Wie RDP dazu beiträgt, Schrumpfrisse in Fugenmassen zu verhindern

Grundlagen der Schrumpfrissbildung in zementbasierten Fugenmassen

Was verursacht Schrumpfrisse in Beton und Mörteln?

Wenn zementbasierte Materialien während des Hydratationsprozesses und beim Austrocknen um 15 bis 20 Prozent schrumpfen, neigen sie dazu, Schwindrisse zu bilden. Eine 2023 von der National Ready Mixed Concrete Association veröffentlichte Studie weist auf etwas Beunruhigendes hin: Fast drei Viertel der frühen Ausfälle bei Fugenmassen sind tatsächlich auf unkontrollierten Trocknungsschwind zurückzuführen. Mehrere Faktoren tragen zu diesem Problem bei. Erstens haben dünne Fugen im Verhältnis zu ihrem Volumen eine größere Oberfläche, wodurch die Feuchtigkeit einfach zu schnell entweicht. Dann ist da der Wassergehalt. Mischungen mit mehr als 0,45 Teilen Wasser pro Teil Zement erzeugen innere Spannungen während der Aushärtung. Und auch die Korngrößenverteilung der Zuschlagstoffe darf nicht vergessen werden. Wenn die Zuschlagstoffe nicht richtig abgestimmt sind, steigt das Pastenschrumpfen um 30 bis 40 Prozent gegenüber gut ausbalancierten Mischungen.

Die Rolle von Feuchtigkeitsverlust und Temperaturschwankungen beim Trocknungsschwind

Verdunstungsraten, die während der ersten 72 Stunden – dem kritischen Aushärtungszeitraum – 0,5 kg/m²/Stunde überschreiten, vervierfachen das Rissrisiko. Temperaturschwankungen von mehr als 15 °C innerhalb von 24 Stunden verstärken Schrumpfspannungen durch unterschiedliche thermische Ausdehnung: Oberflächenschichten ziehen sich um 0,01 % pro 10 °C Abkühlung zusammen, während tiefere Bereiche wärmer bleiben, wodurch Scherbruchebenen entstehen, an denen Risse entstehen.

Häufige Schäden aufgrund falscher Mischverhältnisse und unzureichender Aushärtung

Laut dem American Concrete Institute (2022) sind bei 62 % der schrumpfbedingten Fugenversagen folgende Faktoren beteiligt:

Eine vorzeitige Belastung vor Erreichen der 7-Tage-Festigkeit ist für 38 % der Rissbildungen im frühen Alter verantwortlich.

Früherkennung von Schwindrissen in Fugensystemen

Überwachen Sie folgende Anzeichen innerhalb der ersten 28 Tage:

1. Haarrisse (0,1–0,3 mm breit), die sich von Dehnungsfugen ausstrahlen
2. Unterschiedliche Oberflächenverfärbungen, die auf eine ungleichmäßige Feuchteverteilung hinweisen
3. Fugenöffnungen, die über die konstruktiven Vorgaben hinausgehen (>125 % der anfänglichen Breite)
4. Lokales Verbiegen (>3 mm Höhenunterschied über 1 m) an Plattenrändern

Durch frühzeitige Erkennung können kostengünstige Reparaturen mittels Epoxieharz-Injektion durchgeführt werden, wodurch in 89 % der Fälle ein kompletter Fugenersatz vermieden wird (Concrete Repair Institute, 2021).

Die Wissenschaft hinter RDP bei der Minderung von Trocknungsschrumpfung

Wie Polymerdispersionen die Matrixstruktur verändern

Wenn redispergierbares Polymerpulver in zementbasierte Fugenmassen eingemischt wird, entstehen flexible Polymerefilme innerhalb der ausgehärteten Materialstruktur. Diese Filme verbinden mikroskopisch kleine Risse, die während des Aushärtens durch Schrumpfvorgänge entstehen, und verteilen die Spannungen gleichmäßig über die gesamte Polymer-Zement-Mischung, anstatt dass sich Druck an bestimmten Stellen konzentriert. Laboruntersuchungen zeigen, dass mit RDP modifizierte Mörtel etwa 30 Prozent mehr Zugbelastung aushalten als herkömmliche Mischungen. Das bedeutet, dass Fugen aus diesem Material erhebliche Hin- und Herbewegungen verkraften können, ohne zu bersten – was die Haltbarkeit dieser Bauwerke vor Reparaturen deutlich erhöht.

Die Auswirkung von RDP auf die Porenstruktur und die Wasserhaltefähigkeit

Tests mit Quecksilbereindringporosimetrie haben gezeigt, dass diese Polymerfolien die kapillaren Poren um etwa 45 % reduzieren. Was bedeutet das praktisch? Wenn weniger Poren vorhanden sind, entweicht Feuchtigkeit während des Aushärtungsprozesses langsamer. Dadurch kann der Beton unter typischen Witterungsbedingungen länger feucht bleiben, wodurch sich das sogenannte kritische Aushärtungszeitfenster von etwa drei Tagen auf nahezu fünf volle Tage verlängert. Die zusätzliche Zeit ermöglicht eine bessere Durchmischung von Wasser mit Zementpartikeln und führt zu einer dichteren Matrix aus Calciumsilicathydrat-Gelen. Laut einer im vergangenen Jahr im International Cement Review veröffentlichten Studie resultiert dies in einer deutlich verringerten Trocknungsschrumpfung im Bereich von 22 % bis 28 %.

Verminderte Rissbildung in RDP-modifizierten Mörteln gemäß ASTM-Prüfung

Die Schrumpftestung nach ASTM C157/C157M zeigt, dass Mörtel mit RDP 60–80 % geringere Rissbreiten nach 90-tägigen Trockenzyklen aufweisen. Feldversuche unter zyklischen Temperaturänderungen (−5 °C bis 40 °C) belegen, dass RDP die Fugenintegrität über mehr als 500 thermische Zyklen hinweg aufrechterhält – eine dreifache Verbesserung gegenüber alleinigen schrumpfreduzierenden Zusatzmitteln.

Optimierung der RDP-Dosierung zur maximalen Schrumpfreduzierung

Eine Dosierung von 2,5–3,5 % RDP bezogen auf das Zementgewicht liefert in den meisten Fugenmörteln typischerweise die optimale Schrumpfbewegungskontrolle, wobei Anpassungen je nach Beanspruchungsbedingungen erforderlich sind:

• Frost-Tau-Zonen : 3 % RDP mit luftverwirbelnden Zusatzmitteln
• Hochbelastete Fugen : 4 % RDP in Kombination mit Celluloseethern zur verbesserten Verarbeitbarkeitsretention

Eine Überschreitung von 5 % RDP kann die Druckfestigkeit um 12–15 % verringern, was eine sorgfältige Abwägung zwischen Flexibilität und struktureller Leistung erforderlich macht.

RDP im Vergleich zu schrumpfreduzierenden Zusatzmitteln (SRAs): Wirksamkeit und Grenzen

Wirksamkeit von SRAs bei der Schrumpfbewegungskontrolle

Schwindreduzierende Zusatzmittel (SRAs) verringern das Trocknungsschwinden, indem sie die Oberflächenspannung des Wassers in zementären Mischungen senken und somit kapillare Spannungen reduzieren. Neuere Untersuchungen zeigen, dass SRAs die ungehinderte Schwinddehnung um 25 % und die behinderte Schwindkraft um 50 % in Hochleistungsbeton verringern können. Ihre Wirksamkeit hängt jedoch stark von den Umweltbedingungen und der Verträglichkeit mit der Mischung ab.

Einschränkungen von SRAs im Einsatz als Fugenfüllstoff

Obwohl SRAs einige Vorteile bieten, beeinträchtigen sie oft wichtige Eigenschaften von Fugenmassen. Bei der üblichen Dosierung von etwa 3,7 Litern pro Kubikmeter können diese Additive die Druckfestigkeit nach 28 Tagen um rund 10 Prozent verringern. Zudem verlängern sich die Erstarrungszeiten um etwa 45 Minuten, wenn sie zusammen mit Wasserrückhaltemitteln verwendet werden. Bei Fugen, die ständig durch überfahrende Fahrzeuge beansprucht werden oder wiederholten Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, machen SRAs das Material spröder. Diese erhöhte Sprödigkeit führt dazu, dass Risse bereits früher als erwartet an den Stellen auftreten, an denen sich die Fugen bewegen und biegen.

Warum RDP eine überlegene Kohäsion und Rissbeständigkeit bietet

Redispergierbares Polymerpulver (RDP) wirkt anders als SRAs, die nur auf einem einzigen Verfahren basieren. Wenn RDP zu Mörtelsystemen hinzugefügt wird, bewirkt es tatsächlich gleichzeitig drei Effekte: Es bildet ein flexibles Polymernetzwerk, verbessert die Fähigkeit der Poren, Feuchtigkeit im Material zu halten, und verstärkt die Bindung zwischen den verschiedenen Komponenten der Mischung. Da diese Effekte auf mehreren Ebenen zusammenwirken, können Fugenmassen mit RDP etwa doppelt so große Temperaturschwankungen verkraften, bevor Risse entstehen, im Vergleich zu solchen, die allein mit SRAs behandelt wurden. Praxisnahe Tests haben ergeben, dass bei Zugabe von 6 bis 8 Prozent RDP nach Gewicht in die Mörtelmischung ungefähr 60 Prozent weniger Risse in Fahrbahndeckungsfugen nach einem vollen Jahr unter normalen Bedingungen auftreten.

Konzipieren von gering schwindenden Fugenmassen mit RDP: Empfohlene Vorgehensweisen

Arbeitbarkeit und Schwindverhalten in der Mischung optimieren

Empfohlene RDP-Zugabemengen für verschiedene Beanspruchungsbedingungen

Feld­daten zeigen, dass diese Bereiche 85 % der schrumpfbedingten Ausfälle verhindern, wenn sie in Kombination mit ordnungsgemäßer Aushärtung gemäß ACI 548.3R-21-Richtlinien angewendet werden.

Erfolgreiche Feldanwendung von RDP-verstärkten Fugenmassen

Jüngste Restaurierungen historischer Mauerwerksstrukturen zeigen die Wirksamkeit von RDP, wobei modifizierte Füllstoffe die Fugenintegrität über 10 oder mehr Frost-Tau-Zyklen hinweg bewahren. Handwerker berichten von 40 % schnelleren Applikationszeiten aufgrund verbesserter Mörtelkohäsion, wodurch das Abrutschen von Material in senkrechten Fugen minimiert wird.

Wandel hin zu hochleistungsfähigen, niedrigschrumpfenden Reparaturmörteln

Die Bauindustrie priorisiert nun RDP-modifizierte Mörtel, die weniger als 12 % Trockenschrumpfung mit einer Druckfestigkeit von mindestens 25 MPa kombinieren. Diese Materialien erfüllen die EN 1504-3-Normen für strukturelle Reparaturen und vermeiden 70 % der nach der Montage üblichen Rissreparaturen, wie sie bei traditionellen zementbasierten Füllstoffen häufig auftreten.

Langzeitleistung maximieren: RDP, Aushärtung und Fugendesign

Die Bedeutung einer korrekten Aushärtung zur Verbesserung der RDP-Leistung

Damit redispersibles Polymerpulver (RDP) die Schrumpfung wirksam reduzieren kann, ist eine ordnungsgemäße Aushärtung gemäß ASTM-Normen erforderlich. Die Aufrechterhaltung eines hohen Feuchtigkeitsniveaus während der entscheidenden ersten drei Tage ermöglicht es den RDP-modifizierten Mörteln, das gewünschte starke Polymernetzwerk auszubilden. Dadurch wird der Kapillardruck um etwa 30 bis 40 Prozent gegenüber nicht ausgehärteten Standardmaterialien gesenkt. Praxiserfahrungen zeigen zudem Folgendes: Baufirmen, die Nebelbewässerung anwenden oder atmungsaktive Membranen statt herkömmlicher Methoden verwenden, verzeichnen unter den schwierigen Trockenbedingungen von 90 Grad Fahrenheit etwa nur halb so viele Mikrorisse in ihren Fugenmassen.

Optimierung von Dehnungsfugen mit RDP-modifizierten Materialien

Kann RDP mechanische Risskontrollmaßnahmen ersetzen?

RDP reduziert Schrumpfrisse erheblich, wirkt aber besonders gut in Kombination mit anderen Methoden. Für Bereiche, in denen viel gelaufen wird und der Boden Scherkräften über 500 psi ausgesetzt ist, ist dennoch eine Stahlbewehrung erforderlich. Die gute Nachricht ist, dass RDP es Bauunternehmen ermöglicht, etwa 30 Prozent weniger Bewehrungsstäbe in Hausfundamenten zu verwenden, ohne die Anforderungen der ACI 224R-01 bezüglich der Rissbreiten zu verletzen. Bei Betrachtung unterschiedlicher Klimazonen sind spezielle Mischungen sehr wichtig. In trockenen Gebieten beispielsweise kann der Zusatz von etwa 4,2 % RDP zusammen mit Cellulosefasern dazu führen, dass zusätzliche Fugen in Lagerhallenböden entfallen können, selbst bei mäßigem Gabelstaplerverkehr. Dies beschleunigt die Installation und senkt oft die Kosten.

FAQ-Bereich

Was ist Schrumpfverrisssung bei zementgebundenen Werkstoffen?

Schrumpfverrisssung tritt aufgrund der Volumenabnahme auf, wenn zementgebundene Werkstoffe trocknen und hydratisieren, typischerweise innerhalb von 15–20 % Schrumpfung.

Wie kann Schrumpfverrisssung minimiert werden?

Die Verwendung von redispersierbarem Polymerpulver (RDP) in Fugenmassen kann helfen, Trocknungsschrumpfung zu verringern, indem flexible Polymerschichten gebildet werden, die Spannungen absorbieren.

Was sind SRAs und wie vergleichen sie sich mit RDP?

Schwindreduzierende Zusatzmittel (SRAs) senken die Oberflächenspannung des Wassers und die kapillare Spannung, können die Fugenmassen aber spröder machen als RDP, das eine bessere Kohäsion und Rissbeständigkeit bietet.

Wie verbessert eine sachgemäße Nachbehandlung die Leistung von RDP?

Eine sachgemäße Nachbehandlung ermöglicht es RDP-modifizierten Mörteln, ein starkes Polymernetzwerk aufzubauen, wodurch der Kapillardruck und die Bildung von Mikrorissen verringert werden.