 Jeder kennt ihn, doch
kaum einer weiß genaueres über ihn - den Beton. Dabei bauten schon die alten Römer vor zweitausend Jahren mit Beton so eindrucksvolle
Bauten wie das Pantheon oder das Kolosseum. Auch in unserer Zeit zählt der Beton immer noch zu den wichtigsten Baustoffen. Deshalb
wird es Zeit, etwaige Wissenslücke zu schließen und Sie etwas genauer mit dem vielseitigen Baumaterial vertraut zu machen. Theoretisch
beschäftigen sich Bauingenieurstudenten mit Wasserzementwert, Hydratationsgrad, Spannungs-Dehnungslinien und ähnlich "spannenden"
Dingen. Praktisch geht es auf der Baustelle beispielsweise um das richtige Einbringen und Verdichten des Betons. Bei uns erfahren Sie
einiges über die Bestandteile, Eigenschaften und Verarbeitung des Betons. Zement, Sand, Kies und alles, was es sonst noch zur Betonherstellung und Betonverarbeitung braucht, halten die Händler der EUROBAUSTOFF-Gruppe für Sie bereit. |
| |
Bestandteile des Betons
Beton ist ein künstliches Gemisch, bestehend aus Zuschlägen
(Sand und Kies), Zement, Wasser und eventuell noch Zusatzstoffen und -mittel, welche die Betoneigenschaften beeinflussen. Die Anteile
von Zuschlag, Wasser und Zement sind abhängig von der gewünschten Festigkeit und Verarbeitbarkeit des Betons. Im Normalfall nimmt der
Zuschlagstoff etwa 70%, der Zement 12% und das Wasser 18% des Betonvolumens ein. Das Gemisch aus Wasser und Zement nennt man Zementleim.
Dieser erhärtet und wird zum Zementstein und übernimmt beim Festbeton die Aufgabe des Bindemittels. |
| |
1.) Zuschläge
 Zuschläge
sind ein Gemenge aus natürlichen oder künstlichen, verschieden großen Gesteinskörnern. Bei der Betonbereitung sollten die verschiedenen
Kornfraktionen getrennt zugeführt werden. Je nach Anforderung und Verwendung des Betons, gehören zu einem Betonrezept mindestens zwei bis
drei verschiedene Korngruppen. Eine Korngruppe beinhaltet Gesteinkörner einer bestimmten Größe, z.B. mit einem Durchmesser
zwischen 16 mm und 32 mm oder zwischen 1 mm und 4 mm. Der prozentuale Anteil einer
Korngruppe am Gesamtzuschlag wird über die Sieblinie dargestellt, die durch den Siebversuch ermittelt wird.
Beim Siebversuch
liegen 10 Siebe mit unterschiedlicher Maschenweite übereinander, so daß bei jedem Sieb eine Korngruppe auf dem Sieb
zurückbleibt. Die Beurteilung eines Zuschlags erfolgt über die sogenannten Regel- oder Grenzsieblinien. Grenzsieblinien gibt es für ein
Größtkorn von 8 mm, 16 mm, 31,5 mm und 63 mm. Liegt ein Zuschlag über
der Grenzsieblinie C, ist er zu sandreich und für die Betonherstellung nicht geeignet. Ebenfalls nicht geeignet ist Zuschlag,
der sich unterhalb der Grenzlinie A befindet, da er zu grobkörnig ist. Brauchbar ist ein Korngemisch, daß im Bereich
zwischen den Grenzsieblinien B und C sich befindet. Günstigsterweise liegt der Zuschlag jedoch zwischen den Grenzsieblinien
A und B. Ein werkgemischter Zuschlag darf ein Größtkorn von 32 mm besitzen. Das Größtkorn im Zuschlag ist jedoch so zu
wählen, wie es Mischen, Fördern, Einbringen und Verdichten des Betons es erfordern. Das Größtkorn darf 1/3 der kleinsten
Bauteilabmessung nicht überschreiten. Zudem muß der überwiegende Teil des Zuschlags kleiner als der Abstand der Bewehrungsstäbe sein oder
bei geringer Betondeckung kleiner als der Abstand zwischen Bewehrung und Schalung. |
| |
2.) Zement
Die Bezeichnung "Zement" stammt von den Römern, die ein betonartiges Mauerwerk
mit gebranntem Kalk als Bindemittel "Opus Caementitium" nannten. Zemente sind feingemahlene hydraulische Bindemittel mit unterschiedlichen
Eigenschaften und Festigkeitsklassen. Hydraulisches Bindemittel bedeutet, daß es durch Reaktion mit Wasser abbindet und erhärtet und nach
dem Erhärten auch unter Wasser fest und beständig bleibt. Zur Zementherstellung werden Kalkstein und Ton benötigt, deren Gemisch in der
Natur beipielsweise als Mergel vorkommt. Das Rohmaterial wird im Tagebau abgebaut, gebrochen, getrocknet, in einem bestimmten
Massenverhältnis miteinander gemischt und fein gemahlen; es entsteht dadurch das Rohmehl.
Das Rohmehl wird bei etwa 1450°C zu
Zementklinker gebrannt. Diese haben eine rundliche Form und einen Durchmesser von etwa ein bis zwei Zentimeter. Nach dem Abkühlen wird der
Zementklinker mit etwas Gips und hydraulisch wirksamen Stoffen (z.B. Hüttensand, Flugasche) und/oder Kalkstein fein zu Zement gemahlen.
Zement ist hygroskopisch, das heißt er kann Feuchtigkeit aus der Luft und aus dem Boden aufnehmen und bildet dann Zementklumpen. Man kann
diesen Zement zwar, wenn er sich zwischen den Fingern zerdrücken läßt, noch verwenden, doch die Festigkeit des damit hergestellten Betons
oder Mörtels verringert sich. Deshalb müssen Zementsäcke, die im Freien gelagert werden, sorgfältig vor Feuchtigkeit und Schlagregen
geschützt werden. |
| |
Zementarten und -zusammensetzung
Zement ist in drei Hauptarten mit verschiedenen
Mischungsverhältnissen eingeteilt. Folgende Zementarten gibt es nach der Zementnorm DIN 1164 |
| |
| Zementart |
Benennung |
Kurzzeichen |
| CEM I |
Portlandzement |
CEM I |
| CEM II |
Portlandhüttenzement |
CEM II/A-S
CEM II/B-S |
| Portlandpuzzolanzement |
CEM II/A-P
CEM II/B-P |
| Portlandflugaschezement |
CEM II/A-V |
| Portlandölschieferzement |
CEM II/A-T
CEM II/B-T |
| Portlandkalksteinzement |
CEM II/A-L |
| Portlandflugaschehüttenzement |
CEM II/B-SV |
| CEM III |
Hochofenzement |
CEM III/A
CEM III/B | |
| |
Der Hauptbestandteil für Zemente CEM I und CEM II ist Portlandzementklinker, für CEM III ist es Hüttensand und
Portlandzementklinker. Die Kurzeichen hinter CEM geben die weiteren Bestandteile des Zements an und bedeuten folgendes:
A = größerer
Anteil Portlandzementklinker
B = kleinerer Anteil Portlandzementklinker
S = Hüttensand
P = Natürliches Puzzolan
V =
Kieselsäurereiche Flugasche
T = gebrannter Schiefer
L = Kalkstein
|
Zement - Eigenschaften und Verwendung
Die wichtigste Eigenschaft des Zements ist die
Festigkeit. Zemente werden nach der Druckfestigkeit in drei Klassen (32,5; 42,5 und 52,5) eingeteilt, wobei die Zahlenwerte die
Mindestdruckfestigkeit nach 28 Tagen in N/mm² angeben. Jede Festigkeitsklasse enthält zwei Zemente, einen Zement mit üblicher Anfangsfestigkeit
und einen Zement mit hoher Anfangsfestigkeit, der mit R (=rapid) gekennzeichnet ist. Das bedeutet, daß nach zwei Tagen eine höhere Festigkeit
erreicht werden muß, als bei einem Zement der gleichen Festigkeitsklasse ohne Zusatz "R". |
| |
| Festigkeitsklassen von Zement nach DIN 1164 |
| Festigkeitsklasse |
Druckfestigkeit in N/mm² |
| Anfangsfestigkeit |
Normfestigkeit |
| 2 Tage |
7 Tage |
28 Tage |
| 32,5 |
- |
 16 |
32,5 |
 52,5 |
| 32,5 R |
10 |
- |
| 42,5 |
10 |
- |
42,5 |
62,5 |
| 42,5 R |
20 |
- |
| 52,5 |
20 |
- |
52,5 |
- |
| 52,5 R |
30 |
- | |
| |
Eine Bezeichnung eines Zements könnte demzufolge beispielsweise folgendermaßen lauten:
Portlandhüttenzement CEM II/A S 32,5 R
Dies ist
ein Portlandhüttenzement mit den Hauptbestandteilen Portlandzementklinker (größerer Anteil) und Hüttensand. Die Normfestigkeit
nach 28 Tagen beträgt mindestens 32,5 N/mm² und die Anfangsfestigkeit nach zwei Tagen mindestens
10 N/mm².
Unabhängig von der Festigkeitsklasse werden die Zemente CEM I, CEM II und CEM III folgendermaßen
verwendet: |
| |
| Portlandzement |
CEM I |
Hochwertiger, schnell erhärtender Zement.
Für fast alle Anwendungsgebiete geeignet. |
Portlandhüttenzement |
CEM II |
Wegen seiner geringen Wärmeentwicklung für massige Bauteile geeignet. |
Portlandpuzzolanzement |
Geschmeidiger, dichter Mörtel, der wenig zu Ausblühungen neigt. Eignet sich daher für wasserundurchlässige
Mörtel und Beton. |
Portlandflugaschezement |
Durch die hydraulische Eigenschaften der Flugasche zur Festigkeitssteigerung geeignet. |
Portlandölschieferzement |
In Deutschland nur als braun gefärbter Zement hergestellt. |
Portlandkalksteinzement |
Dieser klebrige Zement eignet sich besonders zur Herstellung von Leichtbeton. |
Portlandflugaschehüttenzement |
Gute Nachhärtung und eine normale Wärme- und Festigkeitsentwicklung |
Hochofenzement |
CEM III |
Entwickelt beim Erhärten weniger Wärme und hat daher eine etwas geringere Anfangsfestigkeit. Eignet sich zum
Betonieren massiger Bauteile. | |
| |
3.) Betonzusatzmittel und -zusatzstoffe
Durch Betonzusatzmittel lassen sich die Eigenschaften des
Frisch- und Festbetons beeinflußen. Diese Zusatzmittel sind flüssige oder pulverförmige Stoffe, die beispielsweise Auswirkungen auf die
Verarbeitbarkeit oder den Erstarrungbeginn haben. Die Menge der Zusatzmittel muß jedoch durch eine Eignungsprüfung sorgfältig geprüft werden,
denn was auf eine Betoneigenschaft positive Auswirkungen hat, kann auf sich auf eine andere Eigenschaft negativ auswirken.
Betonzusatzstoffe
sind mineralische und organische Stoffe, die bestimmte Betoneigenschaften beeinflussen. So kann beispielsweise der Gehalt an Mehlkorn, das heißt
der feinsten Körner im Beton bis 0,125 mm Durchmesser, erhöht werden. Auch organische Zusatzstoffe wie beispielsweise Kunstharzzusätze werden
zugegeben, um Zugabewasser einzusparen und die Verarbeitbarkeit des Frischbetons zu verbessern. Betonzusatzstoffe sind auch Farbmittel zum
Einfärben des Betons. Farbmittel sind meist Metalloxide, wie z.B. Eisenoxid für Rot, Gelb, Braun und Schwarz oder Chromoxid für
Grün.
Folgende Zusatzmittel finden zur Zeit Verwendung: |
| |
| Betonzusatzmittel |
Verwendung |
Betonverflüssiger (BV) |
Ermöglichen eine Verminderung der Wasserzugabe um bis zu 10 %. Die Verarbeitbarkeit des Frischbetons wird
verbessert. Die Entmischungsgefahr wird geringer, das Bluten verhindert. |
Fließmittel (FM) |
Besonders stark wirkende Verflüssiger. Sie ermöglichen bei normaler Wassermenge die Herstellung eines
Betons in fließfähiger Konsistenz. Der Beton läßt sich leichter und wirtschaftlicher einbauen. |
Luftporenbildner (LP) |
Erzeugen kleine, geschlossene Luftporen. Der Beton wird geschmeidiger und läßt sich besser verarbeiten.
Widerstand gegen Frost und Taumittel wird erhöht. |
Betondichtungsmittel (DM) |
Dichtungsmittel setzen die Wasseraufnahme herab und vermindern die Kapillarwirkung. |
Erstarrungsverzögerer (VZ) |
Die Wärmeentwicklung verlangsamt sich und der Erstarrungszeitpunkt schiebt sich hinaus. Dadurch
läßt sich der Beton länger verarbeiten und die Hydrationsvorgänge laufen langsamer ab. Dies ist günstig bei massigen Bauteilen und beim
Betonieren bei hohen Außentemperaturen. |
Erstarrungsbeschleuniger (BE) |
Beschleuniger verkürzen die Erstarrungszeit, fördern aber die Korrosion und dürfen daher nicht bei
Stahlbeton eingesetzt werden. Werden verwendet bei Betonfertigteilen zur Steigerung der Frühfestigkeit, bei Reparaturmörtel zum Schließen
wasserundichter Stellen sowie bei Spritzbeton. |
Einpreßhilfen (EH) |
Erleichtern im Spannbetonbau das Einpressen des Zementmörtels und verbessern das Fließen in
den Spannkanälen. |
Stabilisierer (ST) |
Stabilisierer machen Sichtbetonflächen glatter. Der Frsichbeton wird homogener und gleitfähiger
und läßt sich damit besser verarbeiten und leichter pumpen. Stabilisierer werden vor allem auch bei Leichtbeton eingesetzt, da durch
die Homogenität der Leichtzuschlag beim Glätten nicht aufschwimmt. | |
| |
Betoneigenschaften
Die wichtigsten Betoneigenschaften sind die Konsistenz und der
Wasserzementwert des Frischbetons sowie die Druckfestigkeit des Festbetons.
1.) Konsistenz des
Frischbetons
Die Konsistenz nach DIN 1045 bezeichnet Steifigkeit, Beweglichkeit und Zusammenhang des Frischbetons bei der
Verarbeitung. Sie wird durch den Wassergehalt beziehungsweise durch die Menge des Zementleims im Beton bestimmt und richtet sich
nach der Art des Bauwerks und des Betoneinbaus. Feingliedrige Querschnitte und dicht bewehrte Bauteile erfordern in der Regel einen
weichen Beton, in anderen Fällen ist ein steifer oder plastischer Beton notwendig. In der DIN werden vier Konsistenzbereiche
unterschieden. Ermittelt wird die Konsistenz eines Betons durch Prüfungen nach DIN 1048. Mit der Ausbreitprüfung wird das Ausbreitmaß
a und mit der Verdichtungsprüfung das Verdichtungsmaß v festgestellt. Anhand der Prüfungsergebnisse kann der Beton dem
entsprechenden Konsistenzbereich zugeordnet werden.
|
| Konsitenzbereich |
Eigenschaften beim Schütten |
Verdichtungsmaß v |
Ausbreitmaß a [cm] |
| KS (steif) |
Noch lose |
1,20 |
- |
| KP (plastisch) |
Schollig bis knapp zusammenhängend |
1,19 bis 1,08 |
35 bis 41 |
| KR (weich) |
Gut zusammenhängend, schwach fließend |
1,07 bis 1,02 |
42 bis 48 |
| KF (fließfähig) |
Gut fließend |
- |
49 bis 60 | |
| |
2.) Wasserzementwert
Das Verhältnis von Wasser zu Zement im Zementleim des
Frischbetons, der Wasserzementwert w/z, ist entscheidend für die Qualität des Betons.
Bei 140 l = 140 kg
Wasser und 280 kg Zement ergibt sich demzufolge ein Wasserzementwert von 0,5 (140/280). Bei gleicher Wassermenge und 350 kg
Zement verringert sich der Wasserzementwert auf 0,4 (140/350).
Je höher der Wasserzementwert (also je mehr Wasser
verwendet wird), desto besser läßt sich der Beton verarbeiten und verdichten. Jedoch nimmt die Qualität des Betons nach der
Erhärtung bei höheren Wasserzementwerten auch ab. Zum Erhärten des Betons ist ein w/z-Wert von etwa 0,4 notwendig. Ein Beton mit
solch einem Wert ist jedoch nicht verarbeitbar, weshalb die Wassermenge erhöht wird. In diesem Fall wird nicht das ganze Wasser bei
der chemischen Reaktion (Hydration) mit dem Zement benötigt und liegt als Überschußwasser im Beton vor. Der Raum, welcher durch das
Überschußwasser im Beton eingenommen wird, bezeichnet man als Kapillarporenraum. Diese Kapillarporen sorgen dafür, daß die
Festigkeit herabgesetzt wird und der ausgehärtete Beton mehr Wasser aufsaugen kann. Dies führt wiederum dazu, daß dieser Beton
anfälliger gegen Frostschäden ist und es zu Abplatzungen kommen kann. Frischbeton mit hohem Wassergehalt schwindet beim Aushärten
zudem stärker, wodurch Risse entstehen.
3.) Druckfestigkeit von Normalbeton
Die DIN 1045 unterteilt
Normalbeton in Abhängigkeit von der Betondruckfestigkeit in verschiedene Überwachungsklassen ein. Früher kannte man die z.B. die Bezeichnungen B15 oder B25, wobei das "B" für Beton stand. Heute denkt man europäisch und so wird mit der Bezeichnung "C" für concrete (deutsch: Beton) gearbeitet. Insgesamt ist die Druckfestigkeit die wichtigste Eigenschaft von Beton, d.h. je druckfester, desto besser. Anhand der im Labor an einem Würfel ermittelten Druckfestigkeit wird die Festigkeitsklasse festgelegt. Hat der Zylinder z.B. eine charakteristische Druckfestigkeit von 20 N/mm², so wird der der Festigkeitsklasse C20/25 zugeordnet. |
| |
| Überwachungsklasse |
Festigkeitsklasse |
charakteristische Zylinderdruckfestigkeit fck (N/mm²) |
Mittelwert der Zylinderdruckfestigkeit fcm (N/mm²) |
Mittlere Zugfestigkeit fctm (N/mm²) |
| 1 |
C8/10* |
8 |
- |
- |
| C12/15 |
12 |
20 |
1,6 |
| C16/20 |
16 |
24 |
1,9 |
| C20/25 |
20 |
28 |
2,2 |
| C25/30 |
25 |
33 |
2,6 |
| 2 |
C30/37 |
30 |
38 |
2,9 |
| C35/45 |
35 |
43 |
3,2 |
| C40/50 |
40 |
48 |
3,5 |
| C45/55 |
45 |
53 |
3,8 |
| C50/60 |
50 |
58 |
4,1 |
| 3 |
C55/67 |
55 |
63 |
4,2 |
| C60/75 |
60 |
68 |
4,4 |
| C70/85 |
70 |
78 |
4,6 |
| C80/95 |
80 |
88 |
4,8 |
| C90/105 |
90 |
98 |
5,0 |
| C100/115 |
100 |
108 |
5,2 |
|
|
|
