Untersuchungen zur Prüfung des Frost-Tausalz-Widerstandes von Beton mit dem modifiziertem CDF-Verfahren XF2

Dipl.-Ing. Charlotte Thiel
Förderer: BMVBS / BASt

Eine Bewertung für Betone, die den Anforderungen der Expositionsklasse XF2 (mäßige Wassersättigung bei gleichzeitigem Angriff von Taumitteln) genügen sollen, war bisher nur nach dem deskriptiven Konzept möglich. Um den Frost-Tausalz-Widerstand von Betonen in dieser Expositionsklasse durch ein Laborprüfverfahren nachweisen zu können, wurde in den letzten Jahren das modifizierte CDF-Verfahren (XF2) entwickelt, das einen abgeschwächten Frost-Tausalz-Angriff gemäß XF2-Exposition erzeugt und eine Beurteilung des Frost-Tausalz-Widerstandes bei mäßiger Sättigung zulässt [1]. Hierbei wird bei gleicher Abkühlrate wie beim bekannten CDF-Verfahren für die Exposition XF4 die Minimaltemperatur von -20° C auf -10° C angehoben und die Prüfdauer von 28 auf 14 Frost-Tau-Wechsel verkürzt. Aufgrund der geringen Datenbasis war es bisher nicht möglich ein Abnahmekriterium festzulegen, mit dem für die Expositionsklasse XF2 geeignete Betonzusammensetzungen zuverlässig von ungeeigneten unterschieden werden können. Auch konnte das Prüfverfahren für eine Validierung noch nicht ausreichend charakterisiert werden. Eine Validierung des Prüfverfahrens würde es ermöglichen, Betonmischungen auch in der Expositionsklasse XF2 zu bewerten. Die Ziele des Forschungsvorhabens waren deshalb, eine Empfehlung für ein an der Praxis orientiertes Abnahmekriterium zu geben und das modifizierte CDF-Verfahren (XF2) zu validieren.
Da eine Bewertung des Frost-Tausalz-Widerstands über ein Laborprüfverfahren nur dann möglich ist, wenn ein an der Praxis orientierter Grenzwert vorliegt, wurde auf Basis der Prüfung von 17 verschiedenen Betonezepturen eine Empfehlung für ein Abnahmekriterium von 1000 g/m² mittlerer aufsummierter Abwitterung nach 14 Frost-Tau-Wechseln gegeben. Dieses Kriterium gilt nur für die untersuchten Betone, die bis auf die Mindestdruckfestigkeit die Anforderungen an die DIN-Normen erfüllen.
Um die Prüfstreuung des modifizierten CDF-Verfahrens (XF2) zu beurteilen und damit die Qualität des Prüfverfahrens abschätzen zu können, wurden die Präzisionsdaten in Anlehnung an DIN ISO 5725 ermittelt. Die Präzision ist ein wichtiges Kriterium für die Qualität eines Prüfverfahrens. Die Wiederholpräzision wurde am cbm der TU München durch die Prüfung von 29 Betonen mit 17 verschiedenen Zusammensetzungen bestimmt. Bei einer mittleren Abwitterung von 1500 g/m² lag die Wiederholpräzision mit rund 13% leicht über der Wiederholpräzision, die für das bereits bekannte CDF-Verfahren [2] ermittelt wurde. Für eine mittlere aufsummierte Abwitterung von 1000 g/m² ergibt sich ein Variationskoeffizient von 13,9%.
Die Präzision unter Zwischenbedingungen umfasst den Einfluss aus der Betoncharge (Zeit) sowie aus unterschiedlichen Bearbeitern und Prüfgeräten. Die in diesem Forschungsvorhaben durchgeführten Untersuchungen zeigten mit einem Variationskoeffizienten von 18% bei einer mittleren Abwitterung von 1000 g/m² eine verhältnismäßig geringe Streuung der Prüfergebnisse unter Zwischenbedingungen. Die Vergleichpräzision gibt das Maximum der Streuung an. Sie wird durch Messungen unter veränderlichen Bedingungen (verschiedenen Labors, verschiedenen Bearbeiter und verschiedene Geräteausstattung) ermittelt. Zur Bestimmung der Vergleichpräzision wurde ein Ringversuch durchgeführt, an dem sich fünf deutsche Institute beteiligten. Untersucht wurden drei Betone, die sich deutlich in ihrem Frost-Tausalz-Widerstand unterschieden. Die Betonqualitäten konnten eindeutig voneinander unterschieden werden. Alle Institute ermittelten für jeden Beton eine Steigung im Abwitterungsverlauf, die der erwarteten Schädigung entsprach. Bei einer mittleren Abwitterung von 1000 g/m² ergab sich ein Variationskoeffizient unter Vergleichbedingungen von 26%.

[1] Setzer, M.J., Schieß,l P., Palecki, S., Brandes, C., Keck, H. J.: Entwicklung eines Prüfverfahrens nach dem Performance Concept für Betone in der Expositionsklasse XF2, Bundesanstalt für Straßenwesen, Heft B 56, 2007
[2] Bundesanstalt für Wasserbau: BAW-Merkblatt „Frostprüfung“. Stand: Dezember 2004