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    betón

    Beton (aus fr. béton) ist ein fester Baustoff, der entsteht durch Erhärtung von Betonmörtel, oder ein Baustoff, der entsteht durch Mischen von Bindemittel, Füllstoff und Wasser, gegebenenfalls weiterer Zusätze und Zusatzstoffe, die nach dem Erstarren die Eigenschaften eines Feststoffs annehmen.

     

    Zusammensetzung

    Setzt sich aus der Mischung zusammen:

     

    Eigenschaften

    Cementbeton (CB) gehört mit seinen Eigenschaften zu den am häufigsten verwendeten Baustoffen. Er hat eine hohe Druckfestigkeit, aber geringe Zug- und Schubfestigkeit. Die Druckfestigkeit liegt je nach Bedarf zwischen 5 und 50 MPa. Beton hat die Eigenschaften von Naturstein, Haltbarkeit und Festigkeit (Druckfestigkeit 3-60 MPa, Zugfestigkeit etwa zehnmal geringer). Um die Zugfestigkeit und Tragfähigkeit zu erhöhen, wird er mit Stahl stäben, Drähten und Gittern (Betonstahl) verstärkt. Seine Festigkeit und Eigenschaften ändern sich durch die Zusammensetzung und Verarbeitung der Mischung. Die Festigkeit ist auch ein Nachteil, da die Sanierung von Betonkonstruktionen sehr aufwendig ist. Die Festigkeit hängt hauptsächlich von der Korngröße des Sandes oder Kies ab. Die festesten und teuersten sind vibrierte Betone mit kleiner Sandkorngröße. Er ist formbar und ermöglicht durch das Verwenden von Formen in den statischen Möglichkeiten vielfältige Formen. Er ist chemisch beständig, beständig gegen hohe Temperaturen, langlebig und hat ein volumetrisches Gleichgewicht. Die Haltbarkeit von Beton ist groß sowohl im Wasser als auch in der Luft.

    Beton härtet ca. 28 Tage. Das Aushärten hört danach nicht auf, Beton härtet bei richtiger Feuchtigkeit fast unendlich (auch unter Wasser). Als Verstärkung wird hauptsächlich Stahl STN11xxx (konstruktive Stähle, Betonstahl) verwendet. Die Verbindung ermöglicht fast dieselbe thermische Ausdehnung des Stahls und Betons.

    Ein Nachteil von Beton ist sein Gewicht, das von den verwendeten Materialien (hauptsächlich Gesteinskörnung) abhängt. Bei einfachem Beton liegt die spezifische Dichte im Bereich 2 000 bis 2 400 kg/m3 und bei Betonstahl 2 300 bis 2 600 kg/m3. Bei Fertigteilen ist die Unterstützung von Hubgeräten erforderlich, was die Baukosten erhöht. Thermische Leitfähigkeit hat ebenfalls einen negativen Einfluss auf die Konstruktion und hängt von der Dichte des Betons ab. Das Volumen des Betons ändert sich beim Erstarren und Aushärten, wodurch Risse entstehen, die durch Dehnungsfugen beseitigt werden.

     

    Geschichte

    Die Verwendung von Beton verbreitete sich erst in größerem Maße im 20. Jahrhundert. Einfacher Beton wurde jedoch bereits in früheren Zeiten verwendet. Phönizier, Karthagener, aber vor allem die alten Römer verwendeten Beton als Baustoff, was durch heute noch erhaltene Bauwerke wie Straßen und Aquädukte, die aus dem 1. Jahrhundert n. Chr. stammen, belegt. Nach dem Fall des Römischen Reiches wurde Beton für mehrere Jahrhunderte nicht mehr verwendet.

     

    Beton tauchte erst wieder im Jahr 1774 auf, als John Smeaton ihn bei der Reparatur der Fundamente des Leuchtturms in Edystone in England verwendete. Smeaton fügte Eisenasche in die übliche Kombination aus ungelöschtem Kalk, Sand und Wasser hinzu. So entstand der erste moderne Beton.[1]

    Erst 50 Jahre nach der Einführung der Herstellung von Portlandzement begann Beton in größerem Umfang verwendet zu werden. Patent auf seine Herstellung erhielt ein englischer Steinmetz Joseph Aspdin aus Leeds im Grafschaft Portland im Jahr 1824. Der Ursprung des Namens Portlandzement stammt genau von dort. Der Engländer Johnson sorgte im Jahr 1845 für die Einführung der industriellen Zementherstellung, indem er den Prozess des Brennens von Kalkstein und Lehm entdeckte. Dank der Herstellung von Portlandzement entstanden im zweiten Halbjahr des 19. Jahrhunderts besonders in Frankreich beeindruckende ingenieurtechnische Bauwerke aus einfachem Beton. Die Idee, Beton mit Eisenkomponenten zu kombinieren, kam im Jahr 1849 dem Franzosen Joseph-Louis Lambot während des Bauens eines Bootes, als er auf ein Drahtnetz Zementmörtel auftrug. Dieses Boot wurde 60 Jahre lang verwendet. Sechs Jahre später erhielt er das Patent für den Bau von Booten mit verstärktem Beton. Im Jahr 1861 veröffentlichte der Franzose Francois Coignet das erste Buch über Beton und seine praktische Anwendung im Baugewerbe. Das Buch hieß Les betons aglomérés appliqués l'art de construire und beschrieb die Anwendung von Betonstahl in Baukonstruktionen. Sein eigenes Haus aus Betonstahl (Paris aus dem Jahr 1862) existiert bis heute.[1] Unmittelbar danach veröffentlichte der amerikanische Anwalt Hyatt im Jahr 1877 die Entdeckung der Vorteile der Verwendung von Betonstahl bei Biegebeanspruchung und im Zusammenhang mit Brandschutz

     

    Entwicklung des Betons

    Der Engländer J. B. White baute bereits im Jahr 1837 ein Haus aus Beton und der französische Unternehmer Francois Coignet beantragte im Jahr 1856 ein Patent für die Einbringung von Eisen vorgespannter Stäbe in Zement Masse, dennoch begann die erfolgreiche Geschichte des Betonstahls erst mit der Entdeckung des Pariser Gärtners Joseph Monier. Monier suchte ein Material für Wasserleitungen, die Frost standhielten, und entdeckte dabei neue Vorteile des Materials: Wenn man flüssigen Zement mit Eisen Draht verbindet, entsteht eine innere Verbindung organischen Charakters. Der Zement umgibt die Eisenstäbe wie Muskeln die Knochen. Die Bedeutung der richtigen Anordnung des Stahlgeflechts und somit die Verteilung der Druck- und Zugkräfte im Beton erkannte Monier jedoch nicht. Trotzdem wurde sein Patent auf Betonbehälter für Blumen aus dem Jahr 1867 und späteres Zusatzpatent aus dem Jahr 1878, das er im internationalen Rat angemeldet hatte, zu einem profitablen Geschäft.

    Dies führte zu langfristigen Streitigkeiten mit dem Berliner Handwerker Rabits, der sich ebenfalls für sein Patent auf die Einbringung von Eisen in Beton durchsetzen wollte. Monier selbst arbeitete an mehreren Ideen im Zusammenhang mit Betonstahl, z. B. Betonstahlrohre. Er baute Wasserspeicher, erhielt Patente für mehrere Entwürfe für Brücken und unterstützte die Verwendung von Betonstahl für Böden, Gewölbe, Kellergassen und Brücken.

    Weil er kein Ingenieur war, konnte er in Frankreich keine Brücken bauen. Er verkaufte sein Patent an Unternehmer in Deutschland und Österreich (Wayss, Freitag und Schuster), die die ersten Betonstahlbrücken in Europa bauten. Beispielsweise im Jahr 1884 in Trier, wo sich mit seinem System der Unternehmer Conrad Freytag vertraut machte. Dieser erhielt schließlich die Rechte für südliches Deutschland während die Patentrechte für nördliches Deutschland von Gustav Adolf Wayss übernommen wurden. Aufgrund der Art der Bauverifikation bemühte sich Wayss um die Anwendung wissenschaftlicher Methoden und zahlreicher Belastungstests an Monier-Gewölben, deren Ergebnisse er im Jahr 1887 in einem Werk mit dem Titel System Moniers und seine Anwendung im Bauwesen veröffentlichte. Ein weiterer konstruktiver Schritt war, als der Franzose Francois Henebique das Prinzip auf alle Bauteile übertrug, wodurch er sich um die Schaffung einer monolithischen Konstruktion verdiente.

     

     

    Betonverarbeitung

    Aufgrund der hohen Anforderungen wird Beton in Betonwerken industriell hergestellt und an den Bestimmungsort mit Mischfahrzeugen transportiert. Bei großen Bauprojekten (Autobahnen, Brücken) werden Betonwerke in der Nähe des Bauplatzes errichtet. Am Bestimmungsort wird Beton in vorbereitete Formen gegossen und es entsteht ein Monolith. Für schwer zugängliche Stellen wird Beton auch mit einer Betonpumpe oder mit Körben transportiert, die mit Kränen angehoben werden. Die Betonpumpe ist ein speziell modifiziertes LKW mit hydraulischem Ausleger in Längen von 20 bis 70 Metern, an dem ein Stahlrohr mit einem Durchmesser von 100 bis 125 mm befestigt ist und mit hydraulischen Kolben den Betonmörtel in das Rohr drückt. Kleinere Mengen Beton können auch manuell vor Ort verarbeitet werden.

    Cementbeton kann nicht bei niedrigen Temperaturen verarbeitet werden. Das Wasser, das Teil der Mischung ist, friert und die chemische Reaktion zwischen dem Bindemittel und dem Gesteinskorn kann deshalb nicht stattfinden. Wenn Beton beim Aushärten hohen Temperaturen (z. B. direkter Sonneneinstrahlung) ausgesetzt ist, muss er mit Wasser behandelt werden, damit Risse beim Verdunsten des Zusatzwassers nicht entstehen. Wenn Beton andererseits Regen ausgesetzt ist, muss er vor Wasser geschützt werden, damit das Bindemittel nicht ausgewaschen wird.

    Arten von Zusatzstoffen

    Betonzusatzstoffe sind eine der Komponenten des Betons. Es handelt sich um feine Pulverstoffe, die während des Mischens der Betonmischung hinzugefügt werden. Der Volumenanteil der Zusatzstoffe in der frischen Betonmischung liegt im Bereich von 10 – 40 % des Gewichts des Zements. Die Zusatzstoffe im Beton dienen dazu, die technologischen Eigenschaften des frischen Betons sowie die mechanischen Eigenschaften des aushärtenden Betons zu verbessern.

    • Flugasche
      • erhöht die Menge an Mischwasser
      • erhöht die langfristige Festigkeit des Betons
      • verringert die Tiefe der Karbonatisierung des Betons
    • Kieselsäurehaltige Stoffe, Asche
      • erhöht die Menge an Mischwasser
      • beeinflusst die poröse Struktur des Betons (Porosität erhöht die Saugfähigkeit)
      • erhöht die Festigkeit des Betons
      • erhöht die Beständigkeit des Betons gegenüber aggressiven Umgebungen (geeignet für Wasserbau und chemische Industrie)
    • Farbige Pigmente
      • dienen zum Färben des Betons

    Betonzusätze

    Betonzusätze sind eine der Komponenten des Betons. Es handelt sich um chemische Verbindungen, die während des Mischens der Betonmischung hinzugefügt werden. Der Volumenanteil der Zusätze in der frischen Betonmischung liegt im Bereich von 2-50 g/m3.

    • Plastifizierende Zusätze
      • verringern die Oberflächenspannung des Betons
      • verbessern die Verarbeitbarkeit der Betonmischung (längere Transportdistanz)
      • verringern den erforderlichen Mengen an Mischwasser
      • erhöhen die Druckfestigkeit der aushärtenden Mischung bis zu 10%
    • Stabilisierende Zusätze
      • verringern das Auslaufen des Wassers
      • verringern die Höhe der Wasseransammlung
      • erhöhen die Dichte des aushärtenden Zements, verringern die Porosität, verhindern das Kriechen und das Aufsaugen von Wasser
    • Entlüftende Zusätze
      • erzeugen eine große Anzahl mikroskopischer Poren
      • verleihen Widerstandsfähigkeit gegen wiederholte Frost-Tau-Zyklen und Enteisungsmittel
    • Verzögernde Zusätze
      • verzögern das Erstarren und Aushärten der Betonmischung
    • Beschleunigende Zusätze
      • beschleunigen das Erstarren und Aushärten der Betonmischung
    • Andere Zusätze
      • Korrosionsinhibitoren
      • biocidische Zusätze
      • Gasbildende Zusätze (für die Bildung von Porenbeton)
      • erfüllen die Adhäsionsfunktion (steigern die Haftung der neuen Mischung mit dem bereits aushärtenden Beton)

     

    Arten von Beton

    • Trockenbeton ist Beton, der in loser Form vorliegt und auch ohne Hilfe von Mischfahrzeugen transportiert werden kann. Im Gegensatz zur normalen Betonmischung wird in den Trockenbeton nur ein geringer Prozentsatz Wasser hinzugefügt. Er wird am häufigsten bei der Bau von Autobahnen als Untergrundbeton (Stabilisierung) unter dem Asphaltbelag verwendet. Beim Verlegen von Trockenbeton wird er direkt aus dem Laderaum des LKWs in den Finiere ausgeschüttet, der gleichmäßige dicke Schichten verlegt. Nach dem Verlegen wird er mit Walzen verdichtet und mit Wasser besprüht, um die Festigkeit zu verbessern.
    • Einfacher Beton ist Beton ohne zusätzliche Verstärkung. Er wird hauptsächlich als Untergrundbeton verwendet. Sein Gegenstück ist Betonstahl.
    Vorgespannter Beton, ist vorfertigter Betonstahl. Solcher Beton wird hergestellt, indem die Verstärkung in der Form mechanisch auf die gewünschten Werte gespannt wird. In die Form wird eine Betonmischung hinzugefügt und die gesamte Mischung in der Form vibriert. Nach dem Erstarren wird die gespannte Stahl Verstärkung gelöst und es entsteht eine Vorspannung. Er hat eine höhere Druckfestigkeit und wird hauptsächlich bei der Bau von Brücken verwendet.
    Drahtbeton, ist Beton mit Zusatz von Stahl Fasern, die seine Druckfestigkeit erhöhen. Er wird für Böden mit hoher Belastung (industrielle Böden) und für befestigte Flächen (Parkplätze) verwendet.
    • Asphaltbeton (AB), ist Gesteinskörnung verschiedener Korngrößen, die mit Asphalt überzogen ist. Er wird bei der Bau von Decken von Verkehrsflächen (Bitumenbeläge) verwendet.
    • Leichtere Arten: sind Betone, in die Perlit oder granuliertes Polystyrol - EPS gemischt wird. Er wird hauptsächlich zur Entlastung und Isolierung von Böden in mehrstöckigen Einfamilienhäusern verwendet.
      • Arten: entlüfteter Beton, Porenbeton/Entwässerungsbeton (für Entwässerungssysteme), Perlitbeton

    Anwendung

     

    Wird hauptsächlich im Bauwesen zur Erstellung tragender Konstruktionen verwendet, aber auch im Gartenbau und Skulpturen. Aus Beton werden auch Klinkerplatten, Formsteine, Schotter, verschiedene Vorfertigteile wie Träger, Platten, Säulen, Bordsteine, Stützwände, Rinnen, Abflussrohre, Garagen, Schächte, Schächte usw. hergestellt.

    Betonkonstruktionen

     
    Entblößte rostende Verstärkung im Beton

    Wird als tragende Elemente mit großer Festigkeit oder nicht tragende/ausfüllende Elemente mit thermischen Isolationsmerkmalen verwendet. Konstruktive tragende Elemente werden als Säulen, Decken, Untergurte, Pfeiler usw. verwendet. Straßen tragende Elemente werden für industrielle Böden, Straßen und Flughafenteile verwendet, haben eine erhöhte Beständigkeit gegen mechanische Abnutzung und Wettereinflüsse. Wasserbauliche Konstruktionen haben eine erhöhte Beständigkeit gegen die Wirkung von Wasser und werden bei der Bau von Stauseen und Becken verwendet.

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