Bild 8: Versandgebäude nach Fertigstellung
Erweiterung SCHWENK Zementwerk Mergelstetten

Versandgebäude mit anthrazit eingefärbtem Sichtbeton

22. August 2018

Einführung
Der gesamte LKW- und PKW-Verkehr für das SCHWENK Zementwerk in Mergelstetten bei Heidenheim erfolgte bislang über die Hainenbachstraße. Wegen eines Bahnübergangs direkt an der Zufahrtsstraße zum Werkstor, kommt es bei geschlossener Bahnschranke häufig zu Behinderungen und langen Rückstaus des Verkehrs. Die Zufahrt zum Werksgelände wird dadurch erheblich erschwert. Aus diesem Grund hat sich die Werksleitung dazu entschlossen, die Zufahrt von der Nord- auf die Südseite des Werks zu verlegen. Die Anbindung an die Bundesstraße B19 erfolgt über einen Kreisverkehr. Dieser wurde bereits im Jahr 2013 aus Beton hergestellt. Neben großen Parkflächen aus Beton, an der neuen Zufahrt für die Silofahrzeuge wird in diesem Zusammenhang auch das Versandgebäude samt Wiegeanlagen auf diese Seite verlegt. Der Neubau dieses Versandgebäudes sollte mit einer Fassade aus Sichtbeton erstellt werden. Damit sich das Gebäude von den vielen „grauen“ Betonoberflächen des Werkes absetzt wurde entschieden, sämtliche Außenwände mit anthrazit eingefärbtem Beton zu erstellen. Im folgenden Beitrag wird über die Erstellung der Sichtbetonbauteile des Gebäudes berichtet.

Projekt
Das Gebäude wurde als eingeschossiges massives Bauwerk, ohne Kellergeschoss geplant. Die Abmessungen der Grundfläche sind etwa 15/18 m. Die Wände haben eine Höhe von bis zu 5,50 m und sind 0,30 m dick. Die Dämmung der Wände erfolgt innen, damit die Betonflächen außen sichtbar bleiben. Bereits bei der Planung hat der Architekt für die Fassadenflächen entsprechende Schalungsmuster vorgegeben, um die optische Wirkung der eingefärbten Flächen zu verstärken. Damit keine Deckenfugen an den Außenwänden sichtbar sind, wurden die Wände komplett in einem Stück in der gesamten Höhe hergestellt und die Decken mittels Auflagerbänken und Bewehrungsanschlüssen später eingebunden. So wirkt das Gebäude wie ein Monolith aus einem Guss.

Bild 1: Ansicht West (unten), Süd (oben) (Quelle: Scherr und Klimke)

Vorbereitung
Vor allem bei eingefärbtem Beton mit intensiver Farbgebung sind viele Aspekte zu beachten. Wichtig ist, dass dem Planer und dem Bauherren die Möglichkeiten und Grenzen von intensiven Farbtönen auf glatten Schalungen aufgezeigt werden. Die Neigung zu hellen Ausblühungen, Kalkschleiern und zur Wolkenbildung wird gefördert. Diese Effekte treten nicht nur in den kälteren Jahreszeiten auf.
Vor Beginn der Bauausführung werden häufig kleine Musterplatten hergestellt, um die notwendige Dosierung der Farbpigmente festzulegen. Es muss jedem Beteiligten klar sein, dass diese Musterplatten nur einen Hinweis zur Farbgebung sein können. Es ist dringend zu empfehlen vor dem Fertigen der Sichtbetonbauteile eine Probewand mit vergleichbaren Rahmenbedingungen (Abmessung, Schalhaut, Bewehrungsgehalt) herzustellen.
Wie bei dem „DBV/VDZ-Merkblatt Sichtbeton“ [1] empfohlen, sollte ein „Sichtbetonteam“ gebildet werden.
In diesem Fall waren alle Projektbeteiligten vom Bauherrn, Architekt, Statiker, Bauunternehmer, Schalungsbauer und Betonlieferant von Beginn in die Gespräche und Diskussionen eingebunden. So konnte jeder wichtige Aspekte und Vorschläge aus seinem Fachgebiet einbringen, was eine vernünftige Arbeitsvorbereitung und reibungslosen Bauablauf unterstützt. So wurden Schalungsraster, Oberfläche, Ankerlage und -ausbildung, Fugen, Betonierabschnitte, Rahmenrezeptur und Konsistenz bereits vorbesprochen. Für alle sichtbar bleibenden Flächen wurde die Sichtbetonklasse 3 nach Merkblatt [1] ausgeschrieben.

Vorversuche
Um den Farbton und die Dosierung der Farbpigmente festzulegen wurden Musterplatten mit den Abmessungen 40/40/6 cm liegend mit den Ausgangsstoffen vom Transportbetonwerk hergestellt. Die Farbpigmente wurden als Flüssigfarbe gewählt, da hier die Dosierung einfacher ist, wie bei Feststoffen. Um den Farbton anthrazit zu erzielen werden Farbpigmente in schwarz verwendet. Diese gibt es auf Basis von Eisenoxid oder Kohlenstoff. Da es bei Einsatz von Kohlenstoff über einen längeren Zeitraum zur Aufhellung der Flächen kommen kann, wurde entschieden die Farbpigmente auf Basis Eisenoxid einzusetzen [2].
Als Zement wurde ein CEM II/A-LL 32,5 R aus dem Lieferwerk Mergelstetten gewählt. Durch das Kalksteinmehl besitzt der Zement eine helle Grundfarbe und ein gutes Wasserrückhaltevermögen, was für Sichtbetonflächen mit glatter Schalung eine gute Voraussetzung ist.

Folgende Aspekte sind bei den Versuchen schnell klar geworden:

  • Die angestrebte Dosierung von 5 M.-% Flüssigfarbe Schwarz (ca. 50 % Feststoff) bezogen auf den Zementgehalt von 340 kg/m³ reicht bei weitem nicht aus, um einen intensiven Anthrazit-Farbton zu erzielen.
  • Bei gleicher Dosierung der Flüssigfarbe verschiedener Hersteller können unterschiedlich starke Farbtönungen entstehen. Das heißt 5 M.-% Flüssigfarbe Hersteller A ergibt nicht dasselbe Ergebnis, wie bei Verwendung des Herstellers B. Dies ist bei der Kalkulation zu beachten.
  • Die Musterplatten sollten stehend hergestellt werden, da die Ausführung in der Praxis bei Wänden ebenfalls so erfolgt.
  • Farbtönungen der im Labor hergestellten und gelagerten Musterplatten können im Vergleich zur Praxis Unterschiede aufweisen.
  • Trotz aller Vorversuche im Labor sollte ein Musterbauteil auf der Baustelle erstellt werden.

Somit haben die Vorversuche ergeben, dass mit 10 M.-% Flüssigfarbe schwarz des Herstellers Scholz die Musterbauteile erstellt werden. Da das Versandgebäude nicht unterkellert war und es keine untergeordneten nicht sichtbaren Wände gab, wurden im Baustellenumkreis 2 Musterwände erstellt, um die Farbe in Verbindung mit der Schalhaut und hohem Bewehrungsgehalt nochmals zu testen.
Die Wände wurden nach 2 Tagen ausgeschalt. Die Beurteilung des Farbtons erfolgt dann frühestens 1 Tag nach dem Entschalen, da die Wand direkt nach dem Entschalen sehr dunkel wirkt und durch den Austrockenvorgang wieder heller wird.
Nach dem Erstellen der ersten Musterwand wurde die Dosierung der Flüssigfarbe nochmals um 2 M.-% auf schließlich 12 M.-% v.Z. Flüssigfarbe (40 kg/m³) schwarz erhöht. Damit wurde der gewünschte Farbton erzielt.

Bild 2: Musterwände auf der Baustelle

Somit ergab sich für den Beton mit den Anforderungen C25/30, XC4, XF1, Konsistenz F4 folgende Zusammensetzung:

Zement CEM II/A-LL 32,5 R SCHWENK Mergelstetten 340 kg/m³
Wasser 172 kg/m³
Fließmittel BASF SKY 683 0,75 M.-% v. Z.
Flüssigfarbe Scholz schwarz HS330/1 12 M.-% v. Z
Sand 0/2 mm 700 kg/m³
Kies 2/8 mm 407 kg/m³
Kies 8/16 mm 742 kg/m³
Druckfestigkeit nach 28 Tagen i.M. 40 N/mm²

Tabelle 1: Rezeptur Farbbeton

Ausführung
Bei Sichtbetonbaustellen ist der Ausführungszeitraum ein wichtiger Aspekt für das erreichbare Ergebnis. In diesem Fall lag er zwischen Mai und Juni 2016. Dadurch konnten die Effekte bei Betonagen in den Wintermonaten, wie zum Beispiel Dunkelverfärbungen und Kalkschleier ausgeschlossen werden. Allerdings sind im Sommer die Frischbetontemperaturen zu beachten. Die 30 °C Grenze sollte nicht überschritten werden. Auf eine ausreichende Verarbeitungszeit ist ebenfalls zu achten.
Vorteilhaft war bei dieser Baustelle, dass das Transportbetonwerk nur etwa 5 Minuten Fahrzeit von der Baustelle entfernt lag. Somit konnte schnell auf Veränderungen reagiert werden. Über eine Arbeitsanweisung wurde festgelegt, dass vor Herstellung des Farbbetons der Mischer und das Fahrzeug zu reinigen sind. Die Konsistenz wurde vor Übergabe auf der Baustelle nochmals durch einen Laboranten geprüft. Für die Wände wurde ein Ausbreitmaß von etwa 50 cm vorgeschlagen.

Bild 3: Betonieren mittels Betonpumpe

Die Wände waren bis zu 5,5 m hoch, bei 0,30 m Dicke. Betoniert wurden die Wände mittels Betonpumpe. Gerade bei der Einbauweise mit Betonpumpe ist zu beachten, dass durch entsprechende Maßnahmen die Fallhöhen unter 1 m bleiben, die Schüttlagen < 0,30 m und die Steiggeschwindigkeit in Verbindung mit dem Frischbetondruck beachtet werden. Im Bedarfsfall kann der Frischbetondruck vor Ort durch den Einbau von Druckmessdosen überwacht werden. Bei kritischen Werten wird dann die Betoniergeschwindigkeit angepasst.

Bild 4: Sichtbetonwände nach dem Ausschalen

Das Ausschalen der Wände durfte frühestens nach 2 Tagen erfolgen. Dann hatte der Beton
eine ausreichende Festigkeit, so dass keine Ecken mehr abplatzen und keine weitere
Nachbehandlung notwendig ist. In den ersten Tagen sollten die Betonoberflächen vor starken Regenfällen geschützt werden. Bei diesen intensiven Farbtönen kann es dann immer noch zu leichten Kalkschlieren kommen.

Oberflächenbearbeitung
Bei den bis zu 5,50 m hohen Sichtbetonwänden auf der Baustelle hat sich gezeigt, dass vor allem die Wände im oberen Bereich etwas heller waren. Dies könnte mit dem Effekt zusammen hängen, dass sich im unteren Bereich durch die Auflast des Frischbeton ein dichteres Gefüge einstellt. Die Forschungsarbeit von Schiessl/Strehlein hat die Ursache solcher Dunkelverfärbungen untersucht [3].

Bild 5: Musterflächen (Farbpigmentzusatz von links 10%, 5%, 0%)

Sichtbar bleibende Betonflächen im Außenbereich sollten unbedingt durch eine Hydrophobierung geschützt werden. Dies gilt grundsätzlich für alle Sichtbetonflächen im Außenbereich. Dadurch wird die Verschmutzung und Vermoosung der Oberfläche stark reduziert. Dieser farblosen Hydrophobierung kann bei Bedarf ein geringer Anteil eines Farbpigments zugemischt werden. Dadurch können Farbunterschiede an der Oberfläche egalisiert und etwas ausgeglichen werden. Die Zugabe von Farbpigmenten zur Hydrophobierung muss sehr gewissenhaft geschehen, damit der Sichtbetoncharakter der Flächen erhalten bleibt. Vor der Festlegung zur Dosierung der Farbpigmente sind Musterflächen an nicht sichtbar bleibenden Oberflächen anzulegen. Erst nach Besichtigung und Freigabe durch den Planer sollen die Flächen dann behandelt werden.
Leider wird bei manchen Baustellen versucht, nicht zu vermeidende Unregelmäßigkeiten dem Bauunternehmer anzulasten und die Behebung dann auf seine Kosten durchzuführen.

In diesem Fall wurde die Bearbeitung der Außenflächen durch eine Fachfirma durchgeführt, die sich auf Sichtbetonkosmetik und -bearbeitung spezialisiert hat.
Vor Beginn der Arbeiten wurden Musterflächen angelegt, an Stellen, die nachher nicht mehr sichtbar sind. Die Bemusterung hat ergeben, dass innen mit 5% und außen mit 10% Pigmentzusatz gearbeitet wird.
Fehlstellen wurden vor Beginn der Arbeiten ausgebessert. Auch diese Arbeiten sollte die Baufirma dem Spezialisten überlassen.
In mehreren Arbeitsschritten wurde die Fläche zunächst mechanisch gereinigt und dann mit der Lasur und Pigmentzugabe bearbeitet, bis die gewünschte Oberflächenoptik erreicht wurde.
Die gesamten Oberflächenarbeiten sind in wenigen Tagen ausführbar.

Bild 6: Fläche vor Bearbeitung, Bild 7: Fläche nach Bearbeitung, Bild 8: Versandgebäude nach Fertigstellung

Bild 9: Fläche vor Oberflächenbehandlung innen, Bild 10: Fläche nach Oberflächenbehandlung innen

Zusammenfassung
Das Bauvorhaben hat gezeigt, dass die Herstellung von dunkel eingefärbten Sichtbetonflächen eine große Herausforderung darstellt. Bei intensiven Farbtönen werden Farbunterschiede deutlicher auftreten, als bei hellen Farbtönen. Die Einbeziehung eines Sichtbetonteams, mit Vertretern vom Bauherrn, Architekten, Betonhersteller, Schalungshersteller, Baufirma und Zementlieferant ist wichtige Grundlage für das Gelingen. Bereits bei der Arbeitsvorbereitung konnten hier wichtige Details geklärt und Verzögerungen im Bauablauf vermieden werden. Bei der Ausführung hat sich gezeigt, dass leichte Farbunterschiede immer auftreten können.
Die sichtbar bleibende Außenfassade bekam als Schutz eine Hydrophobierung mit Zusatz von Farbpigmenten. So konnte die Oberfläche etwas ausgeglichen werden, ohne dabei den Sichtbetoncharakter zu zerstören.
Durch die dunkle Oberfläche hebt sich das Versandgebäude deutlich von den Bauwerken des Zementwerkes ab und setzt somit einen optisch ansprechenden Akzent bei der Einfahrt ins Zementwerk.

Werner Rothenbacher
Leiter Bauberatung

[1] DBV/VDZ-Merkblatt Sichtbeton. Fassung Juni 2015.
[2] Scholz-ATI: Schwarzeinfärbung von Beton. Ausgabe 14.07.2014.
[3] Schiessl, Strehlein: Fleckige Dunkelverfärbungen an Sichtbetonflächen. Zeitschrift Beton Heft 1-2. Ausgabe 2009.

Bauschild Versandgebäude Mergelstetten
Bauherr: SCHWENK Zement KG, Werk Mergelstetten
Architekt: Scherr + Klimke AG, Ulm
Bauausführung: Noller Bauunternehmung GmbH, Niederstotzingen
Beton: SCHWENK Beton Heidenheim GmbH & Co. KG, Heidenheim
Betontechnische Begleitung: SCHWENK Technologiezentrum GmbH & Co. KG, Allmendingen
Schalung: Peri GmbH, Weißenhorn
Betonbearbeitung: Sichtbetonkosmetik Kopp GmbH & Co. KG, Emerkingen
Zement: SCHWENK Zement KG, Lieferwerk Zementwerk Mergelstetten

Versandgebäude mit anthrazit eingefärbtem Sichtbeton

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