Beton

Metalle allgemein

Zementbeton ist ein Verbundwerkstoff. Gesteinskörner werden mit Zementleim (Wasser und Zement) miteinander verklebt. Er erhärtet an der Luft ebenso wie unter Wasser zu „Zementstein“ und verkittet die Gesteinskörner fest und dauerhaft miteinander. Der vorwiegend für Baukonstruktionen verwendete Zementbeton mit Gesteinskörnungen aus natürlichen Gesteinen und einer Dichte (Gewicht) zwischen 2000 und 2800 kg/m³ (2400 kg/m³) wird als Normalbeton (lt. ÖNORM B 4710-1) bezeichnet.

Leichtbeton < 2000kg/m³

Schwerbeton > 2800 kg/m³

Beton besteht aus:

Zuschlag
Zement
Wasser
Zusatzmittel

Zuschläge

Zuschläge sind Füllstoffe für Mörtel und Beton. Sie bilden das tragende Gerüst. Der natürliche Gesteinszuschlag muss die notwendige Druckfestigkeit aufweisen und soll frei von Verunreinigungen sein. Der Zuschlag hat mengenmäßig den größten Anteil am Beton (ca. 2000 kg/m³). Es ist wichtig, dass der Zuschlag gemischtkörnig ist, da dass die Zwischenräume zwischen größeren Körnern durch kleinere Zuschlagkörner ausgefüllt werden. (Sieblinien)

Das Größtkorn des Betonzuschlages richtet sich nach der Bauteildicke und des Abstands der eingelegten Bewehrung. Betonzuschlag mit Größtkorn 22 mm ist die Regel.

Bild: Siebline

https://bit.ly/3FcOQQX

Zement

Die Druckfestigkeit des Zementleimes ist vom Zement und vom Verhältnis Wasser/Zement (W/B-Wert) abhängig.

Das hydraulische Bindemittel Zement bewirkt durch Reaktion mit Wasser ein Erhärten des Betons auch unter Wasser mit höchster Beständigkeit und Wasserunlöslichkeit.

Wasser

Zur Herstellung des Normalbetons eignet sich jedes Trinkwasser. Aber auch anderes Wasser aus der Natur ist geeignet, sofern es keine Bestandteile enthält, welche das Erhärten oder andere Eigenschaften des Betons nachteilig beeinflusst.

Für die Qualität des Betons ist die Qualität des aus dem Zementleim entstandenen Zementsteins entscheidend.

Wasser/Bindemittelwert:

Da das Gewichtsverhältnis von Wasser zu Zement so entscheidend für die Güte eines Betons ist, hat man dafür auch einen eigenen Namen geschaffen, den Wasser /Bindemittel-Wert oder W/B Wert, der angibt, wie viel kg oder Liter Wasser auf 1 kg Zement (Bindemittel) fallen. Übliche Baustellenbetone haben einen W/B-Wert von 0,50 – 0,70.

Beim Mischen mit der Mischmaschine: 12 Liter Wasser und 1 Sack (25 kg) Zement ergibt einen W/B-Wert von ca. 0,5, der Wassergehalt des Zuschlags ist zu berücksichtigen.

Je niedriger der W/B-Wert, desto höher ist die Festigkeit und Beständigkeit des Betons.

Bild: Glas

https://bit.ly/2PkftLK

Abbildung: Zusammenhang Rohstoffe, Werkstoffe, Hilfsstoffe

Zusatzmittel

Betonzusatzmittel sind Stoffe, die die Betoneigenschaften günstig beeinflussen.

Wichtige Zusatzmittel:

Betonverflüssiger (bessere Verarbeitbarkeit bei niedrigem W/B-Wert)
Fließmittel (zur Herstellung von Fließbeton)
Luftporenbildner(zur Erreichung der Frost-Tausalzbeständigkeit des Betons)
Frostschutzmittel (beschleunigt die Festigkeitsentwicklung des jungen Betons)
Erstarrungsverzögerer (der Erstarrungszeitpunkt wird hinausgezögert)

Zur Güte des Betons zählen folgende Eigenschaften:

Druckfestigkeit,
Beständigkeit gegen Frost,
Korrosionsbeständigkeit, Wasserundurchlässigkeit,
Beständigkeit gegen chemische Angriffe,
Verschleißbeanspruchung,
Konsistenz, Verarbeitbarkeit,
Eignung für Sichtbeton, für Unterwassereinbau, für Pumpförderung uvm.

Druckfestigkeit: Die Druckfestigkeit des Betons wird mittels Probewürfel mit 15 cm Kantenlänge geprüft.

Die Beständigkeit gegen Frost: wird mit der Expositionsklasse XF angegeben

Frostangriff ohne Taumittel

Korrosionsbeständigkeit: Die Stahleinlagen beim Stahlbeton soll vor Korrosion (Rost) geschützt werden. Rostender Stahl erfährt eine Volumsvergrößerung und sprengt somit den Beton ab. Es gilt dies zu verhindern

Eignung für Sichtbeton (SA-Sichtbeton außen, SI-Sichtbeton innen)

Als Sichtbeton bezeichnet man Beton, der sichtbar bleibt und dessen Oberfläche ein vorausbestimmtes Aussehen hat. Die Anforderungen sind in der ÖNORM B2211 festgelegt. Bei Sichtbeton ist besonders große Sorgfalt geboten.

Die Güte des Betons ist jedoch abhängig von:

den Ausgangsstoffen (Zement, Zuschlag und Wasser),
der richtigen Betonzusammensetzung für den jeweiligen Zweck,
einbauen und verdichten des Betons,
der Nachbehandlung und Schutzes des jungen Betons vor Witterung.

1. Ausgangsstoffe (siehe oben)

2. Betonzusammensetzung

Je nach Einsatz des Betons ist ein bestimmter W/B-Wert wichtig.

Der geeignete Zuschlag für den zu errichtenden Bauteil. Massige Bauteile grober Zuschlag, dünner Bauteil mit engmaschiger Bewehrung feiner Zuschlag, usw.

3. Einbauen und verdichten des Betons

Der in die Schalung eingebrachte Beton muss verdichtet werden, weil er Lufteinschlüsse enthält, die im erhärteten Beton große Poren bilden und die Festigkeit und Beständigkeit herabsetzen würden.

Ob steifer oder weicher Beton benötigt wird, ergibt sich aus der Form und Größe des Bauteiles und den Verdichtungsmöglichkeiten (Stampfen, Rütteln, Stochern). Steifer Beton enthält mehr Luft und ist schwerer zu verdichten als weicher Beton.

Auf Kleinbaustellen gibt es kaum leistungsfähige Rüttler, eine praktisch vollständige Verdichtung des Betons ist jedoch Voraussetzung für einen guten Beton. Darum wird Beton so weich gemacht.

4. Nachbehandlung

Der verdichtete frische Beton muss unbedingt vor zu raschem Austrocknen geschützt werden!

Der Schutz gegen Austrocknung muss mindestens 3 Tage wirksam sein. Allgemein gilt: je länger, desto besser.

Gegen vorzeitiges Austrocknen schützt das Besprühen der Oberfläche mit Wasser.

Das Abdecken des frischen Betons mit Folien oder Planen verhindert auch das Auswaschen des Zements an der Oberfläche bei Regen.

Auch die Schalung schützt den Beton.

Eine weitere Möglichkeit den Beton zu schützen besteht durch das Aufsprühen von Lösungen oder Emulsionen.

Bei Betonierarbeiten unter + 5 °C ist höchste Vorsicht geboten! Bei niedrigen Temperaturen verläuft die Umbildung vom Zementleim zu Zementstein langsam und kommt bei + 0 °C zum Stillstand.

Der Frischbeton darf nicht auf gefrorenem Untergrund oder Beton aufgebracht werden. Es soll unbedingt ein CEM 42,5 verwendet werden. Dadurch erhärtet der Beton anfänglich rascher und der junge Beton erleidet bei einmaligem Durchfrieren keinen Schaden. Bei tiefen Temperaturen muss der Frischbeton beim Einbringen in die Schalung eine bestimmte Einbautemperatur aufweisen. Bei einer Lufttemperatur von -3 °C muss der Frischbeton eine Temperatur zwischen +10 °C und + 25 °C haben.

Ausschalfristen:

Bei Verwendung von CEM 32,5 dürfen frühestens entfernt werden:

Seitliche Schalung nach 2 Tagen

Tragende Schalung (Decke) nach 3 Wochen

Diese Fristen gelten für Durchschnittstemperaturen über 12 °C.

Da die Erhärtung bei tiefen Temperaturen wesentlich langsamer abläuft, muss der Beton länger in der Schalung bleiben.

Wichtige Betongüten:

Bewehrtes Streifenfundament ohne Frost: C16/20 XC1/GK22/F45

Plattenfundament ohne Frost, wasserundurchlässig: C25/30 /B1/GK22/F45

Kellerwände wasserundurchlässig: wie oben C25/30 /B1/GK22/F45

Massivdecken: C20/25/ XC1/GK22/F45

Zementestrich: E225/GK8/K1 oder C16/20 XC1/GK8 C1

Gartenmauer Straßennahbereich: C25/30/B5/GK16/F45

Betonkurzbezeichnung gemäß ÖNORM B 4710-1

Richtig Betonieren:

Vorbereiten des Betonierens:

Das Vorbereiten zum Betonieren umfasst alle Tätigkeiten und Planungen, die ein reibungsloses und erfolgreiches Ausführen der Betonarbeiten ermöglichen. Dazu gehören je nach Kompliziertheit der Bauteile oder der Bedingungen an der Baustelle:

Bedarf an Gerüsten, Schalungen, Einbauteilen festlegen
Betonsorten auswählen, dazu Angeboteeinholen, Betonhersteller festlegen
Betonierkonzept oder Betonierplan erarbeiten
Checklisten und Formblätter bereithalten, z. B. zur Prüfung des Betons
Prüfungen auf der Baustelle festlegen

Vor dem Betonieren muss die Schalung passgerecht aufgebaut sein. Die Auswahl der Schalungsart hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab, zum Beispiel von der beim Betonieren zu erwartenden Betoniergeschwindigkeit und der Konsistenz des zu verwendenden Betons, dem notwendigen Baufortschritt und der herzustellenden Art der Oberfläche. Besonders bei Sichtbeton muss die Schalung gründlich gesäubert werden, bevor der Beton eingebracht wird.

Die Schalung muss so widerstandsfähig sein, dass sie den Druck des Frischbetons ohne sichtbare Verbiegungen oder Verformungen aufnehmen kann.

Die Schalung ist möglichst kurz vor dem Betonieren von Verunreinigungen aller Art zu befreien. Steht die Schalung längere Zeit vor dem Betonieren, ist besonders darauf zu achten, dass die mit Trennmittel behandelten Flächen nicht verschmutzen und dass die Bodenflächen gründlich gereinigt werden.

Bei der Wahl der Betonsorten auf Frisch- und Festbetondaten achten. Festigkeitsentwicklung des Betons an die Notwendigkeiten und Witterungsverhältnisse anpassen.

Einbringen des Betons:

Die Bestellmengen müssen auf die Fördermöglichkeiten abgestimmt sein:

Einbaumenge beim Pumpen: ca. 40 m³/h bis 50 m³/h oder mehr
Einbaumenge bei Kübeleinbau: ca. 12 m³/h bis 15 m³/h, je nach Kübelgröße und Spielzeit (für die Entfernung zwischen Fahrmischer und Einbaustelle und zurück)

Bei kleineren Bauvorhaben ist der Einbau mit Kübeln wirtschaftlich. Große Betonmengen sind mit Pumpen zielsicher einzubauen.

Beim Einbringen darf der Beton nicht entmischen, deshalb bei Einbauhöhen über 1,5m Fallrohre oder Schläuche verwenden, die den Beton erst kurz über der Einbaustelle auslassen. Dadurch wird auch die Bewehrung nicht mit Beton benetzt, der ansonsten bei längeren oder geteilten Betonierabschnitten an der Bewehrung erhärtet und später die Haftung reduziert. Unter Aussparungen oder Einbauteilen auf vollständiges Füllen und Verdichten achten. Von einer Seite aus füllen, bis der Beton auf der anderen Seite direkt unter der Schalung oder dem Einbauteil hervorquillt.

Erst wenn diese im unteren Wandbereich eingebracht wurden, soll der restliche Beton eingebaut und verdichtet werden. Den Beton nicht erst mit der Rüttelflasche, sondern beim Einbringen gleichmäßig verteilen, um Entmischungen zu vermeiden.

Auf den Arbeitsschutz achten: Sichere Gerüste und Arbeitsbühnen sind Voraussetzung für unfallfreies Betonieren. Persönliche Schutzausrüstung, wie Helm, Brille, Schuhe, Warnweste tragen.

Verdichten des Betons

Beim Verdichten soll die beim Einfüllen noch vorhandene Luft aus dem Beton entweichen. Verdichtet werden kann entweder durch Stochern, Stampfen oder Rütteln – je nach Konsistenz des Betons. Selbstverdichtender Beton (SVB) wird während des Einbaus nicht verdichtet.

Durch Stochern werden nur weiche oder fließfähige Betone verdichtet – derart, bis die eingeschlossene Luft entwichen ist. Steife Betone können mit Stampfgeräten verdichtet werden, wobei dafür die einzelnen Betonierlagen nicht höher als 15 cm sein sollen. Innenrüttler sind für alle Konsistenzklassen geeignet, jedoch muss bei Betonen mit Mikroluftporengehalt darauf geachtet werden, dass nicht zu stark verdichtet wird, um die Luftporen nicht auszutreiben.

Das Verdichten muss maßvoll und mit Erfahrung ausgeführt werden. Wird der Verdichtungsvorgang zu früh beendet, werden die Hohlräume nicht vollständig verfüllt und es entstehen Kiesnester und Lunker (Lufteinschlüsse an der Betonoberfläche). Wird zu lange gerüttelt, entmischt der Beton und die vorgesehenen Eigenschaften werden nicht erreicht.

Einzubringende Rüttelenergie immer an die Konsistenz des Betons anpassen: Weiche Betone nicht zu stark verdichten, um Entmischung zu vermeiden. Die Wahl des Rüttlers mit der richtigen Frequenz und dem richtigen Durchmesser ist für das vollständige Verdichten wichtig. Der Durchmesser des Rüttlers muss ggf. auch unter Beachtung des Abstandes der Bewehrung gewählt werden, damit die Stäbe und Matten möglichst beim Verdichten nicht intensiv berührt werden. Andernfalls kann die Haftung der Bewehrung im Beton gestört werden.
Nicht den Beton mit der Rüttelflasche treiben, um ihn zu verteilen. Der Beton muss vor dem Rütteln verteilt sein.

Bei Wänden oder massigen Bauteilen Einbauhöhen des Frischbetons nicht höher als etwa 50 cm wählen, verdichten, und dann die nächste Lage einbringen. Betonierlagen gleichmäßig hoch einbringen, da sonst nach dem Entschalen ungleichmäßig gefärbte Flächen entstehen können. Beim Betonieren mehrerer Lagen darauf achten, dass die zuletzt eingebaute Lage noch nicht erstarrt ist. Rüttelflaschen schnell bis in die darunter befindliche Betonierlage eintauchen und langsam herausziehen, um optimale Verdichtungswirkung zu erreichen.

Stark bewehrte Bauteile nach einer Ruhezeit nachverdichten, damit eventuell vorhandene Hohlräume/Fehlstellen geschlossen werden.

Nachbehandlung von Beton

Zur Nachbehandlung zählen alle Maßnahmen, die ein zu schnelles Verdunsten des Wassers im Frischbeton und im erhärtenden Beton verhindern sollen. Dieses Wasser wird benötigt, um die Festigkeitsbildung zu ermöglichen. Meist wird der Beton dort, wo das Wasser verdunstet – an der Oberfläche – am stärksten belastet, so dass die Nachbehandlung ein wichtiger Arbeitsschritt in der Bauphase ist. Grundsätzlich gilt: So früh wie möglich und so lange wie möglich nachbehandeln. Durch das Nachbehandeln wird auch dem Frühschwinden und damit den frühzeitigen Rissbildungen entgegengewirkt.

Wenn in den ersten Tagen nach dem Betonieren durchgehend feuchtes Wetter mit relativen Luftfeuchtigkeit über 85 % vorliegt, zählt dies auch als Nachbehandlungsmaßnahme. Zusätzliche Maßnahmen sind dann nicht zwingend erforderlich.

Zusätzlich zur Nachbehandlung ist der Schutz des eingebauten Betons vor Temperatureinwirkungen zu beachten.
Beispiele für Nachbehandlungsmaßnahmen sind z. B.:

Ausreichend langes Belassen in der Schalung
Abdecken der Betonoberfläche mit dampfdichten Folien, die jedoch keinen Luftzug zwischen Beton und Folie erlauben.
Auflegen von wasserspeichernden Abdeckungen unter ständigem Feuchthalten als Verdunstungsschutz
Aufrechterhalten eines sichtbaren Wasserfilms auf der Betonoberfläche (z. B. durch Besprühen, Fluten) über die gesamte Zeit der Nachbehandlung
Anwendung von flüssigen Nachbehandlungsmitteln mit nachgewiesener Eignung.

Die erforderliche Dauer der Nachbehandlung hängt von der Festigkeitsentwicklung des Betons (schnell, mittel, langsam) und von den Witterungseinflüssen, aber auch von der späteren Nutzung ab

Bei Temperaturen (Luft oder Betonoberfläche) unter 5 °C muss die Nachbehandlung um dieselbe Zeit verlängert werden.

Bei hohen Temperaturen

Das Betonieren bei hohen Temperaturen führt zu einem schnelleren Ansteifen und zur Verkürzung der Verarbeitungszeit. Einbau, Verdichten, Oberflächenbearbeitung müssen zügig durchgeführt werden. Neben der hohen Temperatur erfordert vor allem eine geringe relative Luftfeuchtigkeit (unter 50 %), die das Anmachwasser – besonders bei zusätzlichem Wind – schnell austrocknen lässt, besondere Maßnahmen. Dadurch wird nicht nur der Einbau erschwert, sondern auch der junge Beton einer schnellen Verdunstung ausgesetzt, was zu Rissen oder der Schwächung der Betonrandzone (Verbrennen) führen kann. Mit steigender Frischbetontemperatur steigt auch der Wasseranspruch des Betons und somit bei gleicher Verarbeitbarkeit der W/B-Wert. Kommt der Beton zu steif für die Verarbeitung auf der Baustelle an, nicht mit Wasser, sondern mit Fließmitteln die Konsistenz einstellen und zügig einbauen.

Saugende Oberflächen, auf die betoniert werden soll, auch Schalungen, vornässen, aber Pfützenbildung vermeiden. Darauf achten, dass sich die Förder- und Einbaugeräte nicht mit Beton zusetzen (verstopfen). Nicht saugende Schalung wählen. Bei der Bestellung des Betons mit dem Betonhersteller vereinbaren, wie der Beton so kühl wie möglich auf die Baustelle geliefert werden kann. Im Transportbetonwerk können folgende Maßnahmen unternommen werden: Kühlen der Ausgangsstoffe oder des Frischbetons durch verschiedene Methoden (höhere Kosten beachten)

Kühlen der Fahrzeugtrommeln durch Besprühen mit Wasser
Begrenzen des Wassergehalts durch Wahl nichtsaugender Gesteinskörnung
Verwendung von Zusatzmitteln zur Senkung des Wassergehalts.

Auf der Baustelle müssen verschiedene Maßnahmen zum sachgerechten Betoneinbau getroffen werden. Die Lufttemperatur und die Betontemperatur sind zu messen, um ggf. Weiteres einleiten zu können. Für die Lieferung sind lange Anfahrzeiten zu vermeiden, der Beton muss außerdem auf der Baustelle unverzüglich eingebaut werden.
Der Beton ist vor Verdunstung zu schützen, z. B. durch Aufbauen eines Nebelschleiers über der betonierten Fläche. Alternativ ist der Beton durch Wärmedämm-Matten oder -Platten vor zu großen Temperaturunterschieden zu schützen (Tag/Nacht). Beim Aufbau von Zeltplanen darauf achten, dass kein Durchzug entsteht.
Alle genannten Maßnahmen können kombiniert werden, sie müssen vor dem Betonieren geplant und entsprechend vorbereitet werden.