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Arbeitsfugen
sind Fugen, die im Anschlußbereich
eines neu eingebauten Betons an bereits vorhandenen, erhärteten Beton
entstehen. Diese Fugen können
auch bei sorgfältiger
Arbeit nicht dicht ausgeführt
werden, weil Beton bei der Erhärtung
einer natürlichen
Volumenkontraktion unterworfen ist, so daß durchgängige Spalte im Bereich dieser
Anschlüsse entstehen,
die auch als Schwindfugen oder Schwindspalte bezeichnet werden können.
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Nach
dem Stand der Technik im Betonbau, werden in diese Anschlußfugen häufig Bänder aus flexiblem
Kunststoff oder Bleche so eingebaut, daß sie den entstehenden Schwindspalt
kreuzen. Sie sollen dem Wasser den Weg versperren und die Fuge abdichten.
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Diese – bekannten – Bänder zur
Abdichtung von Arbeitsfugen sind flache Profile. Sie bestehen aus
elastischen Polymeren, oft z.B. aus dem sogenannten Weich-PVC oder
den als Gummi bezeichneten Elastomeren. Sie sind weisen in Längsrichtung ausgeformte
Rippen oder Stege auf.. Dadurch soll eine bessere Einbindung in
den Beton zu gewährleistet
und die Umläufigkeit
für Wasser
durch Verlängerung
der Fließwege
vermindert werden, den naturgemäß haftet
der Beton nicht an diesen Profilen. Eine dichte Verbindung zwischen
Fugenband und Beton ist deshalb nicht möglich..
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Der
Einbau dieser bekannten Fugenbänder ist
auch zeitaufwendig und damit teuer. An den Stößen müssen sie zur dichten Verbindung
verschweißt oder
sogar vulkanisiert werden, außerdem
sind aufwendige Hilfskonstruktionen für den Einbau notwendig, weil
die weich-flexiblen Bänder
dazu neigen, beim schütten
des frischen Betons verformt zu werden oder sogar umzufallen. Sie
werden dadurch häufig
nicht oder nur fehlerhaft in den Beton eingebunden.
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Tatsächlich ist
ein Großteil
der Leckagen bei Fugen, die mit den bekannten Arbeitsfugenbändern abgedichtet
sind, auf mangelhafte Einbindung beim Einbau zurückzuführen. Dem Fachmann kennt diese Probleme.
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Als
Fugenbleche bezeichnet man in der Bauprache Streifen aus Stahlblech,
die ebenfalls zur Abdichtung in Arbeitsfugen eingebaut werden. Sie
bestehen zumeist aus planen Blechen mit-Dicken zwischen 1-2 mm mit Breiten zwischen
150-250 mm. Zur Abdichtung der Arbeitsfu gen werden Sie in ähnlich den
bekannten Fugenbändern
in die Fugen so eingebaut. Auch sie sollen dem Wasser den Weg durch
zu erwartende Schwindspalte versperren.
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Fugenbleche
sind einfacher einzubauen als die vorerwähnten elastischen Arbeitsfugenbänder. Sie
sind starrer als jene sind und widerstehen der Belastung beim schütten des
frischen Betons besser. An Stößen müssen sie
aber ebenfalls entweder verschweißt oder mittels spezieller
Dichtungen gesichert werden. Ein weiterer, gravierender Nachteil
dieser Fugenbleche ist die sehr schlechte Einbettung in den Beton.
Beton haftet nicht an Stahloberflächen. Das führt dazu, daß neben
dem Schwindspalt, der zwangsläufig
in der Arbeitsfuge beim erhärten
des Betons entsteht, zwei zusätzliche
Schwindspalte beiderseits des Fugenbleches entstehen. Schon bei
unter geringem Druck anstehendem Wasser führt das zur Umläufigkeit
dieser Bleche, die damit letztlich nur dazu dienen, dem Wasser den
Fließweg
verlängern. Bei
Grundwasser, das mit höherem
Druck ansteht, sind sie praktisch wirkungslos.
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Wegen
dieser – dem
Fachmann bekannten – Nachteile
der Fugenabdichtungen mit Blechen und Bändern, fehlt es nicht an Versuchen,
diese Systeme, vor allem aber die einfachen Fugenbleche zu optimieren.
So sind Fugenbleche bekannt, die ein- oder beidseitig mit einer
dauerhaft klebenden Beschichtungen versehen sind. Diese Beschichtungen
sollen die Haftung des Frischbetons am Blech verbessern und so die
Bildung der Schwindspalte und damit die Umläufigkeit verhindern.
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Nun
ist eine praktische Lebenserfahrung und deshalb auch dem Laien bekannt,
daß die
Klebrigkeit einer Oberfläche,
beispielsweise eines selbstklebenden Bandes oder einer klebrigen
Farbe, sehr schnell verloren geht, wenn die klebende Fläche mit
nur geringen Mengen eines Stoffes in Kontakt kommt, der an der klebenden
Oberfläche
anhaftet. Typisch für solche
anhaftenden Stoffe sind z.B. Staub und Sand und jede Art von losem
Schmutz. Selbst Wasser vermindert drastisch das kleben solcher Oberflächen. Klebend
beschichtete Bleche müssen
deshalb sorgfältig
vor der Verschmutzung ihrer Oberfläche bewahrt werden, um den
angestrebten Zweck der Beschichtung nicht zu gefährden. Die klebenden Flächen werden
deshalb bei der Herstellung durch mittig geteilte Schutzpapiere
oder Schutzfolien abgedeckt, die jeweils erst kurz vor dem schütten des
Betons der einzelnen Betonierabschnitte an der Baustelle entfernt
werden dürfen.
Diese Fugenbleche sind dadurch wenig anwendungsfreundlich, aufwendig
ein zubauen und anfällig
für systembedingte
Fehler, denn es ist jedem Fachmann klar und einleuchtend, daß die Schutzpapiere
oder -folien bereits vor dem einschalen eines Bauteils entfernt
werden müssen, weil
das in den Fugenbereich eingebaute Blech sonst nicht mehr zugänglich ist.
Die empfindliche, klebrige Oberfläche wird also zwangsläufig längere Zeit
sowohl der Witterung als auch den baustellentypischen Verschmutzungen
ausgesetzt und die angestrebte Wirkung geht dabei verloren.
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Weiter
wird die behauptete Funktion dieser klebrigen Beschichtung zweifelt.
Jedem mit der Technologie des Betons vertrauten Fachmann ist bekannt,
daß das
natürliche
Schwinden von Beton ein physikalisch bedingter Vorgang ist und durch äußere Maßnahmen
nicht verhindert oder begrenzt werden kann. Die beim schwinden auftretenden
Kräfte
sind praktisch unendlich und dem Fachmann weiß auch, daß Schwindspannungen selbst
in massiven Betonbauteilen mit schwerer Bewehrung zu ausgeprägten Rissen
führen,
wenn bei der Konstruktion diesem natürlichen Schwinden nicht durch
entsprechende Dimensionierung Rechnung getragen wird. Es ist deshalb
für den
Fachmann nicht schlüssig
zu erklären, wie
eine klebrige Oberfläche
mit einer Dicke von wenigen μm
erhärtenden
Beton am schwinden hindern soll.
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Weiter
sind auch Fugenbleche bekannt, auf die bekannte quellfähige Dichtungen,
in Form von Streifen oder Bändern
aufgeklebt sind. Diese Quelldichtungen sollen die typische Umläufigkeit
des Fugenbleches verhindern. Diese Kombination von Fugenblechen
mit streifenförmigen
Quelldichtungen sind funktionssicher, aber aufwendig und teuer in
der Herstellung.
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Es
besteht deshalb großer
Bedarf an einem einfach herzustellenden und preiswerten Fugenblech oder
Fugenband zur Abdichtung von Arbeitsfugen, das funktionssicher ist
und nicht über
die Nachteile bekannter Fugenbänder
und Fugenbleche verfügt. Die
Erfindung nach diesem Anspruch löst
diese Aufgabe überraschend
einfach.
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Die
Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es mit bestimmten Bindemitteln
möglich
ist, in Wasser quellfähige
Feststoffe auf einem Untergrund zu fixieren, ohne das typische quellen
dieser Stoffe in Wasser zu beeinträchtigen, wenn die quellfähigen Stoffe
als Körner
oder Blättchen
vorliegen. Als körnig wird
in diesem Zusammenhang ein Zustand definiert, in dem Partikel in
Partikelgrößen über 0,1
mm bis etwa 5 mm vorliegen, als Blättchen werden Körper mit
einem Verhältnis
von Dicke zur Fläche >3 definiert, bei denen
die Dicke < 4mm
ist. Die Partikel können
entweder in an sich bekannten Verfahren durch Agglomeratbildung
aus den feinteiligen, z.B. als Pulver vorliegenden oder durch klassieren
aus grobgemahlenen oder bereits körnig vorliegenden, quellenden
Stoffen gewonnen werden. Blättchenförmige Stoffe
werden ebenfalls nach bekannten Verfahren hergestellt, z.B.. durch
brechen aus dünnen
Platten oder Folien, die selbst wiederum durch gießen, extrudieren,
kalandrieren oder ähnliche
Verfahren gewonnen werden.
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Dem
Fachmann und Verfahrenstechniker sind solche Herstellverfahren wohl
bekannt, sie sind schon seit langem Stand der Technik und müssen deshalb
nicht im Detail beschrieben werden.
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Als
in Wasser quellende Stoffe sind Schichtsilikate vom Typ der Montmorillonite,
vor allem die dem Fachmann unter der Bezeichnung Bentonit bekannten
Tone, wegen ihrer großtechnischen
Verfügbarkeit
und wohlfeilen Preise, für
Abdichtungselemente nach dem Anspruch dieser Erfindung besonders
bevorzugt.
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Geeignet
als Binder sind prinzipiell alle Stoffe, die durch Temperaturänderung,
trocknen oder durch eine chemische Reaktion vom flüssigen in
den festen Zustand übergehen,
mechanisch ausreichend feste Bindungen erzeugen, auf dem Träger und
dem Quellstoff ausreichend haften und die Quelleigenschaften der
quellenden Beschichtung nicht oder nur gering negativ beeinflussen.
Binder, die elastische Beschichtungen liefern und damit das aufrollen
der neuen Abdichtungselemente zum einfacheren Transport ermöglichen,
sind besonders bevorzugt.
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Aus
der Vielzahl der dem Fachmann technisch bekannten und verfügbaren Bindemittel
wurden in umfangreichen Versuchen zwei Gruppen ausgewählt, die
besonders bevorzugt werden. Zu diesen bevorzugten Gruppen zählen flüssige, polymere
Diisocyanate mit noch reaktiven NCO-Gruppen, die durch Reaktion
mit Spuren von Wasser zu Polyharnstoffen weiterreagieren. Der Fachmann
kennt diese Produkte gut, sie sind u.a. in Oertel; Kunststoffhandbuch,
Band 7 (Hanser-Verlag, München,
1983) beschrieben. Der Vorteil dieser bevorzugten Bindemittel ist
die kurze Abbindereaktion bei Kontakt mit Bentonit, ausgelöst durch
den typischen Restwassergehalt des Bentonits.
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Eine
weitere, bevorzugte Gruppe von Bindemitteln ist natürlicher
oder synthetischer Latex, als feinteilige Emulsion oder dispergiert,
mit Wasser als Dispersionsmedium. Auch diese Stoffe sind dem Fachmann
sehr gut bekannt und u.a. in Murray und Thompson: „Die Neoprene", Verlag E.I. Du
Pont de Nemours & Co,
Wilmington, ausführlich
beschrieben. Die Vorteile dieser ebenfalls bevorzugten Binder ist die
einfache und unproblematische Handhabung als wässrige Lösung und das schnelle Abbinden
beim Entzug des Dispersionsmediums Wasser. Da Bentonit begierig
Wasser aufnimmt, entzieht er dem Latex bei Kontakt sofort Wasser,
der Latex koaguliert und verklebt die Bentonitpartikel.
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Bei
beiden bevorzugten Bindemittelgruppen werden die Typen, die hochelastische
Filme bilden können,
ganz besonders bevorzugt.
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Die
Abdichtelemente nach dem Anspruch dieser Erfindung werden am einfachsten
so hergestellt, daß der
ausgewählte
Binder oder eine Zubereitung, die das Bindemittel enthält, in definierter Schichtdicke
auf das Trägermaterial
aufgetragen wird. Die Schichtdicke wird bevorzugt so gewählt, daß sie kleiner
ist als der Durchmesser der Partikel oder die Dicke der Blättchen des
quellenden Stoffes. Anschließend
wird das quellende Material lose auf die Oberfläche aufgetragen. Um eine durchgängig-homogene
Belegung der Oberfläche
mit dem quellenden Material zu erreichen, ist es zweckmäßig, das
quellende Material zunächst
im Überschuß aufzutragen.
Anschließend
kann durch mechanische Einwirkung bei Bedarf nachverdichtet werden
und die überschüssigen Partikel
werden entfernt, beispielsweise durch rütteln oder durch absaugen.
Dieser Vorgang kann – um
hohe Schichtdicken zu erreichen- beliebig oft wiederholt werden.
Zweckmäßiger weil wirtschaftlicher
ist es aber, für
hohe Schichtdicken mit einer gröberen
Fraktion der Partikel zu arbeiten.
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Bei
Verwendung der besonders bevorzugten, beschriebenen Isocyanat- oder
Latex-Bindemittel sind die Beschichtungen der nach diesem Verfahren
hergestellten Abdichtelemente in kurzer Zeit abgebunden, eine längere Trockenzeit,
oder die Lagerung in einer Trockenkammer ist nicht notwendig. Die Herstellung
ist dadurch einfach und wenig aufwendig.
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Die
neuen Abdichtelemente nach diesem Anspruch sind in diesem Stadium
bereits verwendungsfähig.
Es kann aber zweckmäßig sein,
die Oberfläche
des erzeugten, quellenden Belages einer Nachbehandlung zu unterziehen.
Die Nachbehandlung ist sinnvoll sein, wenn die mechanische Festigkeit
der erzeugten, quellenden Schicht verbessert werden soll oder um
das quel len bei Kontakt mit Wasser zu verzögern, um die Beständigkeit
der Dichtelemente gegen Regen zu verbessern.
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Ein
besonderer Vorteil der Beschichtung einer Oberfläche mit einem Quellmittel nach
diesem Verfahren ist darin zu sehen, daß es damit auf einfache Art
möglich
ist, Oberflächen
in praktischer jeder denkbaren Geometrie damit zu überziehen.
Mit doublierten oder aufgeklebten quellenden Produkten ist das nur
bedingt oder überhaupt
nicht möglich.
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Als
bandförmige
Träger
für die
Abdichtelemente nach diesem Anspruch können glatte oder beliebig geformte
Bleche aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, mit oder ohne Oberflächenbehandlung,
beispielsweise durch einen Überzug
aus Zink, verwendet werden. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
werden Träger
aus Kunststoff verwendet. Prinzipiell können als Kunststoff alle dem
Fachmann bekannten Polymere Verwendung finden, aus denen ausreichend
biegesteife , dünnwandige
Platten hergestellt werden können.
Aus Kostengründen
wird man sich aber in der Praxis auf die sogenannten Massenkunststoffe
beschränken,
die großtechnisch verfügbar sind.
Da keine besonderen Ansprüche
an die mechanischen und optischen Eigenschaften der Trägermaterialien
aus Kunststoff zu stellen sind, können auch, preiswert verfügbare, wiederaufbereitete Rohstoffe
zur Herstellung eingesetzt werden.
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Besonders
bevorzugt als Trägermaterial
für Abdichtelemente
nach diesem Anspruch mit Polymeren als Träger sind Produkte, bei denen
durch Mitverwendung von Treibmitteln bei der Extrusion eine feinzellige
Kernstruktur unter beidseitig planen, dichten und homogenen Oberflächen erzeugt
wird. Der Vorteil dieser bekannten Polymere mit Schaumkern ist eine
besonders hohe Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht. Der
Fachmann kennt solche Produkte auch unter der Bezeichnung Strukturschaum.
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Die
beigefügten
Zeichnungen sollen den Sachverhalt beispielhaft erläutern.
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1 zeigt
den Schnitt durch eine Arbeitsfuge mit einem starren, eingebauten
Abdichtelement. Es zeigen die Ziffern -
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- 1
- den
Betonierabschnitt 1
- 2
- die
Arbeitsfuge zwischen den Betonierabschnitten
- 3
- das
Abdichtelement; z.B. ein Fugenblech
- 4
- die
typischen Steckeisen (den Bewehrungsanschluss aus Baustahl)
- 5
- den
Betonierabschnitt 2
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2 zeigt
die Seitenansicht eines glatten Abdichtelementes nach dem Anspruch
dieser Erfindung.. Ziffer 1 bezeichnet den Träger aus
Metall oder Kunststoff Ziffer 2 die – bei diesem Beispiel einseitig aufgetragene
quellende Schicht.
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3 zeigt
die Draufsicht auf ein profiliertes Abdichtelement nach dem erfindungsgemäßen Anspruch.
Die Ziffern 1 und 2 verweisen auf die Oberfläche, die
ein- oder beidseitig mit der Quellschicht überzogen sein kann.
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4 zeigt
die Seitenansicht eines in Längsrichtung
profilierten Abdichtelementes nach dem Anspruch dieser Erfindung..
Ziffer 1 bezeichnet das Träger aus Metall oder Kunststoff,
Ziffer 2 die – bei
diesem Beispiel einseitig aufgetragene – quellende Schicht.
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Nachstehend
wird die Herstellung von Abdichtelementen nach dem Anspruch dieser
Erfindung beschrieben, ausdrücklich
ohne den Anspruch auf die beschriebene Form der Ausführung zu
begrenzen oder ihn darauf einzuengen. Der Anspruch wird vielmehr
ausdrücklich
auf alle Abdichtelemente mit quellfähiger oder teilweise quellfähigen Oberflächenbeschichtungen
erhoben, die durch auftragen einer nicht flächig gebundenen, quellfähigen Substanz
auf die Oberfläche
des Trägers
vorgängig
aufgetragenes Bindemittel hergestellt werden können.
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Beispiel 1
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Ein
lösemittelfreies,
feuchtereaktives Bindemittel mit der Bezeichnung Flexsol-2000 mit
einer Viskosität
von 1500 mPa·s
(bei 20°) – Hersteller
ARCAN AG Waterproof, Zürich – wird durch
Zusatz von 0,5 % eines dazu angebotenen Abbindebeschleunigers mit
der Bezeichnung HydroCat-509 aktiviert und in einer Schichtdicke
von im Mittel 500 μm
auf ein Band aus Blech, Länge
2000 mm, Breite 200 mm, Dicke 0,75 mm, im Sprühverfahren aufgetragen. Sofort nach
der Applikation wird, auf die Oberfläche mit dem flüssigen Bindemittel,
handelsüblicher
körniger
Natriumbentonit mit einem mittleren Korndurchmesser von 0,6 mm im Überschuß so aufgetragen,
daß die Oberfläche ca.
3-4 mm mit dem trockenen Bentonitgranulat bedeckt ist.
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Der
Bentonit wird durch abrollen mit einer massiven Walze mit glatter
Oberfläche
unter leichtem Druck verdichtet. Nach einer Wartezeit von ca. 15
Minuten wird durch drehen des Bandes um 90° , rütteln und abblasen mit Druckluft
der nicht gebundene, überschüssige Bentonit
entfernt. Es ist eine festhaftende, elastisch mit dem Blech verbundene
Beschichtung mit einer Dicke von ca. 1,5-2 mm und gleichmäßig-grob
strukturierter Oberfläche
entstanden, die nach eintauchen in Wasser um den Faktor 4-5 in der
Dicke durch aufquellen zunimmt. Eingebaut in Arbeitsfugen aus Beton
verhindert der aufquellende Betonit die Umläufigkeit des Bandes für Wasser,
weil er die Schwindfuge zwischen dem Band und dem erhärteten Beton
verfüllt.
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Beispiel 2
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Ein
wasserhaltiges, durch verdunsten oder Entzug des Wassers trocknendes
Bindemittels mit der Bezeichnung HydroBloc-Polyblend-540 mit einer Viskosität von 500
mPa·s
(bei 20°) – Hersteller:
ARCAN AG Waterproof, Zürich – wird durch
Zusatz von 1 % eines Verdickers mit der Bezeichnung Collacral (Hersteller:
BASF AG, Ludwigshafen) so verdickt, daß eine nur noch bedingt fließfähige, strukturviskose
Masse entsteht. Sie wird in einer Schichtdicke von im Mittel 600 μm auf ein
Band auf Blech, Oberfläche elektrolytisch
verzinkt, Länge
2000 mm, Breite 200 mm, Dicke 0,75 mm, gleichmäßig im Sprühverfahren aufgetragen. Sofort
nach der Applikation wird, auf die Oberfläche mit dem nassen Bindemittel,
handelsüblicher
körniger
Natriumbentonit mit einem mittleren Korndurchmesser von 0,6 mm im Überschuß so aufgetragen,
daß die
Oberfläche
ca. 3-4 mm mit dem trockenen Bentonitgranulat bedeckt ist. Der Bentonit wird
sofort anschließend
durch abrollen mit einer massiven Walze mit glatter Oberfläche unter
leichtem Druck verdichtet. Nach einer Wartezeit von ca. 5 Minuten
wird durch drehen des Bandes um 90° und leichtes rütteln und
absaugen der nicht gebundene, überschüssige Bentonit
entfernt und der Vorgang wiederholt.
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Nach
einer Trockenzeit von ca. 30 Minuten ist eine festhaftende, elastisch
mit dem Blech verbundene Beschichtung mit einer Dicke von ca. 2,5-3
mm und strukturierter Oberfläche
entstanden, die nach eintauchen in Wasser gleichmäßig um den
Faktor 4-5 in der Dicke durch aufquellen zunimmt. Eingebaut in Arbeitsfugen
aus Beton verhindert de aufquellende Betonit die Umläufigkeit
des Bandes für
Wasser, weil er die Schwindfuge zwischen dem Band und dem erhärteten Beton
verfüllt.
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Beispiel 3 und 4
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Die
Beispiele 1 und 2 werden wiederholt, statt Stahlblech werden aber
ein Bänder
aus strukturgeschäumtem
Hart-PVC verwendet. Die Ergebnisse sind identisch mit denen der
Beispiele 1 + 2.
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Beispiele 5 und 6
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Auf
die beschichteten Oberflächen
der Bleche nach Anspruch 1 und 2 wird im Sprühverfahren, nach dem abrütteln und
abblasen des überschüssigen Bentonites,
eine im Verhältnis
1:1 mit Wasser verdünnte
Lösung
von Hydrobloc-Polyblend 540 (Lieferant: ARCAN GmbH, Bobenheim-Roxheim)
zur zusätzlichen
Festigung der Oberfläche
aufgetragen. Auftragsmenge ca. 300 Gramm je m2 Oberfläche.
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Nach
einer Trockenzeit von ca. 60 Minuten ist die entstandene Oberfläche mechanisch
deutlich abriebfester als die der Vergleichsbeispiele 1 und 2, nur
schwach eingebundene Bentonitkörner
sind nicht mehr vorhanden. Das quellen der aufgetragenen Quellschicht
wird durch den Überzug
nicht negativ beeinflusst.
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Beispiele 6 + 7
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Es
wird wie in Beispiel 5 und 6 verfahren, jedoch wurde zur Obeflächenbeschichtung
ein wässriger,
als Film im alkalischen Milieu wasserlöslicher Polymerlatex mit der
Bezeichnung TC-2901 (Lieferant: ARCAN GmbH, Bobenheim-Roxheim) verwendet.
Auftragsmenge ca. 500 Gramm je m2 Oberfläche. Nach
einer Trockenzeit von ca. 60 Minuten ist die entstandene Oberfläche mechanisch
deutlich abriebfester als die der Vergleichsbeispiele 1 und 2, nur schwach
eingebundene Bentonitkörner
sind nicht mehr vorhanden.
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Eingetaucht
in Leitungswasser ist das quellen der Bentonitbeschichtung durch
den Überzug stark
beschränkt.
Das Quellvolumen wie die Vergleichsbeispiele 1 + 2 erreichen die
Proben nach Beispiel 6 und 7 nicht.
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Eingetaucht
in Wasser, dem 10% Baukalk zugesetzt sind ( gelöschter Kalk, Calciumhydroxyd) wird
nach einer geringen Verzögerung
das gleich Quellvolumen erreicht, wie bei den unbehandelten Beispielen
1-4. Die Abdichtelemente nach Beispiel 6 und 7 sind besonders gut
geeignet für
den Einbau bei ungünstigen
Wetterbedingungen, die Behinderung des quellens wird nach dem Einbau
durch die betontypische Alkalität
aufgehoben.