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Unterwasserbeton

Stichworte

• Unterwasserbeton
• Konsistenz
• Frischbeton
• Mehlkorngehalt
• Grundbau 

Stand der Technik

Unterwasserbeton findet seine Verwendung in Bauteilen für Hafenbauwerke und Brückpfeiler, die unter Wasser hergestellt werden müssen, sowie beim Betonieren von Betonsohlen, Fundamenten in gefluteten Baugruben, Bohrpfählen und Schlitzwänden [1-3]. Um vergleichbare Eigenschaften bezüglich Festigkeit und Dauerhaftigkeit wie bei konventionellem Konstruktionsbeton zu erreichen, sind bei tragenden Bauteilen die Anforderungen der DIN EN 206 und DIN 1045-2 zu erfüllen. Als maximaler äquivalenter Wasserzementwert ist (w/z)_eq = 0,60 festgelegt. Da der Boden zumeist über Pumpen und Schütten durch Schläuche eingebracht wird (z. B. Contractor-Verfahren) und der Frischbeton im unmittelbaren Kontakt mit dem umgebenden Wasser nicht ausgewaschen werden darf, ist ein sehr guter Zusammenhalt des Frischbetons notwendig. Hierfür werden üblicherweise Mehlkorngehalte > 400 kg/m³ sowie ein abgestimmter Kornaufbau mit einer stetigen Sieblinie eingesetzt, was sich gleichzeitig auch günstig auf die Konsistenz auswirkt. Da in der Regel bei Unterwasserbeton keine gezielte Verdichtungsarbeit geleistet werden kann und der Beton daher weitgehend selbständig entlüftet und ausnivellieren muss, andererseits auch nicht entmischen darf, wird als Zielkonsistenz der Bereich F5 angestrebt. Als weitere Anforderung kann sich je nach Einsatzort ein erhöhter Widerstand des Betons gegen chemischen Angriff (z. B. Sulfa, kalklösende Kohlensäure) ergeben. Werden bei unbewehrten Unterwasserbauteilen erhöhte Zugfestigkeiten benötigt, so kann auf entsprechende Erfahrungen mit Stahlfasterbeton verwiesen werden [4].

Einsatz von Flugasche im Unterwasserbeton

Die bekannten Vorteile der Verwendung des Betonzusatzstoffs Flugasche kommen bei Unterwasserbeton im besonderen Maß zu Geltung. Der Füllereffekt wirkt sich positiv auf die Sieblinie und der Kugellagereffekt auf die rheologischen Eigenschaften des Betons aus. Durch die Einstgellung ausreichend hoher Mehkornanteile auch bei vermindertem Zementgehalt wir die Verarbeitbarkeit und der Zusammenhalt des Betons verbessert [5]. Insbesondere bei massigen Bauteilen wird der Vorteil der geringeren Hydratationswärme flugaschehaltiger Betone genutzt [6, 7]. Das hohe Nacherhärtungspotention von Beton mit Flugasche wird durch das Abbinden unter Wasser, das eine optimale "Nachbehandlung" darstellt, in vollem Maß genutzt. Gleichzeitig wird eine hohe Dichtheit erreicht, wodurch ein hohe Widerstand gegen das Eindringen von Wasser und gegen chemische Angriffe resultiert.

Diese günstigen Eigenschaften haben dazu gefügt, dass Flugasche in Unterwasserbeton mit einem k-Wert von 0,7 auf den äquivalenten Wasserzementwert angerechnet werden darf.

Auch im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit bestehen gegen den Einsatz von Flugaschebeton im Kontakt mit Grundwasser keine Bedenken.

Anwendungsempfehlung

Mit dem nebenstehenden Nomogramm können geeignete Betonrezepturen für normgerechten Unterwasserbeton ermittelt werden. Nach der Festlegung des Zementgehaltes (im Beispiel 290 kg/m³) wird der Flugaschegehalt zwischen der Mindestmenge zur Einstellung des erforderlichen Bindemittelgehaltes (f+z ≥ 350 kg/m³) und dem maximal anrechenbaren Flugaschegehalt (f/z ≤ 0,33) gewählt.

Der empfohlene Flugaschegehalt orientiert sich in Abhängigkeit von der feinen Gesteinkörnung an einem Mehkornanteil von > 400 kg/m³, im Beispiel also mehr als die rechnerisch erforderlichen 89 kg/m³. Der Wassergehalt ergibt sich auf Basis von w = 0,60 · (z + 0,7f) zu 210 kg/m³ und kann im oberen Bereich des Nomogramms abgelesen werden.

Für speziell Baumaßnahmen kann es erforderlich sein,von solchen Normrezepturen abzuwichen. Bei sehr massigen Fundamenten ist zur Begrenzung der Zwangs- und Eigenspannung aus der Hydratationswärmeentwicklung und der daraus resultierenden Risse eine weitergehende Reduzierung des Mindestzementgehlates sinnvoll, wobei der Mehlkorngehalt durch Flugasche kompensiert wird [7]. Beim Einsatz von Stahlfasern ist ein insgesamt höherer Leimgehalt notwendig, um die Fließ- und Entlüftungseigenschaften des Frischbetons zu gewährleisten. Nachstehende Tabelle gibt entsprechende Rezepturen für Unterwasserbetone mit Stahlfasern am Beispiel Großbaustelle "Potsdamen Platz" in Berlin. Die hier angegebene Betonmischung bedurfte einer Zustimmung im Einzelfall.

 

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