Betonieren bei heißem Wetter: Der Einbau sah gut aus. Das Bauwerk sah das anders.

Der Zusammenhang zwischen Betontemperatur und Schalungsdruck wird oft falsch interpretiert. Eine weit verbreitete Annahme besagt, dass heißerer Beton – mit einer kürzeren Abbindezeit – einen geringeren seitlichen Druck auf die vertikale Schalung bedeutet, und rein hydrostatisch betrachtet enthält dies einen Funken Wahrheit: Die beschleunigte Erstarrung der Mischung verkürzt die Dauer des vollen Flüssigkeitsdrucks.

Das Risiko ergibt sich gerade aus dieser Komplexität. Untersuchungen von Billberg (2003) sowie Proske & Khayat (2005) haben gezeigt, dass zwar höhere Temperaturen die Geschwindigkeit des Druckabfalls nach dem Einbringen erhöhen, dieser Zusammenhang jedoch stark nichtlinear ist und in hohem Maße von der Mischungszusammensetzung, der Art der Zusatzmittel und der Einbaugeschwindigkeit abhängt. Ein Mischgut mit einem Verzögerer, der zur Wiederherstellung der Verarbeitbarkeit bei erhöhten Temperaturen dosiert wurde, kann sich nach den Bemessungsmodellen ACI 347 und DIN 18218 effektiv weitaus länger als ein Standardmischgut bei gleicher Temperatur wie ein Mischgut mit vollem Flüssigkeitsanteil verhalten.

Proske & Khayat (2005), „Materials and Structures“: Temperaturschwankungen im Frischbeton hatten nur einen begrenzten Einfluss auf den anfänglichen Seitendruck, erhöhten jedoch die Geschwindigkeit des anschließenden Druckabfalls erheblich – was bedeutet, dass der Spitzendruck während des Einbaus weitgehend unbeeinträchtigt bleibt, während der Druckabfall thermisch beschleunigt wird.

Bei selbstverdichtendem Beton (SCC) – der mittlerweile häufig für komplexe Stahlbetongeometrien eingesetzt wird – wird dieser Effekt durch die von Natur aus niedrigere Fließgrenze der Mischung verstärkt, wodurch nahezu hydrostatische Drücke entstehen, die fast unabhängig von der Einbaugeschwindigkeit sind. Die Standardgleichungen nach ACI 347 und DIN 18218 wurden für normalgerüttelten Beton kalibriert und können die Drücke bei SCC erheblich unterschätzen, insbesondere bei mit Verzögerern dosierten Mischungen für den Einsatz bei hohen Temperaturen.

Das Ausbrechen von Schalungen gehört nach wie vor zu den schwerwiegendsten und kostspieligsten Ausfallarten im Bauwesen – und zu den am besten vermeidbaren, sofern Druckdaten in Echtzeit vorliegen.

Eine ausreichende Verdichtung ist für die Betonqualität stets entscheidend, doch bei Betonierarbeiten bei hohen Temperaturen vervielfachen sich die Risiken. Eine schnell abbindende Mischung verzeiht verspätetes oder unzureichendes Rütteln weniger. Der wirksame Wirkungsradius eines Tauchrüttlers nimmt mit zunehmender Betonfestigkeit ab, was bedeutet, dass dasselbe Rüttelverfahren, das bei 20 °C eine vollständige Verdichtung gewährleistet, bei 32 °C zu eingeschlossenen Lufteinschlüssen führen kann – mit identischem sichtbaren Ergebnis an der Schalungsfläche.

Veröffentlichte Daten bestätigen, dass jedes zusätzliche Volumenprozent eingeschlossener Luft die Druckfestigkeit um etwa 5 % verringert (ACI 309R). Bei schwach bewehrten Bauteilen ist dies ein vertretbarer Mangel; bei vorgespannten Bauwerken, dünnwandigen Fertigteilen oder Infrastrukturkomponenten mit strengen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ist dies jedoch nicht der Fall.

Die besondere Herausforderung liegt in der Unsichtbarkeit. Hohlräume unter oder um die Bewehrung herum, in Bereichen, die von den Einstichstellen der Rüttler entfernt liegen, oder hinter bereits eingebauten Bauteilen lassen sich erst nach dem Ausschalen erkennen – und dann steht der Bauunternehmer vor einer kostspieligen und zeitkritischen Reparatur oder im schlimmsten Fall vor einer statischen Begutachtung. Die herkömmliche Qualitätssicherung – die Sichtprüfung an der Schalungsfläche und die begleitende Betonprobenprüfung – liefert keine Informationen über das Innere des Betonierbereichs.

Das Wasser-Zement-Verhältnis (w/z) ist der wichtigste Parameter, der sowohl die Festigkeit als auch die Dauerhaftigkeit von ausgehärtetem Beton bestimmt. Es ist zudem der Parameter, der am stärksten von den baustellenspezifischen Bedingungen bei heißem Wetter beeinflusst wird – gerade weil das Hauptsymptom einer unzureichenden Verarbeitbarkeit der Verlust der Setzfähigkeit ist und die einfachste Gegenmaßnahme vor Ort die Zugabe von Wasser ist.

Das Problem der Rückverfolgbarkeit ist im Betonbau wohlbekannt. Die Mischungszusammensetzung wird in der Mischanlage überprüft. Doch Beton, der unter sommerlichen Bedingungen angeliefert wird – nach einem 20- bis 40-minütigen Transport in einer Trommel, die sich mit Rührgeschwindigkeit dreht –, kann bei der Ankunft mehrere Setzklassen unter der Spezifikation liegen. Der Fahrer meldet dies dem Pumpenbediener; der Pumpenbediener informiert den Vorarbeiter; und der einfachste Weg ist der Schlauch zur Wasserzugabe.

Sowohl ACI 305.1-2014, Abschnitt 5.7, als auch EN 206 verbieten die Zugabe von Wasser über die festgelegten Mischungsverhältnisse hinaus. In der Praxis ist ein Verbot ohne Messung nicht durchsetzbar. Ohne ein objektives, schnelles Verfahren zur Bestimmung des tatsächlichen Wasser-Zement-Verhältnisses des angelieferten Betons hängt die Einhaltung der Vorschriften vollständig von der Disziplin auf der Baustelle und mündlichen Anweisungen ab – ein unsicherer Kontrollmechanismus auf einer geschäftigen Baustelle bei 35 °C.

Diese Überwachungsarchitektur ermöglicht einen grundlegenden Wandel vom reaktiven zum proaktiven Qualitätsmanagement. Herkömmliche Methoden – Würfeltests, Konsistenzmessungen, Sichtprüfungen – sind Diagnosewerkzeuge, die Probleme erst im Nachhinein aufdecken, oft erst, nachdem der fehlerhafte Beton bereits vergossen oder belastet wurde. Die sensorgestützte Überwachung greift hingegen während des Prozesses ein, wenn Korrekturen noch möglich sind und bevor sich Mängel in der Konstruktion festsetzen.

Referenzen & Normen

1. ACI-Ausschuss 305 (2020). ACI 305R-20: Leitfaden für Betonarbeiten bei hohen Temperaturen. American Concrete Institute, Farmington Hills.
2. ACI-Ausschuss 305 (2014). ACI 305.1-14: Richtlinie für Betonarbeiten bei hohen Temperaturen. American Concrete Institute.
3. ACI-Ausschuss 347 (2014). ACI 347R-14: Leitfaden für Betonschalungen. American Concrete Institute.
4. ASTM C1074 (2019). Standardverfahren zur Bestimmung der Betonfestigkeit nach der Reifungsmethode. ASTM International.
5. DIN 18218:2010. Druck von Frischbeton auf senkrechte Schalungen. Deutsches Institut für Normung.
6. EN 13670:2009. Ausführung von Betonkonstruktionen. CEN, Brüssel.
7. EN 206:2013+A2:2021. Beton – Anforderungen, Eigenschaften, Herstellung und Konformität. CEN, Brüssel.
8. Proske, T. & Khayat, K.H. (2005). Einfluss der Einbaugeschwindigkeit und der Betontemperatur auf den seitlichen Schalungsdruck von selbstverdichtendem Beton (SCC). Materials and Structures, 38, 1–8.
9. Saul, A.G.A. (1951). Grundlagen der Dampfhärtung von Beton bei Atmosphärendruck. Magazine of Concrete Research, 2(6), 127–140.
10. Carino, N.J. & Lew, H.S. (2001). Die Reifegradmethode: Von der Theorie zur Anwendung. Tagungsband des Structures 2001-Kongresses, ASCE.
11. ACI-Ausschuss 309 (2005). ACI 309R-05: Leitfaden für die Verdichtung von Beton. American Concrete Institute.