Bindemittel, Mörtel u. Beton

VOM NATURSTEIN ZUM KUNSTSTEIN
Naturstein als Zufallsprodukt geologischer Vorgänge kann den Anforderungen an moderne Wandbaustoffe nicht gerecht werden. Um Eigenschaften
wie Wärmeschutz, Schallschutz, Druckfestigkeit, einfache Verarbeitung etc.
zu erfüllen, werden Wandbausteine speziell konzipiert und in einer breiten
Palette aus verschiedenen Materialien angeboten.
Ausgangsprodukt aller künstlichen Steine sind Verwitterungsprodukte der
Natursteine.
In der vorstehenden Übersicht wird gezeigt, wie sich z.B. aus den Hauptmineralien des Granits, dem Quarz, dem Feldspat und dem Glimmer, die verschiedenen Bestandteile abspalten und in den Sedimenten neuartige Verbindungen eingehen.
Aus dem Feldspat lösen sich die Alumosilikate, die als feinste Verwitterungsphase den Ton bilden. Weiterhin löst sich das Calziumoxid, das sich
mit Kohlendioxid zu Calziumkarbonat, dem Kalkstein, oder mit Schwefeldioxid und Wasser zu Gips verwandelt. Der Quarz als härtestes Mineral zerkleinert sich zu Sand und vermischt sich mit Ton zu Lehm. Aus Ton und
Kalkstein wird Mergel.
Die Sedimente Lehm, Mergel, Kalkstein und Gipsstein sind die Ausgangsprodukte für unsere künstlichen Wandbausteine. Alle diese Stoffe müssen
jedoch immer durch Brennen aufgeschlossen oder umgewandelt werden.
Brennt man Lehm, entsteht der Ziegel, brennt man Mergel, entsteht Zement
oder hydraulischer Kalk mit Branntkalk. Brennt man reinen Kalkstein, entsteht Branntkalk, der erst mit Wasser gelöscht Kalkhydrat ergibt. Gipsstein
verliert durch das Brennen sein Kristallwasser.
Vermischt man die Bindemittel mit Zuschlägen und Wasser, ergeben sich
selbstständig erhärtende Mörtel, Betone oder daraus hergestellte künstliche
Steine. Alle mineralischen Baustoffe mit Ausnahme der Ziegel werden aus
Bindemittel und Zuschlägen (Mörtel und Beton) hergestellt. Alle Wandbausteine werden mit Mörtel verbunden und evtl. verputzt.
BINDEMITTEL
Für die Herstellung von Mauer- und Putzmörtel, Beton und Estrichen sowie
von Wandbausteinen, außer Ziegel, werden mineralische Bindemittel verwendet.
Mineralische Bindemittel sind Kalke, Zemente und Gipse. Sie haben die Aufgabe, die Bestandteile der Gesteinskörnungen (Sand und Kies) so miteinander zuverbinden, dass die sich aus dem vorgesehenen Verwendungszweck ergebenden Anforderungen erfüllt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften und Erhärtungsvorgänge dieser Bindemittel kann durch
Mischen derselben ein breites Spektrum von gegensätzlich erscheinenden
Forderungen, wie z.B.
Dampfdurchlässigkeit
Elastizität
Wärmedämmung
oder Wasserundurchlässigkeit
oder hohe Druckfestigkeit
oder Schalldämmung
in Zusammenwirkung mit den Zuschlägen erfüllt werden.
KALK
Geschichtliches
Kalk ist als Bindemittel für Mörtel und Putze bis etwa in das 5. Jahrhundert v.
Chr. zurückzuführen. Er war bis zur großtechnischen Herstellung von hydraulischem Kalk und Zement im vorigen Jahrhundert das einzige Bindemittel
für einfache Bauwerke im Wohnungsbau. Hydraulische Zusätze wurden nur
für Mörtel mit besonderer Beanspruchung (öffentliche Gebäude, Tiefbau)
verwendet.
Bestandteile
Kalk besteht aus Calziumoxid (CaO) und Kohlendioxid (CO2) und ist somit
ein Calziumkarbonat (CaCO3).
Calziumoxid verbindet sich mit Wasser zu Kalkhydrat Ca(OH)2 = (Calziumhydroxid) sowie mit Magnesium zu Dolomit, mit Silizium zu Calziumsilikaten
und mit Aluminium zu Calziumaluminaten.
BAUKALKE
Für Bauzwecke werden entweder reine Calziumkarbonate als Luftkalk oder
Gemische aus Calziumkarbonaten, Calziumsilikaten und Calziumaluminaten
als hydraulische Kalke verwendet. Entsprechend ihrer Zusammensetzung
werden die Baukalke wie folgt bezeichnet:
Lieferformen:
Luftkalke
Weißfeinkalk
Weißkalkhydrat
Dolomitfeinkalk
Dolomitkalkhydrat
Hydraulische Kalke
Wasserfeinkalk
Wasserkalkhydrat
Hydraulischer Kalk
Hochhydraulischer Kalk
Luftkalke
Mörtel, die ausschließlich mit Luftkalken angemacht werden, erhalten ihre
Festigkeit zuerst durch die Wasserbindung des Adsorptionswassers an den
Kalkteilchen. Erst langsam im Laufe der Zeit (in Jahren) erhärtet dieser
durch eine Umwandlung des Kalkhydrats unter Aufnahme von Kohlendioxid
aus der Luft und Abgabe von Wasser zu Calziumkarbonat.
Aus Calziumkarbonat bestehen auch die in der Natur vorkommenden Kalksteine, so dass die Herstellung, Verarbeitung und der Erhärtungsvorgang
von Luftkalk einen Kreislauf ergibt. Ausgangsprodukte für Luftkalke sind
möglichst CaCO3-reiche Gesteine, wie Marmor oder auch Muscheln.
Herstellung von Kalk
Brennen
Kalkstein wird im Tagebau gewonnen, durch Brechen in faustgroße Stücke
zerkleinert und in Schachtöfen bzw. auch in Drehöfen bei 900 - 1300 °C gebrannt. Beim Brennen entweicht Kohlendioxid so, dass das gebrannte Material vorwiegend aus Calziumoxid (CaO) besteht. Der gebrannte Kalkstein
erleidet dabei einen Gewichtsverlust bis zu 44 % und hat ein Porenvolumen
von ca. 50 %. Er wird als Branntkalk bezeichnet. Der Branntkalk kann als
Stückkalk oder gemahlen als Feinkalk ausgeliefert werden.
Löschen
Der Branntkalk kann sowohl auf der Baustelle als auch im Werk gelöscht
werden. Beim Löschen wird dem Branntkalk Wasser zugeführt, wodurch
Kalkhydrat (Ca(OH)2) entsteht.
Erfolgt der Löschvorgang im Werk, wird dem fein gemahlenen Branntkalk
nur so viel Wasser zugegeben, wie dieser chemisch binden kann, so dass
ein trockenes, pulverförmiges Kalkhydrat entsteht, das in Säcken ausgeliefert wird.
Erfolgt der Löschvorgang auf der Baustelle, wird dem feingemahlenen
Branntkalk das Wasser in der Mörtelwanne zugegeben, wodurch bei turbu-
lent ablaufender chemischer Reaktion und starker Hitzeentwicklung das
Kalkhydrat entsteht.
Stückkalk muss über längere Zeit in Kalkgruben eingesumpft werden.
Durch den Löschvorgang vergrößert sich das Volumen des Branntkalkes um
ca. das Doppelte seines Ausgangsvolumens. Dies kann zu Schäden führen,
wenn ungelöschte Kalkteilchen in Putzen oder Bauteilen eingebaut werden
und nachträglich mit Wasser in Berührung kommen.
Erhärtung
Kalkhydrat wandelt sich durch Aufnahme von Kohlendioxid (CO2) und Abspaltung von Wasser (H2O) wieder in Calziumkarbonat (CaCO3) um. Dieser
Vorgang wird als Karbonatisierung bezeichnet. Da in der Luft unter normalen Bedingungen nur der geringe Anteil von ca. 0,03 % Kohlendioxid enthalten ist, verläuft die Umwandlung von Kalkhydrat zu Calziumkarbonat sehr
langsam (die Karbonatisierung einer 2 cm dicken Putzschicht dauert ca.
1 Jahr). Die Anfangsfestigkeit von Mauermörteln ist deshalb nur durch die
Bindung des Adsorptionswassers an den feinen Kalkteilchen erklärbar.
Zur Umsetzung von Kalkhydrat zu Calziumkarbonat muss sich das in der
Luft enthaltene Kohlendioxid zuerst mit dem Mörtelwasser in Kohlensäure
umwandeln, um sich daraus an das Calziumoxid zu binden und Wasser abzuspalten. Das bedeutet, dass für die Karbonatisierung Feuchtigkeit im Mörtel erforderlich ist, und des weiteren, dass bei der Karbonatisierung Wasser
abgespalten und an die umgebende Luft abgegeben wird. Kalkmörtel dürfen
also nicht zu schnell künstlich oder durch Sonneneinstrahlung austrocknen.
Das während der Karbonatisierung an den Raum abgegebene Wasser erhöht die relative Luftfeuchte auch über den Zeitraum der allgemeinen Bauaustrocknung hinaus (= „Baufeuchte“).
Hydraulische Kalke
Hydraulische Kalke unterscheiden sich von den reinen Kalken (CaO) dadurch, dass an das Calziumoxid noch sogenannte Hydraulefaktoren aus
Siliziumoxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3) und Eisenoxid (Fe2O3) gebunden
sind. Hydraulischer Kalk kann bei Aufnahme von Wasser durch Bildung von
Hydraten erhärten.
An Hydraulefaktoren gebundenes Calziumoxid ist
Tricalziumaluminat
(3CaO . Al2O3)
Tetracalziumaluminatferrit (4CaO . Al2O3 . FeO3)
Dicalziumsilikat
(2CaO . SiO2)
Diese 3 Kalkverbindungen erhärten ausschließlich mit Wasser und sind auch
Bestandteile des Zements. Im hydraulischen Kalk ist neben diesen Verbindungen immer noch, mehr oder weniger, durch Aufnahme von Kohlendioxid
erhärtendes Kalkhydrat enthalten.
Die Erhärtungseigenschaften der hydraulischen Kalke liegen somit zwischen
dem Luftkalk und dem Zement. Luftkalk braucht nur Kohlendioxid aus der
Luft, Zement nur Wasser zum Abbinden, hydraulischer Kalk beides.
Während der aus Kalkhydrat erhärtete Kalkstein eine poröse, dampfdurchlässige, wenig druckfeste Struktur ergibt, die auch von Wasser angelöst werden kann, entsteht aus den Verbindungen Calziumsilikat, Calziumaluminat,
und Calziumaluminatferrit, ein hartes, durch Wasser unlösliches Gestein
(Zementstein).
Hydraulische Kalke werden je nach Anteil der Hydraulefaktoren in die unten
aufgeführten Gruppen eingeteilt.
Bezeichnung
hydraulischer Anteil
%
Wasserkalk
30 - 40
Hydraulischer Kalk
45 - 55
Hochhydraulischer Kalk
65 - 75
Druckfestigkeit
N/mm²
2-4
5 - 7,5
11 - 16
Herstellung
Der Rohstoff für die Herstellung von hydraulischen Kalken ist Mergel, ein
Gemisch aus Kalk und Ton. Mergel in Gesteinsform wird in Schacht- oder
Drehöfen gebrannt. Hierbei entweicht aus dem Calziumkarbonat das Kohlendioxid, und die den Ton bildenden Hydraulefaktoren verbinden sich mit
dem Calziumoxid. Hydraulische Kalke können nicht nur durch gemeinsames
Brennen von Kalk und Ton, sondern auch durch Mischen von Kalkhydrat und
Puzzolanen hergestellt werden.
Puzzolane
Puzzolane bestehen nicht aus kristallinen, sondern aus amorphen und somit
leichter reaktionsfähigen Siliziumoxiden, die entweder bei der schnellen Abkühlung von vulkanischem Auswurf oder aus Kieselskeletten, von Pflanzen und Tieren im Meer, entstanden sind.
Der Name Puzzolane ist von dem Ort Pozzuoli am Vesuv abgeleitet, bei dem
seit der Zeit der Römer dieses Material abgebaut wird, vergleichbar zur Santorinerde von der griechischen Insel Santorin.
Vor der Erfindung der Schachtöfen war die Zugabe von Puzzolanerden die einzige Möglichkeit, hochdruckfeste und wasserbeständige Mörtel herzustellen.
Puzzolane reagieren mit Kalkhydrat und Wasser zu Calziumsilikathydraten und
erhärten zu einer dichten, wasserunlöslichen Gesteinsmasse.
Hydraulische Kalke aus Puzzolanen erhärten langsamer als gebrannte hydraulische Kalke, erreichen aber im Laufe der Jahre eine fast dem Zement gleiche
Festigkeit.
Natürliche Puzzolane
Natürliche Puzzolane sind z.B. Trass, Puzzolanerde, Santorinerde, Molererde
u.a.
Künstliche Puzzolane
Amorphe, reaktionsfähige Silikate entstehen auch beim Brennen von Ziegeln
oder als Steinkohleflugasche bei der Steinkohlenverfeuerung in Kraftwerken und
bei der Gewinnung von Eisen im Hochofen als Hochofenschlacke. Sie entstehen
durch Verhinderung der Kristallbildung infolge sehr schneller Abkühlung.
Trasskalk
Dies ist ein werkmäßig hergestelltes Gemisch aus Kalkhydrat und hochhydraulischem Kalk mit dem aus der Eifel bzw. aus dem Nördlinger Ries stammenden
Puzzolan „Trass“. Trasskalk ist für alle Mörtelanwendungen geeignet, insbesondere aber als Fugenmörtel für Ziegel- und Natursteinverblendungen, da sich in
ihm weniger Kalkhydrat befindet, der Trass bis zu einer gewissen Grenze Kalkhydrat binden kann und er deshalb bei der Anlösung durch Wasser weniger zu
Ausblühungen neigt.
ZEMENT
Unterschied zu hydraulischem Kalk
Bei der Herstellung von Zement werden die Bestandteile Kalk und Hydraulefaktoren so aufeinander abgestimmt, dass fast alle Kalkteilchen an Hydraulefaktoren gebunden werden. Im Zement ist also kaum freier Kalk
(ø 1 %) vorhanden, der durch spätere Reaktionen mit Wasser Treiberscheinungen im erhärteten Zementsteingefüge erzeugen könnte.
Weiterhin wird das Gemisch aus Kalk und Ton mit noch höheren Temperaturen als bei hydraulischem Kalk gebrannt (ca. 1450 °C), wodurch besonders
kalkreiche Calziumsilikatverbindungen entstehen. Während im hydraulischen
Kalk nur das DiCalziumsilikat (2CaO . SiO2) vorhanden ist, entsteht im Zement TriCalziumsilikat (3CaO . SiO2), mit einem Anteil von 50 bis 70 %.
Dieses TriCalziumsilikat reagiert besonders schnell mit Wasser, wodurch
sich das schnelle Erstarrungsverhalten des Zements erklärt.
Das bei der Reaktion des Tricalziumsilikats mit Wasser reichlich entstehende
Kalkhydrat schützt den Betonstahl vor Korrosion. Durch konstruktive und
betontechnologische Maßnahmen (Betonüberdeckung und Betonzusammensetzung) muss verhindert werden, dass die Karbonatisierungsfront im
Laufe der Lebensdauer eines Bauwerks die Bewehrung erreicht.
Herstellung
Zur Herstellung von Zement werden die Bestandteile Kalk und Hydraulefaktoren (Ton) genau aufeinander abgestimmt und in Drehrohröfen bis zum Sintern erhitzt. Hierbei entsteht ein ca. nußgroßes Klinkergranulat, das anschließend durch Feinmahlen in Kugelmühlen auf Teilchengrößen von unter
0,06 mm zerschlagen wird.
Das auf diese Weise hergestellte Zementmehl hat als Bindemittel in Mörteln
und Betonen eine für die Anwendung in der Praxis zu schnelle Erstarrung.
Die Erstarrungsgeschwindigkeit wird deshalb durch die Zugabe von ca. 3 bis
5 Masse-% Gips oder Anhydrit verzögert. Gips wirkt also als Erstarrungsverzögerer im Zement.
Bei zu großen Anteilen von Gips oder Anhydrit oder bei der Verbindung von
frischen Gipsbaustoffen mit frischem Zement kommt es zu keiner Zementsteinbildung, weil sich das im Zement enthaltene Tricalziumaluminat zu einem sehr großen, wasserreichen Mineral, dem Ettringit, einem Calziumaluminatsulfat, bindet (3CaO . Al2O3 . 3CaSO4 . 32H2O).
Der als Erstarrungsverzögerer wirkende Gips wird im Zementwerk in einer
auf die Anwendung des Zements abgestimmten Menge beigemischt.
Auf der Baustelle darf Gips nie mit hydraulischen Bindemitteln (hydraulische
Kalke und Zement) verarbeitet werden (Todsünde!).
Bestandteile des Zementklinkers
Klinkermaterial
Name
Formel
Kurzzeichen
Anteile im Klinker
in Masse-%
Mittel von bis
.
Trikalziumsilikat
3CaO SiO2
C3S
63
45 - 80
.
Dikalziumsilikat
2CaO SiO2
C2S
16
0 - 32
.
Trikalziumaluminat 3CaO Al2O3
C3A
11
7 - 15
.
.
Kalziumaluminatferrit 4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF
8
4 - 14
Die Kurzzeichen bedeuten: C = CaO; S = SiO2; A = Al2O3; F = Fe2O3
Erhärtung von Zement
Zementkörner und Wasser bilden eine Suspension. Unmittelbar nach dem
Mischen von Zement und Wasser beginnt in dem daraus entstandenen Zementleim die chemische Reaktion. Ursache für diese Reaktionsphase ist der
dem Zement zugegebene Sulfatträger, dessen Hydratationsprodukte die einzelnen Klinkerbestandteile umhüllen und eine Ruheperiode bewirken.
Nach etwa 1 bis 3 Stunden geht das Ansteifen des Zementleims in die Erstarrung über. Aus den Zementkörnern wachsen die unterschiedlichen Hydratphasen, die die Zwischenräume zwischen ihnen überbrücken. Das bei der
Kristallisation des Tricalziumsilikathydrats frei werdende Kalkhydrat lagert
sich zwischen den Zementkörnern ab. Je länger diese Phase der Erstarrung
anhält - was mit langsam erhärtenden Zementen beeinflusst werden kann -,
um so dichter wird das Gefüge aus Calziumsilikathydratkristallen. Die Zeit
der Erstarrung dauert ca. 24 Stunden. Danach ist der Gips verbraucht, und
die Erhärtung des Zementsteins beginnt.
Bei der Erhärtung des Zements werden die zwischen den langen (bruchempfindlichen) Calziumsilikathydratnadeln verbleibenden Hohlräume mit den Mineralien der aus den anderen Klinkerbestandteilen entstehenden Hydrate
gefüllt.
Die Hydratation der Zementteilchen verläuft in Abhängigkeit von der Feinmahlung der Zementkörner in den ersten Tagen schnell und verlangsamt
sich dann durch die zunehmende Verdichtung um das Zementkorn. Eine
Verfestigung des Zementsteins erfolgt aber bis zur vollständigen Umwandlung aller Klinkerbestandteile mit Wasser zu Hydraten, was sich je nach Lagerungsbedingungen des Mörtels bis zu einem Jahr oder noch länger erstrecken kann.
Die Nenndruckfestigkeit des Zementes wird nach 28 Tagen an 4x4x16 cm
Prismen bestimmt, die mit Normensand im Mischungsverhältnis 1 : 3 Gew.Teile hergestellt und unter Wasser im Labor gelagert wurden. Den Erhärtungsvorgang nennt man Hydratation.
Einflüsse auf die Festigkeit
Die Festigkeit des Zementsteins ist vorwiegend von dem Abstand der Zementteilchen untereinander im Wasser, also von dem Verhältnis von Wasser
zu Zement abhängig. Je dichter die Zementkörner bei einem geringen Wasseranteil beieinanderliegen, um so dichter wird sich das entstehende Gefüge
mit Hydratkristallen anreichern. Liegen die Zementteilchen bei einem großen
Wasseranteil weit auseinander, entsteht ein lockeres Gefüge.
Außerdem werden sich Hohlräume in Form von Kapillaren und Poren bilden.
Eine solche Zementstruktur ist weniger druckfest. Durch Kapillaren kann z.B.
Wasser eindringen und Frostschäden hervorrufen. Es kann auch Kohlendioxid eindringen, wodurch das vorhandene Kalkhydrat karbonatisiert und der
Rostschutz der Bewehrung beeinträchtigt wird.
Für die Hydratation des Zementsteins ist eine genau berechnete Wassermenge erforderlich. Diese wird sowohl chemisch als auch adsorptiv gebunden. Insgesamt werden zur vollständigen Hydratation des Zements 40 % des
Zementgewichtes an Wasser benötigt.
Das mengenmäßige Verhältnis von Wasser zu Zement wird als Wasserzementwert bezeichnet. Dieser muss genau auf die erforderlichen Eigenschaften des Betons abgestimmt sein.
Mit zunehmendem Wasserzementwert verringert sich die Druckfestigkeit, die
Wasserundurchlässigkeit sowie der Korrosionsschutz für die Stahleinlagen.
Das Schwindmaß bei der Erhärtung des Betons vergrößert sich. Der Mörtel
ist anfälliger auf Frühschwindrissbildung.
Der Erhärtungsvorgang ist um so schneller, je schneller sich die Zementteilchen vollständig in Hydrate umwandeln. Dies geht um so leichter, je kleiner
die Teilchen sind. Die Erhärtung des Zementsteins und damit die zu einer
bestimmten Zeit erreichte Festigkeit ist somit von der Mahlfeinheit des Zementklinkers abhängig; zusätzlich aber auch von dem Anteil des schnell erhärtenden Tricalziumsilikats.
Das Mahlen von Zementklinker ist energieaufwendig, die Mahlfeinheit auf
verschiedene Festigkeitsklassen abgestimmt.
Die genormten Festigkeitsklassen der Zemente sind in der folgenden Tabelle
angegeben. Die Angaben beziehen sich auf die Festigkeit nach 28 Tagen.
Festigkeitsklassen der Zemente nach DIN EN 197-1
DIN EN 197-1 alte DIN 1164
32,5 (N)
Z 35 L
32,5 R
Z 35 F
42,5 (N)
Z 45 L
42,5 R
Z 45 F
52,5 (N)
Z 55 L
52,5 R
Z 55
ERSTARRUNGSVORGÄNGE DER MINERALISCHEN BINDEMITTEL
a) Luftkalk
KARBONATISIERUNG
1.
2.
Wasser
Wasser
Kalkhydrat
3.
4.
Kalkhydrat
Ka
lz
Kohlensäure
iu
m
ca
rb
on
at
Kalkhydrat
1. Kalkhydrat in Mörtelwasser
2. Schwinden des Kalkhydrats aufgrund Aufsaugens und Verdunstens des
Zugabewassers.
3. CO2 aus der Luft bildet mit Restwasser Kohlensäure.
4. Aus Kohlensäure und Kalkhydrat entsteht Calziumkarbonat (Umkristallisierung und Teilchenverbindung),
(langsam von außen nach innen fortschreitend).
b) Zement
HYDRATATION
1.
Zementteilchen
2.
Hydratminerale
Wasser
Zementleim
3.
Kalkhydrat
Erhärtung
Erstarrung
4.
vollständige
Hydration
1. z.B. Calciumsilikat in Mörtelwasser
2. Bildung von Kristallen aus festigkeitsbildenden Calziumsilicathydraten
und Kalkhydrat.
3. Fortschreiten der Hydratation in allen Bereichen.
4. Überbrückung der Zwischenräume und Verfestigung des Gefüges.
Schwinden durch Verdunstung und chemische Bindung des Wassers.
c) HYDRAULISCHER KALK
2.
Ka
lkh
yd
ra
Ze
t
m
en
t
ra
d
hy
k
l
a
t
K
Zement
4.
H
3. Kohlensäure
Wasser
Ka
yd
lz
iu
ra
m
ta
ca
tio
rb
ns
on
pr
at
od
uk
t
1. Wasser
1. Gemisch aus Kalkhydrat und z.B. Calziumsilikat mit Mörtelwasser.
2. Wasserbindung zwischen den Kalkhydratteilchen und Bildung von Kristallisationsprodukten.
3. Fortschreiten der Hydratation und Beginn der Karbonatisierung.
4. Vollständige Hydratation in allen Bereichen und fortschreitende
Karbonatisierung von außen nach innen.
GIPS
Herstellung
Gips ist eine Verbindung aus Kalk, Schwefel und Wasser, also ein Calziumsulfathydrat (CaSO4 . 2H2O).
Gips hat sich als Sediment in austrocknenden Meerwasserbecken abgelagert. Teilweise hat sich bei geologischen Überlagerungen unter Druck und
höheren Temperaturen das Kristallwasser entfernt, so dass ein wasserfreier
Gips = Anhydrit (CaSO4) entstanden ist. Gips entsteht auch bei der Rauchgasentschwefelung und anderen chemischen Prozessen.
Zur Herstellung von Bindemittel wird dem Gipsstein durch Erhitzen Wasser
ausgetrieben. Mit unterschiedlichen Brennmethoden, verschieden hoher
Temperatur und der Mahlfeinheit kann die Abbindegeschwindigkeit des
Gipsmörtels sehr differenziert eingestellt werden.
Erhärtung
Die Erhärtung des gebrannten Gipses erfolgt bei Wasseraufnahme durch
Neubildung der Kristalle – Kristallisation, wobei die Festigkeit durch Verfilzung der langen Kristallnadeln erreicht wird.
Eigenschaften
Gips ist zwar geringfügig, aber stärker als Kalk wasserlöslich und deshalb
nicht für feuchte Räume oder im Freien geeignet. Gips darf nicht mit hydraulischem Kalk oder Zement verarbeitet werden (Ettringitbildung).
Gips vergrößert beim Abbinden sein Raumvolumen um ca. 1 % – er schwindet nicht. Er kann deshalb auch ohne Zuschläge verarbeitet werden. Gips
hat aufgrund der leichten Wasserabgabe eine gute Feuerschutzwirkung. Er
ist chemisch neutral und bildet deshalb für Stahl keinen Rostschutz, wirkt
aber auch nicht ätzend beim Verarbeiten.
Für den Innenausbau gibt es eine Reihe von Fertig-Bauplatten.
Gipsprodukte Eigenschaften
Stuckgips
Versteifungsbeginn(VB)
nach 8 Minuten
Verwendung
Innenputz aus Gipskalkmörtel, Stuckform und
Rabitzarbeiten,
Gipsbauplatten
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Putzgips
VB nach 3 Minuten,
Innenputz
Anhydritanteile
und Rabitzarbeiten
ermöglichen längere
Verarbeitungszeit.
Gips-Druckfestigkeit ≥ 2,5 N/mm²
FertigputzLangsame Versteifung,
Einlagige Innenputze
gips
VB nach 25 Minuten
≥ 5 mm
Arbeitszeit bis 45 Min.
Haftputzgips Besonders gute Haftung,
Für einlagige Innenputze
VB nach 25 Minuten
auf schwierigem Putzgrund, z.B. Betondecken
Maschinen- Geeignet zum Einsatz
Innenputze
putzgips
von Putzmaschinen,
VB nach 25 Minuten
Ansetzgips
Langsame Versteifung,
Zur Befestigung von
erhöhtes WasserrückGipskartonplatten
haltevermögen,
VB nach 25 Minuten
Fugengips
Langsame Versteifung,
Zur Verbindung von
höheres WasserrückGipsbauplatten
haltevermögen,
VB nach 25 Minuten
Spachtelgips Gutes WasserrückVerspachtelung von
haltevermögen,
Wänden aus Gipskarton
VB nach 25 Minuten
und Porenbeton
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
GESTEINSKÖRNUNGEN(ZUSCHLÄGE)
Ein Gemenge von ungebrochenen (Sand, Kies) oder gebrochenen (Brechsand, Splitt) Ausgangsstoffen wird Gesteinskörnung (Zuschlag) genannt, die
natürlich gewonnen oder künstlich (Hochofenschlacke) hergestellt wird. Ferner gibt es rezyklierten Zuschlag, der aus Beton- oder Mauerwerksabbruch
aufbereitet wird.
Dichte GK ergeben feste Mörtel und Betone. Poröse GK haben eine geringere Wärmeleitfähigkeit und werden für wärmende Mörtel und Leichtbetonsteine verwendet.
GK mit porigem Gefüge sind die in der Natur vorkommenden Bimse (z.B.:
Eifel) oder künstlich hergestellte, aus schnell abgekühlter und aufgeschäumter Hochofenschlacke oder der insbesondere für Leichtbeton verwendete
Blähton bzw. Blähschiefer. Für wärmedämmende Putze und Leichtmörtel
werden auch geschäumte Polystyrol-Partikel verwendet.
Blähton besteht aus den sich im Zeitalter der Lias (unterste Formation des
Jura) abgelagerten kalkreichen Tonen, die als Granulat im Drehofen bei ca.
1150 °C gebrannt werden. Das dabei frei werdende Kohlendioxid bläht das
Granulat zu porigen Kügelchen auf, die bei dieser hohen Temperatur an der
Oberfläche versintern und deshalb nur eine geringe Wasseraufnahmefähigkeit haben.
Für Sonderzwecke werden entsprechend den gestellten Anforderungen, z.B.
Verschleißfähigkeit, Feuerschutz, Strahlenschutz usw., besondere Gesteinskörnungen verwendet. Die erforderlichen Eigenschaften der Gesteinskörnungen sind in DIN 4226 beschrieben. Für die Verwendung der in der Natur
entnommenen Zuschläge müssen diese auf schädliche Bestandteile (Humus, Holz, Kohle, lösliche Salze und Sulfate) geprüft werden.
Kornzusammensetzung
Die Anteile der verschiedenen Korngrößen haben einen wesentlichen Einfluß
auf die Eigenschaften des daraus hergestellten Mörtels, Betons oder Wandbausteins sowie auf den Verbrauch des Bindemittels. Sie müssen deshalb
für die verschiedenen Verwendungszwecke besonders festgelegt werden.
Für porige, wärmedämmende und dampfdurchlässige Bauteile verwendet
man die eine möglichst „haufwerkporige“ Struktur ergebende Mischung der
Körnung mit wenig differenzierten Korngrößen.
Für dichte und feste Mörtel und Betone verwendet man ein Gemisch von
möglichst unterschiedlichen Korngrößen, die in ihren Anteilen so aufeinander
abgestimmt sind, dass Hohlräume zwischen den größeren Körnern durch
kleinere gefüllt werden.
Die in der Natur vorkommenden oder künstlich hergestellten Gesteinskörnungen sind vor der Verarbeitung nach Korngrößen zu sortieren. Die Sortierung erfolgt in Prüfsieben mit genormten Maschengrößen. Die Anteile der
einzelnen Korngrößen sind für die entsprechenden Anwendungszwecke in
sogenannten Sieblinien festgehalten.
Prüfen der Kornzusammensetzung für Beton
Die Kornzusammensetzung muss bei der Betonherstellung nach genormten
Verfahren geprüft werden. Hierzu werden den vom Kieswerk gelieferten
Korngruppen aus Sand und Kies bestimmte Mengen entnommen und in einem Prüfsiebsatz nach Kornklassen getrennt.
Mit Kornklasse wird der Anteil eines Korngemisches bezeichnet, der zwischen zwei benachbarten Prüfsieben anfällt. Die genormten Maschenweiten
der Prüfsiebe beginnen in der Regel mit einem Durchmesser von 0,125 mm
und verdoppeln sich dann, so dass die Normgrößen 0,125;0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8; 16;
31,5; 63 mm entstehen. Alle Körner in einem Korngemisch, die einen
Durchmesser von 0 bis 0,25 mm haben, gehören dann zur Kornklasse
0/0,25, alle Körner, die einen Durchmesser von 2 bis 4 mm haben zur Kornklasse 2/4 usw.
Die auf diese Weise ermittelten prozentualen Anteile sind mit der für einen
bestimmten Anwendungszweck vorgegebenen Sieblinie zu vergleichen und
gegebenenfalls zu korrigieren.
Sieblinien sind Diagramme, in denen im logarithmischen Maßstab entweder
die für eine bestimmte Anwendung geforderten (= Sollsieblinie) oder die in
den gelieferten Körnungen vorhandenen (= Istsieblinie) Anteile der einzelnen Kornklassen prozentual aufgetragen werden.
MÖRTEL
Mörtel dienen beim Mauern zur Verbindung von Wandbausteinen, zur Verbindung von Fliesen- oder Natursteinplatten auf einem mineralischen Untergrund, zum Verfüllen von Fugen beim Fliesen, bei Steinbelägen und Sichtmauerwerk als Fugenmörtel, aber er ist auch der noch nicht erstarrte, noch
verarbeitbare Stoff, aus dem der erstarrte Putz oder der fertige Estrich hergestellt wird, der Putzmörtel oder der Estrichmörtel.
Mörtel wird also für die unterschiedlichsten Anwendungszwecke benötigt und
muss in seinen Eigenschaften auf die sich aus der jeweiligen Anwendung
ergebenden Anforderungen abgestimmt werden. Mörtel bestehen aus Gesteinskörnungen (in der Regel Korngrößen im Sandbereich), Bindemitteln
(Kalk, Zement oder Gips) und aus Wasser.
Mauermörtel
Mauermörtel dienen der Verbindung von Wandbausteinen und sollen weitgehendst die gleichen Eigenschaften wie diese haben. Für wärmedämmendes Mauerwerk soll wärmedämmender Mörtel „Leichtmörtel“, für stark belastetes Mauerwerk druckfester Mörtel „Normalmörtel“ verwendet werden.
Bei formgenauen Steinen (z.B. maßgenaue Plansteine aus Porenbeton und
geschliffenen Ziegeln) können dünne Fugen von 1 bis 2 mm Dicke mit
„Dünnbettmörtel“ hergestellt werden.
Eigenschaften
Je nach erforderlicher Druckfestigkeit können die Mörtel mit Kalk bzw. Kalkhydrat – oder mit Kalk bzw. Kalkhydrat + Zement – oder nur mit Zement hergestellt werden.
Entsprechend der verwendeten Bindemittel werden sie in 3 Hauptgruppen
unterteilt. In der unten dargestellten Tabelle sind die Mischungsverhältnisse
aus Bindemitteln und Zuschlägen sowie die für die einzelnen Mörtelgruppen
einzuhaltenden Druckfestigkeiten und deren Anwendung dargestellt.
Dünnbettmörtel bestehen aus Zement, Zusatzmittel und Zusatzstoffen zur
Wasserrückhaltung und Plastifizierung sowie „Sand“ bis 1 mm. Sie gehören
zur Mörtelgruppe III.
Normalmörtel
Mischungsverhältnisse in Raumteilen
Mörtel- Luft und Hydraul. Hochhydr.
Gruppe Wasser- Kalk
Kalk, Putz
Kalku. MauerHydrat
binder
I
II
IIa
III
IIIa
Zement Sand
1
2
1
-
1
2
-
1
1
2
1
1
1
1
3
3
4,5
8
8
3
6
8
-
-
-
1
1
4
4
Leichtmörtel
LM 21
LM 30
Werkmörtel mit Zusammensetzungen nach
Eignungsprüfung
DruckAnwenfestigkeit dung
nach
28 Tagen
2
[N/mm ]
-
3,5
7
14
25
Mauermörtel
Mauermörtel
mit bes.
Druckfestigkeit
hochbelastete
Mauermörtel
Bei der Verwendung von zugelassenen werkseitig gemischten Leichtmörteln
mit porösen Gesteinskörnungen darf die in der DIN 4108 angegebene Wärmeleitzahl für Mauerwerk mit LM 21 um 0,09 W/(m.K), mit LM 36 um 0,06
W/(m.K) abgemindert werden.
Beispiel:
Wärmeleitzahl
nach Tabelle
DIN 4108 T 4
Zeile 4.4
Porenbeton Blockstein (A)
Rohdichte
400 kg/m³
*1)
0,20
mit LM 36
- 0,06
0,14
mit LM 21
0,09
(0,11)*1)
3)
Nach Fußnote der DIN 4108 Teil 4 dürfen die abgeminderten Werte nicht diejenigen von „großformatigen Bauteilen“ der Zeilen 2, für dampfgehärteten Gasbe.
ton, Zeile 2.3 mit λ = 0,14 W/(m K) unterschreiten.
Trassmörtel verbessern die Wasserundurchlässigkeit und sind deshalb für
die nachträgliche Verfugung von Sichtmauerwerk geeignet. Trassmörtel können in den Mörtelgruppen II, IIa und III hergestellt werden.
PUTZ
Aufgaben
Putz hat seit alters her die Aufgabe, den aus kleinformatigen Steinen und
Mörtel zusammengesetzten Bauteilen ein homogenes Aussehen zu verleihen sowie deren Eigenschaften zu verbessern bzw. zu ergänzen.
An die nur um die 2 cm dünne Putzschicht werden komplexe Anforderungen
gestellt. So soll ein Außenputz z.B. dampfdurchlässig, aber wasserabweisend, evtl. auch noch wärmedämmend und schlagfest sein.
Um diesen Anforderungen möglichst lange standzuhalten, müssen die Putzzusammensetzung und der Putzuntergrund aufeinander abgestimmt werden.
Häufig sind hierzu verschiedenartige Mörtel erforderlich, die sich in ihren Eigenschaften ergänzen und in mehreren Putzlagen aufgebracht werden.
Putzarten:
Mineralische Putze
Kunstharzputze
Wärmedämmverbundsysteme.
Mineralische Putze
Je nach Lage des Bauteils werden an den Putz unterschiedliche Anforderungen gestellt.
In der für die Putze zuständigen Norm DIN 18 550 erfolgt deshalb eine Unterscheidung nach Außenwandputze, Außendeckenputze, Innenwandputze,
Innendeckenputze. Die Mörtel dieser Putze können sowohl aus den mineralischen Bindemitteln Luftkalk, hydraulischer Kalk, Zement, Gips und Anhydrit,
als auch aus organischen Stoffen (Kunstharzen) hergestellt werden. Putze
mit organischen Bindemitteln gehören zu den Beschichtungsstoffen und
werden bezüglich ihrer Zusammensetzung in der DIN 18 558 behandelt.
Putzmörtel mit mineralischen Bindemitteln werden entsprechend ihrer Zusammensetzung in folgende Putzmörtelgruppen eingeteilt:
Putzmörtelgruppen nach DIN 18 550, T.1
Putzmörtelgruppe
I
II
III
IV
V
Arten der Bindemittel
Luftkalke, Wasserkalke, hydraulische Kalke
Hochhydraulische Kalke, Putz- und Mauerbinder,
Kalk-Zement-Gemische
Zemente
Baugipse ohne und mit Anteilen von Baukalk
Anhydritbinder ohne und mit Anteilen an
Baukalk
Putzaufbau
Die Funktionstüchtigkeit eines Putzsystems ist nur gewährleistet, wenn die
Eigenschaften des Putzuntergrundes, also die Eigenschaften aller an der
Wandoberfläche erscheinenden Materialien (Steine, Fugenmörtel, Dämmstoffe etc.) und deren Verarbeitung sowie der Baustellenablauf mit den Eigenschaften der verwendeten Putzmörtel übereinstimmen.
Anforderungen an den Putzgrund
Putz wird in einer relativ dünnen Schicht von 1 - 2,5 cm aufgetragen, der Untergrund muss daher möglichst eben sein. Die zulässigen Toleranzen bezüglich der Ebenheit einer Wandoberfläche sind in der DIN 18202 festgelegt.
Nach Tabelle 3 dieser Norm dürfen, z.B. in einem Bereich von 10 cm keine
Vertiefungen oder Erhebungen vorhanden sein, die größer als 5 mm sind.
Ebenheitstoleranzen und DIN 18 202
Tabelle 3
Spalte
Zeile
1
Bezug
2
3
4
5
6
Stichmaße als Grenzwerte in mm
bei Meßpunktabständen in m bis
0,1
1
4
10 15
0,1
1
4
10 15
__________________________________________________________________________________________________________________________
5
6
Nichtflächenfertige Wände
und Unterseiten von Rohdecken
5
10
15
25
30
Flächenfertige Wände und
Unterseiten von Decken,
z.B. geputzte Wände,
Wandbekleidungen,
untergehängte Decken
3
5
10
25
25
Werden die zulässigen Abweichungen der Oberfläche eines Mauerwerks
überschritten, sind diese vor dem Auftragen des Wandputzes mit einem geeigneten Mörtel auszugleichen. Hierzu zählen insbesondere die an
Ecken häufig nach außen zeigenden Mörteltaschen, gebrochene Steine sowie offene Stoß- und Setzfugen. Solche Ausbesserungen der Wandoberfläche müssen vor dem Aufbringen des Putzes vollständig abgebunden und
getrocknet sein.
Über Stoßfugen, die größer als 5 mm sind und damit 25 - 50 % der Putzdicke
betragen, kommt es sowohl zu einer Störung des Feuchtegleichgewichts als
auch der Temperaturverteilung in der dünnen Putzschicht, was zu Rissen und
damit zur Durchfeuchtung des Mauerwerks führen kann.
Damit der Putz beim Aufbringen ausreichend schnell eine gewisse Standfestigkeit erreicht und nicht abläuft, muss der Untergrund eine gewisse Menge des
Anmachwassers aufnehmen können. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn er
trocken ist.
Bausteine und Holzwolleleichtbauplatten haben im nassen Zustand ein größeres
Volumen als im trockenen. Werden sie naß überputzt, kann es durch nachfolgende Volumenverkleinerungen zu Putzrissen kommen. Das Mauerwerk ist deshalb bereits bei der Herstellung stets vor Niederschlägen zu schützen.
Holzwolleleichtbauplatten sind unmittelbar nach dem Anbringen mit einem Zementspritzwurf vor stärkerer Durchfeuchtung zu schützen.
Da in Neubauten Bewegungen durch Baugrundsetzungen sowie durch Schwinden und Kriechen von Mörtel und Beton unvermeidlich sind, ist es ratsam, den
Putz erst ca. 6 Monate nach Rohbaufertigstellung aufzubringen. Während dieser
Zeit soll aber das unverputzte Mauerwerk vor Niederschlägen durch einen volldeckenden Spritzbewurf geschützt werden. Ein volldeckender Spritzbewurf ist
auch bei Mauerwerk mit stark saugenden Steinen, z.B. Kalksandsteinen oder
Porenbeton bzw. Mischmauerwerk, erforderlich.
Muss der Putz unvermeidliche Hohlräume, wie Schlitze, überbrücken, sind hierfür geeignete nichtrostende Putzträger, in der Regel Rippenstreckmetalle, mit
einer der Spannweite entsprechenden Steifigkeit zu verwenden. Ist der Putzgrund in Ausnahmefällen aus unterschiedlichen Materialien herzustellen, dann
sind zumindestens die Berührungsstellen der unterschiedlichen Stoffe breitflächig mit einem Drahtgitternetz oder einem speziellen Glasgittergewebe als Putzbewehrung im Unterputz zu überspannen. Die Putzbewehrung soll im äußeren
Drittel des Unterputzes liegen und nur punktweise mit dem Putzgrund verbunden
sein. Eine solche Putzbewehrung kann zwar Risse vermeiden, aber nicht zwingend verhindern.
Außenputze
Außenputze ohne besondere Anforderungen
Für Außenwände sind in der DIN 18 550 Teil 1 für 6 Beanspruchungsbereiche eine Reihe von Putzaufbauten angegeben. Die ca. 2 cm dicke Putzschicht wird in der Regel aus 2 Lagen – einem ca. 15 mm dicken Unterputz
und einem 5 mm dicken Oberputz – hergestellt. Auch einlagige Putze sind
zulässig, mit dem Nachteil, dass evtl. auftretende Risse nicht durch eine
zweite Lage überdeckt werden. Der Unterputz ist immer härter als der
Oberputz, oder zumindestens gleich hart, aber niemals weicher.
Der Putzaufbau muss das Austrocknen von Feuchtigkeit ermöglichen. Aus
diesem Grund darf unabhängig von der Putzart die diffussionsäquivalente
Luftschichtdicke (sd-Wert) von 2,0 m nicht überschritten werden.
Putze werden heute kaum mehr auf der Baustelle mit mehr oder weniger
zufällig gemischten Zuschlägen und Bindemitteln, sondern vorwiegend industriell in Putzwerken, mit genauen und erprobten Zusammensetzungen,
hergestellt und als Werktrockenmörtel auf die Baustelle geliefert.
Der Architekt muss sich deshalb nicht mehr um die Zusammensetzung der
Mischungsverhältnisse bemühen, um so mehr aber die an den Putz gestellten
Anforderungen aus der Beanspruchung, dem Untergrund und dem Arbeitsablauf definieren.
Als Putze „ohne besondere Anforderungen“ können nur solche betrachtet
werden, die auf konventionellem Mauerwerk aus nicht besonders wärmedämmenden Steinen (Richtwert ca. λ > 0,3 W/(m.K) aufgebracht und an die
keine besonderen Anforderungen hinsichtlich Schlagregenschutz, Wärmedämmung und Farbe gestellt werden.
Nach der DIN 18 550 sind hierfür folgende Putzaufbauten möglich:
Unterputz
PI
P II
P II
P II
Oberputz
PI
PI
P II
PI
P II
P Org. 1
Auf Betonflächen mit geschlossenem Gefüge können auch Putze P Org.1
einlagig aufgebracht werden.
Wasserhemmende und wasserabweisende Putze
Zur Vermeidung der Durchfeuchtung von wärmedämmenden Wandbausteinen sollen nach DIN 4108 (Wärmeschutz im Hochbau), Teil 3 die Außenputze
auf die zu erwartenden Niederschläge abgestimmt sein. Entsprechend der in
der DIN enthaltenen Niederschlagskarte werden hierfür 3 Beanpruchungsgruppen definiert:
Beanspruchungsgruppe I geringe Schlagregenbeanspruchung,
keine Anforderung an den Regenschutz
Beanspruchungsgruppe II mittlere Schlagregenbeanspruchung,
wasserhemmende Außenputze
Beanspruchungsgruppe III
starke Schlagregenbeanspruchung,
wasserabweisende Außenputze
Wasserhemmende Putze können nach DIN 18550 wie folgt aufgebaut sein.
Unterputz
PI
P II
P II
P II
Oberputz
P I mit Zusatzmittel
P II
PI
P II
P Org. 1
Auf Betonflächen mit geschlossenem Gefüge können auch Putze P Org. 1
einlagig aufgebracht werden.
Wasserabweisende Putze müssen verhindern, daß Schlagregen bis in die
unteren Putzschichten bzw. in das Mauerwerk eindringt, dürfen aber gleichzeitig das Austrocknen von Feuchtigkeit nicht behindern.
Das Eindringen von Regenwasser kann man durch Aufheben der Kapillarwirkung mit hydrophobierenden Zusatzmitteln im Fertigputz oder durch nachträgliches Aufbringen von farblosen Imprägniermitteln erreichen.
Bei der Verwendung von Anstrichen müssen Putz und Anstrich ein aufeinander abgestimmtes „Putzsystem“ aus wasserhemmendem Putz und wasserabweisendem Anstrich bilden. Für solche „Putzsysteme“ muß eine Eignungsprüfung vorliegen.
Ohne zusätzliche Anstriche können nach DIN 18550 wasserabweisende Putze mit folgendem Aufbau hergestellt werden.
Unterputz
Oberputz
P Ic
P II
PI
PI
P Ic
P II
P II
P II
P II
P Org. 1
mit Zusatzmittel
mit Zusatzmittel
mit Zusatzmittel
und Eignungsnachweis
mit Zusatzmittel
und Eignungsnachweis
mit Zusatzmittel
Für Betonflächen mit geschlossenem Gefüge genügt auch ein Einlagenputz
mit P Org. 1.
Wärmedämmputze
Zur nachträglichen Verbesserung der Wärmedämmung von Außenwänden
können u.a. auch Wärmedämmputze beitragen. Sie haben in Abhängigkeit
von der Rohdichte Wärmeleitzahlen zwischen 0,06 und 0,1 W/(m.K). Die gute
Wärmedämmfähigkeit wird sowohl durch die leichten, mineralischen Zuschläge wie Blähton oder Blähschiefer als auch durch organische Zuschläge aus EPSPerlen erreicht.
Der Putzaufbau besteht in der Regel aus einem 20 - 100 mm dicken wasserhemmenden Unterputz, der die wärmedämmende Funktion übernimmt, und
einem für den k-Wert nicht anrechenbaren wasserabweisenden Oberputz.
Unter- und Oberputz dürfen nur aus dem gleichen zugelassenen „Putzsystem“
bestehen, das als Fertigmörtel geliefert wird. Dieser Aufbau entspricht nicht
der allgemeinen Grundregel, wonach das Festigkeitsgefälle nach außen abnehmen soll. Erfahrungsgemäß führt dies aber nicht zwangsläufig zu Schäden, wenn die Festigkeit der beiden Putzlagen aufeinander abgestimmt ist.
Die Putzausführung bedarf besonderer Sorgfalt. Die gleichmäßige Saugfähigkeit des Untergrundes muss evtl. durch einen Spritzbewurf verbessert werden.
Zur Verringerung der Rissegefahr bei „Mischmauerwerk“ ist eine Armierung im
Unterputz erforderlich. Zum Schutz von Ecken und Abschlüssen sowie für die
Herstellung einer gleichmäßigen Putzdicke sind Putzprofile einzubauen (siehe
hierzu z.B. Bauprofile von Protektor). Um Spannungen aus Temperaturdehnungen zu vermeiden, darf die Oberfläche nur mit hellen Farben behandelt
werden.
Bei Sanierungsmaßnahmen ist zu beachten, dass die Dicke des neu aufzubringenden Dämmputzes von den diesen abschließenden Bauteilen (Dachränder, Fensterbleche etc.) abzudecken sind.
Leichtputze auf gut wärmedämmenden Wandbausteinen
Je besser die Wärmedämmung des Putzuntergrundes ist, um so schlechter
wird die von der Sonne in den Putz eingestrahlte Wärme weitergeleitet. Dadurch kann ein Wärmestau entstehen, der in Abhängigkeit von der Putzrohdichte zu Spannungen aus Temperaturdehnungen führt, die vom Putz nicht
mehr aufgenommen werden.
Insbesonders bei schnellen Temperaturwechseln (Gewitter oder Verschattung
nach Sonnenbestrahlung) können bei harten und entsprechend spröden Putzen Risse entstehen. Der für die porösen oder porosierten wärmedämmenden
Steine besonders wichtige Schutz vor Niederschlägen ist dann nicht mehr gewährleistet.
Um dies zu verhindern, wurden von den jeweiligen Herstellern der Wandbausteine speziell auf ihre Produkte abgestimmte Leichtputze konzipiert. Sie werden als Werktrockenmörtel mit entsprechend differenzierten Eigenschaften für
Außen- und Innenputze angeboten.
Wasserabweisende Putzsysteme für Leichtputze können nach DIN 18 550,
Teil 4 wie folgt aufgebaut sein:
Unterputz
P II
P II
Oberputz
P Ic
P II
P Ic
P II
jeweils mit
hydrophobierenden
Zusätzen und
Eignungsprüfung
Die gegenüber normalen Putzen geringe Rohdichte wird durch Luftporen bildende Zusätze (Luftporenbildner) und poröse Zuschläge aus Bims, Perlite,
Blähglimmer oder Blähton erreicht.
Bei 2-lagigen Putzen darf der Unterputz auch Polystyrolperlen enthalten. Der
Oberputz darf nicht aus Kunstharz bestehen.
Sanierputze
Sanierputze dienen der leichteren Abführung von im Mauerwerk enthaltener
Feuchtigkeit, ohne dass an der Oberfläche Feuchteflecken entstehen. Sie sind
nur zeitlich begrenzt wirksam und somit möglichst mit zusätzlichen Maßnahmen,
die das Eindringen der Feuchtigkeit auf Dauer verhindern, anzuwenden. Sie sind
keine Sperrputze.
Wenn wirksame Sperrmaßnahmen nicht durchgeführt werden können (Kosten,
Zugänglichkeit), ist mit Sanierputzen zumindest über eine gewisse Zeit eine saubere Putzoberfläche zu erzielen. Dies wird durch einen Putzaufbau erreicht, der die
in dem Wasser der Mauerwerkskapillaren gelösten Salze nicht bis an die Oberfläche transportiert und diese hierdurch nicht verfärbt und lockert, sondern bereits im
hinteren Bereich auskristallisieren läßt, ohne den Putz zu zerstören.
Zu diesem Zweck werden verschiedene, für spezielle Funktionen konzipierte
Schichten (Systemkomponenten) so aufeinander abgestimmt, dass für das jeweils individuelle Sanierungsobjekt eine optimale Wirkung zu erzielen ist.
In der Regel sind die Putze wie folgt aufgebaut:
a) Warzenförmiger Spritzbewurf auf dem von alten Putzresten
gereinigten und entsprechend vorbereiteten Mauerwerk.
b) Porenreicher Grundputz ca. 10 mm als Pufferschicht
(Kristallisationsbereich der Salze)
c) Porenreicher und hydrophobierter Sanierputz mit gestaltbarer Oberfläche, oder zusätzlich
d) Oberputz aus 2 - 5 mm dickem Spachtelputz glatt bzw.
mineralischer Leichtputz strukturiert.
e) Diffussionsoffener und wasserabweisender Anstrich
(Silikat- oder Dispersions-Silikonharzfarben)
Silikone sind kettenförmige Makromoleküle aus Silizium und Sauerstoff mit angelagerten Kohlenwasserstoffen. Sie sind wasserabstoßend.
Dispersions-Silikonharzfarben sind Silikatfarben aus amorphen, flüssigen Siliziumverbindungen (Wasserglas) und Kunststoffzusätzen.
Wärmedämm-Verbundsysteme WDV
Die auch als „Vollwärmeschutz“ oder „Thermohaut“ bekannten Systeme bestehen aus einer auf der Außenseite des Mauerwerks angebrachten „verputzten“ oder „beschichteten“ Wärmedämmung. Diese im Prinzip sehr einfache
und bereits seit über 30 Jahren angewandte Technik ist die kostengünstigste
Art einer effektiven Wärmedämmung von Außenwänden.
Aufgrund des unmittelbaren Verbundes von bauseits auf Wärmedämmplatten
homogen anzubringenden mineralischen oder organischen Putzschichten erfordert das System eine äußerst sorgfältige handwerkliche Ausführung und
Überwachung. Die Komponenten des Gesamtaufbaus können in Abhängigkeit
der Anforderungen weitgehend modifiziert werden.
Der prinzipielle Aufbau besteht bei allen Systemen aus folgenden Komponenten:
a) Befestigung
In Abhängigkeit des Untergrundes geklebt oder mechanisch
mit Trägerschienen
b) Wärmedämmung
In der Regel EPS, abgelagert, hydrophobierte Mineralwolleplatten oder andere mit entsprechender Zulassung
c) Armierungsschicht
aus Armierungsmasse und Glasgittergewebe
d) Schlußbeschichtung
aus Mineral- oder Kunstharzputz
Zur Vermeidung von Spannungen aus Temperaturbewegungen sind möglichst
helle Oberflächen erforderlich.
Um die zulässige diffussionsäquivalente Luftschichtdicke von sd ≤ 2 m nicht zu
überschreiten, ist insbesondere bei Kunstharzputzen mit großem Dampfdiffussionswiderstand (Kunstharzputze mit µ = 50/200, mineralische Putze
µ = 15/35) während der Ausführung auf die Einhaltung der diffussionstechnisch
berechneten Schichtdicke zu achten.
Besondere Aufmerksamkeit ist bei der Planung und der Ausführung den Anund Abschlüssen der ebenen Flächen, wie Sockel, Fenster- und Türlaibungen, Rolladenkästen, Dachanschlüssen etc., zu widmen.
In Abhängigkeit von der Gebäudehöhe (> 8 m) sind Standsicherheitsnachweise erforderlich. Brandschutzanforderungen sind bei der Auswahl aller verwendeten Materialien zu berücksichtigen (WDV mit EPS ist schwer entflammbar,
mit Mineralfaserplatten und mineralischen Putzen nicht brennbar).
Innenputze
Für Innenräume werden heute sehr häufig einlagige Maschinenputze aus der
Mörtelgruppe P IV oder P V verwendet. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass
diese nicht für Feuchträume geeignet sind. Häusliche Küchen und Bäder
zählen nicht zu den Feuchträumen. In Kellern ist in den Sommermonaten
immer mit einer erhöhten Luftfeuchtigkeit zu rechnen. Mit Gipsputzen können hier leichter Schäden entstehen als mit solchen der Mörtelgruppe P II.
Ausführung
Putzarbeiten gehören zu den letzten Arbeiten an einem Rohbau. Auf der
Außenseite folgt evtl. noch ein Fassadenanstrich, innen die Estrich- und Bodenbelagsarbeiten sowie Malerarbeiten. Für das Verputzen der Fassaden ist
nochmals ein Gerüst erforderlich.
Wird das Gebäude bereits vor Beginn der Putzarbeiten beheizt, was durchaus wünschenswert ist, müssen die Heizkörpernischen bzw. die Bereiche
hinter den Heizkörpern vorher verputzt werden. Dies ist eine von den übrigen
Putzarbeiten gesonderte Leistung, die häufig auch mit der Hand durchgeführt wird, wenn die Baustelle zur Zeit der Heizungsmontage noch nicht für
das maschinelle Putzen eingerichtet ist.
In der Regel sind vor Beginn der Putzarbeiten folgende Arbeiten fertiggestellt: Sanitärinstallation, Heizungsinstallation, Elektroinstallation, u.U. versetzt sind die Türzargen, die Türblätter werden erst nach dem Putzen eingesetzt; versetzt sind weiterhin die Fenster einschließlich der inneren und
äußeren Brüstungsabdeckungen, die Mauerkästen der Rolladengurte sowie
alle Putzanschlußprofile, die die Putzflächen begrenzen.
Alle den Putz durchdringenden und unmittelbar an diesen anschließenden
Metall- und Holzteile, die thermischen Dehnungen bzw. Volumenänderungen
unterworfen sind, sollen mit geeigneten Schaumstoffbändern so umhüllt
werden, dass die Bewegungen dieser Teile sich nicht auf den Putz übertragen.
Nach Fertigstellung der Putzarbeiten sind diese Anschlußfugen dauerelastisch abzudichten.
Alle einzuputzenden Teile sind sorgfältig durch Abdecken von Verunreinigungen zu schützen. Weiterhin ist darauf zu achten, dass das zu putzende
Mauerwerk staubfrei und an allen Stellen ein gleich dicker Putzauftrag möglich ist. Auf dem Mauerwerk aufliegende Leitungen oder an den Rolladenkästen über die Fensterbreite in das Mauerwerk ragende Metallschienen führen häufig zu Putzschäden.
Das Aufbringen des Putzes erfolgt heute meistens durch Aufspritzen mit
Putzmaschinen, wobei für Innenputze eine einlagige Ausführung möglich ist,
für außen aber eine zweilagige Ausführung immer empfohlen wird. Auf der
Innenseite wird der aufgespritzte Putz auf eine gleichmäßige Dicke über
Putzleisten abgezogen. Auf der Außenseite wird auf den Unterputz nach
ausreichender Abbindezeit der Oberputz aufgebracht.
Wird der Oberputz als Spritzputz mit der Maschine aufgetragen, treten häufig
an den Gerüstböden oder Gerüststangen im fertigen Putz erkennbare Strukturwechsel auf, die durch schräges Anspritzen in diesen Bereichen entstehen.
Bei durchgefärbten Putzen ist zu beachten, dass die in ihnen enthaltenen
bzw. durch Hydratation entstehenden Kalkhydrate an die Oberfläche transportiert werden. Hierdurch entstehen helle bzw. ungleichmäßige Verfärbungen. Unterschiedliche Verfärbungen können sich aber auch durch unterschiedliches Saugverhalten zwischen dem Unter- und dem Oberputz bzw.
durch ungleichmäßige Bearbeitung des Oberputzes einstellen. Diese Probleme sind mit dem Hersteller des Putzes und der ausführenden Firma zu
besprechen und evtl. ein einmaliger Anstrich mit einzuplanen.
Fleckenbildung kann auch durch Zugabe von Dichtungsmitteln im Oberputz
entstehen. Grundsätzlich sollten, wenn überhaupt, Dichtungsmittel lediglich
in den Unterputz mit eingebaut werden. Der Einbau von Dichtungsmitteln
bewirkt zwar, dass Wasser von außen schlechter in den Putz eindringen
kann, aber gleichzeitig wird auch verhindert, dass Wasser aus dem Mauerwerk nach außen transportiert wird.
Schäden, die durch Eindringen von Wasser an Fehlstellen in Putzen auftreten, werden in kalkhaltigen Putzen im Laufe der Zeit durch Versintern „geheilt“. In stark wasserabweisenden Putzen kann es dagegen zu Wasseransammlungen im Mauerwerksbereich kommen.
Nachträglich aufgebrachte wasserabweisende Hydrophobierungsmittel auf
den Oberputzen werden wieder abgewittert. Sie haben weiterhin den Nachteil, dass durch Schlagregen Wasser in den Putz eingedrückt wird, dessen
Austrocknung dann behindert ist.
Es ist weiterhin zu beachten, dass auch der auf den Putz aufgebrachte Anstrich Einfluß auf das Funktionieren des Wandputzsystems hat und keinesfalls die Dampfdiffusion und den Feuchtetransport von innen nach außen
behindern darf. Für den äußeren Anstrich haben sich insbesondere Silikatfarben bewährt. Kunstharzdispersionsfarben neigen insbesondere bei wiederholtem Anstrichauftrag zur Abdichtung bzw. Absperrung (dampfbremsende Wirkung) der Oberfläche gegen von innen kommende Feuchtigkeit.
Witterung
Kalkputz braucht zum Abbinden Feuchtigkeit, die ihm nach dem Aufbringen
nicht zu schnell durch Wind- und Sonneneinstrahlung entzogen werden darf.
Ungünstige Witterungseinflüsse können außen durch das Verhängen der
Gerüste abgemindert werden. Auch der Innenputz ist nach dem Auftragen
einige Tage vor Zugerscheinungen zu schützen. Putz darf nicht auf gefrorenen Grund und nicht bei zu erwartendem Frost aufgebracht werden.
Für hochwärmedämmende Wandbausteine werden von den jeweiligen Herstellern Spezialputze angeboten.
BETON
Definition
Beton ist eine aus Kies, Sand, Wasser und Zement künstlich hergestellte,
beliebig formbare Masse, die im ausgehärteten Zustand sich wie Gestein
verhält.
Die Eigenschaften des Betons können in bezug auf Wasserundurchlässigkeit, Druck- und Zugfestigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Verarbeitbarkeit weitgehend auf die speziellen Anforderungen der damit zu erstellenden Bauteile
abgestimmt werden.
Beton hat im gesamten Bauwesen bereits traditionelle Anwendungsbereiche,
in denen er nur schwer bzw. gar nicht durch andere Baustoffe ersetzt werden
kann.
Im Hochbau wird Beton insbesondere für große, druck- oder biegefeste Bauteile (Fundamente, Decken) verwendet. Er wird aber auch für Wände und
Dächer und mit gestalteter Oberfläche als Sichtbeton eingesetzt.
Die Vorteile der Dauerhaftigkeit des Betons sind jedoch in Relation zur Lebenserwartung des damit erstellten Bauteils zu sehen, da seine Beseitigung
meist mit einem größeren Aufwand verbunden ist als seine Herstellung.
Geschichtliches
Die Römer verstanden unter „Opus Caementitium“ (Werk aus Steinen) ein
Gemisch aus hydraulischem Kalk und verschiedenen Zuschlägen, das zwischen meist gemauerten Schalungen, aber auch zwischen abnehmbaren
Schalungen aus Brettern oder als Straßenunterbau verwendet wurde.
Das Wort Beton kann man von dem lateinischen Wort „Bitumen“ ableiten,
worunter die Römer ein „Erdpech“ verstanden, mit dem man Steine zu einem
Asphalt verbinden konnte.
Der römische Beton erhielt seine Festigkeit durch das hydraulische Abbinden
der dem Kalk beigemischten Puzzolane. Unser heutiger Beton beruht auf der
Erfindung des ausschließlich hydraulisch erhärtenden Zements durch den
Engländer Aspdin im Jahre 1824.
Die Anwendung dieses Bindemittels fand eine rasche Verbreitung und wurde
für die Herstellung einer Vielzahl von Gegenständen verwendet. Den Nachteil der geringen Zug- bzw. Biegefestigkeit des Betons bei der Anwendung
für dünnwandige Gegenstände konnte der Gärtner Monier bei der Herstellung von Blumenkübeln durch das Einlegen von Stahldraht im Jahr 1849
ausgleichen. Der Stahlbeton war damit erfunden.
Die hohe Festigkeit des Betons gab in den 20er Jahren den Pionieren der
modernen Architektur die Möglichkeit, mit schlanken Bauteilen neue Architektur zu kreieren. Le Corbusier entwickelte „den ‚freien Grundriß‘“, zu dem
man durch die Einführung von Beton und Stahl und durch eine „biologische“
Auffassung der modernen Architektur gelangt“ (aus „Mein Werk, Le Corbusier“).
Klassifizierung der Betonarten
Der breite Einsatzbereich des Betons – für massige Fundamente, schalldämmende Außenwände oder filigrane Dachplatten, für Staumauern oder
strahlungshemmende Ummantelung im Reaktorbau, individuell plastisch
gestaltet oder in Massen produzierte Fertigteile – ergibt sich zum einen aus
der Möglichkeit, die Grundbestandteile, Sand, Kies und Zement in weiten Bereichen zu modifizieren und zum anderen durch die Anwendung einer Vielzahl spezieller Herstellungsverfahren.
Die Herstellung, die Anwendung und die Eigenschaften des Betons sind in
der europaweit geltenden DIN EN 206-1 bzw. dem nationalen Anwendungsdokument DIN 1045 – Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton –
genormt.
Danach werden die Betonsorten insbesondere nach Rohdichte und Druckfestigkeit, aber auch nach ihrer Verarbeitung und besonderen Eigenschaften (Expositionsklassen) gegliedert.
Einteilung nach Rohdichte
Betonart
Leichtbeton
Trockenrohdichte
t/m³
0,8 bis 2,0
Normalbeton 2,0 bis 2,6
Schwerbeton > 2,6
Art der Gesteinskörnung
(Zuschläge)
Blähschiefer
Blähton
Hüttenbims
Naturbims
Sand
Kies
Splitt
Hochofenschlacke
Schwerspat
(Baryt)
Eisenerz
Stahlgranalien
Anwendungsbeispiele
Bauteile mit
Wärmedämmung
bzw. geringem
Gewicht
tragende
Bauteile
Reaktorbau
Im Hochbau werden in der Regel alle Betonteile aus Normalbeton hergestellt.
Für wärmedämmende Außenwände oder Dächer kann Beton im Prinzip wie
Normalbeton, aber mit porigen Zuschlägen als Leichtbeton hergestellt werden. Leichtbeton mit porigen Zuschlägen ist sowohl gefügedicht als auch
haufwerksporig herzustellen. Aus haufwerksporigem Leichtbeton werden
Wandbausteine hergestellt.
Einteilung nach Festigkeit
Die Festigkeit des Betons ist aufgrund der fortschreitenden Hydratation des
Zements zeitabhängig und kann sich über Monate und Jahre hinweg steigern. Die der statischen Bemessung zugrunde liegende Festigkeit wird für 28
Tage nach der Herstellung des Betons festgelegt. Welche Festigkeit ein Beton nach 28 Tagen erreichen kann, ist von der verwendeten Zementfestigkeitsklasse und dem Verhältnis der Anteile von Wasser und Zement, dem
Wasserzementwert abhängig.
Die auch auf 28 Tage bezogenen Festigkeitsklassen der Zementhydratation
ergeben sich durch unterschiedliche Mahlfeinheit. Feingemahlene Zementkörner hydratisieren schneller als grob gemahlene. Betone, die nach 28 Tagen eine höhere Festigkeit besitzen als andere, werden entweder aus feiner
gemahlenem, also aus Zement mit einer höheren Festigkeitsklasse, oder mit
mehr Zement (= niedrigerer Wasserzementwert) aus einer niedrigeren Zementfestigkeitsklasse hergestellt.
Die Festigkeit, die ein Beton nach 28 Tagen hat, wird als charakteristische
Festigkeit bezeichnet und ist in der DIN EN 206-1 / DIN 1045-2 wie folgt genormt:
Überwachungsklasse
Einteilung nach Festigkeitsklassen
BetonAnwendungsbeispiele
Festigkeitsklassen
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
DIN 1045 DIN EN 206
(bisher)
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1
als Standardbeton
oder nach Erstprüfg.
B 5
C 8/10
B 10
B 15
unbewehrter Beton für
Bodenaustausch, Sauberkeitsschichten
Unbewehrter und
bewehrter Beton für
normal beanspruchte
Bauteile mit ausreichenden Ausschalfristen
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Erstprüfung,
Konformitätsprüfg.
B 25
C 16/20
C 20/25
C 25/30
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2
besonders geschultes Personal
mit besonderen Prüfeinrichtungen
und mit
Fremdüberwachung
B 35
C 30/37
C 35/45
B 45
B 55
C 40/50
C 45/55
C 50/60
Unbewehrter und
bewehrter Beton
für Bauteile mit hohen
Festigkeiten und für Fertigteile;
bei verkürzten
Ausschalfristen bzw. hoher
Frühfestigkeit
hochfester Beton
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
> B 65
> C 55/67
3
(besondere Maßnahmen wie bei 2)
Wie aus der Tabelle hervorgeht, werden die verschiedenen Festigkeitsklassen der Betone in drei Überwachungsklassen, sowie in unbewehrte und
bewehrte Betone unterteilt.
Die Einteilung in die drei Überwachungsklassen ermöglicht eine differenzierte Ausstattung der Baustelle mit Prüfeinrichtungen. Man geht davon aus,
dass das Baustellenpersonal bei der Herstellung und Verarbeitung von den
für Hochbauten üblicherweise verwendeten Betonfestigkeitsklassen bis
C 25/30 ausreichend geschult ist, so dass jede auch kleinere Baufirma solchen Beton theoretisch und praktisch herstellen und verarbeiten kann.
Betone mit höherer Festigkeit werden seltener und nur für besondere Beanspruchungen eingesetzt. Einbringung und Nachbehandlung müssen besonders sorgfältig geschehen. Für die insgesamt höheren Anforderungen sind
speziell geschultes Personal („E-Schein“) und entsprechende Prüfeinrichtungen auf der Baustelle erforderlich.
Um Stahleinlagen im Beton ausreichend vor Korrosion zu schützen, muss
gewährleistet sein, dass im Zementstein ausreichend Kalkhydrat und keine
zu großen Kapillaren vorhanden sind. Um beides zu gewährleisten, ist eine
bestimmte Zementmenge im Beton erforderlich, die so groß ist, dass daraus
zumindest immer ein Beton der Festigkeitsklasse C 16/20 entsteht
(z. B. 240 kg/m² bei geringen Anforderungen). Betone mit einem geringeren
Zementgehalt (und damit höheren W/Z-Werten) erreichen nur die Festigkeiten eines C 8/10.
Einteilung nach Eigenschaften oder Verarbeitung
Neben der Einteilung nach Rohdichten und Festigkeitsklassen gibt es eine
Reihe von genormten Betonbezeichnungen, die auf die Verarbeitung bzw.
auf besondere Eigenschaften des Betons hinweisen.
Beispiele für Betonbezeichnungen nach Verarbeitung und besonderen Eigenschaften zeigt nachstehende Tabelle:
Baustellenbeton
Transportbeton
Ortbeton
Frischbeton
Festbeton
Stahlbeton
Sperrbeton
Spritzbeton
Herstellung auf der Baustelle
vom Verwender des Betons
(meist Bauunternehmer)
Herstellung im Transportbetonwerk
(Gegenstück: Baustellenbeton)
Beton, der an dem Ort verarbeitet wird, wo er verbleibt
(Gegenteil: Betonfertigteile)
Beton, der noch verarbeitet
werden kann
erhärteter Beton
mit tragenden Stahleinlagen
(Bewehrung)
alte, nicht genormte
Bezeichnung für
wasserundurchlässigen Beton
wird mit hohem Druck auf
Felsen oder Stahleinlagen
(auch über Kopf) aufgespritzt;
ergibt eine spritzraue Oberfläche
(z.B. im Tunnelbau)
Vakuumbeton
Schleuderbeton
Pumpbeton
Fließbeton
Sichtbeton
für glatte Decken- oder
Bodenoberflächen durch
Vakuumabsaugung des
Anmachwassers und
anschließendes Glätten mit
Glättmaschine
Beton wird in Zentrifugen
unter Wasserabsonderung
an die Schalung geschleudert
und dadurch verdichtet
(z.B. Betonrohre).
wird in Schläuchen, Rohren oder
Schächten zur Einbaustelle
gepumpt.
sehr weicher, sich selbständig
ausbreitender Beton
Beton, mit hohen Anforderungen
an die Oberfläche
Beton nach Eigenschaften und Beton nach Zusammensetzung
Beton kann in zwei Arten bestellt werden:
Beim Beton nach Eigenschaften werden die geforderten Eigenschaften
(z. B. Angabe entsprechender Expositionsklassen) und zusätzliche Anforderungen vom Verwender gegenüber dem Hersteller festgelegt. Der Hersteller ist
dem Besteller für die Einhaltung der bestellten Eigenschaften verantwortlich.
Beim Beton nach Zusammensetzung wird dem Hersteller die Zusammensetzung der Ausgangsstoffe vorgegeben. Der Hersteller des Betons ist lediglich für die Lieferung eines Betons mit der festgelegten Zusammensetzung
verantwortlich.
Expositionsklassen
In den Expositionsklassen werden eine Reihe von chemischen und physikalischen Umgebungsbedingungen klassifiziert, denen ein Beton ausgesetzt
werden kann bzw. die auf Beton, Bewehrung oder metallische Einbauteile
einwirken können (außer Lastannahmen der Tragwerksplanung).
Eine Liste der Expositionsklassen nach DIN EN 206-1 ist nachfolgend wiedergegeben:
Klasse
Beschreibung
der Umgebung
Beispiele für die Zuordnung
von Expositionsklassen zu Bauteilen
min
fck
1. kein Korrosions- oder Angriffsrisiko
Für Bauteile ohne Bewehrung und ohne eingebettetes Metall in nicht betonangreifender Umgebung kann die Expositionsklasse X0 zugeordnet werden.
X0
Für Beton ohne Bewehrung oder eingebettetes Metall:
alle Umgebungsbedingungen, ausgenommen Frostangriff, Verschleiß oder chem.
Angriff
C8/10
Fundamente ohne Bewehrung und ohne
Frost;
Innenbauteile ohne Bewehrung
2. Bewehrungskorrosion, ausgelöst durch Karbonatisierung
Wenn Beton, der Bewehrung oder anderes eingebettetes Metall enthält, Luft und
Feuchte ausgesetzt ist, muss die Expositionsklasse wie folgt zugeordnet werden:
Die Feuchtebedingung bezieht sich auf den Zustand innerhalb der Betondeckung
der Bewehrung oder anderen eingebetteten Metalls; in vielen Fällen kann jedoch
angenommen werden, dass die Bedingungen in der Betondeckung den Umgebungsbedingungen entsprechen. In diesen Fällen darf die Klasseneinteilung nach
der Umgebungsbedingung als gleichwertig angenommen werden. Dies braucht
nicht der Fall zu sein, wenn sich zwischen dem Beton und seiner Umgebung eine
Sperrschicht (z. B. PE-Folie oder Beschichtung) befindet.
XC1
trocken oder ständig
nass
Bauteile in Innenräumen mit üblicher
Luftfeuchte (einschließlich Küche, Bad
und Waschküche in Wohngebäuden);
C16/20
Beton, der ständig in Wasser getaucht
ist
XC2 nass, selten trocken
Teile von Wasserbehältern; Gründungsbauteile
XC3 mäßige Feuchte
Bauteile, zu denen die Außenluft häufig C16/20
oder ständig Zugang hat, z. B. offene
Hallen, Innenräume mit hoher Luftfeuchtigkeit z. B. in gewerblichen Küchen,
Bädern, Wäschereien, in Feuchträumen
von Hallenbädern und in Viehställen
XC4
wechselnd nass und
trocken
Außenbauteile mit direkter Beregnung
C16/20
C25/30
3. Bewehrungskorrosion, verursacht durch Chloride, ausgenommen Meerwasser
Wenn Beton, der Bewehrung oder anderes eingebettetes Metall enthält, chloridhaltigem Wasser, einschließlich Taumittel, ausgenommen Meerwasser, ausgesetzt ist, muss die Expositionsklasse wie folgt zugeordnet werden:
XD1 mäßige Feuchte
Bauteile im Sprühnebelbereich von Ver- C30/37
kehrsflächen; Einzelgaragen
Solebäder:
XD2 nass, selten trocken
XD3
wechselnd nass und
trocken
C35/45
Bauteile, die chloridhaltigen Industrieabwässern ausgesetzt sind
Teile von Brücken mit häufiger Spritzwasserbeanspruchung;
C35/45
Fahrbahndecken;
Parkdecks
4. Bewehrungskorrosion, verursacht durch Chloride aus Meerwasser
Wenn Beton, der Bewehrung oder anderes eingebettetes Metall enthält,
Chloriden aus Meerwasser oder salzhaltiger Seeluft ausgesetzt ist, muss die
Expositionsklasse wie folgt zugeordnet werden:
salzhaltige Luft, aber
XS1 kein unmittelbarer Kontakt mit Meerwasser
Außenbauteile in Küstennähe
C30/37
XS2 unter Wasser
Bauteile in Hafenanlagen, die ständig
unter Wasser liegen
Tidebereiche, SpritzXS3 wasser- und Sprühnebelbereiche
Kaimauern in Hafenanlagen
C35/45
C35/45
5. Frostangriff mit und ohne Taumittel
Wenn durchfeuchteter Beton erheblichem Angriff durch Frost-Tau-Wechsel ausgesetzt ist, muss die Expositionsklasse wie folgt zugeordnet werden:
XF1
XF2
mäßige Wassersättigung, ohne Taumittel
mäßige Wassersättigung, mit Taumittel
hohe Wassersättigung,
XF3
ohne Taumittel
Außenbauteile
Bauteile im Sprühnebel- oder SpritzC35/45
wasserbereich von taumittelbehandelten
Verkehrsflächen, soweit nicht XF4;
Betonbauteile im Sprühnebelbereich von
Meerwasser
offene Wasserbehälter;
hohe Wassersättigung,
mit Taumittel
C35/45
Bauteile in der Wasserwechselzone von
Süßwasser
Verkehrsflächen, die mit Taumitteln behandelt werden;
XF4
C25/30
Überwiegend horizontale Bauteile im
Spritzwasserbereich von taumittelbehandelten Verkehrsflächen;
Räumerlaufbahnen von Kläranlagen;
Meerwasserbauteile in der Wasserwechselzone
C30/37
6. Betonkorrosion durch chemischen Angriff
Wenn Beton chemischem Angriff durch natürliche Böden, Grundwasser, Meerwasser nach DIN EN 206-1:2001-07, Tabelle 2, und Abwasser ausgesetzt ist,
muss die Expositionsklasse folgendermaßen zugeordnet werden:
Bei XA3 und unter Umgebungsbedingungen außerhalb der Grenzen von
DIN EN 206-1:2001-07, Tabelle 2, bei Anwesenheit anderer angreifender Chemikalien, chemisch verunreinigtem Boden oder Wasser, bei hoher Fließgeschwindigkeit von Wasser und Einwirkung von Chemikalien nach
DIN EN 206-1:2001-07, Tabelle 2, sind Anforderungen an den Beton oder
Schutzmaßnahmen in diesen Anwendungsregeln nach 5.3.2 vorgegeben.
chemisch schwach angreifende Umgebung
XA1 nach
DIN EN 206-1:2001-07,
Tab. 2
C25/30
Behälter von Kläranlagen;
Güllebehälter
chemisch mäßig angreifende Umgebung nach Betonbauteile, die mit Meerwasser in
XA2 DIN EN 206-1:2001-07, Berührung kommen;
Tab. 2 und Meeresbau- Bauteile in betonangreifenden Böden
werke
chemisch stark angreifende Umgebung nach
XA3
DIN EN 206-1:2001-07,
Tab. 2
C35/45
Industrieabwasseranlagen mit chemisch C35/45
angreifenden Abwässern;
Gärfuttersilos und Futtertische der
Landwirtschaft;
Kühltürme mit Rauchgasableitung
7. Betonkorrosion durch Verschleißbeanspruchung
Wenn Beton einer erheblichen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt ist,
muss die Expositionsklasse wie folgt zugeordnet werden:
mäßige VerschleißbeXM1
anspruchung
XM2
XM3
starke Verschleißbeanspruchung
sehr starke Verschleißbeanspruchung
tragende oder aussteifende Industriebö- C30/37
den mit Beanspruchung durch luftbereifte Fahrzeuge
tragende oder aussteifende Industriebö- C35/45
den mit Beanspruchung durch luft- oder
vollgummibereifte Gabelstapler
tragende oder aussteifende Industriebö- C35/45
den mit Beanspruchung durch elastomer- oder stahlrollenbereifte Gabelstapler;
Oberflächen, die häufig mit Kettenfahrzeugen befahren werden;
Wasserbauwerke in geschiebebelasteten Gewässern, z. B. Tosbecken
Zusammensetzung des Betons
Frischbeton wird heute fast ausschließlich in Betonwerken hergestellt und
zur Baustelle transportiert. Das Betonwerk ist somit für die Frischbetonqualität verantwortlich. Die Qualität des fertigen Betonbauteils kann aber während
der Verarbeitung des Frischbetons noch beeinflusst werden. Um hierbei Fehler zu vermeiden, wird nachfolgend erklärt, wie Frischbeton zusammengesetzt wird.
Zur Einhaltung einer bestimmten Betonqualität müssen dessen Bestandteile
Wasser, Zement und Gesteinskörnungen in ihren Anteilen aufeinander abgestimmt und berechnet werden. Eine Möglichkeit, die Anteile zu berechnen,
ist die Stoffraumrechnung.
Wasser
Der Wassergehalt ist so zu bemessen, dass
a) die Oberfläche aller Körner mit Zementleim umhüllt werden kann,
b) die Hydratation des Zements gewährleistet ist,
c) die Kapillarität des Zementsteins nur so groß ist, dass die geforderten
Eigenschaften erreicht werden,
d) die Konsistenz des Frischbetons für die vorgesehene Verarbeitung geeignet ist.
Unter Konsistenz versteht man die Plastizität des Betons bei der Verarbeitung. Sie ist von der Form des Bauteils und der Einbringmethode abhängig.
Man unterscheidet folgende 7 Konsistenzbereiche:
Konsistenzbereiche
Bedeutung
Klasse
Ausbreitmaß
sehr steif
C0
a [cm]
-
steif
C1
F1
C2
F2
C3
F3
F4
F5
F6
plastisch
weich
sehr weich
fließfähig
sehr fließfähig
Verdichungs- Verdichtungsart
maß
(Empfehlung)
v
≥ 1,46
stampfen, walzen
< 34
35 - 41
42 - 48
49 - 55
1,45 - 1,26
stampfen, rütteln
1,25 - 1,11
rütteln
1,10 - 1,04
56 - 62
≥ 63
-
rütteln,
stochern
rütteln,
stochern
stochern
entfällt
-
Für die meisten Bauteile für Ortbeton sind die mit Regelkonsistenz bezeichneten Klassen C3 / F3 am geeignetsten. Der Wasserbedarf richtet sich somit
nach der Zusammensetzung des Korngemisches und der gewünschten Konsistenz.
Zement
Der Zementbedarf ergibt sich aus der für die vorhandene Gesteinskörnung
errechneten Wassermenge, sowie dem für bestimmte Eigenschaften erforderlichen Wasserzementwert.
Zementgehalt in kg =
erf. Wassermenge in kg
Wasserzementwert
oder nach dem in der DIN EN 206-1 für bestimmte Anwendungen (Expositionsklassen) vorgegebenen Mindestmenge.
Gesteinskörnung (Zuschläge)
Die erforderliche Menge der Zuschläge errechnet sich aus der von 1 m³ noch
verbleibenden Restmenge, wenn das Volumen von Wasser, Zement und
Luftporen abgezogen wird.
Betonzusatzmittel
Zur Verbesserung bestimmter Betoneigenschaften können bei der Betonherstellung in geringen Mengen chemische Zusätze beigemischt werden.
Bezeichnung
Betonverflüssiger
Kurzzeichen
BV
Fließmittel
FM
Luftporenbildner
LP
Dichtungsmittel
DM
(Erstarrungs-)
Verzögerer
(Erstarrungs-)
Beschleuniger
Einpresshilfen
VZ
Stabilisierhilfe
ST
Chromatreduzierer
CR
Recyclinghilfen
RH
BE
EH
Wirkung
Verflüssigung
ohne Wasserzugabe
wie BV, jedoch mit
stärkerer Wirkung
(Zugabe auch auf der
Baustelle erlaubt)
durch Luftporeneinbau
Verbesserung der
Frost- und TausalzBeständigkeit
Hydrophobierung
der Oberfläche
längere Verarbeitbarkeit
schnelleres Abbinden
des Zements
für das Verpressen
von Spanngliedern
verhindert das
Entmischen bei weichen
Mischungen und unter
Wasser
zum Schutz vor
Allergien beim
Verarbeiten
bei Wiederverwendung
von Waschwasser
HERSTELLEN VON BAUTEILEN
Schalung
Die Formgebung eines Betonbauteils erfolgt durch die Schalung. Die Schalung des Betons muss so hergestellt werden, dass dieser, ohne sich zu entmischen, eingebracht und verdichtet werden kann sowie bis zu einer ausreichenden Erhärtung vor Erschütterungen geschützt wird. In der Schalung
müssen vor dem Einbringen des Betons alle für die Qualität des Bauteils
erforderlichen zusätzlichen Stoffe, wie Stahleinlagen, Wärmedämmung oder
Fugenbänder, sowie Aussparungen für Öffnungen und Schlitze eingebaut
und unverschieblich befestigt werden. Die Schalung besteht aus der Schalhaut und der Rüstung.
Die Schalhaut ist die dem Beton zugewandte Fläche der Schalung, an die
sich der Frischbeton anschmiegt und somit deren Struktur übernimmt. Die
Schalhaut bestimmt das Aussehen der Betonoberfläche. Bleibt diese Betonoberfläche sichtbar und somit ein gestaltendes Element, ist sie vom Architekten zu planen. Als Schalhaut werden in der Regel folgende Materialien verwendet:
Schalungsmaterial für unfertige Oberflächen
Schaltafeln aus Holz (50 x 150 cm)
besäumte Holzbretter (Breite ca. 8 bis 18 cm)
Stahlschalungen
Schalmaterial für Sichtbeton
glatte Oberflächen:
Stahlschalungen
Holzspanplatten
Holzfaserplatten
strukturierte Flächen:
besäumte Bretter
(sägerauh oder gehobelt)
Kunststofffolien, gemustert
Kunststoffhartschaum
(z.B. für künstlerisch
gestaltete Reliefe)
Sägerauhe Holzbretter ergeben eine schöne, gleichmäßige Oberfläche. Sie
können jedoch nur ca. 5mal eingesetzt werden, da die Oberfläche durch das
immer wieder erforderlich werdende Säubern zerstört wird. Es werden deshalb anstelle von Brettern häufig mit Holzstruktur oder auch anderen Strukturen versehene Folien verwendet. Eine gewisse Sterilität aufgrund der sich
wiederholenden Strukturen ist hierbei nicht auszuschließen.
Bei Holzschalungen ist darauf zu achten, dass die Bretter so dicht gestoßen
werden, dass durch die Fugen kein Zementleim austreten kann. Bei Verlust
von Feinteilen entstehen Betonnester. Holzschalungen müssen angenässt
werden, damit nicht erst beim Einbringen des Betons Quellspannungen entstehen, die zur Verformung der Schalung führen. Durch Einnageln von Dreiecksleisten an den Ecken wird das Abbrechen der ansonsten scharfen Betonkanten verhindert. Trennmittel erleichtern zwar das Ausschalen, sie müssen sich jedoch mit einer späteren Behandlung der Oberfläche oder auch mit
einer evtl. aufzubringenden Wärmedämmung vertragen.
Die Rüstung hat die Aufgabe, bis zur Einstellung einer ausreichenden Betonfestigkeit die Schalhaut vor Verschiebungen zu schützen. Die Rüstung ist
somit für die Standfestigkeit der Schalhaut zuständig und gegebenenfalls
vom Statiker zu berechnen.
Einbringen
Anlieferung auf die Baustelle
Transportbeton muss im Werk mit genauen Vereinbarungen über die Lieferung bestellt werden. Zu vereinbaren sind Tag und Uhrzeit des Betonierbeginns, die insgesamt zu liefernde Menge, die Menge, die stündlich verarbeitet werden kann, die genaue Bezeichnung des Betons und dessen Eigenschaften und Verarbeitung, z.B. Pumpbeton, Sichtbeton und jeweilige Eigenschaften (Expositionsklassen), sowie die genaue Anschrift der Baustelle und
die Zufahrtsverhältnisse.
Der Beton wird in der Regel im Transportbetonwerk gemischt. Nach Abschluss des Mischvorganges darf der Beton nicht mehr durch Zugabe
von Wasser verändert werden, erlaubt ist lediglich nach Angabe auf dem
Lieferschein eine Zugabe von Fließmittel. Der im Mischfahrzeug angelieferte
Beton soll spätestens 90 Minuten nach der Wasserzugabe eingebaut sein.
Witterungsverhältnisse oder Zusatzmittel können diese Verarbeitbarkeitszeit
beeinflussen.
Bei Eintreffen des Fahrzeuges wird dem für den Einbau des Betons Verantwortlichen ein Lieferschein übergeben, auf dem die Eigenschaften des gelieferten Betons, die Menge und das Lieferdatum mit Uhrzeit angegeben sind.
Bei der 1. Lieferung einer Betonsorte sind die in den Normen vorgeschriebenen Prüfungen über Zementgehalt, Wasserzementwert und Konsistenz des
Frischbetons vorzunehmen. Gegebenenfalls sind Probewürfel für die Feststellung der Druckfestigkeit herzustellen.
Fördern und Verdichten
Das Fördern des Betons vom Fahrzeug zur Einbaustelle erfolgt entweder mit
Hilfe des Krans in Transportgefäßen oder durch Pumpen. Auch auf Förderbändern kann Beton zur Einbaustelle transportiert werden. Das Pumpen des Betons
kann entweder in auf der Baustelle verlegten Leitungen oder mittels spezieller
Pumpfahrzeuge erfolgen, die mit eigenem Hebewerkzeug den Förderschlauch
zur Einbringstelle bewegen können.
An der Einbaustelle ist darauf zu achten, dass der Beton nach dem Austritt aus
dem Fördergefäß bzw. dem Förderschlauch sich nicht entmischt. In Wandschalungen oder Stützen und beim Betonieren unter Wasser muss der Beton mittels
Fallrohre eingebracht werden.
Nach dem Einbringen wird der Beton, je nach Art des Bauteils, mit Innen-, Schalungs-, oder FIächenrüttelgeräten verdichtet, um eine möglichst große Dichte,
eine satte Umhüllung des Bewehrungsstahls sowie eine geschlossene Oberfläche zu erreichen.
Ist das Bauteil größer, als bis zum Erstarrungsbeginn des Betons betoniert werden kann, sind Arbeitsfugen vorzusehen.
Nachbehandlung
Der frisch eingebrachte Beton ist vor extremen Umwelteinflüssen wie starker
Regen, starke Abkühlung etc. sowie vor einem Entzug des für die Hydratation
erforderlichen Anmachwassers durch Wind, Zugluft oder Sonneneinstrahlung zu
schützen. Dies erfolgt durch Abdecken oder durch Besprühen mit Wasser, ggf.
auch mit Nachbehandlungsmitteln.
Die Dauer dieser Nachbehandlung ist abhängig von der Witterung und der Festigkeitsentwicklung des Betons und erstreckt sich auf 1 bis 10 Tage. Durch unterlassene oder falsche Nachbehandlung können Festigkeitsminderungen, ein
Absanden der Oberflächen oder Risse im Beton entstehen. Andererseits kann
durch gewissenhafte Nachbehandlung ab dem Einbringen des Betons die Oberflächenqualität des Betons enorm und bei geringen Kosten verbessert werden.
Es empfiehlt sich deshalb, die Nachbehandlungsmaßnahmen in die Leistungsbeschreibung aufzunehmen.
Ausschalen des Betons
Die bei der statischen Berechnung des Bauteils angenommenen Lasten
kann der Beton erst nach 28 Tagen aufnehmen. Die Schalung kann aber je
nach Belastung des Bauteils und nach Umgebungstemperatur seit dem Einbringen des Betons schon früher beseitigt werden. Der Termin des Ausschalens ist vom verantwortlichen Bauleiter festzulegen und erfolgt bei normalen
Bedingungen innerhalb der nachstehend angegebenen Fristen.
Ausschalfristen für Beton in Tagen
Bauteil
(25)
4
Zementfestigkeitsklasse
32,5 R
42,5 R
32,5 N
42,5 N
52,5
3
2
1
seitliche Balkenschalung
Wand- u. Stützenschalung
Deckenplattenschalung 1)
10
8
5
Rüstung (Stützung)1) von
28
20
10
Balken, Rahmen und
weitgespannten Platten
1)
Nach dem Ausschalen sind Hilfsstützen anzuordnen
3
6
Bewehrung
Bei der Bemessung des Betons geht man davon aus, dass dieser keine
Zugkräfte aufnehmen kann. Die Aufnahme von Zugkräften wird ausschließlich den Stahleinlagen zugeordnet. Stahleinlagen werden aber auch für die
Erhöhung der Druckfestigkeit (Druckbewehrung) sowie zur Verteilung von bei
dem unvermeidlichen Schwinden des Betons entstehenden Rissen (Rissebewehrung) verwendet.
Die für die Aufnahme der Kräfte erforderliche Stahlmenge wird vom Statiker
berechnet. Die Mengen der erforderlichen Stahleinlagen können zwar weitgehend an die von der Planung vorgegebenen Abmessungen angepasst
werden, doch sind nach oben konstruktiv bedingte Grenzen gesetzt.
Die Mindestabmessungen eines Bauteils werden durch die für die Aufnahme
der Kräfte erforderliche Stahlmenge, die für den Schutz des Stahls erforderliche Überdeckung und den aus dem Einbringen des Betons und dessen
Verdichtung gestellten Anforderungen bestimmt.
Zur Verwendung kommen genormte Betonstähle, die entweder als Betonstabstähle (BSt 420 S und BSt 500 S) oder insbesondere bei plattenartigen
Betonbauteilen in Form von Betonstahlmatten (BSt 500 M) eingebaut werden. (Siehe Metalle – Stahlarten).
Eigenschaften
Festigkeit
Die Festigkeit des Betons ist von der Festigkeit der Zuschläge und der Festigkeit des Zementsteins abhängig. Die Festigkeit des Zementsteins ist von
der Zementfestigkeit, dem W/Z-Wert und von dem Hydratationsgrad des
Zements abhängig. Die Hydratation schreitet so lange fort, bis sich der gesamte Zementklinker in Zementstein umgewandelt hat.
Während die charakteristische Festigkeit des Betons nach 28 Tagen erreicht
sein muss, kann sich dessen gesamte Festigkeit nach einem Jahr (in Abhängigkeit der das Bauteil umgebenden Feuchte) noch erheblich steigern.
Verformung von Betonbauteilen
Aufgrund der physikalischen und chemischen Struktur des Zementsteins
kann sich dieser durch fortschreitende Hydratation sowie durch Belastung in
seinem Volumen und seiner Form verändern. Man unterscheidet folgende
Formänderungen:
Kriechen – Schwinden – Wärmedehnung
Kriechen
Nach dem Ausschalen eines Betonbauteils werden alle Kräfte auf den noch
nicht voll hydratisierten Zementstein übertragen.
Entsprechend dem Kräfteangriff kann dieser dadurch zusammengeschoben
oder auseinandergezogen werden. Durch Druck werden Teile des im Zement noch enthaltenen Wassers ausgepresst. Gleichzeitig findet bei diesem
frühen Stadium der Verfestigung noch eine Vergrößerung der nadelförmigen
Zementstrukturen statt, wodurch es mit der damit verbundenen Verfilzung zu
einer immer größeren Unbeweglichkeit der Zementteilchen und somit zu einer bleibenden Verformung kommt.
Solche durch das Kriechen entstehenden Verformungen sind am größten
nach dem Ausschalen des Betonbauteils, können sich aber, immer langsamer werdend, bis zu 5 Jahren oder mehr hinziehen. Die Verformungen erreichen dabei Werte von 0,1 bis 1 mm/m. Die Verformung ist umso größer, je
größer die Belastung, je größer der Anteil des Zementsteins im Beton, je
größer der Wasserzementwert, je größer die Oberfläche des Betonbauteils
und je geringer die das Bauteil umgebende Luftfeuchtigkeit ist.
Kriechvorgänge müssen vom Statiker lediglich bei Spannbetonbauteilen berücksichtigt werden. Bei schlaff bewehrten Bauteilen sind sie zwar ohne Bedeutung für die Tragfähigkeit des Bauteils, führen aber zu Schäden, wenn
z.B. Mauerscheiben auf weit gespannten Trägern zu früh verputzt werden.
Schwinden
Durch Verdunsten des nicht für die Hydratation, aber für die Herstellung des
Betons erforderlichen Anmachwassers aus den Zwischenräumen der hydrierenden Zementteilchen entsteht eine Volumenverkleinerung des Zementleims und somit des gesamten Betons.
Diese findet verstärkt im frischen Beton statt, wo sie als Schrumpfen bezeichnet wird und bis zu 6 mm/m betragen kann. Die Volumenverkleinerung
des Zementsteins im erhärteten Beton wird als Schwinden bezeichnet und
kann, je nach Form und das Bauteil umgebender Luftfeuchtigkeit, bei dünnen Bauteilen bis 2, bei massigen Bauteilen sogar bis 30 Jahre anhalten.
Das in dieser Zeit stattfindende Gesamtschwindmaß kann nach
DIN EN 206 berechnet werden und bis zu ca. 0,8 mm/m betragen.
Neben der Form des Bauteils sind für die Größe des Schwindmaßes, wie
auch bei den Vorgängen des Schrumpfens, wiederum die Zementleimmenge
und der Wasserzementwert maßgebend. Der Wasserzementwert ist um so
größer, je geringer die Druckfestigkeit des Betons ist, so dass Betonbauteile
mit niedriger Druckfestigkeit mehr schwinden als solche mit großer Druckfestigkeit.
Durch Aufnahme von Feuchtigkeit findet im Zementstein zwar wieder eine
Volumenvergrößerung statt, die aber immer wesentlich kleiner ist als das
Schwinden bei der Austrocknung nach der Herstellung.
Wärmedehnung
Die Wärmedehnung des Betons pro Meter beträgt 0,01 mm/K. Sie ist damit
doppelt so groß wie die von Mauerwerk mit αt = 0,05 mm/K.
Die Wärmedehnzahl von Beton ist in etwa genauso groß wie die von Stahl,
weshalb der Verbund dieser beiden Stoffe zu Stahlbeton möglich ist.
Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit von Normalbeton beträgt λ = 2,1 W/(m.K) nach
DIN 4108. Die Wärmeleitzahl für Leichthochlochziegel wird in der DIN 4108
mit λ = 0,3 W/(m.K) angegeben. Andere Wandbausteine haben ähnliche und
auch noch kleinere Wärmeleitzahlen. Die Wärmeleitzahl von Normalbeton ist
somit ca. 4,5 bis 7 mal größer als bei üblichen Wandbausteinen. Er ist deshalb nicht ohne zusätzliche Dämmmaßnahmen für Außenwände und Dächer
von beheizten Gebäuden geeignet.
Wärmespeicherfähigkeit
Normalbeton hat aufgrund seiner im Verhältnis zu anderen Wandbaustoffen
hohen Rohdichte von ca. 2,4 kg/dm³ eine gute Wärmespeicherfähigkeit. Bei
Außenwänden aus Beton wird diese jedoch nur dann wirksam, wenn die
Wärmedämmung auf der Außenseite, evtl. als transluzente Wärmedämmung aufgebracht ist. Bei Sichtbetonwänden mit innenliegender Wärmedämmung ergibt sich keine Wärmespeicherung, dies ist für schnell aufzuheizende Räume vorteilhaft.
HINWEISE FÜR DIE PLANUNG
Übliche Festigkeitsklassen
Die Betonfestigkeitsklassen C 8/10 und C 12/15 (früher B 5 bis B 15) sind
lediglich für Sauberkeitsschichten und für den Bodenaustausch geeignet.
Beton C 16/20 (B 15) kann zwar mit Stahleinlagen verwendet werden, wird
aber in der Praxis meist nur für unbewehrte Streifenfundamente eingesetzt.
Für alle Bauteile mit Stahleinlagen, die normalen Beanspruchungen ausgesetzt sind, wird C 20/25 oder C 25/30 (B 25) verwendet.
Höhere Festigkeitsklassen werden nur bei besonderen Beanspruchungen
und im Fertigteilbau eingesetzt.
Schalung
Da die Oberfläche des Betons von der Schalhaut geprägt wird, ist dieser bereits bei der Planung besondere Aufmerksamkeit zu widmen. In der Ausschreibung ist festzulegen, ob an einem Betonbauteil Sichtbetonflächen zu
erstellen sind, und wenn ja, in welcher Art und welcher Schalung. Bei besonders hohen Ansprüchen an die Sichtbetonfläche soll auch auf die Art der
Abstandhalter und die Spannankerköpfe eingegangen werden.
Bewehrungspläne
Für den Einbau der Stahleinlagen werden vom Statiker Bewehrungspläne
erstellt. Hierzu werden verbindliche Werkpläne benötigt, in dem alle das Betonbauteil formenden Bestandteile, wie Aussparungen, Schlitze, eingelegte
Installationsleitungen, Steckdosen und Schalterdosen, Lichtauslässe, aber
auch abgeschrägte Ecken, Vor- oder Rücksprünge etc. detailliert und vermaßt angegeben sind. Veränderungen in den Bewehrungsplänen sind, wenn
überhaupt, nur mit großem Aufwand möglich, die vom Verursacher zu vertreten sind.
Bewegungen, Formänderungen
Kriechen, Schwinden und Temperaturdehnungen sind unabänderbare Eigenschaften des Betons und deshalb bei der Planung durch den Einbau von
Fugen und bei der Bauausführung durch entsprechende Ausschalfristen und
Wartezeiten zwischen Rohbau und Putzarbeiten zu berücksichtigen.
Die Fugenabstände sollten folgende Werte nicht überschreiten:
Dachdecken (Warmdach) 4 - 6 m
Dachdecken (Kaltdach) 10 - 15 m
Geschoßdecken
20 - 30 m
Wände bis 30 cm dick
10 - 20 m
unbewehrter Beton max.
10 m
(Angaben nach Wischers und Dahms u.a., Zementtaschenbuch 1984)
Zur Verhinderung von übermäßigen Temperaturdehnungen sollten große
Betonbauteile, insbesondere Dächer, auch von unbeheizten Gebäuden wie
Garagen, mit einer Wärmedämmung versehen werden.
Bei Beton ist in etwa mit einer doppelt so großen Temperaturausdehnung zu
rechnen wie bei Ziegelmauerwerk, so dass ein fester Verbund zwischen beiden Materialien zu vermeiden ist.