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Beton

härtendes Gemisch aus Zement, Gesteinskörnung und Zugabewasser
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Beton ([beˈtɔŋ], österr. [beˈtoːn], schweiz. [ˈbetɔ̃]) ist ein künstliches Gestein aus Zement, Betonzuschlag (Gesteinskörnung) (Sand und Kies oder Splitt) und Wasser. Er kann außerdem Betonzusatzstoffe und Betonzusatzmittel enthalten.

Datei:StKarli Luzern small.jpg
St. Karl in Luzern, 1. Betonkirche der Schweiz
Arbeiter betonieren einen Boden

Der Zement dient als Bindemittel, um die anderen Bestandteile zusammenzuhalten. Die Festigkeit des Betons entsteht durch Auskristallisierung der Klinkerbestandteile des Zements, wodurch sich kleinste Kristallnadeln bilden, die sich fest ineinander verzahnen. Das Kristallwachstum hält über Monate an, sodass die endgültige Festigkeit erst lange nach dem Betonguss erreicht wird.

Beton kann zwar hohen Druck aushalten (40 MN/m² und mehr), versagt aber schon bei niedrigen Zugbeanspruchungen (4 MN/m² und weniger). Beton wird daher im Hochbau und im Tiefbau häufig in Zusammenhang mit Betonstahl als Stahlbeton verwendet. Bei diesem Verbundbaustoff übernimmt der Beton entsprechend seinem Materialverhalten die Druckkräfte und der vom Beton umhüllte Stahl die Zugkräfte.

Das künstliche Gestein Beton hat zwei besondere zeitabhängige Eigenschaften. Erstens erfährt es durch die Austrocknung eine Volumenabnahme bzw. Verkürzung, was als Schwinden bezeichnet wird. Zweitens verformt es sich unter gleichbleibender Last, das sogenannte Kriechen. Der größte Teil des Wassers wird jedoch als Kristallwasser gebunden. Beton trocknet also nicht, vielmehr bindet er ab - selbst unter Wasser härtet Beton aus (Unterwasserbeton).

Unterscheidungsmerkmale

Beton lässt sich unterscheiden nach

Die Betoneigenschaften sind abhängig von der

  • Zusammensetzung (Zementgehalt, Menge Anmachwasser, Wasserzementwert, Kornabstufung, Qualität der Zuschlagstoffe, Mehlkorngehalt)
  • Verarbeitung (Verdichtung, Nachbehandlung)

Der Name Beton kommt aus dem französischen und leitet sich vom lateinischen Bitumen (schlammiger Sand, Erdharz, Bergteer, Kitt) ab. Die Wortschöpfung geht auf Bernard de Bélidor zurück, der das Wort Beton erstmalig 1753 in seinem Standardwerk "Architecture hydraulique" als Synonym für ein Mörtelgemisch benutzte.

Geschichte

 
Kuppel des Pantheon von innen

Die Kenntnisse und das Wissen um die frühgeschichtlichen Bindemittel, einer Mischung aus Kalk, Ziegelmehl oder Puzzolanerde, reicht sehr weit zurück. So benutzten Handwerker im Osten der heutigen Türkei schon vor 14.000 Jahren – in Europa herrschte noch die Eiszeit – Mörtel (lateinisch mortarium) als Bindemittel, um Ziegelsteine zu mauern. Der Mörtel bestand aus gebranntem Kalk. Die Phönizier vermischten den Mörtel vor 3.000 Jahren mit vulkanischem Gestein. Sie schufen damit ein Material, das sogar unter Wasser aushärtete. Über die Griechen gelangten diese Erkenntnisse und Techniken ungefähr im 3. Jahrhundert v. Chr. nach Italien, dem damaligen Römischen Reich. Das Herstellen druckfester Bauteile aus wasserbeständigem Mörtel und Steinbrocken, zusammen in einer Schalung erhärtet, erlebte dann im 1. Jahrhundert n. Chr. seinen Durchbruch und wurde zum Maßstab der späten römisch-kaiserlichen Architektur. Der römische Beton (lateinisch opus caementicium) als Gemisch aus Steinen, Sand und Vulkanasche war geboren. Ihr Beton ist bis heute unübertroffen, schließlich hält das Material beispielsweise im berühmten römischen Pantheon seit mittlerweile über 2000 Jahren. Allerdings war die Spannweite mangels Stahlbewehrung noch nicht sehr hoch. In ganz Europa entstanden in dieser Zeit phantastische und monumentale Bauwerke, die auch nach fast 2.000 Jahren immer noch zu bestaunen sind: Tempel, Theater, Zisternen, Aquädukte, Abwasseranlagen, Thermen, Straßen, Hafenanlagen, Brücken, Tunnel und Wohnhäuser.

Über das Mittelalter hinaus ist Beton völlig in Vergessenheit geraten und wurde erst um 1700 wiederentdeckt. Noch fraglich ist eine Verwendung von römischem Beton opus caementicium bei der Kuppel des Doms in Florenz (Dom Santa Maria del Fiore). Die Kuppel wurde von 1420 bis 1431 unter Filippo Brunelleschi gebaut - mit einem Durchmesser von 45 Meter und einer Höhe von 107 Meter damals immerhin die größte Kuppel der Welt.

Ein großer Qualitätssprung war die Erfindung des Stahlbetons durch Joseph Monier (Patent: 1867), die hierfür verwendeten Eisenteile heißen bis heute noch Moniereisen (Häufiger wird allerdings der Begriff Bewehrungsstahl oder Betonstahl für Moniereisen verwendet). Betonfertigteile und Verbundsteine werden seit den 60er Jahren produziert.

Beton wird in der Modernen Kunst auch für Denkmäler oder Skulpturen verarbeitet. Exotisch ist die Verwendung im Schiffbau (zum Beispiel in einem Betonboot).

Betonzusatzstoffe

Betonzusatzstoffe sind pulverförmige Betonzusätze, die bestimmte Eigenschaften des Betons beeinflussen. Sie dürfen dem Beton nur zugegeben werden, wenn sie das Erhärten des Zements, die Festigkeit und die Beständigkeit des Betons sowie den Korrosionsschutz der Bewehrung nicht beeinträchtigen. Sie sind bei der Betonherstellung als Volumenbestandteile zu berücksichtigen.

Wenn Betonzusatzstoffe verwendet werden sollen, muss im Vorfeld die Zusammensetzung des Betons mit Eignungsprüfungen, wie sie beispielsweise die DIN 1045 vorschreibt, festgelegt werden.

Verschiedene Betonzusatzstoffe:

Durch die Beimischung von 5% Glasfasern der Firma Schott Glas gelang es dem Ungarn Aron Losonczi, translumineszente (lichtdurchlässige) Betonelemente herzustellen. Der "Leuchtbeton", der unter dem Namen "Litracon" auf den Markt kommen soll, ist derzeit etwa tausend Mal so teuer wie herkömmlicher Beton. Die Firma Litracon fand ihr jähes Ende im Dezember 2004.

Es gibt bereits neue Ansätze, die Hauptprobleme von Litracon, die mangelnde Alkali-Resistenz der Glasfaser und die Wirtschaftlichkeit, zu lösen. Der US-Amerikaner Bill Price und Wolfgang Rieder mit seiner Firma Rieder Smart Elements und den Ideen der OMA Research Labs von Rem Kohlhass sind mit dem Werkstoff fibreC dem transluzenten Beton auf der Spur. Es werden Elemente bis 5 m Länge bei einer Breite von 1,25 m möglich sein. Der Preis für den Quadratmeter Material wird zwischen 190 und 300 € pro m² liegen. Die ersten Prototypen waren sehr erfolgreich mit einer Pixelanteil von 40%.

Festigkeitsklassen

Die Druckfestigkeit ist eine der wichtigsten Eigenschaften des Betons. Die DIN 1045-1:2001-07 schreibt eine Beurteilung durch die Prüfung nach 28 Tagen anhand von Würfeln mit 15 cm Kantenlänge (Probewürfeln) oder 30 cm langen Zylindern mit 15 cm Durchmesser vor. Anhand der ermittelten Druckfestigkeit lässt sich der Beton den Festigkeitsklassen zuordnen.

Druckfestigkeitsklassen für Normalbeton nach DIN 1045-1
Überwachungs- klasse Festigkeits- klasse charakteristische Zylinderdruckfestigkeit (N/mm²) charakteristische Würfeldruckfestigkeit (N/mm²) Mittelwert der Zylinderdruckfestigkeit (N/mm²)
1 C12/15 12 15 20
C16/20 16 20 24
C20/25 20 25 28
C25/30 25 30 33
2 C30/37 30 37 38
C35/45 35 45 43
C40/50 40 50 48
C45/55 45 55 53
C50/60 50 60 58
3 C55/67 55 67 63
C60/75 60 75 68
C70/85 70 85 78
C80/95 80 95 88
C90/105 90 105 98
C100/115 100 115 108

Überwachungsklassen

Für die Überprüfung der maßgebenden Frisch- und Festbetoneigenschaften wird der Beton in drei Überwachungsklassen eingeteilt. Daraus ergibt sich der Umfang und die Häufigkeit der Prüfungen, was in DIN 1045-3 geregelt ist. Beton der Überwachungsklassen 2 und 3 ist u.a. durch eine anerkannte Überwachungsstelle zu überprüfen. Die Überwachung ist ungefähr vergleichbar mit den Anforderungen an einen Beton der Betongruppe BII der alten DIN 1045:1988-07.

Rohdichten

Die Rohdichte des Betons hängt vom Zuschlag ab. Bei Normalbeton beträgt diese zwischen 2000 und 2600 kg/m³. Meist können 2400 kg/m³ angesetzt werden. Betone oberhalb von 2600 kg/m³ werden als Schwerbeton bezeichnet, unterhalb von 2000 kg/m³ als Leichtbeton. Leichtbeton hat porige Leichtzuschläge wie Blähton oder Bims. Er ist normativ in die Rohdichteklassen 1,0 - 1,2 - 1,4 - 1,6 - 1,8 - 2,0 eingeteilt, welche den Rohdichten zwischen 1000 und 2000 kg/m³ entsprechen. Stahlbeton hat näherungsweise eine um 100 kg/m³ erhöhte Rohdichte.

Dauerhaftigkeit

Beton ist ein chemisch instabiler Baustoff. Verschiedene innere und äußere Einflüsse können die Beständigkeit von Beton nachhaltig beeinflussen. Durch die typische Anwendung von Beton im Verbund mit Bewehrung aus Stahl ergeben sich weitere die Dauerhaftigkeit von Beton beeinflussende Faktoren.

Schädigungsmechanismen:

Betonkorrosion - Carbonatisierung; Bewehrungskorrison - Rost; chloridinduzierte Bewehrungskorrosion; Sulfattreiben; Alkali-Kieselsäure-Reaktion; Kalktreiben; Frost-Tau-Wechsel

Betonsorten

Baustellenbeton

Baustellenbeton ist Beton, der in einem eigenen Werk direkt auf der Baustelle hergestellt wird, im Gegensatz zu Transportbeton, der mit Mischfahrzeugen von einer stationären Anlage angeliefert wird. Dies ist in Deutschland nur bei Baustellen mit großem Betonbedarf, die eventuell auch nur auf langen Anfahrtswegen zu erreichen sind, üblich. Die Baustellenbetonwerke liefern, sofern technisch und personell bei der Überwachung dafür ausgelegt, sämtliche Betonfestigkeitsklassen und Betonsorten wie eine stationäre Anlage.

Transportbeton

Transportbeton ist Beton, der in großen stationären Mischanlagen zentral hergestellt und dann mit Betonmischfahrzeugen auf den Baustellen angeliefert wird. Eine andere Bezeichnung von Transportbeton ist Fertigbeton, weil er bereits fertig gemischt ist und nur noch eingebracht werden muß. Die Herstellung von Transportbeton ist in der Europäischen Norm EN 206 geregelt.

Ortbeton

Mit Ortbeton bezeichnet man Beton, der vor Ort auf der Baustelle verarbeitet wird und dort, meist in einer Schalung, abbindet, im Gegensatz zu Betonfertigteilen, die in erhärtetem Zustand direkt eingebaut werden. Ortbeton wird entweder als Transportbeton auf der Baustelle angeliefert oder dort als Baustellenbeton hergestellt. Nach dem Verfüllen in den Schalungen muss der Ortbeton verdichtet werden, eingeschlossene Luftblasen werden mit Rüttelmaschinen entfernt.

Estrichbeton

Estrichbeton ist ein Spezialbeton zur Herstellung von Fußbodenschichten in Gebäuden. Erfüllt besondere Anforderungen, u.a. durch Begrenzung der Korngröße der Zuschlagstoffe, so dass dünne Schichten von wenigen cm Dicke bei guten Oberflächeneigenschaften hergestellt werden können.

Porenbeton

Porenbeton (früher Gasbeton) ist ein mineralischer Werkstoff, welcher durch chemisches Aufschäumen einer Mörtelmischung erzeugt wird. Die alkalische Mörtelsuspension reagiert unter Bildung von Gas mit Pulvern unedler Metalle wie z.B. Aluminium. Vor dem Aushärten in gespanntem Sattdampf im Autoklav werden die Blöcke zu Wandelementen, Dämmelementen oder Steinen geschnitten. Porenbeton besitzt im Vergleich zu konventionellem Beton wegen seiner geringen Rohdichte eine geringe Festigkeit und eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Im Sinne der Begriffsdefinition von Beton ist Porenbeton kein Beton, er enthält keine Zuschlagsstoffe sondern große Luftporen. Bauteile aus Porenbeton können wie Bauteile aus Stahlbeton eine Bewehrung enthalten, die Zugkräfte aufnehmen kann.

Faserbeton

Zur Verbesserung der Zugfestigkeit, und damit des Bruch- und Rissverhaltens, werden dem Beton Fasern zugegeben. Diese Fasern sind in der Matrix (Zementstein) eingebettet. Sie wirken als Bewehrung. Bei höheren Zugbeanspruchungen treten Risse im Beton auf. Durch die Verwendung eines Faserbetons werden diese Risse verhindert oder zumindest in viele, sehr feine und damit normalerweise unschädliche Risse aufgeteilt.

Es können kurze, oder lange in Zugbeanspruchungsrichtung eingelegte Fasern verwendet werden. Lange Fasern werden meist in Form von Matten eingesetzt.

Glasfasern Normales Glas reagiert mit den Alkalien des Betons. Deshalb müssen alkalibeständige Glasfasern verwendet werden (z.B: AR-Glasfaser).

Stahlfasern Es werden Stahlfasern verschiedenster Art verwendet. (Nichtrostend, Baustahl, aufgebogen, nicht aufgebogen,...)

Kunststofffasern Hier sind insbesondere die in den USA entwickelten Kevlarfasern interessant, da sie ähnlich gute Eigenschaften wie die der übrigen Fasern besitzen.

Kohlenstofffasern Kohlenstofffasern besitzen den höchsten E-Modul der hier angeführten Fasern.

Papierbeton

Papercrete oder Papier-Beton ist ein Baustoff, der leicht ist und eine hohe Festigkeit aufweist. Natürlich können auch andere Fiber- und Metall Verarbeitungsabfälle Anwendung finden. Entscheidend ist der Mix (Pabercrete ~ 60 Papier - 20 Staub/Mineral - 20 fein Zement.

Man hat bereits einfache Geodätische Kuppeln mit diesem Material gebaut, wobei auch Metallgeflecht Verstärkung (Reinforcement) verwendet werden kann.


Polymerbeton

Polymerbetone enthalten im Gegensatz zum normalen Beton ein Polymer (Kunststoff), z.B. Kunstharz, als Bindemittel, das die Gesteinskörnung (Zuschlag) zusammenhält. Zement wird im Polymerbeton wenn überhaupt nur als Füllstoff, also als Erweiterung der Gesteinskörnung in den Feinstkornbereich hinein eingesetzt und übernimmt keine Bindewirkung.

Polymerbetone werden hauptsächlich in der Sanierung bestehender Bauteile benutzt. Durch die geringen Topfzeiten (Erhärtungszeiten) der Polymere von unter einem Tag können bei Straßen und Brücken lange Sperrzeiten vermieden werden.

Splittbeton

Splittbeton enthält Splitt einer Körnung sowie Zement und Wasser. Nach dem Abbinden ergeben sich Hohlräume, durch die Wasser abfließen kann, dadurch besteht geringere Frostgefahr im Winter. Splittbeton wird im Straßen- und Wegebau beim Setzten von Randsteinen etc. angewendet.

Siehe auch

Datei:Beton in japan.jpg
Japan ist eines der Länder mit sehr hohem Betonbedarf

Vorlage:Wiktionary1

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