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BSK (Subject) / Altklausurfragen (Lesson)

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• Nennen Sie drei Transportvorgänge und die jeweils treibende Kraft! Kapillares Saugen:                  Oberflächenkräfte in den Poren Diffusion:                   Konzentrationsunterschiede Permeation:                              Druckunterschied Osmose:                  Konzentrationsunterschied bei semipermeablen Schichten (Verdünnungsbestreben)
• Nennen Sie die Porenart, in der die Transportvorgänge überwiegend stattfinden! Kapillarporen 
• Nennen Sie drei Parameter, von denen die Ausgleichsfeuchte eines porösen Baustoffes bestimmt wird! Gesamtanteil der offenen Porosität Porengrößenverteilung Temperatur relative Luftfeuchte 
• Sie bauen einen Tunnel in Stuttgart, welcher in Kontakt mit Grundwasser stehen wird. Im Raum Stuttgart weist das Grundwasser einen hohen Sulfatgehalt auf. Nennen zwei Möglichkeiten um Ihr Bindemittel auf die Beanspruchung auszulegen! Welche betontechnologische Maßnahme können Sie zusätzlich ergreifen? Das Rohmehl so zusammensetzen, dass beim Brennen des Klinkers kein oder nur weinig C3A gebildet wird. (Der C3A-Gehalt des Klinkers muss ≤ 3,0 M.-% sein). Klinker durch Hüttensand ersetzen (CEM III/B bzw. CEM III/C). Reduktion des w/z-Werts 
• Wodurch sind Gesteinskörnungen mineralogisch gekennzeichnet, die alkaliempfindlich sind? Was müssen Sie beachten, wenn Sie mit diesen Gesteinskörnungen arbeiten müssen? Sie enthalten amorphe (reaktive) Kieselsäure. Verwendung von NA-Zementen, nachträglichen Zutritt von Feuchtigkeit verhindern 
• Aus welchem Grund werden bei der Herstellung von Beton für bestimmte Expositionsklassen Luftporenbildner als Zusatzmittel eingesetzt? Um den Frostwiderstand des Betons zu verbessern. 
• Sie bauen einen Abwasserkanal. Bei einem bereits fertiggestellten Kanal müssen Sie mit Angriff von biogener Schwefelsäure rechnen. Nennen Sie die zwei Schadensmechanismen, die beim Einwirken von biogener Schwefelsäure auf Beton auftreten, und die Ursache für diese Schäden! Lösender Angriff:    Säure bildet gut lösliche Reaktionsprodukte   Treibender Angriff: Das Sulfation kann Ettringit bilden  
• Begründen Sie, weshalb das Einwirken von gasförmigem CO2 auf Zementstein als indirekter Angriff bezeichnet wird! CO2 aus der Luft übt (in der Regel) keinen schädigenden Angriff auf Zementstein aus. Da aber der Zementstein bei der Carbonatisierung seine Alkalität verliert, kann eine Bewehrungskorrosion auftreten, die ihrerseits Betonschäden verursacht. 
• Erklären Sie die folgenden Bindemittelbezeichnungen und führen Sie alle enthaltenen Informationen und ggf. die Mengenbereiche der Hauptbestandteile auf! CEM I 52,5 R CEM II/B-S 32,5 R CEM II/A-LL 42,5 R CEM III/C 32,5 N Portlandzement: Festigkeitsklasse: 52,5 hohe Anfangsfestigkeit Portlandhüttenzement: 21-35% Hüttensandanteil FK: 32,5 hohe Anfangsfestigkeit Portlandkalksteinzement: 6-20% Kalksteinmehlanteil FK: 42,5 hohe Anfangsfestigkeit Hochofenzement: 81-95% Hüttensandanteil FK: 32,5 normale Anfamgsfestigkeit
• Bei der Hydratation von Zement wird Calciumhydroxid gebildet. Welche drei Funktionen kann das Calciumhydroxid im Zementleim/Zementstein übernehmen? Reaktionspartner für Puzzolane (Festigkeitsbeitrag) hohe Alkalität (Korrosionsschutz) Katalysator für latent hydraulische Stoffe (Hüttensand) 
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• Nennen Sie einen Einsatzbereich für Zemente, bei dem Portlandzementklinker während der Herstellung kein Gips zugemahlen wird! Der Zement wird für die Herstellung von Spritzbeton verwendet. (Als Bindemittel für Spritzbeton)
• Nennen Sie vier Porenarten, die im Zementstein enthalten sind! Der Zementstein enthält Gel-, Schrumpf-, Kapillar-, Luft- und Verdichtungsporen. 
• Mit welcher Kenngröße lässt sich der Wasseranspruch einer Sieblinie ermitteln? Körnungsziffer k 

• Welche Sieblinie wird üblicherweise bei der Herstellung von Waschbeton oder Fertigteilbeton verwendet? Sieblinie U: Ausfallkörnung
• Mit Hilfe welcher Kenngröße werden die drei Gesteinskörnungsarten unterteilt? Kornrohdichte 
• Nennen Sie die drei Gesteinskörnungsarten und geben Sie die jeweilige Größenordnung der im Teil a) erfragten Kenngröße an! Geben Sie weiterhin für jede Gesteinskörnungsart ein Beispiel an! leichte  Blähton, Bims normale Rheinkies, Kalkstein schwere Baryt, Stahlschrot
• Nennen und erläutern Sie zwei Möglichkeiten, wie die Konsistenz eines Frischbetons erhöht werden kann, ohne den w/z-Wert zu verändern. Erhöhung des Zementleimvolumens:
Durch das höhere Matrixvolumen bei gleichem w/z-Wert entsteht eine dickere Zementleimschicht um die Gesteinskörner. Dadurch wird die Viskosität herabgesetzt  Betonverflüssiger-/Fließmittelzugabe:
Durch Herabsetzen der Oberflächenspannung des Wassers und Dispergieren von Zementagglomeraten wird eine verflüssigende Wirkung erzielt. Gesteinskörnung mit günstiger Kornform:
Verringerung des Wasseranspruchs durch geringere spez. Oberfläche bei gleichzeitig geringeren Scherkräften durch glatte Oberflächen. Verwendung einer gröberen Gesteinskörnungssieblinie: Durch verringerten Sandanteil ist der Wasseranspruch der Gesteinskörnung niedriger Verwendung eines gröberen Zements:
Der Zement hat einen geringeren Wasseranspruch. 
• a) Erläutern Sie die beiden Begriffe Betonzusatzmittel und Betonzusatzstoff! Stellen Sie dabei die unterschiedliche Auswirkung auf die Mischungsberechnung des Betons dar! Betonzusatzmittel: Betonzusatzmittel sind Zusätze (flüssig oder pulverförmig) zum Beton, die durch chemische und/oder physikalische Wirkungen die natürlichen Eigenschaften von Beton oder Mörtel beeinflussen. Je nach Art des eingesetzten Betonzusatzmittels können sowohl die Eigenschaften des Frischbetons (Erstarrungsverhalten, Verarbeitbarkeit) als auch die des erhärteten Betons (Festigkeit, Dauerhaftigkeit) gezielt verändert werden. Betonzusatzmittel werden in der Regel in geringen Mengen (≤ 50 g bzw. cm3 je kg Zement) zugesetzt und daher nicht in der Stoffraumrechnung berücksichtigt.   Betonzusatzstoff: Betonzusatzstoffe sind feinkörnige, mineralische Stoffe (meist in Form von Mehlkorn) oder organische Dispersionen, die die Eigenschaften von Frischbeton und Festbeton günstig beeinflussen sollen. Hauptsächlich verwendet werden puzzolanische, latent-hydraulische und inerte Stoffe. Betonzusatzstoffe müssen aufgrund der höheren Zugabemenge als Stoffraumkomponente berücksichtigt werden. 

• Nennen Sie jeweils zwei Betonzusatzmittel und zwei Betonzusatzstoffe und erläutern Sie ihre Wirkung im Frischbeton! Betonzusatzmittel: Betonverflüssiger (BV)            Erhöhung der Konsistenz (Verflüssigung des Frischbetons) Fließmittel (FM)                          Erhöhung der Konsistenz (Verflüssigung des Frischbetons), stärkere Wirkung als BV Stabilisierer (ST)                        Verbesserung der Geschmeidigkeit, Verringerung der Entmischungsneigung und des Blutens Verzögerer (VZ)                        Verlängerung der Verarbeitbarkeitszeiten des Frischbetons um mehrere Stunden Beschleuniger (BE)                 schnelles Erstarren und raschere Hydration Luftporenbildner (LP)              Erhöhung der Frostbeständigkeit und Verbesserung der Verarbeitbarkeit   Betonzusatzstoffe: Puzzolane z. B. Flugasche, Silikastaub
   Verbesserung der Verarbeitbarkeit, Verminderung des Blutens Inerte Stoffe z. B. Gesteinsmehl
    Verminderung des Blutens, Verbesserung der Verarbeitbarkeit 
• An einem Frischbeton wurde der Luftgehalt mit einem Luftporen-Topf (VB = 8,0 dm3) ermittelt. Nach dem Öffnen des Ausgleichsventils herrschte in der Druckkammer (V = 1,0 dm3) ein Druck von 29 bar, nachdem zunächst ein Druck von 40 bar aufgebracht wurde. Wie hoch ist der Luftgehalt des Frischbetons? Verwenden Sie die angegebene Formel! p1 ⋅V1 =p2 ⋅V2 p1 ⋅V1 =p2 ⋅V2 =p2 ⋅(V1 +VL) 40 ⋅ 1,0 = 29 ⋅ (1,0 + VL) VL = (40/29) – 1,0 = 0,38 dm3 LP = VL/VB ⋅ 100 = 0,38/8,0 ⋅ 100 = 4,7 Vol.-% 
• Beurteilen Sie den Luftgehalt! Handelt es sich um einen Messfehler oder ist dieser Wert realistisch? Antwort mit Begründung! Zur Erzielung einer ausreichenden Frost-Tausalz-Beständigkeit ist je nach Expositionsklasse ein Beton mit künstlich eingeführten Luftporen erforderlich. Wurde dem Beton aus diesem Grund Luftporenbildner zugegeben, ist dies ein plausibles Ergebnis. Andernfalls sind Luftgehalte in dieser Größenordnung unüblich.  
• Ein Beton wird bis zu 80 % seiner Druckfestigkeit belastet und im direkten Anschluss wieder entlastet. Zeichnen Sie in das folgende Diagramm den zu erwartenden Spannungs-Dehnungsverlauf ein und erläutern Sie anhand dieser Kurve den Begriff „irreversible Verformung“.  Plastizität ist die Eigenschaft eines Werkstoffs, nach erfolgter Belastung und anschließender Entlastung nicht in seinen Ursprungszustand zurückzukehren (ε ≠ 0). Einige Verformungsanteile sind bleibend bzw. irreversibel. Beim Beton entstehen diese irreversiblen Verformungen durch Mikrorissbildung während der Belastung. 
• Nennen Sie zwei Einflussgrößen auf das Schwinden von Beton! Bauteilabmessungen Umgebungstemperatur Umgebungsfeuchte Zementart w/z(eq)-Wert Zement- bzw. Bindemittelgehalt Wassergehalt (E-Modul der) Gesteinskörnung Mehlkorngehalt Reife des Betons Nachbehandlung 
• Zeichnen Sie in das folgende Koordinatensystem die Querdehnzahl von Beton in Abhängigkeit von der Höhe der Belastung und erläutern Sie den Verlauf. Geben Sie ebenfalls die üblichen Größenordnungen an. Die Querdehnzahl von Beton ist nahe der Festigkeit etwa 0,2. Durch Rissbildung nimmt sie im Bereich hoher Spannungen überproportional zu. 
• Wie und warum ändert sich die Betondruckfestigkeit bei sonst konstanten Versuchsbedingungen gegenüber der Festigkeit, die an einem Probewürfel mit 150 mm Kantenlänge mit einer konstanten Belastungsgeschwindigkeit bestimmt wurde, wenn Zylinder (d = 150 mm) mit h/d = 2 : 1 verwendet werden (gleiche Belastungsgeschwindigkeit)? fc wird geringer, da die Querdehnungsbehinderung aufgrund der höheren Schlankheit einen geringeren Einfluss hat. 
• die Kantenlänge des Würfels verdoppelt wird? fc wird geringer, da sich die Wahrscheinlichkeit an Fehlstellen im Beton erhöht. 

• Skizzieren Sie in den untenstehenden Darstellungen schematisch das Bruchbild eines Betonwürfels bei der Druckfestigkeitsprüfung A) ohne Querdehnungsbehinderung, B) mit Querdehnungsbehinderung und begründen Sie Ihre Skizze! A)  Wird die Behinderung der Querdehnung durch Zwischenschichten oder bürstenartige, schlaffe Druckplatten aufgehoben, bricht der Beton durch Überschreiten der Querzugspannungen und reißt in einzelne Pfeiler auf (einaxialer Spannungszustand). 
 B)  Bei der Prüfung eines Würfels ohne Zwischenschichten ist eine freie Querdehnung nur außerhalb der unter Querdruck stehenden Doppelpyramide möglich. Der Beton bricht durch Zug-Scherspannungen entlang des Pyramidenrandes, die Doppelpyramide bzw. der Bruchkegel bleibt stehen (mehraxialer Spannungszustand). 
• Nennen Sie zwei verschiedene Kationen von Salzen, die einen lösenden Angriff auf Beton ausüben! Ammonium, NH4+ 
 Magnesium; Mg2+ 

• Eine Gesteinskörnung zur Herstellung von Beton enthält Opal. Welche baustoffschädliche Reaktion ist bei Verwendung dieser Gesteinkörnung zu berücksichtigen?! Alkali-Silika-Reaktion, Treiberscheinung 

• Welche besondere Eigenschaft muss der für die Betonherstellung verwendete Zement in diesem Fall haben, damit keine Schäden auftreten? niedriger Alkaligehalt, HS-Qualität 

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• Beschreiben Sie, weshalb in einem Frischbeton Ettringit gebildet wird und unter welchen Bedingungen es in einer erhärteten Betonbildung zu einer Ettringitbildung kommen kann! Frischbeton Reaktion des C3A mit dem Erstarrungsregler (Gips)   Festbeton Reaktion des Monosulfat bzw. Calciumaluminathydraten mit von außen einwirkenden Sulfaten • (Sekundärettringitbildung bei wärmebehandelten Betonen) 
• Erläutern Sie, weshalb eine Ettringitbildung im Frischbeton zu keinen Schäden führt, eine Ettringitbildung in Festbeton aber zu Schäden führen kann! Ettringit hat einen größeren Raumbedarf als seine Ausgangsstoffe. Der Frischbeton ist plastisch verformbar, so dass keine Treiberscheinungen auftreten. Die Ettringitbildung im Festbeton führen zu Spannungen, aus den Treiberscheinungen resultieren können. 
• Beschreiben Sie zwei Eigenschaften der Luftporen im Beton, durch die die Dauerhaftigkeit von Beton verbessert wird! Da die Luftporen einen größeren Radius als die Kapillarporen besitzen, wird der Eintrag von Wasser in den Beton durch kapillares Saugen verringert. 
 Die Luftporen sind nicht mit Wasser gefüllt. Sie können als Expansionsraum für gefrierendes Wasser dienen. Hierdurch treten geringere oder keine Spannungen im Gefüge auf und Treiberscheinungen werden verhindert. 

• Erklären Sie die Begriffe inert, puzzolanisch, latent hydraulisch und hydraulisch! Inerte Stoffe nehmen nicht oder nur im geringen Maße an den Hydratationsreaktionen teil. Puzzolanische Stoffe reagieren mit Calciumhydroxid und Wasser und bilden CSH-Phasen. Latent hydraulische Stoffe entwickeln hydraulische Eigenschaften nach sulfatischer oder alkalischer Anregung. Hydraulische Stoffe erhärten sowohl an der Luft als auch unter Wasser. Die Klinkerphasen reagieren mit Wasser zu Hydratphasen unter Bildung von Calciumhydroxid. 
• Durch welche Abkürzungen werden folgende Eigenschaften von Zementen dargestellt? Hoher Sulfatwiderstand                           HS Niedriger wirksamer Alkaligehalt              NA Niedrige Hydrationswärme                      LH (NW)
• Durch welche Maßnahme wird das normgerechte Erstarrungsverhalten von Zementen eingestellt? Durch die auf den Klinker abgestimmte Zudosierung von Sulfatträgern 
• Wo und wann findet diese Maßnahme statt? Im Zementwerk nach dem Mahlen des Klinkers
• Nennen Sie zwei Bindemittel außer Zement! Gips/Anhydrit gebrannter Kalk Ton Bitumen 
• Geben Sie für die unten angegeben Gesteinskörnungen die jeweilige Herkunft (natürlich oder künstlich) und ihre Art im Hinblick ihrer Rohdichten an! Schaumlava Lavakies Hüttenbims natürlich leicht natürlich leicht künstlich leicht
• Eine Gesteinskörnungsprobe weist eine Haufwerksporigkeit von PH = 43,4 Vol.-% und eine Gesamtporigkeit von PS = 46,4 Vol.-% auf. Für die Gesteinskörnung wurde eine Reindichte von ρ = 3.000 kg/m3 ermittelt. a) Ermitteln Sie die Kornporigkeit der Gesteinskörnung bezogen auf das Gesamtvolumen der Probe! b) Eignet sich diese Gesteinskörnung für die Herstellung von Schwerbetonen? Begründen Sie Ihre Antwort! PK* = PS – PH = 46,4 – 43,4 = 3,0 Vol.-% (bezogen auf Gesamtvolumen)  Nein! Da die Reindichte der Gesteinskörnung mit 3.000kg/m3 ermittelt wurde, ist die Kornrohdichte der Gesteinskörnung definitiv kleiner als 3.000 kg/m3. Für die Herstellung von Schwerbetonen müssen schwere Gesteinskörnungen mit einer Kornrohdichte größer als 3.000 kg/m3 verwendet werden. 
• Welches Kriterium ist für die Wahl des Größtkorns der Gesteinskörnung eines Bauteils aus unbewehrtem Beton zu berücksichtigen? Bauteilabmessungen 
• Nachstehend ist ein Versuchsaufbau zur Normprüfung von Beton dargestellt. a) Benennen und beschreiben Sie den Versuch! b) Nennen Sie die Anwendungsgrenzen für das Verfahren! c) Der oben gezeigte Versuchsaufbau ist ein gängiges Prüfverfahren. Nennen Sie ein alternatives Verfahren und geben Sie an, für welche Konsistenzbereiche es sinnvoll angewendet werden kann! Ausbreitmaß-Versuch: Beschreibung der Konsistenz über das Ausbreitmaß des Betons.  Das Verfahren kann für die Konsistenzklassen F2 – F6 eingesetzt werden.  Die Prüfung der Konsistenz über das Verdichtungsmaß bei steiferen Betonen sinnvoll. Konsistenzbereiche, die durch Verdichtungsmaß erfasst werden können, sind die Klassen C0 für sehr steife Betone bis C3 für weiche Betone, die etwa der Konsistenzklasse F3 entsprechen. 
• Der Mehlkorngehalt ist nach DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 begrenzt. Nennen Sie 3 Gründe, warum eine Mindestmenge an Mehlkorn im Beton enthalten sein sollte! Verbesserung der Verarbeitbarkeit und des Zusammenhaltes, Verbesserung der Pumpbarkeit, Verminderung des Blutens, Bildung eines geschlossenen Gefüges. 
• Nennen Sie die Ausgangsstoffe, durch die Mehlkorn in den Beton eingetragen wird! Nennen Sie die für die jeweiligen Ausgangsstoffe üblichen Mehlkornanteile! Zement:                                   Anteil des Mehlkorns 100 M.-%, da i. d. R. ≤ 125 μm Betonzusatzstoffe:                  Anteil des Mehlkorns 100 M.-%, da i. d. R. ≤ 125 μm Gesteinskörnung:                   Anteil des Mehlkorns 0 – 4 M.-% 
• Nennen Sie drei Faktoren, die die Entwicklung des Hydratationsgrads des Zementsteins maßgebend beeinflussen! Mahlfeinheit des Zementes Temperatur
 Alter

• Wie beeinflussen die folgenden zwei Faktoren die Druckfestigkeit des Zementsteins? Wasserzementwert Luftporengehalt Die Druckfestigkeit nimmt mit steigendem Wasserzementwert ab. Die Druckfestigkeit nimmt mit sinkendem Luftporengehalt zu. 
• Bei einer rechnerischen Ermittlung der Druckfestigkeit von Zementstein wird üblicherweise auf den Anteil der nicht hydratisierten Zementkörner verzichtet. Was bedeutet dies für die tatsächliche Druckfestigkeit des Zementsteins? Begründen Sie Ihre Antwort Die nicht hydratisierten Zementkörner wirken als hochfeste „Gesteinskörnungen“ und tragen zur Druckfestigkeit des Zementsteins bei. Annahme ist die optimale Packungsdichte der Zementkörner unter sorgfältiger Herstellung und Verdichtung des Zementsteins. 
• Nach DIN EN 206-1 werden die Betone nach ihrer Druckfestigkeit in Festigkeitsklassen eingeteilt. a) Die Betondruckfestigkeit wird an Prüfkörpern in Form von Würfeln bzw. Zylindern bestimmt. Geben Sie die in DIN EN 206-1 vorgegebenen Abmessungen dieser Prüfkörper an! Würfel: 150 mm Kantenlänge Zylinder: 150 mm Durchmesser und 300 mm Länge 
• b) Nennen Sie zwei Vorteile und einen Nachteil der Bestimmung der Betondruckfestigkeit an Zylindern gegenüber Würfeln! Vorteile: gleichmäßige Verformung über den Querschnitt aufgrund der Beanspruchung in Einfüllrichtung geringe Querdehnungsbehinderung Nachteil: obere Druckfläche ist nicht glatt und muss nachbearbeitet werden 
• Für einen Beton wurden an zwei unterschiedlichen Probekörpern Druckfestigkeiten von 60 und 66 N/mm2 ermittelt. Bei den Probekörpern handelt es sich zum einen um einen trockenen Zylinder mit einem Durchmesser von 150 mm und einer Länge von 300 mm und zum anderen um einen feuchten Würfel mit einer Kantenlänge von 150 mm. Ordnen Sie bitte die ermittelten Druckfestigkeiten den entsprechenden Probekörpern zu! Ist die Differenz der ermittelten Druckfestigkeiten nachvollziehbar? Begründen Sie Ihre Antwort! Zu berücksichtigen sind die zwei Einflussfaktoren Schlankheit und Feuchtezustand. Die Würfelfestigkeit ist aufgrund der geringeren Schlankheit ca. 20 % größer als die Zylinderfestigkeit (Faktor 1,2). Das ist mit dem mehraxialen Spannungszustand im kompakten Würfel zu erklären (L/d = 1). Bei trockenen Probekörpern ist die Reibung zwischen den Gelpartikeln größer, die Sekundärbindungen nehmen zu. Feuchte Probekörper verlieren ca. 8 % an Festigkeit gegenüber trockenen Probekörpern (Faktor 0,92). Der Einfluss der Schlankheit auf die Druckfestigkeit überwiegt den Einfluss aus dem Feuchte- zustand. Somit müsste am Würfel um ca. 1,2 · 0,92 ≈ 1,1 höhere Druckfestigkeit ermittelt werden als am Zylinder. Das stimmt mit den ermittelten Druckfestigkeiten überein: 66 / 60 =1,1 66 N/mm2 : Druckfestigkeit von feuchtem Würfel 150 mm
60 N/mm2 : Druckfestigkeit von trockenem Zylinder Ø150/L300 mm 

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