Betonzusatzmittel

Zusatzmittel für Beton sind im Wasser gelöste oder aufgeschlämmte Stoffe, die dem Beton beigemischt werden, um durch physikalische und / oder chemische Wirkungen die Eigenschaften des Frisch- oder Festbetons, wie z.B. Verarbeitbarkeit, Abbindverhalten, Erhärten oder Dauerhaftigkeit, zu verändern.

Allgemein

Betonzusatzmittel sind in der europäischen Normenreihe EN 934 (Zusatzmittel für Beton, Mörtel und Einpressmörtel), die in allen CEN-Mitgliedsländern verbindlich gilt, definiert. Der Teil 2 der EN 934 enthält die Definitionen und Anforderungen an Betonzusatzmittel. Dementsprechend ist ein Betonzusatzmittel:

„ein Stoff, der während des Mischvorgangs des Betons in einer Menge hinzugefügt wird, die einen Massenanteil von 5 % des Zementanteils im Beton nicht übersteigt, um die Eigenschaften der Betonmischung im frischen und/oder erhärteten Zustand zu verändern.“

EN 934-2 enthält Definitionen und Anforderungen für folgende Wirkungsgruppen:

Betonverflüssiger (Tabelle 2)
Fließmittel (Tabelle 3.1 und 3.2)
Stabilisierer (Tabelle 4)
Luftporenbildner (Tabelle 5)
Erstarrungsbeschleuniger (Tabelle 6)
Erhärtungsbeschleuniger (Tabelle 7)
Verzögerer (Tabelle 8)
Dichtungsmittel (Tabelle 9)
Verzögerer/Betonverflüssiger (Tabelle 10)
Verzögerer/Fließmittel (Tabelle 11.1 und 11.2)
Erstarrungsbeschleuniger/Betonverflüssiger (Tabelle 12)

Betonzusatzmittel liegen in pulverförmiger oder flüssiger Form vor und werden beispielsweise benutzt bei:

hohen oder tiefen Temperaturen
komplizierter Geometrie
langen Betonieretappen

Neben ihren erwünschten Wirkungen können Betonzusatzmittel das System aus Zement, Gesteinskörnung und Wasser auch negativ beeinflussen, was durch eine entsprechende Eignungsprüfung zu ermitteln ist. Sie dürfen mit anderen Betonbestandteilen keine störenden Wechselwirkungen eingehen und den Korrosionsschutz der Bewehrung nicht negativ beeinflussen. Die Verwendung von Beton nach DIN 1045 verlangt eine Zulassung (Prüfzeichen) mit Angaben über die Verwendung.

Dosierung

Betonzusatzmittel werden in der Regel flüssig und in geringen Mengen zugegeben. Die Zugabe, bezogen auf das Zementgewicht, liegt im allgemeinen im Bereich von 0,2 – 2%. Der vom Hersteller empfohlene Dosierbereich sollte beachtet werden, wobei die tatsächliche Dosierung durch geeignete Eignungsprüfungen mit den später an der Baustelle verwendeten Stoffen ermittelt werden muss. Bei der Dosierung von mehr als 3 l/m³ (also 0,3 Vol.-%) Beton muss die darin enthaltene Wassermenge bei der Berechnung des w/z-Werts berücksichtigt werden. Unterdosierung verringert meist deutlich den angestrebten Effekt. Überdosierung können dagegen unerwünschte Effekte, wie Abbindeverzögerung, Druckfestigkeitsverluste oder Entmischungen, mit sich bringen. Daher wurden für die Baupraxis Grenzwerte festgelegt. Zusatzmittel verschiedener Wirkungsgruppen sollten nicht miteinander vorgemischt werden, da dies zu unerwünschten Reaktionen führen kann. Auch sollten Zusatzmittel gleicher Wirkungsweise, aber verschiedener Hersteller nicht miteinander kombiniert werden (Ausnahme: mehrere Fließmittel gleichzeitig).

Typen von Betonzusatzmitteln

Betonverflüssiger (BV) und Fließmittel (FM)

Frühere Bezeichnung von Fließmittel: Hochleistungsverflüssiger (HBV)

Betonverflüssiger und Fließmittel, oft auch Plastifikatoren, Superplastifikatoren oder Superverflüssiger genannt, sind die am häufigsten gebrauchten Zusatzmittel, Fließmittel dienen auch zur Herstellung von Beton mit fließfähiger Konsistenz. (Fließbeton/SCC)

Anwendungen

Pumpbetone
Beton mit sehr hohen Druckeigenschaften und guter Verarbeitbarkeit
Selbstverdichtender Beton (SCC)

Vorteile

Betonverflüssiger und Fließmittel verbessern bei gleichem w/z–Wert die Verarbeitbarkeit des Betons oder vermindern bei gleicher Verarbeitbarkeit den Wasseranspruch und damit den w/z–Wert, was zu einer Erhöhung der Druckfestigkeit und der Dichtigkeit führt. Eine Kombination der beiden Varianten ist auch möglich.

Nachteile

Als mögliche Nebenwirkung ist die Verzögerung des Abbindens zu nennen. Überhaupt spielen hinsichtlich der Zusatzmittelwirkungen die Eigenschaften des Zements sowie auch die Betonrezeptur eine wichtige Rolle.

Chemisch/ physikalische Wirkung

Durch Zugabe von Betonverflüssiger (BV) wird der Frischbeton flüssiger und damit leichter verarbeitbar. Für eine bestimmte Verarbeitbarkeit kann dadurch die erforderliche Wassermenge (w/z-Wert) reduziert werden.

Chemische Substanzen

Ligninsulfonate (auch Lignosulfosäure)
Melamin-Formaldehyd-Sulfonate
Naphthalin-Formaldehyd-Sulfonate
Hydroxycarbonsäuren und deren Salze

Wirkungsweise

Die Wirkungsweise variiert je nach verwendeter chemischer Substanz. Oberflächenaktive Stoffe setzen die Oberflächenspannung des vorhandenen Wassers herab und bewirken so eine Schmierwirkung. Parallel dazu können die Chemikalien eine Dispergierung/Zerstreuung von Zementagglomerationen veranlassen und eine gleichmäßigere Verteilung feinster Partikel herbeiführen.

Luftporenbildner (LP)

Die Aufgabe der Luftporenbildner ist es, Millionen von kleinen Luftporen mit etwa 0,01 bis 0,3 mm Durchmesser zu bilden. Diese Luftporen bieten dem Wasser, das sich in den Kapillarporen befindet, die Möglichkeit, sich beim Gefrieren in die Luftporen auszudehnen. Damit wird das Abplatzen der Betonoberfläche verhindert. Für den erwünschten Luftgehalt von etwa 13% im Zementstein, das heißt 3 – 8% im Beton (je nach Größtkorn), genügen meist sehr geringe Zusatzmittelmengen. Allerdings hängt die entstehende Luftporenmenge nicht alleine von der Art und der Dosierung ab, sondern auch von einer Vielzahl anderer Faktoren wie Zementart, Gesteinskörnung und Kornzusammensetzung, Konsistenz, Temperatur, Mischintensität und Mischdauer, dem Vorhandensein anderer Zusatzmittel usw. Bei kombiniertem Einsatz von Luftporenbildner mit anderen Wirkstoffgruppen, wie Betonverflüssiger oder Fließmittel muss die Verträglichkeit durch eine Eignungsprüfung nachgewiesen werden.

Anwendungen

Betonobjekte, die Frost und Frosttaumitteln (Streusalz) ausgesetzt sind (Bsp.: Kappen von Straßenbrücken, Stützmauern)

Vorteile

Durch die Bildung der Luftporen, wird die Frost- und Frost-Taumittelbeständigkeit des Betons wesentlich erhöht, seine Verarbeitbarkeit verbessert und das Bluten (Wasserverlust beim Betonieren) vermindert. Faustregel: 1 Prozent zusätzlich eingeführte Luftporen ermöglichen eine Wassereinsparung von ca. 5 Litern je m³ Frischbeton.

Nachteile

Ein unerwünschter Effekt ist die Abnahme der Druckfestigkeit. Faustregel: Jedes Prozent Luftporen bedeutet einen Druckverlust von bis zu 3 N/mm² Die Verwendung synthetischer Tenside stellt höchste Anforderungen an die Verarbeitung des Betons, da mit längerem Mischvorgang eine unerwünschte, starke Erhöhung des Luftporenanteils auftreten kann.

Chemische Substanzen

Als Bestandteile werden oberflächenaktive Substanzen auf Basis von modifizierten Naturprodukten (z.B. Wurzelharzseifen), Kombinationen synthetischer Tenside, oder Gemische aus „natürlichen“ und synthetischen Luftporenbildnern eingesetzt.

Erstarrungsbeschleuniger (BE) und Erhärtungsbeschleuniger (BE)

Sie werden auch Abbindebeschleuniger und Abbindeverzögerer genannt.

Anwendungen

Wegen ihrer schwer kontrollierbaren Wirkungen kommen Beschleuniger nur bei ganz spezifischen Betonanwendungen zum Zuge:

Spritzbeton
Betonieren bei tiefen Temperaturen
Betonieren mit kurzen Ausschalfristen
Betonieren in fließenden Gewässern
Einsetzen von Ankern und Steinschrauben
Reprofilierung und Reparaturen
bei Wassereinbrüchen

Vorteile

Beschleuniger und so genannte Frostschutzmittel bewirken eine Beschleunigung des Erstarrens bzw. Erhärtens und damit eine schnellere Wärmeentwicklung. Sie sollen für ein rascheres Erstarren sorgen, damit man den Beton früher ausschalen, abheben, belasten oder dem Frost aussetzen kann.

Nachteile

Bei einer Überdosierung kann das Erstarren und Erhärten verzögert statt beschleunigt werden. Beschleuniger bewirken oft eine mehr oder weniger starke Herabsetzung der Endfestigkeit des Betons.

Verzögerer (VZ)

Anwendungen

Betonieren bei heißem Wetter
Transport über große Distanzen
Betonieren großer Kubaturen oder Flächen (Reduktion der Wärmeentwicklung)
Vermeidung von Arbeitsfugen bei eingeplanten Arbeitsunterbrechungen (nahtloser Anschluss)

Vorteile

Verzögerer bewirken eine Verzögerung beim Abbinden des Zementleims und erlauben damit eine Verlängerung der Verarbeitbarkeit von Beton. Beton, der Verzögerer enthält, erhärtet zu Beginn etwas langsamer. Seine 28-Tage-Festigkeit ist in der Regel etwas höher als bei einem Beton ohne Verzögerer. Wegen seiner anfänglich langsameren Erhärtung ist dieser Typ von Beton besonders sorgfältig nachzubehandeln (bewässern, abdecken).

Nachteile

Bei einer Überdosierung kann die Wirkung der Verzögerer umschlagen, d.h. sie können dann zu Beschleunigern werden.

Quellen

Skript Bauchemie, Zürcher Hochschule Winterthur

Skript Baustoffkunde II, Universität Karlsruhe, Ausgabe 1998 [1]

EN 934: Zusatzmittel für Beton, Mörtel und Einpressmörtel - Teil 2: Betonzusatzmittel - Definitionen, Anforderungen, Konformität, Kennzeichnung und Beschriftung