Ein Verzögerungskonzept für Hochleistungsbeton

Kerstin Wassmann, Rolf Silbereisen, Berlin

Die Verzögerung der Hydratation von Normalbetonen mit relativ langsamer Festigkeitsentwicklung ist als Stand der Technik zu bezeichnen. Im Folgenden soll die zeitlich abgestufte Verzögerung von maximal 12 Stunden bis zur verzögerungsfreien Herstellung bei Hochleistungsbeton B 85 für einen Brückenüberbau beschrieben werden. Damit sollte der gleichzeitige Hydratationsbeginn des gesamten Betons eines jeden Betonierabschnittes erreicht werden.

Diese Gleichmäßigkeit der Erhärtungsprozesse war die Basis für eine zeitnahe softwareunterstützte Berechnung der Frühfestigkeit des Betons, anhand derer der Zeitpunkt des Erreichens der geplanten Festigkeit zum Aufbringen der Teilvorspannung bestimmt und dem mit den Spannarbeiten beauftragten Unternehmen vorgegeben werden konnte. Die dazu erforderlichen technologischen Voraussetzungen und die durchgeführten Versuche einschließlich Umsetzung an der Luckenberger Brücke werden vorgestellt.

1.      Aufgabenstellung

Abweichend von den bisherigen kleineren Brückenbauwerken in Deutschland, bei denen Hochleistungsbeton eingesetzt wurde, sollte erstmals Beton der Güte B 85 in Mengen von 180 m³ bis 340 m³ pro Überbausegment verarbeitet werden. Der in der Luckenberger Brücke in Brandenburg siehe Bild 1 sowie der Brücke über die Mulde in Glauchau siehe Bild 2 eingesetzte Beton wurde von der BBQ Bautechnik Süd-Ost GmbH (Readymix-Gruppe) entwickelt, nachgewiesen und in seiner Anwendung betreut, wie bereits in der letzten Ausgabe der Zeitschrift "beton" ausführlich beschrieben.

Bild 1 Luckenberger Brücke über die Havel bei Brandenburg

Bild 2              Brücke über die Zwickauer Mulde bei Glauchau

Die im Gegensatz zur Spannbetonbrücke über die Glauchauer Mulde äußerst schlanke Konstruktion der Luckenberger Brücke mit gleichzeitig variablem Querschnitt (Bauteildicke von 146,5 cm bis 66,5 cm) erforderte zur Vermeidung von Rissen infolge von Hydratationsprozessen eine frühe Schwindvorspannung. Um diese Schwindvorspannung wirksam werden zu lassen, sollten die Zeitpunkte des Vorspannens genau bestimmt werden. Entsprechend den Vorgaben des Planers soll bei einer Betondruckfestigkeit von 16 N/mm² 30 % der Teilvorspannung aufgebracht werden, bei 32 N/mm² die endgültige Vorspannung. Mit der Bestimmung  dieser Zeitpunkte wurde die BBQ beauftragt.

Wegen der Besonderheiten der Luckenberger Brücke beziehen sich alle nachfolgenden Ausführungen auf dieses Bauwerk.

 2.      Randbedingungen

Jedes Überbausegment umfasst ein Volumen von etwa 180 m³ Beton. Die  verfügbare Stundenleistung des Transportbetonwerkes für die Herstellung des B 85 von 22 m³/h führt günstigstenfalls zu einer  Betonierzeit von ca. 8 Stunden. Unter Berücksichtigung von möglichem Verzug bei der Betonanlieferung, dem Pumpen oder der Verarbeitung, ergibt sich eine maximale Zeitspanne von 12 Stunden zwischen der Herstellung des ersten und letzten Kubikmeters Beton.

Wird Hochleistungsbeton über eine solche Zeitspanne in ein Bauteil eingebracht, so ergibt sich ein entsprechendes Gefälle in der Erhärtung des Betons. Davon betroffen sind folgerichtig alle komplexen miteinander verbundenen Vorgänge während des Erhärtungsprozesses, so daß sich in ein und demselben Bauteil unterschiedliche Hydratationsgrade, eine asynchrone Wärmeentwicklung mit daraus resultierenden Spannungen, ein Festigkeitsgefälle, verschiedene E-Moduli und unterschiedliches autogenes Frühschwinden ergeben.

Ausgehend von den Vorversuchen unter Laborbedingungen, welche Aufschluss über die frühe Festigkeitsentwicklung des B 85 geben sollten, ergibt sich innerhalb einer Zeitspanne von 12 Stunden (8 Stunden bis 20 Stunden nach Wasserzugabe) ein Festigkeitsgefälle wie zwischen einem B 5 und einem B 35 in ein und demselben Bauteil. Unter diesen Bedingungen ist das Aufbringen einer Schwindvorspannung nicht zielführend. Auch geht der Planer bei seinen Vorgaben im Spannplan idealer Weise davon aus, dass der gesamte Beton eines jeden Betonierabschnittes im gleichen Festigkeitsniveau liegt. Dieses kann bei einem Normalbeton näherungsweise unterstellt werden, nicht jedoch bei einem Hochleistungsbeton, wie oben beschrieben.

Daraus entstand die Idee der Autoren, die Produktionschargen differenziert zu verzögern, so das der gesamte Beton eines Bauteils zum geplanten Zeitpunkt mit der Hydratation beginnt. Dieser dann gleichmäßig erhärtende Beton ist Voraussetzung dafür, daß die geplante Teilvorspannung tatsächlich zu genau dem Zeitpunkt aufgebracht wird, an dem das definierte Festigkeitsniveau laut Spannplan im gesamten Bauteil erreicht ist.

3.      Vorplanung

Durch Recherchen in Veröffentlichungen [1], [2], [3], [5], [7] und [10] konnten keine verfügbaren Erfahrungen zur Verzögerung von Hochleistungsbeton gefunden werden. Aus eigenen Erfahrungen im Umgang mit Hochleistungsbeton sowie aus den Gesprächen mit den beteiligten Planern, Statikern,  Bauausführenden und dem Bauherrn ergab sich ein Paket von Fragestellungen, welche die BBQ im Zuge Ihrer technologischen Vorarbeit beantworten sollte:

*         Beschreibung des Frischbetons in seinen Phasen vom Anmischen bis zum Erstarrungsbeginn

*         Ermittlung des Erhärtungsbeginns mit dem Ziel, ein feinmaschiges temperatur- und betonierzeitabhängiges Verzögerungskonzept für die Luckenberger Brücke zu erarbeiten.

*         Vorausberechnung der zu erwartenden Maximaltemperatur und Messung der Temperaturentwicklung bezogen auf die konkreten Bauteildimensionen, um die in der Ausschreibung mit 70 °C nach oben begrenzte Betontemperatur im Überbau auch unter den Bedingungen hochsommerlicher Umgebungs- und Betontemperaturen durch geeignete Qualitätssicherungsmaßnahmen einzuhalten.

*         Anhand von Laborversuchen und Bestätigungsprüfungen im Zuge der Probebetonagen soll die Prognosesoftware Kinfest auf die spezifische Betonzusammensetzung angepaßt werden, um aus den im Überbau gemessenen Temperaturverläufen online die Betondruckfestigkeit an jedem beliebigen Bauteilpunkt zu berechnen. Mit dem Programm Kinfest sind zuverlässige Druckfestigkeitsberechnungen im Bereich bis zu B 55 bei Kenntnis des Bindemittels, der Betonzusammensetzung und der Temperaturbedingungen ohne weitere Kalibriermessungen gesichert. Für das Bindemittelgemisch des Hochleistungsbetons aus Zement, Flugasche und Mikrosilika muss das Programm jedoch angepasst werden. Danach kann für jedes beliebige Zeit- Temperaturprofil der dazugehörige Druckfestigkeitsverlauf  berechnet werden.

Dazu wurde ein umfangreiches Versuchsprogramm geplant und durchgeführt sowie durch baubegleitende Messungen unterstützt.

4.      Verzögerungskonzept zur Aussteuerung des Erhärtungsbeginns

Nachdem das Verhalten des Betons während der ineinander übergehenden Phasen aus verarbeitungsfähiger Konsistenz über das Erstarren bis zum Beginn der Festigkeitsbildung beschrieben war, folgte nun die Arbeit zum gezielten Beeinflussen dieser Abläufe in Form einer Verzögerungsplanung.

5.      Bestimmung der  maximalen Bauteiltemperatur

Wie im vorhergehenden Autorenbeitrag erläutert, stellt die gewählte Betonzusammensetzung ein Optimum aus reduzierter Wärmeentwicklung und guter Verarbeit- und Pumpbarkeit des Betons dar. Damit die laut Ausschreibung mit 70 °C festgesetzte Maximaltemperatur nicht überschritten wird, mußte die Wärmeentwicklung des Betons, bezogen auf die konkreten Bauteildimensionen, bestimmt werden. Daraus war dann die maximal mögliche Frischbetontemperatur für die Betonage abzuleiten und im Qualitätssicherungsplan zu dokumentieren.

Basierend auf den Angaben zur maximal zu berücksichtigenden Bauteildimension von 1,05 m x 5,10 m x 35 m sowie den kaloriemetrischen Untersuchungen der Bindemittelabmischung im Readymix Institutes für Baustoffe errechnete Prof. Käßner, FH Lausitz in Cottbus eine maximale Erwärmung um 47 K. Neben dieser Vorausberechnung wurden Temperaturerhöhungen aus Hydratationswärme im Labor und im Zuge der Probebetonage  gemessen. Die im Zuge der Eignungsprüfung bestimmte Erwärmung unter annähernd adiabatischen Bedingungen betrug 39 K, die Erwärmung, gemessen bei der Betonage der Brückenstreben im Werk Brandenburg 38 K, siehe Bild 8.

Bild 8              Temperaturverlauf in vorgefertigten Streben

Abgeleitet von der berechneten und gemessenen Erwärmung des Betons um ca. 40 K wurde im Qualitätssicherungsplan die Freigabe des Betons bis zu einer maximalen Frischbetontemperatur von 25 °C festgelegt. Durch die Nachweise der Betoneigenschaften bei Frischbetontemperaturen bis zu 30 °C sollte eine Freigabe bis zu dieser Temperatur nach Vereinbarung zwischen BBQ und Bauunternehmung möglich sein.

5.1       Versuchsplanung

Ziel der Untersuchungen war es, herauszufinden, welche Verzögerermenge bei unterschiedlichen Frischbetontemperaturen für vorgegebene Verzögerungszeiten erforderlich ist.

Die Randbedingungen der Versuche ergaben sich aus der Betonzusammensetzung, der Betonierzeit von bis zu 12 Stunden sowie den Umgebungsbedingungen. Die Betonagen für die Luckenberger Brücke waren für Frühjahr und Hochsommer 2001 geplant. Deshalb wurde das Verhalten des Betons bei 15, 20, 25 und 30 °C untersucht, siehe Tafel 2.                      

Tafel 2: Versuchsplan für Verzögererversuche

* zulässige Maximaldosierung des gewählten Verzögerers

Zu jeder Temperatur-Verzögerer-Kombination wurde eine Eignungsprüfung durchgeführt. Dabei wurden jeweils 3 Würfel (150 x 150 x 150 mm) mit Temperaturmeßfühlern, 3 Frischbetonproben im Plastikbeutel nach Richtlinie DAfStb. "Verzögerter Beton"  Punkt 4.3.-(3), sowie ein Probekörper für das Ultraschallmeßsystem  Consonic hergestellt.

Ermittelt wurden für die 15 Kombinationen nach Tafel 2:

-                     Würfeldruckfestigkeit nach verschiedenen Zeiten bei bekanntem Temperaturprofil, die Ergebnisse flossen ein in die Anpassung der Software Kinfest an die Besonderheiten des Silikabetons

-                     Charakteristischer Zeitpunkt des Einsatzes der Temperaturerhöhung aus Hydratationswärme, der mit dem Erhärtungsbeginn gleichgesetzt wird.

-           Erster messbarer Durchgang von Ultraschall durch den Prüfkörper aufgrund erster Strukturbildungen im Beton.

-                     Zeitpunkt der Erhöhung des Verformungswiderstandes durch manuelles Prüfen. Diese Methode nach Verzögererrichtlinie erfordert viel Übung und Erfahrung, um sinnvolle und reproduzierbare Ergebnisse zu gewinnen. Sie dient deshalb nur der Unterstützung der quantitativen Messungen.

5.2       Ergebnisse

Wie in [6] ausführlich beschrieben, ist der Übergang des Betons von der flüssigen zur festen Phase über verschiedene Stufen hinweg ein allmählicher Vorgang und die Definition der Punkte:

-                     Ende der Verarbeitbarkeit

-                     Erstarrungsbeginn

-                     Erhärtungbeginns

zwangsläufig willkürlich. Auf der Suche nach einer Methode zum Finden quantitativer und reproduzierbarer Werte zur Bestimmung des Erhärtungsbeginns wurde nach dem Vorliegen aller Versuchsergebnisse der 15 genannten Kombinationen der Zeitpunkt des hydratationsbedingten Temperaturanstieges gewählt.

Für die Untersuchungen wurde das Ultraschallmeßsystem Consonic 60 eingesetzt. Die Proben der Abmessungen von ca. 50 x 15 x 10 cm waren in 8 cm dicke Styroporformen nach Bild 5 verpackt, um durch Behinderung des Wärmeabflusses das erste Einsetzen der Temperaturerhöhung möglichst genau zu erfassen. Das trug dazu bei, dass durchweg plausible und reproduzierbare Ergebnisse gewonnen wurden.

Bild 5:  Vorbereiteter Prüfkörper zur Messung von Ultraschallgeschwindigkeit und Temperaturverlauf

Der erste signifikante Temperaturanstieg wurde dem Erhärtungsbeginn gleichgesetzt. Geringe Erwärmungen in der Frühphase, die im Laufe eines jeden Versuches festgestellt wurden, konnten damit eliminiert werden. Unterstützend zur Aussage der Bestimmung des hydratationsbedingten Temperaturanstieges wurde der Zeitpunkt des Festigkeitseinsatzes, ausgedrückt als erste messbare Durchschallung des Betons, gewertet. Im Bild 6 ist ein Originalausdruck der Ultraschall- und Temperaturmessung im Consonic 60 zur Temperatur-Verzögerungs-Kombination von 20 °C und 1 % Verzögerergehalt dargestellt.

Bild 6   Beispiel des Verlaufes von Temperatur und Ultraschallgeschwindigkeitf, gemessen im Consonic 60

 

Im Bild 6 ist der langsame, nahezu lineare Temperaturanstieg bis zu etwa 11 Stunden für die im Bild angegebene Temperatur- und Verzögererkombination zu erkennen. Danach beginnt ein progressiver Temperaturanstieg, der bereits das Ergebnis erster Strukturbildungen im Beton ist, deren Beginn im letzten Teil des linearen Temperaturanstieges liegen. Somit wurde von den Autoren der erste erkennbare Übergang in den progressiven Temperaturverlauf zur Charakterisierung des Erhärtungsbeginns gewählt. Das entspricht tendenziell dem Zeitpunkt, an dem die Betonprobemn in den Kunststofftüten nicht mehr plastisch verformbar sind.

Aus der Zusammenführung aller 15 Einzelversuche zur Bestimmung der Verzögerung des Hochleistungsbetons, jeweils über einen Zeitraum von 15 Stunden, wurden die in Bild 7 dargestellten linearen Zusammenhänge abgeleitet.

Auf der Basis dieser Ergebnisse wurde ein auf die Betonierzeit abgestimmter Dosierplan des Betonverzögerers für das Transportbetonwerk erstellt. Im Stundenabstand sollte die Rezepturanpassung erfolgen. Damit wurde die Voraussetzung für eine feinmaschige, temperatur- und betonierzeitabhängige Verzögerungsplanung geschaffen. Sie ist unabhängig von schwankenden Stundenleistungen der Anlage, variierender Einbaugeschwindigkeit auf der Baustelle oder von Produktionsstörungen aller Art, sofern die geplante, ideale Betonierzeit von 8 Stunden nicht um mehr als 4 Stunden überschritten wird.

Bild 7       Ergebnisse zur temperatur- und zeitabhängigen Verzögerung des B 85

6.      Vorbereitungen zur Berechnung der Frühfestigkeit

Die derzeit zur Anwendung kommenden Methoden zur Bestimmung der Erhärtungsfestigkeit wie die Prüfung von auf dem Baukörper gelagerten Probewürfeln oder theoretisch der Einsatz einer erheblichen Anzahl von bauteiltemperaturgesteuerten Temperaturtruhen mit Probewürfeln, welche jeweils in sehr kurzen Zeitschritten auf Druckfestigkeit geprüft werden müßten, um auf die tatsächliche temperatur- und zeitabhängige Festigkeit an jedem Punkt des Bauteils zu schließen, ist nach Ansicht der Autoren für einen Hochleistungsbeton nicht in die Praxis umzusetzen.

Deshalb sollte die  kontinuierliche Bestimmung der Festigkeit des B 85 zu jedem beliebigen Temperaturverlauf mit Hilfe der bereits seit 1997 in der BBQ erfolgreich eingesetzte Prognosesoftware Kinfest erfolgen. Kinfest ermöglicht die zuverlässige Berechnung des zeitlichen Verlaufes der Druckfestigkeit  von Beton bekannter Zusammensetzung und bekanntem Temperaturprofil im erprobten Bereich bis zum Normalbeton B 55 ohne Rezepturanpassung bzw. Kalibrierung der Software. Da für den Bereich des Hochleistungsbetons bei der BBQ keine derartigen Erfahrungen vorlagen, wurde eine Softwareanpassung an das Hydratationsverhalten des verwendeten Bindemittelgemisches vorgenommen. Dazu fanden Versuche unter Laborbedingungen und ein Versuch im Zuge der Vorfertigung der Brückenstreben mit zwei unterschiedlichen Temperaturmeßpunkten statt. Es wurden Betonwürfel hergestellt, unter exakt registrierten Temperaturbedingungen gelagert und in verschiedenen Zeitintervallen auf Druckfestigkeit geprüft. Dabei bestätigte sich der von den Autoren bereits vermutete rasante Festigkeitsanstieg in frühem Stadium unter den Bedingungen  einer bauteilbezogenen Erwärmung um bis zu 40 K. In Tafel 3 ist die vom Temperaturanstieg abhängige Festigkeitsentwicklung dargestellt.

Tafel 3     Festigkeitsentwicklung in Abhängigkeit von der Erwärmung des Betons

Die Gegenüberstellung der gemessenen punktuellen Druckfestigkeiten zu dem von Kinfest prognostizierten Festigkeitsverlauf ergab eine gute Übereinstimmung. Beispielhaft soll hier nur eines der Ergebnisse vorgestellt werden.

Bild 9 zeigt den Vergleich der Druckfestigkeit der Probewürfel zur prognostizierten Festigkeit unter Laborbedingungen. Zur Lagerung der Probekörper unter nachgestellten Bauteilbedingungen wurde eine Temperaturtruhe benutzt. Das in der Brückenstrebe gemessenen Temperaturprofil diente dabei als Steuerungsgröße der Truhe. Im Bereich des steten Anstieges der Temperatur wurde eine Übereinstimmung von +/- 2 K erreicht. Nach dem Erreichen des Temperaturmaximums jedoch stieg die Temperatur in der Truhe bedingt durch eine offensichtliche Fehlfunktion des Steuerungselementes weiterhin um ca 10 K über die tatsächliche Bauteiltemperatur an.

Dieser Fehler hatte jedoch keinen Einfluß auf das Ziel der Untersuchungen, da der interessierende Bereich der Frühfestigkeitsentwicklung bis zu dieser Abweichung bereits überschritten war

Bild 9     Ergebnisse der Druckfestigkeitsprüfung an Probewürfeln in Gegenüberstellung zur Kinfest-Prognose zum Temperaturverlauf im Kern einer Strebe

Diese Ergebnisse waren eine gute Voraussetzung dafür, in den beiden Hälften des Überbaus die Temperaturmessung an wesentlichen Bauteilpunkten vorzunehmen, um einerseits die Umsetzung des Verzögerungskonzeptes zu überprüfen, andererseits anhand der gemessenen Temperaturprofile die dazugehörige Erhärtungsfestigkeit am jeweiligen Meßpunkt zu berechnen sowie die für das Aufbringen der Teilvorspannungen  richtigen Zeitpunkte zu ermitteln.

7.      Umsetzung des Verzögerungskonzeptes und der Festigkeitsprognose

Nach der Fertigstellung des bewehrten Schalungskörpers wurden die in der BBQ entwickelten I²C-Bus-Temperaturmeßfühler in den schlankesten Bereichen der Brücke (Widerlager und Brückenmitte) und den massigsten Teilen (Strebeneinbindung) angebracht:

-       Spannanker, mehrfach in beiden Fahrbahnteilen, ca. 20 cm unter der Betonoberfläche

-       Strebeneinbindung, mehrfach im Bereich der zu erwartenden Maximaltemperatur, ca. 80 cm unter der Betonoberfläche

-       Schlußlamelle, mehrfach in beiden Fahrbahnteilen, ca 20 cm unter der Betonoberfläche

Diese Temperaturmeßfühler ermöglichten das präzise Erfassen der jeweiligen Bauteiltemperatur unabhängig von der Länge des Meßweges und konnten in einem eigens dafür entwickelten Programm online ausgelesen werden.

Das beschriebene Verzögerungskonzept wurde, angepaßt an die hochsommerlichen Frischbetontemperaturen von 32 °C zum Beginn der Betonage am Abend bis zu 27 °C in den frühen Morgenstunden präzise mit den vorgesehenen stündlichen Anpassungen umgesetzt. Das Ergebnis ist in Form der Temperaturmessungen während der ersten Überbau- Betonage im Bild 11 dargestellt.

Bild 11     Temperaturmessungen am ersten Überbausegment

Der Einbau des ersten Betons in den Überbau erfolgte gegen 20.00 Uhr abends. Der Dosierplan im Werk war auf eine Verzögerung von 12 Stunden von 20.00 Uhr bis 8.00 Uhr morgens abgestimmt, die ersten Betonchargen, wurden bis zu 14 Stunden verzögert.

Im Bild 11 ist der Temperaturverlauf an den eingebauten Meßfühlern aus Gründen der Übersichtlichkeit erst ab 0.00 Uhr Tageszeit dargestellt. Der letzte Beton wurde wegen Problemen mit der Pumpentechnik erst am darauffolgenden Morgen um 9.15 Uhr eingebaut, zu erkennen am sprunghaften Anstieg der Temperatur im Bereich der Meßfühler an der Lamelle auf Betontemperatur. Ausgehend vom geplante Ende der Verzögerung des Betons um 8:00 Uhr und entsprechend der offenen Zeit des unverzögerten Betons bei 30 °C von etwa 3,5 bis 4,5 h, wurde die Temperaturentwicklung in der Brücke ab 10.00 Uhr am Bildschirm verfolgt. Nach 4 Stunden, etwa gegen 12.00 Uhr, erfolgte der signifikante Anstieg der Temperatur an allen Meßstellen des Bauteiles gleichzeitig. Damit war die erfolgreiche Verzögerung der gesamten Betonkubatur von 180 m³ auf einen einheitlichen Hydratationsbeginn in wesentlich engeren Grenzen als in [4] beschrieben bestätigt.

Nun erfolgte die Übernahme der niedrigsten gemessen Temperaturprofile im Bereich der Strebeneinbindung und der Lamelle in Kinfest zur Berechnung der dazugehörigen Bauteilfestigkeit. Die vom Planer vorgegebene Betondruckfestigkeit zum  Aufbringen der Teilvorspannung von 16 N/mm²  waren an diesen Meßpunkten gegen 15.00 Uhr erreicht, wonach die Freigabe für die Spannarbeiten erfolgte.

Die im Bild 11 ersichtlichen Differenzen in den Temperaturentwicklungen des Bauteils lagen nicht wie erwartet im massigen Bereich der Einbindung der Streben, sondern im oberflächennahen Bereich der Spannankerköpfe. Eine Erklärung hierfür kann nur aus den extremen Umgebungstemperaturen von 30 °C und der direkten Sonneneinstrahlung auf den Baukörper gefunden werden.

Betrachtet man den höchsten und niedrigsten Temperaturverlauf zum Zeitpunkt des Aufbringens der Teilvorspannung, so ergibt sich daraus ein Temperatur- und Festigkeitsunterschied im Betonalter von 19 Stunden von 8 K (36 °C; 44 °C) und dazugehörig 10 N/mm²  (18,3 N/mm²; 28,6 N/mm²). Nach etwa 21 Stunden beginnt sich der Einfluss der unterschiedlichen Erwärmung des Betons aus den variablen Bauteildimensionen durchzusetzen, was aus den auseinanderlaufenden Temperaturkurven ersichtlich ist. Diese Spannweite innerhalb der Temperaturen und Erhärtungsfestigkeiten des Bauteiles sind trotz exakter Umsetzung des Verzögerungskonzeptes natürlich nicht auszuschließen.

In Anbetracht der gemessenen Maximalrate des Festigkeitszuwachses von 18 N/mm² in der Stunde iat diese Spreizung außerordentlich gering. Die Meßergebnisse und die optische Rissefreiheit der Brücke bestätigen die Idee und die Vorplanung der Autoren.

Die Temperaturmessung am ersten Überbauabschnitt wurde für die Vorbereitung des zweiten abgebrochen, der nur 24 Stunden später betoniert wurde.

An einem Messpunkt im massigsten Bereich der Brücke (Strebeneinbindung) wurde die Temperaturmessung fortgeführt. Die Maximaltemperatur betrug in beiden Überbauteilen 69,5 °C bzw. 69 °C. Rechnet man die Verzögerungszeit des Betons heraus, ergab sich das Temperaturmaximum nach etwa 10 Stunden nach Wasserzugabe. Damit wurde die knappe Einhaltung der gesetzten Maximaltemperatur trotz geringfügiger Überschreitung der im Qualitätssicherungsplan festgelegten maximalen Frischbetontemperatur von 30 °C um 2 K belegt.

Zusammenfassung

Die Anwendung der vorgestellten neuartigen Technologien zur stofflichen Planung, Vorausberechnung und messtechnischen Begleitung von Hochleistungsbeton in Brückenbauwerken ist nach Ansicht der Autoren in Deutschland bisher einmalig.

Das Ergebnis der aufwendigen Beschreibung der Eigenschaften des Betons sowie der präzisen Aussteuerung des Erhärtungsbeginnes durch die Umsetzung des Verzögerungsplanes ermöglichten für alle Beteiligten einen überraschungsfreien Umgang mit dem Hochleistungsbeton. Selbst größere Betonierpausen (> 3 Stunden bei 30 °C Frischbetontemperatur) konnten durch die Kenntnis der langen Verarbeitungszeit des Betons abgefangen werden. 

Die traditionellen Erhärtungswürfel zur Bestimmung der aktuellen Druckfestigkeit des Betons wurden durch ein Programm zur Prognose von Betondruckfestigkeiten ersetzt. Basierend auf der präzisen Rezepturbeschreibung und den im Bauteil gemessenen Temperaturen konnte der Festigkeitsverlauf für jeden Messpunkt lückenlos berechnet und somit die Zeitpunkte für das Aufbringen der Vorspannungen ermittelt werden. Das Fehlen sichtbarer Risse an der Brückenoberfläche bestätigt das erfolgreiche Überdrücken der Risse aus dem Schwindverhalten des Hochleistungsbetons. 

Der Erfolg bei der Umsetzung solcher progressiver Ideen ist nicht ohne einen erheblichen Aufwand an Labor- und Baustellenversuchen zu erkaufen. Doch von noch größerer Bedeutung ist nach Ansicht der Autoren das Vertrauen aller Beteiligten in die Tragfähigkeit neuer Konzepte. Deshalb soll an dieser Stelle der Dank der Autoren an die handelnden und entscheidenden Personen des Bauherrn, des bauausführenden Unternehmens und des Prüfers stehen.

Literatur

[1]        Budnik, J. und Wassmann, K.: Hochfester Transportbeton B85, Sonderdruck aus Beton 4/1997 Betonverlag GmbH Düsseldorf

[2]        Budnik, J. und Starkmann, U.: Der Naturzugkühlturm Niederaußem, Beton 10/99, Seite 548 bis           553) Betonverlag GmbH Düsseldorf

[3]        DAfStb-Richtlinie für hochfesten Beton - Ergänzung zu DIN 1045/07.88 für die Festigkeitsklassen B65 bis 115. Beuth-Verlag GmbH, Berlin, August 1995

[4]        DAfStb-Richtlinie für Beton mit verlängerter Verarbeitbarkeitszeit (Verzögerter Beton)
Beuth-Verlag GmbH, Berlin, August 1995

[5]        DAfStb-Heft 438: Hochfester Beton - Sachstandsbericht.
Beuth-Verlag GmbH, Berlin, 1994

[6]        DAfStb-Heft 422: Prüfung von Beton Empfehlungen und Hinweise als Ergänzung zu DIN 1048; Deutsche Übersetzung der US-Norm C 403-88.
Beuth-Verlag GmbH, Berlin, 1991

[7]        Empfehlungen zur Herstellung und Qualitätssicherung von hochfestem Beton im Transportbetonwerk, BTB, Arbeitsausschuß Betontechnologie, Ad-hoc-Gruppe "Hochfester Beton", Duisburg, Mai 1996

[8]        König, R. und WagnerJ.: Mikrosilica, Firmenschrift der Woermann GmbH & Co.KG

[9]        Hillemeier, Buchenau: Prüfbericht der TU Berlin, Fakultät VI, vom 26.04.01

[10]      Töllner, M; Breugel, K.Van; Koernders, E.: Großversuch zur Rißvermeidung in hochfesten Bauteilen, Beton + Fertigteiltechnik, Heft 3/1996

Bilder

Bild 1               Luckenberger Brücke über die Havel bei Brandenburg

Bild 2               Brücke über die Zwickauer Mulde bei Gauchau

Bild 3               Penetrometer

Bild 4               Penetrationskurve am unverzögerten, verdichteten Beton B 85 bei 20 ° C im Vergleich zur Bestimmung des Ausbreitmaßes

Bild 5               Versuchsaufbau für Ultraschallmessungen

Bild 6:              Temperatur- und Frühfestigkeitsverlauf gemessen im Consonic 60

Bild 7               Ergebnisse zur temperatur- und zeitabhängigen Verzögerung

Bild 8:              Temperaturverlauf in vorgefertigten Streben

Bild 9    Ergebnisse der Druckfestigkeitsprüfung an Probewürfeln in Gegenüberstellung zur Kinfest-Prognose zum Temperaturverlauf im Kern einer Brückenstrebe

Bild 10             Temperaturmeßstellen im Überbau

Bild 11             Temperaturmessungen am ersten Überbausegment

Tafeln

Tafel 1             Temperaturabhängige Verarbeitbarkeitszeit

Tafel 2:            Versuchsprogramm für Verzögerungsversuche

Tafel 3             Festigkeitsentwicklung in Abhängigkeit von der Erwärmung des Betons

Stand 7.01.2002