Beton Randzone Frost

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INSTITUT FÜR BAUFORSCHUNG AACHEN

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FORSCHUNG • ENTWICKLUNGÜBERWACHUNG

PRÜFUNG • BERATUNG

ForschungsberichtF 965

Frostbeanspruchungvon Betonbauwerken —

Erfassung der Beanspruchungin Abhängigkeit der Sättigung

RHEINISCH-WESTFÄLISCHETECHNISCHE

HOCHSCHULEAACHEN

nwmAACHENUNIVERSITY

nwm RHEINISCH-WESTFÄLISCHETECHNISCHEHOCHSCHULEAACHEN INSTITUT FÜR BAUFORSCHUNG AACHEN

Sp/Rah/Fk

1. Ausfertigung

THEMA

Forschungsbericht Nr.

Projektbearbeitung

Auftraggeber/Förderer

Frostbeanspruchung

von Betonbauwerken —

Erfassung der Beanspruchung

in Abhängigkeit der Sättigung

- ABSCHLUSSBERICHT -

F 965

vom 18.12.2008

Prof. Dr.-Ing. W. Brameshuber

Dipl.-Ing. F. Spörel

Dipl.-Ing. A. Rahimi

Deutscher Ausschuss für StahlbetonBurggrafenstr. 610787 Berlin

Auftragsdatum 29.05.2006Aktenzeichen V 459

Dieser Bericht umfasst 128 Seiten, davon 74 Textseiten.

Soweit Versuchsmaterial nicht verbraucht ist, wird es nach 4 Wochen vernichtet. Eine längere Aufbewahrung bedarfeiner schriftlichen Vereinbarung. Die auszugsweise Verö ffentlichung dieses Berichtes, seine Verwendung für Werbe-zwecke sowie die inhaltliche Übernahme in Literaturdatenbanken bedürfen der Genehmigung des ibac.

Institut für Bauforschung AachenUniv.-Prof. Dr.-Ing. W. BrameshuberUniv.-Prof. Dr.-Ing. M. Raupach

Postfach, 52056 Aachen Telefon +49 (0) 2 41 80-9 51 00Schinkelstraße 3, 52062 AachenDeutschland / Germany

Telefax +49 (0) 241 80-9www.ibac.rwth-aachen.de

21 39

Seite I des Abschlussberichtes Nr. F 965 Jba=

INHALTSVERZEICHNIS Seite

1 AUSGANGSSITUATION UND ZIELSETZUNG 1

2 GRUNDLAGEN 2

2.1 Allgemeines 2

2.2 Poren im Beton 2

2.3 Elektrolytwiderstand 52.3.1 Allgemeines 52.3.2 Messung des Elektrolytwiderstandes 6

2.4 Einflüsse auf den Elektrolytwiderstand 82.4.1 Temperatureinfluss 82.4.2 Feuchteabhängigkeit des b-Wertes 92.4.3 Ermittlung des b-Wertes 12

3 UNTERSUCHUNGSPROGRAMM 13

3.1 Struktur der Untersuchungen 13

3.2 Betrachtete Bauwerke und Betone 14

3.3 Quecksilberdruckporosimetrie 15

3.4 Wasseraufnahme 15

3.5 Elektrolytwiderstand 163.5.1 Auswertung von Bauwerksdaten 163.5.2 Untersuchungen mit der Zwei-Elektroden-Methode 183.5.3 Laboruntersuchungen mit der MRE 19

4 AUSWERTUNG 23

4.1 Quecksilberdruckporosimetrie 23

4.2 Wasseraufnahme 24

4.3 Bauwerksdaten 254.3.1 b-Wert-Ermittlung 254.3.2 Gefriervorgänge 30

Seite II des Abschlussberichtes Nr. 965

Seite

4.4 Laboruntersuchungen mit der TEM 33

4.5 Laboruntersuchungen mit der MRE 35

4.5.1 Ermittlung des b-Wertes 35

4.5.2 Widerstand unter Berücksichtigung der ermittelten b-Werte 40

4.5.3 Elektrolytwiderstand beim Gefrieren der Porenlösung 41

4.6 Elektrolytwiderstand während einer Frostprüfung im CIF-Test 44

4.7 Abgleich der Untersuchungsmethoden 46

4.8 Berechnung der Sättigungsgrade mit Berücksichtigung der Erkenntnisse

zum Temperatureinfluss auf den Elektrolytwiderstand 49

4.8.1 Einfluss des b-Wertes auf den berechneten Sättigungsgrad 49

4.8.2 Einfluss der Referenztemperatur auf den berechneten Sättigungsgrad 54

4.8.3 Gefriervorgänge 57

5 ZUSAMMENFASSUNG 65

6 LITERATUR 69

TABELLEN A1-A5

BILDER B1-B49

Seite 1 des Abschlussberichtes Nr. F 965

1 AUSGANGSSITUATION UND ZIELSETZUNG

Die Intensität einer Frostbeanspruchung von Betonbauwerken wird im Wesentlichen durch

die Temperaturbeanspruchung und den Wassersättigungsgrad des Betons bestimmt. Je

höher der Sättigungsgrad des Betons, desto stärker ist die Beanspruchung, die der Beton

bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes erfährt. Über die tatsächlichen Umgebungs-

bedingungen von Betonbauteilen und insbesondere über die hieraus resultierenden Bau-

teilzustände (Temperaturverteilung und Wassersättigungsgrade im Beton) lagen bislang

allerdings mangels entsprechender Bauwerksmessungen nur unzureichende Erkenntnisse

vor. Erste umfangreiche Untersuchungen werden derzeit durch das ibac im Rahmen

mehrerer Projekte, die durch den Deutschen Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) /Bra07a,

Bra08b/, die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) /Bra07b/ und das Bundesministerium

für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) /Bra08a/ gefördert werden, durchgeführt.

Die Ergebnisse dieser Projekte sollen auch in das Gemeinschaftsprojekt „Übertragbarkeit

von Frost-Laborprüfungen auf Praxisverhältnisse" der gleich lautenden Arbeitsgruppe des

Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb), Berlin, Unterausschuss Frost, einfließen.

Im Rahmen dieser Projekte werden an verschiedenen Bauwerken kontinuierlich Daten

zum tiefenabhängigen Elektrolytwiderstand und zur Temperatur in der Betonrandzone an

verschiedenen Messstellen ermittelt. Über eine Kalibrierung wird der Elektrolytwiderstand

in tiefenabhängige Wassersättigungsgrade umgerechnet und im Hinblick auf eine Zuord-

nung zu den Expositionsklassen des Bereiches XF nach EN 206-1:2001-07 /DIN01a/ in

Ergänzung mit den nationalen Anwendungsregeln in DIN 1045-2:2001-07 /DIN01b/ be-

trachtet.

Ein Aspekt, der in diesem Zusammenhang eine bedeutende Rolle einnimmt, ist die Tem-

peraturabhängigkeit des Elektrolytwiderstandes. Dies ist bei der Auswertung der bislang

am ibac durchgeführten Bauwerksmessungen verstärkt in den Vordergrund getreten. Bei

Untersuchungen, bei denen die indirekte Bestimmung des Wassersättigungsgrades über

den Elektrolytwiderstand im Vordergrund steht, ist es erforderlich, dass bei Ansatz der

Kalibrierfunktion der Elektrolytwiderstand als Basis wesentlich nur vom Sättigungsgrad des

Betons abhängig ist. Da der Elektrolytwiderstand jedoch unter anderem auch von der

Temperatur beeinflusst wird und diese bei Bauwerksmessung eine stark schwankende

Einflussgröße darstellt, muss diesem näher nachgegangen werden. In den bislang durch-

geführten Untersuchungen wurde dieser Einfluss über ein Ve rfahren nach dem exponen-

tiellen Ansatz von Arrhenius berücksichtigt /Bür96, EIk95/. Eine in diesem Ansatz verwen-

dete Konstante wurde pauschal anhand von Literaturdaten eingesetzt, obwohl diese von


betontechnologischen Randbedingungen und dem Sättigungszustand des Betons abhän-

gig ist. Im Rahmen der hier durchgeführten Untersuchungen soll diesem nachgegangen

werden. Weiterhin liegt ein Schwerpunkt auf der E rfassung des Verhaltens des Elektrolyt-

widerstandes bei Unterschreiten der Gefriertemperatur. Nach dem Phasenübergang vom

flüssigen in den festen Zustand beim Gefrieren des Wassers verände rt sich der Wider-

stand deutlich. Die Möglichkeit, diese Eigenschaft bei der Bewertung der Frostbeanspru-

chung des Betons heranzuziehen, wird durch Laboruntersuchungen und einen Abgleich

mit Bauwerksdaten analysiert.

2 GRUNDLAGEN2.1 Allgemeines

Die Literaturübersicht soll einen kurzen Überblick über im Rahmen der Untersuchungen

bedeutsame Aspekte geben. Diese betreffen in erster Linie das Porengefüge sowie den

Elektrolytwiderstand, der ebenfalls in großem Maße durch das Porengefüge beeinflusst

wird.

2.2 Poren im Beton

Der heterogene Werkstoff Beton, im Wesentlichen bestehend aus Gesteinskörnung, Bin-

demittel und Wasser, enthält zu einem gewissen Anteil auch Poren. Insgesamt können im

Zementstein des Betons Porenradienbereiche über mehrere Zehnerpotenzen zwischen

dem Nanometerbereich und mehreren Millimetern vorgefunden werden. Hinsichtlich deren

Entstehung können die Poren in Gelporen, Kapillarporen, Schrumpfporen und Luftporen

unterschieden werden /Wes93/. Nach Setzer /Set75/ erfolgt eine Einteilung der Porenarten

in Grob-, Kapillar-, Mesogel- und Mikrogelporen. Die in Tabelle 1 aufgeführte Übersicht be-

ruht auf unterschiedlichen Gesetzmäßigkeiten, die in den Porenradienbereichen Anwen-

dung finden und die kapillare Saugfähigkeit bestimmen.


Tabelle 1: Einteilung der Poren im Beton und Beschreibung wesentlicher Merkmalenach Setzer /Set75/

Porenart PorengrößehydraulischerRadius RH

Porenwasser Betontechnologi-scher Einfluss

1 2 3 4Grobporen RH > 1 mm Leer Verdichtung

Makrokapillaren 1 mm > RH > 30 pmMakroskopisches Wasserhoher Beweglichkeit, geringeSteigfähigkeit, gefrierbar

Luftporenbildner

Mesokapillaren 30 pm > RH > 1 pm

Makroskopisches Wasser,durch Reibung verzöge rteskapillares Saugen, hoheSteighöhe in wenigen Tagen,gefrierbar Wasserzementwert

Mikrokapillaren 1 pm > RH > 30 nm

Makroskopisches Wasser,kapillares Saugen nur überkurze Distanzen, hoherKapillardruck, gefrierbar

Mesogelporen 30 nm > RH > 1 nm

Vorstrukturiertes Wasser,Verdunstung bei 50 % rela-tiver Feuchte, Übergang vonOberflächen- zur makros-kopischen Physik, gefrierbarab -23 °C

Hydratationsgrad,Zementart,Zusatzstoffe

Mikrogelporen RH < 1 nmStrukturie rtes Wasser, Ober-flächenphysik, gefrierbar ab-90 °C

Der Zementstein im Beton weist mehr oder weniger gleichmäßig ve rteilt ein von der je-

weiligen Bindemittelkombination und vom Hydratationsgrad abhängiges Porensystem auf.Mit zunehmendem Alter hzw. Hydratationsgrad verdichtet sich das Porengefüge und es

e rfolgt eine Verschiebung der Porenradienverteilung hin zu kleineren Durchmessern. Auch

der Einsatz von Betonzusatzstoffen kann zu einer zusätzlichen Verdichtung des Gefüges

führen. Die puzzonalische Reaktion der Flugasche mit Bildung zusätzlicher CSH-Phasen

aus der amorphen Kieselsäure der Flugasche und dem Calciumhydroxid des Zement-

steins führt zu einer Zunahme des Gelporenanteils und einer Abnahme des Kapillarporen-

anteils besonders in hohem Betonalter /Här95/.

•


Im Hinblick auf die Frostbeanspruchung von Beton ist von besonderer Bedeutung, dass

Wasser im Porensystem nicht bei Null Grad Celsius gefrie rt , sondern mit geringer wer-

dendem Porenradius eine Verringerung der Gefriertemperatur erfolgt. Diese wird durch die

Radius-Gefrierpunkt-Beziehung beschrieben /Bed90a/. Unter atmosphärischem Druck lie-

gen sowohl der Gefrierpunkt als auch der Schmelzpunkt bei 0 °C. Bei dieser Temperatur

ist der Dampfdruck von Wasser und Eis gleich, so dass beide Phasen bei 0 °C nebenein-

ander existieren können. Steigt die Temperatur, so steigt die freie Reaktionsenthalpie des

Eises stärker als die des Wassers. Wasser ist deshalb die stabilere Phase. Bei Tempe-

raturen < 0 °C dreht sich das Verhalten um und Eis ist die stabile Phase. Aufgrund von

physikalischen und chemischen Einflüssen, die auf die Porenflüssigkeit im Betongefüge

einwirken, kann das Gleichgewicht des Dampfdruckes von Eis und Wasser in Richtung

niedriger Temperaturen verschoben werden. Das ist gleichbedeutend mit einer Absenkung

des Gefrierpunktes. Auf Flüssigkeiten in engen Kapillaren wirken Kräfte ein, die die phy-

sikalischen Gesetzmäßigkeiten des Gefrierens und Tauens von Flüssigkeiten beeinflussen.

Die Zementsteinmatrix im Festbeton mit einer inneren Obe rfläche von rd. 200 m 2/g besitzt

unzählige Porengrößen und —geometrien. Insbesondere ab einem Porenradius <_ 0,01 pm

verringern die Oberflächenkräfte das chemische Potential des Porenwassers. Die daraus

folgende Absenkung des Gefrierpunktes wird in Bild 1 als Radius-Gefrierpunkt-Beziehung

dargestellt /Bru77, Sto81/.

14

— nach Brunnach Stockhausen12

2 -

0 r0 10 20 30 40 50

Gefrierpunkterniedrigung in K

Bild 1: Radius-Gefrierpunkt-Beziehung (RGB) fürWasser in zylindrischen Poren /Bed90a/

•,,-(4•_,V# 7,ed, als/), 41gor

0

4

- _^

%i

nri +-^ ^

^..^^ ^..+ + _ +_±_k m- /,'/,,^


Die rechnerischen Ansätze zur Gefrierpunkterniedrigung in Abhängigkeit der Porengröße

konnten auch mit Hilfe der Differential Scanning Calorimetry (DSC) und Differential

Thermal Analysis (DTA) bestätigt werden /Bed90b, Sto79, Bag86/.

2.3 Elektrolytwiderstand2.3.1 Allgemeines

Im Beton dient im Wesentlichen das Porenwasser als leitendes Medium. Die lonenleitung

kann bei nicht vollständig gesättigten Betonen jedoch ebenso über an der Porenwandung

absorbierte Wasserfilme ablaufen /Rau92/ wie über das freie Porenwasser selbst. Die

Menge an Porenwasser sowie dessen Verteilung im Porensystem sind somit maßgebende

Einflussfaktoren auf die Ergebnisse von Widerstandsmessung und die Kenntnis über Poren-

größe und Verteilung können zu einem besseren Verständnis der Ergebnisse von Wider-

standsmessungen am Beton beitragen. Zur Verdeutlichung der Vorgänge wird in Bild 2 der

Ablauf der lonenleitung in Zementsteinporen schematisch dargestellt.

Bild 2: Ladungsverteilung im Zementstein vor (links) und nach (rechts) Anlegen einerSpannung /Rau92/. Z: Poren im Zementgel, G: geschlossene, nicht durchgehendePoren, D: durchgehende Kapillarporen

Das Porensystem wirkt sich maßgebend auf den Elektrolytwiderstand aus. Dies erklä rt

auch die oft beschriebenen Einflüsse aus w/z-Wert, Hydratation und Zementsteinanteil

/Rau92, EIk95, Sch02/. Weitere Einflüsse resultieren aus dem Einsatz von Flugasche, Silika-

staub und den verschiedenen Zementarten, da all diese Faktoren ebenfalls das Porengefüge

beeinflussen. Der spezifische Widerstand der Porenlösung selbst ist ein weiterer, jedoch

dem Porengefüge untergeordneter Einflussparameter /Bür96, Raj06/. Einen Überblick über

einige betontechnologischen Einflüsse auf die gemessenen Widerstände sowie deren ten-

denzielles Verhalten aufgrund dieser Einflüsse gibt Tabelle 2.


Tabelle 2: Einige betontechnologische Einflüsse auf den Elektrolytwiderstandvon Beton sowie dessen tendenzielle Änderung /Rau92, EIk95/

Zunahme von Tendenzielle Widerstandsänderung

Flugaschegehalt AnstiegSilikastaubanteil AnstiegHüttensandgehalt des Zements Anstieg

in wassergesättigtem Betonw/z-Wert

Abnahmein ständig trockenem Beton Anstieg

Zementsteinanteil AbnahmeHydratation Anstieg

Neben betontechnologischen Einflüssen können die Messtechnik sowie zahlreiche äußere

Randbedingungen die Widerstandsmessungen im Langzeitversuch erheblich beeinflussen.

Diese können nicht durch die im Labor ermittelte Kalibrierkurve zur Bestimmung des Feuch-

tegehaltes anhand des Widerstandes erfasst werden und bedürfen somit einer gesonder-

ten Betrachtung und Bewe rtung. Während die Tendenz der Widerstandsänderung bei fo rt

-schreitender Karbonatisierung vom verwendeten Beton abhängt /Bra08c/ ist dies ebenfalls

für einen Chlorideintrag /Hun96, Bra08a/ sowie eine Veränderung der Temperatur der Fall.

2.3.2 Messung des Elektrolytwiderstandes

Zur Messung des Elektrolytwiderstandes können verschiedene Messmethoden eingesetzt

werden. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden ausschließlich Messungen mit der

Zwei-Elektroden-Methode (Two-Electrode-Methode, TEM) und mit der Multiring-Elektrode

(MRE) betrachtet (Bild 3), die auch in den Vorhaben zur Bauwerksmessung eingesetzt

wurden /Bra07a, Bra08b, Bra08a/.


Betonscheibe Elektrode

+Wechselstromquelle

IsolierendeKunststoffringe

Ringe ausnichtrostendemStahl

Aufsicht

SchnittA-A

Messkabel zo I^^Beton-oberfläche

Vertikalabstand zurBetonoberfläche in mm

Ringe aus nichtrostendem StahlKabel

A

ElektrolytischerWiderstand in 52

R_ U(1)

Bild 3:

Prinzip der Widerstandsmessung mit der TEM (links) und schematischer Auf-bau einer MRE mit zugehörigem Widerstandsprofil

Durch Aufbringen einer Wechselspannung U stellt sich ein korrespondierender Strom I ein.

Der Widerstand, bei Verwendung von Wechselstrom Impedanz genannt, berechnet sich

nach dem Ohm'schen Gesetz nach Gleichung (1).

R

U

mit:

Elektrolytwiderstand in SZ

angelegte Spannung in V

Strom in A

Die ermittelten Impedanzen, im Rahmen des Berichtes im Folgenden als Elektrolytwider-

stände bzw. Widerstände bezeichnet, sind abhängig von der Messfrequenz und der Probe-

körpergeometrie. Ein Einfluss der Frequenz besteht in der Form, dass bei der Messung mit

Wechselstrom durch Überlagerungen von Ohm'schem Widerstand mit Phasenverschie-

bungen, Elektrodenprozessen und dielektrischem Verhalten des zementgebundenen Werk-

stoffes eine Messwertbeeinflussung entstehen kann. Bei den durchgeführten Untersuchun-

gen wurde eine Frequenz von 10,8 Hz eingesetzt. Bei dieser Frequenz können unerwünsch-

te Effekte wie Polarisationserscheinungen im Elektrolyten vermieden werden /Rau06/.

Ea R•T (31


Um den Einfluss der Probekörpergeometrie zu berücksichtigen, ist die Umrechnung des

gemessenen Elektrolytwiderstandes R über eine Zellkonstante k in einen probekörperun-

abhängigen spezifischen Widerstand p erforderlich. Dies geschieht über den in Gleichung (2)

dargestellten Zusammenhang.

p= R•k

mit:

p spezifischer Elektrolytwiderstand in Qm

R Elektrolytwiderstand in Q

k Geometriefaktor bzw. Zellkonstante in m

Die auf diese Weise umgerechneten Widerstände können unabhängig von der Mess-

methode für weiterführende Untersuchungen verwendet werden.

2.4 Einflüsse auf den Elektrolytwiderstand2.4.1 Temperatureinfluss

Für die Leitfähigkeit des Betons ist neben dem Feuchtegehalt auch die Viskosität des Poren-

wassers bzw. der leitenden Flüssigkeit von großer Bedeutung. Mit steigender Temperatur

nimmt die Viskosität des Elektrolyts ab, was zu einer erhöhten Beweglichkeit der Ionen

und damit zu einer erhöhten Leitfähigkeit füh rt . Diese Temperaturabhängigkeit ist auf eine

Abnahme der Aktivierungsenergie bei zunehmender Temperatur zurückzuführen und kann

mit dem Arrheniusanatz (Gleichung (3)) beschrieben werden.

(2)

rl = N •

mit:

ri Viskosität der Lösung in kg/m/s

N Konstante in kg/m/s

Ea Aktivierungsenergie in J/mol

R allgemeine Gaskonstante in J/mol/K

T absolute Temperatur in K

mit:

Pro

PT,

b


Da dieser Ansatz, der zur Berücksichtigung des Temperatureinflusses auf die Leitfähigkeit

(die Aktivität) eines Prozesses in zahlreichen Fachgebieten (Chemie, Biochemie, Physio-

logie) herangezogen wird, jedoch auf geringe Konzentrationen und bekannte Zusammen-

setzungen beschränkt ist, wird für die Temperaturkompensation bei Beton ein aus Glei-

chung 3 abgeleiteter Zusammenhang verwendet, welcher die temperaturabhängigen Leit-

fähigkeiten ineinander überführt /Bür96, EIk95/. In Gleichung (4) wird die auf den spezi-

fischen Widerstand umgeformte Gleichung angegeben.

b ( 1 1

PT, — PT, • eTo

spezifischer Widerstand in S2m bei Temperatur To in K

spezifischer Widerstand in Om bei Temperatur T 1 in K

Temperaturkoeffizient (b-Wert) in K

Der für die Umrechnung benötigte b-Wert ist direkt proportional zu der Aktivierungsenergie

aus Gleichung (3), ein hoher b-Wert ergibt somit eine hohe Temperaturabhängigkeit der

Messwerte. In der Literatur werden b-Werte für verschiedene Betone zwischen 2000 K und

5000 K angegeben /Sch02/, während in /Bür96/ der b-Wert einer synthetischen Porenlösung

zu etwa 1750 K ermittelt wurde. Der geringe b-Wert der Porenlösung lässt den Schluss zu,

dass die Temperaturabhängigkeit nicht nur durch die Porenlösung und die darin befindli-

chen Ionen, sondern ebenso durch das Porengefüge beeinflusst wird. Das hohe Maß an

Streuung der b-Werte der Betone ist auf die unterschiedlichen Zusammensetzungen und

unterschiedliche Sättigungsgrade der Proben bei der b-Wertermittlung zurückzuführen.

2.4.2 Feuchteabhängigkeit des b- Wertes

Der im vorigen Absatz beschriebene b-Wert ist keine Konstante, die pauschal für Beton

angesetzt werden kann. Ein wichtiger Aspekt ist der Sättigungsgrad des Betons. Dies geht

aus Bild 4 hervor, in dem die Daten eines Portlandzementbetons dargestellt sind.

(4)

5000

4500

20 40 60 80 100 120Sättigungsgrad in %

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

0

ö0

0 Oi,IM,.0 —.0

040. •`"' c^

••


b-Wert in K

Bild 4: Änderung des b-Wertes in Abhängigkeit des Sättigungs-grades an einem Portlandzementbeton nach /EIk95/

Es kann eine Abnahme der b-Werte bei zunehmender Sättigung beobachtet werden. Be-

reits in /Bro82/ wird die Temperaturabhängigkeit der Transportgeschwindigkeit von Ionen

im Beton festgestellt und ebenfalls mit dem Arrheniusansatz kompensiert. Diese Abhän-

gigkeit ist auf eine mit steigender Temperatur abnehmende Viskosität und abnehmende

Oberflächenspannung der Porenlösung zurückzuführen.

Auch die Einwirkungen der Feuchte auf den b-Wert sind mit der Transportgeschwindigkeit

der Ionen zu erklären. Das Spektrum der gefüllten Poren verlage rt sich beim Austrocknen

zu den kleineren Radien hin, was bewirkt, dass die Ionen näher an den Porenwänden lie-

gen. Je geringer aber dieser Abstand ist, desto höher wird die Aktivierungsenergie, welche

ein Ion für eine Bewegung benötigt. Dies wird in /Bür96/ damit erklärt, dass sich an der

Porenwand eine Doppelschicht der Ionen dadurch ausbildet, dass an der Festkörperober-

fläche bevorzugt eine lonensorte absorbie rt wird, während von den Gegenionen eine dif-

fuse Doppelschicht gebildet wird (s. a.: /Ham81, Wed04/). Je höher das Verhältnis der an

der Porenwand absorbierten Ionen zu den freien Ionen ist, desto höher ist die Aktivie-

rungsenergie und damit auch der b-Wert.

Seite 11 des Abschlussberichtes Nr. F 965 _1 NID

Zur Veranschaulichung ist in Bild 5 die lonenverteilung einer starren Doppelschicht sowie

einer teilweise diffusen Doppelschicht dargestellt. Dabei entspricht eine starre Doppel-

schicht näherungsweise der lonenverteilung in dem Wasserfilm an der Porenwand eines

eher trockenen Betons während die diffuse Doppelschicht verdeutlicht wie sich eine Ab-

nahme der lonenkonzentration durch eine Füllung der Poren auf die Doppelschicht aus-

wirkt.

Bild 5: lonenverteilung bei einer starren und einer diffusen Doppelschicht /Wed04/

Da die Ausbildung der Doppelschicht an der Porenwand geschieht, lassen sich hiermit

auch die großen Unterschiede in den ermittelten b-Werten erklären, welche somit neben

dem Feuchtegehalt maßgebend von der Porengrößenverteilung beeinflusst werden. Es

besteht jedoch keine generelle Korrelation zwischen dem Porenvolumen und dem Wider-

stand, da nicht das gesamte Wasser in den Poren beweglich ist /Hun97/.

Die Abnahme der lonenkonzentration mit zunehmender Sättigung der Poren füh rt selbst

nicht zu einem signifikanten Anstieg des b-Wertes /Raj06/. Wie bereits erläutert, ist dieser

wesentlich auf das Verhältnis der freien Ionen zu den in der Doppelschicht gebundenen

zurückzuführen.


2.4.3 Ermittlung des b-Wertes

Grundsätzlich kann der b-Wert eines Betons bestimmt werden, in dem bei einem definier-

ten Sättigungsgrad des Betons der Elektrolytwiderstand bei unterschiedlichen Tempera-

turen gemessen wird. Wichtig ist dabei, dass während der Messungen keine Veränderun-

gen des Sättigungsgrades auftreten, da diese sonst zusätzlich zur Temperatur den Elek-

trolytwiderstand beeinflussen und so zu Fehlern bei der b-Wert Ermittlung führen.

Der die Temperaturabhängigkeit beschreibende b-Wert kann nach einer Logarithmierung

des exponentiellen Zusammenhangs aus Gleichung (4) mit einer linearen Regression be-

stimmt werden. Im sogenannten Arrhenius-Diagramm werden dabei die logarithmierten

Widerstände gegen die reziproke Temperatur aufgetragen. Diese Auswertemethode kann

sowohl für Laborversuche als auch für die Auswertung von Bauwerksdaten angewendet

werden. Verwertbare b-Werte lassen sich nur bestimmen, wenn die Änderungen des Elek-

trolytwiderstandes nahezu ausschließlich durch die Temperatur hervorgerufen werden und

wenn ausreichend große Temperaturveränderungen auftreten. Besonders in der Beton-

randzone wird am Bauwerk der Widerstand neben der Temperatur durch sich ändernde

Feuchtigkeitsverhältnisse beeinflusst, so dass eine Ermittlung des b-Wertes dort häufig

nicht möglich ist.

In /Sch02/ und /Ung041 wird eine Routine vorgestellt, welche die b-Werte in 24-Stunden-

Intervallen ermittelt, indem die Annahme getroffen wird, dass innerhalb dieses Intervalls zu-

nächst keine Feuchteänderung stattgefunden hat. Die b-Werte werden berechnet, indem

Gleichung (4) nach dem b-Wert umgestellt wird und anschließend eine Schätzung der Pa-

rameter b und In(po) nach der „Methode der kleinsten Quadrate" durchgeführt wird. Dieses

Vorgehen entspricht in etwa dem Verfahren über das Arrhenius-Diagramm. Bei dem Ver-

fahren nach Schiegg können sich aufgrund von möglichen Feuchteänderungen oder zu

geringen Temperaturschwankungen innerhalb des betrachteten Tages negative b-Werte

ebenso wie unrealistisch hohe oder weiche mit sehr geringen Korrelationen ergeben. Nach-

dem die b-Werte für jeden Tag ermittelt wurden, werden die b-Werte mit Hilfe einer auf-

wändigen Statistik ausgewe rtet. Dabei werden in /Sch02, Ung04/ zuerst die negativen b-

Werte und b-Werte, die ein Bestimmtheitsmaß kleiner als 90 % aufweisen, eliminiert. An-

schließend werden „Ausreisser" mit Hilfe von sogenannten Box-Plots identifizie rt und eben-

falls eliminiert. Solche „Ausreisser" sind ebenso wie geringe Korrelationen Ergebnisse

einer Feuchteänderung im betrachteten 24-Stunden-Intervall und liefern somit verfälschte

b-Werte. Die graphische Definition eines solchen Box-Plots ist in Bild 6 gegeben.


grösste "normale" Beobachtung(% q3/4 + 1.5 (q3/4 - g114)

rBox:50 % allerBeobachtungen

L

oberes Quartil (q314)

-1 Median (q1J

41- unteres Quartil (q114)

kleinste "normale" Beobachtung(2 qva - 1.5 (qy4 - qva)0

O -4 extreme Beobachtung ("Ausreisser")

Bild 6: Definition des Box-Plots /Sch02/

Ein weiteres Merkmal der Auswertungsroutine von Schiegg /Sch02/ ist, dass die Bezugs-

temperatur auf den Mittelwert des betrachteten Intervalls gesetzt wurde, um die Einflüsse

eines falschen b-Wertes möglichst gering zu halten. Für die b-Wertbestimmung ist die

Bezugstemperatur ohne Einfluss. Wird jedoch für die Ermittlung der temperaturkompen-

sierten Daten als Bezugstemperatur die mittlere Temperatur des betrachteten Zeitraumes

gewählt, so wird ein möglicher Fehler durch einen falschen b-Wert bei der Temperatur-

kompensation minimiert. In /Sch02, Ung04/ wurde ein Bestimmtheitsmaß R 2 von mindes-

tens 90 % gefordert, um Einflüsse auf den ermittelten b-Wert durch Veränderungen des

Sättigungsgrades während der Auswerteintervalle zu minimieren.

3 UNTERSUCHUNGSPROGRAMM3.1 Struktur der Untersuchungen

Die Untersuchungen haben zum Ziel, den Einfluss der Temperatur auf den Elektrolytwider-

sta nd von Beton zu ermitteln. Bestandteil der Untersuchungen sind Betone, die im Rah-

men von Forschungsvorhaben mit dem Ziel, den Wasserhaushalt von Betonbauwerken zu

untersuchen, eingesetzt wurden /Bra07a, Bra08b, Bra08a/. Die Ergebnisse sollen die

Genauigkeit der Wassergehaltsbestimmung mit Hilfe des Elektrolytwiderstandes durch

einen weitgehenden Ausschluss des Temperatureinflusses auf den Elektrolytwiderstand

verbessern. Weiterhin soll die Möglichkeit untersucht werden, sich den Temperatureinfluss

auf den Elektrolytwiderstand bei der Bewertung der Frostbeanspruchung der Betone im

Bauwerk indirekt zu Nutze zu machen.


Die Untersuchungen haben drei Schwerpunkte. In einem ersten Schritt erfolgt eine ge-

zielte Auswertung von Bauwerksdaten zum Elektrolytwiderstand und zur Temperatur in

der Betonrandzone der untersuchten Bauwerke. In einem 2. Schritt folgen Laboruntersu-

chungen zum Elektrolytwiderstand an den Betonen, die bei der Erstellung der Bauwerke

eingesetzt wurden. Die Probekörper wurden jeweils vor Ort hergestellt und anschließend

am ibac gelagert. Das Alter der Betonprüfkörper beträgt etwa zwischen viereinhalb und

sieben Jahre. Die Laboruntersuchungen umfassen Messungen mit der Multiring-Elektrode

sowie mit der Zwei-Elektroden-Methode. In einem dritten Schritt werden Strukturkennwerte

der Betone zur Interpretation der Ergebnisse herangezogen.

Abschließend folgt eine zusammenfassende Bewertung der Ergebnisse im Hinblick auf

den Einsatz von Messungen des Elektrolytwiderstandes zur Erfassung der Frostbean-

spruchung von Betonbauwerken.

3.2 Betrachtete Bauwerke und Betone

Bei den Untersuchungen zur Erfassung der Temperaturbeanspruchung und der Schwan-

kungen des Wassersättigungsgrades in der Betonrandzone wurden Neubauwerke direkt

während der Bauphase mit Multiring-Elektroden und Temperatursensoren ausgerüstet.

Die in den Bauwerken installierten Sensoren decken die Expositionsklassen XF1 bis XF4

nach EN 206-1:2001-07 /DINOIa/ in Ergänzung mit den nationalen Anwendungsregeln in

DIN 1045-2:2001-07 /DIN01b/ ab. Betrachtet werden ein Schleusenbauwerk bei Magdeburg,

in dem Messpunkte in Bauteilbereichen angeordnet sind, die den Expositionsklassen XF1

und XF3 zugeordnet werden /Bra07b/. Die Expositionsklasse XF2 wird im Bereich des

Straßenbaus durch eine Brücke, die als Überführung über eine Autobahn bei Berlin dient

sowie einen Straßentunnel bei Stuttgart abgedeckt /Bra08a/. An einer Kaimauer in der

Nähe von Bremerhaven werden Messpunkte im Bereich der Expositionsklassen XF2 und

XF4 untersucht /Bra07a/. Eine Übersicht über die im Bereich der Messpunkte eingesetzten

Betonzusammensetzungen kann Tabelle Al entnommen werden.

Die Lage der Messpunkte ist in den jeweiligen Forschungsberichten ausführlich dargestellt

/Bra07a, Bra07b, Bra08a/. Tabelle A2 gibt einen zusammenfassenden Überblick.


3.3 Quecksilberdruckporosimetrie

Die Porengrößenverteilung wurde an Betonstücken der Betone in Doppelbestimmung mit-

tels Quecksilberdruckporosimetrie bestimmt. Der Randwinkel zwischen Quecksilber und

Beton wurde zu 130° und die Oberflächenspannung des Quecksilbers mit 0,485 N/m an-

genommen. Die Probenvorbereitung erfolgte durch Einlagerung in Isopropanol und einer

anschließenden Trocknung bei 60 °C. Besonderes Augenmerk musste der Beprobung für

die Messung der Porengrößenverteilung mittels Hg-Druckporosimetrie gewidmet werden.

Da die Aufnahmekapazität der Messkammern auf wenige Kubikzentimeter begrenzt ist,

erfolgt eine subjektive und selektive Beprobung mit dem Ziel, möglichst hohe Matrixanteile

zu erreichen. Demgemäß sind die ermittelten absoluten Messdaten wie „Porosität" und die

daraus abgeleiteten Kenngrößen nur begrenzt interpretationsfähig. Der Schwerpunkt der

Auswertung liegt daher auf der vergleichenden Betrachtung von relativen Verschiebungen

in den Porengrößenverteilungen der Proben. Der Medianradius kennzeichnet den Poren-

durchmesser, bei dem genau 50 Vol.-% des gesamten lntrusionsvolumens an Quecksilber

eingepresst werden. Dieser Kennwert gibt keine detaillierte Informationen über die Poren-

größenverteilung, sondern beschreibt die ungefähre Lage. Mit zunehmend feiner werden-

dem Porengefüge nehmen die Medianwerte in der Regel ab. Der Grenzradius beschreibt

den Radius, ab dem Quecksilber in nennenswerter Menge in das Porensystem eindringt

und die gesamte Probe mit Quecksilber durchströmt wird. Weiterhin e rfolgte eine Be-

schreibung der Poreneingangsradienverteilung durch eine Auswertung der Porenanteile in

den Porenradienklassen r < 5 nm, 5 <_ r < 30 nm, 30 <_r < 1000 nm und r >_ 1000 nm.

3.4 Wasseraufnahme

Für die untersuchten Betone wurde im Rahmen der Forschungsprojekte /Bra07a, Bra07b,

Bra08a, Bra08c/ die Wasseraufnahme unter Atmosphärendruck bzw. unter Sättigung bei

150 bar in Anlehnung an Heft 422 des DAfStb an Betonscheiben mit einem Druchmesser

von ca. 80 mm und einer Höhe von ca. 20 mm bestimmt. Abweichend von Heft 422 er-

folgte an den Betonen vor Versuchsdurchführung keine Trocknung bei 105 °C, sondern

bei 60 °C, da die Prüfkörper ebenfalls für weitere Untersuchungen verwendet wurden. Die

Berücksichtigung des bei 60 °C im Prüfkörper verbleibenden Wassergehaltes wurde erst

im Anschluss an die Versuche durch eine 105 °C-Trocknung erfasst.


3.5 Elektrolytwiderstand3.5.1 Auswertung von Bauwerksdaten

Für die Auswertung der Bauwerksdaten stehen die tiefenabhängigen Widerstände (mit

MRE gemessen) und Temperaturen (mit PT1000 gemessen) zur Verfügung. Die Tempe-

ratur wird beim Temperatursensor in 8 und bei der MRE in 16 Tiefenstufen ermittelt. Für

eine möglichst korrekte Kompensation des Temperatureinflusses auf den Elektrolytwider-

stand wurde die tatsächlich in den unterschiedlichen Tiefen gemessene Temperatur

herangezogen. Untersuchungen in /Sch02/ haben gezeigt, dass der Temperaturverlauf im

Inneren des Bauteils als linear angesehen werden kann, was somit eine lineare Inter-

polation zwischen den Messwerten erlaubt. Im oberflächennahen Bereich ist die Annahme

eines linearen Verlaufes jedoch nicht mehr zulässig. Daher werden die Temperaturen bis

zu der Tiefe von 17 mm exakt in den selben Abständen ermittelt wie die Widerstände.

Ähnlich dem Vorgehen in /Sch02/ wird in Anlehnung an das Arrhenius-Diagramm /Sza88/

der natürliche Logarithmus der Widerstände in den einzelnen Messtiefen gegen die rezi-

proke Temperatur aufgetragen, so dass für jede Messtiefe über eine Lineare Regression

der dort maßgebende b-Wert bestimmt werden konnte. Verwertbare b-Werte lassen sich

jedoch nur bestimmen, wenn die Änderungen des Elektrolytwiderstandes nahezu aus-

schließlich durch die Temperatur hervorgerufen werden. Am Bauwerk ist dies somit nur in

Bereichen, die durch schwankende Wassergehalte unbeeinflusst bleiben, möglich. Beson-

ders im Randbereich wird der Widerstand neben der Temperatur häufig durch sich än-

dernde Feuchtigkeitsverhältnisse beeinflusst, so dass eine Ermittlung des b-Wertes nicht

oder nur mit sehr großer Ungenauigkeit möglich ist. Als Maß für die Aussagekraft des b-

Wertes wurde dabei das Bestimmtheitsmaß R2 herangezogen. Durch die Festlegung eines

hohen Bestimmtheitsmaßes der Regression können b-Werte, die unter Einfluss uner-

wünschter Feuchteänderungen bestimmt wurden, weitgehend ausgeschlossen werden.

Neben konstanten Feuchteverhältnissen im Auswertungszeitraum sind weiterhin ausrei-

chende Temperaturschwankungen erforderlich, da sonst nur zu geringe Widerstandsände-

rungen auftreten.

Aufgrund der Schwierigkeiten bei der Bestimmung der b-Werte im oberflächennahen

Bereich wurde bei der Auswe rtung der Bauwerksdaten der Schwerpunkt auf den inneren

Bereich mit weitgehend konstanten Feuchtebedingungen gelegt. Ziel war es, ohne auf-

wendige Laboruntersuchungen einen mittleren b-Wert abzuschätzen, der auf die im Be-

reich des Messpunktes vorherrschenden Umgebungsbedingungen abgestimmt ist. Zur Ver-

einfachung und Reduzierung des Datenvolumens bei der Auswe rtung wurde weiterhin mit

Tagesmittelwerten gearbeitet. Dazu e rfolgte eine Mittelwertbildung der 24-Stunden bzw.

48-Stunden-Messwerte eines Tages des Elektrolytwiderstandes für jede Messtiefe. Diesen


wurde der Tagesmittelwert der Temperatur in der entsprechenden Tiefe zugeordnet. Bei

den Auswertungen der Bauwerksdaten in /Bra07a, Bra07b, Bra08a/ erfolgte zur E rfassung

der langfristigen Entwicklung ebenfalls eine Betrachtung über Tagesmittelwerte. Die da-

raus vorliegenden Erkenntnisse rechtfertigen die Zusammenfassung der Einzelmesswerte

zu einem Tagesmittelwert auch für die b-Wertbestimmung, da im Laufe des Tages im be-

trachteten Tageszeitraum mit keinen Veränderungen des Feuchtegehaltes in den betrach-

teten Abständen von der Betonoberfläche gerechnet wurde. Die Daten wurden durch Lo-

garithmierung von Gleichung (4) im Arrheniusdiagramm aufgetragen und über eine lineare

Regression ausgewertet. In Laboruntersuchungen unter definierten Bedingungen hat sich

gezeigt, das Bestimmtheitsmaße von 1,0 erreicht werden können. Aufgrund der hohen

Präzision dieser Auswertemethode können auch bei Bestimmtheitsmaßen von 0,90, wie in

/Ung04/ festgelegt, feuchtebedingte Einflüsse nicht ausgeschlossen werden. Daher wurde

bei der Auswertung der Bauwerksdaten ein Bestimmtheitsmaß von 0,97 gefordert. Bei ge-

ringeren Bestimmtheitsmaßen wurden die ermittelten b-Werte nicht in die Bewe rtung ein-

bezogen.

Vorraussetzung für korrekte b-Werte ist die Gewissheit, dass in dem betrachteten Intervall

keine Feuchteänderung stattgefunden hat. Somit kommt der Wahl eines geeigneten Inter-

valls für die Auswertung eine bedeutende Rolle zu. Generell sollte das Intervall so groß

wie möglich gewählt werden, da hierdurch der Rechenaufwand erheblich eingegrenzt wird.

Von großer Bedeutung ist auch die Intensität der Temperaturänderungen während des

Intervalls. In Intervallen, in denen nur sehr geringe Temperaturänderungen und damit auch

nur geringe Widerstandänderungen stattgefunden haben, kann keine ausreichende Korre-

lation der Daten festgestellt werden. Ebenso führen, wie bereits erläutert, Feuchteände-

rungen während eines Messzeitraums zu starken Verfälschungen des b-Wertes, wodurch

negative und unrealistisch hohe b-Werte resultieren können. Hieraus folgt, dass bei der

Wahl der Bezugsintervalle für frei bewitterte Messpunkte auch die umgebungsbedingten

Feuchteeinwirkungen wie z. B. Niederschlag genau erfasst und berücksichtigt werden

müssen.

Neben der b-Wert-Bestimmung wurden die Bauwerksdaten im Hinblick auf mögliche Ge-

friervorgänge untersucht. Dazu wurde ausgewertet, ob es unter den an den einzelnen

Bauwerken bei einem Unterschreiten von bestimmten Temperaturen im Beton zu einem

plötzlichen Anstieg des Elektrolytwiderstandes kommt. Diese Ereignisse deuten vermutlich

auf ein Gefrieren zumindest eines Teils des im Porensystem vorhandenen Wassers hin.


15.2 Untersuchungen mit der Zwei-Elektroden-Methode

Die Untersuchungen mit der Zwei-Elektroden-Methode haben den Vo rteil gegenüber den

MRE-Messungen, dass an den Prüfkörpern aufgrund der geringen Abmessungen (Schei-

ben mit einer Höhe von ca. 20 mm und einem Durchmesser von ca. 80 mm) definierte

Sättigungsgrade über Trocknung bzw. kapillare Wasseraufnahmen eingestellt werden kön-

nen. So kann mit einer ausreichenden Prüfkörperanzahl der gesamte Sättigungsbereich

eines Betons für die gleichzeitige Messung des Elektrolytwiderstandes abgedeckt werden.

Auf diese Weise kann eine Kalibrierfunktion zur Umrechnung der Elektrolytwiderstände in

Wassersättigungsgrade bei einer bestimmten Temperatur bestimmt werden. Dieses Vor-

gehen wurde bei den vorangegangenen Untersuchungen zur Ermittlung des Wasserhaus-

haltes im Betonrandbereich verschiedener Betonbauwerke durchgeführt. Ergänzend wurden

nun Kalibrierfunktionen für unterschiedliche Temperaturen ermittelt. Für jeden Beton wur-

den ca. 20 Betonscheiben verwendet. Nach Einstellung der Sättigungsgrade an den Prüf-

körpern wurde der Elektrolytwiderstand bei 30 °C, 20 °C, 10 °C und 3 °C gemessen, die

einen für die Bauwerke repräsentativen Temperaturbereich darstellen. Messungen unter-

halb von 0 °C sind im Gegensatz zur MRE aufgrund der Ankopplung der Betonprüfkörper

an die Elektroden mit feuchten Tüchern nicht möglich. Die Prüfkörper wurden in einem

Klimaraum bei den entsprechenden Temperaturen gelage rt und die Widerstandsmessun-

gen wurden ebenfalls in diesem Raum durchgeführt, um Veränderungen der Betontem-

peraturen während des Messvorganges soweit wie möglich auszuschließen. Die Messung

mit der TEM war aufgrund der fehlenden Möglichkeit, die Temperatur im Beton direkt zu

messen, mit größeren Schwierigkeiten behaftet als die MRE-Messung. Neben der Mes-

sung der Temperaturen im Klimaraum wurde im Laufe der Versuche dazu übergegangen,

die Betontemperatur mit einem vor der Messung auf die Prüfkörper aufgesetzten Ther-

mometer gesonde rt zu messen.

Diese Versuche ermöglichen in Ergänzung zu dem bislang angewendeten Verfahren die

Umrechnung der vor Ort gemessenen Widerstände auf eine der jeweiligen Jahreszeit an-

gepassten mittleren Temperatur. Bislang wurden alle Bauwerkstemperaturen auf 20 °C um-

gerechnet. Im Winter könnten beispielsweise die Widerstände auf eine Bezugstemperatur

von 3 °C umgerechnet und anschließend mit der Kalibrierfunktion für 3 °C in Wasserge-

halte umgerechnet werden. Dies hätte den Vo rteil, das eventuelle Fehler bei der Umrech-

nung, die aus einem ungenauen b-Wert resultieren, minimie rt werden, da die Differenz bei

der Umrechnung auf 3 °C und damit auch der Fehler deutlich geringer ist, als bei einer

Umrechnung auf 20 °C, wie es derzeit bei den Bauwerksmessungen erfolgt. Die Anforde-

rungen an die Genauigkeit des b-Wertes rückt also bei der abschnittsweisen Betrachtung


der Widerstände in den Hintergrund. Die Anwendung dieser Methode bleibt sinnvoller-

weise jedoch nur auf kurze Zeitabschnitte beschränkt, in denen die Umgebungs- bzw.

Betontemperatur in etwa bei der gewählten Bezugstemperatur liegt. Für sich anschließen-

de Zeiträume mit deutlich abweichenden Temperaturen würde dann eine an diese Rand-

bedingungen angepasste andere Bezugstemperatur gewählt. Bei der Betrachtung eines

längeren Zeitraumes mit dieser Auswertemethode ergibt sich allerdings aufgrund der unter-

schiedlichen Bezugstemperaturen ein sprunghafter Widerstandsverlauf bei jedem Wechsel

der Bezugstemperatur.

Weiterhin kann mit den bei vier Temperaturen ermittelten Widerständen über eine lineare

Regression ein sättigungsabhängiger b-Wert bestimmt werden. Mit diesem Zusammen-

hang kann dann wiederum der b-Wert bei den Bauwerksmessungen an die jeweils vorlie-

genden Bedingungen am Bauwerk angepasst werden. Der Fehler wird durch einen ge-

naueren b-Wert minimiert und der Einfluss einer deutlich von den mittleren Bauwerkstem-

peraturen abweichenden Bezugtemperaturen wird geringer.

Ziel dieser Versuchsreihen ist es zum einen, eine am besten geeignete Methode zur Kom-

pensation des Temperatureinflusses auf den Elektrolytwiderstand zu erhalten und zum an-

deren über den in Abhängigkeit der Betonzusammensetzung möglicherweise unterschied-

lichen sättigungsabhängigen b-Wert Informationen zum Porengefüge des Betons und den

Eigenschaften des im Porengefüge vorhandenen Wassers zu erhalten.

3.5.3 Laboruntersuchungen mit der MRE

Bei den Laborversuchen mit der Multiring-Elektrode sind die Randbedingungen besser be-

kannt als am Bauwerk, so dass diese Versuche zur Orientierung herangezogen wurden, in

welchen Größen die Bestimmtheitsmaße unter optimalen Verhältnissen erwartet werden

können. Auch bei versiegelten Probekörpern kann durch die im Versuch aufgebrachten

Temperaturänderungen mit Feuchteumverteilungen innerhalb des Probekörpers gerechnet

werden, die wiederum Auswirkungen auf den Elektrolytwiderstand und damit auf das Be-

stimmheitsmaß haben können.


Im Versuch wurden Betonwürfel, die im Rahmen der Erstellung der betrachteten Bau-

werke hergestellt und anschließend am ibac gelagert wurden, verwendet. Die Würfel

haben eine Kantenlänge von 200 mm und wurden jeweils mit einem Temperatursensor,

der die Temperatur tiefenabhängig e rfassen kann ausgerüstet. Bei den Temperaturmess-

elementen handelt es sich um tiefenabhängig angeordnete PT1000-Sensoren. Weiterhin

wurden Multiring-Elektroden eingebaut, die eine tiefenabhängige Messung des Elektrolyt-

widerstandes bis in eine Tiefe von etwa 45 bzw. 90 mm erlauben.

Da der b-Wert sättigungsabhängig sein kann, wurden zwei Sättigungszustände der Beton-

würfel untersucht. Die Prüfung eines trockenen Zustandes e rfolgte an den Wü rfeln, nach

dem diese für etwa ein Jahr im Klima 20 0 0/65 % relativer Luftfeuchtigkeit austrocknen

konnten. Die Würfel weisen ein von innen nach außen abnehmenden Sättigungsgrad auf.

Im Anschluss an die Messungen e rfolgte eine kapillare Wasseraufnahme für etwa 10 Tage.

Die Würfel wurden mit der Seite, in der die MRE und der Temperatursensor angeordnet

ist, auf Abstandhalter in ein Wasserbad gesetzt, so dass die beaufschlagte Seite während

des Versuches etwa 5 bis 10 mm unter der Wasserobe rfläche lag. Auf diese Weise stellte

sich ein von innen nach außen zunehmender Sättigungsgrad ein. Da eine exakte Einstel-

lung von Sättigungsgraden aufgrund der großen Prüfkörperabmessungen kaum möglich

ist, wurden mit dieser Versuchsanordnung zwei Extremrandbedingungen, die an den Bau-

werken möglich sind untersucht. Durch Umrechnung der Widerstände in Sättigungsgrade

mit Hilfe der vorliegenden Kalibrierfunktionen /Bra07a, Bra07b, Bra08a/ ist aufgrund der

sich einstellenden Tiefenprofile des Sättigungsgrades auf indirektem Wege die Ermittlung

eines sättigungsabhängigen b-Wertes möglich.

Zur Bestimmung des b-Wertes wurden die Prüfkörper zunächst mit einer PVC-Folie abge-

klebt, um einen Feuchteeintrag während des Temperaturzyklus durch Kondenswasser zu

unterbinden. Auf diese Weise wird unterbunden, das Kondenswasser, das sich bei den

starken Temperaturänderungen auf der Obe rfläche bildet, vom Beton aufgenommen werden

kann. Dies ist besonders für die Temperaturen im Bereich des Gefrierpunktes von Bedeu-

tung, da es beim Auftauen und einem gleichzeitigen Vorliegen von Wasser an der Ober-

fläche nach der Theorie der Mikroeislinsenpumpe nach Setzer /Set01/ zu einer verstärkten

Wasseraufnahme kommen kann. Anschließend wurden die Prüfkörper dem in Bild 7 dar-

gestellten Lufttemperaturzyklus in einem Weiß Klimaschrank WK 1-1000 unterzogen.


Temperatur in °C

15

10

5

0

-5

-10

-15

20

—11— Temperaturzyklus im Klimaschrank-20

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Zeit in

Bild 7: Temperaturzyklus im Klimaschrank bei der Ermittlung derb-Werte und zur Erfassung von Gefriervorgängen bei einerTemperaturänderungsrate von 6,3 K/h

Die Abkühlrate von 6,3 K/h orientie rte sich am mittleren Bereich der an den Bauwerken

beobachteten Extremwerte. Die Minimaltemperaturen von -15 °C orientie rten sich eben-

falls an den Minimaltemperaturen, die an den Wetterstationen im Bereich der Bauwerke im

Untersuchungszeitraum gemessen wurden. Zur Anbindung an die Umgebungsbedingun-

gen an den Bauwerken e rfolgte auch im Laborversuch eine Luftkühlung. Die Auftaurate

wurde ebenfalls zu 6,3 K/h gewählt. Deutlich höhere Auftauraten wurden an den Bau-

werken fast ausschließlich bei direkter Sonneneinstrahlung gemessen. Jeder Prüfkörper

wurde zwei vollständigen Temperaturzyklen unterzogen. Während des Temperaturzyklus

erfolgte die Datenaufzeichnung im Takt von 20 Sekunden.

Zur E rfassung des Einflusses der Temperaturänderungsrate wurden vereinzelt Versuche

durchgeführt, bei denen die Temperaturänderungsrate 1,6 K/h betrug. Diese Größenord-

nung wurde häufiger an den Bauwerken angetroffen. Die Minimaltemperatur wurde bei-

behalten. Da der Schwerpunkt auf der Datenerfassung im Gefrierbereich lag, wurde die

Maximaltemperatur abweichend vom 1. Temperaturzyklus zu 4 °C gewählt. Bild 8 zeigt

den Temperaturverlauf dieses Temperaturzyklusses. Die mit dieser Temperaturänderungs-

rate durchgefüh rten Versuche wurden ausschließlich an den Prüfkörpern durchgeführt, die

einen hohen Wassersättigungsgrad aufwiesen.

AT= 1,6 K/h

—*— Temperaturzyklus im Klimaschrank


Temperatur in °C

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Zeit in

Bild 8: Temperaturzyklus im Klimaschrank bei der Ermittlung derb-Werte und zur Erfassung von Gefriervorgängen bei einerTemperaturänderungsrate von 1,6 K/h

Das Alter bei Beginn dieser Versuchsreihen betrug je nach Zeitpunkt der Bauwerkserstel-

lung zwischen viereinhalb und sieben Jahre. Der späte Untersuchungszeitraum wurde ge-

wählt, da die Bauwerksmessungen langfristig angelegt sind und so zum Zeitpunkt der Ver-

suchsdurchführung bereits ein hoher Hydratationsgrad erwartet wurde. Dies ermöglicht

eine langzeitige Anwendbarkeit der ermittelten Kennwerte. Zu Beginn der Datenaufzeich-

nung an den Bauwerken lagen die Betonalter zwischen etwa einem halben (Wandbereich

Kaimauer) und drei Jahren (Schleuse).

Die ermittelten Daten wurden anschließend analog zu der Auswertung der Bauwerksdaten

im Arrhenniüsdiagram► im aufgetragen und über eine lineare Regression zur Bestimmung der

b-Werte ausgewertet.

Ein weiteres Augenmerk dieser Untersuchungen lag in der Betrachtung von bei Minus-

temperaturen plötzlich ansteigenden Elektrolytwiderständen. Diese können möglicherweise

ein Hinweis auf ein Gefrieren des im Porensystem vorhandenen Wassers sein. Sollte dies

der Fall sein, tritt vor diesem Hintergrund der bei den Versuchen vorliegende Wassersätti-

gungsgrad in den Mittelpunkt der Auswertung. Auch könnten so Hinweise zum, unter ver-

gleichbaren Randbedingungen wie an den Bauwerken, gefrierbaren Wasseranteil im Poren-

system gewonnen werden.

20

15

10

5

0

-5

-10

-15

-20

Seite 24 des Abschlussberichtes Nr. F 965 _iba^

Der höchste Anteil der Gelporen < 5 nm wird beim Schleusenbeton und bei den Kaimauer-

betonen angetroffen. Beim Fenderbeton hat sich der Anteil durch die Karbonatisierung in

einer Atmosphäre mit 1 Vol.-% CO2 deutlich verringert und im Porengrößenbereich zwischen

5 und 30 nm entsprechend vergrößert. Es ist also zu einer Vergröberung gekommen, die

sich nahezu ausschließlich auf den Gelporenbereich ausgewirkt hat. Die Porengrößenbe-

reiche ab 30 nm sind vor und nach der Karbonatisierung nahezu unverändert geblieben.

Der Porenanteil > 30 nm ist bei den Hochofenzementbetonen mit Flugasche mit etwa 20

bis 40 % deutlich geringer als bei den übrigen Betonen, mit Anteilen von etwa 50 bis 55 %.

Ein Zusammenhang mit einem Korrelationskoeffizienten von 0,97 liegt zum Medianradius

vor, der bei den flugaschehaltigen Hochofenzementbetonen zwischen 7 und 16 nm liegt und

bei den übrigen Betonen zwischen 30 und 34 nm. Der Grenzradius, der den Porenradius

beschreibt, ab dem größere Mengen Quecksilber in die Probe eindringt, kann Hinweise auf

die Vernetzung des Porensystems geben. Diese steigt tendenziell mit steigendem Wasser-

zementwert. Da die hier untersuchten Betone alle Wasserzementwerte bzw. äquivalente

Wasserzementwerte von 0,50 aufwiesen mit Ausnahme des Schleusenbetons mit einem

äquivalenten Wasserzementwert von 0,47, sind aus diesem Grund keine großen Unter-

schiede zu erwarten. Unterschiede liegen bei den verwendeten Bindemitteln vor. Auch hier

zeigen sich bis auf den Wandbeton der Kaimauer geringere Grenzradien der flugaschehal-

tigen Hochofenzementbetone zwischen 20 und 45 nm, während bei den übrigen Betonen

Grenzradien zwischen 50 und 55 nm bestimmt wurden. Insgesamt deuten die Quecksilber-

druckuntersuchungen also ein feineres Porengefüge der Betone der Schleuse und der

Kaimauer an.

4.2 Wasseraufnahme

Tabelle A3 zeigt die ermittelten Kennwerte der Betone. Die Wasseraufnahmen unter

Atmosphärendruck der zum Prüfzeitpunkt etwa zwischen 2 und drei Jahre alten Betone

bewegen sich zwischen zwischen 5,0 und 7,0 M.-% bei Wasserzementwerten von etwa

0,50. Die Wasseraufnahmen bei Druck von 150 bar liegen zwischen 5,8 und 7,5 M.-%. Die

resultierenden Sättigungsgrade der Betone unter Atmosphärendruck liegen zwischen ca.

0,75 und 0,95. Eine detailiertere Bewertung der Kennwerte folgt in der zusammenfassen-

den Auswertung.


4.3 Bauwerksdaten4.3.1 b-Wert-Ermittlung

Für die Auswe rtung der Bauwerksdaten stehen die tiefenabhängigen Widerstände (mit

MRE gemessen) und Temperaturen (mit PT1000 gemessen) zur Verfügung. Ähnlich dem

Vorgehen in /Sch02/ wird der natürliche Logarithmus der Widerstände gegen die reziproke

Temperatur aufgetragen. Die Auswertung e rfolgte dabei über Tagesmittelwerte. Über eine

Lineare Regression wurde der b-Wert bestimmt. Als Maß für die Aussagekraft des b-

Wertes wurde dabei das Bestimmtheitsmaß R 2 herangezogen. Aus den Laboruntersu-

chungen war bekannt, dass unter definierten Randbedingungen b-Werte mit einem Be-

stimmtheitsmaß von 1,0 ermittelt werden. Auf Grund der schwankenden Randbedingun-

gen und der Beobachtungsdauer von mehreren Jahren wurden bei den Bauwerksdaten

auch b-Werte erfasst, die wie in /Sch02/ Bestimmtheitsmaße von R 2>0,90 aufwiesen. Bei

diesen Größenordnungen kann aber bereits von einer Beeinflussung durch Feuchteände-

rungen ausgegangen werden. Daher wurde bei diesen b-Werten der Gesamtwiderstands-

verlauf über die Zeit betrachtet und bewertet. Häufig liegt bei diesen Datenreihen ein

jahreszeitlich zyklischer Verlauf mit Schwankungen um einen mittleren Sättigungsgrad bei

insgesamt eher geringen Schwankungen vor.

Die einzelne Betrachtung der unterschiedlichen Tiefenstufen war von großer Bedeutung,

da sich Feuchteeinträge im Wesentlichen in den oberflächennahen Bereichen (bis ca.

50 mm Tiefe) /Bra07a, Bra07b, Bra08a/ bemerkbar machen. In Bild 9 sind zur Veran-

schaulichung die Widerstands- und Temperaturverläufe von zwei Tagen dargestellt. Dabei

stellen die Daten vom 01.05.2004 einen geeigneten Verlauf zur Bestimmung des b-Wertes

dar, da es eine ausreichende Temperaturänderung ohne Feuchteänderungen beinhaltet,

während die Daten vom 05.05.2004 einen aufgrund der geringen Temperaturschwankun-

gen ungeeigneten Bereich darstellen, obwohl auch hier keine Feuchteschwankungen

auftreten. Dies drückt sich in dem geringen Bestimmtheitsmaß von 21 % aus.

o Messreihe 01.05.2004qMessreihe 05.05.2004y = 1778,1x + 4,8725

R2 = 0,2058

y = 5197x - 6,9637R2 = 0,9234

_I 130 ii-Seite 26 des Abschlussberichtes Nr. F 965

Logarithmus des WiderstandesTemperatur in °C Widerstand in Q35 o 135000- Temperatur 01.05.2004)

o Temperatur 05.05.2004)—^ Widerstand 01.05.2004)-♦ Widerstand 05.05.2004)

30 -

00:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00

-120000

105000

90000

- 75000

- 60000

4500010,0

30000 0,00334 0,00338 0,00342 0,00346 0,00350Reziproke Temperatur in 1/K

25 -

20

15-

10

5-

Bild 9: geeignetes (01.05.04) und ungeeignetes (05.05.08) Intervall zur Bestimmungdes b-Wertes (links) sowie zugehöriges Arrhenius-Diagramm (rechts)

Der Einfluss schwankender Sättigungsgrade wirkt sich sehr deutlich auf die Darstellung im

Arrhenius-Diagramm aus. Bild 10 zeigt links den temperaturkompensierten Widerstands-

verlauf am frei bewitterten Messpunkt MP4 der Schleuse Hohenwarthe. Dargestellt sind

die aufgezeichneten Daten über einen Zeitraum von rund 4 Jahren als Tagesmittelwerte.

Im Randbereich werden deutliche Widerstandsschwankungen ersichtlich, während im In-

neren ein eher gleichmäßiger Widerstandsverlauf vorliegt. Dies deutet auf starke Schwan-

kungen des Sättigungsgrades im Randbereich und gleichmäßige Verhältnisse im Inneren

hin.

Im Arrhenius-Diagramm zeigen sich ebenfalls aufgrund der unterschiedlichen Schwankun-

gen des Sättigungsgrades deutliche Unterschiede. Die ziemlich gleichmäßigen Sättigungs-

grade in einer Tiefe von 87 mm führen dazu, dass bei Temperaturschwankungen die Wi-

derstände größtenteils durch die Temperatur beeinflusst werden. Dies führt in der Dar-

stellung im Arrhenius-Diagramm zu einem nahezu linearen Zusammenhang. Über eine

lineare Regression wird der b-Wert als Steigung der Geraden ermittelt. Der hier vorlie-

gende b-Wert von 3390 K bei einem Bestimmtheitsmaß von 0,96 deutet auf nur sehr ge-

ringe Einflüsse aus Feuchteänderungen hin, wie auch im linken Teilbild zu erkennen. Die

ermittelten b-Werte sind in Tabelle A4 zusammengefasst.

Logarithmus des Widerstands in In(Q)17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

0,0032

* Hohenwarthe, Messpunkt MP4, 7 mmHohenwarthe, Messpunkt MP4, 87 mm

0,0034 0,0036 0,0038 0,0040


10000000

1000000

100000

10000

1000

Widerstand in Q

Hohenwarthe, Messpunkt MP4, 7 mm

Hohenwarthe, Messpunkt MP4, 87

Reziproke Temperatur in 1/K100

01.08.03 31.07.04 31.07.05 31.07.06 31.07.07

Bild 10: Temperaturkompensierter Widerstandsverlauf als Tagesmittelwerte (links) undaus den Ursprungsdaten ermitteltes Arrhenius-Diagramm für den freibewittertenMesspunkt MP4 an der Schleuse Hohenwarthe

Auf diese Weise können zunächst über eine Sichtung der Widerstandsentwicklung über

die Zeit Tiefenbereiche sowie Zeitabschnitte ausgewählt werden, in denen eine b-Wert Be-

stimmung überhaupt möglich erscheint. Aufgrund von in späteren Abschnitten beschrie-

benen Versuchsergebnissen im Labor wurde bei den Bauwerksdaten ein Bestimmtheits-

maß von 0,97 festgelegt, ab denen ein ermittelter b-Wert für die weiteren Auswertungen

verwendet wurde. B-Werte mit Bestimmtheitsmaßen zwischen 0,90 und 0,97 wurden

orientierend mit betrachtet, und b-Werte mit geringerem Bestimmtheitsmaß wurden ver-

worfen.

Im Rahmen einer Übungsarbeit wurden die Auswertemöglichkeiten der Bauwerksdaten

untersucht /Zac05/. Neben der Auswertung über Ta gesmittelwerte wurde auch eine Aus-

wertung über die stündlich ermittelten Messwe rte für einzelne Tage in Anlehnung an das

Vorgehen in /Sch02/ untersucht. Im Randbereich ist aufgrund der nahezu ständigen Ände-

rungen der Feuchteverhältnisse der Aufwand für die Ermittlung geeigneter Zeitabschnitte

für die Auswertung erheblich und zudem mit großen Unsicherheiten behaftet. Aus diesem

Grund wurde im Randbereich auf eine b-Wert-Bestimmung verzichtet. Auch im inneren

Bereich ist der Aufwand hoch. Aufgrund von im Tagesverlauf möglicherweise geringeren

Temperaturschwankungen im inneren Bereich im Vergleich zu den jahreszeitlichen Tem-

peraturschwankungen bietet die Auswertung über Tagesmittelwerte gerade für den inne-

ren Bereich mit gleichmäßigeren Feuchteverhältnissen Vorteile. Das Datenvolumen kann

11,0Logarithmus des Widerstandes

Aug.'04 - Aug .'05, b=3228 K, R2=1,00• Mrz. '04 - Jul.'04, b=2936 K, R2=1,00• Jul.'03 - Feb.'04, b=3230 K, R2=1,00• Feb.'03 - Jul.'03, b=2693 K, R2= 0,99A Aug.'02 - Jan.'03, b=3239 K, R 2=1,00Y März'02 - Jul.'02, b=1714 K, R2=0,90o Sep. "05- Nov. "06, b=3369 K, R2=0,99+ Nov."06 - Dez. "07, b=3481 K, R2= 0 ,99

y,336,,.,x 2 748

R>-0,9666

S,

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R - 49607Y --3 - .:Jdf:l

"20,515 =!• ^,-.=

y = 2936x - 1,4271 1713,7x ^R20,9018

2,3023

=R0.9967 =

1[40.y = 2693,4x - 0,826 • ••• - •

R 20,9947 =

Beton Gäubahntunnel, MP2Messtiefe 67 mm

10,5

10,0

9,5

9,0

8,5

8,0

7,5

7,0

Seite 28 des Abschlussberichtes Nr. F 965 _ibac

deutlich reduziert werden. Eine Überprüfung auf Plausibilität ist über die Darstellung und

Auswertung im Arrheniusdiagramm wesentlich einfacher als über eine ausschließliche Be-

wertung über das Bestimmtheitsmaß.

Bei der Auswertung der Daten des Gäubahntunnels fiel auf, dass sich ab einer Tiefe von

32 mm gute Korrelationen ergeben, wenn jeweils die Aufheizphase (Januar bis August)

und die Abkühlphase (September bis Dezember) eines Jahres getrennt voneinander be-

trachtet werden. Bild 12 zeigt dies exemplarisch für den Messpunkt MP2 des Gäubahn-

tunnels. Es resultieren für jeweils ein Jahr die exemplarisch für die Messtiefe von 67 mm

dargestellten V-förmigen Verläufe, wobei die Verläufe mit zunehmendem Alter enger bei-

einander liegen. Diese Art der Widerstandsverläufe im Arrhenius-Diagramm wurde bei

allen Tiefen ab 17 mm beobachtet. Bei den Tiefen von 7 mm und 12 mm ist diese Ent-

wicklung von den Feuchteeinträgen überlagert. Der in Bild 11 dargestellte Verlauf deutet

auf die langsame Austrocknung des Bauwerks hin.

0,0032 0,0033 0,0034 0,0035 0,0036 0,003 7 0,0038 0,0039 0,0040Reziproke Temperatur in 1/K

Bild 11: Arrhenius-Diagramm mit den zugehörigen Ausgleichsgeraden,b-Werten und Bestimmtheitsmaßen von Messpunkt MP2 desGäubahntunnels in einer Messtiefe von 67 mm

Temperatur in °C100000 Widerstand in Q

10000

1000

Gäubahntunnel MP2

— MP2, 67 mm, Rohdaten MP2, 67 mm, T0=20°C, b = 3120 K (Mittelwert) Temperatur

100 -3001.03.02 01.03.03 29.02.04 28.02.05 28.02.06 28.02.07 28.02.08

- 30r. r- Lu

- 10- 0- -10- -20


Für die Aufheizphase (erstes Halbjahr) ergeben sich zu geringe b-Werte, da die kontinuier-

liche Austrocknung eine Erhöhung des Widerstands bewirkt und damit den fallenden Wi-

derständen infolge der steigenden Temperatur entgegenwirkt. In der Abkühlphase führen

die Austrocknung und die fallenden Temperaturen zu einem zu hohen b-Wert, da beide

Einwirkungen den Widerstand in die gleiche Richtung beeinflussen. Dies zeigt, dass bei

langsamen und gleichmäßigen Änderungen des Sättigungsgrades dieser Einfluss auf den

b-Wert nicht unbedingt über eine ausschließliche Betrachtung des Bestimmtheitsmaßes

erfasst werden kann. Mit zunehmendem Alter verringert sich der jahreszeitliche Unter-

schied, was darauf hindeutet, dass es zu einem Abklingen des Austrocknungsvorganges

kommt. Eine Übersicht über die entsprechend Bild 11 ermittelten b-Werte kann ebenfalls

der Tabelle A4 entnommen werden. Es sind jeweils die Mittelwe rte aller abschnittsweise

ermittelten b-Werte mit einem jeweiligen Bestimmtheitsmaß R 2>0,98 angegeben. Bei Mess-

punkten, an denen kein Bestimmtheitsmaß von 0,98 erzielt werden konnte sind die er-

zielten Bestimmtheitsmaße gesondert angegeben.

Bild 12 zeigt exemplarisch für den Messpunkt MP2 den mit Hilfe des mittleren b-Wertes

korrigierten Widerstandsverlauf in der Messtiefe 67 mm. Der anhand des kontinuierlichen

Anstieges des Widerstandes erkennbare fortschreitende Austrocknungsvorgang ist deut-

lich zu erkennen.

Bild 12: Rohdaten und mit dem mittleren b-Wert korrigierte Elektrolyt-widerstände am Messpunkt MP2 des Gäubahntunnels in einerMesstiefe von 67 mm


Bei der Ermittlung der b-Werte der übrigen Bauwerke wurde ebenso vorgegangen. Die

Mittelwerte der bestimmten b-Werte wurden jeweils in Tabelle A4 eingefügt. Eine verglei-

chende Bewertung der Ergebnisse erfolgt in Kapitel 4.7.

4.3.2 Gefriervorgänge

Die Messungen an verschiedenen Bauwerken haben zum Ziel, die für eine Frostbeanspru-

chung wesentlichen Parameter der Betontemperatur und des Sättigungsgrades des Betons

zu erfassen. Bei Überschreitung eines bestimmten Sättigungsgrades im Beton und einem

gleichzeitigen Auftreten von tiefen Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes kann es zu

einer Schädigung des Betons kommen, wenn dieser den Belastungen, die durch die Ge-

friervorgänge des Wassers im Porensystem entstehen, nicht standhält. Die alleinige Be-

trachtung der Temperatur und daraus abgeleiteter Frost-Tau-Wechsel erlaubt somit noch

keine Aussage zur tatsächlichen schädigungsrelevanten Frostbeanspruchung.

Bei der Auswertung der Bauwerksdaten sind charakteristische Widerstandsverläufe aufge-

fallen, die nur unter bestimmten Randbedingungen beobachtet werden können. Bei Tem-

peraturen unterhalb von 0 °C kommt es an einzelnen Messpunkten zu einem plötzlichen

Anstieg des Elektrolytwiderstandes. Diese Vorgänge unterscheiden sich von den meist in

Zusammenhang mit Austrocknungsvorgängen beobachteten Anstiegen des Widerstandes.

Charakteristisch bei Austrocknungsvorgängen ist ein kontinuierlicher Anstieg des Wider-

standes, dessen Größenordnung mit zunehmendem Abstand zur Betonoberfläche abnimmt

und dort meist erst zeitverzögert eintritt. Bei Temperaturen unterhalb des Gefriervorgan-

ges werden unter bestimmten Randbedingungen plötzliche Anstiege des Elektrolytwider-

standes beobachtet. Diese unterscheiden sich von den Austrocknungsvorgängen meist

dadurch, dass der Anstieg etwa gleichzeitig in mehreren Tiefenstufen auftritt. Vorausset-

zung für ein solches Ereignis sind Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes. Bild 13

zeigt links exemplarisch solche Ereignisse, die am Messpunkt MP3 der Schleuse Hohen-

warthe beobachtet wurde. Der Messpunkt befindet sich in der Wasserwechselzone. Die

gleichen Zeiträume werden jeweils im rechten Bild für den Messpunkt MP4 gezeigt. Dort

zeigt der Elektrolytwiderstand bei vergleichbaren Temperaturen einen relativ gleichmäßi-

gen Verlauf. Eine Außnahme bilden die zwei kurzfristigen Anstiege am 23. und 24.01.2006.

Im Anschluss an diese Ereignisse folgt trotz vergleichbarer Temperaturwechsel ein gleich-

mäßiger, langsamer Widerstandsanstieg, der charakteristisch für einen Austrocknungsvor-

gang ist. Weitere Ereignisse an der Schleuse Hohenwarthe mit plötzlich ansteigendem

Elektrolytwiderstand sind in den Bildern B6 bis B7 dargestellt. Diese Ereignisse konnten

Widerstand in 0 Temperatur in °C45

7mm 17 mm27 mm 87 mm 40Betontemp. 7 mmr LufttemperaturWassertemperatur — Betontemp. 87 mm 35

050

)

5

10.000

1.000


fast ausschließlich an den Messpunkten MP2 und MP3 in der Wasserwechselzone beob-

achtet werden. An Messpunkt MP4, der nicht in direktem Wasserkontakt steht, wurden im

Beobachtungszeitraum zwei Ereignisse festgestellt. Messpunkt MP1, der ständig unterhalb

des Wasserspiegels liegt, wies diese charakteristischen Anstiege nicht auf. Die Randbe-

dingungen an der Schleuse Hohenwarthe sind also ein hohes Wasserangebot bzw. ein

hoher Sättigungsgrad des Betons sowie niedrige Temperaturen von etwa -5 °C. Dies

deutet darauf hin, dass die Widerstandsanstiege in engem Zusammenhang zu Gefrier-

vorgängen im Beton stehen, für die ein Mindestsättigungsgrad und eine Mindesttempera-

tur gleichzeitig im Beton vorliegen müssen. Dieser Frage wird durch weiterführende Labor-

untersuchungen nachgegangen.

r--^- --^

1.000.000 Widerstand in Q

1.000.000

100.000

10.000

1.000

100.000

10.000

1.000

10006.02.05

10018.01.06

— 7 mm17 mm87 mmLufttemperatur

1227

mmmm

,

•BetontemperatuWasse rtemperatur

Schleuse Hohenwarthe, MP3h =56,0 m

11r

` ^^:J

I

^--' -^1-.

^ L1 Y ^ Y Y^ - )

Widerstand in 07 mm17 mm27 mm87 mmBetontemp. 7 mmBetontemp. 87 mmLufttemperaturWasse rtemperatur

Temperatur in °C45 1.000.000

40

35

30 100.000

- 25

- 20

15 10.000

- 10

-5

0 1.000

-5

Schleuse Hohenwarthe, MP3, h = 56,0 m -10

-15

21.01.06

07.02.05

Tem peratur in °C.5

0

5

0

5

07.02.05

1.000.000 Widerstand in S2 Temperatu rin

100 06.02.05

7 m2712mm

— Betontemperatur-- Wasse rtemperatur

mm

•

17 mm87 mmLufttemperatur

Schleuse Hohenwarthe,•... Y• ^.-a,^^NAMSwwu.q, w+•4•.v,L .•A"^

MP4,^

I

h=56,5 m`•w^• . :. '1

r... ,

l

t

I/ ^ {

Schleuse Hohenwarthe, MP4, h=56,

-5

5 m -10

-15

08.02.05

°C.5

0

5

0

5

30- 25- 20

15- 10

-5

100.000

050

))

5

10 10

15 100 1524.01.06 27.01.06 18.01.06 21.01.06 24.01.06 27.01.06

Bild 13: Plötzlicher Anstieg des Elektrolytwiderstandes an den Messpunkten MP3 (Was-serwechselzone) im Vergleich zu MP4 (frei bewittert) der Schleuse Hohenwarthe

03.02.06 10.02.06 20 01.06 27.01.0627.01.06

1.000.000 Widerstand in Q 1.000.000 Widerstand in S2 Temperatur in °C 45

4035302520151050-5-10-15

03.02.06 10.02.06

Temperatur in °C 454035302520151050-5-10

7mm 12mm

17 mm 22 mm

27 mm -- 42 mm

Betontemperatur

Brücke Berlin MP1, Überbau

10020.01.06

-15 100

7mm 12mm17 mm 22 mm27 mm — 42 mm

Betontemperatur

Brücke Berlin MP3, Pfeiler, h=1,4 m

'7``^-l^

,'

/V !^'"

re'a

\\V -

100.000

10.000

1.000

100.000

10.000

1.000


Eine Datenauswertung an der Kaimauer Nordenham zeigte weder in der Wasserwechsel-

zone noch im bewitterten Bereich die charakteristischen Widerstandsänderungen. Wesent-

licher Unterschied zur Schleuse Hohenwarthe sind die im Randbereich des Betons vor-

handene Chloridbelastung und mildere Temperaturen im Winter. Die milden Temperaturen

im Bereich der Wasserwechselzone sind vermutlich nicht ausreichend, um bei den zusätz-

lich vorhandenen Chloriden und einer dadurch hervorgrufenen Gefrierpunkterniedrigung

ein Gefrieren des Wassers im Porengefüge zu verursachen.

Auch am Gäubahntunnel konnten die charakteristischen Anstiege nicht beobachtet werden.

Dort wurden vergleichbar tiefe Temperaturen wie an der Schleuse gemessen. Die Mess-

punkte befinden sich jedoch ausschließlich im trockenen Bereich mit dementsprechend

niedrigeren Sättigungsgraden. Eine Chloridbelastung im oberflächennahen Bereich ist

ebenfalls möglich.

An der Brücke Berlin werden bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes am Überbau

und im Pfeilerbereich in einzelnen Fällen deutliche Anstiege des Elektrolytwiderstandes

beobachtet. Dies ist allerdings auf den Randbereich bis etwa 17 mm beschränkt, falls der

Widerstand vor Eintreten der niedrigen Temperaturen auf einem niedrigen Niveau liegt.

Die Ereignisse sind nicht so eindeutig ausgebildet wie an der Schleuse Hohenwarthe.

Beispiele sind in Bild 14 dargestellt.

Bild 14: Plötzlicher Anstieg des Elektrolytwiderstandes an den Messpunkten MP1(Überbau, CEM I) im Vergleich zu MP3 (Pfeiler, CEM III/A) der Brücke Berlin


Die beobachteten Ereignisse unter Berücksichtigung der Randbedingungen, unter denen

dies geschieht, legen die Vermutung nahe, dass die plötzlichen Anstiege des Elektrolytwi-

derstandes Gefriervorgänge im Porengefüge des Betons beschreiben. Diese scheinen erst

ab einem bestimmten Sättigungsgrad aufzutreten. Die ausgeprägtesten Ereignisse wurden

im Bereich der Wasserwechselzone (XF3) der Schleuse Hohenwarthe beobachtet. An

Messpunkt MP2 auf mittlerer Höhe zwischen Ober- und Unterwasserstand wurden zwischen

2003 und 2007 in vier Wintern etwa 15 und am Messpunkt MP3 unmittelbar unterhalb des

Oberwasserstandes etwa 40 Ereignisse beobacht. Eine ausschließliche Ermitt lung von Frost-

tagen in /Bra07b/ anhand der Temperaturdaten, bei denen ein Frosttag definiert ist mit

einer Minimaltemperatur unterhalb von 0 °C und einer Maximaltemperatur > 0 °C, hat für

den gleichen Zeitraum etwa 30 Frosttage am Messpunkt MP2 und etwa 215 Frosttage an

Messpunkt MP3 ergeben. Zum Vergleich lieferte der Messpunkt MP4 (XF1) über eine aus-

schließliche Temperaturauswertung etwa 250 Frosttage. Gefriervorgänge, die sich durch

plötzliche Anstiege des Elektrolytwiderstandes wie im XF3-Bereich abzeichnen, wurden an

MP4 lediglich zwei beobachtet. Die Erfassung der Frostbeanspruchung ausschließlich über

die Betontemperatur wäre somit eine deutlich auf der sicheren Seite liegende Abschätzung.

Mit Laboruntersuchungen wird den an den Bauwerken beobachteten Phänomenen nach-

gegangen und die Aussagekraft der Elektrolytwiderstandsmessungen im Hinblick auf eine

indirekte Beschreibung von Gefriervorgängen im Beton nachgegangen.

4.4 Laboruntersuchungen mit der TEM

Bei der Auswe rtung wurden nur Ergebnisse berücksichtigt, die ein Bestimmtheitsmaß von

0,98 aufwiesen, da sich bei den MRE-Messungen gezeigt hatte, dass Bestimmtheitsmaße

dieser Größenordnungen bei einer allerdings deutlich höheren Messwertanzahl gut er-

reicht werden können. Bei der TEM wirken sich Ungenauigkeiten sehr viel stärker aus, da

ein b-Wert bei einem bestimmten Sättigungsgrad nur aus maximal 4 Messwe rten der vier

Temperaturstufen ermittelt wurden. Daher war es besonders wichtig, dass sich zwischen

den einzelnen Messungen keine wesentlichen Änderungen des Sättigungsgrades der

Prüfkörper ergaben. Bei Berechnung des b-Wertes ergeben sich bei mit steigender Ände-

rung des Sättigungsgrades geringere Bestimmtheitsmaße, die darauf hindeuten, dass der

bei unterschiedlichen Temperaturen gemessene Elektrolytwiderstand nicht nur von der

Temperatur, sondern auch durch veränderte Sättigungsgrade hervorgerufen wurde. Bei

Einhaltung des Sättigungsgrades des Prüfkörper bei allen Temperaturstufen sind wie bei

den MRE-Messungen Bestimmtheitsmaße von 0,98 sicher erzielbar. Können diese Größen-


ordnungen nicht eingehalten werden, deutet dies auf Feuchteeinträge hin, die den Wider-

stand maßgeblich beeinflussen. Dies zeigt auch die gute Reproduzierbarkeit der TEM-

Messungen trotz der teilweise umstrittenen Ankopplung mit einem feuchten Tuch. Die Ein-

haltung dieses Bestimmtheitsmaßes ist auch eine indirekte Kontrolle der Plausibilität der

Einzelmessungen des Widerstandes mit der TEM. Wenn bei unterschiedlichen Tempera-

turen Messwerte bei einem bestimmten Sättigungsgrad des Prüfkörpers ermittelt werden,

und diese sich über die rechnerische Temperaturkompensation auf eine gemeinsame Be-

zugstemperatur übertragen lassen, kann von einer guten Reproduzierbarkeit ausgegan-

gen werden. Bei niedrigen Bestimmtheitsmaßen kann von einem Messfehler oder von

einem geänderten Sättigungszustand ausgegangen werden.

Zur Bestimmung der b-Werte wurde zunächst der Elektrolytwiderstand an den Prüfkörpern

bei definiert eingestellten Sättigungsgraden bei unterschiedlichen Temperaturen bestimmt.

Die Versuchsergebnisse können den Bildern B8 bis B13 entnommen werden. Dargestellt

sind aus den oben genannten Gründen nur die Ergebnisse, die die Anforderungen an das

Bestimmtheitsmaß von 0,98 bei der Ermittlung des b-Wertes erfüllt haben. Zusätzlich ist in

roter Farbe die Kalibrierfunktion angegeben, die in den vorangegangenen Untersuchungen

/Bra07a, Bra07b, Bra08a/ ermittelt wurden. Eine gute Übereinstimmung wurde für die

Betone des Gäubahntunnels und des Pfeilerbetons sowie des Betons der Kaimauer im

Fenderbereich erzielt. Für den Schleusenbeton und den Beton im Wandbereich der Kai-

mauer Nordenham weicht die Kalibrierfunktion besonders für den Bereich hoher Sättigung

von der ursprünglichen Kalibrierfunktion ab. Ursache ist vermutlich die geringe Prüfkörper-

anzahl bei den b-Wert-Untersuchungen. Die Widerstandsmesswerte der b-Wert-Untersu-

chungen befinden sich am oberen Ende des Streubereichs der Gesamtmesswerte aus

/Bra07b/. Dies führt bei Ermittlung der Kalibrierfunktion aus diesen Messdaten zu einer ab-

weichenden Funktion. Für die Ermittlung des b-Wertes ist dies von untergeordneter Be-

deutung, da jeweils die gleichen Prüfkörper bei den unterschiedlichen Temperaturen ver-

wendet wurden. Bei Berechnung der Sättigungsgrade mit dieser Funktion wären jedoch

Abweichungen im Bereich hoher Sättigungen zu erwarten. Dieses Beispiel zeigt, dass eine

große Prüfkörperanzahl die Verlässlichkeit der Kalibrieruntersuchung deutlich erhöht.


Die sättigungsabhängigen b-Werte der Betone sind in den Bildern B14 bis B19 dargestellt.

Ein ausgeprägter Zusammenhang zwischen Sättigungsgrad des Betons und dem ermittel-

ten b-Wert kann nicht festgestellt werden. Tendenziell werden jedoch bei hohen Sätti-

gungsgraden meist niedrigere b-Werte ermittelt. Insgesamt bewegen sich die b-Werte bei

den Betonen etwa zwischen 2000 bis 3000 K im Bereich hoher Sättigung und 4000 bis

5000 K im Bereich niedriger Sättigung. Bei den meisten untersuchten Betonen werden

große Streuungen beobachtet. Ursache können die im Vergleich zu den Auswertemetho-

den mit kontinuierlicher Datenaufzeichnung deutlich geringere Messwertanzahl sowie die

messtechnisch bedingt größeren Einflussmöglichkeiten auf die Ergebnisse sein.

Eine zusammenfassende Auswertung erfolgt in Kapitel 4.7 unter zusätzlicher Berücksich-

tigung der Ergebnisse der Laboruntersuchungen mit der MRE sowie der Auswe rtung der

Bauwerksdaten.

4.5 Laboruntersuchungen mit der MRE4.5.1 Ermittlung des b-Wertes

Die Ermittlung des b-Wertes wurde für alle untersuchten Betone in einem trockenen Zu-

stand und nach einer kapillaren Wasseraufnahme über einen Zeitraum von etwa 10 Tagen

durchgeführt. In Bild 15 sind die Daten des Hochofenzementbetons mit Flugasche der

Schleuse Hohenwarthe dargestellt. Links befindet sich die Auswe rtung für den trockenen

Beton und rechts die Auswertung für den Beton nach der kapillaren Wasseraufnahme. Die

Daten wurden durch Logarithmierung von Gleichung (4) im Arrheniusdiagramm aufgetra-

gen und über eine lineare Regression ausgewertet. Die Regressionsfunktion und das zu-

gehörige Bestimmtheitsmaß sind im Diagramm für jede Messtiefe angegeben. Der ermit-

telte b-Wert ist die Steigung der Geraden.

Bei Betrachtung des trockenen Betons fällt mit zunehmendem Abstand von der Beton-

oberfläche ein ausgeprägt linearer Zusammenhang in dieser Darstellung auf. Die ermittel-

ten b-Werte sind mit zunehmendem Abstand zur Betonoberfläche bei einer geringeren

Größenordnung des Widerstands niedriger als im Randbereich. Die b-Werte bewegen sich

zwischen 4700 und 7140 K. In den Messtiefen 7 mm und 12 mm liegen lineare Abschnitte

vor, die sich jedoch teilweise in der Steigung und damit im b-Wert unterscheiden. Das

Widerstandsniveau ist bei gleicher Temperatur teilweise unterschiedlich. Dies deutet auf

Veränderungen des Sättigungsgrades während des Versuches hin.


Logarithmus des Widerstandes in In(Q)y = 7134.2x 8 936`.

R' = 0 9932 ,

y = 6798,2x - 8,49

R' = 0,9745

y = 6054 9x - 70346 0 °C

R 2 = 0,9973 ^y = 5644.7x - 6.9 1 3 1

R' = 0.9979 ..------

y = 5165 9x - 5 8581----------

R' = 0,9985 -_''f

RPtnn SchleuseHohenwarthe= 4640 . 5x - 4,6173

R' = 09989trocken

-7mm22mm

i

12mm -- 17mm--- 27mm 82mm

I

Reziproke Temperatur in 1/K

17,0 Logarithmus des Widerstandes in In(Q)

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032


17,0

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032

0,0034 0,0036

0,0038 0,0040

----- 7 mm 12 mm 17 mm

22mm 27mm 82mm

0 °Cy = 4809,7x 52037

R' = 0,9985

R 2 = 0,9897 ^^^; = 3882 5x - 3, 1 259

^^^rR ` = 0,9907 J^

^y= 2810,1x-1.2° 2 l- ,

R 2 = 0,9912 -----..-----===='-'- :=-'------^-^^ ^ +iiiy = 2883,4x - 1,977

R2 =09864

,- 2813,6:: I I I I8 ti^r

, ^ ^ 1 ' "" 4fl

^ Beton SchleuseHohenwarthe,

feucht,AT=6 K/h

0,0034 0,0036 0,0038

0,0040

Bild 15: Ermittlung des b-Wertes bei einer Temperaturänderungsrate von 6 K/h amBetonwü rfel mit einer Kantenlänge von 200 mm für den Beton der SchleuseHohenwarthe in trockenem und feuchtem Zustand

Der Elektrolytwiderstand von trockenem Beton kann sich auch bei nur geringen Ände-

rungen des Sättigungsgrades bereits sehr stark verändern. Besonders im Randbereich

äußert sich das bei dieser Auswertemethode in einem vom linearen Verlauf abweichenden

Verhalten. Die Unstetigkeiten treten stets bei Wechsel zwischen Abkühl- und Aufwärm-

phasen auf. Möglicherweise ist trotz der Abklebung der Oberfläche ein Feuchtezutritt an

der Obe rfläche erfolgt, oder es ist zu geringfügigen Feuchteumverteilungen gekommen,

die sich nur im trockenen Randbeton auf den Elektrolytwiderstand auswirken. Die Daten

deuten an, dass diese Auswertemethode zur Bestimmung des Temperatureinflusses auf

den Elektrolytwiderstand sehr empfindlich auf Feuchteveränderungen reagie rt . Aufgrund

der deutlichen Veränderung nach dem Frost-Tau-Wechsel wurden zur b-Wert-Ermittlung

in der Tiefe 7 mm nur die Daten der Abkühlphase herangezogen.

Der feuchte Beton zeigt ein deutlich unterschiedliches Bild. Während das Widerstands-

niveau in einer Tiefe von 82 mm eine vergleichbare Größenordnung wie beim trockenen

Beton zeigt, hat sich durch die kapillare Wasseraufnahme vor dieser Versuchsreihe der

Widerstand in den anderen Messtiefen zum Teil deutlich verringert. Dies trifft besonders

auf die Messtiefen 7 bis 17 mm zu. Weiterhin fällt auf, dass unterhalb einer Temperatur

von 0 °C sehr deutliche Widerstandsanstiege auftreten. Dies ist ebenfalls besonders stark

ausgeprägt bei den Messtiefen 7 bis 17 mm. In den Messtiefen 17 und 22 mm werden die

sprunghaften Anstiege ebenfalls beobachtet. Die Größenordnung des Anstieges ist jedoch

Logarithmus des Widerstandes in In(Q)

Beton Gäubahntunneltrocken y 5445.3x - 5 9n` =

R = 0.9274

0 °C ...-°°--

,^•^''"rt „' y = 4595,1x - 5,2747

R 2 = 0,9974

r,'''....-'-'

^^ = 4594,4x - 5,8875^

v=4814.4x-6695y, R2= 0,9958

y=4332.7x-5,0035R2= 0.9963R' = 0.9981 ^

y = 4734.6x 6,5431

R '=09996

7 mm22 mm

- 12 mm ---- 17 mm52 mm 87 mm

0,0034 0,0036 0,0038

0,0040

17,0

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032


deutlich niedriger als im direkten Randbereich. Die Ergebnisse deuten ebenfalls an, dass

in diesen Tiefen der Widerstand während des Auftauvorganges absinkt. Dies deutet auf

Feuchteumverteilungen hin, möglicherweise hervorgerufen durch Effekte, die durch Mikro-

eislinsenpumpe erklärt werden können. In der Messtiefe 82 mm wird der Anstieg nicht

mehr beobachtet. Zur Ermittlung der b-Werte für den feuchten Beton wurden nur die Daten

bei Temperaturen oberhalb von 0 °C verwendet. Die so bestimmten b-Werte weisen in den

Tiefen bis 17 mm deutlich niedrigere Werte zwischen 2600 und 2900 K auf im Vergleich

zum trockenen Beton. In den Tiefen von 17 und 22 mm wurde ein ebenfalls niedrigerer b-

Wert bestimmt als vor dem kapillaren Saugen. In einer Tiefe von 82 mm liegt ein nahezu

gleicher b-Wert wie vor der Wasseraufnahme vor. Dies deutet darauf hin, dass in diesen

Tiefen keine wesentliche Änderungen des Sättigungsgrades durch die Wasserlagerung

des Probekörpers aufgetreten ist. Bild 16 zeigt die entsprechende Auswertung für den

Beton des Gäubahntunnels. Es handelt sich um einen Portlandzementbeton mit

Flugasche. Die Auswertediagramme für die übrigen Betone können den Bildern B20 bis

B24 entnommen werden.

Logarithmus des Widerstandes in In(Q)

Beton Gäubahntunnelfeucht

0 °Cn 30U0.8- . 2 933':

-. 0 9,101

/

R'

t ^4725,6x - 6.4607 ; „aR' = 0,9981 ^"^^

y - 4609.6x - 5,8082R '= 09954 ^;-"' 1^ _ . •. - •:

R" = 0,9977y = 3632,9x - 3,6528/ = 4405 5x - 58414 ^^ "

R7 = 0,9962 R2= 0 9987

7mm --- 12mm -- 17mm22 mm 52 mm 87 mm

0,0034 0,0036 0,0038

0,0040Reziproke Temperatur in 1/K


Bild 16: Ermittlung des b-Wertes bei einer Temperaturänderungsrate von 6 K/h amBetonwürfel mit einer Kantenlänge von 200 mm für den Beton des Gäu-bahntunnels in trockenem und feuchtem Zustand

Prinzipiell können die gleichen Auffälligkeiten beobachtet werden. Der trockene Beton

nach Lagerung im Klima 20 °C/65 % rel. Luftfeuchtigkeit zeigt einen ausgeprägten Zusam-

menhang zwischen Temperatur und Elektrolytwiderstand. Dies gilt sowohl für den Tempe-

raturbereich oberhalb also auch unterhalb von 0 °C in praxisnahen Temperaturbereichen.

17,0

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032

Seite 38 des Abschlussberichtes Nr. F 965 _i =

Auch im Randbereich liegt dieser gleichmäßige Verlauf vor, was auf gleichmäßige Feuchte-

verhältnisse während des Versuches hindeutet. Die ermittelten b-Werte liegen bis auf die

Messtiefe von 7 mm mit geringen Unterschieden der einzelnen Messtiefen in einer Größen-

ordnung von etwa 4600 K und damit niedriger als beim Hochofenzementbeton der Schleuse

Hohenwarthe.

Die Ergebnisse des Versuches nach der kapillaren Wasseraufnahme zeigen zunächst

deutlich gesunkene Widerstände in den Tiefen bis 22 mm unterhalb der Größenordnung

der tiefer gelegenen Messstellen. In der Messtiefe von 7 mm würde nach der Wasser-

lagerung der höchste Sättigungsgrad und damit auch der niedrigste Widerstand erwa rtet

werden. Dies ist aber nicht der Fall und ist zunächst unplausibel oder deutet auf einen

Messfehler hin. Berücksichtigt werden muss, dass in dieser Tiefe der Beton bereits karbo-

natisiert ist und eine Beeinflussung des Widerstandes durch das verände rte Porengefüge

und einen anderen pH-We rt möglich ist. Unterhalb von 0 °C ist in dieser Tiefe jedoch der

deutlichste Anstieg des Widerstandes zu erkennen. Geringere Anstiege können noch in

den Tiefen von 12 und 17 mm beobachtet werden. In einer Tiefe von 22 mm wird ein gleich-

mäßiger Verlauf beobachtet, obwohl durch die Wasserlagerung des Probekörpers eine

Verringerung des Widerstandes und damit eine Erhöhung des Sättigungsgrades eingetre-

ten ist. Die Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass es bei dem vorliegenden Sätti-

gungsgrad in dieser Tiefe noch zu keinem Gefrieren des im Porensystem vorhandenen

Wassers gekommen ist, der sich in einem Anstieg des Widerstandes äußert.

Die b-Wert-Auswertung wurde für den trockenen und wassergelagerten Beton in den Mess-

tiefen ohne sprunghaften Anstieg des Widerstands über den gesamten Temperaturbereich

und für die Messtiefen mit sprunghaftem Anstieg bis etwa 0 °C durchgeführt. Für die Mess-

tiefen von 7 bis 17 mm liegt der b-Wert nach der Wassersättigung bei etwa 3650 K und

damit höher als beim wassergesättigten Beton der Schleuse Hohenwarthe. In tiefer ge-

legenen Bereichen wurde ein im Vergleich zur Trockenlagerung unverände rter b-Wert von

etwa 4600 K ermittelt. Dies geht einher mit den nach der Wasserlagerung unveränderten

Widerständen in diesen Tiefen, die auch auf unveränderte Feuchteverhältnisse in diesen

Bereichen hindeuten.

Ein weiterer Untersuchungsparameter bei der Ermittlung des b-Wertes war die Tempera-

turänderungsrate. An den untersuchten Betonen wurde nach der Ermittlung des b-Wertes

bei einer Temperaturänderungsrate von 6 K/h erneut der b-Wert mit einer Temperaturän-

derungsrate von 1,6 K/h bestimmt. Diese Größenordnung wurde an den Bauwerken am

häufigsten an Frosttagen beobachtet. Zwischen den Versuchszyklen lagerten die Prüfkör-

per ablaufbedingt für eine Woche mit einer Folie abgeklebt bei 20 °C. In dieser Zeit wären

0

A

10000

8000

6000

4000

2000

12000 b-Wert in K• Hohenwarthe

GäubahntunnelBrücke, Überbau

x Brücke, Pfeiler; Kaimauer, Wandbereich• Kaimauer, FenderbereichO Fenderbereich, karbonatisiert

^


Wasserumverteilungen innerhalb des Prüfkörpers möglich. Die Auswertediagramme der

bei dieser Temperaturänderungsrate durchgeführten Versuche sind in den Bildern B25 bis

B28 dargestellt. Die ermittelten b-Werte aller Betone sind in Tabelle A5 angegeben.

Bei allen Betonen zeigt sich nach der Wasserlagerung ein deutlich verände rtes Verhalten

des Elektrolytwiderstandes. Die im feuchten Zustand ermittelten b-Werte sind niedriger als

die im trockenen Zustand ermittelten. Bei vergleichender Betrachtung der einzelnen Mess-

tiefen zwischen feuchtem und trockenem Zustand fällt auf, dass der Unterschied umso

größer ist, je näher die Messstelle sich an der Betonoberfläche befindet. Vor dem in Bild 4

bereits angedeutetem Zusammenhang zwischen Wassersättigungsgrad des Betons und

dem jeweils vorliegenden b-Wert werden die Ergebnisse verständlich. Da im trockenen

Beton der unmittelbare Randbereich trockener ist als der innere und nach Wasserlagerung

der unmittelbare Randbereich eine höhere Wassersättigung aufweist, als der tiefer liegende

Bereich, können damit auch die unterschiedlichen Spreizungen des b-Wertes in den ein-

zelnen Messtiefen erklä rt werden. Bild 17 zeigt tiefenabhängig für alle untersuchten Be-

tone die bei unterschiedlichen Sättigungszuständen ermittelten b-Werte.

0

0 20 40 60 80 100Abstand zur Betonoberfläche in mm

Bild 17: Tiefenabhängig ermittelte b-Werte der untersuchten Betonebei unterschiedlichen Sättigungszuständen

Die bei einer Temperatur von 1,6 K/h ermittelten b-Werte sind besonders im direkten Rand-

bereich etwas höher als die bei 6 K/h ermittelten. Bei der Bewertung muss berücksichtigt


werden, dass die Messung bei 6 K/h unmittelbar nach der Wasserlagerung der Prüfkörper

erfolgt ist und nach Versuchsdurchführung ablaufbedingt eine 7-tägige Lagerung bis zur

Prüfung bei 1,6 K/h erfolgte, in der eine Wasserumverteilung innerhalb Prüfkörper stattfin-

den konnte. Dieser möglicherweise unterschiedliche Wassersättigungszustand bei Versuchs-

beginn kann eine Erklärung für die etwas höheren b-Werte bei der Messung mit 1,6 K/h sein.

4.5.2 Widerstand unter Berücksichtigung der ermittelten b-Werte

Die mittels der Untersuchungen ermittelten b-Werte ermöglichen die Darstellung der Wider-

stände unter genauer Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit des Elektrolytwider-

standes. Mit den in den Forschungsprojekten ermittelten Kalibrierfunktionen ist dann eine

Berechnung des Sättigungsgrades der Prüfkörper möglich. Die Bilder B29 bis B42 zeigen

den temperaturkompensierten Verlauf des Elektrolytwiderstandes der Betone. Zu erkennen

ist, dass im trockenen Zustand ein meist gleichmäßiger Verlauf vorliegt, aber besonders

im Randbereich teilweise trotz der mit Folie abgeklebten Oberfläche Schwankungen zu er-

kennen sind, die auf Veränderungen des Sättigungsgrades hindeuten, da sie in keinem

Zusammenhang zu den Temperaturen stehen. Vermutlich sind Feuchteumverteilungen in-

nerhalb des Prüfkörpers die Ursache.

Bei den anschließend wassergelagerten Prüfkörpern sind bei Temperaturen etwas unter

0 °C die kurzfristigen sehr deutlichen Anstiege des Widerstandes zu beobachten. Vergleich-

bare Ereignisse wurden auch an Messpunkten an den Bauwerken festgestellt. Besonders

stark sind sie im Randbereich ausgebildet. Das Verhältnis zwischen Widerstand vor und

nach dem Anstieg beträgt bis zu 250. Tiefer liegende Bereiche, die tendenziell nach der

Wasserlagerung eine geringere Sättigung aufweisen als der Randbereich, zeigen teilweise

gar keinen, teilweise einen geringer ausgeprägten Anstieg. Die Ergebnisse deuten darauf

hin, dass die plötzlichen Anstiege des Widerstandes in Zusammenhang zum im Porenge-

füge gefrierenden Wasser stehen. Dies würde bedeuten, dass bei den hier untersuchten

Betonen in Messtiefen, in denen ein kontinuierlicher Widerstandsverlauf beobachtet wird,

kein Gefriervorgang von Wasser im Porensystem stattfindet, wodurch zumindest der Elek-

trolytwiderstand beeinflusst wird. Bei geringem Sättigungsgrad sind besonders die feinen

Poren mit Wasser gefüllt, das do rt bei den hier untersuchten Temperaturen nicht gefriert.

Ab einem gewissen Sättigungsgrad der Betone gefrie rt ein Anteil des Wassers im Poren-

system, nach der Radius-Gefrierpunkt-Beziehung vermutlich in den gröberen Poren. Nach

der Mikroeislinsentheorie von Setzer kann dadurch auch das bei diesen Temperaturen

nicht gefrierbare Wasser in den feinen Poren mobilisie rt werden und sich an das entstan-

dene Eis in den gröberen Poren anlagern. Nach dem Auftauvorgang kann wieder eine

100000000 Widerstand in Temperatur in °C 40 100000000 Widerstand in 0 Temperatur in °C 40destillie rtes Wasser

10000000

1000000

100000

10000

1000Wassertemp 7 mm

Wassertemp. 37 mm

1 --X— Lufttemperatur 20

I ^ 1 1 1

0 2 4 6 8 1012141618202224Zeit in h

1000 2 4 6 8 1012141618202224

Zeit in h

Leitungswasser

A

ilL^r

^^^

37Wassertemp.

7 mm 17 mm42 mm Wassertemp. 7 mm

mm --Ê--- Lufttemperaturt at

30 10000000 -

20 1000000 -

10 100000 I

0 10000

10 1000

7 mm

17 mm42mm

30

20

10

-10


Umverteilung des Wassers stattfinden. Es wäre somit eine für einen Beton charakteris-

tische gefrierrelevante Wassersättigung erforderlich, ab der es überhaupt zum Gefrieren

von Wasser im Beton kommt. Aufgrund des unterschiedlichen Porengefüges von Beton

kann diese Sättigung in Abhängigkeit der Porenstruktur des betrachteten Betons auch in

Abhängigkeit des Betonalters deutlich unterschiedlich sein.

4.5.3 Elektrolytwiderstand beim Gefrieren der Porenlösung

Zur Überprüfung des plötzlichen Anstieges des Widerstandes beim Gefrieren des Wassers

im Porengefüge wurden eine MRE und Temperatursensor in einen Wasserbehälter mit

1 Liter Inhalt gegeben und einem vergleichbaren Temperaturzyklus wie die Betonprüfkör-

per unterwo rfen. Bild 18 zeigt die Lufttemperatur, sowie die im Wasser gemessene Tem-

peratur und die Elektrolytwiderstände. Beim Gefrieren wurde der Widerstand teilweise so

groß, dass keine Messung mehr möglich war. Dies ist im Diagramm an entsprechenden

Lücken erkennbar. Als Prüflösung wurden Leitungswasser und destilliertes Wasser verwen-

det. Gleichzeitig wurde bei diesem Versuch der b-Wert der Prüflösungen ermittelt. Der b-

Wert des Leitungswassers lag bei 2020 K bei einem Korrelationskoeffizienten von 0,99

und der b-Wert des destillierten Wassers bei 4500 K bei einem Korrelationskoeffizienten

von lediglich 0,92. Die b-Werte wurden bei der Darstellung bereits berücksichtigt.

Bild 18: Elektrolytwiderstand von Leitungswasser und destilliertem Wasser in flüssigemund gefrorenen Zustand


Auch in diesem Versuchsaufbau kann der typische Anstieg des Widerstandes beim Ge-

frieren beobachtet werden. Aufgrund der hohen Wärmekapazität des Wassers und der

deutlich größeren Wassermengen als im Betonprüfkörper sind deutlich längere Kühlzeiten

zum Gefrieren erforderlich. Da im Vergleich zum Betonprüfkörper die Phasenumwandlung

ungleichmäßiger stattfindet, sind Widerstandsschwankungen zu erwarten, da beispiels-

weise beim Auftauen an der MRE in Bereichen bereits ein Wasserspalt vorliegt und somit

eine geringe Leitfähigkeit vorliegt, während der Großteil des Wassers noch gefroren ist.

Die Temperatur verbleibt größtenteils während der gesamten Kühlphase bei etwa -1 °C,

da im Versuchszeitraum nicht die gesamte Wassermenge gefroren ist. Erst bei einem

2. Zyklus wurde nach dem vollständigen Gefrieren des destillierten Wassers auch ein

weiteres Absinken der Temperatur beobachtet.

Beim destillierten Wasser erfolgt ein Sprung des Widerstandes von etwa 10.000 0 im

flüssigen Zustand auf etwa 10 Mio. 0 im gefrorenen Zustand. Der Faktor beträgt also etwa

1.000. Beim Leitungswasser steigt der Widerstand von etwa 2.000 0 auf etwa 1 bis 4 Mio. 0,

wobei teilweise das Wasser noch nicht vollständig gefroren war. Auch hier wird also ein

Faktor von mehr als 1.000 beobachtet. Zur besseren Beschreibung dieses Vorganges wird

ein Gefrierfaktor FG des Elektrolytwiderstandes eingeführt, der das Verhältnis des Elektro-

lytwiderstandes im gefrorenen Zustand zum Elektrolytwiderstand im flüssigen Zustand vor

dem Gefriervorgang beschreibt (Gleichung (5)).

FG=Rf/Rg

mit:

F^ Gefrierfaktor des ElektrolytwiderstandesRfElektrolytwiderstand im flüssigen Zustand in S^Rg Elektrolytwiderstand im gefrorenen Zustand in S2

Ursache für den Widerstandsanstieg ist die geringere Beweglichkeit der Ionen im gefrore-

nen Zustand. Die Ergebnisse zeigen, auch wenn die Versuchsrandbedingungen nicht opti-

mal waren, dass die Widerstandssprünge auf ein Gefrieren des Wassers hindeuten. Somit

liefe rt eine Auswe rtung von Labor- bzw. Bauwerksdaten in diese Richtung einen wichtigen

Anhaltspunkt zur tatsächlichen Frostbeanspruchung eines Betons. Bei einem plötzlichen

Anstieg des Elektrolytwiderstandes von Beton bei einer Temperatur unterhalb von 0 °C deu-

tet dies nach den gewonnenen Erkenntnissen auf ein Gefrieren eines Teils des im Poren-

system vorhandenen Wassers hin. Rückschlüsse auf gefrierrelevante Sättigungsgrade unter

den vor O rt gegebenen Randbedingungen scheinen so möglich und werden im Folgenden

betrachtet.

(5)


Ergänzend zu den über die Kalibrierfunktionen der Betone berechneten Sättigungsgrade

werden auf diese Weise noch aussagekräftigere Interpretationen möglich, inwiefern ein am

Bauwerk gemessener Sättigungsgrad unter den dort möglichen Randbedingungen auch

einen schädigungsrelevanten Einfluss haben kann. Dies wird nach den hier vorliegenden

Erkenntnissen erwartet, wenn es zu einem durch das tatsächliche Gefrieren des Wassers

im Porengefüge verursachten Anstieg des Widerstandes kommt. Tabelle A6 enthält eine

Übersicht über die in unterschiedlichen Abständen von der Betonoberfläche gemessenen

Gefrierfaktoren FG der in den Laborversuchen untersuchten Betone. Die Faktoren weisen

Größenordnungen bis zu 250 auf und sie sind damit deutlich geringer als die des reinen

Wassers. Bei einem Gefrierfaktor von 1,0 findet kein Gefrieren der Porenlösung statt. Wäh-

rend an den Prüfkörpern des Schleusenbetons und beim Beton des Brückenüberbaus bis

in eine Tiefe von 42 mm ein Gefrierfaktor > 1,0 bestimmt wurde, wurde dies beim Tunnel-

beton nur bis in eine Tiefe von 17 mm beobachtet. Die Ergebnisse deuten also eine in

Abhängigkeit der Betonzusammensetzung und des daraus resultierenden Gefüges unter-

schiedliche Eindringfront des für einen Gefriervorgang erforderlichen Sättigungsgrades an.

Bemerkenswert ist, dass beim Hochofenzementbeton mit Flugasche aus dem Fenderbe-

reich der Kaimauer im karbonatisierten Zustand insgesamt deutlich höhere Gefrierfaktoren

sowie ein deutlich tieferes Eindringen der Gefrierfront festgestellt wird. Dies ist in Überein-

stimmung mit dem im Allgemeinen bei karbonatisiertem Hochofenzementbeton zu erwar-

tendem gröberen Porengefüge mit entsprechend größerer Wasseraufnahme sowie eine ge-

ringe Absenkung der Gefriertemperatur des Wassers im gröberen Porengefüge. Die Gefrier-

faktoren der Portlandzementbetone des Tunnel und des Brückenüberbaus sind geringer

als die der übrigen Hochofenzementbetone. Zu beachten ist dabei, dass bei allen Betonen

in den äußersten Messtiefen Einflüsse aus einer Karbonatisierung berücksichtigt werden

müssen.

Offen ist noch, ob mit steigendem Gefrierfaktor ein steigender Anteil an gefrierbarem

Wasser vorliegt. Dies ist grundsätzlich denkbar, da bei hohem Sättigungsgrad auch ein

größerer Wasseranteil in den gröberen Poren erwartet werden kann, und somit in gefrier-

barer Form vorliegt. Mit sinkendem Sättigungsgrad liegt das Wasser vorwiegend in den

feineren Poren vor, und der Anteil an bei den Prüftemperaturen gefrierbarem Wasser sinkt

dadurch.


Dies würde bedeuten, dass besonders bei den Hochofenzementbetonen der Schleuse und

der Kaimauer sowie des Pfeilers im teilweise karbonatisierten Randbereich ein höherer

Anteil an gefrierbarem Wasser als bei den Portlandzementbetonen vorliegt. Dies deckt sich

ebenfalls mit den in Frostprüfverfahren häufig beobachteten stärkeren Abwitterungen des

karbonatisierten Randbetons von Hochofenzementbetonen im Vergleich zu Portlandzement-

betonen, die auch auf das gröbere Gefüge des karbonatisierten Hochofenzementbetons

zurückgeführt werden.

Resultat des Anstieges des Widerstandes beim Gefrieren ist weiterhin, dass mit der Kali-

brierfunktion des Betons aufgrund der gefrierbedingt gestiegenen Widerstände keine realis-

tischen Sättigungsgrade mehr berechnet werden können. Der Widerstand setzt sich dann

zusammen aus dem Widerstand der in flüssiger Form verbleibenden Porenlösung und dem

Widerstand der in gefrorenem Zustand vorliegenden Porenlösung. Aufgrund der durch den

Gefriervorgang insgesamt gestiegenen Widerstände werden durch die Kalibrierfunktion da-

her geringere Sättigungsgrade als vor dem Gefriervorgang berechnet. Darauf wird in Ka-

pitel 4.8 eingegangen.

Von Bedeutung ist, ob die im Labor beobachteten Phänomene auch unter Praxisbedin-

gungen am Bauwerk auftreten. In diesem Fall könnten Erkenntnisse gewonnen werden,

unter welchen Randbedingungen Gefriervorgänge im Beton stattfinden, die möglicherweise

eine Betonschädigung hervorrufen können.

4.6 Elektrolytwiderstand während einer Frostprüfung im CIF-Test

Neben der Temperatur, dem Sättigungsgrad und einem unter diesen Randbedingungen

möglichen Gefriervorgang ist die Häufigkeit und zeitliche Abfolge der Gefriervorgänge für

die Intensität einer Frostbeanspruchung von Bedeutung. Bei der Prüfung des Frostwider-

standes im CIF-Test erfolgt eine zyklische Befrostung unter ständigem Wasserangebot.

Unter diesen Randbedingungen ist eine Aufsättigung des Probekörpers möglich, bis es

nach der Überschreitung eines kritischen Sättigungszustandes zu einer Zerstörung des

Betongefüges kommt. Zur Untersuchung dieses Zusammenhanges wurde ein Betonprüf-

körper des Schleusenbetons für den CIF-Test vor der Betonage mit einer MRE und einem

Temperatursensor ausgerüstet. Im Alter von etwa drei Jahren e rfolgte die Prüfung. Der

Prüfkörper lage rte nach einer 7-tägigen Wasserlagerung bis zum Prüfbeginn bei 20 °C und

65 % relativer Luftfeuchtigkeit. Bild 19 zeigt die zeitliche Entwicklung des Elektrolytwider-

standes über einen Prüfzeitraum von 28 FTW.

10000000 Elektrolytwiderstand in QBeton Hohenwarthe, CIF-Testlaborgelage rter Prüfkörper, Alter 3a ^ ^ 4 ^ ! ^ } iI ^ ^ j I

ly 1 ^ ^^

1 d puNk•P^^—7mm - 12mm – 17mm

22 mm1000 -J --'..nnnl

27 mm 32 mm — 37 mm -- 42 mm100

1000000

100000

10000


0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Prüfdauer in Tagen

Bild 19:

Entwicklung des mit der MRE gemessenen Elektrolytwider-standes am Beton der Schleuse Hohenwarthe im CIF-Test

Zu Beginn der Prüfung ist der Abfall des Elektrolytwiderstandes zu erkennen. Am stärk-

sten sinkt der Widerstand direkt an der Oberfläche, während die Veränderung im inneren

Bereich geringer ausfällt. Der Start der FTW ist gut am plötzlichen Anstieg des Elektrolyt-

widerstandes in allen Messtiefen zu erkennen. Nach dem Auftauen sinkt der Elektrolyt-

widerstand wieder ab. In den Messtiefen von 7 und 12 mm wird das Ausgangsniveau vor

dem Gefriervorgang erreicht. In allen tiefer liegenden Messstellen sinkt der Widerstand

unter das Ausgangsniveau ab. Am deutlichsten sind die Veränderungen in den größeren

Messtiefen. Die Abnahme des Elektrolytwiderstandes im aufgetauten Zustand schreitet mit

jedem FTW fort, bis ein Ausgleichszustand in allen Messtiefen erreicht wird. Dies ist etwa

nach 16 his 18 FTW der Fall. Ein Absinken des Elektrolytwiderstandes steht nach den vor-

liegenden Erkenntnissen mit einem Anstieg des Sättigungsgrades in Zusammenhang. Dies

bedeutet, dass im Laufe der Frostprüfung eine kontinuierliche Aufsättigung erfolgt ist, die

den Ausgangszustand nach Beendigung der Phase des kapillaren Saugens überschreitet.

Über die MRE-Messung kann dies im Probeninneren erfasst werden. Eine Berechnung

der Sättigungsgrade sowie eine Darstellung der Entwicklung des dynamischen E-Moduls

erfolgt in Kapitel 4.8.3.


Der Anstieg des Elektrolytwiderstandes beim Gefrieren zeigt vergleichbare Ergebnisse wie

bei den Würfelmessungen nach dem kapillaren Saugen. Die Gefrierfaktoren sind allerdings

besonders im inneren Bereich deutlich größer. Dies geht aus Tabelle 4 hervor. Vermutlich

kann dies auf einen größeren Anteil an gefrorenem Wasser zurückgeführt werden.

Tabelle 4: Gefrie rfaktoren des Elektrolytwiderstandesdes Schleusenbetons

Abstandzur Beton-oberfläche

Gefrierfaktor FG

Wü rfel b-Wert CIF-Test-13 °C -13 °C -20 °C

mm -

1 2 3 4

7 265 584 83912 150 244 42517 56 30 6422 3,8 14 2927 1,7 12 2332 1,7 17 3137 1,6 17 3442 1,3 3,1 4,8

4.7 Abgleich der Untersuchungsmethoden

Die Ergebnisse deuten einen Zusammenhang zwischen der Größenordnung des Elektro-

lytwiderstandes und des dabei vorliegenden b-Wertes an. Eine Auswertung aller Messtie-

fen sowohl für den trockenen als auch den Beton nach kapillarer Wasseraufnahme wurde

durchgeführt. Bild 20 zeigt den Zusammenhang zwischen dem spezifischen Widerstand

und dem ermittelten b-Wert des Betons der Schleuse Hohenwarthe, der mit der TEM, der

MRE sowie einer Auswe rtung der Bauwerksdaten e rfolgt ist. Die entsprechenden Darstel-

lungen der übrigen Betone kann den Bildern B43 bis B48 entnommen werden.

r


8000 b-We rt in K

• Beton Hohenwarthe-MRE-MessungBeton Hohenwarthe-TEM-Messung

qBeton Hohenwarthe-Bauwerksdaten MP4

n

n ••

010 100 1000 10000 100000 1000000

spezifischer Elektrolytwiderstand in Qm

Bild 20: Zusammenhang zwischen spezifischem Elektrolytwiderstandund b-Wert des Betons der Schleuse Hohenwarthe

Die mit den verschiedenen Messmethoden ermittelten b-Werte zeigen tendenziell einen

steigenden b-Wert mit steigendem Elektrolytwiderstand. Der deutlichste Zusammenhang

wird meist mit der MRE im Labor ermittelt, da do rt messtechnisch die günstigsten Rand-

bedingungen vorliegen. Mit der TEM-Messung treten größere Schwankungen auf. Bei den

Bauwerksdaten liegen die Daten meist aus einem geringen Schwankungsbereich des Elek-

trolytwiderstandes vor, da die Randbedingungen vor O rt in den Bereichen, die eine b-Wert-

Ermittlung ermöglichen, gleichmäßig sind. Eine Zusammenfassung der mit den drei Mess-

methoden an den sieben untersuchten Betonen ermittelten b-Werte gibt Bild 21.

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

8000 b-Wert in K

o°

03

• GäubahntunnelO Brücke, Pfeiler• Nordenham, Fender, karbonatisiert

100 1000 10000 100000 1000000 10000000spezifischer Elektrolytwiderstand in Sem

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

010

O HohenwartheO Brücke, Uberbau

Nordenham, FenderA Nordenham, Wand

• p OJ• •^_ n

d O •O O00 O

Seite 48 des Abschlussberichtes Nr. F 965 ib=

Bild 21: Zusammenhang zwischen Elektrolytwiderstand und b-Wert(Ergebnisse aller MRE-, TEM- und Bauwerksmessungen)

Trotz der großen Streuungen, die auch durch die unterschiedlichen Betonzusammenset-

zungen mit einem daraus resultierenden Einfluss auf den Elektrolytwiderstand hervorge-

rufen werden, ist eine eindeutige Tendenz erkennbar. Mit steigendem Elektrolytwiderstand

liegt eine größere Temperaturabhängigkeit des Elektrolytwiderstandes von Beton vor. We-

sentlich beeinflusst wird der Elektrolytwiderstand durch den Sättigungsgrad. Im folgenden

Bild 22 ist daher der Zusammenhang zwischen Sättigungsgrad des Betons und dem b-

Wert dargestellt. Die Bilder B49 bis B51 zeigen den gleichen Zusammenhang getrennt dar-

gestellt für die MRE-Untersuchungen, die TEM-Untersuchungen und die Auswe rtung der

Bauwerksdaten.


8000 b-Wert in K

7000

6000 -

5000 -

4000

3000 -

2000

NW>0.• • b

'640.w • •o ^^ a •^ °_'!

:) ^j 0- —•^1Ô •• An J2

^-.. -

•0 0 p0^8 ^ ä^^^0^ 0

00

••

O

R0 Hohenwarthe1000 - 0 Brücke, Uberbau

Nordenham, Fender0 0Nordenham, Wand

1


0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0Sättigungsgrad

Bild 22: Zusammenhang zwischen Sättigungsgrad des Betons und b-Wert (Ergebnisse aller MRE-, TEM- und Bauwerksmessungen)

Aufgrund der teilweise deutlichen Streuungen der Versuchsergebnisse, auch bedingt durch

die unterschiedlichen Betonzusammensetzungen, bleibt festzuhalten, dass die Tempera-

turabhängigkeit des Elektrolytwiderstandes durch den Sättigungsgrad des Betons beein-

flusst wird. Mit Hilfe der dadurch möglichen Schwankungsbreiten wird im folgenden Ab-

schnitt untersucht auf welche Weise dies bei der Bestimmung des Sättigungsgrades am

Bauwerk mit Hilfe von Messungen des Elektrolytwiderstandes berücksichtigt werden kann.

4.8 Berechnung der Sättigungsgrade mit Berücksichtigung der Er-kPnntnisse 7um Temperatureinfluss auf den Elektrelytwiderst and

4.8.1 Einfluss des b-Wertes auf den berechneten Sättigungsgrad

Die Untersuchungen zur Bestimmung des b-Wertes haben insgesamt Schwankungsbrei-

ten des b-Wertes zwischen etwa 2000 K und 7000 K ergeben. Mit den nun für die einzel-

nen Bauwerke bekannten Größenordnungen ist eine zuverlässigere Ermittlung des Sätti-

gungsgrades möglich. Weiterhin kann nun die möglich Größe des Fehlers abgeschätzt

werden, die bei Wahl eines ungenauen b-Wertes erwartet werden kann. Exemplarisch

zeigt Bild 23 den Einfluss des b-Wertes auf die gemessenen Widerstände am Messpunkt

MP2 des Gäubahntunnels und am Messpunkt MP4 der Schleuse Hohenwarthe in einer

1000000

100000

10000

1000

(Mittelwert)(Minimum)(Maximum)

— RohdatenT0 = 20°C, b = 3120 KT0 = 20°C, b=2800 KT0 =20°C, b = 6110 K

52 mmTemperatur,

yI ^•^ Wr +^ ^- ^ . ^

IdÎ

^^"^^+ti^^

^

Î u

Gäubahntunnel MP2, Messtiefe 67 mrr100

Temperatur in °C

3020100-10-20-30

3020100-10-20-30

Widerstand in S2 Temperatur in °CRohdatenTO=20°C, b = 3120 K (Mittelwert)TO=20°C, b = 2800 K (Minimum)TO = 20°C, b =6110 K (Maximum)Temperatur, 12 mm

1000000 Widerstand in )

100000

10000

1000

100

^r ,^^l ^ :

4,^ ^^^'^

\kiltOirk,

î^

I"+ ^

Gäubahntunnel MP2, Messtiefe 12 mm


Tiefe von 67 mm, die durch äußere Einwirkungen nur gering beeinflusst wird und in einer

Tiefe von 12 bzw. 17 mm, in der deutliche Schwankungen beobachtet werden. Die ent-

sprechenden Ergebnisse für den Überbau- und Pfeilerbeton der Brücke Berlin sowie der

Kaimauer Nordenham können den Bildern B52 und B54 entnommen werden. Aufgrund

der direkten Bewitterung an der Schleuse und an der Kaimauer sind die Schwankungen

do rt ausgeprägter als im Tunnelbereich bzw. am Brückenüberbau. Gleiches gilt für die Pfei-

lermesspunkte der Brücke im Vergleich zum Überbau. Ein Einfluss aus der unterschiedli-

chen Betonzusammensetzung ist grundsätzlich auch möglich.

01.03.02 29.02.04 28.02.06 28.02.08 01.03.02 29.02.04 28.02.06 28.02.08

10000000 Widerstand in 0 Temperatur in °C Widerstand in 0 Temperatur in °CSchleuse Hohenwarthe, MP4,

Messtiefe 67 mm

10000000Schleuse Hohenwarthe, MP4,

Messtiefe 17 mm

1000000

100000

1000000-

100000-

f t

,! I ^

30 3010000 20 10000 - 201-

10 - 100

\)h4 01000 -10 1000 --1^

- -10Rohdaten— T0 = 20°C, b=3461 K (Mittelwe rt) Rohdaten

T0 = 20°C, b = 2613 K (Minimum)T0= 20°C, b = 7139 K (Maximum) -20 - -20TO-20°C, b=3461 K (Mittelwe rt )

TO-20°C, b=2613 K (Minimum)100 — Temperatur, 52 mm -30 100 T0=20°C, b= 7139 K (Maximum) r -30Temperatur, 17 mm01.11.03 31.10.05 31.10.07 01.11.03 31.10.05 31.10.07

Bild 23: Einfluss des b-Wertes auf die resultierenden temperaturkompensierten Elektro-lytwiderstände im Betoninneren (67 mm) und Betonrandbereich (12 mm) amMesspunkt MP2 des Gäubahntunnels und am Messpunkt MP4 der SchleuseHohenwarthe


In der Messtiefe von 67 mm verändern die jeweils maximalen b-Werte, die im Labor für die

trockenen Betone ermittelt wurden, den grundlegenden Widerstandsverlauf wesentlich.

Während mit den am Bauwerk bestimmten Mittelwe rten ein weitgehend gleichmäßiger

Verlauf mit einem an den Messpunkten ohne regelmäßigen Wasserkontakt tendenziellen

Anstieg über die Zeit ermittelt wird, ergibt sich für die maximalen b-Werte ein zwar ten-

denziell auch steigender, aber jahreszeitlich deutlich schwankender Verlauf. Auffällig ist,

dass die Schwankungen exakt den Verlauf der Temperaturen abbilden. Dies deutet darauf

hin, dass die Schwankungen durch die Temperaturen verursacht werden. Die Rohdaten

dagegen bilden die Temperaturschwankungen in entgegen gesetzter Richtung ab. Diese

beiden Tatsachen zeigen auch anschaulich, dass der Elektrolytwiderstand deutlich zu stark

korrigiert wird, der b-Wert also zu groß gewählt wurde. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist,

dass sich die Abweichungen bei den unterschiedlichen b-Werten besonders deutlich im

Winter auswirken. Mit b-Werten um die 3000 K werden im Winter etwa 3-fach so hohe Wi-

derstände berechnet, wie mit einem b-Wert von 6000 bzw. 7000 K. Im Sommer sind beide

berechneten Widerstände etwa gleich groß. Dies ist durch die Bezugstemperatur begrün-

det, die aufgrund der im Labor bei 20 °C durchgeführten Kalibrierversuche ebenfalls zu

20 °C gewählt wurde, um die Kalibrierfunktionen auf die Bauwerksdaten übertragen zu

können. Im Sommer sind die tatsächlichen Bauwerkstemperaturen am Gäubahntunnel

nicht weit von den 20 °C der Bezugstemperatur entfernt, so dass sich Fehler im b-Wert

kaum auswirken. An der Schleuse Hohenwarthe liegen teilweise auch Temperaturen über

30 °C vor, so dass Temperaturdifferenzen von etwa 10 K möglich sind. Im Winter dagegen

müssen Temperaturunterschiede von bis zu 30 K durch die Temperaturkompensation korri-

giert werden. Hier wirkt sich ein falscher b-Wert daher viel deutlicher aus. Auf diesen

Aspekt wird im folgenden Kapitel ausführlicher eingegangen.

Im Randbereich gestaltet sich die Interpretation schwieriger. Do rt wird der Widerstand von

wechselnden Sättigungszuständen und zusätzlich von wechselnden Temperaturen beein-

flusst, Dies wurde bereits daran deutlich, dass im Randbereich mit Hilfe der Bauwerks-

daten keine b-Werte ermittelt werden konnten. Eine solche Auswertemethode kann also

auch dazu herangezogen werden, zu e rfassen, bis in welche Tiefen Feuchteeinträge am

Bauwerk auftreten, Für den Randbereich helfen die Laboruntersuchungen weiter, dort wur-

de festgestellt, dass bei hohen Elektrolytwiderständen auch tendenziell höhere b-Werte zu

erwarten sind. Daraus kann gefolge rt werden, dass die im Winter niedrigen und mit b-Wer-

ten von etwa 6000 bzw. 7000 K berechneten Widerstände zu stark korrigiert wurden und

eindeutig zu niedrig sind. Die mit den b-Werten von etwa 2500 bis 3000 K korrigierten

Widerstände sind nach den vorliegenden Erkenntnissen plausibler, bei den Spitzenwe rten

möglicherweise aber auch noch zu hoch. Bild 24 zeigt die mit den entsprechenden b-Wer-

Sättigungsgrad Temperatur in °CSchleuse Hohenwarthe, MP4,

Messtiefe 17 mm ;

0

T0=20°C, b=3461 K (Mittelwert)T0=20°C, b=2613 K (Minimum)T0=20°C, b=7139 K (Maximum)Temperatur, 17 mm

01.11.03 31.10.04 31.10.05 31.10.06 31.10.07

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0 , -30

3020100-10-20


ten kompensierten Widerständen berechneten Sättigungsgrade. Zur Berechnung wurden

die Kalibrierfunktionen aus /Bra07a, Bra07b, Bra08a, Bra08b/ verwendet. Die Ergebnisse

der Brücke und der Kaimauer sind in Bild B53 und B55 dargestellt.

1 0 Sättigungsgrad

30- 20- 10- 0- -10- -20 30


*^...... '""° so,,-Nt-gr__^"°kr

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28.02.08

Temperatur in °C

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2T0=20°C, b=3120 K (Mittelwert)

0,1 - - T0=20°C, b=2800 K (Minimum)T0=20°C, b=6110 K (Maximum)

0,0 - Temperatur, 52 mm

01.03.02 29.02.04 28.02.06

1 0 Sättigungsgrad

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,001.03.02

Temperatur in °C

3020100-10-20-30

28.02.08


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11^T0-20°C, b=3120 K Mittelwert)

--- T0=20°C, b=2800 K Minimum)T0=20°C, b=6110 K (Maximum) Temperatur, 12 mm

29.02.04

28.02.06

1 0 Sättigungsgrad

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0 -

Temperatur in °C

30- 20- 10- 0- -10

r -20-30

Schleuse Hohenwarthe, MP4,Messtiefe 67 mm-

-,44.'^' •"14-tC4.vor% 144„,,,,

l^+ Â Au

^ Y ^

"P ^ "1

T0=20°C, b=3461 K (Mittelwe rt )T0=20°C, b=2613 K (Minimum)T0=20°C, b=7139 K (Maximum)Temperatur, 52 mm

---

01.11.03 31.10.04 31.10.05 31.10.06 31.10.07

Bild 24: Einfluss des b-Wertes auf den berechneten Sättigungsgrad im Betoninneren(67 mm) und Betonrandbereich (12 bzw. 17 mm) am Messpunkt MP2 desGäubahntunnels (Chloride nicht berücksichtigt) und Messpunkt MP4 an derSchleuse Hohenwarthe


Chloride wurden bei der Berechnung exemplarisch am Messpunkt im Fenderbereich der

Kaimauer berücksichtigt. Chloride senken bei dem Beton des Gäubahntunnels den Elek-

trolytwiderstand bei gleichem Sättigungsgrad. Dies führt dazu, dass ohne Berücksichtigung

des Chlorideinflusses höhere Sättigungsgrade berechnet werden, als tatsächlich vorhan-

den sind. Mit einem b-Wert von 6110 K werden im Winter kurzzeitig auftretende unplau-

sible Sättigungsgrade von über 1,0 berechnet. Dies resultiert aus den im Winter durch die

Temperaturkorrektur zu stark verringerten Widerständen. Bei einem mittleren b-Wert von

3120 K werden im Extremfall im Betrachtungszeitraum von fünf Jahren lediglich an zwei

Tagen Sättigungsgrade von mehr als 0,80 berechnet. An der Schleuse Hohenwarthe er-

geben sich auch unter Einsatz der für hohe Sättigungsgrade charakteristischen b-Werte

teilweise kurzzeitig hohe Sättigungsgrade im Bereich der Sättigung unter Atmosphärendruck

des Betons. Dies kann aus dem größeren Wasserangebot durch die direkte Bewitterung

resultieren und ggf. auch aus der unterschiedlichen Betonzusammensetzung.

Im Sommer trocknet der Beton im Randbereich aus, so dass tendenziell eher höhere b-

Werte korrekt sind. Dort ist der b-Wert von etwa 6000 bzw. 7000 K für den Randbereich

nach Erkenntnissen der Laborversuche vermutlich in plausiblen Größenordnungen. Im

Sommer ist dies aufgrund der meist geringen Unterschiede zwischen Bauteil- und Refe-

renztemperatur aber von geringerer Bedeutung als im Winter. Darauf wird im folgenden

Abschnitt eingegangen.

Grundsätzlich kann nach den vorliegenden Ergebnissen davon ausgegangen werden,

dass an allen Bauwerken, besonders an den frei bewitterten Messpunkten im XF1 und

XF2-Bereich, an denen kurzzeitige Anstiege des Sättigungsgrades beobachtet wurden, die

tatsächlichen Sättigungsgrade tendenziell niedriger sind als in /Bra07a, Bra07b Bra08a,

Bra08b/ berechnet. Grund ist der dort angesetzte mittlere b-Wert, der sich an den do rt an

den einzelnen Messpunkten vorliegenden mittleren Sättigungsgraden angelehnt hat. Die

hier gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass bei kurzzeitigen Spitzenwe rten eine Anpas-

sung des b-Wertes erforderlich scheint. Die dort angesetzten mittleren b-Wert sind für die

kurzzeitig gestiegenen Sättigungsgrade zu hoch und überschätzen dadurch den tatsäch-

lichen Sättigungsgrad. Auf prozentuale Fehler, die durch ungenaue b-Werte hervorgerufen

werden, wird im folgenden Kapitel eingegangen.


4.8.2 Einfluss der Referenztemperatur auf den berechneten Sättigungs-grad

Wie bereits erläute rt , ist es von Vorteil, wenn die Referenztemperatur so gewählt wird,

dass diese sich möglichst nahe am Temperaturbereich befindet, der für eine bestimmte

Untersuchung von Interesse ist. Bei den bisherigen Untersuchungen, bei denen der Was-

sersättigungsgrad des Betons unter Praxisbedingungen die Zielsetzung war, wurde die

Kompensationstemperatur zu 20 °C gewählt. Mit dieser Wahl sind in den Sommermonaten

die genauesten Ergebnisse zu erwa rten, da die Betontemperaturen sich in vergleichbaren

Größenordnungen bewegen. Zur Beschreibung der Größenordnung des Fehlers, der sich

aus diesen Randbedingungen einstellen kann, wird im Folgenden zunächst der Messpunkt

MP2 des Gäubahntunnels betrachtet.

Die Ergebnisse von Vergleichsrechnungen mit einer Kompensation auf 0 °C, 10 °C und

20 °C sind qualitativ an allen Messpunkten und in allen Messtiefen identisch. Basis der Be-

rechnungen sind die nicht temperaturkompensierten Bauwerksdaten sowie die bei den un-

terschiedlichen Temperaturen ermittelten Kalibrierfunktionen. Zunächst wurde unter Berück-

sichtigung von b-Werten von 1500 K, 6000 K und dem mittleren b-Wert jeweils der tem-

peraturkompensierte Elektrolytwiderstand bezogen auf eine Referenztemperatur von 0 °C,

10 °C und 20 °C berechnet. Diese Widerstände wurden dann mit den jeweils zugehörigen

Kalibrierfunktionen (Bilder B8 bis B13), die bei der b-Wertermittlung bestimmt wurden, in

Sättigungsgrade umgerechnet.

Bild 25 zeigt exemplarisch für den Messpunkt MP2 am Gäubahntunnel die mit einer Refe-

renztemperatur von 20 °C, 10 °C und 0 °C berechneten Sättigungsgrade. Dargestellt sind

die Ergebnisse für eine Messtiefe von 17 mm und 87 mm. Der dabei verwendete mittlere

b-Wert von 3100 K entspricht etwa dem bislang bei den Bauwerksuntersuchungen verwen-

deten b-Wert von 3000 K. Im zur Erfassung der Frostbeanspruchung interessanten Be-

reich werden die genauesten Ergebnisse erzielt, wenn eine Kompensationstemperatur von

0 °C und die zugehörige Kalibrierfunktion verwendet werden. Dies ist besonders für den

Randbereich von Bedeutung, in dem die größten Schwankungen des Sättigungsgrades

auftreten. Fehlerhafte b-Werte wirken sich so nur gering auf das Berechnungsergebnis aus,

da aufgrund der nah beieinander liegenden aktuellen Bauwerkstemperatur und der Refe-

renztemperatur nur geringe Korrekturen e rforderlich sind und dadurch mögliche Fehler ge-

ring bleiben.

OAberechneter Sättigungsgrad in1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

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Gäubahntunnel, MP2Messtiefe 17 mm

mittl.b-Wert20°C,- 20°C, b=1500 K

20°C, b=6000 K0,0,01.01.02 31.12.0701.01.04 31.12.05


berechneter Sättigungsgrad in %4

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Gäubahntunnel, MP2,Messtiefe 87 mm

20°C, mittl.b-Wert- 20°C, b=1500 K

- 20°C, b=6000 K ^ r

01.01.02 01.01berechneter Sättigungsgrad in %

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

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0,001.01.02 01.01.04

berechneter Sättigungsgrad in %1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,001.01.02 01.01.04 31.12.05

31.12.07

berechneter Sättigungsgrad in

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01.01.04 31.12.05 31.12.07berechneter Sättigungsgrad in %

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10°C, mittl.b-Wert10°C, b=1500 K10°C, b=6000 K

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0,3

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0,10,001.01.02

Bild 25: Einfluss der Referenztemperatur auf den berechneten Sättigungsgrad imBetoninneren (87 mm) und Betonrandbereich (17 mm) am Messpunkt MP2 desGäubahntunnels (Chloride nicht berücksichtigt)

Seite 56 des Abschlussberichtes Nr. F 965 _1M

Die entsprechenden Ergebnisse für die Betone der Schleuse, der Brücke und der Kaimauer

können den Bildern B56 bis B60 entnommen werden. Bei der Schleuse wurden aus den in

Kapitel 4.4 genannten Gründen nur die Messwert für den inneren Bereich berechnet.

In einem nächsten Schritt wurden für die unterschiedlichen Referenztemperaturen die pro-

zentualen Abweichungen berechnet, die sich ergeben, wenn die mit extremen b-Werten

von 1500 K und 6000 K berechneten Sättigungsgrade auf den mit mittlerem b-Wert berech-

neten Sättigungsgrad bezogen wurden. Auf diese Weise werden die möglichen Fehler bei

falscher Annahme des b-Werts bestimmt. Die Abweichungen können den Bildern B61 bis

B66 entnommen werden.

In den Temperaturbereichen nahe der Kompensationstemperatur sind die prozentualen Ab-

weichungen auch für extreme b-Werte (hier: 1500 K und 6000 K) nur gering. Mit zuneh-

mender Abweichung der aktuellen Temperatur von der Kompensationstemperatur nehmen

die prozentualen Abweichungen zu. Im Falle einer Unterschreitung der Kompensations-

temperatur wird das Vorzeichen der Abweichung für b = 1500 K negativ. Es werden zu

geringe Sättigungsgrade berechnet. Bei einer Überschreitung der Kompensationstempera-

tur werden zu große Sättigungsgrade berechnet. Für b = 6000 K verhält es sich umgekehrt.

Im für eine Frostbeanspruchung interessanten Bereich im Winter liegen bei einer Referenz-

temperatur von 20 °C absolut die größten Abweichungen zwischen etwa +30 und -25 %

bei der Wahl eines deutlich vom mittleren b-Wert abweichenden b-Wertes vor. Bei einer

Referenztemperatur von 0 °C betragen die Abweichungen im Winter durchgängig weniger

als 5 %. Die mittleren b-Werte, die sich durch die Auswertung der Bauwerksdaten ergeben

haben, sind in den meisten Fällen eine gute Abschätzung, da sie unter Berücksichtigung

der Randbedingungen vor Ort ermittelt wurden. Dies trifft in der Regel auf den Kernbeton

zu. Für den oberflächennahen Bereich ist eine Bestimmung nur bei gleichmäßigen Sätti-

gungszuständen möglich, wie z. B. bei ständigem Wasserkontakt. Da aufgrund der gleich-

mäßigen Sättigungszustände in den erwähnten Bereichen keine großen Schwankungen

des aktuellen b-Wertes erwartet werden, können in diesen Bereichen deutlich geringere

Fehler als oben genannt erwartet werden. Die genannten Größenordnungen sind eher für

den Randbereich frei bewitterter Bereiche möglich, da sich dort kurzfristig der Sättigungs-

grad und damit auch der b-Wert ändern kann. Bei Verwendung eines mittleren b-Wertes

können daher Fehler auftreten.


Im Winter liegen nach den vorliegenden Ergebnissen tendenziell im Randbereich niedrige-

re Sättigungsgrade vor als im übrigen Jahreszeitraum. Die zugehörigen b-Werte sind ten-

denziell dann auch niedriger. Fehlerabschätzungen, die mit dem niedrigen b-Wert (1500 K)

berechnet wurden, sind daher für die Winterzeiträume von Interesse. Die Fehler liegen für

den Randbereich bei einer Referenztemperatur von 20 °C bei maximal -10 % (Gäubahn-

tunnel, Fenderbereich der Kaimauer) und -20 % (Pfeilerbereich, Wandbereich der Kaimauer).

Dies bedeutet, dass die mit mittlerem b-Wert und einer Referenztemperatur von 20 °C

berechneten Sättigungsgrade /Bra07a, Bra07b, Bra08a, Bra08b/ im Extremfall etwa 10 bis

20 % zu hoch sein können.

4.8.3 Gefriervorgänge

In Kapitel 4.3.2 wurden charakteristische Widerstandsverläufe beschrieben, die auftreten

können, wenn das Wasser im Porensystem des Betons gefriert. Diese Phänomene beein-

flussen die berechneten Sättigungsgrade. Der plötzliche Anstieg des Widerstandes führt

dazu, dass ein plötzlich abfallender Sättigungsgrad berechnet wird. Die Bilder B67 bis B80

zeigen die berechneten Sättigungsgrade der Prüfwürfel vor und nach der Wasserlagerung.

Bei der Berechnung wurden die Elektrolytwiderstände als Grundlage genommen, bei de-

nen die Kompensation des Temperatureinflusses auf den Elektrolytwiderstand mit Hilfe der

im Versuch bestimmten b-Werte in den einzelnen Tiefenstufen vorgenommen wurde. Zur

besseren Einordnung der jeweils berechneten Sättigungsgrade sind in den Diagrammen

die Sättigung des Betons unter Atmosphärendruck sowie die hygroskopische Sättigung, die

bei der Bestimmung der Adsorptionsisotherme bei Lagerung in einer relativen Luftfeuchtig-

keit von 85 und 95 % bestimmt wurde, angegeben.

Im trockenen Zustand vor der Wasserlagerung wird bei allen Prüfkörpern ein nahezu kon-

stanter, von innen nach außen sinkender Sättigungsgrad berechnet. Eine Beeinflussung

des berechneten Sättigungszustandes durch die Temperaturbeanspruchung im unterschied-

lichen Abstand zur Betonoberfläche wird nicht festgestellt. Nach der etwa 10-tägigen Was-

serlagerung hat sich der Sättigungsgrad erwartungsgemäß besonders im oberflächenna-

hen Bereich deutlich, meist bis zur Sättigung des Betons unter Atmosphärendruck erhöht.

Durch das Alter der Prüfkörper während der Versuchsdurchführung von etwa fünf bis sie-

ben Jahren liegt im Randbereich bereits eine Karbonatisierung vor. Die Karbonatisierung

kann in den Messtiefen von 7 und 12 mm die Messwerte des Elektrolytwiderstandes durch

Veränderungen des Porengfüges und des pH-Wertes beeinflussen. Die Berechnung des

Sättigungsgrades e rfolgt mittels der am nicht karbonatisierten Beton bestimmten Kalibrier-


funktion. Bei der Umrechnung von Messwerten aus dem karbonatisierten Bereich muss

daher mit Fehlern gerechnet werden. Ungewöhnliche Berechnungsergebnisse liegen bei-

spielsweise am Beton des Gäubahntunnels vor. Nach der Wasserlagerung wird in der

Messtiefe 7 mm ein deutlich geringerer Sättigungsgrad berechnet als in den tieferliegen-

den Messtiefen 12 und 17 mm. Der berechnete Sättigungsgrad liegt etwa in der gleichen

Größenordnung wie in der Messtiefe 22 mm. Deutliche Unterschiede zwischen diesen bei-

den Messtiefen treten jedoch auf, wenn die Temperatur unter den Gefrierpunkt sinkt. Wäh-

rend in der Messtiefe 22 mm der berechnete Sättigungsgrad nahezu unverändert bleibt,

sinkt dieser in der Messtiefe 7 mm deutlich und kontinuierlich bis zum Erreichen der Mini-

maltemperatur ab. Während des Auftauprozesses steigt der berechnete Sättigungsgrad

wieder auf das Ausgangsniveau vor dem Gefriervorgang. Die Messtiefen 12 und 17 mm

weisen ebenfalls ein Absinken während des Gefriervorgangs in allerdings geringerem Aus-

maß auf. Nach den Erkenntnissen aus Kapitel 4.5.3 liegt der Abfall des berechneten Sät-

tigungsgrades unter den vorliegenden Randbedingungen in einem Gefrieren des Wassers

im Porenraum begründet. Die Tatsache, dass diese Ereignisse nur in den Randbereichen

auftreten, in denen sich durch die Wasserlagerung der Elektrolytwiderstand deutlich ver-

ringert hat, legt nahe, dass es erst ab einem bestimmten Sättigungsgrad zu einem Ge-

frieren des Wassers im Porengefüge kommt. Bei geringeren Sättigungsgraden findet kein,

zumindest durch die Widerstandsmessungen messbares, Gefrieren statt. Aufgrund der un-

terschiedlichen Entwicklung des Elektrolytwiderstandes der Porenlösung in den Messtie-

fen 7 und 22 mm kann von einem höheren Sättigungsgrad in der Messtiefe 7 mm ausge-

gangen werden, als durch die Kalibrierfunktion berechnet. Ursache ist möglicherweise der

dortige Einfluss der Karbonatisierung, der zu einer Verfälschung der Berechnung führt.

Grundsätzliche Einflüsse der Karbonatisierung auf den Elektrolytwiderstand werden in

/Bra08c/ erarbeitet. Die Erkenntnisse, die über die Widerstandssprünge bei einem Unter-

schreiten einer Grenztemperatur gewonnen werden können, sind daher für die tatsäch-

liche Frostbeanspruchung vermutlich von größerer Bedeutung als die alleinige Kenntnis

des Sättigungsgrades oder der Temperatur. Eine Schädigung des Betons kann zunächst

daraus jedoch noch nicht abgeleitet werden.

Die Messdaten der übrigen Betone zeigen vom Prinzip die gleichen Ergebnisse. Nur bei

Überschreitung eines bestimmten Sättigungsgrades im Beton kommt es bei Unterschrei-

tung einer bestimmten Temperatur zu einem messbaren Gefriervorgang des Wassers im

Porengefüge. Tabelle 5 fasst die aus den Diagrammen abgelesenen Sättigungsgrade zu-

sammen, bei denen solche Vorgänge stattfanden. Zusätzlich ist die Temperatur angege-

ben, die e rforderlich war. Bei den Betonen, bei denen am Bauwerk ebenfalls Gefriervor-

ghänge beobachtet wurden, sind die entsprechenden Kennwerte ergänzend angegeben.

Seite 59 des Abschlussberichtes Nr. F 965 JbaC

So kann ein Abgleich zwischen den Bauwerksmessungen und den Laboruntersuchungen

erfolgen. Weiterhin angegeben ist die Sättigung der Betone, die sich bei Lagerung in einer

relativen Luftfeuchtigkeit von 95 % und 86 % bei 20 °C bei Bestimmung der Adsorptions-

isothermen eingestellt hat.

Tabelle 5: Randbedingungen für Gefriervorgänge im Beton der untersuchten Prüfkörper

Parameter Messort BetonSchleuse Tunnel Brücke Kaimauer

Überbau Pfeiler Wand Fender

1 2 3 4 5 6 7 8

Mindestsättigungs-grad für einenGefriervorgang

Bauwerk 0,82 - 0,69 0,86 - -

Würfel 0,67 0,72 0,63 0,70 0,65 0,75

Mindesttemperatur für einenGefriervorgang

Bauwerk -5 - -1 -2 - -

Würfel -2 -2 -3 bis -5 -2 -2 -3

Hygroskop. Sätti-gung bei 95 % rel.Luftfeuchtigkeit

- 0,79 0,70 0,53 0,67 0,61 0,78

Hygroskop. Sätti-gung bei 86 % rel.Luftfeuchtigkeit

- 0,67 0,57 0,35 0,59 0,43 0,45

Die Gefriervorgänge finden in Abhängigkeit der Betone ab Sättigungsgraden zwischen et-

wa 0,65 und 0,75 statt. Die am Bauwerk ermittelten Kennwerte sind höher, was dadurch

bedingt sein kann, dass besonders an der Brücke die Ereignisse nur vereinzelt im Rand-

bereich bis etwa 12 mm stattfanden. Der zu diesem Zeitpunkt vorliegende Sättigungsgrad

ist von zufälligem Charakter bei Eintreten der Gefriertemperatur. Im Labor lag durch die

Wasserlagerung ein deutlich feincr gestaffeltes Sättigungsprofil vor, mit dem der mindes-

tens erforderliche Sättigungsgrad besser eingegrenzt werden konnte. Die Größenordnung

des Sättigungsgrades, ab dem ein Gefrieren stattfinden konnte, lag meist etwas oberhalb

der betonspezifischen Sättigung, die sich bei Lagerung in einer relativen Luftfeuchtigkeit

von 95 % einstellte.

berechneter Sättigungsgrad

_..0Arg,1114111111111111110

An

f Schleuse• Tunnel• ÜberbauPfeilerWandXFenderFender karbonatisiert--I---

10

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,01 100

Gefrierfaktor FG


Der Anstieg des Widerstandes bei einem Gefriervorgang ist bei den Betonen unterschied-

lich deutlich ausgebildet. Der in Tabelle A6 zusammengefasste Uberlick zeigt bei den Beto-

nen mit Hochofenzement (Schleuse, Kaimauer, Brückenpfeiler) besonders im Randbereich

deutlich größere Gefrierfaktoren als bei den Betonen mit Portlandzement (Tunnel, Brücken-

überbau). Die Gefrierfaktoren wurden aus den Ergebnissen der MRE-Untersuchungen an

den Betonwürfeln berechnet. Das Maximum des Widerstandes, das meist bei einer Beton-

temperatur von etwa -13 °C auftrat, wurde durch den unmittelbar vor Beginn des Gefrier-

vorgangs gemessenen Widerstand dividiert. Die Eindringtiefe, bis in die ein Gefrierfaktor

FG von größer als 1,0 berechnet wurde, ist unterschiedlich. Beim Schleusenbeton, Über-

baubeton sowie beim karbonatisierten Beton aus dem Fenderbereich der Kaimauer wird

über den gesamten Bereich der MRE ein Gefrierfaktor größer als 1 ermittelt. Die Größen-

ordnung nimmt mit zunehmendem Abstand zur Betonoberfläche mit Ausnahme des Über-

baubetons ab. Die Umrechnung der gemessenen Widerstände mit den vorhandenen Kali-

brierfunktionen aus /Bra07a, Bra07b, Bra08a/ in Sättigungsgrade ermöglicht eine verglei-

chende Auswertung. Bild 26 zeigt den ermittelten Zusammenhang zwischen Gefrierfaktor

und berechnetem Sättigungsgrad. Die dem Diagramm zugrunde liegenden Sättigungs-

grade waren jeweils unmittelbar vor Beginn des Gefriervorgangs vorhanden.

Bild 26: Zusammenhang zwischen Gefrierfaktor und berechnetemSättigungsgrad der unterrsuchten Betone


Tendenziell steigt der Gefrierfaktor mit steigendem Sättigungsgrad. Aufgrund von im Rand-

bereich möglichen Einflüssen aus einer Karbonatisierung wurde die Messtiefe 7 mm nicht

berücksichtigt. Eine Ausnahme bildet der karbonatisierte Fenderbeton, für den eine Kali-

brierfunktion vorliegt. Der Anstieg des Gefrierfaktors kann eine Ursache in einem mit stei-

gendem Sättigungsgrad steigendem Anteil an bei den Prüftemperaturen gefrierbarem

Wasser haben. Bei niedrigeren Sättigungsgraden liegt das Wasser wesentlich in den Poren

mit kleineren Porenradien vor. Bei kapillarem Wasserangebot werden auch die gröberen

Kapillarporen gefüllt. Nach der Mikroeislinsentheorie nach Setzer kann durch die Mikroeis-

linsenpumpe auch das Wasser aus den feinen Poren, in denen ein Gefrieren bei den vor-

liegenden Temperaturen noch nicht stattfindet, mobilisiert werden, wenn es zu Gefriervor-

gängen im übrigen Porengefüge kommt. Dieses wird aus den feinen Poren zur gefrieren-

den Eisfront transportiert. Teilweise lassen die Prüfergebnisse eine solche Interpretation

zu, da es vereinzelt in Messtiefen nach dem Auftauvorgang zu einem Absinken des Wider-

standes unter das Niveau vor Beginn des Gefriervorganges kommt. Dies würde bedeuten,

dass der Sättigungsgrad nach dem Gefriervorgang angestiegen ist, was wiederum durch

die Mikroeislinsenpumpe erklärt werden kann. Weiterhin geben die Versuchsergebnisse

Hinweise auf Sättigungsgrade, ab denen die Aktivierung der Mikroeislinsenpumpe bei den

untersuchten Betonen möglich scheint. Dazu ist ein Gefrieren von Wasser im Porensys-

tem als Auslöser e rforderlich. Unter der aus den Versuchsergebnissen abgeleiteten An-

nahme, dass beim Gefrieren des Wassers im Porensystem ein charakteristischer Wider-

standsanstieg e rfolgt, wäre eine Aktivierung der Mikroeislinsenpumpe möglich ab Sättigungs-

graden, die einen ebensolchen charakteristischen Anstieg des Elektrolytwiderstandes im

Beton hervorrufen. Die in Bild 27 dargestellten Zusammenhänge deuten an, dass eine Ak-

tivierung der Mikroeislinsenpumpe und eine damit verbundene Wasserumlagerung inner-

halb des Betongefüges unterhalb der Wassersättigung eines Betons unter Atmosphären-

druck geschieht, die für die untersuchten Betone etwa zwischen 0,80 und 0,90 lag. Die hy-

groskopische Sättigung der Betone bei einer rel. Luftfeuchtigkeit von 95 % lag etwa zwi-

schen 0,55 und 0,80.

Einen Überblick über die gefundenen Zusammenhänge zwischen den Gefrierfaktoren in

unterschiedlichen Abständen zur Betonoberfläche und dem aus der Quecksilberdruckporo-

simetrie ermittelten Grenzradius gibt Bild 27. Eine möglichst hohe und vergleichbare Sätti-

gung wurde im betrachteten Randbereich bis 22 mm erwartet. Mit sinkendem Grenzradius

steigt der Gefrierfaktor F G . Bei der Betrachtung muss berücksichtigt werden, dass im Rand-

bereich, besonders in den Tiefenstufen 7 und 12 mm eine Beeinflussung durch Karbona-

tisierung vorliegen kann. Die dadurch veränderte Porenstruktur kann somit abweichende

Grenzradien aufweisen. Die Betone mit großem Grenzradius weisen kleine, in unterschied-


lichem Abstand zur Betonoberfläche gleichmäßige Gefrierfaktoren auf. Die Gefrierfaktoren

der Betone mit geringem Grenzradius sind dagegen deutlich größer, und es liegen sehr

viel größere Unterschiede in den einzelnen Tiefenstufen vor. Besonders in den Tiefen-

stufen 7 und 12 mm, in denen Einflüsse aus einer Karbonatisierung vorhanden sein kön-

nen und eine hohe Sättigung vorliegt, sind große Unterschiede vorhanden.

y = -18,148Ln(x) + 150,96R2= 0,7908 • 7 mm

^ , 12 mm

A 17,

C^ 22 rnrn

I y = 143,59X°2c"

: fZ 7

I

y = 1^9 ^^`^,8R2 = 0,8374

ill y = -23,679Ln(x) ., 110,73R 2 = 0.4676

^

3iV \\ ^ n': \-^ . --^

n\® N , ® ''11 ______

,Q0

\• n

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300Gefrierfaktor FG

Bild 27: Zusammenhang zwischen Grenzradius und Gefrierfaktor FG.der untersuchten Betone

Die bei der Prüfung des Frostwiderstandes mit dem CIF-Test aus den Widerstandsdaten

berechneten Sättigungsgrade sind in Bild 28 dargestellt. Zu erkennen ist der im Randbe-

reich nach dem kapillaren Saugen vorhandene hohe Sättigungsgrad in der Größenordnung

der Wassersättigung des Betons unter Atmosphärendruck. In einem Abstand von etwa

40 mm von der Betonoberfläche liegt der Sättigungsgrad noch etwa auf dem Ausgangs-

niveau vor der Wasserlagerung. Mit Beginn der Frostzyklen werden bei jedem Gefriervor-

gang deutlich reduzierte Sättigungsgrade berechnet. Dies wird durch den beim Gefrieren

des Wassers deutlich ansteigenden Elektrolytwiderstand hervorgerufen. Tatsächlich ist das

Wasser weiterhin im Beton vorhanden. Nach dem Auftauvorgang werden wieder plausible

Sättigungsgrade berechnet. Es ist gut zu erkennen, dass der Sättigungsgrad in allen Mess-

tiefen nach jedem FTW ansteigt bis die Wassersättigung unter Atmosphärendruck erreicht

ist. Dies ist nach etwa 10 FTW für den gesamten messtechnisch e rfassten Bereich der Fall.

150 Grenzradius in nm

135

120 -

105

90

75

60

45

30

15

0-0

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5 -^ —

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

12 mm 17 mm

22 mm27 mm

— 32 mm—37mm

42 mm

Beton Hohenwarthe, CIF-Testlaborgelagerter Prüfkörper, Alter 3a

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22Prüfdauer in Tagen



Inwiefern die im gefrorenen Zustand berechneten Sättigungsgrade Rückschlüsse über den

Anteil des im Porengefüge bei den vorliegenden Temperaturen gefrorenen Wassers erlau-

ben, kann derzeit nicht abgeschätzt werden. Offensichtlich ist allerdings, dass die Diffe-

renz zwischen dem im aufgetauten und gefrorenen Zustand berechneten Sättigungsgrad

in den Messtiefen bis 17 mm deutlich größer ist als im tiefer liegenden Bereich. Die Karbo-

natisierungstiefe wurde bei Prüfbeginn zwar nicht erfasst, dü rfte nach dreijähriger Labor-

lagerung jedoch den Messbereich der MRE erreicht haben. Aufgrund einer bei Hochofen-

zementbetonen durch die Karbonatisierung zu erwartenden Vergröberung des Porengefü-

ges wäre ein dadurch gestiegener Anteil an bei den Prüftemperaturen gefrierbarem Wasser

denkbar. Zur Absicherung wären weite rführende Untersuchungen notwendig.

Bild 28: Berechnete Sättigungsgrade während des CIF-Tests amBeton der Schleuse Hohenwarthc

Bild 29 zeigt den Verlauf des dynamischen E-Moduls. Eine Schädigung tritt ebenfalls zu

einem frühen Zeitpunkt ein. Nach etwa 6 FTW wird das Schädigungskriterium von 75

nach dem BAW-Merkblatt „Frostprüfung" /BAW04/ unterschritten. Dies erscheint plausibel

aufgrund des zu diesem Zeitpunkt bereits über die MRE-Messung berechneten hohen Sät-

tigungsgrads im gesamten Prüfkörper.


ba^

Deutlich wird, wie eine Aufsättigung des Prüfkörpers durch die Messung des Elektrolyt-

widerstandes mit der MRE abgebildet wird. Dies ermöglicht eine gezielte Betrachtung der

Bauwerksdaten, um etwaige frostbedingte Aufsättigungen erkennen zu können und eine

mögliche Gefährdung für eine Schädigung durch die FTW abzuschätzen.

rel. dyn. E-Modul in %

—A— Hohenwarthe, Labor agerung, Alter 3a

0 4 8 12 16 20 24 28Anzahl der FTW

Bild 29: Entwicklung des dynamischen E-Moduls im CIF-Test amBeton der Schleuse Hohenwarthe im Alter von 3 a nachLagerung im Klima 20 °C165 %rel. Luftfeuchte

Mit der gewonnenen Erkenntnis erfolgte eine gezielte Auswertung der Bauwerksdaten, um

zu untersuchen, ob auch unter Praxisbedingungen eine frostinduzierte Aufsättigung des

Betons möglich ist. Im Beobachtungszeitraum konnten grundsätzlich vergleichbare Ergeb-

nisse in einem Winterzeitraum an der Schleuse Hohenwarthe beobachtet werden. Bild 30

zeigt einen Winterzeitraum im Januar 2006, in dem es unter starken FTW zu einem konti-

nuierlichen Absinken des Elektrolytwiderstandes kommt. Die Ergebnisse deuten an, dass

eine gefrierbedingte Aufsättigung des Betons unter bestimmten Randbedingungen auch

am Bauwerk möglich erscheint. Die Randbedingungen, unter denen dies auch in tiefer-

liegenden Bereichen stattfindet e rfordern jedoch längere Zeiträume mit bei niedrigen Tem-

peraturen deutlich unter —5 °C stattfindenden FTW und einem gleichzeitig ausreichendem

Wasswerangebot von außen. Dies wurde bei den vier Bauwerken lediglich im gezeigten

Zeitraum im Januar 2006 an der Schleuse Hohenwarthe beobachtet.

100

80

60

40

20

0


1.000.000 , Widerstand in S2 Temperatur in °C 45 7 mm 27 mm

- 87 mm Betontemperatur 7 mm Betontemperatur 87 mm Wassertemperatur

100.000

10.000

- 40- 35 30- 25- 20

15- 10- 5

0

Schleuse Hohenwarthe, MP3, h=56,0 m-15

15.01.06 22.01.06

1.000 •

100

08.01.06

- 3' ..^._,\-r- -5

-10

Bild 30: Aufsättigung des Betons unter einer Frostbeanspruchung amMesspunkt MP3 der Schleuse Hohenwarthe.

5 ZUSAMMENFASSUNG

Ziel der Untersuchungen war die Erfassung des Einflusses der Temperatur auf den Elektro-

lytwiderstand von Beton. Dies ist erforderlich, um bei der indirekten Bestimmung des Was-

serhaushaltes in der Randzone von Betonen mit Hilfe des Elektrolytwiderstandes verläss-

liche Berechnungen zu ermöglichen. Auf diese Weise wird eine Erfassung der Frostbean-

spruchung in Abhängigkeit des Sättigungszustandes des Betons ermöglicht. Beispielhaft

wurden die Betone einer Straßenbrücke, eines Straßentunnels, einer Kaimauer und einer

Schleuse untersucht. Die Temperaturabhängigkeit des Elektrolytwiderstandes kann bei Be-

tonen über den exponentiellen Ansatz nach Arrhenius berücksichtigt werden. Einer Kon-

stanten im Exponenten, dem „b-Wert", kommt dabei besondere Bedeutung zu.

Die Untersuchungen haben folgende Punkte als wesentliche Erkentnisse hervorgebracht:


- Tendenziell sinkt der b-Wert zur Beschreibung der Abhängigkeit des Elektrolytwider-

standes von der Temperatur mit steigendem Sättigungsgrad des Betons.

- Die b-Werte nahmen Größenordnungen zwischen etwa 2000 K im feuchten Zustand

und 7000 K im trockenem Zustand an. Die Schwankungen waren in Abhängigkeit der

Betonzusammensetzung unterschiedlich ausgeprägt.

- Bei der Wahl eines ungenauen b-Wertes, der im Rahmen der oben genannten Schwan-

kungsbreiten extrem von dem tatsächlich vorhandenen b-Wert abweicht, kommt es zu

Fehlern bei der Berechnung des Sättigungsgrades von etwa bis zu 30 %. Dies betrifft

bei der in der Regel angewendeten Kompensationstemperatur von 20 °C besonders den

Winterzeitraum. Bei der Wahl von mittleren b-Werten können diese Größenordnungen

allerdings nur unter extremen Randbedingungen auftreten, wenn besonders im Randbe-

reich durch starke Schwankungen des Sättigungsgrades meist kurzzeitig deutliche Unter-

schiede zum mittleren Sättigungsgrad vorliegen.

- Bei Wahl einer anderen Kompensationstemperatur als 20 °C ist eine bei gleicher Tem-

peratur bestimmte Kalibrierfunktion zur Berechnung der Sättigungsgrade erforderlich.

- Die Wahl einer Kompensationstemperatur auf einen Wert nahe der mittleren Tempera-

tur in einem Zeitraum, der von Interesse ist, reduziert einen Fehler, der durch einen

ungenauen b-Wert verursacht wird, auf nahezu Null.

- Bei Unterschreitung einer bestimmten Temperatur unterhalb von 0 0 0 steigt der Elektro-

lytwiderstand plötzlich sehr stark an, wenn der Sättigungsgrad über einem bestimmten

Wert liegt. Bei Temperaturen größer als 0 °C können keine vergleichbaren Ereibnisse

beobachtet werden.

- Diese charakteristischen Widerstandsanstiege treten sowohl bei Laborprüfungen als

auch bei Bauwerksmessungen auf. Am Bauwerk ist dies hauptsächlich in Bereichen der

Fall, in denen hohe Wassersättigungsgrade des Betons vorliegen (XF3). Im Bereich der

Expositionsklassen XF1 und XF2 kann dies auch vereinzelt geschehen, die Häufigkeit ist

jedoch deutlich geringer.

- Die Ergebnisse der Laborversuche deuten an, dass diese charakteristischen Widerstands-

anstiege in Zusammenhang zu einem Gefrieren eines Teils des im Porengefüge vorhan-

denen Wassers stehen.


Die Untersuchungsergebnisse haben gezeigt, dass durch die Bestimmung eines sättigungs-

abhängigen b-Wertes eine Steigerung der Genauigkeit der berechneten Sättigungsgrade

möglich ist. Der Versuchsaufwand ist allerdings hoch und aufgrund der vorliegenden Er-

gebnisse sollte eine größere Anzahl an Prüfkörpern verwendet werden, um die in den un-

terschiedlichen Sättigungsbereichen ermittelten b-Werte auf eine breitere Basis stellen zu

können. Dabei sollte berücksichtigt werden, dass aufgrund unzureichender Bestimmtheits-

maße die verwertbare Zahl der Versuchsergebnisse in der Regel reduzie rt wird. Eine Al-

ternative stellt die Wahl einer an die Randbedingungen angepassten Kompensationstem-

peratur dar. Werden die gemessenen Widerstände einzelner nebeneinander liegender Zeit-

abschnitte auf unterschiedliche Kompensationstemperaturen umgerechnet, führt dies in den

Bereichen mit einem Wechsel der Kompensationstemperatur zu einem Sprung im Wider-

standsverlauf. Für eine Umrechnung dieser Widerstandsdaten in Sättigungsgrade sind

Kalibrierfunktionen für jede gewählte Kompensationstemperatur erforderlich. Der erforder-

liche Aufwand wird auch hier erhöht.

Insgesamt scheint es in Bauteilbereichen, in denen gleichmäßige Feuchteverhältnisse vor-

liegen, wie z. B. in größerem Abstand zur Betonoberfläche oder in Bereichen mit fast stän-

digem Wasserkontakt ausreichend, mit der bisherigen Methode fortzufahren. Eine ausrei-

chend genaue b-Wert-Bestimmung für diesen Fall ist mit geringem Aufwand über eine Aus-

wertung der Bauwerksdaten möglich. In Bereichen mit wechselnden Sättigungszuständen

besonders nahe der Oberfläche wie z. B. in Bereichen, die den Expositionsklassen XF1

und XF2 zugeordnet werden, kann der erhöhte Aufwand auch unter Wahl einer angepass-

ten Kompensationstemperetur sinnvoll sein.

Eine kombinierte Auswertung zusammen mit der Temperaturbeanspruchung liefert ein ab-

gerundetes Bild der Frostbeanspruchung. Die Widerstandssprünge bei hohen Sättigungs-

graden und niedrigen Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes geben Hinweise auf

Gefriervorgänge. Treten diese Widerstandssprünge bei entsprechenden Temperaturen nicht

auf, so deuten die vorliegenden Ergebnisse an, dass eine Frostbeanspruchung, die zu

einer Schädigung des Gefüges führt, vermutlich nicht gegeben ist. Weitere Untersuchun-

gen in diese Richtung erscheinen sinnvoll.


L

Die durchgefüh rten Auswertungen der Bauwerksdaten füh rten zum Ergebnis, dass Wider-

standssprünge der beschriebenen A rt in Bereichen ve rt ikaler Flächen an Schleusenbau-

werken der Expositionsklasse XF3 häufiger auftreten. Betroffen war dort der gesamte er-

fasste Oberflächenbereich bis in eine Tiefe von etwa 90 mm. Messungen an einer vertika-

len XF4-Fläche an einer Kaimauer im Bereich der Wesermündung wiesen diese Sprünge

nicht auf, da dort die Temperaturbeanspruchung sehr gring war. In den Expositions-

klassen XF1 und XF2 wurden in etwa 5 Jahren Beobachtungsdauer nur sehr vereinzelte

Ereignisse erkannt, die einem solchen Vorgang zugeordnet werden können. Im Gegensatz

zu den Bereichen hoher Sättigung wurden die Ereignisse hauptsächlich im Randbereich

bis etwa 15 mm beobachtet. In tiefer liegenden Bereichen war der Sättigungsgrad schein-

bar nicht hoch genug.

Am untersuchten Schleusenbauwerk wurden Ereignisse beobachtet, die grundsätzlich ver-

gleichbar waren mit den im Rahmen einer CIF-Prüfung festgestellten Beobachtungen. Ge-

friervorgänge mit einem anschließenden Anstieg des Sättigungsgrades konnten auch am

Schleusenbauwerk beobachtet werden. Dies war im Untersuchungszeitraum von etwa fünf

Jahren in einem einzigen Zeitraum von etwa zwei bis drei Wochen im Bereich der Expo-

sitionsklasse XF3 der Fall. An den übrigen Bauwerken wurde dies nicht beobachtet.

Die Beanspruchungen in den Bereichen unterschiedlicher Expositionsklassen unterschei-

den sich also nach den vorliegenden Erkenntnissen zum einen im Abstand zur Beton-

oberfläche, bis in dem hohe Sättigungsgrade vorliegen und zum anderen ganz deutlich in

der Häufigkeit und Dauer, in denen hohe Sättigungsgrade vorliegen können. In Kombina-

tion mit einer bei hohen Sättigungsgraden vorliegenden Temperaturbeanspruchung, die zu

einem Gefrieren des im Porensystem vorhandenen Wassers führt, tritt der Unterschied

noch deutlicher hervor.

Insgesamt haben die Untersuchungen einen Beitrag zur Steigerung der Genauigkeit der

Messung des Sättigungsgrades im Beton geleistet. Weiterhin wurde eine Methode unter-

sucht, über die es möglich erscheint, die tatsächlich im Betongefüge stattfindenden Gefrier-

vorgänge unter Praxisbedingungen zu ve rfolgen. Für sechs Betone wurden Sättigungsgrade

ermittelt, ab denen diese Gefriervorgänge bei den untersuchten Temperaturbeanspruchun-

gen stattfanden. Vor diesem Hintergrund liegen nun über Bauwerksdaten belegte Erkennt-

nisse zur tatsächlichen Frostbeanspruchung vor, die auch die charakteristischen Unter-

schiede in den Expositionsklassen mit mäßiger (XF1, XF2) und hoher Wassersättigung

(XF3, XF4) beschreiben.


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Seite Al des Abschlussberichtes Nr. F 965

Tabelle Al: Betonzusammensetzungen der untersuchten Betone

Parameter Einheit Gehalt/WertSchleuse Tunnel Brücke Kaimauer

Überbau Pfeiler Wand Fender

1 2 3 4 5 6 7 8

CEM 132,5 R

kg/m3

— 310 340 — — —CEM III/A 32,5 N 270 — — 360 300 320Flugasche 80 80 — — 60 50Wasser 143 172 170 180 160 175Gesteinskörnung 1876 1770 1854 1803 1829 1783Wasserzementwert

—

0,53 0,55 0,50 0,50 0,53 0,55w

0,47 0,50 — — 0,51 0,50(z + 0,4 • f)Sieblinie A/B 32 A/B 16 A/B 32 A/B 16 A/B 32 A/B 16

Tabelle A2: Lage der Messpunkte an den Bauwerken

Bauwerk MesspunktMP1 MP2 MP3 MP4

1 2 3 4 5

SchleuseUnterhalb Unterwasser,ständiger Wasser-kontakt

Wasserwechselzone ,mittlere Höhe

Wasserwechsel-zone, unterhalbOberwasser

Frei bewittert,oberhalbOberwasser

Tunnel Portalbereich Portal + 40 m Portal + 100 m Portal + 200 m

Brücke Unterseite Überbauoberhalb Überholspur

Mittelpfeiler,H = 3,2 m überFahrbahn

Mittelpfeiler,H = 1,4 m überFahrbahn

—

Kaimauer

WasserwechselzoneTierlenhi ib 9 Stundenunter Wasser, ca.3 Stunden oberhalb

WasserwechselzoneTiedenhub,2 Stunden unterWasser, ca.10 Stunden oberhalb

Ca. 1 m ()bar-halb MThw

Ca. 2 m ober-halb MThw

Seite A2 des Abschlussberichtes Nr. F 965

Tabelle A3: Wasseraufnahmekennwerte der untersuchten Betone

Beton Statistischer Kennwert WasseraufnahmeAtmos-phärendruck

bei 150 barSättigungAtmosphärendruck

- - M.-% -

1 2 3 4 5

Hohenwarthe/Bra07b/

Mittelwert 5,80 6,58 0,88Minimum 4,75 5,44 0,84Maximum 6,77 7,61 0,92Standardabweichung 0,45 0,48 0,02

Gäubahntunnel/Bra08a/


Brückenüberbau/Bra08a/


Brückenpfeiler/Bra08a/


Kaimauer,Wandbereich/Bra07a/


Kaimauer,Fenderbereich/Bra07a/


Kaimauer,Fenderbereich,karbonatisiert/Bra08c/


-116 CSeite A3 des Abschlussberichtes Nr. F 965

Tabelle A4: Aus den Bauwerksdaten (Tagesmittelwerte) ermittelte b-Werte der Betone(R2>0,97)

Beton Mess-punkt

Kenn-wert 17 22 27 32

AbstandI 37 I 42 I 52

zur Betonoberfläche

mmI 57 162 167 I 72 I 77 I 82 I 87

- - -1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Hohen-warthe

MP1-MP3

b-WertR2

-<0,90

MP4 b-WertR2

- 2982 3189 3453 3461 3490 3606 3359 3390<0,90 0,91 0,93 n.s;^ 0,9^ 0,95 5,90 n,my ; 0,96

Gäubahn-tunnel

MP1 b-Wert 3820 3647 3840 4121 3216 3701 3623 3678 4017 3866 4061 4373R2 >0 98

MP2 b-Wert 2819 2818 2968 3311 2940 2985 3071 3116 3227 3343 3423 3527R2 >0,98

MP3 b-Wert 3800 4450 4107 3593 3044 3228 3796 3647 3680 3855 3952 3909R 2 >0,98

Brücke,Überbau MP1 b-Wert 2723 2783 2725 2672 2514 2928 2453 2233 2200 2741 2497 2708 2574

R2 >0,98

Brücke,Pfeiler

MP2b-Wert 6783 5378 4824 4247 4198 3833 4324 4188 4280 4212 4368 4226 3943 3888

R2 >0,98

MP3 b-Wert 4490 4701 4382 4004 4161 3912 3912 3942 4199 3998 4054 4148R2 >0,98

Kaimauer,Fender-bereich

MP2 b-Wert 3620 3904 4098 4317 4831 5111 3333 3934 3843 4221 4044 4526 4522 3952

R2 -°0,95 >0,97 >0,98 >0,9i >0.95 >0,98 >0 97 >0,9C >0 95 >0,94

Kaimauer,Wand-bereich

MP3 b-Wert-

23880,92

2371-0,90

237112760>0,92

2831-0,9 %!

267212811>0,95

2722R2

MP4 b-Wert 2667 2606)0,U,

380014685:,(.1,9:)

-R2 0,95


Tabelle A5: Mit der MRE ermittelte b-Werte der Betone

Beton Zustand Tempe-raturän-derungs-rate

b-Wert im Abstand zur Betonoberfläche7 12 17 22 I 27

mml 32 I 42 52 82 ( 87

- - K/h K1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Hohenwarthetrocken 6 7139 6798 6055 5645 5166 5438 5558 5228 4641 4700

feucht 6 2613 2883 2810 3883 4370 5371 5322 4994 4810 48081,6 3342 2968 3097 3869 4378 5480 5266 5368 4971 5016

Gäubahntunneltrocken 6 5445 4595 4954 4333 4360 4440 4358 4814 4782 4735

feucht 6 3601 3675 3633 4406 4416 4466 4325 4610 4745 47261,6 3657 3645 3629 4376 4386 4485 4338 4641 4719 4752

Brückenüberbautrocken 6 5051 4058 4097 4201 4157 4178 4119 - - -

feucht 6 3711 2895 2390 2152 2286 2405 2536 - - -1,6 3592 3000 3140 3029 3105 3231 3310 - - -

Brückenpfeilertrocken 6 6730 5409 5341 5026 4817 4527 5098 - - -

feucht 6 5364 4496 4504 3867 4108 4342 4389 - - -

1,6 4259 4142 3962 3636 4661 4752 4977 - - -

Kaimauer,Wandbereich

trocken 6 10029 7407 6625 5154 5165 5172 4721 4455 4193 4214

feucht 6 2866 3037 2705 3093 3389 4185 4617 4342 4625 45011,6 3620 3461 3484 3419 3951 4411 4417 4256 4781 4685

Kaimauer,Fenderbereich

trocken 6 - - 4883 6014 5715 5524 5182 - - -

feucht 6 3352 4513 4209 4167 4887 4851 4228 - - -

1,6 4696 4575 4362 4540 4993 5171 3917 - - -Kaimauer,Fenderbereich,karbonatisiert

trocken 6 - - 5458 6337 5804 5687 6656 - - -

feucht 6 2613 2978 3233 3235 3290 3524 4784 - - -


Tabelle A6: Gefrierfaktoren des Elektrolytwiderstandes der untersuchten Betone

Abstand zurBetonoberfläche

Gefrierfaktor FG bei einer Betontemperatur von -13 °CSchleuse Tunnel Brücke Kaimauer

Überbau Pfeiler Wand Fender Fenderkarbonatisiert

mm -

1 2 3 4 5 6 7 8

7 265 7,2 6,9 14 200 45 10512 150 1,9 2,9 10 93 24 4717 56 1,4 2,6 2,6 15 12 1722 3,8 1,0 2,6 1,4 4 3 1727 1,7 1,0 2,6 1,1 2,5 1,1 1632 1,7 1,0 2,6 1,0 1,5 1,0 9,537 1,6 1,0 2,6 1,0 1,0 1,0 3,942 1,3 1,0 2,4 1,0 1,0 1,0 1,0

Seite B1 des Abschlussberichtes Nr. F 965

Porosität in % 100 P.rosität in %

90

80

70

60

50

40

30

20

10

00,001

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

00,001

ÎIIIIIni^^!u@^ml^lll^llllllll^llllllll

—A-- Hohenwarthe -A- Hohenwarthe

0,01 0,1 1 10 100Porenradius in pm

0 ,01 0,1 1 10 100Porenradius in pm

12 Porosität in % 100Gäubahntunnef

9010

80

8 70

60

6 50

404 30

2 20

10

0 /lU

Porosität in %- A— Gäubahntunnel

0 ,001 0,01 1 10 100Porenradius in pm

0,001 0,01 0,1 1 10 100Porenradius in pm

0,1

Bild 131: Differentielle und aufsummierte Porengrößenverteilung des Betons der Kammer-wand der Schleuse Hohenwarthe

Bild B2: Differentielle und aufsummierte Porengrößenverteilung des Betons des Gäu-bahntunnels

-^ Mittelwert Überbau—0—Mittelwert Pfeiler

18

16

14

12

10

8

Porosität in %

6

4

2

0

0 ,001 0 ,01 0,1 1 10 100Porenradius in pm

OAPorosität inf Mittelwert Überba

—0— Mittelwert Pfeiler^_—


u100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Porositat in12 Porosität in %100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

^ Fenderbeton karbonatisiert 1 % CO20 Fenderbeton nicht karbonatisiert

10

8

6

4

2

n0

0 ,001 0,01 0,01 0,10,0010,1 1 10 100Porenradius in pm

1 10 100Porenradius in pm

Fenderbetonkarbonatisiert 1% CO2

—^— Fenderbeton nichtkarbonatisiert


Bild B3: Differentielle und aufsummierte Porengrößenverteilung der Betone der BrückeBerlin

Bild B4: Differentielle und aufsummierte Porengrößenverteilung des Betons aus demFenderbereich der Kaimauer Nordenham

10,01

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

0,001 1 10 100Porenradius in pm

P.rosität in0--Wandbeton

karbonatisiert 1% CO2--0 — Wandbeton nicht

karbonatisiert


12 Porosität in %O • Wandbeton karbonatisiert 1% CO2O Wandbeton nicht karbonatisiert

10

Seite B3 des Abschlussberichtes Nr. F 965 _L

Bild B5: Differentielle und aufsummie rte Porengrößenverteilung des Betons aus demWandbereich der Kaimauer Nordenham

Widerstand 1.000.00u 7 mm

17 mm-- 87mm

Lufttemperatur

27 mm 40Betontemperatur Wasse rtemperatur 35

in Q Temperatur in °C12 mm 45

- 30 100.000- 25- 20 15 10.000

100.000

10.000

Temperatur in °CWiderstand in Q

100.000

Schleuse Hohenwarthe, MP100

08.01.06 15.01.06 22.01.06


10.000

1.000-5-10

100 I , -1517.02.05 24.02.05 03.03.05 10.03.05

Schleuse Hohenwarthe, MP3, h =56,0 m

7mm 12 mm17 mm 27 mm87mm -BetontemperaturLufttemperatur -- Wasse rtemperatur

Temperatur in004 5

403530

- 25- 20

15-10-5

1.000.000

100.000

10.000

0 1.000

J

7mm 12mm17 mm 27 mm87 mm -BetontemperaturWasse rtemperatur

05

3025201510

fl 50-5-10

=56,0 m15

29.01.06

1.000 -

ti



1 . 000 . 00Widerstand in Q Temperatur in °C5

4035

7 mm17 mm

-87mmLufttemperatur

12 mm27 mm

- Betontemperatur

302520151050-5

rI -10 , ' -1520.02.04

Bild B6: Plötzlicher Anstieg des Elektrolytwiderstandes an Messpunkt MP3 (Wasser-wechselzone) der Schleuse Hohenwarthe

100 04.01.04

Schleuse Hohenwarthe, MP3, h=56,0 m

11.01.04 18.01.04 25.01.04

30.01.04 06.02.04 13.02.04

^^ r ûn'

10,v - 5Li 0 1.000

-5- -10

-15 100

Widerstand in S2 1.000.00u 7 mm

17 mm- 87 mm

Lufttemperatur

Temperatur in °C Widerstand in Q45 1.000.000403530 100.000252015 10.0001050-5-10-15

25.01.04

Temperatur in 0045403530252015

^rtLN^Z^lr! _ 10

51.000

10004.01.04

^,,tV .,uy r,,^^,^^

Schleuse Hohenwarthe, MP2, h=45,0 m

11.01.04 18.01.04

1.000 --

100 05.02.05

12 mm27 mmBetontemperaturWassertemperatur


0-5-10-15

08.02.05 11.02.05 14.02.05

100.000

10.000

Seite B5 des Abschlussberichtes Nr. F 965 ^bac

12 mm27 mmBetontemperatur

1.000.000 Widerstand

100.000

10.000toj 1 i

7 mm 12 mm17 mm 27 mm87 mm Betontemperatur

---- Wasse rtemperatur

in Q Tern •eratur in °C

0-5-10

100 1508.01.06 15.01.06 22.01.06 29.01.06

_ _,,,..,W.,,JI^►.^ Y \IV


05

3025201510

-5-10

100 -1517.02.05 24.02.05 03.03.05 10.03.05



100.000

Temperatur in 004512 mm27 mmBetontemperatur

- Wasse rtemperatur

7 mm17 mm87 mmLufttemperatur

403530

10.000

1.000

Bild B7: Plötzlicher Anstieg des Elektrolytwiderstandes an Messpunkt MP2 (Wasser-wechselzone) der Schleuse Hohenwarthe

y = -0,1893Ln(x) +2,3424

R2 = 0,9486

y = -0,1741Ln(x) + 2,2968

R2 = 0,9526y = -0,1741Ln(x) + 2,3575

R2 = 0,952

Schleuse Hohenwarthe

•0

A

30°C

20°C

10°C

3°C

-F788

y = -0,1631 Ln(x) + 2,364

R2 = 0,9413 Beton

Sättigungsgrad

1,0

0,9 -I

0,8

0,7

0,6

0,5• 30°C =2,3857x°.2003

R2 = 0,9097 0,4 -0 20°C =2,5292x-0,1981

A 3°C

F790

., o,^^4L\

10oG.0,3 - R2 = 0,9042

y=2,3378x°'m9

0,2 - R2= 0,9103

y = 2,2759x°''°

R2 = 0,9186 Beton0,1 -

0,0 100

Gäubahntunnel

1000 10000 100000 1000000Spezifischer Elekrolytwiderstand in Qm


1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

100

Sättigungsgrad


Bild B8: Sättigungsabhängiger Elektrolytwiderstand bei unterschiedli-chen Prüftemperaturen für den Beton der Schleuse Hohen-warthe

Bild B9: Sättigungsabhängiger Elektrolytwiderstand bei unterschiedli-chen Prüftemperaturen für den Beton des Gäubahntunnels


0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

100

1,0Sättigungsgrad

^ n^n (sjy = 2,1664x °,2i2e

R2 = 0,9124• 30°

^'Q 20°C

.. 10°Cfl 3°C

y = 2,3126x432°°4R2 = 0,939

@ A♦ ^ ••

y= 2,871x-0.22a7R2=0,905E

• c 4, Q` 4\ ® a •' •..

y = 2,9243>C° 2158

R2 = 0 , 9162 F790Z,z^♦• •^^

•^ ^^z.;•

.^,•

•'-L,

. `

,•1^t

...^^°

BetonBrücke Berlin, Überbau


Bild B10: Sättigungsabhängiger Elektrolytwiderstand bei unterschiedli-chen Prüftemperaturen für den Beton des Überbaus der BrückeBerlin

1000

1,0Sättigungsgrad

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0100 10000 100000 1000000

Spezifischer Elekrolytwiderstand in Qm

n _ .^ -r^-

\♦

♦ `°, <

y = 3,8497x °2004

R2= 0,9716 • 30 °C

0 20°C

411,10°C

a 3°C

♦ y = 3,8178x° 242

R2 = 0,9862

^♦ •

^ ...,:

•y = 4,6071x'o2554

R2 = 0,9835

n •• ^^

•• 0

y = 4,6523x° 2415

R2=0,9718

F790+ • p

n^.-L.a • .

BetonBrücke Berlin, Pfeiler

Bild B11: Sättigungsabhängiger Elektrolytwiderstand bei unterschiedli-chen Prüftemperaturen für den Beton des Pfeilers der BrückeBerlin

y = 6,8424x°2844R2 = 0,9743

y = 6,2769x4'3°2R2 = 0,9762

y = 5,6418x'0'27°8R2 = 0,9707

Fenderbereich

•

O

^.

30°C

20°C

10°C

3°C

-F844y = 6,9947x°2736

R2 = 0,9873 Beton Kaimauer,

1,0Sättigungsgrad

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5• 30°C y = 5,6883x."274

R2 = 0,93840,4^ 20°C y=5,3423x43008

0,3 R2=0,9503

10°C0,2

C 3°C0,1 -F8440,0

1

y = 6,6665x-0,3137R2 = 0.9557

10

1^.

Beton Kaimauer,Wandbereich

100 1000 10000 100000 1000000Spezifischer Elekrolytwiderstand in Qm

n

y = 5,2735x'02699R2 = 0,9565


1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

100

Sättigungsgrad


Bild B12: Sättigungsabhängiger Elektrolytwiderstand bei unterschiedli-chen Prüftemperaturen für den Beton aus dem Fenderbereichder Kaimauer Nordenham

Bild B13: Sättigungsabhängiger Elektrolytwiderstand bei unterschiedli-chen Prüftemperaturen für den Beton aus dem Wandbereichder Kaimauer Nordenham


7000 b-Wert in K Bestimmtheitsmaß 1,00••

• • • • - 0,986000

• .-- 0,96

5000 0,94q

4000 q q 0q - 0,92

0- 0,90

3000 - 0,88Beton

2000Schleuse Hohenwarthe

- 0,86

- 0,841000 - q b-We rte, r2>0,98

- 0,82• Bestimmtheitsmaß

0 0,80

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0Sättigungsgrad

Bild B14: Mit der TEM ermittelter sättigungsabhängiger b-Wert desBetons der Schleuse Hohenwarthe

6000

5000

4000

3000

2000

1000

7000 b-Wert in K

• ♦^• ♦ • •

q

qq q

r^n d

q qBetonGäubahntunnel

q b-We rte, r>0,98

• Bestimmtheitsmaß

Bestimmtheitsmaß1,00

0,98

0,96

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,84

0,82

0,800-^0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Sättigungsgrad

Bild B15: Mit der TEM ermittelter sättigungsabhängiger b-Wert desBetons des Gäubahntunnels


7000 b-Wert in K _ Bestimmtheitsmaß 1,00♦V •

6000- 0,98

- 0,965000 - 0,94

4000 - 0,92

- 0,903000 - 0,88

•• ♦

BetonBrücke Berlin, Überbau q qq

ti

0,86

0,84

0,82

0 0,80• Bestimmtheitsmaß

•

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0Sättigungsgrad

Bild B16: Mit der TEM ermittelter sättigungsabhängiger b-Wert desBetons des Überbaus der Brücke Berlin

Bestimmtheitsmaß1,00

6000- 0,98

- 0,965000 - - 0,94

4000 - - 0,92

- 0,903000 - 0,88

2000 - 0,86

N • •

00

q qq q q qq

ITIIq

0 LBetonBrücke Berlin, Pfeiler

q

1000- 0,84

- 0,82

q b-Werte, r2>0,98

• Bestimmtheitsmaß0 0,80

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0Sättigungsgrad

2000

1000

• -

•

q .

q b-Werte, r2>0,98

7000 b-Wert in K

• •Wr

t• ♦ •

g

Bild B17: Mit der TEM ermittelter sättigungsabhängiger b-Wert desBetons des Pfeilers der Brücke Berlin

_I COI aii=Seite B11 des Abschlussberichtes Nr. F 965

7000b-Wert in K Bestimmtheitsmaß 1,00

• ♦♦ • • n40

• • - 0,986000 -

- 0,965000 0,94

40000 - 0,92E2113q q q - 0,90

3000 - 0,88Beton Kaimauer,

2000Fenderbereich _- 0,86

q- 0,84

1000 - q b-Wert, r2>0,98q b-Wert, karbonatisiert, r2>0,98 - 0,82• Bestimmtheitsmaß

0 0,80

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0Sättigunggrad

Bild B18: Mit der TEM ermittelter sättigungsabhängiger b-Wert desBetons aus dem Fenderbereich der Kaimauer Nordenham

7000 b-Wert in K _ Bestimmtheitsmaß 1,00

0,98

0,96

0,94

0,92

0,90

0,88

0,86

0,84

0,82

0,800,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Sättigungsgrad

Bild B19: Mit der TEM ermittelter sättigungsabhängiger b-Wert desBetons aus dem Wandbereich der Kaimauer Nordenham

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

♦♦s♦

; ♦ ♦ •♦♦

i

ö q

° ° DOCO DBeton Kaimauer,Wandbereich

q

0q b-Werte, r2>0,98• Bestimmtheitsmaß

Logarithmus des Widerstandes in In S2)7mm --- 12 mm 17mm22mm - 32mm 42mm

Beton Brücke Überbau 0 °c ! =

trockens ^4

' 'Y = 5050 7x 5.002'

R'=09971^ffvf y = 4058,4x - 3,9371

R 2 = 0,9976

096,5x - 5,1867

'"R' = 0,9983

; -y = 4201.4x - 5785:-- %`

R' = 0.9978 -

y = 4119,3x 6.0994

R' = 0.993

7 = 4178x - 6,0535

5'=09945

0,0034 0,0036

0,0038 0,0040

17,0

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032

Logarithmus des Widerstandes in In(Q7 mm 12 mm22 mm - 27mm

17 mm42 mm

BetonO°C ^^'^.y -'.i 5G4 3, . 9- 5 ,

R^ _ 0.9947-_.

Brücke, Pfeiler = 4495, 9x - eRZ = 0' 99 .

- - feucht- ^ = 4503,6x - 6,2£R2 = 0,9943

y- 4402,6x 5,1136R' = 0,9972

.^/ y/

s y -"y = 4139,7x - 5,0425 ^ ^R2 =09861 ^'- -

Ny = 3867,4x - 4,3325

R'= 0,9958

2145

7


17,0 Logarithmus des Widerstandes in In(Q

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032

0,0034 0,0036 0,0038



Bild B20: Ermittlung des b-Wertes bei einer Temperaturänderungsrate von 6 K/h amBetonwürfel mit einer Kantenlänge von 200 mm für den Überbaubeton derBrücke Berlin in trockenem und feuchtem Zustand

- 7mm 12mm ---- 17mm42mm22mm --32mm

Beton Brücke Überbau 0 °Cfeucht y=37106 3.5''34

W - 0.9947

Y = 2895x - 1 9723

R2=0998

---.

y=2390,1x-Q 7908R 2 = 0,999 ^l ^

- 2405,4x - 1_

R2 = 0,9934

y= 215 2, lx QOE65 ^^RZ = 0.9975 ^,..

,y y 2535, 5x. 1,7665R2 - 0,9971

439


16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032

0,0034 0,0036

0,0038 0,0040Reziproke Temperatur in 1/K

17,0

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032 0,0034 0,0036 0,0038 0,0040


- 6 i2r,^,

R :- 0 9g76

^ y = 5408,9x - 4,107

^t- ' - -^' % R' = 0,9935

^ y.' 0°cBeton f/

,,,--°'

y = 5340,5x - 5.7322 = 0,9926_iv'Brücke Pfeiler

^,.

trocken / - 6,201'R' = 0.9977

_...-,,/ = 4816,5x - 6,5936 ^. '

R' = 0,997 1

y = 5097.6x 7.6915

R` = 0,9973

- -- 7 mm -12mm22 mm - 27 mm

17mm42 min

Bild B21: Ermittlung des b-Wertes bei einer Temperaturänderungsrate von 6 K/h amBetonwürfel mit einer Kantenlänge von 200 mm für den Pfeilerbeton der BrückeBerlin in trockenem und feuchtem Zustand

17 0 Logarithmus des Widerstandes in In(S^

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032

0,0034 0,0036 0,0038

0,0040

17,0

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032

r-.^ - ,-, ^

i.'• ,,^ = 5458,4x - 3,6482 _---'" ^"

R2= 0,9965 -2"-- 3^ y = 5803,8x - 6,1383y = 6336,9x - 7,230,,V

i ^^ ^R'=09969 ^^^_

0,9995

^//

-^ F2- -'/ y = 6656,2x 10.52 1 r

R2- 0,9459

BetonFenderbereich Kaimauertrocken, karbonatisiert

7mm 12mm 17mm42mm

-22mm 27mm

0,0034 0,0036 0,0038

0,0040

Logarithmus des Widerstandes in In(QBeton

FenderberelCh Kaimauer /6128. - 0 11

feucht, karbonatisiert R2 = 0 969

0 uC.."

y = 4783.5x. 4 15/2 „rrR 2 = 0,9898 . -_

2-'`....-------^-

,^,F^_^"

/ ^liie; = 3232,8x - 1,8223

R2 = 0,9891^y = 3289,6x - 1,5437 d. y = 3235,4x - 1,6619

R 2 = 0,9991 R' = 0.9967

y - 2978,2x -1,341:^^^^^ % R=0,992 -

7 m 12mm 17mm22 mm 27 mm 42 mm

I I


54

Log arithmus des Widerstandes in In(Qi Z^.r^jq = 4883,1x 1,2255

R2 = 4 9972

-

^

^^^/ f

^y=60144x-8.1322

°C - R2 = 0.9945

BetonFenderbereich Kaimauer ^9=5715,1x 8,2016

trocken ^^ R'= 0.9918

_-,,,,r_--^ ,^^r9"

`•^/^^

^^^J0.1.--5-'''''

y .= 5182,1x - 6.9799

R' = 0,9925

7mm 12mm 17mmmm 42 mm22 mm ---- 27

n

Beton-Fenderbereich Kaimauel

feucht0 ,C = 33515x 3 Mt',

R' = 0 989`

y = 4513,8xR 2 = 0,•949

- 6.6226

y - 4227,5x 3 . 1657 -y = 4208,6x - 5,1(^R' = 0,9968. ^ . 2 = 0 9966

^Ji T ' 4166,5x - 4.8955=i: y =

y = 4887,2x - 6,6569R2 = 0,9984

R' = 0,9984

^^^7mm22 mm

12mm27

17mmmm 42 mm

17,0

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,0

17,0

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032 0,0034 0,0036 0,0038 0,0040 0,0032 0,0034 0,0036 0,0038 0,0040



Bild B22: Ermittlung des b-Wertes bei einer Temperaturänderungsrate von 6 K/h amBetonwürfel mit einer Kantenlänge von 200 mm für den Beton im Fenderbereichder Kaimauer Nordenham in trockenem und feuchtem Zustand



Bild B23: Ermittlung des b-Wertes bei einer Temperaturänderungsrate von 6 K/h amBetonwürfel mit einer Kantenlänge von 200 mm für den karbonatisierten Betonim Fenderbereich der Kaimauer Nordenham in trockenem und feuchtemZustand

0,00400,0034 0,0036 0,0038

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032 0,0034 0,0036 0,0038 0,0040

Logarithmus des Widerstandes in In(Q-7 mm - 12 mm

27mm 42mm17 mm87mm

c6S :v,

Beton 0 °Cf

R = 0 99;

T T an. •erelC ' aimauerfeucht

^ .t,,^ff

y = 3036 7x - 2

R2 = 0.992.F^. y = 2705,4x - C

R2 =0,98y = 4616,9x • 5,6278 ^

R ? = 0.9898 -3

^ = ^" y = 3389 2x 2

R2R 2 = 0.99Ey = 45012x 5.2868 _ `

^FR' = 0 , 9977^

j, ^?^^^:^^

17,0

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032

17,0 Logarithmus des Widerstandes in In(S2^002 ,ix IS 2 ,t', . .. '

0.990;y = 7406,5x - 10,1 ^.. y = 6625,3x - 8,9759

= 9966 ^ R2 = 0,9868__13,L__(1'

ff ^ 0 °C

PBeton

= 5164,8x - 6.7235R2= 0 99

Wandbereich Kaimauertrocken 1

/^^^_^ ^..

y- 4213,8x 4,4043

R' = 0,9982y = 4721x -5,654

R 2 = 0 9938

7mm 12mm 17mm27mm 42mm 87mm

0909

45324

7828

Logarithmus des Widerstandes in In(Q)7 mm22 mm

12 mm 17 mm27 mm 82 mm

0 °C

^y =- 4970,8x - 5,7561 11^

R' = 0.9994 ,i'y = 4377,6x - 4,2317_ r

= 0 9989-^^ % i_= 3868 6x - 3,0

R' = 0,9993 ?^= 3097,1x - 1,7877

R2 =09872 ,- lie

y = 2967,5x - 1,652-- ^ Beton SchleuseR2 = 0,9823 HohenWarthe,._..334%A•< 2.98'!R' _- 0 97z4 feucht

,1




Bild B24: Ermittlung des b-Wertes bei einer Temperaturänderungsrate von 6 K/h amBetonwürfel mit einer Kantenlänge von 200 mm für den Beton im Wandbereichder Kaimauer Nordenham in trockenem und feuchtem Zustand

17,0

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032 0,0034 0,0036 0,0038

Reziproke Temperatur in

17,0 Logarithmus des Widerstandes in In(Q)

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032

Reziproke Temperatur in 1/K0,00401/K

Beton Gäubahntunnelfeucht

0 °Cy 3656 9 i ...,

R^_0

r,y = 4752x .^ 6,5419

R' = 0,9972

.f^

. y =4641.1x- 5.9299

R' = 0.9943 - - J^ = 3645 1x - 3 5225r

i = 43/5,6x - 5,766 `' -^ ' R' = 0.9984

y = 3628,9x - 3,5676R' = 0.9978 ' R' = 0,9989

7 mm22mm

12 mm 17 mm52mm 87mm

0,0034 0,0036

0,0038 0,0040

Bild B25: Ermittlung des b-Wertes bei einer Temperaturänderungsrate von 1,6 K/h amBetonwürfel mit einer Kantenlänge von 200 mm für den feuchten Beton derSchleuse Hohenwarthe und des Gäubahntunnels

0,0034 0,0036 0,00380,0032 0,0040

17,0

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032 0,0034 0,0036 0,0038 0,0040

BetonFenderbereich Kaimauer 0

feucht°C 46» 3, 64_,^-'

R - 0 9972

y = 4574,7x - 5,7614R2 = 0.9954 ,%--

y = 3916,6x - 1,9788 _^

, '^/1'`^

=43. , 6x-4,98^^'_ e„

4540R'=0,997-=`4,, _ ^^`y7

y = 4992,8x - 7,0371R2 = 0,9991 ^ d

R' = 0 9977

,,_

7mm 12mm22 mm 27 mm

17mm42 mm


16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,0

Betony = 5/6? 6• 1;.431

rr , 09,^ n 1Fenderbereich Kaimauerfeucht, karbonatisiert

o°C

ixy = 4265,6x 2,6897

R'=0.9833 J^ i• Y=7255,9x- 16,2R2 = 09931

2 5 A Y - 1140.y :•,•x •, _ .

R' 0,919r t: ^

R' = 0.9937

y 5624,5x - 10,217R 2 = 0,945

------ 7 mm22 mm

12 mm27 mm

17 mm42 mm


17,0

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,0

Logarithmus des Widerstandes in In S-27 m m 12mm 17mm22mm 32mm 42mm

Beton Brücke Überbau 0°c

feucht v= 3591 9x 2 821,-R' =0993?

= 2999,6x - 2,091';R' = 0,999

_,.

/ = 3139,8x - 3,187R2 = 0,9994 -------

1/% `- - 3231,2x - 3,E

01°V`^

R2 = 0,9959= 3028,8x - 2 ^8954

R' = 0.9991 -- _ - / y = 3309,9x - 4,351

R'= 0993',

0,0032

0,0034 0,0036 0,0038


Logarithmus des Widerstandes in In(Q


17,0

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

333 9,0

8,0

7,00,0032

-7mm 12mm -17mm42mm22mm 27mm

=4^;.,.., ^.^ ..

Beton Brücke, Pfeiler 0 °CR'-09913

feucht y = 4141,ex _R2 =0,99

y = 3962x4R2=0-2 9

'^^y = 4977.2x - 6.9351R' = 0,9966

f`^^-

I,^^Y = 4660,7x - 6.94 9^- ^^

R2 = 0,9933 . .^Y = 3636.2x - 3 5399

R' = 0,9977

,634617716

0,0034 0,0036 0,0038

0,0040

Bild B26: Ermittlung des b-Wertes bei einer Temperaturänderungsrate von 1,6 K/h amBetonwürfel mit einer Kantenlänge von 200 mm für den feuchten Beton desÜberbaus und des Pfeilers der Brücke Berlin



Bild B27: Ermittlung des b-Wertes bei einer Temperaturänderungsrate von 1,6 K/h amBetonwürfel mit einer Kantenlänge von 200 mm für den feuchten Beton desFenderbereiches der Kaimauer Nordenham sowie des karbonatisierten Betons

-7mm --- 12mm27mm 42mm

--- 17mm87mm

Beton 0 °cWandbereicfiRaimauer

feucht 3483,7x - 2,76

i

R2 = 0.9818

^

^

,.'

^2

i^ .i =^ 7,4

0.8x9992

5878,^J

- ^'' ^ 36197x 3,200;,= 4417,1x -5, 203 - R2 = 0,9924 / R = 0.9849

= 3951 2x - 47:Ft' = 0 9987

y = 3460,8x - 2,5818R 2 = 0 98,'

7

in °C 30

- 25._....._- 20

- 15

- 10

- 5

- 0

- -5

- -10

- -15

- -20

10000000 Elektrolytwiderstand in c2 Betontemperatur

. . ^.^-.^...

7 mm17mm27 mmBetontemperatur 7 mm

12 mm22 mm82 mmBetontemperatur 87 mm

100

1000000 ti

100000

10000

1000

Beton Schleuse Hohenwarthe

T


17 0 Logarithmus des Widerstandes in In(Q

16,0

15,0

14,0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,00,0032

0,0034 0,0036

0,0038 0,0040Reziproke Temperatur in 1/K

Bild B28: Ermittlung des b-Wertes bei einer Tem-peraturänderungsrate von 1,6 K/h amBetonwürfel mit einer Kantenlänge von200 mm für den feuchten Beton desWandbereich der Kaimauer Nordenham

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Zeit in h

Bild B29: Temperaturkompensierter Elektrolytwiderstand während desTemperaturzyklusses bei Bestimmung des b-Wertes imtrockenen Zustand für den Beton der Schleuse Hohenwarthe

7 m17 mm27 mm

— Temperatur 7 mm

12 mm22 mm82 mmTemperatur 87 mm

VBeton Hohenwarthe

1 1 1 , , , , 1 „ 1


Temperatur in °C10000000 Elektrolytwiderstand in S2

1000000

100000

10000

1000

100

30

25

20

15

10

5

0

-5

-10

-15

-202 4 6 81012141618202224 0 2 4 6 81012141618202224

Zeit in

Bild B30: Temperaturkompensierter Elektrolytwiderstand während desTemperaturzyklusses bei Bestimmung des b-Wertes imfeuchten Zustand für den Beton der Schleuse Hohenwarthe

Temperatur in °C12 mm22 mm

mmBetontemperatur 87 mm

— 7 mm17 mm

— 52 mm —87— Betontemperatur 7 mm

.. ,.^,....^ ._

-_-_....__^__._:,_._ ^;^,

,' n--

;/

,

;

Beton Gäubahntunnel

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Zeit in

Bild B31: Temperaturkompensierter Elektrolytwiderstand während desTemperaturzyklusses bei Bestimmung des b-Wertes imtrockenen Zustand für den Beton des Gäubahntunnels

10000000 Elektrolytwiderstand in Q

1000000

100000

10000

1000

100

0 2

25

20

15

10

5

0

-5

-10

-15

-20

10000000 Elektrolvtwiderstand in Q

1000000

100000

10000

1000

100

Temperatur in °C12mm22 mm

mm87 mmBetontemperatur

— 7mm— —17 mm— 52 mm —87

Betontemperatur 7 mm

^.. —_ ----------- ==

v

^

Beton GäubahntunnelI I I

25

20

15

10

5

0

-5

-10

-15

-20


ba=

2 4 6 81012141618202224 0 2 4 6 81012141618202224Zeit in

Bild B32: Temperaturkompensierter Elektrolytwiderstand während desTemperaturzyklusses bei Bestimmung des b-Wertes imfeuchten Zustand für den Beton des Gäubahntunnels

Temperatur in °C-- 12 mm- 22mm

—7mm— 17 mm

32mm— Betontemperatur 7 mm

—42mmBetontemperatur 42 mm

1

-w---------

r

Beton Brücke Berlin, Überbau

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Zeit in

Bild B33: Temperaturkompensierter Elektrolytwiderstand während desTemperaturzyklusses bei Bestimmung des b-Wertes im trocke-nen Zustand für den Beton des Überbaus der Brücke Berlin


1000000

100000

10000

1000

100

0 2

25

20

15

10

5

0

-5

-10

-15

-20


1000000

100000

10000

1000

100

Temperatur in °C 30

25

20

15

10

5

0

-5

10

-15

-20

mmmm

Betontemperatur 42 mm

— 7mm 12mm17 mm 22

---32 mm --- 42— Betontemperatur 7 mm

1, 1________

Beton Brücke Berlin, Überbau


0 2 4 6 81012141618202224 0 2 4 6 8 101214 1618202224Zeit in

Bild B34: Temperaturkompensierter Elektrolytwiderstand während desTemperaturzyklusses bei Bestimmung des b-Wertes im feuch-ten Zustand für den Beton des Überbaus der Brücke Berlin

10000000Elektrolytwiderstand in Q Temperatur in °C 30

Beton Brücke Berlin, Pfeiler25

1000000 20

- 15

100000 10

- 5

10000 0

- -5

1000 -10

- -15

100 -20

— 7mm17 mm32 mm

— Betontemperatur 7 mm

12 mm22 mm42mmBetontemperatur 87 mm

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Zeit in

Bild B35: Temperaturkompensierter Elektrolytwiderstand während desTemperaturzyklusses bei Bestimmung des b-Wertes im trocke-nen Zustand für den Beton des Pfeilers der Brücke Berlin


1000000

100000

10000

1000

100


25

20

15

10

5

0

-5

-10

-15

-20

mmmmmm

87 mm

—7mm —12-- 17 mm 22

— 32 mm —42— Betontemperatur 7 mm Betontemperatur

/........

Beton Brücke Berlin, Pfeiler1111111„ ,,,

Beton Kaimauer Nordenham, Fender—^----.__^"

4— 7mm

17 mm27 mm

— Betontemperatur 7 mm

— 12 mm22 mm

— 42 mmBetontemperatur 87 mm


2 4 6 81012141618202224 0 2 4 6 8101214 1618202224Zeit in

Bild B36: Temperaturkompensierter Elektrolytwiderstand während desTemperaturzyklusses bei Bestimmung des b-Wertes im feuch-ten Zustand für den Beton des Pfeilers der Brücke Berlin

Temperatur in °C10000000 Elektrolytwiderstand in Q

1000000

100000

10000

1000

100

30

25

20

15

10

5

0r_^

-10

-15

-200 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Zeit in

Bild B37: Temperaturkompensierter Elektrolytwiderstand während desTemperaturzyklusses bei Bestimmung des b-Wertes im trocke-nen Zustand für den Beton im Fenderbereich der KaimauerNordenham

Temperatur in °C3010000000 Elektrolvtwiderstand in Q

— 12mm

mm87 mm

22mm— 7mm--17 mm

27 mm —42— Betontemperatur 7 mm Betontemperatur

4 . 1. , . ..

Beton Kaimauer Nordenham,Fender

25

201000000

100000

10000

1000

15

10

5

0

-5

-10

-15

208 1012141618202224. 0 2 4 6 8 10 12141618 202224

Zeit in

1000 2 4 6


^r

10000000 Elektrolytwiderstand in S2^..^^.^^--^

— 7 mm17mm27 mmBetontemperatur 7 mm

2 4 6 8 10

12 mm22 mm42 mmBetontemperatur 87 mm

I 1 1 ^ r12 14 16 18 20

- 5

0

- -5

-10

- -15

-2022 24Zeit in

1000000

100000

10000 -

1000

Beton Kaimauer Nordenham, Fender, karbonatisiert

100


Bild B38: Temperaturkompensierter Elektrolytwiderstand während desTemperaturzyklusses bei Bestimmung des b-Wertes im feuch-ten Zustand für den Beton im Fenderbereich der KaimauerNordenham

Bild B39: Temperaturkompensierter Elektrolytwiderstand während desTemperaturzyklusses bei Bestimmung des b-Wertes im trocke-nen Zustand für den karbonatisierten Beton im Fenderbereichder Kaimauer Nordenham

— 7 mm 17 mm

27 mm— Temperatur 7 mm

12 mm22 mm42 mmTemperatur 87 mm

^.^ VBeton Kaimauer Nordenham,Fender, karbonatisiert

Betön "—Kaimauer Nordenham„

Wand

— 7mm17 mm

— 42 mmBetontemperatur 7 mm

12 mm32 mm

-87 mmBetontemoeratur 87 mm


10000000 Elektrolytwiderstand in S2

1000000

100000

10000

1000

100

Temperatur in °C30

25

20

15

10

5

0

-5

-10

-15

-200 2 4 6 8 1012141618202224.0 2 4 6 8 10 12141618 202224

Zeit in

Bild B40: Temperaturkompensierter Elektrolytwiderstand während desTemperaturzyklusses bei Bestimmung des b-Wertes im feuch-ten Zustand für den karbonatisierten Beton im Fenderbereichder Kaimauer Nordenham

10000000 Elektrolytwiderstand in Q Temperatur in °C 30

1000000

100000 -

10000

1000

100

0

- 25

- 20

15

- 10

- 5

0

- -5

- -10

- -15- -20

-252 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Zeit in h

Bild B41: Temperaturkompensierter Elektrolytwiderstand während desTemperaturzyklusses bei Bestimmung des b-Wertes im trocke-nen Zustand für den Beton im Wandbereich der KaimauerNordenham


1000000

100000

10000

1000

100


25

20

15

10

5

0

-5

-10

-15

-20

mm32mm

mmBetontemperatur 87 mm

—7 mm —12— -17 mm

42 mm —87Betontemperatur 7 mm

Ill ‘t.ii-

Beton Kaimauer Nordenham,Wandbereich

8000 b-Wert in K• Beton Gäubahn-MRE-Messung

Beton Gäubahn-TEM-Messungo Beton Gäubahn-Bauwerksdaten MP2q Beton Gäubahn-Bauwerksdaten MP3

• Ei

o• • • el.l Q

-'

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

^bacSeite B23 des Abschlussberichtes Nr. F 965

2 4 6 81012141618202224 0 2 4 6 8 10 12141618 202224Zeit in h

Bild B42: Temperaturkompensierter Elektrolytwiderstand während desTemperaturzyklusses bei Bestimmung des b-Wertes im feuch-ten Zustand für den Beton im Wandbereich der KaimauerNordenham

10 100 10^0 ^00g0 100000 1000000spezifischer Ele tro ytwiderstand in SZm

Bild B43: Zusammenhang zwischen spezifischem Elektrolytwiderstandund b-Wert des Betons des Gäubahntunnels

8000 b-Wert in K• Beton Berlin,Pfeiler-MRE-MessungI Beton Berlin,Pfeiler-TEM-Messungq Beton Berlin,Pfeiler-Bauwerksdaten MP2o Beton Berlin,Pfeiler-Bauwerksdaten MP3 1

• F:":1 • ••

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IV

Fil

IM

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

ba^Seite B24 des Abschlussberichtes Nr. F 965

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

b-Wert in K• Beton Berlin,Überbau-MRE-Messung

Beton Berlin,Überbau-TEM-MessungqBeton Berlin,Überbau-Bauwerksmessung MP1

•

0

1 10 100 1000 10000 100000 1000000spezifischer Elektrolytwiderstand in S2m

Bild B44: Zusammenhang zwischen spezifischem Elektrolytwiderstandund b-Wert des Betons des Überbaus der Brücke Berlin

1 10 100 1000 10000 100000 1000000spezifischer Elektrolytwiderstand in Om

Bild B45: Zusammenhang zwischen spezifischem Elektrolytwiderstandund b-Wert des Betons des Pfeilers der Brücke Berlin

•

n

• Beton Nordenham, Fender-MRE-MessungBeton Nordenham, Fender-TEM-Messung

q Beton Nordenham, Fender-Bauwerksdaten MP2•

b-Wert in K

8000 b-Wert in K

• • •• • • •

••

••••• nEl

• Beton Nordenham, Fender, karbonatisiert-MRE-MessungBeton Nordenham, Fender, karbonatisiert-TEM-Messung

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0


8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

10 100 1000 10000 100000 1000000spezifischer Elektrolytwiderstand in Qm

Bild B46: Zusammenhang zwischen spezifischem Elektrolytwiderstandund b-Wert des Betons im Fenderbereich der KaimauerNordenham

1

100 1000 10000 100000 1000000 10000000spezifischer Elektrolytwiderstand in Qm

Bild B47: Zusammenhang zwischen spezifischem Elektrolytwiderstandund b-Wert des Betons im Fenderbereich der KaimauerNordenham


8000 b-Wert in K

•

0

10

® • 0Bi

• Beton Nordenham, Wand-MRE-MessungBeton Nordenham, Wand-TEM-Messung

q Beton Nordenham, Wand, Bauwerksdaten MP3O Beton Nordenham, Wand, Bauwerksdaten MP4

100 1000 10000 100000 1000000spezifischer Elektrolytwiderstand in Qm

7000 -

6000

5000 -

4000 -

3000 -

2000 -

1000 -

8000 b-Wert in K

MRE- Laborversuche

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3000

2000

Bild B48: Zusammenhang zwischen spezifischem Elektrolytwiderstandund b-Wert des Betons im Wandbereich der KaimauerNordenham

O Hohenwarthe1000 -0 Brücke, Uberbau

Nordenham, Fender0 A Nordenham, Wand


0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0Sättigungsgrad

Bild B49: Zusammenhang zwischen dem Sättigungsgrad des Betonsund dem mit der MRE ermittelten b-Wert

TEM-Laborversuche

oo o °%^j^ O

n ^ o• Gäubahntunnel

Brücke, Pfeiler• Nordenham, Fender, karbonatisiert

I

8000 b-Wert in K

Bauwerksdaten

A•<;> O VI

QO

7000 -

6000 -

5000

4000

3000

2000

Seite B27 des Abschlussberichtes Nr. F 965 —^baC

8000b-We rt in K

7000

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3000 00—o

2000

1000 -O HohenwartheO Brücke, Uberbau' Nordenham, Fender

0 D Nordenham, Wand

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0Sättigungsgrad

Bild B50: Zusammenhang zwischen dem Sättigungsgrad des Betonsund dem mit der TEM ermittelten b-Wert


0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0Sättigungsgrad

Hohenwarthe1000 -0 Brücke, Uberbau

r:1Nordenham, Fender0 Nordenham, Wand

Bild B51: Zusammenhang zwischen dem Sättigungsgrad des Betonsund dem aus den Bauwerksdaten ermittelten b-Wert

Temperatur in °C100000 Widerstand in Q— Rohdaten

— T0=20°C, b=2514 K (Mittelwe rt)T0=20°C, b=2152 K (Minimum)T0=20°C, b=5051 K (Maximum) Temperatur, 37 mm

Brücke Berlin, MP1, ÜberbauMesstiefe 42 mm

30.04.05 30.04.07100

01.05.03

- -10- -20

30

10000

1000 -

^- 30- 20

10-0

1000000

100000

10000 -

Rohdaten— T0-20°C, b= 3833K (Mittelwe rt)

T0=20°C, b = 3636 K (Minimum)T0= 20°C, b=6730 K (Maximum) Temperatur, 37 mm

Widerstand in 0 Temperatur in °C

)111 (1000

1

Brücke Berlin, MP2, Pfeiler H=3,2 mMesstiefe 42 mm

100

100000

10000

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1000

10001.05.03 30.04.05 30.04.07


- 30- 20

10-0- -10- -20

01.05.03 30.04.05 30.04.071000000 Widerstand in 0 Temperatur in °C

RohdatenT0=20°C, b=4004 K (Mittelwe rt )T0=20°C, b=3636 K (Minimum)T0 = 20°C, b =6730 K (Maximum) Temneratur. 37 mm

Rohdaten— T0=20°C, b=4004 K (Mittelwert )

T020°C, b = 3636 K (Minimum)T0 =20°C, b=6730 K (Maximum) Temperatur, 7 mm


RohdatenT0= 20°C, b =3833 K (Mittelwe rt )T0= 20°C, b=3636 K (Minimum)T0=20°C, b=6730 K (Maximum)

— Temperatur, 7 mm

Brücke Berlin, MP2, Pfeiler H = 3,2 mMesstiefe 7 mm


Temperatur in °CRohdatenT0 =20°C, b=2514 K (Mittelwe rt )T0=20°C, b=2152 K (Minimum)T0=20°C, b = 5051 K (Maximum) Temneratur 7 mm

100 3001.05.03 30.04.05 30.04.07

10000000 Widerstand in Q Temperatur in °C

1000000

100000

10000

1000

10001.05.03 30.04.05 30.04.07

10000000 Widerstand in 0 Temperatur in °C

1000000

100000

10000

1000

10001.05.03 30.04.05

30.04.07

3020100-10-2030

100000 Widerstand in 0

10000 -

1000

3020100-10-20-30

3020100-10-2030

Bild B52: Einfluss des b-Wertes auf die resultierenden temperaturkompensierten Elektro-lytwiderstände im Betoninneren (42 mm) und Betonrandbereich (7 mm) an denMesspunkten MP1 bis MP3 der Brücke Berlin


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- T0=20°C, b=2152 K (Minimum)T0=20°C, b = 5051 K (Maximum)Temperatur, 37 mm

3020100-10-20-30


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--T0=20°C, b=2514 K (Mittelwert)T0=20°C, b= 2152 K (Minimum)T0=20°C, b = 5051 K (Maximum)Temperatur, 7 mm

3020100-10-2030


Temperatur in °C

30.04.07Temperatur in °C

3020100-10-20-30


3020100-10-20-30

30.04.07


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--•T0 =20°C, b= 3833 K (Mittelwert)T0=20°C, b=3636 K (Minimum)T0=20°C, b=6730 K (Maximum)Temperatur, 37 mm

Brücke Berlin, MP3, Pfeiler H = 1,4 m`: Messtiefe 42 mm -----

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T0=20°C, b =4004 K (Mi ttelwe rt)T0=20°C, b=3636 K (Minimum)T0=20°C, b=6730 K (Maximum)Temperatur, 37 mm

1 0 Sättigungsgrad

0,9

0,8

0,7

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0,5

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0,3

0,2

0,1

0,001.05.03 30.04.051 0 Sättigungsgrad

0,9

0,8

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0,0 -01.05.03 30.04.051 0 Sättigungsgrad

0,9

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1 0 Sättigungsgrad

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1 0 Sättigungsgrad

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0,001.05.03 30.04.051 0 Sättigungsgrad

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,001.05.03 30.04.05

Temperatur in °C



3020100-10-2030

3020100-10-2030

30.04.07

Brücke Berlin, MP2, Pfeiler H = 3,2 m7 mmMesstiefe

AF ££^^ ,

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K (Mittelwert)K (Minimum)K (Maximum)

mm

TO-20°C, b =3833---- T0 =20°C, b= 3636

T0=20°C, b=67307Temperatur,

Brücke Berlin, MP3, Pfeiler H= 1,4 mMesstiefe 7 mm

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- T0-20°C, b=4004 K (Mittelwert)-- T0= 20°C, b=3636 K (Minimum)

T0=20°C, b=6730 K (Maximum)Temperatur, 7 mm

Bild B53: Einfluss des b-Wertes auf den berechneten Sättigungsgrad im Betoninneren(42 mm) und Betonrandbereich (7 mm) an den Messpunkten MP1 bis MP3 derBrücke Berlin (Chloride nicht berücksichtigt)

1000000 Widerstand in Q

100000

10000

1000

Temperatur in °C

10001.05.03

— Rohdaten— TO=20°C, b=4027 K (Mittelwert)— T0 =20°C, b=2658 K (Minimum)

TO=20°C, b=6014 K (Maximum)Temperatur, 37 mm

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Kaimauer Nordenham, MP2Messtiefe 42 mm

3020100-10-20-30

30.04.0730.04.05

- Rohdaten TO=20°C, b=2658 K (Mittelwe rt )

TO=20°C, b=2658 K (Minimum)TO=20°C, b=6014 K (Maximum) Temperatur, 7 mm


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3020100-10-20-30

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1000000 Widerstand in S2 Temperatur in °C

30.04.05100

01.05.03 30.04.07

1000000

100000

10000

1000

Rohdaten- T0=20°C, b=3393 K (Mittelwert)

TO=20°C, b=2866 K (Minimum)TO=20°C, b=7407 K (Maximum) Tem peratur. 7 mm

30 10000 -20100 1000 --10-20-30 100

01.05.03


30.04.05 30.04.07

Widerstand in Q Temperatur in °CRohdatenTO=20°C, b =3393 K (Mittelwert)T0=20°C, b=2866 K (Minimum)TO=20°C, b =7407 K (Maximum)Temperatur, 37 mm

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1 .,/t/• ll



Widerstand in Q Temperatur in °C1000000

100000

10000

1000

30.04.05

30.04.07100

01.05.03

Bild B54: Einfluss des b-Wertes auf die resultierenden temperaturkompensierten Elektro-lytwiderstände im Betoninneren (42 mm) und Betonrandbereich (7 mm) an denMesspunkten MP2 (Wasserwechselzone) und MP4 (frei bewittert) der KaimauerNordenham

30.04.05

30.04.07

Temperatur in °C

3020100-10-20

1 0 Sättigungsgrad

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

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0,2

0,1

30 0,001.05.03

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Kaimauer Nordenham, MP2Messtiefe 7 mm 1

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3< ,A ^ ^ ,TO-20°C, b=1 2658K (Minimum, NaCI-Kalibr.) •

T0=20°C, b=2658 K (Minimum)T0=20°C, b=6014 K (Maximum)Temperatur, 7 mm

3020100-10-2030

1 0 Sättigungsgrad

0,9 -

0,8

0,7 -

Temperatur in °C

0,6 -

0,5

0,4 -

0,3 -

0,2

0,1

0,0 01.05.03

T0-20°C, b =3393 K (Mittelwert)T0=20°C, b=2866 K (Minimum)T0=20°C, b=7407 K (Maximum)Temperatur, 37 mm

30.04.05 30.04.07


3020100-10-2030

Sättigungsgrad Temperatur in °CKaimauer Nordenham, MP4

iwessuere r mm


Temperatur in °C1 0 Sättigungsgrad

0,9

0,8

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0,001.05.03

30.04.05 30.04.07


,^^ ^^l ^

^' AwAIrrT0=20°C, b=4016 K (Mittelwert)

- T0=20°C, b = 2658 K (Minimum)T0=20°C, b=6014 K (Maximum) Temperatur, 37 mm

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,001.05.03

T0=20°C, b=3393 K (Mittelwert)T0=20°C, b =2866 K (Minimum)T0 =20°C, b =7407 K (Maximum)Temperatur, 7 mm

3020100-10-2030

30.04.05

30.04.07

Bild B55: Einfluss des b-Wertes auf den berechneten Sättigungsgrad im Betoninneren(42 mm) und Betonrandbereich (7 mm) an den Messpunkten MP2 (Wasser-wechselzone) und MP4 (frei bewittert) der Kaimauer Nordenham (Chloride nichtberücksichtigt)

31.10.0731.10.04 31.10.05 31.10.06 31.10.0731.10.04 31.10.05 31.10.06

berechneter Sättigungsgrad in %

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Schleuse Hohenwarthe, MP4Messtiefe 67 mm

mittl.b-We rt10°C,10°C, b= 1500 K10°C, b=6000 K

0,3

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mittl.b-We rt20°C,- 20°C, b=1500 K

20°C, b=6000 K

berechneter Sättigungsgrad in1,0

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mittl.b -We rt0°C,0°C, b= 1500 K0°C, b=6000 K

01.11.03 31.10.04 31.10.05 31.10.06 31.10.07

Bild B56: Einfluss der Referenztemperatur auf den berechneten Sättigungsgrad im Beton-inneren (67 mm) und Betonrandbereich (17 mm) am Messpunkt MP4 derSchleuse Hohenwarthe

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

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0,3

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30.04.05

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Brücke Berlin, MP2, Pfeiler, h=3,2 mMesstiefe 42 mm

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10°C, mittl.b-Wert10°C, b = 1500 K10°C, b =6000 K


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mittl.b-Wert0°C,0°C, b= 1500 K0°C, b-6000 K

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30.04.07 01.05.03

30.04.05

30.04.07

Bild B57: Einfluss der Referenztemperatur auf den berechneten Sättigungsgrad imBetoninneren (42 mm) und Betonrandbereich (7 mm) am Messpunkt MP2(Pfeiler, h = 1,4 m) der Brücke Berlin

berechneter Sättigungsgrad in %I

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Brücke Berlin, MP3, Pfeiler, h=1,4 m ^Messtiefe 42 mm

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20°C, mittl.b-Wert20°C, b = 1500 K20°C, b=6000 K

Brü ke Berlin, MP3, Pk!

Br" ke Berlin, MP3, Pf= er, h= 1,4 mMe Miefe 7 mm

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10°C, b =6000 K


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Br"cke Berlin, MP3, Pf:iler, h= 1,4 mM-sstiefe 7 mm

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0°C, mittl.b-We rt0°C, b=1500 K0°C, b=6000 K

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Brücke Berlin, MP3, Pfeiler, h=1,4 m r'^Messtiefe 42 mm

0°C, mittl.b-Wert0°C, b=1500 K0 °C, b=6000 K

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30.04.05berechneter Sättigungsgrad

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berechneter Sättigungsgrad1,0

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10°C, mittl.b-Wert10°C, b = 1500 K10°C, b=6000 K

-

Bild B58: Einfluss der Referenztemperatur auf den berechneten Sättigungsgrad imBetoninneren (42 mm) und Betonrandbereich (7 mm) am Messpunkt MP3(Pfeiler, h=1,4 m) der Brücke Berlin

01.05.03

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0°C, mittl.b-Wert- 0°C, b= 1500 K

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mittl.b-Wert10°C,10°C, b=150010°C, b =6000

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mittl.b-Wert10°C,10°C, b=1500 K10°C, b=6000 K

Bild B59: Einfluss der Referenztemperatur auf den berechneten Sättigungsgrad imBetoninneren (42 mm) und Betonrandbereich (7 mm) am Messpunkt MP2 derKaimauer Nordenham (Chloride nicht berücksichtigt)


Kaimauer Nordenham, MP4 Messtiefe 42 mm


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Mes efe 7 mmKaimauer Norde harn, MP4


01.05.03

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30.04.07



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mittl.b-Wert20°C,- 20°C, b=1500 K-20°C, b=6000 K


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0,001.05.03 30.04.05 30.04.07


0,9 Messtiefe 7 mmKaimauer Nordenham, MP4

0,8

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0,0 01.05.03 30.04.05 30.04.07

0°C, mittl.b-Wert0°C, b=1500 K0°C, b =6000 K



1,0

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30.04.07


Kaimauer Nordenham, MP40,9 Messtiefe 7 mm0,8

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10°C, mittl.b-Wert10°C, b=150010°C, b=6000

KK

01.05.03 30.04.05 30.04.07


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0° C, mittl.b-We rt0°C, b=1500 K0°C, b=6000 K

Bild B60: Einfluss der Referenztemperatur auf den berechneten Sättigungsgrad imBetoninneren (42 mm) und Betonrandbereich (7 mm) am Messpunkt MP4(Wandbereich) der Kaimauer Nordenham

80Abweichung in % Temperatur in °C

50 Abstand zur Betonoberfläche: 87 mm, 80

70 40 Referenztemperatur 20 °CGäubahntunnel, MP2

7060 30 6050 20 50

40 4010

30 0 30

20 -10 20

10 -20 10

0 -30 0

10 -40 -10b=1500 K -b=6000 K -Temperatur

20 -50 -20

50 Abweichung in

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

-50

Temperatur in °CAbstand zur Betonoberfläche: 17 mm,Referenztemperatur 20 °C Gäubahntunnel MP2

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AM' Ib= 1500 K b=6000 K-Temperatur

01.01.02 01.01.04 31.12.05 31.12.07

Abweichung in % Temperatur in °C 80

70

60

50

40

30

20

10

0

-10—Temperatur • -20

Abstand zur Betonoberfläche: 87 mm,Referenztemperatur 10 °C

01.01.02 01.01.04 31.12.05 31.12.07

Abweichung in % Temperatur in 00Abstand zur Betonoberfläche: 87 mm,Referenztemoeratur 0 °CGäubahntunnel, MP2

10

0

-10

-20

-30

-40

50

40

30

20

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

-50

Gäubahntunnel, MP2

b= 1500 K - b=6000 K

80

70

60

50

40

30

20

10

0

10b= 1500 K

-20

01.01.04 31.12.05 31.12.07

-50

01.01.02

b=6000 K -Temperatur


01.01.02 01.01.0450 Abweichung in %

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

-50 It01.01.02 01.01.04

40

30

20

10

0

31.12.05 31.12.07Temperatur in °C 80

70

60

50

40

30

20

10

0

10b=6000 K -Temperatu -20

31.12.05 31.12.07

70

60

50

40

30

20

- 10

0

10

-20

31.12.07

b=1500 K

- 10

-20

-30

-40 -

-50 01.01.02

Abstand zur Betonoberfläche: 17 mm,

Referenztemperatur 10 °C

Gäubahntunnel, MP2

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9,,am50 Abweichung in % Temperatur in °C 80

Abstand zur Betonoberfläche:Referenztemperatur 0 °CGäubahntunnel, MP2

17 mm,

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b= 1500 K

b=6000 K -Temperatu

01.01.04 31.12.05

Bild B61: Prozentuale Abweichung des berechneten Sättigungsgrades am Messpunkt MP2des Gäubahntunnels bei Wahl von extremen b-Werten ansta tt des mittleren b-Wertbei verschiedenen Referenztemperaturen von in einer Messtiefe von 17 und 87 mm

Temperatur in °CAbweichung in %Abstand zur Betonoberfläche: 67 mm,Referenztemperatur 20 °C

Hohenwarthe, MP430

20

10

0

-10 -

-20 -

-30 -

50

40

-40 f -10

80 50

70 40

60 30

50 20

40 10

30 0

20 -10

10 -20

0 -30

-40b=1500 K — b=6000 K —Temperatui

-50 2001.11.03 31.10.04 31.10.05 31.10.06 31.10.07

Temperatur in °CAbweichung in %

-40

-10b=1500 K — b-6000 K—Temperaturl

-50 i , , , , 2001.11.03 31.10.04 31.10.05 31.10.06 31.10.07

Abstand zur Betonoberfläche: 67 mm,Referenztemperatur 0 °C_Schleuse Hohenwarthe, MP4

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50

40

30

20

10

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-10

-20

-30

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60

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30

20

10

0

Seite B38 des Abschlussberichtes Nr. F 965 _ib a =

Abweichung in %Abstand zur Betonoberfläche: 67 mm,Referenztemperatur 10 °$Schleuse Hohenwarthe, MP4

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b=1500 K — b=6000 K — Temperatur

31.10.04 31.10.05 31.10.06-5001.11.03


70

60

50

40

30

20

10

0

10

20

31.10.07

Bild B62: Prozentuale Abweichung des berechneten Sättigungsgrades am MesspunktMP4 der Schleuse Hohenwarthe bei Wahl von extremen b-Werten anstatt desmittleren b-Wert in einer Messtiefe von 67 mm bei verschiedenen Referenz-temperaturen

50 Abweichung in % Temperatur in °C80 50

40 70 40

30 60 30

20 50 20

10 40 10

0 30 0

-10 20 -10

-20

-30

10

0

-20

-30

-40 10 -40

-50 20 -50

Abstand zur Betonoberfläche: 7 mm,Referenztemperatur 20 °CBrücke Berlin, MP2

WI 1111Ft

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b= 1500 K b-6000 K —Temperatur

Abstand zur Betonoberfläche: 42 mm,Referenztemperatur 20 °CBrücke Berlin, MP2

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Abweichung in %

-10b=6000 K —Temperatu

20


40

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b= 1500 K


Abstand zur Betonoberfläche:Referenztemperatur

Berlin, MP2

7 mm,10 °C

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01.05.03 30.04.0550 Abweichung in %

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20

10

0

-10

20b= 1500 K - b=6000 K —Temperat

30

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

-20

20

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-10

-20

-30

-40

01.05.03 30.04.0550 Abweichung in %

40

30

20

10

0

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-20

-30

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Abstand zur Betonoberfläche:Referenztemperatur

42 mm,10 °C

Brücke Berlin, MP2

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b= 1500 K — b=6000 K —Temperatu-50

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10

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10

20

50

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20

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30

-40

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01.05.03 30.04.0550 Abweichung in

40

30

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10

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-30

-40

-5001.05.03


30.04.07Temperatur in °CAbweichung in %

Abstand zur Betonoberfläche: 7 mm,Referenztemperatur 0-°C-- --—Brücke Berlin, MP2

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b = 1500 K — b-6000 K — Temperatur

Abstand zur Betonoberfläche: 42 mm,Referenztemperatur 0 °C-Brücke Berlin, MP2

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b= 1500 K — b=6000 K —Temperatu 1

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01.05.03 30.04.05

80

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

20


Bild B63: Prozentuale Abweichung des berechneten Sättigungsgrades am Messpunkt MP2der Brücke Berlin bei Wahl von extremen b-Werten anstatt des mittleren b-Wertin einer Messtiefe von 7 und 42 mm bei verschiedenen Referenztemperaturen

Abweichung in %

Temperatur in °CAbstand zur Betonoberfläche: 7 mm,Referenztemperatur 20 °CBrücke Berlin, MP3

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ili m►b= 1500 K b=6000 K —Temperatur

80 50

70 40

60 30

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30 0

20 -10

10 -20

0 -30

10 -40

20 -50

Abweichung in % in °CAbstand zur Betonoberfläche: 42 mm,Referenztemperatur 20 °C-------- ... .................____.—Brücke Berlin, MP3

J. R .iliikliTAILINIVi i r

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b= 1500 K — b=6000 K — Temperatur

50

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20

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80

70

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40

30

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-10

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30.04.0501.05.03

30.04.05 30.04.0701.05.03


- 10

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-50

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50 Abweichung in

0

Abstand zur Betonoberfläche: 42 mm,Referenztemperatur 10 °C-Brücke Berlin, MP3

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10

0

- 10

20

01.05.03 30.04.05 30.04.0750 Abweichung in % Temperatur in °C 80

-30

-40

0

-10K —Temperatub= 1500 K — b-6000

-50 20

Abstand zur Betonoberfläche: 42 mm,Referenztemperatur 0 °C40 70Brücke Berlin, MP3

30 60

20 50ij,'' i10 40

ll t

0 30WiffriMiliMITIirmirailtkillifik

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-20 10

80

70

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50

40

30

20

10

0

-10

-20

b= 1500 K — b=6000 K — Temperatur

Abstand zur Betonoberfläche: 7 mm,

Brücke Berlin, MP3

Abstand zur Betonoberfläche: 7 mm,Referenztemperatur 0 °C Brücke Berlin, MP3

i. .

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ordiiniirrialorr.,I^^11iii--

b= 1500 K — b=6000 K —Temperatu

Seite B40 des Abschlussberichtes Nr. F 965 __J

01.05.03

30.04.0550 Abweichung in %

40

30

20

10

0

- 10

-20

-30

-40

-50

01.05.03

30.04.05

50 Abweichung in %

40

30

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10

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-10

-20

-30

-40 -

-50 r

01.05.03



30.04.05

30.04.07

Bild B64: Prozentuale Abweichung des berechneten Sättigungsgrades am Messpunkt MP3der Brücke Berlin bei Wahl von extremen b-Werten anstatt des mittleren b-Wertin einer Messtiefe von 7 und 42 mm bei verschiedenen Referenztemperaturen

Abweichung in Temperatur in °C50OA

Abstand zur Betonoberfläche: 7 mm,Referenztemperatur 20 °CKaimauer Nordenham, MP2

20

10

0

-10

-20

-30

-40b = 1500 K -b-6000 K -Temperatur

40

30

80

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

b=1500 K - b=6000 K -Temperatu

Abweichung in % Temperatur in °C 80Abstand zur Betonoberfläche: 42 mm,Referenztemperatur 20 °CKaimauer Nordenham, MP2

0

30.04.05Abweichung in %

80 5070 4060 3050 2040 1030 020 -1010 -20

0 -30

-10 -40

20 -50 i01.05.03 30.04.07

Temperatur in °C

70

60

50

40

30

20

10

20 -50

Abstand zur Betonoberfläche:ReferenztemperaturKaimauer Nordenham,

42 mm,10 °C

MP2

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IFb=1500 K -b=6000 K --Temperatu

-10

-20

80

70

60

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30

20

10

0

-10

2030.04.07

Temperatur in°C 80

01.05.03 30.04.0550 Abweichung in %

Abstand zur Betonoberfläche: 7 mm,Referenztemperatur 0 °CKaimauer Nordenham, MP2

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70

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40

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-10-b-6000 K -Temperatu 20

-10

-20

-30

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-50 r

01.05.03 30.04.0730.04.05


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30

20

10

50 Abweichung in %30.04.05 30.04.07

Temperatur in °C

0

-10

-20

-30

-40

-50

Abstand zur Betonoberfläche: 7 mm,Referenztemperatur 10 °C-Kaimauer Nordenham, MP2

ill A

A

AM:01/hr

-b=1500 K -b=6000 K Temperatur

30.04.07Temperatur in °C 80

70

60

50

40

30

20

10

0

-10b= 1500 K - b=6000 K -Temperatu

2001.05.03

Bild B65: Prozentuale Abweichung des berechneten Sättigungsgrades am Messpunkt MP2der Kaimauer Nordenham bei Wahl von extremen b-Werten anstatt des mittlerenb-Wert in einer Messtiefe von 7 und 42 mm bei verschiedenen Referenztemperaturen

-10

-20

-30

-40 -

-50 l i

40 -

30

20

50 Abweichung in %Abstand zur Betonoberfläche: 42 mm,Referenztemperatur 0 -°C-----------------Kaimauer Nordenham, MP2

30.04.05 30.04.07

01.05.03

30.04.05

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0


70

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0

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20

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30

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10

0

-10

-20

-30

-40

-50

Abweichung inAbstand zur Betonoberfläche: 42

--Referenztemperatur 20 °CKaimauer Nordenham, MP4

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—Temperaturb=1500 K — b-6000 K

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-10

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-30

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-50

Abweichung in %30.04.07

Temperatur in °CAbstand zur Betonoberfläche:

-- Referenztemperatur 0 °CKaimauer Nordenham, MP4

42 mm,

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b=1500 K - b=6000 K — Temperatur

01.05.03 30.04.05

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-10

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01.05.03 30.04.05Abweichung in

80

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20


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70 40

60 30

50 20

40 10

30 0

20 -10

10 -20

0 -30

-10 -40

20 -50

Abstand zur Betonoberfläche: 42 mm,- Referenztemperatur 10 °C

Kaimauer Nordenham, MP4

b=1500 K — b-6000 K —Temperatu


40

30

20

50 Abweichung in % Temperatur in °C 80Abstand zur Betonoberfläche: 7 mm,Referenztemperatur 20 °CKaimauer Nordenham, MP4

70

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10

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b=1500 K — b-6000 K —Temperatu

30.04.05Abweichung in %50

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-5001.05.03 30.04.07

Temperatur in °C

-5001.05.03

Abstand zur Betonoberfläche: 7 mm,- Referenztemperatur 10 °C -

Kaimauer Nordenham, MP4

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]— Temperatub=1500 K b=6000 K

Abweichung in %30.04.05 30.04.07

Temperatur in °CAbstand zur Betonoberfläche: 7 mm,

-Referenztemperatur 0 °C----------------------- Kaimauer Nordenham, MP4

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b=1500 K — b=6000 K — Temperatur

0

-10

-20

01.05.03 30.04.05 30.04.07 01.05.03 30.04.05 30.04.07Bild B66: Prozentuale Abweichung des berechneten Sättigungsgrades am Messpunkt MP4

der Kaimauer Nordenham bei Wahl von extremen b-Werten ansta tt des mitt lerenb-Wert in einer Messtiefe von 42 mm bei verschiedenen Referenztemperaturen

berechneter Sättigungsgrad Betontemperatur in °C1,0

0,9

0,8

0,7

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0,5

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0,0

Sättigung Atmosphärendruck Beton Schleuse HohenwartheSättigung 95 % r.F.

n...,.., Sättigun^ 86 % r_F. — ^ . _

-- 17 mm27 mm

22mm—82 mm

Betontemperatur 87 mmBetontemperatur 7 mm

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30

25

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Beton Hohenwarthe_.

Sättigung Atmosphärendruck..._, _.,^^

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^ Sättigung 95 % r.F.

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ättigung 86% r.F. ^

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Temperatur in °Cberechneter Sättigungsgrad


0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Zeit in h

Bild B67: Berechneter Sättigungsgrad während des Temperaturzyklussesbei Bestimmung des b-Wertes im trockenen Zustand für denBeton der Schleuse Hohenwarthe

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 0 2 4 6 8 1012 14 16 18 20 22 24Leit in

Bild B68: Berechneter Sättigungsgrad während des Temperaturzyklussesbei Bestimmung des b-Wertes im feuchten Zustand für denBeton der Schleuse Hohenwarthe


1 0 berechneter Sättigungsgrad Temperatur in °C 30

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

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0,3

0,2

0,1

0,0

Beton Gäubahntunnel5attigung Atmospharendruck

Sättigung 95 % r.F.

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NEW Säitigung 8; °^^'^^MIL ^

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Zeit in

Bild B69: Berechneter Sättigungsgrad während des Temperaturzyklussesbei Bestimmung des b-Wertes im trockenen Zustand für denBeton des Gäubahntunnels

1 0 berechneter SättigungsgradBeton Gäubahntunnel

Sättigung Atmosphärendruck


rSättigung 86 % r.F.

Temperatur in °C

0,5

0,4

0,3 -5

0,2 -10

0,1 - - -15

0,0 , -200 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 0 2 4 6 8 1012 14 16 18 20 22 24

f.A.

— 7mm--- 17mm

—12mm22mm

— 52 mm— Betontemperatur 7 mm

—87 mmBetontemperatur 87 mm

Zeit in h

Bild B70: Berechneter Sättigungsgrad während des Temperaturzyklussesbei Bestimmung des b-Wertes im feuchten Zustand für denBeton des Gäubahntunnels

25

20

15

10

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0

0,9

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0,6

1 0 berechneter Sättigungsgrad

0,9

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25

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Sättigung Atmosphärendruck — 12 mm22mm

— 7 mm-- 17 mm---32mm —42mm

Betontemperatur 42 mmBetontemperatur 7 mm

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- - _ -Sättigung 86 _ c F. L--

Beton Brücke Berlin, Uberbau

1,0

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0,3

0,2

0,1

0,0

Beton Brücke Berlin, Überbau Sättigung Atmosphärendruck

. . . . . . . ..- - 7, - . ,,..._^° --- 1a . Sättigung 95 % r.F. - \

CaMILV

_Sättung 86 % r.F.

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42 mm

7 mm 12- -- 17mm 22mm-- 32mm —42mm

— Betontemperatur 7 mm Betontemperatur


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-15

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Zeit in

Bild B71: Berechneter Sättigungsgrad während des Temperaturzyklussesbei Bestimmung des b-Wertes im trockenen Zustand für denÜberbaubeton der Brücke Berlin

0 2 4 6 8 1012 14 1618 20 22 24 0 2 4 6 8 1012 14 16 18 20 22 24Zeit in

Bild B72: Berechneter Sättigungsgrad während des Temperaturzyklussesbei Bestimmung des b-Wertes im feuchten Zustand für denÜberbaubeton der Brücke Berlin


1,0

0,9

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' Sättigung Atmosphärendruck

li Beton Brücke Berlin, Pfeiler r.. .

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0,0

Sättigung Atmosphärendruck — 12— 7 mm mm

87 mm

17mm 22mm---32mm —42mm

— Betontemperatur 7 mm Betontemperatur

Sättigung ° % r.F.

Sättigung 86 % r.F. - - — - — -

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Beton Brücke Berlin, Pfeiler

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Zeit in

Bild B73: Berechneter Sättigungsgrad während des Temperaturzyklussesbei Bestimmung des b-Wertes im trockenen Zustand für denPfeilerbeton der Brücke Berlin


Temperatur in °C

0,1

0,00 2 4 6 8 1012 14 1618 20 22 24 0 2 4 6 8 1012 14 16 18 20 22 24

Zeit in

Bild B74: Berechneter Sättigungsgrad während des Temperaturzyklussesbei Bestimmung des b-Wertes im feuchten Zustand für denPfeilerbeton der Brücke Berlin

1,0berechneter Sättigungsgrad

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

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0,3

0,2

0,1

0,0

Temperatur in °C30

25

20

15

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-15

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7 mm —12 mm17 mm 22 mm27 mm —42 mm

Betontemperatur 87 mm— Betontemperatur 7 mm Sä tt igung Atmosphärendruct


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Sättigung 86 % r.F. ,

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----, Beton Kaimauer Nordenham, Fende

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0,9

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0,0

Beton Kaimauer Nordenham, Fender

+-. Sättigung Atmosphärendruck

Sättigung 95 % cF. fk►... ^ 1^

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I

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20

Temperatur in °Cberechneter Sättigungsgrad

Seite B47 des Abschlussberichtes Nr. F 965 MC

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Zeit in

Bild B75: Berechneter Sättigungsgrad während des Temperaturzyklussesbei Bestimmung des b-Wertes im trockenen Zustand für denBeton im Fenderbereich der Kaimauer Nordenham

0 2 4 6 8 10 12 1416 18 20 22 24 0 2 4 6 8 1012 14 16 1820 22 24Zeit in

Bild B76: Berechneter Sättigungsgrad während des Temperaturzyklussesbei Bestimmung des b-Wertes im feuchten Zustand für denBeton im Fenderbereich der Kaimauer Nordenham

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

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0,3

0,2

0,1

— 7mm —12mm17 mm 22 mm27 mm --42 mm

Sättigung Atmosphärendruc— Betontemperatur 7 mm Betontemperatur 87 mm

Beton Kaimauer Nordenham, Fender, karbonatisiert0,0


25

20

15

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-15

-20



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25Zeit in

Bild B77: Berechneter Sättigungsgrad während des Temperaturzyklussesbei Bestimmung des b-Wertes im trockenen Zustand für denkarbonatisierten Beton im Fenderbereich der KaimauerNordenham


0,9

r2 4 6 8 10 12 1416 18 20 22 24 0 2 4 6 8 1012 14 16 1820 22 24

Zeit in

Bild B78: Berechneter Sättigungsgrad während des Temperaturzyklussesbei Bestimmung des b-Wertes im feuchten Zustand für denkarbonatisierten Beton im Fenderbereich der KaimauerNordenham

0,8

0,7

0,6

0,5

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0,3

0,2

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0,00

Beton Kaimauer Nordenham, Fender, karbonatisiertt1 1 `

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I ^

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0,9

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0,1

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Zeit in h

1 0 berechneter Sättigungsgrad-7mm -12 mm

17 mm 32 mm-42 mm -87 mm- Betontemperatur 7 mm Betontemperatur 87 mm


Sättigunc^95 % r.F. ;


Beton Kaimauer Nordenham, Wand°

- 25

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15

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-10

-15

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25

Bild B79: Berechneter Sättigungsgrad während des Temperaturzyklussesbei Bestimmung des b-Wertes im trockenen Zustand für denBeton im Wandbereich der Kaimauer Nordenham

1,0berechneter Sättigungsgrad

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,00

Bild B80: Berechneter Sättigungsgrad während des Temperaturzyklussesbei Bestimmung des b-Wertes im feuchten Zustand für denBeton im Wandbereich der Kaimauer Nordenham

87 mm

- 7 m -12 mm17mm 32mm42 mm -87 mmBetontemperatur 7 mm Betontemperatur


Sättigu2295 %r..F. /%-

'I Sättigung 86 % r.F

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Beton aimauer Norden am,_Wandbereich

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Leit in n

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Beton Randzone Frost