Rolf Pächnatz

Entwicklung von Beton und Eisen

zur Brücke aus Spannbeton

Eine chronologische Betrachtung

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Vorwort

Die vorliegende Arbeit entstand nach meiner beruflichen Tätigkeit, die 1941 als Lehrling,

auch auf Betonbaustel en, begann, 1946 sich im Maurerhandwerk und nach den einzelnen

Studienabschlüssen als Architekt, Statiker, Spanningenieur fortsetzte und letztlich 2002 als

Prüfingenieur für Baustatik endete.

Während dieser Zeit konnte ich die einschlägigen Fortschritte in der Forschung und der Ent-

wicklung von Baustoffen und Ausführungstechniken nur insoweit eingehend verfolgen, wie

es meine tägliche Arbeit bedingte und erlaubte.

Nach Beendigung meiner Erwerbstätigkeit habe ich mich mit dieser chronologischen Be-

trachtung der gegenseitigen Abhängigkeit von Forschung und Ausführung im Spannbeton-

bau um eine Übersicht bemüht.

Theorien, Techniken und Entwicklung der Baustoffe hatten ihre Höhepunkte in der Weiter-

entwicklung oftmals in verschiedenen Zeitabschnitten.

Auch veränderten sich die Hilfsmittel des Ingenieurs: Von Rechenschieber und Logarithmen-

tafel hin zu Rechenmaschinen und Computern. Langjährige Erfahrung konnte nun oft durch

schnel e Vergleichsrechnungen ersetzt werden.

Mein Dank gilt Professor Kurt Mauel für seine hilfreichen Anregungen zur Gestaltung dieses

Themas.

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- I -

Inhalt

1. Aufgabenstellung

1.1 Ausgangssituation Seite 1

1.2 Abgrenzung und Zielsetzung 2

1.3 Untersuchungsmethoden 3

2. Beton 4

2.1 Zement 4

2.1.1 Historische Angaben

(Phönizier, Griechen, Römer)

2.1.2 Weiterentwicklung 5

(Frankreich, England)

2.1.3 Entwicklung in Deutschland 6

1910 Handelszemente

1927 Normenzemente

1932 Höherwertige Normenzemente

1944 Portlandzement

1953 Titanoxyd

1954 Reduzierung der Anforderungen 7

1974 Z 250 bis Z 550

1978 Z 25 bis Z 55

1986 Zulassungen für Zemente

1995 Euronorm für Z 32,5 bis Z 52 8

1997 Anwendungsbereiche

2001 Expositionsklassen X 0 bis XM 3

2002 Spezialzemente

2.1.4 Neuere Spezialzemente (2003) 9

2.1.5 Prüfmethoden 10

1944 Fünf Anforderungen

1970 Neue Prüfverfahren

1974 Mahlfeinheiten

1997 CEM-Anforderungen

2.1.6 Regelwerke für Zement

1928 Einführung der AMB

1932 Einführung der DIN1164 11

1942 DIN1164 als 1. Neufassung

1958 DIN1164 als 2. Neufassung

1970 DIN1164 als 3. Neufassung

1978 Bauaufsichtliche Zulassung von Zement

1986 Neufassung dieser Zulassung

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- II -

1990 Prüfverfahren nach EN196

1994 Anforderungen an Zement

1995 Güteüberwachung von Zement

2.2 Zuschlagstoffe 12

1944 Geeignete Stoffe - Siebkurven

1953 Weitergehende Unterteilung

1971 Neue Sieblinien A bis F

1974 Neue Sieblinien 1 bis 5 13

1986 Leichtzuschläge

1988 Akaliempfindliche Bestandteile im Zuschlag

1995 Akalien im Erdreich 14

1998 Für hochfesten Beton

2001 Für ultra hochfesten Beton

2003 Für selbstverdichtenden Beton

2.3 Anmachwasser 15

2.3.1 Al gemeine Angaben

2.3.2 Von 1943 bis 2003 16

1943 Geeignete Wässer

1953 Wasser-Zement-Faktor

1974 Chloridgehalt

1995 Verwertung von Restwasser 17

1998 Reduzierung des W/Z-Wertes durch Microsilika 18

1999 Wasser für hochfesten Beton

2001 Wasser für ultra hochfesten beton

2002 Wasser für selbstverdichtenden Beton 19

2003 Unempfindlichkeit gegen den W/Z-Wert

2.4 Zusatzmittel 20

1944 Traß und basische Hochofenschlacke

1953 Luftporenbildende Zusätze

1971 Sieben Betonzusatzmittel

1995 Puzzolanische Stoffe 21

1999 Steinkohlenflugasche 22

2001 Mikrosilika

2003 Einmischen von Mikrosilika

2.5 Betone 23

2.5.1 Von 1924 bis 1928; Mischungen und Benennungen

2.5.2 Von 1938 bis 2003 24

1938 Neue Mischungen; Festigkeiten und Wasser

1971 Weitere Mischungsverhältnisse 25

1974 Betone I und II, B 100 bis B 550

1986 Neue Bezeichnungen B 10 bis B 55 26

1999 Hochfeste Betone B 65 bis B 115

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- III -

2000 33 Betonarten 27

2001 Neue Festigkeitsklassen für Schwer- und Leichtbeton, 28

Ultra-Hochleitungsbeton und selbstverdichtenden Beton

2002 Stahlfaserbeton 29

2003 Beton bis 200 N/mm2 Festigkeit

2.6 Herstel ung von Beton 34

2.6.1 In der Frühzeit

2.6.2 Von 1932 bis 2003

1932 Erdfeuchter und flüssiger Beton

1938 Zementeinsparung 36

1944 Mischungsverhältnisse von 1:1,5 bis 1:21

1953 Einfluß des Porenraumes 38

1971 Einfluß der Frischbetonsteife

1978 Mehlkornzusatz, Konsistenz K1 bis K3

1985 Pumpbeton bis 432 m Entfernung 39

1995 B 5 bis B 55,B I und B II Konsistenzbereiche KS bis KF 40

1999 B 65 bis B 115; Faserbeton 42

2001 Konsistenzbereiche F 0 bis F 6, Leichtbeton, 45

Ultra-Hochleistungsbeton

2003 Selbstverdichtender Beton, selbstverdichtender Hoch- 47

leistungsbeton, hochfester Pumpbeton

2.7 Nachbehandlung 52

1938 Anweisung für Mörtel und Beton

1953 Bestimmungen für die Ausführung DIN1047

1974 Ausschalungsfristen

1986 Umgebungsbedingungen 53

1995 Wasser zuführen oder Austrocknen verhindern 55

1998 Folienabdeckung für einen B 85 56

2002 Temperaturmessungen 56

2003 Wärmedämmende Matten 59

2.8 Prüfung von Betongüten 59

1938 Stampf- und Eisenbeton, Holzwürfelkästen 60

1944 DIN1045 von 1932, Stahlwürfelformen

1953 DIN1047 und 4225, 8 Güteklassen 61

1954 DIN 1048 und 4227, Spannbeton 62

1955 Kugelschlagsprüfungen

1957 Injektionsmörtel 64

1958 Behandlung der Probe-Zylinder

1962 Prismen von 10 x 10 x50 cm3

1971 Würfel von 10, 15, 20 oder 30 cm Kantenlänge

1972 Hilfsmittel und Anweisung zur Würfelherstel ung 65

1974 Mindestgröße der Würfel nach Richtlinien CEB -FIP-

1980 Mindestfestigkeit von Zylinder -Probekörpern- 66

1985 B I und B II, B 5 bis B 55, 5 %-Fraktile

1990 Festigkeit fck nach EC 2 67

1992 Proben- und Entnahmeplan 68

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- IV -

1994 Bohrkerne, Rückprel hammer 69

1997 Hochfeste Betone B 65 bis B 115 nach ENV 206 70

1999 Faserbeton 72

2001 Ultra-Hochleistungsbeton UHPC 73

2002 Selbstverdichtender Beton

2.9 Widerstand von Beton 75

1938 Wasserundurchlässigkeit

1953 Verschleißfestigkeit

1954 Temperaturbeständigkeit 76

1965 Säurebeständigkeit

1970 Wasserundurchlässigkeit 77

1972 Widerstand gegen Säuren in Böden und Wässern 78

1973 Widerstand gegen Gebirgs- und Quel wässern 79

1975 Beton mit besonderen Eigenschaften

1986 Imprägnierung von Oberflächen 81

1988 Betonschädliche Zuschläge, Schwingungen

1990 Dauerhaftigkeit 86

1992 Umweltklassen nach ENV 206 88

1994 Karbonatisierung

1995 Umweltbedingungen, Dauerhaftigkeit, Stöße, 90

Erdbeben, Explosionen

2000 Hochleistungsbeton 103

2001 Karbonatisierung

2004 Abrieb und Temperaturen Druckwasserstrahlen 105

3. Stahl 108

3.1 Historische Angaben 108

3.2 Weiterentwicklung 108

3.3 Betonstahl 111

3.3.1 Von 1907 bis 1943

3.3.2 Von 1938 bis 2003 113

1938 Betonstab Isteg- und Dril wul steisen

1944 Tor- und Nockenstahl

1953 Queristahl

1954 Rippenstahl

1955 Herstel erwerke

1962 Rippentor- und Noristahl, Muffenstöße 114

1972 Vier Betonstabstahl- und drei Betonstahlmattensorten

22/34 bis 50/55

1979 Betonstabstähle III und IV (U und K),schweißbarer

und bi-Stahl 115

1984 Tempore-Stahl 116

1986 Drei Betonstabstähle 420 S bis 500 M

1989 Sieben Stoßverbindungen, Epoxidharzbeschichtung 117

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- V -

1993 Schubfeste Klebeverbindungen 118

1994 Gewinde- Betonrippenstahl 119

2004 Weitere Stoßverbindungen, Duktilität

2001 Nichtrostende Betonstähle 120

2002 Karbonfaser 122

3.4 Spannstahl 125

3.4.1 Al gemeine Angaben

3.4.2 Von 1923 bis 2002

1923 Vorspannung von Röhren nach Emperger

1928 Patente von Freyssinet

1936 Patent von Dischinger

1938 Stahlsaitenbeton nach Hoyer 126

1955 Zwölf Spannstahlsorten 60/90 bis 160/180 aus 2 Werken

1958 Einundvierzig Spannstahlsorten 55/85 bis 180/200 aus

4 Werken 128

1962 Weitere vier Herstel erwerke 129

1973 Korrosion von Spannstahl

1979 Zwölf ausländische Herstel er 131

1982 Bauaufsichtlich 88 Spannstähle zugelassen 132

1989 Glasfaser-Spannglieder

1992 Fremdüberwachung von zwölf Werken 133

1995 Kohlenfaserstoff-Spannglieder 134

1999 Faserverbundwerkstoff-Spannglieder 135

2002 Schadensfäl e durch Spannstahl 136

4. Spannbeton 138

4.1 Al gemeine Angaben zur Vorspannung 138

4.2 Von 1886 bis 1951 138

1886 Zuganker mit Schrauben oder Keilen, Jackson, USA

1888 Einbetonieren gespannter Drähte, Döhring, Berlin

1896 Lastspannung durch Vorspannung, Mandl, Wien

1905 Angespannte Zuganker in Platten, Lund, Norwegen

1906 Einbetonierte Spannstähle, Koenen, Berlin

1908 Vorspannung im Frischbeton, Steiner, USA 139

1910 Umwicklung von Rohren, Zissler und Siegwart

1916 Polygonartig eingebaute Spannglieder

1919 Dünne Drähte in Wettstein-Brettern, Böhmen

1922 Umwicklung von Behältern, Hewett, USA

1923 Anstrich für Spanndrähte, Dil , USA

1927 Überzug von Parafin für den Spannstahl, Färber, Breslau

1928 Zugbänder von Bögen nach Dischinger, Berlin 140

1929 Anwendungen von Freyssinet, Paris

1930 Schleuderbetonrohre nach Vianini, Rom

1932 Rohrleitung nach Lanna, Prag

1934 Hängewerkartige Spannglieder nach Dischinger, Berlin

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- VI -

1935 Längs- und quervorgespannte Rohre, Freyssinet, Paris

1937 Gelenkfugenbalken nach Finsterwalder, Berlin 141

1938 Brücke über die Autobahn bei Wiedenbrück

1939 Mathematische Behandlung durch Dischinger, Berlin

1940 Spanndrähte mit Stahlkern, Schorer, USA 142

1941 Marnebrücke nach Freyssinet, Paris 143

1942 Umhül ung der Drähte mit Schwefelmasse, Bil ner, USA

1943 ,,Der Spannbetonträger" von Mörsch, Stuttgart

1944 Eisenbahnbrücke nach Magnel, Belgien

1947 Hängebrückenseil im Spannbeton 144

1948 Keilverankerung nach Morandi, Italien 144

1949 Aufgewalzte Gewinde nach Finsterwalder, München

1950 Spezialgewinde für Spannglieder nach Donovan, London 145

1951 Lehrbuch von Guyon, Paris

4.3 Vorspannsysteme 145

1935 Coyne, Frankreich

1939 Hoyer, Hamburg

1941 Freyssinet, Paris

1948 Magnel, Belgien

1949 Haken; Seilköpfe, Deutschland; BBRV, Schweiz

Wickelmaschine, USA

1950 Wickelmaschine, Schweiz

1951 Dywidag mit aufgestauchtem Gewinde, Franki, Chalos,

Ankerköpfe; Vogt

1953 Leoba, Hochtief, Zerna, Helder & Franke, Bührer, Tel erfedern, 146

Polensky & Zoel ner, BBRV Wickelmaschine, England

1954 Leoba, Lee-McCal , Meier Karig, Mol et, Morandi, 147

Grün & Bilfinger, Heilmann & Littmann, Roebling, Baur-Leonhardt,

Karl Kübler, Baur-Baresel

1957 Anforderungen an die Zulassungen 148

1958 Fächerverankerung nach Leonhardt

1960 Thermoelektrische Vorspannung

1961 Züblin

1963 Mo-Ta-La-Verfahren

1963 Sager & Woerner

1965 Vorspann-Technik

1966 53 zugelassene Spannverfahren 149

1967 Interspan AG

1974 Eingängiger Gewindestab System Dywidag

1978 Al spann

1979 20 zugelassene Spannverfahren mit 127 Varianten

1980 26 zugelassene Spannverfahren mit 172 Varianten

1981 29 zugelassene Spannverfahren mit 207 Varianten

15 gebräuchliche Verfahren

Verfahren Züblin, Ph. Holzmann, Bilfinger & Berger

1982 30 zugelassene Spannverfahren mit 200 Varianten,

erstes Glasfaserspannglied 150

1984 31 zugelassene Verfahren mit 265 Varianten

1985 30 zugelassene Verfahren mit 242 Varianten

1986 31 zugelassene Verfahren mit 248 Varianten

1990 35 zugelassene Verfahren mit 257 Varianten

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- VII -

1993 verzinkte Spannstäbe und Faserverbundstoff-Spannstäbe

2002 Externe Spannglieder System Dywidag und Suspa 151

4.4 Spannungen infolge Vorspannung 152

4.5 Verformungen infolge Vorspannung 154

4.6 Auflagerkräfte infolge Vorspannung 156

4.7 Grad der Vorspannung 157

1954 Vol e, beschränkte, teilweise und zwängungsfreie Vorspannung

1988 Vol e und teilweise Vorspannung 158

4.8 Art der Vorspannung 159

4.8.1 Vor dem Erhärten des Betons

1888 Vorschläge von Döhring, Berlin

1906 Versuche von Koenen, Berlin

1928 Patente von Freyssinet, Paris

1935 Brücke bei Oelde von Wayss & Freytag

1938 Spannbahnen nach Hoyer

1940 Spanndrähte mit Stahlkern 160

1953 Spannbett - Definition

1963 Spannbett - Kosten zu hoch

1965 Spreizen der Spannglieder

1988 Mindestbetongüten

2001 Glatte Drähte nicht mehr zulässig

4.8.2 Nach dem Erhärten des Betons 161

1886 Jackson, USA

1939 Freyssinet, Paris

1942 Abeles, London

1944 Magnel, Gent

1947 Seile als Spannglieder

1948 Morandi, Preload

1949 Leonhardt und Finsterwalder 162

1950 Lee, London

1953 Definition

1963 Fertigbauteile

1965 Universel e Anwendungsmöglichkeit

1988 Betongüter B 25 bis B 55

2001 Abstände der Hül rohre 163

4.8.3 Vorspannung ohne Verbund 164

4.8.3.1 Historische Angaben

4.8.3.2 Von 1923 bis 2001

1923 Dil , USA

1927 Gläser, Tschechoslowakei

1934 Dischinger, Berlin

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- VIII -

1936 Dischinger, Berlin

1940 Magnel, Gent

1953 Innerhalb des Betonquerschnittes

1982 Regeln zur Bemessung

1989 Gebrauchszustand

1990 Einzel itzen in den USA und Segmentbauweise

1995 Erhöhung der Initialvorspannung 165

2001 Bündelung interner Spannglieder

4.8.4 Ringvorspannung 166

4.8.4.1 Historische Angaben

4.8.4.2 Von 1910 bis 1990

1910 Zissler, Siegwert, Deutschland

1922 Hewett, USA

1930 Vianini, Rom

1932 Lanna, Prag

1935 Freyssinet, Paris

1948 Preload, USA

1950 Vogt, Schweiz 167

1952 Crowley, England

1961 László, Budapest

1965 Segmentbauweise und Lisenen

1981 Eiförmige Behälter, Druckstol en

1990 Tanks und Reaktorbehälter 168

4.9 Spannpressen 169

1952 Dyckerhoff & Widmann

1953 Neun weitere Firmen

1954 Vierzehn weitere Firmen

1958 Zwei weitere Firmen (P & Z und Glasfaser)

4.10 Regelwerke für Spannbeton 170

1943 Mörsch, Stuttgart

1946 R u s, Zürich

1950 R u s, Zürich

1951 Guyon, Paris

1953 DIN 4227, Oktober 1953

1957 DIN 1045 zu DIN 4227, März 1957

1973 DIN 4227, Mai 1960 171

1979 DIN 4227, Teil 1 und 5, Dezember 1979

1982 DIN 4227, Teil 6, Mai 1982

1983 DIN 4227, Teil 3, Dezember 1983

1984 Vornorm DIN 4227, Teil 2, Mai 1984

1986 DIN 4227, Teil 4, Februar 1986

1988 DIN 4227, Teil 1, Juli 1988

1993 Eurocode 2, Teil 1

1994 Eurocode 2, Teil 1-5 und 1-3 172

1995 DIN 4227 -1/A1, Dezember 1995

2001 DIN 1045-1, Juli 2001

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