ASTM C642 Standardprüfverfahren für Dichte, Absorption und Hohlräume in gehärtetem Beton

Die von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Norm „ASTM C642 Standard Test Method for Density, Absorption, and Voids in Hardened Concrete“ beschreibt ein Prüfverfahren zur Bestimmung von Dichte, Absorptionsprozentsatz und Hohlraumanteil in gehärtetem Beton. Dieses Prüfverfahren ist nützlich, um die für die Umrechnung von Masse und Volumen von Beton benötigten Daten zu ermitteln. Es kann verwendet werden, um die Konformität von Beton mit Spezifikationen zu bestimmen und örtliche Abweichungen innerhalb einer Betonmasse aufzuzeigen.

Die Probe sollte nach Möglichkeit aus mehreren Betonstücken bestehen, die jeweils separat geprüft werden. Die einzelnen Stücke können Zylinder, Kerne oder Balken beliebiger Form und Größe sein, jedes Stück sollte jedoch ein Volumen von mindestens 350 cm3 (bzw. ca. 800 g bei Normalbeton) haben und frei von sichtbaren Rissen, Spalten oder gebrochenen Kanten sein.

Das Vorgehen ist in der Norm wie folgt festgelegt:

• Ofengetrocknete Masse: Die Masse der Portionen wird bestimmt und mindestens 24 Stunden lang in einem Ofen bei 100 °C bis 110 °C getrocknet. Nach der Entnahme aus dem Ofen wird jede Probe an trockener Luft (vorzugsweise in einem Exsikkator) auf 20 bis 25 °C abgekühlt und anschließend ihre Masse bestimmt. Ist die Probe bei der ersten Massebestimmung relativ trocken und entspricht die zweite Masse weitgehend der ersten, gilt sie als trocken.

Ist die Probe bei der ersten Massenbestimmung nass, wird sie für weitere 24 Stunden in den Trockenschrank gelegt und ihre Masse erneut bestimmt. Stimmt der dritte Wert mit dem zweiten überein, gilt die Probe als trocken. Im Zweifelsfall wird die Probe in 24-Stunden-Intervallen erneut getrocknet, bis Kontrollwerte für die Masse ermittelt werden. Übersteigt die Differenz zwischen den ermittelten Werten zweier aufeinanderfolgender Massenmessungen 0,5 Prozent des niedrigeren Wertes, werden die Proben für weitere 24 Stunden in den Trockenschrank gelegt und der Vorgang wiederholt, bis die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Werten weniger als 0,5 Prozent des niedrigsten ermittelten Wertes beträgt.

• Gesättigte Masse nach dem Eintauchen: Nach dem Trocknen, Abkühlen und der Massenbestimmung wird die Probe für mindestens 48 Stunden in ca. 21 °C warmes Wasser getaucht, bis zwei aufeinanderfolgende Messungen der oberflächlich getrockneten Probe im Abstand von 24 Stunden eine Massenzunahme von weniger als 0,5 Prozent des höheren Wertes ergeben. Die Oberfläche der Probe wird durch Abwischen der Oberflächenfeuchtigkeit mit einem Handtuch getrocknet und die Masse bestimmt.
• Gesättigte Masse nach dem Kochen: Die wie oben beschrieben aufbereitete Probe wird in einen geeigneten Behälter gegeben, mit Leitungswasser bedeckt und 5 Stunden gekocht. Durch natürlichen Wärmeverlust lässt man sie innerhalb von mindestens 14 Stunden auf eine Endtemperatur von 20 bis 25 °C abkühlen. Oberflächenfeuchtigkeit wird mit einem Handtuch entfernt und die Masse der Probe bestimmt.
• Scheinbare Masse im eingetauchten Zustand: Nach dem Eintauchen und Kochen wird die Probe an einem Draht aufgehängt und ihre scheinbare Masse im Wasser bestimmt.

Mit den ermittelten Massenwerten werden nach der in der Norm angegebenen Formel folgende Berechnungen durchgeführt:

• Prozentsatz der Absorption nach dem Eintauchen
• Prozentsatz der Absorption nach Eintauchen und Kochen
• Trockenrohdichte
• Schüttdichte nach dem Eintauchen
• Schüttdichte nach Eintauchen und Kochen
• Scheinbare Dichte
• Prozentsatz des durchlässigen Porenvolumens (Hohlräume)

Kurz gesagt: ASTM C642 ist eine weit verbreitete Norm, die standardisierte Verfahren zur Bestimmung der grundlegenden physikalischen Eigenschaften von gehärtetem Beton wie Dichte, Saugfähigkeit und durchlässigem Hohlraumvolumen bereitstellt. Diese Eigenschaften sind wichtige Indikatoren für die Qualität, Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit eines Betons gegen Umweltschäden wie Frost-Tau-Zyklen, Wassereintritt und chemische Angriffe.

Der Zweck dieser Norm besteht darin, das Ausmaß der Wasseraufnahmefähigkeit einer Betonprobe zu bewerten. Dies spiegelt ihre Porosität und potenzielle Haltbarkeit in aggressiven Umgebungen wider. Dieses Prüfverfahren ist auf gehärtete Betonproben in Standardformen und -größen, wie z. B. Zylinder oder Kerne, anwendbar und wird häufig in der Qualitätskontrolle und Haltbarkeitsbewertung eingesetzt.

Die grundlegenden Prüfparameter dieser Norm sind:

• Dichte (Masse, scheinbare Dichte und ofentrocken): Misst die Masse pro Volumeneinheit von Beton, einschließlich und ausschließlich durchlässiger Poren.
• Absorption: Gibt die prozentuale Gewichtszunahme an, wenn Beton in Wasser getaucht wird, und stellt die Wasseraufnahme durch Kapillarporen dar.
• Volumen der durchlässigen Hohlräume: Stellt den Teil des Betons dar, der aus miteinander verbundenen Hohlräumen besteht, die Wasser oder andere Flüssigkeiten aufnehmen können.

Höhere Absorption und ein höherer Hohlraumgehalt führen in der Regel zu einer geringeren Haltbarkeit. Diese Norm dient dem Vergleich verschiedener Betonmischungen und Aushärtungsverfahren. Sie stellt sicher, dass die Materialien projektspezifische oder gesetzlich vorgeschriebene Leistungsanforderungen erfüllen. Die beschriebenen Methoden sind hilfreich bei der Optimierung von Betonmischungen und Zusatzmitteln für eine verbesserte Haltbarkeit und Leistung.

Der ASTM C642-Standard ist aus folgenden Gründen wichtig:

• Die Haltbarkeit von Beton wird durch folgende Faktoren bestimmt: Saugfähigkeit und Hohlraumgehalt hängen direkt mit der Leistung von Beton in aggressiven Umgebungen (z. B. Frost-Tau-Wechsel, Meeresumgebungen oder chemisch belasteten Bereichen) zusammen. Eine hohe Wasseraufnahme weist im Allgemeinen auf eine höhere Durchlässigkeit hin, die das Eindringen von Schadstoffen wie Chloriden oder Sulfaten ermöglichen und so zu Korrosion oder Materialverfall führen kann.
• Unterstützt die Materialauswahl und die Mischungsgestaltung: Diese Norm hilft Ingenieuren, Mischungsgestaltungen für bestimmte Haltbarkeitsanforderungen zu optimieren, indem sie Testergebnisse verschiedener Betonmischungen vergleicht. Sie ist besonders nützlich bei Projekten, die Beton mit geringer Durchlässigkeit erfordern (z. B. Dämme, Brücken, Stauseen).
• Hilft bei der Vorhersage der Langzeitleistung: Der durch diesen Test ermittelte Porengehalt und die Dichte sind nützliche Indikatoren für die Lebensdauer und den Wartungsbedarf. Er hilft bei der Vorhersage von Problemen wie Rissbildung, Schrumpfung oder Festigkeitsverlust durch interne Wasserbewegungen.
• Unterstützt Qualitätskontrolle und -sicherung: Wird bei routinemäßigen Produktionstests verwendet, um Konsistenz und Konformität mit Spezifikationen sicherzustellen. Bietet einen messbaren Maßstab für die Annahme oder Ablehnung von Betonchargen.
• Bewertet die Auswirkungen von Aushärtung und Verdichtung: Durch richtiges Aushärten und Verdichten werden Hohlräume reduziert und die Dichte erhöht.
• Wichtig für wasserbelastete Infrastruktur: In Tunneln, Meeresbauwerken, Abwasseranlagen und Parkdecks ist Beton ständig Feuchtigkeit ausgesetzt. Diese Norm stellt sicher, dass das Material wenig durchlässig und widerstandsfähig gegen wasserbedingte Schäden ist.
• In Normen vorgeschrieben: Viele nationale und internationale Bauvorschriften und Betonspezifikationen beziehen sich bei der Beurteilung der Haltbarkeit auf diese Norm.

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