Beschleuniger für Beton: Erstarrungs-, Erhärtungs- und Spritzbetonbeschleuniger

Beschleuniger sind Betonzusatzmittel mit der Kurzbezeichnung BE. Unter dieser Kategorie werden Erstarrungsbeschleuniger, Erhärtungsbeschleuniger und Spritzbetonbeschleuniger zusammengefasst. Sie verringern die Zeit bis zum Erstarren oder steigern die Anfangsfestigkeit, je nach Wirkmechanismus und chemischer Basis.

Wie unterscheiden sich Erstarrungs- und Erhärtungsbeschleuniger?

Gemäß DIN EN 934-2 verringern Erstarrungsbeschleuniger die Zeit bis zum Beginn des Übergangs der Mischung vom plastischen in den festen Zustand, also das Erstarren. Erhärtungsbeschleuniger hingegen beschleunigen die Anfangsfestigkeit (Erhärten) mit oder ohne Einfluss auf die Erstarrungszeit. Erstarrungsbeschleuniger werden vor allem für Spritzbeton und Unterwasserbeton eingesetzt.

Erhärtungsbeschleuniger finden Anwendung beim Betonieren bei tiefen Temperaturen und bei kurzen Ausschalfristen, etwa in der Fertigung von Betonfertigteilen. Wirkstoffe bauaufsichtlich zugelassener Produkte sind Formiate und nanokristalline CSH-Phasen. Sie wirken im Gegensatz zum (bauaufsichtlich ungeregelten) Calciumchlorid nicht korrosiv auf den Bewehrungsstahl. Neben der Erhärtungsbeschleunigung tritt auch eine höhere beziehungsweise schnellere Wärmeentwicklung auf.

Spritzbetonbeschleuniger: Wirkmechanismen und Einsatzgrenzen

Spritzbetonbeschleuniger (SBE) beschleunigen das Erstarren unterhalb der in DIN EN 934-2 festgelegten Grenzwerte für herkömmliche Erstarrungsbeschleuniger. Die früher verwendeten Produkte auf Basis von Alkalisilikaten (Wasserglas) brachten als Nachteile eine deutliche Reduktion der Endfestigkeit und Bedenken wegen der Umweltverträglichkeit mit sich.

Moderne alkalihaltige SBE basieren auf Kalium-Aluminaten und Natrium-Aluminaten, alkalifreie SBE auf Gemischen aus Aluminiumsalzen. In der ZTV ING Teil 5 Absatz 5.2.2 "Spritzbeton" wird vorgeschrieben, dass nur alkalifreie Beschleuniger verwendet werden dürfen. Außerdem sind die Vorgaben der Alkali-Richtlinie zu beachten. Alternativ zu Beschleunigern werden bei Spritzbeton auch sogenannte Spritzzemente eingesetzt, also Zemente mit verkürztem Erstarren (FE-Zemente / SE-Zemente).

Chemische Wirkstoffe und Normierung

Bauaufsichtlich zugelassene Erhärtungsbeschleuniger nutzen Formiate oder nanokristalline CSH-Phasen als Wirkstoffe. Diese beschleunigen die Hydratation des Zements, ohne die Korrosionsbeständigkeit der Bewehrung zu gefährden. Calciumchlorid, das ebenfalls erhärtungsbeschleunigend wirkt, ist bauaufsichtlich ungeregelt, da es korrosiv auf Bewehrungsstahl wirkt.

Zu den Erstarrungs- beziehungsweise Erhärtungsbeschleunigern gehören auch die sogenannten Frostschutzmittel. Auf der Baustelle sind die klassischen Winterbaumaßnahmen meist jedoch zusätzlich notwendig. Die chemischen Zusätze allein reichen in der Regel nicht aus, um Betoniervorgänge bei extremen Temperaturen vollständig abzusichern.

Welche Nebenwirkungen sind möglich?

Beschleuniger können mehrere unerwünschte Effekte hervorrufen:

Besonders bei Spritzbeton führten frühere Wasserglas-basierte Beschleuniger zu einer deutlichen Reduktion der Endfestigkeit. Die heute eingesetzten alkalifreien Aluminiumsalz-Systeme weisen diese Nachteile nicht mehr im gleichen Maße auf, erfordern jedoch eine sorgfältige Dosierung und Verarbeitung nach Herstellervorgaben.

Anwendungsfelder in der Praxis

Erstarrungsbeschleuniger kommen vor allem im Stahlbeton-Tunnelbau, beim Spritzbeton sowie bei Unterwasserbeton zum Einsatz. Spritzbetonbeschleuniger ermöglichen schnelle Schichtaufbauten und Aufbringungszyklen, wie sie im Tunnelvortrieb erforderlich sind. Erhärtungsbeschleuniger erleichtern die Fertigteilproduktion durch verkürzte Schalzeiten und verkürzen Bauabläufe bei Winterbaumaßnahmen.

Die Normierung in DIN EN 934-2 und die Vorgaben der ZTV ING stellen sicher, dass nur geprüfte und umweltverträgliche Systeme eingesetzt werden. Die Alkali-Richtlinie schreibt außerdem vor, dass bei alkalireaktionsfähiger Gesteinskörnung der Alkaligehalt der Betonmischung begrenzt wird, um Schädigungen durch Alkali-Kieselsäure-Reaktion zu vermeiden. Die Wahl zwischen alkalifreien und alkalihaltigen Spritzbetonbeschleunigern hängt daher nicht nur von der Leistung, sondern auch von der konkreten Gesteinskörnungszusammensetzung und den normativen Vorgaben ab.

Weitere Informationen zu bauchemischen Zusatzmitteln finden Sie im Artikel Wie redispergierbare Polymerpulver Trockenmörtel verbessern: Wirkprinzip und Polymertypen.