Oberschule für Geometer Peter Anich Bozen. Arbeit aus Konstruktionslehre BETON

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1 Oberschule für Geometer Peter Anich Bozen Arbeit aus Konstruktionslehre BETON Moroder Daniel Schuljahr 2000/2001

2 1. Begriffsbestimmung Ausgangsstoffe des Betons Zement Betonzuschläge Zugabewasser Betonzusätze Betonzusatzmittel Betonzusatzstoffe Eigenschaften des Betons Konsistenz Wasserzementfaktor (-wert; w/z-wert) Stoffraumrechnung... 8 BETON 1. Begriffsbestimmung Beton ist ein künstlicher Stein, der aus einem Gemisch von Zement, Betonzuschlag und Wasser durch Erhärten des Wasser-Zement-Gemisches entsteht. Beton hat eine hohe Druckfestigkeit. Im Vergleich dazu sind Zugfestigkeit und Schubfestigkeit gering. Für die Herstellung und Verarbeitung von Beton gilt DIN Der Beton kann verschieden bezeichnet werden, und zwar nach: Trockenrohdichte Leichtbeton (ρ < 2,0 t / m³) Normalbeton (ρ > 2,0 t / m³ und ρ < 2,8 t / m³) Schwerbeton (ρ > 2,8 t / m³) Bewehrung Stahlbeton: - schlaff bewehrter Beton - Spannbeton unbewehrter Beton Anforderung an die Herstellung und die Überwachung Beton B I Beton B II umfasst die Festigkeitsklassen B5, B10, B15 und B25 umfasst die Festigkeitsklassen B35, B45 und B55 sowie Betone mit besonderen Eigenschaften Erhärtungszustand Ort des Abmessens und Mischens Ort des Einbringens Frischbeton (solange Beton verarbeitet werden kann) Junger Beton (erhärtendender Beton, der nicht mehr verarbeitbar ist) Festbeton (erhärteter Beton) Baustellenbeton (Bestandteile auf der Baustelle zugegeben) Transportbeton (Beton wird im einbaufähigen Zustand auf die Baustelle geliefert) Ortbeton (als Frischbeton in endgültige Lage eingebracht und wird dort erhärtet) Betonerzeugnisse (Betonfertigteile, Betonwaren, Betonwerksteine die als erhärtete Bauteile eingebaut werden) Beton - 2 -

3 Konsistenz des Frischbetons Art des Förderns uns Einbringens Art der Verdichtung Art der Oberflächenbeschaffenheit steif KS, plastisch KP, weich KR und fliesfähig KF Schütt-, Pump-, Unterwasser- und Spritzbeton Stampf-, Stocher-, Rüttel-, Schock-, Schleuder- und Walzbeton Sichtbeton, Waschbeton, steinmetzmäßig bearbeitete Betonoberflächen besondere Eigenschaften 2. Ausgangsstoffe des Betons 2.1. Zement Zement ist ein hydraulisches Bindemittel für Mörtel und Beton. Er wird mit Wasser angemacht und erhärtet durch Hydratation sowohl in der Luft als auch unter Wasser. Der entstandene Zementstein ist wasserbeständig. Die Zemente werden in drei Festigkeitsklassen eingeteilt: 325, 425 und 525 (die Werte geben die Druckfestigkeit in kg / cm² nach 28 Tagen an) 2.2. Betonzuschläge Ein Gemenge oder Haufwerk von ungebrochenen und/oder gebrochenen Körnern aus natürlichen und/oder künstlichen mineralischen Stoffen mit dichtem oder porigem Gefüge. Die Zuschläge werden in Korngruppen unterteilt, die nach ihrem Kleinst- und Größtkorn bezeichnet werden. - übliche Korngruppen: 0/2, 0/4, 2/4, 4/8, 8/16, 16/32, 32/63 - mögliche Korngruppe ist abhängig von den Abmessungen des Bauteils, Menge der Bewehrung - mit zunehmender Korngröße steigt der Zementbedarf größtmögliches Größtkorn Der Zuschlag darf unter Einwirken von Wasser nicht erweichen, sich nicht zersetzen und mit dem Zement keine schädlichen Verbindungen eingehen. Kornzusammensetzung Zur Minimierung des Porenvolumens (Haufwerksporen) von Zuschlägen werden einzelne Korngruppen zu Zuschlaggemischen zusammengestellt. Die Zusammensetzung von Zuschlaggemischen wird durch Sieblinien bestimmt. Die Sieblinie ist somit die grafische Darstellung der Kornzusammensetzung des Beton - 3 -

4 Betonzuschlags. Sie entsteht durch Auftragung der Siebdurchgänge in % über den zugehörigen Siebweiten. Sieblinie eines Korngemisches mit 16 mm Größtkorn Anforderung an Zuschlag: - ausreichende Festigkeit - Frostbeständigkeit - Alkalibeständigkeit (gegenüber alk. Zementleim) - frei von schädlichen Bestandteilen (abschlämmbare Teile, Stoffe organ. Ursprungs erhärtungsstörende Stoffe, Schwefelverb., stahlangreifende Stoffe Chloride) Beton - 4 -

5 2.3. Zugabewasser Gemäß DIN 1045 ist als Zugabewasser das in der Natur vorkommende Wasser geeignet, soweit es nicht Bestandteile enthält, die das Erhärten oder andere Eigenschaften des Betons ungünstig beeinflussen. Beim Stahlbeton darf zusätzlich der Rostschutz der Bewehrung nicht beeinträchtigt werden. In Zweifelsfällen ist die Unschädlichkeit durch eine chemische Untersuchung im Laboratorium zu prüfen. Normales Leitungswasser ist immer geeignet Betonzusätze Betonzusatzmittel Betonzusatzmittel sind flüssige oder pulverförmige Stoffe, die dem Beton zugesetzt werden (< 50 g/kg Zement), um durch chemische oder physikalische Wirkung oder durch beide Eigenschaften des Frisch- oder Festbetons zu ändern, wie Verarbeitbarkeit, Erstarren, Luftgehalt. Dabei muss gelegentlich auch die unerwünschte Änderung einer anderen Betoneigenschaft in Kauf genommen werden. Die Zugabemenge eines Betonzusatzmittels ist im allgemeinen so klein, dass sie als Volumenanteil des Betons ohne Bedeutung ist. Wirkungsgruppen Kurzzeichen Farbkennzeichen Beschreibung Betonverflüssiger BV gelb Herabsetzung der Oberflächenspannung Fließmittel FM grau 2-3mal stärkere Wirkung als BV; verhindert die Entmischung bei weicher Konsistenz Luftporenbildner LP blau Harzseifen, org. Stoffe Schaumbildner, unterbrechen Kapillarporen Frostbeständigkeit Dichtungsmittel DM braun vermindert H 2 O-Aufnahme durch: Verflüssigung, Verengung von Kapillarporen, Hydrophobierung der Porenwände Verzögerer VZ rot Schutzfilm auf Zementkorn, bei massigen Bauteilen Beschleuniger BE grün raschere Hydratation Einpresshilfe EH weiß verhindert Absetzen im Fließkanal (Al-Pulver) und Wirkung FM Stabilisierer ST violett verbessert die Geschmeidigkeit, verhindert Entmischen und Beulen Betonzusatzstoffe Betonzusatzstoffe sind fein aufgeteilte Zusätze, wie z. B. Trass, Gesteinsmehl, Steinkohlenflugasche, Silicastaub, Pigmente zum Einfärben des Betons, die bestimmte Eigenschaften des Betons beeinflussen. Im Gegensatz zu den Betonzusatzmitteln ist die Zugabemenge im allgemeinen so groß, dass sie bei der Stoffraumrechnung berücksichtigt werden muss. Die Betonzusatzstoffe dürfen das Erhärten des Zements, die Festigkeit und Dauerhaftigkeit des Betons sowie den Korrosionsschutz der Bewehrung nicht beeinträchtigen. Anorganische Zusatzstoffe: Puzzolane, inerte Stoffe (Gesteinsmehl, Farbstoffe ) Organische Zusatzstoffe: Kunststoffe, Kautschuk, Bitumen Instandsetzungsmörtel Puzzolane: - Verbesserung der Verarbeitbarkeit bei gleichem H2O- Gehalt Beton - 5 -

6 - Vermindertes Bluten - Erhöhung der Wasserdichtheit durch Quellen - Verringerung der Hydraulischen Wärme, von Schwinden und Reißen - Verbesserung der chem. Widerstandsfähigkeit - Verhinderung von Ausblühungen Zementfarben: organische Pigmente aus Metalloxiden / Metallsalzen, Eisenoxid rot, gelb, 3. Eigenschaften des Betons 3.1. Konsistenz Die Konsistenz ist ein Maß für die Steife und damit für die Verarbeitbarkeit des Betons. Man unterscheidet vier Konsistenzbereiche. KS steifer Beton Beton dieser Konsistenz ist beim Schütten lose, zum Teil schollig zusammenhängend. Der Feinmörtel im Beton ist etwas nasser als erdfeucht. Durch kräftiges Klatschen mit der Kelle lässt sich ein an der Oberfläche geschlossenes, feucht glänzendes Gefüge erzielen. Beton der Konsistenz KS stellt die untere Grenze für das Verdichten durch kräftig wirkende Rüttler oder durch kräftiges Stampfen bei dünner Schüttlage dar. KP plastischer Beton Dieser Beton ist beim Schütten schollig bis knapp zusammenhängend, sein Feinmörtel ist weich. Beton der Konsistenz KP wird in der Regel durch Rütteln verdichtet. KR weicher Beton Beton dieser Konsistenz ist beim Schütten schwach fließend. Sein Feinmörtel ist flüssig. Größere Verdichtungsarbeit erübrigt sich; leichtes Rütteln oder Stochern ist im allgemeinen zweckmäßig. Mit der Bezeichnung Regelkonsistenz KR kommt zum Ausdruck, dass sie für die Mehrzahl der baupraktischen Gegebenheiten gut geeignet ist. KF fließfähiger Beton Beton dieser Konsistenz ist so fließfähig, dass er oft durch Stochern allein verdichtet werden kann. Er muss aber andererseits ein gutes Zusammenhaltevermögen besitzen, um gegebenenfalls leichtes Rütteln ohne schädliches Entmischen zu ermöglichen. Fließbeton darf nur mittels besonderer Zusatzmittel (Fließmittel FM) hergestellt werden Wasserzementfaktor (-wert; w/z-wert) Das Massenverhältnis von Wassergehalt (w) und Zementgehalt (z) wird als Wasserzementwert beschrieben. Beton - 6 -

7 Masse (Gewicht) des Wassers w Masse (Gewicht) des Zements z = Wasserzementwert w/z = ω Die Größe des Wasserzementwertes ist von ausschlaggebender Bedeutung für die Porosität im Zementstein und damit die Dichtigkeit und Festigkeit von Beton. Zement bindet chemisch und physikalisch nur etwa 40% seiner Masse an Wasser. Das entspricht einem w/z-wert von 0,40. Das darüber hinausgehende Wasser (Überschusswasser) hinterlässt im Zementstein Kapillarporen. Je größer der w/z-wert wird, umso geringer sind Dichtigkeit und Festigkeit des Betons. Günstig sind Werte zwischen 0,40 und 0,60. Mischt man Wasser und Zement, so entsteht Zementleim. Dieser Vorgang findet beim Mischen des Betons statt. Der Zementleim umhüllt die Zuschlagkörner, füllt die Hohlräume zwischen ihnen aus und macht den Frischbeton verarbeitbar. Durch Erhärten des Zementleims entsteht Zementstein, der die Zuschläge miteinander verkittet. Durch den Kapillarporenraum wird die Qualität des Zementsteins und damit die des erhärteten Betons verschlechtert: - Mit zunehmendem Wasserzementwert nimmt die Festigkeit des Betons ab - Beton mit hohem Wasserzementwert saugt mehr und schneller Wasser auf. Deshalb ist er wasserdurchlässiger und witterungsempfindlicher. Die Gefahr, dass der Bewehrungsstahl rostet, wird größer. - Beton mit hohem Wasserzementwert trocknet schneller aus und schwindet. Bei schnellem Austrocknen entstehen hohe Spannungen und infolgedessen Risse. Beton - 7 -

8 - Frischbeton mit hohem Wasserzementwert, also ein Beton mit wasserreichem, dünnflüssigem Zementleim, sondert Wasser ab, weil die Zementkörnchen sich absetzen (Sedimentation). Man spricht dabei vom Bluten des Betons. Ein solcher Beton entmischt sich leicht und liefert absandende Oberflächen Stoffraumrechnung Bei der Stoffraumrechnung wird zunächst festgestellt, welche Raumanteile Zement, Wasser, Zuschlag und Luft in 1 m³ = 1000 dm³ Beton einnehmen. Die jeweiligen Raumanteile der einzelnen Ausgangsstoffe berechnen sich aus der Masse (Gewicht) und der Dichte: Stoffraum = Masse Rohdichte bzw. Dichte Die Summe der einzelnen Stoffräume ergibt den Gesamtraum der verdichteten Frischbetons: Gesamtraum = oder als Formel ( Stoffraumrechnung ): Masse Zement Masse Wasser Masse Zuschlag Luftgehalt Dichte Zement Dichte Wasser Dichte Zuschlag Gesamtraum = z w g ρ z + ρ w + ρg + p Beispiel: 1 m³ Beton = 0,1 m³ Zement + 0,15 m³ Wasser + 0,75 m³ Zuschlag ρ = kg / m³ ρ = kg / m³ ρ = kg / m³ ρ = kg / m³ kg = 300 kg Zement kg Wasser kg Zuschlag w/z-wert = 0,5 Beton - 8 -

9 OBERSCHULE FÜR GEOMETER PETER ANICH, BOZEN - Fachrichtung Baubetrieb - Skripte aus 5 Jahren Oberschule Diese Arbeit soll als didaktische Unterlage für den Schulunterricht oder als Nachschlagewerk dienen. Diese Arbeit erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Ich weise jegliche Verantwortung in Bezug auf Inhaltsfehler und Fehlen von Textteilen von mir. Ich bitte aber darum, mir alle Fehler mitzuteilen, damit ich die Unterlagen verbessern und erweitern kann. Die Vervielfältigung ist mit Quellenangabe erlaubt. Die Dokumente dürfen ohne Erlaubnis meinerseits nicht verändert werden. Moroder Daniel Tinderlaweg 13A St. Ulrich daniel@moroder.de St. Ulrich, September 2001