WASSERUNDURCHLÄSSIGER BETON: Spezialprodukte für wasserdichte Strukturen gegen das Erdreich

Code: S.0012

Produkte und Zubehör für die Ausführung von Betonguss mit Metall oder Holzverschalung, für die Realisierung von Untergeschossen bei Vorhandensein von Grundwasser und ohne die Verwendung von einkreisender Abdichtung (Mäntel, etc.)

Verwendete Produkte

Einführung

Die Realisierung von Strukturen bei Vorhandensein von Grundwasser wurde in der Vergangenheit immer mit so genannten "einkreisenden" Systemen gelöst, bei denen die Wasserundurchlässigkeit der Struktur durch die äußere Auftragung von Bitumen- oder PVC-Mänteln, selbstklebende Membrane, mit Pinsel oder durch Sprühen aufgetragene Zementkunststoffsysteme, flüssige Bitumenmäntel, Polyurethansysteme, etc. erreicht wurde. Diese Bautechniken haben den Nachteil, dass sie von Fachkräften durchgeführt werden müssen, um die fachgerechte Durchführung und somit die Effizienz zu gewährleisten. Dies erfordert Wartezeit für die Verschalung zum Zeitpunkt des in die Erde Setzens, die eventuell durch widrige Witterungsumstände verlängert werden kann. Da es sich außerdem um "externe" Materialien für den Guss selber handelt, erfordern diese eine weitere Verwaltung der Lagerartikel, des Abfalls, der zu entsorgenden Verpackungen, etc.

Eine andere Herangehensweise an die Problematik der Wasserundurchlässigkeit der Strukturen mit Grundwasser, die sich in den letzten Jahren als wesentliche Konstruktionstechnik in diesem Marktsegment durchsetzt, ist die Realisierung von eigentlich wasserundurchlässigen Strukturen aus Beton, die durch die Zugabe entsprechender Zusatzstoffe in Pulverform wasserundurchlässig gemacht werden.

Die Mauern und die Platte aus wasserundurchlässigem Beton müssen allerdings mit Produkten und Systemen, die die Wasserundurchlässigkeit der Fugen, Verbindungen und Abstandshalter der Verschalung gewährleisten und Teil des gesamten Systems darstellen, unterstützt werden.

 

Durchlässigkeit und Undurchlässigkeit des Betons

 

In erster Linie ist die Durchlässigkeit die Eigenschaft der Materialien, den Durchfluss von Flüssigkeiten zu erlauben, ohne die eigentliche Struktur zu verändern. Es gelten die Materialien als durchlässig, die den Durchfluss von relativ hohen Flüssigkeitsmengen erlauben. Im Gegensatz dazu gelten die Materialien, bei denen der Flüssigkeitsdurchfluss vernachlässigbar ist, als undurchlässig. Die Schnelligkeit, mit der eine Flüssigkeit einen Festkörper durchfließt, hängt von der Art der Substanz, aus der der Körper besteht, vom Druck der Flüssigkeit und der Temperatur ab. Um durchlässig zu sein, muss das Material porös sein oder über Leerräume verfügen, die Poren, die die Flüssigkeit absorbieren können. Die Poren müssen außerdem durch ein Netz von Hohlräumen verbunden sein, die der Flüssigkeit ermöglichen, die feste Substanz zu durchfließen. Um undurchlässig zu sein hingegen, muss das Material über eine dichte und kompakte Struktur verfügen und frei von untereinander verbundenen Hohlräumen sein.

Die Undurchlässigkeit des Betons ist eine wesentliche Eigenschaft für die Haltbarkeit der Strukturen im Laufe der Zeit. Das Zementkonglomerat oder der Zementstein ist von der Art her mit einem natürlichen kompakten Stein vergleichbar. Die Wasserundurchlässigkeit eines kompakten Marmors etwa entspricht der des Betons mit einem Verhältnis von A/C = 0,48. Das in die Betonmasse eingedrungene Wasser hinterlässt nach der Reifung aufgrund der für das Bauwerk erforderlichen Hydration und Bearbeitbarkeit ein engmaschiges Netz von Gängen, die die Zementmasse porös machen und die aus Gel- und Kapillarporen bestehen. Die "Kapillarporösität", die in großem Maßstab die innere Durchlässigkeit des Konglomerats bestimmt, hängt vom Verhältnis Wasser/Zement und dem Hydrationsgrad ab und geht von 0% bis zu 40% des Volumens in Bezug auf das Volumen der Zementmasse. Bei einem Verhältnis Wasser/Zement von mehr als 0,38 ist die Dauerhaftigkeit der Kapillarporen auch nach der vollständigen Hydration, mit Ausnahme von spezifischen Eingriffen mit Einbringung von reaktiven Fillern praktisch unausweichlich.

Die Kapillarporen sind nur unter dem elektronischen Mikroskop sichtbar. Ihr Durchmesser spielt im Mikronbereich (zwischen 0,1 und 10 Mikron). Sie haben eine veränderliche Struktur und bilden eine kontinuierliche Kanalisierung und Verbindung im Bereich der Matrix: die Durchlässigkeit des Betons ist daher keine einfache Funktion seiner Porösität, sondern hängt auch von der Dimension, der Verteilung, der Körperlichkeit und Kontinuität der Poren ab. Die empirische Formel Vp = 5.9 α + 42 (1 - α) liefert die Angaben für die Berechnung des volumetrischen Umfangs der Kapillarporen abhängig vom Hydrationsgrad und dem Gesamtwasser der befestigten Mischung (wo Vp das Volumen der Kapillarporen ist, α der Hydrationsgrad, variabel von 0 bis 1).

Zur Kapillarporösität wird in der Regel in Bezug auf die Zwischenverbindung der Poren, das weitverbreitete Vorhandensein von "eingeschlossener Luft" im frischen Beton hinzugefügt, die durch eine korrekte Verdichtung des Konglomerats ausgestoßen werden müsste und Makrohohlräume bildet (mit ca. 1mm bis einigen Zehntel mm).

Eine weitere Variable, die die Porösität sehr steigern kann, findet sich im Übergangsbereich, d.h. dem Bereich der Zementmasse (mit einer Dicke von einigen Mikron oder Zehntel Mikron), der sich in direktem Kontakt mit dem Steinaggregat befindet. Der Übergangsbereich kann sehr viel poröser als die angrenzende Zementmatrix sein, abhängig vom Bleeding-Wasser (Wasseransammlung auf der Betonoberfläche), welches während des Anstiegs teilweise in den größeren Steinaggregaten eingeschlossen wird.

Das mehr oder weniger große Vorhandensein von untereinander verbundenen Hohlräumen (Kapillaren) zwischen den gegenüberliegenden Gussflächen, "kontinuierliche Porösität", zwischen den sich aufgrund des hydrostatischen Druckunterschieds der Beton  aus durchlässig erweist hängt, wie bereits erwähnt, stark von den Betoneigenschaften und der Korrektheit der Verlegung, der Pflege und Alterung sowie eventuellen Mikro- und Makrorissen durch plastisches und hygroskopisches Schrumpfen ab.

Während des Aushärtungsprozesses des Betons können Klimaphänomene wie die Temperatur, die relative Luftfeuchtigkeit und die Belüftung den mehr oder weniger plötzlichen Verlust des Wassers der Masse beeinflussen.  Bei mangelnder Pflege und feuchter Alterung kann sich signifikanter Qualitätsverfall bemerkbar machen, der auch die Durchlässigkeit betrifft. 

 

Erzielen der Undurchlässigkeit des Betons

Wie erwähnt, hängt die Durchlässigkeit des Betons von der porösen Mikrostruktur des ausgehärteten Zements a, was wiederum vom Verhältnis Wasser/Zement abhängt. Daraus folgt, dass der Beton verschiedene Durchlässigkeitsgrade haben kann, abhängig davon, wie er sich zusammensetzt und verlegt wurde. Die Faktoren, die diese Eigenschaft beeinflussen, sind dieselben, die auch die anderen Eigenschaften beeinflussen: Zusammensetzung, Verarbeitung und die darauf folgenden Behandlungen. Theoretisch gibt es keine besonderen Schwierigkeiten beim Erreichen der Undurchlässigkeit des Betons. In der Praxis hingegen muss berücksichtigt werden, dass der tatsächlich undurchlässige Beton andere Bemühungen und Aufmerksamkeiten erfordert, als normalerweise auf den Baustellen üblich. Auf technisch-planerischer Ebene muss berücksichtigt werden, dass diese Undurchlässigkeit als relativ und nicht absolut angesehen werden muss. Um einen undurchlässigen Beton zu erhalten, sind eine sorgfältige Planung, eine genaue Anfertigung, die richtige Verlegung sowie die unerlässlichen Pflege- und Alterungsbehandlungen, die effektiv und wirksam sein müssen, im Gegensatz zu den häufig auf den Baustellen angewandten Verfahren, erforderlich.

In der Praxis bedeutet dies, dass es vor allem erforderlich ist, das Verhältnis Wasser/Zement auf ein Minimum, welches mit der Bearbeitbarkeit kompatibel ist, zu reduzieren. Es müssen Aggregate geeigneter Art und Granulierung verwendet werden. Ein zu schnelles Trocknen des Gusses muss zur Vermeidung der Bildung von externen und internen Rissen durch das Schrumpfen vermieden werden. Während des Gusses muss die Sedimentierung des Betons und somit der Verlust der Homogenität, die durch die Mischung erreicht wurde, verhindert werden. Bei einem Verhältnis Wasser/Zement von mehr als 0,38 ist es praktisch unvermeidlich, die Qualität ohne bedeutende Kapillarporen aufrecht zu erhalten, auch nach der vollständigen Hydration, spezifischen Eingriffen, dem Auftragen von reaktiven Fillern können diese unausweichlich sein.

 

Innovative Materialien und die Norm UNI EN 206-1

Die Norm UNI EN 206-1 führt unter Punkt 3.1.23 das Zusatzstoffkonzept auf, welches das im Beton verwendete Material für die Verbesserung gewisser Eigenschaften zu oder zum Erhalt besonderer Eigenschaften, detailliert unterteilt. Die Norm berücksichtigt zwei Arten von anorganischen Zusatzstoffen: die praktisch inerten Zusatzstoffe (Typ I) und die puzzolanischen Zusatzstoffe oder die mit latent hydraulischer Wirkung (Typ II). In Punkt 5.2.5.2.1 derselben Norm wird außerdem der Begriff k-Wert aufgeführt (nicht zu verwechseln mit dem gleichnamigen Parameter der Durchlässigkeit). Der sich auf die Zusatzstoffe beziehende k-Wert ermöglicht, dass die Zusatzstoffe des Typs II berücksichtigt werden, indem die Definition "Verhältnis Wasser/Zement" (wie in 3.1.31 festgelegt) mit der Definition "Verhältnis Wasser/Zement + k Zusatzstoff" ersetzt wird, in der Eigenschaft der Mindestdosierung des Zementes (siehe 5.3.2). Der effektive k-Wert hängt von dem spezifischen Zusatzstoff ab.

Für die "puzzolanischen Zusatzstoffe" (Typ MICROSIL 90) wird festgelegt, dass ihre ideale Menge zwischen 7%-12% des verwendeten Zementgewichtes liegen muss (mindestens 330 kg/m³ von 42,5R oder 360 kg/m³ von 32,5R). Die Verfügung der "Besonderheit" mit erhöhtem technologischem Inhalt, wie den "puzzolanischen Zusatzstoffen", wird daher als technologisch und terotechnologisch angemessene Zweckmäßigkeit für den Bau von undurchlässigen Bauwerken gegenüber der kombinierten Verwendung von "eigentlich wasserundurchlässigem Beton", bei geeigneten Ausführungstechniken.

Der Fortschritt beim Erwerb von Terotechnologien hat kürzlich Produkte mit neuer Konzeption hervorgebracht, die besser als "krista

llisierende Wirkstoffe" bekannt sind und auf der besonderen katalytischen Wirkung im rheologischen Bereich des gemischten Betondesigns basieren. Diese werden mit ca. 1% des Gewichtes des Zements dosiert. Diese Zusatzstoffe ermöglichen die Versiegelung von Hohlräumen und Mikrorissen von bis zu 400 Mikron über eine kristalline Kapillarreaktion, die die noch vorhandenen mineralischen Verbindungen nach der Hauptreaktion des Betons nutzt, indem in Verbindung mit dem in der Zementmatrix vorhandenen Wasser und der Feuchtigkeit gewirkt wird. Es handelt sich um innovative Technologien, die zusätzlich zur drastischen Reduzierung der Durchlässigkeit des Betons und der hygrometrischen Schrumpfung bereits in den ersten 28 Tagen der Reifung eine 

wahre "Selbstheilung" der Zementmatrix anstößt. Die erwähnten reaktiven Prozesse erfordern keine besonderen oder verringerten Wasser/Zement-Verhältnisse, da ihre Wirksamkeit durch die A/C-Werte der Größenordnung 0,50/0,60 sichergestellt wird, was genau die Werte sind, die im Allgemeinen auf den Baustellen verwendet werden.

 

Hermetische Einrichtungen und Zubehör

All das oben Erwähnte beschreibt ausführlich, wie ein eigentlich undurchlässiges Betonwerk hergestellt wird. Die gesamte Struktur zeigt allerdingsunvermeidlich volumetrische Unregelmäßigkeiten, die für die Realisierung erforderlich sind. Diese Unregelmäßigkeiten, die leicht dem Durchfließen von Wasser unterliegen, sind zum Beispiel die Verbindungen zwischen der Platte und den Mauern, die Fugen, an denen der Guss neu angesetzt wird und die Dehnungsfugen, die Abstandshalter der Verschalung, die durchführenden Rohre, etc.

Um den Durchfluss von Wasser durch diese Unregelmäßigkeiten zu vermeiden, besteht das vorliegende System aus: Wasserstoppringe aus Natriumbentonit oder hydroexpansivem Gummi, Wasserstopp aus PVC, hydroexpansive Versiegelungsmittel in Kartuschen, Hydraulikdichtungen für Abstandshalter von Verschalungen, sowohl "Klingentyp" als auch schlauchförmig aus PVC, Polypropylenfasern für die Verringerung der Mikrorisse durch plastisches Schrumpfen, hydroexpansive Pasten für die hermetische Versiegelung von durchlaufenden Rohren, etc.

 

Teilen

Integrierte Lösungen, die interessant sein könnten