Extreme Witterungen sind der Feind jeder Baustelle, denn die Wetterbedingungen beeinflussen unter anderem den Reifeprozess des Betons. Sommerliche Temperaturen beschleunigen die Aushärtung, so dass Schalungen deutlich früher entfernt oder Verkehrsfreigaben zügiger erteilt werden können. Genau das Gegenteil erfolgt im Winter. Bei niedrigen Außentemperaturen muss mit Heizgeräten gearbeitet werden. Dadurch entstehen jedoch enorme Herausforderungen – vor allem, wenn die Bestimmung der Druckfestigkeit des Betons wie so häufig über Probezylinder stattfindet. Denn wenn die Aushärtungsbedingungen nicht hundertprozentig identisch sind, werden die Ergebnisse zwangsläufig verfälscht. Die Betonüberwachung durch Intelligente IoT-Ssensoren können hier eine gute Lösung sein, um Zeitverzögerungen zu verhindern und eine gleichbleibende Qualität zu erzielen.
Die Festigkeitsentwicklung von Beton nimmt bei niedrigen Außentemperaturen massiv ab. Zum Vergleich: Bei +5 Grad Celsius dauert der Vorgang etwa doppelt so lang wie bei +20 Grad Celsius. Bei Temperaturen von –10 Grad Celsius findet gar keine Festigkeitsentwicklung mehr statt.
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Gefrierbeständig wird der Beton erst nach Ablauf seiner Schutzzeit, während der er drei Tage lang bei mindestens +10 Grad Celsius gehalten werden muss. Bis dahin drohen Frostschäden, deren Sanierungsmaßnahmen sehr aufwändig und teuer werden.
Deshalb ist es sehr wichtig, im Winter vorbeugende Schutzmaßnahmen bereit zu halten. Dazu gehören:
- die Verwendung von speziellen Betonzusammensetzungen, die Zemente mit einer höheren Hydratationswärmeentwicklung enthalten. Auf den Einsatz von Fließmitteln oder Zusatzstoffen wie Flugasche ist zu verzichten. Außerdem sollte der Wasserzementwert herabgesetzt werden.
- eine entsprechend hohe Einbringungstemperatur des Frischbetons. Empfohlene Richtwerte: Bei Lufttemperaturen ab +3 Grad Celsius sollte der Beton mindestens +5 Grad Celsius haben, bei noch niedrigeren Außentemperaturen sogar mindestens +10 Grad Celsius
- kurze Transportzeiten und Vermeidung langer Wartezeiten auf der Baustelle
- die richtige Wahl der Schalung: Holzschalungen leiten die Wärme langsamer ab als Stahlschalungen
- das Abdecken des Betons durch Thermomatten oder Heizplanen, die das Entweichen der Hydratationwärme vermeiden oder der Einsatz von Warmluft oder Heizschlangen
- Der Schutz vor Zugluft und Regen- oder Tauwasser, da Wind die Verdunstung des Wassers im Frischbeton beschleunigt und Feuchtigkeit den Wasserzementwert erhöht
Abweichungen der Rahmenbedingungen bei Betonproben
Bei der herkömmlichen Festigkeitsprüfung des Betons wird mit Probezylindern gearbeitet, die in fünf verschiedenen Reifephasen Bruchtests unterzogen werden.
Dass die ersten drei Schutzmaßnahmen hier ebenfalls Anwendung finden, liegt auf der Hand. Doch was ist mit den übrigen drei Maßnahmen? Sie dürften bei den Probekörpern kaum anzuwenden sein, vor allem nicht dann, wenn ihre Lagerung im Labor statt auf der Baustelle stattfindet. Das bedeutet im Umkehrschluss jedoch auch, dass der Reifeprozess trotz identischer Betonmischung unterschiedlich verläuft, was massive Auswirkungen auf den Fortschritt der Aushärtung hat. Denn die vergleichsweise kleinen Proben können das tatsächliche Fortschreiten des Betons auf der Baustelle gar nicht simulieren.
Wie unterschiedlich sich der Aushärtungsprozess abhängig von der Temperatur entwickelt, zeigt die nachstehende Grafik. Sie umfasst die Temperatur und Festigkeit desselben Betons unter verschiedenen Bedingungen: Als Guss auf der Baustelle sowie die Proben bei Aushärtung im Labor und bei Aushärtung vor Ort.
Noch deutlicher wird die Diskrepanz bei der konkreten Festigkeitsentwicklung, hier am Beispiel nach einem Aushärtungszeitraum von 1,5 Tagen. Der Originalbeton auf der Baustelle hat hier bereits eine Festigkeit von rund 3.000 pounds per square inch (psi) bzw. 20,7 MPa. Der auf der Baustelle aushärtende Probekörper erreicht jedoch nur eine Festigkeit von rund 1.700 psi bzw. 11,7 MPa. Würden Sie sich als Projektleiter also nach den Proben richten, würden Sie für den Reifeprozess ungleich mehr Zeit aufwenden und die Schalungen erst deutlich später entfernen als es nötig ist.
Betonüberwachung mit Sensoren spiegelt die Realität – nicht die Annahmen
An dieser Stelle kommen moderne Sensoren zur Betonüberwachung ins Spiel. Denn sie messen die Hydratationstemperatur direkt im Beton des Bauteils und können den Reifeprozess Ihres Beton in Echtzeit verfolgen. So erlangen Sie zielsichere Prognosen zu seiner Druckfestigkeit und können Ihre eigenen Entscheidungen zur Weiterverarbeitung treffen. Verlassen Sie sich auf reale Daten und handeln Sie, statt auf den erlösenden Anruf aus dem Labor zu warten.
Dadurch sparen Sie nicht nur Zeit, sondern auch Kosten. Das ist bei Betonierarbeiten im Winter noch wichtiger als sonst, denn die Heizmaßnahmen erzeugen ohnehin schon hohe Material- und Energiekosten. Da zählt jeder Tag. Denn vielleicht ist die gewünschte Druckfestigkeit auf der Baustelle bereits erreicht, doch noch nicht im Büro? Das hieße, dass Sie nicht nur früher weiterbauen können, sondern auch die wärmeerhaltenden Maßnahmen eher einstellen können.
Wie wahrscheinlich das ist, zeigt diese Grafik. Als Zielwert für die erforderliche Druckfestigkeit haben wir 3.000 psi beziehungsweise 20 MPa festgelegt. Während dieser bei den Probekörpern nach 72 Stunden erreicht wird, melden die Betonsensoren aus dem Originalguss bereits nach 30 Stunden die gewünschte Druckfestigkeit. Das ist ein Zeitunterschied von 42 Stunden! Kostbare Stunden, in denen Sie schon längst die Schalungen entfernen und weitermachen können, statt Energie und Mietkosten in die Heizgeräte zu stecken.
Letztlich ist die Verwendung von Sensoren zur Betonüberwachung also eine schlichte Rechenaufgabe. Rechnen Sie selber nach:
Was kosten Sie Personal, Mietgeräte und Energie für knapp zwei Tage?
Da kommen schnell einige Hundert Euro zusammen. Der günstigste Betonsensor von ConcR hingegen, das wiederverwendbare Modell aus der ConcR R-Serie, ist bereits für 45 Euro im Monat zu haben, inklusive der Nutzung des ConcR-Portals in der Cloud.
