Nicht nur Technik - Nach welchen Kriterien wählt ein Transportbeton-Hersteller seine Zuschläge aus?

Volker Hanke, Osnabrück

Zuschläge - oder nach neuer Norm Gesteinskörnungen - sind aus volumetrischer Sicht der Hauptbestandteil von Transportbeton. Die Beschaffung und Anlieferung der Ausgangsstoffe stellt eine logistische Herausforderung dar, die Grundlage der Betonproduktion ist.

Grundsätzlich lassen sich mit allen Zuschlägen nach DIN 4226 gute und dauerhafte Betone herstellen. Die verfügbaren Rohstoffe haben einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften der damit hergestellten Baustoffe.

Die Zusammenhänge zwischen der Logistik und den erzielbaren Eigenschaften der Betonprodukte werden im vorliegenden Beitrag ebenso behandelt, wie die Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Zuschlägen.

Logistik

Aus den Daten des statistischen Bundesamtes bzw. der Erhebung des Bundesverbandes der Deutschen Transportbetonindustrie ergibt sich eine mittlere Produktionsmenge von 25 000 m³ Beton je Transportbeton-Werk (TB-Werk) in Deutschland. Zur Herstellung dieser Menge werden etwa 47 000 t Zuschläge, 6 500 t Zement und 4 500 m³ Wasser unter Vernachlässigung von Zusatzstoffen und Zusatzmitteln benötigt.

Die tägliche Spitzenleistung kann mit ca. 500 m³ Transportbeton abgeschätzt werden, wobei in Ballungsgebieten teilweise deutlich höhere Mengen erreicht werden können. Zur Sicherstellung des Materialbedarfs in Spitzenzeiten werden bei rund 25 t pro LKW 40 Lieferungen Zuschlag und 6 Lieferungen Zement benötigt. Die Auslieferung einer derartigen Betonmenge erfolgt mit ca. 63 Touren von Fahrmischern unter der Voraussetzung, dass ausschließlich Betonfahrzeuge mit 8 m³ Beton ausgeliefert werden. Hieraus ergeben sich insgesamt mehr als 10 LKW-Bewegungen je Stunde.

Bei der Materialanlieferung stehen die Zuschlaglieferungen im Vordergrund. Um eine ausreichende Versorgung sicherzustellen, sind die Standorte von TB-Werken und Gewinnungsstätten von Sand und Kies aufeinander abzustimmen. Zu beachten sind insbesondere verkehrstechnische Randbedingungen wie Autobahnen, Ortsdurchfahrten und Eisenbahnübergänge. In jüngster Zeit gewinnen zusätzlich Fragen des Umweltschutzes, zB durch Lärmbelästigungen, an Bedeutung. Nicht immer kann dabei die gewünschte Qualität der Zuschlagstoffe bezogen werden. Wenn an Zuschläge höhere Anforderungen gestellt werden als nötig, so wird damit auch die Verfügbarkeit eingeschränkt und es können logistische Probleme entstehen. Grundsätzlich kann mit Hilfe des heutigen Standes der Betontechnologie fast jeder in Deutschland gewonnene Zuschlag auch verwendet werden. Ein unnötiger Ausschluss regional anstehender Gesteinskörnungen durch überzogene Anforderungen ist deshalb weder im Sinne der Transportbetonindustrie noch der Kies- und Sandindustrie.

Eigenschaften

Im Jahr 2000 wurden 57,9 Mio. m³ Beton ausgeliefert. Haupteigenschaften dieses Massenbaustoffes sind die Festigkeit und Konsistenz (Verarbeitbarkeit). In der Fachöffentlichkeit werden aber zunehmend auch Dauerhaftigkeitsaspekte erörtert, was sich in der neuen Normengeneration DIN 1045 bzw. DIN EN 206 für den Betonbau wiederspiegelt.

Tabelle 1: Transportbetonzahlen

In Deutschland wird trotz der umfangreichen Forschungsaktivitäten im Bereich hochwertiger Betone nach wie vor überwiegend Beton der Festigkeitsklasse B25 im Konsistenzbereich KR (Regelkonsistenz - weich) eingesetzt.

Zur Einstellung der geforderten Eigenschaften wird die Zusammensetzung über den Betonentwurf festgelegt. Tabelle 2 zeigt exemplarisch die Vorgehensweise:

Tabelle 2: Betonentwurf

Nach bestandener Eignungsprüfung (zukünftig Erstprüfungen) wird aus der Betonzusammensetzung für die geplante Betonmenge (Chargengröße) eine Mischanweisung erstellt. Diese Aufgabe wird üblicherweise durch die Computersteuerung der Anlage erfüllt. Während der Produktion erfolgt die Einstellung der gewünschten Konsistenz unter Beachtung der zulässigen Wiegetoleranzen mit den vorhandenen Ausgangsstoffen. Die Überprüfung während der Herstellung erfolgt mittels der Leistungsaufnahme des Mischers (Konsistenzmessung), der Augenscheinprüfung durch Videokameras und ggf. Konsistenzprüfungen am Frischbeton. Änderungen können in der Anlage nur durch zusätzliche Zugaben von Zusatzmitteln oder die Korrektur des Zugabewassers erfolgen. Zudem werden die Aussteuerungsmöglichkeiten durch die normativen Randbedingungen eingeschränkt. Daher ist die möglichst exakte Berücksichtigung der tatsächlichen Ausgangsstoffeigenschaften bereits mit dem Betonentwurf von entscheidender Bedeutung.

Für die üblichen Betoneigenschaften - Konsistenz und Festigkeit - ist die präzise Festlegung der Kornverteilung der Zuschläge wichtig. Diesem Umstand wird bei der Festlegung und Bezeichnung der Gesteinskörnungen gemäß neuer Norm DIN 4226 durch den hohen Stellenwert der Kornzusammensetzung Rechnung getragen. Über die Regelanforderungen an Zuschläge bzw. Gesteinskörnungen hinaus sind zusätzliche Anforderungen nur für spezielle Verwendungszwecke des Betons notwendig. Gemäß den neuen Normen für Gesteinskörnungen - DIN 4226 - und Beton - DIN 1045 bzw. DIN EN 206 - werden für Bauteile, die den Expositionsklassen XF (Frost) ausgesetzt sind, erhöhte Anforderungen gestellt. Hierbei werden für Frost ohne Taumittel Kategorien für Gesteinskörnungen der Gruppe F bzw. für Frost mit Taumittel der Kategorien MS gefordert. Für Sichtflächen sind Anforderungen der Kategorie Q gemeinsam festzulegen.

Leistungsfähigkeit

Aus Sicht der Transportbetonindustrie ist die neue DIN 4226 sehr gut geeignet, um den regionalen Unterschieden, die Gesteinskörnungen naturgemäß aufweisen, Rechnung zu tragen. Für die meisten Eigenschaften wurden unterschiedliche Kategorien festgelegt. Daraus ergeben sich für Hersteller und Abnehmer von Gesteinskörnungen neue "Freiheitsgrade". Im Hinblick auf die Betontechnologie lässt sich mit praktisch allen Kategorien qualitativ hochwertiger Beton herstellen. Entscheidend ist aber die Wirt-schaftlichkeit. Dass eine Gesteinskörnung einer besonders hochwertigen Kategorie zugeordnet werden kann, weil bei der Kiesaufbereitung ein besonders hoher Aufwand betrieben wurde, ist allein noch kein Kriterium. Erst wenn der Transportbetonhersteller damit eine höhere Wirtschaftlichkeit erzielen kann, ergibt sich der Vorteil. Andersherum kann es auch wirtschaftlich sein, Gesteinskörnungen zu verwenden, die weniger als die Regelanforderungen erfüllen. Entscheidend ist, dass mit der größtmöglichen Wirtschaftlichkeit ein anforderungsgerechter Beton hergestellt wird. Das neue Normenpaket für Gesteinskörnungen und für Beton enthält in dieser Hinsicht viele neue Möglichkeiten, die den Erfindungsreichtum von Unternehmern und Betontechnologen herausfordern werden. Beispiele sind die nunmehr mögliche Verwendung von Korngemischen (zB 4/32), die Zulässigkeit eines höheren Gehaltes an Feinanteilen kleiner 0,063 mm, die neue Korngröße 22,4 mm oder die völlige Freiheit bei der Festlegung der Sandsieblinie.

Die Leistungsfähigkeit der Ausgangsstoffe zeigt sich allerdings nicht im Betonentwurf, sondern in der täglichen Praxis während der Betonherstellung. So kann sich der Einsatz von Zuschlägen mit guten Prüfzeugnissen im Betrieb bedingt durch hohe Schwankungsbreiten als unwirtschaftlich oder gar unmöglich erweisen.

Bild 1 zeigt die zeitliche Veränderung der Kornzusammensetzung einer Korngruppe im Verlauf von 10 Monaten.

Bild 1: zeitlicher Verlauf der Kornzusammensetzung einer Korngruppe bei unterschiedlichen Siebweiten

Aus den Durchgangswerten kann die Körnungsziffer als Summe der Rückstände geteilt durch 100 ermittelt werden. Der zusätzliche Wasserbedarf ergibt sich aus der Abschätzung, dass eine Differenz von 0,1 in der Körnungsziffer zu einem zusätzlichen Wasserbedarf von 2 l/m³ führt. Die richtige Beurteilung des tatsächlichen Wasserbedarfs von Zuschlägen sowie die Wahl des richtigen Vorhaltemaßes beim Betonentwurf ist eine der entscheidenden Grundlagen der Betontechnologie.

Bild 2: zeitliche Veränderung der Körnungsziffer (blau) und zusätzlicher Wasserbedarf (rot)

Den in Bild 2 gezeigten Auswirkungen durch die Schwankungen des Zuschlags kann auf 2 Wegen - unabhängig von der Wahl des Vorhaltemaßes - begegnet werden:

• Wird der erhöhte Wasserbedarf durch eine zusätzliche Wasserzugabe zur Einstellung der Konsistenz erfüllt, dann sind Minderfestigkeiten des Betons zwangsläufig die Folge. Durch die Erhöhung des Wassergehalts um 18 l/m³ ergibt sich eine Erhöhung des Wasserzementwertes und damit verbunden eine Festigkeitseinbuße von 8 N/mm². Diese Vorgehensweise führt zu einer deutlichen Erhöhung des unternehmerischen Risikos.
• Durch die Berücksichtigung des zusätzlichen Wasseranspruchs im Betonentwurf nach Tabelle 2 werden die Stoffkosten im genannten Fall um 1,30 €/m³ erhöht. Ursache dafür ist die erforderliche Erhöhung der Zementmenge (wie im Beispiel) oder ggf. die Zugabe von Zusatzmitteln. Ein Zuschlag, der die Anforderungen im Hinblick auf die gewünschten Betoneigenschaften mit der nach Tabelle 2 entworfenen Betonzusammensetzung erbringt, kann demnach einen um 0,72 €/t höheren Preis erzielen.

Fazit

Zuschläge bzw. Gesteinskörnungen in ausreichender Menge sind für die Betonproduktion unerlässlich und der Betrieb eines TB-Werkes erfordert eine funktionierende Logistik für die Anlieferung.

Die Eigenschaften der Zuschläge bestimmen die Betonqualität in hohem Maße. Im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit von Zuschlägen ist die Gleichmäßigkeit der Kornzusammensetzung und die Höhe des Wasserbedarfs von entscheidender wirtschaftlicher und technologischer Bedeutung.

Auf die weitergehenden Eigenschaften von Zuschlägen bzw. Gesteinskörnungen kann sich ein Transportbetonhersteller einstellen, wenn diese bekannt sind und ebenfalls mit möglichst hoher Gleichmäßigkeit eingehalten werden. Durch die zeitnahe Bereitstellung aller notwendigen Produktinformationen kann die in der Baubranche geforderte Lieferung "just in time" mit einer gleichmäßigen Betonqualität sichergestellt werden.

Autor
Volker Hanke
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