Risse in Beton- flächen

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Technische Merkblätter

1. Rissbildung

Risse können durch den Einsatz von Stahlfasern nicht grundsätzlich aus-geschlossen werden. Bei sach- und fachgerechter Herstellung undVerarbeitung von Stahlfaser-beton ist es jedoch möglich, die Gefahr derBildung von Rissen oder deren Anzahl und Abmessung zu verringern.

2. Erscheinungsform von Rissen

2.1 Oberflächennahe Risse

Risse, deren Tiefe gering ist, werden als oberflächennahe Risse oderauch Schalenrisse bezeichnet. Es kann zwischen folgendenErscheinungsformen unterschieden werden:

a) Risse, die der (oberflächennahen Bewehrung) folgen

Derartige Risse können bei Stahlfaserbeton nur auftreten, wenn eineKombination von Fasern und konventioneller Baustahlbewehrunggewählt wurde

Risse parallel zur Baustahlbewehrung Rissbildung oberhalb der an der Bauteiloberfläche Baustahlbewehrung

im Querschnitt des Bauteiles

b ) Wilde Risse

Risse, die in ihrem Verlauf nicht bestimmbar sind, werden als „wildeRisse“ bezeichnet.

Rissbildung mit willkürlichem Verlauf Krakeleerisse

2.2 Trennrisse

Risse, die durch den Querschnitt der gesamten Konstruktion verlaufen,werden als Trennrisse, z. T. auch als Spaltrisse, bezeichnet.

Risse über den gesamten Querschnitt

2.3 Biegerisse

Risse, die durch Biegung der Konstruktion verursacht werden, heißenBiegerisse.

Risse vom Zugrand bis zur Nulllinie

2.4 Schwindrisse

Schwindrisse können sowohl im oberflächennahen Bereich auftreten, alsauch durch die gesamte Konstruktion hindurchgehen. Sie verlaufen stets„wild“.

Wilder Rissverlauf auf Bauteiloberfläche Unterschiedliche Risstiefen über Bauteil-querschnitt

3. Ursachen der Rissbildung

Es soll zwischen Rissen unterschieden werden, die infolge Zwangs-oder Last-beanspruchung entstehen.

3.1 Risse infolge Zwangsbeanspruchung

Die häufigste Rissursachen in diesem Bereich sind:- Schwinden- Abfließen von Hydratationswärme- Temperaturunterschiede- Lasteinwirkung

3.1.1 Schwinden

Unter Schwinden wird die Verkürzung des unbelasteten Betonswährend der Austrocknung verstanden (DIN 4227; Spannbeton).

Wird dem Frischbeton während der Erstarrung durch VerdunstungWasser entzogen, stellt sich eine Volumenverminderung ein. DieserVorgang wird Frühschwinden oder plastisches Schwinden genannt. DieRissbildung erfolgt, wenn die Verformung der austrocknenden Schichtdurch die noch nicht ausge-trocknete Schicht behindert wird. DasSchwinden eines Betons wird haupt-sächlich bestimmt durch:

- Wasserzement-Wert- Austrocknungsbedingungen (z. B. Feuchtegehalt der Luft,Windgeschwindig-

keit, Umgebungstemperatur) - Abmessungen des Bauteils

Der Schwindprozess, welcher im Festbeton stattfindet, wird alsTrocknungsschwinden bezeichnet. Bei üblichen stahlfaserbewehrtenBauteilen ist der gesamte Schwindprozess nach drei Jahren weitestge-hend abgeschlossen. Bei massigen Bauteilen und Außenbauteilen kanndieser Zeitraum jedoch erheblich länger dauern.

3.1.2 Abfließen von Hydratationswärme

Durch Hydratation des Zements kommt es während derBetonerhärtung zu einer Wärmeentwicklung. Je größer dasTemperaturgefälle zwischen dem erwärmten Beton und der Umgebung,desto größer die entstehenden Zugspannungen. Diese Zugspannungenkönnen die Zugfestigkeiten des jungen Betons überschreiten, so dasses zu Rissbildungen kommt. Bei Rissen, die aufgrund des Abfließensvon Hydratationswärme enstehen, kann es sich sowohl um Biege- alsauch um Trennrisse handeln.

3.1.3 Temperaturunterschiede

(wird später ergänzt)

3.1.4 Risse infolge von Lastbeanspruchung

Äußere Lasten erzeugen Risse, wenn die Zug-, Biegezug- oder Schub-spannungen die Festigkeiten des Betons übersteigen. Dabei kann vonkontrollierter Rissbildung gesprochen werden, wenn eine Bemessung auch unter der Annahme eines gerissenen Querschnittes („Zustand II“)stattfindet. Bei unzulässig großer Rissbildung wird jedoch die Ge-brauchstauglichkeit oder die Tragfähigkeit beeinträchtigt bzw. aus-geschlossen. Die zulässigen Rissbreiten richten sich nach demVerwendungszweck.

Quelle : Merkblatt Bauberatung Zement „Risse im Beton“

Art und Beanspruchung der Bauteile rechnerische Rissbreite

Innenbauteilenach DIN 1045 Tabelle 10, Zeile 1 wcal. = 0,40 mm

Bauteile im Erdreichnach DIN 1045 Tabelle 10, Zeile 2 wcal. = 0,30 mm

Außenbauteilenach DIN 1045 Tabelle 10, Zeile 3 wcal. = 0,25 mm

Wasserundurchlässige Bauteilenach DIN 1045 Tabelle 10, Zeile 2 oder 3 wcal. = 0,20 mmbei einem Druckgefälle hD/hB £ 2,5

Wasserundurchlässige Bauteilenach DIN 1045 Tabelle 10, Zeile 2 oder 3 wcal. = 0,15 mmbei einem Druckgefälle hD/hB £ 5oder nach DIN 1045 Tabelle 10 Zeile 4 beistarkem chemischen Angriff

Wasserundurchlässige Bauteilenach DIN 1045 Tabelle 10, Zeile 2 oder 3bei einem Druckgefälle hD/hB > 5oder bei reiner oder überwiegender Zugbe- wcal. = 0,10 mmanspruchung infolge Belastung oder bei dynamisch oder wechselnd wirkendenBeanspruchungen

4. Verringerung der Rissgefahren

4.1 Allgemeines

Es besteht eine Vielzahl von Gründen für Rissbildungen. Die Bildungvon Rissen kann nie allein durch Stahlfasern verhindert werden. Stetskommt es auf die Einhaltung aller möglichen Maßnahmen an, um dieRissgefahr auf ein Mindestmaß zu reduzieren.

4.2 Betontechnische Maßnahmen

Anzustreben sind geringstmögliche Wasser- und Zementgehalte. DasZementleimvolumen sollte dabei 280 l/m3 nicht überschreiten. Ausdiesen Angaben ergibt sich ein Wasser-Zement-Wert von maximal 0,53.Vorteilhaft ist die Verwendung von NW-Zementen. Bei höheren Außen-temperaturen erscheint dies sogar zwingend. Eine ungünstige Sieblinie,die einen entsprechenden Zementleimanspruch hat, ist zu vermeiden.

Das Nachdosieren von Wasser zur Regulierung der Frischbetonkon-sistenz ist strikt auszuschließen. Um das Ausbreitmaß des Betons zuerhöhen, darf nur ein geeignetes Fließmittel in zulässiger Menge zu-dosiert werden.

4.3 Einsatz von Stahlfasern

Stahlfasern sind eine im Beton gleichmäßig fein verteilte Bewehrung.Gerade im Industriebodenbau stellt Stahlfaserbeton den Stand derTechnik dar. Meist kann die konventionelle Mattenbewehrung bei gleich-er Tragfähigkeit vollständig durch Stahlfasern ersetzt werden.Grundsätzlich sind zwei Arten von Stahlfasern aufgrund ihrer Wirkungs-weise im Beton zu unterscheiden: Risshemmende und rissüberbrück-ende Stahlfasern.

Risshemmende Fasernweisen einen sehr hohen Haftverbund mit dem umgebenden Beton auf.Sie sind dadurch in der Lage Mikrorisse kraftschlüssig zu überbrückenund somit die Akkumulation zum Makroriss zu hemmen oder zu verhin-dern. Durch diese Eigenschaft wird die Steifigkeit der Matrix und somitdie Festigkeit des Betons erhöht. Diese Fasern wirken vor der (Makro-)Rissbildung.

Rissüberbrückende Fasernwirken nach einem völlig anderen Prinzip: Die Kraftübertragung erfolgthier durch Verankerungselemente, meist in Form von Endhaken. DieWirkung der Faser wird durch den Widerstand in der Endverankerunggegen das Herausziehen aus der Matrix beschrieben. Damit kann eine

Erhöhung der Festigkeitswerte nicht erreicht werden, weil eine Relativ-verschiebung zur Aktivierung dieses Effektes stattfinden muss. DieFasern wirken also nach der Rissbildung. Damit wird das spröde Verhal-ten von Beton gemildert und es stellt sich ein duktiles Verformungsver-halten ein. So ist auch nach dem Auftreten von Makrorissen ein rech-nerisch verwertbares Trag- und Arbeitsvermögen gegeben.

Die Verwendung von Stahlfasern kann dazu beitragen, die Entstehungvon Rissen zu vermeiden. Um eine Wirkung zu erzielen, muss einehomogene Verteilung im Beton durch ausreichend lange Mischzeiten,d.h. 1 Min./m3 bei Trommelmischern, eingehalten werden.

Stahlfasern, die vor der Rissbildung, bzw. bei sehr kleinen Rissweitenwirken sollen, müssen einen über die Faserlänge verteilt wirkendenVerbund erreichen. Hierfür eignen sich Fasern, die eine möglichst große,raue und profilierte Oberfläche besitzen. Entsprechende Stahlfasernwerden für die Verbesserung der Gebrauchstauglichkeit eingesetzt. Beidem Nachweis wird das Arbeits-vermögen bei einer geringenDurchbiegung ermittelt.

Hohes Arbeitsvermögen von Stahlfasern bei geringer Durchbiegung für den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit

Stahlfasern, die nach der Rissbildung wirken sollen, müssen in der Lagesein, Risse zu überbrücken und Kräfte über die Rissufer hinweg zuübertragen. Hierfür sind Stahlfasern geeignet, die ausgeprägte Endver-ankerungen, wie z. B. Haken, besitzen. Diese Stahlfasern verbesserndie Tragfähigkeit des Betons. Bei diesem Nachweis wird das Arbeits-vermögen bei größerer Durchbiegung ermittelt.

Hohes Arbeitsvermögen von Stahlfasern bei hoher Durchbiegung für den Nachweis der Tragfähigkeit

4.4 Konstruktive Maßnahmen

• Einhaltung maximaler Fugenabstände:

Bauteil Innen Außen

Bodenplatten, rechteckig 8 m x 8 m, bei l1/l2 £ 1,5 6 m x 6 m

Estriche 4 bis 6 m, bei l1/l2 £ 1,5 bei l1/l2 £ 1,5

Wände bis 30 cm Dicke 12 m

Maximale Fugenabstände stahlfaserbewehrter Bauteile

• Vermeidung großer Querschnittsänderungen

Unterschiedliche Plattendicken bei Böden führen z. B. zum Aufbau

erhöhter Längszugspannungen

• Einbau von Zusatzbewehrung bei einspringenden Ecken oder

Aussparungen (s. hierzu auch Merkblatt „Fugen in Betonflächen“)

4.5 Betoneinbau

• Dem Stahlfaserbeton darf auf der Baustelle kein Wasser zugegeben

werden. Zur Konsistenzeinstellung ist ausschließlich ein zugelassenes

Fließmittel zu verwenden.

• Der Stahlfaserbeton ist mit geeigneten Mitteln zu verdichten.

• Die betonierte Fläche ist vor frühzeitiger Austrocknung zu schützen. Die

Nachbehandlung sollte gemäß dem Merkblatt der Bauberatung Zement

„Nachbehandeln von Beton“ durchgeführt werden (s. hierzu auch Merkblatt

„Nachbehandlung von Stahlfaserbeton“).