Wasserzementwert

Der Wasserzementwert (kurz: w/z-Wert) bzw. der Wasserbindemittelwert (kurz: W/B-Wert) ist ein Kennwert für Baustoffe mit hydraulischem Bindemittel. Der Wert beschreibt das Verhältnis zwischen der Masse des Anmachwassers und der Masse des Bindemittels, bezogen auf 1 m³ einer (verdichteten) Mischung. Insbesondere in der Betonherstellung ist er von hoher Bedeutung. Ein zu hoher oder zu niedrigerer Wert verschlechtert die Eigenschaften eines Betons. Vor allem die Druckfestigkeit nimmt ab, wenn der in der Mischungsberechnung zugrunde gelegte Wert nicht eingehalten wird.

Heutzutage ist die Bezeichnung Wasserbindemittelwert unter Umständen treffender als Wasserzementwert. Das Bindemittel eines hochfesten Betons besteht nämlich nicht nur aus Zement, sondern es werden auch Betonzusatzstoffe wie Steinkohlenflugasche oder Silikastaub beigemischt um die geforderten hohen Festigkeiten zu erreichen. Diese Zusatzstoffe müssen im Gegensatz zu Betonzusatzmitteln in der Mischungsberechnung berücksichtigt werden.

In Österreich wird deshalb auch der Begriff Wasserbindemittelwert verwendet. In Deutschland spricht man bei der Anrechnung von Zusatzstoffen vom äquivalenten Wasserzementwert.

Frischbetonerhärtung

Eine Mischung aus Zement und Wasser bildet den sogenannten Zementleim, der während des Abbindens zum Zementstein erhärtet und dabei die Zuschlagstoffe (die Gesteinskörnung) des Betons fest miteinander verbindet. Bei dieser Erhärtung des Frischbetons durch Hydratation wird ein gewisser Teil des zugegebenen Wassers für die chemische Reaktion benötigt. Ein typischer Zement kann dabei chemisch und physikalisch eine Wassermenge von rund 40 % seiner Masse binden. Dies entspricht einem w/z-Wert von 0,40.

Ist der Wasseranteil (und damit der w/z-Wert) eines Frischebetons höher, kann das zugegebene Wasser nicht vollständig gebunden werden. Das Überschusswasser hinterlässt verästelte, saugfähige (Kapillar-) Poren.

Einfluss des w/z- bzw. W/B-Werts

Einer Mischungsberechnung für einen Beton liegen immer die Anforderungen aus dem Bauvorhaben zugrunde. Diese bestehen zum einen aus der benötigten Druckfestigkeit, die aus den statischen Berechnungen und der Bemessung hervorgeht. Zum anderen sind die Umwelteinwirkungen, denen das Bauteil ausgesetzt ist, von Entscheidung. Zum Beispiel hat ein Bauteil, dass wechselnd nass und trocken ist, eine höhere Anforderung an den Beton, um eine gleiche Dauerhaftigkeit zu erhalten, wie ein Bauteil, dass immer trocken ist.

Die Betonmischung wird auf eben diese Anforderungen „eingestellt“ und dabei wird auch ein w/z- bzw. W/B-Wert festgelegt, damit der Beton die gewünschten Eigenschaften aufweist.

Auf Grund dessen kann man nicht pauschal sagen, dass ein w/z-Wert von 0,65 „schlecht“ ist. Es kommt immer auf die Anforderungen an den Beton an.
„Gut“ ist deshalb der Wert, der im Zuge der Berechnung festgelegt wurde. Allgemein gilt aber: Je höher die Beanspruchung, desto niedriger (dichter an 0,40) muss der w/z-Wert sein.

Wird dieser Wert z.B. nachträglich auf der Baustelle verändert, hat dies in den meisten Fällen negative Auswirkungen auf die Betonqualität und führt auf Dauer oft zu Schäden an den Bauteilen.
Die Veränderung kann z.B. beim „länger machen“ des Betons auftreten, wenn der Beton schon zu steif ist und zusätzlich Wasser beigemischt wird um das teurere Fließmittel zu sparen. Oder aber auch wenn großflächige Bauteile, wie Bodenplatten und Decken, bei starkem Regen betoniert werden.

Der Wert ist größer als festgelegt

Folgen für das Betonbauteil sind:

• Es entstehen mehr und größere Poren als erwartet. Die Poren im Beton setzen die Druckfestigkeit herab.
• Die Kapillarität des erhärteten Betons nimmt zu. Der Beton kann durch die Kapillarporen mehr Wasser aufnehmen als erwartet, bzw. Wasser und andere chemische Verbindungen wie Chloride, können tiefer in den Beton eindringen. Folgen sind:
  • Die Frostempfindlichkeit nimmt zu. Abplatzungen beeinträchtigen die Dauerhaftigkeit.
  • Der Bewehrungsstahl ist nicht mehr vor Korrosion (Rost) geschützt, falls das Wasser vollständig durch die Betonüberdeckung dringen kann. Die Tragfähigkeit nimmt mit zunehmender Korrosion ab.
• Ein erhöhtes Schwinden des Betons durch die Verdunstung von Überschusswasser. Beim Schwinden verkürzt sich ein Betonbauteil, was unter Umständen zu Rissen führen kann. Dadurch kann wieder Wasser eindringen, was die gleichen Folgen wie die erhöhte Kapillarität nach sich zieht.

Der Wert ist kleiner als festgelegt

Folgen für das Betonbauteil sind:

• Die zur vollständigen Hydratation des Zements benötigten Wassermenge wird nicht bereitgestellt. Dadurch erhärtet nicht das gesamte Bindemittel und die erwartete Druckfestigkeit wird nicht erreicht.

Maximaler Wasserzementwert

In der nachfolgenden Tabelle werden die maximal zulässigen Wasserzementwerte für ausgewählte Umwelteinwirkungen (Expositionsklassen) dargestellt.

max. w/z für ausgewählte Expositionsklassen nach DIN 1045
zusammengestellt nach:

Expositions- klassen	Beschreibung der Einwirkung	max. w/z
XC1	trocken oder ständig nass	0,75
XC2	nass, selten trocken
XC3	mäßige Feuchte	0,65
XC4	wechselnd nass und trocken	0,60
XF1	mäßige Wassersättigung ohne Taumittel
XA1	chemisch schwach angreifende Umgebung
XD1	mäßige Feuchte (Chlorideinfluss) (ausgenommen Meerwasser)	0,55
XS1	salzhaltige Luft, kein unmittelbarer Kontakt mit Meerwasser
XM1	mäßige Verschleißbeanspruchung
XD2	nass, selten trocken (Chlorideinfluss) (ausgenommen Meerwasser)	0,50
XS2	unter Wasser (Meerwasser)
XF2, XF3, XF4	Frostangriff bei mäßiger bis hoher Wassersättigung mit oder ohne Taumittel oder Meerwasser
XA2	chemisch mäßig angreifende Umgebung und Meeresbauwerke
XD3	Wechselnd nass und trocken (Chlorideinfluss) (ausgenommen Meerwasser)	0,45
XS3, XA3	Tidebereiche, Spritzwasser- und Sprühnebelbereiche, chemisch stark angreifende Umgebung
XM2, XM3	schwere bis extreme Verschleißbeanspruchung

Normung

Deutschland

In Deutschland regelt die Norm DIN 1045-2 – neben allgemeinen Festlegungen, Herstellungsanforderungen usw. – die Eigenschaften von Beton.

Für Betone, die neben Zement auch Betonzusatzmittel enthalten, wird vom äquivalenten Wasserzementwert $(w/z)_{eq}$ gesprochen. Der sogenannte „$k$-Wert-Ansatz“ ermöglicht es dabei die Anteile von Flugasche und Silikastaub auf den Zementgehalt anzurechnen.

$(w/z)_{eq}={\frac {w}{z+k_{f}\cdot f+k_{s}\cdot s}}$

Dabei ist $w$ die Masse des Wassers, $z$ die Masse des Zements, $k_{f}$ und $k_{s}$ die $k$-Werte, sowie $f$ und $s$ jeweils die Masse der Flugasche bzw. des Silikastaubs. Die Massen sind dabei immer bezogen auf 1 m³ verdichteten Frischbeton.

Literatur

• Günter Neroth, Dieter Vollenschaar (Hrsg.): Wendehorst Baustoffkunde: Grundlagen – Baustoffe – Oberflächenschutz. 27. Auflage. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2011, ISBN 978-3-8351-0225-5.