Beton – Umgebungsbedingungen und Expositionsklassen

Die Forderung nach Gebrauchstauglichkeit bedeutet, dass Beton eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegenüber den zu erwarteten Einwirkungen hat. Die Anforderungen an die Betonzusammensetzung betreffen den Mindestwert für den Zementgehalt, den Höchstwert für den Wasserzementwert (w/z-Wert) und die Festigkeit. Sie richten sich nach den jeweiligen Umgebungsbedingung, der der Beton ausgesetzt ist.
In den Normen DIN EN 1992-1 und DIN EN 206 sind den Umgebungsbedingungen wiederum Expositionsklassen zugeordnet. Die Expositionsklassen sind charakterisiert durch die maßgebenden Einwirkungen, welchen der Beton aufgrund der vorherrschenden Umgebungsbedingung ausgesetzt ist und durch die möglichen zu erwartenden Folgen für den Beton bzw. das bewehrte Bauteil. Bei den Umgebungsbedingungen ist zu beachten, dass praktisch immer das sog. „Mikroklima“, also die Bedingungen unmittelbar an der betrachteten Betonoberfläche gemeint sind.

Es werden die folgenden Expositionsklassen unterschieden:

Expositionsklassen Beton

Innerhalb jeder Klasse findet eine weitere Differenzierung hinsichtlich der jeweiligen Einwirkung statt.  Um den chemischen Angriff zu klassifizieren, gibt die DIN EN 206 Grenzwerte an. Diese Werte gelten für eine natürliche Umgebung mit einer Wasser/Boden¬temperatur von 5 °C bis 25 °C und einer Fließgeschwindigkeit des Wassers, die annähernd hydrostatische Bedingungen schafft. Für die Beurteilung ist der jeweils höchste Angriffsgrad maßgebend, auch wenn er nur von einem Wert erreicht wird. Liegen zwei oder mehrere Werte im oberen Viertel eines Bereiches, so erhöht sich der Angriffsgrad um eine Stufe (ausgenom-men Meer- und Niederschlagswasser).

Grenzwerte für Expositionsklassen

Aus den Expositionsklassen ergeben sich folgende Anforderungen für Beton:

 

1.  Wasserundurchlässiger Beton

Wasserundurchlässiger Beton (WU-Beton) für Bauteile mit einer Dicke von etwa 10 bis 40 cm muss so dicht sein, dass die größte Wassereindringtiefe bei der Prüfung nach DIN EN 12390-8 50 mm nicht überschreitet.

Die “Wasserundurchlässigkeit” des Betons ist eine Prüfgröße, die Aufschluss darüber geben soll, ob das Gefüge eine bestimmte Dichtigkeit aufweist. Von der Herstellung bis zur Prüfung liegt der Probekörper in Wasser. Wird die Prüfung an Prüfkörpern durchgeführt, die zumindest einen Teil ihres Gefügewassers abgeben konnten, werden die Anforderungen hinsichtlich der Wassereindringung nicht erfüllt.

 

2. Frostangriff mit und ohne Taumittel

Beton, der im durchfeuchteten Zustand häufigen und schroffen Frost-Tau-Wechseln ausgesetzt wird, muss mit hohem Frostwiderstand (Expositionsklassen XF1 und XF3) hergestellt werden. Wenn er darüber hinaus der Einwirkung von Taumitteln ausgesetzt ist, erhöhen sich die Anforderungen (Expositionsklassen XF2 und XF4). Es sind jeweils Angriffe mit mäßiger und hoher Wassersättigung zu unterscheiden.

Zur Prüfung des Frost- bzw. Frost-Taumittel-Widerstandes gibt es eine Reihe von Prüfverfahren. Im Allgemeinen wird er jedoch nicht geprüft. Er wird unterstellt, wenn der Beton “wasserundurchlässig” ist, die Anforderungen an die Zusammensetzung erfüllt sind und ordnungsgemäß nachbehandelt worden ist.

 

3. Beton mit hohem Widerstand gegen chemische Angriffe

Der Widerstand gegen chemische Angriffe hängt in erster Linie von den Eigenschaften des Betons ab. Hierbei vorrangig von der Dichtigkeit des Zementsteins und in vielen Fällen von der Beschaffenheit der verwendeten Gesteinskörnung. Bei der Auswirkung von betonangreifenden Substanzen auf den Beton unterscheidet man zwischen lösendenund treibendenReaktionen. Nach der Intensität des Angriffes wird unterschieden zwischen “schwach”, “mäßig”und “stark”angreifend.

Verantwortlich dafür sind verschiedene Säuren und bestimmte austauschfähige Salze. Dabei wird bevorzugt der Zementstein aus dem Beton herausgelöst. Bei Säureangriff ist auch die mineralogische Zusammensetzung der Gesteinskörnung von Bedeutung. Die Schädigung schreitet von außen nach innen fort und ist bei starkem Angriff bereits kurze Zeit nach Beginn der Einwirkung an einem Absanden der Oberfläche zu erkennen. Bei schwach angreifenden Stoffen schreitet die Schädigung nur langsam ins Innere eines dichten Zementsteins fort oder kommt nach einiger Zeit durch Schutzbildung sogar zum Stillstand. Bei Angriffen von stark lösenden Stoffen, wie starken Säuren, kann der Zementstein unter Umständen vollständig aufgelöst werden. Obwohl der Widerstand gegen lösende chemische Angriffe vorrangig von der Dichtigkeit abhängt, kann man im allgemeinen sagen, dass Betone aus hüttensandreichen Zementen gegenüber den meisten lösenden Angriffen graduell höheren Widerstand aufweisen, als Betone aus anderen Normzementen.

Diese werden durch die in den erhärteten Beton eindringenden Sulfationen hervorgerufen. Diese reagieren mit bestimmten Hydratphasen des Zementsteins und bilden unter Volumenvergrößerung wasserreiche Ettringitkristalle, auch “Zementbazillus” genannt. Dadurch kann das Gefüge zerstört werden. Diese Form des Angriffes ist zunächst nicht äußerlich erkennbar. Sonst gleicher Beton aus verschiedenen Zementen kann gegenüber einem Sulfatangriff sehr unterschiedlich widerstandsfähig sein. In der Zementnorm sind deshalb Anforderungen an Zement mit hohem Sulfatwiderstand enthalten. Er trägt die Zusatzbezeichnung HS und ist für die Expositionsklassen oberhalb von XA1 zu verwenden, wenn der chemische Angriff durch Sulfat geschieht (ausgenommen Meerwasser).

Der Widerstand des Betons gegen chemische Angriffe wird nicht geprüft. Er wird unterstellt, wenn der Beton “wasserundurchlässig” ist, die Anforderungen an die Zusammensetzung erfüllt sind  und ordnungsgemäß nachbehandelt worden ist. Beim Vorliegen eines starken Angriffs über einen längeren Zeitraum ist zusätzlich die Oberfläche vor direktem Kontakt mit dem angreifenden Medium zu schützen (z.B. durch eine Beschichtung).

4. Beton mit hohem Verschleißwiderstand

Beton, der besonders starker mechanischer Beanspruchung ausgesetzt wird, z.B. durch starken Verkehr, durch rutschendes Schüttgut, durch häufige Stöße oder durch Bewegungen von schweren Gegenständen, durch stark strömendes und Feststoffe führendes Wasser u.a., muss einen hohen Verschleißwiderstand aufweisen und mindestens der Festigkeitsklasse C30/37 entsprechen. Hierzu sind Anforderungen an die Zusammensetzung und Herstellung des Betons einzuhalten.

Der Verschleißwiderstand des Betons wird im Allgemeinen nicht geprüft. Er wird angenommen, wenn die Anforderungen an die Zusammensetzung erfüllt sind und ordnungsgemäß nachbehandelt worden ist.