hochwertiger sichtbetonkosmetischer Maßnahmen sowie die zu beachtenden Grenzen vorgestellt. Zudem enthält der Beitrag Hinweise für Bauherrn, Planer und Ausführende, unter anderem zur Qualitätssicherung.

Surface treatments for architectural concrete Visual abnormalities on architectural concrete surfaces cannot be fully avoided, even with careful execution and planning. The architectural concrete surface can be brought to the desired surface appearance, on which the repair areas are not identifiable. High quality surface treatments, with artisan like workmanship, must be used for such restoration work. This article provides a summary overview of the technical aspects of high quality surface restoration techniques along with their limitations. In addition, this article contains recommendations for quality control relating to the aforementioned techniques geared towards owners, planers and contractors.

1 Einleitung

hebbar, da Nachbesserungen immer als solche erkennbar waren [2]. Inzwischen haben sich jedoch spezialisierte Fachfirmen auf dem Markt etabliert, die Korrekturen an Sichtbetonflächen so durchführen können, dass diese nicht erkennbar sind und sich ein einheitliches Flächenbild ergibt.

Viele Bauherren bzw. Architekten wünschen heutzutage möglichst helle und gleichmäßige Sichtbetonflächen unter Verwendung von glatter und nicht saugender Schalungshaut, Bild 1. Selbst bei sorgfältiger Auswahl der Baustoffe, Erprobungen im Vorfeld der Betonage bzw. geeigneter Organisation einer Sichtbetonbaustelle und sorgfältiger Bauausführung lassen sich optische Auffälligkeiten an Sichtbetonflächen nicht vollständig ausschließen [1]. Noch vor wenigen Jahren galten viele optische Auffälligkeiten an Sichtbetonflächen in Fachkreisen als nicht be-

Bild 1

Ausgangslage Normung

Die einschlägigen Bemessungs- und Ausführungsnormen für den Beton- und Stahlbetonbau (DIN EN 1992-1-1 bzw. DIN EN 1992-1-1/NA [3] sowie DIN EN 13670 bzw. DIN 1045-3 [4]) enthalten keinerlei Hinweise oder

Sichtbetonfläche mit besonders hohen Anforderungen Architectural concrete surface with especially high aesthetic requirements

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DOI: 10.1002/best.201600502

D. Kiltz: Sichtbetonkosmetik

Vorgaben zur Nachbearbeitung von Sichtbetonoberflächen durch betonkosmetische Maßnahmen. Auch in ATV DIN 18331 „Betonarbeiten“, VOB Teil C [5] wird die Thematik nicht behandelt. Lediglich in DIN 18217 Betonflächen und Schalungshaut von 1981 [6] ist vermerkt, dass „Material- und fachgerechte Ausbesserungen […] zulässig [sind]“. Das VDZ/DBV-Merkblatt „Sichtbeton“ [1] enthält in der aktuellen Ausgabe Juni 2015 den Hinweis, dass die Be seitigung von optischen Abweichungen an Sichtbeton flächen grundsätzlich zulässig ist. In [1] wird zudem empfohlen, Abweichungen des Istzustands einer Sichtbetonfläche von der vertraglich vereinbarten Sollqualität durch betonkosmetische Maßnahmen so zu beseitigen, dass e ine möglichst große Übereinstimmung des Gesamteindrucks mit dem vertraglich vereinbarten Aussehen oder dem Aussehen benachbarter Sichtbetonflächen erreicht wird [1]. Im Rahmen dieses Beitrags werden die Methoden und Grenzen derartiger betonkosmetischer Maßnahmen dargestellt und erläutert. Weitere Informationen, Hinweise und Details zu den einzelnen hier angeführten Punkten enthält der DBV-Sachstandbericht „Sichtbetonkosmetik“ [7]. Die Beurteilung, ob eine bestimmte Sichtbetonoberfläche den vertraglich vereinbarten Anforderungen an das Aussehen entspricht oder nicht, ist nicht Gegenstand dieses Beitrags, vgl. dazu die Ausführungen in [1].

Betonkosmetische Maßnahmen: Von der „Spachtelkosmetik“ zu hochwertigen Arbeiten unter restauratorisch-künstlerischen Aspekten

Der Begriff der „Betonkosmetik“ ist bei vielen Bauherren negativ belegt, da damit oftmals eine „rohbaumäßige Spachteltechnik mit Bordmitteln“ in Verbindung gebracht wird. Die derart bearbeitete Stelle bleibt in der Regel deutlich als solche sichtbar. Vielfach wird sogar durch unsachgemäße „Spachtelkosmetik“ eine bestehende leichte optische Auffälligkeit derart hervorgehoben,

Bild 2

Nicht fachgerecht ausgeführte Nachbesserung („Spachtelkosmetik mit Bordmitteln“) Non-professional cosmetic surface treatment of concrete (“Rough finish concrete spackling“)

dass sie nach der Bearbeitung deutlich und auffällig sichtbar ist („Verschlimmbesserung“), Bild 2 und [8]. Anders sieht die Situation bei einer fachgerecht durchgeführten Sichtbetonkosmetik unter Berücksichtigung restauratorisch-künstlerischer Aspekte aus. Darunter werden hochwertig gestaltete Korrekturen verstanden, die in der Regel nach Abschluss der betonkosmetischen Maßnahme als solche kaum oder überhaupt nicht sichtbar sind. Das gewünschte Bild der Sichtbetonfläche wird durch die betonkosmetische Maßnahme erreicht bzw. vollendet, die „Lebendigkeit“ der Betonoberfläche bleibt weitestgehend erhalten, beispielsweise Bild 3 oder auch [8]. Mit einer hochwertigen Sichtbetonkosmetik kann eine Sichtbetonfläche auch „aktiv“ gestaltet werden, um beispielsweise eine bestimmte Raumwirkung zu erzeugen. Die Ausführung von derartigen hochwertigen sichtbetonkosmetischen Maßnahmen erfordert viel Erfahrung bei der Auswahl geeigneter Techniken und Materialen und bewegt sich auf dem Grenzgebiet zwischen Handwerk und Kunst. Hochwertige Sichtbetonkosmetik wird deshalb oft von Restauratoren durchgeführt.

Bild 3

Beispiel einer hochwertigen betonkosmetisch-restauratorischen Arbeit (Bilder: Strotmann & Partner) Example of high quality concrete surface restoration work

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

4 Techniken einer Sichtbetonkosmetik 4.1 Allgemeines Grundsätzlich setzen kosmetische Maßnahmen zur Verbesserung der Optik einer Sichtbetonfläche einen technisch intakten Betonuntergrund voraus, wie beispiels weise eine ausreichende Betondeckung im Sinne der DIN EN 1992-1-1 [3]. Ist die Betonoberfläche technisch nicht intakt, ist vor Durchführung der betonkosmetischen Maßnahmen die Betonoberfläche zur Sicherstellung der Tragfähigkeit, Dauerhaftigkeit oder Gebrauchstauglichkeit entsprechend der Richtlinie „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ des Deutschen Ausschuss für Stahlbeton [9] fachgerecht instand zu setzen. Eine betonkosmetische Maßnahme zur Verbesserung der Optik einer Sichtbetonfläche ist keine Instandsetzungsmaßnahme zur Sicherstellung der Tragfähigkeit, Dauerhaftigkeit oder Gebrauchstauglichkeit im Sinne von [9] und kann diese demnach nicht ersetzen. Hochwertige betonkosmetische Maßnahmen bestehen aus mehreren aufeinander aufbauenden Einzeltechniken: – Vorbereitende Arbeiten, – Reprofilieren, – Gestalten mit Farbe. Vorbereitende Arbeiten (Reinigen, Abtragen von Mate rial, Abdecken) haben eher handwerklichen Charakter. Das Reprofilieren sowie insbesondere die Gestaltung mit Farbe (lokale Retusche, flächige Lasur bzw. Imitationsmalerei) erfordern neben handwerklichem Geschick künstlerische Begabung, insbesondere ein „Gespür für Farbe“. Während Arbeiten mit eher handwerklichem Charakter grundsätzlich auch von Rohbauunternehmen ausgeführt werden können, sollte das „Flächenfinish“, d. h. die Gestaltung der Oberfläche, spezialisierten betonkosmetischen Fachbetrieben vorbehalten bleiben.

4.2

Reinigungsmaßnahmen immer vorab an später nicht mehr sichtbaren oder untergeordneten Betonflächen ausprobiert werden. Beim Abtragen werden Oberflächenschichten des Betonbauteils möglichst gezielt und materialschonend entfernt. Wichtig ist, dass nur so viel Material entfernt wird, wie unbedingt erforderlich ist. Material kann durch intensives Bürsten, Schleifen, Strahlen, Hämmern, Nadeln, Stemmen oder durch eine steinmetzartige Bearbeitung abgetragen werden. Sehr oft wird Material durch Schleifen mit handgeführten Geräten (Trockenbauschleifer) abgetragen. Der Materialabtrag kann beim Schleifen über die Härte der Schleifmaterialien (weiche Schleifvliese, härtere Gittervliese) gesteuert werden, vgl. z. B. [10]. Zu beachten ist, dass durch das Schleifen unter der Betonoberfläche befindliche Luftporen geöffnet werden, dadurch kann die Fläche nach dem Schleifen poriger als vorher erscheinen. Da durch das Schleifen Material abgetragen wird, unterscheiden sich geschliffene Sichtbetonoberflächen optisch von benachbarten unbearbeiteten Flächen. Deswegen kann es erforderlich werden, größere Bauteilbereiche zusammenhängend flächig durch Schleifen zu bearbeiten. Für alle abtragenden Maßnahmen gilt, dass die optische Wirkung vorab an später nicht mehr sichtbaren oder untergeordneten Betonflächen ausprobiert werden sollte. Abtragend zu bearbeitende Bereiche bzw. Bearbeitungsgrenzen sollten am Bauteil eindeutig kenntlich gemacht werden, um Missverständnisse zu vermeiden. Beim Abtragen entsteht Staub. Die Maßnahmen sind lärm intensiv. Das Abdecken erfolgt durch partielles oder teilflächiges Aufbringen einer streichfähigen Spachtelmasse in dünnen Schichten. Oftmals werden auf diese Weise oberflächliche Gefügestörungen, Löcher oder größere Poren geschlossen, Bild 4. Bei tieferen Gefügestörungen kann evtl. die Dauerhaftigkeit des Betonbauteils eingeschränkt sein. Ist dies der Fall, muss eine Instandsetzung nach [9]

Vorbereitende Arbeiten

Durch eine Reinigung wird die ursprüngliche Färbung und Textur der Betonoberfläche wieder freigelegt, ohne Material von der Betonoberfläche abzutragen. Betonflächen können entweder mechanisch trocken (z. B. Bürsten von Hand, Radiergummis, schonende Schleifreinigung mit weichen Kunststoffschleifvliesen), mechanisch nass (z. B. Wischen, Dampfstrahlreiniger) oder chemisch (z. B. mit Rostentferner) gereinigt werden. Beim mechanisch nassen Reinigen muss darauf geachtet werden, dass angrenzende Flächen nicht verunreinigt werden bzw. dass das anfallende Wasser abgeleitet wird. Bei Anwendung von chemischen Reinigern müssen Vorgaben des Herstellers beachtet werden. Viele chemische Reiniger basieren auf schwachen Säuren. Die Reste von chemischen Reinigern müssen deshalb möglichst rückstandslos von der Betonoberfläche entfernt werden. Bei der Verwendung von chemischen Reinigern können gelegentlich unerwünschte Nebeneffekte auftreten. Grundsätzlich sollten

Bild 4

Spachtelungen an einer Sichtbetonwand Spackling of an architectural concrete wall

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 35

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D. Kiltz: Surface treatments for architectural concrete

D. Kiltz: Sichtbetonkosmetik

durchgeführt werden. Ein Abdecken mit einer Spachtelmasse ist keine Instandsetzung nach [9]. Die aufzubringenden Spachtelmassen (in der Regel kunststoffmodifizierte Mörtel) dürfen den Betonuntergrund nicht schädigen und müssen gut haften. Auch handwerklich gut ausgeführte Spachtelungen sind in der Regel als solche auf der Sichtbetonfläche erkennbar, da sie sich in Farbe und Textur vom umgebenden Beton unterscheiden, vgl. Bild 4. Aus diesem Grund ist das Abdecken mit einer Spachtelmasse immer nur ein Zwischenschritt einer sichtbetonkosmetischen Maßnahme und erfordert in einem weiteren Bearbeitungsschritt das Gestalten mit Farbe.

4.3 Reprofilieren Beim Reprofilieren werden beschädigte oder vorab abgetragene Betonstrukturen „restauratorisch“ neu modelliert. Beispielsweise können abgeplatzte Ecken und Kanten wiederhergestellt oder Unregelmäßigkeiten der Sichtbetonfläche, die sich nicht durch ein rein oberflächliches Aufbringen einer Spachtelmasse abdecken lassen, beseitigt werden. Bei entsprechendem handwerklichen Geschick können auch Ankerlöcher, Abdrücke von Schalungsrahmen (Bild 5) bis hin zu komplexen Oberflächentexturen, wie beispielsweise dem Abbild einer Brettschalung, modelliert werden, vgl. Bild 3. Auf die vorbereitete technisch intakte Betonoberfläche wird ein Reprofilierungsmörtel (ggfs. mit Haftbrücke) aufgebracht und im noch frischen Zustand modelliert, z. B. an die Konturen und Oberflächentexturen des Bauteils angepasst. Der verwendete Reprofilierungsmörtel kann aus einem werksmäßig hergestellten, vorkonfektionierten Produkt bestehen, viele Fachbetriebe für hochwertige Sichtbetonkosmetik verwenden jedoch selbst entwickelte

Bild 5

Reprofilierter Rahmenabdruck eines Schalelementstoßes Reprofiled imprint of a concrete form element

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Produkte. Die Materialeigenschaften des Reprofilierungsmörtels müssen auf den Untergrundbeton abgestimmt sein, der Mörtel muss gut verarbeitbar sowie dauerhaft sein und darf die Betonoberfläche nicht angreifen. Auch für das Reprofilieren gilt, dass bearbeitete Bereiche in der Regel als solche erkennbar sind und deswegen in einem weiteren Schritt mit Farbe gestaltet werden müssen.

4.4

Gestalten mit Farbe

Durch das Gestalten mit Farbe sollen bestehende Farbtonabweichungen von Betonflächen, nachträglich aufgebrachte Spachtelungen oder Reprofilierungen derart behandelt werden, dass sie sich nicht oder kaum vom umgebenden Beton abheben und damit für den Betrachter nicht oder kaum noch wahrnehmbar sind. Es ist auch möglich, Sichtbetonflächen mit Farbe bewusst so zu gestalten, dass ein gewünschtes Aussehen oder eine bestimmte Wirkung erzielt wird. Sichtbetonflächen können entweder durch eine partielle Retusche und/oder durch großflächiges Lasieren farblich gestaltet werden. Eine partielle Retusche wird in der Regel kleinflächig ausgeführt. Sehr häufig werden Spachtelungen, reprofilierte Bereiche oder hartnäckige Verschmutzungen durch eine partielle Retusche farblich an den umgebenden Beton angepasst. Der Farbauftrag erfolgt in der Regel von Hand mit feinen Pinseln oder Schwämmen (Bild 6), bei größeren Flächen auch im Sprühverfahren. Oft wird Farbe tupfend aufgebracht. Insbesondere größere retuschierte Flächenbereiche dürfen nicht zu gleichmäßig wirken. Dies kann durch farbliche „Changierungen“, d. h. bewusst farblich ungleichmäßig gestaltete Oberflächen, vermieden werden. Für eine gelungene Retusche ist zudem der Farbübergang zu dem umgebenden unbehandelten Beton wichtig, der in der Regel „nebelartig“ gestaltet wird. Die Auswahl und das richtige Einstellen der Farben, das Aufbringen sowie die Gestaltung der Farbübergänge erfordern neben viel Erfahrung insbesondere ein künstle

Bild 6

Partielle Retusche – Aufbringen von Farbe mit einem Schwamm Partial touch-up – application of paint by dabbing with a sponge

risches „Gespür für Farbwirkung“. Durch das partielle Aufbringen von Farbe können sich der Glanzgrad sowie das Feuchteaufnahme- und -abgabevermögen der bearbeiteten Betonoberflächen ändern. Beim flächigen Lasieren werden transparente oder durch Pigmente teiltransparent eingestellte Lasuren mit dem Ziel einer Vergleichmäßigung des Aussehens großflächig auf die Sichtbetonfläche aufgebracht. Die farbliche Wirkung der Lasur und damit der „Grad der Vergleichmäßigung“ wird über die Menge und Farbe der eingesetzten Pigmente gesteuert. Dabei gilt, je mehr Pigmente verwendet werden, desto gleichmäßiger erscheint die Sichtbeton oberfläche, Bild 7. Allerdings tritt die ursprüngliche „Lebendigkeit“ der Sichtbetonfläche bei zunehmender Menge an Farbpigmenten in den Hintergrund. Beim flächigen Lasieren können Farbübergänge und Farbchangierungen durch Veränderungen der Pigmentmenge oder mehrmaliges Aufbringen von Lasuren mit unterschiedlich eingestellten Farben gestaltet werden. Lasuren werden in der Regel im Sprühverfahren aufge tragen und oftmals noch im frischen Zustand getupft, um ein lebendigeres Bild der behandelten Fläche zu erzeugen. Die flächig aufgebrachten Lasuren sollten diffusionsoffen sein, damit die im Beton befindliche Feuchtigkeit ausdiffundieren bzw. CO2 aus der Umgebungsluft an die Betonoberfläche gelangen kann. Durch das Aufbringen einer Lasur ändern sich der Glanzgrad sowie das Feuchteaufnahme- und -abgabevermögen der Betonoberfläche. Da Lasuren großflächig aufgetragen werden, fallen unterschiedliche Glanzgrade oder Hell-/Dunkeleffekte als Folge des unterschiedlichen Feuchteaufnahmevermögens aber in der Regel weniger auf als beispielsweise bei einer partiellen Retusche. Auch beim Lasieren müssen deshalb sinnvolle Bereichsgrenzen festgelegt werden. Im Außenbereich hat es sich bewährt, zusammenhängende Flächenabschnitte, in denen gespachtelt, reprofiliert oder partiell retuschiert wurde, zur Vergleichmäßigung des Glanzgrades sowie des Feuchteaufnahme- und -ab gabevermögens mit einer flächigen transparenten oder

Bild 8

Imitierte Betonfläche auf einer Trockenbauwand Imitated architectural concrete surface on drywall construction

teiltransparenten Lasur zu versehen. Wie beim partiellen Retuschieren fordert auch die Gestaltung von Sichtbetonflächen mit pigmentierten Lasuren ein „künstlerisches Gespür“ für Farbe und Farbwirkung. Die Technik der Imitationsmalerei ist nicht auf den Baustoff Beton beschränkt. Mithilfe der Imitationsmalerei wird eine möglichst lebendig wirkende Betonoberfläche unter restauratorisch-künstlerischen Aspekten auf eine Baustoffoberfläche „aufgemalt“. Ein Beispiel einer Imitationsmalerei auf einer Trockenbauwand zeigt Bild 8. Die Imitationsmalerei kommt in der Regel dann zum Einsatz, wenn eine lokale Retusche oder eine großflächige Lasur zur Erzielung des gewünschten Gestaltungsziels nicht ausreichend ist.

4.5

Betonkosmetische Gesamtmaßnahme

Die oben beschriebenen Einzeltechniken werden vom betonkosmetischen Fachbetrieb zu einer betonkosmetischen Gesamtmaßnahme kombiniert. Beispiele betonkosmetischer Gesamtmaßnahmen können dem Anhang A in [7] entnommen werden.

Grenzen der Betonkosmetik

Sehr gut betonkosmetisch bearbeiten lassen sich glatte Sichtbetonflächen an Wänden, Stützen und Decken untersichten von Innenbauteilen. Unter üblichen Umgebungsbedingungen und bei geeigneter Materialauswahl und fachgerechter Ausführung sind betonkosmetische Maßnahmen im Innenbereich dauerhaft. Erfahrungen über die Dauerhaftigkeit hochwertiger betonkosmetischer Maßnahmen an vertikalen Flächen im Außenbereich liegen derzeit über einen Zeithorizont von ca. 15 Jahren vor. Grundsätzlich ist die Dauerhaftigkeit einer betonkosmetischen Maßnahme umso höher, je besser die Sichtbetonfläche insgesamt vor Beanspruchungen aus Witterung geschützt ist, z. B. durch einen Dachüberstand. Bild 7

Flächig lasierter Wandbereich (pigmentierte Lasur) Stained wall (pigmented stain)

Jede Sichtbetonfläche im Außenbereich altert bzw. setzt im Laufe der Zeit nach mehreren Jahren der Bewitterung Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 37

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D. Kiltz: Surface treatments for architectural concrete

D. Kiltz: Sichtbetonkosmetik

eine natürliche Patina an. Auch sichtbetonkosmetisch bearbeitete Flächen sollten deshalb in gleicher Weise wie der Beton altern, vgl. dazu die Anmerkungen zur Mate rialauswahl von Lasuren. Problematisch hinsichtlich der Dauerhaftigkeit betonkosmetischer Maßnahmen sind horizontale Flächen im Außenbereich, z. B. Wandkronen oder Flächen mit besonderen Beanspruchungen, z. B. durch chemischen Angriff.

Zum einen kann sich der Beton durch Austrocknung und Reifung farblich noch verändern, sodass evtl. als störend empfundene optische Auffälligkeiten in den Hintergrund treten können. Zum anderen reduziert sich die Gefahr, dass die betonkosmetisch bearbeitete Fläche erneut verschmutzt oder beschädigt wird.

7 6

Hinweise für Bauherrn, Planer und Ausführende

Einige Bauherren und Architekten lassen Nachbesserungen an Sichtbetonoberflächen generell nicht zu oder stellen sie unter Vorbehalt. Nur durch Aufklärungsarbeit über die Möglichkeiten von hochwertigen sichtbetonkosmetischen Maßnahmen kann es gelingen, diese Vorbehalte zu entkräften. Insbesondere sollte dabei der Unterschied zwischen einer „rohbaumäßigen Spachtelkosmetik“ (vgl. Bild 2) und den in diesem Beitrag dargestellten hochwertigen betonkosmetischen Maßnahmen durch einen qualifizierten Fachbetrieb (vgl. Bild 3) erläutert werden. Als Alternative zu einer hochwertigen Sichtbetonkosmetik besteht lediglich die Option des Rück- und Neubaus mit ggfs. erneut ungewissem Ergebnis der betroffenen Bauteile. In den meisten Fällen ist der Rück- und Neubau alleine aus optischen Gründen jedoch mit einem unverhältnismäßig hohen finanziellen und zeitlichen Aufwand verbunden. Auch Aspekte des Umweltschutzes sollten berücksichtigt werden. Eine Sichtbetonkosmetik sollte immer von einem darauf spezialisierten Fachbetrieb durchgeführt werden. Dies gilt insbesondere für Reprofilierungen bei komplexen Geometrien bzw. Oberflächenstrukturen (z. B. Abbild einer Brettschalung) und für das „Flächenfinish“, d. h. die Gestaltung mit Farbe. Fachbetriebe für Sichtbetonkosmetik geben in der Regel eine Gewährleistung auf die von ihnen durchgeführten Arbeiten. Die Ausführung von sichtbetonkosmetischen Maßnahmen durch Rohbauunternehmen ist in der Regel nicht zu empfehlen. Der Fachbetrieb sollte sich durch ausreichend Referenzen qualifizieren können bzw. Arbeitsproben am zu behandelnden Objekt anlegen. Es empfiehlt sich, sichtbetonkosmetische Maßnahmen, insbesondere das „Flächenfinish“, d. h. die Gestaltung mit Farbe, erst zum Ende der Rohbauzeit durchzuführen.

Organisation und Qualitätssicherung

Es sollte Einvernehmen erzielt werden, welche optischen Auffälligkeiten betonkosmetisch bearbeitet werden sollen und welche nicht. Dazu ist es sinnvoll, die vorhandenen optischen Auffälligkeiten in einer Liste zu kartieren (Art der Auffälligkeit, genaue Bezeichnung und Lage des Bauteils, Größe, etc.), die Liste durch Fotos und Planausschnitte zu ergänzen und zu bewerten. In einem nächsten Schritt sollte vom betonkosmetischen Fachbetrieb ein Maßnahmenkatalog erstellt werden, in dem für jede optische Auffälligkeit oder jede Art der optischen Auffälligkeit die durchzuführenden Einzelschritte, die zu verwendenden Materialien und ggfs. die zu beachtenden Randbedingungen aufgeführt sind. Die vorgesehenen Maßnahmen gemäß Maßnahmenkatalog sollten am Bauwerk erprobt werden. Gemeinsam mit allen Beteiligten sollten dann aus den Erprobungsflächen Referenzflächen ausgewählt und damit die gewünschte Zielqualität der betonkosmetischen Maßnahme festgelegt werden.

8 Zusammenfassung Mit hochwertigen betonkosmetischen Maßnahmen lassen sich – im Unterschied zu der auch heutzutage noch oftmals ausgeführten „rohbaumäßigen Spachtelkosmetik mit Bordmitteln“ – nahezu alle als störend empfundenen Auffälligkeiten an Sichtbetonflächen bearbeiten, sodass die gewünschte optische Wirkung eines Sichtbetonbauteils erreicht werden kann. Entscheidend dafür ist die Verwendung geeigneter und aufeinander abgestimmter Techniken und Materialien, eine handwerklich gekonnte Ausführung und insbesondere für das „Flächenfinish“ ein „künstlerisches Gespür“ für Farbe. Betonkosmetische Maßnahmen sollten deshalb nur von spezialisierten Fachbetrieben mit entsprechend dokumentierter Erfahrung nach gezielter Abstimmung zwischen allen Beteiligten und entsprechender Planung durchgeführt werden.

Literatur [1] VDZ/DBV-Merkblatt Sichtbeton – Fassung Juni 2015. [2] Goldammer, K.-R.: DBV-Sachstandbericht „Betonkosmetik“ an Sichtbetonbauteilen. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 7, S. 490–494. [3] DIN EN 1992-1-1: Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hoch-

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

bau; Deutsche Fassung EN 1992-1-1:2004 + AC:2010. In Verbindung mit: DIN EN 1992-1-1/NA:2011-01: „Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau“.

[4] DIN EN 13670:2011-03: Ausführung von Tragwerken aus Beton; Deutsche Fassung EN 13670:2009. In Verbindung mit: DIN 1045-3:2012-03: Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton, Teil 3: Bauausführung – Anwendungs regeln zu DIN EN 13670. [5] ATV DIN 18331 „Betonarbeiten“, VOB Teil C. Ausgabe 2016. [6] DIN 18217: Betonflächen und Schalungshaut. Ausgabe Dezember 1981. [7] DBV-Sachstandbericht Sichtbetonkosmetik. In Vorbereitung, Erscheinungsdatum voraussichtlich Januar 2017. [8] DBV-Heft 30 Typische Schäden im Stahlbetonbau II – Aber wer hat Schuld? – Band 2 Sichtbeton und Fertigteile. Fassung September 2014, S. 25 ff. [9] DAfStb-Richtlinie Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen. Ausgabe Oktober 2001 inkl. Berichtigungen.

[10] Peck, M.; Bosold, D.; Bose, T.: Technik des Sichtbetons. Hrsg.: Informationszentrum Beton GmbH, Düsseldorf: Verlag Bau+Technik GmbH, 2. überarbeitete Auflage 2016.

Autor

Dr.-Ing. Denis Kiltz Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E.V. Leiter Bauberatung und Bauberater Gebiet West Bessemerstraße 30 44793 Bochum kiltz@betonverein.de

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 39

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D. Kiltz: Surface treatments for architectural concrete

DOI: 10.1002/best.201600501

FACHTHEMA

Ute Latzke

Ein kreativer Kunst-Stoff Beton ist für die Baubranche längst unverzichtbar und seine Flexibilität ermöglicht Architekten größte gestalterische Freiheiten. Auch Künstler und Bildhauer favorisieren das Allroundtalent zunehmend, um ihre kreativen Entwürfe zu realisieren. Was dabei entsteht – ob als Kunst am Bau, in Form attraktiver Betonfassaden, Skulpturen, Designobjekten und sogar Möbeln oder Schmuckstücken – beindruckt wegen seiner Vielfalt und der raffinierten Ausführung. Der Artikel präsentiert eine Auswahl und erhebt keineswegs den Anspruch auf Vollständigkeit.

Concrete – a creative material for fine arts Concrete is an essential material in the building industry and its flexibility gives architects the utmost artistic freedom. Even artists and sculptors favour the all-rounder for crafting. Their creative output is striking for its variety and sophistication of performance – whether in form of art in architecture, as attractive facades, sculptures, design objects or even furniture and jewellery. The essay presents a fine selection but does not make any claim of completeness.

1 Einleitung

Herausforderung: Die gewaltige Scheibe mit einem Durchmesser von 2,50 m wurde nachträglich aus der massiven und tragenden Sichtbetonwand des fertigen Neubaus mit einer Zirkelseilsäge herausgeschnitten – und später um 10° im Uhrzeigersinn versetzt flächenbündig wieder in die Betonwand eingesetzt (Bild 1).

Alabaster, Bronze, Elfenbein, Hartgesteine, Holz und Marmor waren über Jahrhunderte die präferierten Materialien bei der Herstellung von Skulpturen und Plastiken. Im Zuge der Anfang bis Mitte des vorigen Jahrhunderts aufkommenden großräumigen Gestaltung von Kunst im öffentlichen Raum brachten Kreative zunehmend auch andere Materialien zum Einsatz. So schuf Niki de Saint Phalle ihre riesigen, quietschbunten Nana-Figuren aus Polyester und der britische Bildhauer Tony Cragg verarbeitete in seinen jüngeren Jahren Kunststoffteile, Geröll von Baustellen und Haushaltswaren zu Skulpturen. Der Amerikaner Richard Sierra erstellt seit den 1970ern seine riesigen Landmarks aus wetterbeständigem Cortenstahl. Für die Bearbeitung benötigt er Hochofen und Eisenwerkwalzen. Kunstwerke aus Beton zu erschaffen, ist wesentlich einfacher und deutlich preiswerter. Zudem ist das natürliche Gemisch aus Zement, Wasser und Zuschlägen stabil, langlebig und lässt sich in nahezu jede Form bringen.

Abgedrehte Runde mit tiefem Schnitt

Es ist schon ein Bravourstück, wie die vier Tonnen schwere Betonscheibe für die Kunst am Bau verdreht worden ist: Tondo (Runde) lautet das Werk des Stuttgarter Künstlers Martin Bruno Schmid, dessen Entwurf bei einem Wettbewerbsverfahren die baden-württembergische Kunstkommission 2011 auf Anhieb überzeugt hatte. Seitdem schmückt der verrückt schöne Hingucker die Sichtbetonwand im Foyer des neuen Instituts- und Bibliotheksgebäudes der Hochschule Furtwangen. Die massive Kreisscheibe bringt aus dem Lot, was eigentlich unverrückbar zusammengehört. Tondo provoziert die Wahrnehmung und treibt ein provokantes Spiel mit Architektur und Statik. Martin Bruno Schmid konzipierte Tondo als „Kunst im Bau“, und darin lag auch die größte 40

Bild 1

„Tondo“, Martin Bruno Schmid, University Furtwangen, VS-Schwennigen, 2011, Foto: Wolfram Janzer “Tondo”, Martin Bruno Schmid, University Furtwangen, VS-Schwennigen, 2011, photos: Wolfram Janzer

Nach einer Prüfung der statischen Voraussetzungen durch einen Tragwerksplaner fräste die ausführende Firma Betontrenn GmbH die Scheibe mit dem Sägeseil Millimeter um Millimeter aus. Der Einschnitt wurde durch in kleinen Abständen gesetzte Stangen mit 12 mm Durchmesser gestützt. Diese hielten die Betonplatte mittig, die nach dem Aussägen auf den Stangen aufliegend um 10° gedreht wurde. Zum Abschluss wurde Tondo an der nicht sichtbaren Außenseite des Gebäudes mit Flacheisen gesichert und die durch das Sägen entstandene Fuge von außen verspachtelt. Seitdem ergänzt dieser kreisrunde Einschnitt das von den Architekten Schädler & Zwerger und Glück + Partner entworfene minimalistischelegant anmutende Gebäude vortrefflich. 2015 hat der Künstler bereits den nächsten Kunstwett bewerb für sich entschieden. Beim Neubau des Geo- und Umweltzentrums GUZ Universität Tübingen, das 2018 fertiggestellt werden soll, wird Schmid wieder mit Sägen erheblich in die Statik eingreifen: Für ein Konzept „Bohrschnitt, prekär“ sollen die fünf tragenden Säulen der Eingangshalle jeweils mit einem senkrechten Sägeschnitt in ganzer Länge in zwei Hälften gespalten und somit die Belastbarkeit des Gebäudes ausgelotet werden. Mithilfe der Statiker, Architekten und Handwerker will Schmid diesmal das Limit der Tragfähigkeit ausreizen. Nach dem Motto: Ein Schnitt oder eine Bohrung zu viel und alles stürzt ein. Diese prekäre Situation gelte es laut Schmid zu erspüren und zu vermeiden.

alles von Hand gemacht und „eine Menge Arbeit obendrein“, so der Künstler. Mehr Information unter www. brokenliquid.com

Ausdrucksstarke Formen und Farben

Mit seinem raumgreifenden „Regenbogenregenwurm“ (Bild 2) hat der Künstler Christian Hess nicht nur den ersten Platz eines „Kunst am Bau“-Wettbewerbs der Stadt München erzielt, sondern auf spielerische Weise die Herzen der Kinder einer Münchener Tagesstätte erobert: Der Bildhauer goss 200 farbige Betonteile in drei verschiedenen Grundformen und montierte sie eigenhändig auf dem Gelände und im Neubau der Kita. Jetzt windet sich dort ein freundliches und buntes Ungetüm durch Hof, Garten und Gebäude, was die Kinder und Eltern entzückt. Der gelernte Holzbildhauer kam über Experimente mit Messing, Gips und Keramik auf den Werkstoff Beton. „Beton ist sehr flexibel und witterungsbeständig. Außerdem ist er überall verfügbar und kostengünstig und man kann mit unterschiedlichen Formen und Farben arbeiten“, sagt Hess.

Kleine Welten aus Glas und Beton

Bislang war Glas das bevorzugte Material von Ben Young, daraus erschuf der Künstler vielschichtige Landschaftsskulpturen. Bei seinen aktuellen Arbeiten verbindet der Neuseeländer Glas mit Beton: „Mich reizte es, die durch die Glasschichten entstehenden organischen und transluzenten Formen mit einem soliden Baumate rial wie Beton zu ergänzen. So lassen sich deutliche Kontraste zwischen Textur und Farbe herausarbeiten.“ Young profitiert bei der Herstellung seiner Skulpturen von der langjährigen Erfahrung als Boots- und Möbelbauer. Zunächst skizziert er das Konzept der Skulptur sowie die Form der einzelnen Schichten von Hand. Danach schneidet Young die Formen händisch aus den Fensterglasscheiben heraus und laminiert diese Schicht auf Schicht übereinander bis zur fertigen Skulptur. Später wird dieser Block in den Beton eingegossen. Das Licht spielt eine entscheidende Rolle bei der Präsenta tion der Skulpturen: Von unten beleuchtet, reflektiert das Glas die Strahlen oder lässt sie durchscheinen und macht die Illusion von Meer und Wasser erst perfekt. Der grobe Beton, der die Glasschichten umfasst, erdet das Ganze, gibt der Skulptur räumliche Tiefe und lässt sie wirken wie einen gewichtigen Monolith. Der Eindruck von Wasser und Felsen wird durch den rauen Beton noch verstärkt. Ben Youngs Werke beindrucken, auch deshalb, weil der Betrachter annimmt, sie seien maschinell, etwa per 3-D-Druck, erstellt. Tatsächlich ist

Bild 2

„Regenbogenregenwurm“, Christian Hess, mit Pigmenten eingefärbte Betonteile, 2014, Foto: Martin Weiand “Regenbogenregenwurm”, Christian Hess, concrete elements coloured with pigments

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 41

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U. Latzke: Concrete – a creative material for fine arts

U. Latzke: Ein kreativer Kunst-Stoff

Für seine farbigen Skulpturen mischt der Bildhauer den Beton meist aus Weißzement, Quarzsand, Zuschlägen und verschiedenen Farbpigmenten an. Die richtige Rezeptur hat Hess mittlerweile im Gefühl. Doch gilt es einiges zu beachten: „Nicht jedes Pigment eignet sich zum Einfärben von Beton. Es muss alkaliresistent sein, orga nische Pigmente frisst der Beton sonst auf.“ Außerdem müssten die Pigmente schon in den flüssigen Zement gemischt werden, denn erst durch das Abbinden waschen sich die Farbpigmente bei Regen nicht aus dem erhärteten Beton aus. Bei den Skulpturen „Herzlich“ hat Hess dem Beton Eisenoxid zugegeben, was nach dem Aushärten ein kräftiges Rot ergab (Bild 3). Die Herstellung erklärt er so: „Der Form liegt ein Herz zugrunde. Das Herzsymbol ist in zwei Teile zerlegt, die Trennungslinie läuft durch die Herzspitze und durch die Mitte des einen Herzbackens. Diese so entstandenen Formen werden als Ring gezogen und aus dem Ring ein 60°-Gehrungsstück herausgeschnitten und aus jeweils sechs Teilen werden die Skulpturen zusammengesetzt.“ Der signalrote „Wurm“ setzt sich ebenfalls aus mehreren Betonteilen zusammen (Bild 4). Auch hier hat Hess der flüssigen Mixtur verschiedene Eisenoxide beigemischt und die Teile mehrere Tage aushärten lassen, damit die Farbe fest im Beton verankert ist. Die intensive Leuchtkraft des Rots und die glatte Oberfläche bilden einen ausdrucksstarken Kontrast zum sattgrünen Rasen. Das „Glühwürmchen“ – eine fast weich und organisch wirkende Skulptur – ist in schlichtem grauen Beton gehalten (Bild 5). Doch zeigt das frühere Werk von Christian Hess in seiner Gesamtheit eindrucksvoll, welche Formenvielfalt mit dem Material Beton möglich ist.

„Herzlich“, Christian Hess, Beton und Eisenoxid, Foto: C. Hess “Herzlich”, Christian Hess, concrete and iron oxide

Bild 4

„Wurm“, Christian Hess, Beton und verschiedene Eisenoxide, Foto: C. Hess “Wurm”, Christian Hess, concrete and various iron oxides

Bild 5

„Glühwürmchen, Christian Hess, Beton, Foto: C. Hess “Glühwürmchen”, Christian Hess, Beton, photo. C. Hess

Figürliche Leichtigkeit

An den Hochschulen – in Architekturstudiengängen ohnehin, aber auch im Bereich Kunst und Bildhauerei – ist das Gestalten mit Beton auch längst gängige Praxis. Mehr noch: Die Studierenden setzten sich intensiv mit Beton und seinen Eigenschaften auseinander und experimentieren mit Leidenschaft. Dabei zeigt sich, wie flexibel formbar Beton ist und mit welcher Leichtigkeit daraus Geschaffenes daherkommt: Manche der zarten und anmutigen Erscheinungen, die bei einem Projekt im Fach „Plastisches Gestalten“ an der Uni Regensburg während des Sommersemesters 2014 entstanden sind, belegen das eindrücklich. Aufgabe der Studierenden am Institut für Kunsterziehung war es, figürliche Skulpturen im Maßstab 1:2 aus Beton herzustellen. „Beton ist widerstandsfähiger als z. B. Gips, und die Oberfläche kann dezidiert bearbeitet werden“, erläutert Institutsleiterin Prof. Dr. Birgit Eiglsperger ihre Vorgabe des Materials. Für ihre Betonskulpturen fertigten die Studenten zunächst Skizzen eines Aktmodells an und modellierten anhand der Zeichnungen Figuren in Ton. Dafür konstruierten sie ein Skelett aus Eisenstangen, Holzteilen und 42

Bild 3

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Draht und trugen den Ton auf. Anschließend wurden die Figuren in Gips abgeformt und dieses Negativ in zwei Halbschalen aufgetrennt. Diese Schalen wurden später mit einer leichten Bewehrung aus verzinktem Draht versehen und mit Beton bzw. Tonschmelzzement bestrichen.

Bild 7

Bild 6

Fertige Betonskulptur von Magdalena Mayer, Foto: Lena Schabus Concrete sculpture made by Magdalena Mayer, photo Lena Schabus

Nach dem Aushärten wurden die Schalen wieder zusammengefügt und mit Beton ausgegossen. Die Rezeptur aus Quarzsand, Wasser und Zement erwies sich als besonders fließfähig, beständig gegen Hitze und Frost und hat nach dem Aushärten eine feine Oberfläche. Nach dem Entfernen der Gipsschalen wurden die Figuren mit Schleifpapier, Wasser oder Schwamm bearbeitet oder mit Wachs, Öl und Politur verfeinert. Je nachdem, ob nach dem Ausschalen die Reste der Gipsfarbe vom Beton abgebürstet oder stellenweise belassen wurden, entstand eine grau-braune bzw. helle Tönung der Oberfläche. Was zu interessanten Farbeffekten führte, so wie bei der anmutigen Frauenskultpur von Magdalena Mayer (Bild 6).

Architekturzeichnungen schmücken Sichtbetonfassade

Beim Museum für Architekturzeichnung in Berlin Prenzlauer Berg zeigt schon die Sichtbetonfassade auf kunstvolle Art, was den Besucher erwartet: Die geschlossene Gebäudeoberfläche zieren stark vergrößerte Ausschnitte historischer Architekturskizzen, die in den Museumsräumen der Tchoban Foundation präsentiert werden (Bilder 7–9). Der Sammler und Architekt Sergei Tchoban

Museum für Architekturzeichnung in Berlin, Pigmentierte Sichtbeton fassade mit Architekturskizzen, Foto: Ute Latzke Museum for Architectural Drawing in Berlin, pigmented fair-face concrete facade with architectural sketches

wünschte sich für das von ihm gestiftete Museum eine Fassade, die den Nutzungszweck des Gebäudes sofort ersichtlich macht. Die stilisierten Zeichnungen wirken tatsächlich so, als wären sie mit so lockerem Federstrich in die Fassade eingebracht worden. Im Interieur kehren diese Gestaltungselemente in Form von handgeschnitzten Holzpaneelen der Wände wieder. Das entstandene Relief mit den Zeichnungen und der gefärbte Sichtbeton verleihen dem klaren und schlichten Entwurf in Massivbauweise eine warme Ausstrahlung und ungewohnte Leichtigkeit. Im Vergleich zur gewohnten Schwere und Reduktion mancher Betonbauten wirkt das Gebäude geradezu verspielt. Für die Herstellung der Sichtbetonfassaden kamen Strukturmatrizen zum Einsatz, die vorher individuell nach den historischen Handzeichnungen angefertigt wurden. Mit diesen Matrizen aus Silikon lässt sich fast jede Oberflächenform in Sichtbeton herstellen – ob in Form von Ortbeton oder Fertigteilen. Die Vor- und Serienfertigung läuft der Definition von Kunst nur scheinbar zuwider. Denn das Konzept des Museums für Architekturzeichnungen eint gestalterische Freiheit, Kreativität und Individualität vortrefflich in der außergewöhnlichen Fassade.

Schlangenhaut aus Betonrauten für U-Bahnlinie

Die neue Wehrhahn-Linie in Düsseldorf macht Lust auf U-Bahnfahren: Dank der freundlichen und futuristischen Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 43

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U. Latzke: Concrete – a creative material for fine arts

U. Latzke: Ein kreativer Kunst-Stoff

Bild 8,9 Ausschnitte der Sichtbetonfassade am Museum für Architekturzeichnung, Berlin, Fotos: Ute Latzke Excerpts from the fair-face concrete facade of the Museum for Architectural Drawing

Architektur in Kombination mit zeitgenössischer Kunst wird hier jede Fahrt zum Sightseeing (Bilder 10 und 11). Die Wehrhahn-Linie ist eine Art Kunst-Linie und die gesamte Planung entstammt der Kreativkooperation von netzwerkarchitekten aus Darmstadt und der in Berlin l ebenden Künstlerin Heike Klussmann, die außerdem eine Professur für Bildende Kunst am Fachbereich Architektur der Universität Kassel innehat. Nach einer Bauzeit von 15 Jahren wurde das Großprojekt 2016 fertiggestellt. Das einprägsame Strukturbild des unterirdischen Wand reliefs, das jede der Stationen miteinander verbindet, stammt von Klussmann. Als „Kontinuum windet es sich

gleich einer riesigen Schlange durch das Erdreich und weitet sich an den jeweiligen Stationen, um dann seinen unterirdischen Weg fortzusetzen. Die dynamische Raumwirkung entsteht durch die Bauteilfuge der Betonrauten und die ständige Variation der Formate.“ Um diesen Effekt durchgängig zu erzeugen, wurden 4 000 m2 Wandverkleidung aus Betonwerkstein in mehr als 2 700 verschiedenen Rautenformaten hergestellt. Insgesamt waren es dann 6 700 einzelne Betonsteinplatten, die an den Wänden der Wehrhahn-Linie angebracht wurden – allesamt ohne rechten Winkel. Eine der Herausforderungen war, besonders ebenmäßige Flächen, spitze Winkel und prä

Bild 10 „Kontinuum“, Wehrhahn-Linie Düsseldorf, Heike Klussmann und netzwerkarchitekten, Foto: netzwerkarchitekten “Kontinuum”, Wehrhahn Metro Line, Düsseldorf

Bild 11 „Kontinuum“, Ausschnitt zeigt die „Schlangenhaut“, Heike Klussmann und netzwerkarchitekten, Foto: netzwerkarchitekten “Kontinuum”, excerpt shows the „snakeskin“

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

zise Kanten zu erzeugen. In enger Zusammenarbeit mit dem Hersteller Schwab-Stein entwickelten Klussmann und netzwerkarchitekten ein neues Produktionsverfahren. Das ermöglichte es, extreme Bauteilgeometrien ohne zusätzliche statische Bewehrung zu fertigen und dabei eine sehr hohe Präzision und Oberflächengüte zu erreichen (Bild 12). Die Rauten für das Kontinuum wurden als Rohtafeln im Vakuum-Filter-Press-Verfahren produziert, anschließend zugeschnitten und auf Fuge gefräst. Das garantierte hochverdichtete, blasenfreie Rohlinge. Die Mischung bestand aus hochfestem Beton, den Zuschlagstoffen Nordisch Weiß und Quarzsand und zum Pigmentieren 130 Gramm Eisenoxid schwarz auf 100 Kilogramm Rohmasse. Zunächst wurde eine Grundform mit der Rohmasse befüllt, planiert und homogenisiert, sodass das Material gleichmäßig in der Form lag. Dann kam der Rohling in eine Betonplattenpresse und wurde mit einer Kraft von 3 000 Tonnen eine Minute lang gepresst bzw. verdichtet; hierbei wurden bis zu 50 Prozent des Wassers ausgedrückt. Nach dem zweitägigen Aushärten wurden die hochverdichteten Grundplatten an der Rückseite kalibriert und an der Sichtseite plangefräst, sodass Ebenheitstoleranzen unterhalb der DIN V 18500 erzielt wurden. Nach einer weiteren Härtephase wurden die Platten geschnitten und nachbearbeitet.

Bild 12 Betonsteinplatten, Detail des Kontinuums, Wehrhahn-Linie, Foto: Ute Latzke Artificial stone slabs, detail from the Kontinuum, Wehrhahn Line

Als Nächstes wurden die Rautenformen über ein fotogestütztes Erkennungsverfahren möglichst platzsparend auf den Rohlingen positioniert und im 5-Achs-CNC-Sägeverfahren zu den individuellen Rautenformaten geschnitten. Die Kanten wurden profiliert und pro Platte vier rückseitige Ankerlochbohrungen gesetzt. Neben den ungleich geformten Rauten mit den spitzen Winkeln sind es eigentlich die Fugen, die das Kunstwerk von Heike Klussmann ausmachen und die Illusion von Schuppen einer Riesenschlange erzeugen: „Sie geben die Gestaltung und erzeugen den Gesamteindruck. Das erfordert eine definierte Breite und gleichzeitig einen optischen Fugenverschluss, damit man nicht hindurchsehen kann, falls der Betrachter direkt vor der Wand steht. Die Lösung war ein überlappendes System aus Boden- und Deckelfalzen. Die Maßtoleranzen gestalteten sich dabei natürlich sehr eng. Eine weitere Herausforderung während des gesamten Verlaufes war die Sicherstellung möglichst maximaler Farbkonstanz“, erläutert Harry Schwab, Geschäftsführer von Schwab Stein. Für die Ausführung ist das Unternehmen mit dem Preis der Betonwerksteintage international in Berlin 2016 ausgezeichnet worden.

Schmuck und Design

Aus Beton entsteht Kunst, aber Schmuck wie zum Beispiel Ringe? Durchaus. Bisweilen wirken Pretiosen etwas grobschlächtig und werden mit Zeit bröselig durchs Tragen. Doch es geht auch anders. Wie, das zeigt der Schmuckdesigner Thomas Hauser eindrucksvoll. Für seine außergewöhnlichen Ringkreation „AAA“ wurde der Wiener mit dem renommierten Red Dot Design Award ausgezeichnet. Der Spezialbeton (UHPC – Ultra High Pressure Concrete) wurde am Institut für Hochbau und Technologie TU Wien entwickelt und setzt sich je nach Design eines Schmuckstücks aus unterschiedlichen Korngrößen und Farbzuschlägen zusammen. Eine Herausforderung war es, die richtige Viskosität herzustellen. Einerseits muss der Beton dünnflüssig sein, um das Schmuckstück zu umfließen, andererseits zäh genug, damit sich eine ausreichende Schicht am Grundkörper des Rings aus Palladium festsetzt. Dafür wurden an der TU Wien sogar Computersimulationen vorgenommen. Nach dem Erhärten der etwa 1 mm starken Betonschicht wird diese geglättet und poliert. „Edelbeton“ nennt Thomas Hauser die Materialkomposition. „Die Ästhetik von Beton ist wahnsinnig schön, das Material kann viel mehr, als man denkt.“ Das leichte Gewicht von Beton und Palladium sorgt laut Hauser für ein besonders leichtes und angenehmes Tragegefühl. Mehr Informationen dazu unter www.atelierallure.com Eine regelrechte Leidenschaft für Beton hat auch „Betoniu“. Die 2007 von den Geschäftsführern Sabine Kirschke und Felix Benhold in Leipzig gegründete Manufaktur fertigt Gegenstände für das gehobene Wohndesign aus Beton, wie Tische, Stühle, Lampen, Accessoires und Schmuck. „Echtes Handwerk und Liebe zum Produkt, eine hohe Qualität und ein spezialisiertes Team stellen Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 45

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U. Latzke: Concrete – a creative material for fine arts

U. Latzke: Ein kreativer Kunst-Stoff

sicher, dass die Verarbeitung des Naturmaterials Beton nach hohen Standards erfolgt“, heißt es auf der Website. Betoniu arbeitet mit ultrahochfestem Manufakturbeton. Dieser Hochleistungsbeton ist härter und seine Oberfläche fällt feiner aus, je nach Gießform bzw. Schalung und späterer Bearbeitung wird sie spiegelglatt. Der Manufakturbeton hat zudem den Vorteil, dass die Färbung nach dem Aushärten genauso ausfällt wie beabsichtigt. Dadurch lassen sich so unterschiedliche Designobjekte – vom filigranen Schmuck, edlen Schalen und Schreibtischlampen bis hin zum massiven Betonhocker – zuverlässig gestalten, und das ohne Materialverschwendung. Die Wirtschaftlichkeit, seine natürlichen Eigenschaften und die große Flexibilität des Materials beflügeln den kreativen Output des inzwischen siebenköpfigen Teams. Mittlerweile sind deren Designobjekte aus Beton auch international gefragt. Trotzdem legt das Team Wert auf regionale Zulieferer und ist davon überzeugt, dass es keine große Marke braucht, um seinen Designanspruch qualitativ hochwertig in Beton umzusetzen. Mehr Informationen unter www.betoniu.com

Betonskulpturen im Ozean versenkt

Wer meint, schon alles zu kennen, dürfte trotzdem beindruckt sein von der außergewöhnlichen Betonkunst von Jason deCaires Taylor, wenn nicht gar verzaubert. Insbesondere der Ausstellungsort verblüfft: Der Bildhauer versenkt seine gewaltigen Skulpturen aus Beton im Meer. Im Jahr 2012 installierte der Brite für „The Silent Evolu tion“ in acht Meter Tiefe 500 lebensgroße Skulpturen in der Karibik vor Mexiko zwischen Cancún, Isla Mujeres und Punta Nizuc. Der Unterwasserpark soll die natür lichen Tauchreviere entlasten und Korallen, Schwämmen und anderen Meerestieren Fläche bieten, um sich anzusiedeln. Der pH-neutrale und zuschlagfreie Beton wurde

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extra für das Meer entwickelt und die rauen Oberflächen und porösen Bereiche der Skulpturen bilden das ideale Habitat. 200 Tonnen Beton hat der Bildhauer hier insgesamt verbaut. Sind die Skulpturen einmal unter Wasser, sind sie der Natur ausgesetzt und die Kunst verändert sich. Das ist gewollt. Die größte Skulptur, die Taylor bislang versenkt hat, kniet seit 2014 vor New Providence, einer Insel der Bahamas: Die 5 m große Frauenfigur wiegt 60 Tonnen und musste in zehn Teilen einzeln per Boot aufs Meer transportiert und mit einem Kran herabgesenkt werden. Der Bildhauer stand auf dem Meeresboden und hat alles selbst montiert. Die Fertigstellung des nächsten spektakulären Unterwasserprojekts aus Beton rückt in greifbare Nähe. Für das Museo Atlántico vor Lanzarote, dem ersten Unterwassermuseum Europas, erschafft Jason deCaires Taylor mit seinem Team 300 lebensgroße Betonskulpturen für sechs verschiedene Installationen. Die Figuren werden in 12 bis 15 Metern Tiefe auf dem Meeresboden vor der Südspitze der Insel an der Playa Blanca auf einem Areal von 2 500 Quadratmetern herabgelassen und fest montiert. Mehr Informationen zum Künstler unter www.underwatersculpture.com

Autorin

Dipl.-Oec. Ute Latzke TEXTART Von-der-Tann-Straße 44 42115 Wuppertal ulatzke@aol.com schreibt regelmäßig im Auftrag des InformationsZentrums Beton

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Manuel Fleisch, Detlef Bahnemann

Photokatalytisch aktiver Beton: Wie innovative Baustoffe einen Beitrag zum Abbau gefährlicher Luftschadstoffe leisten können Vor allem in urbanen Regionen ist die Belastung mit Luftschadstoffen wie NOX, SO3 und flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) nach wie vor problematisch. Eine Möglichkeit, diese Stoffe abzubauen, ist ihre Oxidation an der Oberfläche eines beleuchteten Photokatalysators wie Titandioxid (TiO2). Dieses vor allem als Weißpigment bekannte Material hat die Eigenschaft, unter Bestrahlung mit Sonnenlicht oxidative Spezies an der Oberfläche auszubilden, die organische und anorganische Verbindungen zerstören können. Durch direkte Beimischung oder nachträgliche Beschichtung lassen sich innovative Baustoffe wie Betone, Putze, Pflastersteine und Dachziegel herstellen, die nicht nur ihre jeweiligen Primäraufgaben erfüllen, sondern zusätzlich dazu beitragen können, die Luftqualität der Umgebung zu verbessern.

Photocatalitically Active Concrete: How Innovative Construc tion Materials Can Contribute to the Degradation of Dangerous Air Pollutants The handling of environmental pollution caused by air pollutants like NOX, SO3 and volatile organic compounds (VOCs) is still a major challenge, especially in urban areas. One possibility to degrade these substances is by their oxidation on the surface of an illuminated photocatalyst, like the well known white pigment titanium dioxide (TiO2). Under illumination, oxidizing species are formed on the TiO2 surface, which are then able to decompose organic and inorganic species. By direct adding of or supplementary coating with the photocatalyst innovative building materials like concrete, plaster, floor plates and roof tiles are accessible, which not only fulfill their main task but also improve the air quality of the environment.

ren) Bindemitteln eingebettet, die primär die Aufgabe haben, die Farbpigmente an der beschichteten Oberfläche festzuhalten. Werden nun durch Lichteinstrahlung an der Oberfläche des TiO2 hochenergetische Ladungsträger gebildet, sind unterschiedliche Reaktionen möglich. Die photogenerierten Elektronen wirken stark reduzierend, erzeugte Löcher stark oxidierend. Im einfachsten Fall reagieren beide Ladungsträger nacheinander mit dem gleichen Molekül, das am Ende unverändert vorliegt. Dieser Fall wird als Oberflächenrekombination bezeichnet. Da die Photokatalyse an Baustoffen aber in aller Regel in Gegenwart von Luft (und damit auch Luftsauerstoff) erfolgt, ist diese Reaktion relativ unwahrscheinlich. Sehr viel häufiger wird nämlich die direkte Übertragung von photogenerierten Elektronen auf Luftsauerstoff (Reduk tion) unter Ausbildung von Superoxidradikalanionen (O2–) beobachtet. Dadurch verbleiben die hochoxidativen Löcher auf der Materialoberfläche, wo sie Bindemittelmoleküle irreversibel zerstören (oxidieren) können.

Photokatalyse – Eine Einführung

Seit Hunderten von Jahren kennen die Menschen bereits das Prinzip der Photokatalyse als den Prozess, bei dem Farben und Putze von Oberflächen herunterrieseln wie Kreide von einer Tafel. Dieser als Kreidung bezeichnete Vorgang ist in den allermeisten Fällen unerwünscht und wurde innerhalb relativ kurzer Zeit mit intensiver Forschung aufgeklärt. Hierbei wurde festgestellt, dass die Kreidung an der Oberfläche des in den Farben verarbeiteten Weißpigments Titandioxid (TiO2) erfolgt, indem es unter Bestrahlung mit Licht die Bindemittelmatrix in seiner direkten Umgebung zerstört. Für diesen Effekt verantwortlich ist die besondere elektronische Struktur des TiO2, das nicht nur ein Material mit besonders großem Brechungs index (und deshalb ein optimales Farbpigment), sondern auch ein Halbleiter und der am häufigsten eingesetzte Photokatalysator ist. Bei Bestrahlung mit Licht geeigneter Wellenlänge können diese Materialien angeregt und Elek tron-/Lochpaare erzeugt werden. Dieser Vorgang ist ganz ähnlich zu dem in einer photovoltaischen Zelle ablaufenden Prozess, allerdings können im Titandioxid erzeugte Ladungsträger nicht in einen Stromkreislauf abgeführt werden. Damit verbleiben den photogenerierten Ladungsträgern nur noch wenige Möglichkeiten. Entweder es kommt zur Rekombination unter Aussendung von Licht (in diesem Zusammenhang wird von Lumineszenz gesprochen) und/oder Wärme oder zu Folgereaktionen, bei denen Elektronen bzw. Löcher auf Reaktionspartner an der Oberfläche des TiO2 übertragen werden [1, 2]. In Farben und Putzen werden pigmentäre Bestandteile in der Regel in eine Matrix aus organischen (häufig polyme

Der Mechanismus der Photokatalyse ist schematisch in Bild 1 am Beispiel der Reaktion an einem Halbleiterpartikel dargestellt. In diesem allgemeinen Beispiel wird Licht (hν) mit einem größeren Energieinhalt als dem der Bandlückenenergie (Eg) auf ein Halbleiterpartikel (z. B. TiO2) eingestrahlt und dieses dadurch angeregt. Hierdurch werden Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband des Halbleiters angehoben, wo sie Reduktionsreaktionen, wie die Reduktion von Luftsauerstoff, initiieren können. Am Valenzband finden gleichzeitig Oxidationsreaktionen statt, die mit einer Vielzahl von Elektronendonatoren D (wie z. B. organische und anorganische Verschmutzungen) möglich sind. Diese Reaktionen laufen bei organi-

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DOI: 10.1002/best.201600506

M. Fleisch, D. Bahnemann: Photokatalytisch aktiver Beton: Wie innovative Baustoffe einen Beitrag zum Abbau gefährlicher Luftschadstoffe leisten können

Bild 1

Schematische Darstellung der Photokatalyse an einem Halbleiterpar tikel Schematic drawing of the photocatalytic process at a semiconductor particle surface

schen Molekülen unter Ausbildung verschiedenster Zwischenprodukte letztlich bis zur Ausbildung von Wasser und CO2 ab. Würde der organische Binder in Gegenwart von Sauerstoff verbrannt werden, würden sich exakt die gleichen Produkte bilden, weshalb die Photokatalyse auch als eine „kalte Verbrennung“ an der Oberfläche des Photokatalysators verstanden werden kann [1, 2]. Der Farbindustrie ist es mittlerweile gelungen, die unerwünschte photokatalytische Reaktion weitestgehend zu unterdrücken (z. B. durch Einkapselung der Pigmente in unreaktive anorganische Materialien wie Siliziumdioxid) [3]. Gleichzeitig eröffnet sie aber auch ein ganz neues Feld von Anwendungen, denn es können nicht nur nahezu alle organischen Verbindungen, sondern auch unterschiedliche anorganische Stoffe abgebaut werden. Diese Tatsache wird beispielsweise in „selbstreinigenden“ Beschichtungen genutzt und ist in Bild 2 schematisch dargestellt. Die Verschmutzung einer Oberfläche erfolgt dabei

häufig nach einem ähnlichen Muster. Durch verschiedenste Umwelteinflüsse erfolgt zunächst eine Anlagerung von organischen Substanzen (wie unterschiedlichen Fetten oder Ruß), auf der später andere Verschmutzungen (wie z. B. Staub) gut anhaften können. Diese Abfolge kann durch die Auftragung einer sehr dünnen (typischerweise im Bereich 10 bis 500 nm dicken), photokatalytisch aktiven Beschichtung unterbrochen werden. In diesem Fall werden organische Komponenten beim Eintreffen auf die Schicht und unter Bestrahlung mit UV(A)-Licht oxidiert, wodurch eine Anhaftung von anderen Schmutzpartikeln verhindert wird. Ähnlich ist es auch im Fall von Bewuchs mit Moosen und Flechten im Außenbereich. Die beim photokatalytischen Prozess gebildeten oxidativen Spezies verhindern effektiv die Anlagerung von Kleinstlebewesen (Erstbesiedlern) und die Ausbildung von Biofilmen. Hierdurch beugen photokatalytische Beschichtungen auch biologischem Bewuchs vor [1, 3]. Die Selbstreinigungswirkung dieser Beschichtungen wird zusätzlich durch den „Superhydrophilie“-Effekt (hydrophil = wasserliebend) des Photokatalysators unterstützt. Dieser sorgt dafür, dass Wasser auf beschichteten Oberflächen dünne Filme ausbildet und Tropfenbildung weitestgehend verhindert wird. Hierdurch werden Zwischenprodukte und nicht oxidierbare Verschmutzungen besonders gut von der Materialoberfläche abgewaschen und die Oberfläche selbst dadurch sauber gehalten. Zu sehen ist dieser Effekt in Bild 3, das ein halb mit TiO2 beschichtetes Float-Glassubstrat nach Bestrahlung mit UV-Licht zeigt. Bedingt durch das hohe Oxidationspotenzial der im Titandioxid ausgebildeten Elektronenlöcher kann nicht nur nahezu jede organische Verbindung abgebaut, sondern auch viele anorganische Verbindungen umgewandelt werden. So wird aus dem typischen Luftschadstoff Stickstoffmonoxid (NO) zunächst Stickstoffdioxid (NO2) und

Bild 2

Funktionsprinzip des Selbstreinigungseffektes auf photokatalytischen Oberflächen Working principle of the self-cleaning effect at a photocatalytic surface

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Bild 3

Beispiel für ein mit TiO2 beschichtetes Floatglas nach Beleuchtung mit UV-Licht. Auf der unbeschichteten Seite (links) bilden sich deutlich Wassertropfen, auf der beschichteten Seite (rechts) ein dünner W asserfilm aus Example of a TiO2 coated float glass slide after illumination with UVlight. On the uncoated side (left) water droplets are formed, while on the coated side (right) a water film is formed

schließlich Nitrat (NO3–) oder aus Schwefeloxiden (SOX) Sulfat (SO42–) gebildet [4]. Dieser Umstand eröffnet ein weiteres Anwendungsfeld, die photokatalytische Luftreinigung. Die Beseitigung von Luftschadstoffen ist dabei nicht nur mit Blick auf den aktuellen politischen Kontext besonders interessant und wird deshalb im folgenden Abschnitt ausführlicher behandelt.

Luftschadstoffe mit Photokatalysatoren aktiv bekämpfen

Die große Resonanz, die der im September 2015 auf gedeckte VW-Abgasskandal auch international erzeugt hat, macht deutlich, welch großes politisches Gewicht die Debatte um Luftschadstoffe aktuell hat. Der zentrale Streitpunkt dieser Debatte ist der Stickstoffoxidausstoß einiger VW-Fahrzeuge, der unter Laborbedingungen beim direkten Vergleich mit realen Messwerten deutlich reduziert ist [5]. Dies ist deshalb besonders heikel, weil Stickoxide photochemisch sehr aktive Stoffe sind, die nicht nur eine aktive Rolle bei der Ausbildung von saurem Regen und dem Abbau der Ozonschicht spielen, sondern auch zur Bildung von Ozon in Bodennähe und zur Reaktion mit flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) neigen. Damit sind sowohl die Stickoxide selbst, aber auch viele photochemisch von ihnen gebildete Produkte stark gesundheitsschädlich und in der Lage, Atemwegserkrankungen wie Bronchitis auszulösen. In Abgrenzung zur Bezeichnung „NOY“, die die gasför migen Sauerstoffverbindungen des Stickstoffs (inklusive z. B. N2O, N2O2, HNO2, HNO3) umfasst, wird häufig auch die Abkürzung „NOX“ verwendet, diese beschreibt aber lediglich eine Mischung der Gase Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) [6–8]. Auch wenn NOX natürlichen Ursprungs sein kann (z. B. als Folge von Waldbränden oder vulkanischer Aktivität), wird es doch in erster Linie durch den Menschen beim Verbrennen fossiler Energieträger in Kraftwerken (Kohle) oder im Straßenverkehr (Öl) erzeugt. Auf den Straßenverkehr entfallen hiervon EU-weit ca. 50 % der NOX-Emission [9]. Da vor allem in urbanen Regionen die NOX-Grenzwerte immer wieder überschritten werden, gibt es ein

Bild 4

Schematische Darstellung des photokatalytischen Stickstoffmonoxid abbaus (NO) an einer photokatalytisch aktiven Oberfläche Schematic drawing of the photocatalytic nitric oxide degradation (NO) at a photocatalytic surface

starkes politisches Bestreben, die NOX-Konzentration in der Umgebungsluft deutlich zu reduzieren. Dies kann zum einen durch Einführung immer schärferer Abgasnormen wie z. B. der Euro-6 (entspricht max. 80 mg NOX pro km für Direkteinspritzer) [10] geschehen, aber auch die Photokatalyse könnte in der Zukunft einen Beitrag hierzu leisten. Möglich wird dies, weil neben organischen Verbindungen auch anorganische Stoffe an der Oberfläche eines Photokatalysators umgewandelt werden können. Aufgrund des großen oxidativen Potenzials der unter Bestrahlung mit Licht an der Oberfläche des Katalysators gebildeten Löcher sind es zumeist Oxidationsreaktionen, aber auch Reduktionen sind möglich. Im Gegensatz zum Abbau organischer Verbindungen verläuft die photokatalytische Reaktion von anorganischen Stoffen allerdings nicht bis zum CO2, sondern in der Regel zu Ionen, die an der Oberfläche des Katalysators verbleiben. Die photokatalytische Luftreinigung am Beispiel der Oxidation von Stickstoffmonoxid ist in Bild 4 exemplarisch dargestellt. In diesem Beispiel erfolgt zunächst die Adsorption des Schadgases an der Katalysatoroberfläche. Durch Absorption von Lichtenergie größer der Bandlückenenergie Eg (im Fall des Titandioxids liegt diese, je nach Modifikation, zwischen 2,9 eV und 3,2 eV) erfolgt die Anregung des Katalysators und die Übertragung zweier photogenerierter Elektronenlöcher auf das NO. In Gegenwart von Wasser und unter Abspaltung von zwei Protonen bildet sich so NO2, das wiederum analog zum ersten Schritt zu Nitrat (NO3–) weiterreagiert. Da Nitrat nicht weiter oxidiert werden kann, verbleibt es auf der Katalysatoroberfläche, bis es schließlich durch Regen abgewaschen und in das Grundwasser abgeleitet wird. Damit wird die Oberfläche regeneriert und kann erneut NO adsorbieren. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass dieser Mechanismus von der direkten Übertragung eines Loches aus dem Valenzband auf das Stickoxid ausgeht. Tatsächlich ist dieser Prozess nach wie vor noch Gegenstand anhaltender wissenschaftlicher Diskussion, denn auch eine Reaktion Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 49

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M. Fleisch, D. Bahnemann: Photokatalytisch aktiver Beton: Wie innovative Baustoffe einen Beitrag zum Abbau gefährlicher Luftschadstoffe leisten können Tab. 1

Übersicht der aktuellen ISO-Normen zum photokatalytischen Schadstoffabbau und zur Selbstreinigung Up to date overview of the ISO tests concerning photocatalytic air purification and self-cleaning

Testbereich

Modellschadstoff

ISO-Norm

Luftreinigung

Stickstoffmonoxid Acetaldehyd Toluol Formaldehyd Methanthiol Dimethylsulfoxid Ölsäure Methylenblau

ISO 22197-1: 2007 ISO 22197-2: 2011 ISO 22197-3: 2011 ISO 22197-4: 2013 ISO 22197-5: 2013 ISO 10676: 2010 ISO 27448: 2009 ISO 10678: 2010

Bakterien

ISO 27447: 2009

Abwasserreinigung Selbstreinigung Desinfektion

über zuvor durch die Löcher gebildete Hydroxyl- oder durch die Elektronen gebildete Sauerstoffradikale ist möglich, die am Ende gebildeten Produkte sind jedoch identisch [6]. Die Quantifizierung der photokatalytischen Aktivität ist bis heute eine Herausforderung für Wissenschaftler und Anwender, denn die Aktivität des Katalysators ist nicht nur abhängig von experimentellen Parametern wie Luftfeuchtigkeit, Lichtintensität und Schadstoffkonzentration, sondern auch vom jeweiligen Modellschadstoff. Um dennoch einen möglichst aussagekräftigen Vergleich zwischen den jeweiligen Produkten herstellen zu können, wurden für die verschiedenen Anwendungsgebiete der Photokatalyse (Luft-, Abwasser-, Selbstreinigung und Desinfektion) ISO-Normen definiert, eine entsprechende Übersicht dieser Normen zeigt Tab. 1 [11]. In Bezug auf den Luftschadstoffabbau ähneln sich diese Normen experimentell stark, der prinzipielle Versuchsaufbau ist in Bild 5 schematisch dargestellt. Hierbei wird

Bild 5

das betrachtete Schadgas durch Volumenstromregler sowohl mit trockener Druckluft (zum Einstellen der Konzentration) als auch mit feuchter Druckluft (zum Einstellen der rel. Feuchtigkeit auf 50 % im Gasstrom) gemischt und in einen Reaktor aus z. B. Polymethylmethacrylat (PMMA) oder einem vergleichbaren inerten Material eingeleitet. Innerhalb des Reaktors befindet sich der Photokatalysator bzw. das beschichtete Probestück und baut dort, sofern die Probe aktiv ist, kontinuierlich einen Teil des Probegases ab. Die Beleuchtung erfolgt hierbei mittels einer UV-A-Lichtquelle. Die Konzentrationsveränderung wird am Analysator aufgezeichnet. Die Detektion der NO-Konzentration erfolgt basierend auf dem Prinzip der Chemolumineszenz, d. h., der Detektor gibt sowohl die Konzentration für NO als auch für NOX aus. Die NO2Konzentration kann dann rechnerisch als Differenz beider Werte erhalten werden. Der typische Konzentrationsverlauf einer NO-Abbau untersuchung nach ISO 22197-1 ist in Bild 6 dargestellt. Das Probegas (1 ppm NO in Luft) wird hierbei zur Dunkeladsorption zunächst ohne Beleuchtung über den Katalysator geleitet. Mit dem Einschalten des Lichts beginnt der photokatalytische Abbau und die NO-Konzentration c(NO) sinkt. Gleichzeitig kommt es durch die Oxidation von NO zur Bildung von anderen Stickoxidverbindungen c(NOY), in erster Linie NO2. Da auch die Summe beider Konzentrationen c(NO+NOY) im Verlauf der Bestrahlung sinkt, werden offensichtlich auch Spezies gebildet, die oberflächlich adsorbieren und deshalb nicht mehr vom Detektor erfasst werden. Hierbei handelt es sich um nicht flüchtige Komponenten wie Nitrat (NO3–) und Nitrit (NO2–). Die Effizienz des Katalysators bzw. des Produktes lässt sich dann entweder aus den Flächen unter den jeweiligen Kurven oder aber aus den Endkonzentrationen der Einzelkomponenten im Gleichgewicht berechnen.

Schematische Darstellung des experimentellen Aufbaus zum photokatalytischen Luftschadstoffabbau nach ISO 22197 (Angepasst nach Genehmigung durch F reitag et al. [6], Copyright (2015) American Chemical Society) Schematic drawing of the experimental setup for photocatalytic air purification according to ISO 22197 (Adapted with permission from Freitag et al. [6], Copyright (2015) American Chemical Society)

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Bild 7 Bild 6

Typischer Konzentrationsverlauf beim NO-Abbau gemäß ISO 22197-1, hier am Beispiel des kommerziellen Photokatalysators P25 der Evonik Industries AG (Nachdruck mit Genehmigung von Freitag et al. [6], Copyright (2015) American Chemical Society) Typical results of a NO degradation experiment according to ISO 22197-1, utilizing the commercial photocatalyst P25 from Evonik Industries AG (Reprinted with permission from Freitag et al. [6], Copyright (2015) American Chemical Society)

Weitere bedeutende Luftschadstoffe, vor allem in Innenbereichen, sind Acet- und Formaldehyd. Acetaldehyd ist ein weit verbreiteter Grundstoff der chemischen Industrie bei der Herstellung von Farb-, Kunst- und Aromastoffen, ist aber auch in der Natur weit verbreitet. Es steht im Verdacht krebserzeugend und, gemeinsam mit anderen flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), für das „sick building syndrome“ verantwortlich zu sein. Bei diesem Krankheitsbild zeigen Bewohner eines Gebäudes undifferenzierte Krankheitssymptome, ohne dass hierfür eine klare Ursache ausgemacht werden kann. Die Quelle für Acetaldehyd in Innenraumluft sind häufig Baumateria lien, wie z. B. Polyurethanschäume oder Holzprodukte. Letztere sind auch eine typische Quelle für Formaldehyd, das ebenfalls ein häufig auftretender Schadstoff in Innenraumluft ist. Mit Blick auf diese Problematik hat das ISOKomitee mit ISO 22197-2 (Acetaldehyd) und ISO 221974 (Formaldehyd) zwei weitere Normen entwickelt, um auch den photokatalytischen Abbau von Luftschadstoffen in Innenräumen beschreiben zu können [11].

Photokatalytisch aktive Baustoffe

Auch die Baustoffentwicklung kann sich dem allgemeinen Innovationsdruck nicht entziehen, der die kontinuierliche Weiter- und Neuentwicklung etablierter Produkte verlangt. Während früher vor allem die einfache Funktionalität der eher konservativ ausgerichteten Baustoffe im Vordergrund stand, verlangen Anwender heutzutage zusätzlichen Nutzen von modernen Produkten. Photokatalytisch aktive Materialien bieten hierbei eine einfache Möglichkeit, mit geringem Kostenaufwand einen realen Mehrnutzen für den Anwender zu erzeugen. Im Bereich der angewandten Photokatalyse sind bisher ostasiatische

Moderne WDVS-Fassade mit Bewuchs durch Algen und Flechten; kreisrunde Flecken sind hier die Folge von durch Tellerdübel ausge bildete Wärmebrücken (Mit freundlicher Genehmigung von Ingenieur Gesellschaft Schulz und Joachim Schulz) Modern exterior insulation and finish system (EIFS), grown with algae and lichen; circular spots are caused by thermal bridges (Picture with friendly permission by Ingenieur Gesellschaft Schulz and Joachim Schulz)

(vor allem japanische) Unternehmen Vorreiter, doch auch in Deutschland werden zunehmend photokatalytisch aktive Produkte entwickelt und auf den Markt gebracht. Viele deutsche Hersteller von Photokatalysatoren und deren Anwender sind dabei im „Fachverband für Angewandte Photokatalyse“ (FAP) organisiert. Für photokatalytische Anwendungen eignen sich Baustoffe besonders gut, da sie häufig dort eingesetzt werden, wo optimale Bedingungen (Licht, Regen, große Flächen) für die Photokatalyse herrschen. Neben dem im vorherigen Abschnitt ausgeführten Luftschadstoffabbau ist im Fassadenbereich vor allem die selbstreinigende Wirkung interessant. Denn die Etablierung von immer besseren Dämmstoffen führt dazu, dass Fassaden heute im Durchschnitt deutlich kühler sind als noch vor einigen Jahren. Hierdurch trocknen diese Flächen deutlich langsam ab und bilden so ideale Bedingungen für das Wachstum von Algen, Flechten und Moosen. Dieser Effekt wird in Bild 7 besonders deutlich [12]. Hier ist zu erkennen, wie der Putz einer modernen WDVSFassade (Wärmedämmverbundsystem) durch Flechten und Moose verfärbt ist. Lediglich im Bereich der zur Befestigung der Dämmung eingesetzten Dübel kommt es zur Ausbildung von Wärmebrücken und zu einer zügigen Trocknung und damit zu reduziertem Bewuchs. Effektiv verlangsamt werden kann dieser Bewuchs jedoch durch den Einsatz von photokatalytisch aktiven Außenfarben oder Putzen, wie sie auch in Deutschland angeboten werden [13]. Im Bereich der Beton- und Zementoberflächen ist die Photokatalyse ebenfalls vielseitig einsetzbar, denn in diese Materialien kann der Photokatalysator entweder durch Beimischung in die Rohmasse oder durch nachträgliche Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 51

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Bild 9

Bild 8

Freiflächen am umgenutzen U-Turm der ehemaligen Union-Brauerei in Dortmund. Der dort eingesetzte Beton basiert auf TioCem®, einem photokatalytisch aktiven Zement der HeidelbergCement AG. Bildquelle: HeidelbergCement/Fuchs Public open space at the U-Tower of the former Union-brewery in Dortmund. The used concrete is based on TioCem®, a photocataliti cally active cement produced by the HeidelbergCement AG. Source: HeidelbergCement/Fuchs

Beschichtung sehr einfach appliziert werden. Aufgrund relativ poröser Oberflächen und der chemischen Inertheit dieser Baustoffe werden gasförmige Schadstoffe oft besonders gut abgebaut. Durch direkte Beigabe des Photokatalysators in die Beton-Rohmasse sind viele dieser Produkte, im Gegensatz zu Beschichtungen, außerdem besonders gut gegen mechanische Abnutzung geschützt, da bei einem Materialabtrag auch die photokatalytische Komponente wieder mit freigelegt wird. Ein Beispiel für photokatalytisch aktiven Zement zeigt Bild 8. Hier wird auf zwei neuen Freiflächen in direkter

Abbau eines Altölflecks auf der Oberfläche eines mit Photoment® hergestellten Pflastersteins. Mit freundlicher Genehmigung der STEAG Power Minerals GmbH Degradation of an oil stain on the surface of an flagging, prepared using Photoment®. Picture with friendly permission by the STEAG Power Minerals GmbH

Nähe zum U-Turm der ehemaligen Union-Brauerei in Dortmund photokatalytisch aktiver Zement genutzt, um die Stickoxidkonzentration der Umgebungsluft abzu senken. Die eingesetzten Ortbetonplatten wurden in zwei Schritten hergestellt und bestehen aus ca. 18 cm Unter beton und 5 cm Oberton. Der Oberbeton enthält dabei TioCem®, einen photokatalytisch aktiven Zement der HeidelbergCement AG. Auch die in der VW-Autostadt ausgelegten photokatalytisch aktiven Pflastersteine wurden unter Verwendung von TioCem® hergestellt. Ein Beispiel für den Selbstreinigungseffekt auf der Oberfläche eines photokatalytisch aktiven Pflastersteins zeigt Bild 9 am Beispiel des Abbaus eines Altöltropfens. Der dort gezeigt Pflasterstein wurde unter Verwendung von photoment®, einem photokatalytisch aktiven Betonzusatzstoff der STEAG Power Minerals GmbH, hergestellt. Besonders für photokatalytische Anwendungen geeignet sind auch Dachflächen, denn im Gegensatz zu Bodenbelägen kommt es bei diesen nicht zu anthropogenen (vom Menschen verursachten) Verschmutzungen wie Reifenabrieb, die die photokatalytische Aktivität beeinträchtigen können. Außerdem sind zur Dacheindeckung genutzte Materialien, im direkten Vergleich zu Bodenbelägen, nur geringer mechanischer Beanspruchung ausgesetzt, weshalb es genügt, dünne, transparente Photokatalysator-

Bild 10 Zum Teil mit ERLUS Lotus® eingedecktes Testhaus nach drei Jahren Außenbewitterung (Mit freundlicher Genehmigung von BIOGEMA Consulting und P rofessor Wolfgang Krumbein [14]) Test house, partialy equipped with ERLUS Lotus® roof tiles after three years of weathering (Picture with friendly permission by BIOGEMA Consulting and P rofessor Wolfgang Krumbein [14])

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schichten auf das jeweilige Produkt aufzutragen. Diese können dann, neben dem Abbau von Luftschadstoffen, auch dem Bewuchs mit Algen und Flechten vorbeugen, denn Dachbaustoffe sind anwendungsbedingt besonders der Witterung ausgesetzt und neigen entsprechend stark zu biologischem Bewuchs. Auf dem deutschen Markt sind mittlerweile sowohl photokatalytische Dachsteine (z. B. von Braas GmbH und Nelskamp GmbH) als auch Dachziegel (z. B. von der Erlus AG) erhältlich. Besonders deutlich wird der Selbstreinigungseffekt eines solchen Produktes in Bild 10. Die Dachfläche des dort gezeigten Testhauses ist zu etwa zwei Dritteln mit ERLUS Lotus®Dachziegeln und zu einem Drittel mit konventionellen Dachziegeln eingedeckt. Nach nur drei Jahren ist ein deutlicher optischer Unterschied beim biologischen Bewuchs zu erkennen. Was mit dem Auge nicht zu sehen ist, ist, dass die photokatalytisch beschichtete Dachfläche im gleichen Zeitraum auch eine Vielzahl verschiedener Luftschadstoffe abgebaut und so aktiv zu einer Verbesserung der Umgebungsluftqualität beigetragen hat.

4 Fazit Selbst unter Einsatz modernster Filtertechnologie und mit Verabschiedung immer schärferer Abgasnormen bleibt die Einhaltung von Luftschadstoffgrenzwerten, vor allem im städtischen Bereich, eine große Herausforderung. Eine Möglichkeit, die Luftschadstoffkonzentration aktiv zu senken, bieten Photokatalysatoren, die Schadstoffe an ihrer Oberfläche oxidieren und in weniger schädliche Verbindungen umwandeln können. Gerade Baustoffe bieten dabei für photokatalytische Anwendungen optimale Rahmenbedingungen, denn sie werden häufig großflächig und im Außenbereich eingesetzt. Zusätzlich profitieren diese Materialien von den bewuchshemmenden Eigenschaften photokatalytisch aktiver Schichten. Damit können innovative photokatalytische Baustoffe nicht nur einen wertvollen Beitrag zur Verbesserung der Luftqualität, sondern auch zum Werterhalt der jeweiligen Immobilie leisten.

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Dr. rer. nat. Dipl.-Chem. Manuel Fleisch Leibniz Universität Hannover Institut für Technische Chemie Callinstraße 3 30167 Hannover fleisch@iftc.uni-hannover.de

Prof. Dr. rer. nat. Dipl.-Chem. Detlef Bahnemann Leibniz Universität Hannover Institut für Technische Chemie Callinstraße 3 30167 Hannover bahnemann@iftc.uni-hannover.de

Laboratorium für Photonische Nanokompositmaterialien Fakultät der Physik Staatliche Universität Sankt Petersburg Ulianovskaia Str. 3 Peterhof, Sankt Petersburg 198504, Russische Förderation

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DOI: 10.1002/best.201600505

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Christoph Becker, Marko Wieland

Fahrbahnoberflächen – Entwicklungen im Betonstraßenbau „Mobilität ist zentrale Voraussetzung für wirtschaftliches Wachstum, Beschäftigung und Teilhabe des Einzelnen am gesellschaftlichen Leben“ (Leitsatz BMVI). In diesem Kontext nimmt die Straßeninfrastruktur eine Schlüsselrolle ein. Im Straßenbau stehen neben der Steigerung von Widerstandsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit seit einigen Jahren insbesondere umwelttechnische Aspekte im Fokus. Hinsichtlich des Lärmschutzes der Bevölkerung stellt u. A. die Reduktion des Reifen-Fahrbahngeräusches einen Themenschwerpunkt dar. Im Beitrag „Fahrbahnoberflächen – Entwicklungen im Betonstraßenbau“ werden zum einen neue Möglichkeiten zur Oberflächentexturierung von Fahrbahndecken mit dichtem Betongefüge und zum anderen der Entwicklungsstand von offenporigen Betonsystemen für den Einsatz auf hochbelasteten Verkehrsflächen vorgestellt.

Road surfaces – developments in concrete road construction “Mobility is the central requirement for economic growth, employment and participation of individuals in society” (mission statement of the Federal Transport Ministry). Road infrastructure assumes a key role in this context. In road construction, particular focus has been placed in recent years on environmental aspects alongside improving resistance and economic efficiency. Reducing the noise of tyres on the road surface is one important area in terms of noise control. The article “Road surfaces – developments in concrete road construction” presents new possibilities of texturing road surfaces with dense concrete structure and outlines the development status of an open-pore concrete system for use on very busy roads.

Vergangenheit ausgeführten Fahrbahnoberflächen wie z. B. die Besenstrich- oder Jutetuchtextur besitzen gegenwärtig nur noch eine untergeordnete Rolle. Zur Reduzierung der Lärmemissionen des Straßenverkehrs werden jedoch schon heute Geräuschpegelminderungen gefordert, die mit einer Waschbetontextur nicht mehr erreicht werden können. Um diese erhöhten Lärmschutzanforderungen zu erfüllen, gilt es künftig, Oberflächen mit verbesserten akustischen bzw. lärmtechnischen Eigenschaften zu entwickeln, zu bewerten und zur Verfügung zu stellen.

Lärmtechnische Eigenschaften von Betonfahrbahn decken

Im Straßenbau rückten in den vergangenen Jahren neben der Steigerung von Widerstandsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit insbesondere umwelttechnische Aspekte in den Fokus der Untersuchungen. Eine besondere Rolle nimmt hierbei der Lärmschutz ein. Vor diesem Hintergrund besteht die Notwendigkeit, neben den allgemeinen Anforderungen an die Griffigkeit und Ebenheit auch die Funk tionseigenschaften der Straßenoberfläche im Hinblick auf deren akustische Wirkung zu verändern bzw. zu optimieren. Die Entstehung des Rollgeräusches (Reifen-Fahrbahngeräusch) basiert im Allgemeinen auf mechanischen und aerodynamischen Anregungsmechanismen der Profilklötze (Reifen) und der Luft beim Kontakt zwischen Reifen und Fahrbahn. Des Weiteren spielt bei der Roll geräuschentstehung der Horneffekt eine wichtige Rolle. Um das Reifen-Fahrbahngeräusch wirksam zu reduzieren, können verschiedene akustisch relevante Oberflächeneigenschaften einer Straßenoberfläche angesprochen werden. Dazu zählen insbesondere die Textureigenschaften sowie das Absorptionsvermögen. Zur Reduktion des Reifen-Fahrbahngeräusches werden Betonfahrbahn oberflächen im Straßenbau derzeit standardmäßig mit einer Waschbetontextur ausgeführt, welcher nach RLS 90 [1] ein Fahrbahnoberflächen-Korrekturwert (DStrO) von –2 dB(A) zugeordnet wird. Dieser Wert drückt das Emissionsverhalten der Deckschicht in Bezug auf einen Referenzbelag (nicht geriffelter Gussasphalt) aus. Die in der 54

Für die Klassifizierung findet derzeit ausschließlich die SPB-Methode (statistische Vorbeifahrt) Anwendung. Da diese Methode eine örtlich begrenzte, stationäre Einzelmessung darstellt, wird für die akustische Beurteilung von Straßenoberflächen und deren Vergleich im Rahmen von wissenschaftlichen Untersuchungen die sog. CPX-Methode (Close Proximity Methode) angewandt. Mit dem Verfahren können kontinuierliche Linienmessungen über längere Streckenabschnitte erfolgen, sodass bspw. auch eine Detektion von Pegelschwankungen entlang der Messlinie möglich ist. Das Referat „Betonbauweisen“ der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) untersucht Möglichkeiten zur Optimierung der o. g. Waschbetontextur sowie die akustische Wirkung längsgerichteter Texturen (Grinding). Neben der Beschreibung dieser neuartigen Fahrbahnoberflächen an Betonen mit dichtem Gefüge wird in diesem Beitrag insbesondere auf die Entwicklung und Untersuchung eines offenporigen Betonsystems für hochbelastete Verkehrsflächen eingegangen.

2 Oberflächentexturen dichter Betonsysteme 2.1 Waschbetontextur Die Makrotextur der Straßenoberfläche besitzt einen wesentlichen Einfluss auf die Entstehungsmechanismen des Reifen-Fahrbahngeräusches. Eine lärmtechnisch günstige Oberflächentextur stellt in diesem Zusammenhang das sogenannte „Plateau mit Schluchten“ dar. Aus diesem Grund wurde für Betondecken im Bereich von Bundesfernstraßen die sogenannte Waschbetontextur eingeführt (Bild 1). Zur Herstellung einer derartigen Textur wird unmittelbar nach dem Einbau zunächst ein Kombinationsmittel aus Oberflächenverzögerer und Nachbehandlungsmittel auf die geglättete Betonoberfläche aufgebracht. Nach hinreichender Erhärtung des Deckenbetons wird anschließend die obere Mörtelschicht in der Randzone durch Ausbürsten entfernt. Gemäß Regelwerk [1, 2] stellt diese Form der Fahrbahnoberflächentextur den Standard dar, sodass Betondecken seit 2006 fast ausschließlich in dieser Art und Weise hergestellt werden. Die allgemeine Beschreibung der Waschbetonoberfläche erfolgt in erster Linie über die Kenngrößen der „mittleren Texturtiefe“ (MPD, Mean Profile Depth) und ggf. ergänzend über die sog. „Profilspitzenanzahl“ (Richtwert in Österreich für Gesteinskörnung D ≥ 4 mm: n = 60/25 cm2

[3]). In Deutschland existieren zur Anzahl der Profilspitzen keine Anforderungen. Für die Gewährleistung einer ausreichenden Griffigkeit sowie zum Erreichen der vorgesehenen Lärmpegelminderung ist eine mittlere Texturtiefe von 0,7 ± 0,1 mm anzustreben. Die Profilspitzenanzahl gibt zudem Auskunft über die Oberflächenhomogenität sowie über die Kontaktmöglichkeiten zwischen Reifen und Fahrbahn. Die genannten Kenngrößen weisen jedoch bautechnologisch bedingte Streuungen auf (Bild 2), die zusätzlich durch äußere Einwirkungen mehr oder weniger stark beeinflusst werden. So ist neben betontechnologischen Aspekten zum einen der Zeitpunkt des Ausbürstens, insbesondere von den klimatischen Randbedingungen während der Bauphase – welche die Festigkeitsentwicklung des Betons maßgebend beeinflussen – abhängig. Zum anderen spielen die Eigenschaften der eingesetzten groben Gesteinskörnung eine wesentliche Rolle für die Gestalt der Oberflächentextur. Die Ausrichtung und das tatsächliche Höhenniveau der einzelnen Gesteinskörner an der Oberfläche sind u. a. von deren Topografie (z. B. Bruchflächigkeit und Kornform) abhängig und im Herstellungsprozess nicht zielsicher steuerbar. Zur Gewährleistung einer dauerhaften Griffigkeit werden für Waschbetone (WB) Edelsplitte bis 8 mm Größtkorn mit stetiger oder intermittierend gestufter Sieblinie sowie hoher Polierresistenz eingesetzt. Aufgrund der hohen baustofftechnischen Anforderungen an derartige Gesteinskörnungen ergeben sich für die Verfügbarkeit entsprechende Einschränkungen und eine damit verbundene Kostenintensität.

2.2

Bild 1

Bild 2

Waschbetonfahrbahndecke auf der Bundesautobahn A 14 Exposed aggregate concrete road surface on the federal motorway A 14

Detail WB mit schematisierten Rauigkeitsprofilen (links: WB idealisiert, rechts: WB real) Detail of EAC with schematic roughness profiles (left: idealised EAC, right: real EAC)

Verbesserte Waschbetontextur mittels Horizontalschleifverfahren

Wie zuvor beschrieben, weisen die Profilspitzen einer Waschbetonoberfläche in vertikaler Richtung – bedingt durch die Gesteinskorneigenschaften sowie die Herstellungstechnologie – mehr oder weniger unterschiedliche Niveaus und keine idealen Plateaus auf. Hieraus lässt sich ein nennenswertes Verbesserungspotenzial in der Makrotextur ableiten, welches in einem Niveauausgleich der Profilspitzen und der Ausbildung idealer Höhenplateaus zu sehen ist. Die Grundidee der Optimierung be inhaltet entsprechend ein präzises Angleichen und Homogenisieren des Höhenniveaus der Fahrbahnoberfläche in einem nachträglichen Arbeitsschritt (Bild 3). Für Neubaumaßnahmen von Waschbetonfahrbahndecken ist theoretisch vorstellbar, die Ausbürsttiefe im Herstellungs prozess gezielt zu erhöhen (z. B. mittlere Texturtiefe ≥ 1,1 mm) und die Gesteinskornspitzen durch nachträgliches Schleifen in eine ideale Plateauform zu überführen. In der Praxis stehen für eine derartige Vorgehensweise spezielle Horizontalschleifverfahren zur Verfügung. Um die Praxistauglichkeit des Horizontalschleifens für den Anwendungsfall „Waschbetonfahrbahndecken“ zu untersuchen, wurde Ende 2015 in Sachsen-Anhalt ein erster Pilotversuch durchgeführt und messtechnisch begleitet (Bild 4). Im Rahmen dieser Maßnahme sollte geBeton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 55

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Bild 3

Bild 4

Horizontal geschliffene Waschbetonfahrbahndecke und idealisiertes sowie reales Rauigkeitsprofil Horizontally ground exposed aggregate concrete road surface and idealised and real roughness profile

Pilotanwendung des Horizontalschleifverfahrens auf der BAB A 14 Pilot application of the horizontal grinding procedure on the federal motorway BAB A 14

klärt werden, ob und inwiefern ein gezielter niveaugleicher Abtrag von nur wenigen Zehntel Millimetern technisch realisierbar ist, ohne eine Verschlechterung der Griffigkeit und ggf. der Längs- und Querebenheit im Fahrbahnquerschnitt zu bewirken. Die Pilotanwendung erfolgte auf einem ausgewählten Streckenabschnitt der BAB A 14, da dieser zum einen eine relativ hohe mittlere Texturtiefe aufweist und zum anderen die verwendete Gesteinskörnung (Rhyolith) eine hohe Festigkeit und Polierbeständigkeit besitzt. Um die Abtragstiefe festzulegen, wurde zunächst die mittlere Texturtiefe der Oberfläche vor dem Schleifen mittels Laserprofilometer ermittelt. Im Bereich des Seitenstreifens lag diese im Ausgangszustand bei rd. 0,9 mm. Für den Schleifvorgang wurde eine Abtragstiefe von 0,2 bis 0,3 mm festgelegt. Nach dem Horizontalschleifen der Fahrbahnoberfläche betrug die mittlere Texturtiefe 0,6 mm (Bild 5). Im Ergebnis ist festzuhalten, dass mit dem Verfahren sehr geringe Abtragstiefen sowie eine Homogenisierung des Höhenniveaus realisierbar sind. Ergänzend zur messtechnischen Ermittlung der Texturtiefe wurden Lärmpegel56

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Bild 5

Reduzierung der mittleren Texturtiefe durch Anwendung des Horizontalschleifverfahrens Reduction in the average texture depth using the horizontal grinding procedure

messungen (CPX-Messungen) sowie Griffigkeitsmessungen (SKM, Seitenkraftmessverfahren) durchgeführt. Wie erwartet, ließ sich aufgrund des relativ geringen Abtrags noch keine zielführende Lärmpegelminderung erreichen. Es ist davon auszugehen, dass Abtragstiefen zwischen 0,4 und 0,5 mm notwendig sind, um nennenswerte Pegelminderungen herbeizuführen. Die Ergebnisse der SKM-Messungen zeigten dagegen einen signifikanten Griffigkeitszuwachs der Fahrbahnoberfläche. Ursächlich kann hierfür die Veränderung der Mikrotextur an der Gesteins körnung durch den Schleifvorgang im Kontext mit der Plateaubildung gesehen werden. Aufgrund der bis dato positiven Erfahrungen gilt es künftig, durch weitere Anwendungen und ein Langzeitmonitoring die Eignung des Verfahrens zur Optimierung von Waschbetonfahrbahndecken sowie als griffigkeitsverbessernde Maßnahme im Betonstraßenbau nachzuweisen.

2.3 Grinding Eine weitere Möglichkeit der Texturierung dichter Fahrbahndecken aus Beton stellt die Weiterentwicklung des sogenannten Grindings dar, bei dem mittels Diamantschleifverfahren definierte, längsgerichtete Texturen in die Oberfläche des erhärteten Straßenbetons eingebracht werden. Dieses Verfahren findet im Bereich der bau lichen Erhaltung schon seit über 15 Jahren als griffigkeitsverbessernde Maßnahme Anwendung, da die erzeugten Oberflächen dauerhaft ein hohes Griffigkeitsniveau aufweisen. In den letzten Jahren fand eine Weiterentwicklung des Grindingverfahrens statt, um neuartige, idealisierte Texturen mit verbesserten lärmtechnischen Eigenschaften zielsicher und präzise herstellen zu können. Zu diesem Zweck wurde die Technologie u. a. hinsichtlich der Abtastung der Ebenheit, der messtechnischen Steuerung sowie der Linienführung (Optimierung der Überlappungsbereiche) verbessert. Für die praktische Umsetzung stehen spezielle Technologien mit Grindingwellen von einer Breite von bis zu 1,40 m zur Verfügung.

Einen wesentlichen Vorteil des Verfahrens stellt seine Robustheit dar, da die Herstellung der Texturen witterungsunabhängig im Festbeton erfolgen kann. Für die Ausführung sind jedoch betontechnologische Besonderheiten zu beachten. So ist beispielsweise für die Dauerhaftigkeit von Bedeutung, dass die Profilierung vorrangig in der Gesteinskörnung stattfindet, da diese im Vergleich zur Zementsteinmatrix einen höheren Verschleißwiderstand aufweist. Weiterhin ist die Mörtelschichtdicke bei der Herstellung möglichst dünn einzustellen, um die notwendige Abtragstiefe gering zu halten. Die Anwendung des Verfahrens ist in erster Linie für den Neubau vorgesehen. Eine Anwendung an Betondecken im Bestand ist ebenfalls möglich, wenn diese eine hinreichende Deckendicke besitzen und die o. g. betontechnischen Anforderungen erfüllen. Um die Wirtschaftlichkeit der Technologie für den Neubau zu erhöhen, ist hier eine Substitution des Edelsplitts anzustreben, sodass im Vergleich zur Waschbetonbauweise nur geringfügige verfahrensbedingte Mehrkosten entstehen. Grundsätzlich werden aktuell im Betonstraßenbau Grindingtexturen untersucht, die sich hinsichtlich ihrer akustischen Eigenschaften in zwei Kategorien unterscheiden lassen: Das Schleifen einer Standardtextur als Alternative zum Waschbeton (Typ S, Bild 6) sowie eine Textur mit verbesserten akustischen Eigenschaften (Typ A, Bild 7). Seit 2013 konnten derartige Texturen sowohl an Neubauals auch an Bestandsstrecken mehrfach umgesetzt werden. Die Ergebnisse von CPX-Messungen lassen dabei an speziellen Texturen (Typ A) Lärmminderungen von bis zu –5 dB(A) erwarten. Zudem kann mit dem Verfahren durch die Kombination von zwei Schleifvorgängen (Ebenheits- und Texturgrinden) das Ebenheitsniveau der Fahrbahndecke erhöht werden. Baupraktisch ließen sich im Rahmen modifizierter Anwendungen erhöhte Ebenheitsanforderungen von ≤ 2 mm/4 m umsetzen. Bezogen auf die Dauerhaftigkeit wirkt sich dies günstig auf die auftretenden Lastimpulse aus Interaktion zwischen Fahrzeug und Fahrbahn (abgeminderte Stoßfaktoren) aus, wodurch

Bild 6

Oberfläche einer mittels Grindingverfahren texturierten Betonfahrbahndecke „Typ S“ “Type S” concrete road surface textured using a grinding procedure

Bild 7

Oberfläche einer mittels Grindingverfahren texturierten Betonfahrbahndecke „Typ A“ “Type A“ concrete road surface textured using a grinding procedure

theoretisch eine Erhöhung der Nutzungsdauer zu erwarten ist. Ein weiterer positiver Effekt ergibt sich aus einer Erhöhung des Fahrkomforts. Die Dauerhaftigkeit aller maßgebenden Oberflächeneigenschaften vom Texturtyp S wird derzeit überprüft, um eine abgesicherte, zeitnahe Überführung ins Regelwerk zu erwirken. Ferner stehen insbesondere weitere wissenschaftliche Untersuchungen zur betontechnologischen Optimierung sowie zum Nachweis der Dauerhaftigkeit verschiedener Texturen des Typs A aus.

3 Offenporige Betonsysteme 3.1 Allgemeines Neben der gezielten akustischen Optimierung von Oberflächentexturen an Fahrbahnen mit dichtem Betongefüge besteht physikalisch die Möglichkeit, zusätzlich die tex turunabhängigen Eigenschaften einer Oberfläche anzusprechen. Theoretisch ist bekannt, dass durch die gezielte Verwendung von Baustoffen, die aufgrund ihrer Porosität ein hohes Absorptionsvermögen aufweisen und so u. a. den kinetischen Anteil der Schallenergie verringern, eine deutliche Reduktion des Reifen-Fahrbahngeräusches erzielt werden kann. Hierfür ist ein entsprechend zugängliches, oberflächennahes, poröses Materialgefüge mit untereinander verbundenen (kommunizierenden) Poren erforderlich. Um einen Absorptionsgrad von ≥ 90 % zu erreichen, ist für offenporige Fahrbahnbeläge in Beton ein Mindesthohlraumgehalt von ca. 18 Vol.-% notwendig. Streckenabschnitte mit vergleichbaren offenporigen Fahrbahnbelägen weisen in der Regel messtechnisch eine Pegelminderung von mehr als –7 dB(A) auf. Infolge des systembedingten hohen Drainagevermögens kann ferner die Sprühfahnenbildung bei starken Niederschlägen reduziert und somit die Verkehrssicherheit erhöht werden (Bild 8). Zusätzlich ergeben sich für den Beton gegenüber Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen 57

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den. Dies ist notwendig, da aufgrund der geringeren Nutzungsdauer im Vergleich zum Unterbeton eine explizite und ggf. mehrfache Erneuerung der Oberbetonschicht zu gewährleisten ist. Im Rahmen der Entwicklung galt es, folgende Schwerpunkte zu bearbeiten:

Bild 8

Zugängliches Makroporensystem des OPB – schematische Darstellung [4] Accessible macropore system of the OPC – schematic diagram [4]

vergleichbaren Asphaltbelägen (z. B. offenporiger Asphalt) folgende Vorteile: – das Stoffsystem erfährt keine plastischen/thermoplastischen Verformungen – das Porensystem zeigt eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, da der Zementstein gegenüber Bitumen keine Klebrigkeit aufweist – in die Hohlräume eingedrungene Feinpartikel (Schmutz) können mit speziellen Geräten (z. B. HDWDrehjet-Verfahren) nahezu vollständig entfernt werden – höhere geplante Nutzungsdauer (normative Nutzungsdauer ≈ 10 Jahre) Bei der Entwicklung eines derartigen Betons ergeben sich aus dem hohen Hohlraumgehalt jedoch Zielkonflikte im Kontext mit den Anforderungen an die Dauerhaftigkeit. So stehen beispielsweise Porosität und Festigkeit eines Baustoffs im direkten Zusammenhang. Da die vorliegenden Beanspruchungen (Klima und Verkehr) von unbewehrten Fahrbahndecken neben hinreichenden Druckund Zugfestigkeiten auch günstige Verformungseigenschaften des Betons fordern, ist die Betonkonzeption iterativ und im Zusammenhang mit zahlreichen experimentellen Untersuchungen vorzunehmen.

3.2

Offenporiger Beton (OPB)

Ein gemeinsames Forschungsprojekt der BASt und der Gütegemeinschaft Verkehrsflächen aus Beton e.V. (GVB) beschäftigt sich seit 2012 mit der Entwicklung eines speziellen offenporigen Betonfahrbahnbelags für den Straßenbau. Abweichend von der derzeit praktizierten zweischichtigen Bauweise „frisch an frisch“ sollte der OPB (mit durchgehend offenporigem Gefüge) als Oberbeton auf einen bereits erhärteten Unterbeton aufbetoniert wer58

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– Festlegung relevanter Materialparameter für den Frisch- und Festbeton sowie Ableitung bzw. Definition von Anforderungswerten für die Praxis – Vorauswahl geeigneter Ausgangsstoffe für das Mehrstoffsystem – iterative Entwicklung der Betonrezeptur sowie labortechnische Ermittlung relevanter straßenbautypischer Materialkennwerte – Abklärung verarbeitungstechnologischer Aspekte für die praktische Umsetzung (z. B. Misch- und Einbautechnik) – Verbund zwischen OPB und hydraulisch gebundener Unterlage (Unterbeton) – Planung, Herstellung und wissenschaftliche Betreuung eines großmaßstäblichen Demonstrators in einer Großversuchshalle (Modellstraße) – Planung, Herstellung und wissenschaftliche Betreuung einer Versuchsstrecke im Bundesautobahnnetz In einem ersten Schritt wurden für den OPB die für einen klassischen Oberbeton geltenden Materialkennwerte und -anforderungen angesetzt. Neben den Anforderungen an die Frost-Tausalz-Beständigkeit und die Straßenbetonklasse StC 30/37 – 3,0 betrifft dies insbesondere jene an die akustischen Eigenschaften (Hohlraumgehalt/Absorptionsgrad). Um einen optimalen Absorptionsgrad zu erlangen, ist neben dem Gesamthohlraumgehalt ebenso die Zugänglichkeit und Verteilung der Poren im Betongefüge von entscheidender Bedeutung. Die sich unter Verdichtung einstellende Porosität ist dabei in erster Linie von den Eigenschaften der Gesteinskörnung (z. B. Sieblinie, Kornform, Rauheit bzw. innerer Reibungswinkel) und des Zementleims (z. B. Viskosität, Klebrigkeit bzw. Affinität zum Gestein) sowie dem Leimgehalt abhängig. Der optimale Leimgehalt ist theoretisch so einzustellen, dass die Gesteinskörner vollständig ummantelt werden und eine hinreichend kraftschlüssige Verbindung zwischen den Körnern stattfinden kann, die Poren jedoch nicht durch überschüssigen Zementleim verschlossen werden. Für die Gesteinskörnungen ließen sich demnach folgende allgemeine Anforderungen ableiten: – Verwendung einer intermittierend gestuften Sieblinie (Ausfallkörnung) zur Erreichung einer hohlraumreichen Haufwerksstruktur – Einsatz der Korngruppe 5/8 mm zur Erzielung einer Makrotextur mit guten akustischen Eigenschaften (analog zum Waschbeton) – gedrungene Kornform (Kornformkennzahl SI ≤ 15) zur Erzielung einer robusten, homogenen Haufwerksstruktur unter Verdichtungseinwirkung Da die Korngröße entsprechend der gewählten Lieferkörnung mehr oder weniger stark variiert und sich die Korn-

form naturgemäß heterogen darstellt, kann deren spezifische Oberfläche, die mit Leim zu benetzen ist, jedoch nur näherungsweise abgeschätzt werden. Allgemein ist bekannt, dass sich eine ungünstige Kornform u. a. aufgrund der Ausrichtung der einzelnen Körner während des Verdichtungsvorgangs negativ auf die Qualität und die Zugänglichkeit der Poren im Festbeton auswirkt. Um qualitative und quantitative Aussagen zu den Haufwerksporen und zur Packungsdichte verschiedener Gesteinskonglomerate zu erhalten, wurden experimentelle Untersuchungen mittels 3D-Mikroröntgencomputer tomografie durchgeführt. Zum Untersuchungsumfang zählten hierbei vier grobe Gesteinskörnungen, die insbesondere signifikante Unterschiede in ihrer Kornform (Kornformkennzahl SI von 3 bis 31) aufwiesen. Die Konglomerate wurden hierzu im unverdichteten und vollständig verdichteten Zustand untersucht, um Erkenntnisse zur Ausprägung und räumlichen Verteilung der Haufwerksporen zu erhalten. Auszugsweise zeigen die Bilder 9

Bild 9

3D-CT-Aufnahmen eines unverdichteten und verdichteten Granit-Konglomerates [5] 3D CT images of an non-compacted and compacted granite conglo merate [5]

Bild 10 3D-CT-Aufnahmen eines unverdichteten und verdichteten GrauwackeKonglomerates [5] 3D CT images of a non-compacted and compacted greywacke conglomerate [5]

und 10 vergleichend das Haufwerk eines Granit- und Grauwacke-Konglomerats in beiden Zuständen. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die Packungsdichte sowie der Volumenanteil an Haufwerksporen beider Konglomerate im unverdichteten und verdichteten Zustand annähernd identisch sind (Bilder 11 und 12). Erwartungsgemäß ergaben sich jedoch abhängig von der Kornform der Gesteinskörner erhebliche Unterschiede in der Qualität des Korngerüsts sowie der Porengröße und der homogenen räumlichen Verteilung der einzelnen Poren. Die Granitkörnung, die sich durch eine gute Kubi zität (Kornform SI = 3) auszeichnet, konnte die gestellten Anforderungen erfüllen. Ferner lässt das erzielte Korn gerüst einen homogenen Lastabtrag erwarten. Hingegen stellten sich bei der Grauwacke im verdichteten Zustand die Porengröße, die Porenverteilung und auch das Korngerüst heterogen dar, was sich hauptsächlich auf den hohen SI-Wert von 31 zurückführen lässt. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde der Leimgehalt für die weiter-

Bild 11 Hohlraumgehalt unverdichtetes und verdichtetes Granit- und Grau wacke-Konglomerat Cavity content of non-compacted and compacted granite and greywacke conglomerate

Bild 12 Packungsdichte unverdichtetes und verdichtetes Granit- und Grau wacke-Konglomerat Packing density of non-compacted and compacted granite and greywacke conglomerate

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führenden Untersuchungen am Frischbeton (Verarbeitbarkeit) und Festbeton (Betonfestigkeit) festgelegt. Ferner wurde geschlussfolgert, dass eine Gesteinskörnung mit einer Kornformkennzahl von SI ≤ 10 zum Einsatz kommen sollte. Durch den Einsatz spezieller Zusatzmittel (FM, VZ) und Zusatzstoffe (Kunststoffdispersionen, Kunststofffasern) galt es zudem, die Verarbeitbarkeit des Frischbetons als auch die Dauerhaftigkeit des Festbetons – insbesondere unter dynamischer Beanspruchung – sowie die Verformungseigenschaften gezielt einzustellen. Unter Verwendung der für den jeweiligen Iterationsschritt festgelegten Betonrezeptur erfolgten zahlreiche Laboruntersuchungen und -prüfungen. Im Ergebnis konnten die im Labor hergestellten Betone die aufgestellten Anforderungen an einen Fahrbahndeckenbeton erfüllen. Der Frischbeton wies hingegen bei hohen Temperaturen sowie bei nachträg lichem Energieeintrag durch Verdichtung noch Sensitivitäten hinsichtlich der Konsistenz auf. In der zweiten Untersuchungsstufe wurde ein großmaßstäblicher Demonstrator (L = 18,0 m, B = 2,5 m) in einer Großversuchshalle der BASt hergestellt, um erste baupraktische Erkenntnisse bei der Herstellung und dem Einbau zu gewinnen. Zudem wurde der Demonstrator für zusätzliche Untersuchungen der Verbundkonstruktion unter definierten Randbedingungen genutzt. Der kon struktive Aufbau erfolgte gemäß den RStO, Tafel 2, Zeile 3.1, Belastungsklasse Bk 100 [6]. Aus einbautechnischen Gründen wurde entgegen den ZTV Beton-StB die Schichtdicke des offenporigen Betons als Oberbeton mit 7 cm festgelegt. Vor dem Einbau des OPB wurde mit entsprechendem zeitlichen Vorlauf die oben angeführte Konstruktion hergestellt, der Unterbeton mittels Kerbung in drei Plattenfelder unterteilt und die Oberfläche für die nachträgliche Überbauung im Kugelstrahlverfahren präpariert. Aufgrund der Sensitivität der Rezeptur war in Vorbereitung auf den Einbau eine Selektion infrage kommender stationärer Betonmischanlagen erforderlich. Die Auswahl erfolgte im Wesentlichen nach folgenden Kriterien: hohe Genauigkeit bei der Dosierung der Ausgangsstoffe, Pumpe zur Förderung der Kunststoffdispersion sowie Möglichkeit der Faserzugabe. Zur Beurteilung der Mischqualität und Verarbeitbarkeit wurden an der gewählten Anlage Misch- und Einbauversuche durchgeführt. Der finale Einbau des Oberbetons erfolgte mit einem Straßenfertiger unter Verwendung einer speziellen starren Hochverdichtungsbohle (Bild 13). Unmittelbar vor dem Einbau des OPB wurde eine hydraulisch gebundene, polymermodifizierte Haftbrücke mit einer Auftragsmenge von ca. 1,25 kg/m2 aufgebracht. Die Nachbehandlung des OPB erfolgte kombiniert mittels wassergesättigtem Vliesstoff und Folie über einen Zeitraum von 28 Tagen. Zur Ermittlung der am Bauwerk erzielten Festigkeiten sowie zur Beurteilung des Betongefüges wurden Bohrkerne entnommen. Im Ergebnis erfüllte der OPB die Anforderungen an die Festigkeiten. Die Untersuchungen am 60

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Bild 13 Herstellung der OPB-Modellstraße in der Großversuchshalle Creation of the OPC model road in the large-scale testing hall

Betongefüge zeigten jedoch eine Zementsteinanreicherung im oberflächennahen Bereich. Hieraus ergaben sich eine Beeinträchtigung des akustisch wirksamen Hohlraumgehalts sowie eine inhomogene Hohlraumverteilung. Der mittels Tauchwägung an Laborprüfkörpern bestimmte zugängliche Gesamthohlraumgehalt lag bei ca. 10 Vol.-%. Zur dreidimensionalen Bestimmung der Poren- bzw. Hohlraumverteilung innerhalb der OPB-Schicht wurden an gesonderten Proben computertomografische Untersuchungen durchgeführt. Es zeigte sich, dass der Hohlraumgehalt bei Betrachtung der beiden Bezugsebenen (x-z- und y-z-Ebene) tendenziell von oben nach unten ansteigt und prozentual zwischen neun und 23 Vol.-% liegt (Bild 14). Die oben genannten Faktoren spiegeln sich auch in Untersuchungsergebnissen zum Absorptionsvermögen wider. Bild 15 zeigt vergleichend den mittels Kundt’schem Rohr bestimmten Absorptionsgrad einer Probe aus der Erstprüfung sowie aus dem Bauwerk. Ursächlich sind für die Anreicherung des Zementleims an der Oberfläche folgende Punkte einzeln und/oder in Kombination anzuführen: – – – –

zu hoher Leimgehalt, zu weiche Betonkonsistenz, zu niedrige Leimviskosität, und die Einbautechnologie.

So ist eine optimale Einstellung der einzelnen Aggregate der Einbaubohle (Stampfen und Vibration) – bedingt durch die kurze Einbaustrecke – nur schwer realisierbar. In Vorbereitung auf die dritte Untersuchungsstufe wurden die gewonnenen Erkenntnisse genutzt und die Betonrezeptur nochmals modifiziert. Im Wesentlichen ist hier die Reduzierung des Leimgehalts um ca. 10 Vol.-% auf 225 l/m3 anzuführen. Auch mit dieser Betonrezeptur ließen sich die zuvor genannten Anforderungen erfüllen. In Kooperation zwischen der Autobahndirektion Nord-

Bild 14 Mittels CT-Untersuchung ermittelte Hohlraumverteilung im OPB Cavity distribution in the OPC determined by CT examination

Bild 16 Herstellung der zweiten Einbaubahn auf der OPB-Versuchsstrecke „PWC-Anlage Silberbach Nord“ (BAB A 6) mit einem Straßenfertiger (Vögele S1900) mit modifizierter Hochverdichtungsbohle Creation of a second paved strip on the OPC test road “Service station Silberbach North“ (federal motorway A 6) with a road paver (Vögele S1900) with modified high compaction screed

Untersuchungen ist eine erste Beurteilung der Dauerhaftigkeit von Oberbaukonstruktionen mit OPB unter Praxisbedingungen mit erhöhten mechanischen Beanspruchungen infolge Lkw-Rangierverkehr. Hierbei gilt es u. a. Reflexionsrisse und ggf. auftretende Kornausbrüche in der Oberfläche zu erfassen und deren Einfluss auf die Dauerhaftigkeit zu beurteilen. Ferner sollen auf der Versuchsstrecke erstmals Erkenntnisse zu den akustischen Eigenschaften, der Griffigkeit sowie deren zeitlichen Verlauf unter Verwendung schnell fahrender Messsysteme gewonnen werden. Bild 15 Mittels Kundt’schem Rohr bestimmter Schallabsorptionsgrad einer Laborprobe und einer Bauwerksprobe Sound absorption degree of a laboratory sample and a structure sample determined using Kundt’s tube

bayern, der GVB und der BASt erfolgte im Herbst 2016 die Planung und Herstellung einer Versuchstrecke im Rahmen der Baumaßnahme „PWC Silberbach Nord, BAB A 6“. Als ausführendes Unternehmen war hier die Firma Leonhard Weiss GmbH & Co. KG tätig. Unter Beibehaltung der im Großversuch verwendeten Oberbaukonstruktion kam hier der OPB als Oberbeton in einer Lkw-Fahrgasse auf einer Fläche von ca. 2 000 m2 zur Anwendung. Folglich wurde der OPB auf einem 22 cm dicken Unterbeton in Plattenbauweise mit einer Schichtdicke von 7 cm durchgehend aufgebracht. Der Einbau erfolgte mit einem Straßenfertiger in zwei parallel verlaufenden Fertigungsbahnen mit jeweils einer Länge von ca. 200 m und einer Breite von 5 m (Bild 16). Neben den allgemeinen, derzeit noch laufenden labortechnischen Untersuchungen ist ein Monitoring der Versuchsstrecke über einen Zeitraum von fünf Jahren geplant. Ziel dieser

Fazit und Ausblick

In den vergangenen Jahren wurde im Straßenbau intensive Forschung zur Reduzierung des Verkehrslärms betrieben. Die Prognosen sagen für die Zukunft zudem ein weiter wachsendes Verkehrsaufkommen – insbesondere für den Verkehrsträger „Straße“ – voraus. Vor diesem Hintergrund wird die Reduktion des Verkehrslärms auch zukünftig eine zentrale Rolle einnehmen. Im Beitrag wurden verschiedene neue Entwicklungen zur Reduktion des Reifen-Fahrbahngeräusches an der Fahrbahnoberfläche beschrieben. Neben dem Ansatz der gezielten Herstellung akustisch wirksamer Oberflächentexturen für Betonfahrbahndecken mit dichtem Gefüge wurde parallel ein offenporiges Betonsystem entwickelt und erprobt. Untersuchungen zur Praxistauglichkeit, Dauerhaftigkeit und Wirtschaftlichkeit werden derzeit durchgeführt, um bei positivem Ergebnis eine Überführung in das Regelwerk zu erwirken. Somit stehen im Bereich des Betonstraßenbaus nachhaltige Alternativen zu anderen lärmmindernden Fahrbahnoberflächen/-belägen zur Verfügung, um die künftigen Anforderungen einer modernen Straßen infrastruktur zu erfüllen.

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Literatur [1] Richtlinien für den Lärmschutz an Straßen, RLS-90. Köln, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, 1990. [2] Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln und Fahrbahndecken aus Beton, ZTV Beton-StB. Köln, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrs wesen, 2007. [3] Technische Vertragsbedingungen Betondecken, Deckenherstellung, RVS 08.17.02. Wien, Österreichische Forschungsgesellschaft Straße – Schiene – Verkehr, 2011. [4] Wacker Chemie AG: Neue Polymere für wasserdurchlässige Betonfahrbahnen: Das Projekt Bebenroth-Tunnel. URL: https://www.wacker.com/cms/de/press_media/press_service/ feature_service/feature-detail_42179.jsp (Stand: 21.12.2016), 2013. [5] MFPA Leipzig GmbH: Charakterisierung von vier Gesteinskörnungen und von zwei Gesteinskornkonglomeraten u. a. mit der 3D-µXCT. Leipzig, 2014, unveröffentlicht. [6] Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen, RStO. Köln, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, 2012.

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

Autoren

M. Eng. Christoph Becker Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) Referat – Betonbauweisen Brüderstraße 53 51427 Bergisch Gladbach becker@bast.de

Dr.-Ing. Marko Wieland Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) Referatsleiter GS2 – Betonbauweisen Brüderstraße 53 51427 Bergisch Gladbach wieland@bast.de

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Impressum Die Zeitschrift „Beton- und Stahlbetonbau“ veröffentlicht Beiträge über Forschungsvorhaben und -ergebnisse sowie über Entwurf, Berechnung, Bemessung und Ausführung von Beton-, Stahlbeton- und Spannbetonkonstruktionen im gesamten Bauwesen.

Produkte und Objekte Dr. Burkhard Talebitari Tel.: +49 (0)30/47031-273, Fax: +49 (0)30/47031-229 btalebitar@wiley.com

Die in der Zeitschrift veröffentlichten Beiträge sind urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieser Zeitschrift darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Fotokopie, Mikrofilm oder andere Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsanlagen, verwendbare Sprache übertragen werden. Auch die Rechte der Wiedergabe durch Vortrag, Funk oder Fernsehsendung bleiben vorbehalten. Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder Gebrauchsnamen, die in der Zeitschrift veröffentlicht werden, sind nicht als frei im Sinne der Markenschutz- und Warenzeichen-Gesetze zu betrachten, auch wenn sie nicht eigens als geschützte Bezeichnungen gekennzeichnet sind.

Gesamtanzeigenleitung Fred Doischer

Redaktion Prof. Dipl.-Ing. DDr. Dr.-Ing. E.h. Konrad Bergmeister Dipl.-Ing. Kerstin Glück Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Konstruktiven Ingenieurbau Peter-Jordan-Straße 82, A-1190 Wien Tel.: +43 (0)147654-87552 bust@iki.boku.ac.at

Anzeigenleitung Johannes Krätschell Tel.: +49 (0)30/47031-242, Fax: +49 (0)30/47031-230 johannes.kraetschell@wiley.com Verkauf von Sonderdrucken Janette Seifert Tel.: +49 (0)30/47031-292, Fax: +49 (0)30/47031-230, janette.seifert@wiley.com www.ernst-und-sohn.de/sonderdrucke Kunden-/Leserservice Wiley-VCH Kundenservice für Ernst & Sohn Boschstr. 12, D-69469 Weinheim Tel.: +49 (0)8001800536 (innerhalb Deutschlands) +44(0)1865476721 (außerhalb Deutschlands) Fax: +49(0)6201606184 Schnelleinstieg: www.wileycustomerhelp.com Einzelheft-Verkauf: CS-Germany@wiley.com

Wissenschaftlicher Beirat Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach TU Dresden, Institut für Massivbau D-01062 Dresden Tel.: +49 (0)351/46337660 manfred.curbach@tu-dresden.de

Aktuelle Bezugspreise Die Zeitschrift „Beton- und Stahlbetonbau“ erscheint mit 12 Ausgaben pro Jahr. Neben „Betonund Stahlbetonbau print“ steht „Beton- und Stahlbetonbau online“ im PDF-Format über den Online-Dienst WileyOnlineLibrary im Abonnement zur Verfügung. Bezugspreise

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Oliver Fischer TU München, Lehrstuhl für Massivbau D-80290 München Tel.: +49 (0)89/28923038 oliver.fischer@tum.de

Inland 523 € Studenten Schweiz 817 sFr Studenten

print+online Einzelheft 628 € 129 € 981 sFr 214 sFr

48 € – 78 sFr –

Das Abonnement gilt zunächst für ein Jahr. Es kann jederzeit mit einer Frist von drei M onaten zum Ablauf des Bezugsjahres schriftlich gekündigt werden. Ohne schriftliche Mitteilung verlängert sich das Abonnement um ein weiteres Jahr.

Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Mark Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Massivbau Postfach 102148 D-44721 Bochum Tel.: +49 (0)234/32 25980 peter.mark@rub.de

Alle Preise sind Nettopreise. Die Preise sind gültig bis 31. August 2017. Irrtum und Änderungen vorbehalten. Spezielle Angebote und Probeheftanforderung unter www.ernst-und-sohn.de

Dr.-Ing. Lars Meyer Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E.V. Postfach 110512 Kurfürstenstraße 129, D-10835 Berlin Tel.: +49 (0)30/236096-0 meyer@betonverein.de

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Dr.-Ing. Karl Morgen WTM ENGINEERS GmbH Beratende Ingenieure im Bauwesen Ballindamm 17, D-20095 Hamburg Tel.: +49 (0)40/35009-0 info@wtm-hh.de

Beton- und Stahlbetonbau, ISSN 0005-9900, is published monthly. US mailing agent: SPP, PO Box 437, Emigsville, PA 17318. Periodicals postage paid at Emigsville PA. Postmaster: Send all address changes to Beton- und Stahlbetonbau, John Wiley & Sons Inc., C/O The Sheridan Press, PO Box 465, Hanover, PA 17331.

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Verlag Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co.KG Rotherstraße 21, D-10245 Berlin Tel. +49 (0)30/47031-200, Fax +49 (0)30/47031-270 info@ernst-und-sohn.de www.ernst-und-sohn.de Amtsgericht Charlottenburg HRA33115B Persönlich haftender Gesellschafter: Wiley Fachverlag GmbH, Weinheim Amtsgericht Mannheim HRB 432736 Geschäftsführer: Sabine Steinbach, Franka Stürmer Steuernummer: 47013 / 01644 Umsatzsteueridentifikationsnummer: DE 813496225

Beilagenhinweis: Diese Ausgabe enthält folgende Beilagen: Verlag Ernst & Sohn, 10245 Berlin

Beton- und Stahlbetonbau Sonderheft „Betonoberflächen“ April 2017 Bestell-Nr.: 5093-0117 25,–* € inkl. MwSt. und Versandkosten Bestellung unter www.ernst-und-sohn.de/sonderhefte Mengenrabatte und Sonderdrucke auf Anfrage, Ernst & Sohn, Berlin * Bezugspreis bei Erscheinen. Irrtum und Änderungen vorbehalten.

Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2017 – Betonoberflächen

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Bild: Grimseltor AG

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