Beton Materialzusammensetzung KE2005 Prof.wiese

sichtbeton_tragwerk und hülle zwischen aussen und innen II ss 2005

Andrea C. Fischer Nadine Hoffmann Natalia Lehmann

Der Baustoff: Materialzusammensetzung/-eigenschaften, Farbe


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Der Baustoff: Materialzusammensetzung/-eigenschaften, Farbe Geschichtliche Entwicklung des Betons

- erste Mörtelfunde mit Kalkstein als Bindemittel bereits 12000 v. Chr. - Opus Caementitium (sog. Römischer Beton) wird ab dem 2. Jhr. v.Chr. verwendet;

Höchstleistungen in Architektur und Ingenieurbaukunst werden möglich

- Kenntnisse über die Herstellung von Beton geraten durch den Niedergang des Römischen Reiches in Vergessenheit

- Nach rund 1500 Jahren entdeckt man die Grundlagen zur Herstellung von Beton wieder - 1824 wird in England der Portlandzement erfunden; dies ist die eigentliche Grundlage

für die Betonentwicklung der Neuzeit

- 1850 werden in England und Frankreich Versuche mit Eisenbewehrung im Beton vorgenommen; weitgespannte Konstruktionen werden möglich, es ergibt sich eine ganz neue Architektur

Opus Caementitium Schon ab dem 3.Jhr. v. Chr. verwenden die Römer eine Mauertechnik, bei der zwischen zwei Wandschalen aus gefügtem Mauerwerk ein Gemisch aus Kalkmörtel und Bruchsteinen geschüttet wird, welches sich durch Stampfen verdichtet. Die Schalen des Mauerwerks sind dabei durch Ankersteine verbunden, um eine Stabilität bis zur Aushärtung des „Emplektons“ (das Eingestampfte) zu erhalten. Die verwendeten Zuschläge in der Mörtelmischung bestanden unter anderem aus Tuffstein, Marmorbruch und Ziegelbrocken, sowie Sand und Kies als Feinzuschlag. Als äußere Begrenzung des Mauerwerks wurden meist Stein- oder Ziegelschalen verwendet, bei großen Zweckbauten und Fundamenten kann man auch noch Abdrücke von Schalbrettern erkennen.

- sog. Luftmörtel aus einem Teil gelöschtem Kalk und zwei Teilen Sand - Zuschläge aus Tuffstein, Marmorbruch und Ziegelbrocken, als Feinzuschlage Sand und Kies - Schalungen aus Stein- und Ziegelschalen, auch Holz - Verwendung von Betonen unterschiedlicher Dichte, um beim Bau in die Höhe an Gewicht einzusparen


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Eigenschaften Beton ist ein künstlicher Stein, der aus einem Gemisch von Zement, Gesteinskörnungen und Wasser besteht. Durch Veränderungen der „Rezeptur“ hat man die Möglichkeit, seine Eigenschaften je nach Bedarf zu verändern und den an ihn gestellten Anforderungen anzupassen.

1.) Festigkeitseigenschaften - Druckfestigkeit

Die Druckfestigkeit von Beton kann durch Druckprüfmaschinen an Prüfkörpern (Würfeln, Zylindern oder Bohrkernen) bestimmt werden. Gestalt, Größe und Alter der Prüfkörper sind nach DIN 1048 geregelt, die Druckfestigkeit ergibt sich aus dem Quotienten aus Höchstlast [N] und Druckfläche [mm²]. Bei der Prüfung an einem Bohrkern aus einem fertigen Betonteil spricht man von einer „zerstörenden Prüfung“. Weitere Möglichkeiten zur Überprüfung sind z.B. Oberflächenprüfverfahren mittels eines Rückprallhammers, Ultraschallmessungen oder Messungen mit radioaktiven Stoffen. Diese Prüfverfahren werden nur unter bestimmten Bedingungen angewendet und sind sog. „unzerstörende Verfahren“.

- Zugfestigkeit Zugbeanspruchungen werden in der Regel von der Bewehrung im Beton aufgenommen. Bei bestimmten Bauteilen mit dynamischer oder Dauerlastbeanspruchung jedoch ist auch die Zugfestigkeit des Betons von großer Bedeutung. Für die Prüfung der Zugfestigkeit belastet man eingespannte Zylinder bis zum Zugbruch. Diese Methode der Bestimmung bedarf eines relativ großen Aufwands, so dass sich die etwas einfacheren Verfahren wie die Biegezug- und die Spaltzugprüfung zur Bestimmung eines Kennwerts durchgesetzt haben.

- Biegezugfestigkeit Die Biegezugfestigkeit wird an Betonbalken mit bestimmten Abmessungen vorgenommen. Der Balken wird auf zwei Punkten gestützt und von oben an zwei Punkten mit gleich großen Lasten belastet. Die Biegezugfestigkeit errechnet sich mit Hilfe einer Formel aus der Bruchlast.

- Spaltzugfestigkeit Die Bestimmung der Spaltzugfestigkeit kann an zylindrischen Prüfkörpern, an Würfeln oder an Balken bis zu einem Seitenverhältnis bis 1:1,5 erfolgen. Von einer Druckpresse wird eine Schneidenlast senkrecht auf den Prüfkörper ausgeübt und bis zum Spalten konstant gesteigert. Je nach Gestalt des Prüfkörpers wird mit Formeln die Spaltzugfestigkeit bestimmt und Beziehungen zu Biegezug- und Zugfestigkeit hergeleitet.

- Festigkeitsverhältniswerte Die Druckfestigkeit beträgt je nach Betonfestigkeit (10-60 N/mm²) ca. das 8- bis 14,5-fache der Spaltzugfestigkeit, ca. das 4- bis 10fache der Biegezugfestigkeit bei Splittbeton Die Biegezugfestigkeit beträgt je nach Betonfestigkeit (1-6 N/mm²) ca. das 2- bis 1,5-fache der Spaltzugfestigkeit, etwa im Mittel das 2fache der Zugfestigkeit Die Zugfestigkeit beträgt Etwa im Mittel das 0,75fache der Spaltzugfähigkeit.


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- Oberflächenzugfestigkeit Zum Schutz oder zur Sanierung von Betonbauwerken werden häufig Kunststoffbeschichtungen oder kunststoffmodifizierte Mörtel aufgebracht. Die Beanspruchungen zwischen Kunststoff und Beton jedoch müssen die oberflächennahen Betonzonen auch aufnehmen können. Daher wird die Eignung der Betonoberfläche mittels Abrissversuchen geprüft. Bestimmte Prüfstempel werden aufgeklebt und belastet. Das Ergebnis wird nach einer Formel berechnet und die Bruchfläche nach Augenschein beurteilt und eingestuft nach B = Bruch im Beton K = Bruch in der Klebefuge A = Bruch in der Grenzfläche Kleber/Beton

- Schleifverschleiß Der Verschleißwiderstand ist von der Betonfestigkeit und der Härte des Zuschlags abhängig. Die Verschleißprüfung erfolgt an Plattenstücken auf einer Schleifscheibe nach Böhm unter Aufstreuen von Prüfschmirgel. Die Angabe des Verschleißes erfolgt in cm³ je 50cm² Prüffläche oder als Dickenverlust in mm.

- Sonstige Festigkeiten Scherfestigkeit ist die bis zum Bruch erreichte Höchstspannung beim Abscheren. Bedeutung bei Klebeverbindungen im Betonbau und sonstigen Verbindungen. Schubfestigkeit ist die im Biegeversuch erreichte höchste Spannung infolge unterschiedlicher Verformung der horizontalen Schichten. Torsionsfestigkeit ist die höchste erreichbare Spannung bei einer Beanspruchung auf Verdrehen. Schlagfestigkeit ist der Widerstand gegen Schlagbeanspruchung, d. h. die Kraft, eine Probe durch Schlag zum Bruch bringen.

2.) Undurchlässigkeiten - Porenraum, Wasseraufnahme

Poren und Hohlräume im Beton entstehen durch Verdunsten des nicht vom Zement gebundenen Wassers. Es wird je nach Größe zwischen 4 verschiedenen Porenarten unterschieden. Die Porenräume des Frischbetons führen zu einer bestimmten Festbetondichtigkeit und werden daher ermittelt. Der Dichtigkeitsgrad ist das Verhältnis aus Rohdichte des getrockneten Festbetons zur Betondichte. Mit erhöhtem Porenraum nimmt die Festigkeit des Betons entsprechend ab. Auch die Wasseraufnahme des Betons ist wie die Wasserundurchlässigkeit vom Porenraum, der Porenart und –Verteilung abhängig. Die Wasseraufnahme wird durch Einlagerung von Prüfkörpern in Wasser bis zum Sättigungszustand geprüft. Die Gewichtszunahme bezogen auf das Trockengewicht ergibt die Wasserzunahme und wird in Prozent ausgedrückt.

- Wasserundurchlässigkeit

Die Wasserundurchlässigkeitsprüfung erfolgt an plattenförmigen Prüfkörpern, die einem konstanten Wasserdruck ausgesetzt werden. Nach Abschluss des Versuchs werden die Prüfkörper mittig aufgebrochen und die sichtbare Eindringtiefe des Wassers gekennzeichnet. Nach DIN 1045 darf die größte Wassereindringtiefe im Mittel 5cm nicht überschreiten, bei Beton mit starken chemischen Angriffen 3cm.


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- Wasserdampfundurchlässigkeit Der Diffusionswiderstandsfaktor kennzeichnet die Wasserdampfundurchlässigkeit. Dieser Faktor gibt an, um wie viel Mal größer der Diffusionswiderstand einer Materialschicht ist, als der einer gleichdicken Luftschicht. Dieser Widerstand ist abhängig von der Betondichtigkeit, die mit dem w/z-Wert, der Verdichtung und dem Zuschlag zusammenhängt. Trockener Beton ist erheblich durchlässiger für Wasserdampf als feucht gehaltener.

- Strahlenundurchlässigkeit Unser Organismus ist verschiedenen schädlichen Strahlungsarten ausgesetzt. Die gefährlicheren dabei sind die gamma-Strahlen (energiereiche, elektromagnetische Wellenstrahlen) und die Neutronenstrahlen, die durch Atomspaltung auftreten. Je nach Zusammensetzung können bestimmte Betone gegen diese Strahlen abschirmend wirken. Gamma-Strahlen z.B. werden vor allem durch Stoffe mit hoher Rohdichte abgeschwächt, so dass Schwerbeton mit Zuschlägen wie Baryt (Schwerspat), Eisenerzen und zerkleinerten Eisenabfällen am wirksamsten ist. Abschirmung gegen Röntgenstrahlen erreicht man durch Zuschläge mit einer sehr hohen Ordnungszahl wie z.B. Blei. Die bei der Kernspaltung entstehenden Strahlen werden durch Verlangsamung durch Wasserstoffatomen absorbiert. Dem Strahlenschutzbeton werden daher auch kristallwasserhaltige Zuschläge oder borhaltige Zusätze zugefügt.

- Gasundurchlässigkeit

Für den Transport von Flüssigkeiten und Gasen im Beton und den damit verbundenen Carbonatisierungsfortschritt, der für die Korrosion der Bewehrung verantwortlich ist, stelle die Gasdurchlässigkeit eine wichtige Einflussgröße dar. Als Maß für die Gasdurchlässigkeit wird unter einseitigem Überdruck auf einen Prüfkörper der spezifische Permeabilitätskoeffizient K [m²] ermittelt.

3.) Formänderungen - Schrumpfen, Schwinden, Quellen

Wasseraufnahme und –Abgabe bewirken im Beton räumliche Veränderungen:

Schrumpfen Verringerung der Betonmasse durch chemische Wasserbindung des Zements (chemisches Schwinden).Im Normalfall ist das Schwinden unauffällig gering. Bei beschleunigter Wasserbindung durch Wärme oder größere Zementmengen setzt Früh- oder „plastisches Schwinden“ ein und es bilden sich Frühschwindrisse. Gegenmaßnahmen sind Feuchthalten des Betons und ggf. Abdecken gegen Sonne und Luftzug.

Schwinden und Quellen Volumenveränderungen vollziehen sich während des Austrocknen des erhärtenden Betons (Schwinden) oder bei Durchfeuchtung (Quellen). Das Schwinden hängt in erster Linie von der Feuchte der umgebenden Luft sowie vom w/z-Wert und Zementgehalt ab. Das Endschwindmaß ist je nach Bauteilform und –Dicke nach unterschiedlicher Zeit erreicht und beträgt bei Normalbeton 0,1 bis 0,6 mm/m. Wird ein Bauteil am Schwinden gehindert, so entstehen Schwindspannungen, die zu Rissen führen können. Das Quellen des Beton hat weniger Bedeutung, denn die Auswirkungen sind hier viel geringer als beim Schwinden. Die entstehenden Druckspannungen können vom Beton aufgenommen werden.

- Wärmedehnung Wärmedehnungen entstehen beim Beton durch äußere Temperaturänderungen oder die Hydratationswärme des Betons beim Erhärten. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist bei Beton und Stahl angenähert gleich.


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- Spannungs-Dehnverhalten (E-Modul) Beton ist ein „viskoelastischer Stoff“, d.h. nach Entspannung einer erzwungenen Formänderung federt diese nicht wieder vollständig zurück. Den bei der Entlastung zurückfedernden größeren Teil der Verformung nennt man federnde oder elastische Formänderung, den kleineren Teil bleibende Formänderung. Hierfür gibt es in Verbindung mit der aufgebrachten Spannung eine Kenngröße, den E-Modul. Der E-Modul ist je nach Betonfestigkeit und Gebrauchslastveränderlich und zudem abhängig vom Zuschlaggestein, vom Feuchtigkeitszustand, von der Zementdichtigkeit und vom Verhältnis von Zementstein und Zuschlagvolumen.

- Kriechen und Relaxation Unter Kriechen versteht man die bleibenden und/oder zeitabhängigen Formänderungen von Beton unter Dauerlast. Das Kriechen hängt ähnlich wie das Schwinden mit dem Wasserhaushalt des Zementsteines zusammen. Relaxation ist die unter einer aufgezwungenen Verformung konstanter Größe zeitabhängige Abnahme der Spannungen (wichtig beim Spannbeton).

4.) Widerstandsfähigkeit - Widerstand gegen Frost und Tausalze

In den Kapillarporen des Betons gefrierendes Wasser bewirkt durch seine Ausdehnung Spannungen im Betongefüge, die je nach dessen Festigkeit elastisch aufgenommen werden. Der wirksamste Frostschutz ist ein geringes Porenvolumen im Zementstein, gute Verdichtung und die Verwendung von LP-Mitteln. Geprüft wird die Widerstandsfähigkeit an wassergesättigten Proben, die 100 Frost-Tau-Wechseln von –15°C auf +20°C ausgesetzt werden. Eine augenscheinliche Bewertung nach Rissen, sonstigen Veränderungen oder Kantenabwitterungen bewertet die Widerstandsfähigkeit. Bei Frost-Tausalz-Prüfungen kommt ein Zusatz von NaCl-Lösung beim gefrieren hinzu.

- Widerstand gegen hohe Temperaturen und Feuer Beton gehört zur Gruppe der nichtbrennbaren Baustoffe, bei höheren Temperaturen jedoch verändern sich jedoch seine technischen Eigenschaften, auch die des Stahlbetons. Die Druckfestigkeit, die sich nach bei zunehmender Erwärmung noch steigert, vermindert sich bei höheren Temperaturen und hat bei ca. 200°C bereits nur noch 80% der Kaltfestigkeit. Die Tragfähigkeit bewehrter Bauteile ist durch die relativ geringe Betondeckung der Stahleinlagen bei Hitzeeinwirkung durch Absinken der Streckgrenze des Stahl besonders gefährdet. Das Einwirken von Löschwasser auf freiliegende Bewehrung kann eine Versprödung oder Verfestigung des Stahl hervorrufen. Weiter ist die Wärmedehnung des Stahles ist bei erhöhter Temperatur größer als die des Betons, woraus Spannungen resultieren, die zu Betonabplatzungen führen.

- Widerstand gegen chemische Stoffe Beton kann durch längere Einwirkung von chemisch angreifenden Stoffen enthalten in Wasser und Boden zerstört werden. Je nach Art der angreifenden chemischen Verbindung wird nach dem Angriffsgrad (schwach, stark, sehr stark) oder nach der Wirkungsweise der Zerstörung (lösender oder treibender Angriff) unterschieden. Lösender Angriff → Einwirkung von Säuren, austauschfähige Salze, weiches Wasser

sowie organische Fette und Öle → es entstehen wasserlösliche Reaktionsprodukte, die zur Auflösung des Zementsteins von

der Oberfläche her führen


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treibender Angriff → hervorgerufen durch Sulfate → sich bildende Reaktionsprodukte benötigen infolge sich bildender Kristalle mehr Raum.

Es kommt zur Dehnung und schließlich zur Zerstörung des Betongefüges Auch hier hängt die Widerstandfähigkeit des Betons weitgehend von seiner Dichtigkeit ab und die Wassereindringtiefe darf bei schwachem Angriff 3 cm, bei starkem und sehr starkem Angriff 5 cm nicht überschreiten. Maßnahmen zum Schutz gegen chemische Angriffe können z.B. Kunststoffe oder bituminöse Überzüge sein. (siehe „Merkblatt für Schutzüberzüge auf Beton bei sehr starken Angriffen nach DIN 4030“)

Die Eigenschaften im Zusammenhang Schwer/leicht Dämmend/speichernd Gefügedicht/offenporig Tabelle 2.1.6, S.49 Betonatlas Mit der Veränderung der Inhaltsstoffe einer Betonmischung verändern sich seine Eigenschaften und auch sein Einsatzbereich.


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z.B. Schwerbeton mit Zuschlägen wie Baryt, Eisenerz oder Eisengranulat hat eine besonders hohe Rohdichte und kann zum Strahlenschutz eingesetzt werden. Normalbeton mit Zuschlägen wie Kies, Splitt und Schlacke wird mit seiner immer noch relativ hohen Rohdichte für übliche Konstruktionen mit Stahl- und Spannbeton eingesetzt, als Beton-Mauerstein wird er für Keller- und Trennwände verwendet. Leichtbeton hat aufgrund seiner „leichten“ Zuschläge eine deutlich niedrigere Rohdichte und hat daher eine geringe Eigenlast. Er wird so für Konstruktionen eingesetzt, bei denen Lasten minimiert werden müssen. Diese 3 Arten sind Betone mit geschlossenem Gefüge (A) und haben Rohdichten von >1,0 kg/dm³ Als dritte Art gibt es die Betone mit Zellstruktur. Sie enthalten Natursand und weisen ähnliche Eigenschaften auf wie Betone mit haufwerksporige Betone, sind also auch wärmedämmend und leicht. Betone mit haufwerksporigem Gefüge (B) haben eine geringere Rohdichte und aufgrund ihrer Zuschläge eine geringere Wärmeleitfähigkeit. Darunter zählen Leichtbeton-Mauerblöcke und Leichtmauermörtel, die so als Außenwände mit guter Wärmedämmung verwendet werden.


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Materialzusammensetzung Bestandteile → Wasser → Zement → Betonzuschlag → Betonzusatz Wasser Das Zugabewasser (Anmachwasser) darf nicht unzulässig große Mengen an Bestandteilen enthalten, die das Erhärten des Zements oder die Eigenschaften des Betons (Festigkeit, Dauerhaftigkeit, Raumbeständigkeit, Neigung zu Ausblühungen) ungünstig beeinflussen oder den Korrosionsschutz der Bewehrung beeinträchtigen. Trinkwasser und die meisten in der Natur vorkommenden Wässer sind als Zugabewasser für Beton geeignet, z.B. Grundwasser, Regenwasser, Flusswasser. Industrieabwässer oder Moorwässer sind hingegen zur Herstellung von Beton nicht geeignet. Meerwasser ist für unbewehrten Beton brauchbar, aber nicht für Stahlbeton und Spannbeton. Zur Untersuchung und Beurteilung des Wassers liegt ein Merkblatt des Deutschen Beton- und Bautechnikvereins e.V. vor. Zur Untersuchung von Abwässern wird die Richtlinie Alkalireaktion im Beton vom Deutschen Ausschuss für Stahlbeton herangezogen. Die Prüfungen sind an Ort und Stelle durchführbar und erlauben folgende Beurteilungen: Brauchbar Das Wasser ist aufgrund der eingehaltenen Grenzwerte als Zugabewasser für Beton, Stahlbeton und

Spannbeton geeignet; vor der erstmaligen Verwendung ist zur Absicherung der Ergebnisse der Schnellprüfverfahren eine chemische Analyse anzuraten.

Bedingt brauchbar Es wurden Stoffe, die z.B. des Erstarren oder Erhärten beeinflussen können, in einer Konzentration

gefunden, die nicht von vornherein als unschädlich angesehen werden kann. In diesem Fall ist eine betontechnologische Vergleichsprüfung durchzuführen.

Unbrauchbar Es wurden Stoffe, die den Korrosionsschutz der Bewehrung beeinträchtigen (Chloride) in einer unzulässig

hohen Konzentration gefunden. Das Wasser ist als Zugabewasser für Stahlbeton, Spannbeton und Einpressmörtel ungeeignet. Eine günstigere Beurteilung ist ggf. für Stahlbeton möglich, wenn die Chloridgehalte aller Betonausgangsstoffe berücksichtigt werden.

Für die Gesamtbeurteilung ist stets die ungünstigste Einzelbeurteilung maßgebend. Betontechnologische Vergleichsprüfung Die Prüfung muss mit dem für die Herstellung vorgesehenen Zement durchgeführt werden. Als Zugabewasser sind vergleichend das zu beurteilende Wasser und destilliertes oder deionisiertes Wasser zu verwenden. Geprüft wird (nach DIN EN 196): → das Erstarren → die Raumbeständigkeit → das Erhärten


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Zement Zement ist ein anorganisches, fein gemahlenes, hydraulisch wirkendes Bindemittel für Mörtel und Beton. Bei Zugabe von Wasser erhärtet der sich bildende Zementleim durch Hydratation zu wasser- und raumbeständigem Zementstein. Dies geschieht sowohl an der Luft als auch unter Wasser. Gegenüber anderen hydraulischen Bindemitteln (z.B. Kalken) zeichnen sich die Zemente durch eine wesentlich höhere Festigkeit aus. Neben den fünf Zementarten können Zemente aufgrund ihrer Normdruckfestigkeit nach 28 Tagen in drei Festigkeitsklassen eingeteilt werden: 32,5 / 42,5 / 52,5. Durch die unterschiedliche Abbindegeschwindigkeit bzw. Anfangsfestigkeit ist eine weitere Unterteilung der drei Klassen möglich: Zemente mit normaler Festigkeit nach zwei Tagen werden mit dem Zusatz «N» (= Normal), solche mit hoher Festigkeit nach zwei Tagen mit «R» (= Rapid) gekennzeichnet. Generell gilt: Je feiner der Zement gemahlen wird, desto schneller ist seine Festigkeitsentwicklung. Zementarten nach DIN EN 197-1 Portlandzement CEM I Portlandkompositzement CEM II Hochofenzement CEM III Puzzolanzement CEM IV Kompositzement CEM V Portlandzement Hauptbestandteil des Portlandzementes ist fein gemahlener Portlandzementklinker. Nebenbestandteile wie Gips oder einem anderen Calciumsulfat dienen der Verbesserung der Zementeigenschaften, z.B. der Regelung des Erstarrungsverhaltens.In Deutschland hat der Portlandzement einen Anteil von ca. 70% an der gesamten Zementproduktion. Portlandkompositzemente Bei den Portlandkompositzementen sind neben dem Portlandzementklinker mindestens noch zwei weitere Hauptbestandteile vorhanden. Die weiteren Hauptbestandteile sind in der Benennung durch die Angabe der Kennbuchstaben abzulesen. Die weiteren Hauptbestandteile sind: Hüttensand, Silikastaub, Puzzolan, Gebrannter Schiefer, Flugasche und Kalkstein. Je nach Zugabemenge der weiteren Hauptbestandteile werden die Portlandkompositzemente mit A (bis 20 M,-%) oder mit B (bis 35 M,-%) bezeichnet. Hütten- und Hochofenzemente Die Hütten- und Hochofenzemente enthalten außer Portlandzementklinker und Calciumsulfats den sogenannten Hüttensand. Dieser wird zusammen mit dem Klinker vermahlen. Die Bezeichnungen hängen von der Größe des Hüttensandanteils ab. Liegt dieser zwischen 6 and 35 M.-%, so spricht man von Portlandhüttenzement. Bei einem Anteil des Hüttensandes zwischen 36 and 95 M.-% wird er Hochofenzement genannt. In Deutschland ist der Hüttensandanteil auf 80 M.-% begrenzt. Die Hütten- und Hochofenzemente sind an der gesamten Zementerzeugung zu etwa einem Viertel beteiligt. Der Anteil des Portlandhüttenzementes beträgt etwa 10% und der des Hochofenzementes ca. 15 %. Alle übrigen Zemente zusammen machen nur etwas mehr als 5 % der Gesamtproduktion aus..

Puzzolanzemente Bei den Puzzolanzementen sind im Unterschied zum Portlandpuzzolanzement, bei dem entweder nur natürliches Puzzolan (wie in Deutschland) oder industrielles Puzzolan verwendet wird, mit Ausnahme von Hüttensand, Kalkstein and gebranntem Schiefer, alle puzzolanisch wirkenden Hauptbestandteile als puzzolanischer Anteil im Zement zugelassen. Dieser liegt zwischen 11 and 55 M.-%.


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Bei der Bezeichnung der Zemente sind die außer Portlandzementklinker vorhandenen weiteren Hauptbestandteile anzugeben. Kompositzemente Der Kompositzement ist dadurch gekennzeichnet, dass er neben einem Anteil von Portlandzementklinker zwischen 20 and 64 M.-% einen Hüttensandgehalt von 18 his 50 M.-% and natürliche und industrielle Puzzolane sowie kieselsäurereiche Flugaschen in Mengen zwischen 18 and 50 M.-% gemeinsam aufweisen kann. Entsprechend der Zugabemenge ihrer Hauptbestandteile werden diese 5 Hauptzementarten in 27 weitere unterteilt:


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Hauptbestandteile der Zemente Portlandzementklinker (K): ist ein hydraulischer Stoff, der im Wesentlichen aus Calciumsilicaten besteht. Port-

landzementklinker wird durch Mahlen und Brennen der Rohstoffe Kalkstein oder Kreide und Ton hergestellt. Der Name Portland stammt von der südenglischen Halbinsel Portland, auf der Kalkstein abgebaut wird, der farblich den mit ,,Portland-Cement" gefertigten Kunst-steinprodukten ähnelte.

Hüttensand (S): Beim Schmelzen von Eisenerz im Hochofen fällt Hochofenschlacke an. Sie besteht

vorwiegend aus Kalk, Kieselsäure and Tonerde. Die aus dem Hochofen abgezogene Schlackenschmelze wird mit Wasser abgeschreckt. Es entsteht ein überwiegend glasig erstarrter, latent hydraulischer Stoff. Fein vermahlen entwickelt Hüttensand bei entsprechender Anregung (z.B. durch das Calciumhydroxid aus dem Zementklinker) hydraulische Eigenschaften.

Puzzolane (P,Q): sind kieselsäurehaltige oder kieselsäure- und tonerdehaltige Stoffe aus natürlichen Vorkommen. Sie sind vulkanischen Ursprungs (z.B. Trass, Lava) oder werden aus Tonen, Schiefer oder Sedimentgesteinen gewonnen (Phonolith). Puzzolane haben kein eigenes Erhärtungsvermögen. Sie reagieren erst dann zu festigkeitsbildenden und wasserunlöslichen Verbindungen, wenn sie nach dem Anmachen mit Wasser mit Calciumhydroxid (aus dem Portlandzementklinker) in Berührung kommen. Der Name ,Puzzolan" ist von der süditalienischen, dem Vesuv nahen Stadt Pozzuoli abgeleitet. Puzzolane werden als natürliches Puzzolan (P) oder als natürliches getempertes (thermisch behandeltes) Puzzolan (Q) (z.B. Phonolith) für die Zementherstellung eingesetzt. Flugaschen (V W): sind kieselsäure- oder kalkreiche, staubartige Partikel, die aus Abscheideanlagen für Rauchgase von Feuerungen mit feingemahlener Kohle (z.B. Kohlekraftwerken) stammen. Flugaschen aus anderen Feuerungsverfahren dürfen zur Herstellung von Zementen nach DIN EN 197-1 nicht verwendet werden. Kieselsäurereiche Flugaschen (V) bestehen hauptsachlich aus kugelförmigen, glasigen Partikeln mit puzzolanischen Eigenschaften und stammen in der Regel aus steinkohlebefeuerten Kraftwerken. Kalkreiche Flugaschen (W) sind feinkörnige Staube mit hydraulischen und/oder puzzolanischen Eigenschaften. Sie stammen vorwiegend aus Braunkohle- Feuerungsanlagen. Gebrannter Schiefer (T): Gebrannter Schiefer, insbesondere gebrannter Ölschiefer, wird bei etwa 800° C aus natürlichen Schiefervorkommen hergestellt. Fein gemahlen hat gebrannter Schiefer ausgeprägt hydraulische, daneben aber auch puzzolanische Eigenschaften

Kalkstein (L, LL): Gemahlener Kalkstein kann die Korngrößenverteilung des Zements im feinen Bereich verbessern. Er ist als inerter Hauptbestandteil geeignet, wenn er entsprechend DIN EN 197-1 einen ausreichend hohen Gehalt an Calciumcarbonat sowie niedrige Ge halte an organischem Kohlenstoff (L 0,50 M.-%; LL : < 0,20 M.-%) and Ton aufweist.


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Silicastaub (D): besteht aus sehr feinen, kugeligen Partikeln mit einem hohen Gehalt (>_ 85 M.-%) an amor-phem (glasartig, ohne kristalline Struktur) Siliciumdioxid. Silicastaub entsteht als Filterstaub bei der Herstellung von Silicium oder Siliciumlegierungen. Ausgangsstoff hierfür ist Quarz, der zusammen mit Kohle in Elektroofen bei Temperaturen ab 2500 °C aufgeschmolzen wird.


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Zementherstellung Gewinnen and Aufbereiten der Rohstoffe Rohstoffe für die Herstellung von Portlandzementklinker sind Kalkstein/Kreide und Ton oder ihr natürliches Gemisch, der Kalksteinmergel. Die natürlichen Vorkommen enthalten Eisenoxid, das dem Zement und Beton die graue Farbe gibt. Kalk ist Hauptkomponente des Rohstoffgemischs. Der Ton kann auch durch ähnlich zusammengesetzte Stoffe, wie z.B. Flugasche und Sand ersetzt werden. Das Rohmaterial wird in Steinbrüchen vorwiegend durch Sprengen gewonnen und in Brecheranlagen zu Schotter zerkleinert. Weist das Gestein ein lockeres Gefüge auf, kann es auch ohne Sprengen durch den Einsatz von schweren Reißraupen abgetragen werden. Kreide wird durch Eimerketten- und Schürfkübelbagger unmittelbar von der Wand abgetragen. Entscheidend für die Güte and Gleichmäßigkeit des Zements ist eine gleichbleibende Zusammensetzung des Rohmaterials. Da alle Rohstoffe natürlichen Ursprungs sind, können in den Lagervorkommen Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung auftreten. Deshalb wird vielfach der Rohschotter vorhomogenisiert, d. h. innig und gleichmal3ig vermischt. Dazu können rechteckige oder kreisförmige Halden (so genannte ,.Mischbetten''') Schicht für Schicht aufgeschüttet werden. Diese Halden fassen ungefähr den Schottervorrat für eine Woche (bis 80 000 t). Anschließend werden sie quer zu den Schichten wieder abgetragen. Auf diese Weise lässt sich eine gute Durchmischung des Rohmaterials erreichen. Mahlen des Rohmaterials Vom „Mischbett" gelangt das Rohmaterial in die Mahltrocknungsanlage. Dort wird der Schotter durch die Abwärme des Brennofens getrocknet und anschließend gemahlen. Im Gebrauch sind entweder mit Stahlkugeln befüllte Rohrmühlen, die um ihre Längsachse rotieren oder Walzenmühlen mit umlaufenden Stahlwalzen oder auch feststehende Walzen, die das in der rotierenden Walzschüssel befindliche Gut zermahlen. Von dort wandert das fertige Rohmehl durch Luftförderung in die Homogenisierungsanlage. Solche Anlagen bestehen meistens aus hintereinander geschalteten Silos. Durch systematisches Befallen und Abziehen der Silos untereinander ist es möglich, bestehende Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung des Rohmehls weitgehend auszugleichen. Nur noch wenig verbreitet ist die Nassaufbereitung (Aufschlämmung). Sie kommt nur dort zur Anwendung, wo das Rohmaterial einen hohen


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Wassergehalt aufweist, wie z.B. bei der Kreide. Brennen des Rohmehls Während früher das Rohmehl unter Zugabe von Wasser zu Ziegeln geformt und in Ringöfen „klingend hart" - daher der Name Klinker - gebrannt wurde, finden heute hauptsachlich Drehöfen zur Herstellung von Zementklinker Verwendung; Drehöfen sind unter 3 bis 4 % geneigt liegende, feuerfest ausgemauerte Stahlrohren, die sich langsam mit 1,3 bis 2 Umdrehungen in der Minute drehen. Bevor das Rohmehl in den Ofen gelangt, durchläuft es Vorwärmeranlagen und wird durch die Abgase des Ofens auf 800 °C am Ofeneingang aufgeheizt. Dabei wird dem Kalk die Kohlensäure entzogen. Durch die Drehung des geneigt liegenden Rohrs bewegt sich das Mehl von der Aufgabestelle zur Flamme am unteren Ofenende. In diesem Bereich mit Brenngastemperaturen von etwa 2000 °C beginnt das Brenngut bei Temperaturen um 1450 °C zu sintern, d.h. teilweise zu schmelzen. Danach verlässt der Klinker - rundliche Partikel unter-schiedlicher Größe bis zu 3 cm Durchmesser - den Ofen. Ein nachgeschalteter Kühler kühlt ihn auf 100 bis 300 °C ab. Der Klinker wird vorwiegend in Silos oder in Hallen gelagert and noch einmal homogenisiert. Beim Brennen des Rohmehls zu Klinker entstehen neue chemische Verbindungen, die die hydraulische Erhärtung des Zements ermöglichen. Zementmahlung Damit aus dem Klinker ein reaktionsfähiges Produkt entsteht, wird er allein oder mit weiteren Hauptbestandteilen gemeinsam feingemahlen. Zur Regelung des Erstarrens wird dem Mahlgut Gipsstein oder ein Gips-Anhydrit-Gemisch zugesetzt. Bei der gemeinsamen Feinmahlung lassen sich die Korngrößenverteilungen der einzelnen Komponenten nicht getrennt beeinflussen. Für eine optimale Zementherstellung kann aufgrund der unterschiedlichen Mahlbarkeiten der Zementrohstoffe auch ein getrenntes Mahlen und anschließendes Mischen sinnvoll sein. Für das Mahlen des Zements dienen Kugelmühlen (Zertrümmerung der Zementrohstoffe durch MahIkugeln), Gutbett-Walzmühlen (Brechen des Mahlgutes durch zwei gegenseitig drehende Mahlwalzen) oder Vertikal Walzmühlen (Zerkleinerung des Mahlgutes durch Walzen auf einem drehenden Mahlteller) Lagern and Versenden des Zementes Zement ist hygroskopisch, d.h. er nimmt schnell Feuchtigkeit auf, auch aus der Luft. Um eine Erhärtung durch Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, muss Zement in Silos trocken gelagert werden. Vom Silo gelangt er zu den Packmaschinen (Sackzement) oder zur losen Verladung.

Umweltschutz und Gesundheit Bei der Zementherstellung können Sprengerschütterungen im Steinbruch, Luftverunreinigungen und Maschinenlärm auftreten. Zum Schutz der Umwelt treffen die Zementhersteller umfangreiche und kostenintensive Vorsorge. Erschütterungen durch Sprengungen lassen sich durch geeignete Sprengverfahren stark reduzieren. Lärmintensive Anlagenteile sind entweder in schallgedämmten Gebäuden untergebracht oder mit Schallschutzkapseln oder -wänden abgeschirmt. Staubhaltige Abluft, wie die Abgase aus Öfen und Trocknern, wird in Elektro- oder Stofffiltern gereinigt. Brennstoftbedingte CO2-Emissionen bei der Zementherstellung werden entsprechend einer Selbstverpflichtung der Zementindustrie künftig weiter reduziert. Eingriffe in die Natur an Abbauflächen und Steinbrüchen werden durch intensive Rekultivierung in land- und forstwirtschaftliche Nutzflächen oder in Freizeit- oder Naherholungsgebiete umgewandelt. Andere Flächen werden bewusst einer selbständigen Renaturierung überlassen, damit Lebensräume für Pflanzen und Tiere als naturschutzwürdige Biotope entstehen. Die Rohstoffe zur Herstellung von Zement enthalten in sehr geringen Mengen Chrom, das bei den aus Qualitätsgründen un-umgänglich oxidierenden Brennbedingungen zu Chromat im Portlandzementklinker umgewandelt wird. Chromat kann bei unsachgemäßer Verarbeitung des Zements zu chronischen Erkrankungen (Maurerekzem) führen. Aus diesem Grunde bieten die Zementhersteller chromatreduzierten Normzement als Sackware an. Dieser Zement tragt die Aufschrift ,,Chromatarm gemäß TRGS 613". Chromatarme Zemente werden derzeit durch die Zugabe von Eisen(II)sulfat hergestellt.


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Zuschlag Der Zuschlag ist ein Gemenge von ungebrochenen oder gebrochenen Körnern aus natürlichen oder industriell hergestellten mineralischen oder organischen Stoffen, der durch das Bindemittel Zement zum Beton verkittet wird. Er nimmt im Mittel etwa 70 % des Betonvolumens ein und bildet somit mengenmäßig den Hauptbestandteil des Betons. Wenn der Zuschlag nicht schon in geeigneter Form in der Natur vorliegt, wird er durch mechanische Prozesse, wie Zerkleinern, Sieben, Waschen etc. aufbereitet. Verschiedentlich wird er auch aus natürlichen Stoffen oder aus Neben- bzw. Abfallprodukten industrieller Prozesse künstlich hergestellt. Zuschlag für Mörtel unterscheidet sich vom Betonzuschlag nur durch das Größtkorn, welches beim Mörtelzuschlag auf 4mm begrenzt ist. Für den Betonzuschlag ist ein Größtkorn von 16mm bis 32mm gebräuchlich. Als Zuschlag sind alle Stoffe geeignet, die eine für den jeweiligen Verwendungszweck ausreichende Kornfestigkeit aufweisen, die Erhärtung des Zements nicht stören, einen ausreichenden Haftverbund mit dem Zementstein ergeben und die Beständigkeit nicht beeinträchtigen. Weitere Anforderungen werden hinsichtlich Kornrohdichte, Verschleißwiderstand oder Absorption energetischer Strahlen gestellt. Durch das Angleichen der bisherigen DIN 4226 an die europäische Norm wurde der Begriff Zuschlag durch das Wort Gesteinskörnung ersetzt.


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Herstellung Natürlich gekörnte Gesteinskörnung Natürlich gekörnte Gesteinskörnung wird aus Fluss- oder Gletschergeschieben durch Baggern gewonnen. Um das Material von schluffigen, lehmigen oder tonigen Beimengungen oder von organischen Verunreinigungen zu befreien, wird es in der Regel gewaschen. Danach wird es durch Sieben in Korngruppen aufgeteilt. Mineralogisch enthalten die natürlichen Gesteinskörnungen meist eine Vielfalt von Gesteinen. Bei der Gewinnung aus Flüssen wechseln die Zusammensetzung und die Korngröße vom Oberlauf zum Unterlauf oft beachtlich. Gebrochene Gesteinskörnung wird aus felsartigen Natursteinen durch Brechen and anschließendes Sieben gewonnen. Der Brechvorgang beeinflusst die Kornform. Durch mehrfaches Brechen verringert sich der Anteil der schlecht geformten Körner. Häufig verwendete Natursteine zur Herstellung von gebrochener Gesteinskörnung: Magmatische Herkunft Basalt, Basaltlava, Diabas, Diorit, Gabbro, Granit, Melaphyr, Porphyr, Porphyrit, Quarzporphyr,

Syenit Verkittete Sedimente Grauwacken, feste Kalksteine, Sandsteine (mit kiesliger oder und metamorphe Gesteine kalkiger, aber

nicht mit toniger Bindung), Quarzite, Gneise, harte Schiefer Die natürlich gekörnte Gesteinskörnung ist in der Regel eine normale Gesteinskörnung, während die gebrochene Gesteinskörnung je nach Ausgangsmaterial auch eine schwere Gesteinskörnung sein kann. Die Dichte der Gesteinskörnung ist eine wichtige Kenngröße bei der Ermittlung der Mischungsbestandteile des. Die Verwendung von schwerer Gesteinskörnung als Zuschlag fährt in der Regel zu Schwerbeton (p > 2600 kg/m3). Ungeeignet als Zuschlag für Beton sind Anhydrit- und Gipsgestein, Schwefelkies, Steinkohle and gebrannter Kalkstein. Diese Gesteine können zu einer Schädigung des Betons durch Treiben und zu Absprengungen führen. Zu vermeiden sind auch stark schiefrige, mergelige und sonst im Verwittern und der Zersetzung begriffene Gesteine wegen ihrer mechanisch unbefriedigenden Eigenschaften und ihrer oft mangelnden Frostbeständigkeit.

Industriell hergestellte Gesteinskörnung Hochofenschlacke fällt bei der Verhüttung von Eisenerzen im Hochofen an. Wird die flüssige Schlacke langsam abgekühlt, so erstarrt sie kristallin zu Stackschlacke, die anschließend gebrochen and abgesiebt wird. Die Hochofenstuckschlacke ähnelt in ihren Eigenschaften den natürlichen Gesteinen, besonders den ebenfalls aus einem Schmelzfluss entstandenen Erstarrungsgesteinen, wie z. B. Basalt. In ihrer äußeren Beschaffenheit ist eine dichte Stackschlacke von Basalt schwer zu unterscheiden. Die Rauhigkeit der Oberfläche verbessert die Haftung des Zementsteins. Gebrochene Hochofenstuckschlacke, die den Anforderungen von DIN 4226 entspricht, ist ein gut geeigneter Betonzuschlag und hochwertigen gebrochenen Natursteinen gleichwertig. Für Beton, der sehr hohen Temperaturen ausgesetzt wird, ist die Hochofenstückschlacke aufgrund ihrer niedrigen und gleichbleibenden Wärmedehnzahl sogar den meisten natürlichen Gesteinskörnungen überlegen. Metallhüttenschlacken entstehen beim Erschmelzen von Kupfer, Blei oder Chrom aus den entsprechenden Erzen und bei der Gewinnung von Zinkoxid. Die flüssige Schlacke wird durch geeignete Verfahren so langsam abgekühlt, dass sie zu kristalliner Stackschlacke erstarrt.


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Einteilungen Die Gesteinskörnung als Ausgangsstoff wird nach Herkunft, Stoffart, Kornrohdichte und Korngröße eingeteilt wird. Bezüglich der Herkunft unterscheidet man zwischen natürlichen, industriell hergestellten oder recycelten Gesteinskörnungen. Die Benennung nach dem Ort der Gewinnung geben Aufschluss über Entstehung, Zusammensetzung und Eigenschaften. Die Einteilung nach Korngröße erfolgt anhand von Korngruppen. Eine Korngruppe umfasst eine Gesteinskörnung, die durch eine obere und eine untere Siebgröße beschrieben wird. Das Verhältnis zwischen den Siebgrößen darf nicht kleiner als 1,4 sein. Einteilung nach Kornrohdichte normale Gesteinskörnung → Kornrohdichte zwischen 2,00 kg/dm³ und 3,00 kg/dm³ schwerer Gesteinskörnung → Kornrohdichte mehr als 3,00 kg/dm³ Leichter Gesteinskörnung → Kornrohdichte bis 2,00 kg/dm³ oder Schüttdichte bis 1,20

kg/dm³ Normale Gesteinskörnung Die normale Gesteinskörnung kann natürlichen Ursprungs oder industriell hergestellt sein. Die natürliche Gesteinskörnung stammt aus mineralischen Vorkommen, die ausschließlich einer mechanischen Aufbereitung unterzogen worden sind. Hierzu zählen die natürlich gekörnte Gesteinskörnung (Kies, Natursand) und die gebrochene Gesteinskörnung (Splitt, Brechsand). Die industriell hergestellte Gesteinskörnung ist mineralischen Ursprungs, die unter Einfluss eines thermischen oder sonstigen Prozesses entstanden ist. Zusätzlich kann eine mechanische Aufbereitung erfolgt sein. Schwere Gesteinskörnung Schwere Gesteinskörnung ist durch eine Kornrohdichte nicht unter 3,0 kg/dm3 gekennzeichnet. Es lassen sich damit Betone mit Trockenrohdichten von 2,8 bis zu etwa 4,5 kg/dm3 herstellen. Sie werden als Strahlenschutzbeton eingesetzt oder dort, wo es auf ein besonders hohes Gewicht des betreffenden Bauteils ankommt, wie z. B. bei Maschinenfundamenten, besonders im Grundwasser. Die Strahlenschutzwirkung hängt im wesentlichen von der Rohdichte und dem Wassergehalt ab. Bestimmte Elemente können allerdings die strahlenschwächende Wirkung beeinflussen. Als schwere Gesteinskörnung werden überwiegend folgende Stoffe verwendet:

• Baryt (Schwerspat) • Ilmenit (Titaneisenstein) • Magnetit (Magneteisenstein) • Hdmatit (Roteisenstein) • Schwermetallschlacken (Blei- oder Chromschlacken). Schwermetallschlacken enthalten sehr

häufg betonschädliche Bestandteile. • Ferrosilicium (im Hochofen erschmolzene Silicium-Eisen-Legierung) • Ferrophosphor (Mischung verschiedener Phosphide) Bei Verarbeitung von Ferrophosphor

können brennbare and explosive Gase entstehen. • Stahl (als Stahlgranulat mit überwiegend kugeliger Kornform oder als Stahlsand mit kugeliger oder kantiger Kornform. Möglich ist

auch geschretterter Stahlschrott.


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Leichte Gesteinskörnung Leichtbeton ist durch eine Rohdichte bis 2,0 kg/dm 3 definiert. Hier beginnt der Leichtbeton mit geschlossenem Gefüge, der mit gleicher Festigkeit wie Normalbeton herstellbar und in gleicher Weise als Leicht-, Stahlleicht- and Spannleichtbeton einsetzbar ist. Dem englischen Sprachgebrauch folgend wird er auch als Konstruktionsleichtbeton bezeichnet. Ihr primäres Merkmal ist nicht die Druckfestigkeit, sondern ein hohes Wärmedämmvermögen.

für Konstruktionsleichtbeton

Hierfür eignen sich nur solche leichten Gesteinskörnungen, die bei niedriger Kornrohdichte eine ausreichend hohe Festigkeit besitzen and die auch steif genug sind, um sich an der Lastübertragung in angemessener Weise zu beteiligen. Hierzu gehören vorrangig Blähton and Blähschiefer. Es werden auch gesinterte Flugasche and gesinterte Waschberge (Abfall bei der Kohleförderung) verwendet. Geschäumte Hochofenschlacke and natürliche Schaumlava sind zwar ausreichend fest, aber relativ schwer, so dass die Gewichtsersparnis gegenüber Normalbeton gering ist. Die offenporige Oberfläche erfordert zusätzliche betontechnologische Maßnahmen, z. B. einen höheren Mörtelanteil zur Sicherstellung einer ausreichenden Verarbeitbarkeit. Blähton

Blähton wird aus speziellen Tonen, wie z. B. Opalinuston, durch Brennen bis zur Sintertemperatur (1000 bis 1200 °C) meist im Drehrohrofen, seltener im Wirbelschachtofen oder auf dem Sinterband, hergestellt. Der Ton muss Stoffe enthalten, die bei hohen Temperaturen Gase entwickeln and dabei das Korn aufblähen. Andernfalls müssen ihm solche Stoffe zugemischt werden. Beim Brennen bildet sich um das Korn eine Sinterhaut, die dichter and fester ist als das porige Innere. Bedingt durch die Aufbereitung besitzt Blähton meist eine kugelige Kornform.

Da es bei den üblichen Herstellungsverfahren nur mit großem Aufwand möglich ist, sandfeine Körner vorzuformen, wird der Blähtonsand in der Regel durch Brechen gröberen Korns gewonnen. Das gebrochene Feinkorn hat eine offenporige Oberflache and eine meist gedrungene, aber nicht gerundete Kornform. Es ist deshalb für die Verarbeitbarkeit nicht so günstig wie natürlich gerundeter Sand. Mit den leichtesten Blähtonsorten lassen sich gefügedichte Leichtbetone mit Beton-Trockenrohdichten bis herunter zu 1,0 kg/dm3 and Druckfestigkeiten zwischen 10 and 20 N/mm2 herstellen. Mit hochfestem Blähton ist die Beton-Festigkeitsklasse LC 40/44 ohne weiteres und unter werkmäßigen Bedingungen auch die Festigkeitsklassen bis LC 80/85 erreichbar. Hierzu gehören Beton-Trockenrohdichten von 1,6 bis 1,9 kg/dm3.

Blähschiefer

Blähschiefer ist eine dem Blähton nahe verwandte industriell hergestellte Gesteinskörnung. Die Ausgangsstoffe gehen fließend ineinander über vom Ton über Schieferton und Tonschiefer zu Schiefer. Das Ausgangsmaterial wird gebrochen and dann, nach Korngruppen getrennt, wie bei der Blähtonherstellung durch Brennen gebläht. Dabei entsteht eine gedrungene Kornform, wobei die Kanten und Ecken durch die Bewegung im Drehrohrofen abgerundet werden. Die ursprüngliche Schichtung ist meist noch gut zu erkennen. Wie beim Blähton ist auch das Blähschieferkorn von einer festeren Schale umgeben. Diese Schale ist beim

Blähschiefer in der Regel wesentlich dichter als beim Blähton. Seine Wasseraufnahme verläuft deshalb langsamer, was betontechnologisch von Vorteil ist. Es lassen sich damit gefügedichte Leichtbetone mit Beton-Trockenrohdichten bis herunter zu 1,2 kg/dm3 and der Festigkeitsklasse LC 8/9 and bei Betonrohdichten von ca. 2,0 kg/dm3 Festigkeiten bis zur Festigkeitsklasse LC 60/66 herstellen.


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für wärmedämmende Leichtbetone Leichtbeton hat den Vorteil, dass er gleichzeitig sowohl tragende als auch wärmedämmende Funktion erfüllen kann. Durch die in letzter Zeit in mehreren Stufen gesteigerten Anforderungen an den Wärmeschutz bei Gebäuden wird bei einer Konstruktion die wärmedämmende Funktion zunehmend hochwirksamen wärmedämmenden Materialien zugewiesen (z. B. Mineralwolle). Es gibt jedoch weiterhin Bauaufgaben, bei denen die wärmedämmende Eigenschaft des Leichtbetons in Kombination mit seinem Tragvermögen Vorteile gegenüber einer mehrschichtigen Bauweise bringt. Für diese Fälle besteht der Zuschlag des Betons aus sehr leichter Gesteinskörnung natürlichen oder künstlichen Ursprungs oder aus Kunststoff. Bims

Bims ist ein sehr porenreiches, glasiges (amorphes) vulkanisches Lockermaterial mit geringer Kornrohdichte. Er wird in Deutschland im Neuwieder Becken im Tagebau gewonnen, aber auch aus Italien, der Türkei und Griechenland eingeführt. Bims steht bis zu einem Größtkorn von 32 mm zur Verfügung. Er wird meist auf eine Korngröße von 8 h is 12 mm heruntergebrochen. Schwerere Bestandteile werden durch eine Sinkscheide ausgeschieden. Der durch die Sinkscheide gegangene Bims wird auch als ,,Waschbims" oder,,Edelbims" bezeichnet.

Bims wird überwiegend für die Herstellung von haufwerksporigem Leichtbeton verwendet. Das wichtigste Anwendungsgebiet sind Mauersteine (z. B. Bimsbeton-Hohlblocksteine). Perlit and Vermiculit

Zur Verwendung als Zuschlag wird Perlit gebrochen und auf 1000 bis 1200 °C erhitzt. Dabei bläht der entstehende Wasserdampf den sinternden Rohstoff auf das 10- bis 20fache seines ursprünglichen Volumens auf. Ihre Form ist gedrungen and kubisch bis rundlich. Die Farbe ist weiß bis hellgrau. Die Poren sind sehr fein and zum größten Teil in sich geschlossen. Vermiculit ist geblähter Glimmer. Die Vermiculitkörner schimmern golden bis silbrig. Kornrohdichte und Kornfestigkeit sind ähnlich niedrig wie bei Perlit. Perlit and Vermiculit werden ausschließlich für reine Dämmbetone, -mörtel oder -schüttungen verwendet.

Kunststoffschaumkugeln

Treibmittelhaltiges Polystyrolgranulat wird einer thermischen Behandlung ausgesetzt and bläht dabei bis zum etwa 50fachen seines Ausgangsvolumens auf. Es entstehen weiße Schaumstoffkugeln von 1 his 6 mm Durchmesser mit glatter Außenhaut und feinporigem Inneren. Am bekanntesten ist das expandierte Polystyrol (EPS) unter dem Namen STYROPOR® welches auch zum ersten Mal zur Herstellung sehr leichter, wärmedämmender Betone eingesetzt wurde. Sie nehmen beim Kontakt mit flüssigem Wasser praktisch kein Wasser auf, können jedoch durch Diffusion einen hohen Wassergehalt erreichen. Ihre Festigkeit und Steifigkeit sind vernachlässigbar klein.

Blähglas

In neuester Zeit wird Glasbruch auch zu Blähglas verarbeitet. Die Kornform ist überwiegend gedrungen bis rund. Bezogen auf die Kornrohdichten anderer leichter Gesteinskörnungen für wärmedämmenden Leichtbeton ist die Kornfestigkeit vergleichsweise hoch. Das ist auch der Grund, warum Beton mit diesem Material als Zuschlag Festigkeiten erreicht, die, auf die Betonrohdichte bezogen, relativ hoch liegen.


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Recycelte Gesteinskörnung Es hat sich gezeigt, dass sowohl aufbereiteter Altbeton als auch aufbereitete mineralische Massen, die aus Abbrüchen von Hochbauten stammen, als Zuschlag zur Herstellung von Beton nach DIN 1045-2/ DIN EN 206-1 geeignet sind. Bereits beim Abbruch erfolgt eine Materialtrennung, wobei schadstoffbelastete Materialien (z.B. mit organischen Substanzen kontaminierter Beton) und Störstoffe (z.B. Gips) ausgeschieden werden. Die Aufbereitung erfolgt durch mehrmaliges Brechen und Sieben, wobei der Materialstrom meist einen Waschprozess durchläuft. Dabei werden auch fein verteilte Schad- and Störstoffe entfernt. Die auf diese Weise erhaltene recycelte Gesteinskörnung erfüllt die Anforderungen, die auch an natürliche und industriell hergestellte Gesteinskörnung gestellt werden.

Eigenschaften Bei der Betonherstellung ist zu beachten, dass sich infolge der rauen Oberfläche der gebrochenen Körner und der deswegen erhöhten Wasseraufnahme der Wasseranspruch des Frischbetons erhöht. Da es sich bei der recycelten Gesteinskörnung um gebrochenes Material handelt, erfordert diese für die Verarbeitbarkeit eine etwas höhere Mörtelmenge, als das bei einem Beton mit einem Zuschlag aus natürlichen gekörntem Material der Fall ist. Die Festigkeit des Ausgangsbeton, aus dem die recycelte Gesteinskörnung hergestellt worden ist, hat keinen Einfluss auf die Festigkeit des mit der recycelten Gesteinskörnung hergestellten Betons. Durch den Brechprozess bei der Aufbereitung findet eine Auslese statt. Je fester der Ausgangsbeton, um so größer ist die Ausbeute an groben Körnern. Bei geringer festem Ausgangsmaterial wird die bei der Aufbereitung anfallende Sandmenge größer. Bei der Verwendung von recycelter Gesteinskörnung zur Herstellung von Beton sind grundsätzlich zwei Fälle zu unterscheiden: Fall 1: Begrenzung der Anteile der recycelten Gesteinskörnung an dem gesamten Zuschlag

des Beton. Damit wird erreicht, dass sich die Eigenschaften des Beton nur in den Grenzen verändern, die auch bei Beton mit Zuschlag aus normaler Gesteinskörnung auftreten. Die Bemessung kann in gleicher Weise wie bei Beton mit Zuschlag aus normaler Gesteinskörnung erfolgen.

Fall 2: Der gesamte Zuschlag im Beton besteht aus recycelter Gesteinskörnung. Dann erfolgt die Bemessung wie bei

Leichtbeton. In diesem Fall kann auch die geringere Rohdichte des Betons bei der Ermittlung der Kräfte aus Eigengewicht berücksichtigt werden.


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Betonzusatzmittel Betonzusatzmittel sind Stoffe, die dem Beton in feinverteilter Form in geringen Mengen zugesetzt werden, um durch chemische oder physikalische Wirkung bestimmte Eigenschaften des Frischbetons oder des erhärteten Betons zu beeinflussen. Da sie nur in geringen Mengen eingesetzt werden, spielen sie stoffraummäßig keine Rolle. Größere Mengen durch Zugabe bestimmter Zusatzmittel (besonders Luftporenbildner) entstandener Luftporen sind jedoch bei der Stoffraumrechnung zu berücksichtigen. Betonzusatzmittel können flüssig, pulverförmig, als Suspension oder als Granulat geliefert werden. Einpresshilfen sind nur pulverförmig. Nach den Prüfrichtlinien werden 11 Wirkungsgruppen unterschieden: Betonverflüssiger (BV) und Fließmittel (FM) Betonverflüssiger (BV) and Fließmittel (FM) haben eine plastifizierende bzw. verflüssigende Wirkung. Sie verbessern die Verarbeitbarkeit des Betons und vermindern den Wasseranspruch. Im Unterschied zu den Betonverflüssigern dienen Fließmittel der Herstellung von Beton mit fließfähiger Konsistenz. Zur Herstellung von selbstverdichtendem Beton benötigt man hochwirksame Fließmittel der neuen Generation. Ligninsulfonate Betonverflüssiger und Fließmittel auf der Basis von Ligninsulfonat sind für frühhochfesten Beton (z.B. in Fertigteilwerken, frühhochfesten Straßen-Fließbeton) nicht geeignet, weil dort eine Verzögerung unerwünscht ist. Das mit Entschäumeradditiv versehene Zusatzmittel behindert auch die Bildung von Mikroluftporen, die für Beton mit hohem Frost- und Taumittelwiderstand erforderlich sind. Solche Verflüssiger eignen sich aber für Transportbeton and überall dort, wo die verzögernde Wirkung nicht stört oder sogar erwünscht ist. Naphthalinsulfonsäurekondensate Betonverflüssiger mit diesem Grundstoff sind für Fertigteilwerke und, in Kombination mit Melaminharz, auch für frühhochfesten Straßen-Fließbeton sowie stets dann geeignet, wenn kurze Ausschalfristen angestrebt werden. Auch hohe Dosierungen sind möglich, ohne dass einer Verzögerung entgegengewirkt werden muss.


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Melaminharze Infolge der Klebewirkung werden durch LP-Mittel erzeugte Luftporen gut im Beton gehalten, so dass sich Straßen-Fließbetone mit 4 bis 5 % Mikroluftporen und hohem Frost- und Tausalzwiderstand zielsicher herstellen lassen. Um auch bei niedrigerer Dosierung eine ausreichende Verflüssigung zu erzielen, werden Melaminharze häufig mit Naphthalin-sulfonsäurekondensaten gemischt.

Polycarboxylatether Die Polycarboxylatether eignen sich besonders gut für die Herstellung von selbstverdichtendem Beton. Der Vorteil liegt darin, dass ihre statische Wirkung über einen längeren Zeitraum unbeeinflusst von der Anfangsreaktionen im Zementleim ist. Von Nachteil kann die verzögernde Wirkung sein.

Verflüssiger und Fließmittel können für folgende Zwecke genutzt werden:

a) Herstellung von Beton mit weicherer Konsistenz Da die Betonzusammensetzung, abgesehen von der geringen Zugabemenge des Zusatzmittels, nicht verändert wird, entsprechen die Festbetoneigenschaften des verflüssigten Betons bzw. des Fließbetons weitgehend denen des Ausgangsbetons mit gleichem Wassergehalt and gleichem Wasserzementwert.

b) Herstellung von Beton mit vermindertem Zementgehalt

Durch Zugabe eines Verflüssigers oder eines Fließmittels wird der Wasseranspruch deutlich gesenkt. Unter Beibehaltung der Konsistenz des Ausgangsbetons und des Wasserzementwerts kann deshalb der Zementgehalt entsprechend vermindert werden. Die wassereinsparende Wirkung ist abhängig von Art and Menge des betreffenden Zusatzmittels, von der Betonzusammensetzung und vom verwendeten Zement.

c) Herstellung von selbstverdichtendem Beton

Während die herkömmlichen Fließmittel und Verflüssiger in der Regel bei Betonen angewendet werden, die nach den bekannten betontechnologischen Grundsätzen zusammengesetzt sind, wird die hohe verflüssigende Wirkung der Polycarboxylatether benötigt, um den wesentlich höheren Wasseranspruch der selbstverdichtenden Betone durch ihren erhöhten Mehlkorngehalt gegeben ist, ohne Erhöhung der Zugabewassermenge beherrschen zu können.

d) Herstellung von Beton mit niedrigem Wasserzementwert Mit Hilfe von Verflüssigern oder Fließmitteln können Betone mit sehr niedrigem Wasserzementwert, im Extremfall bis herunter zu etwa 0,30, noch einwandfrei verarbeitet werden. Dies ermöglicht die Herstellung von Beton höchster Festigkeit (Hochleistungsbeton). Auch andere Eigenschaften, für die ein niedriger Wasserzementwert günstig ist, können hierdurch verbessert werden.


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Luftporenbildner (LP) Luftporenbildner sollen während des Mischens kleine, fein verteilte, kugelförmige, geschlossene Luftporen in den Zementleim bzw. Feinmörtel einführen, meist mit dem Ziel, den Frost- und Taumittelwiderstand des erhärteten Betons zu erhöhen und daneben auch die Verarbeitbarkeit des Frischbetons zu verbessern.

Dichtungsmittel (DM) Betondichtungsmittel sollen die Wasseraufnahme des Betons durch kapillare Saugwirkung oder das Eindringen von Druckwasser in den Beton vermindern. Dabei kann man drei Wirkungsweisen unterscheiden: • Dichtwirkung durch Wassereinsparung • Dichtwirkung durch Hydrophobierung • Dichtwirkung durch Porenfüllung Dichtungsmittel, deren Wirkung vorwiegend auf einer Verminderung des Wassergehalts des Frischbetons beruht, erniedrigen den Wasserzementwert and damit den Gehalt an Kapillarporen im Zementstein. Hierdurch wird sich, wie auch bei Betonverflüssigern, eine mehr oder weniger stark verminderte Wasseraufnahme einstellen, sofern die Zugabe des Dichtungsmittels keine starke Luftporenbildung zur Folge hat. Bei hydrophobierend wirkenden Dichtungsmitteln soll das wassersaugende Kapillarporensystem des Zementsteins wasserabstoßend ausgekleidet, bei porenfüllenden Dichtungsmitteln, die begrenzt quellfähige Substanzen enthalten, verengt bzw. verstopft werden.

Verzögerer (VZ) Aus arbeitstechnischen Gründen kann es zweckmäßig oder erforderlich sein, den Zeitraum, in dem der Beton mit den vorgesehenen Geräten einwandfrei verdichtbar ist, auf mehrere Stunden zu verlängern. Man nennt den Zeitraum, während dessen der Beton verar-beitbar ist, die Verarbeitbarkeitszeit. Durch Zugabe von Verzögerern wird das Erstarren des Zements verzögert. Die Verzögerungszeit ist der Zeitraum, um den die Verarbeitbarkeitszeit durch die Anwendung des Verzögerers verlängert wird. Beschleuniger (BE) Beschleuniger sollen entweder das Erstarren des Zements oder die Entwicklung der Festigkeit deutlich beschleunigen. Demzufolge unterscheidet man Erstarrungsbeschleuniger und Erhärtungsbeschleuniger. Sie werden verschiedentlich bei tiefen Temperaturen oder zur schnellen Wiedergewinnung der Schalung in Beton- and Fertigteilwerken benutzt sowie für Sonderanwendungen (z.B. Spritzbeton) und Ausbesserungsarbeiten.

Einpresshilfen (EH) Einpresshilfen sollen den Wasseranspruch vermindern und das Fließvermögen des Einpressmörtels verbessern. Sie sollen der Sedimentation des Zements entgegenwirken, den frischen Einpressmörtel geringfügig auftreiben und die Frostbeständigkeit des Einpressmörtels auch in jungem Alter sicherstellen. Einpresshilfen enthalten eine treibende Komponente (meist Aluminiumpulver), eine verflüssigende Komponente und eine leicht verzögernde Komponente zur Verlängerung der Verarbeitbarkeitszeit. Durch die Zugabe von Silikastaub wird die elastische Leitfähigkeit des Einpressmörtels beträchtlich reduziert. Das führt zu einer wesentlichen Verbesserung seiner korrosionsschützenden Wirkung. Dichtungsmittel (DM) Dichtungsmittel verhindern die kapillare Wasseraufnahme. Die Betonzusammensetzung, -verarbeitung und Nachbehandlung haben


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jedoch einen größeren Einfluss auf die Wasserundurchlässigkeit als ein Dichtungsmittel. Betone mit hohem Wassereindringwiderstand sind auch ohne Dichtungsmittel sicher herstellbar. Stabilisierer (ST) Stabilisierer sollen den Frischbeton so stabilisieren, dass er ein homogenes Gefüge behält und sich nicht entmischt. Dazu gehört, dass der Beton auch bei sehr weicher Konsistenz nicht übermäßig stark sedimentiert und Wasser absondert (blutet) und dass die Zuschlagkörner nicht aufschwimmen oder sich unten absetzen. Stabilisierer können ein vorübergehendes Ansteifen des Frischbetons bewirken. Bei zu hoher Dosierung tritt ein Kleben ein, das die Verarbeitung behindern kann. Die Erhärtung des Zements und der Korrosionsschutz der Bewehrung werden nicht beeinflusst. Chromatreduzierer Chromat ist in geringer Konzentration im Zement vorhanden. Bei Hautkontakt mit Frischbeton oder Frischmörtel kann dieser Chromatanteil allergische Hautkrankheiten hervorrufen. Der Chromatreduzierer hat die Aufgabe den Chromat-Gehalt des Zements zu reduzieren, so dass er als chromatarm bewertet werden kann. Recyclinghilfe Recyclinghilfen dienen der Erleichterung der Reinigung in Mischtrommeln von Transportfahrzeugen und Betonmischern in Werken. Mit der Hilfe kann die Wiederverwendung von Restbeton nach einer Liegezeit bis zu 72 Stunden ermöglicht werden.< Schaumbildner (SB) Schaumbildner dienen zur Einbringung hoher Luftporengehalte in Zementsteine. Hierdurch ist es möglich, die Rohdichte des Betons zu senken und damit die Wärmeleitfähigkeit zu vermindern. Diese Stoffe können hauptsächlich bei Zementleim, Mörtel, Putzen oder Leichtbetonen mit Zuschlag aus leichter Gesteinskörnung angewendet werden. Durch dieses Mittel erzeugte Poren sind allgemein gröber als die durch Luftporenbildner.


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Betonzusatzstoffe Zusatzstoffe sind fein aufgeteilte Stoffe, die dem Beton zugegeben werden, um einzelne Eigenschaften (Verarbeitbarkeit des Frischbetons u. Dichtigkeit des Festbetons) zu beeinflussen. Im Gegensatz zu den Zusatzmitteln ist die Zugabemenge im Allgemeinen so groß, dass sie bei der Stoffraumrechnung zu berücksichtigen. Die Zusatzstoffe dürfen das Erhärten des Zementes sowie die Festigkeit und Dauerhaftigkeit des Betons nicht beeinträchtigen und den Korrosionsschutz der Bewehrung nicht gefährden. Deshalb dürfen nur Betonzusatzstoffe verwendet werden, die eine allgemeine bauaufsichtliche oder europäische technische Zulassung besitzen. Einteilung - inaktive Zusatzstoffe - puzzolanische Zusatzstoffe - latent hydraulische Zusatzstoffe - faserartige Zusatzstoffe - organische Zusatzstoffe Einteilung nach DIN EN 206-1/DIN 1045-2 Typ 1: nahezu inaktive Zusatzstoffe Typ 2: puzzolanische oder latent hydraulische Zusatzstoffe Inaktive Zusatzstoffe Inaktive Zusatzstoffe, wie Quarz- und Kalksteinmehl oder Pigmente, reagieren nicht mit Zement und Wasser. Sie dienen aufgrund ihrer Korngröße, -zusammensetzung und –form der Verbesserung des Kornaufbaus. Sie werden zugesetzt, um beispielsweise bei Betonen mit feinteilarmen Sanden einen für die Verarbeitbarkeit und ein geschlosseneres Gefüge ausreichenden Mehlkorngehalt zu erzielen. Puzzolanische Zusatzstoffe Puzzolanische Zusatzstoffe lassen sich in natürliche Puzzolane, wie Trass and künstliche Puzzolane, wie Flugasche oder Silicastaub, einteilen. Sie reagieren mit dem bei der Hydratatio des Zementsteins entstehenden Calziurnhydroxyd and bilden d bei unlösliche, zementsteinähnliche Erhärtungsprodukte. Solche Stoffe tragen zur Erhärtung bei und dienen aufgrund ihrer Korngröße, -zusammensetzung und -form der Verbesserung des Kornaufbaus im Mehlkornbereich. Latent hydraulische Stoffe Latent hydraulische Stoffe, wie z.B. Hüttensand, reagieren nicht mit Calziumhydroxyd. Sie benötigen dieses oder Gips jedoch als Anreger, um selbst hydraulische Eigenschaften zu entwickeln. Faserartige Stoffe Faserartige Stoffe kommen insbesondere als Stahlfasern, aber auch als Glasfasern oder Kunststofffasem zum Einsatz. Sie können die Frisch- and Festbetoneigenschaften (Festigkeit, Dichtigkeit, Arbeitsvermogen) verbessern. Organische Zusatzstoffe Organische Zusatzstoffe (Kunstharzdispersionen) reagieren nicht mit den Zementbestandteilen, sondern entwickeln selbst eine Haftkraft. Sie werden hauptsachlich zu Reparaturzwecken eingesetzt und sollen die Verarbeitbarkeit, Haftung, Zugfestigkeit and Dichtigkeit verbessern.


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Genormte, mineralische Betonzusatzstoffe Gesteinsmehl Feingemahlene, natürliche Gesteinsmehle, aus den üblicherweise auch als Betonzuschlag verwendeten Gesteinen, wie Quarz oder Kalksteinmehl, zählen zu den nahezu inaktiven Stoffen.

Pigmente Pigmente werden zum Einfärben des Betons verwendet. Sie dürfen nur eingesetzt werden, wenn der Nachweis der ordnungsge-mäßen Überwachung der Herstellung and Verarbeitung des Betons erbracht ist. Pigmente sind i. d. R. nahezu inaktiv.

Trass Trass ist ein fein gemahlener Tuffstein mit puzzolanischen Eigenschaften. Er wird vornehmlich im Wasserbau und bei Massenbeton eingesetzt.

Flugasche Flugasche ist ein feinkörniger, mineralischer Zusatzstoff mit puzzolanischen Eigenschaften, der aus nicht brennbaren Bestandteilen von Kohle entsteht and als Verbrennungsrückstand aus Elektrofiltern in Kohlekraftwerken abgezogen wird. Seine Eigenschaften hängen von der Art and der Herkunft der Kohle and den Verbrennungsbedingungen ab. Der puzzolanische Beitrag zur Erhärtung ist meist von untergeordneter Bedeutung, während vornehmlich der „Füllereffekt" die positiven Eigenschaften bewirkt. Die Anwendung kann dort zweckmäßig sein, wo neben höherem Mehlkorngehalt im Beton der Wasseranspruch verringert, die Verarbeitbarkeit verbessert, die Entmischung verringert, die Wärmeentwicklung herabgesetzt, die Wasserundurchlassigkeit erhöht und der Sulfatwiderstand ggf. verbessert werden soll. Bei der Verwendung für Sichtbeton können besondere Anforderungen an die Flugasche sinnvoll sein. Mineralische Betonzusatzstoffe mit bauaufsichtlicher Zulassung Silicastaub (SF) Silicastaub ist ein extrem feinkörniger, mineralischer Zusatzstoff, der beim Herstellen von Silicium und Silicium-Legierungen entsteht und pulverförmig oder in wässriger Suspension geliefert wird. Er besitzt ausgeprägte puzzolanische Eigenschaften. Der hohe Wasseranspruch macht die Verwendung eines Verflüssigers oder Fließmittels unumgänglich. Bei der Verwendung von Silicastaub können sehr hohe Betondruckfestigkeiten von über 100 N/mm² und eine Verbesserung der Dichtigkeit erzielt werden. Ebenso führt der Einsatz von Silicastaub zu einer Verbesserung des Frost-, Frost- and Tausalzwiderstandes sowie des Widerstandes gegen chemischen Angriff, gegen Eindringen von Chloriden and gegen schädigende Alkali-Reaktion. Die Verwendung von Silicastaub erfordert eine zuverlässige Qualitätssicherung und besondere Maßnahmen bei der Nachbe-handlung. Bei der Verwendung von Silicasuspension für hochfesten Beton ist deren Wasseranteil dem Wassergehalt des Betons zuzurechnen. Getempertes Gesteinsmehl (GG) Getempertes Gesteinsmehl ist ein feinkörniger, mineralischer Zusatzstoff mit puzzolanischen Eigenschaften, der durch Tempern von natürlichem Gestein mit anschließender Vermahlung entsteht. Die Anwendungsmöglichkeiten sind ähnlich denen des Gesteinsmehls. Da Betonzusatzstoffe auch ungünstige Nebenwirkungen haben können, sind bei solchen Stoffen, die nicht mineralischen Ursprungs sind oder bei solchen, die in den Erhärtungsvorgang eingreifen (Puzzolane), stets Erstprüfungen durchzuführen.


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Klassifizierungen nach der Trockenrohdichte Kurzzeichen n.ENV 206 Rohdichte Zuschläge

Leichtbeton LC (Light Concrete) ≤ 2,0 kg/dm³ Blähschiefer, Blähton, Hüttenbims, Naturbims

Normalbeton C (Concrete) > 2,0 …2,8 kg/dm³ Sand, Kies, Split,

Hochofenschlacke

Schwerbeton HC (Heavy Concete) > 2,8 kg/dm³ Schwerspat, Eisenerz,

Stahlschrott Gewöhnlich wird Normalbeton als Beton bezeichnet, solange keine Verwechslungsmöglichkeit mit Leicht- oder Schwerbetonen besteht. nach dem Erhärtungszustand Frischbeton → Beton ist noch verarbeitbar Grüner Beton → Fertig eingebauter Frischbeton, der noch nicht erhärtet ist Junger Beton → Beton (einige Stunden bis einige Tage alt) ist erhärtet und nicht mehr

verarbeitbar Festbeton → Beton ist erhärtet nach dem Ort der Herstellung Baustellenbeton → Bestandteile werden auf der Baustelle abgemessen und gemischt Transportbeton → werkgemischt: Bestandteile im Werk abgemessen und gemischt → fahrzeuggemischt: Bestandteile im Werk abgemesseun und im Fahrzeug gemischt nach dem Ort des Einbringens Ortbeton → Der Beton wird vor Ort eingebracht und erhärtet dort Betonfertigteile, → Der Beton wird in einem Werk gefertigt und erhärtet, -waren, -werkstein anschließend wird er eingebaut


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nach Umweltklassen

Umweltklassen Beispiele für Umweltbedingungen 1 trockenen Umgebung Innenräume von Wohn- und Bürogebäuden 2 feuchte Umgebung a ohne Frost Innenräume mit hoher Feuchte

Außenbauteile Bauteile in nichtangreifendem Boden/Wasser

b mit Frost Außenbauteile Bauteile in nichtangreifendem Boden/Wasser Innenbauteile mit hoher Luftfeuchte, die Frost ausgesetzt sind

3 Feuchte Umgebung mit Frost und Taumitteleinwirkung

Außenbauteile, die Frost und Taumitteln ausgesetzt sind

4 Meerwasserumgebung a ohne Frost Bauteile im Spritzwasserbereich Bauteile, die ganz oder teilweise in Meerwasser eigetaucht sind Bauteile in salzgesättigter Luft

b mit Frost Bauteile im Spritzwasserbereich Bauteile, die ganz oder teilweise in Meerwasser eigetaucht sind Bauteile in salzgesättigter Luft

5 Chemisch angreifender Umgebung

a schwach chemisch angreifende Umgebung aggressive industrielle Atmosphäre

b mäßig chemisch angreifende Umgebung c stark chemisch angreifende Umgebung nach der Festlegung der Betonzusammenstellung Entwurfsmischung → der Bauausführende legt die erforderlichen Eigenschaften des Frisch- und Festbetons fest → der Betonhersteller ist verantwortlich, dass die festgelegten

Eigenschaften erfüllt werden Vorgeschriebene Mischung → Der Bauausführende legt die Ausgangsstoffe und

Zusammensetzung des Betons fest und ist somit verantwortlich für die Eigenschaften des Betons → Der Betonhersteller ist verantwortlich, dass die Mischung den Angaben entspricht


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nach der festgestellen Druckfestigkeit

Betonfestigkeitsklassen nach DIN 1045

Betonfestigkeitsklassen nach DIN V ENV 206

Beton-gruppe

Festigkeits- klasse

Nenn- festigkeit

βwn

Serien- festigkeit

βws

Festigkeits-klasse

NennfestigkeitZylinder

Nennfestigkeit Würfel

Beton B I B 5 B 10

5 N/mm² 10 N/mm²

8 N/mm² 15 N/mm²

C 8/10

8 N/mm²

10 N/mm²

B 15

B 25

15 N/mm²

25 N/mm²

20 N/mm²

30 N/mm²

C12/15 C16/20 C20/25 C25/30

12 N/mm² 16 N/mm² 20 N/mm² 25 N/mm²

Beton B II B 35

B 45

B 55

35 N/mm²

45 N/mm²

55 N/mm²

40 N/mm²

50 N/mm²

60 N/mm²

C30/37 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60 C55/67

30 N/mm² 35 N/mm² 40 N/mm² 45 N/mm² 50 N/mm² 55 N/mm²

15 N/mm² 20 N/mm² 25 N/mm² 30 N/mm² 37 N/mm² 45 N/mm² 50 N/mm² 55 N/mm² 60 N/mm² 67 N/mm²

C60/75 C70/85 C80/95 C90/105 C100/115

60 N/mm² 70 N/mm² 80 N/mm² 90 N/mm² 100 N/mm²

75 N/mm² 85 N/mm² 95 N/mm² 105 N/mm² 115 N/mm²

Güteprüfung im Alter von 28 Tagen an Würfeln von 20 cm Kantenlänge, die aus verschiedenen Mischerfüllungen während der Bauzeit bzw. eines Bauabschnitts stammen . Bei Transportbeton möglichst aus verschiedenen Lieferungen.

Güteprüfung an Zylindern mit 15 cm Durchmesser und 30 cm Höhe, oder an Würfeln mit 15 cm Kantenlänge bei normgerechter Lagerung

Nennfestigkeit βwn = Mindestwert für die Druckfestigkeit jedes Würfels einer Serie von 3 aufeinanderfolgenden Würfeln Serienfestigkeit βws = Mindestwert für die mittlere Druckfestigkeit jeder Würfelserie . Eignungsprüfung → vor der Verwendung des Betons durchzuführen → Prüfung der stofflichen Zusammensetzung und Konsistenz → Erreichen der Verarbeitbarkeit → Erreichen der an die Eigenschaften gestellte Anforderungen Güteprüfung → während der Bauausführung durchzuführen

→ Nachweis der geforderten Eigenschaften


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Klassifizierung nach Herstellverfahren Die verschiedenen Herstellverfahren können unterschiedliche Frischbetoneigenschaften und damit besondere Betonzusammensetzungen erfordern, was sich auch auf die Festbetoneigenschaften auswirkt. Daneben kann das Herstellverfahren die Festbetoneigenschaften auch noch direkt beeinflussen, z. B. durch Ausbildung eines besonderen Gefüges. Die Bezeichnung nach dem Herstellverfahren gibt daher wichtige Aufschlüsse über die Art des Betons. Um die Erhärtung zu beschleunigen, wird beim Warmbeton der Frischbeton auf eine höhere Anfangstemperatur gebracht. Dies kann durch Vorwarmen der Ausgangsstoffe oder durch Dampfmischen geschehen.

Stampfbeton/Rüttelbeton Beton ist in der Regel nach dem Einbringen zu verdichten, dies geschieht heute allgemein durch Rütteln. In diesem Zusammenhang spricht man auch von Rüttelbeton. Er hat überwiegend eine weiche Konsistenz und ist so zusammengesetzt, dass er bei längerem Rütteln nicht zum Entmischen neigt.

Fließbeton lässt sich auf Grund seiner fließfähigen Konsistenz, die unter Verwendung von Fließmitteln

oder Verflüssigern erreicht wird, sehr leicht in die Schalung einbringen. Er benötigt aber auch eine Behandlung durch Rütteln insbesondere zum Zweck der Entlüftung, wobei der hierzu erforderliche Aufwand geringer ist als bei Betonen mit steiferer Konsistenz.

Rüttelgrobbeton für massige Bauteile wie Staumauern, Fundamente usw. werden lagenweise in 30 bis 50

cm dicken Schichten aus Beton mit einem Größtkorn von 32 bis 63 mm Gesteinsbrocken bis etwa 600 mm Kantenlänge eingerüttelt, wozu besonders leistungsstarke Innenrüttler oder Oberflachenrüttler zum Einsatz kommen.

Pumpbeton kann fertig gemischt in Rohrleitungen von 80 bis 200 mm bis zu mehr als 300 m hoch und

mehrere hundert Meter weit gepumpt werden. Dabei darf er sich nicht entmischen und nicht zu Verstopfungen führen. Er muss daher eine gewisse Plastizität aufweisen und ein gutes Zusammenhaltevermögen besitzen.

Spritzbeton ist ein Beton, der in einer geschlossenen, druckfesten Schlauch- oder Rohrleitung bis zur Einbaustelle gefördert, dort durch Spritzen aufgetragen and dabei gleichzeitig verdichtet wird. Je nachdem, ob der Förderleitung ein Nassgemisch (Zement, Zuschlag, Zugabewasser and ggf. Zusätze) oder ein Trockengemisch (Zement, Zuschlag and u. U. pulverformige Zusatze) zugeführt wird, spricht man vom Nassspritz- oder vom Trocken-spritzverfahren. Der aufgespritzte Beton hat eine steife Konsistenz. Beim Nassspritzverfahren hängt die Konsistenz von der Förderart ab. Bei pneumatischer Förderung (Dünnstromförderung) ist sie überwiegend steif, bei Pumpförderung überwiegend weich. Die Herstellung und Prüfung von Spritzbeton sind in DIN 18 551 geregelt. Nicht immer gelangt der Beton fertig gemischt in die Schalung. Beim Ausgussbeton wird zuerst der Grobzuschlag in die Schalung gepackt, dann werden die Zwischenraume (Haufwerksporen) mit Mörtel ausgegossen oder ausgepresst. Die bekanntesten Verfahren dazu sind das Prepact- and das Colcrete-Verfahren.


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Dry-cast-Beton zunächst wird ein Trockengemisch aus Zement und Zuschlag in der Form verdichtet und dann

das zur Hydratation benötigte Wasser infiltriert.

Vakuumbeton Während die Verarbeitung des Dry-cast-Betons ganz ohne Zugabewasser erfolgt, arbeitet man hier mit einem Wasserüberschuss, der das Einbringen und Verdichten erleichtert. Da Überschusswasser die Betonqualität beeinträchtigen würde, wird es anschließend durch Anlegen eines Vakuums wieder abgesaugt. Dabei nimmt der Wasserzementwert bis in eine Tiefe von mehreren Zentimetern ab. Der vakuumbehandelte Frischbeton zeichnet sich durch eine ungewöhnlich hohe Grünstandfestigkeit aus, so dass die Seitenschalung i. allg. sofort entfernt werden kann.

Unterwasserbeton wird unter Wasser eingebaut. Damit das Bindemittel nicht ausgespült wird, muss er beim

Einbringen als geschlossene Masse fließen und darf nicht frei durch das Wasser fallen. Am besten lässt sich dies durch Pumpen erreichen oder auch, indem der Beton durch ein stets mit Beton gefülltes Trichterrohr eingefüllt wird, das immer nur so langsam nach oben gezogen werden darf, dass sein unteres Ende noch in der bereits eingebrachten Frischbetonschüttung verbleibt. Unterwasserbeton kann auch dadurch hergestellt werden, dass ein schwer entmischbarer Mörtel von unten her in eine Zuschlagschüttung mit geeignetem Kornaufbau (ohne Fein- and Mittelkorn) eingepresst wird. Die Mörteloberfläche soll dabei gleichmäßig hochsteigen.

Schockbeton entsteht, wenn die gefüllte Schalung oftmals angehoben und wieder hart fallengelassen wird.

Dieses Verdichtungsverfahren ist bei Betonwaren und Fertigteilen anwendbar. Es erfordert eine sehr stabile and schwere Form.

Schleuderbeton dient der Herstellung von Betonhohlkörper wie Rohre, Maste oder Rammpfähle. Dabei dient

die Außenschaltung als Schleuderform, in die das Mischgut eingebracht und durch Rotation der Form um ihre Längsachse gleichmäßig über die Wandung verteilt wird. Infolge ihrer größeren Dichte bewegen sich die Zuschlagkörner nach der Elementaußenseite und verdrängen dort den leichteren Feinmörtel, der sich an der Innenwand ansammelt, wobei Überschusswasser abfließt. Durch diese Entwässerung und die durch den hohen Anpressdruck bewirkte starke Verdich-tung wird der ursprünglich weich eingebrachte Frischbeton so steif, das er nach Beendi-gung des Schleuderns stehen bleibt.

Walzbeton Die Fertigung von Walzbeton-Rohren stellt eine Kombination von Schleudern und Walzen dar. Die mit dem Bewehrungskorb versehene Rohraußenform hängt horizontal auf der Walzspindel in der Fertigungsmaschine. Die Muffenringe der Form bilden zugleich die Laufringe. Während sich die Form, durch die Spindel in Bewegung gesetzt, dreht, wird der Beton über ein Förderband eingebracht. Die Walzspindel verteilt ihn und presst ihn an die Rohrform, wo er durch die Zentrifugalkraft gehalten wird. Der Vorteil gegenüber Schleuderbeton besteht in einer besseren Maßgenauigkeit und einem höheren Verschleißwiderstand der Rohrinnenfläche.


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Pressbeton wird als endloser Strang durch ein Mundstück gepresst und dann auf die erforderliche Länge a bgesägt. Zur Verarbeitung gelangt ein steifer Beton mit einem Wasserzementwert um 0,35. Waschbeton an der Oberflache werden die Körner des Zuschlags durch Auswaschen des Mörtels bis zu

mehreren mm Tiefe freigelegt, wodurch die Art der Gesteinskörnung besonders zur Geltung kommt. Um das Auswaschen zu erleichtern, wird das Abbinden des Mörtels an der Oberflache meist mit Hilfe eines Verzögerers verlangsamt.

Roller Compacted Concrete RCC ist ein sehr steifer Beton, der mit Walzen verdichtet wird. Der Vorteil liegt in der geringen

Bindemittelmenge, wodurch die Erwärmung infolge Hydratation und die Schwindneigung sehr gering gehalten werden können. Bevorzugtes Einsatzgebiet ist der Massenbeton (z. B. Staudämme). Vereinzelt findet er auch bei Fahrbahnplatten Anwendung.

Selbstverdichtendem Beton der Frischbeton füllt ohne zusätzlichen Verdichtungsaufwand die Schalung vollständig aus und

umhüllt alle Einbauteile sowie die Bewehrung hohlraumfrei. Diese Eigenschaft erhält er in der Regel durch einen gegenüber dem üblichen Normalbeton größeren Mehlkorn- and Feinsandanteil, einen größeren Mörtelgehalt und die Verwendung besonders wirksamer Fließmittel. Bei vergleichbarer Festigkeit wie der Rüttelbeton weist der SVB eine höhere Dichtigkeit, eine glattere Oberfläche und kaum Festigkeitsunterschiede in Abhängigkeit von der Höhenlage bei Wänden und Stützen auf.


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Beton als Verbundbaustoff Stahlbeton Der Stahlbeton wurde im 19. Jahrhundert von Joseph Monier, einem französischen Gärtner erfunden, der Pflanzkübel aus Zementmörtel mit einem Eisengeflecht verstärkte, damit sie nicht so leicht zerbrachen. 1867 erhielt er darauf ein Patent. Bis heute heißen die verwendeten Eisenteile Moniereisen. Ältere Bezeichnungen für Stahlbeton sind Eisenbeton und Monierbeton. Stahlbeton ist ein Verbundwerkstoff aus Beton und Betonstahl, der die Vorteile von Beton (relativ hohe Druckfestigkeit) und von Stahl (hohe Zugfestigkeit) miteinander kombiniert. Die Zugfestigkeit von Beton ist relativ gering. Sie beträgt nur ca. 10% der Druckfestigkeit. Unbewehrter Beton versagt somit unter geringer Zugbeanspruchung nach einer Rissbildung schlagartig. In Stahlbetonbauteilen werden dagegen die Zugkräfte von der mit dem Beton in Verbund liegenden Bewehrung übernommen, wodurch sich das Bauteilversagen durch eine intensive Rissbildung und große Verformungen ankündigen kann. Bewehrung: Die Bewehrung besteht im Stahlbeton in Form von Stäben, Matten oder Drähten. Betonstabstahl BSt 420 S und BSt 500 S: Gerippter Betonstahl für die Einzelstabbewehrung. Herstellung durch Warmwalzen ohne Nachbehandlung, durch Warmwalzen und Wärmebehandlung aus der Walzhitze oder durch Kaltverformung. Betonstahlmatte BSt 500 M: Werkmäßig vorgefertigte Bewehrung aus sich kreuzenden Stäben, die an den Kreuzungspunkten durch Wiederstands-Punktschweißung scherfest miteinander verbunden sind. Außerdem aus gerippten, kaltverformten Stäben. Mattenarten: Listenmatten: Vom Besteller angegebene Abmessungen

Lagermatten: Vom Hersteller festgelegte Abmessungen Zeichnungsmatten: Von Lager- und Listenmatten abweichende Abmessungen

Bewehrungsdraht BSt 500 G und BSt 500 P: Glatter und profilierter Draht, der als Ring hergestellt und vom Ring werkmäßig zu Bewehrungen weiterverarbeitet wird. Herstellung durch Kaltverformung. Von großem Vorteil für den Verbundwerkstoff Stahlbeton ist der gleiche Wärmeausdehnungskoeffizient (ca. 10-5) von Betonstahl und Beton. Diese dehnen sich also bei Erwärmung gleich stark aus. Dadurch kommt es zu keinen Differenzverschiebungen und somit zu keinen Spannungen im Material. Diese Tatsache macht Stahlbeton erst konstruktiv möglich. Außerdem gewährt der im Beton enthaltene Zement dem Bewehrungsstahl durch sein alkalisches Milieu mit einem pH-Wert von 10-11 bei ausreichender Betondeckung einen dauerhaften Korrosionsschutz. Damit ist Beton ein hervorragender Verbundwerkstoff, dessen Materialeigenschaften sehr genau geplant werden können. Sie bestimmen Nutzung und Funktion und damit dessen Einsatzbereiche.


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Die geforderten Festbetoneigenschaften in einem Bauwerk richten sich vor allem nach der Bemessung und der Umgebungsbedingungen des Betons.Hierbei unterscheidet man durch die Umgebung unter 2 korrosiven Einflüssen: • betonangreifende Einflüsse • korrosive Einflüsse, welche die Bewehrung schädigen können Diese zwei Angriffsarten auf den Verbundstoff Stahlbeton teilt man daher in sogenannte Expositionsklassen ein. Die Kurzbezeichnung beginnt mit einem X und trägt als nachfolgendes Symbol eine 0 oder einen anderen Buchstaben (diese stehen für den englischen Begriff des jeweiligen Korrosionsangriff). Die Einstufung X0 erhält der Beton, welcher weder der Stahlkorrosion noch anderen betonkorrosiven Einflüssen ausgesetzt ist (trockene Innenraumluft und keine Metallteile im Beton) Expositionsklassen Expositionsklassen für reinen Korrosionsangriff der Bewehrungsstähle sind: - XC Bewehrungskorrosion, ausgelöst durch Karbonatisierung (immer bei Feuchtigkeit und CO2, d.h. im Außenbereich) - XD Bewehrungskorrosion ausgelöst durch Chloride oder Tausalze, ausgenommen Meerwasser - XS Bewehrungskorrosion ausgelöst durch Chloride oder Tausalze aus MeerwasserExpositionsklassen für den Betonangriff für unbewehrte Bauteile sind: - XF für Frostangriff mit oder ohne Taumittel - XA Betonkorrosion durch chemischen Angriff - XM Betonkorrosion durch Verschleißbeanspruchung Die Expositionsklassen dienen dem Planer dazu, die Belastungen und Angriffe auf die geplanten Bauteile einzuordnen und dementsprechend zu planen. Um Überbemessungen zu vermeiden, gibt es für die einzelnen Expositionsklassen 3-4 Unterklassen je nach Intensität der zu erwartenden Belastungen. Diese Einteilungen wurden aufgrund weitreichender Erfahrungen im Einsatz mit Beton und Stahlbeton getroffen und die Anforderung an die Betonzusammensetzung und die zu erreichenden Festbetoneigenschaften formuliert. Diese Einteilungen und Vorgaben sollen Schäden vorbeugen und gewissen Kriterien für die zu planenden Bauteile gerecht werden:

- Bemessung der Tragfähigkeit - Bemessung der Gebrauchstauglichkeit - Lebensdauerbemessung


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Expositionsklassen


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Spannbeton Spannbeton ist ein bewehrter Beton, der sich vom Stahlbeton dadurch unterscheidet, dass die Stahleinlagen mit einer Zugkraft vorgespannt werden. Durch die Druckspannung, die dadurch im Beton hervorgerufen wird, bleiben Bauteile aus Spannbeton auch bei Auftreten von Zug- und Biegekräften rissfrei. Es muss auf der Zugseite erst die Druckvorspannung abgebaut werden, bevor Zug im Betonquerschnitt auftritt. Infolgedessen kann der gesamte Betonquerschnitt zum Tragen herangezogen werden. Dadurch kann der Bauteilquerschnitt verkleinert werden. Man unterscheidet: Vorspannung mit Verbund, Vorspannung ohne Verbund, Vorspannung mit nachträglichem Verbund, beschränkte Vorspannung, volle Vorspannung, formtreue Vorspannung. Die unter hoher Zugspannung stehenden Spannglieder der Spannbetonbauteile sind durch Korrosion (Spannungsrisskorrosion) besonders gefährdet. Der Schutz durch die Betonumhüllung ist daher besonders wichtig. Richtlinie für Bemessung und Ausführung von Spannbeton sind in DIN 4227 zusammengefasst. Hieraus sind die zulässigen Beanspruchungen sowie die physikalischen Beiwerte des Kriechens und Schwindens zu entnehmen. Spannstahlbewehrung: Stähle, die für Spannbetonbauteile eingesetzt werden müssen vom Institut für Bautechnik zugelassen sein. Diese Zulassung wird auf begrenzte Zeit erteilt. Spanndrähte müssen mind. 5,0 mm Durchmesser oder bei nicht runde Querschnitten mind. 30 mm² Querschnittsfläche haben. Litzen müssen mind. 30 mm² Querschnittsfläche haben, wobei die einzelnen Drähte mind.3,0 mm Durchmesser aufweisen müssen. Für Sonderzwecke, z.B. für vorübergehend erforderliche Bewehrung oder Rohre aus Spannbeton, sind Einzeldrähte von mind. 3,0 mm Durchmesser bzw. bei nicht runden Querschnitten von mind. 20 mm² Querschnittsfläche zulässig. Spannungsrisskorrosion: Wird ein Spannstahl nur ungenügend gegen schädigende Einflüsse geschützt, schreitet die Korrosion von der Oberfläche her ins Innere fort und bildet im Spannstahl eine Kerbe. Wenn die Vorspannung die Zugfestigkeit des Stahls überschreitet, erfolgt ohne Vorankündigung der Bruch (Einsturz eines Teils des Vordachs der Berliner Kongresshalle im Jahre 1980). Faserbeton Bereits seit vielen Jahrzehnten bewähren sich Fasern als Verstärkung in verschiedenen Bereichen der Technik. Kaum denkbar wären die modernen Entwicklungen im Karosserie-, Flugzeug- und Bootsbau ohne den glasfaserverstärkten Kunststoff. Die eigentliche Idee ist dabei viel älter: Schon bei den Alten Ägyptern kamen Lehmziegel mit einer Bewehrung aus Strohhäcksel zum Einsatz. Faserbeton ist die Bezeichnung für Beton dem Fasern aus Stahl, Glas oder auch Kunststoff beigemischt werden. Die Einbettung der Fasern in den Beton verbessert das Riss- und Bruchverhalten des Betonbauteils und verhindert bei Belastung die Bildung großer schädlicher Risse.


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Zusammensetzung: Für die Betonzusammensetzung gelten die allgemeinen Regeln der Betontechnologie, ergänzt durch die folgenden Hinweise: Es kann jede Art von Gesteinskörnung verwendet werden. Wichtig ist die Begrenzung des Grobkornanteils, damit genügend Fasern zugemischt werden können und die Faserabstände gering bleiben. Aus Gründen der Verarbeitbarkeit und zur Erzielung eines möglichst geringen Faserabstandes wird das Größtkorn häufig auf 8 mm oder weniger beschränkt. Der Wasseranspruch wird durch die Fasern erhöht und die Verarbeitbarkeit verschlechtert. Durch den größeren Wasseranspruch muss der Zementleimgehalt erhöht werden. Die Verringerung des Wasseranspruchs ist durch Zugabe eines Betonverflüssigers oder Fließmittels zweckmäßig. Der Anteil der Fasern beträgt zwischen 0,4 und 3 Volumenprozent. Es werden je nach Eigenschaft und Erfordernissen Fasern mit unterschiedlichster Länge, Dicke und Geometrie verwendet. Viele Fasertypen müssen vor der Zugabe maschinell vereinzelt werden. Herstellung: Bei der Herstellung von Faserbeton ist auf die gleichmäßige Verteilung der Fasern beim Mischprozess zu achten. Mit steigendem Fasergehalt nimmt die Gefahr der Igelbildung (Zusammenballen) zu. Stahlfasern, die mit wasserlöslichen Klebern zu Bündeln verklebt worden sind, und bestimmte Polypropylenfasern können direkt der Frischbetonmischung zugeben werden. Glasfasern werden in der Vorfabrikation auch im Spritzverfahren auf dünne Frischmörtelschichten appliziert.

Faserbewehrung


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Stahlfasern In Kombination mit Deckenfertigteilen aus Stahlbeton oder auch als tragende Wände ohne zusätzliche Stahlbewehrung hat sich der Stahlfaserbeton neben anderen Anwendungsgebieten, wie z. B. Industrieböden oder der Ausbruchsicherung im Tunnelbau, etabliert. Der Stahlfaserbeton lässt sich im Hinblick auf seine Verformungseigenschaften und Festigkeit sehr gezielt einstellen. Zur Verbesserung der Zugbelastbarkeit werden üblicherweise in konventionelle Bauteile aus Beton Stahlmatten oder Armierungsstähle eingelegt. Diese Technik ist zeitaufwendig, da die Armierung vor dem Betonieren exakt in die Schalung eingepasst und fixiert werden muss. Beim Stahlfaserbeton übernehmen die Stahlfasern die Aufgaben der Bewehrung. Stahlfasern werden aus Draht, Blech oder aus Stahlbrammen hergestellt. Stahlfasertypen : Drahtfasern, Blechfasern, Gefräste Stahlfasern, Edelstahlfasern Die Stahlfasern werden in genau bemessener Menge direkt in den Frischbeton eingemischt. Der Stahlfaserbeton wird dann direkt in die Schalung oder auf den vorbereiteten Boden eingebracht. Beim Verdichten und Glätten der Oberflächen besteht gegenüber herkömmlichen Verfahren kein Unterschied. Mit der Erhärtung des Betons werden die Stahlfasern fest in den Betonstein eingebunden. Sie geben dem Bauteil damit eine höhere Festigkeit. Stahlfaserbeton kann gepumpt werden. Der Einsatz von Stahlfaserbeton spart Zeit und Kosten und trägt in erheblichem Maße zur Realisierung von Bauabläufen bei. Gerade im Hinblick auf die architektonische Gestaltung ergeben sich beim Einsatz von Stahlfasern größere Schwierigkeiten, da an der Oberfläche des Betons liegende Fasern im Falle einer nur minimalen Karbonatisierung der Betonrandschicht bereits bei Zutritt von Feuchte und Sauerstoff, d.h. bei allen Außenbauteilen, beginnen zu korrodieren. Die Folge sind dann für die Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit unbedeutsame, allerdings ästhetisch nicht sehr ansprechende Braunverfärbungen der Betonoberfläche. Bei Innenbauteilen, wo i.d.R. keine Feuchte auftritt, ist jedoch insbesondere bei längeren Bauphasen mit einer Beeinträchtigung der Ästhetik durch Korrosion ebenfalls zu rechnen.

Kunststoffasern aus Polypropylen Glasfasern Stahlfasern


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Glasfasern Für die Herstellung des Glasfaserbetons eignen sich grundsätzlich nur die alkalibeständigen Glasfasern. Die Glasfasern können sowohl zur Verhinderung der Mikrorissbildung bei glasfasermodifiziertem Beton als auch zur Herstellung von statisch wirksamer Bewehrung beim Glasfaserbeton verwendet werden. Glasfaserbeton Die Glasfasern werden in der Vorfabrikation für dünnwandige Bauteile, bei denen eine konventionelle Armierung korrodieren würde, verwendet. Da es keine metallische Bewehrung gibt, bedarf es auch keiner Mindestbetondeckung, so dass sich sehr filigrane Formen realisieren lassen. Die Glasfasern stellen eine statisch wirksame und auch anrechenbare Bewehrung dar. Sie dienen als Asbestersatz und werden für sehr viele Bauteile wie z.B. Fassaden-, Decken- und Tribünenelemente, Pflanzentröge, Lärmschutzwände, Rohre, Fensterbänke usw. eingesetzt. Neben der Reduktion der Rissbildung in jungem Alter haben Glasfasern bei kleineren Bauteilen auch die Aufgabe, statisch wirksam zu sein. Wegen seiner hohen Duktilität und Festigkeit bei gleichzeitig hoher Dauerhaftigkeit bietet der Glasfaserbeton in vielen Bereichen eine gute Alternative zu anderen Baustoffen. Glasfasermodifizierter Beton Glasfaserbeton weist einen Glasfaseranteil von etwa 2,5 bis 5,0 Vol.-% auf. Mit wesentlich geringeren Zugabemengen lassen sich die Eigenschaften von Normalbeton beeinflussen. Bereits ab rd. 0,04 Vol.-% erhöhen AR-Glasfasern die Gebrauchstauglichkeit des Betons. Zur Unterscheidung von klassischem Glasfaserbeton spricht man in diesem Fall von glasfasermodifiziertem Beton. Im Glasfasermodifizierter Beton wirken die Fasern als Mikrobewehrung. Sie nehmen die Zugkräfte in unmittelbarer Umgebung eines sich bildenden (Mikro-)Risses auf und verhindern so dessen Vergrößerung. Im Unterschied zu Glasfaserbeton stellen die Glasfasern jedoch keine statisch wirksame (anrechenbare) Bewehrung des Betons dar. Die Glasfasern sind hier vielmehr als Betonzusatzstoff zu betrachten. Die Verwendung von Glasfasern in Normalbeton ist insbesondere bei solchen Bauteilen zweckmäßig, an die besondere Anforderungen hinsichtlich der Rissfreiheit gestellt werden, wie etwa weiße Wannen, Bauteile aus Spannbeton oder flüssigkeitsundurchlässige Betonkonstruktionen. Als Mikrobewehrung werden Glasfasern jedoch auch bei anderen Bauteilen aus zementgebundenen Baustoffen erfolgreich eingesetzt, z.B. für Estriche, Industrieböden oder Fertigteile. Kunststofffasern Kunststofffasern werden meist eingesetzt zur Reduktion der Rissbildung durch frühes Schwinden von Beton, d.h. sie wirken nur in der Anfangsphase der Betonerhärtung. Sie dienen aber auch zur Erhöhung des Brandschutzes z.B. von hochfestem Beton. Durch Polypropylenfasern wird die Grünstandfestigkeit von Verputz, Schutz- und Reparaturmörteln verbessert. Bei Unterlagsböden und Überzügen werden Schwindrisse vermindert. Die Endfestigkeiten werden nur unwesentlich beeinflusst. Der Wirkungsmechanismus, der während einer hohen Temperatur verdampfenden Polypropylenfasern ist noch nicht eindeutig geklärt, allerdings dürfte die Vergrößerung des Ausweichraumes für den Wasserdampfdruck, der bei hohen Temperaturen entsteht, eine maßgebende Ursache für die deutliche Verbesserung des Feuerwiderstandes von Betonbauteilen sein. Andere Kunststoffasern sind aus Kostengründen oder wegen schlechter Alkalibeständigkeit nur für Spezialanwendungen sinnvoll.


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Textilbewehrter Beton Der textilbewehrte Beton ist eine konsequente Weiterentwicklung des Faserbetons. Im normalen Stahlbetonbau übernimmt der Beton zusätzlich die Aufgabe, die Bewehrung vor Korrosion zu schützen. Der Einsatz technischer Textilien aus Glas oder Carbon ermöglicht die Reduktion dieser Betondeckung und damit die Herstellung sehr dünnwandiger, räumlicher Bauteile. Beim textilbewehrten Beton werden meist Gelege oder Gewebe mit ein- oder zweidimensionaler Ausrichtung der Fasern oberflächennah in Normalbeton eingearbeitet. Durch die Konzentration und die genaue Positionierung der Glasfasertextilien in den zugbeanspruchten Bereichen wird eine sehr wirkungsvolle Bewehrung des Betons erreicht. Die Anwendungsmöglichkeiten textilbewehrter Betone, insbesondere die Anrechenbarkeit textiler Bewehrungen auf die statische Tragfähigkeit von Betonbauteilen sind derzeit Gegenstand eines umfangreichen Sonderforschungsprogrammes, das an verschiedenen Hochschulen in Deutschland bearbeitet wird. Die Potenziale des Textilbewehrten Betons sind noch nicht annähernd ausgeschöpft. Dennoch lassen sich bereits heute verschiedene Anwendungsfälle realisieren. Dies sind insbesondere Fassadenplatten mit einfacher Geometrie und Schalungen als bauteilintegrierte Systeme für Decken und Wände (Abb.1). Beispiele für innovative Prozesse sind das Friktionsspinnhybridgarn, das aus mehreren Glasgarnen besteht, die einzeln oder insgesamt mit einem aufschmelzbaren Mantelmaterial umwickelt werden können (Abb.2) oder das dreidimensionale Textil (Abb.3).

BauteilintegriertesSchalungselement Glasgarn Dreidimensionales Textil


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Betonoberfläche Bestandteile der Betonmischung Solange Beton als plastische Mischung verarbeitet werden kann, wird er als Frischbeton bezeichnet. Er enthält in unterschiedlicher Zusammensetzung verschiedene Materialkomponenten, die gestalterische Konsequenzen auch auf den erhärteten Beton, den man als Festbeton bezeichnet, haben können. Auf die Auswahl der geeigneten Ausgangsstoffe und Zusätze einer Betonmischung für die Herstellung bestimmter Betonoberflächen ist daher in besonderem Maße zu achten. Einfluss unterschiedlicher Zemente Die Eigenfarbe des Zementsteins wird v.a. durch die Farbe des Zementes beeinflusst und ist für das Aussehen des festen Betons verantwortlich. Sie ist kein Gütemerkmal, sondern durch die verwendeten Rohstoffe, die Zementart, die Mahlfeinheit und das Herstellungsverfahren bedingt. Gewisse Farbschwankungen sind daher auch bei Zementen gleicher Festigkeitsklasse eines Lieferwerks möglich. Die Farbe des Festbetons ist abhängig von der Betonrezeptur und der Verarbeitung, wie z.B.

• W/Z Wert • Unterschiedliche Kornzusammensetzung • Saugfähigkeit der Schalung • Trennmittel • Intensivität des Verdichtens des Frischbetons

Zemente nach DIN 1164 und DIN EN 196: Portlandzementemit hoher Eisenoxidgehalt dunkelgrau. Hochofenzemente Zugabe von feingemahlenem Hüttensand hellgrau Portlandhüttenzemente Zugabe von feingemahlenem Hüttensand mittelgrau Portlandölschieferzement Ölschieferabbrand rötlich Weißzement eisenoxidarme Rohstoffe (Kalkstein, Kaolin) weiß

Eigenfarben der Zemente


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Farbe Farbstoffe, die zur Einfärbung von Beton verwendet werden, müssen alkalibeständig und lichtecht sein und dürfen das Erstarren und Erhärten des Zements nicht in unzulässigem Maße beeinträchtigen. Organische Farben erfüllen diese Bedingungen meist nicht, daher werden überwiegend anorganische Farben verwendet, bei denen die färbende Substanz aus Metalloxiden oder Metallsalzen besteht. Die meisten dieser anorganischen Farben sind in natürlicher Form als Erdfarben oder als synthetische Mineralfarben erhältlich. Trotz des höheren Preises sind die synthetischen Mineralfarben oft wirtschaftlicher oder technologisch günstiger als die Erdfarben, weil sie durch ihre größere Feinheit und Reinheit ein höheres Färbevermögen haben und weil sie gleichmäßiger hergestellt werden können. Demgegenüber bestehen Erdfarben bis zu 90 % aus farblich wirkungslosem Ballast, dem sog. Substrat. Zu einer gründlichen Einfärbung des Betons können deshalb bei solchen Erdfarben so große Zusatzmengen erforderlich sein, dass bestimmte Betoneigenschaften durch ein Übermaß an Feinstoffen beeinträchtigt werden können. Im Gegensatz zu den Erdfarben, die durchweg als licht- und zementecht gelten können, ist allerdings eine Reihe von Mineralfarben mit Zement nicht verträglich oder unter der Einwirkung der Witterung nicht beständig. Hierzu gehören z. B. Berliner Blau, Bremer Blau, Zinkgelb, Chromgelb und alle Bleifarben, wie Bleiweiß, Neapelgelb und bleihaltiges Zinkoxid. Die Bleifarben und Bremer Blau verfärben sich bei Einwirkung von Schwefelwasserstoffdämpfen dunkel. Zinkweiß beeinträchtigt das Abbinden des Zements. Die Zugabemenge anorganischer Pigmente liegt i. allg. zwischen 2 und 10 M.-% der Zementmenge. Sie sollte nicht höher gewählt werden als erforderlich, weil ein Übermaß derart feinteilreicher Stoffe den Wasseranspruch erhöhen und bestimmte Betoneigenschaften (z. B. die Frostbeständigkeit oder das Schwinden) ungünstig beeinflussen kann. Die Farbwirkung ist abhängig von der Art, Menge und Feinheit des Farbstoffs, von der Zementart, der Zuschlagart und der Betonzusammensetzung. Pigmente zur Betoneinfärbung stehen als Pulver, staubarme Pulver, Pulver zur Selbstverflüssigung und pastöse Suspensionen zur Verfügung. Bei Verwendung von grauem Zement wirken die Farben gedeckter und dunkler, bei weißem Zement dagegen heller und reiner. Leichte Oberflächenprofilierungen lassen die Farbigkeit besser zur Wirkung kommen. Mit dunklen Zementen lassen sich keine hellen Betone herstellen, auch nicht mit Hilfe von Pigmenten.

Einfluß der Eigenfarbe des Zementes auf den Farbton


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Die Einfärbung des Betons ist dauerhaft und witterungsbeständig. Für das Einfärben von Beton kommen im wesentlichen folgende Mineralfarben in Frage:

Gelb Gelbe Eisenoxidfarben aus gelbem wasserhaltigern Eisenoxid

Rot Rote Eisenoxidfarben, Herstellung durch Brennen der gelben Eisenoxidfarben. Orange gelbe Oxidfarben ergeben durch dieses "Kalzinieren" ein dunkelviolettes Eisenoxidrot, während das hellste Oxidgelb zum hellsten Oxidrot wird.

Grün Chromoxidgrün und Chromoxidhydratgrün. Sie zeichnen sich wie die Eisenoxidfarben durch sehr gute Lichtechtheit und Verträglichkeit mit Zement aus.

Blau Ultramarinblau (schwefelhaltiges Natrium-Aluminiumsilikat) mit latent hydraulischen Eigenschaften, nicht immer ganz zementecht, Kobaltblau (teuer und weniger farbkräftig als Ultramarinblau), Manganblau (mangan-bariumhaltige Verbindung), Spinellblau.

Weiß Weißpigmente werden i. allg. nur zum weiteren Aufhellen von weißem Beton verwendet, z. B. bei Fahrbahnmarkierungen. Zinkoxid und Zinkweiß kommen nicht in Frage, weil sie das Abbinden des Zements verzögern oder schädigen. Bleiweiß sollte wegen Verschwärzungsgefahr und Bariumsulfat wegen zu geringer Einfärbekraft nicht verwendet werden. Verwendung finden: Titandioxid und das säureempfindliche Zinksulfid, die man stets rein und nicht als Verschnittsorten einsetzen sollte.

Schwarz Eisenoxidschwarz. Zur Schwarzfärbung eignen sich weiterhin auch das durch Aufbereitung natürlicher Erden gewonnene Manganschwarz und Farbzubereitungen aus Ruß- und Kohlenstoffpigmenten.

Beispielhafte Pigmentfarbtöne in gebrochenen Mörtelprobekörpern


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Zuschlag Die meisten Gesteinskörnungen für Beton werden in der Natur aus Flüssen oder Kiesgruben als gerundetes Material gewonnen. Aus Steinbrüchen kommen zerkleinerte , gebrochene Gesteinskörnungen mit unregelmäßiger Form. Beide Arten fallen als Sand, Kies oder Splitt an. Da der Volumenanteil des Zuschlags im Beton bei rund 700 I/m³ liegt, können je nach Bearbeitungstechnik zu über 80 % der Oberfläche vom Zuschlag geprägt sein. Dabei sind natürlich besonders farbige Zuschläge von Interesse, die mit ihren Farben und ihrer dichten und widerstandsfähigen Oberfläche das Betonaussehen in Struktur und Farbe prägen und mitgestalten. Je nach Bearbeitungstechnik kommt die Eigenfarbe der Zuschläge mehr oder weniger stark zur Geltung. Bei unbearbeiteten Oberflächen beeinflussen nur die Feinstanteile das Aussehen vom Beton, denn hier liegt vor dem eigentlichen Betongefüge eine dünne Deckschicht aus Zement und Feinstanteilen der Gesteinskörnung. Bei bearbeiteten Oberflächen kommen die Eigenfarben der groben und feinen Bestandteile der Gesteinskörnungen zusammen zur Wirkung. Die Farbpalette der Zuschläge reicht von weiß (Kalkstein, Marmor) über gelb, rot, blau und grün bis hin zu schwarz (Basalt). Nach DIN 4226 müssen Gesteinskörnungen der jeweiligen Betonklasse entsprechen. Die Kornfestigkeit muss die Herstellung von Beton üblicher Festigkeitsklasse gestatten. Schalung Beton hat nach dem Erhärten die Eigenschaften und das Aussehen eines Gesteins. Er zeigt an der Oberfläche den Schalungsabdruck. Das kann eine sägerauhe oder eine gestaltete Brettstruktur sein, eine glatte oder eine durch Strukturmatrizen gestaltete Oberfläche. Die optischen Wirkungen, die mittels Schalungsabdruck auf dem Beton erreicht werden können, sind nahezu unbegrenzt. Eine Betonoberfläche wird durch die verwendete Schalung jeweils in einer bestimmen Weise modelliert. Unterschiedliche Schalungsarten und –materialien führen zu unterschiedlichen Strukturbildern. Aufgabe der Schalung ist es, dem Beton die geplante Form zu geben. Sie ist das „Negativ“ des fertigen Betonteiles. Daher ist genaue Maßhaltigkeit während des Einbaus der Bewehrung, dem Einbringen und Verdichten des Betons sowie nach Abschluss der Betonierarbeiten notwendig. Schalungen müssen den Frischbetondruck sicher aufnehmen. Die Schalungskonstruktionen müssen standfest sein und ausreichend steif ausgebildet werden, um Verformungen zu verhindern. Hinzu kommen die gestalterischen Aspekte der gewünschten Oberflächenausbildung des fertigen Bauteiles sowie die Strukturierung der Bauwerksflächen durch die Anordnung der notwendigen Fugen und Schalungsanker.


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Möglichkeiten der Oberflächenbearbeitung Beton lässt sich in frischem, jungem oder erhärtetem Zustand bearbeiten. Bei den verschiedenen Möglichkeiten der Bearbeitung von Betonoberflächen wird das sichtbare Gesteinskorn in unterschiedlicher Größe freigelegt. Die Farbwirkung ist daher sehr verschieden. Die einzelnen Bearbeitungsweisen rufen differenzierte Lichtbrechungen an der Kornoberfläche hervor und lassen eine Fläche jeweils heller oder dunkler erscheinen. Die Farbigkeit der Gesteinskörnung und des jeweiligen evtl. eingefärbten Zementes treten in Erscheinung. Das Mindestmaß für die Betondeckung nach DIN 1045 und DIN EN 206-1 ist unbedingt einzuhalten. Handwerkliche Bearbeitung Durch die handwerklichen , steinmetzmäßigen Bearbeitungsweisen wie Bossieren, Spitzen, Stocken, und Scharrieren wird die oberste Zementschicht vom Beton mit dem entsprechenden Werkzeug wie Setz-, Spitzeisen, Stockhammer und Scharriereisen abgetragen. Mechanische Bearbeitung Andere mechanische Möglichkeiten zur Bearbeitung von Betonoberflächen finden hauptsächlich bei der Herstellung von Fertigteilen Anwendung. Zum einen handelt es sich herstellungsbedingte Strukturen (Sägen und Spalten), zum anderen um reine Oberflächenbearbeitungen (Schleifen, Feinschleifen und Polieren), bei denen wiederum die oberste Schicht abgetragen wird, um die Gesteinskörnung als Gestaltungselement besser zur Geltung kommen zu lassen. Technische Bearbeitung Technische Verfahrensweisen wie z.B. Strahlen und Flammstrahlen erfordern im Gegensatz zu den mechanischen Methoden komplizierte Geräte und Anlagen. Ziel der Bearbeitung ist es auch hier das Erreichen einer speziellen feinen oder groben Oberflächenstruktur. Waschen von Betonflächen Die wohl am häufigsten angewendete Technik der Oberflächenbearbeitung ist das Auswaschen der obersten Zementschicht. Ausgewaschen wird eine Betonfläche im frischen Zustand oder mit Hilfe eines Kontaktverzögerers nach dem Erhärten des Bauteils. Man unterscheidet zwischen dem Auswaschen (i.d.R-5-6 mm), dem Feinwaschen (< 2mm) und dem Absäuern (0,5 mm tief). Das Absäuern ist ein Sonderfall des Waschbetons, es handelt sich dabei um das Behandeln mit verdünnter Säure und das anschließende Abwaschen mit Wasser. Verwendung von Beschichtungen Betonbauteile können beschichtet werden, wenn dadurch die dunkle Verfärbung durch Regen (Trocken-Nass-Unterschied), die Anlagerung von Schmutz, das Auftreten von Aufblühungen und unschöne Markierungen der Wasserablaufwege vermieden werden sollen. Um größere Flächen, die Addition gleichartiger Flächenanteile oder auch besondere Bauteile in ihrer Wirkung auf das Bauwerk als Ganzes besonders hervorzuheben, können Betonflächen durch farbigen Anstrich gestaltet werden. Die Anforderungen an Farbanstriche regelt die DIN 55945. Fotobeton Betonoberflächen können mit Fotos bzw. Reliefs versehen werden. Serilith ist ein einzigartiges technisch ausgereiftes Verfahren, das neue Dimensionen der Betonoberflächengestaltung eröffnet. Quellen: Detail: „Bauen mit Beton“ April 2003 Fassaden Atlas Birkhäuser-Verlag 2004 Beton Atlas Birkhäuser-Verlag 2002

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Beton Materialzusammensetzung KE2005 Prof.wiese