Wasserzementwert

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Der Wasserzementwert (kurz: w/z-Wert oder Zement-Wasser-Koeffizient ZWK) 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 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 besteht nämlich in der Regel nicht nur aus Zement, sondern es werden auch Betonzusatzstoffe wie Hüttensand, Puzzolan, Flugasche, Kalkstein, Steinkohlenflugasche oder Silikastaub dem Portlandzement beigemischt, da diese billiger sind und manchmal sogar bessere Eigenschaften haben. Diese Zusatzstoffe müssen im Gegensatz zu Betonzusatzmitteln in der Mischungsberechnung berücksichtigt werden.
Bei der Herstellung von Staumauern ist eine langsamere Erhärtung erwünscht, um die bei der chemischen Reaktion entstehende Wärmeentwicklung zu reduzieren. Erreicht wird dies durch die Zugabe von Flugasche. In Österreich wird deshalb auch der Begriff Wasserbindemittelwert verwendet. In Deutschland spricht man bei der Anrechnung von Zusatzstoffen vom äquivalenten Wasserzementwert (w/z)eq.

Zur Bestimmung des Wasserzementwerts eines fertig gemischten Betons wird der Darrversuch genutzt.

Frischbetonerhärtung[Bearbeiten]

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.[1] Dies entspricht einem w/z-Wert von 0,40. Der chemisch gebundene Anteil beträgt ca. 25 %, physikalisch werden etwa 15 % gebunden.

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.[1]

Einfluss des w/z- bzw. W/B-Werts[Bearbeiten]

Einer Mischungsberechnung für einen Beton liegen die Anforderungen des Bauvorhabens zugrunde. Die benötigte Druckfestigkeit geht aus den statischen Berechnungen und der Bemessung hervor. Weiterhin spielen dieUmwelteinwirkungen, denen das Bauteil ausgesetzt ist, eine Rolle. Für ein Bauteil, welches abwechselnd durchfeuchtet und wieder austrocknet, wird ein höherwertiger Beton benötigt, um die Dauerhaftigkeit eines durchweg trockenen Bauteils zu erreichen.

Der w/z- bzw. W/B-Wert spielt für viele Anforderungen an den Beton eine entscheidende Bedeutung.

Je höher die Belastung und die Beanspruchung des Betons, desto niedriger (dichter an 0,40) wird im Allgemeinen der w/z-Wert gewählt werden.
Für hochfeste Betone werden w/z-Werte zwischen 0,40 und 0,25 gefordert, um den Anteil an physikalisch gebundenem Wasser zu minimieren.

Wird Beton, der nach einiger Zeit beginnt anzusteifen, durch die zusätzliche Beimischung von Wasser wieder verflüssigt, so hat dies negative Auswirkungen auf die Betonqualität und kann zu Schäden an den Bauteilen führen.

Um den Wasserzementwert beim manuellen Anmischen von Beton sicher einhalten zu können, wird zunächst Wasser und Zement im richtigen Verhältnis in das Mischgefäß gegeben. Erst anschließend werden die Zuschläge dosiert hinzugefügt, bis die gewünschte Konsistenz erreicht ist.[2]

Der Wert ist größer als festgelegt[Bearbeiten]

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:
  • Das Schwinden des Betons erhöht sich aufgrund der Verdunstung des Überschusswassers. Beim Schwinden verkürzt sich ein Betonbauteil, was unter Umständen zu Rissen führen kann.

Der Wert ist kleiner als festgelegt[Bearbeiten]

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.
  • Der Beton ist steifer und somit gegebenenfalls schlechter verarbeitbar. Es besteht die Gefahr, daß Bewehrungsstahl vom Beton nicht vollständig umschlossen wird.

Maximaler Wasserzementwert[Bearbeiten]

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: [1]
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[Bearbeiten]

Deutschland[Bearbeiten]

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

Für Betone, die neben Zement auch Betonzusatzstoffe 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.[3]

(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.[3] Die Massen sind dabei immer bezogen auf 1 m³ verdichteten Frischbeton.

Literatur[Bearbeiten]

  •  Günter Neroth, Dieter Vollenschaar (Hrsg.): Wendehorst Baustoffkunde: Grundlagen – Baustoffe – Oberflächenschutz. 27. Auflage. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2011, ISBN 9783835102255.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c „Zement-Merkblatt“ der BetonMarketing Deutschland GmbH (PDF; 223 kB). Abgerufen am 4. Januar 2012
  2. [1] des Betonmarketing Österreich
  3. a b DIN 1045-2:2008-08 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton — Teil 2: Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität, S. 23 – 27