Deutsche Bundesgartenschau-Gesellschaft (Hrsg.)

Ein hartes Weichei: Beton, Teil 1

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Autor der Serie ist Uwe Bienert, Landschaftsgärtner-Meister und Ausbilder. Er hat sich bereits mit AuGaLa-Begleitheften für Kurse der überbetrieblichen Ausbildung einen Namen gemacht. Bienert arbeitet zurzeit bei der Stadt Kassel, Abteilung "Kommu

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Abbildung: Uwe Bienert

Wenn man die Augen schließt und an Beton denkt, was fällt einem da ein? Richtig: grau, kalt, hart, hässlich. Eigentlich nichts Positives. Dabei ist Beton einer der wichtigsten, wenn nicht der wichtigste Baustoff der gesamten Baubranche. Da schließe ich mal den GaLaBau nicht aus, denn auch hier spielt Beton eine nicht zu unterschätzende Rolle und seine Bedeutung nimmt stetig weiter zu. Versuchen wir mal, dem "grauen Hässlichen" ein positives Ansehen zu verpassen. Dazu gehen wir ein paar Tage zurück.

Historisches

Vor hunderttausenden von Jahren hatte die Natur die geniale Idee, einen dem heutigen Beton sehr ähnlichen Stoff zu designen - den Nagelfluh. Dieser Stoff wird heute als "Naturbeton" bezeichnet und bildet die Ideenvorlage für die durch den Menschen erschaffenen künstlichen Gesteinsgemenge. Seine Bestandteile sind unterschiedliche Steine (Geröll), welche mit einem kalkhaltigen Bindemittel (auch hier spielt das Wasser eine wesentliche Rolle) zu einem druckfesten Gemenge verklebt wurden. Er bildete die Grundlage für den offiziellen Vorläufer des heutigen, modernen Betons - dem römischen Beton.

Der "Opus Caementitium", wie der römische Beton auch bezeichnet wird, war der wichtigste Baustoff der Römer. Die Meister der Antike mischten ihn aus gebrannten Kalk, Steinen, Sand und natürlich Wasser. Bei besonders hoher Beanspruchung wurde dem Brei noch Puzzolanerde und Ziegelmehl zugesetzt. Mit diesem Beton gelang es den Römern noch heute bestehende Gebäude zu bauen, die für die damalige Zeit eine ähnliche Bedeutung hatten, wie für uns heute die Raumfahrt. So bauten zum Beispiel Kollegen in den Jahren 115-126 das Pantheon in Rom mit einer Kuppelspannweite von 43 m aus einem römischen Leichtbeton.

Seit dieser Zeit hat sich Einiges in punkto Betonbau getan. Nicht nur, dass man heutzutage für Bauwerke länger braucht oder sie vielleicht nie fertig werden, sondern auch die Angebotspalette der Betonindustrie hat sich wesentlich erweitert und verbessert. Nur eines ist über die Jahre im Wesentlichen gleichgeblieben: das ist die Zusammensetzung von Beton.

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Bestandteile

Die Bestandteile beziehungsweise Ausgangstoffe von Beton sind Zement, Gesteinskörnung, Wasser und gegebenenfalls Betonzusätze. Zement ist ein hydraulisches Bindemittel. Mit Wasser vermischt bildet er Zementleim, der durch Hydratation (Wasserbindung) sowohl an der Luft als auch unter Wasser erhärtet und auch unter Wasser dauerhaft seine Festigkeit behält. Eine wesentliche Eigenschaft ist seine Druckfestigkeit. Zement gibt es in verschiedenen Zement-Festigkeitsklassen, mit unterschiedlicher Anfangsfestigkeit, Festigkeitsentwicklung und Endfestigkeit. Darüber hinaus gibt es Zemente mit besonderen Eigenschaften für spezielle Anwendungsgebiete, wie zum Beispiel Zemente mit niedriger Wärmeentwicklung (LH-Zemente, engl. "Low Heat") für die Herstellung massiger Betonbauteile oder solche mit hohem chemischem Widerstand gegen Sulfatangriff (SR-Zemente). Die maßgebende Zementnorm ist die europäische DIN EN 197-1.

Gesteinskörnung für Beton ist in der Regel ein Gemisch aus natürlich gewonnenen ungebrochenen oder gebrochenen Gesteinen. Unterschieden wird zwischen normaler, leichter und rezyklierter Gesteinskörnung. Sie können ein dichtes oder poriges Gefüge aufweisen. Kies, der zum Beispiel aus Flüssen gewonnen wird, weist in der Regel eine naturrunde Kornform auf. Aus Steinbrüchen gewonnenes und gebrochenes Material (Splitt, Schotter) hat dagegen eine scharfkantige Form. Durch die unterschiedliche Variation verschiedener Korngrößen nach Volumen und Gewicht entsteht ein dichtes Gesteinsgefüge, welches mit dem Zementlein verklebt wird. Diese nach Körngrößen unterschiedene Abstufung nennt man Sieblinie. Das Größtkorn beträgt bei Beton in der Regel 8, 16, 22 und 32 mm. Die Festlegung der Körnungen erfolgt in der DIN EN 12620.

Als Wasser wird bei der Betonherstellung in der Regel Trinkwasser verwendet. Auch in der Natur vorkommendes Wasser ist meistens geeignet. Die Zugabe von Restwasser aus dem Frischbetonrecycling ist in nahezu allen Transportbetonwerken Stand der Technik. Betonzusätze werden dem Beton zugegeben, um bestimmte Frisch- und/oder Festbetoneigenschaften, wie zum Beispiel die Verarbeitungseigenschaften und die Dauerhaftigkeit gezielt zu verbessern. Zahlreiche Betoneigenschaften sind nur durch Verwendung von Betonzusätzen möglich. Es wird unterschieden zwischen Betonzusatzmitteln und Betonzusatzstoffen. Ein Großteil aller werksmäßig hergestellten Betone werden in Deutschland unter Verwendung von Betonzusatzmitteln verarbeitet. Sie wirken chemisch und/oder physikalisch und werden in sehr geringen Mengen meist flüssig zugegeben. Die Rohstoffe sind toxikologisch unbedenklich. Betonzusatzstoffe wie zum Beispiel Gesteinsmehle, Farbpigmente oder Flugasche werden in größeren Mengen zugegeben.

Der Zementleim ermöglicht eine beliebige Verarbeitbarkeit und Formbarkeit des Frischbetons. Die maßgebenden Anforderungen für den Frischbeton ergeben sich aus dem vorgesehenen Ablauf für das Herstellen, Transportieren und Verarbeiten des Betons. Durch chemisch-mineralogische Reaktionen des Zements mit Wasser wird aus dem Zementleim durch eine Kristallbildung Zementstein, der die einzelnen Kies- und Sandkörner umhüllt und damit das Betongefüge fest verbindet. Das Massenverhältnis von Wassergehalt (w) zu Zementgehalt (z) wird als Wasserzementwert (w/z-Wert) bezeichnet. Er ist von ausschlaggebender Bedeutung für die Druckfestigkeit des Betons, aber auch für die Dichtigkeit (Porosität) des Zementsteins und damit für viele Festbetoneigenschaften und die Dauerhaftigkeit von Betonbauteilen.

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Betonarten und deren Eigenschaften

Die Anforderungen an den Festbeton ergeben sich in der Regel aus den Beanspruchungen durch Lasten, die auf das herzustellende Bauwerk oder Bauteil einwirken, und aus dem späteren Verwendungszweck.

Aus diesem Grund wird Beton in folgende Betonarten eingeteilt:

  • Normalbeton wird in der Regel unter Verwendung von in der Natur vorkommenden Gesteinskörnungen hergestellt. Er ist universell im Wasser-, Verkehrs-, Brücken-, Wohnungs- sowie Industrie- und Gewerbebau einsetzbar. Normalbeton ist die am häufigsten verwendete Betonart.
  • Leichtbeton wird für wärmedämmende Bauteile im Wohnungsbau verwendet sowie dort, wo für Transport, Montage oder Gebrauch ein leichter Beton benötigt wird. Konstruktiver Leichtbeton hat immer ein geschlossenes, dichtes Gefüge. Bei haufwerksporigem Leichtbeton sind die Gesteinskörner vom Zementmörtel umhüllt und berühren sich in dichtester Lage nur punktförmig. Die Anwendungsgebiete von haufwerksporigem Leichtbeton sind unbewehrte Wände, Mauersteine und Platten.
  • Schwerbeton wird zumeist als Strahlenschutzbeton zur Abschirmung von zum Beispiel Röntgenstrahlung im medizinischen Bereich verwendet. Weitere Anwendungen sind Ballastgewichte in Schiffen oder Kontergewichte bei Kränen und Brückenwiderlagern.

Gibt's Fragen? Nein? Dann erkläre mir einmal jemand, was "haufwerksporig" bedeutet. Von haufwerksporigem Werkstoff, in unserem Fall Beton, spricht man dann, wenn die Gesteinskörnung so ausgewählt wurde, dass bei einer Verklebung mit Zementleim nur eine punktuelle Verkittung der Körner erfolgt und dabei viele Hohlräume entstehen. Denken wir mal an das Ökopflaster.

Die wohl wichtigsten Eigenschaften von Beton sind die Festigkeit und die Dauerhaftigkeit. Die Festigkeit des Betons, vor allem seine Druckfestigkeit, ist dabei von ausschlaggebender Bedeutung. Sie ist die wichtigste Bemessungsgröße für tragende Bauteile. Nach der Druckfestigkeit wird der Werkstoff verschiedenen Betonfestigkeitsklassen zugeordnet. Dabei ist die Bezeichnung für die Druckfestigkeit zum Beispiel C 25/30, wobei C für concrete (engl. Beton) und die Zahlen für die Druckfestigkeit in N/mm² gemessen an unterschiedlichen Probekörpern steht.

Für die Beschreibung der Dauerhaftigkeit eines Betons wurden die Expositionsklassen festgelegt. Neben der Bemessung für äußere Lasten (Tragfähigkeit) ist zusätzlich die Dauerhaftigkeit von Betonbauwerken beziehungsweise Betonbauteilen sicherzustellen. Zu diesem Zwecke müssen geeignete Annahmen für die zu erwartenden Umwelteinwirkungen getroffen werden. In den aktuellen Normen sind die Anforderungen an den Beton in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen durch die Expositionsklassen festgelegt. Diese Expositionsklassen beschreiben die Einwirkungen der Umgebung auf den Beton. Für die Festlegungen der Dauerhaftigkeit stehen insgesamt sieben Expositionsklassen zur Verfügung, die jeweils in bis zu vier Stufen untergliedert sind.

Unterschieden werden Einwirkungen auf die Bewehrung im Beton (Bewehrungskorrosion) sowie auf den Beton selbst (z. B. Frost, chemischer Angriff, Verschleiß).

Der Betonbau ist eine weitestgehend geregelte Bauweise. Die maßgebenden Normen für den Betonbau sind:

  • DIN EN 197-1 Zement - Teil 1: Zusammensetzung, Anforderungen und Konformitätskriterien von Normalzement
  • DIN EN 12620 Gesteinskörnungen für Beton - Normale und schwere Gesteinskörnungen
  • DIN EN 1992 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken
  • DIN EN 206 Beton: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität
  • DIN 1045-2 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton - Teil 2: Beton - Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität - Anwendungsregeln zu DIN EN 206

Darüber hinaus gelten für die vielfältige Anwendung von Beton, Betonfertigteilen, Betonwaren und zementgebundenen Produkten spezielle technische Regelwerke.

Anwendungsgebiete

Wie oben schon erwähnt ist Beton einer der am meisten genutzten Baustoffe der Welt. Die Einsatzmöglichkeiten sind sehr vielfältig. Ohne Beton ist unsere moderne Infrastruktur kaum vorstellbar. Daraus resultiert, dass die Einsatzgebiete von Beton sehr vielfältig sein müssen.

Nachhaltigkeit

Bauliche Maßnahmen sind unerlässlich, um die Bedürfnisse einer modernen Gesellschaft zufriedenzustellen. Der Schutz der Umwelt bei baulichen Anlagen gehört zu den wesentlichen Anforderungen, sowohl des europäischen Rechts als auch der nationalen Bauordnungen.

Neben der Betrachtung der unmittelbaren Umgebung eines Bauwerks rücken die Auswirkungen des Bauens auf die regionale und globale Umwelt und damit auf die natürlichen Lebensgrundlagen immer stärker in das öffentliche Bewusstsein. Dabei sind sowohl die Umweltbelastungen als auch die Umweltentlastungen, die mit der Herstellung und Nutzung von Baustoffen beziehungsweise Bauwerken verbunden sind, zu berücksichtigen. Umweltentlastungen entstehen zum Beispiel durch den Einsatz geeigneter sekundärer Roh- und Brennstoffe bei der Zementherstellung sowie durch die Verwertung industrieller Nebenprodukte und Recyclingmaterialien bei der Zement- und Betonproduktion. Wesentliche Voraussetzung für den Einsatz dieser Stoffe ist, dass sie weder zu einer Umweltbelastung bei der Zementherstellung noch zu einer Beeinträchtigung der bautechnischen und umweltrelevanten Eigenschaften des Zements beziehungsweise des Betons führen. Uwe Bienert

Nächsten Monat lesen Sie:

"Gerührt und nicht geschüttelt - Beton, Teil 2", (Teil 1).

Quellen:


Lamprecht, H.-O., Opus Caementitium - Die Bautechnik der Römer (Verlag Bau+Technik GmbH, Düsseldorf); DIN EN 197-1 Zement - Teil 1: Zusammensetzung, Anforderungen und Konformitätskriterien von Normalzement; DIN EN 12620 Gesteinskörnungen für Beton - Normale und schwere Gesteinskörnungen; DIN EN 1992 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken; DIN EN 206 Beton: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität; DIN1045-2 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton - Teil 2: Beton - Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität - Anwendungsregeln zu DIN EN 206 Zement-Merkblätter und Schriftenreihe der Deutschen Zementindustrie.

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