› Concrete and color

Post-treatment of concrete Improvement of the visual quality of fair-faced concrete surfaces Nachbehandlung von Beton Verbesserung der optischen Qualität der Sichtbetonoberfläche Autor

Dr. Peter Weber (1959), Chemiestudium an den Universitäten Kaiserslautern und Gießen, promovierte am Institut für organische Chemie der Justus-Liebig-Universität Gießen. Seit 1997 Mitarbeiter der Harold Scholz & Co. GmbH in den Bereichen Verkauf / Anwendungstechnik / Entwicklung.

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› „The concrete, however, shall be quite homogeneous on the surface“ – that is the requirement of many constructors or planners when talking about the possibilities of coloring fair-faced concrete surfaces with concrete manufacturers and pigment suppliers. How to comment on this requirement? It is an ostensibly understandable objective – in particular when considering the facts that determine all our ideas of synthetic exposed surfaces. Therefore, nobody may be blamed, if these ideas, influenced by such requirements, are transferred to fair-faced concrete surfaces. Nevertheless, one thing can be taken for granted: it is not possible to apply such standards to the visual aspects of a concrete surface. This fact has already been described clearly in various publications [1, 2, 3]. Earlier articles were concerned with the fact that naturally occurring fluctuations of raw materials, which are used for the manufacturing of concrete, have an impact on the surface color of fair-faced concrete. The concrete formulation, the procedure of manufacturing concrete and the processing of the concrete have yet been examined and highlighted too. This article is to describe the fact of how important an adequate post-treatment of the concrete is in order to obtain a beautiful fair-faced concrete surface. The above-described requirement of a homogeneous concrete surface cannot always be achieved, in particular, when using a non-sucking, smooth formwork (Fig. 1). Especially in this case, it is possible that the concentration of water or cement paste may be different at some parts of the concrete surface. This may be caused, for example, by segregation processes when vibrating or compacting the concrete. It has also been observed already that non-uniformly applied release agent leads to such inhomogeneities. The occurring inhomogeneities are irrelevant in terms of concrete technology. What happens on the concrete surface has absolutely no effect on the properties, such as strength and durability. However, they have a visual impact. Just the slightest differences in the w/c ratio have a strong impact on the lightness of the concrete surface. This, by the way, applies to both the coloring of concrete and for gray concrete. Concrete made of white cement or maybe brightened by a titanium dioxide pigment white does not show any or only slightly visual effects relating to such processes. Differences in lightness on the concrete surface cannot entirely be excluded even if the utmost care has been taken and thus appear now and then on concrete surfaces that are manufactured with non-sucking, smooth formwork. A manufacturing process carried out as carefully as

› „Aber der Beton soll an der Oberfläche schön homogen sein“ – so die Forderung mancher Bauherren oder Planer, wenn mit dem Betonhersteller oder Farblieferanten über die Möglichkeiten der farblichen Gestaltung von Sichtbetonoberflächen gesprochen wird. Wie ist diese Forderung zu bewerten? Es handelt sich um ein vordergründig verständliches Ziel, wenn man berücksichtigt, wodurch unser aller Vorstellungen von synthetischen Sichtoberflächen geprägt sind. Von daher kann man es niemandem verübeln, wenn man, durch jene Vorgaben geprägt, diese Vorstellungen auf die Sichtbetonoberfläche überträgt. Gleichwohl ist natürlich eines sicher: eine Betonoberfläche kann optisch an solchen Maßstäben nicht gemessen werden. Dies wurde bereits in diversen Veröffentlichungen deutlich beschrieben [1, 2, 3]. In früheren Beiträgen wurde erarbeitet, dass sich die natürlich auftretenden Schwankungen von Rohstoffen, die bei der Betonherstellung zum Einsatz kommen, auf die Oberflächenfarbe von Sichtbeton auswirken. Auch das Betonrezept, der Prozess der Betonherstellung und die Verarbeitung des Betons wurden schon beleuchtet. In diesem Beitrag soll beschrieben werden, wie wichtig eine ausreichende Nachbehandlung des Betons ist, um eine schöne Sichtbetonoberfläche entstehen zu lassen. Die oben beschriebene Forderung nach einer homogenen Betonoberfläche ist insbesondere bei Verwendung einer nicht saugenden glatten Schalung nicht immer zu erzielen (Abb. 1). Gerade in diesem Fall kann es an einigen Stellen der Betonoberfläche zu unterschiedlichen Konzentrationen an Wasser oder Zementleim kommen. Dies passiert beispielsweise infolge von Entmischungsvorgängen beim Rütteln oder Verdichten des Betons. Es wurde auch bereits beobachtet, dass unterschiedlich stark aufgetragenes Trennmittel zu solchen Inhomogenitäten führen kann. Die entstehenden Inhomogenitäten sind aus betontechnologischer Sicht bedeutungslos. Was sich da an der Betonoberfläche abspielt, hat keinerlei Auswirkungen auf Eigenschaften wie Festigkeit oder Dauerhaftigkeit. Allerdings wirken sie sich optisch aus. Geringste Unterschiede im w/z-Wert wirken sich stark auf die Helligkeit der Betonoberfläche aus. Dies gilt im Übrigen sowohl im Falle der Einfärbung des Betons als auch im Falle des grauen Betons. Beton aus Weißzement, gegebenenfalls aufgehellt durch weißes Titandioxidpigment, zeigt bezüglich solcher Vorgänge keine oder nur geringe optische Auswirkungen. Unterschiedliche Helligkeiten an Betonoberflächen können auch bei Anwendung größter Sorgfalt nicht voll-

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› Concrete and color

Fig. 1 Eifferent appearances of a concrete element: inhomogeneous surface when using a non-sucking, smooth formwork (surface), homogeneous color impression when using a sucking formwork (corner strip). Abb. 1 Unterschiedliche Erscheinungsbilder eines Betonelements: inhomogene Oberfläche bei nicht saugender glatter Schalung (Fläche), homogener Farbeindruck bei Verwendung einer saugenden Schalung (Eckleiste).

possible includes, for example, the following two procedures: a uniform application of the release agent, ideally by applying the same with a squeegee in order to avoid a layer with differing thickness as well as the usage of exclusively new formwork material (in case of using cast-in-situ concrete). Taking these measures can reduce the chance that the described lightness differences may occur, however does not exclude the same. Even if all requirements have been fulfilled when placing the concrete, in order to get an optimum concrete surface, there may even be inhomogeneities after removing the formwork. The water contained in the concrete shall be available for the hydration process. Once the formwork has been removed, beside the still lasting chemical reaction the water, however, shows a second tendency: it wants to evaporate. The thickness of the cement paste beneath the concrete surface may now be different from part to part. Reason is the fact that the coarse aggregates of the concrete may be situated differently deep in the concrete and it is also possible that reinforcement materials or spacers are beneath the surface. A thin cement paste layer is able to dry quicker than a thicker layer, since, owing to the blockage, there is no water available from the inside of the concrete in order to balance the loss of water on the surface. Where the cement paste thickness differs, there are consequently different porosities and thus also a different lightness. It can thus happen, for example, that in some parts of the concrete an inadequate covering reveals the positions of the reinforcement by dark stripes. As already indicated, the same may be caused by coarse aggregates being directly beneath the surface or even sucking materials. We know very well that inside concrete is not a homogeneous matter but a heterogeneous material. This heterogeneity may become apparent on the surface. A post-treatment of the concrete is necessary in or-

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ständig ausgeschlossen werden und treten somit hin und wieder bei Betonoberflächen, die mit nicht saugender glatter Schalung hergestellt wurde, auf. Zur Anwendung größtmöglicher Sorgfalt gehören beispielsweise die folgenden beiden Vorgehensweisen: gleichmäßiges Auftragen des Trennmittels, idealer Weise durch Abziehen mit einem Gummiwischer zur Vermeidung unterschiedlicher Schichtdicken sowie der Einsatz ausschließlich neuer Schalungsmaterialien (im Falle der Betonverarbeitung als Ortbeton). Diese Maßnahmen verringern wohl die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der beschriebenen Helligkeitsunterschiede, schließen sie aber nicht aus. Selbst wenn man beim Betonieren alles Erforderliche getan hat, um eine optimale Betonoberfläche zu erhalten, kann es nach dem Ausschalen noch zu Inhomogenitäten kommen. Das im Beton enthaltene Wasser soll dem Hydratationsprozess zur Verfügung stehen. Einmal ausgeschalt zeigt das Wasser jedoch neben der immer noch andauernden chemischen Reaktion mit dem Zement eine zweite Tendenz: es will verdunsten. Die Zementleimdicke unter der Betonoberfläche kann nun von Bereich zu Bereich unterschiedlich dick sein. Dies rührt daher, dass sich im Beton die grobe Gesteinskörnung in unterschiedlichen Tiefen im Beton befinden kann, auch Bewehrungsmaterial oder Abstandshalter können sich unter der Oberfläche befinden. Eine dünne Zementleimschicht kann schneller austrocknen als eine dickere Schicht, da ja aus dem Betoninneren wegen der Sperre kein Wasser zur Verfügung steht, um den Wasserverlust an der Oberfläche auszugleichen. An den Stellen unterschiedlicher Zementleimdicke entstehen somit unterschiedliche Porositäten und damit auch unterschiedliche Helligkeiten. Beispielsweise kann es so passieren, dass im Beton an Stellen unzureichender Überdeckung der Verlauf der Bewehrung durch dunkle Streifen erkennbar wird. Das gleiche kann,

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Beton und Farbe ›

der to reduce the tendency to evaporate. As long as it is possible to prevent the water from leaving the concrete, the differences in lightness that are caused by this circumstance will fail to appear. Thus, this is a further step to get an as consistent concrete surface as possible. Therefore, a lot of parameters are responsible for the fact of what color or lightness may appear on the concrete surface and how homogeneous the surface appears. Examples of this are: the inherent color of the raw materials (also fluctuations), weighting and metering accuracy of the raw materials used, grading curve, moisture of the aggregates, concrete formulation, mixing process, temperature and weather conditions during manufacturing and processing of concrete, hydration conditions, formwork (material and condition), release agent (type and application thickness), finishing, post-treatment, subsequent coating or hydrophobizing where appropriate. The wide variety of factors, which are important in terms of achieving the lightness and the color shade of the concrete surface, clearly shows: there is no way to manage always all these factors in their entirety. The concrete surface, therefore, does not appear „a 100 % homogeneous“ at all. On the contrary: Fair-faced concrete shows a very special liveliness of its own, which fascinates more and more architects and planners. Many projects already realized prove this in a very impressive way. As to give some examples that may inspire to use more colored fair-faced concrete reference is made to the already very extensive range of „case studies“ carried out by Lanxess Deutschland GmbH at www.colored-concrete-works.com. ¢

[1]

Weber, P., Imhof, E., Olhaut, B.: Farbpigmente im Beton – Hilfe gegen Rohstoff- und Rezepturschwankungen; Betonwerk + Fertigteiltechnik Heft 7/2009

[2]

Weber, P.: Farbiger Beton – Einflüsse auf die Farbe bei Herstellung, Verarbeitung und Alterung; Opus C Heft 6/2007

wie bereits angedeutet, durch direkt unter der Oberfläche befindliche grobe Gesteinskörnung oder gar saugende Materialien verursacht werden. Beton ist nun mal im Inneren keine homogene Masse sondern ein heterogener Stoff. Diese Heterogenität kann sich an der Oberfläche abzeichnen. Um die Ausdunstungsneigung zu verringern, ist eine Nachbehandlung des Betons notwendig. Solange das Wasser daran gehindert werden kann, den Beton zu verlassen, bleiben auch die hierauf beruhenden Helligkeitsunterschiede aus. Dies ist somit ein weiterer Schritt, um zu einer möglichst einheitlichen Betonoberfläche zu gelangen. Viele Parameter sind also dafür verantwortlich, welche Farbe oder Helligkeit an einer Betonoberfläche entsteht und wie homogen die Oberfläche erscheint. Als Beispiele seien genannt: Eigenfarben der Rohstoffe (auch Schwankungen), Verwiege- oder Dosiergenauigkeit der Rohstoffe, Sieblinie, Feuchte der Gesteinskörnung, Betonrezept, Mischvorgang, Temperatur- und Witterungsbedingungen bei der Betonherstellung und –verarbeitung, Hydratationsbedingungen, Schalung (Material und Zustand), Trennmittel (Art und Auftragsdicke), Nachbearbeitung, Nachbehandlung und gegebenenfalls nachträgliche Beschichtung oder Hydrophobierung. Die Vielfalt der Faktoren, die eine Rolle bei der Erzeugung der Helligkeit und des Farbtons der Betonoberfläche spielen, macht es deutlich: es kann nicht möglich sein, stets all diese Faktoren vollständig zu beherrschen. Die Betonoberfläche sieht somit in keinem Falle „zu 100% homogen“ aus. Im Gegenteil: Sichtbeton zeigt eine ganz besondere eigene Lebendigkeit, die immer mehr Architekten und Planer begeistert. Viele bereits ausgeführte Objekte belegen dies eindrucksvoll. Um Beispiele zu benennen, die Lust auf mehr farbigen Sichtbeton machen, wird auf die schon sehr umfangreiche Palette an „Case-Studies“ der Lanxess Deutschland GmbH verwiesen: www.coloured-concrete-works.com. ¢

[3]

Weber, P.: Gestalten mit farbigem Sichtbeton – Planung und Herstellung; Beton, Verlag Bau und Technik, Düsseldorf, Heft 5/2007

Dr. Peter Weber

References / Literatur

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