Der Baustoff Beton. Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren


Examensarbeit, 2004
98 Seiten, Note: 1,0

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

I. Geschichtliche Entwicklung des Baustoffs Beton
1. Die geschichtliche Entwicklung des Baustoffs Beton vom römischen Reich bis in die heutige Zeit

II. Beton – Definition und Einteilung
1. Betonarten
A. Betongefüge
B. Zuschlag
C. Bindemittel
D. Ort der Herstellung und Verwendung
E. Herstellverfahren
F. Bewehrung
G. Rohdichte und Druckfestigkeit
H. Betone mit besonderen Eigenschaften
I. Beton für bestimmte Anwendungsbereiche
2. Betonklassen
2.1 Festigkeitsklassen
2.2 Rohdichteklassen
3. Betongruppen und Betonkategorien

III. Ausgangsstoffe des Betons
1. Zement
1.1 Allgemeines
1.2 Die Herstellung von Zement
1.3 Erhärtung von Zement
1.4 Festigkeitsklassen, Verwendung und Kennzeichnung
2. Gesteinskörnung (Zuschlag)
2.1 Allgemein
2.2 Einteilung
2.3 Anforderungen an die Gesteinskörnung
2.4 Eigenschaften und Wirkungsweise
3. Betonzusatzmittel
3.1 Allgemein
3.2 Wirkungsgruppen
3.3 Regeln für den Umgang mit Betonzusatzmitteln auf der Baustelle
4. Betonzusatzstoffe
4.1 Allgemein
4.2 Zusatzstoffgruppen
4.3 Genormte Betonzusatzstoffe und Betonzusatzstoffe mit bauaufsichtlicher Zulassung
5. Zugabewasser

IV. Herstellung, Verarbeitung, Nachbehandlung
1. Lagerung der Ausgangsstoffe
2. Herstellen von Beton
3. Befördern und Fördern des Betons
4. Einbringen des Betons
5. Verdichten
6. Betonieren bei besonderen Witterungseinflüssen
6.1 Kühle Witterung und Frost
6.2 Heiße Witterung
7. Nachbehandlung
7.1 Allgemein Chemische Angriffe
7.2 Arten der Nachbehandlung

V. Zusammensetzung und Eigenschaften des Betons
1. Zusammensetzung
1.1 Expositionsklassen
1.2 Standardbeton (Normalbeton)
1.3 Betone nach Eigenschaften
1.4 Errechnen von Mischungsbestandteilen
2. Eigenschaften des Betons
2.1 Konsistenz
2.2 Einflüsse auf die Eigenschaften des Betons durch den W/Z-Wert

VI. Qualitätssicherung und Prüfung
1. Produktionskontrolle beim Hersteller
1.1 Eignungsprüfung
1.2 Prüfung bei der Betonherstellung
1.3 Prüfung durch das Bauunternehmen
2. Betonprüfung
2.1 Bestimmung der Konsistenz von Frischbeton mit Hilfe des Ausbreitversuches
2.2 Bestimmung des Luftporengehalts von Frischbeton mit Hilfe des Druckausgleichsverfahren
2.3 Prüfung der Druckfestigkeit mit Hilfe von Betonprobewürfeln

VII. Betonschäden und Sanierung
1. Allgemein
2. Ursachen für Betonschäden
3. Vorbeugender Schutz des Betons vor Schäden
4. Sanierung von Betonschäden
4.1 Schadensaufname
4.2 Schadensbewertung
4.3 Instandsetzung

VIII. Nachwort
1. Ausblick auf betontechnologische Entwicklungen

IX. Verzeichnisse
1. Quellenverzeichnis
2. Abbildungsverzeichnis
3. Tabellenverzeichnis

Einleitung

Von der Antike bis in die heutige Zeit gehört Beton, neben anderen Baumaterialien, zu den wichtigsten Baustoffen. Als universeller Baustoff ist dieser vor allem durch seine Verarbeitbarkeit, der hohen erreichbaren Festigkeit, Rohdichte, Dauerhaftigkeit und seiner im allgemeinen unkomplizierten Herstellbarkeit von großer Bedeutung.

Der Baustoff Beton, der aus rein natürlichen Bestandteilen wie Wasser, Sand, Kies und gebrannten Kalk besteht, kann aufgrund der hohen natürlichen Aufkommen relativ einfach abgebaut werden und zeichnet sich zudem als ein ökologischer und recycelfähiger Baustoff aus.

Beton zeichnet sich ferner durch seine große Vielseitigkeit in allen Bereichen des täglichen Lebens aus. Ob als kleiner Blumenkübel im Garten oder als große Brücke oder Staumauer, der Baustoff Beton findet sich überall wieder. Seine vielseitige Verwendbarkeit bedingt aber auch ein hohes Maß an Individualität in der Herstellung. So können beispielsweise durch die Verwendung von Betonzusätzen die für das Bauvorhaben benötigten Materialeigenschaften individuell und exakt hergestellt werden. Hierdurch ergeben sich in Hinblick auf Konstruktion und Herstellung fast keine Grenzen.

In den vergangenen Jahren haben sich auf nahezu allen Gebieten der Betontechnologie beachtliche Entwicklungen ergeben. So ergeben sich durch die Angleichung der Normen auf europäischer Ebene veränderte wie auch neue Rahmenbedingungen unter denen die praktische Anwendung und Herstellung erfolgt. Diese wichtigen neuen Entwicklungen, die gerade auch für ausführende Bauunternehmen von immenser Bedeutung sind, sollen in dieser Arbeit thematisiert und näher beleuchtet werden. Da die Übergangsfristen für die europäische Normenangleichung erst mit dem Jahresende 2004 offiziell auslaufen, sollen zur Wahrung der Übersichtlichkeit sowohl neue als auch teilweise alte Begriffe mit in die Darstellung einbezogen und, wo immer möglich, einander gegenübergestellt werden.

Im ersten Kapitel der Arbeit wird zunächst ein geschichtlicher Rückblick gegeben, der aufzeigen soll, woher der Baustoff Beton kommt und in wie weit sich dieser im Laufe der Zeitgeschichte entwickelt hat.

Das zweite Kapitel befasst sich vornehmlich mit der Vielzahl an unterschiedlichen Möglichkeiten der Einteilung und Definition des Baustoffes, um zunächst vorab einen Überblick über die in der Hausarbeit zur Anwendung kommenden Begriffen zu erhalten.

Innerhalb des dritten Kapitels werden Ausgangsstoffe, die für die Herstellung von Beton erforderlich sind, beschrieben. Dabei werden die Stoffe Zement, Gesteinskörnung, Betonzusatzmittel und –zusatzstoffe wie auch das Zugabewasser in den Focus der Betrachtung gezogen und charakteristische Eigenschaften der einzelnen Stoffe aufgezeigt.

Das vierte Kapitel mit dem Titel „Herstellung, Verarbeitung und Nachbehandlung“ des Betons beschreibt im wesentlichen, wie Ausgangsstoffe gelagert werden müssen, was bei der Herstellung des Baustoffs Beton zu beachten ist und welche Möglichkeiten sich für das Befördern und Fördern des Betons ergeben. Ferner beschäftigt sich dieses Kapitel mit dem Einbringen des Frischbeton wie auch mit dem Verdichten, dem Nachbehandeln und dem Betonieren bei besonderen Witterungseinflüssen.

Im fünften Kapitel, das sich unter anderem mit der Zusammensetzung des Betons beschäftigt, soll zunächst aufgezeigt werden, dass Bauteile unterschiedlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Deshalb werden in Bezug auf theoretisch einwirkende Einflüsse bestimmte Anforderungen an den Beton in Hinblick auf die Zusammensetzung durch Expositionsklassen definiert, die eingehalten werden müssen. Sind Betonbauteile keinen direkten Umwelteinflüssen ausgesetzt, können diese Standardbetone entsprechend eines Rezeptes hergestellt werden.

Im weiteren Verlauf soll ferner erläutert werden, wie Mischungsbestandteile mit Hilfe der Stoffraumberechnung ermittelt werden.

Im zweiten Teil des Kapitel werden in Hinblick auf die Konsistenz und dem Wasserzementwert wesentliche Eigenschaften des Betons erarbeitet. Dabei soll aufgezeigt werden, welche Auswirkungen sich bspw. durch eine Erhöhung bzw. Verminderung des Wasserzementwertes auf den Frisch- und Festbeton ergeben.

Das sechste Kapitel umfasst den wichtigen Bereich der Qualitätssicherung und der Betonprüfung. Nur mit Hilfe ausreichender Prüfung ist es möglich, einen Beton mit gleichbleibenden Eigenschaften zu erstellen, der nach Erhärtung hohe Güte und Dauerhaftigkeit aufweist.

Im siebten und vorletzten Kapitel dieser Arbeit stehen Betonschäden und deren Sanierung im Blickpunkt der Betrachtung. Dabei werden Themen wie Ursachen von Schäden, vorbeugender Schutz und Sanierung von entstandenen Bauschäden thematisiert und näher erläutert.

In dem letzten Kapitel wird ein Ausblick auf wesentliche zukünftige Entwicklungen im Betonbau gegeben.

I. Geschichtliche Entwicklung des Baustoffs Beton

„Und sie machten Staub zu Stein“[1]

1. Die geschichtliche Entwicklung des Baustoffs Beton vom römischen Reich bis in die heutige Zeit

Im dritten Jahrhundert v. Chr. entwickelte man im römischen Reich zur Erstellung von neuen Bauteilen eine systematische Verklebung von Mauersteinen. Dabei stellte man eine Mischung bestehend aus Sand, Wasser und gebrannten Kalkstein her und füllte diese zwischen gefügte Wandschalen. Dieser druckfeste Baustoff, der bereits vergleichbar mit heutigen Betonen ist, wurde mit dem Begriff „Opus Caementitium“ zusammengefasst. Das Gemisch enthielt bereits eine gemischtkörnige Gesteins-körnung bis zu einer Korngröße von 70 mm.[2] Die einzelnen Bestandteile wurden vermischt und anschließend, nach dem Einbringen, mechanisch verdichtet. Um erstellte Mauerwerke zu begrenzen, fügte man an die schalungsrauen Steinkanten so genannte Ziegelschalen, die reichlich verziert waren.

Eines der wohl spektakulärsten Bauwerke des römischen Reiches ist das Phanteon. Der Bau begann im Jahre 27 v. Chr..

Die zylindrische Form des Unterbaus mit einem Durchmesser von 43,40 m ([3] ) wird dabei von einer Kuppel aus Beton überwölbt. Anhand von zahlreichen Untersuchungen wurde festgestellt, dass die einzelnen Bauabschnitte bereits unterschiedliche Rohdichten aufwiesen, um das erhebliche Gewicht im oberen Bereich des Bauwerks zu verringern.

Aus unbekannten Gründen ging das Wissen für die Herstellung des „Opus Caementitium“ im Mittelalter verloren.

Um Wehranlagen standhaft bauen zu können, bediente man sich jetzt eines Mörtels, der aus reinem Kalk und Lehm oder Sand hergestellt wurde. Um die geringen Festigkeitseigenschaften positiv zu beeinflussen, benutzte man bei der Herstellung des Mörtels unterschiedliche organische Stoffe.

Im 16. Jahrhundert erkannten Holländer die hydraulische Wirkung von Tuff, wodurch ein neues Zeitalter in der Baugeschichte eingeläutet wurde. Der Handel in Europa mit Tuff wurde ein lukrativer und wesentlicher Faktor in der Wirtschaft.

Auf der immer neuen ständigen Suche nach einem wirksamen Bindemittel blieben alle Versuche ohne nennenswerte Erfolge aus.

Im Jahre 1729 veröffentlicht der technische Offizier der französischen Armee Bernard Forest de Bélidor ein Buch mit dem Titel „La science des ingénieurs“, in dem unter anderen die Mörtelherstellung mit unterschiedlichen Kalksteinarten beschrieben wird. In dem im Jahre 1753 nachfolgendem Buch „Architecture hydraulique“ wird erstmals der Begriff Beton erwähnt, welcher ein Gemisch aus wasserbeständigen Mörtel und einer groben Gesteinskörnung darstellt. Man vermutet dabei, dass das Wort Beton voraussichtlich aus der altfranzösischen Sprache abgeleitet wurde (betun, becton = Flussschlamm, plastischer Lehm).

1756 entdeckt der Engländer John Smeaton, dass der Tongehalt im Kalkstein die Erhärtung wesentlich fördert. Aufgrund seiner Erkenntnisse erhält er den Auftrag, den zerstörten Leuchtturm in Edystone bei Plymouth wieder aufzubauen. Bei der Mischung verwendet er jeweils zu gleichen Teilen einen einheimischen Aberthaw-Kalk und Puzzolanerde.

Die chemischen Zusammenhänge, die die Haltbarkeit der verschiedenen verwendeten Bestandteile erklären würden, bleiben dabei unergründet.

Der englische Mauermeister Joseph Aspin entwickelt im Jahr 1824 eine spezielle aus Ton und Kalkstein bestehende Mischung. Wegen der Ähnlichkeit des daraus hergestellten Betons zum Portlandgestein (Kalkstein von der Halbinsel Portland) bezeichnet er die Mischung als „Portland-Cement“. Hierbei wurden die einzelnen Komponenten in einem bestimmten Verhältnis gemischt, gemahlen, gebrannt und anschließend erneut vermahlen.

1844 erkennt Isaac Charles Johnson, dass der Zement durch Brennen bis zur Sintergrenze wesentlich höhere Materialeigenschaften als der herkömmliche Zement aufweist.

Die Erfindung des Eisenbetons wird dem Franzosen Josef Monier zugeschrieben, der im folgendem Jahr einen Gartenkübel mit einer Drahtgeflechteinlage erstellt, um diesen gewisse Stabilität zu verleihen. Mit Hilfe eines Drahtgeflechts war es ihm möglich, größere Haltbarkeit zu erzeugen und Zement einzusparen[4]. Seine Erkenntnis ließ er sich erst im Jahr 1867 patentieren. Die im Jahre 1877[5] erste Vereinheitlichung der Zementherstellung, in Form einer Norm, ermöglicht erstmals eine gleichmäßige Betonherstellung.

1879 erkennt u. a.[6] Thaddeus Hyatt wesentliche statische Zusammenhänge im Eisenbeton und setzt dieses Wissen durch die Herstellung von zahlreichen mit Eisen bewehrten Bauteilen um. Er beantragt ein Patent für Zementbeton, der mit Band- und Rundeisen zu Platten, Trägern oder Gewölben so verarbeitet wird, dass das Eisen nur auf der Zugseite Verwendung findet. Des weiteren untersucht er die Dauerhaftigkeit und die Verbundwirkung von Beton und Eisenbewehrung.

Alle Versuche, bei denen Eisenbewehrung zum Einsatz kommt, zeigen schnell, dass die Tragwirkung durch höhere Beanspruchung nur begrenzt ist. Jackson erkennt im Jahr 1886, dass Betonelemente durch das Einlegen und Spannen von Eisenstäben mit Gewinden höhere Lasten aufnehmen können.

Doehring, ein deutscher Ingenieur, greift die Idee von Jackson auf und entwickelt ein Verfahren, in dem die Eisenstäbe in Bauteilen aus Beton zunächst gespannt werden, um spätere Rissentwicklungen zu vermeiden.

Im gleichen Jahr arbeitet der Engländer Ernest Leslie Ransome an der Eisenbewehrung und entwickelt den profilierten Bewehrungsstahl.

Durch ein Gesuch des Verbandes der deutschen Architekten- und Ingenieur Vereine an den Reichskanzler, zur Bildung eines Ausschusses zur Prüfung des Eisenbetons und zur Aufstellung von Vorschriften für den Eisenbeton, wurde 1907 der deutsche Ausschuss für Eisenbeton gegründet. Das wesentliche Ziel bestand vor allem darin, einheitliche Vorschriften für die Ausführung von Eisenbetonbauten für ganz Deutschland zu erstellen. Mit dem Jahr 1940 wird der bis dahin benannte Eisenbeton in Stahlbeton umbenannt.

Mit der DIN 1045 „Beton und Stahlbeton“ steht seit 1972 in immer wieder revidierter Form eine Norm zur Verfügung, die den wesentlichen Stand der Betontechnik darstellt.

II. Beton – Definition und Einteilung

Allgemein betrachtet ist der Baustoff Beton ein Gemisch aus unterschiedlich großen Zuschlagkörnern, die mit einem erhärtenden Bindemittel miteinander verkittet sind.

Zu diesen Bestandteilen kann Beton zudem noch Zusatzmittel und Zusatzstoffe enthalten, um die Verarbeitung und die Herstellung zu erleichtern.

Das Gemisch aus unterschiedlich großen Körnern wird als Gesteinskörnung bezeichnet, die aus natürlichen Gestein oder aus industriell gefertigten Stoffen mit einem dichten oder porigen Gefüge besteht. Ferner kann Gesteinskörnung aus Holz, Polysterol oder Metallen bestehen.

Das Bindemittel (Zement, bituminöse Massen oder Kunstharze) besteht aus anorganisch hydraulisch erhärtenden Stoffen und ist für die Bezeichnung des Betons namengebend. Wird als Bindemittel bei der Betonherstellung bspw. Zement eingesetzt, spricht man von Zementbeton.

1. Betonarten

Begründend aus den verschiedenen Anwendungs- und Verwendungszwecken wird Beton entsprechend unterschiedlich zusammengesetzt und hergestellt. Dabei ist es möglich, die Eigenschaften des Betons zu beeinflussen. Aus dieser Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten und –zwecken ergeben sich deshalb ebenso eine Vielzahl von Bezeichnungen, die auf ein charakteristisches Merkmal des Betons hinweisen. Dementsprechend lassen sie sich nach:

A. Betongefüge
B. Zuschlag
C. Bindemittel
D. Ort der Herstellung
E. Herstellungsverfahren
F. Bewehrung
G. Rohdichte und Druckfestigkeit
H. Betone mit besonderen Eigenschaften
I. Betone für bestimmte Anwendungsgebiete und
J. Festigkeit (Betonklassen)

unterscheiden[7]. Des weiteren ergeben sich in der großen Anzahl von Bezeichnungen auch Begriffe, die Auskunft über den zeitabhängigen Erhärtungszustand eines Zementbetons geben und keine besonderen Betonarten darstellen. Im Hinblick auf den zeitabhängigen Erhärtungszustand ergeben sich folgende Bezeichnungen:

- Frischbeton
- Grüner Beton
- Junger Beton
- Festbeton[8]

Ist der fertig gemischte Beton noch verarbeitbar, bezeichnet man diesen als Frischbeton. Wurde der Frischbeton eingebaut und verdichtet, entsteht durch den Erhärtungsvorgang des Zementleims allmählich der Festbeton. Zwischen diesen Stadien des Frisch- und Festbetons liegen noch die Stadien des grünen Betons, der bereits eingebaut, aber noch nicht merklich erstarrt und erhärtet ist und der junge Beton, der schon einige Stunden bis einige Tage alt ist. Hierbei ist die Erhärtung bereits abgeschlossen. Die Hydratation des Zements findet statt und die Festigkeit nimmt zu.

A. Betongefüge

Beton mit einem geschlossenen Gefüge ist so zusammengesetzt, dass nach dem Einbringen und dem Verdichten alle Hohlräume (Haufwerksporen), bis zu einem Restporenvolumen von 1- 2%, zwischen den einzelnen Zuschlagkörnern mit Zementleim ausgefüllt sind.[9] Zementleim besteht aus Wasser, Zement und Zuschlag (0-2 mm) und bildet die Grundlage (Matrix) für das Verkitten und Verkleben der Zuschlagkörner. Dieser umschließt das Zuschlagkorn und verklebt die Körner und verkittet die einzelnen Hohlräume.

Beton mit geschlossenen Gefüge weist durch die geringen Poren einen hohen Widerstand gegen das Eindringen von Flüssigkeiten und Gasen auf.

Bei haufwerksporigen Gefüge ist der Zementleim stark reduziert und somit ergeben sich folglich zwischen den Zuschlagkörnern luftgefüllte Hohlräume. Möchte man ein hohes Luftporenvolumen erzielen, verwendet man Zuschlag aus einer eng begrenzten Korngruppe. Die Vorteile dieses Betons ergeben sich zum einen in der geringeren Rohdichte und in der Verringerung der Wärmeleitfähigkeit gegenüber Beton mit geschlossenem Gefüge. Luftporenbeton hat ein geschlossenes Gefüge – besitzt jedoch eine Vielzahl von Luftporen mit einer durchschnittlichen Größe < 0,3 mm[10]. Diese Luftporen werden mit Hilfe von Zusatzmitteln, den so genannten Luftporenbildnern erzeugt. Soll der Beton einen noch größeren Luftgehalt besitzen, werden diesem gasbildende Zusätze (z. B. Aluminiumpulver) zugegeben. Dabei bilden diese Zusätze ähnlich gleichmäßige Poren von 0,5 bis 1,5 mm Größe[11]. Diesen Beton bezeichnet man als Porenbeton.

B. Zuschlag

Kennzeichnet man Beton nach der zuzugebenden Gesteinskörnung, kann bei der Bezeichnung das Größtkorn, seine Stoffart oder seine Kornform angegeben werden.

Besitzt der Beton Gesteinskörnung mit einer Korngröße von 32 mm, wird dieser als Grobbeton bezeichnet, wohingegen Beton mit einem Größtzuschlag von 8 mm als Feinbeton bezeichnet wird[12]. Weißt die Gesteinskörnung eine Korngröße von bis zu maximal 4 mm auf, spricht man von Mörtel.

Wird Beton nach seiner Stoffart gekennzeichnet, ist das Grobkorn entsprechend seiner Art namengebend. Das Feinkorn besteht in den häufigsten Fällen aus anderen Materialien, wie z. B. Natursand.

Teilt man Beton entsprechend nach der Gesteinskörnung ein, ist i. d. R. der Anwendungszweck von Bedeutung. Barytbeton eignet sich bspw. besonders gut als Strahlenschutzbeton.

C. Bindemittel

Ferner ist es möglich das Bindemittel bei der Bezeichnung des Betons anzugeben. Ist das Bindemittel Zement, spricht man von Zementbeton. Zementbeton, als gängigste Art des Betons, kommt bspw. im Straßenbau und Hochbau zum Einsatz. Speziell im Straßenbau wird der Asphalt-Beton zum Einsatz gebracht, bei dem das Bindemittel Asphalt-Bitumen ist.

D. Ort der Herstellung und Verwendung

Für die Überwachung, dem Konformitätsnachweis[13] und für eventuelle Gewährleistungsansprüche ist die Einteilung nach dem Ort der Herstellung und der Verwendung von wesentlicher Bedeutung.

Baustellenbeton, der nur für den Eigenverbrauch bestimmt ist, wird auf der Baustelle direkt gemischt. Dabei werden alle erforderlichen Bestandteile zugegeben. Im Gegensatz dazu werden die Bestandteile beim Transportbeton außerhalb der Baustelle abgemessen, gemischt und in einem einbaufertigen Zustand an die Baustelle geliefert.

Beim Trockenbeton, der werkmäßig hergestellt wird, wird der Zement und die trockene Gesteinskörnung mit ggf. Zusatzstoffen in einer gleich bleibenden Zusammensetzung gemischt und ergibt bei Zugabe von Wasser (Anmachwasser) Normalbeton der Festigkeitsklasse C 20/25.

Ortbeton ist im Gegensatz zu Fertigteilen, die nach der Erhärtung noch zur Baustelle transportiert werden, ein Frischbeton, der auf der Baustelle in seine endgültige Form gebracht wird und dort erhärtet.

Hat der Beton eine tragende Funktion, kann er als Konstruktionsbeton bezeichnet werden.

E. Herstellverfahren

Ist der Beton eingebracht worden, muss dieser nach dem Einbringen verdichtet werden. Früher wurde hauptsächlich Beton der Konsistenz „steif“ (erdfeucht) verwendet. Dabei machte es sich lediglich erforderlich, nach dem Einbringen, diesen zu stampfen.

In der modernen Herstellung wird von dem Stampfen im wesentlichen abgesehen, da man die Verdichtung durch Rütteln erreicht. Deshalb spricht man auch von Rüttelbeton, der überwiegend eine weiche Konsistenz besitzt und die Arbeit wesentlich erleichtert. Beim Rütteln werden Luftporen und Lufteinschlüsse mit Zementleim ausgefüllt, wodurch man einen Beton mit einen geschlossenen Gefüge erhält.

Die fließfähige Konsistenz bei Fließbeton, wird durch Zugabe von Fließmitteln oder Verflüssigern erreicht und lässt sich aufgrund der guten Fließeigenschaften besonders gut einbringen. Dabei ist jedoch auch darauf zu achten, dass dieser Beton nach dem Einbringen verdichtet werden muss, um Lufteinschlüssen innerhalb des Gefüges entgegenzuwirken.

Möchte man die Erhärtung beschleunigen, kann der Frischbeton erwärmt werden. Dabei werden zum einen die Ausgangsstoffe des Warmbetons im voraus und/ oder zum anderen im Dampfmischer erwärmt.

Muss der angelieferte Transportbeton auf der Baustelle auf einer höheren Ebene eingebracht werden, die man mit konventionellen Mitteln nicht erreicht, pumpt man diesen fertig gemischten Beton durch Rohrleitungen von 80 – 200 mm Durchmesser an die betreffende Stelle. Dabei können Höhenunterschiede von bis zu 300 m überwunden werden. Beim Einbringen des Pumpenbetons ist darauf zu achten, dass dieser sich nicht entmischt.

Ferner besteht die Möglichkeit, Beton unterhalb der Wasseroberfläche einzubringen. Damit das Bindemittel unter Wasser beim Unterwasserbeton nicht ausgespült wird, muss dieser als geschlossene Masse fließen und dort nicht frei durch das Wasser fallen. Als beste Möglichkeit bietet sich der Einbau mit Hilfe von Pumpen an, da dieser dann direkt an die betreffende Stelle gepumpt werden kann.

F. Bewehrung

Je nach Ausführung und Anforderung an den Beton kann Beton unbewehrt oder bewehrt ausgeführt werden. Dabei besteht die Bewehrung i. d. R. aus Stahleinlagen in Form von Stahlmatten, Stahlstäben und Drähten.

Ergänzungen ergeben sich in der Möglichkeit der Einlage bspw. beim Faserbeton, bei dem Stahlfasern oder Glasfasern zum Einsatz kommen. Diese verhindern eine Rissentwicklung und haben ferner einen positiven Effekt auf die Formänderung.

G. Rohdichte und Druckfestigkeit

In Hinblick auf die Rohdichte unterscheidet man drei Arten von Beton:

1. Leichtbeton < 2 kg/dm³
2. Normalbeton 2 - 2,6 kg/ dm³
3. Schwerbeton > 2,6 kg/ dm³[14]

Die geringe Rohdichte des Leichtbetons wird vor allem durch den höheren Luftgehalt erreicht. Diesen erhöhten Luftgehalt kann man zum einen durch die Verwendung von leichter Gesteinskörnung mit geschlossenen Gefüge erreichen, da diese innerhalb des Kornaufbaus Lufteinschlüsse besitzt. Dabei ist die Matrix ähnlich der des Normalbetons.

Zum anderen kann man auf die Rohdichte des Leichtbetons durch ein haufwerksporiges Gefüge einwirken. Hier sind die Zwischenräume zwischen den einzelnen Körnern der Gesteinskörnung nur teilweise mit Zementleim verfüllt.

Als mögliche Gesteinskörnung für Leichtbeton werden Naturbims als natürlicher Zuschlag und Blähschiefer, Hüttenbims und Ziegelsplitt als künstlicher Zuschlag verwendet.

Bei Schwerbeton werden Gesteinskörnungen gewählt, die eine höhere Rohdichte besitzen. Hierbei eignen sich vor allem Schwerspat als natürlicher und Eisenerz und Stahlschrott als künstlicher Zuschlag.

Bestimmend nach der Druckfestigkeit, werden Betone deren Druckfestigkeit eine bestimmte Größe übersteigen, als hochfeste Betone bezeichnet. Nach DIN 1045 (7/88) lag dabei die Grenze bei B 55. Nach DIN 1045-2 liegt jetzt die Grenze bei C 50/60, die B 55 entspricht.

Hochfeste Betone zeichnen sich im Vergleich zu Normalbeton durch eine gute Verbundwirkung in der Kontaktzone zwischen Korn und Zementleim aus. Durch den geringen Wasserzementwert und einem dichten Gefüge verfügen hochfeste Betone über eine höhere Druckfestigkeit und zeichnen sich vor allem durch die erhöhte Dauerhaftigkeit und Widerstandsfähigkeit aus.

H. Betone mit besonderen Eigenschaften

Da auf Bauteile allgemein eine Vielzahl von Faktoren einwirken können, bestehen auch besondere Anforderungen an die Eigenschaften des Betons. Werden bspw. Betonteile einer längeren Zeit Wasser ausgesetzt, macht sich ein Beton mit hohen Frostwiderstand erforderlich. Dazu sind Gesteinskörnungen mit einem höheren Frostwiderstand und ein wasserundurchlässiger Beton nötig. Nach DIN 1045-2 wird die Bezeichnung „Betone mit besonderen Eigenschaften“ nicht mehr verwendet. Nach DIN 1045-2 werden Betone entsprechend ihrer Eignung für den Einsatz bei fest definierten Umwelteinwirkungen in so genannte Expositionsklassen eingeteilt und durch die folgenden 7 Hauptgruppen zusammengefasst:

- Bewehrungskorrosion
- ausgelöst durch Karbonatisierung
- verursacht durch Chloride
- verursacht durch Chloride aus Meerwasser
- Betonkorrosion durch Frost
- ohne Taumittel
- mit Taumittel
- Betonkorrosion durch chemische Angriffe
- Betonkorrosion durch Verschleißbeanspruchung[15]

Innerhalb der Expositionsklassen müssen Betone bestimmte definierte Anforderungen in Bezug auf höchstzulässigen Wasserzementwert, Mindestfestigkeit und Mindestzementgehalt erfüllen. Wirken Frost und Taumittel ferner ein, müssen sie dazu bestimmte Anforderungen in Hinblick auf Mindestluftgehalt und zu verwendenden Zement erfüllen.

I. Beton für bestimmte Anwendungsbereiche

Entsprechend dem Anwendungsgebiet können Betone wiederum eingeteilt werden.

Wird Beton im Straßenbau eingesetzt, spricht man von Straßenbeton. Dieser muss bspw. eine ausreichende Druckfestigkeit aufweisen und einen hohen Verschleißwiderstand besitzen. Da ferner Witterungsverhältnisse wie Wärme, Frost und Wasser auf den Beton einwirken, setzen diese Festbetoneigenschaften ganz bestimmte Betonzusammensetzungen und besondere Einbaumaßnahmen beim Herstellen und Verarbeiten voraus.

Daneben ergeben sich Betonarten wie bspw. der Massenbeton, der bei Bauteilen größerer Abmessung eingesetzt wird und Strahlenschutzbeton, der dazu dient, bestehende Strahlung abzuschwächen.

2. Betonklassen

Eine wesentliche Eigenschaft des Betons ist die Druckfestigkeit. Unterschiedliche Beanspruchungen bei Fundamenten, Stützen oder Wänden machen verschiedene Druckfestigkeiten erforderlich. Es erwies sich als sinnvoll, Betone in Festigkeitsklassen und Leichtbetone zusätzlich in Rohdichteklassen einzuteilen.

2.1 Festigkeitsklassen

Um Betone in Festigkeitsklassen einteilen zu können, werden die bei der Konformitätsprüfung im Alter von 28 Tagen erreichten Druckfestigkeiten als maßgebende Werte herangezogen. Nach DIN 1045-2 sind Prüfkörper sowohl als Zylinder als auch als Würfel vorgesehen.

- Zylinderdruckfestigkeit = fck; cyl. (Zylinder l = 300 mm; Durchmesser 150 mm)
- Würfeldruckfestigkeit = fck,cube (Würfel: Kantenlänge 150 mm)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Festigkeitsklassen nach DIN 1045 (7/88) und DIN 1045-2 für Normal- und Schwerbeton in N/mm²[16]

In der Gegenüberstellung von DIN 1045 (7/88) und DIN 1045-2 teilen sich die Festigkeitsanforderungen bei DIN 1045 (7/88) in Nenn- und Serienfestigkeit auf. Dabei bildet βWN den Mindestwert für die Druckfestigkeit jedes Würfels und βWS den Mindestwert für die mittlere Druckfestigkeit einer Würfelserie, die aus 3 Probewürfeln besteht.

Das B in DIN 1045 (7/88), die noch übergangsweise bis zum 31.12.2004 gültig ist, steht als Abkürzung für B eton.

In DIN 1045-2 wird die Abkürzung B zu C umbenannt, was für c oncrete (engl.)= Beton steht.

Leichtbeton wird mit den Buchstaben LC (l ight weight c oncrete ) vor der Druckfestigkeitsklasse deutlich gemacht.

Leichtbeton mit einen geschlossenen Gefüge wird, vergleichbar wie Normalbeton, ebenso in Festigkeitsklassen unterteilt. Die ermittelten Druckfestigkeiten weichen dabei von denen für Normal- und Schwerbeton ab.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2: Festigkeitsklassen für gefügedichten Leichtbeton nach DIN 1045-2 in N/mm²[17]

In der Gegenüberstellung von Normal- und Festbeton zu Leichtbeton ist zu beachten, dass die Nennfestigkeit fck, cyl und Nennfestigkeit fck; cube beim Leichtbeton (vgl. Tabelle 2) wesentlich weniger voneinander abweicht, als bei der Nennfestigkeit fck, cyl und Nennfestigkeit fck; cube von Normal- und Schwerbeton (vgl. Tabelle 1).

2.2 Rohdichteklassen

Normalbeton besitzt im Allgemeinen eine Rohdichte im Mittelwert von 2,3 kg/dm³. Da die Rohdichte beim Leichtbeton, begründend aus der Gesteinskörnung und den Poren im Gefüge, unterschiedlich sein kann, wird Leichtbeton ferner in Rohdichteklassen unterteilt.

Je nach Auswahl der Zuschläge unterteilt sich der Leichtbeton in 6 Rohdichteklassen von 1,0 kg/dm³ bis 2.0 kg/dm³. (vgl. Tabelle 3)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3: Rohdichteklassen und Rechenwerte für Leichtbeton[18]

3. Betongruppen und Betonkategorien

Um gewünschte Eigenschaften des Betons erreichen zu können, bedarf es besonderen Maßnahmen bei der Auswahl der Bestandteile, der Mischung, der Herstellung und ebenso bei der Überwachung. Mit der Unterscheidung der Festigkeitsklassen in zwei Gruppen (B I und B II)[19] wird den gewünschten Eigenschaften Rechung getragen. Zu der Betongruppe B I gehören alle Betone der Festigkeitsklassen B 5 bis B 25, die nach DIN 1045 (7/88) als Rezeptbeton hergestellt werden können (vgl. Tabelle 1).

Je nach Herstellung einer gewünschten Festigkeitsklasse müssen Sieblinienbereiche, Konsistenzen, Zementfestigkeitsklassen und Größtkorn beachtet werden, die aus entsprechenden Tabellen entnommen werden können. Dabei sind die Mindestzementgehalte vorgeschrieben. Diese Werte sind bereits so angegeben, dass die gewünschte Festigkeit erreicht wird. Außerdem sichern die Angaben einen ausreichenden Korrosionsschutz bei bewerten Beton.

Neben den geforderten Mindestzementgehalt geben die Rezepte auch Richtwerte für Gesteinskörnung und Zugabewasser vor (vgl. Tabelle 18-20).

Beton der Betongruppe B II umfasst die Betone der Festigkeitsklassen B 35 bis B 55. Werden Betone niedrigerer Festigkeitsklassen mit besonderen Eigenschaften gefordert, sind diese der Betongruppe B II zuzuordnen. Die Zusammensetzung der Bestandteile erfolgt stets durch Eignungsprüfung (1. Prüfung). Sie wird noch vor der Verwendung des Betons durchgeführt. Dabei wird festgestellt, ob der Beton mit den Ausgangsstoffen, der Konsistenz und dem erwarteten Baustellenverhältnissen zuverlässig verarbeitet werden kann. Während des Einbaus müssen ferner zufällig aus verschiedenen Mischerfüllungen Proben entnommen werden, um die Güte des Betons zu prüfen (2. Prüfung). Innerhalb des letzten Prüfverfahrens, der Erhärtungsprüfung, wird die Druckfestigkeit des Betons ermittelt. Dabei kann die Prüfung zerstörend oder zerstörungsfrei erfolgen (3. Prüfung).

DIN 1045 (7/88) wurde mit der Angleichung an die europäische Normung durch DIN 1045-2/ DIN EN 206-1 aktualisiert. Diese sieht im Gegensatz zu DIN 1045 (7/88) zwei Betonkategorien vor, die Anfälligkeiten des Betons gegen Schwankungen der Betoneigenschaften von der Betonzusammensetzung, Herstellung und Betonfestigkeit berücksichtigt. Die Zuordnung des Betons berücksichtigt dabei:

- die Betonfestigkeitsklasse,
- die Betonzusammensetzung und den
- Verwendungszweck[20].

Die Begutachtung des Betons der Kategorie I erfolgt durch eine Übereinstimmungserklärung des jeweiligen Herstellers. Bei Beton der Kategorie II muss der Herstellende eine zertifizierte Produktionslenkung bei der Herstellung des Betons haben.

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Tabelle 4 : Betonkategorien nach DIN 1045-2/ DIN EN 206-1[21]

III. Ausgangsstoffe des Betons

1. Zement

1.1 Allgemeines

Zement ist ein hydraulisches, anorganisches Bindemittel. Dieses feingemahlene Bindemittel, mineralischen Ursprungs, wird mit Wasser vermischt und erhärtet durch Hydratation, sowohl an der Luft wie auch unter Wasser, steinartig.

Zemente zeichnen sich im Gegensatz zu anderen hydraulischen Bindemitteln durch die wesentlich höheren Festigkeiten nach ihrer Erhärtung aus.

In der Zusammensetzung können Haupt- und Nebenbestandteile des Zements unterschiedlich sein, wonach sich dieser in verschiedene Arten gliedert. Dabei haben die Hauptbestandteile die Aufgabe festigkeitsbildend auf das Gefüge einzuwirken, wohingegen die Nebenbestandteile zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit und der Eigenschaften sich dienlich erweisen.

Die Hauptbestandteile der jeweiligen Zementarten gliedern sich in:

Portlandzementklinker (K) Hüttensand (S) Natürliches Puzzolan (P) Industriell hergestelltes Puzzolan (Q) Gebrannter Schiefer (T) Kieselsäurereiche Flugasche (V) Kalkreiche Flugasche (W) Kalkstein (L, LL[22] ) Silikastaub (D)[23]

Der Portlandlandzementklinker, der ein wichtiger Bestandteil aller Zemente ist, ist Hauptbestandteil des Portlandzements. Alle Zemente enthalten ferner zur Regelung der Erstarrung einen Zusatz eines Sulfatträgers (i. d. R. Gips (CaSO4). Ohne der Zugabe eines Sulfatträges (Gips) würde der Erstarrungsvorgang beim Vermischen von den Bestandteilen Wasser und Portlandzementklinker unmittelbar stattfinden, was ein weiteres Verarbeiten unmöglich machen würde.

Die unterschiedlich zusammengesetzten Zemente gliedern sich in fünf Hauptzementarten:

- CEM I Portlandzement
- CEM II Portlandkompositzement
- CEM III Hochofenzement
- CEM IV Puzzolanzement
- CEM V Kompositzement[24].

Innerhalb dieser Hauptzementarten ergeben sich entsprechend ihrer Hauptbestandteile 27 Zementunterarten, die aus der folgenden Tabelle 5 entnommen werden können:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 5: Normalzemente und ihre Zusammensetzung nach DIN EN 197-1[25]

Bei der Bezeichnung der Zemente sind mindestens die Zementart und der Hauptbestandteil zu nennen.

Beispiel:

Portlandhüttenzement

CEM II/ A- S à 80 - 94 % Portlandklinker

6 - 20 % Hütten s and

CEM II/ B- S à 65-79 % Portlandklinker

21-35 % Hütten s and

Dabei geben die Buchstaben A (höherer Anteil) und B (niedriger Anteil) einen Aufschluss über den Anteil an Portlandzementklinker.

Bei den Portlandkompositzementen (CEM II/ A-M und CEM II/ B-M), Puzzolanzementen (CEM IV/A und CEM IV/ B) und Kompositzementen (CEM V/ A und CEM V/ B) müssen bei der Bezeichnung, außer dem Bestandteil Portlandzementklinker, die Hauptbestandteile durch die Bezeichnung des Zementes ersichtlich sein.

Neben diesen herkömmlichen Zementen machen sich teilweise besondere Zemente für bestimmte Bauaufgaben erforderlich. Diese erfüllen zusätzlich noch bestimmte Eigenschaften, wodurch sie sich im wesentlichen von herkömmlichen Zementen unterscheiden. Dabei erfüllen sie Eigenschaften bspw. von niedriger Hydratationswärme, hohen Sulfatwiderstand und niedrig wirksamen Alkaligehalt.

CEM I – Portlandzement

Portlandzement, der einen Produktionsanteil von 70 % der gesamten Zement-herstellung einnimmt, besteht aus feingemahlenen Portlandzementklinker und Gips. Der Portlandzementklinker besteht aus Ferrit-, Silikat-, Tonerde- und Kalkbestandteilen, die nach dem Herstellungsverfahren (Brand) als Calciumsilikate, -aluminate und –aluminatferrite vorliegen. Für Gips kann dem Portlandzementklinker auch ein anderes Calciumsulfat bis zu einem Höchstanteil an SO3 von 3,5 bis 4 Massen-% zugeführt werden. Dabei regelt der Gips bzw. ein Substitut im wesentlichen den Erstarrungs- und Erhärtungsprozess.

CEM II - Portlandkompositzement

Neben dem Portlandzementklinker enthalten Portlandkompositzemente weitere Bestandteile, die in der jeweiligen Benennung mit angegeben werden. Diese Bestanteile sind dabei Hüttensand, Silikastaub, Puzzolan, gebrannter Schiefer, Flugaschen und Kalkstein.

Je nach Zugabe der Hauptbestandteile bestehen Portlandkompositzemente mit der Bezeichnung A aus einem größeren Anteil an Portlandzementklinker; mit der Bezeichnung B aus einem kleineren Anteil an Portlandzementklinker.[26]

CEM III – Hochofenzement (und CEM II Portlandhüttenzement)

Hochofenzemente bestehen hauptsächlich aus Portlandzementklinker und Hüttensand. Hüttensand fällt bei der Produktion von Roheisen in Form der Schlackenschmelze an, die vorwiegend aus Kalk, Kieselsäure und Tonerde besteht. Wird die Schlackenschmelze abgekühlt (abschreckt), entsteht ein fein zerteiltes, erstarrtes Produkt mit hydraulischen Eigenschaften. Da Hüttensand ein latent hydraulischer Stoffe ist, benötigt dieser einen Anreger, so dass der Hüttensand in technisch sinnvoll nutzbarer Zeit hydraulisch erhärten kann. Da bei der Hydratation des Portlandzementklinkers mit Wasser Kalkhydrat abgespalten wird, kann dieses als Anreger genutzt werden.

Die Unterscheidung zwischen Hüttenzement und Hochofenzement liegt in der Konzentration des Hüttensandanteils begründet. Bei Portlandhüttenzement liegt der Anteil an Hüttensand zwischen 6 und 35 % wohingegen der Anteil bei Hochofenzement bei 36 bis 95 % liegt[27].

CEM IV - Puzzolanzement

Puzzolan ist ein aus Tonen, Schiefer und Sedimentgesteinen gewonnener Stoff. Auch kann er vulkanischen Ursprungs sein. Da Puzzolan kein eigenes Erhärtungsvermögen besitzt, benötigt Puzzolan Calciumhydroxid, dass beim Anmachen von Wasser und Portlandzementklinker entsteht, um eine festigkeitsbildende und wasserunlösliche Bindung zu bilden.

Puzzolanzemente bestehen aus Portlandzementklinker und aus puzzolanisch wirkenden Hauptbestandteilen, die neben Puzzolan beispielsweise Silicastaub und Flugasche sind.[28]

CEM V – Kompositzement

Kompositzemente werden aus Portlandzementklinker, Hüttensand, Puzzolanen und kieselsäurehaltiger Flugasche zusammengemischt. Dabei liegt der Anteil an Portlandzementklinker zwischen 20 und 64 Massen-%.

Zemente mit niedriger Hydratationswärme

Um der, bei der Herstellung von massigen Bauteilen entstehenden Wärmeentwicklung entgegenzuwirken, macht sich eine Verwendung von Zementen mit niedriger Wärmeentwicklung notwendig. Zemente mit niedrigerer Hydratationswärme erhärten langsamer als vergleichbare Zemente und werden ferner dann auf der Baustelle zum Einsatz gebracht, wenn hohe Außentemperaturen vorliegen.

Zemente mit hohem Sulfatwiderstand

Teilweise enthalten Wasser und Erdboden chemische Bestandteile (z. B. Sulfate), die den Beton angreifen können. Zement mit hohen Sulfatwiderstand kommt bei der Herstellung von Betonen zum Einsatz, wenn das Wasser 600 mg je Liter und 3000 mg je Kilogramm Boden Sulfat enthält.[29]

Zement mit niedrigem Alkaligehalt

Enthält die Gesteinskörnung alkaliempfindliche Bestandteile (z. B. Flint), sind Zemente mit einem niedrigen Alkaligehalt für die Herstellung des Betons zu wählen. Somit können ggf. Bauwerkschäden (Rissbildung im Betongefüge) vermieden werden. Dieses setzt jedoch ferner voraus, dass Alkalien nicht durch andere Stoffe oder von außen in den Beton gelangen.

1.2 Die Herstellung von Zement

Grundbestandteil eines jeden Zementes ist der Portlandzementklinker. Dabei besteht das Gemisch, dass zur Herstellung des Portlandzementklinkers erforderlich ist, aus Calciumoxid und Siliziumoxid. Ferner beinhaltet das Gemisch geringe Anteile von Aluminiumoxid und Eisenoxid. Diese Bestandteile, für die sich Abkürzungen ergeben, stammen aus den folgenden natürlichen Rohstoffen:

(C) Kalk (CaO) à aus: Kalkstein, kalkreichen Mergel und Kreide

(S) Silikat (SiO2) à aus: Ton, Lehm, Quarzsand, tonreichen Mergel

(A) Tonerde (AL2O3) à aus: Ton, Lehm, tonreichen Mergel

(F) Ferrite (FeO; Fe2O3) à aus: Ton Bauxid, Kiesabbrand.[30]

Die Zementrohstoffe werden zunächst nach der Gewinnung gebrochen. Getrennt nach Kalk- und Tongehalt (Mischungsverhältnis 3:1) gelangen die Bestandteile in eine Rohmühle, in der sie getrocknet und zu einem Rohmehl vermahlen werden. Durch ständige Überwachung können Veränderungen in der Zusammensetzung erkannt und durch Zugabe von Korrekturmehl in Homogenisierungssilos ausgeglichen werden.

Das fertig aufbereitete Gemisch wird im Drehrohrofen bei ca. 1450° bis zur Sintergrenze gebrannt. Drehrohröfen sind feuerfest ausgemauerte Rohre von 3,7 m bis 7 m Durchmesser und ca. 40 m bis 200 m Länge, die leicht geneigt sich durch einen Antrieb um die eigene Achse drehen. Beim Brennvorgang verbindet sich der Kalk mit den Ton. Dabei bilden sich folgende Klinkermineralien:

- Tricalciumsilikat (C3S)
- Dicalciumsilikat (C2S)
- Tetracalciumaluminatferrit (C4 (A, F)
- Tricalciumaluminat (C3A)

Durch Tricalciumsilikat werden die eigentlichen Eigenschaften des Zementes bestimmt. Wird dieser Bestandteil mit Wasser vermischt, erhärtet er umgehend und erreicht hohe Festigkeiten.

Dicalciumsilikat erhärtet im Gegensatz dazu wesentlich langsamer.

Der Bestandteil Tricalciumaluminat regelt das Erstarrungsverhalten des Zementleims und erhöht die Anfangsfestigkeit.

Nach dem Brennvorgang wird der entstandene Klinker von etwa 1 cm Durchmesser heruntergekühlt und zwischengelagert. Im weiteren Verlauf des Herstellungsprozesses wird der Klinker entweder allein oder mit Zusätzen fein vermahlen. Außerdem gibt man dem Gemisch zur Regelung der Erstarrung Gips zu. Je feiner dabei die Bestandteile gemahlen werden, desto größer ist auch die Reaktionsoberfläche beim Anmachen mit Wasser, woraus sich höhere Festigkeiten ergeben.

1.3 Erhärtung von Zement

1.3.1 Zustandsformen

Vermischt man Zement und Wasser miteinander, entsteht in Form einer Suspension Zementleim.

Wird dem Zement Wasser zugegeben, beginnt eine chemische Reaktion, die auch als Hydratation bezeichnet wird. Hierbei ergibt sich durch das Wasser eine hydraulische Umlagerung des Zementkorns, was ein Quellen mit sich führt. Innerhalb dieses chemischen Prozesses entsteht Hydratationswärme, die freigesetzt wird. Bei der Hydratation kristallisieren Salzhydrate aus und bilden die so genannten Hydratationsprodukte[31], die unter dem Begriff des Zementgels zusammengefasst werden und die einzelnen Zementkörner mit einer dünnen Schicht umhüllen (vgl. Abbildung 5). Im weiteren Verlauf der Hydratation muss das Wasser durch die Gelporen[32] hindurchdiffundieren, um den noch nicht hydratisierten Teil des Zementkorns zu lösen. Ist dabei das Zementkorn sehr fein vermahlen und damit die Reaktionsoberfläche größer, können die Zementkörner schneller hydratisieren als bei Zementkörnern die gröber vermahlen wurden. Die Abmessungen des hydratisierten Zementkorns vergrößern sich innerhalb des chemischen Prozesses fortlaufend bis sie max. die doppelte Ausgangsgröße erreicht haben. Dabei versteift der Zementleim zu Zementstein.

1.3.2 Ansteifen und Erstarrung

Die Zementkörner im Zementleim sind von einer Wasserhülle umgeben und deshalb gegeneinander verschiebbar. Dabei ist die Steife des Leims überwiegend vom Verhältnis Zement : Wasser abhängig. Dieses Verhältnis zwischen Wasser und Zement wird auch als W/Z-Wert bezeichnet. Wird dieser Wert beim Anmachen erhöht, wird auch der Zementleim dünnflüssiger.

Werden nun Wasser und Zement in Kontakt gebracht, entstehen Hydratationsprodukte, die die Zementkörner im zunehmenden Maße starr miteinander verbinden. Dieses führt zu einem geringen und nach einiger Zeit verstärkten Ansteifen der Suspension. Nach ungefähr einer Stunde, nach dem das Ansteifen ein bestimmtes Maß an Konsistenz erreicht hat, wird der Erhärtungsvorgang als Erstarren bezeichnet. Dieser Erstarrungsprozess dauert im Regelfall ca. 12 Stunden. Sind in etwa zwölf Stunden vergangen, spricht man bei fortschreitender Verfestigung vom Erhärten. Dieser Verfestigungsvorgang wird im wesentlichen durch die Menge an zugegebenen Calciumsulfat geregelt. Dabei ist die zugegebene Menge auf die Zusammensetzung der Ausgangsstoffe abgestimmt.

Trotz abgestimmter Bestandteile im Zement kann dennoch ein frühzeitiges Ansteifen eintreten. Sind bspw. höhere Frischbetontemperaturen beim Einbringen des Betons vorhanden, kann sich der Erstarrungsprozess beschleunigen. Ebenso können kleinste Verunreinigungen, wie z. B. geringe Mengen von zuckerähnlichen, organischen Stoffen das Erstarren verzögern, im schlimmsten Fall vollständig verhindern.

1.4 Festigkeitsklassen, Verwendung und Kennzeichnung

1.4.1 Festigkeitsklassen

Zemente werden entsprechend ihrer Normfestigkeit nach 28 Tagen in die Festigkeits-klassen 32,5; 42,5 und 52,5 eingeteilt, die nach einer Prüfung an Probekörpern (4 x 4 x 16 cm) bestimmt werden.

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Tabelle 6: Anforderungen an die Festigkeitsklassen[33]

Diese Klassen unterteilen sich ferner nach ihrer Anfangsfestigkeitsentwicklung in normale Anfangsfestigkeit (N = normal) und hohe Anfangsfestigkeit (R = rapid).

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Abbildung 1: Festigkeitsentwicklung von Zementen der gleichen Festigkeitsklasse mit normaler und hoher Anfangserhärtung[34]

Entnehmend aus der Tabelle 6 (Einteilung der Festigkeitsklassen) ist bei der Anfangsfestigkeit die Einhaltung des Mindestwertes der Druckfestigkeit angegeben. Für die Druckfestigkeit nach 28 Tagen ergeben sich mit Ausnahme des CEM 52,5 sowohl ein Höchstwert an Druckfestigkeit, der nicht überschritten werden darf, als auch ein Mindestwert der beachtet werden muss. Dabei liegt die Spanne einheitlich zwischen der oberen und unteren Grenze bei 20 N/mm². Durch die Einhaltung der Grenzwerte ist es möglich, die zielsichere Herstellung von Beton bestimmter Festigkeitsklassen zu gewährleisten. Für Zement der Festigkeitsklasse CEM 52,5 ergibt sich kein oberer Grenzwert, da dieser bereist an der oberen Grenze des technisch Machbaren liegt.

1.4.2 Verwendung

Zur Herstellung von Beton sind grundsätzlich alle Zemente nach DIN EN 197-1 geeignet. Dennoch sind je nach Anwendungsbereich des Betons unter der Berücksichtigung der Dauerhaftigkeit gewisse Einschränkungen vorhanden, die zwingend eingehalten werden müssen. Nach DIN EN 197-1 werden Zemente entsprechend ihrer Eignung für den Einsatz bei fest definierten Umwelteinwirkungen eingeteilt und in so genannten Expositionsklassen zusammengefasst. (vgl. Tabelle 7 – Anwendungsbereiche für Zemente und Tabelle 8 – Erklärung der Expositionsklassen)

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Tabelle 7: Anwendungsbereiche für Zemente nach DIN EN 197-1[35]

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Tabelle 8: Erklärung der Expositionsklassen[36]

Allgemein betrachtet kann der Zement der Festigkeitsklasse 32,5 R als „Standardzement“ bezeichnet werden, da er aufgrund seiner universellen Einsetzbarkeit (für Beton der Festigkeitsklassen < C30/37) 50 % der produzierten Menge an Zement ausmacht.

Zement der Festigkeitsklasse 32,5 wird wegen der geringeren Anfangserhärtung und Wärmeentwicklung überwiegend bei massigen Bauteilen eingesetzt. Muss der Beton bei kühler Witterung eingebracht werden, eignen sich Zemente der Festigkeitsklasse 42,5 und 52,5, da diese eine höhere Wärmeentwicklung und Anfangserhärtung aufweisen. Werden Bauteile sehr starken Belastungen ausgesetzt, eignet sich vor allem Zement der Festigkeitsklasse 52,5. Durch die rasche Abbindung des eingebrachten Betons können außerdem lange Einschalfristen vermieden werden.

1.4.3 Kennzeichnung

Für die Kennzeichnung der verschiedenen Zemente liegen bei der Verpackung keine direkten Regelungen vor. Dennoch ist davon auszugehen, dass sich die Zementproduzierenden an eine üblich vereinbarte Kennzeichnung halten:

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Tabelle 9: Kennzeichnung der Zemente[37]

2. Gesteinskörnung (Zuschlag)

2.1 Allgemein

Unter dem Begriff Gesteinskörnung versteht man ein Gemisch aus ungebrochenen und gebrochenen Körnern natürlichen oder industriell hergestellten, mineralischen oder organischen Ursprungs, dass im Durchschnitt 70% des gesamten Betonvolumens einnimmt. Die Gesteinskörnung bietet das feste und dauerhafte Gerüst, dass durch die Zugabe von Bindemitteln verkittet wird.

Natürliche Gesteinskörnung kann zum Teil in einer für die Betonherstellung geeigneten Form abgebaut werden. Liegt eine nicht geeignete Form vor, wird diese für die Herstellung von Beton aufbereitet. Dabei wird sie zerkleinert, gebrochen, gesiebt und gewaschen.

Teilweise kommt auch Gesteinskörnung zum Einsatz, die als Neben- oder Abfallprodukt bei bestimmten industriellen Prozessen anfällt. Sie trägt deshalb auch die Bezeichnung „künstliche Gesteinskörnung“.

Für die Herstellung von Mörtel und Beton sind alle Gesteinskörnungen geeignet, die für die jeweiligen geforderten Anwendungszwecke eine ausreichende Kornfestigkeit aufweisen, die Beständigkeit des Betons nicht vermindern und der Erhärtung des Zements nicht störend entgegenwirken. Ungeeignet sind Gesteinkörnungen wie Gipsstein und Kalkstein, die eine Schädigung des Betons in Form von Treiben mit einhergehender Absprengung hervorrufen.

2.2 Einteilung

Die Einteilung der Gesteinskörnung erfolgt nach Herkunft, Stoffart, Kornrohdichte und Korngröße.

Nach der Entstehung der Gesteinskörnung werden natürliche und industriell hergestellte Gesteinskörnungen (künstliche Gesteinskörnung) unterschieden. Gesteinskörnungen die nach dem Ort der Gewinnung (z. B. Rheinsand, Eifellava) unterschieden werden, geben dabei Hinweise auf die Entstehung und ihre Zusammensetzung.

Unterteilt man Gesteinskörnung nach der Rohdichte, ergeben sich folgende Rohdichteklassen:

- Leichte Gesteinskörnung (Rohdichte bis 2,00 Kg/dm³)
- Normale Gesteinskörnung (Rohdichte > 2,00 kg/dm³ und <3,00 kg/dm³)
- Schwere Gesteinskörnung (Rohdichte > 3,00 kg/dm³)[38]

Die leichte Gesteinskörnung, die bis zu einer maximalen Rohdichte von 2,0 kg/dm³ definiert wird, hat als wesentliches Merkmal nicht die Druckfestigkeit, sondern die Wärmedämmung. Durch die gestiegenen Anforderungen beim Wärmeschutz von Gebäuden, bietet in möglichen Fällen Leichtbeton, bei dem leichte Gesteinskörnung zum Einsatz kommt, mit seiner wärmedämmenden Eigenschaft, in Kombination mit seinem Tragvermögen, wesentliche Vorteile gegenüber mehrschichtiger Bauweise. Zur leichten Gesteinskörnung zählen z. B. die Stoffe Bims, Perlit und Blähglas.

Die normale Gesteinskörnung kann sowohl natürlichen oder industriellen Ursprungs sein. Natürliche Gesteinskörnung für Normalbeton wird ausschließlich einer mechanischen Aufbereitung unterzogen.

Zur natürlichen Gesteinskörnung zählen bspw. Kies, Natursand und die gebrochene Gesteinskörnung (Splitt, Brechsand).

Künstlicher Zuschlag ist eine industriell herstellte Gesteinskörnung, die unter dem

Einfluss von technischen Prozessen entstanden ist (z. B. Hochofenschlacke).

Schwere Gesteinskörnung kennzeichnet sich wesentlich durch eine hohe Rohdichte über 3,0 kg/dm³ aus. Damit ist es möglich, Beton mit Rohdichten von bis zu 4,5 kg/dm³ herzustellen. Diese Betone kommen überall da zum Einsatz, wo es auf ein besonders hohes Gewicht des Bauteils ankommt. Als schwere Gesteinskörnung werden bspw. Schwerspat, Eisenerz und Stahlschrott verwendet.

Entsprechend der Korngröße unterteilt man die Gesteinskörnung in Korngruppen. Eine Korngruppe wird hierbei nach deren Größt- (D) und Kleinstkorn (d) bezeichnet. Gesteinskörnung der Korngruppe 4/8 setzt sich bspw. aus Korngrößen zusammen, die überwiegend durch ein 8 mm Quadratlochsieb fallen und auf einem 4 mm großen Sieb liegen bleiben.

Häufig enthalten angelieferte Korngruppen auch größere oder kleinere Korngrößen als die, die aus ihrer Korngröße hervorgehen. Dabei sind in Gesteinskörnungen, die ungebrochen sind, 15 % Unterkorn und 10 % Überkorn zulässig. Die häufigsten in der Praxis verwendeten Korngruppen sind:

0/2; 0/4; 2/8; 4/8; 8/16; 8/32 und 16/32.

Die Korngruppen 0/2 und 0/4 werden ferner entsprechend ihrer Kornverteilung in a (gute Kornverteilung) und b (sonstiges) unterteilt. Die Zusammensetzung der trockenen Gesteinskörnung wird mit Hilfe einer Siebung geprüft. Dabei besteht der Prüfsiebsatz aus Einzelsieben mit quadratischen Öffnungen und teilt sich in die Lochweiten 0,125; 0,25; 0,5; 1/2; 4/8; 16; 31,5 und 63 auf.

Zur Bezeichnung der Gesteinskörnung wird zunächst die Korngruppe und bei erhöhten oder verminderten Anforderungen an bestimmte Eigenschaften ein Kennbuchstabe angegeben[39].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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Tabelle 10: Eigenschaften der Gesteinskörnung mit erhöhten und verminderten Anforderungen[40]

Die Begriffe Sand, Splitt, Schotter und Rund- und Brechkorn werden seit der Angleichung der DIN 4226 an die europäische Normung nicht mehr verwendet. Hierbei wurde der Begriff Zuschlag durch den Begriff Gesteinskörung ersetzt. Begründend aus den Änderungen erscheint es hilfreich, dass neben den neuen Begriffen auch bisherige weiter verwendet werden können (vgl. Tabelle 11).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 11: Zusammenstellung und Erläuterung der Begriffe zur Kennzeichnung von Gesteinskörnung als Zuschlag für Beton[41]

2.3 Anforderungen an die Gesteinskörnung

Durch den Zusammenhang, dass die Qualität der Gesteinskörnung einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität des herzustellenden Betons ausübt, muss die Gesteinskörnung bestimmten geometrischen, physikalischen und chemischen Anforderungen gerecht werden.

2.3.1 Geometrische Anforderungen

Kornform

Bei der Zusammensetzung der Gesteinskörnung ist darauf zu achten, dass die Kornform eine gedrungene, runde, würflige Form aufweist. Ungünstig geformt sind längliche, plattige Körner, da sie sich bei gleicher Zementleimmenge schlechter verarbeiten und verdichten lassen.

Durch die größere Oberfläche des plattigen Korns benötigt man, im Gegensatz zu einem würfligen Korn eine höhere Menge an Zementleim, der das einzelne Korn umschließt.

Kornzusammensetzung

Neben der Kornform ist vor allem die Kornzusammensetzung für die Qualität des Betons von besonderer Bedeutung. Besteht die Gesteinskörnung überwiegend aus gleich großen Körnern, ergeben sich sehr viele Hohlräume im Betongefüge, die mit einer erhöhten Zementleimmenge ausgefüllt werden müssen. Um diesen erhöhten Zementverbrauch zu vermeiden, wird eine gemischtkörnige Gesteinskörnung gewählt. Dabei wird es möglich, die Hohlräume mit kleineren Korngruppen zu schließen.

Betone mit einer gemischtkörnigen Gesteinszusammensetzung weißen zudem wesentlich höhere Druckfestigkeiten auf, da fast keine Hohlräume im Betongefüge vorhanden sind.

Mehlkorn

Um ein dichtes Gefüge und eine bessere Verarbeitbarkeit des Betons zu erhalten, macht sich ein bestimmter Anteil an Gesteinskörnung bis 0,125 mm Korngröße erforderlich. Diese Korngröße wird als Mehlkorn bezeichnet und setzt sich aus Zement, Feinstsand bzw. Feinstbrechsand und ggf. Zusatzstoffen zusammen.

2.3.2 physikalische Anforderungen

Druckfestigkeit

Die natürliche Gesteinskörnung ist im allgemeinen so fest, dass diese für das Herstellen von Beton der gängigen Betonfestigkeitsklassen verwendet werden kann. Ist die Gesteinskörnung aus gebrochenen Felsgestein und entspricht DIN 4226, kann diese ohne weitere Untersuchung eingesetzt werden. Werden künstlich hergestellte Gesteinskörnungen eingesetzt oder bestehen Zweifel bei natürlichen Zuschlägen, muss zunächst eine Eignungsprüfung mit dem hergestellten Beton durchgeführt werden. Weiche, tonige und schiefrige Gesteinskörnungen sind aufgrund der geringen Festigkeiten als unbrauchbar für die Verwendung einzustufen. Wesentliche Merkmale hinsichtlich Festigkeit ergeben sich z. B. durch Ritzen mit einem Messer oder durch Hammerschlag.

Frost- und Frost-Tausalz- Widerstand

Mit Hilfe von indikativen und physikalischen Prüfverfahren wird der Frost- und Frost-Tausalz- Widerstand bestimmt. Zu der indikativen Prüfung gehört zum einem die petrografische Untersuchung sowie die Bestimmung des Anteils an mürben oder stark saugenden Körnungen. Allgemein wird der Frost- und Frost-Tausalz- Widerstand mit Hilfe von physikalischen Prüfungen bestimmt. Dabei werden die Proben hinsichtlich ihres Frost-Widerstandes, der sich aus Massevolumen-änderungen nach 10 Frost-Tauwechseln ergibt bestimmt und Kategorien (F1 bis F4) zugeordnet. Gesteinskörnungen die eine max. Wasseraufnahme von 1 Masse-% aufweisen, haben einen hohen Frostwiderstand.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Soll die Gesteinskörnung bezüglich des Forst-Tausalz Widerstands geprüft werden, wird dieses durch Sättigen, Gefrieren und Auftauen in einer 1-% Natriumchloridlösung ermittelt. Beträgt der Masseverlust nicht mehr als 8 % kann man von einem ausreichenden Widerstand ausgehen.

2.3.3 chemische Anforderungen

Aufgrund der unterschiedlichen Herkunft der Gesteinskörnungen und dem unterschiedlichen Einsatz der Betonteile dürfen chemische Anforderungen an die Gesteinskörnung nicht außer Acht bleiben.

Stahlangreifende Stoffe

Ist es beabsichtigt, bewehrten Beton herzustellen, sollte die Gesteinskörnung keine Salze (Nitrate, Halogenide) enthalten, die die Bewehrung im Beton angreifen und eine Korrosion hervorrufen. Dabei werden die Körnungen in Hinblick auf wasserlösliche Chlorid-Ionen[42] geprüft.

Schwefelhaltige Stoffe

Schwefelverbindungen, die zu störenden Veränderungen in Betonbauwerken führen können, dürfen in Gesteinskörnungen bis max. 1 Masse-% vorkommen.

Erstarrungs- und Erhärtungsstörende Stoffe

Zucker oder zuckerähnliche Stoffe können wesentlich das Erstarrungs- und Erhärtungsvermögen negativ beeinflussen. Deshalb darf der Maximalanteil dieser Stoffe nur so hoch sein, dass sich dieser gegenüber dem regulären Erstarrungsvorgang um max. 2 Std. verlängert und die Druckfestigkeit nicht mehr als 15% gemindert wird.

2.4 Eigenschaften und Wirkungsweise

2.4.1 Allgemeines

Die Gesteinskörnung setzt sich aus unterschiedlichen Korngrößen zusammen und bildet somit das Grundgerüst des herzustellenden Betons. Bei der Kornzusammensetzung des jeweilig herzustellenden Betons ist darauf zu achten, dass eine gemischtkörnige Gesteinskörnung vorhanden ist, um das Lückenvolumen zu mindern und somit ein geschlossenes Betongefüge herzustellen. Die Kornzusammensetzung wirkt sich dadurch nicht nur auf die Festbetoneigenschaften sondern auch auf den erforderlichen Wasserzementwert aus. Bei der Kornzusammensetzung sollten folgende Aspekte unter besonderer Beachtung liegen:

- Sind Gemische grobkörniger aufgebaut, wird beim Anmachen weniger Wasser benötigt. Außerdem verringert sich gegenüber feinkörnigen Gemischen die Oberfläche der Gesteinskörnung je Volumeneinheit, die mit Zementleim verkittet werden muss.
- Ist die Kornzusammensetzung zu grobkörnig, lassen sich diese als Frischbeton weniger gut verarbeiten. Ferner neigen sie in häufigen Fällen dazu, sich zu entmischen.
- Wird die Kornzusammensetzung gemischtkörnig gewählt, besteht zum einen ein kleinerer Hohlraumgehalt als bei Gemischen aus überwiegend gleichgroßen Korngemischen. Deshalb kann auch die Zementleimmenge wesentlich kleiner sein, da sie weniger Poren schließen muss. Dieses wirkt sich sowohl wirtschaftlich, als auch unter technischen Aspekten betrachtet positiv aus, da der Beton durch den verminderten W/Z-Wert beim Erhärten erheblich weniger schwindet.

Der Zuschlag sollte so gewählt werden, das zunächst der Beton ohne Komplikationen gefördert und verarbeitet werden kann. Ferner ist darauf zu achten, dass das Größtkorn in seiner Nenngröße 1/3 bzw. 1/5 der kleinsten Bauteilabmessung nicht überschreiten sollte, da sonst ein ordnungsgemäßes Verarbeiten nicht mehr gewährleistet sein kann. Liegt eine sehr enge Bewehrung vor, sollte der überwiegende Teil des Gemisches kleiner als der Bewehrungsabstand oder der Abstand von Bewehrung zu Schalung sein.

2.4.2 Kornzusammensetzung und Sieblinien

Um das Porenvolumen von Gesteinskörnungen zu verringern, werden einzelne Korngruppen zu Korngemischen zusammengestellt. Diese Zusammensetzung von Korngemischen wird durch so genannte Sieblinien bestimmt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Graphische Darstellung der Sieblinienbereiche nach DIN 1045 für Zuschlaggemische 0/63 [43]

Bei der grafischen Darstellung der Sieblinie ist auf der Abszisse die Siebweite für die Korngröße der Gesteinskörnung und auf der Ordinate der Durchgang durch das entsprechende Sieb aufgetragen. Um eine übersichtliche Darstellung zu gewährleisten, wird ein logarithmischer Maßstab für die Lochweite gewählt. Dieses bewirkt, dass zeichnerisch gleiche Abstände zwischen den Lochweiten entstehen. Die Sieblinie zeigt über jeder Lochweite den Masseanteil an, der durch das betreffende Sieb fällt. Beabsichtigt man eine Sieblinie aus einzelnen Korngruppen (z. B. eine Sieblinie mit einem Größtkorn von 16 mm) zusammenzustellen, sind folgende prozentuale Anteile der Gesteinskörnung erforderlich:

0/0,25 à 7%; 0,25/0,5 à 13%; 0,5/1 à 13%; 1/2 à 7%; 2/4 à 17% und 8/16 à 38% (vgl. Abbildung 14).

Soll eine Sieblinie eines Korngemisches bestimmt werden, muss zunächst die Gesteinskörnung getrocknet und im vollständigen Siebsatz getrennt werden.

Teilweise kommt es vor, dass in einem Korngemisch eine oder auch mehrere Korngruppen zwischen der feinsten und der gröbsten Gruppe fehlen. Hierbei spricht man von einer Ausfallkörnung. Die Sieblinie ist unstetig (U). Grafisch dargestellt, verläuft die Linie im Bereich der fehlenden Gruppe waagerecht. Ausfallkörnungen können trotz fehlender Korngrößen vorteilhaft sein, müssen jedoch einer Prüfung unterzogen werden, ob eine gute Verarbeitung gewährleistet ist und es zu keiner Entmischung kommen kann.

Die Sieblinie A und B begrenzen den günstigen Bereich (3); B und C den brauchbaren. Ungünstig erweisen sich die Korngemische deren Sieblinien unter A oder aber oberhalb von C liegen (Bereiche 1 und 5) (vgl. Abbildung 13 und 15).

2.4.3 Wasseranspruch

Um die benötigte Wassermenge in einer beliebigen Kornzusammensetzung abschätzen zu können, bedient man sich einer so genannten Körnungsziffer (k), die man aus der betreffenden Sieblinie berechnet. Dazu muss man die Summe der in Prozent angegebenen Rückstände der einzelnen Siebe bilden und durch den Faktor 100 dividieren.

Beispiel: Sieblinie mit einem Größtkorn von 16 mm

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 12: Prozentualer Anteil des Durchgangs bzw. Rückstands einer Sieblinie B 16[44]

Summe der in Prozent angegebenen Rückstände : 100 = Körnungsziffer

366 : 100 = 3,66

Mit Hilfe der errechneten Körnungsziffer (k) kann man den jeweiligen benötigten Wasseranspruch aus der Tabelle 12 entnehmen.

Die Körnungsziffer 3,66 entspricht der Sieblinie B16. Je nach geforderter Konsistenz benötigt man steif 160 kg/m³, plastisch 180 kg/m³ und weich 200 kg/m³ Wasser .

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 13: Richtwerte für den Wasseranspruch in kg/m³ Frischbeton[45]

3. Betonzusatzmittel

3.1 Allgemein

Unter Betonzusatzmittel versteht man Stoffe, die dem Beton in Form von geringen Mengen beigemischt werden, um durch physikalische oder chemische Wirkung bestimmte Eigenschaften des Frisch- oder Festbetons zu beeinflussen. Stoffraummäßig unterliegen sie keiner Beachtung, da ihre Zugabe nur in geringen Dosen erfolgt.

Zusatzmittel können in flüssiger, pulverförmiger Form oder als Suspension eingesetzt werden.

Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Verwendung von Zusatzmitteln ist die genaue Berücksichtigung der angegebenen Mischungszusammensetzung. Ferner sollten Hinweise in Hinblick auf Verarbeitung und Nachbehandlung des Betons beachtet und eingehalten werden.

Die Mengen der zugegebenen Zusatzmittel sind auf 50 ml/kg bzw. 50g/kg der zugegebenen Zementmenge begrenzt. Kommen mehrere Mittel gleichzeitig zum Einsatz, soll die zugegebene Menge nicht mehr als 60 ml/kg bzw. 60 g/kg des zugegebenen Zements überschreiten.

Sollen Zusatzmittel dem Beton zugegeben werden, dürfen mehrere Zusatzmittel der gleichen Wirkungsgruppe unter Ausnahme von Fließmittel nicht zur Anwendung kommen. Die Wirkung der Zusatzmittel ist im wesentlichen von der Zugabemenge, von der Zementart, dem Zementgehalt, dem Mehlkorngehalt, dem Wassergehalt und von der Verarbeitung abhängig. Deshalb ist es unbedingt erforderlich, dass die Menge und die Wirkung der gewählten Zugabemittel, mit den für das jeweilige Bauwerk vorgesehenen Stoffen durch Eignungsprüfung ermittelt und überprüft wird. Verändern sich Ausgangsstoffe oder Ausgangsbedingungen, muss eine erneute Eignungsprüfung durchgeführt werden.

3.2 Wirkungsgruppen

Allgemein unterscheidet man 11 Wirkungsgruppen[46]:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Betonverflüssiger

Durch Zugabe von Betonverflüssiger wird die Verarbeitbarkeit des Frischbetons bei gleichen Wassergehalt wesentlich positiv beeinflusst. Soll die Verarbeitbarkeit nicht verbessert werden, kann man durch Zugabe von Betonverflüssiger die Wasserzugabe für das Betongemisch verringern und somit zwischen 5 l und 10 l Wasser/m³ Beton einsparen. Der Betonverflüssiger wirkt als ein Gleitmittel, wodurch die innere Reibung des Gemenges verringert und die Oberflächenspannung des Wassers herabgesetzt wird. Als mögliche Nebenwirkung kann sich ein erhöhtes Schwinden ergeben und die Erstarrung verzögern.

Fließmittel

Fließmittel sind besonders verflüssigende Zusatzmittel, die nachträglich auf der Baustelle zumischbar sind. Durch die Zugabe kann die Verarbeitbarkeit positiv beeinflusst und der Wasseranspruch wesentlich vermindert werden. Fließmittel kommen überall da zum Einsatz, wo Betone der Konsistenzklassen F2/F3 (plastisch; weich) benötigt werden.

Verzögerer

Erstarrungsverzögerer, die den Zementleim wesentlich langsamer erstarren lassen, bestehen aus organischen oder anorganischen Stoffen. Die Erstarrung kann durch Zugabe von Verzögerern bis zu zwanzig Stunden verzögert werden.

Bei der Dosierung sollte darauf geachtet werden, dass es zu keiner Überdosierung kommt, da sonst die umgekehrte Wirkung erzielt wird. Verzögerer werden überall da eingesetzt, wo größere Betonbauteile ohne Arbeitsfugen hergestellt werden. Bei hohen Außentemperaturen kann Verzögerer auch zum Einsatz gebracht werden, um ein zu rasches Abbinden des Frischbetons zu vermeiden.

Beschleuniger

Beschleuniger sollen den Erstarrungs- bzw. den Erhärtungsprozess des Betons wesentlich verkürzen. Dabei unterscheidet man zum einen den Erstarrungsbeschleuniger, der vorwiegend beim Abdichten z. B. von Wassereinbrüchen zum Einsatz kommt und den Erhärtungsbeschleuniger, der wesentlichen Einfluss auf die Erstarrungszeit nimmt. Als mögliche Nebenwirkungen ergeben sich zum einen eine Minderung der Betonfestigkeit und bei Fehldosierung die Umkehrung der Wirkung.

Luftporenbildner

Luftporenbildende Zusatzmittel bewirken die Bildung von abgeschlossenen Mikroporen im Betongefüge. Durch die Unterbrechung der Kapillare verändert sich das Porengefüge. Die neu gebildeten Mikroporen ermöglichen das bessere Gleiten der festen Bestandteile im Betongefüge und verbessern dadurch die Verarbeitbarkeit des Betons. Als Nebenwirkungen ergeben sich z. T. Minderungen in der Betonfestigkeit und ein erhöhtes Schwinden bei der Erhärtung.

Einpresshilfe

Einpresshelfende Zusatzmittel bestehen aus Stoffen, die leicht verzögernd wirken und dabei eine treibende/ quellende Wirkung zeigen. Die Hauptaufgabe von Einpresshilfen besteht darin, den Wasseranspruch des Betongemisches zu senken und die Fließfähigkeit zu verbessern.

Dichtungsmittel

Dichtungsmittel sind je nach Verwendungszweck unterschiedlich zusammengesetzt. Dabei können sie Wasser abstoßend (hydrophobierend), Poren verstopfend, Poren vermindernd oder verflüssigend wirken. Durch die Zugabe von Dichtungsmittel wird der Beton wasserundurchlässig und gegen chemische Angriffe widerstandsfähiger.

Dichtungsmittel die überall da eingesetzt werden, wo Betonteile mit schädlichen Wasser in Kontakt kommen, vermindern diese z. T. die Betonfestigkeit.

Stabilisierer

Stabilisierer vermindern das Entmischen und Bluten[47] des Frischbetons. Ferner wird durch Zugabe von Stabilisierer der Frischbeton beim Pumpen gleitfähiger und man erzielt bei Sichtbetonen ein einheitliches Farbbild. Wird Stabilisierer überdosiert, kann es zum Verkleben des Feinmörtels kommen, wodurch sich der Frischbeton schlechter verarbeiten lässt.

Chromatreduzierer

Chromatreduzierer kommen zum Einsatz, wenn Betone nicht mit chromatarmen Zement hergestellt wurden und diese in Bereichen mit Hautkontakt verarbeitet werden. Sie sollen Hautallergien reduzieren.

Recyclinghilfen für Waschwasser

Recyclinghilfen ermöglichen die Wiederverwendung von Waschwasser, dass beim Reinigen von Mischfahrzeugen anfällt.

Schaumbildner

Schaumbildende Zusatzmittel bewirken im Betongefüge einen erhöhten Gehalt an Luftporen.

Wie bereits aufgegriffen, ist die Wirkung der Zusatzmittel im wesentlichen von der Zementmenge, der Art des Zements, dem Wassergehalt, Zementgehalt und von der Verarbeitung abhängig. Bei der Verwendung einer neuen Betonzusammensetzung muss zunächst i. d. R. eine Erstprüfung durchgeführt werden, um einen so genannten Mischungsentwurf zu erhalten, der sicherstellt, dass die zuvor festgelegten Eigenschaften ausreichend erfüllt werden können.

3.3 Regeln für den Umgang mit Betonzusatzmitteln auf der Baustelle

Betonzusatzmittel setzen zunächst für deren Zugabe einen ordnungsgemäß hergestellten Beton voraus. Zusatzmittel sollten i. d. R. während des Hauptmischgangs dem Betongemisch zugeführt werden.

Fließmittel hingegen stellen bei der Zugabe eine Ausnahme dar, da sie erst vor Ort, d. h. auf der Baustelle, zugegeben werden. Wird dem Beton auf der Baustelle Fließmittel zugeführt, muss dieses ordentlich vermischt werden (i. d. R. bei Fahrmischern > 1min/m³ und nicht kürzer als 5 min insgesamt[48] ). Bei der Zugabe sollte darauf geachtet werden, dass es zu keinen Fehldosierungen kommt, die später Schäden hervorrufen können.

4. Betonzusatzstoffe

4.1 Allgemein

Zusatzstoffe sind fein aufgeteilte Stoffe, die die Eigenschaften des zu verarbeitenden Betons wie z. B. Verarbeitbarkeit und Dichtigkeit wesentlich beeinflussen. Die Zugabemenge ist so groß, dass sie bei der Stofftraumberechnung berücksichtigt werden muss. Allgemein dürfen Zusatzstoffe weder das Erhärten des Zements noch die Festigkeit und Dauerhaftigkeit des Betons beeinflussen. Außerdem dürfen sie keinen negativen Einfluss auf den Korrosionsschutz der Bewehrung ausüben.

4.2 Zusatzstoffgruppen

Zusatzstoffe lassen sich im allgemeinen in 5 verschiedene Gruppen einteilen[49]:

- Inaktive Zusatzstoffe
- Puzzolanische Zusatzstoffe
- Latent hydraulische Stoffe
- Faserartige Zusatzstoffe
- Organische Zusatzstoffe

Inaktive Zusatzstoffe

Zu den inaktiven Zusatzstoffen gehören Quarz- und Kalksteinmehl sowie Pigmente. Da diese nicht mit Zement und/oder Wasser reagieren, greifen sie folglich auch nicht negativ in den Hydratationsverlauf ein. Durch ihre Form, Größe und der Zusammensetzung sind sie für den Kornaufbau im Mehlkornbereich dienlich. Zum Einsatz kommen sie bei Betonen, bei denen feinteilarmer Sand vorliegt, um ein ausreichendes geschlossenes Betongefüge zu erreichen.

Puzzolanische Zusatzstoffe

Puzzolanische Stoffe unterteilen sich in natürliche Puzzolane (Trass) und künstliche Puzzolane (Flugasche, Silikastaub). Anders als bei den inaktiven Zusatzstoffen reagieren diese Stoffe mit dem bei der Hydratation entstandenen Calciumhydroxid. Sie bilden dabei unlösliche zementsteinähnliche Erhärtungsprodukte und wirken sich somit neben der Verbesserung des Kornaufbaus im Mehlkornbereich positiv auf die Erhärtung aus.

Latent hydraulische Stoffe

Latent hydraulische Stoffe (z. B. Hüttensand) reagieren nicht mit dem in der Hydratation gebildeten Calciumhydroxid. Jedoch benötigen sie Calciumhydroxid oder Gips als einen Anreger, um selbst hydraulische Eigenschaften auszubilden.

Faserartige Stoffe

Zu den faserartigen Stoffen gehören bspw. Stahlfasern, Glasfasern und Kunststofffasern. Sie können sich positiv auf die Festigkeit und Dichtigkeit des Betons auswirken und damit im wesentlichen die Festbetoneigenschaften verbessern.

Organische Zusatzstoffe

Organische Zusatzstoffe (z. B. Kunstharzdispersionen) werden hauptsächlich zu Reparaturzwecken eingesetzt und sollen dabei die Verarbeitbarkeit, Haftung und Dichtigkeit positiv beeinflussen. Grundsätzlich reagieren sie nicht mit Zementbestandteilen. Sie entwickeln eine eigene Haftkraft.

4.3 Genormte Betonzusatzstoffe und Betonzusatzstoffe mit bauaufsichtlicher Zulassung

Genormte Betonzusatzstoffe

Zu den genormten mineralischen Betonzusatzstoffen gehören bspw. neben den Gesteinsmehlen auch Pigmente, Trass und Flugasche.

- Gesteinsmehl
Quarz oder Kalkstein, werden fein gemahlen und gehören zu den inaktiven Zusatzstoffen, die keine hydraulischen Eigenschaften besitzen.
- Pigmente
Pigmente ermöglichen es, farbigen Beton herzustellen. Sie dürfen grundsätzlich nur zum Einsatz gebracht werden, wenn ein Nachweis der ordnungsgemäßen Überwachung, Herstellung und Verarbeitung erbracht wurde.[50]

Mögliche Farben ergeben sich durch folgende Zugabestoffe:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten[51]

- Trass

Trass, der fein gemahlen wird, reagiert ebenso wie Zement mit Wasser und bildet beständige Verbindungen. Er ermöglicht zudem eine geschmeidigere Konsistenz des Frischbetons und macht diesen besser verarbeitbar. Trass, der puzzolanische Eigenschaften besitzt, wird überwiegend im Wasserbau und bei Massenbeton eingesetzt.

- Flugasche

Flugasche, die ebenso wie Trass puzzolanische Eigenschaften besitzt, ist ein feinkörniger Zusatzstoff mineralischen Ursprungs. Dieses Abfallprodukt, das bei der Verbrennung von Kohle entsteht wird hauptsächlich als Füllstoff für ein geschlossenes Betongefüge eingesetzt. Durch die meist kugelige Form verbessert sich die Verarbeitbarkeit des Betons. Dabei wird es möglich, den Wasseranteil bei gleicher Konsistenz zu vermindern.

Betonzusatzstoffe mit bauaufsichtlicher Zulassung

Zu den mineralischen Bauzusatzstoffen mit bauaufsichtlicher Zulassung gehören u. a. Silikastaub und getempertes Gesteinsmehl.

Silikastaub

Silikastaub, der bei der Herstellung von Silizium und Silizium- Legierungen entsteht, ist ein extrem feinkörniger Zusatzstoff. Dieser Zusatzstoff, der puzzolanische Eigenschaften besitzt, erhöht den eigentlichen Wasseranspruch und macht somit die Verwendung eines Fließmittels oder Verflüssigers unumgänglich. Durch Zugabe dieses Zusatzstoffes können sehr hohe Betondruckfestigkeiten (über 100 N/mm²) erreicht werden. Ebenso kommt es zu einer Verbesserung des Frost- und Frost-Tausalzwiderstandes.

Getempertes Gesteinsmehl

Dieser feinkörnige mineralische Zusatzstoff mit puzzolanischen Eigenschaften entsteht durch Tempern von natürlichen Gestein, welches anschließend vermahlen wird. Ebenso wie Gesteinsmehl verbessert es die Sieblinie im Feinkornbereich und damit die Verarbeitbarkeit.

5. Zugabewasser

Unter Zugabewasser versteht man den Teil des Wassers, der der Mischung reell zugesetzt wird. Die Eigenfeuchte der Gesteinskörnung oder die, der möglichen Betonzusätze werden dabei außer Acht gelassen.

Das Zugabewasser darf im allgemeinen keine Bestandteile enthalten, die die Erstarrung oder Erhärtung des Zementes und die Eigenschaften des Betons (Druckfestigkeit, Dauerhaftigkeit) ungünstig beeinflussen. Die natürlichen vorkommenden Wasser, wie z. B. Grundwasser, Regenwasser, Flusswasser, dürfen sofern diese nicht stark verschmutzt sind, dem Betongemisch zugegeben werden.

Die Beurteilung und Prüfung von Zugabewasser ist vor Ort und Stelle durchführbar und erlaubt folgende Beurteilungen:

- Brauchbar: Aufgrund der eingehaltenen Grenzwerte ist das Wasser als Zugabewasser für die Herstellung von Beton, Stahlbeton und Spannbeton geeignet.
- Bedingt brauchbar: Bei der Untersuchung wurden Stoffe gefunden, die das Erhärten und Erstarren beeinflussen könnten. Aus diesem Grund ist eine betontechnologische Vergleichsprüfung durchzuführen.
- Unbrauchbar: In der Analyse wurden Stoffe gefunden, die den Korrosionsschutz der Bewehrung in einer unzulässigen Konzentration beeinträchtigen. Das analysierte Wasser ist für die Herstellung von Spannbeton und Stahlbeton als ungeeignet[52].

Bei der betontechnologischen Vergleichsprüfung wird das zu prüfende Zugabewasser mit destillierten und/ oder deionisierten Wasser verglichen. Dabei werden Zementleimproben mit den verschiedenen Wassern hergestellt.

Im Vergleich zu anderen Proben erscheint das geprüfte Wasser als geeignet, wenn:

- eine erstarrungsbegünstigende/ erstarrungshindernde Zeit von nicht mehr als 30 min oder 25 % der normalen Erstarrungszeit überstiegen bzw. unterschritten wird,
- die Probewürfel im Alter von 28 Tagen höchstens eine Differenz zur mittleren Druckfestigkeit von 10% aufweisen.

IV. Herstellung, Verarbeitung, Nachbehandlung

1. Lagerung der Ausgangsstoffe

Um Verunreinigungen der Gesteinskörnungen bei Anlieferung und Lagerung zu vermeiden, bedarf es sauberen Transportfahrzeugen, befestigten Zufahrtswegen und Lagerflächen. Bei der Lagerung sollte die Gesteinskörnung vor einfallendem Laub geschützt werden. Gesteinskörnungen müssen jeweils entsprechend ihrer Korngröße in ebenerdigen Boxen gelagert werden. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass in den Boxen ein ausreichendes Gefälle vorhanden ist, um eine Anreicherung mit ggf. Niederschlagwasser zu vermeiden.

Betonzusatzmittel sind trocken und frostfrei zu lagern. Sollen Zusatzmittel zur Anwendung kommen, ist darauf zu achten, dass flüssige Mittel zunächst sorgfältig durchzurühren sind.

Zement kann sowohl in loser oder in Säcken abgepackter Form angeliefert werden. Lose Zemente werden auf der Baustelle in Silos aufbewahrt, die entsprechend des vorhandenen Zements mit den wichtigsten Angaben gekennzeichnet sind. Wird Zement in Form von Säcken angeliefert, ist dieser sorgfältig vor Feuchtigkeit zu schützen. Dabei sind möglicher Schlagregen und aufsteigende Nässe fernzuhalten.

Bei sachgemäßer Lagerung können Standardzemente zwei Monate ohne Klumpenbildung gelagert werden. Zement der Festigkeitsklasse 52,5 N und 52,5 R sollte nicht länger als ein Monat gelagert werden. Ist es zu einer Klumpenbildung des Zements gekommen, ist zunächst zu prüfen, ob diese Klumpen sich mit der Hand einfach zerdrücken lassen. Ist es nur schwer möglich, darf dieser dem Betongemisch nicht mehr zuführt werden.

Betonzusatzstoffe werden i. d. R. ebenso wie Zement in Silos aufbewahrt. Dabei ist darauf zu achten, dass die Silos, um Verwechslungen zu vermeiden, ausreichend gut gekennzeichnet sind.

2. Herstellen von Beton

Soll Beton hergestellt werden, bedarf es, um eine Gleichmäßigkeit des Betons zu gewährleisten, am Leitstand der Mischeranlage einer schriftlichen Mischanleitung. Für das Bemessen der einzelnen Bestandteile müssen folgende Regeln beachtet werden:

- Zement, Gesteinskörnung, Zusätze und Wasser dürfen max. mit einer Toleranz von +/- 3 % der erforderlichen Menge abweichen,
- Zuschlag, pulverförmige Zusatzstoffe und Zement werden nach Gewicht dosiert,
- Flüssige Zusatzmittel und –stoffe, leichte Gesteinskörnungen und Zugabewasser können sowohl nach Masse oder Volumen zugegeben werden.

Das Vermischen der Ausgangsstoffe erfolgt mit Hilfe eines mechanischen Mischers. Dabei sollte der Mischvorgang bei Normalbeton mindestens 30 Sekunden und bei Leichtbeton 90 Sekunden betragen. Mischzeiten können sich verlängern, wenn Beton mit besonderen Eigenschaften (z. B. Sichtbeton) hergestellt werden muss. Die zeitlichen Angaben beziehen sich lediglich auf Erfahrungswerte, da es bislang noch keine genauen Kriterien gibt, die es möglich machen, eine Mischdauer verbindlich anzugeben. Es ergibt sich jedoch aus den Erfahrungen, dass das intensive Mischen der einzelnen Bestandsteile innerhalb der ersten 120 Sekunden einen wesentlichen Einfluss auf die spätere Druckfestigkeit hat[53].

Nach Verlassen des Mischers ist die Zugabe von einzelnen Stoffkomponenten wie bspw. Wasser und ggf. Zusatzmittel unzulässig. Ausgenommen sind dabei Fließmittel und Verzögerer, die aufgrund ihrer zeitlich begrenzten Wirkung unmittelbar vor Ort zugemischt werden dürfen. Werden Fließmittel allgemein zum Einsatz gebracht, muss das Betongemisch so lang weitergemischt werden, bis sich das Zusatzmittel vollständig mit den anderen Komponenten vermischt hat.

Wird Beton in einer Baustellenmischanlage hergestellt, wird dieser unmittelbar nach Erstellung verarbeitet. Ergeben sich Verzögerungen, sollte darauf geachtet werden, dass der Beton bis zum Einbau Witterungsbedingungen nicht ausgesetzt bleibt. Bei trockenem und warmen Wetter sollte dieser auch bei Verzögerungen innerhalb der ersten halbe Stunde und bei kühler Witterung innerhalb der ersten Stunde eingebracht und verdichtet werden. Kommen verzögernde Zusatzmittel zum Einsatz, kann der Einbau entsprechend hinausgezögert werden.

Wird Beton in einem Transportbetonwerk hergestellt und zur Baustelle geliefert, sollte er möglichst direkt nach Eintreffen der Fahrzeuge auf der Baustelle verarbeitet werden. Ist dieses nicht möglich, ist eine max. Verzögerung, unter Beachtung der Witterungsbedingungen, bis 90 min zulässig.

Betone mit plastischer oder sehr fließfähiger Konsistenz dürfen grundsätzlich nur in Fahrzeugen mit eigenem Rührwerk transportiert werden. Vor dem Entladen muss der Beton auf der Baustelle nochmals kräftig durchgemischt werden und die vereinbarte Konsistenz aufweisen. Zur Prüfung sind entsprechende Prüfgeräte bereitzuhalten (Ausbreittisch). Eventuelle Wasserzugaben vor Ort und nach Ende des Hauptmischgangs sind, außer sie sind entsprechend vorgegeben, unzulässig.

Wird Wasser zugegeben, muss dieses entsprechend der Betonzusammensetzung auf dem Lieferschein notiert werden. Ferner müssen Fahrzeuge über eine geeignete Dosieranlage verfügen, um die entsprechende Wassermenge mit einer max. Toleranz von +/- 3 % hinzugeben zu können.

3. Befördern und Fördern des Betons

Mit der Entleerung des Mischers oder der Übergabe des Transportbetons, beginnt das Fördern des Betons und endet an der Einbaustelle. Je nach dem gewünschten bzw. technisch möglichen Förderverfahren (Krankübel, Pumpe, Förderband) muss jeweils die Betonzusammensetzung angepasst werden.

Bei der Bestimmung des jeweiligen Förderverfahrens nehmen vornehmlich die Komponenten wie Förderweite, Höhe, Bauteilabmessung und Menge des zu fördernden Betons wesentlichen Einfluss. Wird für das Fördern von Beton ein Krankübel eingesetzt, sollte der Beton eine plastische oder weiche Konsistenz aufweisen.

Bei Förderbändern sollte lediglich nur Beton mit plastischer Konsistenz gefördert werden.

Im Baustellenalltag wird in den häufigsten Fällen der Beton jedoch mit Hilfe von Pumpen gefördert[54]. Dabei sind folgende Eigenschaften zu beachten:

- der Beton soll kein Wasser absondern,
- er soll eine gleichmäßige Konsistenz (mindestens plastisch) aufweisen,
- weiche oder fließfähige Betone, die einen hohen Wassergehalt aufweisen, können beim Pumpen zu Komplikationen führen, da die gleitende Wirkung des Zementleims zurückgeht,
- Betonverflüssiger und Fließmittel verbessern die Pumpfähigkeit wesentlich,
- die Gesteinskörnung soll eine gedrungene, bzw. runde Kornform aufweisen,
- die Kornzusammensetzung der Sieblinie B eignet sich gut für die Herstellung von pumpfähigen Beton,
- der Beton sollte einen ausreichenden Gehalt an Mehlkorn aufweisen, da dieser zusammen mit Wasser einen feinen Leim bildet, der an den Rohrinnenwänden und zwischen der Gesteinskörnung einen Schmierfilm bildet[55].

Müssen Rohrleitungen für das Pumpen von Beton verlegt werden, dürfen keine Leichtmetallrohre zum Einsatz kommen. Bei der Verlegung sollten die Rohre nur notwendige Richtungsänderungen mit großen Bogenradien aufweisen, um ein Verstopfen zu vermeiden. Muss Beton vertikal gefördert werden, ist darauf zu achten, dass die Leitungen genau senkrecht und gut befestigt verlegt werden, da diese später beim Fördern einer großen Last ausgesetzt sind. Sind dabei große Höhenunterschiede zu überwinden, sollte ein Absperrschieber gegen das Rückfließen, in möglichen Pumppausen, vorhanden sein[56].

4. Einbringen des Betons

Vor dem Einbringen des Betons ist die Schalung bzw. die zu betonierende Fläche von möglichen Verunreinigungen zu säubern (Bindedrähte, Holzspäne etc.) und gründlich vorzunässen. Ergeben sich Fallhöhen von über 2 Meter, sollten die Höhenunterschiede, um Entmischungen zu vermeiden, durch Schläuche oder Rohre überbrückt werden. Schütthöhen um 50 cm gelten beim Einbringen des frischen Betons als Richtwert. Beim Einbringen ist darauf zu achten, dass spätere zu betonierende Bauabschnitte nicht mit dem frisch eingebrachten Beton verunreinigt werden. Die Schüttgeschwindigkeit ist so zu wählen, dass die Schalung den steigenden Druck aufnehmen kann. Beim Betonieren ist darauf zu achten, dass möglichst kontinuierlich (vor allem bei Sichtbeton) gearbeitet wird, um ein späteres einheitliches Gesamtbild zu erreichen. Wird in zeitlichen Abschnitten betoniert und soll ein Verbund zu früheren Abschnitten hergestellt werden, ist die bereits erhärtete Fläche ausreichend vorzunässen und von möglichen Verunreinigungen zu befreien. Bei der Anschlussmischung empfiehlt es sich, den Zementgehalt zunächst zu erhöhen, da wesentliche Bestandteile des frischen Betons in den bereits erhärteten Beton eindringen.

5. Verdichten

Für die Herstellung eines guten Betons ist es nicht nur notwendig, die Bestandteile genau zu bemessen, sondern diesen nach Einbringen ordentlich zu verdichten. Ohne einer ausreichenden Verdichtung ist es nur schwer möglich die vorgegebenen Festbetoneigenschaften zu erreichen. Besondere Aufmerksamkeit ist vor allem beim Verdichten geboten, wo eine besonders hohe Bewehrungsdichte oder eine sehr aufwendige und komplizierte Schalung vorhanden ist. In diesen Bereichen ist die Möglichkeit gegeben, dass sich Lufteinschlüsse ergeben und somit das später erhärtete Bauteil gravierende Mängel durch fehlerhafte Ausführung aufweist. Je nach gegebenen Bedingungen ist i. d. R. eine Verdichtung durch:

- Rütteln
- Stochern und Stampfen
- Klopfen an der Schalung
- Walzen

möglich[57].

Dabei sind Klopfen und Walzen des Betons ältere und ungebräuchliche Verdichtungsmöglichkeiten.

Je nach Bauteil wird der frisch eingebrachte Beton durch Rütteln oder Stochern verdichtet. Beim Rütteln versetzt man das frisch betonierte Bauteil in hochfrequente Vibrationen, die die Fließfähigkeit des Betons erhöhen und Lufteinschlüsse nach oben steigen und austreten lassen. Gebräuchliche Rüttler sind Innen – und Oberflächen- und Schalungsrüttler.

Ortbetone werden i. d. R. mit Innenrüttlern verdichtet; sind Schalungsräume unzugänglich, verdichtet man mit Hilfe von Schalungsrüttlern außen am Bauteil.

Innenrüttler kommen beim Verdichten jedoch meistens zum Einsatz. Bei Anwendung ist darauf zu achten, dass der Innenrüttler rasch bis an das darunter liegende Bauteil geführt wird und danach langsam wieder nach oben herauszuführen ist[58]. Dabei muss sich die Oberfläche des Betons schließen. Kommt es zu keiner Schließung der Oberfläche, war die Rütteldauer nicht ausreichend oder die Konsistenz zu steif. Im schlechtesten Fall hat der Erstarrungsvorgang bereits begonnen.

6. Betonieren bei besonderen Witterungseinflüssen

6.1 Kühle Witterung und Frost

Werden Betonteile bei kühler Witterung betoniert, tritt i. d. R. eine Verlangsamung des Erstarrens und der Festigkeitsentwicklung ein. Beträgt die Lagertemperatur 5°,

benötigt der frisch eingebrachte Beton in etwa die doppelte Zeit zur Erhärtung wie ein Beton der bei 20 ° eingebracht wurde.

Um bei kühler Witterung betonieren zu können, sollten zunächst Zemente mit hoher Wärme- und Festigkeitsentwicklung zum Einsatz kommen. Zudem ermöglichen es Zusatzmittel (z. B. Verflüssiger), den Wasseranspruch bei gleicher Konsistenz herabzusetzen.

Beträgt die Außentemperatur bis + 5° sollte der zu verarbeitende frische Beton eine Eigentemperatur von +5° aufweisen. Sinken die Außentemperaturen weiter, sollte der Beton bei einer Temperatur unter +5° bis -3° selbst eine Temperatur von 10° aufweisen.

Muss Beton unterhalb einer Außentemperatur von -3° eingebracht werden, kommt zu der erforderlichen Temperatur des Betons von +10° noch ferner hinzu, dass die Temperatur min. 3 Tage gehalten werden muss. Dieses erreicht man, indem man den frisch eingebrachten Beton beheizt.

Um die Temperatur des Frischbetons kostengünstig zu erhöhen, kann man zum einen, bevor die Ausgangsstoffe miteinander vermischt werden, dass Zugabewasser erhitzen. Dabei sollte das erhitzte Wasser zunächst mit dem Zuschlag vermischt werden, bevor dem Gemisch Zement zugeführt wird. Hierbei verhindert man durch die erhöhte Temperatur ein verfrühtes Ansteifen des Zements.

Wird Beton auf der Baustelle eingebracht, muss zunächst die zu betonierende Fläche, die Schalung und die Bewehrung von Eis und Schnee befreit werden. Nach der Einbringung sollte der junge Beton, um den Wärmeabfluss möglichst gering zu halten, geschützt werden (z. B. mit Hilfe von wärmedämmender Abdeckung).

Bei anhaltenden Frost sollte die betonumgebende Luftschicht erwärmt bleiben und darauf geachtet werden, dass die Oberfläche des Betons nicht austrocknet.

6.2 Heiße Witterung

Durch erhöhte Sonneneinstrahlung und hohen Außentemperaturen ersteift Beton wesentlich schneller als unter normalen Bedingungen bei 20°. Aufgrund der einwirkenden Außenbedingungen sollte bei der Zusammensetzung der Ausgangsstoffe darauf geachtet werden, dass Zement mit niedriger Hydratationswärme und langsamerer Festigkeitsentwicklung zum Einsatz kommt. Aufgrund der Tatsache, dass einige Zusatzmittel ihre eigentliche Wirkung unter Einfluss von Wärme verändern, ist bei deren Zugabe eine Prüfung zunächst erforderlich, aus der hervorgeht, dass die geforderten Eigenschaften erreicht werden können. Bei Transportbeton ist ferner darauf zu achten, dass die Fahrzeuge gekühlt und lange Misch- und Übergabezeiten vermieden werden. Die hauptsächlichste Gefahr bei hohen Außentemperaturen besteht vor allem in der Austrocknung des frisch eingebrachten Betons. Um möglichen Feuchtigkeitsverlusten zu begegnen, sollte der Beton sofort nach Einbringen und Verdichten durch Abdecken mit Folien oder durch Aufsprühen von Nachbehandlungsmitteln geschützt werden. Dabei sollte ein direktes Aufsprühen von Wasser vermieden werden, da es durch die erheblichen Temperaturdifferenzen zur Bildung von Rissen im Betongefüge kommen kann.

7. Nachbehandlung

7.1 Allgemein

Um eine ausreichende Erhärtung und Festigkeitsentwicklung sicherzustellen, sind nach dem Einbau des frischen Betons zusätzliche Maßnahmen erforderlich, die man unter dem Begriff der Nachbehandlung zusammenfasst.

Dabei muss der eingebrachte Beton vor:

- vorzeitigen Austrocknen,
- extremen Temperaturen und Temperaturänderungen,
- mechanischen Beanspruchungen und schädlichen Erschütterungen und
- chemischen Angriffen

geschützt werden[59].

Vorzeitiges Austrocknen

Der Schutz vor vorzeitigen Austrocknen macht sich lediglich nur bei regnerischen und feuchten Wetter nicht erforderlich. Aufgrund von hohen Temperaturen und direkter Sonneneinstrahlung wird dem jungen Beton relativ schnell und viel Wasser in kurzer Zeit entzogen. Dabei wird die Dauerhaftigkeit beeinträchtigt und das Volumen gemindert. Durch den verfrühten Wasserverlust können sich folgende Schäden ergeben:

- geringe Festigkeit an der Oberfläche,
- geringe Widerstandskraft gegen chemische Angriffe,
- Entstehung von Frühschwindrissen,
- erhöhte Gefahr der späteren Bildung von Schwindrissen.

Aufgrund der möglichen Schäden, die erheblich sein können, muss unter Beachtung der Randbedingungen bei der Wahl der Nachbehandlung sichergestellt sein, dass der Beton nur langsam trocknet. Mögliche Verfahren ergeben sich z. B. durch das Belassen des Betons in der Schalung, die kontinuierlich feucht gehalten wird und im Abdecken der freiliegenden Betonoberfläche mit Folie.[60]

Extreme Temperatureinflüsse

Starke Sonneneinstrahlung, extreme Temperaturänderungen und die durch die Hydratation des Zements entstandene Wärme können zu erheblichen Temperaturdifferenzen zwischen der Oberfläche und dem Kern des Bauteils führen. Aus diesem Grund kann die Erstarrung im Regelfall durch auftretende Spannungen im Gefüge ungünstig beeinflusst werden. Aufgrund der noch geringen Zugfestigkeit des jungen Betons ist dieses häufig mit der Bildung von Rissen im Gefüge des Betons verbunden. Die Temperaturunterschiede sind deshalb zwischen der Oberfläche und dem Kern (i. d. R. < 20 (K)elvin) zu begrenzen.

Bei niedrigen Außentemperaturen (unterhalb + 5°) verzögert bzw. verlangsamt sich sogar die Erstarrung oder kommt bei unzureichender Nachbehandlung ganz zum Erliegen. Um ggf. Schäden zu vermeiden, sollte der Beton wärmedämmend abgedeckt oder mit externer Wärme versorgt werden.

Mechanische Beanspruchung

Unter mechanischer Beanspruchung des eingebrachten Beton versteht man Erschütterungen und Schwingungen während der ersten Zeit des Erhärtens. Diese können z. B. bei dem Bearbeiten von benachbarten Bauteilen auftreten. Aufgrund des mechanischen Einflusses kann bspw. der Verbund zwischen Beton und Bewehrung gelockert werden. Deshalb sollte der Arbeitsablauf so abgestimmt werden, dass bis ca. 36 Std. nach Einbringung des frischen Betons keine derartigen Beanspruchungen am Bauteil selbst oder an benachbarten Bauteilen auftreten.

Chemische Angriffe

Negativ beeinflussende chemische Stoffe in Grundwasser, Boden und Luft müssen grundsätzlich vom frisch eingebrachten Beton fern gehalten werden, da sie den Beton erheblich schädigen können. Teilweise ist es sogar möglich das die einwirkenden Stoffe den Beton für den vorgesehenen Verwendungszweck unbrauchbar machen. In Hinblick auf den jeweiligen chemischen Angriff müssen bei der Herstellung des Betons die Expositionsklassen berücksichtigt werden.

7.2 Arten der Nachbehandlung

Aufgrund der unterschiedlichen Einflussfaktoren z. B. durch Witterung und dem Bauteil selbst, ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten, die den frisch eingebrachten und verdichteten Beton zunächst in der Erhärtungsphase schützen.

Diese können folgende sein:

- Abdecken mit Folie
- Belassen der Schalung
- Aufbringen von wasserspeichernden Abdeckungen
- Aufbringen von flüssigen Nachbehandlungsmitteln
- Besprühen mit Wasser
- und eine Kombination der Verfahren.[61]

Einen Schutz vor möglichen Austrocknen bietet die Abdeckung mit dampfdichter dicker Folie. Wird die Folie auf das frisch betonierte Bauteil aufgebracht, sollte diese überlappen und an den Stößen, um ein Verrutschen zu vermeiden, befestigt werden. Bei Sichtbeton sollte die Folie nicht direkt auf dem Beton liegen, da mögliches an der Folie gebildetes Kondenswasser zu Ausblühungen des Betons führen kann. Soll die Betonoberfläche mit wasserspeichernden Material abgedeckt werden, kann Jute- oder Strohgewebe zum Einsatz kommen. Dabei sollte die Abdeckung feucht gehalten werden und vor schneller Feuchtigkeitsabgabe mit Hilfe einer Folie geschützt werden.

Kommen Nachbehandlungsmittel zum Einsatz, sollen diese gleichmäßig und so früh wie möglich aufgesprüht werden.

Eine relativ gebräuchliche und einfache Methode der Nachbehandlung ist das Besprühen mit Wasser. Beim Besprengen der Oberfläche sollte ein direkter starker Wasserstrahl auf dem frischen Beton vermieden werden, da es infolge von einer zu schroffen Abkühlung zur Bildung von Rissen kommen kann. Ferner können unter Umständen Bestandteile direkt aus dem eingebrachten Beton gelöst werden. Soll die Schalung am Bauteil belassen werden, muss diese ständig feucht gehalten, gegen direkte Sonneneinstrahlung geschützt und vor ggf. zu schneller Abkühlung geschützt werden.

Die Dauer der Nachbehandlung hängt im wesentlichen von der Betontemperatur, den Umgebungsbedingungen (Luftfeuchte, Sonneneinstrahlung, Windgeschwindig-keit und Abmessung des Bauteils) und der Betonzusammensetzung ab.

Dabei müssen Betone der Expositionsklassen XO (unbewehrte Bauteile) und XC1 (Innenbauteile) nach Einbringung mindestens einen halben Tag nachbehandelt werden. Betone der Expositionsklasse XM, die einem Verschleiß ausgesetzt sind, sollten so lang nachbehandelt werden, bis der oberflächennahe Bereich in etwa 70 % der eigentlichen Festigkeit erreicht hat. Die Nachbehandlung der übrigen Betone sollte mindestens so lang andauern, bis ca. 50 % des oberflächennahen Bereichs die charakteristische Festigkeit erreicht hat.

V. Zusammensetzung und Eigenschaften des Betons

1. Zusammensetzung

1.1 Expositionsklassen

Für die Herstellung eines ordnungsgemäßen Betons bestehen verbindliche Angaben für die Zusammensetzung, Festigkeit, wie auch für den Widerstand gegen Einwirkungen von Umgebungsbedingungen, um eine ausreichende Dauerhaftigkeit der Bauteile zu gewährleisten. Mit Hilfe von Expositionsklassen werden theoretische Annahmen für eventuell zu erwartende Umwelteinwirkungen getroffen, die auf das entsprechende Bauteil einwirken könnten. In Abhängigkeit von diesen möglichen Einwirkungen wird der Beton in Bezug auf seine Zusammensetzung, Betondeckung, Bewehrung und Nachbehandlung einer entsprechenden Expositionsklasse zugeordnet[62].

Hierbei stehen sieben Klassen zur Verfügung, die ferner nochmals bis zu vier Stufen unterteilt sein können. Innerhalb der sieben Klassen werden Einwirkungen auf die Bewehrung sowie auf den Beton selbst unterschieden[63]:

Einwirkung auf die Bewehrung:

Expositionsklasse: Beanspruchung durch:

Expositionsklasse X C (C arbonation) à Karbonatisierung

Expositionsklasse X D (D eicing) à Chlorideinwirkung aus Streusalzen

Expositionsklasse X S (S eawater) à Chlorideinwirkung aus Meerwasser

bzw. salzhaltiger Seeluft

Einwirkung auf den Beton selbst:

Expositionsklasse: Beanspruchung durch:

Expositionsklasse XF (F reezing) à Frost mit/ ohne Taumitteleinwirkung

Expositionsklasse XA (Chemical A ttak) à chemische Angriffe

Expositionsklasse XM (M echanical Abrasion) à Verschleiß

Die Expositionsklasse XO beinhaltet Betone ohne oder mit eingebetteter Bewehrung für Innenräume oder auch für Böden, die keinem Korrosions- oder Angriffsrisiko ausgesetzt sind.

Tabelle 14: Expositionsklassen bezogen auf Bewehrungskorrosion[64]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 15: Expositionsklassen bezogen auf Betonangriff[65]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Soll ein Betonbauteil geplant werden, muss dieses, entsprechend der zu erwarteten Umwelteinflüsse, einer Expositionsklasse zugeordnet werden. Bei der Bestimmung dieser Klasse ist es teilweise möglich, dass dieses Bauteil bspw. auf der einen Seite einem Angriff der Klasse XC3 und auf der anderen Seite einem Angriff der Klasse XC4 ausgesetzt ist. Da XC4 einen höheren Angriff darstellt, ist automatisch Beton der entsprechenden höheren Klasse zu wählen[66]. (vgl. Tabelle 14 anstatt C20/25 à C25/30).

Für die jeweilige Expositionsklasse ist bei der Zusammensetzung der Ausgangsstoffe der entsprechende Zement zu wählen (vgl. Tabelle 7 – Anwendungsbereiche für Zemente nach DIN EN 197-1). Ferner muss darauf geachtet werden, die geforderte Mindestbetonfestigkeitsklasse einzuhalten. Innerhalb der Klassen werden Grenzwerte für die Zusammensetzung und Eigenschaften des Betons festgelegt, die der Herstellende entsprechend der festgelegten Einstufung des Betons bei der Herstellung zu beachten hat. In den Tabellen 16 und 17 werden Richtwerte in Hinblick auf den maximalen Wasserzementwert (max. w/z), den Mindestzementgehalt (min. z) und der Mindestdruckfestigkeit (min fck) des Betons gegeben.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 16: Grenzwerte für die Zusammensetzung und Eigenschaften von Beton der Expositionsklassen XO, XC,XD, und XS sowie für Betone mit hohem Wassereindringwiderstand[67]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 17: Grenzwerte für die Zusammensetzung und Eigenschaften von Betonen für die Expositionsklassen XF, XA und XM[68]

1.2 Standardbeton (Normalbeton)

Betone der Festigkeitsklassen C 8/10, C 12/15 und C 16/20 gehören zu der Gruppe der Standardbetone[69]. Diese dürfen nur den Expositionsklassen XO, XC1 und XC2 zugeordnet sein und ferner keine Betonzusätze enthalten. In Abhängigkeit von der gewählten Konsistenz, der gewünschten Festigkeitsklasse, der Festigkeitsklasse des Zements und von dem Größtkorn der Gesteinskörnung muss der Mindestzementgehalt eingehalten werden. Eine Eignungsprüfung mach sich nicht erforderlich. Für die Betone C 8/10, C 12/15 und C 16/20 ergeben sich folgende Richtwerte (Zement, Zugabewasser und Gesteinskörnung), die aus den Tabellen 18, 19 und 20 entnommen werden können.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 18: Betonrezept für 1 m³ Beton der Festigkeitsklasse C 8/10[70]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 19: Betonrezept für 1m³ Beton der Festigkeitsklasse C 12/15[71]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 20: Betonrezept für 1 m³ Beton der Festigkeitsklasse C 16/20[72]

Die hier aufgeführten Werte sind Richtwerte für die Herstellung von 1 m³ Beton und gelten unter folgender Annahme:

- Oberflächenfeuchte der Gesteinskörung 4,5 %
- Dichte des Zements 3,00 kg/dm³
- Kornrohdichte der Gesteinskörnung 2,6 kg/dm³
- Luftgehalt 2 Vol-%

1.3 Betone nach Eigenschaften

Beton nach Eigenschaften kann bei allen Betonfestigkeitsklassen und allen Expositionsklassen zum Einsatz kommen[73]. Auf Grundlage der gestellten Anforderungen und Eigenschaften an den Beton wird die Zusammensetzung der Mischung durch den Betonherstellenden entworfen. Dabei können, anders als bei Standardbeton, auch Betonzusätze zum Einsatz kommen. Nach dem Entwurf muss zunächst eine Eignungsprüfung durchgeführt werden, die Aufschluss darüber geben soll, ob der erstellte Beton den geforderten Bedingungen entspricht.

1.4 Errechnen von Mischungsbestandteilen

Auf Grundlage der geforderten Festigkeits- und Expositionsklasse des Betons können die einzelnen Bestandteile (Zement (z) in kg , Wasser (w) in kg und Gesteinskörnung (g) in kg) für 1 m³ Beton berechnet werden. Sind bspw. der Gehalt an Zement und Wasser bekannt, kann mit Hilfe der Stoffraumberechnung der Gehalt an Gesteinskörnung bestimmt werden. Bei der Stoffraumberechnung ist zunächst die Dichte der Ausgangsstoffe erforderlich. Dabei unterscheidet man 3 Arten von Dichten[74]:

Schüttdichte: Sie ist die Masse einer Volumeneinheit inklusive der Haufwerksporen und der Eigenporen.

Rohdichte: Sie ist die Masse einer Volumeneinheit ohne Haufwerksporen einschließlich der Eigenporen.

Dichte: Sie ist die Masse einer Volumeneinheit ohne Haufwerksporen und Eigenporen.

Soll der Stoffraum berechnet werden, muss zunächst festgelegt werden, welche Raumanteile Zement, Wasser, Gesteinskörnung und Luft in 1 m³ = 1000 dm³ Beton einnehmen.

Raumanteile errechnen sich aus der Masse und der Dichte mit folgender Formel:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Summe der einzelnen Raumanteile ergibt den Gesamtraum des verdichteten Betons, der wie folgt berechnet wird:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

als Formel: Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Beispiel:

300 kg Zement; Dichte des Zements 3,00 kg/dm³, Wassergehalt 150 kg, Dichte des Wassers 1,00 kg/dm³, Luftgehalt 20l = 20 dm³, Rohdichte der Gesteinskörnung 2,6 kg/dm³

Gesucht ist der Gehalt an Gesteinskörnung für 1 m³ Beton[75].

Zement Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wasser Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Luftgehalt p = 20 dm³

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die für den Stoffraum von 1000 dm³ stehen der Gesteinskörnung noch:

1000 dm³ – 270 dm³ = 730 dm³ zur Verfügung.

2. Eigenschaften des Betons

2.1 Konsistenz

Die Konsistenz, die vom Zement-, Wassergehalt und der Oberflächenfeuchte der Gesteinskörnung bestimmt wird, beschreibt die Verarbeitbarkeit des Betons und stellt ein Maß für das Zusammenhaltevermögen dar. Mit Hilfe von Prüfverfahren kann der Beton z. B. mit Hilfe des Ausbreitversuches (vgl. Kapitel VI) in 6 Konsistenzklassen[76] eingeteilt werden:

F1 (steifer Beton)

Beton der Konsistenzklasse F1 beinhaltet Frischbeton der beim Schütten noch lose vorliegt und erst beim Verdichten die Oberfläche schließt. Der Feinmörtel der erdfeucht ist, kann durch kräftiges Rütteln in dünnen Schüttlagen verdichtet werden.

F2 (plastischer Beton)

Plastischer Beton ist von der Konsistenz beim Schütten zusammenhängend und schollig. Der Feinmörtel ist weich. Durch Rütteln, Stampfen oder Stochern ist es möglich diesen zu verdichten.

F3 (weicher Beton - Regelkonsistenz)

Die Konsistenzklasse F3 erfasst weichen Beton der durch eine Erhöhung der Zementleimmenge oder durch Zugabe von Verflüssigern oder Fließmitteln erstellt wird. Der Mörtel ist schwach fließend und der Feinmörtel flüssig. Durch die weiche Konsistenz erübrigt sich ein intensives Verdichten. Der Beton dieser Konsistenz kommt in den häufigsten Fällen auf der Baustelle zum Einsatz. Durch geringes Verdichten und der fließfähigen Konsistenz können feingliedrige Bauteile betoniert und Personal eingespart werden.

F4 (sehr weicher Beton)

Betone der Konsistenzklasse F4 sind so weich, dass ein Verdichten i. d. R. allein durch Stochern erreicht werden kann. Zur Erreichung der Konsistenz wird dem Betongemisch Fließmittel zugeführt. Um Entmischungen durch leichtes Rütteln zu vermeiden, sollte der Beton ein gutes Zusammenhaltevermögen besitzen.

F5 (fließfähiger Beton)

Betone mit fließfähiger Konsistenz sind so fließfähig, dass sie allein durch Stochern verdichtet werden können. Ebenso wie Beton der Konsistenzklasse F4 wird die entsprechende Konsistenz durch Zugabe von Fließmitteln erreicht.

F6 (sehr fließfähige Konsistenz - selbstverdichtender Beton)

Beton dieser Konsistenzklasse ist so fließfähig, dass die Schwerkraft zum Entlüften und Fließen mit dichtester Lagerung bis zum Niveauausgleich führt. Ebenso wie bei Betonen der Konsistenzklasse F4 und F5 wird die Konsistenz durch Zugabe von Fließmitteln erreicht. Dabei sollte der Mörtel über ein gutes Zusammenhalte-vermögen und einen ausreichenden Mehlkorngehalt verfügen.

2.2 Einflüsse auf die Eigenschaften des Betons durch den W/Z-Wert

Der Zementleim, der beim Mischen von Wasser und Zement entsteht umhüllt die einzelnen Gesteinskörner, schließt Hohlräume im Gefüge und macht den Beton verarbeitbar. Durch die Erhärtung des Zementleims entsteht Zementstein, der die Körner untereinander fest verkittet. Da die Gesteinskörnung im wesentlichen das Grundgerüst des Betons darstellt und diese fester und beständiger als Zementstein ist, sind die Eigenschaften des Beton von der Eigenschaft des Zements abhängig.

Die Zementsteinfestigkeit ist im allgemeinen von der Zementfestigkeit und vom Verhältnis Wasser zu Zement abhängig. Dieses Masseverhältnis von Wasser (Oberflächenfeuchte und Zugabewasser) zu Zement wird unter dem Begriff Wasserzementwert zusammengefasst.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

in Formelzeichen ausgedrückt: [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten][77]

Allgemein benötigt der Beton bei der Erhärtung lediglich eine geringe Menge an Wasser, da der Zement eine max. Wassermenge von rund 40 %, bezogen auf seine eigene Masse, chemisch und physikalisch binden kann. Daraus ergibt sich ein W/Z-Wert von 0,4. Da sich dieser Beton aufgrund seiner Konsistenz i. d. R. nur durch Zugabe von Zusatzmitteln verarbeiten lässt, weißt dieser meist einen höheren w/z-Wert auf. Das Wasser, welches dabei nicht gebunden werden kann, wird mit dem Begriff Überschusswasser zusammengefasst. Werden die Bauteile nach dem Einbringen an der Luft gelagert, verdunstet durch Witterungseinflüsse dieses allmählich und hinterlässt verästelte, saugfähige Kapillarporen im Betongefüge. Durch die entstandenen Poren im Gefüge kommt es zu einer Verschlechterung des Zementsteins.

Liegt somit ein erhöhter W/Z-Wert vor, werden durch das Verdunsten des Überschusswassers mehr Kapillare gebildet, wodurch sich die Druckfestigkeit des Betons wesentlich verringert (vgl. Tabelle 20).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 21: Abfall der Betondruckfestigkeit mit steigendem Wasserzementwert[78]

Durch die entstandenen Kapillare saugt der Beton wesentlich mehr und schneller Wasser und ist witterungsempfindlich. Des weiteren besteht die Gefahr, dass Stahleinlagen durch eindringendes Wasser korrodieren, wodurch es zu Bauschäden kommen kann (vgl. Kap. VII Betonschäden und Sanierung).

Bei einem erhöhten W/Z-Wertes neigt der frisch verarbeitete Beton außerdem dazu, schneller auszutrocknen und im Zuge von auftretenden Spannungen im Gefüge Risse zu bilden.

Ferner besteht die Möglichkeit, dass Beton mit wasserreichen, dünnflüssigen Zementleim schnell Wasser absondert, weil sich die schweren Feststoffe, wie Zementkörner und Gesteinskörnung absetzen. Dabei kommt es zu einer Entmischung der Bestandteile.

Für die Herstellung eines Betons ist in Hinblick auf die Expositionsklassen der maximale w/z-Wert, entnehmend aus der Tabelle 22, zu beachten. (vgl. dazu auch Tabellen 16 und 17)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 22: Maximale Wasserzementwerte entsprechend der Expositionsklassen[79]

VI. Qualitätssicherung und Prüfung

1. Produktionskontrolle beim Hersteller

Die Produktionskontrolle, die alle Maßnahmen beinhaltet, die für die Erreichung der festgelegten Anforderungen erforderlich sind, umfasst durch den Hersteller Prüfungen der Ausgangsstoffe und der Betonentwürfe. Des weiteren müssen Frisch- und Festbetoneigenschaften dieser Prüfung unterzogen werden.

Diese durchzuführende Produktionskontrolle aller beim Hersteller produzierten Betone wird durch eine unabhängige Fremdüberwachung begutachtet. Standard-betone sind dabei ausgeschlossen.

1.1 Eignungsprüfung

Vor der Verwendung von Beton nach Eigenschaften muss zunächst festgestellt werden, ob die geforderten Eigenschaften mit der gewählten Betonzusammen-setzung erreicht werden können. Ändern sich Ausgangsstoffe oder Ausgangsbedingungen, muss unter Beachtung der neuen Ausgangsituation die Eignungsprüfung wiederholt werden. Eignungsprüfungen werden bei einer Frischbetontemperatur von +15° bis +22°[80] durchgeführt und beinhalten die Prüfung der Druckfestigkeit. Innerhalb der Prüfung müssen drei Proben aus unterschiedlichen Mischungen entnommen werden, die nach 28 Tagen in Form von Würfeln abgedrückt werden, um daraus, entsprechend der sich drei ergebenden Werte, einen Mittelwert zu bilden.

1.2 Prüfung bei der Betonherstellung

Für die Ausgangsstoffe genügt es diese, entsprechend der Bestellung, vor dem Entladen mit Hilfe des Lieferscheins zu prüfen. Werden Betonzusätze oder Sackzement geliefert, sollte der entsprechende Packungsaufdruck geprüft werden.

Bei der Herstellung von Beton als Standardbeton muss nachgewiesen werden, dass dieser die Normanforderungen erfüllt.

Die Konformitätsprüfung bei Betonen nach Eigenschaften kann zum einen an der einzelnen Betonzusammensetzung und zum anderen an den Festigkeitsklassen bis einschließlich C 50/60 erfolgen. Hierbei werden Eigenschaften mit genormten Prüfverfahren geprüft.

Die Proben, die unter anderem auf Konsistenz und Luftgehalt geprüft werden, müssen zufällig und über die gesamte Herstellung verteilt entnommen werden und die entsprechenden Grenzwerte einhalten. Bei der Konformitätsprüfung dürfen die Proben den festgelegten W/Z-Wert mit einer max. Toleranz von 0,02 unter/übersteigen[81]. Ferner schreibt die Konformitätsprüfung eine zufällige Entnahme von Proben für die Erstellung von Probekörpern vor, die nach 28 Tagen auf ihre entsprechende Druckfestigkeit geprüft werden müssen.

Die Konformität kann bestätigt werden, wenn die ermittelten Werte der Prüfungen auf Luftporengehalt, Konsistenz, W/Z-Wert und Druckfestigkeit innerhalb der festgelegten Grenzwerte liegen.

1.3 Prüfung durch das Bauunternehmen

Entsprechend der Frisch- und Festbetoneigenschaften wird der Beton in drei Überwachungsklassen eingeteilt.

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Tabelle 23: Überwachungsklassen für Beton[82]

Betone der Überwachungsklasse II und III dürfen lediglich dann zur Anwendung kommen, wenn das jeweilige Bauunternehmen über eine ständige Prüfstelle verfügt, die von einem Fachmann mit erweiterten betontechnologischen Kenntnissen geleitet wird. Ferner müssen die Ergebnisse durch eine anerkannte Überwachungsstelle (Fremdüberwachung) geprüft werden. Bei Beton nach Eigenschaften sind über die gesamte Verarbeitungszeit gleichmäßig Proben in Form von Probekörpern aus verschiedenen Mischerfüllungen zu entnehmen. Häufigkeiten ergeben sich dabei aus der Tabelle 24.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 24: Mindesthäufigkeit der Prüfungen an Beton nach Eigenschaften auf der Baustelle bei Anlieferung in Fahrmischern[83]

2. Betonprüfung

2.1 Bestimmung der Konsistenz von Frischbeton mit Hilfe des Ausbreitversuches

Mit Hilfe des Ausbreitversuches wird das Konsistenzmaß des Frischbetons bestimmt.

Die Konsistenz, die hauptsächlich vom Wasser- und Zementgehalt, der Gesteinskörnung und von Betonzusatzstoffen abhängig ist, gibt an, wie viel Verdichtungsarbeit angewendet werden muss, um den Beton völlig zu verdichten.

Zur Durchführung dieser Prüfung ist zunächst ein Ausbreittisch von 70 cm x 70 cm (Länge, Breite) erforderlich. Außerdem werden für die ordnungsgemäße Durchführung der Prüfung folgende Hilfsmittel benötigt:

- eine kegelstumpfförmige Form
- ein Holzstampfer
- Kelle, Lineal, Tuch, Messstab, eine Stoppuhr,
- eine Schaufel und ein Mischbehälter.

Bevor der eigentliche Prüfvorgang beginnen kann, sollte die Form und der Tisch zunächst feucht abgewischt werden. Die mittig auf den Tisch aufgesetzte Form muss in zwei Schritten mit jeweils der Hälfte des angemischten Betons verfüllt und durch zehn leichte Stöße mit dem Holzstampfer verdichtet werden. Nachdem die Form gefüllt und verdichtet wurde, sollte überschüssiger Beton mit Hilfe eines Lineals abgestrichen werden.

30 Sekunden nach dem Abstreifen des überschüssigen Betons muss die Form an den Griffen langsam nach oben gezogen werden.

Innerhalb der nächsten 30 bis 75 Sekunden wird nun die Tischplatte 15 mal bis zum Anschlag angehoben und anschließend fallen gelassen.

Mit Hilfe des Messstabs kann nun der ausgebreitete Beton in zwei Richtungen (d1 und d2) jeweils parallel zur Tischplatte gemessen und ein Mittelwert gebildet werden.

als Formel Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten [in mm]

Anhand einer Tabelle kann das ermittelte Ausbreitmaß einer Konsistenzklasse zugeordnet werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 25: Ausbreitmaßklassen[84]

Um Abweichungen und mögliche Fehler zu vermeiden, sollte grundsätzlich darauf geachtet werden, dass der Tisch vor der Prüfung angefeuchtet ist und während der Prüfung bis zum Anschlag angezogen wird.

2.2 Bestimmung des Luftporengehalts von Frischbeton mit Hilfe des Druckausgleichsverfahren

Um eine hohe Druckfestigkeit des Betons zu erzielen, ist ein gut verdichteter Beton unablässig. Durch die Bestimmung des Luftporengehalts kann der Grad der Verdichtung gemessen werden.

Für die Durchführung der Prüfung werden die folgenden Hilfsmittel benötigt:

- ein Luftgehaltsprüfer mit Aufsatzring
- ein Rütteltisch oder ein vergleichbares Verdichtungsgerät
- eine Kelle, eine Wasserspritzvorrichtung, ein Stahllineal und ein Schwamm.

Zunächst wird der Luftgehaltsprüfer bis zur Hälfte mit frischen Beton befüllt. Anschließend sollte der Beton mit Hilfe des Rütteltisches so lang gerüttelt werden, bis keine größeren Blasen mehr aus den Beton hervortreten. Danach kann die zweite Schicht eingefüllt werden, die wiederum verdichtet wird. Überschüssiger Beton wird mit Hilfe eines Lineal abgestrichen und der Rand des Luftgehaltsprüfgerät gereinigt. Danach kann der Deckel aufgesetzt und verschlossen werden.

Mit Hilfe einer Wasserspritzvorrichtung wird nun die Luftschicht zwischen dem Deckel und der Betonoberfläche mit Wasser aufgefüllt, bis das Wasser blasenfrei am Auslassventil austritt.

Durch Einsatz einer Luftpumpe wird Luft in die Druckkammer gepumpt bis der Druckanzeiger des Nanometers die rote Markierung erreicht.

Der aufgepumpte Luftdruck wird mittels Betätigung eines Schließventils von der Druckkammer in den Drucktopf geleitet. Der erscheinende Luftporengehalt kann mit Hilfe des Nanometers ermittelt werden.

Ist der Wert des Luftgehalt gering, weißt der Beton eine gute Verdichtung auf.

2.3 Prüfung der Druckfestigkeit mit Hilfe von Betonprobewürfeln

Die Prüfung der Druckfestigkeit erfolgt an Probewürfeln (150 mm Kantenlänge) im Alter von 28 Tagen. Durch die Ermittlung der Druckfestigkeit ist es möglich, Betonsorten und –arten untereinander zu vergleichen und zu beurteilen. Zur Herstellung der Proben benötigt man folgende Hilfsmittel:

- drei Betonprobewürfelformen mit einer Innenkantenlänge 150 mm
- ein Rütteltisch und eine Kelle, Stahllineal, ein Wasserlagerungsbehälter
- eine Druckprüfmaschine mit einer Höchstlast von 3000 kN.

Bevor Beton in die Form gefüllt werden kann, sollte diese zunächst mit Entschalungsmittel bestrichen werden. Der Beton wird in zwei Schritten eingebracht und anschließend verdichtet. Um eine ebene und glatte Fläche zu erhalten, sollte nach dem Verdichten überschüssiger Beton mit Hilfe des Stahllineals entfernt werden. Die Kennzeichnung der jeweiligen Probestücke sollte deutlich sein, um ggf. Verwechslungen zu vermeiden. Die Probewürfel müssen in einem feuchten Tuch bei einer Temperatur zwischen 15 und 22 ° gelagert werden und nach 24 Stunden aus den Formen entnommen werden.

Danach werden die Proben bis zum 7. Tag nach der Herstellung unter Wasser und anschließend bis zum 28 Tag an der Luft gelagert. Bevor die Druckfestigkeitsprüfung durchgeführt werden kann, wird die zu prüfende Fläche mit Hilfe eines Haarlineals auf Ebenheit geprüft. Ist eine Abweichung von 0,1 mm gegeben, muss diese Fläche abgeschliffen bzw. abgezogen werden.

Der Würfel wird zentrisch zwischen die Druckplatten gelegt, wobei die Seite des Würfels, die bei der Herstellung zum Einfüllen des frischen Betons diente, zur Seite zeigen muss. Anschließend wird ein Druck auf das Bauteil so lang erhöht, bis es schließlich zum Bruch kommt.

Mit der abgelesenen Bruchlast (F) kann mit Hilfe der folgenden Formel die Druckfestigkeit errechnet werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten [in N/mm²][85]

(fccube) à Würfeldruckfestigkeit in N/mm²

(F) à Höchstlast in kN

(Ac) à Lasteinleitungsfläche in mm²

Die Lasteneinleitungsfläche Ac berechnet sich durch à

Ac= xm* ym

xm à mittlere Länge des Prüfkörpers

ym à mittlere Breite des Prüfkörpers

Entsprechend des errechneten Wertes kann nun mit Hilfe von Tabelle 26 die Festigkeitsklasse des Betons bestimmt werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 26: Druckfestigkeitsklassen bestimmend nach der Form der Probe[86]

VII. Betonschäden und Sanierung

1. Allgemein

Der Baustoff Beton, der im wesentlichen durch seine hohe Lebensdauer überzeugt, kann durch gegebene Umstände neben dem natürlichen „Alt werden“ durch unsachgerechte Bauplanung oder Mängel bei der Bauausführung an Lebensdauer verlieren.

Treten Schäden an Bauobjekten auf, müssen diese umgehend sachgerecht erkannt und behoben werden. Dabei können die Schadensursachen sehr unterschiedlich sein, wobei diese i. d. R. durch Karbonatisierung des Betons, Verunreinigungen im Beton, Bewehrungsfehler und mangelnd gute Betonverarbeitung entstanden sind.

2. Ursachen für Betonschäden

Meist erkennt man Betonschäden durch Risse, Verfärbungen, Betonabplatzungen oder durch gar freigelegte stark korrodierende Stahleinlagen, die unter dem Begriff der Betonkorrosion zusammengefasst werden. Die Korrosion beginnt als solches i. d. R. an der Oberfläche. Dabei ist der angreifbare Bestandteil des Festbetons nicht die Gesteinskörnung, sondern der Zementstein. Meist sind jedoch die Ursachen, die eine Betonkorrosion hervorrufen auf Bau- und Planungsfehler zurückzuführen. Ist der Beton bzw. das Betonteil bspw. hohen sulfathaltigen Wasser ausgesetzt, entsteht durch eine chemische Reaktion Gipsstein, der das Volumen des Betons stark erhöht. Das so genannte Sulfattreiben zerstört somit den Beton von innen heraus.

Bei Sichtbetonfassaden ergeben sich meist andere Ursachen für Bauschäden.

Innerhalb der Hydratation, bei der es zur Bildung von Zementstein kommt, wird Calciumhydroxid (Ca(OH)2) gebildet. Nach der Hydratation liegt dieses zum Teil gelöst im Porenwasser des Zementsteins vor. Weist der Beton eine zu geringe Dichtigkeit auf, nimmt das zum Teil gelöste Calciumhydroxid über Jahre aus der Luft Kohlendioxid (CO2) auf, wodurch es zur Bildung von Calciumcarbonat (CaCO3) kommt.

Ca(OH)2 + H2O + CO2 = CaCO3 + 2 H2O

Calciumhydroxid + Kohlensäure = Calciumcarbonat + Wasser

Ist das Bauteil hoher Feuchtigkeit und einem hohen Anteil an Kohlenstoffdioxid („saurer Regen“) ausgesetzt, besteht die Möglichkeit, dass das im Bauteil stark basische Calciumhydroxid (pH-Wert zwischen 9,5 und 12) mit dem Kohlenstoffdioxid und dem Wasser reagiert und der pH-Wert unter 9,5 sinkt. Dabei kommt es zur Bildung von Calciumcarbonat (Carbonatisierung)[87].

Solange der betreffende Bereich des Bauteils noch nicht bis zum Stahl „hindurchcarboniert“ ist, befindet sich der Stahl in einem basischen Milieu und kann nicht korrodieren. Hat die Karbonatisierung den Stahl erreicht, beginnt die Bewehrung Rost zu bilden, der durch die Poren des Betongefüges nach außen als sichtbare Rostfahnen dringt.

Dabei wird bereits die Festigkeit der Bewehrung wesentlich gemindert. Im weiteren Verlauf, vergrößert der Rost sein Volumen (bis zu 250 %) und drängt das Betongefüge nach außen, wobei es zu Abplatzungen kommen kann.

3. Vorbeugender Schutz des Betons vor Schäden

Aus den erheblichen Schäden, die durch Carbonatisierung hervorgerufen werden können, ergibt sich die Schlussfolgerung, die Betonzusammensetzung und -verarbeitung so abzustimmen, dass sich die Widerstandskraft des Zementsteins erhöht.

Die bei der Verarbeitung gebildeten Poren und Hohlräume im Betongefüge sind bis zu einem max. Volumenanteil von 20 % nicht miteinander verbunden. Steigt das Porenvolumen über 25 %, steigt ebenso auch die Durchlässigkeit für Feuchtigkeit und Kohlenstoffdioxid. Um ein erhöhtes Porenaufkommen zu verhindern, kann bspw. der W/Z-Wert herabgesetzt und der Zementgehalt und die Festigkeitsklasse des Zements erhöht werden. Während des Einbringens des frischen Betons sollte ferner darauf geachtet werden, dass der Beton entmischungsfrei und vollständig verdichtet wird und eine ausreichende Betondeckung für den Schutz der Bewehrung besteht[88].

4. Sanierung von Betonschäden

Wird ein Schaden an einem Bauteil erkannt, muss zunächst der genaue Schaden aufgenommen und bewertet werden, um ein entsprechendes Sanierungskonzept erstellen zu können.

4.1 Schadensaufname

Innerhalb der Schadensaufnahme muss zunächst der Ist-Zustand geprüft werden. Dabei wird ein Bohrkern aus dem Bauteil entnommen, mit dem mit Hilfe eines Indikators die Tiefe der Carbonatisierung festgestellt wird.

Anschließend muss die Lage der Bewehrung durch Magnete oder Bewehrungssuchgeräte ermittelt werden. Des Weiteren müssen aufgetretene Risse untersucht werden, weil im Rissbereich der Stahl auch dann korrodieren kann, wenn seine Betondeckung größer als die Carbonatisierungstiefe ist.

4.2 Schadensbewertung

Nach der Schadensaufnahme erfolgt die Bewertung. Dabei werden die Beschädigungen entsprechend der Tiefe der Carbonatisierung im Verhältnis zur Betondeckung in vier Schadensklassen unterteilt[89]:

I. Die Carbonatisierungstiefe ist immer kleiner als die Betondeckung. Die Bauteile zeigen keine Schäden.
II. Das Bauteil weist bei der Überprüfung noch keine Schäden auf. Die Carbonatisierungstiefe wird die Betondeckung während der Lebensdauer eindeutig überschreiten. Dieses macht folglich einen Schutzanstrich aus Acryl- oder Epoxydharz erforderlich.
III. Am Betonbauteil befinden sich stellenweise Bauteilabplatzungen, die auf Korrosion zurückzuführen sind. Tiefgreifende Schäden, die die Tragfähigkeit einschränken sind nicht vorhanden. Hier ergibt sich eine kurzfristige Sanierung, die mit Hilfe von speziellen Mörtelsystemen ausgeführt werden kann.
IV. Bei dem Bauteil kann eine Standsicherheit nicht mehr gewährleistet werden, da die carbonatisierungsbedingte Korrosion der Bewehrung so weit fortgeschritten ist.

4.3 Instandsetzung

In den häufigsten Fällen wird ein Schaden der Schadensklasse III vorgefunden, der im Folgenden entsprechend der erforderlichen Arbeitsschritte näher beschrieben werden soll.

Die Instandsetzungsmaßnahme umfasst insgesamt 6 Arbeitsschritte[90]:

1. Schritt: Zunächst müssen alle erkennbaren Schadenstellen bis auf den tragfähigen Beton entfernt werden.
2. Schritt: Die freigelegte Bewehrung wird gründlich mit Hilfe von Sandstrahlen von Rost befreit. Des weiteren wird die Reparaturstelle von allen Partikeln befreit, die verbundmindernd wirken könnten.
3. Schritt: Mit Hilfe von Epoxydharzen oder kunststoffvergüteten Zementschlämmen wird eine zweilagige Korrosionsbeschichtung auf die freigelegten Bewehrungsstähle aufgetragen.
4. Schritt: Anschließend wird auf den alten vorgenässten Beton eine zementgebundene Haftbrücke aufgebracht, die den Verbund zwischen Reparaturmörtel und alten Untergrund verbessern soll.
5. Schritt: Mit Hilfe der werkmäßig speziell hergestellten Zementmörtel kann nun die Ausbruchsstelle ausgebessert werden. In diesen speziellen Mörteln befinden sich Kunststofffasern, die eine erneute Rissbildung verhindern sollen.
6.Schritt: Im letzten Schritt wird nun ein Dünnputz (Feinspachtel) aufgetragen, der entstandene Strukturunterschiede optisch ausgleichen soll. Anschließend wird ein Carbonatisierungsschutz aufgebracht.

VIII. Nachwort

1. Ausblick auf betontechnologische Entwicklungen

Alte Bauweisen in Form von Natursteinmauerwerken und gepflasterten Straßen haben sich im allgemeinen über Jahrhunderte lang bis in die heutige Zeit nicht grundlegend verändert. Gründe hierfür liegen dabei vor allem in hohen technologische Erfahrungen und Traditionen. Betrachtet man einmal die Innovationen innerhalb der Bautechnologie, erkennt man sehr schnell, dass diese nur schwerlich vorangetrieben wurden. Fast jedes neue Haus ist eine Einzelanfertigung, die in überwiegender Handarbeit erstellt wird.

Im Laufe der Zeit gab es viele Versuche, den hohen Standard mit deutlich niedrigeren Kosten zu erreichen. Japan versuchte bspw. größere Häuser aus stationär gefertigten Elementen mit Hilfe von Robotern automatisch zu montieren. Somit sind im eigentlichen Sinne technische Grundlagen für eine Rationalisierung gegeben. Diese Rationalisierungskonzepte erfordern jedoch eine erhebliche finanzielle Grundlage, die nicht gegeben ist.

Möchte man wesentliche Fortschritte der letzten 50 Jahre in der Betontechnologie dokumentieren, muss man zunächst die Einführung des Transportbetons nennen. Dadurch wurde es möglich, Beton wirtschaftlich und qualitätssichernd herzustellen. Mit der Erforschung von Zusatzstoffen, die in der heutigen modernen Betontechnologie nicht mehr wegzudenken wären, wurde es möglich, dauerhaftere Betone zu produzieren.

Mit der Entwicklung des selbstverdichtenden Betons und dem bereits etablierten Hochleistungsbeton wird es nun möglich, Beton ohne jeden weiteren Verdichtungsaufwand den Anforderungen gemäß einzubringen. Da teilweise Druckfestigkeiten über 150 N/mm² benötigt werden, wurde der ultrahochfeste Beton entwickelt, der unter idealen stofflichen Bedingungen voraussichtlich Druckfestigkeiten bis zu 1000 N/mm² erreichen kann. Mit Hilfe dieser erheblichen Neuerungen und Vereinfachung im Tätigkeitsfeld wird es möglich sein, auf weitere Sicht Kosten- und Ressourcen sparender auch im Bauhandwerk arbeiten zu können.

Im Hinblick auf weitere wesentliche Vereinfachungen und Neuerungen ergab sich in Bautechnik durch die Angleichung der betontechnologischen Normen auf europäischer Ebene eine völlig veränderte Ausgangslage. So mussten in Anbetracht der unterschiedlichen kulturellen, geographischen und klimatischen Bedingungen generelle Standards geschaffen werden, die eine Vergleichbarkeit von Baustoffen gewährleisten und Konstruktions- und Produktionsmöglichkeiten vereinheitlichen. Mit der Angleichung wird es möglich sein, im Zeichen der modernen Entwicklung, Bauwerke in unterschiedlichen europäischen Ländern unter gleichen technischen Vorraussetzungen zu planen und realisieren zu können. Durch die Vereinheitlichung werden Rahmenbedingungen geschaffen, die den Innovationsprozess auf europäischer Ebene auf diesen Sektor vorantreiben werden.

Im Zuge von europäischen bautechnologischen Veränderungen auch im Betonbau, müssen oftmals alte, sanierungsbedürftige Häuser neuen, modernen Häusern weichen. Dabei entstehen Unmengen von Schutt, die entsorgt werden müssen. In Anbetracht der immer knapper werdenden Rohstoffe liegt es auf der Hand, dieses Material wieder in den Produktionsablauf einfließen zu lassen. Hierbei spricht man von rezyklierten Material, dass zunächst entsprechend sortiert und aufbereitet werden muss. Das rezyklierte Material ersetzt dabei die Gesteinskörnung innerhalb des Betons.

Das größte Problem dass sich zunächst aus der Verwendung von rezyklierten Material ergab, war die Tatsache, dass die Gesteinskörnung im Gegensatz zu natürlichen Kies eine eher runde und eckige Kornform aufwies und somit mehr Zementleim zum verkitten der Körner untereinander benötigte. Durch die erhöhte Zementmenge kann es jedoch im schlechtesten Fall zu Rissen im Gefüge kommen.

Durch weitere Optimierungen innerhalb der Aufbereitung ist es nun möglich, Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung herzustellen, der der Festigkeit eines Normalbetons entspricht. Bei dem Einsatz des recycelten Baustoffes geht es dabei nicht primär um Kosteneinsparung, sondern darum, die ökologische Bauweise europaweit zu fördern.

IX. Verzeichnisse

1. Quellenverzeichnis

[1] Batran, Balder, Bläsi, Herbert (1999) (1): Grundwissen Bau , Handwerk und Technik
[2] Batran, Balder, Bläsi, Herbert (1999) (2): Fachwissen Bau – Maurer, Beton- und Stahlbetonbauer, Handwerk und Technik
[3] Bauberatung Zement (Hrsg.): Weber, Robert; Tegelaar, Rudolf (1995) (1): Guter Beton – Ratschläge für die richtige Betonherstellung. 19. Auflage, Beton Verlag Düsseldorf
[4] Bauberatung Zement (Hrsg.): Weber, Robert; Tegelaar, Rudolf (2003) (2): Guter Beton. Ratschläge für die richtige Betonherstellung; 20. Auflage; Beton Verlag GmbH Düsseldorf
[5] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (1999): Beton – Herstellung nach Norm. 12. überarbeitete und erweiterte Auflage, Verlag Bau und Technik, Düsseldorf
[6] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (1999): Beton – Praxis – Ein Leitfaden für die Baustelle. 8. überarbeitete Auflage, Verlag Bau und Technik, Düsseldorf
[7] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (2002): Zement- Merkblatt: Zemente und ihre Herstellung Nr. B 1
[8] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (2002): Zement-Merkblatt: Gesteinskörnungen für Normalbeton Nr. B 2
[9] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (2002): Zement-Merkblatt: Betonzusätze – Zusatzmittel und Zusatzstoffe Nr. B 3
[10] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (2002): Zement- Merkblatt: Frischbeton - Eigenschaften und Prüfungen Nr. B 4
[11] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (1999): Zement-Merkblatt: Beton B I – Beton B II Nr. 5
[12] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (2002): Zement-Merkblatt: Transportbeton. Festlegung, Bestellung, Lieferung, Abnahme Nr. B 6
[13] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (2002): Zement-Merkblatt: Bereiten und Verarbeiten von Beton Nr. B 7
[14] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (2002): Zement-Merkblatt: Nachbehandeln von Beton Nr. B 8
[15] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (2000): Zement-Merkblatt: Betone mit besonderen Eigenschaften Nr. B 9
[16] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (2003): Zement-Merkblatt: Expositionsklassen von Beton und besondere Betoneigenschaften Nr. B 9
[17] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (2002): Zement Merkblatt: Leichtbeton Nr. B 13
[18] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (2002): Zement-Merkblatt: Hochfester Beton/ Hochleistungsbeton Nr. B 16
[19] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (2002): Zement Merkblatt: Hochfester Beton Nr. B 16
[20] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (2003): Zement-Merkblatt: Risse im Beton Nr. B 18
[21] Bundesverband der deutschen Zementindustrie (Hrsg.) (2003): Zement-Merkblatt: Ausblühungen. Entstehung, Vermeidung, Beseitigung Nr. B 27
[22] Dickel, Reinhardt u.a. (1997): Tabellenbuch Bautechnik. 4. Auflage, Europa Lehrmittelverlag, Haan-Gruiten
[23] Grübl, Peter; Weigler, Helmut; Karl, Sieghart (2001): Beton. Arten, Herstellung und Eigenschaften. 2. Auflage, Ernst und Sohn Verlag, Berlin
[24] Kettler, K. (1) (1997) : Fachwissen für Hochbaufacharbeiter Fachstufe I – Stam Verlag
[25] Kettler, K. (2) (1997): Fachwissen für Maurer – Stam-Verlag
[26] Kind-Barkauskas, Friedbert (2002): Beton-Atlas: Entwerfen mit Stahlbeton im Hochbau; 2. überarbeitete und erweiterte Auflage; Birkhäuser-Verlag für Architektur; Basel, Schweiz
[27] Nestle, Hans (1994): Bautechnik – Grundstufe, 4. Auflage; Europa Lehrmittelverlag, Haan-Gruiten
[28] Sinn, Börries H. (1993): Und machten Staub zu Stein. Beton-Verlag GmbH Düsseldorf
[29] Zimmer, Uwe (1997): Baustoffprüfung – Arbeitsbuch. 2. aktualisierte Auflage; Cornelson – Verlag, Berlin
Quellen aus dem Internet:
[30] VDB Report 7 „Beton. Entwicklungen und Tendenzen.“ Fachtagung des VDB in Marbug; Vortragsveranstaltung des VDB in Kassel 2001 mit Beiträgen u. a. von Prof. Dr. Ing. Michael Schmidt; VDB, Kassel
http://www.betoningenieure.de/Downloads/report_7.pdf
recherchiert am 19.10.2004 17:05
[31] Rosatzin-Strobel, Christa: Recycling-Beton – ein Baustoff mit Zukunft
http://www3.stzh.ch/internet/hbd/home/beraten/fachstellen/ingenieurwesen.ParagraphContainerList.ParagraphContainer1.ParagraphList.0002.File.pdf/Recyclingbeton.pdf

recherchiert am 19.10.2004 17:16

2. Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Festigkeitsentwicklung von Zementen der gleichen Festigkeitsklasse mit normaler und hoher Anfangserhärtung (Grübl, Peter; 40)

Abbildung 2: Graphische Darstellung der Sieblinienbereiche nach DIN 1045 für Zuschlaggemische 0/63 (Weber, Robert (1);26)

3. Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Festigkeitsklassen nach DIN 1045 (7/88) und DIN 1045-2 für Normal- und Schwerbeton in N/mm² (Grübl, Peter;11)

Tabelle 2: Festigkeitsklassen für gefügedichten Leichtbeton nach DIN 1045-2 in N/mm² (Grübl, Peter;12)

Tabelle 3: Rohdichteklassen und Rechenwerte für Leichtbeton (Zement-Merkblatt: Leichtbeton)

Tabelle 4: Betonkategorien nach DIN 1045-2 / DIN EN 206-1 (Grübl, Peter; 13)

Tabelle 5: Normalzemente und ihre Zusammensetzung nach DIN EN 197-1 (Zement-Merkblatt: Zemente und ihre Herstellung, 2)

Tabelle 6: Anforderungen an die Festigkeitsklassen (Weber, Robert (2); 21)

Tabelle 7: Anwendungsbereiche für Zemente nach DIN EN 197-1 (Zement-Merkblatt: Zemente und ihre Herstellung; 6)

Tabelle 8: Erklärung der Expositionsklassen (Weber, Robert (2); 71-75)

Tabelle 9: Kennzeichnung der Zemente (Zement-Merkblatt: Zemente und ihre Herstellung; )

Tabelle 10: Eigenschaften des Zuschlags mit erhöhten und verminderten Anforderungen (Weber, Robert (1); 20)

Tabelle 11: Zusammenstellung und Erläuterung der Begriffe zur Kennzeichnung von Gesteinskörnung als Zuschlag für Beton (Grübl, Peter; 54)

Tabelle 12: Prozentualer Anteil des Durchgangs bzw. Rückstands einer Sieblinie B16 (Weber, Robert (1); 27)

Tabelle 13: Richtwerte für den Wasserverbrauch in kg/dm³ Frischbeton (Zement-Merkblatt: Gesteinskörnungen für Normalbeton, 6)

Tabelle 14: Expositionsklassen bezogen auf Bewehrungskorrosion (Zement-Merkblatt: Expositionsklassen von Beton und besondere Betoneigenschaften; 2)

Tabelle 15: Expositionsklassen bezogen auf Betonangriff (Zement-Merkblatt: Expositionsklassen von Beton und besondere Eigenschaften; 3)

Tabelle 16: Grenzwerte für die Zusammensetzung und Eigenschaften von Beton der Expositionsklassen XO, XC und XS sowie für Betone mit hohem Wassereindringwiderstand (Merkblatt-Zement: Expositionsklassen von Beton und besondere Eigenschaften; 4)

Tabelle 17: Grenzwerte für die Zusammensetzung und Eigenschaften von Betonen für die Expositionsklassen XF, XA und XM (Merkblatt-Zement: Expositionsklassen von Beton und besondere Eigenschaften; 4)

Tabelle 18: Betonrezept für 1 m³ Beton der Festigkeitsklasse C 8/10 (Weber, Robert (2);66)

Tabelle 19: Betonrezept für 1 m³ Beton der Festigkeitsklasse C 12/15 (Weber, Robert (2);67)

Tabelle 20: Betonrezept für 1 m³ Beton der Festigkeitsklasse C 16/20 (Weber, Robert (2);67)

Tabelle 21: Abfall der Betondruckfestigkeit mit steigendem Wasserzementwert (Weber, Robert (2); 52

Tabelle 22: Maximale Wasserzementwerte entsprechend der Expositionsklassen (Zement-Merkblatt: Frischbeton – Eigenschaften und Prüfungen, 2)

Tabelle 23: Überwachungsklassen für Beton (Weber, Robert (2); 106)

Tabelle 24: Mindesthäufigkeit der Prüfungen an Beton nach Eigenschaften auf der Baustelle bei Anlieferung in Fahrmischern (Weber, Robert (2); 107)

Tabelle 25: Ausbreitmaßklassen (Zimmer, Uwe; 45)

Tabelle 26: Druckfestigkeitsklassen bestimmend nach der Form der Probe (Zimmer, Uwe; 66)

[...]


[1] vgl. Sinn, Börries; 227

[2] vgl. Kind-Barkauskas; 10

[3] ebenda; 10

[4] vgl. Sinn, Börries,207

[5] ebenda;14

[6] Die Namen wurde nicht genannt.

[7] vgl. Grübl, Peter; 1

[8] ebenda, 1

[9] vgl. Zement-Merkblatt: Frischbeton; 4 und Grübl, Peter; 2

[10] vgl. Grübl, Peter; 2

[11] vgl. Zement-Merkblatt: Leichtbeton; 3

[12] vgl. Grübl, Peter; 2

[13] Der Konformitätsnachweis ist ein Nachweis über die Übereinstimmung des Betons mit den festgelegten Anforderungen.

[14] vgl. Grübl, Peter, 7

[15] vgl. Grübl, Peter; 8

[16] vgl. Grübl, Peter; 11

[17] vgl. Grübl, Peter; 12

[18] vgl. Zement-Merkblatt: Leichtbeton; 1

[19] vgl. Grübl, Peter; 12-13

[20] vgl. Grübl, Peter; 13

[21] ebenda, 13

[22] Bei dem Kalksteinzusatz im Portlandkalksteinzement wird zwischen L und LL unterschieden. Die Bezeichnung bezieht sich auf den Gehalt an organischen Substanzen. Kalkstein (L) darf max. 0,5 Masse-% und Kalkstein (LL) 0,2 Masse-% an organischen Stoffen beinhalten.

[23] vgl. Grübl, Peter; 15 Die Buchstaben geben an, wie die Hauptbestandteile der jeweiligen Zementart gekennzeichnet werden.

[24] vgl. Zement-Merkblatt: Zemente und ihre Herstellung, 1 Die Hauptzementarten CEM I, CEM II und CEM III sind die drei wichtigsten Zementarten bei der Herstellung von Beton.

[25] ebenda, 2

[26] Die jeweiligen Werte können aus der Tabelle 5 „Normalzemente und ihre Zusammensetzung“ entnommen werden.

[27] vgl. Grübl, Peter; 20

[28] vgl. Merkblatt-Zement: Zemente und ihre Herstellung; 2

[29] ebenda, 3

[30] vgl. Grübl, Peter; 26

[31] vgl. Batran (2); 116

[32] Gelporen sind Hohlräume, die im Zementgel verbleiben.

[33] vgl. Weber, Robert (2); 21

[34] vgl. Grübl, Peter; 40

[35] vgl. Zement-Merkblatt: Zemente und ihre Herstellung, 6

[36] vgl. Weber, Robert (2); 71-75

[37] vgl. Zement-Merkblatt: Zemente und ihre Herstellung; 3

[38] vgl. Grübl, Peter; 52

[39] vgl. Tabelle 10: Eigenschaften der Gesteinskörnung mit erhöhten und verminderten Anforderungen

[40] vgl. Weber, Robert (1); 20

[41] vgl. Grübl, Peter; 54

[42] Der Gehalt an wasserlöslichen Chlorid darf für Regelanforderung 0,04 Masse-% und für erhöhte Anforderungen 0,02 Masse-% nicht überschreiten.

[43] vgl. Weber, Robert (1); 26

[44] vgl. Weber, Robert (1); 27

[45] vgl. Zement-Merkblatt: Gesteinskörnungen für Normalbeton, 6

[46] vgl. Zement-Merkblatt: Betonzusätze; 1

[47] Auf der Oberfläche des frischeingebrachten und verdichteten Betons sondert sich häufig nach einiger Zeit eine Wasser- bzw. Schlempeschicht ab. Dieser Vorgang, bei dem die schwereren Zement- und Zuschlagkörner sich absetzen und die leichteren Wasser und Zementanteile nach oben gedrückt werden, nennt man Bluten.

[48] vgl. Zement-Merkblatt: Betonzusätze, 3

[49] vgl. Zement-Merkblatt: Betonzusätze, 3

[50] vgl. Zement-Merkblatt: Betonzusätze, 4

[51] vgl. Kettler (2); 159

[52] vgl. Grübl, Peter; 131

[53] vgl. Grübl, Peter; 185-186ementrübl, Peter;185-186

[54] vgl. Grübl, Peter; 192

[55] vgl. Grübl, Peter; 193

[56] vgl. Zement-Merkblatt: Bereiten und Verarbeiten von Beton; 3 und Grübl, Peter; 195

[57] vgl. Grübl, Peter;204-206 und Zement-Merkblatt: Bereiten und Verarbeiten von Beton; 4

[58] vgl. Grübl, Peter; 208

[59] vgl. Zement-Merkblatt: Nachbehandlung von Beton; 1-2

[60] vgl. Grübl, Peter; 228

[61] vgl. Zement-Merkblatt: Nachbehandlung von Beton; 2

[62] vgl. Grübl, Peter; 159-163

[63] vgl. Zement-Merkblatt: Expositionsklassen von Beton und besondere Eigenschaften; 1

[64] vgl. Zement-Merkblatt: Expositionsklassen von Beton und besondere Betoneigenschaften, 2

[65] vgl. Zement-Merkblatt: Expositionsklassen von Beton und besondere Eigenschaften, 3

[66] vgl. Zement-Merkblatt: Expositionsklassen von Beton und besondere Eigenschaften, 2

[67] ebenda; 4

[68] vgl. Zement-Merkblatt: Expositionsklassen von Beton und besondere Eigenschaften, 5

[69] vgl. Betonkategorie I nach DIN 1045-2 (Kap. II - Betongruppen und Betonkategorien)

[70] vgl. Weber, Robert (2); 66

[71] ebenda, 67

[72] ebenda, 67

[73] vgl. Betonkategorie II nach DIN 1045-2

[74] vgl. Weber, Robert (2); 79-81

[75] vgl. Weber, Robert (2); 82-83 (Das aufgeführte Beispiel wurde daraus gewählt.)

[76] vgl. Zement-Merkblatt: Frischbeton – Eigenschaften und Prüfungen; 3

[77] vgl. Weber, Robert (2); 51

[78] vgl. Weber, Robert (2); 52

[79] vgl. Zement-Merkblatt: Frischbeton – Eigenschaften und Prüfungen, 2

[80] Vgl. Weber, Robert (2); 101

[81] vgl. Weber, Robert (2);104

[82] ebenda, 106

[83] vgl. Weber, Robert (2); 107

[84] ebenda, 45

[85] ebenda, 66

[86] vgl. Zimmer, Uwe; 66

[87] vgl. Batran (2); 166

[88] vgl. Zement-Merkblatt: Risse im Beton; 4

[89] ebenda, 167

[90] vgl. Batran (2); 168 und Kettler (2); 177-178

Ende der Leseprobe aus 98 Seiten

Details

Titel
Der Baustoff Beton. Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren
Hochschule
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg  (Institut für technische Bildung)
Note
1,0
Autor
Jahr
2004
Seiten
98
Katalognummer
V320244
ISBN (eBook)
9783668199583
ISBN (Buch)
9783668199590
Dateigröße
4906 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
baustoff, beton, herstellungs-, verarbeitungsverfahren
Arbeit zitieren
Daniel von Kirchner (Autor), 2004, Der Baustoff Beton. Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/320244

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