Tipps zum Betonieren bei kaltem Wetter

Das Aushärten von Beton ist bei kaltem Wetter schwieriger, da frischer Beton mindestens während der ersten 24 Stunden oder bis zum Erreichen einer Mindestfestigkeit von 500 Pfund pro Quadratzoll (psi) vor Frost geschützt werden muss, damit er richtig aushärtet und seine maximale Festigkeit erreicht. Beton, der zu früh gefriert, kann einen großen Teil seiner Gesamtfestigkeit verlieren. Beton kann jedoch auch bei kaltem Wetter erfolgreich gegossen und eingebaut werden, wenn die richtigen Vorkehrungen getroffen werden, um die mit niedrigen Temperaturen verbundenen Probleme zu vermeiden.

Das American Concrete Institute (ACI) definiert den Begriff „Cold Weather Concrete“ (Betonieren bei kaltem Wetter) gemäß ACI 306 als einen Zeitraum, in dem die durchschnittliche Lufttemperatur an mehr als drei aufeinander folgenden Tagen unter 40 °C fällt und während mehr als der Hälfte eines beliebigen 24-Stunden-Zeitraums unter 50 °C bleibt.

Unter diesen Bedingungen müssen spezielle Techniken angewendet werden.

Es gibt keinen Grund, auf das Gießen von Beton bei kaltem Wetter zu verzichten, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden können. Bei richtiger Ausführung ist Beton, der bei kaltem Wetter gegossen wird, wegen der langsameren Erhärtung sogar fester als Beton, der bei warmem Wetter gegossen wird.
Wird der Beton bei kalter Witterung verarbeitet, muss er kurz nach dem Gießen vor Frost geschützt werden. Außerdem muss der Beton die erforderliche Festigkeit entwickeln können, um sicher ausgeschalt werden zu können, und es muss vermieden werden, dass der Beton durch übermäßige Wärmezufuhr die erforderliche Festigkeit entwickeln muss.

Wenn Beton zu früh gefriert

Beton, der in frischem Zustand oder bevor er eine Festigkeit erreicht hat, die der Ausdehnung durch das gefrierende Wasser standhält, gefriert, erleidet einen dauerhaften Festigkeitsverlust. Zu frühes Gefrieren kann die Endfestigkeit des Betons um bis zu 50 % verringern.2 Wenn die Lufttemperatur zum Zeitpunkt des Gießens und des Einbringens unter 40 °C liegt und in den ersten 24 Stunden Temperaturen unter dem Gefrierpunkt zu erwarten sind, sollten Bauunternehmer eine Reihe von Empfehlungen für das Betonieren bei kaltem Wetter beachten.

Tipps zur Vorbereitung

Die korrekte Erhärtung von Beton bei kaltem Wetter kann durch bestimmte Vorbereitungsmaßnahmen verbessert werden:

• Bei kaltem Wetter kann das Vorwärmen einer oder mehrerer Komponenten (Wasser und Gesteinskörnung) dafür sorgen, dass der Beton beim Gießen die richtige Temperatur hat. Anstatt den Portlandzement zu erwärmen, wird das Wasser und/oder der Sand und Kies vor dem Mischen erwärmt. Transportbetonhersteller haben diese Möglichkeit; in der Regel verlässt der Beton das Werk mit einer Temperatur von etwa 65 Grad Celsius. Beim Mischen kleinerer Betonmengen auf der Baustelle kann heißes Wasser verwendet oder die Gesteinskörnung vor dem Mischen in warmen Räumen gelagert werden.
• Möglicherweise müssen die Mischungsbestandteile angepasst werden. In den meisten Fällen bedeutet dies eine Erhöhung des Zementanteils im Beton oder die Verwendung eines beschleunigenden chemischen Zusatzmittels, wie z. B. Calciumchlorid in einer Menge von bis zu zwei Prozent.
• Verwenden Sie Portlandzement Typ III, einen Zement, der das Abbinden fördert, ohne die Qualität des Betons zu beeinträchtigen. Dies ist wichtig, da ein hoher Feuchtigkeitsgehalt zu Korrosionsproblemen an der Stahlbewehrung führen kann.
• Vermeiden Sie die Verwendung von Flugasche oder Hochofenzement bei kaltem Wetter. Diese Materialien härten langsamer aus und erzeugen weniger Eigenwärme.

Hinweise zum Gießen und Einbringen

Zusätzliche Maßnahmen während des Gießens und des Einbaus können ebenfalls dazu beitragen, dass der Beton bei kaltem Wetter richtig erhärtet:

• Sorgen Sie dafür, dass das Personal länger auf der Baustelle bleibt. Beton, der kalten Temperaturen ausgesetzt ist, braucht länger, um auszuhärten, was bedeuten kann, dass das Einbauteam länger auf der Baustelle bleiben muss.
• Windschutzvorrichtungen können den Beton (und die Arbeiter) vor Wind schützen, der einen schnellen Temperaturabfall und eine zu schnelle Verdunstung verursachen kann. Im Allgemeinen sind Windschutzwände von etwa 1 m Höhe ausreichend.
• Beheizte Überdachungen können erforderlich sein. Diese können aus Holz, Planen oder Polyethylenplatten bestehen, oder es können handelsübliche Hartplastikhüllen verwendet werden. Die Beheizung innerhalb der Überdachung erfolgt am besten mit elektrischen Heizgeräten. Wenn Brennstoffheizgeräte verwendet werden, ist es am besten, indirekte Heizgeräte zu verwenden, bei denen die warme Luft von einem Brenner außerhalb der Überdachung in die Überdachung geleitet wird. Eine andere Möglichkeit ist ein hydronisches System, bei dem ein warmes Glykol-Wasser-Gemisch durch Rohre oder Schläuche in der Kabine zirkuliert.

Die Temperaturen für den Einbau und den Schutz von Beton bei kaltem Wetter sind in der ACI 306 festgelegt und vorgeschrieben. Ziel der ACI 306 ist es, den Beton in den ersten 48 Stunden, in denen die Festigkeitsentwicklung des Betons entscheidend ist, über 5 °C warm zu halten. (Frischbeton, der in den ersten 24 Stunden gefroren ist, kann 50 % seiner potenziellen Festigkeit nach 28 Tagen verlieren3). Für hochfesten Beton, der keinen Frost-Tau-Zyklen ausgesetzt ist, ist ein Tag mit Temperaturen über 40 °C ausreichend. Ein Betonfundament oder eine andere Struktur, die in einem frühen Stadium hohen Belastungen ausgesetzt ist, benötigt jedoch 20 Tage oder mehr bei einer Mindesttemperatur von 50 °C.

Es ist zu beachten, dass das Abbinden von Zement eine exotherme Reaktion ist, bei der Wärme entsteht, und dass es oft ausreicht, den Beton mit Polyethylenfolien oder Isoliermatten abzudecken, um die Wärme zu speichern. Auf keinen Fall darf der Beton in den ersten 24 Stunden nach dem Gießen und Einbringen gefrieren.

Tipps zur Aushärtung

Schließlich gibt es noch einige Techniken, die Sie während des Abbindeprozesses anwenden können, um sicherzustellen, dass der Beton seine maximale Festigkeit erreicht:

• Wenn Sie Schalungen verwenden, lassen Sie diese so lange wie möglich stehen, da sie die Wärme speichern und verhindern, dass der Beton zu schnell austrocknet. Ecken und Kanten sind besonders gefährdet, und die Schalung hilft, die Wärme abzuleiten.
• Um zu verhindern, dass der Beton bei der in der kalten Jahreszeit üblichen niedrigen Luftfeuchtigkeit zu schnell austrocknet, kann Frischdampf in die Umgebung des Betons gepumpt werden.
• Mit der Fertigstellung ist zu warten, bis das gesamte Wasser verdunstet ist. Beton, der bei kalter Witterung gegossen und eingebaut wird, härtet viel langsamer aus, so dass das Ausblühen später als erwartet einsetzt. Stellen Sie sich darauf ein, dass Sie mehr Wasser ausbluten lassen müssen, als dies beim normalen Betoneinbau der Fall ist.
• Prüfen Sie die Betontemperatur während des Abbindens mit einer Infrarot-Temperaturpistole. Sicherstellen, dass die Betontemperatur während der Aushärtungszeit mindestens 40 °C beträgt.
• Beim Abschalten der aktiven Heizung ist darauf zu achten, dass der Beton nicht zu schnell abkühlt. Dies kann durch allmähliches Absenken der Temperatur in einem Gehäuse oder durch Abdecken des Betons mit Isoliermatten erreicht werden. Bei großen Bauwerken empfiehlt sich eine allmähliche Abkühlung über mehrere Tage bis Wochen. Werden die Abdeckungen bei kalter Witterung plötzlich entfernt, kann sich ein Temperaturunterschied zwischen der Außenseite und der Mitte des Betons aufbauen, der zu Rissen führen kann.
• Es ist darauf zu achten, dass der Beton innerhalb der für die verwendete Zementart empfohlenen Zeit aushärtet. Das ACI-Komitee 308 empfiehlt die folgenden Mindesthärtungszeiten:
• ASTM C 150 Typ I Zement, 7 Tage
  ASTM C 150 Zement Typ II, 10 Tage
  ASTM C 150 Typ III Zement, 3 Tage
  ASTM C 150 Zement Typ IV oder V, 14 Tage
  ASTM C 595, C 845, C 1157 Zemente, variabel
• Frisch erhärteter Beton ist durch Auftragen eines Dichtstoffes zu versiegeln, um das Eindringen von Wasser von außen zu verhindern. Die Betonversiegelung verlängert die Lebensdauer des Betons und verringert das Risiko von Aushärtungsfehlern. In extrem kalten Regionen sollten nur atmungsaktive Betonversiegelungen verwendet werden, die das Verdunsten von Feuchtigkeit ermöglichen.