Betonkühlung am Bau sichert hohe Betonqualität

Die Themen im Überblick

Hydrationswärme reduzieren: Gründe der Betonkühlung

Bei Tunneln, Staudämmen oder anderen Großprojekten muss der fertige Beton sehr hohe Anforderungen erfüllen. Im Wesentlichen geht es dabei um eine entsprechende Härte, ohne die es zu statischen Problemen kommen kann. Ein natürlicher Prozess beim Abbinden führt jedoch häufig dazu, dass die gewünschte Härte nicht erreicht wird. Es entstehen Risse und Einschränkungen in der Statik sind teilweise die Folge. Die Rede ist dabei von der sogenannten Hydrationswärme.

Hydrationswärme entsteht bei dem Erhärten von Beton

Härten Betonbauteile aus, reagiert der sogenannte Zementleim zu Zementstein. Der „Hydration“ genannte Vorgang läuft exotherm ab: Es wird also Energie in Form von Wärme frei. Die Hydrationswärme erhitzt den Beton, der sich dadurch ausdehnt. Kühlen die Bauteile nach dem Aushärten ab, verringert sich das Volumen. Es kommt zu Spannungen und Risse können entstehen. Kühlen sehr starke Bauteile außen schneller ab als im Kern, vergrößert sich das Problem und die Statik ist in Gefahr.

Betonkühlung reduziert die Wärme und sichert Qualität

Um die negativen Auswirkungen der Hydrationswärme zu verhindern, setzen Planer und ausführende Unternehmen vor allem auf Großbaustellen immer häufiger auf die Betonkühlung. Dabei reduzieren sie die Temperatur des Betons vor dem Gießen oder durch spezielle Kühlleitungen im Bauteilaufbau sogar während des Abhärtens. Die Spannungen im Material fallen dadurch geringer aus und Risse entstehen im besten Falle nicht. Mit der globalen Erwärmung wird imm mehr Betonkühlung in immer längern Zeiten im Jahr benötigt. Dabei wird auf unterschiedliche Kühlmethoden des Frischbetons gesetzt.

Projekt und Baustellenlage bestimmen Anforderungen

Ob eine Betonkühlung nötig ist, hängt vom Projekt ab. So sind die Auswirkungen der Hydrationswärme bei kleineren und schlankeren Betonbauteilen eher zu vernachlässigen. Geht es hingegen um den Bau großer Objekte in warmen Gegenden, lassen sich die Anforderungen von Gesetzgebern und Auftraggebern häufig nur mit einer Betonkühlung erreichen. Ohne diese ist es bei Außentemperaturen von über 30 oder 40 Grad Celsius kaum möglich, Betontemperaturen von zum Beispiel unter 25 Grad Celsius zu erreichen. In Deutschland, Österreich und der Schweiz liegt die Frischbetontemperatur im Sommer schon oft zwischen 30 und 36 Grad Celsius. Der Beton muss demnach um ein Delta von 12 – 14 Grad gekühlt werden.

Übrigens: In kalten Regionen ist Betonaufheizung nötig

Kommt Beton in sehr kalten Gegenden zum Einsatz, müssen Firmen den Beton erwärmen. Nur so friert das Material vor dem Vergießen nicht ein, was das Gefüge verändern und Festigkeit sowie Statik negativ beeinflussen würde.

Die wichtigsten Einsatzbereiche der Kühlung von Beton

Während die Betonkühlung beim Bau von Ein- und Zweifamilienhäusern eigentlich keine Rolle spielt, kommt sie vor allem auf Großbaustellen zum Einsatz. Typische Beispiele dafür sind:

• Staudämme
• Tunnelanlagen
• Brücken
• Kläranlagen

Grundsätzlich ist die Betonkühlung also immer dann gefragt, wenn es um das Austrocknen großer beziehungsweise starker Betonbauteile geht. Regional sind zu kühlende Projekte überwiegend im Nahen Osten, in Südostasien oder in Afrika zu finden.
Übrigens: Auch hierzulande kommt die Betonkühlung immer wieder zum Einsatz. So zum Beispiel beim Bau großer Brücken oder bei Tunnelanlagen wie dem Großprojekt Stuttgart 21. Der Einsatz beschränkt sich dabei jedoch meist auf die heißen Sommermonate, in denen besonders hohe Außentemperaturen zu erwarten sind.

Betonkühlung: Diese Vorteile sprechen für die Technik

Das Herunterkühlen von Anmachwasser, Zuschlagstoffen oder des fertigen Betons wirkt der Hydrationswärme entgegen. Das Material bindet gut ab und Spannungen lassen sich vermeiden. Ebenfalls vermeiden lässt sich eine übermäßige Ausdehnung nach dem Vergießen. Der Beton schrumpft dadurch später weniger und Risse bleiben aus. Der größte Vorteil liegt damit in der Sicherheit. Denn mit der Betonkühlung stellen Unternehmen eine hohe Festigkeit sicher. Sie erfüllen alle statischen Anforderungen und müssen weniger nacharbeiten, da Risse seltener zu verfüllen sind.

Die Betonkühlung ist mit vielen Vorteilen verbunden und teilweise nötig, um die hohen Anforderungen von Ländern oder Auftraggebern zu erfüllen. Vor allem dann, wenn es in sehr heißen Regionen um das Begrenzen der Betontemperaturen geht.

Verschiedene Lösungen zum effektiven Kühlen von Beton

Die Betonkühlung erfolgt häufig werksseitig, also direkt bei der Betonproduktion. Bei sehr starken Bauteilen an Dämmen oder Brücken ist es aber auch möglich, das bereits vergossene Material herunter zu kühlen. Welche Lösung zum Einsatz kommt, hängt dabei immer von den örtlichen Gegebenheiten und den individuellen Anforderungen ab. Einen großen Einfluss hat außerdem die Energieeffizienz, die aus Kosten- und Umweltschutzgründen an Bedeutung gewinnt. Denn ein effizienter Prozess wirkt sich positiv auf die Herstellungskosten aus. Außerdem verbraucht er weniger Energie. Er schont fossile Ressourcen und stößt geringere Mengen CO2 aus.

Grundsätzlich lassen sich folgende Varianten der Betonkühlung unterscheiden:

• Kühlung des Anmachwassers bei der Betonherstellung
• Herunterkühlen der Zuschlagstoffe bei der Produktion
• Lanzenkühlung im Mischer vor dem Gießen des Betons
• Silokühlung in speziellen Lagerbehälter auf der Baustelle
• Betonkühlung direkt am Bauwerk nach dem Vergießen

Betonkühlung über das Anmachwasser bei der Herstellung

Die erste und einfachste Möglichkeit bietet die Kühlung des Wassers bei der Betonherstellung. Sind die Anforderungen gering, reicht hier teilweise Brunnenwasser aus, um die geforderten Temperaturen einzuhalten. Steht dieses nicht zur Verfügung oder sind dauerhaft Wassertemperaturen von weniger als 10 bis 15 Grad Celsius gefragt, kommt Eiswasser zum Einsatz. Dieses lässt sich mit fest installierten oder mobilen Kälteanlagen herstellen und in Eiswasserspeichern bevorraten. Ist die Eiswasserkühlung nur vorübergehend erforderliche, können Verarbeiter die benötigte Kältetechnik mieten. Sie erhalten die Technik dann in einem mobilen Frachtcontainer, der sich vor Ort aufstellen und in Betrieb nehmen lässt.

Scherbeneis oder Platteneis zur Betonkühlung im Werk

Genügt die Leistung der Wasserkühlung nicht, kommen auch Scherbeneis- oder Platteneisanlagen zum Einsatz. Diese produzieren Eis in Scherben oder Platten, welches einen Teil des Anmachwassers ersetzt. Die Betonkühlung ist auf diese Weise um etwa 25 Kelvin möglich, was vor allem für heiße Gegenden von großem Vorteil ist. Nachteilig ist hingegen der hohe Energiebedarf der Scherben- oder Platteneisanlagen.

Zuschlagstoffe wie Sand oder Kies zur Produktion kühlen

Eine Alternative stellt die Betonkühlung über die benötigten Zuschlagstoffe dar. Einfach und günstig funktioniert das beispielsweise durch das Waschen von Kies mit kaltem Wasser. Genügt das nicht, kommen in der Regel Luftkühler oder Eiswasseranlagen zum Einsatz. Erstere kühlen die Zuschlagstoffe, indem sie kalte Luft von unten nach oben durch die Lagersilos blasen. Die Technik lässt sich meist problemlos nachrüsten und somit auch zum Abdecken kurzzeitiger Bedarfsspitzen nutzen. Alternativ dazu lassen sich Zuschlagstoffe auf dem Förderband mit Eiswasser herunterkühlen. Wie gut das funktioniert, hängt vor allem von der Verweildauer der Materialien auf dem sogenannten Wet Belt ab.

Mobile Betonkühlung über Lanzen direkt im Betonmischer

Benötigen Bauwerke nur kleine Betonmengen, kommen sogenannte Lanzenkühler zum Einsatz. Dabei handelt es sich um Rohre, die beispielsweise tiefkalt verflüssigten Stickstoff zur Betonkühlung in den Fahrmischer einleiten. Die Flüssigkeit nimmt dabei Wärme vom Beton auf, geht in den gasförmigen Zustand über und entweicht daraufhin. Sie erzielt eine hohe Kühlleistung und beeinflusst die Betonzusammensetzung nicht. Für die Umsetzung benötigen ausführende Firmen einen mobilen Stickstofftank, der mittels Rohren an die Lanze im stehenden Fahrmischer anzuschließen ist. Eine automatische Steuerung regelt daraufhin bedarfsgerecht, wie viel flüssiger Stickstoff in den Mischer gelangt.

Silokühlung auf der Baustelle vor dem Vergießen von Beton

Lagert der frische Beton auf der Baustelle in Silos, lässt er sich auch darin herunterkühlen. Die Betonkühlung erfolgt dabei ebenfalls mit tiefkalt verflüssigtem Stickstoff, da dieser nach dem Übergang in die gasförmige Phase aus der Anlage entweicht.

Betonkühlung direkt am Bauwerk mit Leitungen für Kaltwasser

Bei sehr starken Bauteilen kann die Hydrationswärme nicht gleichmäßig abströmen. Das führt zu unterschiedlichen Abkühlzeiten im Querschnitt der Betonbauteile und damit zur Bildung von Spannungen. Mit einer Betonkühlung lassen sich diese verhindern. Nötig sind dazu Leitungen, die Firmen bereits vor dem Gießen an Ort und Stelle verlegen und arretieren. Wurde der Beton gegossen, zirkuliert Kaltwasser, etwa aus einem mobilen Kaltwassersatz, durch die Leitungen. Die Flüssigkeit nimmt dabei Wärme auf und überträgt diese direkt oder mittels Kältetechnik an die Umgebung.

Scherbeneis, Platteneis oder Stickstoff zur Betonkühlung

Die Betonkühlung mit wasserführenden Leitungen im Bauwerk ist sehr aufwendig und nur bei starken Bauteilen zu empfehlen, aus denen sich die Hydrationswärme anders nicht zuverlässig abführen lässt. In allen übrigen Fällen fällt die Entscheidung zwischen Luft, Eiswasser, Eis oder Stickstoff.

• Die Luftkühlung eignet sich für die Temperierung von Zuschlagstoffen in Silos. Sie ist nachrüstbar und damit für den vorübergehenden Einsatz bei kleinen und mittleren Produktionsmengen geeignet. Günstig ist die Lösung auch dann, wenn vorhandene Kühlkapazitäten zeitweise nicht ausreichen.
• Eiswasser kann die Zuschlagstoffe oder den Beton bei der Produktion kühlen. Es ermöglicht eine vergleichsweise geringe Kühlleistung. Aus diesem Grund kommt Wasser bei geringeren Temperaturanforderungen sowie kleineren bis mittleren Produktionsmengen zum Einsatz.
• Die Betonkühlung mit Scherben- oder Platteneis funktioniert vollautomatisiert in mobilen Containeranlagen. Die darin befindlichen Systeme produzieren Eisscherben oder grobes Brucheis, um dieses über Förderbänder in den Zwangsmischer oder in die Kiesvorverwiegung einzuleiten. Die Technik ist vergleichsweise teuer, rechnet sich aber bei großen Produktionsmengen.
• Die Kühlung mit Stickstoff ist technisch am wenigsten aufwendig. Denn dazu genügt ein isolierter Tank für tiefkalt verflüssigten Stickstoff. Dieser lässt sich anschließend verwenden, um Zuschlagstoffe zu kühlen. Aber auch in Silos oder Fahrmischern lässt sich Beton mit flüssigem Stickstoff kühlen. Wirtschaftlich interessant ist das vor allem bei kleinen und mittleren Produktionsmengen.

Technik zur Betonkühlung individuell konfigurieren

Die Luft-, Eiswasser-, Eis- und Stickstoffkühlung bieten vier Möglichkeiten zur Betonkühlung über das Anmachwasser, die Zuschlagstoffe oder den fertigen Beton selbst. Wann welche Lösung zum Einsatz kommt, hängt dabei immer von den örtlichen Gegebenheiten ab. So kann sich die Kühlung mit Grundwasser lohnen, wenn dieses in ausreichender Menge verfügbar ist und die Anforderungen an die Kühlung gering sind. Steht kein Grundwasser zur Verfügung, stellt die Stickstoff-Lanzenkühlung eine der wirtschaftlichsten Lösungen dar. Infrage kommt diese jedoch überwiegend bei kleinen Produktionsmengen.

Technik zur Betonkühlung mieten und Kosten sparen

In Deutschland ist die Betonkühlung vor allem bei Großbaustellen im Sommer nötig. Da die Einsatzzeit damit stark begrenzt ist, lohnt es sich häufig, wenn Fachfirmen die Technik zur Betonkühlung mieten. Sie erhalten dann beispielsweise Kaltwassersätze mit isolierten Wassertanks, um den Beton bei der Herstellung oder fertig gegossen zu kühlen. Industrielle Klimaanlagen mit Direktverdampfer lassen sich an Silos montieren und flüssiger Stickstoff lagert in mobilen Tanks.

Platzsparend und einfach zu transportieren: Kühlung im Container

Wer die Betonkühlung mieten möchte, kann auf anschlussfertige Container setzen. Diese beinhalten alle nötigen Komponenten und sind auf der Baustelle lediglich an Wasser (je nach Technik) und Strom anzuschließen. Selbst komplette Scherben- oder Platteneisanlagen mieten ist damit problemlos möglich.

Kosten der Mietlösung hängen von Ausstattung und Mietdauer ab

Wie viel die Betonkühlung zum Mieten kostet, hängt von den benötigten Komponenten und Zubehörteilen ab. Einen großen Einfluss hat darüber hinaus auch die Mietdauer. Je länger Letztere ausfällt, umso besser sind in aller Regel auch die Konditionen. Konkrete Preis-Informationen sind hier allerdings nur mit einem individuell erstellten Angebot möglich. Unabhängig von der gewählten Lösung gilt der Daumenwert, dass die Kosten für die Betonkühlung den Preis für den gekühlten Beton um mindestens 10-50 % pro Kubikmeter erhöhen.

FAQ: Häufige Fragen und Antworten

Warum ist die Betonkühlung wichtig?

Beim Abbinden von Beton entsteht Wärme, die das Material ausdehnen lässt. Kühlen sich die großen Massen später ab, kommt es zu Spannungen und Rissen, die der Statik schaden. Letzteres zu vermeiden, ist die Aufgabe der Betonkühlung. Mithilfe von Luft, Wasser, Eis oder Stickstoff sinken die Betontemperaturen, um das Entstehen großer Wärmemengen zu vermeiden. Die Technik gewährleistet damit ein spannungsfreies Trocknen, eine hohe Festigkeit und das Erfüllen statischer Anforderungen.

Wann kommt die Betonkühlung zum Einsatz?

Die Lösungen kommen bei großen Bauteilen und hohen Außentemperaturen zum Einsatz. Typisch ist die Betonkühlung etwa beim Brücken-, Tunnel- oder Staudammbau. Während sich der Einsatz hierzulande meist auf die Sommermonate begrenzt, ist er im Nahen Osten, in Afrika oder in Asien unabdingbar, um die hohen technischen und gesetzlichen Anforderungen zu erreichen.

Welche Möglichkeiten gibt es, Beton zu kühlen?

Bei kleinen Produktionsmengen ist die Stickstoff-Kühlung über Lanzen im Fahrmischer besonders interessant. Darüber hinaus lässt sich Beton bei der Herstellung mit kaltem Anmachwasser kühlen. Eine weitere Möglichkeit ist die Kühlung von Zuschlagstoffen mit Wasser, Luft oder tiefkalt verflüssigtem Stickstoff. Bei Großprojekten ersetzt hingegen Eis in Form von Scherben oder Platten einen Teil des Wassers, um eine hohe Kühlleistung zu erreichen.

Lässt sich eine Betonkühlung mieten und nachrüsten?

Fachfirmen können die Betonkühlung mieten und flexibel in die eigene Anlage einbinden. Möglich ist das beispielsweise mit Tanks für verflüssigten Stickstoff. Aber auch in Containern untergebrachte Kaltwassersätze samt Eiswasserspeicher sind erhältlich. Darüber hinaus können Betreiber von Betonmischwerken auch Luftkühler für Silos mieten. Für große Produktionsmengen stehen außerdem Anlagen zur Eisherstellung bereit. Diese sind anschlussfertig im Inneren eines Frachtcontainers untergebracht, um Eis über Förderbänder direkt in Zwangsmischer oder die Kiesvorverwiegung einzuleiten.