Betonpraxis. Der Weg zum dauerhaften Beton. Eine Publikation der Holcim (Süddeutschland) GmbH

Transkript

1 Betonpraxis Der Weg zum dauerhaften Beton Eine Publikation der Holcim (Süddeutschland) GmbH

2 1. Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung 1.1 Zemente Anmachwasser Gesteinskörnung Zusatzmittel Zusatzstoffe Vom Frischbeton zum Festbeton 2.1 Zusammensetzung des Betons Einteilung des Betons Verarbeitbarkeit und Konsistenz Herstellung und Transport Einbringen und Verdichten Überwachungsklassen Pumpbeton Spritzbeton Selbstverdichtender Beton Sichtbeton Leichtverarbeitbare Betone Stahlfaserbetone Hochfeste Betone WU-Betone Glättbetone Betonoberflächen Nachbehandlung Betonieren bei warmer Witterung Betonieren bei kalter Witterung Ursachen und Vermeidung von Betonschäden Copyright by Holcim (Süddeutschland) GmbH Verfasser Produktmanagement Holcim (Süddeutschland) GmbH 6. Auflage 2010 Verkaufspreis 50, 3.1 Entmischung des Betons Rissbildung und Schwinden Karbonatisierung und Bewehrungskorrosion Ausblühungen Angriff durch Frost und Taumittel Angriff durch Sulfate Angriff durch chemische Stoffe Alkali-Kieselsäure-Reaktion Feuerbeständigkeit 123 Erläuterungen zur ZTV-ING 125 Literaturhinweise 128 Normen/Richtlinien/Empfehlungen 130

3 Einleitung Mit der»betonpraxis«will die Holcim (Süddeutsch- land) GmbH zu jedem Schritt der Betonherstellung und Verarbeitung Tipps aus der Praxis für die Praxis geben. Was aus der alltäglichen Arbeit auf Baustellen hervorgegangen ist und oft nur mündlich weitergegeben wurde, findet sich in der»betonpraxis«schriftlich und in leicht zugänglicher Form. Selbstverständlich berück - sichtigt die»betonpraxis«die aktuellen deutschen und europäischen Regelwerke, zusätzlich enthält sie nützliche Literaturhinweise. Die inhaltliche und redaktionelle Bearbeitung der»betonpraxis«erfolgte durch das Produktmanagement der Holcim (Süddeutschland) GmbH. Gerne beraten wir Sie auch individuell.

4 1

5 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente Allgemeines Zement ist ein hydraulisches Bindemittel. Da r unter versteht man einen Stoff, der nach dem An machen mit Wasser sowohl an der Luft als auch unter Wasser erhärtet. Der sich dabei bil den de Zementstein ist wasserbeständig und weist eine hohe Festigkeit auf. Die deutschen Ze men te sind nach DIN EN 196 (Prüf ver - fahren) und DIN EN (Zement: Zusammen set zung, An forde run gen und Konformitätskriterien) genormt. Die Zement konformitätsbewertung ist in DIN EN (Konformitätsbewertung) geregelt. Seit der Einführung der europäischen Zement norm in Deutschland werden vermehrt Portland komposit- und Hochofenzemente verwendet. Der verstärkte Einsatz weiterer Hauptbestandteile wie Kalkstein oder Hütten - sand bei der Zement herstellung bringt verschiedene Vorteile. Dem Zementwerk hilft es einerseits seine Rohmate rial reserven zu schonen, und anderseits vermindert die Reduktion des Klinkeranteils die Kohlen - dioxid-emissionen. Den Verbrauchern hilft die Entwick - lung von CEM II- und CEM III-Zementen bestimmte Betoneigenschaften, wie z.b. Verarbeit barkeit, Wärme - ent wicklung, Dauerhaftigkeit usw., zu verbessern. Geschichtliches Bereits im Altertum benutzten die Römer einen hydraulisch erhärtenden Mörtel, indem sie tonigen Kalk brannten und ihn häufig mit Puzzolan erde bzw. Ziegelmehl versetzten. Zusammen mit geeigneten Gesteinskörnungen entstand daraus»opus Cae - mentitium«, der römische Beton, der als Vorläufer unseres Betons gilt und dem Zement seinen Namen gab. Der Engländer J. Aspdin führte um 1824 eine Fein - aufbereitung der Rohstoffe Kalkstein und Ton ein und erzeugte durch Brennen ein dem Zement vergleichbares Produkt. Wegen der Ähnlichkeit des daraus hergestellten Betons zum Portlandstein (dauerhafter Kalkstein der Insel Portland), den man in England häufig für Bau zwecke verwendete, wurde dieses Produkt als Portland zement bezeichnet

6 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente Abb Schwere Abbaumaschinen im Steinbruch Abb Walzenschüssel - mühle zum Feinmahlen des Rohgesteins Abb Drehrohrofen, das Herzstück eines Zementwerks Abb Kugelmühle zum Feinmahlen des Klinkers mit Gips - stein und Zusatz - stoffen zu Zement Herstellung Bei der Herstellung von Portlandzement gilt es, das Rohgestein bezüglich Korngröße und Zusam men set - zung aufzubereiten, es bis zum Sintern zu brennen und schließlich das gebrannte Produkt zu feinem, mischbarem und reaktionsfähigem Ze mentpulver zu zerkleinern. Grund sätzlich können damit bei der Her stellung von Zement vier Produktions stufen unterschieden werden. Abbau und Brechen des Rohgesteins Für eine Tonne Portlandzement braucht es gut einein - halb Tonnen Rohgestein in Form von Kalkstein, Ton und Sand, da während des Brennens Kohlen dioxid und Wasser aus dem Rohgestein ausgetrieben werden. Bereits im Stein bruch (Abb ) wird das Rohge s tein im Brecher auf Faustgröße vorzerkleinert. Mischen und Mahlen des Rohgesteins zu Rohmehl Beim nächsten Verfahrensschritt erfolgt das Zu sam - menfügen der verschiedenen Rohmaterial kompo nen - ten, um die richtige chemische Zusammensetzung zu erreichen. In Kugel- oder Walzenschüsselmühlen (Abb ) wird das Gestein weiter zerkleinert und gleichzeitig ge trocknet. Es verlässt die Mühle als feines Roh - mehl, das in großen Homo genisierungssilos bis zur weitgehenden Gleichmäßigkeit durch mischt wird. Brennen des Rohmehls zu Klinker Der Brennprozess bei rund 1450 C (Sintertemperatur) ist ein zent raler Schritt bei der Zementherstellung. Bevor das Rohmehl in den Drehrohrofen (Abb ) ein - ge leitet wird, durchströmt es den Wärme tauscher turm und wird dabei auf fast 1000 C vorgewärmt. Als glühender Klinker verlässt das Brenngut den Ofen und wird anschließend rasch mit Luft ab gekühlt. Als Brennstoff werden Kohle, Öl, Erdgas und vermehrt auch Ersatzbrenn stoffe wie z. B. Altreifen oder Trocken - klärschlamm einge setzt. Abb Mischanlage für Zemente nach Maß Mahlen des Klinkers mit Gipsstein und Zusatzstoffen zu Zement Damit aus dem Klinker ein reaktionsfähiges Produkt entsteht, wird er in einer Mahlanlage (Abb ) zu - sammen mit wenig Gipsstein als Erstarrungs regler ge - mahlen. Die Mahlfeinheit steuert die Festigkeits ent - wicklung des Zements maßgeblich. Je nach Zementart wird beim Mahlen Klinker durch mine ralische Zu - mahlstoffe (gebrannter Schiefer, Kalkstein, Silica staub, Hüttensand, Steinkohlen flugasche, siehe Kap. 1.5) er - gänzt, wobei so genannte Portland komposit- und Hoch ofen ze mente entstehen. Vorgemahlene Zemente und Zusatzstoffe können auch in Mischanlagen zu Zementen mit speziellen Eigen - schaften gemischt werden. In Intensiv mischern werden die Komponenten vollständig gemischt und homogenisiert. Mischanlagen bieten den Vorteil der Fle xi bi - lität: Kurzfristig können Kleinst- bis Großmengen»just in time«produziert und die Zemente dabei auf die Kundenwünsche abgestimmt werden (Abb )

7 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente CO 2 -Emissionen bei der Zementherstellung Die Herstellung von Zement ist wie auch bei anderen Produkten mit der Emission von Kohlendioxid (CO 2 ) verbunden. Der Energieaufwand für die Zementpro - duktion ist erheblich, dennoch entsteht der weitaus größte Anteil der CO 2 -Emissionen nicht durch den Einsatz von Brennstoffen oder indirekt durch Strom - verbrauch, sondern ist prozessbedingt (Abb ). Bei der thermischen Umwandlung von Kalkstein und Ton zu Zementklinker wird CO 2 freigesetzt: CaCO 3 + Energie = CaO + CO 2 Somit lässt sich der größte Teil der herstellungsbedingten CO 2 -Emissionen von Portlandzement nicht durch Maßnahmen, wie z. B. durch die Optimierung der Ver - fahrenstechnik oder durch den Einsatz kohlenstoffärmerer Sekundärbrennstoffe reduzieren. Es besteht jedoch die Möglichkeit Zemente herzustellen, bei denen ein Teil des Zementklinkers durch eine CO 2 -neutrale Komponente ersetzt wird. Gebrannter Schiefer, Kalksteinmehl und latent hydraulischer Hüttensand sind in besonderer Weise als Klinker ersatzstoff geeignet. Diese Zemente sind hochwertige Zemente, bei deren Herstellung deutlich weniger CO 2 emittiert wird als bei der von reinem Portlandzement. Je höher der Zumahlanteil (gebrannter Schiefer, Kalk - stein mehl oder Hüttensand) des Zements ist, desto ge - rin ger sind seine herstellungsbedingten CO 2 -Emissionen. 12% indirekt (Strom) brennstoffbedingt 59% prozessbedingt Abb Quellen der CO 2 -Emissionen bei der Herstellung von Portlandzement 29% Abb Die Zementherstellung ist energie - intensiv. Im Bild der Wärmetauscherturm und ein Teil des Drehrohrofens 5 1.1

8 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente Portlandschieferzemente Durch die Zumahlung von gebranntem Schiefer lässt sich der Klinkerfaktor deutlich senken und die CO 2 - Emission erheblich verringern. Gebrannter Schiefer ist ein hydraulisches Bindemittel mit puzzolanischen Eigenschaften. Bei der gemeinsamen Vermahlung mit Klinker entsteht ein Portland - schieferzement CEM II/B-T in unterschiedlichen Festig - keitsklassen. Der Schieferzement, bei Holcim als Riteno gebrandet, bringt gewisse Vorteile mit sich. Sein höherer Blaine - wert bzw. seine höhere Mahlfeinheit bewirkt im Beton: besseres Wasserrückhaltevermögen geringere Blutneigung besserer Zusammenhalt höhere Geschmeidigkeit höhere Endfestigkeiten. Dieser Zement eignet sich besonders für Trans port - beton, WU-Betone, Sichtbeton und für sehr dichte Betone. Abbau Wie der Kalkstein wird auch der Schiefer durch Spren - gung oder mit schweren Maschinen abgebaut. Der Schiefer wird gebrochen und homogenisiert. Dann wird er im Wirbelschichtofen bei rund 800 C gebrannt. Der dabei entstehende Dampf wird zur Strom er zeu - gung genutzt. Der gebrannte Schiefer erhält nun, wie der Klinker, durch feines Aufmahlen hydraulische Eigenschaften. Die dreifache Nutzung des»ölschiefers«bei Holcim Süddeutschland ist weltweit einzigartig: 1. Schiefer gebrannt als Rohstoff für Bindemittel 2. Nutzung des Energieinhalts zur Stromerzeugung 3. Ungebrannt als Brennstoff und Tonträger zur Klin - ker herstellung. Abb Schieferbruch 1.1 6

9 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente Prüfung von Zementqualität und Normkonformität Ein dreigliedriges Qualitätsmanagementsystem garan - tiert Qualität und Normkonformität der Holcim Ze - mente: interne Überwachungsprüfung (Eigenüber wa chung) funktionsfähiges und zertifiziertes Qualitäts mana ge - mentsystem Fremdüberwachung. Eigenüberwachung der Zementproduktion Bei allen Produktionsschritten der Zement her stellung, vom Steinbruch bis zum Zement ver sand, werden Mate - rialproben entnommen und analysiert. Eine lückenlose Produktions über wachung sichert eine gleichmäßig hohe Zement qualität. Durch statistische Auswer tung der Prüfresultate von den Ze ment versandproben muss der Nach weis der Norm erfüllung nach DIN EN laufend erbracht werden. Die DIN EN 196 beschreibt die Prüf ver fahren für Zement und die DIN EN die Konformitäts bewer tung. So wird sichergestellt, dass alle Arbeitsabläufe optimiert, rückverfolgbar und nachvollziehbar sind. Fremdüberwachung Eine in DIN EN geregelte und von einer für die Zementprüfung akkreditierten Prüfstelle durchgeführte Fremd überwachung ergänzt die Eigenüber wachung. Zertifizierter Zement Zemente, die die Konformitätsbewertung nach DIN EN erfüllen, erhalten von einer neutralen Zertifi zie - rungsstelle ein Konformitäts zertifikat und müssen mit dem EG-Konfor mitäts zeichen gekennzeichnet werden. Abb EG-Konformitäts - zeichen Qualitätsmanagementsystem Unsere Zementwerke haben ein Quali täts management - system aufgebaut und sind nach der Normen serie ISO 9001 zertifiziert. Abb Silofahrzeuge für den Zementtransport und Fahrmischer für den Beton 7 1.1

10 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente Hauptbestandteile 1) Abb Zusammensetzung der Zemente ge - mäß DIN EN und DIN EN Hauptzementarten Benennung Kurzbezeichnung Holcim Zementsorte Portlandzementklinker Hüttensand Silicastaub Puzzolane, natürlich Puzzolane, natürlich getempert Flugasche, kieselsäurereich Flugasche, kalkreich Gebrannter Schiefer K S D 2) P Q V W T L LL Kalkstein 1) 4) Nebenbestandteile CEM I Portlandzement CEM I Normo Protego Albaro Portlandhüttenzement CEM II/A-S CEM II/B-S Provato CEM II/A-D Fortico Normalzemente nach DIN EN Sonderzemente nach DIN EN CEM II CEM III CEM IV CEM V VLH III VLH IV VLH V Portlandsilicastaubzement Portlandpuzzolanzement Portlandflugaschezement Portlandschieferzement Portlandkalksteinzement Portlandkompositzement 3) Hochofenzement Puzzolanzement 3) Kompositzement 3) Hochofenzement Puzzolanzement 3) Kompositzement 5) CEM II/A-P CEM II/B-P CEM II/A-Q CEM II/B-Q CEM II/A-V CEM II/B-V CEM II/A-W CEM II/B-W CEM II/A-T CEM II/B-T CEM II/A-L CEM II/B-L Holcim-Trass Riteno CEM II/A-LL Fluvio CEM II/B-LL CEM II/A-M CEM II/B-M CEM III/A CEM III/B CEM III/C CEM IV/A CEM IV/B CEM V/A CEM V/B VLH III/B VLH III/C VLH IV/A VLH IV/B VLH V/A VLH V/B Modero 1) Die Werte (in Massen-%) der Tabelle beziehen sich auf die Summe der Haupt- und Neben bestandteile, d. h. ohne Calciumsulfat oder Zementzusatzmittel. 2) Der Anteil an Silicastaub ist auf 10% begrenzt. 3) In den Portlandkompositzementen CEM II/A-M und CEM II/B-M, in den Puzzolan zementen CEM IV/A und CEM IV/B und in den Komposit ze men ten CEM V/A und CEM V/B müssen die Haupt bestandteile neben dem Portland zementklinker des Zements angegeben werden. 4) Stoffe, die als Nebenbestandteile dem Zement zugegeben werden, dürfen nicht gleichzeitig im Zement als Haupt be standteil vorhanden sein. 5) In den Puzzolanzementen VLH IV/A und VLH IV/B und den Komposit zementen VLH V/A und VLH V/B müssen die Haupt bestandteile neben Klinker durch die Bezeichnung des Zementes angegeben werden

11 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente Zementarten und geltende Normen Die Norm DIN EN legt die Anforderungen an die Familie der Normalzemente fest. Sie unterscheidet 27 Zemente, die in die fünf Hauptzementarten CEM I bis CEM V unterteilt sind. Für die Familie der VLH-Son- derzemente mit besonders niedriger Hydratationswärme gilt DIN EN (Abb ). Weiterhin gibt es Normalzemente mit besonderen Eigenschaften. Hierfür gelten die Normen DIN /11/12 bzw. die DIN EN (Abb ). Abb Besondere Zementeigenschaften nach DIN /11/12 und DIN EN Besondere Eigenschaften Kennz. Norm Zementart Anforderung niedrige Hydratationswärme LH DIN EN CEM I bis CEM IV Hydratationswärme 270 J/g hoher Sulfatwiderstand HS DIN CEM I CEM III/B und CEM III/C C 3 A 3M.-% und Al 2 O 3 5M.-% Hüttensandgehalt 66 M.-% CEM I, CEM I (außer CEM II/B-S),CEM IV und CEM V 0,60 niedrig wirksamer Alkaligehalt frühes Erstarren schnell erstarrend NA FE SE DIN DIN DIN CEM II/B-S CEM III/A Hüttensandgehalt 49M.-% CEM III/A Hüttensandgehalt 50M.-% CEM III/B und CEM III/C CEM I bis CEM V 32,5 N/R CEM I bis CEM V 42,5 N/R CEM I bis CEM V 52,5 N/R CEM I bis CEM V 0,70 M.-% Na 2 O-Äquivalent 0,95 1,10 2,00 Erstarrungsbeginn 15 min und < 75 min Erstarrungsbeginn 15 min und < 60 min Erstarrungsbeginn 15 min und < 45 min Erstarrungsbeginn 45 min erhöhter Anteil an organischen Zusätzen HO DIN CEM I bis CEM V Anteil Zusätze 1 M.-% Mechanische und physikalische Anforderungen Wichtiges Kriterium für die Kennzeichnung von Zementen ist die Einteilung in Festigkeitsklassen. Hierfür werden sowohl die Normfestigkeiten nach 28 Tagen als auch die Anfangsfestigkeiten berücksichtigt. Für jede Klasse der Normfestigkeit 32,5, 42,5 und 52,5 sind nach DIN EN 197 drei Klassen für die Anfangsfestigkeit definiert: eine Klasse L mit niedriger Anfangsfestigkeit, die Klasse N mit normaler und die Klasse R mit hoher Anfangsfestigkeit. DIN EN kennt darüber hinaus die Festigkeitsklasse 22,5 (Abb ). Für die einzelnen Festigkeitsklassen sind auch die Zeiten für den Erstarrungsbeginn festgelegt (Abb ). Druckfestigkeit 1) Erstarrungs- [MPa] 2) beginn 3) Festigkeits- Anfangsklasse Normfestigkeit festigkeit 2 Tage 7 Tage 28 Tage [Min.] 22,5 4) 22,5 42, ,5 L 5) 12,0 32,5 N 16,0 32,5 52, ,5 R 10,0 42,5 L 5) 16,0 42,5 N 10,0 42,5 62, ,5 R 20,0 52,5 L 5) 10,0 52,5 N 20,0 52, ,5 R 30,0 1) Prüfung nach DIN EN ) nur bei Sonderzementen nach DIN EN ) 1 MPa entspricht 1 N/mm 2 5) nur bei Hochofenzementen mit niedriger 3) Prüfung nach DIN EN Anfangsfestigkeit nach DIN EN Abb Zementfestigkeiten gemäss DIN EN 197-1, definiert als charakteristische Werte 9 1.1

12 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente Expositionsklasse 1) X0 XC1 XC2 XC3 XC4 XD1 XD2 XD3 XS1 XS2 XS3 XF1 XF2 XF3 XF4 XA1 XA2 2) XA3 2) XM1 XM2 XM3 6) CEM I CEM II A/B S A D 3) A/B P/Q A V B V A W B W A/B T A LL B LL A L B L A M B M CEM III A 4) B 5) C (auch VLH III/B, VLH III/C) CEM IV A (auch VLH IV/A) B (auch VLH IV/B) CEM V A (auch VLH V/A) B (auch VKH V/B) 1) Expositionsklassen siehe Seiten 50 und 51. 2) Bei chemischem Angriff durch Sulfat (ausgenommen bei Meerwasser) muss bei den Expositionsklassen XA2 und XA3 Zement mit hohem Sulfatwiderstand (HS-Zement) verwendet werden. Bei einem Sulfatgehalt des angreifenden Wassers von SO mg/l darf anstelle von HS-Zement eine Mischung von Zement und Flugasche verwendet werden. 3) Silicastaub nach Zulassungsrichtlinien DIBt bzgl. Gehalt an elementarem Silicium (Si). 4) Festigkeitsklasse 42,5 oder Festigkeitsklasse 32,5 R mit einem Hüttensandanteil 50 M.-% 5) CEM III/B darf nur für die folgenden Anwendungsfälle verwendet werden (auf Luftporen kann in beiden Fällen verzichtet werden): a) Meerwasserbauteile: w/z 0,45; Mindestfestigkeitsklasse C35/45 und z 340 kg/m 3 b) Räumerlaufbahnen: w/z 0,35; Mindestfestigkeitsklasse C40/50 und z 360 kg/m 3 ; Beachtung von DIN , Kläranlagen Baugrundsätze für Bauwerke und technische Ausrüstungen. Allgemeine Grundsätze. 6) Spannstahlverträglichkeit Abb gültiger Anwendungsbereich Anwendungsbereiche für Zement nach DIN allg. bauaufsichtliche Zulassung erforderlich

13 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente Zementart Portlandzement HS Hochofenzement HS Hauptanwendungsgebiete Anforderung Für CEM I: C 3 A 3 M.-% und Al 2 O 3 5 M.-% Hochofenzemente CEM III/B und CEM III/C Bauteile, die sulfathaltigen Wässern (> 600 mg SO 2 4 je l) oder Böden (> 3000 mg SO 2 4 je kg) ausgesetzt sind Abb Hoher Sulfatwiderstand HS Zementart Anforderung: Gesamtalkaligehalt in M.-% Na 2 O-Äquivalent Zement NA CEM I, CEM II (außer CEM II/B-S), CEM IV, CEM V 0,60 Portlandhüttenzement NA CEM II/B-S 0,70 Hochofenzement NA CEM III/A mit Hüttensandgehalt 49 M.-% 0,95 CEM III/A mit Hüttensandgehalt 50 M.-% 1,10 CEM III/B, CEM III/C 2,00 Hauptanwendungsgebiete Bauteile, die mit alkaliempfindlichen Gesteinskörnungen hergestellt werden Abb Niedriger wirksamer Alkaligehalt NA Zementart Zement LH Sonderzement VLH Hauptanwendungsgebiete Anforderung Lösungswärme in den ersten 7 Tagen 270 J/g Zement Lösungswärme in den ersten 7 Tagen 220 J/g Zement massige Bauteile, Betonieren bei hohen Außentemperaturen Abb Niedrige Hydratationswärme LH Abb Wasserrückhaltebecken aus Beton mit Zement niedriger Hydratationswärme und hohem Sulfatwiderstand (LH/HS)

14 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente Dreistoffdiagramm CaO / SiO 2 / Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 Abb zeigt bezogen auf die wichtigen Haupt - oxide CaO, SiO 2 und Al 2 O 3 +Fe 2 O 3 die stoffliche Ver - wandtschaft der Hauptbestandteile von Zement und Portlandzementklinker. Mehr als 90 Prozent der Erd - rinde be stehen aus den Elementen dieser Hauptoxide. Portlandzementklinker (K) CaO Calciumoxid SiO 2 Siliciumdioxid Al 2 O 3 Aluminiumoxid Fe 2 O 3 Eisenoxid 70 % CaO % % SiO Hüttensand (granulierte Hochofenschlacke) (S) Silicastaub (D) natürliches und natürliches, getempertes Puzzolan (P, Q) Kieselsäurereiche Steinkohlenflugasche (V) Abb Dreistoffdiagramm CaO / SiO 2 / Al 2 O 3 + Fe 2 O % % % AI 2 O 3 + Fe 2 O 3 Kalkreiche Flugasche (W) Gebrannter Schiefer (T) Kalkstein (L, LL) Abb Beispiele zur Interpretation der Bezeichnungen CEM Zement gemäß DIN EN CEM Zement gemäß DIN EN CEM Zement gemäß DIN EN CEM Zement gemäß DIN EN CEM Zement gemäß DIN EN I Zementart Typ I (Portlandzement) II Zementart Typ II (Portlandkompositzement) II Zementart Typ II (Portlandkompositzement) II Zementart Typ II (Portlandkompositzement) III Zementart Typ III (Hochofenzement) / / / / 42,5 Festigkeitsklasse 42,5 A enthält 6 20% 2. Hauptbestandteil B enthält 21 35% 2. Hauptbestandteil B enthält 21 35% 2. Hauptbestandteil B enthält 66 80% Hüttensand 2. Hauptbestandteil R hohe Anfangsfestigkeit LL hochwertiger Kalkstein T gebrannter Schiefer M enthält mehr als einen 2. Hauptbestandteil 32,5 Festigkeitsklasse 32,5 52,5 Festigkeitsklasse 52,5 42,5 Festigkeitsklasse 42,5 (V-LL) kieselsäurereiche Flugasche und hochwertiger Kalkstein N normale Anfangsfestigkeit N normale Anfangsfestigkeit N normale Anfangsfestigkeit 32,5 Festigkeitsklasse 32,5 R hohe Anfangsfestigkeit LH / HS / Low Heat (niedrige Hydratationswärme) hoher Sulfatwiderstand NA niedriger wirksamer Alkaligehalt

15 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente Sorten und Eigenschaften der Holcim Zemente und Zusatzstoffe Detaillierte Angaben über die aufgeführten Ze men te finden sich insbesondere in der»produktinfor mation«zu den einzelnen Zemen ten in der Holcim Zement- Dokumentation. Bei Unklarheiten bezüglich der Eignung eines be stimmten Zements oder zur Lösung spezieller Beton probleme hilft das Beratungsteam von Holcim (Süddeutschland) GmbH gerne weiter. Riteno 4 Portlandschieferzement, CEM II/B-T 42,5 N Riteno 4 Riteno 4 ist ein Portlandschieferzement mit rund 25% gebranntem, reaktivem Schiefer. Durch sorgfältige Abstimmung der Rohstoffe und deren gemeinsame Vermah lung entsteht ein Portlandschieferzement CEM II/B-T 42,5 N, der alle Anforderungen gemäss DIN EN erfüllt. Riteno 4 zeichnet sich durch positive Eigenschaften wie moderate Wärmeentwicklung, ausgezeichnetes Wasserrückhaltevermögen, gute Grün - standsfestigkeit sowie erhöhten Sulfatwiderstand (bis 1000 mg/l SO 4 bei einem max. w/z-wert von 0,5) aus. Riteno 4 hat ein breites Anwendungsspektrum: Beton-, Stahl- und Spannbetonbau für Wohnungs-, Büro- und Gewerbebau, Sichtbeton sowie Betonwaren, Mörtel und Estriche. Riteno 5 Portlandschieferzement, CEM II/B-T 52,5 N Riteno 5 Riteno 5 ist ein Portlandschieferzement mit rund 25% gebranntem, reaktivem Schiefer. Durch sorgfältige Abstimmung der Rohstoffe und deren gemeinsame Vermah lung entsteht ein Portlandschieferzement CEM II/B-T 52,5 N, der alle Anforderungen gemäß DIN EN erfüllt. Riteno 5 zeichnet sich durch positive Eigenschaften wie gute Festigkeitsentwicklung, ausgezeichnetes Wasserrückhaltevermögen sowie erhöh- ten Sulfatwiderstand (bis 1000 mg/l SO 4 bei einem max. w/z-wert von 0,5) aus. Riteno 5 wird hauptsächlich für folgende Anwendungen eingesetzt: Beton-, Stahl- und Spannbetonbau, Fertigteilproduktion, Beton - waren sowie für Trocken- und Nassmörtel. Riteno 5R Portlandschieferzement, CEM II/B-T 52,5 R Riteno 5R Riteno 5R ist ein Portlandschieferzement mit rund 25% gebranntem, reaktivem Schiefer. Durch sorgfältige Abstimmung der Rohstoffe und deren gemeinsame Vermah lung entsteht ein Portlandschieferzement CEM II/B-T 52,5 R, der alle Anforderungen gemäß DIN EN erfüllt. Riteno 5R zeichnet sich durch positive Eigenschaften wie schnelle Festigkeitsentwicklung, ausgezeichnetes Wasserrückhaltevermögen sowie erhöhten Sulfatwiderstand (bis 1000 mg/l SO 4 bei einem max. w/z-wert von 0,5) aus. Riteno 5R wird vorteilhaft in der Fertigteilproduktion, für hochfesten Beton sowie bei tiefen Temperaturen eingesetzt. Fluvio 4 Portlandkalksteinzement, CEM II/A-LL 42,5 N Fluvio 4 Fluvio 4 ist ein der DIN EN entsprechender Port - landkalksteinzement CEM II/A-LL 42,5 N. Er enthält rund 15% eines ausgewählten, hochwertigen Kalksteins. Das feine Kalksteinkorn wirkt als»schmier mittel«und verbessert die Verarbeitbarkeit und vor allem die Pump bar - keit. Fluvio 4 wirkt sich positiv auf das Wasserrück - halte vermögen aus, vermindert die Entmi schungs gefahr und fördert die Betondichtigkeit und damit die Dauerhaftigkeit. Fluvio 4 hat ein breites Anwendungs - spektrum: Beton und Stahlbeton für Wohnungs-, Büround Gewer bebau, Sicht beton, Pump beton, Beton mit hohem Wassereindrin gungs wider stand, Putz- und Mauermörtel, Estriche und Beton wa ren. Fluvio 4 ist ein hochwertiges, umwelt freund liches Qualitäts produkt

16 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente Fluvio 5 Portlandkalksteinzement, CEM II/A-LL 52,5 N Normo 4 Portlandzement, CEM I 42,5 N Fluvio 5 Fluvio 5 ist ein Portlandkalksteinzement (CEM II/A-LL 52,5 N) der DIN EN mit den Hauptkomponenten Portlandzementklinker und ausgewähltem, hochwertigen Kalkstein, die sorgfältig aufeinander abgestimmt und gemeinsam vermahlen werden. Das feine Kalksteinkorn wirkt als»schmiermittel«und verbessert die Verarbeitbarkeit und vor allem die Pumpbarkeit. Seine hohe Frühfestigkeit wird in der Fertigteilindustrie Normo 4 Normo 4 ist ein reiner Portlandzement. Er erfüllt alle Anforderungen an einen Portlandzement CEM I 42,5 N gemäß DIN EN Normo 4 ist aufgrund seiner vielfältigen und günstigen bautechnischen Eigenschaften der Standardzement für alle normalen Anwendungsbereiche. Normo 4 kann als Normzement uneingeschränkt für Beton, Stahlbeton, Spannbeton, Estriche, Putz- und Mauermörtel verwendet werden. geschätzt, ebenso seine helle und gleichmäßige Betonoberfläche. Fluvio 5 wirkt sich positiv auf das Wasserrückhaltevermögen aus, vermindert die Entmischungsgefahr und fördert die Betondichtigkeit und Normo 4R Portlandzement, CEM I 42,5 R damit die Dauerhaftigkeit. Fluvio 5 wird hauptsächlich in der Beton-Fertigteilindustrie eingesetzt, insbesondere für die Herstellung von Sichtbeton. Darüber hinaus eignet sich Fluvio 5 für die Herstellung von Betonwaren. Normo 3R Portlandzement, CEM I 32,5 R Normo 4R Normo 4R ist ein reiner Portlandzement. Er erfüllt alle Anforderungen an einen Portlandzement CEM I 42,5 R nach DIN EN Normo 4R ist aufgrund seiner vielfältigen und günstigen Eigenschaften für alle Anwendungsbereiche geeignet. Sein schneller Erhärtungsverlauf ist für das Betonieren bei kalter Witterung oder kurzen Ausschalfristen vorteilhaft. Seine hohe Endfestigkeit lässt auch anspruchsvolle Ingenieurbauwerke zu. Normo 3R Normo 5 Portlandzement, CEM I 52,5 N Normo 3R ist ein reiner Portlandzement. Er erfüllt alle Anforderungen an einen Portlandzement CEM I 32,5 R nach DIN EN Normo 3R ist aufgrund seiner vielfältigen und günstigen bautechnischen Eigenschaften ein Zement für alle normalen Anwendungsbereiche. Normo 3R kann als Normzement uneingeschränkt für Beton, Stahlbeton, Spannbeton, Estriche, Putz- und Mauermörtel verwendet werden. Darüber hinaus ist Normo 3R als Fahrbahndeckenzement einsetzbar. Normo 5 Normo 5 ist ein reiner Portlandzement. Er erfüllt alle Anforderungen an einen Portlandzement CEM I 52,5 N nach der DIN EN Normo 5 ist aufgrund seiner vielfältigen und günstigen Eigenschaften für alle Anwendungsbereiche geeignet. Sein schneller Erhärtungsverlauf ist für das Betonieren bei kalter Witterung oder sehr kurzen Ausschalfristen vorteilhaft. Seine hohe Endfestigkeit lässt auch anspruchsvolle Ingenieurbauwerke und vorgefertigte Betonbauteile zu

17 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente Normo 5R Portlandzement, CEM I 52,5 R Modero 3B Hochofenzement, CEM III/B 32,5 N-LH/HS/NA Normo 5R Normo 5R ist ein reiner Portlandzement. Er erfüllt alle Anforderungen an einen Portland zement CEM I 52,5 R gemäß DIN EN Normo 5R ist ein baupraktisch hervorragend bewährter hochwertiger Portland zement mit schneller Anfangs erhärtung und hoher Endfestigkeit. Normo 5R ist nahezu universell im anspruchs vollen Ingenieur bau sowie auch zur Herstellung vorgefertigter Betonbauteile einsetzbar. Gepardo 5R Portlandzement, CEM I 52,5 R Gepardo 5R Gepardo 5R ist ein hydraulisches Bindemittel mit Haupt bestandteil Portlandzement nach DIN EN Er erfüllt alle Anforderungen eines Normenzementes nach DIN EN und DIN Gepardo 5R eignet sich besonders für Betone mit sehr hohen Frühfestig - keiten. Seine schnelle Anfangserhärtung und hohe Endfestigkeit bringen viele Vorteile, besonders in der Betonfertigteilindustrie. Aufgrund seiner Zusammen - setzung eignet sich Gepardo 5R für sehr kurze Schal - takte. Er erhärtet auch bei tiefen Temperaturen deutlich schneller als normale Portlandzemente. Protego 4R Portlandzement mit hohem Sulfatwiderstand, CEM I 42,5 R HS Protego 4R Protego 4R ist ein reiner Portlandzement mit hohem Sulfatwiderstand (HS), hergestellt aus einem Klinker von besonderer chemischer Zusam men setzung (C 3 A < 3%, Al 2 O 3 < 5%). Er erfüllt alle Anfor derungen, die die DIN EN an die Festigkeits klasse CEM I 42,5 R stellt, sowie zu sätzlich die Anforderungen bezüglich hohem Sulfat wider stand (HS) gemäß DIN 1164 und DIN EN Als normierter Zement kann Protego 4R sowohl für unbewehrten Beton als auch für Stahlbeton verwendet werden. Modero 3B Modero 3B ist ein Hochofenzement, der rund 70% ausge - wählten, hochwertigen Hütten sand (Hoch ofen schlacke) enthält. Er erfüllt alle Anfor derungen, die die DIN EN an die Festigkeitsklasse CEM III/B 32,5 N-LH/HS/NA stellt, sowie zusätzlich die Anforderungen bezüglich niedriger Hydratationswärme (LH), hohem Sulfat - wider stand (HS) und niedrigem wirksamem Alkali - gehalt (NA) gemäß DIN 1164 und DIN EN Damit eignet sich Modero 3B besonders für massige Bau teile und ermöglicht sicheres Bauen in aggressiven betonangreifenden Böden und Wässern. Dies macht den Modero 3B auch zu einem idealen Zement für spezielle Anwen dungen im Tief- und Wasserbau, für Kläranlagen, Abwasser kanäle und Wasser reservoire. Holcim-Trass Portlandpuzzolanzement, CEM II/B-P 32,5 R Holcim-Trass Holcim-Trass ist ein Portlandpuzzolanzement (CEM II/B-P 32,5 R) der DIN EN mit den Haupt kom po - nenten Portlandzementklinker und ausgewähltem Trass, die gemeinsam vermahlen werden. Holcim-Trass kann das Aussinterungs- und Ausblühverhalten güns - tig beeinflussen und eignet sich besonders gut für Mörtel zum Verlegen und Verfugen von Natur stein - platten sowie für die Sanierung alter Bausubstanz und historischer Bauten. Auch bei schwach betonschädlichen Wässern und Böden empfiehlt sich der Einsatz von Holcim-Trass

18 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente Albaro 5 Weisser Portlandzement, CEM I 52,5 N Hydrolent Steinkohlenflugasche Albaro 5 Albaro 5 ist ein reiner, weißer Portlandzement, hergestellt aus einem Klinker von besonderer chemischer Zusammensetzung. Er erfüllt alle Anforderungen an einen Portlandzement CEM I 52,5 N gemäß DIN EN Albaro 5 ist ein baupraktisch hervorragend bewährter, hochwertiger und reiner Weißzement mit hoher Anfangs- und Endfestigkeit. Albaro 5 kann wie normaler Portlandzement CEM I 52,5 N uneingeschränkt für Beton, Stahlbeton, Betonfertigteile, Betonwaren, Putzund Mauermörtel verwendet werden. Hydrolent Hydrolent ist eine speziell ausgesuchte kieselsäurereiche Steinkohlenflugasche gemäß DIN EN 450. Hydrolent lässt sich bei sehr veschiedenen Bauaufgaben als Betonzusatzstoff zur allgemeinen Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften von Frischbeton, aber auch zur Erzielung spezifischer Festbetoneigenschaften verwenden. Abb Unterschiedliche Zemente, je nach Anforderung

19 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Zemente Hydratation des Zements Mit Wasser angemacht, beginnt Zement chemisch zu reagieren. Man nennt dies die Hydratation des Zements. Sie ist mit erheblicher Wärmeentwicklung, der so genannten Hydratationswärme, verbunden (Abb ) und führt schließlich zum Erstarren und mit fortschreitender Erhärtung zum Zementstein. Temperatur [ºC] Hydratationswärme Temperatur der Probe Hydratationswärme [J/g] Zementlagerung und Haltbarkeit Zement nimmt bei längerer und/oder ungeschützter Lagerung Feuchtigkeit auf, was zur Klumpenbildung und einer Minderung des Erhärtungsvermögens führt. Lassen sich die Klumpen noch zwischen den Fingern zerdrücken, ist die Festigkeitsminderung vernachlässigbar klein. In Säcken lässt sich Zement nur eine beschränkte Zeit lagern. Sackzement lagert man am besten in trockenen Räumen. Vorübergehend im Freien gestapelter Sackzement muss auf einer belüfteteten Kantholzunterlage gelagert werden (Abb ). Abdeckfolien dürfen die Zementsäcke nicht unmittelbar berühren, da bei Kondenswasserbildung die Säcke feucht werden. Abb Zementstein unter dem Rasterelektronenmikroskop (weißer Strich als Vergleichsmaßstab = 0,005 mm) 25 Temperatur der Referenzprobe Zeit [Tage] Abb Verlauf von Temperatur und Hydratationswärme einer Normo 4-Probe (CEM I 42,5 N) Plane gegen Wegfliegen sichern Abdeckplane oder -folie im Versuch nach Langavant Durch die Zementhydratation entstehen im Wesentlichen zwei neue mineralische Stoffe (Abb ): kleine nadelförmige Gebilde aus Calciumsilikathydraten (abgekürzt CSH) von leicht schwankender Zusammensetzung, die sich miteinander verfilzen und damit ein dichtes Gefüge von hoher Festigkeit bilden große plattige Calciumhydroxid-Kristalle chemische Formel: Ca(OH), die keinen Beitrag zur Festigkeit 2 erbringen, jedoch infolge ihrer hohen alkali- schen Wirkung die Bewehrung vor Korrosion schützen. Die beiden Reaktionsprodukte der Zementhydratation wirken sich wie folgt aus: CSH + Betonfestigkeit + Dichtigkeit + Betondauerhaftigkeit Ca(OH) 2 + Bewehrungsschutz gegen Korrosion (ph > 12) wasserlöslich Kalkausblühungen Reaktionspartner bei Sulfat-Angriff und Alkali-Kieselsäure-Reaktion. Kanthölzer Schüttdichte von Zement Lose eingefüllt kg/m 3 (je nach Zementtyp) Gepresst durch bis 2200 kg/m 3 Lagerung (je nach Lagerungsdauer, -bedingungen und Zementtyp) Sicherheitshinweis Zement ist ein hydraulisches Bindemittel. Bei Feuchtigkeits- oder Wasserzutritt kommt es zu einer alkalischen Reaktion. Die Berührung mit der Haut soll nach Möglichkeit vermieden werden. Gelangt Zement ins Auge, muss es sofort gründlich mit Wasser ausgespült werden, und gegebenenfalls ist der Arzt zu konsultieren. Abb Sacklagerung im Freien Abb Schüttdichte von Zement

20 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Anmachwasser Allgemeines Zur Hydratation des Zementes wird Wasser benötigt. Für die Festigkeit des Festbetons ist der so genannte Wasserzementwert, das Verhältnis von Wasser zu Ze - ment, entscheidend. Der auf den Wasserzementwert anrechenbare Wassergehalt setzt sich zusammen aus: dem Zugabewasser der Oberflächenfeuchte der Gesteinskörnung gegebenenfalls dem Wasseranteil der Zusatz mittel und Zusatzstoffe (Silicastaub-, Pigment sus pen sio - nen usw.). Neben den zu erzielenden Festbetoneigenschaften muss der Frischbeton auch gut verarbeitbar sein. Die Kon sistenz kann dabei durch den Wassergehalt ge - steuert werden. In hochwertigen Betonzusammensetzungen kommen heute in der Regel verflüssigende Betonzusatzmittel zum Einsatz. Diese ermöglichen die unabhängige Be - ein flussung von Frisch- und Festbetoneigenschaften in gewissen Grenzen (siehe Kap. 1.4). Anforderungen an das Zugabewasser Das Zugabewasser zur Herstellung von Beton muss den Vorgaben der DIN EN 1008 entsprechen. Als Zu - gabewasser ist das in der Natur vorkommende Wasser geeignet (Abb ), sofern es nicht erhebliche Mengen an Stoffen enthält, die das Erhärten des Betons verzögern oder verhindern (z. B. Zucker, Humussäuren) unkontrolliert Luftporen einführen und da durch die Festigkeit des Betons mindern (z.b. Algen, Öle und Fette, Schwebstoffe, verschiedene anorganische Salze) zur Korrosion der Bewehrung führen. Das Zugabewasser soll klar, farb- und geruchlos sein und beim Schütteln keinen bleibenden Schaum bilden. Die Gehalte an betonschädigenden Stoffen wie Chlo - ride, Sulfate, Alkalien oder organische Verunreini gun - gen dürfen gewisse Grenzen nicht überschreiten und müssen gegebenenfalls ermittelt werden. Viele betonschädliche Stoffe sind im Zugabewasser harm loser als in Wasser, das später auf erhärteten Beton einwirkt. Sulfat- und kohlensäurehaltige Wässer gelten beispielsweise als betonaggressiv, d. h. Fest - beton kann von außen her geschädigt oder zerstört werden. Als Zugabewasser können sie sich aber durchaus eignen. Abb Zugabewasser aus der Trinkwasser - versorgung oder aus Quellen

21 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Anmachwasser Restwasser Als geeignet gilt auch Restwasser aus der Beton her - stellung (Abb ). Es darf als Zugabewasser für unbewehrten, bewehrten und vorgespannten Beton verwendet werden, wenn die folgenden Anforderungen nach DIN EN 1008 erfüllt sind: die zusätzliche Menge von Feinstoffen, die bei der Verwendung von Restwasser erzielt wird, muss weniger als 1 Prozent der Gesamtgewichts menge der in der Mischung enthaltenen Gesteinskörnung betragen der mögliche Einfluss des Restwassers muss bei besonderen Anforderungen an den Beton, wie z. B. bei Sichtbeton, Spannbeton, Luftporen beton, selbst- verdichtendem Beton, aggressiven Umge bungs - einflüssen ausgesetztem Beton usw., berücksichtigt werden. In der Praxis wird Restwasser bei diesen Betonen nicht verwendet die Menge des verwendeten Restwassers muss möglichst gleichmäßig über eine Tagespro duk tion verteilt werden. Einschränkend gilt gemäß DIN : die Verwendung von Restwasser ist nur möglich für Beton bis einschließlich Festigkeitsklasse C50/60 oder LC50/55 für die Herstellung von hochfestem Beton und Luft - porenbeton darf Restwasser nicht verwendet werden. Die Verwendung von Restwasser für die Herstellung von Beton nach ZTV-ING ist ebenfalls nicht erlaubt. Abb Recyclinganlage mit Auswasch schnecke. Schematische Darstellung und Außenaufnahme 1 Beton-Auswaschschnecke 10 2 Schneckensteuerung 3 Feststoffaustrag (Sand/Kies) 4 Überlauf für Feinstoff-Wasser-Gemisch 5 Aufgabetrichter Betonbecken 7 Wirbeleinrichtung 11 8 Leitung zur Wasserwaage im Mischturm 9 Leitung zum Waschgalgen für Fahrmischer 10 Spülleitung für Schneckentrichter 11 Frischwasserzufuhr 12 Niveauschalter für Frischwasserzufuhr

22 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Gesteinskörnung Allgemeines Unter Gesteinskörnung nach DIN EN und DIN V (umgangssprachlich: Zuschlag, engl.: aggregates, franz.: granulats) versteht man in der Regel ein Ge misch aus Sand und Kies unterschiedlicher Korn - größe. Das Gemisch aus den einzelnen Korngrup pen bildet das Gerüst des Betons und sollte möglichst hohlraumarm aufgebaut sein. Eine qualitativ gute Gesteinskörnung hat gegen über dem umgebenden, kittenden Zementstein verschiedene Vorteile: höhere Festigkeit bessere Dauerhaftigkeit keine Volumenveränderung infolge Feuchtigkeit, somit Reduktion des Schwindmaßes im Beton Aufnahme von Hydratationswärme und damit dämp - fende Wirkung auf den Erhärtungsprozess. Seit 2008 müssen Gesteinskörnungslieferanten ihre Vorkommen nach der AKR-Richtlinie in Alkaliempfind - lich keitsklassen einstufen (vgl. S. 121). Die Anforderungen an Gesteinskörnung sind in DIN EN geregelt. Deren Verwendung für die Herstellung von Beton regeln DIN EN 206-1, DIN und DIN V Rezyklierte Gesteinskörnung nach DIN darf gemäß der DAfStb-Richtlinie»Beton nach DIN EN und DIN mit rezyklierten Ge - steinskörnungen nach DIN «verwendet werden. Abb Terminologie nach alter und nach neuer Norm sowie zusätzliche, in der»beton- praxis«verwen - dete Begriffe Alt Neu Zusätzliche, in der»beton- DIN DIN EN und DIN V praxis«verwendete Begriffe Zuschlag Gesteinskörnung Sand, Brechsand (D 4 mm) feine Gesteinskörnung (D 4 mm) Sand, Brechsand Kies, Splitt (D > 4 mm) grobe Gesteinskörnung (D > 4 mm) Kies, Splitt Recycling-Zuschlag Recycling-Gesteinskörnung Granulat Abschlämmbare Bestandteile (D 0,063 mm) Feinanteile (D 0,063 mm) Mehlkornanteil (D 0,125 mm) Mehlkornanteil (D 0,125 mm) Korngruppe (z. B. 4/8) Korngruppe d/d (z.b. 4/8) Werkgemischter Betonzuschlag (z. B. 0/32) Korngemisch (z. B. 0/32) Sieblinie, Siebkurve Kornzusammensetzung D Sieblochweite des oberen Begrenzungssiebs der Korngruppe in mm d Sieblochweite des unteren Begrenzungssiebs der Korngruppe in mm Eigenschaften Die wichtigsten Eigenschaften der Gesteinskör nung sind: Kornzusammensetzung Gesteinsqualität, Kornform und Oberflächenbe schaf - fen heit Sauberkeit Rohdichte, Schüttdichte (Raumgewicht) und Feuch - tig keitsgehalt. Abb Kiesgrube von Holcim Kies + Beton

23 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Gesteinskörnung Kornzusammensetzung Die Anforderungen an die Kornzusammen set zung sowie die wichtigsten Eigenschaften von Gesteins - körnungen enthalten DIN EN und DIN V Die Kornzusammensetzung einer Gesteinskör nung ist bestimmend für die Packungsdichte (den Hohl raum - anteil) des Korngerüsts. Zusammen mit der Oberflä - chen beschaf fen heit, der spezifischen Oberfläche und der Kornform der Einzelkörner ist die Kornzusam men - setzung maßgebend für den Wasserbedarf und für die Verarbeit barkeit des Betons verantwortlich. Der Kornaufbau eines Korngemischs wird vom Mengenverhältnis der einzelnen Korngruppen bestimmt (Abb bis 1.3.5). Durch Aus sieben des Gemischs mit genormten Quad rat lochsieben (Drahtgeflecht, Loch - blech, Kunststoff, Gummi) verbleibt auf jedem Sieb ein bestimmter Rück stand. Maßgebend ist die volumetrische Vertei lung der Durchgänge mit ihren verschiedenen Korndurch messern. Da aber weitestgehend alle Korngruppen einer Ges teins körnung annä hernd gleiche Roh dichten aufweisen, ist die übliche Darstellung in Masse npro zenten bei der An gabe der Kornzusam - mensetzung ausreichend (Abb bis ). Die verbindlichen Begrenzungssiebe für die Bezeich - nung der Korn gruppen (Grund- und Ergän zungs sieb - satz 1) und der Prüfsieb satz zur Bestim mung der Korn - zusammensetzung sind in Abb dargestellt. Abb Schlecht abgestuftes Korngemisch mit zu vielen groben Gesteinskörnern: Der Zementleim vermag die verbleibenden Hohlräume nicht auszufüllen Abb Gut abgestuftes Korngemisch: Genügend Zementleim, um alle Körner zu umhüllen und die Hohlräume auszufüllen Abb Schlecht abgestuftes Korngemisch mit zu vielen feinen Gesteinskörnern: Beansprucht viel Zementleim oder zu viel Anmachwasser (starkes Bluten) Abb Begrenzungs- und Prüfsiebe Grund- und Ergänzungssiebsatz 1 zur Bezeichnung der Korngröße ,6 8 11, ,4 31, ,063 0,125 0,25 0,5 1 1,4 2 2,8 4 5,6 8 11, ,4 31, Prüfsiebsatz der Kornzusammensetzung

24 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Gesteinskörnung Gesteinsqualität, Kornform und Oberflächen - beschaffenheit Poröses und zu weiches Material beeinträchtigt die Qualität des Betons. Die Kornform (Abb.1.3.7), aber auch die Kornabstufung und die Ober flächen be schaf fenheit bestimmen im Wesent lichen den Wasser bedarf und die Verdicht barkeit. Die Praxis hat gezeigt, dass Korngemische mit ausschließlich gebrochenen Korngruppen ge brauchs taug - lich sind. Gebrochene Gesteins kör nungen können z. B. die Druck-, Zug- und Abrieb festigkeit des Betons verbessern, beinträchtigen allenfalls aber seine Ver arbeit - barkeit; dem lässt sich mit einer entsprechenden An - pas sung des Zementleimvolumens entgegenwirken. Abb Kornformen und ihre natürlich gebrochen Kornform kugelig nicht kugelig kubisch nicht kubisch (stengelig/plattig) (stengelig/plattig) Eigenschaften Kantigkeit rund kantig Oberflächenglatt rau rauigkeit Kornoberfläche zunehmend Wasserbedarf Verarbeitbarkeit abnehmend Verdichtbarkeit Sauberkeit Verunreinigte Gesteinskörnungen vermindern die Beton qualität: Beispielsweise Störung des Erhärtens, Schwächung des Frostwider stands und verringerte Haftung zwischen Gesteinskörnung und Zementstein. Deshalb wird die Gesteinskörnung bei der Aufberei - tung gewaschen (Abb ). Abb Aussieben und Waschen von Gesteinskörnern in einem Kieswerk Rohdichte, Schüttdichte (Raumgewicht) und Feuchtigkeitsgehalt Die Ursprungsmineralien und die Porigkeit der Gesteinskörnung bestimmen deren Rohdichte (Abb ), die zur Stoff raum rechnung benötigt wird. Die Schüttdichte ist die Masse von lose ge schüttetem Material pro Volumeneinheit. Der Feuchtigkeits ge halt setzt sich aus der Ober flächen- und Kernfeuchte zu sam - men, wobei die Kernfeuchte bei der Betonherstellung in der Regel eine vernachlässigbare Rolle spielt, so dass der Feuchtigkeitsgehalt mit dem Oberflächenwasser gleichgesetzt werden kann. Während der Feuch tig - keitsgehalt einer groben Gesteinskörnung bis zu drei Massenprozente betragen kann, liegt die Sand feuch - tigkeit in der Regel bei vier bis acht Massenprozenten

25 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Gesteinskörnung Gesteinskörnung Rohdichte [kg/m 3 ] Gesteinskörnungsart Anwendung Regelgesteinskörnung ~ Fluss- oder Gletscherablagerungen, Bewehrter und unbewehrter gebrochene Gesteine Beton, Betonwaren Schwere 3000 Baryt (Schwerspat), Eisenerz, Beton für Strahlenschutz Gesteinskörnung Hämatit, Stahlgranulat Leichte 2000 Blähton, Bims, Leichtbeton, Isolierbeton, Gesteinskörnung Blähschiefer, Blähglas Überbeton Harte 2500 Quarz, Korund, Siliciumkarbid Hartbetonbeläge, Gesteinskörnung abriebfester Beton Rezyklierte > 2000 Betonsplitt, -brechsand Recyclingbeton Gesteinskörnung Bauwerkssplitt, -brechsand Abb Unterteilung der Gesteinskörnung nach ihrer Rohdichte Der Feuchtigkeitsgehalt ist in der Stoffraumberech - nung bei der Gesteins kör nung und beim Zugabewasser zu berücksichtigen. Abb Aufgabetrichter der Gesteins kör - nungen für den Elevator im Betonwerk Definitionen nach DIN EN und DIN V Bei den Gesteinskörnungen wird zwischen feinen (Sand, Brechsand) und groben (Kies, Splitt) Gesteins - körnungen sowie Kornge mischen unterschieden, wie in Abb zusammengestellt. Abb Definition und Beispiele für die Begriffe»feine Gesteinskörnung«(Sand, Brechsand),»grobe Gesteinskörnung«(Kies, Splitt) und»korngemisch«bezeichnung Definition Beispiele Feine Gesteins- D 4 mm 0/1 körnung und d = 0 0/2 (Sand, Brechsand) 0/4 eng gestuft 2/8 D/d 2 oder 8/16 Grobe Gesteins- D 4 mm D 11, 2 mm 16/32 körnung d 2 mm weit gestuft (Kies, Splitt) D/d > 2 und 4/32 D > 11,2 mm Korngemisch D 45 mm 0/32 und d =

26 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Gesteinskörnung Feine Gesteinskörnungen (Sand, Brechsand) Es gibt keine Absolut-Anforderungen mehr an die Korn zusammensetzung. Die Hersteller geben eine mittlere»typische Kornzusammen setzung«ihres Sandes an und müssen diese mit vorgegebenen Grenzab wei - chungen gemäß Abb einhalten und dabei den in Abb angegebenen Anforderungen der oberen Sieböffnung D entsprechen. Grenzabweichungen für den Sieböffnung Siebdurchgang [mm] [Massen-%] 0/4 0/2 0/1 4 ±5 2 ±5 1 ±20 ±20 ±5 Siebdurchgang [Massen-%] % 85% 95% 0,250 ± 20 ± 25 ± 25 0,063 ± 3 ± 5 ± 5 0 D 1,4 D 2 D Obere Sieböffnung Abb Grenzabweichungen für die vom Her stel ler angegebene typische Korn zusam men set - zung von feinen Gesteins körnungen für Abb Regelanforderungen an die Kornzusammensetzung von Sanden und Brechsanden (feine Gesteinskörnungen) allgemeine Zwecke nach DIN EN Siebdurchgang [Massen-%] und DIN V % 98% 80 85% % 5% 1 1,4 2 2,8 4 5,6 8 11, ,4 31, d/2 d D 1,4 D 2 D Sieböffnung [mm] Grobe Gesteinskörnungen (Kies, Splitt) Bei groben Gesteinskörnungen ist zwischen eng ge - stuften und weit gestuften zu unterscheiden. Bei eng gestuften groben Gesteinskörnungen wird lediglich eine Anforderung an den zulässigen Überund Unterkornanteil gestellt Bei weit gestuften groben Gesteinskörnungen sind neben den Anforderungen an den zulässigen Überund Unterkornanteil auch jene an den Absolut - grenz wert und die Grenzab wei chung für den Sieb - durchgang eines zwischen den Begrenzungs sieben liegenden mittleren Siebs einzuhalten (Abb ). Siebdurchgang [Massen-%] % 98% 80 9o% 70% % 5% 25% 1 1,4 2 2,8 4 5,6 8 11, ,4 31, d/2 d D 1,4 D 2 D Sieböffnung [mm] Abb (oben) Beispiel für eng gestufte (16/32) grobe Gesteinskörnungen (Kies, Splitt), Kategorie G C 85/20 Abb (unten) Beispiel für weit gestufte (4/32) grobe Gesteinskörnungen (Kies, Splitt), Kategorie G C 90/

27 Die Ausgangsstoffe zur Betonherstellung Gesteinskörnung Grenzabweichung für Absolutgrenz- den von den Herstellenden Mittleres Sieb werte angegebenen typischen D/d [mm] [Massen-%] Siebdurchgang < 4 D/1,4 25 bis 70 ± 15 4 D/2 25 bis 70 ± 17,5 Wenn das wie angegeben errechnete mittlere Sieb nicht vorhanden ist, muss das nächstliegende Sieb der Reihe verwendet werden. Abb Absolutgrenzwerte und Grenzab wei chun - gen für den Siebdurchgang durch das mittlere Sieb für grobe Gesteinskörnungen Korngemische Bei Korngemischen handelt es sich um Gemische aus feinen und groben Gesteinskörnungen, die nach geeigneten prozentualen Anteilen zusammengesetzt werden und Absolutgrenzwerten genügen müssen (blauer Bereich in Abb ). In der Praxis bewährte Korn - zusammensetzungen liegen in den rot ge kenn zeich - ne ten Bereichen der Abb Abb Lagerplatz mit verschiedenen Ge - steins körnungen Siebdurchgang [Massen-%] % 90% 99% 99% % 98% 90% Siebdurchgang [Massen-%] 90% 90% 80 60% 60 50% 50% 40 Abb Korngemische. Die Absolutgrenzwerte nach DIN EN und DIN V sind blau, be - währte Kornzusam % 20 20% men setzungen rot gekennzeichnet, 0 0,125 0, , D 2 D Sieböffnung [mm] 1,4 D 0 0,125 0, , D 2 D Sieböffnung [mm] 1,4 D Kategorie G A 90 Um eine gleichbleibende Betonqualität einhalten zu können, sollte das Betonwerk einen definierten Bereich der Kornzusammensetzung mit dem Lieferanten der Gesteinskörnung vereinbaren, der einzuhalten ist. Geometrische, physikalische und chemische Anforderungen Die Gesteinskörnung nimmt im Beton den weitaus größten Volumenanteil ein. Wesentliche Eigenschaften, wie etwa die Frostwider stands fähigkeit, werden des- halb maßgeblich von den Eigenschaften der verwendeten Gesteinskörnung beeinflusst. Deshalb können neben den Anfor derungen an die Kornzusammen - setzung einer Gesteinskörnung in Abhängigkeit ihrer Verwen dung auch verschiedene geometrische, physikalische und chemi sche Anforderungen gestellt werden. Die Dauerhaftigkeit wird über mineralogische Prü fungen nachgewiesen