Porenraum

Der Porenraum beschreibt die Gesamtheit aller Hohlräume in Beton und Gestein. Er steuert Wasseraufnahme, Luftführung, Gas- und Ionenbewegung – und damit Festigkeit, Zähigkeit und Dauerhaftigkeit. Im praktischen Einsatz beeinflusst der Porenraum maßgeblich, wie sich Bauteile und Felsstrukturen unter Druck, Zug und Scherung verhalten. Wer Abbruch, Trennen und Gewinnung plant, trifft mit einem fundierten Verständnis des Porenraums fundierte Entscheidungen zu Bohrbild, Geräteeinsatz und Prozessparametern – insbesondere beim Arbeiten mit Betonzangen im Rückbau sowie Stein- und Betonspaltgeräte im Abbruch der Darda GmbH.

Definition: Was versteht man unter Porenraum

Unter Porenraum versteht man den Anteil des Materialvolumens, der nicht durch feste Substanz belegt ist. Dieser Hohlraumanteil setzt sich aus offenen Poren (mit Verbindung zur Oberfläche) und geschlossenen Poren (ohne Durchströmung) zusammen. Entscheidend sind nicht nur der Porenanteil (Porosität), sondern auch Porengrößenverteilung, Form und Vernetzung. In Beton entstehen Poren aus Gelporen der Zementmatrix, Kapillarporen aus überschüssigem Wasser sowie Luftporen. In Naturstein sind interkristalline Hohlräume, Mikrorisse, Schicht- und Kluftflächen prägend. Der Porenraum bestimmt Permeabilität, Kapillarität, Sorption und damit Korrosionsrisiken, Frost-Tausalz-Beständigkeit, Carbonatisierungsgeschwindigkeit und das Bruchverhalten unter mechanischer Last.

Bedeutung des Porenraums für Abbruch- und Trenntechnik

Der Porenraum ist ein zentraler Einflussfaktor auf die Wirksamkeit hydraulischer Verfahren. Bei Stein- und Betonspaltgeräten kontrolliert er, wie schnell sich Keilkräfte in Risse umsetzen und wie sich diese Risse verzweigen. In dichten, hochfesten Betonen mit geringer Porosität benötigt die Rissinitiierung höhere Spannungen; Bohrbild, Spaltkeilgröße und Schrittfolge sind entsprechend anzupassen. In porösen oder karbonatisierten Betonen führen verbundene Kapillarporen und Mikrorisse eher zu spröden, energiearmen Bruchflächen; geringere Spaltlasten und größere Bohrlochstöße können genügen. Betonzangen zerkleinern Beton durch Druck- und Scherbeanspruchung. Ein feiner, gut vernetzter Porenraum mit Mikrorissen begünstigt die Bröseligkeit und reduziert den Energiebedarf, während kompakter, jung erhärteter oder hochverdichteter Beton höheren Zangendruck und kürzere Hubwege verlangt. Wassergehalt und Sättigungsgrad ändern das Verhalten zusätzlich: gesättigte Porenräume dämpfen lokale Spannungsmaxima, erhöhen jedoch Pore Pressure-Effekte bei schneller Belastung. In Naturstein variiert der Einfluss: Sandstein mit hoher Zwischenkornporosität bricht anders als porenarmes Granitgestein; im Tunnelbau bestimmen Klüfte und Schichtungen die bevorzugten Risspfade. In der Praxis bedeutet dies, dass Gerätewahl, Hydraulikdruck, Bohrdurchmesser und -tiefe, Kantenabstände sowie die Arbeitsfolge an den Porenraum anzulehnen sind, um kontrollierte Brüche, geringe Sekundärschäden und effiziente Zykluszeiten zu erreichen.

Porenarten und Mikrostruktur in Beton und Naturstein

Die Mikrostruktur erklärt, warum sich Materialien so unterschiedlich verhalten:

• Gelporen (nm–μm): sehr fein, bestimmen Sorption und Kriech-/Schwindverhalten der Zementmatrix.
• Kapillarporen (μm–10^2 μm): aus nicht gebundenem Anmachwasser; zentral für Permeabilität und Chloridtransport.
• Luftporen (gezielt oder unbeabsichtigt): erhöhen Frostbeständigkeit, können aber die Druckfestigkeit mindern.
• Mikrorisse (Hydratationswärme, Schwinden, Lastwechsel): wirken als Rissstarter und beeinflussen Zähigkeit.
• Interkristalline Poren und Klüfte in Naturstein: abhängig von Mineralogie, Gefüge, Lagerung und Tektonik.

Übergangszone (ITZ) als Schwächungszone

Die Übergangszone zwischen Zuschlag und Zementstein weist oft erhöhte Porosität und Mikrorissdichte auf. Sie ist ein bevorzugter Pfad für Rissausbreitung und spielt bei der Kraftübertragung von Betonzangen und bei Splittrissen eine zentrale Rolle.

Einfluss auf Bruchmechanik und Rissausbreitung

Der Porenraum steuert die Energie, die ein Riss zum Wachsen benötigt (Bruchzähigkeit), und die Richtungsstabilität.

• Geringe Porosität, dichte Matrix: hohe Anfangswiderstände, schlagartige, geradlinige Risssprünge.
• Höhere Porosität, vernetzte Mikrorisse: geringere Spitzenlasten, mehr Abzweigungen, kleinere Fragmentgrößen.
• Sättigung: Porenwasser erhöht Pore Pressure; bei schneller Belastung kann dies Rissfortschritt begünstigen oder umlenken.

Druck-, Zug- und Scheranteile

Spaltgeräte erzeugen primär Zugspannungen quer zum Bohrloch, Betonzangen kombinieren Druck, Zug und Scherung. Der Porenraum wirkt jeweils unterschiedlich: Kapillarnetze fördern Zugriss-Fortschritt, während Gelporen eher viskoelastisch dämpfen.

Auswirkungen auf Betonabbruch und Spezialrückbau

Beim selektiven Rückbau ist ein planvoller Umgang mit dem Porenraum entscheidend, um angrenzende Bauteile und Einbauten zu schützen.

• Bohrbild für Stein- und Betonspaltgeräte: Bei dichter Struktur engere Lochabstände, größere Tiefe, präzise Kantenabstände; bei poröser Struktur sind größere Abstände möglich.
• Hydraulikparametrierung: Höhere Drücke und längere Haltezeiten in kompakten Betonen; in älteren, rissreichen Bauteilen genügt oft ein moderater Druckanstieg.
• Betonzangen: Zangenposition so wählen, dass ITZ-Bereiche und vorhandene Risse genutzt werden; bei dichter Matrix kleinere Hube und häufigere Anbisse.
• Sekundärzerkleinerung: Poröse Gefüge erzeugen mehr Feinanteile; Staubmanagement entsprechend planen.

Feuchtegehalt, Temperatur und saisonale Effekte

Feuchte steuert Kontaktreibung, Porenwasserdruck und Dämpfung. Trockener Beton ist spröder, gesättigter Beton zeigt mehr Energieaufnahme, kann aber bei dynamischer Belastung zu Dampf- oder Wasserdruckspaltungen neigen. Frost-Tausalz-Zyklen erweitern Poren und erzeugen Mikrorisse – mit unmittelbarer Auswirkung auf die Wirksamkeit von Betonzangen und Spaltzylindern.

Praxis-Hinweise

1. Feuchtegrad sondieren (Bohrmehl, Rückprall, einfache Dichteabschätzungen).
2. Bei hoher Sättigung langsame Laststeigerung wählen, um unkontrollierte Abplatzungen zu vermeiden.
3. Bei niedrigen Temperaturen mit spröderem Verhalten rechnen; Kantenabstände erhöhen.

Prüf- und Bewertungsmethoden des Porenraums

Zur Planung und Qualitätssicherung eignen sich pragmatische und laborgestützte Verfahren:

• Frisch- und Festbetonindikatoren: Rückprallhammer, Bohrwiderstand, Ultraschallgeschwindigkeit als indirekte Porenraumhinweise.
• Labor: Quecksilberintrusionsporosimetrie, Gasadsorption, Dünnschliffanalyse, μCT zur Porengrößen- und Vernetzungsanalyse.
• Permeabilitäts- und Wasseraufnahmetests: Abschätzung der offenen Porosität und Kapillarität.

Dauerhaftigkeit und Veränderung des Porenraums über den Lebenszyklus

Carbonatisierung verdichtet den Zementstein lokal, kann jedoch Mikrorisse in der ITZ begünstigen. Chloridbelastung und Bewehrungskorrosion erzeugen Volumenzuwachs und Rissnetze. Alkali-Kieselsäure-Reaktionen verändern die Porengeometrie. Diese Prozesse erklären, warum ältere Bauteile trotz scheinbar kompakter Oberfläche im Inneren trennfreundlicher sein können. Für den Rückbau heißt das: Vorerkundung, Sondierungen und angepasste Gerätestrategie.

Porenraum im Felsabbruch und Tunnelbau

In sedimentären Gesteinen (z. B. Sandstein) bestimmt die Zwischenkornporosität die Rissführung, in magmatischen Gesteinen (z. B. Granit) sind es Mikrorisse und Spaltflächen. Klüfte und Schichtungen wirken als natürliche Sollbruchstellen. Stein- und Betonspaltgeräte profitieren von der Ausrichtung des Bohrbilds entlang dieser Diskontinuitäten. In feuchten oder wasserdurchlässigen Zonen ist auf Pore Pressure-Effekte zu achten; längere Druckhaltezeiten und reduzierte Schrittweiten erhöhen die Prozesssicherheit.

Natursteingewinnung: Qualität der Blöcke durch Porenraumsteuerung

Die Zielgröße ist eine kontrollierte Bruchfläche mit minimaler Randbeschädigung. Ein homogener, schwach vernetzter Porenraum begünstigt großformatige Blöcke. Bei stark porösen, anisotropen Lagerstätten empfiehlt sich ein feinmaschigeres Bohrbild und abgestufte Spaltlasten, um Ausbrüche an Kanten zu vermeiden.

Arbeitsschutz, Emissionen und Umweltaspekte

Poröse Gefüge erzeugen bei Zerkleinerung tendenziell mehr Feinstaub. Feuchteführung und punktuelle Benetzung reduzieren Staubfreisetzung. Geringere erforderliche Spitzenkräfte in rissreichen Bauteilen ermöglichen oft emissionsärmere Arbeitsmodi. Sicherheitsabstände sind bei sprödem, trockenem Material zu vergrößern, da Splitterflug wahrscheinlicher ist. Angaben sind allgemein und ersetzen keine individuellen Gefährdungsbeurteilungen.

Typische Fehlerbilder und porenraumbedingte Ursachen

• Unkontrollierte Abplatzungen: rasche Laststeigerung bei gesättigten Porenräumen.
• Rissabriss und Kantenüberbruch: Bohrbild nicht an Klüfte/ITZ angepasst.
• Hoher Werkzeugverschleiß: zu geringe Hubfolge in sehr dichten Betonen führt zu Spitzenlasten.
• Übermäßiger Feinanteil: zu aggressive Zangenführung in porösem Gefüge.

Kenngrößen und einfache Praxisabschätzungen

Relevante Größen sind Gesamtporosität, offene Porosität, Permeabilität, Wasseraufnahme und apparente Dichte. Als Feldindikatoren dienen Bohrmehlmenge und -kornform, Wasseraufnahmeverhalten an frischen Schnittflächen sowie der Klang beim Abklopfen. Eine Kombination dieser Hinweise liefert eine robuste Einschätzung für die Parametrierung von Betonzangen und Stein- und Betonspaltgeräten.

Praxis-Checkliste zur Anpassung von Vorgehen und Parametern

1. Gefüge einschätzen: Sichtprüfung, Klopfprobe, Bohrmehl, einfache Messwerte.
2. Bohrbild planen: Dichte/Porosität berücksichtigen, Klüfte und Randabstände einbeziehen.
3. Hydraulik einstellen: bei dichter Matrix höhere Druckplateaus, bei poröser Matrix moderat und fein abgestuft.
4. Zangenstrategie wählen: Anbisspunkte entlang Schwächezonen (ITZ, Risse) priorisieren.
5. Feuchte steuern: gezielte Benetzung zur Staubreduktion, Laststeigerung kontrolliert.
6. Ergebnis prüfen: Fragmentgrößen und Bruchflächen bewerten, Parameter iterativ nachjustieren.

Materialvarianten und Verbundsysteme

Bewehrter Beton zeigt lokal veränderte Porenraumverteilungen im Bereich der Rippungen; hier erhöht sich die Risszähigkeit. Faserbeton verteilt Mikrorisse feiner, was Betonzangen zu kürzeren, häufigeren Anbissen zwingt. Recyclingbeton besitzt oft heterogene Porennetze; Probefelder sind empfehlenswert, um Bohr- und Spaltstrategie zu kalibrieren. Bei Verbunden mit Stahlbauteilen sind Produkte wie Stahlscheren, Kombischeren oder Tankschneider für die metallische Trennung zuständig; deren Einsatz ist vom Porenraum nur mittelbar betroffen, der Betonanteil bleibt hingegen weiterhin porenraumgesteuert zu behandeln.

Planung und Dokumentation

Eine strukturierte Erfassung der Porenraummerkmale vor Beginn – inklusive Feuchte, Gefüge, Diskontinuitäten und Alterung – verbessert die Auswahl zwischen Betonzangen, Stein- und Betonspaltgeräten, Hydraulikaggregaten und ergänzenden Werkzeugen. Dokumentierte Anpassungen von Bohrbild und Druckstufen beschleunigen Folgearbeiten und erhöhen die Reproduzierbarkeit.