Das Problem:

Ca(OH)²+CO²+H²O CaCO³+2H²O - Beton, Teil 3

von:
Beton GaLaBau

111. FOLGE

Unsere Serie für den Nachwuchs erläutert das wichtigste GaLaBau-Grundlagenwissen vom Abstecken bis zum Zaunbau: Diesmal geht es um das Thema Beton.

Ausblühungen" - der Schrecken aller Bauhandwerker, uns Landschaftsgärtner einbezogen. Woher kommt dieser "Kram" eigentlich und wie kann man seiner Herr werden?

"Ausblühungen" werden Kalkschleier und krustenartige Kalkablagerungen auf frei durch Witterungseinflüsse zugängliche Beton-, Naturstein- und Klinkeroberflächen genannt. Hauptsächlich treten sie im jungen Alter der betroffenen Oberflächen auf. Ausblühungen können je nach Materialzusammensetzung und den örtlichen Feuchtigkeitsverhältnissen nach einiger Zeit abklingen oder sehr dauerhaft sein und sich in seltenen Fällen auch zu krustenartigen Ablagerungen aufbauen. Sie beeinträchtigen die technischen Eigenschaften des Bauteils oder Bauwerks nicht. Schön aussehen geht anders! Sofern das Aussehen der Flächen architektonisch relevant ist, müssen Präventionsmaßnahmen frühzeitig entschieden und geplant werden. Ich werde versuchen in diesem Artikel die Ursachen von Ausblühungen und Maßnahmen zur Prävention vorzustellen und zu erläutern.

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Beton GaLaBau
Grafik: Uwe Bienert

Hier blüht uns was

Wie oben bereits angedeutet sind Ausblühungen weiße, schleierartige bis fleckige Beläge auf verschiedenen steinigen Oberflächen. Sie können vor allem im trockenen Zustand die Farbe verändern und damit das Erscheinungsbild und Aussehen von sichtbaren Oberflächen beeinträchtigen. Ausblühungen haben keinen Einfluss auf die Festigkeit und Dauerhaftigkeit und damit auf die Gebrauchseigenschaften des jeweiligen Bauwerkes. Ausblühungen an Ortbetonbauteilen und Fertigteilen u. a. können in entsprechend feuchter Umgebung nicht zielsicher vermieden, sondern lediglich durch Bauwerksplanung und Ausführung in Grenzen beeinflusst werden. Ausblühungen auf Betonoberflächen sind in der Regel Abscheidungen von in Wasser schwer löslichem Calciumcarbonat.

Nicht jedermanns Sache: die Chemie der Ausblühungen

Hauptsächlich treffen wir die Ausblühungen in Zusammenhang mit Beton an (Betonteile, Pflaster, Sichtbeton usw.) Bei anderen Baustoffen kommen Ausblühungen erst dann vor, wenn Mörtel oder Beton mit im Spiel ist. In beiden Baustoffen ist der Übeltäter der Zement.

Nach Wasserzugabe beginnt Zement zu reagieren. Die Reaktion der wesentlichen Zementbestandteile, der Calciumsilikate, mit Wasser führt zu den festigkeitsbildenden Calciumsilikathydraten. Dabei wird Calciumhydroxid Ca(OH)² freigesetzt. Calciumhydroxid ist ein wasserlösliches Mineral, dessen Löslichkeit mit weniger als 2 g/l Wasser nicht besonders hoch, aber trotzdem beachtet werden sollte. Im erhärteten Beton liegt es gelöst im Porenwasser im Betongefüge vor. Dieses im Porenwasser gelöste Calciumhydroxid stellt einen pH-Wert > 12 sicher und gewährleistet den dauerhaften Korrosionsschutz des Bewehrungsstahls. Bei Kontakt mit dem natürlichen Kohlendioxid in der Luft bildet sich aus dem Calciumhydroxid wasserunlösliches Calciumcarbonat (Ca(OH)² + CO² + H²O CaCO³ + 2H²O). Da es wasserunlöslich ist, kristallisiert dieses Calciumcarbonat direkt an der Betonoberfläche als weißes Mineral aus. Das bei der Reaktion frei gewordene Wasser kann aus dem Betongefüge neues Calciumhydroxid lösen und die Reaktion wiederholt sich, bis das Reaktionsprodukt Calciumcarbonat an der Betonoberfläche. Und Bingo - Ausblühungen! Die Reaktion des Calciumhydroxids mit dem Kohlendioxid aus der Luft findet in jedem Betonbauteil statt und ist unter dem Begriff der Carbonatisierung des Betons bekannt.

Beton GaLaBau
Grafik: Uwe Bienert

Die Bildung des Calciumcarbonats im Porenwasser von Zementstein wird wesentlich beeinflusst durch

  • den Feuchtegehalt des Festbetons,
  • die Kontaktfläche des Betons mit der umgebenden Luft,
  • die Temperatur des Porenwassers und
  • die Temperaturdifferenz zwischen Kern und Rand im feuchten Beton.

Entsteht das Calciumcarbonat (CaCO3) vornehmlich an der Betonoberfläche, bilden sich nach der Wasserverdunstung die sogenannten Ausblühungen. Schreitet die Carbonatisierung im Laufe der Zeit ins Innere der Betonrandzone fort, bildet sich das jeweils entstehende Calciumcarbonat im Inneren des Betonkörpers und ist nicht als Ausblühung sichtbar. Trocknet der Beton an der Oberfläche aus, werden die Lösungs- und Diffusionsvorgänge unterbrochen und die Ausblühungsreaktion kommt bis zur nächsten Durchfeuchtung zum Stillstand. Es können sich keine neuen Ausblühungen an der Oberfläche bilden. Wird bereits ausgetrockneter Beton, insbesondere im frühen Alter, wieder vollständig durchfeuchtet, so kann sich wieder Calciumcarbonat abscheiden und als Ausblühung abzeichnen. Die Ausbildung von Ausblühungen wird verstärkt, wenn sich auf horizontalen Betonflächen Wasserlachen bilden und überschüssiges Wasser über vertikale oder geneigte Flächen abfließt.

Was sagt uns das fürs Leben?

Ausblühungen als Ablagerungen von Calciumcarbonat an der Materialoberfläche werden insbesondere an dunkelgrauen und mit Pigmenten eingefärbten Oberflächen sichtbar, wenn sich im Mittel mehr als 3 bis 4 mg CaCO3/cm Oberfläche ablagern. In Abhängigkeit von der Menge des abgelagerten Calciumcarbonats und den eingeschlossenen Verunreinigungen, zum Beispiel Staub, variiert die Farbe von reinweiß bis weißgrau. Auf farbigen Betonoberflächen sind bereits wesentlich geringere Ablagerungsmengen an Calciumcarbonat sichtbar. Damit werden Ausblühungen an hochwertigen eingefärbten Sichtbetonbauteilen zu einem ernsten optischen Problem. Ein längerer Regenschauer oder das mehrfache Auftreten morgendlichen Tauwassers genügt, um Sichtbetonflächen erheblich zu beeinträchtigen. Die Ausgangshelligkeit und die Farbe des Betons beeinflussen wesentlich die Erkennbarkeit, Auffälligkeit oder gar die Störwirkung der Ausblühungen. Insbesondere bei dunklen und eingefärbten Betonen werden Ausblühungen früher und stärker wahrgenommen. Ausblühungen sind nicht vollständig vermeidbar. Die im Beton verwendete Zementart hat nur einen geringen Einfluss auf die Ausblühneigung.

Ausblühungen werden immer dann begünstigt, wenn

  • flüssiges Wasser auf Flächen aus jungem Beton gelangt oder sich dort bildet (z. B. Regen, Nassnachbehandlung, Tau oder Kondenswasser an aufliegenden Folien) oder aufstehendes Wasser an vertikalen oder geneigten Flächen aus jungem Beton an bevorzugten Bahnen abläuft (z. B. aus Schalungsankerlöchern, Abfluss von Wasser von der Wandkrone). Das Oberflächenwasser steht in direktem Kontakt mit dem Porenwasser des frischen Betons und besitzt einen Überschuss an Calciumhydroxid. Besonders lösungsintensiv für das Calciumhydroxid im Beton ist Regen- und Tauwasser, da diese Wässer noch keinen oder nur einen geringen gelösten Mineralgehalt haben.
  • Frische Betonwaren, insbesondere bei tieferen Temperaturen, nicht über die Gesamtoberfläche, sondern nur über Teilflächen austrocknen. Demzufolge ist bei kühler Witterung (z. B. im Winterhalbjahr) verstärkt mit Ausblühungen zu rechnen, da Calciumhydroxid gegenüber anderen wasserlöslichen Mineralien eine Anomalie aufweist: Es löst sich in kaltem Wasser besser als in warmem.
  • An ausgewählten Stellen des Betonbauwerks (z. B. Verdichtungsporen, Risse) ständig Porenwasser mit gelöstem Calciumhydroxid verdunstet, das im physikalischen Feuchtigkeitsausgleich aus dem Inneren des Bauteils nachgeliefert wird. Die ständige Verdunstung von Feuchtigkeit an exponierten Stellen ist in der Regel nur möglich, wenn dem Betonbauwerk laufend neue Feuchte zur Verfügung steht (unzureichende Wasserführung an der Betonoberfläche, aufsteigende Feuchte, mangelnde Dichte des Betonkörpers).
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Grafik: Uwe Bienert

Die Neigung von Betonoberflächen zu Ausblühungen kann gemindert oder vollständig vermieden werden, wenn

  • die äußerste Oberfläche der Betonbauteile carbonatisiert ist. In der carbonatisierten oberflächennahen Betonschicht ist kein reaktionsfähiges Calciumhydroxid mehr enthalten, auftreffendes Wasser kann also kein Calciumhydroxid mehr lösen. Das Kohlendioxid der Luft dringt sehr langsam über Befeuchtungs- und Austrocknungsvorgänge ins tiefere Betongefüge ein und trifft erst dort auf reaktionsfähiges Calciumhydroxid. So treten keine sichtbaren Ausblühungen mehr auf.
  • Der Transport von Feuchte aus dem Betonkörper an die Oberfläche durch eine hohe Dichte des Zementsteins eingeschränkt wird. Die Dichtigkeit eines Betons gegen den Transport von Wasser durch das Porengefüge wird durch unterschiedliche Faktoren beeinflusst. Vollständig verdichtete Betone mit kleinen w/z-Werten sind im Allgemeinen dichter als solche mit hohen w/z-Werten. Da die Druckfestigkeit mittelbar auch vom w/z-Wert abhängt, kann gefolgert werden, dass auch Betone mit hohen Druckfestigkeiten tendenziell dichter sind als solche mit niedrigeren Druckfestigkeiten.
  • Die Durchfeuchtung von Betonkörpern mit anstehender Feuchte durch eine entsprechend wirksame Hydrophobierung oder Lasur der Oberfläche eingeschränkt wird.

Vorbeugen ist besser als nach hinten fallen

Vorbeugend können die nachfolgenden stofflichen, technologischen und konstruktiven Maßnahmen, evtl. auch in Kombination, angewendet werden.

Dabei ist Folgendes zu beachten:

  • Konstruktiv ist darauf zu achten, dass wenig Niederschlagswasser in Kontakt mit den betroffenen Flächen kommt. Wasser darf vor allem nicht auf oder über Sichtbetonflächen abgeleitet werden oder regelmäßig unkontrolliert über Sichtbetonflächen fließen. Ist eine Wasserführung auf Sichtbetonoberflächen unvermeidbar, kann ein entsprechender Oberflächenschutz durch Hydrophobierung oder Lasur ein Lösungsweg sein. Dies trifft in erster Linie für den Bau von Mauern zu. Beim Wegebau wäre eine schnelle Entwässerung der Fläche ein geeignetes Mittel des konstruktiven Schutzes.
  • Was für die Planung gilt, gilt verstärkt auch für den Baubetrieb: gerade junge Sichtbetonflächen neigen verstärkt zur Bildung von Ausblühungen und Kalkschleiern. Im praktischen Baualltag erscheint es zunächst oft nahezu unmöglich, die Sichtbetonflächen beim Rohbau wirksam gegen eindringendes Regenwasser zu schützen. Bei genauerer Überlegung genügen meist jedoch etwas Umsicht, Kontrolle und wenige zusätzliche Maßnahmen der provisorischen Abdichtung oder Ableitung des Regenwassers, um hochwertige Sichtbetonflächen wirksam gegen einen zu frühen Kontakt mit dem weichen Regenwasser zu schützen.
  • Alle Flächen aus mit Pigmenten eingefärbten Betonen, deren Zielfarbe nicht der Farbpalette zwischen Weiß und Mittelgrau entspricht, können möglichst rasch nach dem Ausschalen mit einem geeigneten Lasursystem geschützt werden.
  • Teilweise verschlechtert sich die durch erhöhte Aufwendungen hergestellte Sichtbetonqualität an Außenflächen mit der Zeit durch Witterungseinflüsse, Verschmutzung und organische Besiedlungen. Eine Lasur kann das herstellungsgemäße Aussehen von Sichtbetonflächen für lange Zeit konservieren, ohne den baustoffidentischen Charakter der Flächen zu beeinträchtigen.
  • Bei der Herstellung von Sichtbetonwänden sollte der Spalt zwischen Schalung und Beton zum Schutz gegen Niederschlagswasser abgedeckt, im Nachbarbereich auftreffendes Regenwasser vom Sichtbeton weggeführt werden.
  • Sichtbetonwände sollten nicht vor oder während stärkerer Niederschläge entschalt werden.
  • Betonoberflächen von Fertigteilen und Betonwaren ist zusätzlich Folgendes zu beachten:
  • Betonfertigteile und Betonwaren dürfen in den ersten Tagen nach der Herstellung nicht zu dicht gestapelt werden und nicht mit Nachbehandlungs- oder Niederschlagwasser in Berührung kommen. Es empfiehlt sich, sie mit Folien oder schwach feuchten Matten abzudecken.
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Grafik: Uwe Bienert

Und wenn's doch mal passiert ist?

Sind insbesondere an Sichtbetonflächen und Betonwaren Ausblühungen aufgetreten, sollte man den Beton zunächst trocknen lassen. Bei einem geringen Belag aus Calciumcarbonat und Bewitterung bekommt die Fläche nach einiger Zeit oft von allein wieder ein gleichmäßiges Aussehen. Insbesondere an farbigen Platten auf Fußwegen entwickeln sich Ausblühungen auf der Oberfläche mit der Zeit immer langsamer und werden durch Witterung und Verkehrsbelastung abgetragen. Auch für solche Flächen gilt, dass die Neigung zu Ausblühungen mit der Reife, also dem Alter des Betons bei der Auslagerung in die Witterung abnimmt. Befriedigt das Aussehen der Fläche auch später nicht, können die Ausblühungen durch eine Behandlung mit stark verdünnter Säure (z. B. 1 %-ige Zitronensäure oder 10 %-ige Phosphorsäure) oder anderen geeigneten Mitteln (z. B. Zementschleierentferner) bzw. durch hydromechanische Verfahren entfernt oder gemildert werden.

Vor einer Behandlung mit verdünnter Säure ist die Fläche gut vorzunässen und danach mit Wasser gründlich abzuspülen, damit keine Säure in das tiefere Betongefüge eindringt oder länger auf der Oberfläche verbleibt, als für die Reinigung erforderlich ist. Säurebehandlungen im Freien sollen bei möglichst moderaten Wetterbedingungen (bedeckter Himmel, windstilles Wetter, Temperatur 10 °C bis 20 °C) und zügig ohne unnötige Unterbrechungen durchgeführt werden, damit Farbunterschiede durch ungleiches Abtrocknen möglichst vermieden werden. Auch wenn die zu entfernenden Ausblühungen nur partiell auf den Flächen vorhanden sind, wird eine Säureanwendung zur Erzielung eines möglichst gleichmäßigen Aussehens auf der gesamten Fläche fast immer erforderlich werden. Durch eine Beseitigung der Ausblühungen wird nicht in jedem Falle eine vollkommen gleichmäßige Fläche erzielt. Insbesondere können nach der Bearbeitung deutliche Unterschiede in der Oberflächentextur, der Farbtönung oder im Glanzgrad zu umgebenden oder unbehandelten Flächen auftreten. Uwe Bienert

"Und täglich grüßt der Kantenstein"

Quellen:

Lamprecht, H.-O., Opus Caementitium - Die Bautechnik der Römer (Verlag Bau+Technik GmbH, Düsseldorf); DIN EN 197-1 Zement - Teil 1: Zusammensetzung, Anforderungen und Konformitätskriterien von Normalzement; DIN EN 12620 Gesteinskörnungen für Beton - Normale und schwere Gesteinskörnungen; DIN EN 1992 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken; DIN EN 206 Beton: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität; DIN 1045-2 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton - Teil 2: Beton - Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität - Anwendungsregeln zu DIN EN 206 Zement-Merkblätter und Schriftenreihe der Deutschen Zementindustrie.

 Uwe Bienert
Autor

Landschaftsgärtner-Meister und Ausbilder

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