Beton, der dauerhaft Frost und Tausalzen ausgesetzt ist, benötigt ein System aus fein verteilten Luftporen, die als Puffer für gefrierendes Porenwasser dienen. Diese Mikroluftporen entstehen nicht von selbst, sondern werden durch luftporenbildende Betonzusatzmittel – sogenannte Luftporenbildner – gezielt erzeugt. Der Luftporengehalt bezeichnet dabei den Anteil des Luftgehalts im Frischbeton, der durch diese Zusatzmittel hervorgerufen wird und maßgeblich den Frost-Tausalz-Widerstand des erhärteten Betons beeinflusst.
Wie funktionieren Luftporenbildner im Beton?
Luftporenbildner sind spezialisierte Zusatzmittel, die beim Mischen dem Beton zugegeben werden. Sie erzeugen kleine, gleichmäßig verteilte Luftbläschen mit Durchmessern typischerweise bis 0,3 mm – sogenannte Mikroluftporen. Diese wirken als Expansionsräume: Wenn Wasser im Porensystem des Betons gefriert, dehnt es sich aus. Die eingelagerten Luftporen nehmen diese Volumenvergrößerung auf und verhindern so, dass Zugspannungen im Zementgefüge auftreten, die zu Mikrorissen und letztlich zu Abplatzungen führen würden.
Zusätzlich verhindern die Luftporen das Eindringen von Tausalzen in tiefere Betonschichten und schützen dadurch die Bewehrung vor Korrosion. Besonders bei Bauwerken wie Straßen, Brücken, Flughäfen oder Parkdecks, die starken Witterungseinflüssen und Streusalzeinwirkung ausgesetzt sind, ist diese Schutzwirkung unverzichtbar.
Prüfung des Luftporengehalts nach DIN EN 12350-7
Die Bestimmung des Luftporengehalts erfolgt am Frischbeton nach dem Druckausgleichsverfahren gemäß DIN EN 12350-7. Dabei wird der Beton in einen Drucktopf gefüllt und durch Verdichten entlüftet. Anschließend wird mit einem Luftgehaltprüfer, der eine Druckkammer enthält, durch Einpumpen von Luft der Gesamt-Luftgehalt in Volumen-Prozent ermittelt.
Für die Beurteilung einer ausreichenden Anzahl und Verteilung von Mikroluftporen reicht bei sachgerecht hergestelltem Luftporenbeton dieser am Frischbeton bestimmte Gesamt-Luftgehalt aus. Die Bestimmung des Luftporengehalts im Festbeton ist deutlich aufwendiger und wird daher nur in Sonderfällen durchgeführt. Wird sie durchgeführt, sollte der Gehalt an Mikroluftporen bis 0,3 mm Durchmesser bei einem Größtkorn der Gesteinskörnung von 32 mm mindestens 1,5 Vol.-% betragen.
Expositionsklassen und Anforderungen an den Luftporengehalt
Die Notwendigkeit von Luftporenbeton ergibt sich aus den Expositionsklassen nach DIN EN 206. Insbesondere bei den Klassen XF2 (mäßige Wassersättigung mit Taumittel), XF3 (hohe Wassersättigung ohne Taumittel) und XF4 (hohe Wassersättigung mit Taumittel oder Meerwasser) ist ein definierter Luftporengehalt gefordert. Für diese Klassen gilt ein maximaler Wasserzementwert von 0,55.
Selbst nach sorgfältiger Verdichtung verbleibt im Beton ein natürlicher Restluftgehalt: bei 32 mm Größtkorn zwischen 1 Vol.-% und 2 Vol.-%, bei feinkörnigem Beton sogar bis zu 6 Vol.-%. Dieser natürliche Luftgehalt allein reicht jedoch nicht für ausreichenden Frost-Tausalz-Widerstand aus – hierfür sind gezielt durch Luftporenbildner erzeugte Mikroluftporen erforderlich.
Auswirkungen auf Festigkeit und Dauerhaftigkeit
Grundsätzlich beeinträchtigt ein zu hoher Luftgehalt die Festigkeit des Betons. Jedes Volumenprozent Luft reduziert die Druckfestigkeit, weshalb die Dosierung der Luftporenbildner exakt auf die Anforderungen abgestimmt werden muss. Der Zielkonflikt zwischen ausreichendem Frost-Tausalz-Widerstand und geforderter Druckfestigkeit erfordert präzise Mischungsberechnung und sorgfältige Frischbetonkontrolle.
Die Verbesserung der Verarbeitbarkeit ist ein weiterer Effekt von Luftporenbildnern: Die feinen Luftbläschen verringern die Viskosität des Frischbetons und erleichtern das Pumpen und Einbringen. Dies kann insbesondere bei komplexen Schalungsgeometrien oder dicht bewehrten Bauteilen vorteilhaft sein.
Langlebigkeit durch gezielte Materialwahl
Der Einsatz von Luftporenbildnern trägt wesentlich zur Dauerhaftigkeit von Betonbauwerken bei. Durch die Reduktion von Frostschäden und die Verhinderung von Mikrorissen sinken die Wartungskosten und die Notwendigkeit für Reparaturen erheblich. Für Planer und Bauausführende bedeutet dies: Die Investition in qualitätsgeprüfte Luftporenbildner und die systematische Überwachung des Luftporengehalts zahlen sich über die gesamte Nutzungsdauer des Bauwerks aus.
Die Prüfung des Luftgehalts mit 5-Liter- und 8-Liter-Luftgehaltsprüfgeräten ist mittlerweile standardisiert und liefert zuverlässige Ergebnisse für die Freigabe von Transportbeton auf der Baustelle. Damit ist die Qualitätssicherung auch bei dezentraler Produktion gewährleistet.
