Betonoberflächen - Betonieren bei kühler Witterung

(18.2.2005) In den Übergangszeiten vom Sommer zum Winter und zurück treten Witterungsbedingungen auf, die kurzfristige Maßnahmen zur Sicherung einer ansprechenden Qualität der Betonoberflächen, insbesondere bei Sichtbeton, erfordern. Große Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht, starke Wechsel in der Luftfeuchtigkeit, Regen und Wind sowie tauender Schnee können negative Auswirkungen haben.

Mögliche Schadensbilder

Wesentlichen Einfluss auf den optischen Eindruck einer Betonoberfläche haben der oberflächennahe Wasser-Zement-Wert und die Gleichmäßigkeit der Farbtönung des Zementsteins in diesem Bereich. Stabilität des Frischbetons, Beeinflussung des Hydratationsverlaufes und Zufuhr oder Entzug von Feuchtigkeit sind entscheidende Faktoren.

Sehr kühle Witterung erfordert deshalb, ebenso wie heißes Wetter, besondere Maßnahmen, damit die Bauausführung - insbesondere Sichtbeton - entsprechend qualitätsgerecht gelingt. Besonders augenfällig werden bei unsachgemäßer Verarbeitung in der kühlen Jahreszeit zum Teil "Wasserläufer" und starke Porenbildung an den Schalflächen sowie "Auslaugungen" oder "Ausblühungen" an jungen Betonoberflächen. Die Dauerhaftigkeit wird im Allgemeinen dadurch zwar nicht beeinträchtigt, jedoch ist durch den optischen Eindruck die Sichtbetonqualität erheblich gemindert.

• 1. Problem "Wasserläufer"

Niedrige Temperaturen verlangsamen den Erhärtungsverlauf und verstärken unter Umständen die verzögernde Wirkung von Betonzusatzmitteln. Insbesondere die dadurch verlängerte "offene Zeit" des Betons kann so bei Betonmischungen, die nahe der Stabilitätsgrenze konzipiert wurden, aufgrund der kalten Schalung und der niedrigen Frischbetontemperaturen zum Aufsteigen von Wasser an den Schalungswänden führen. Entmischungserscheinungen an der Schalfläche, so genannte "Wasserläufer" oder "Wasserfahnen", entstehen (siehe rechts: "Wasserläufer" an der Schalfläche),

Anreicherungen von Wasser, das vor allem bei steiferen Betonen nicht bis zur Oberfläche gelangt, verursachen außerdem zum Teil große Poren an der Schalfläche:

alle Fotos: Readymix AG

• 2. Problem "Auslaugungen"

Regnerisches Herbstwetter oder launiger April, in beiden Fällen findet weiches Regenwasser häufiger seinen Weg über die junge Betonoberfläche und hinterlässt an den Ablaufbahnen schon nach kurzer Zeit weiße "Kalkfahnen". Auch in der Sonne abtauender Schnee kann diese Erscheinungen herbeiführen.

Der Reaktionsmechanismus gleicht dem der "Ausblühungen" an jungem Beton mit noch wenig dichter Oberfläche. Er kann aufgrund der Intensität als kurzzeitiger chemischer (lösender) Angriff durch weiches Wasser definiert werden, bei dem durch Konzentrationsgefälle Calciumhydroxid Ca(OH)₂ (Portlandit) an die Oberfläche transportiert wird, durch das CO₂ der Luft carbonatisiert und Calciumcarbonat CaCO3 als weißer Niederschlag ausfällt.

• 3. Problem "Ausblühungen"

Alle Einflüsse, die vor allem die Hydratation an der Oberfläche verzögern, begünstigen "Ausblühungen". Dazu zählen neben niedrigen Temperaturen auch erhärtungsstörende oder -verzögernde Stoffe sowohl aus den Ausgangsstoffen als auch aus der Schalung (zuckerähnliche Holzinhaltsstoffe aus Brettschalungen, z. B. Glucuronsäure). Einen zusätzlichen negativen Einfluss haben oberflächennahe Feuchtigkeitseinträge in den jungen Beton (z. B. Morgentau, Raureif).

Großflächige "Ausblühungen" auf junger Betonoberfläche (linker Bereich). Der rechte Bereich wurde später entschalt und zeitweilig durch Planen vor der Witterung geschützt.

Verdunstet das überschüssige Wasser aus dem Beton bei trockenem warmem Wetter bereits im Gefüge, so fällt das darin gelöste Calciumhydroxid unterhalb der Oberfläche aus und bleibt unsichtbar. Gelangt das Calciumhydroxid-gesättigte Porenwasser jedoch bis zur Oberfläche oder bildet sich ein Wasserfilm auf der Betonoberfläche (Regen, Tau, Kondenswasser wegen anliegender Nachbehandlungsfolie) und gelöstes Calciumhydroxid kommt durch Konzentrationsausgleich dort hin, so reagiert es mit dem CO₂ der Luft zu Calciumcarbonat und wird als weiße Ausblühung sichtbar.

Maßnahmen zur Vermeidung von temperaturbedingten optischen Mängeln

"Wasserläufer" und grobe Poren, die als Mängel bereits während des Betonierens entstehen, können durch das Anwärmen von Ausgangsstoffen und Schalungen sowie den Schutz der Einbaustelle vor Witterungseinflüssen (Zelte, Planen) auch bei Winterbaumaßnahmen verhindert werden. Im Rahmen der betontechnologischen Möglichkeiten ist dem veränderten Verarbeitungsverhalten des Frischbetons Rechnung zu tragen. Dies gilt auch für Aspekte des Betoneinbaus wie z.B. der Verdichtungsintensität.

"Ausblühungen" und "Auslaugungen" können am jungen Beton bei entsprechenden Randbedingungen unabhängig von der Zementart auftreten, da Calciumhydroxid im nicht carbonatisierten Beton immer im Überschuss vorliegt. Deshalb muss der junge Beton vor Witterungseinflüssen geschützt werden:

• Sichtbetone sollen nicht vor oder während stärkerer Niederschläge entschalt und auch nicht kurz nach dem Entschalen mit Wasser besprüht werden.
• Sehr junger Beton ist vor allem in der kalten Jahreszeit vor den Auswirkungen der Witterung (Kontakt mit Wasser) zu schützen. Eine der wirksamsten Schutzmaßnahmen ist, Bauteile über den möglichen Ausschalzeitpunkt hinaus in der Schalung zu belassen.
• Auch bei der Nachbehandlung senkrechter Flächen darf die Folie die Betonoberfläche nicht berühren. Entsteht Kondenswasser, darf dieses nicht mit der Betonoberfläche in Kontakt kommen (Abstandhalter).

Hat der Beton eine ausreichend dichte Oberfläche ausgebildet, geht die Ausblühneigung und die Gefahr von "Auslaugungen" zurück. Ein Terminplan für die Betonierarbeiten gehört ebenso zu den Winterbaumaßnahmen. Die günstigste Tageszeit für das Betonieren ist in der Regel der Nachmittag, wenn sich sowohl die Ausgangsstoffe als auch die Schalung und die Bewehrung durch Sonneneinstrahlung erwärmt haben.

Fazit

"Wasserläufer" werden durch die lange "offene Zeit" gefördert. Sie können auch bei niedrigen Temperaturen durch stabile Mischungen, den günstigsten Zeitpunkt für die Betonierarbeiten sowie ggf. das Anwärmen der Schalung und Bewehrung (z. B. mit Infrarotstrahlern) vermieden werden.

Ausblühvorgänge und "Auslaugungen" am jungen Beton werden durch verzögerte Hydratation (wenig dichte Betonrandzonen) und frühen Kontakt mit Wasser (Witterungseinflüsse) gefördert. Sie beeinträchtigen die Dauerhaftigkeit nicht, können jedoch negativen Einfluss auf die Sichtbetonqualität haben. Die Verwendung von Holzschalungen kann besonders bei niedrigen Temperaturen die Ausblühneigung fördern. Nach dem Entschalen kann durch geeigneten Schutz vor der Witterung und Kondenswasser bis zum Erreichen einer dichten Betonrandzone die optische Beeinträchtigung durch "Ausblühungen" verhindert und eine ästhetisch befriedigende Betonoberfläche erzielt werden.

Die letzte Darstellung geht auf den erhärtungsverzögernden Einfluss einer Holzschalung ein: Die Inhaltsstoffe einer geleimten Mehrschichtholzschalung und einer Vollholzschalung wurden in gesättigter Calciumhydroxidlösung eluiert (eluieren = auswaschen, ausspülen) und jeweils einem Zement als Anmachwasser zugesetzt. Die Messung des Wärmeflusses im Kalorimeter im Vergleich zur Nullprobe zeigt für das Beispiel CEM III/B 32,5 N-NW/HS/NA, dass die Hydratation im Fall der geleimten Schalung nur sehr verlangsamt einsetzt, im Fall der Vollholzschalung innerhalb von 4 Tagen gar nicht richtig beginnt. D. h. im oberflächennahen Bereich wird die Hydratation durch die Inhaltsstoffe der Holzschalung erheblich verzögert und es entsteht eine wenig dichte Oberfläche.