schwerbeton / strahlenschutzbeton

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Schwerbeton/ Strahlenschutzbeton Zement-Merkblatt Betontechnik B 10 1.2002 Vorbemerkung Die Betonbaunormen in Europa und damit auch in Deutsch- land befinden sich im Umbruch. Für eine Übergangszeit werden alte und neue Normengeneration parallel gelten. Das vorliegende Merkblatt bezieht sich auf die DIN 1045 : 1988 [1] sowie die Zuschlagnorm DIN 4226 : 1983 [5]. Kursiv geschriebene Merkblatttexte verdeutlichen die Änderungen, die sich durch die neue Normengeneration DIN 1045 : 2001, DIN EN 206-1 : 2001 [2, 3, 4] und DIN 4226 : 2001 [6] ergeben. Schwerbeton nach DIN 1045 (Trockenrohdichte 2,8 kg/dm 3 bzw. ofentrockene Rohdichte 2,6 kg/dm 3 ) kommt zum Einsatz für Strahlenschutz (Medizin, Werkstoffprüfung, Zoll, For- schung, Kernkraftwerke), Ballastierung (Baumaschinen, Schiffe, Auftriebssiche- rung von Fundamenten, Rohrleitungen), Tresore und Schallschutz. Zum Schutz des Menschen wurden vom Gesetzgeber Höchstwerte für die zulässige Strahlenbelastung festgelegt. Strahlenschutzbeton (auch Abschirmbeton genannt) dient dem Abschwächen gefährlicher Strahlung. Tafel 1 zeigt die Schutzwirkung, die Beton bietet. Der Nachweis der Strahlenschwächung ist keine Aufgabe des Betoninge- nieurs; vom Strahlenschutzspezialisten müssen die erfor- derlichen Kennwerte für den Betonentwurf unter Berück- sichtigung konstruktiver Gegebenheiten (z.B. Bauteil- dicke) bereitgestellt werden: Festbetonrohdichte, Gehalt an chemisch gebundenem Wasser, Bauberatung Zement www.BDZement.de Tafel 2: Zuschläge (Gesteinskörnungen) und Zusatzstoffe für Schwer- und Strahlenschutzbetone Stoffgruppe (verfügbare Korngrößen) Normalzuschläge (normale Gesteinskörnungen) Kiessand Kalkstein Granit Basalt Natürliche Schwerzuschläge (natürliche schwere Gesteins- körnungen) Baryt (Schwerspat) Ilmenit (Titaneisenstein) Magnetit (Magneteisenstein) Hämatit (Roteisenstein) Künstliche Schwerzuschläge (industriell hergestellte, schwere Gesteinskörnungen) Schwermetallschlacken 1) Ferrosilicium Ferrophosphor Stahlgranalien (8 mm) Stahlsand (0,2…3 mm) Zuschläge (Gesteinskörnungen) mit erhöhtem Kristallwasser- gehalt Limonit (4…16 mm) Serpentin Borhaltige Zusatzstoffe Borocalcit, Colemanit Borfritte Borcarbid Kornrohdichte kg/dm 3 2,6 bis 2,7 2,6 bis 2,8 2,6 bis 2,8 2,9 bis 3,1 4,0 bis 4,3 4,6 bis 4,7 4,6 bis 4,8 4,7 bis 4,9 3,5 bis 3,8 5,8 bis 6,2 6,0 bis 6,2 6,8 bis 7,5 7,5 bis 7,6 3,6 bis 3,8 2,5 bis 2,6 2,3 bis 2,4 2,4 bis 2,6 2,4 Eisengehalt Gew.-% < 10 35 bis 40 60 bis 70 60 bis 70 < 25 80 bis 85 65 bis 70 90 bis 95 rd. 95 50 bis 55 Kristallwasser Gew.-% 10 bis 12 11 bis 13 16 bis 20 Borgehalt Gew.-% rd. 13 rd. 15 rd. 78 Chem. Elemente (Hauptbestandteile) Si, Al, Ca, K, Na, Mg, C, O Ca, Al, C, O Si, Al, K, Na, O Si, Al, Fe, Mg, O Ba, S, O Fe, Ti, O Fe, O Fe, O Si, Ca, Fe, O Fe, Si Fe, P Fe Fe Fe, O, H Si, Mg, O, H B, Ca, O, H B, Si, Na, O B, C Richtpreis Normalzuschlag = 1 1 1 bis 3 1 bis 3 1 bis 3 10 bis 15 10 bis 15 10 bis 25 15 bis 25 5 bis 10 20 bis 35 30 bis 40 30 bis 45 50 bis 60 15 bis 20 10 bis 20 40 bis 65 rd. 200 rd. 3 300 1) Der Schwermetallgehalt kann starken Schwankungen unterliegen. Tafel 1: Strahlenschutzwirkung von Beton abzuschirmende Strahlung Röntgen- strahlung α-Strahlung β-Strahlung γ-Strahlung Neutronen- strahlung Strahlenquellen (Beispiele) Röntgengeräte, Linearbeschleu- niger Radionuklide Kernreaktoren Radionuklide Kernexplosionen Qualitative Anforderungen an Strahlenschutzbetone üblicher Normalbeton mit ρ R 2,4 kg/dm 3 und Dicken von ca. 300 mm Betondicken im mm-Bereich ausreichend hohe Rohdichte und/oder große Dicke hoher Gehalt an chemisch gebundenem Wasser Zusätze von Bor, Kadmium oder Hafnium hohe Rohdichte große Dicke

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Zement Merkblatt Betontechnik

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  • 1Schwerbeton/Strahlenschutzbeton

    Zement-MerkblattBetontechnik

    B 10 1.2002

    VorbemerkungDie Betonbaunormen in Europa und damit auch in Deutsch-land befinden sich im Umbruch. Fr eine bergangszeitwerden alte und neue Normengeneration parallel gelten.Das vorliegende Merkblatt bezieht sich auf die DIN 1045 :1988 [1] sowie die Zuschlagnorm DIN 4226 : 1983 [5].

    Kursiv geschriebene Merkblatttexte verdeutlichen dienderungen, die sich durch die neue NormengenerationDIN 1045 : 2001, DIN EN 206-1 : 2001 [2, 3, 4] undDIN 4226 : 2001 [6] ergeben.

    Schwerbeton nach DIN 1045 (Trockenrohdichte 2,8 kg/dm3bzw. ofentrockene Rohdichte 2,6 kg/dm3) kommt zumEinsatz frq Strahlenschutz (Medizin, Werkstoffprfung, Zoll, For-

    schung, Kernkraftwerke),q Ballastierung (Baumaschinen, Schiffe, Auftriebssiche-

    rung von Fundamenten, Rohrleitungen),q Tresore undq Schallschutz.

    Zum Schutz des Menschen wurden vom GesetzgeberHchstwerte fr die zulssige Strahlenbelastung festgelegt.Strahlenschutzbeton (auch Abschirmbeton genannt) dientdem Abschwchen gefhrlicher Strahlung. Tafel 1 zeigtdie Schutzwirkung, die Beton bietet. Der Nachweis der

    Strahlenschwchung ist keine Aufgabe des Betoninge-nieurs; vom Strahlenschutzspezialisten mssen die erfor-derlichen Kennwerte fr den Betonentwurf unter Berck-sichtigung konstruktiver Gegebenheiten (z.B. Bauteil-dicke) bereitgestellt werden:q Festbetonrohdichte,q Gehalt an chemisch gebundenem Wasser,

    Bauberatung Zement

    www.BDZement.de

    Tafel 2: Zuschlge (Gesteinskrnungen) und Zusatzstoffe fr Schwer- und StrahlenschutzbetoneStoffgruppe(verfgbare Korngren)Normalzuschlge(normale Gesteinskrnungen) Kiessand Kalkstein Granit Basalt

    Natrliche Schwerzuschlge(natrliche schwere Gesteins-krnungen) Baryt (Schwerspat) Ilmenit (Titaneisenstein) Magnetit (Magneteisenstein) Hmatit (Roteisenstein)Knstliche Schwerzuschlge(industriell hergestellte,schwere Gesteinskrnungen) Schwermetallschlacken1) Ferrosilicium Ferrophosphor Stahlgranalien ( 8 mm) Stahlsand (0,23 mm)Zuschlge (Gesteinskrnungen)mit erhhtem Kristallwasser-gehalt Limonit (416 mm) Serpentin

    Borhaltige Zusatzstoffe Borocalcit, Colemanit Borfritte Borcarbid

    Kornrohdichtekg/dm3

    2,6 bis 2,72,6 bis 2,82,6 bis 2,82,9 bis 3,1

    4,0 bis 4,34,6 bis 4,74,6 bis 4,84,7 bis 4,9

    3,5 bis 3,85,8 bis 6,26,0 bis 6,26,8 bis 7,57,5 bis 7,6

    3,6 bis 3,82,5 bis 2,6

    2,3 bis 2,42,4 bis 2,6

    2,4

    EisengehaltGew.-%

    < 10

    35 bis 4060 bis 7060 bis 70

    < 2580 bis 8565 bis 7090 bis 95

    rd. 95

    50 bis 55

    KristallwasserGew.-%

    10 bis 1211 bis 13

    16 bis 20

    BorgehaltGew.-%

    rd. 13rd. 15rd. 78

    Chem. Elemente(Hauptbestandteile)

    Si, Al, Ca, K, Na, Mg, C, OCa, Al, C, O

    Si, Al, K, Na, OSi, Al, Fe, Mg, O

    Ba, S, OFe, Ti, O

    Fe, OFe, O

    Si, Ca, Fe, OFe, SiFe, P

    FeFe

    Fe, O, HSi, Mg, O, H

    B, Ca, O, HB, Si, Na, O

    B, C

    RichtpreisNormalzuschlag = 1

    11 bis 31 bis 31 bis 3

    10 bis 1510 bis 1510 bis 2515 bis 25

    5 bis 1020 bis 3530 bis 4030 bis 4550 bis 60

    15 bis 2010 bis 20

    40 bis 65rd. 200

    rd. 3 3001)

    Der Schwermetallgehalt kann starken Schwankungen unterliegen.

    Tafel 1: Strahlenschutzwirkung von Beton

    abzuschirmendeStrahlung

    Rntgen-strahlung

    -Strahlung-Strahlung-Strahlung

    Neutronen-strahlung

    Strahlenquellen(Beispiele)Rntgengerte,Linearbeschleu-niger

    Radionuklide

    KernreaktorenRadionuklideKernexplosionen

    Qualitative Anforderungenan Strahlenschutzbetone

    blicher Normalbeton mitR 2,4 kg/dm3 und Dickenvon ca. 300 mm

    Betondicken im mm-Bereichausreichend

    hohe Rohdichte und/oder groe Dicke

    hoher Gehalt an chemischgebundenem Wasser

    Zustze von Bor, Kadmiumoder Hafnium

    hohe Rohdichte groe Dicke

  • 2Tafel 3: Sieblinien nach der Fullerparabel

    Tafel 4: Anhaltswerte fr den anrechenbaren gebundenen Wasser-(stoff)gehalt wZS im trockenen Zementstein

    Korn-gemisch

    0/32

    0/16

    0/8

    Durchgnge in Vol.-% fr Siebweiten (mm)0,25

    58

    11

    0,5

    12

    17

    25

    1

    17

    2535

    2

    253550

    4

    355070

    8

    5070

    100

    16

    70

    100

    100

    31,5

    100

    100

    100

    Betriebstemperaturin C

    < 40

    40100

    ca. 200

    ca. 300

    wZSin kg/m3

    0,2 z + 30

    z

    0,55 z

    0,45 z

    2)

    0,190,23bei weitgehender Hydratation1)

    0,140,19nach 28 d-Normlagerung

    1) Bauteile, die vor dem Austrockenen geschtzt sind und massige Bauteile imAlter von mindestens drei Monaten

    2) Die hheren Werte ergeben sich bei w/z > 0,5 fr R-Zemente (schnell erhrtende Zemente) Zemente mit hohem C3S-Gehalt und grerer Mahlfeinheit.

    q Anteil von Zusatzstoffen hoher Neutroneneinfangwahr-scheinlichkeit,

    q chemisch-mineralogische Zusammensetzung der Zuschlge(Gesteinskrnungen).

    Weitere Anforderungen an den Beton knnen sich ergebendurchq Temperaturbeanspruchungen,q mechanische und chemische Angriffe,q konomische Beschrnkungen

    Fr den Strahlenschutz kommen Schwerbetone mit Trocken-rohdichten zwischen 2,8 und 6,0 kg/dm3 (zwischen 2,6 und 6,0kg/dm3) sowie Normalbeton zum Einsatz, wobei z.B. in der Me-dizintechnik Bauteildicken bis 2 m notwendig sind.

    1 Ausgangsstoffe

    ZementeGeeignet sind Zemente nach DIN EN 197-1 und DIN 1164, wenndie Anwendungsregeln fr Zement beachtet werden (DIN 1045-2legt Anwendungsbereiche fr Zemente in Abhngigkeit von denExpositionsklassen der Bauteile fest). Bei massigen Bauteilenknnen Zemente mit normaler Anfangserhrtung (N-Zemente)bzw. niedriger Hydratationswrmeentwicklung (NW-Zemente)vorteilhaft sein.

    Zuschlge (Gesteinskrnungen) und ZusatzstoffeEine bersicht ber die fr Schwer- und Strahlenschutzbetoneanwendbaren Zuschlge (Gesteinskrnungen) und Zusatzstoffezeigt Tafel 2. Blei und bleihaltige Gesteine sind fr Beton unge-eignet, da sie zu Strungen im Abbindeverhalten fhren undsich kein ausreichender Haftverbund mit dem Zementstein aus-bildet.

    Zu bevorzugen sind gedrungene Krner. Fr eine gnstigeVerarbeitbarkeit und eine hohe Betonrohdichte ist eine Korn-zusammensetzung mglichst im Sieblinienbereich A/B anzu-streben. Entsprechen die lieferbaren Gesteinskrnungen nichtden im Betonbau blichen, so hat sich eine Kornzusammenset-zung mit vermindertem Mehlkornanteil als gnstig erwiesen(Tafel 3).

    Zuschlge (Gesteinskrnungen) unterliegen den Forderungender DIN 4226. Wird der Schwerzuschlag (die schwere Gesteins-krnung) von Lieferanten bezogen, die keiner Gteberwachung(keinem bereinstimmungsnachweis) nach DIN 4226 unterlie-gen, so muss der Hersteller verbindliche Aussagen ber Zusam-mensetzung und Gleichmigkeit der Stoffe machen und gege-benenfalls Analysen fachkundiger Laboratorien vorlegen. Esdrfen nur Schwerzuschlge verwendet werden, die folgendeGrundbedingung erfllen:q die geforderte Kornzusammensetzung, die Kornrohdichte, der

    Kristallwassergehalt und die chemische Zusammensetzungmssen gewhrleistet sein,

    q die Festigkeit und die Dichtigkeit des Betons drfen durchdie Beschaffenheit der Zuschlge (Gesteinskrnungen)nicht gefhrdet sein,

    q der Abrieb durch Lagern des Zuschlags (der Gesteinskr-nung) sowie durch Mischen und Verarbeiten des Betons mussgering sein,

    q die Oberflchenbeschaffenheit des Zuschlags (der Gesteins-krnung) darf die Haftung im Mrtel bzw. Beton nicht mindern,

    q der Zuschlag (die Gesteinskrnung) darf keine betonsch-digenden und stahlangreifenden Bestandteile enthalten,

    q die Mindestdruckfestigkeit muss 80 N/mm2 betragen (Erfah-rungswert).

    Genormte oder zugelassene Zusatzstoffe drfen verwendet wer-den.

    ZusatzmittelEs sind nur genormte oder zugelassene Zusatzmittel anzuwen-den. Da Reaktionen zwischen Zusatzmitteln und Schwerzuschl-gen (schweren Gesteinskrnungen) nicht auszuschlieen sind,mssen erweiterte Eignungsprfungen speziell ber die Vern-derung des Erstarrens und Erhrtens durchgefhrt werden.

    Betonschdigende Reaktionen von natrlichen Schwerzu-schlgen (natrlichen schweren Gesteinskrnungen) mit Ver-flssigern, Fliemitteln und Verzgerern sind bisher nicht be-kannt.

    BetonstahlGrundstzlich sind alle Betonsthle nach DIN 488 geeignet. BeiBeanspruchungen aus dynamischen Lasten (Sto, Explosion)knnen erhhte Anforderungen an Bruchdehnung und Rckbie-geverhalten erforderlich werden.

    2 Betonzusammensetzung

    Anrechenbarer gebundener Wasser(stoff)gehaltAllgemein gltige Erkenntnisse zur Wasserbindung in Zement-stein und Zuschlgen (Gesteinskrnungen) sind z.Z. nicht vor-handen. Tafel 4 zeigt Anhaltswerte fr den chemisch gebunde-nen Wasser(stoff)gehalt des Zementsteins, der unter verschie-denen Lagerungs- und Betriebsbedingungen angenommen wer-den kann. Detailliertere Aussagen erfordern aufwndige experi-mentelle Untersuchungen entsprechend des jeweiligen Einzel-falls.

    Den anrechenbaren Kristallwassergehalt der Zuschlge (Ge-steinskrnungen) bei blichen Klimaverhltnissen zeigt Tafel 2.Bei Betriebstemperaturen ab 80 C entwssern die Zuschlge(Gesteinskrnungen) je nach Temperatur und Einwirkungszeit.Einen ausreichend hohen Kristallwassergehalt behalten limo-nithaltige Zuschlge (Gesteinskrnungen) im Allgemeinen biszu 150 C, serpentinithaltige Zuschlge (Gesteinskrnungen) bis350 C Betriebstemperatur.

    RohdichteDie fr den Mischungsentwurf ausschlaggebende Festbetonroh-dichte b (c) kann durch Festlegung einer bestimmten Frisch-

  • 3betonrohdichte b,h (c,h) unter Bercksichtigung produktionsbe-dingter Streuungen eingehalten werden: b,h = b + 1,645 s + w - wZSFr Vorabschtzungen kann s = 0,01 b gesetzt werden.

    DruckfestigkeitDie fr Schwer- und Strahlenschutzbetone blichen Festigkeits-klassen B 25 und B 35 (C 20/25, C 25/30 und C 30/37) sind mitden genannten Zuschlgen (Gesteinskrnungen) sicher erreich-bar. Haupteinflussfaktoren auf die Festigkeit sind analog zuNormalbetonen der Wasserzementwert w/z, die Zementfestig-keit und der Verdichtungsporenanteil. Bei knstlichen und kris-tallwasserhaltigen Zuschlgen (Gesteinskrnungen) knnen Ab-weichungen im Vergleich zum Erhrtungsverlauf von Normal-beton auftreten.

    FrischbetoneigenschaftenDer auch bei guter Verdichtung unvermeidliche Frischbeton-porenraum liegt bei 1,5 Vol.-%; werden knstliche Zuschlge(industriell hergestellte, schwere Gesteinskrnungen) verwen-det, kann der Porenraum auf 3 Vol.-% ansteigen.

    Der erforderliche Wassergehalt fr eine bestimmte Konsis-tenz entspricht in etwa dem von Normalbeton; bei knstlichenZuschlgen (industriell hergestellten, schweren Gesteinskr-nungen) sind Abweichungen mglich. Der Wassergehalt solltemglichst gering gehalten werden, weil er sonst die Rohdichtedes Betons herabsetzt, das Schwinden vergrert und Rissbil-dungen frdert. Bei weichen und fliefhigen Konsistenzen undunterschiedlichen Zuschlagrohdichten (Rohdichten der Ge-steinskrnungen) besteht die Gefahr von Entmischungen.

    MischungsentwurfEs gelten die vom Normalbeton bekannten Stoffraum-Beziehun-gen, wobei die unterschiedlichen Zuschlagrohdichten (Rohdich-ten der Gesteinskrnungen) zu bercksichtigen sind.Zur Erluterung soll folgendes Beispiel dienen:q Geforderte Eigenschaften:

    B 25 (C20/25), Innenbauteil (XC 1)b = 3 200 kg/m3Konsistenz KP (C 2, F 2)Frischbetonporositt p = 2,0 Vol.-%Betriebstemperatur < 40 C

    q Verfgbare Stoffe:Zement CEM III/B 32,5N - NW mit

    z = 3000 kg/m3

    Schwerzuschlag mit g1 = 4 200 kg/m3Normalzuschlag mit g2 = 2 700 kg/m3

    q Ermittelt nach WALZ-Diagramm: w/z = 0,59w = 165 kg/m3z = 280 kg/m3

    q Volumenanteil des Zuschlags:Vg = 1 - z/z - w/1 000 - pVg = (1 - 280/3 000 - 165/1 000 - 0,02) m3/m3Vg = 0,72 m3/m3

    q Masseanteil des Zuschlags unter Bercksichtigung derFrischbetonrohdichte:b,h = b + 1,645 s + w - wZSb,h = 3 200 + 1,645 0,01 3 200 + 165 - (0,2 280 + 30)b,h = 3 300 kg/m3g = b,h - z - wg = 3 300 - 280 - 165g = 2 880 kg/m3

    q Aufteilung der Gesamtmasse auf die beiden Zuschlge mitden beiden Gleichungen:g = g1 + g2Vg = g1/g,1 + g2/g,2g1 = (Vg g,1 g,2 -g g,1) / (g,2 - g,1)g1 = (0,72 4 200 2 700 - 2 880 4 200) / (2 700 - 4 200)g1 = 2 620 kg/m3g2 = g-g1 = 2 880 - 2 620g2 = 260 kg/m3

    Die Zuschlge sind nun noch entsprechend der gewnschtenSieblinie auf die Korngruppen aufzuteilen.

    Anhaltswerte liefern auch Rezepturen bereits ausgefhrterBauteile, Tafel 5.

    3 Herstellen und Verarbeiten

    Schalung und RstungBei erhhter Frischbetonrohdichte sind Schalung und Rstungentsprechend zu bemessen. Vorteilhaft ist die Verwendung vonverlorenen Schalungsankern, da das Verschlieen von Anker-

    Tafel 5: Beispiele fr Schwerbetonrezepturen (Praxisbeispiele)Anwendung

    Betonfestigkeitsklasse

    geforderte Trockenrohdichte

    Zementart und -festigkeitsklasseZementgehalt

    Flugaschegehalt

    Zuschlaggehalt (Gehalt der Gesteinskrnung)Sand 0/4Kies 4/8Kies 8/16Baryt 0/16Hmatit 0/16Eisenerzgranulat 4/8

    Verflssigerzusatz

    Wasserzementwert w/z

    Konsistenz

    Betondruckfestigkeitnach 28 Tagen

    Krankenhaus(Strahlentherapie)

    B 25 (C 20/25) 3 200

    CEM I 32,5 R280

    50

    1252 640

    2,5

    0,55

    KP (C2, F2)

    39

    kg/m3

    kg/m3

    kg/m3

    kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3kg/m3

    kg/m3

    N/mm2

    Krankenhaus(Strahlentherapie)

    B 35 (C 30/37) 3 400

    CEM III/B 32,5 N-NW370

    2 800

    2

    0,51

    KP/KR (C 2/C 3, F 2/F 3)

    44

    Ballastbeton

    B 25 (C 20/25) 4 200

    CEM III/B 32,5 N-NW300

    2 860940

    1,5

    0,56

    KP/KR (C 2/C 3, F 2/F 3)

    40

  • 4lchern mit Strahlenschutzmrtel im Allgemeinen problema-tisch ist. Die Eignung von Schalungsankern und Abstandhalternsollte nachgewiesen werden.

    Lagern der Zuschlge (Gesteinskrnungen)Das Vermischen verschiedener Zuschlge (Gesteinskrnungen)sowie Verunreinigungen sind zu vermeiden. Eisenhaltige Zu-schlge (Gesteinskrnungen) mssen trocken gelagert werden.Ein leichter Rostanflug ist unschdlich.

    Dosieren und MischenAlle Mischungsbestandteile sind nach Masse (Gewicht) zu do-sieren; die Zuschlagfeuchte (Feuchte der Gesteinskrnungen) istzu bercksichtigen. Bei Schwerbeton muss die Einfllmenge inden Mischer im Verhltnis Schwerbetondichte zu Normalbeton-dichte (2 400 kg/m3) abgemindert werden. Die erforderlicheMischzeit ist in Vorversuchen zu bestimmen, um sowohl dieHomogenitt zu sichern als auch bermigen Abrieb derSchwerzuschlge (schweren Gesteinskrnung) zu verhindern(im Regelfall 1 min bis 2 min).

    TransportbetonSchwierigkeiten durch Entmischungen sind mglich, wenn Zu-schlge (Gesteinskrnungen) mit sehr verschiedenen Kornroh-dichten eingesetzt werden. Das zulssige Ladegewicht der Fahr-mischer ist zu beachten.

    Frdern, Einbringen, VerdichtenBei Schwerbeton erfolgt der Einbau berwiegend mit Kbeloder Frderbndern. Bei der Nutzung von Betonpumpen kn-nen durch die geforderten Frischbetoneigenschaften Problemeauftreten. Ein Verarbeitungsversuch unter Baustellenbedingun-gen gibt Aufschluss. Zur Vermeidung von Entmischungser-scheinungen bei unterschiedlichen Zuschlagrohdichten (Roh-dichten der Gesteinskrnungen) sollte die freie Fallhhe so ge-ring wie mglich gehalten werden. Beim schichtweisen Beto-nieren haben sich Schichtdicken um 25 cm bewhrt.

    Das Prepaktverfahren hat sich bewhrt, wenn Bauteile mitunregelmigen Abmessungen, Rohrdurchfhrungen oder Aus-sparungen herzustellen sind. Stofflich und technologisch geltendie allgemeinen Regeln des Prepaktverfahrens (gepackter Zu-schlag (gepackte Gesteinskrnung) 32 mm, Mrtelzuschlag(Gesteinskrnung des Mrtels) 4 mm). Sollen Zuschlge (Ge-steinskrnungen) mit sehr unterschiedlicher Rohdichte verarbei-tet werden, z.B. Stahlschrott zusammen mit anderen Materia-lien, so eignet sich das Puddelverfahren, bei dem in schichten-weise eingebrachtem Mrtel grere Schwerzuschlagstcke(Stcke der schweren Gesteinskrnungen) eingerttelt werden.

    Beim Einsatz von Innenrttlern sollten vorrangig solche mithoher Fliehkraft nach DIN 4235 eingesetzt werden. Der Ver-dichtungsaufwand bei Schwerbeton ist erhht. Rttelabstnde,Eintauchtiefen und Rttelzeit sollten so gering wie mglich ge-halten werden, wobei Vorversuche angebracht sind. Bei Auen-rttlern ist die begrenzte Wirkungstiefe zu beachten. Nachver-dichtung wirkt sich hierbei positiv aus. Fehlstellen im Betonknnen bei Strahlenschutzbetonen die Wirksamkeit der Abschir-mung in Frage stellen.

    ArbeitsfugenArbeitsfugen sind mglichst zu vermeiden. Sind Arbeitsunter-brechungen erforderlich, sollten die Arbeitsfugen geplant und inBereichen geringer Strahlungsintensitt angeordnet werden, z.B.mit Nut-Feder oder einer Aufkantung. Die Schlmme des lte-ren Betons ist mit einem Druckwasserstrahl zu beseitigen, bisdas Grobkorn freiliegt. Stehendes Wasser ist durch lfreieDruckluft zu entfernen. Die Betonoberflche soll vor dem Wei-terbetonieren nur noch mattfeucht sein.

    NachbehandelnStrahlenschutzbeton ist zur Vermeidung von Rissen besonderssorgfltig und ohne Unterbrechung nachzubehandeln. Grund-stzlich gilt die Richtlinie zur Nachbehandlung von Betonendes DAfStb (bzw. DIN 1045-3 : 2001), wobei die Nachbehand-lungsdauer aber unbedingt zu verlngern ist (z.B. mindestens14 Tage feuchthalten). Bei massigen Bauteilen kann eine wr-medmmende Abdeckung zur Vermeidung von Temperatur-spannungen sinnvoll sein.

    4 Gteberwachung (bereinstimmungsnachweis undberwachung)

    Strahlenschutzbeton ist als B II-Beton nach DIN 1045 herzustel-len und gem DIN 1084 zu berwachen (Der bereinstim-mungsnachweis fr Strahlenschutzbeton ist nach DIN EN 206-1: 2001 und DIN 1045-2 : 2001 zu fhren. Die berwachung derBauausfhrung erfolgt nach DIN 1045-3 : 2001 in der berwa-chungsklasse 2 oder fr hochfeste Betone in der berwachungs-klasse 3). Zustzlich sollte die Eigenberwachung (berwa-chung) folgende Kennwerte nachweisen:q Kornrohdichte und gegebenenfalls chemische Zusammenset-

    zung und Kristallwassergehalt der Zuschlge (Gesteinskr-nungen),

    q Frisch- und Festbetonrohdichte.Prfhufigkeit und Vorhaltemae sind zu vereinbaren. Die Ab-schirmwirkung von Beton kann mittels Durchstrahlung geprftwerden.

    5 Widerstand von Beton gegen radioaktive Strahlung

    Durch Strahlenabsorption kann die Betontemperatur stark an-steigen; dabei kommt es neben der Entwsserung des Betonsbereits bei Temperaturen zwischen 100 C und 250 C zuFestigkeitsverlusten des Betons von 20 % bis 25 %. Nach heuti-gem Wissensstand kann Neutronenstrahlung mit einer Fluenzvon mehr als 1019 Neutronen/cm2 bzw. Gammastrahlung miteiner Dosis ber 2 1014 J/g zu einer Verschlechterung dermechanischen Eigenschaften fhren (Festigkeit, Elastizittsmo-dul, Wrmedehnzahl). Solche Strahlenbelastungen treten z.B. inReaktordruckbehltern auf.

    Neben der Bercksichtigung dieser Faktoren bei der Bemes-sung bzw. konstruktiven Gestaltung des Bauwerks mssen dannbesonders strahlenbestndige Zuschlge (Gesteinskrnungen)ausgewhlt werden.

    6 Schwerbetonmauerwerk

    Alternativ zu Ortbeton kann Mauerwerk aus Schwerbetonstei-nen eingesetzt werden. Das vollfugige Vermauern der Steineerfolgt mit Zementmrtel MG III. Bei Strahlenschutzmauerwerkmssen Steine und Mrtel die gleiche Trockenrohdichte besit-zen. Auch Putze knnen zur Strahlenschutzwirkung in Ansatzgebracht werden.

    7 Beschichtungen

    Fr strahlungsbeaufschlagte Bauteile werden vorwiegend lse-mittelhaltige oder wasseremulgierbare Epoxidharze und Poly-urethane eingesetzt, an die besondere Forderungen an Strah-lungsbestndigkeit und Dekontaminierbarkeit gestellt werden.Forderungen und Prfverfahren enthlt DIN 55 991.

    4

  • 5Zeichen Dimension Bedeutung

    gi kg/m3 Zuschlaggehalt des Zuschlags (Gehalt der Ge-steinskrnung) i

    p m3/m3 Frischbetonporengehalts kg/m3 StandardabweichungVg m3/m3 Volumenanteil des Zuschlags (der Gesteinskr-

    nung)w kg/m3 Wassergehalt im BetonwZS kg/m3 anrechenbarer gebundener Wassergehalt im

    Zementsteinz kg/m3 Zementgehalt Faktor zur Charakterisierung der Wasserbindung

    im Zementsteinb (c) kg/m3 Festbetonrohdichteb,h (c,h) kg/m3 Frischbetonrohdichtegi kg/m3 Kornrohdichte des Zuschlags (der Gesteinskr-

    nung) i

    zkg/m3 Zementreindichte

    w/z Wasserzementwert

    8 Gesetzliche Grundlagen

    Verordnung ber den Schutz vor Schden durch Rntgenstrah-len (Rntgenverordnung) vom 8.1.1987 (BGBl. I, S. 114), zu-letzt gendert 1996 (BGBl. I, S. 1172)Verordnung ber den Schutz vor Schden durch ionisierendeStrahlen (Strahlenschutzverordnung) vom 30.6. 1989 (BGBl. I,S. 1321), zuletzt gendert 1997 (BGBl. I, S. 2113)

    9 Normen fr den Betonbau

    [1] DIN 1045: Beton- und Stahlbeton, Bemessung und Ausfh-rung, Ausgabe 7.1988

    [2] DIN EN 206-1: Beton - Teil 1: Festlegungen, Eigenschaf-ten, Herstellung und Konformitt, Ausgabe 7.2001

    [3] DIN 1045-2: Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spann-beton. Teil 2: Beton-Festlegung, Eigenschaften, Herstellungund Konformitt. Anwendungsregeln zu DIN EN 206-1,Ausgabe 7.2001

    [4] DIN 1045-3 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spann-beton - Teil 3: Bauausfhrung, Ausgabe 7.2001

    [5] DIN 4226: Zuschlag fr Beton, Teil 1: Zuschlag mit dich-tem Gefge. Begriffe, Bezeichnung und Anforderungen,Ausgabe 4.1983

    [6] DIN 4226-1: Gesteinskrnungen fr Beton und Mrtel.Teil 1: Normale und schwere Gesteinskrnungen, Ausgabe7.2001

    [7] DIN EN 197-1: Zement - Teil 1: Zusammensetzung, Anfor-derungen und Konformittskriterien von Normalzement,Ausgabe 2.2001

    [8] DIN 1164: Zement mit besonderen Eigenschaften. Zusam-mensetzung, Anforderungen, bereinstimmungsnachweis,Ausgabe 11.2000

    10 Normen fr den Strahlenschutz(in Klammern inhaltliche Schwerpunkte der Norm mit Bezug aufBeton)DIN 6804: Regeln fr den Strahlenschutz Geschlosseneradioaktive Prparate in medizinischen Betrieben(Schwchungsgrade bei Gammastrahlung)DIN 6812: Medizinische Rntgenanlagen bis 300 kV Strahlenschutzregeln fr die Errichtung(notwendige Abschirmdicken bei Rntgenstrahlung, Bleigleich-werte)DIN 6814: Begriffe und Benennungen in der radiologischenTechnikDIN 6815: Medizinische Rntgenanlagen bis 300 kV Regeln fr die Prfung des Strahlenschutzes nach Errichtung,Instandsetzung, nderung(Prfvorschrift)DIN 6844: Nuklearmedizinische Betriebe Regeln fr die Errichtung und Ausstattung(Schwchungsgrade bei Radionukliden)

    Formelzeichen

    DIN 6845: Prfung von Strahlenschutzstoffen fr Rntgen- undGammastrahlung(Prfvorschrift)DIN 6846: Medizinische Gamma-Bestrahlungsanlagen Strahlenschutzregeln fr die Herstellung und Errichtung(Schwchungsgrade bei Gammastrahlung)DIN 6847, Teil 2: Medizinische Elektronenbeschleuniger-Anlagen Strahlenschutzregeln fr die Errichtung(Zehntelwertdicken bei Rntgenstrahlung)DIN 25 401: Kerntechnik BegriffeDIN 25 413: Klassifikation von Abschirmbetonen nachElementanteilen(Volumenanteile der Ausgangsstoffe im Beton als Grundlagefr die Bemessung der Abschirmwirkung bei Gamma- undNeutronenstrahlung)DIN 54 115: Strahlenschutzregeln fr die technischeAnwendung umschlossener radioaktiver StoffeDIN 55 991: Beschichtungsstoffe:Beschichtungen fr kerntechnische Anlagen

    11 Literatur

    Wandschneider, R.; Pick, R.: Betone, Mauerwerk, Estriche und Putz im bautech-nischen Strahlenschutz, Beton-Informationen, 22 (1982) H. 5, S. 47-50, Beton-Verlag, DsseldorfManns, W.: Zuschlag fr Strahlenschutzbeton (Schwerzuschlag), Zement-Ta-schenbuch 1974/75, S. 172-181, Bauverlag Berlin, WiesbadenHerrmann, K.: Schwerbetone. Cementbulletin, Technische Forschungs- undBeratungsstelle der Schweizerischen Zementindustrie, Wildegg 46 (1996),Heft 12Hilsdorf, H.; Kropp, J.; Koch, H.-J.: Der Einfluss radioaktiver Strahlung auf diemechanischen Eigenschaften von Beton, Deutscher Ausschuss fr Stahlbeton,Heft 261, Verlag Ernst & Sohn, Berlin 1976Reiter, E.: Grundlagen des bautechnischen Strahlenschutzes, Bauplanung Bau-technik, Berlin 26 (1972) H. 6, S. 281-284Reiter, E.: Herstellung und konomie des bautechnischen Strahlenschutzes,Bauplanung Bautechnik, Berlin 26 (1972) H. 11, S. 550-553Strahlenschutzbetone. Merkblatt des Deutschen Beton-Vereins, Wiesbaden, 1996

  • 6Unsere Beratung erfolgt unentgeltlich. Ausknfte, Ratschlge und Hinweise geben wir nach bestem Wissen. Wir haften hierfr auch fr einepflichtwidrige Unterlassung nur bei grobem Verschulden, es sei denn, eine Beratung wird im Einzelfall vom Empfnger unter Hinweis aufbesondere Bedeutung schriftlich erbeten und erteilt. Nr. B 10 BB Leipzig Dr.-Ing. Thomas Richter 01.02/10 Es kommt drauf an, was man draus macht.

    Bauberatung Zement Bayern Rosenheimer Str. 145 g 81671 Mnchen Tel. 089/45098490 Fax: 45098498 eMail:[email protected] Zement Bayern Rotterdamer Strae 7 90451 Nrnberg Tel. 0911/93387-0 Fax: 9338733 eMail:[email protected] Zement Beckum Annastrae 3 59269 Beckum Tel. 02521/ 873020 Fax: 873029 eMail:[email protected] Zement Dsseldorf Schadowstrae 44 40212 Dsseldorf Tel. 0211/353001 Fax: 353002 eMail:[email protected] Zement Hamburg Immenhof 2 22087 Hamburg Tel. 040/2276878 Fax: 224621 eMail:[email protected] Zement Hannover Hannoversche Str. 21 31319 Sehnde-Hver Tel. 05132/6015 Fax: 6075 eMail:[email protected] Zement Ost Luisenstrae 44 10117 Berlin-Mitte Tel. 030/28002-400 Fax: 28002450 eMail:[email protected] Zement Ost Dohnanyistr. 28-30 04103 Leipzig Tel. 0341/6010201 Fax: 6010290 eMail:[email protected] Zement Stuttgart Leonberger Strae 45 71229 Leonberg Tel. 07152/71081-82 Fax: 977270 eMail:[email protected] Zement Wiesbaden Friedrich-Bergius-Str. 7 65203 Wiesbaden Tel. 0611/1821170 Fax: 182117-16 eMail:[email protected]

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    02.01

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