Die Weiterentwicklung von Betonen durch den Einsatz von CEM II/C-Zement anstelle von CEM II/B-Zement ergab bei den durchgeführten Versuchen mit den in Tabelle 1 aufgeführten Parametern ein Einsparungspotenzial der Treibhausgasemissionen von rd. 12 %, berechnet mithilfe des GVTB-GWP-Rechners [1]. Das stellt ein beachtliches Potenzial für eine nachhaltige Entwicklung bei der Ausführung von Ortbetondecken dar. Ziel des hier behandelten Forschungsprojekts ist die systematische Untersuchung der Auswirkungen auf etablierte Arbeitsabläufe im Hochbau sowie der durch innovative Betonzusammensetzungen bedingten Veränderungen. Dazu zählt das Ausschalen des Betons, das u.a. von dem Hydratationsverhalten der Betonsorte, speziell im Bereich der Frühfestigkeit, abhängig ist. In einigen Anwendungsfällen besteht der Bedarf, den Bauablauf durch frühzeitiges Ausschalen der Ortbetondecke zu optimieren. Daher wird im Folgenden zwischen zwei Ausschalmethodendifferenziert: dem „klassischen Ausschalen“ und dem „frühzeitigen Ausschalen“. Dabei liegt die Entscheidung, wann ausgeschalt werden darf, in der Verantwortung des Bauleiters. In der Regel erfolgt die Festlegung des Ausschalzeitpunkts aufgrund des Fehlens eines kontinuierlichen Betonmonitorings meist auf Basis branchenspezifischer Erfahrungswerte und statischer Vorgaben. Ein geeigneter Nachweis mittels Betonmonitoring ist besonders beim Frühausschalen empfohlen. Beim klassischen Ausschalen wird die Zielfestigkeit abgewartet und die Ortbetondecke danach gänzlich ausgeschalt. Die Decke verformt sich durch das vollständige Ausschalen in Folge der Eigenlast und die Bewehrung wird aktiviert.

Ziel der Versuche war es festzustellen, ob das frühzeitige Ausschalen (mit Deckenschalsystem DokaXdek ohne Fallkopf und ohne Aktivieren der Bewehrung) eine negative Auswirkung auf die Durchbiegung oder die Festigkeitsentwicklung aufweist. Dafür wurde für die folgende Versuchsreihe eine Musterdecke dreimal ausgeführt. Dabei wurden viele unvorteilhafte Umgebungsbedingungen im Vergleich zu üblichen Hochbaudecken angesetzt.

Um Unterschiede analysieren zu können, wurde die Musterdecke mit zwei verschiedenen Betonzusammensetzungen unter nahezu ähnlichen Umgebungsbedingungen hergestellt. Der erste Versuch (V1) simulierte die Situation bei frühem Ausschalen mit einem CEM II/C-Beton. Der zweite Ver such (V2) stellte das Vergleichsszenario bei frühem Ausschalen mit einem CEM II/B Beton dar. Der dritte Versuch (V3) simulierte die Situation bei klassischem Ausschalen (Zielfestigkeit: 70 % der Endfestigkeit) der Ortbetondecke mit einem CEM II/C Beton. Um die Betonmischungen vergleichbar zu machen, wurden vom Betonhersteller baustellenübliche Zusammensetzungen mit vergleichbarer Performance verwendet. Bei den Versuchen V1 und V3 wurde die Decke mit einer Betonzusammensetzung mit einem CEM II/C-Zement (295 kg/m³) hergestellt. Bei dem Versuch V2 wurde eine Betonzusammensetzung mit CEM II/B (280 kg/m³) verwendet. Für die Messung der Deckendurchbiegung wurde ein Messstativ mit einem Lasermessgerät eingesetzt (Bild 2). Damit wurde die Durchbiegung entlang der Spannweite an sieben Punkten vor und nach der Betonage sowie die Durchbiegung in weiterer Folge gemessen und anschließend gegenübergestellt.

Die Versuchsreihe umfasste die Betonage der einzelnen Musterdecken (V1, V2, V3) auf einem Testgelände sowie begleitende Betonprüfungen sowohl im Labor als auch vor Ort. Gemessen wurde die Durchbiegung an der Musterdecke und die Festigkeitsentwicklung der einzelnen Betonzusammensezungen an Probekörpern. Neben der klassischen Druckprüfung an Probekörpern wurde im Rahmen des Forschungsprojekts der Verlauf der Druckfestigkeit auch mittels Reifegradmethode bestimmt.

Die Schalung für die Musterdecken wurden mit dem Elementdeckenschalungssystem DokaXdek hergestellt. Anschließend erfolgte auf Grundlage der statischen Berechnungen (Anforderung: Begrenzung der Durchbiegung (L/100) für die Gebrauchstauglichkeit) das Verlegen der Mindestlängsbewehrung (Ø 14 cm/25 cm). Abschließend wurden die Decken mit der entsprechenden Betonsorte betoniert. Die Versuche wurden durch den Einsatz der Sensorik Concremote, die auf der Reifegradmethode nach De Vree basiert, begleitet [3]. Dafür wurde ein Sensor von oben auf die Oberfläche der frisch betonierten Betondecke gelegt und über die Concremote-Cloud verbunden. Der Messpunkt des Sensors liegt dabei rd. 3 cm unter der Frischbetonoberfläche in der Druckzone der Ortbetondecke. Dies ermöglichte eine kontinuierliche Überwachung der Temperatur sowie der damit im Zusammenhang stehenden Druckfestigkeit zu jedem Zeitpunkt, wie in Bildern 3 und 4 dargestellt.

Während der Decken-Betonagen wurden Prüfungen gemäß ÖNORM B 4710-3 sowohl am Frischbeton direkt vor Ort als auch Festbetonprüfungen im Labor, wie auf Bild 5 zu sehen ist, durchgeführt [4]. Folgende Prüfungen wurden realisiert:

Bei den ersten beiden Versuchsaufbauten (V1 und V2) wurde bereits nach 1,5 Tagen bei einer Druckfestigkeit von mind. 12 N/mm² mit dem Frühausschalen begonnen. Dafür wurden zuerst die Ausgleiche entfernt und mit Deckenstützen unterstellt. Danach wurden die Stützen des ersten Elements abgesenkt und das Element anschließend entfernt. Der ausgeschalte Bereich wurde unmittelbar danach mit Hilfsstützen stabilisiert. In dieser Reihenfolge erfolgte der Vorgang Element für Element und Reihe für Reihe. Durch diese Vorgehensweise erfährt die Ortbetondecke keine wesentliche Durchbiegung und die Bewehrung wird nicht aktiviert. Nach etwa drei Tagen und einer erreichten Druckfestigkeit von 18,5 N/mm² wurde die Hilfsunterstellung vollständig entfernt, sodass die Decke ab diesem Zeitpunkt ihre Eigenlast selbst ständig trug. Das klassische Ausschalen der Decke im dritten Versuch (V3) erfolgte bei Erreichen von 70 % der 28-d-Druckfestigkeit. Bei der verwendeten Festigkeitsklasse C25/30 war dies nach etwa fünf Tagen bei 21 N/mm² der Fall. Hier wurde direkt der gesamte Grundriss vollständig ausgeschalt. Die Ortbetondecke verformt sich durch das Eigengewicht und die Bewehrung übernimmt die Zugkraft. Die Bewehrung ist dadurch aktiviert. Danach wird die Ortbetondecke mit Hilfsstützen unterstellt

Zur Vereinfachung der Übersicht der Versuchsergebnisse wird grob in drei Zeitpunkte unterteilt.

Bild 9 zeigt die Messergebnisse der drei Versuche sieben Tage nach Aktivierung der Bewehrung. Versuch 1 wies mit 75 mm die größte Durchbiegung auf. Wesentlich ist jedoch, dass sich die Durchbiegungen der drei Versuche insgesamt kaum unterscheiden: Nach sieben Tagen betrug die maximale Differenz lediglich 3 mm. Dies unterstreicht, dass sich die unterschiedlichen Betonzusammensetzungen und Ausschalweisen trotz ungünstiger Umgebungsbedingungen hinsichtlich ihrer Durchbiegung nur geringfügig unterscheiden. Bild 10 verdeutlicht die unmittelbare Auswirkung auf die Durchbiegung der Rohbetondecke durch Frühausschalen. Dabei wurde sowohl in Versuch 1 als auch in Versuch 2 die Decke unmittelbar nach dem Ausschalen von Teilbereichen mit Deckenstützen unterstellt. Verglichen wurden die beiden verschiedenen Betone mit CEM II/B und CEM II/C bei identischer Versuchsdurchführung (V1 und V2). Das Ergebnis der Messung zeigt minimale Veränderungen von 1 mm bis 2 mm in der Durchbiegung. Die zusätzlich auftretende Verformung liegen im Bereich der Messungenauigkeit.

Die untersuchte Methode des Teilausschalens der Deckenschalung und des direkten Unterstellens der Rohbetondecke mit Deckenstützen ohne Fallkopf zeigte, im Ver gleich zum klassischem Ausschale negative Auswirkung auf die Durchbiegung der Decke. Der gemessene Unterschied von 1 mm bis 2 mm zwischen den drei Versuchen liegt innerhalb der Schwankungsbreite der eingesetzten Messtechnik. Im Verhältnis zur Gesamtdurchbiegung von über 70 mm bei bewusst grenzwertigen Umgebungsbedingungen bzw. zu den üblichen Durchbiegungen von 20 mm bis 30 mm auf 7 m Spannweite sind diese Abweichungen als nicht signifikant einzustufen.

Mit den Versuchen wurde aufgezeigt, dass die Optimierung der Betonzusamensetzung hinsichtlich CO2-Einsparrung keine Einschränkung auf das frühzeitige Ausschalen von Ortbetondecken hat und in der Praxis möglich ist – abhängig natürlich von Faktoren wie Temperatur und Witterungsbedingungen. Die positiven Ergebnisse der Versuche mit dem Einsatz von CEM II/C Zement im Beton, die zu einer Minderung der CO2-Emissionen führten, sollen in weiteren Studien auch bei niedrigen Temperaturen und mit unterschiedlichen Zusammensetzungen bestätigt werden.

Alexander Kastner, TU Wien
Daniela Ehrenreich, Doka GmbH
Peter Aigenbauer Doka GmbH
Michael Steineder, Smart Minerals GmbH