Nachbehandlung ist die Sicherstellung der geplanten Betoneigenschaften durch die Optimierung des Hydratationsverlaufes.

Physikalische Restriktionen

Der zeitliche Verlauf der Hydratation ist abhängig von der Temperatur der Betonmatrix. Niedrige Temperaturen Bedeuten hierbei eine Verlangsamung der Hydratation bis zum Stillstand bei etwa -10°C. Bei Temperaturen unter 0°C der frischen Betonmischung treten Gefügeschäden auf, die die Dauerhaftigkeit des Betons beeinflussen. Unter Qualitätsgesichtspunkten muss daher eine Mindesttemperatur und unter Produktionsgesichtspunkten eine zulässige Maximaltemperatur der Betonmatrix erreicht werden.
Primär wird die Wärme der Betonmatrix durch die Energiefreisetzung der chemischen Reaktion des Zementes erzeugt. Die Hydratationswärmeentwicklung ist hierbei von der Zementsorte und dem Hydratationsgrad (Zeitverlauf) abhängig.
1 kg Zement (z.B. CEM I 32,5 R) entwickelt bis ca. 200kJ  Wärmeenergie in den ersten 24 Stunden der Hydratation. Die Wärme verteilt sich in der Betonmatrix auf Anmachwasser, Zuschlagstoffe, Zusatzmittel- und -stoffe sowie dem Zement selbst.
Bei der Betrachtung der Wärmebilanz ist jedoch wesentlich, dass der Temperaturverlauf der Betonmatrix nicht linear erfolgt, sondern einer Funktion genügt, die von der Wärmeentwicklung in den ersten Stunden der Erhärtung abhängig ist.

Die summarische Wärmeentwicklung der Betonmatrix ergibt sich zu:

Q = C_P · γ · ∆t · V        (Grundgleichung)

Unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften der zu betrachtenden Stoffe des Gemenges (Beton) ergibt sich das Gleichgewicht zu:

Q_∑ = Q_H – [Q_Z/A/S/L (f = C_P · γ · ∆t · V )

                                       Q_∑           
∆t_Beton =   C_PBeton· γ_Beton · V_Beton


Q_∑     Wärmeüberschuss
Q_H     Hydratationswärmeentwicklung
Q_Z     Wärmeaufnahmekapazität des Zementes
Q_A     Wärmeaufnahmekapazität des Anmachwassers
Q_S     Wärmeaufnahmekapazität des Sandes/Kieses
Q_L     Wärmeaufnahmekapazität des Luftraumes
Q_P     Spezifische Wärmeaufnahmekapazität (Zemente/Wasser/Sand/Luft)
γ       Spezifisches Gleichgewicht (Zement/Wasser/Sand/Luft/Beton)
∆t      Temperaturdifferenz der Stoffe
V       Volumen

Wenn die Ausgangstemperatur des Stoffgemenges mit t₁ bezeichnet wird, erhält man die einfache Beziehung:

t₁ + ∆t = t₂

Die Interpretation des Gleichungssystems zeigt ein vertrautes Bild.
Im Winterbetrieb (kalte Zuschlagstoffe, kaltes Anmachwasser usw.) erreicht t₂ bei gleicher Zementmenge nur einen niedrigen Wert. Im Sommerbetrieb (warme Zuschlagstoffe) wird auch entsprechend t₂ größer. Die Auswirkungen auf den zeitlichen Verlauf der Festigkeitsentwicklung sind bekannt.

Temperatureinfluss

Die Vollständigkeit der Hydratation ist von der Verfügbarkeit des stöchiometrisch erforderlichen Wassers abhängig. Ein Entzug von Wasser aus der Mixtur im oberflächennahen Bereich der Betonprodukte ist über die Verdunstung an der Oberfläche möglich, wenn die Feuchtigkeit der Umgebungsluft noch keine Sättigung aufweist.
Die Luftfeuchtigkeit gibt den gasförmigen Anteil des in der Luft enthaltenen Wassers an. Die Fähigkeit der Luft Wasser aufzunehmen nimmt mit steigernder Temperatur zu.
Wird Wasserdampf gesättigte Luft abgekühlt, scheidet sich flüssiges Wasser durch die Kondensation aus der Luft aus.
Eine gebräuchliche Angabe für den Grad des Wasserdampfgehaltes in der Luft ist die relative Luftfeuchtigkeit in %, die mit folgender Formel berechnet wird:

φ =          s        * 100 [%]
               S

s - spezifische Luftfeuchtigkeit in g/kg
S - maximale spezifische Luftfeuchtigkeit in g/kg
Die Zahlenwerte können dem Mollier-Diagramm entnommen werden.

Die Auswirkungen der Luftfeuchtesättigung kann man am Beispiel eines Nachbehandlungsraumes, mit den Dimensionen Breite 10m, Länge 25m, Höhe 3m und einem Produktvolumen von 100m³ verdeutlichen. Bei einer Ausgangstemperatur von 20°C und einer relativen Luftfeuchte von 70% entsteht bei einer Erwärmung des Raumes auf ca. 30°C eine zusätzlich erforderliche Wasserdampfkapazität bis zur Sättigung der Luft von 9100g. Ohne externe Wasserzugabe in den Behandlungsraum würde diese Wassermenge der Betonmatrix entzogen.

Mollier-Diagramm

1. Schutz der Betonoberfläche gegen vorzeitiges Austrocknen durch die Minimierung des Dampfdruckgefälles zwischen Produktoberfläche und Umgebungsluft, indem die vom Temperaturniveau abhängige Wasseraufnahmekapazität der Luft nachgeregelt wird.
   
   
2. Schutz gegen einen suboptimalen Erhärtungsverlauf der Betonmatrix durch Beeinflussung der chemischen Reaktion des Zementes mittels eines geregelten Wärmeenergietransfers über die Produktoberfläche. 

Idealisierte Verlaufskurve einer Nachbehandlung

Die technische Umsetzung der technologischen Bedingungen erfolgt durch:

    - stufenlos regelbare Temperaturerhöhung der Umgebungsluft des Betonkörpers bis zu 60°C
    - stufenlos regelbare Erhöhung der relativen Feuchte der Umgebungsluft bis > 95%

Die Regelung des Wärmeüberganges erfolgt über einen flächigen Kapillarrohr-Wärmetauscher mit einer wirksamen Oberfläche von 1:1,3 zur Installationsoberfläche. Der Wärmeübergang zum Betonprodukt erfolgt zu 70% als Wärmestrahlung und zu 30% als Konvektion. Die Kapillarrohrwärmetauscher bestehen aus Kunststoff und sind mit einem Gewicht von 1,0 Kg/m² und einer Wandstärke 2,0 cm problemlos in bestehende Nachbehandlungsbereiche einsetzbar.

Kapillarrohrwärmetauscher