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Nenne die Bestandteile von Beton.
Zement, Zuschlagstoff (Sand und Kies), Anmachwasser und ggf. Zusatzstoffe und Zusatzmittel.
Inwieweit wird Beton nach seinem Bearbeitungszustand unterschieden?
Frischbeton: noch verarbeitbar
Grüner Beton: nach Verdichten, vor Erstarren
Junger Beton: nach Erstarren, nicht mehr verarbeitbar
Festbeton: erhärtet
Was versteht man unter Ort- und Werksbeton?
Ort-/Baustellenbeton: als Frischbeton verwendet und verarbeitet
Werks-/Transportbeton: Herstellung von Fertigbauteilen und Transport auf die Baustelle
Wie wird Beton nach seiner Trockenrohdichte unterschieden?
Leichtbeton: 0,8 – 2 kg/dm3, Gesteinskörnung Blähton und Hüttenbims
Normalbeton: 2 – 2,6 kg/dm3, Gesteinskörnung Kies und Sand
Schwerbeton: > 2,6 kg/dm3, Gesteinskörnung Eisenerz und Stahlgranulat
Wie viele Druckfestigkeitsklassen des Betons gibt es?
Erläutere die Klassifizierung unter Angabe von zwei Beispielen.
16 Druckfestigkeitsklassen, Spanne zwischen 8 und 115 N/mm2, niedrigste Klasse C8/10 und höchste Klasse C100/115.
Der erste Wert gibt Festigkeit an der zylindrischen Probe, der zweite an der kubischen Probe an. Ab C55/67 spricht man von hochfestem Beton.
Erläutere drei Expositionsklassen, in die Bauteile aus Beton nach ihrem Risiko unterteilt werden. Weshalb wird eine Unterscheidung getroffen?
Zur Verhinderung des schädigenden Prozess des Alkalitreibens.
XC Carbonation (Bewehrungskorrosion, gefährdet sind nasse Bauteile)
XD Deicing Salts (Bewehrungskorrosion, betroffen sind Bauteile im Spritzwasserbereich)
XS Seawater (Bewehrungskorrosion von Meerwasser oder salzhaltiger Luft)
XF Freezing (Frostangriff mit und ohne Taumittel)
XA Attack (chemischer Angriff, Bauteile von Klär- oder Gülleanlagen)
XM Mechanical Abrasion (Verschleiß, von schweren Geräten befahrene Böden)
Unterscheidung der lösenden und treibenden Reaktion bei Beton.
Chemische (lösende und treibende) Reaktionen schwächen die Festigkeit.
Lösend ist eine Reaktion aufgrund von Umwelteinflüssen (von außen), treibend eine Reaktion aus dem Inneren z.B. durch Verunreinigung der Zuschlagsstoffe.
Wie hoch ist der Anteil der Gesteinskörnung im Beton?
Welchen Anforderungen muss diese gerecht werden?
60-80%, Druckfestigkeit des Gesteins soll bei dichtem Gefüge (normale Gesteinskörnung wie Kies und Sand) min. 100 N/mm2, im Oberbeton beim Straßenbau min. 150 N/mm2 und im Unterbeton min. 80 N/mm2 betragen.
Erkläre Korngrößen und die Größen von feiner und grober Gesteinskörnung, Feinkörnung und Mehlkorn.
Kornklasse wird durch zweifaches Sieben bestimmt und beschreibt Körnung, die durch gröberes Sieb durchgeht und auf feinerem Sieb liegen bleibt.
Unterkorn: Anteil, der feiner als kleinere Siebgröße
Überkorn: Anteil, der größer als gröberes Sieb
Korngruppe: Lieferkörnung, die zwischen Sieben ermittelt wird, d/D gibt feinere (d) und gröbere (D) Siebgröße an.
Feine Gesteinskörnung: D < 4 mm und d = 0
Grobe Gesteinskörnung: D > 4 mm und d > 2 mm
z.B. Kies und Schotter
Mehlkorn: Anteile zwischen 0 – 0,125 mm
Füller: Feinanteile, die durch 0,063 mm Sieb durchgehen z.B. Gesteinsmehl
Schlupfkorn: Füllkorn, passt zwischen Hohlräume der Grobkörner und füllt diese
Was ist eine Ausfallkörnung und wie muss die Kornzusammensetzung dann aufgebaut sein? Nenne vier Vorteile, die sich aus einer Betonmischung mit Ausfallkörnung ergeben.
Ausfallkörnung, wenn in einer Kornzusammensetzung min. eine Korngruppe fehlt. Diese muss aus min. zwei Korngruppen zusammengesetzt sein, von denen eine < 2 mm und gemischtkörnig ist.
Vorteile:
Luft zwischen Körnern entweicht leichter
weniger Entmischung beim Transport
unsichtbare und dichte Arbeitsfugen
günstigere Lagerung, Vorratshaltung und Abfüllung
Was weißt du über die ideale Körnung von Beton?
Wie ist die Oberfläche und das Verhältnis von Dicke zu Länge?
Mit welchen Kennzahlen werden diese beschrieben?
Form möglichst rund und kugelig, damit höhere Druck- und Zugfestigkeit und günstigere w/z-Werte.
Oberflächenbeschaffenheit relevant, da leicht raue Oberfläche besser haftet. Verhältnis von Kornlänge zu Korndicke max. 3.
Welche drei Arten von Fasern werden, anstelle vom früher verwendeten Asbest, heute am häufigsten für Faserbeton verwendet?
Nenne für zwei der drei Arten jeweils ein Beispiel.
Zellstofffasern wie Holzwolle
Kunststofffasern aus Nylon, Polyester und Polypropylen
Stahlfasern
Glasfasern
Was ist der Wasserzementwert? Für welche Eigenschaften des Betons ist dieser entscheidend und wie lautet die Formel?
Der w/z-Wert gibt das Verhältnis von Wasser- und Zementgehalt an. Er ist entscheidend für Festigkeit, Dauerhaftigkeit und Dichtigkeit des Betons. Zement bindet etwa 40% seiner Masse an Wasser, daher hat Normalbeton einen w/z-Wert von ca. 0,4. Überschüssiges Wasser bildet
Kapillarporen, d.h. je größer der w/z-Wert umso geringer Festigkeit und Dichtigkeit. Für hochfeste Betone gelten w/z-Werte von bis zu 0,25.
𝑤 = 𝑤 / 𝑧 (kg oder kg/m3)
Berechne die Kapillarporosität nach den folgenden Werten für Beton: z = 200 kg, w/z-Wert = 0,6.
w = 200 * 0,6 = 120
α = Hydratationsgrad zwischen 0,6 – 0,9 (Annahme)
pw = Dichte von Wasser 1 kg/dm3
𝑝𝑘 = (𝑤−0,4∗ α ∗𝑍) / 1000 ∗ (1 / 𝑝𝑤) ∗ 100
= pk 7,2 bis 4,8 (je nach α)
Bei welchem Ausbreitmaß wird der Frischbeton in den Konsistenzbereich „steif“ eingeordnet?
Wie wird ein sehr fließfähiger Beton erzeugt?
Steif: < 340 mm
Sehr fließfähiger Beton (> 630 mm) durch Zugabe von Fließmittel, da weitere Zugabe von Wasser Festigkeit und Dichtigkeit reduzieren.
Beton ist viel in Bewegung, auch wenn er ein sehr stabiler Baustoff ist. Beschreiben Sie, was mit Kriechen, Relaxation und Kriechverformung gemeint ist. Was beschreibt die Querdehnungszahl μ?
Kriechen: Zunahme der Verformung unter andauernder Spannung
Relaxation: Abnahme der Spannung unter konstanter erzwungener Verformung
Kriechverformung setzt sich aus Fließanteil (irreversibel) und elastischer Verformung (reversibel) zusammen.
Die Querdehnungszahl μ beschreibt das Verhältnis von Quer- zur Längsdehnung.
Was ist mit Schwinden gemeint?
Schwinden ist die zeitabhängige Volumenveränderung unbelasteten Betons während der Trocknungszeit. Man unterschiedet
Frühschwinden (plastisches Schwinden)
Schrumpfen (chemisches und autogenes Schwinden), Karbonatisierungsschwinden und
Trocknungsschwinden.
Erkläre das chemische Schwinden des Betons. Was bedeutet in diesem Zusammenhang das autogene Schwinden von Beton?
Schwinden ist eine Volumenänderung im Trocknungsvorgang und wie Kriechen zeitabhängig. Voraussetzung ist ein w/z-Wert < 0,4.
Chemisches Schwinden oder Schrumpfen ist eine
Volumenverringerung durch eine chemische Reaktion. Bei der Reaktion wird Wasser chemisch gebunden und verliert bis zu 25% seines Volumens wodurch Schrumpfporen entstehen. Durch die Selbstaustrocknung beim chemischen Schwinden kommt es zu einem Unterdruck und es kann autogenes Schwinden folgen.
Was versteht man unter Quellen?
Getrockneter Beton, der in Wasser einlagert oder durchfeuchtet, quellt. Dies kann bis zu 80% des vorangegangenen Schwindens ersetzen.
Warum ist es vorteilhaft, den Zementleim mit der entsprechenden Wassermenge vorzumischen?
Intensives Vormischen sorgt für nicht entmischenden Zementleim, besonders für Ausguss- und Unterwasserbeton vorteilhaft.
Erkläre die Zementhydratation.
Ansteifen: kurz nach Wasserkontakt, Calcium- und Alkalisulfate gehen in Lösung, Ettringit-Kristallen und CSH-Phasen werden gebildet
Erstarren: einige Stunden nach Wasserkontakt, CSH-Phasen bilden Kristalle
Erhärten: 12-14 Stunden nach Wasserkontakt, CSH-Phasen bilden zunehmend faserige Kristalle und blättrige Strukturen, Porenräume zwischen den Zementpartikeln werden gefüllt
Was sind die drei wichtigen Teilschritte während der Zementhydratation?
Welche sind die wichtigsten entstehenden Phasen, die für die Festigkeit verantwortlich sind?
Was für Kristalle bilden sich außerdem?
Zement steift an, erstarrt und erhärtet.
Es bilden sich CSH-Phasen (Kalksilikathydratphasen) und Ettringit-Kristalle, die sich verzahnen und das Material festigen.
Bei welcher Reaktion wird kein Wasser gebunden?
Puzzolanische Reaktion durch Zugabe von silikatreichen Stoffen, Calciumhydroxid aus Zement (CH) und Siliciumdioxid, meist Orthokieselsäure aus Puzzolan (SH) reagieren zu CSH-Phasen und führen zu einer höheren Stabilität.
Reaktion erst nach mehreren Jahren abgeschlossen.
Was ist die puzzolanische Reaktion, was macht sie besonders?
Vorgang bei der Zementhydratation durch Zugabe eines silikatreichen Stoffes (z.B. Puzzolan).
Caliumhydroxid (CH) aus Zement reagiert mit dem silikatreichen Stoff (SH) und es entsteht CSH.
Im Gegensatz zur Zementhydration wird kein Wasser gebunden und der Prozess kann über Jahre hinweg ablaufen.
Welche silikatischen Phasen sind verantwortlich für die Zementhydratation und was ist das Reaktionsprodukt?
Die Klinkerphasen Alit und Belit.
Bei der hydraulischen Reaktion entstehen CSH-Phasen, die für die
Betonfestigkeit entscheidend sind. Die Kurzschreibweisen für die Reaktion:
2C3S (Alit) + 6H (Wasser) -> C3S2H3 (Calciumsilikathydrat, CSH) + 3CH (Portlandit, CH)
2C2S (Belit) + 4H (Wasser) -> C3S2H3 (Calciumsilikathydrat, CSH) + CH (Portlandit, CH)
Erläutern Sie die Alkali-Kieselsäure-Reaktion.
Die treibende Reaktion wird aufgrund der Zuschlagsstoffe (z.B. Verunreinigungen) hervorgerufen. Alkalien des Zements reagieren mit Kieselsäure der Gesteinskörnung, wodurch Calciumsilikate
entstehen. Das CSH-Gel quillt, wodurch der Beton gesprengt und zerstört werden kann.
Erkläre die Passivierungsreaktion von Beton und Stahl im Stahlbeton. Was hat Karbonatisierung damit zu tun?
Passivierung ist die Reduzierung der Oberflächenkorrosion durch Aufbringen eines schützenden Stoffes. Beim Stahlbeton schützt der Beton durch den enthaltenden Zement mit einem stark
basischen pH-Wert von 12-14 den darunter liegenden Stahl.
An der Oberfläche bildet sich eine Schutzschicht aus Eisenoxiden, die vor Korrosion schützt. Dieser passive Korrosionsschutz kann durch Karbonatisierung (Reaktion der Kalkhydrate im Beton mit Kohlendioxid aus Luft zu Kalkstein) verloren gehen.
Epoxidharz oder Feuerverzinkung können auch zum Schutz dienen. Beim Edelstahl erfolgt die Passivierung durch Chrom (min. 10,5 %).
Warum gibt es Fugen im Betonbau?
Beton dehnt sich bei Temperaturerhöhung aus.
Durchgehende Bewegungsfugen verhindern Spaltrisse.
Die Fugenbreite soll zwischen 5 - 30 mm liegen.
Verdichten von Beton
Welche zwei grundsätzlichen Kraftausübungen und welche Auswirkungen auf Betoneigenschaften, wenn nicht verdichtet?
Verdichtung durch Massekräfte und/oder Druck.
Bei Fließbeton stochern oder klopfen,
bei plastischem oder steifem Beton rütteln,
bei trockenem Beton rüttelstampfen oder schütteln,
bei steifem Beton walzen.
Kleine Formteile werden geschockt,
Betohnhohlkörper geschleudert.
Unzureichende Verdichtung führt zur Verringerung von Druck- und Zugfestigkeit, Dichtigkeit und Temperaturbeständigkeit. Es droht Lufteintritt, wodurch der pH-Wert sinkt und es bei Stahlbeton zu
Rost kommen kann.
Betonhohlkörper können durch Schleudern verdichtet werden. Was wird auf diese Weise hergestellt und was sind Vor- und Nachteile des Schleuderverfahrens?
Herstellung von Rohren, Pfählen oder Masten.
Vorteile: schwere Bestandteile werden durch Rotieren
nach Außen gedrückt, überschüssiges Wasser läuft nach innen ab, Poren schließen sich und hochfester und dichter Beton entsteht
Nachteile: durch geschichteten Aufbau entstehen unterschiedliche Steifigkeiten und ungleichmäßiges Schwindverhalten
Was bewirkt die Dampfhärtung?
Welche Reaktion liegt vor?
Was gibt es für Vor- und Nachteile?
Behandlung des verdichteten Frischbetons mit Dampf von ca.100 - 200°C. Beton erhält nach einigen Stunden eine Festigkeit, die er sonst nach mehreren Wochen erlangt. Bei der Kalk-Kieselsäure-Reaktion entstehen CSH-Phasen, die für Festigkeit sorgen.
Vorteil ist, dass der Beton weniger schwindet und chemisch beständiger ist. Nachteil ist die geringere Dichtigkeit und ein pH-Wert unter 9, somit verringerter Korrosionsschutz
Wie hoch sind die Temperaturen von Frischbeton in seiner Umgebung? Wie kann das Auskühlen von Beton verhindert werden?
Bei 30°C, bei Umgebungstemperatur zwischen -3 und 5°C darf Beton nicht unter 5°C abkühlen, bei Umgebungstemperatur unter -3°C darf Beton nicht unter 10°C abkühlen.
Schutzmaßnahmen sind späteres Entfernen der Schalung, Abdeckung mit dämmenden Materialien, Zuführung von Wärme, Erstarrungsmittel als Frostschutzmittel
Wie wird ein vorzeitiges Austrocknen von Beton verhindert?
Wasserhaltende Maßnahmen z.B. Belassen in der Schalung, Abdeckung mit Folie oder Aufbringen von flüssigen Nachbehandlungsmittel.
Wasserzuführende Maßnahmen z.B. Lagerung in Wasser, Auflegen nasser Abdeckungen oder Besprühen mit Wasser.
Worin liegt der Unterschied zwischen Betonzusatzmitteln und Betonzusatzstoffen?
Betonzusatzmittel wirken chemisch und/oder physikalisch und beeinflussen die Eigenschaften von Frisch- und/oder Festbeton.
Sie werden mit einem Anteil von < 5 % zugegeben, z.B. Betonverflüssiger (BV), Luftborenbildner (LP) und Beschleuniger (BE).
Betonzusatzstoffe sind als Volumenbestandteile zu berücksichtigen und beeinflussen Konsistenz, Verarbeitbarkeit, Dichtigkeit und Beständigkeit z.B. Gesteinsmehle, hydraulische Stoffe, Puzzolane und Farbpigmente.
Worin unterscheiden sich die Betonzusätze Betonverflüssiger und Fließmittel?
Betonverflüssiger verringern Wasseranspruch oder verbessern die Verarbeitbarkeit bei gleichbleibendem w/z-Wert. Der geringere Wasseranteil reduziert die Rissgefahr und erhöht Festigkeit, Dichtigkeit und Widerstandsfähigkeit.
Fließmittel werden Superverflüssiger genannt und haben eine zwei- bis dreimal stärkere Wirkung als BV. Durch Zugabe von FM kann selbstverdichtender Beton hergestellt werden. Beton mit Zugabe von FM wird auch Fließbeton genannt.
Erläutere die Wirkung von Luftporenbildnern.
Worin liegt der Unterschied zu Porenbeton?
Luftporenbildner erzeugen kleinen Bläschen während des Mischvorganges. Im erhärteten Beton verbleiben Luftporen, welche die Frost-Taumittel-Beständigkeit verbessern.
Porenbeton besteht aus Quarzsand, Branntkalk und Wasser. Durch Zugabe von Aluminiumpulver kommt es zu chemischer Reaktion, wodurch Poren entstehen.
Erläutere die Wirkung von fünf Betonzusatzstoffen.
Puzzolanische Zusatzstoffe: hoher Gehalt an Kieselsäure, Bildung von CSH-Phasen, senkt Hydratationswärme
Steinkohlenflugasche: kugelige Form der Asche für bessere Fließfähigkeit
Silikastaub: für hochfeste Betone
Hüttensandmehl: latenthydraulische Eigenschaften, durch Anreger z.B. Wasser hydraulische Reaktion
Farbpigmente: Färbung von Beton
Welche Farbpigmente sorgen für eine Färbung des Betons?
Nenne auch das Farbergebnis der Zugabe.
Eisenoxid (gelb, rot, schwarz)
Chromoxid (grün)
Kobaltspinell (blau)
Kohlenstoff (schwarz)
Titandioxid (weiß)
Welche Zemente und Betonzusatzmittel können eingesetzt werden, wenn Beton bei geringen Außentemperaturen unter dem Gefrierpunkt verarbeitet werden soll?
Verwendung von Zementen mit hoher Hydratationswärme und schnell einsetzender Festigkeit sowie Beton mit niedrigem Wasserzementwert.
Betonzusatzmittel wie Erstarrungsbeschleuniger können auch als „Frostschutzmittel“ eingesetzt werden.
Erläutere die Besonderheiten von hochfestem Leichtbeton.
Leichtbeton hat Trockenrohdichte < 2.000 kg/m3 durch poriges Gefüge oder Zuschläge. Leichtbeton oder Porenbeton wird als tragendes Mauerwerk mit guter Wärmedämmung eingesetzt.
Hochfester Leichtbeton ist gefügedichter Leichtbeton, sog. Hochleistungsbeton, dauerhaft und hochfest, aber neigt zum
Sprödbruch und hat ungünstiges Verhalten im Brandfall.
Erläutere die Eigenschaften von Styroporbeton.
Wofür wird dieser verwendet?
Leichtbeton durch Zugabe von Polystyrol. Poren haben Duchmesser von 0,5 – 5 mm und können durch geschlossenzelliger Struktur kein Wasser aufnehmen.
Einsatz für wärmedämmende Dachplatten, Böden oder Dämmputze.
Wann spricht man von einem hochfesten Beton?
Womit wird dieser hergestellt?
Druckfestigkeit über 60 N/mm2, Betonfestigkeitsklasse C55/67 und höher.
Hochfester Beton hat einen niedrigen w/z-Wert und wird mit Zugabe von Fließmitteln und Silicastaub hergestellt.
Geringe Porosität sorgen für hohe Dichtigkeit, bessere Dauerhaftigkeit und Beständigkeit.
Was macht Silicastaub mit Beton?
Erläutere dazu den Einfluss der Korngroße und die Auswirkung auf den Wasserbedarf.
Zusatzstoff für hochfesten Beton. Geringe Korngröße von < 0,2 μm füllen die Partikel kleinste Lücken aus.
Je größer der Anteil an Silicastaub umso größer der Wasserbedarf.
Zugesetzte Menge sollte 11% der Zementmasse nicht übersteigen, da ab 10% Klebrigkeit der Masse steigt und der hohe pH-Wert für
Korrosionsschutz notwendig ist.
Erläutere die Eigenschaften von selbstverdichtendem Beton.
Fließt und entlüftet unter Einfluss der Schwerkraft. Herstellung durch erhöhten Mehlkornanteil und Zugabe von Fließmittel. Verwendung wenn Verdichtung nicht möglich ist.
Was passiert bei Frostangriffen mit Beton?
Was macht das Taumittel dabei?
Wie schützt man den Beton vor Frost?
Was passiert bei Gefriertemperaturen
Hydratation wird ab 0°C stark behindert und erreicht Stillstand bei - 10°C => führt zu bleibenden Schäden im Kristallgefüge
Wie man Beton davor schützt
z.B. Luftporenbildner als Frostschutzmittel einsetzen oder
Erstarrungsbeschleuniger verwenden
Luftporenbildner: zur Verbesserung der Frost-(Taumittel-)Beständigkeit, da Poren die Kapillaren unterbrechen, wird die Saugwirkung reduziert. Durch die Mikroporen kann Überdruck besser aufgenommen werden (Volumenausdehnung von Eis)
Erläutere die Eigenschaften von feuerfestem Beton.
Durch welche Zusätze wird dieser erzeugt?
Was passiert unter Feuer?
Beton ist nicht brennbar; verliert aber bei hohen Temperaturen an Festigkeit (ab 400°C 20% weniger Festigkeit). Feuerfester Beton hält Temperaturen über 1.200°C aus, da es ab 900°C durch
Sintervorgänge zum Übergang von hydraulischer zu keramischer Bindung kommt. Schäden im Gefüge werden ausgeglichen und die Festigkeit erhöht.
Feuerfeste mehlfeine Zusätze sind Chromerz, Ton, Schamotte- und Ziegelmehl, außerdem werden feuerfeste Gesteinskörnungen aus Chromerz, Korund und Schamotte zugesetzt.
15.000 kg Beton mit einer Frischrohdichte von 2,5 kg/dm3 werden zu einer Baustelle transportiert.
Welches Volumen nimmt der Frischbeton ein? Der Beton wird in eine Schalung gegossen, diese ist 2 m lang, 2 m breit und 2,5 m hoch.
Passt der gesamte Beton in die Schalung?
Wenn nicht, wieviel bleibt übrig in kg?
2,5/dm3 = 2.500 kg/m2
Volumen des Frischbetons VB
ρ = m / V
𝑉 = m / ρ = 15000 / 2500 = 6 𝑚3
Volumen der Schalung 𝑉𝑆𝑐ℎ = l ∗ b ∗ h = 2 ∗ 2 ∗ 2,5 = 10 𝑚3
Es bleibt keine Masse übrig.