BAUSTOFFKENNWERTE... 4 HOLZ... 7 BINDEMITTEL...13 BETON...19 KERAMIK...28 MÖRTEL...31 STAHL...38 ALU...49 GLAS...50 PRÜFUNGSBEISPIEL...

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2 2 LITERATUR: SCHNEIDER, Ulrich (Hrsg): Wiener Baustofflehreblätter, Schriftenreihe des Instituts für Baustofflehre, Bauphysik und Brandschutz, Technische Universität Wien Grundlagen Holz Bindemittel Frischbeton Festbeton Mörtel Stahl Keramik, Steine und Glas

3 3 BAUSTOFFKENNWERTE... 4 MECHANISCHE EINFLÜSSE...4 WÄRMEEINFLÜSSE...5 FEUCHTIGKEITSEINFLÜSSE...6 HOLZ... 7 EIGENSCHAFTEN...8 BESTÄNDIGKEIT...9 HOLZSCHUTZ...10 SCHNITTARTEN...11 SCNITTKLASSEN...11 HOLZWERKSTOFFE...12 BINDEMITTEL...13 GIPS...13 KALK...14 MAGNESIABINDER...15 ZEMENT...15 BETON...19 ZUSCHLAG...19 ANMACHWASSER...20 FRISCHBETON...21 NORMALBETON...22 LEICHTBETON...26 BETONBAUSTEINE...27 KERAMIK...28 IRDENGUT...28 Mauerziegel...28 Dachziegel...29 SINTERZEUG...29 Hartporzellan...29 Weichporzellan...29 FEUERFESTSTOFFE...30 MÖRTEL...31 MAUREMÖRTEL...31 PUTZMÖRTEL...32 ESTRICHMÖRTEL...34 MAUERWERKSAUFBAU...36 STAHL...38 HERSTELLUNG...38 FORMGEBUNG...40 STRUKTUELLER AUFBAU...41 LEGIERUNGSELEMENTE & STAHLBEGLEITER...42 WÄRMEBEHANDLUNG...44 MECH. EIGENSCHAFTEN...44 BETONSTÄHLE...45 SPANNSTÄHLE...47 GUSSEISEN...47 VERBINDUNGSMITTEL (SCHWEISSEN)...48 ALU...49 GLAS...50 GLASSORTEN...51 GLASWERKSTOFFE...52 PRÜFUNGSBEISPIEL...53

4 Baustoffkennwerte 4 MECHANISCHE EINFLÜSSE BAUSTOFFKENNWERTE Poisson sche Zahl µ [.] Das Verhältnis Querdehnung : Längsdehnung ist für einen bestimmten Stoff immer konstant µ=? q /?? q...querdehnung?...längsdehnung Generell gilt: 0 µ 0,5 Bei µ=0,5 bleibt das Volumen bei kleineren Verformungen konstant. Elastizitätsmodul E [N/mm²] ist ein Maß für die Steifigkeit eines Werkstoffes und entspricht der Steigung des linearen bzw. des linearisierten Anfangsteiles der Spannungs-Dehnungs-Kurve. Hook sches Gesetz: E=? /?= tan??????? Spannungs-Dehnungsdiagramm Spannungs-Dehnungsdiagramm für Beton für Beton Zugfestigkeit? Z [N/mm²] wird im Zugversuch gemessen. Dieser gilt als der Grundversuch der Werkstoffprüfung. Das im Spannungs-Dehnungsdiagramm (Werkstoffkennlinie) auftretende Maximum kennzeichnet die Zugfestigkeit des Materials. Druckfestigkeit? D [N/mm²] Druck- und Zugfestigkeit eines Stoffes können, müssen aber nicht übereinstimmen. Ob ein Werkstoff auf Druck- oder auf Zugfestigkeit überprüft wird, hängt hautpsächlich davon ab, welchen Belastungen er im eingebauten Zustand ausgesetzt wird. Biegezugfestigkeit? BZ [N/mm²] Bei Baustoffen, bei denen die Zugfestigkeit kleiner als die Druckfestigkeit ist, tritt der Bruch durch Versagen der Zugzone (z.b. bei Beton) und umgekehrt (z.b. bei Holz). Die reine Zugfestigkeit ist grundsätzlich kleiner als die Biegezugfestigkeit. Spaltzugfestigkeit? SpZ [N/mm²]

5 Baustoffkennwerte 5 Bei einer linienförmigen Druckbeanspruchung kommt es zum Spaltzugbruch des Werkstoffes. Die Spaltzugfestigkeit ist grundsätzlich kleiner als die Biegezugfestigkeit. WÄRMEEINFLÜSSE Wärmedehnzahl? t [10-6 /K oder 10-6 / C] beschreibt das thermische Dehnvermögen Wärmeleitzahl? [W/mK] Stoffe mit einer kleinen Wärmeleitzahl haben ein schlechtes Wärmeleitungsvermögen und somit gute Dämmeigenschaften. Für Dämmstoffe gilt generell:?< 0,1 Einflüsse auf die Wärmeleitzahl: Struktur: kleine Rohdichte? große Porosität? kleine Wärmeleitzahl große Rohdichte? kleine Porosität? große Wärmeleitzahl Feuchtigkeit: Die Wärmeleitzahl nimmt mit zunehmendem Feuchtegehalt zu, da die Wärmeleitzahl des Wassers (0,6) im Verhälntis zur Wärmeleitzahl der Luft (0,022) erheblich größer ist. Außerdem wird ein Großteil der Wärme durch Wasserdampfdiffusion transportiert. Temperatur: Zwischen 0 C und 100 C nimmt die Wärmeleitfähigkeit mit der Temperaturzunahme ebenfalls zu. Wegen der hohen Wärmeleitzahl des Eises (2,3) steigt die Wärmeleitzahl eines wassergesättigten porösen Baustoffes beim Gefrieren stark an. Wärmedurchlaßzahl? Wärmestromdichte bezogen auf die Temperaturdifferenz Der Kehrwert der Wärmedurchlaßzahl wird als der Wärmedurchlaßwiderstand bezeichnet und dient zur Beurteilung des Wärmeschutzes.?=?/d Wärmedurchgangszahl (k-wert) [W/m²K] Den Kehrwert der Wärmedurchgangszahl bezeichnet man als den Wärmedurchgangswiderstand 1/k. Wärmestromdichte q [W/m²] Bei rel. konstanten Außen- (? a ) und Innentemperaturen (? i ) stellt sich im Bauteil ein stationärer Zustand ein. Der Wärmestrom durch das Bauteil strömt dabei in Richtung der Normalen auf die Bauteiloberfläche. Die Wärmestromdichte (Wärmestrom je Flächeneinheit) beträgt: q=?.?? /d Temperaturleitzahl (Temperaturleitfähigkeit) a [10 4 m²/h] beschreibt die thermische Trägheit bei Schwankungen der Außentemperatur a=?/c.??...wärmeleitfähigkeit c.?...wärmespeicherfähigkeit (Stoffwärme*Dichte) Wärmeeindringzahl b

6 Baustoffkennwerte 6 Die Wärmeeindringzahl nimmt mit steigender Rohdichte zu. Daher fühlen sich die schweren Baustoffe kälter an als Holz oder Dämmstoffe. b=vc.?.? FEUCHTIGKEITSEINFLÜSSE Rel. Feuchtigkeit? [%] Im Sättigungszustand ist?=100%. Ist in einem festen Luftvolumen die Dampfmenge geringer als die Sättigungsdampfmenge m s, so liegt ungesättigter Dampf vor.?=(m/m s ).100 Wasserdampfdiffusion (WDD) WDD-Leitzahl? [g/mhpa] beschreibt diejenige Wasserdampfmenge in g, die stündlich durch ein 1 m dickes Bauteil bei einem Druckunterschied von 1 Pa hindurchfundiert. WDD-Durchlaßzahl? Analog zur Wärmedurchlaßzahl läßt sich auch die WDD-Durchlaßzahl definieren. Ihren Kehrwert bezeichnet man als den WDD-Durchlaßwiderstand.?=?/d WDD- Durchgangszahl k p Den Kehrwert von k p bezeichnet man als den WDD-Durchgangswiderstand. Die wichtigsten Werkstoffkennwerte im Überblick: Rohdichte Druckfest. Zugfest. E-Modul Temp.leitzahl Stoffwärme? [kg/m³]? D [N/mm²]? Z [N/mm²] E [N/mm²]? [W/mK] c [kj/kgk] Holz ,15 1,5 Beton >2 1 Leichtb < ,3-0,8 1 Stahl ,5 Alu ,9 Glas ,8

7 Holz 7 HOLZ Aufbau: (nach Abzug von 15-50% Wasser): 70% Gerüststoffe (fadenförmige Molekülketten aus Cellulose & Kohlehydraten) 25% Kittsubstanz (Lignin Raumnetzmoleküle, verbinden Gerüststoffe, vergilben am Sonnenlicht) 5% Begleitstoffe (Harze, Fette, Wachse, Farbstoffe, Eiweiß-& Mineralstoffe) NADELHOLZ Hauptzellen = Tracheiden (3-5mm, röhrenförmig), beim Frühholz zum Safttransport, beim Spätholz bewirken sie die Festigkeit. Parenchymzellen dienen zur Nährstoffspeicherung ( Holzstrahlen ) max. Rohdichte und somit die max. Druckfestigkeit im Splint FICHTE -leicht, elastisch und zäh -hohe Druck-u. Biegfestigkeit -gute Spaltbarkeit -gerad-u. längswüchsig -gut zu beizen u. färben -weich u. fäulnissanfällig -hohes Schwindmaß -schwer zu imprägnieren A: Dachstühle, Zwischenwandkonstr., Schalungen KIEFER (FÖHRE) -harzreicher als Fichte, daher weniger fäulnisempfindlich -nicht so geradwüchsig A: Wasserbau, Möbel LÄRCHE LAUBHOLZ Holzfaserzellen (40-75%) = Festigungsgewebe Tracheen (10-30%) = Leitungsgewebe max. Rohdichte und somit die max. Druckfestigkeit im Mark EICHE -hohe Festigkeit -sehr dauerhaft -leicht spaltbar -schwindet wenig schwer zu imprägnieren, beizen und färben A: Innenausbau, Möbelbau, Eisenbahnschwellen BUCHE -relativ fest -sehr biegsam -hoher Heizwert -sehr fäulnisempfindlich -schlecht bearbeitbar A: Innenausbau, Möbel, Brennholz -fest und dauerhaft -arbeitet wenig -harzreich (ohne Harzfluß), daher kaum Fäulnis oder Wurmfraß teuer

8 Holz 8 A: Innenausbau, Wasserbau GÜTEBEDINGUNGEN (nach ÖNORM B 4100/2. Teil) -keine Erkrankungen -keine bis wenige Beschädigungen -keine Drehwüchsigkeit -Faserneigung auf 2m Länge nicht über 1:10 -Astigkeit - auf 15cm Länge je Seitenfläche darf die Summe der Astdurchmesser max. 2/3 d. Breite betragen, darf allerdings keinesfalls 7cm überschreiten. EIGENSCHAFTEN Feuchtigkeit Holzfeuchte = Wasser in den Zellwänden und den Zellhohlräumen Mit ansteigender Holzfeuchte steigt auch die Bruchdehnung an, die Zugfestigkeit sinkt. Berechnung der Holzfeuchte: w = 100.(m w- m o )/ m o w...holzfeuchte in % m w...feuchtmasse m o...trockenmasse Feuchtigkeitsbereiche: -Wassersättigung (w = 35-50%) alle Hohlräume sind mit Wasser gefüllt und die Fasern gesättigt -Bereich zw. Wasser- und Fasersättigung (w>30%) Hohlräume sind teilweise mit Wasser gefüllt, die Fasern gesättigt -Fasersättigung (w~30%) in den Hohlräumen ist kein Wasser vorhanden, die Fasern sind gesättigt - Bereich zw. Fasersättigung und Darrzustand (w = 0-30%) Gebundenes Wasser in den Fasern (?nicht gesättigt), Schwinden setzt ein -Darrzustand (w = 0%) In der Praxis: waldfrisch w > 35% angetrocknet w = 25-35% lufttrocken w = 8-18% Schwinden setzt ein, sobald der Feuchtigkeitsgehalt zur Fasersättigung nicht mehr ausreicht (w = 20-30%) und beträgt -tangential 10% -radial 5% -in Faserrichtung 0% Berechnung der Längenänderung infolge des Schwindens bzw. des Quellens:?l s = (?.?w.l) /100?l s... Längenänderung?... Schwind und Quellmaß?w... Änderung der Holzfeuchte in % l... Länge des Bauteils

9 Holz 9 -Druckfestigkeit Nimmt mit der Rohdichte und dem sinkenden Feuchtigkeitsgehalt zu (bis w = 25-30%, danach keine Änderung) -Zugfestigkeit Im Gegensatz zur Druckfestigkeit ist der Einfluß von Feuchtigkeit viel kleiner, dafür aber die Abhängigkeit von der Lage der Kraft zur Faserrichtung größer. -Biegefestigkeit Da die Druckfestigkeit wesentlich kleiner ist als die Zugfestigkeit, erfolgt das Nachgeben zuerst auf der Druckseite. BESTÄNDIGKEIT Witterungsbeständigkeit -Wechsel von trocken und feucht stellt die idealen Lebensbedingungen für Holzschädlinge dar? Schutzmittel erforderlich -UV- Strahlen bewirken eine Verfärbung bei ungeschütztem Holz, kombiniert mit Niederschlägen führen sie zur Ausbleichung und Verrauhung der Oberfläche sehr dauerhaft: Lärche, Eiche zieml.dauerhaft: Fichte, Kiefer, Tanne wenig dauerhaft: Ahorn, Birke, Pappel Mechanische Beanspruchung Die Wiederstandsfähigkeit steigt mit der Rohdichte und abnehmender Holzfeuchte. Temperatur 100 C-bei bei längerer Einwirkung kaum meßbare Festigkeitsverluste 150 C-nach einigen Wochen Festigkeitsverluste, gegebenenfalls Entzündung 200 C- spontane Entzündung C-brennendes Holz entwickelt an der Oberfläche eine Holzkohlenschicht, die mit ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit (?~0,03W/mK) die Abbrandgeschwindigkeit verringert Flammschutz ist bei unter Dach verbautem Holz unbedingt nötig. Arten von Flammschutzmitteln: -salzhaltige Mittel? Wärmeentzug, Schutzschicht, Förderung der Holzkohlenbildung -schaumschichtbildende Mittel? Schutzschicht Brandverhalten: B1 schwerbrennbar Bauholz und Holzwerkstoffe mit Flammschutzmittel B2 normalbrennbar Bauholz und Holzwerkstoffe Q1 scwachqualmend Holz und Holzwolle-Leichtbauplatten mit mineralischen Bindemitteln Q2 normalqualmend Holzwerkstoffe Nichttropfend

10 Holz 10 Holz, Holzfaserplatten, Sperrholz, Holzwolle, Leichtbauplatten mit mineralischen Bindemitteln Holzschädlinge -pflanzliche (Pilze & Mikroorganismen) -die für die Pilze idealen Lebensbedingungen bestehen ab ph = 7 und einem Feuchtigkeitsgehalt >20% bei 20 C. Eine Austrocknung tötet die Pilze nicht ab, sondern versetzt sie in die Trockenstarre. Die Schäden durch Mikroorganismen sind kaum nennenswert, da sie nur Zellulose und kein Lignin abbauen. -tierische (Insekten & Tiere) -Käfer, Holzwespen, Ameisen, Schmetterlinge (Larven), Muscheln & Krebse Chemische Beanspruchung Nur bei ph<3 (stark sauer) oder ph>10 (stark basisch) kommt es zu einer Holzzersetzung, falls die Bedingungen länger anhalten HOLZSCHUTZ Bauliche Maßnahmen Das Holz sollte stets so verbaut sein, daß -die Holzfeuchte an keiner Stelle den Wert w = 30% für die Dauer von 6 Monaten übersteigt. -die Insekten keinen Zutritt zu nicht einsehbaren Holzoberflächen haben Chemische Maßnahmen -wasserlösliche Schutzmittel: wässrige Lösungen / Emulsionen von Salzen, für trockenes oder halbtrockenes Holz (Arsenate, anorganische Borverbindungen, Chromate, Hydrogenfluoride, Siliconfluoride, Kupfersalze) -ölige Schutzmittel:- Teeröle nur bei trockenem Holz im freien - Lösungsmittelhaltige Schutzmittel bestehend aus Lösungsmitteln (Alkohole, Ester, aromatische oder chlorierte Kohlenwasserstoffverbindungen) und Insektiziden, beziehungsweise Fungiziden Gefährdungsklassen: GK0 statisch beachspruchte Hölzer im Innenbereich, Holzfeuchte<10% GK1 + Hallentragwerke bis Luftfeuchte 70% GK2a statisch (un)beanspruchte Hölzer, außen oder innen, Holzfeuchte ~20% GK2b + Hallentragwerke bis Luftfeuchte 70% GK3a bei Sonnen- und Regenbelastung und in Naßräumen GK3b Hölzer im Innenbereich GK4 Hölzer mit dauerndem Erd-/Wasserkontakt

11 Holz 11 SCHNITTARTEN Kantholz und Latten Markstück markdurchschnittenes doppelt markfreies S. Riftstück Stück mit Streifmark markdurchscnittenes Stück mit Streifmark Bretter Markbrett Riftbrett Halbriftbrett Seitenbrett markgetrennte Schwartenbrett; besäumt SCNITTKLASSEN Scharfkantiges Bauholz: hat an jeder Stelle den vollen Querschnitt über der gesamten Länge Vollkantiges Bauholz: hat an max. 2 Kanten Baumwalzen von max. 1/8 der größten Querschnittsbreite Fehlkantiges Bauholz: Hat Baumwalzen an allen Kanten von max. 1/3 d. größten Querschnittsbreite nicht über 1/3 der gesamten Holzlänge. Baumkantiges Bauholz: hat auf jeder Seite über die ganze Schnittlänge über 5cm breite Schnittflächen

12 Holz 12 HOLZWERKSTOFFE Brettschichtholz: mind. 3 Einzelbretter werden an den Breitseiten verleimt (Brettdicke ab 20-40mm). Bei bindebreiten über 20cm werden 2 Bretter versetzt und die Längsstöße keilverzinkt Längen bis 35m, Höhen bis 2,2m Anwendung: bei Trägern mit großen Spannweiten, Hallenbauten, Brücken, Holzskelettbauten Furnier: dünne Platte aus edlerem Holz; 0,5-8mm Sperrholz: -Paneel- oder Tischlerplatten (Ti), Mittellage aus Holzleisten + Deckfurniere -Sperr- oder Furnierplatten (Fu), mind. 3 Lagen Furnier (immer ungerade Schichtenzahl) kreuzweise verleimt, aus gleichen oder verschiedenen Hölzern Holzspanplatten: plattenförmiger Werkstoff aus Hölzspänen oder anderen holzartigen Faserstoffen mit einem Bindemittel (Kunstharz) unter Druck und Wärme verleimt -Flachpressplatten (FP).Späne // Plattenebene (standard) -Strangpreßplatten (SV od. SR mir Röhren)-Späne - Plattenebene Verleimung: V20 Plattenfeuchtigkeit <15%; nur bei Verwendung in Innenräumen V100 Plattenfeuchtigkeit 15-18%; bei Verwendung in Feuchträumen und außen V100G Plattenfeuchtigkeit > 18%; bei Außenverwendung mit stärkerer Beanspruchung (G bedeutet mit Zusatz von Holzschutzmittel) Holzfaserplatten: zusammengepreßte und entwässerte Holzfasern -poröse (weiche)-hfd? 450kg/m 3 -mittelharte HFM 450? 900kg/m 3 -harte HFH? 900kg/m 3 Massivholzplatten: -einschichtige (14-60mm), Holzteile ab 18mm Breite verleimt -mehrschichtige (12-60mm), 2 Decklagen + Mittellage Dämmplatten: -Holzwolle-Dämmplatten (HWL oder WW) werden aus Holzwolle mit mineralischen Bindemitteln (Zement, Magnesiabildner) hergestellt und bei hoher Temperatur gepreßt und getrocknet -Holzspan- Dämmplatten (HSL oder WS) aus mineralischen Spänen oder mineralischen Bindemitteln

13 Bindemittel 13 BINDEMITTEL GIPS = schwefelsaures Calcium, kommt in der Natur als Calciumsulfat Dihydrat CaSO 4.2H 2 O oder Anhydrit CaSO 4 vor. Aus dem Rohgips (Calciumsulfat Dihydrat) entstehen durch Entwässern (Brennen) kristallwasserarme Halbhydrate bzw. kristallwasserfreie Anhydrite HALBHYDRAT CaSO 4.2H 2 O? CaSO 4.1/2H 2 O + 1½ H 2 O? Halbhydrat dichte, kristalline Form, hohe Druckfestigkeit, entsteht beim nassen Brennen unter Dampfeinwirkung? Halbhydrat flockigere Kristallform, weniger fest (Stückgips) entsteht beim trockenen Brennen im Drehofen ANHYDRIT CaSO 4.2H 2 O? CaSO 4 + 2H 2 O Anhydrit I totgebrannter Gips entsteht durch Brennen bei 1000 C Anhydrit II völlig entwässert und schwer löslich, entspricht natürlichem CaSO 4 entsteht durch Brennen bei > 300 C Anhydrit III enthält nur geringe Reste von Kristallwasser, entsteht durch Brennen bei > 180 C Abbinden und Erhärten sind reine Kristallationsvorgänge, es finden keine chemischen Umwandlungen statt, bei der Erhärtug kommt es allerdings zu einer Raumvergrößerung durch Kristallwasseraufnahme. Gips bleibt immer wasserlöslich, nimmt überschüssige Luftfeuchtigkeit auf (wirkt klimaregulierend); das Kristallwasser hat eine gute Feuerschutzwirkung. Die Gipserhärtung läßt sich durch Zusätze von Glaubersalz Na 2 SO 4.10H 2 O, Natriumsulfat Na 2 SO 4 und durch Wärmeeinwirkung beschleunigen bzw. durch Kälte, Zucker, Wasserglas und Kalkmilch verzögern. Baugips -Stuckgips: Gemisch aus?-halbhydrat und Anhydrit II? D >6N/mm 2,? Z >2,5N/mm 2 rasch versteifend (20-60min), wasserlöslich, nicht wetterbeständig Anwendung: Stuckarbeiten, Innenputze, Bauplatten -Putzgips: Anhydrit III + II + Halbhydrat, bei höheren Temperaturen gebrannt; schnellere Versteifung ( 7min) -Estrichgips: Anhydrit II + geringe Kalkanteile (bei 800 C gebrannt) wenig wasserlöslich, wetterbeständig, Versteifungszeit 6-20 Std.; ß D = N/mm 2

14 Bindemittel 14 Für widerstandsfähige Putze und schwimmende Estriche werden Anhydritbinder verwendet (Anhydrit + salzhaltiger oder basischeranreger) Durch Mischung mit Zementen od. hydraulischen Kalken kann es zu einer Gefügezerstörung durch Treiben kommen. Weiters ist Gips durch sein starkes Sorptionsverhalten stark Korrosionsfördernd? alle Eisenteile, die in Verbindung mit Gips verbaut werden, müssen besonders geschützt werden (z.b. durch Verzinken) KALK wird unterhalb der Sintergrenze ( C) aus Kalk-und Dolomitgesteinen gewonnen. LUFTKALKE erhärten nur an der Luft unter Aufnahme von CO 2 (Carbonatisierung) CaCO? Brennen? CaO + CO 2 CaO + H 2 O? Löschen? Ca(OH) 2 -Kalkhydrat Ca(OH) 2 + H 2 O + CO 2? Erhärten? CaCO 3 + 2H 2 O Arten: -Weißkalk -Karbidkalk -Dolomitkalk (mit Graustich) Eigenschaften: schwer wasserlöslich sehr porös, daher große Wasserdampfdurchlässigkeit, nicht besonders widerstandsfähig -Kalkwasser =wässrige Lösung -Kalkmilch =Dispersion von festem Ca(OH) 2 in gesättigter Ca(OH) 2 -Lösung, Grundlage für Kalkfarben HYDRAULISCH ERHÄRTENDE KALKE erhärten nach anfänglicher Luftlagerung auch unter Wasser Die Herstellung erfolgt aus Kalkmergel bei hoher Temperatur (1200 C), wobei neben Kalk auch Di-Calcium-Silikat 2CaO.SiO 2 (C 2 S) entsteht. Erhärtung: 2(2CaO.SiO 2 ) + 4H 2 O? 3CaO.SiO 2.3H 2 O + Ca(OH) 2 paralell dazu verläuft bei Ca(OH) 2 -Überschuß die normale Lufthärtung ab. Festigkeit und Widerstandsfähigkeit sind besser als bei Luftkalk Arten: -Wasserkalkhydrat (ähnlich wie Weißkalk, allerdings etwas fester) -Hydraulischer Kalk (Mauer-& Putzmörtel) -Hochhydraulischer Kalk (wasserbeständig, für Außenputze) HYDRAULISCHE ZUSÄTZE (PUZZOLANE) bilden allein mit Wasser keine Mörtel, verleihen aber Kalk hydraulische Eigenschaften Die hydraulische Bindefähigkeit der Puzzolane ist latent ( verborgen ) und wird erst durch einen Mörtelbinder wie Kalk wirksam. Die verbindungsfähigen Kieselsäuren verwandeln das Ca(OH) 2 zum unlöslichen Calciumsilikat CaSiO 3 SiO 2 + Ca(OH) 2? CaSiO 3.yH 2 O Puzzolanerde gebundenes Kristallwasser -natürliche Puzzolane: (vulk. Ursprung): Puzzolanerde, Santorinerde, Tras -künstliche Puzzolane: Ziegelmehl, Tonerdesilikat, Hochofenschlacke, Silikatstaub, EFA- Füller (Elektrofilterasche aus Braun-oder Steinkohlenfeuerungen)

15 Bindemittel 15 MAGNESIABINDER -Herstellung: MgCO 3? 800 C? MgO + CO 2 bzw. MgCO 3.CaCO 3? 800 C? MgO + CaCO 3 + CO 2 Magnesit Magnesia Dolomit -Erhärtung: 5MgO + MgCl H 2 O?MgCl 2.5Mg(OH) 2.7H 2 O (MgO wird mit wässriger Magnesiumchloridlösung angemacht) -Eigenschaften: Magnesia-Estrich (Grundstoff MgO + Füllstoffe wie Sägespäne, Kalkmehl...) zäh, federnd, trittschalldämmend, gleitsicher Neigung zum Schwinden und Quellen, el. leitend, über Decken mit Spannbeton unzulässig, da die Cl-Ionen stark korrosionsfördernd sind (Metalleinlagen benötigen spez. Schutz), weiters kann es durch eindringende MgO-Lösung im Beton zum Magnesiatreiben kommen -Magnesia-Mörtel: aufgrund seiner Eigenschaft, an Holzfasern anzubinden, zur Herstellung von Holzwolle-Dämmplatten geeignet ZEMENT = feingemahlenes, hydraulisches Bindemittel,? ~3,1g/cm 3 ; E= N/mm 2 ; ß D 25 N/mm 2 (höhere Festigkeit Hauptunterschied zu anderen Bindemitteln) Rohstoffe: Kalkstein (CaCO 3, Calciumkarbonat) Sande (SiO 2, Kieselsäure) Ton, Mergel (Al 2 O 3, Tonerde) eisenoxidische Minerale(Fe 2 O 3 Eisenoxid)? werden mehlfein zermahlen und getrocknet, danach folgt das Brennen bei ~1450 C zu Portlandzementklinker. Der Klinker wird nach Austritt aus dem Ofen gekühlt und unter Zugabe von Gips und ggf. Zumahlstoffen zu Zement feingemahlen. Brennvorgang: ab 100 C ab 600 C ab 1280 C ab 1450 C Kühlung Feuchte & Wasser verdampfen chem. gebundenes Wasser entweicht, Entsäuerung von CaCO 3?CaO + CaO 2? Schmelzen AL 2 O 3 & Fe 2 O 3 sind vollständig gelöst, Anteil der Schmelze ~25%, d. Überschuß an CaO reagiert mit dem Dicalciumsilikatzu Tricalciumsilikat Erstarrung unter Ausscheidung von Kristallen Zugaben: Hüttensand: aus Kalk-Tonerde-silikatischer, schnell abgekühlter Hochofenschlacke, die feingemahlen latenthydraulisch ist. Flugasche: durch mechanische oder elektrostatische Abscheidung von staubartigen Partikeln aus Rauchgasen von Feuerungen mit gemahlener Kohle erhalten Füller: anorganische, mineralische Stoffe, die sich positiv auf die physikalischen Eigenschaften von Zement auswirken.

16 Bindemittel 16 Zementarten: unterscheiden sich nach dem Anteil von Portlandzementklinker und Zugabenvon Hüttensand oder puzzolanischen Stoffen (5-35%) I-Portlandzement II-Portlandzement, -silicatstaubzement, -puzzolanz., -flugaschenz., -schieferz., -kalksteinz., - kompositionszement. Klinkerphasen: C 3 S - Tricalciumsilikat (3CaO.SiO 2 ) verleiht dem Zement die wesentlichen Eigenschaften, erreicht schnell große Festigkeiten bei großer Hydratationswärme (500J/g) C 2 S - Dicalciumsilikat (2CaO.SiO 2 ) erreicht dieselbe Festigkeit wie C 3 S, erhärtet aber langsamer und hat daher eine geringere Hydratationswärme (250J/g) C 4 AF - Tetracalciuminatferrit (4 CaO.AL 2 O 3.Fe 2 O 3 ) trägt nur wenig zur hydraulischen Erhärtung bei, Hw =420J/g C 3 A - Tricalciumaluminat (3CaO.AL 2 O 3 ) reagiert sehr schnell mit Wasser und versteift rasch, Hw =1340J/g? beeinträchtigt die Verarbeitbarkeit, Gipszusätze bis 5% nötig unerwünschte Begleiter: CaO & MgO, max. 5%, sonst kommt es zum Treiben Hydratationsablauf: I Zunächst bilden sich Calciumhydroxid & Trisulfat, was nur zu einer geringen Versteifung führt; nach 1-3h bilden sich lange Trisulfatnadeln, der Zementeleim wird steif. II nach 4-5h bilden sich langfaserige CSH-Kristalle (CaO.SiO 2.H 2 O), die das Grundgefüge bilden, die Erstarrung setzt ein. III nach 4-12h sind 15% des Zements hydratisiert (Erstarrungsende) danach setzt das Erhärten ein, das mehrere Monate bis Jahre dauert (die meisten Reaktionen sind allerdings nach 28 Tagen abgeschlossen). Hydratationswärme: je feiner ein Zement gemahlen ist und je höher die Anteile von C 3 A & C 3 S sind, umso schneller wird Wärme bei der Hydratation frei. Sie sollte bei niedriger Außentemperatur möglichst hoch sein, bei Massenbeton möglichst niedrig sein. Wasserzement? =W/Z W =0,4 vollständige Hydratation der Zementkörner, keine Kapillarporen, theoretisch optimale Zementfestigkeit W >0,4 Festigkeitsverminderung durch Porenzunahme wegen verdunstetem Überschußwasser. W <0,4 Obwohl keine vollständige Hydratation möglich, Festigkeitsanstieg bei durch Pressen oder Superverflüssiger erzeugten Proben (Abnahme der Porosität), steifer, aber auch schwerer zu bearbeiten. Das Wasser liegt im Zementstein in 3 verschiedenen Bindungsformen -Hydratwasser chemisch gebunden, verdampfbar ab 300 C, 25% -Gelwasser physikalisch gebunden, verdampfbar ab 180 C, 15% -In Grob & Kapillarporen lagerndes Wasser, verdampfbar

17 Bindemittel 17 Chemische Widerstansfähigkeit -Säuren - alle Säuren (außer Oxal- und Weinsäure, die Ca -Salze bilden), überführen die Bestandteile des Zementes in leicht lösliche Salze. -stark angreifend: Mineralsäuren (Salz-, Fluß-, Salpeter-, Schwefelsäure) -schwach angreifend: organ. Säuren (Ameisen-, Milch-, Fett- und Kohlensäure) -Basen - schwache bis 10%-ige bas. Lösungen (z.b. Lösungen v. Calcium-, Kalium & Natriumhydroxid) greifen den Zementstein nicht an. Konzentrierte Natrium- und Kaliumlaugen greifen die Calciumaluminathydrate an. -Salze - bilden leicht lösliche Verbindungen mit dem Kalk des Zementsteins. -Fette & Öle - unschädlich, sofern sie keine organischen Säuren enthalten. Festigkeitsklassen: PZ275 ß BZ ~5N/mm 2 ; ß D ~27N/mm 2 PZ 275 HS mit stark erhöhtem Wiederstand gegen Sulfatanangriff...5% PZ 275 (H) Hüttensand % PZ 275 (F) Flugasche % PZ 275 (K) Kalkstein % PZ 275 (C) Mischung v. Hüttensand, Flugasche & Kalkstein % EPZ 275 Eisenportlandzement % FAZ 275 Flugaschenzement % CMZ 275 Compositzement % HOZ 275 Hochofenzement % PZ 375 ß BZ ~N/mm 2 ; ß D ~37N/mm 2 Untergruppen mit Zumahlstoffen wie bei PZ 275 PZ 475 ß BZ ~7N/mm 2 ; ß D ~47N/mm 2 ohne Zumahlstoffe! -Faustformel für die Zementfestigkeit: ß D (Z 275 nach 28 Tagen) = ß D (Z 375 nach 7 Tagen) = ß D (Z 475 nach 3 Tagen) -Einfluß der Lagerung auf die Festigkeit: offen liegender Zement nimmt Feuchtigkeit & Kohlensäure aus der Luft auf, was zu einer Minderung seines Erhärtungsvermögens führt; bei sachgemäßer Lagerung tritt nach 3 Monaten eine Festigkeitsverminderung von 10% auf.? Z 275 & Z 375 sollten nicht über 2 Monate, Z 475 nicht über 1 Monat gelagert werden. Sonderzemente Schnellzement (PZ mit hohem Aluminium-, und ggf. Fluorgehalt, nur für nichttragende Bauteile, Verarbeitungszeit ~30min.) Weißzement (eisenoxidfrei, für weiße Sichtbetonoberflächen oder für farbigen Beton, enthält kein C 4 AF und entspricht PZ 475) Quellzement (Mischung aus PZ, aluminat- und gipsreichen Komponenten und Hochofenschlacke; beim Erhärten treten Quelldehnungen auf - geeignet für das satte Verschließen von Öffnungen)

18 Bindemittel 18 Bautechnische Eigenschaften Kalktreiben: tritt auf, wenn Freikalk im Zement enthalten ist. Da das Zementklinkerkorn gesintert und sehr dicht ist, kann CaO vor der Erhärtung nicht ablöschen, sondern erst, wenn das Wasser bei der Hydratation in die entsprechende Tiefe vorgedrungen ist. Die Reaktion von Kalk und Wasser ist mit einer 17-fachen Ausdehnung verbunden, was bei dem weitgehend erhärtendem Zementstein zu inneren Zusgpannungen und ggf. zur Zerstörung des Zementsteins führt. Magnesiatreiben: wird durch die Hydratation des MgO hervorgerufen, der viel langsamer und mit einer größeren Ausdehnung (2,2-fach) hydratisiert. Daher macht sich der Treibvorgang erst nach Jahren bemerkbar, führt aber zur größeren Zerstörung des Zementsteins als das Kalktreiben. Gipstreiben: wird der dem Zement zur Erstarrungsregelung zugesetzte Gips (~3,5%) nicht verbraucht, so kann er nur noch mit dem durch das Calciumaluminatsulfathydrat geschützten Zementkorn reagieren, was zu einer 8-fachen Volumensvergrößerung führt. Außerdem kann Gipstreiben durch äußere Beanspruchung mit sulfathaltigem Wasser hervorgerufen werden. Bluten: (Wasserabsondern) = Sedimentation vor dem Erstarren, wobei die Feststoffteile absinken und das Anmachwasser aufsteigt. Schrumpfen: Das Wasser wird während der Hydration in das Kristallgitter der CSH-Kristalle eingebaut, was zu einer Volumenkontraktion von 25% führt. Daraus ergibt sich das Schwindmaß für Zement von ~6cm 3 /100g. Schwinden & Quellen: Volumenänderungen, die infolge von Austrocknung bzw. Durchfeuchtung auftreten und teilweise reversibel sind. Wärmedehnung: bei äußeren Temperaturänderungen oder aufgrund der Hydratationswärme, falls der Wärmeabfluß behindert ist. Der Wärmedehnungskoeffizient gilt für den völlig ausgetrockneten und gesättigten Zustand und beträgt ~ /K. Ansonsten überlagern sich Feuchte- und Wärmebedingungen. Kriechen & Relaxation: Kriechen ist die zeitabhängige Verformung unter konst. Last bei konst. Umgebungsbedingungen; es geschieht durch Lageveränderung von festen Teilchen und Verdrängung des Wassers zwischen den Gelteilchen. Ab einer Luftfeuchte von 40% steigen die Kriechdehnungen und die Krichgeschwindigkeit stark an. Ausgetrockneter Zementstein kriecht praktisch nicht.

19 Beton 19 Beton =Zement + Wasser + Zuschläge BETON ZUSCHLAG (Hauptbestandteil) -Leichtbeton: -feine Natursande -Naturbims (vulk. Auswurfmasse, feinzellig) -Lavakies (rauh, viele Einzelporen) -Holzspäne & -wolle (mineralisiertes Nadelholz) -Blähton, -schiefer & -perlit -Ziegelsplitt -Polystyrolschaumkugeln -Normalbeton: -Flußsand & Kies -Splitt & Schotter -Metallschlacken -Glasfasern (mit Zusatz v. Zirkondioxid) -Stahl- & Kunststoffasern -Carbonfasern (beste Qualität, daher teuer) -Schwerbeton: -Magnetit (Fe 3 O 4 ) -Schwerspat (BaSO 4 ) -Stahlschrott, -späne & -sand -Sintererze -Schwermetallschlacke Verwendungsklassen: I fest u. frostbeständig II fest III bis 20% Mürbkorn Die Zuschläge müssen frei von Nitraten (greifen Stahlbewehrungen an), wasserlöslichen Schwefelerbindungen (führen zum Treiben) und organischen Stoffen (stören den Erhärtungsvorgang) sein. Der Zuschlag wird in Kornklassen unterteilt, z.b. 4/8 (der Großteil der Körnung fällt durch das 8mm-Sieb, bleibt aber auf dem 4mm-Sieb liegen). Durch Zusammenfassung mehrerer Kornklassen entstehen Korngruppen. Für die Herstellung von Beton werden meist mehrere Korngruppen zusammengesetzt, um ein optimal verdichtbares Gefüge zu erhalten. Man unterscheidet: -Einkorn Körner nahezu gleicher Größe -Sperrkorn Zwischengröße, verhindert die gegenseitige Berührung von Einkorn Kugeln -Füllkorn paßt gerade in die Zwickel zwischen den nächstgrößeren Körnern Das Größtkorn ist so zu wählen, daß es nicht größer ist als: -1/4 der kleinsten Bauteilabmessung -bei Bauteilen mit einlagiger Bewehrung das 1,25-fache des kleinsten lichten Abstandes der Stahleinlagen und/oder der Überdeckung -bei mehrlagiger Bewehrung das 0,8-fache des kleinsten lichten Abstandes der Stahleinlagen und/oder der Überdeckung.

20 Beton 20 Durch theoretische Überlegungen wurden optimale Kornzusammensetzungen (? Idealsieblinien) und noch zulässige Kornzusammensetzungen (? Grenzsieblinien) gefunden. Als einfachste Idealsieblinie ergibt sich die Fullerparabel. Dabei wird von einem Kiesgemenge ausgegangen, das in einem Drucktopf verdichtet wird, wobei die Kieskörner z.t. zerbrechen. Die Kornverteilung läßt sich dann durch die folgende Formel beschreiben: A=100.(d/D) n A...Anteil einer Korngruppe in % D... Größtkorndurchmesser d...beliebiger Korndurchmesser zwischen 0 und D n...exponent (0,25 n 0,7) Für n=0,5 ergibt sich die Fullerparabel, bei n=0,4 erhält man das hohlraumärmste Korngemenge. Nach der ÖNORM B3304 sind die Regelsieblinien A, B u. C angegeben, wobei B die Idealsieblinie darstellt. Als Sieblinienbereich ergeben sich somit AB (günstig) u. BC (brauchbar). -Bezeichnung der Körnungen: Rundkorn, Kantkorn Verwendungsklasse Kornzusammensetzung RK, KK I, II, III -Kleinstkorn, Größtkorn -Sieblinienbereich AB, BC, AC -0/Größtkorn (erweiterter Sieblinienbereich) -S (Korngemisch nach Sieblinie) Bspl. RK 2 AB 32 S =Rundkörnung der Verwendungsklasse 2, günstiger Sieblinienbereich, 32mm Größtkorn, Korngemisch nach Sieblinie. ANMACHWASSER =Zugabewasser + Oberflächenfeuchte des Zuschlags Als Anmachwasser kann generell jedes in der Natur vorkommende Wasser verwendet werden, das nicht verunreinigt ist und dessen Salzgehalt nicht über 3,5% liegt. Beispiele für betonschädliche Wasser sind Moorwasser (Humin- & Schwefelsäure) Murwasser mit hohem Salzgehalt (Alkalichloride & Magnesiumsulfat) Da Leichtzuschlagstoffe rel. porig sind, nehmen sie auch viel von dem Zugabewasser auf. Daher sollten diese vorher im Wasser gelagert werden (etwa 3min.). Das in dieser Zeit aufgenommene Wasser bezeichnet man als Annäßwasser.

21 Beton 21 FRISCHBETON Konsistenzbereiche: K1 (steif) für massige und unbewehrte Bauteile, da es durch den geringen Zementbedarf nur zur geringen Wärmeentwicklung beim Erhärten kommt; schwindet wenig. K2 (steif-plastisch) für unbewehrte oder größere, weitmaschig bewehrte Bauteile K3 (plastisch) für alle unbewehrten und bewehrten Bauteile, sofern sie nicht besonders feingliedrig bzw. dicht bewehrt sind, Pump- & Sichtbeton. K4 (wiech) für dicht bewehrte und feingliedrige Bauteile, Sichtbeton K5 (sehr weich) Unterwasserbeton, Fließbeton für alle bewehrten und unbewehrten, schlecht zugängliche Schalungen Zusatzmittel (0,5-3%) -BV-Betonverflüssiger, verbessert die Verarbeitbarkeit, erhöht Schwinden. -LP-Luftporenbildner, verbessert die Verarbeitbarkeit, führt zur Festigkeitsminderung. -DM-Betondichtungsmittel, vermindert das Eindringen von Wasser, führt zum Schwinden. -VZ-Erstarrungsverzögerer, Nachteil: Schwinden -ST-Stabilisierer, verbessert das Zusammenhaltevermögen & die Verarbeitbarkeit. -BE-Erstarrungsbeschleuniger, Nachteil: Festigkeitsminderung. -FM-Fließmittel, bessere Verarbeitbarkeit bei weniger Wasser, führt zum Schwinden. -EH-Einpreßhilfen, verbessern das Fließen. Um die Gefahr des Entmischens zu verringern, muß der Mehlkorngehalt zw. 300 u. 500 kg/m 3 betragen. Nachbehandlung -Naß-Nachbehandlung: Feuchthalten des frischen Betons, langsames Austrocknen vermindert Schwinden -Abdecken: bei starker Sonnenstrahlung, sonst zu schnelles Austrocknen. -Nachbehandlungsfilme: hauptsächlich im Straßenbau, verhindern rasche Austrocknung durch Verdunstung. -Aufsprühen von Wasser: bei Beton mit höherer Temp. (massige Bauteile), Wassertemperatur muß der Betontemperatur entsprechen. Die seitl. Schalung darf nach Ablauf der nach ÖNORM B 4200/10.T festgelegten Fristen bzw. nach Erreichen einer Druckfestigkeit von 3N/mm 2 entfernt werden. Bei der Gleitbauweise wird der Beton in Lagen von ca. 20cm Höhe eingebracht. Arbeitsfugen sollten zahlenmäßig beschränkt sein und an Stellen geringer Beanspruchung angelegt werden. Zum Korrosionsschutz bei Bewehrung und beim wasserdichten Beton müssen sie so dicht wie der Beton selbst sein. Betonieren bei niedrigen Temperaturen Beim Erfrieren vom frischen Beton, der die Druckfestigkeit von 5N/mm 2 noch nicht erreicht hat, bilden sich Eislinsen, die das Gefüge zerstören. Gegenmaßnahmen: Erwärmen des Anmachwassers & des Kiessands, Verwendung von Zement höherer Güteklassen, minimale Anmachwassermenge, Zugabe von Frostschutzmitteln, Abdeckung & Warmhaltung. Betonieren bei hohen Temperaturen Bei sehr schnellem Austrocknen treten Risse auf und der Beton verdunstet.

22 Beton 22 Gegenmaßnahmen: Kühlhalten von Wasser & Zuschlag, Zugabe von Erstarrungsverzögerern, keine Stehzeiten vor dem Einbau oder vor der Nachbehandlung, Feuchthalten. NORMALBETON Betonsorten: SI-Sichtbeton innen W/Z 0,7 SA-Sichtbeton außen mind. frost- u. witterungsbeständig K3-K5 WU-wasserundurchlässiger B. -Zuschläge der Verwendungskl. I, W/Z 0,55 K1 bis K2, Eindringen des Wassers mit 7 Bar Höchstdruck nicht größer als 5cm. FB-frost- u. witterungsbest. B. -Zuschläge der Verwendungskl. I, W/Z 0,7, nach 50 Frost-Tau-Wechseln Abfall des stat. E-Moduls 25% Abfall des dynamischen E-Moduls 15% FTB-frost- u. tausalzbest. B. -Zuschläge der Verwendunkgsklasse I, W/Z 0,5 Abwitterung vom 25. bis 50. Frost-Tausalz-Wechsel an keiner Stelle 1mm. LS-lösender Angriff schwach LST-lösender Angriff stark TS-treibender Angriff schwach TST-treibender Angriff stark Erhöhte Überdeckung der Stahleinlagen, Zement mit erhöhtem Sulfatwiderstand, säurebeständige Zuschläge bzw. kalkhaltiger Zuschlag Oberfläche geschlossen und glatt, bei starkem Angriff W/Z 0,45; fallweise Verkleidungen oder Beschichtungen. MA-hoher Wiederstand gg. mechanische Angriffe: Festigkeitskl. mind. B30/B300 Größtkorn 32mm, Zementgehalt 350kg/m 3 Zuschläge der Verwendungskl. I, mind. 14 Tage vor Austrocknen zu schützen. UB-Unterwasserbeton: Größtkorn 32mm, Zementgehalt 350kg/m 3, W/Z 0,4 Festigkeitskl. max. B30/B300, Ausbreitmaß max. 60cm. PB-Pumpbeton: K3, Mehlkorngehalt an der oberen Grenze. Festigkeitseingenschaften Zugfestigkeit? 1/10 Druckfestigkeit? unbewehrt nur bei sehr geringen Zugspannungen Bruchmechanismus bei 1-achsiger, gleichmäßiger Druckbeanspruchung: Zuschlagkörner haben einen höheren E-Modul (=sind steifer) als die Mörtelmatrix, was einen Kraftfluß von Zuschlagkorn zu Zuschlagkorn bewirkt. Durch die räumliche Spannungsverteilung entstehen im Inneren beträchtliche Zugspannungen, vorwiegend zur äußeren Druckrichtung? Mikrorisse parallel zur äußeren Druckkraft.? Tragverhalten bis zum Bruch: -elastisch-plastische Verformung der Zementzwischenschichten ohne Rißbildung

23 Beton 23 -Mikrorißbildung im Bereich des Haftverbundes -Längsrisse durch den gesamten Betonkörper? Stabbündelartiges Gebilde -Ausknicken und Abscheren der einzelnen Stäbe Einflußgrösen auf die Betonfestigkeit (proportional): +W/Z-weit (siehe Zement) +Alter +langsame Austrocknung +geringerer Sandgehalt im Zuschlag +gute Verdichtung -Biegezugfestigkeit = 4-10% der ß D -Spaltzugfestigkeit <<ß D Spannungsunabhängige Verformungen -Schrumpfen = äußere Volumenverminderungen des noch nicht formfest erstarrten Betons, bei Überschreitung der Zugfestigkeit treten Schrumpfrisse auf. Diese können wieder geschlossen werden, wenn der noch nicht erstarrte Beton nachverdichtet wird. Ursachen: zu scharfes Austrocknen, Behiderung des Schrumpfens durch Bewehrungsstäbe und Verformung der Schalung. -Schwinden & Quellen: Schwinden = Volumenverringerung infolge Austrocknens Quellen = Volumenvergrößerung infolge von Wasseraufnahme Von bautechnischer Bedeutung ist nur das Schwinden, da bei dessen Behiderung Zugspannungen & Schwindrisse auftreten können (? Biegesteifigkeit wird schlechter). Bei Feuchtigkeits- und Schwindgefälle von innen nach außen wird das Schwinden der äußeren Schicht durch den feuchten Kern behindert, was zu Zugspannungen am Querschnittsrand und Druckspannungen im Kern führt (Eigenspannungszustand). Bei starker Behinderung der Verformung kann es zu starker Rißbildung in der Verbundzone kommen. Ursachen: starkes u. rasches Austrocknen, dünne Querschnitte, hohe W/Z Werte, viel Wasser Gegenmaßnahmen: Schwind- bzw. Dehnungsfugen, Abdecken, Feuchthalten Wärmedehnung: entsteht entweder durch äußere Temperaturänderungen oder durch Hydratationswärme. Im Frühjahr substrahieren sich Wärmedehnung & Schwinden, im Herbst addieren sie sich allerdings, was zu einer erhöhten Rißbildung führt.? l=l T.l.? T? l...längenänderung L T...Wärmedehnungskoeffizient l...bauteillänge? T...Temeperaturdifferenz Spannungsabhängige Verformungen -Verformungen unter Kurzzeitbelastung: Die Bestandteile des Betons sind spröde Stoffe, der Beton selbst hingegen verhält sich nicht spröde, da bei Druckspannungen die lokalen Spannungsspitzen durch Mikrorisse abgebaut werden.

24 Beton 24?? nicht rein elastisch Be- & Entlastungslinie fallen nicht zusammen, Bruch auch bei vollständiger Entlastung ist eine geringfügige bleibende Dehnung vorhanden?? bleibend? elastisch Elastische Verformung Der E-Modul soll für Konstruktionsbeton hoch sein, da hier jegliche Verformungen unerwünscht sind, während er für Massenbeton & Betonstraßen eher niedrig sein sollte, um hohe Spannungen bei Dehnungsbehinderungen zu vermeiden. Bei hohen Temperaturen fällt der E-Modul im Gegensatz zur Druckfestigkeit stark vom Anfang der Erwärmung ab, was zu großen Verformungen bei Bränden führt (bei 300 C bis 50%). Außerdem ist der E-Modul beim wärmebehandelten Beton bei gleicher Festigkeit um ca. 20% kleiner. Mit der steigenden Feuchtigkeit des Betons steigt steigt auch der E-Modul an, da die mit Wasser gefüllten Poren inkompressibel sind und dieses Wasser beim Druckversuch nur langsam bis gar nicht abfließen kann. Bei sehr niedrigen Temperaturen (unter 100 C) steigt der E-Modul von feuchtem Beton um bis zu 50% an. -Kriechen: (Viskoelastische Verformung unter Dauerlast) Entlastung? Kriechgeschwindigkeit unmittelbar nach e el Belastungsbeginn am größten, klingt dann ab und nähert e e f sich einem Grenzwert. e V Nach der Entlastung verzögerte el. Verformung = anelastische Verformung e el e v t E f bleibende Verformung E v verzögert el. Verformung Kriechen Der Beton kriecht umso mehr und umso länger, je feuchter der Zementstein bei Belastungsbeginn ist und je schneller er während der Belastung austrocknet.? Kriechen kann durch wasserdampfliche Anstriche oder Wasserlagerung vermindert werden.? t Kriechzahl nimmt zu mit -Belastungsdauer -Zementsteinmenge -W/Z Wert (Porosität) -Austrocknung -Schlankheit des Bauteils? K =? el.? t =? 0 /E.? t

25 Beton 25 Besondere Prüfungen -Carbonatisierungstiefe Das Wasser in den Zementsteinporen bildet alkalische Lösung des Calciumhydroxids mit einem ph-wert von 12 bis 13 (basisch).? Im Bereich ph=10-13 findet keine abtragende Korrosion der Bewehrung statt. Das in der Luft enthaltene CO 2 diffundiert allerdings langsam durch die Betonporen und bildet Calciumkarbonat (Sauer). Ca(OH) 2 +CO 2 +H 2 O?CaCO 3 +2H 2 O? ph sinkt ggf. unter 10 Carbonatisierungstiefe x = Abstand von der Betonoberfläche, innerhalb dessen der ph-wert unter 9,6 abgesunken ist. Abhängig von: CO 2 -Gehalt in der Luft Luftfeuchtigkeit Dichtigkeit des Betons Betongüte Prüfung: auf frische Bruchfläche wird eine 0,1%-ige alkalische Phenolphtaleinlösung aufgetragen. Nicht carbonisierter Beton verfärbt sich rot-violett. -Chloridgehalt Chloride, die besonders Stahlaggressiv sind, gelangen durch Ausgangsstoffe, Industrie- und Meeresatmosphäre und durch PVC-Brände in den Beton; nur ein Teil wird im Zement gebunden und so unschädlich gemacht. Gegenmaßnahmen: dicke & dichte Betondeckung Epoxidharzbeschichtung des Stahls Prüfung: an Bohrkernen, Ausbruchstücken oder Bohrmehl <0,6%-Verhinderung des weiteren Zutritts 0,6-1%-jährliche Prüfung+Verhinderung des weiteren Zutritts >1%-bei Korrosion Instandsetzung+Verhinderung des weiteren Zutritts -Haftzug-oder Abreißfestigkeit wichtig bei Aufbringen von Beschichtungen Prüfung: eine Metallplatte wird aufgeklebt und abgezogen -Hohlstellen in Spannkanälen bei Verdacht Aufschlußbohrungen

26 Beton 26 LEICHTBETON Hauptmerkmal = geringe Rohrdichte Leichtbetonsorten: -Gefügedichter Leichtbeton: besitzt dichtes Gefüge aus porigem Zuschlag -Haufwerksporiger Leichtbeton: Wegfall ganzer Kornklassen (z.b.einkornbeton)? Zuschlaghaufwerk mit höherem Lückenanteil, Verkittung der Körner erfolgt hauptsächlich an ihren Berührungsstellen, der Großteil der Lücken wird nicht mit Zementleim ausgefüllt, da keine vollständige Verdichtung erfolgt -Porenbeton: entsteht durch Porosierung des Bindemittels (Zement) durch Gasbildner (? Gasbeton) oder Schaum (? Schaumbeton) Bspl. -Gassilikatbeton (? 800kg/m 3,?~0,2W/mK) - auf dem Übergang zu Dämmstoffen auf der Basis von Kalk als Bindemittel -Schaumbeton (aus Feinmörtel, besitzt schneeartige Konsistenz und läßt sich leicht verarbeiten) Lastabtragung über Mörtelgerüst bei gefügedichten Leichtbeton Festigkeitsentwicklung Wegen der geringeren Wärmeleitung der Zuschläge kann die Hydratationswärme nur langsam abgeführt werden, was zu einer höheren Anfangserhärtung und zu einer geringeren Nacherhärtung führt. Zug und Druckfestigkeit um ~25% niedriger als beim Normalbeton. Am Beginn der Erhärtung kann es teilweise zum Quellen kommen, weil ein Wasseraustausch zwischen den Zuschlägen und dem Zement erfolgt.? Schwinden setzt erst dann ein, wenn die Verdunstung größer ist als die Abgabe von Kernporenwasser an den Zement. Sonstige Eigenschaften Leichtbeton liegt mit seinem Wärmedämmverhalten günstiger als Leichtbeton, im selben Bereich wie Holz und Ziegel. Daher ist auch die Feuerwiderstandsfähigkeit um 30% höher als beim Normalbeton.

27 Beton 27 BETONBAUSTEINE -Hohlblocksteine: großformatige Mauersteine aus Beton mit im allgemeinen 5-seitig geschlossenen und zur Lagerfläche offenen Kammern, Lochanteil 25-35%. ß D 12N/mm 2 (Steinklassen Hbl. 1-12).? = 1800kg/m 3, Schalldämmung 56 db, Wärmedämmung d/? = 0,4m 3 K/W Durch Zusätze von Dämmmaterial wie z.b. Blähton können wärme und gleichzeitig auch schalldämmende Baustoffe hergestellt werden ( Lecaton ) Mantelsteine Schalungskörper aus wärmedämmenden Stoffen für die Ausführung von Mantelbetonwänden; sie sind schwer brennbar und dürfen im Brandfall nicht stark qualmen oder toxische Gase entwickeln. Sie bestehen aus Leichtbeton, fallweise mit mineralisch gebundenen Holzspänen ( Holzbeton ). Die Wärmedämmung und das Diffusionsverhalten können durch asymmetrische Wanddicken zusätzlich verbessert werden. Betondachsteine aus Betonzuschlägen der Verwendungsklasse I für die Deckung von geneigten Dächern. Sie werden durch Zusatzstoffe vollständig durchgefärbt oder mit gefärbten Schichten bzw. Granulat versehen. Ihre Abmessungen sind meist größer als die der Bausteine. Porenbetonsteine aus Zement, Kalk, feinem Quarzsand, Wasser & Treibmittel wird zunächst ein feiner Mörtel hergestellt. Das Treibmittel, meist Aluminatpulver, reagiert mit dem Calciumhydroxid und bläht den Mörtel auf. Durch eine anschließende Dampfdruckerhärtung bei ~1700 C wird eine sehr hohe Frühfestigkeit und ein geringes Nachschwinden erreicht (hydrothermale Verfestigung). Die einzelnen Steine werden durch Sägen in sehr maßgenaue Produkte eingeteilt. Weitere Vorteile der Porenbetonsteine sind leichte Verarbeitbarkeit und gute Dämmfähigkeit. ß D = 2-8N/mm 2 relativ klein (Festigkeitskl.2-8), nimmt mit der Feuchte ab. ß Z = 8 ß BZ relativ groß. Hohe Dampfdurchlässigkeit (? = 3-6) und Frostwiderstand. Kalksandsteine 90% Quarzsand, 10% Kalk Die Erhärtung erfolgt durch eine chemische Umsetzung des Quarzes mit dem gelöschten Kalk zu Kalkhydrosilikaten. Die Kalksandsteine sind wasserbeständig und haben eine höhere Festigkeit als bei der Lufterhärtung; sie werden als Voll- oder Lochsteine hergestellt.

28 Keramik 28 KERAMIK Der wesentliche Bestandteil aller keramischen Baustoffe ist der Ton. Die Tonminerale bestehen überwiegend aus Aluminium-Silikaten, in denen Hydratwasser angelagert ist. (z.b. Kaolin Al 2 O 3.2SiO 2.2H 2 O). Ihre feine Blattstruktur ermöglicht die Aufnahme von Wasser zwischen den Kristallebenen (? pl. Verformbarkeit) und läßt auf der Oberfläche Haftkräfte entstehen. IRDENGUT (Brenntemperatur C) Ziegelsteine Ausgangsstoffe: mit Sand abgemagerte Tone, tonhaltige Rohmassen oder Lehme Herstellung: Die Ziegel werden mit der Strangpresse hergestellt, die einen endlosen Strang preßt, der durch einen Draht in Stücke geteilt wird. Die so erhaltenen Formlinge werden bei ~200 C getrocknet und danach im Tunnelofen bei ~1000 C gebrannt. Beim Erreichen einer Temperatur von ~600 C werden die Wasserbeständigkeit und die Druckfestigkeit erhöht. Bis zur Sinterung (~1000 C) werden die Poren geschlossen, was diese Werte noch weiter erhöht. Zusätzliche Abdichtung wird erreicht mit -Engoben (feinkörnige Tonmassen, werden vor dem Brennen durch Tauchen oder Sprühen aufgebracht) -Glasuren (wässrige Aufschlämmungen von z.b. Feldspat, Marmor oder Magnesit, als dünne Überzüge aufgebrannt) Für die Ziegeln ist die rote Farbe deshalb so charakteristisch, weil das braune Eisen-(III)- Oxidhydrat Fe 2 O 3.3H 2 O in vielen Sedimenten zu finden ist. Es verliert beim Brennen das Wasser und wird in das rote Eisen-(II)-Oxidhydrat Fe 2 O 3.2H 2 O überführt. Im reduzierten Feuer entsteht das blaugrüne Eisen-(2)-Oxidhydrat. Ist neben Eisen auch Kalk vorhanden, entsteht beim Brand eine gelbe Ziegelfarbe. Durch die Zugabe von Mangan kann man eine graue Tönung erzielen. Mauerziegel Grobkeramik, Ziegel für tragende, aussteifende & ausfachende Wände; NF 25 x 12 x 6,5 Man unterscheidet: -Vollziegel (MZ) -Vollziegel gelocht (MZ-gelocht)-Lochanteil <25% - Lagerfläche -Hochlochziegel (HLZ)-Lochanteil >25% - Lagerfläche -Langlochziegel (LLZ)-Lochanteil >25% - Lagerfläche -Sichtziegel-gelocht od. ungelocht Lochkände - Lagerfläche -Vollklinker (Klinker-V) -Kleinlochklinker (Klinker-KL)-Lochanteil <15% - Lagerfläche -Lochklinker (Klinker-L)-Lochanteil >15% - Lagerfläche Ziegelrohdichte: 1-2 kg/dm 3 (=Masse eines trockenen Ziegels bezogen auf das Volumen einschließl. der Hohlräume, ohne Hohlräume = Scherbenrohdichte) Druckfestigkeit: 4-50 N/mm 2 (f. Klinker 60 N/mm 2 ) Wärmeleitfähigkeit:? = 0,29-1W/mK Diffusionswiderstandsfaktor:? = 2,5-9 (f.klinker? =40)

29 Keramik 29 Ziegel schaffen durch ihre Wasserdampfdurchlässigkeit ein gutes Raumklima und dämpfen dank des Wärmespeichervermögens Temperaturschwankungen ab. Dachziegel Grobkeramik, werden mit Engoben oder Glasuren versehen -Strangdachziegel: unverfalzt (Biberschwanzzigel, Hohlpfannen) verfalzt (Strangfalz-, Biberfalzzigel) -Preßdachzigel: Preßfalzzigel Pfannenziegel Steingut Feinkeramik, meist aus hellfärbigen, tonfeinen Mörtel gepreßt. Durch Einstreuen von z.b. (Koch-)Salz während des Brandes in die Flamme wird eine dichte Kochsalzglasur erzeugt. Man kann auch stattdessen im 2. Brand eine Glasurmasse aufbrennen. Steinguterzeugnisse (Wandfliesen, Sanitärsteingut) sind i. allg. nicht frostbeständig, da die feinkörnigen, kristallinen und porösen Stellen durch die Glasur nur vom Spritzwasser geschützt werden und rel. viel Wasser aufnehmen können. SINTERZEUG (Brenntemperatur C) Steinzeug Feinkeramik, Rohmaterial wie beim Steingut, allerdings höherer Feldspatgehalt. Die dichten, grauen bis braunen Scherben werden mit einer Kochsalzglasur überzogen, feines Steinzeug erhält eine Feldspatglasur. Steinzeugerzeugnisse (Bodenfliesen, Sanitärsporzellan, Kanalisationsrohre) weisen gesinterte und nicht saugende Scherben auf und sind hart, frost-, laugen- und säurebeständig. Porzellan Feinkeramik, wird aus feinstem Kaolin (Porzellanerde, Al 2 O 3.2SiO 2.2H 2 O) mit Quarz als Magerungsmittel und Feldspat als Flußmittel durch zweimaligen Brand bis zum Sintern hergestellt. Auf diese Weise entsteht ein verglaster, durchscheinender und hellklingender Scherben, der nach dem Aufbrennen der Farben mit einer Glasur versehen wird. Hartporzellan Rohstoffe: 50% Kaolin, 25% Quarz, 25% Feldspat wird bei 90 C rohgebrannt und nach dem Eintauchen in einen dünnflüssigen Glasurbrei in einem wesentlich stärkerem Feuer (~1500 C) fertiggebrannt ( Garbrand ). Weichporzellan Rohstoffe: 25% Kaolin, 45% Quarz, 30% Feldspat -kann infolge des größeren Flußmittelgehaltes bei niedrigeren Temperaturen (~1300 C) gebrannt werden, wodurch die größere Verzierungsfähigkeit des Weichporzellans bedingt wird. (Die meisten Porzellanarten halten die Brenntemperatur des Hartporzellans nicht aus).