Baustoffkunde (Fach) / Baustoffkunde 1 / 2 (Lektion)

Grundlagen, Metalle, Beschichtung, Holz, Glas, natürl. u. künstl. Steine, Keramik, Bindemittel, Beton usw.

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• Eigenschaften von Zementstein (vollständig erhärteter Zementleim) Die beim Anmischen zugesetzte Wassermenge beeinflusst in ganz erheblichem Maße die Porosität und damit auch Festigkeit und Dichtheit (Dauerhaftigkeit, Bestän-digkeit) des Zementsteins.  
• Wasserzementwert und Porosität Als "Wasser/Zement-Wert", auch "w/z-Wert" genannt, bezeichnet man das Verhältnis von Wassermenge zu Zementmenge. Wassermenge/Zementmenge Bei w/z-Wert 0,4 vollständige Hydratation mögl. (gesamter Zementklinker reagiert). Zur Verarbeitbarkeit des Zementes in Praxis w/z-Wert zwischen 0,45-0,65 nach Verdunstung des überschüssigen Wassers → Kapillarporen entstehen je niedriger w/z-Wert um so höher Festigkeit/Dichtigkeit.
• Was sind die Komponente von Beton? Zement, Wasser und Gesteinskörnung
• Welche Begriffe werden im Zusammenhang mit Beton immer wieder verwendet? Zementleim - verarbeitbares, plastisches Wasser-Zement-Gemisch Zementstein - vollständig erhärteter Zementleim Frischbeton - verarbeitbarer, plastischer Beton Grüner Beton - verarbeitet, verdichtet und bereits erstarrt aber noch nicht erhär-tet (Alter: Stunden) Junger Beton - vollständig erstarrt und zum Teil bereits erhärtet (Alter: Stunden / Tage / Wochen) Festbeton - vollständig erhärteter Beton (Alter: ≥ Wochen) Leicht- / Normal- / Schwerbeton Unterscheiden sich in der Rohdichte (LB: ρ ≤ 2 g/cm3; NB: 2 < ρ ≤ 2,6 g/cm; SB: ρ > 2,6 g/cm3)
• Vor- u. Nachteile von Beton Vorteile: unbegrenzte Gestaltungsmöglichkeiten auf alle Beanspruchungen geziehlt einstellbare Eigenschaften die bei richtiger Anwendung und Ausführungfast fast unbegrenzte Dauerhaftigkeit ohne nennenswerte Unterhaltung, Wirtschaftlichkeit Nachteile: bezogen auf die Druckfestigkeit hohe Rohdichte (Gewicht) Beton Schwindet und Kriecht → Verformung, Rissgefahr Abriss von Betonwerken sehr Aufwändig Zugfestigkeit nur 1/10 der Druckfestigkeit (Lösung: Stahlbeton)
• Gesteinskörnung im Beton Gesteinskörnung im Beton 60-80% → beeinflusst Festbeton erheblich. Besteht aus: abgestuften Sand, Kies o. Splittgemisch aus Granit, Basalt, Kalkstein, Sandstein u. Quarz. Festigkeit: 20-400 N/mm2 (üblich >100), runde Kornform→ bessere Verarbeitbarkeit Beton splittrige Kornform→ erschwerte Verarbeitbarkeit, vebesserte Zugfestigkeit des Betons
• Anforderungen der Gesteinskörnung (Beton) Druckfestigkeit (βD 80-100 N/mm2) Rostbeständigkeit Keine störenden schädlichen Bestandteile→organische Bestandteile stören Erhärtung Mehlfeine Stoffe→ stören Verbund Salze→ fördern die Korrosion günstige Kornform (Verhältnis: Länge/Dicke <3)  
• Bedeutung des Sand-, Kies- Gemisches für den Beton Aus ökonomischen werkstoffteschnichen Gründen, Beton möglichst hoher Anteil Gesteinskörnung und weniger Zementleim→1) Zement teurer als Gesteinskörnung→2) Gesteinskörnung besitzt eine höhere Festigkeit und Dauerhaftigkeit als Zement→ Kräfte werden über das Gerüst der Gesteinskörnung übertragen (nur bei normal -Schwerbeton, bei Leichtbeton umgekehrt)
• Aufbau von Korngemischen/Sieblinien Korngemisch soll Minimum an Hohlräumen aufweisen optimale Schutzwirkung der Körner untereinander und geringere Zementleim bedarf geringe Gesamtkornoberfläche damit minimaler Zementleimbedarf modell der dichtesten Kugelpackung (Fulleparabel)
• Beschreiben sie das Korngemisch durch die so genannte Fullerparabel Di = (di/D)1/2 x 100 [%]Di = Anteil der Gesteinskörner in % mit Durchmesser < di (fällt durch ein Sieb mit der Lochweite d)di = jeweils betrachteter KorndurchmesserD = Durchmesser des GrößtkornsBeispiel: D = 32 mm, für di = 8 mm folgt Di = 50 %, das heißt 50 % des Gemisches hat einen Korndurchmesser ∅ ≤ 8 mm
• Körnungsziffer k Diese dient zur Ermittlung der für das jeweilige Korngemisch erforderlichen Wassermenge, die in Verbindung mit Zement einen brauchbaren Beton ergibt. k= 1/100 * Σi (100-Di)
• Überkorn, Unterkorn und Ausfallkörner Überkorn: Anteil des Korngemisches mit Korngrößen oberhalb der größten Sieblochweite Unterkorn: Anteil des Korngemisches mit Korngrößen kleiner o. gleich der kleinsten Sieblochweite Ausfallkörner: Eine oder mehrere Korngruppen fehlen im Korngemisch. In der Sieblinie findet sich dann dort ein horizontaler Verlauf
• Festbetonarten Leichtbeton p< 2g/cm3 (Leichtzuschläge) - wenn Gewichtseinsparung nötig, wird erziehlt durch erhöhte Porosität, durch Gesteinskörnung mit hoher Kornprosität Normalbeton 2 < p < 2,6 g/cm3 Schwerbeton p > 2,6 g/cm3 - Anwendung im Stahlschutz, wird erziehlt durch Gesteinskörnungen p> 3,0g/cm3 (z.B. Baryt, Magnetit, Eisenschrott)
• Festigkeiten des Betons DruckfestigkeitHerkömmliche Probekörper zur Bestimmung der Druckfestigkeit sind Würfel und Zylin-der. Festigkeiten werden in der europäischen Normung am Zylinder gemessen. Der in der deutschen Normung verwendete Würfel verliert im Rahmen von Festbetonprüfungen immer mehr an Bedeutung. ZugfestigkeitEs gibt drei Arten der Zugfestigkeit:• Biegezugfestigkeit (alt βBZ, neu fcf) βSZ=fcf= Mu/WMu = BruchmomentW = Widerstandsmoment des Betonquerschnitts • Spaltzugfestigkeit (alt βBZ, neu fct) βSZ=fcf= 2Fu/π d ll = Länge des PrüfkörpersFu = Bruchlast 
• Dauerstandfestigkeit von Beton Die Werte von βD28 (bzw. fck28) werden im so genannten Kurzzeitdruckversuch ermittelt. Dabei wird die Belastung bis zum Bruch der Probe in "Minuten" durchgeführt. Von ent-scheidender Bedeutung ist aber, welche Belastung vom Bauteil unendlich lange ohne Bruch ertragen wird. Die Dauerstandfestigkeit von Beton liegt bei βD,∞ (bzw. fck,∞) ≈ 0,7 - 0,9 βD (bzw. fck). Bei höherer Belastung versagt der Beton nach entsprechend langen Zeiträumen.
• Verformungen des Festbetons Belastungen oder lastfreie Einwirkungen, wie z. Bsp. Temperatur- und Feuchteände-rungen, rufen im Festbeton Formänderungen hervor: Elastische Verformung εel: (lastabhängig) nach kurzzeitiger Last nimmt Beton normale Form an Kriechen: (last- und zeitabhängig) durch Dauerlast nimmt es nach einiger Zeit Verformungen an, bis sich einstellt,Verformungszunahme mit der Zeit. Der größte Teil der Kriechverformung ist irreversibel. Schwinden, Quellen: (zeitabhängig) Unter Schwinden (Quellen) versteht man die Volumenverringerung (Volumenvergröße-rung) infolge von Wasserentzug (Wasseraufnahme). Diese Verformungen sind bei Feuchteumkehr (feucht - trocken / trocken - feucht) teilweise reversibel. Wärmedehnung (last- und zeitunabhängig)
• Hochfester Beton Merkmale des hochfesten Betons sind niedrige w/z-Werte und die Verwen-dung des Zusatzstoffes Silicastaub. → Durch Einsatz von Fließmitteln w/z-Wert praktisch unter 0,35→ praktisch keine Kapilarporen→ Dichtigkeit/Festigkeit höher
• Selbstverdichtender Beton (SVB) Ohne irgendein EInfluss ausser Schwerkraft werden Bewehrungszwischenräume und Schalung ausgefüllt.
• Leichtbeton Sind Betone mit eine Trockenrohdichte < 2000kg/m3 um Gewicht mögl. klein zu halten → Porenhaltige Gesteinskörnung oder durch Stoffe die Porenbildung fördern
• Betonschäden • Abplatzungen der Betonüberdeckung• Rostfahnen• Risse• Kiesnester (Ansammlung von Gesteinskörnung)• Verfärbung des Betons• Wechsel der Oberflächenstruktur an einem Bauteil• Ausblühungen, Aussinterungen• Bauteilverformungen oder -verschiebungen Ein typisches Schadensbild an Stahlbetonbauteilen sind Abplatzungen an der Oberflä-che, welche den darunter liegenden korrodierten Bewehrungsstahl sichtbar werden lassen. Ursache für dieses Schadensbild ist der im Beton korrodierende Bewehrungs-stahl. Der gebildete Rost beansprucht ein 2,5-fach größeres Volumen und sprengt den spröden Werkstoff Beton aufgrund dessen geringer Zugfestigkeit ab.
• Korrosion des Betonstahls Gründe: Anwesenheit von 02, Anwesenheit von H2O, pH-Wert von Beton 12,5→keine Korrosion / pH-Wert unter 9,5 oder die Passivschicht wird durch Cl--Ionen (Tausalz) aufgehoben→ es kommt zur Carbonatisierung der pH-Wert sinkt→ Korrosion
• Carbonatisierung von Beton Kohlendioxid diffundiert durch Poren in den Beton und reagiert dort mit Calciumhydroxid zu Kalkstein und Wasser. Carbonatisierung beginnt auf der Oberfläche und dringt mit der Zeit in die Tiefe. Carbonatisierungsgeschw. hängt von der porosität des Betons ab.
• Korrosionsschutz Beton wird erreicht durch niedrige w/z-Wert ( um Porosität niedrig zu halten) optimale Verdichtung ( wg. Porosität/ Dichte) Optimale Nachbehandlung ( um Risse und unvollständige Erhärtung zu verhindern ausreichende Betonüberdeckung, damit Carbonat. nicht bis zum Bewehrungsstahl vordringt, → Betonüberdeckung: Innenbauteil= Vorhaltemaß 10mm, Aussenbauteil= Vorhaltemaß 15mm
• Instandsetzung von Oberflächenschädeninfolge Bewehrungskorrosion Freilegen aller erkennbaren Schadensstellen Entrosten der freigelegten Bewehrungsstäbe Konservieren der Entrosteten Bewehrung, durch eine Korrosionschutzbeschichtung Herstellen einer Haftbrücke zwischen Altbeton und Reparaturmörtel Reprofilieren der Ausbruchstelle mit Reparaturmörtel Porenschluss und ggf. Strukturangleichung durch Feinspachtel oder Schlämme
• Welche Beschichtungen werden zum Schutz und Instandsetzung von Oberflächen benutzt? Es werden polymergebundene Beschichtungsstoffe eingesetzt: Hydrophobierung→ Feuchteschutz durch Reduzierung von kapilaren Wasseraufnahme, keine Filmbildung / Porenverschluss Impregnierung: mit Werkstoffen aus z. Bsp. OS 4 zum Porenverschluss, wobei ein geschlossener, dünner Film, ungleichmäßige Dicke entsteht.

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