Archivierter professioneller Inhalt: Der Artikel enthält historische Behauptungen, Tabellen und Diagramme zu Zementmörtel und Beton, ist jedoch kein Mischungsentwurf, keine Materialspezifikation, kein Betonierplan, keine Strukturberechnung, keine Prüfanleitung oder keine Bewertung eines vorhandenen Elements. Die Zusammensetzung, Eigenschaften, Expositionsklasse, Konsistenz, Art der Verlegung, Pflege, Qualitätskontrolle und Designwerte müssen von verantwortlichen Experten entsprechend dem konkreten Objekt, den deklarierten Materialien und den gültigen Normen festgelegt werden.
Heute konzentriert sich Savo Kusić auf Holzfenster, Holz-Aluminium-Fenster, kundenspezifische Fenster, Türen und Angebotsanfragen. Dieser Artikel bleibt als historisches Archiv erhalten und stellt kein Angebot zum Entwerfen, Herstellen, Testen oder Ausführen von Betonkonstruktionen dar.
allgemeine Informationen
Die Zusammensetzung des Zementmörtels oder die Zusammensetzung des Betons eines Pfeilers, einer Stahlbeton-Mezzaninkonstruktion, eines verarbeiteten Betonelements, einer Gehwegplatte, eines Brückenbogens oder einer Betonstraße wird in der Regel dann als zufriedenstellend angesehen, wenn das betreffende Bauelement mit dem geringsten Material- und Arbeitsaufwand so hergestellt wird, dass es ausreichend haltbar und für den Zweck geeignet ist. Was als dauerhaft und zweckdienlich gelten soll, muss im Einzelfall festgelegt werden: Deshalb muss vor Beginn der Errichtung eines Gebäudes festgelegt werden, welche Eigenschaften Mörtel und Beton hinsichtlich Druckfestigkeit, Biegefestigkeit, Witterungsbeständigkeit, Wasserdichtheit usw. aufweisen müssen. Hierzu gibt es in den Bauordnungen viele unterschiedliche Vorgaben und auch viele zahlenmäßige Begrenzungen.
Aufgabe des Bauunternehmers ist es, dafür zu sorgen, dass die Werte der einzelnen Grundstücke den geforderten Werten entsprechen. Die Eigenschaften von Beton können stark beeinflusst werden, wenn das heute verfügbare Wissen genutzt wird.
Bedingungen für die Herstellung von Beton mit homogenen Eigenschaften
Wenn die Druckfestigkeit eines Bauelements nach 28 Tagen 40 MPa betragen soll oder wenn für den Beton eines Straßenbelags gefordert wird, dass die Biegefestigkeit nach 28 Tagen 4,5 MPa betragen muss, dürfen diese Grenzwerte an keiner Stelle überschritten werden; Der untere Grenzwert kann nahe am bedingten Wert liegen. Je engere Grenzen bei der Ausführung des Objekts eingehalten werden, desto besser erfüllt der Auftragnehmer seine Aufgabe. Es ist sehr schädlich, wenn die konditionierten Werte bestimmte – wenn auch nur wenige – Stellen weit unterschreiten.
Historische Werte und Rezepte: Die nachstehenden Abbildungen, Proportionen, Markierungen, Pflegeverfahren und Grenzwerte wurden aus dem Originalartikel übernommen, um den Inhalt zu bewahren. Sie sollten nicht als modernes Rezept, Akzeptanzkriterium oder Ersatz für das Mischungsdesign, Labortests, Materialdeklarationen, technologische Pläne und geltende Vorschriften verwendet werden.
Druckfestigkeit von Zementmörtel und Beton
Die Größe der Druckfestigkeit hängt maßgeblich von den Eigenschaften des Zements, der Zementmenge, der Menge und Zusammensetzung von Sand und Zuschlagstoffen, der Wassermenge im Beton beim Einbau, der Einbauart usw. ab.
Tabelle 1. Einfluss der Zuschlagstoffmenge bei gleicher Mörtelmenge.
1. Zement
Die Druckfestigkeiten von Zementmörtel und Beton wurden anhand früherer Beobachtungen ermittelt und sind durch Vorschriften festgelegt.
2. Zementmenge
Gemäß Abb. Gemäß 1a erhöht sich die Druckfestigkeit mit zunehmender Zementmenge, wenn der Mörtelanteil im Beton gleich bleibt, während die Zementmenge im Mörtel zunimmt und die Konsistenz des Betons konstant erhalten bleibt. Bleibt die Mörtelmenge unverändert und nimmt nur die Zuschlagstoffmenge zu oder ab, ändert sich die Festigkeit nur geringfügig, solange die Mörtelmenge ausreicht, um alle Zuschlagstoffkörner aufzunehmen. Die Druckfestigkeit von Beton nimmt mit zunehmender Zementmenge nicht unbegrenzt zu, sondern nur bis zu einer bestimmten Grenze. Ab dieser Grenze wird die Festigkeitssteigerung im Verhältnis zum Preis, der mit zunehmender Zementmenge deutlich ansteigt, unbedeutend sein. Die optimale Zementmenge für 1 m3 Beton beträgt 300-350 kg.
Tabelle 2. Einfluss der Sandmenge im Beton.
3. Mörtelmenge im Beton
Die Druckfestigkeit von Beton wird durch die Festigkeit des Mörtels bestimmt, wie durch die Tabellen 1 und 2 bestätigt. Dies gilt nur, wenn die Festigkeit der Gesteinskörnung größer ist als die Festigkeit des Mörtels und wenn die Mörtelmenge ausreicht, um die groben Körner der Gesteinskörnung vollständig zu überdecken.
4. Granulometrische Zusammensetzung von Aggregaten
Die volle Ausnutzung des Bindemittels wird erreicht, wenn die granulometrische Zusammensetzung der Zuschlagstoffe im Beton den in der Abbildung 2 grafisch dargestellten Verhältnissen entspricht. In Abbildung 2 gilt die vollständig ausgedehnte Kurve für Fluss- und Schotterkies. Diese Kurve zeigt, dass 25 % des gesamten Zuschlagstoffs durch ein Sieb mit einer Öffnung #0,2 mm passieren müssen; durch ein Sieb mit einem Durchmesser von #3mm müssen 65 % passieren. Die Obergrenze für die Gesteinskörnung wird durch ein Sieb mit einem Durchmesser von #7mm bestimmt.
Die heutigen Standards zur Bestimmung der granulometrischen Zusammensetzung von Gesteinskörnungen sind unterschiedlich. Es gibt vier Zuschlagstofffraktionen: 0/4mm, 4/8 mm, 8/16mm und 16/31,5mm. Die Zuschlagstoffkategorien werden in Abhängigkeit von der Menge der über- und untergewichtigen Körner bestimmt.
Abb. 1.
Abb. 2.
5. Einfluss der Wassermenge auf Frischbeton
Die Druckfestigkeit von Beton hängt maßgeblich von der Menge des zugegebenen Wassers ab. Die kleinste Wassermenge, bei der der Beton die höchste Festigkeit erreicht, wird dann erreicht, wenn beim Verdichten oder Rütteln des Betons deutlich spürbare „Schwitzen“ auftreten, also beim Verdichten eine dünne Schicht Zementmilch entsteht. Bei weiterer Erhöhung der Wassermenge nimmt die Druckfestigkeit ab. In diesem Fall steht an erster Stelle der Wasser-Zement-Faktor – das Verhältnis der Wassermasse und der Zementmasse pro 1 m3 Beton. Der optimale Wasser-Zement-Faktor zur Erzielung einer vollständigen Hydratation liegt bei 0,38 – 0,42. In der Praxis ist dies schwer zu erreichen und diese Werte werden experimentell abgeleitet, aber es wird durchaus angestrebt. Wenn die Wassermenge nicht ausreicht, kann der Zement nicht vollständig hydratisieren und der Beton erreicht nicht die vorgesehene Festigkeit. Auch die Zugabe von Wasser, wenn es nicht benötigt wird, „erstickt“ den Beton, so dass er nicht die vorgesehene Festigkeit erreicht. Nachdem der Beton eingebaut wurde, ist es notwendig, ihn in den nächsten sieben Tagen regelmäßig zu pflegen. Bei der Konditionierung wird die Betonoberfläche besprüht/bewässert, um das verdunstete Wasser auszugleichen und den Zement planmäßig hydratisieren zu können.
6. Einfluss der Temperatur
Beim Bau von Gebäuden in der kalten Jahreszeit sollte der Beton frostfrei gelagert werden, bevor die Aushärtung soweit fortgeschritten ist, dass die Druckfestigkeit mindestens 10 MPa beträgt. Wird dieser Vorgang ohne Umschweife durchgeführt, kann der nötige Effekt zunächst durch Zugabe von Frostschutzmittel, Beschleuniger etc. erreicht werden. Frostschutzmittel verhindern das Einfrieren von Wasser im vorbereiteten Beton und Beschleuniger beschleunigen den Hydratationsprozess, der im Winter äußerst langsam abläuft. Es kann auch Aluminatzement verwendet werden, der sich besonders für Arbeiten bei Frost eignet, wenn es sich um kleinere Gebäude handelt. Wenn Beton im wassergesättigten Zustand häufig wiederholtem Einfrieren und Auftauen ausgesetzt ist (z. B. bei hydrotechnischen Anlagen), ist mit einer Zerstörung zu rechnen, wenn der Beton zu Beginn des Gefrierens eine Druckfestigkeit von weniger als 15 MPa aufweist. Bei hohen Luft- und Materialtemperaturen muss der Beton ständig feucht und kühl gehalten werden. Es ist außerdem zwingend erforderlich, die Frischbetonmasse mit einem Material abzudecken, das die Erwärmung der Betonoberfläche verhindert. Unter dem Einfluss hoher Temperaturen (über 50 °C) ist die Entwicklung der Druckfestigkeit von Beton bei unzureichender Pflege nicht vorhersehbar.
Sicherheit und Leistung: Zementstaub und frischer Beton können Augen, Haut und Atemwege schädigen, und Mischer, Pumpen, Rüttler, Schalungen, Stützen und schwere Elemente bergen zusätzliche mechanische Risiken. Es werden weder Zusatzstoffe willkürlich hinzugefügt, noch werden historische Kalt- und Warmwetter-Referenzen ohne genehmigte Rezeptur, technische Datenblätter, Betonierplan, Schutzausrüstung und Aufsicht verwendet.
Zugfestigkeit von Beton
Die Zugfestigkeit von Beton hängt maßgeblich von der Querschnittsgröße der Probekörper ab. Durch die Vergrößerung des Probenquerschnitts wurde eine geringere Zugfestigkeit erreicht. Bei der Prüfung der Prismen mit einem Querschnitt von 400 cm2, die aus der üblichen Mischung für Stahlbeton hergestellt waren und etwa drei Monate in feuchter Luft gealtert waren, wurden Zugfestigkeiten von etwa 1,2-2 MPa erhalten. Spezielle Mischungen für Rohre usw. ergaben etwa 4 MPa und sogar mehr, wenn die Dicke der Prüfkörper der in der Praxis verwendeten Dicke entsprach. Für Spritzbeton (auf der Baustelle hergestellter Spritzbeton) wurden bis zu 3,6 MPa erreicht. Die Bruchdehnung des Betons, gemessen in Millimetern pro 1 m, betrug durchschnittlich 0,07-0,13 mm/m.
Die Zugfestigkeit von Beton ist im Vergleich zu seiner Druckfestigkeit vernachlässigbar. In fast allen Fällen wird Stahlbeton verwendet, dessen Bewehrung die Zugkräfte im Element aufnehmen soll. Man geht davon aus, dass Beton keiner Spannung standhält, so dass die Planer auf der Seite der Sicherheit stehen. Die Zugfestigkeit von Beton ist zehnmal geringer als die Druckfestigkeit von Beton.
Zugfestigkeit von Beton beim Biegen
Die Biegefestigkeit von Betonträgern mit rechteckigem Querschnitt ist größer als die Zugfestigkeit von Körpern gleicher Abmessungen. Dies liegt vor allem daran, dass der Dehnungskoeffizient des Betons schneller wächst als die Belastung, so dass die Spannungsverteilung, die bei der üblichen Berechnungsweise angenommen wird, nicht erreicht wird. Bei einem auf Biegung beanspruchten Balken treten die höchsten Zugspannungen nur in der Grenzebene des gespannten Riemens auf, bei Belastung in der Balkenmitte sogar nur an der Außenkante eines Abschnitts.
Die Größe der Biegefestigkeit von Körpern, die 28 Tage alt sind und aus weichem oder flüssigem Beton bestehen, wurde mit 2-6 MPa bestimmt; Balken aus verdichtetem Beton, Proben von Spritzbeton sowie Proben von Spritzbeton, die mehrere Monate alt waren und zunächst in nassem und dann in trockenem Zustand gelagert wurden, ergaben Ergebnisse einer Biegefestigkeit von 3,2 MPa. Für Platten aus dem gleichen Material, die 8 Tage unter Wasser gehalten wurden, wurde der Biegefestigkeitswert von 6,3 MPa ermittelt.
Schwinden, Quellen und Kriechen von Beton
_Schrumpfung und Schwellung. Schwundrisse. Schwindungsspannungen. Wenn Betonkörper, die im nassen Zustand gehalten wurden, einer Trocknung ausgesetzt werden, beginnt die Trocknung an der Oberfläche und schreitet nach innen fort. Außen kann Beton nahezu lufttrocken sein, während sein Kern noch feucht ist. Die trockene Schicht neigt dazu, zu schrumpfen, der feuchte Kern nicht oder nur in geringem Maße. Dadurch treten in einem solchen Betonkörper Zugspannungen an den Außenflächen und Druckspannungen im Kern auf.
Übersteigen die Zugspannungen die Zugfestigkeit des Betons, entstehen Schwindrisse, die tiefer oder flacher zum Kern hin vordringen und an Stellen geringerer Festigkeit entstehen. Mit fortschreitender Trocknung schrumpft der Kern allmählich, die Zugspannungen an den Außenflächen nehmen ab.
Abb. 3.
Abb. 4.
Das Ausmaß der Betonschrumpfung hängt von der Art des Zements, der Zementmenge, der Wassermenge bei der Herstellung, von der granulometrischen Zusammensetzung und Elastizität des Steinaggregats sowie vom Alter, insbesondere von der Art der Wartung und dem Klima, und in erheblichem Maße von den Abmessungen des Betonelements ab.
Längsveränderungen des Betons in Stützen und Trägern, die langfristiger Belastung ausgesetzt sind. Betonkriechen. Stützen, die drei Jahre lang in einem trockenen Kellerraum unter der zulässigen Belastung standen und aus Beton gewöhnlicher Zusammensetzung bestanden, wurden gemäß Abb. ständig gekürzt. 3 und deutlich mehr als gleiche, aber unbelastete Spalten. Diese Verformungen, die langsam ablaufen und den Schwindungsgrad des unbelasteten Betons überwinden, werden als „Kriechen“ bezeichnet. Der Grad des Kriechens hängt von der Zusammensetzung des Betons, der Größe und Dauer der Belastung sowie von der Feuchtigkeit des Betons ab. Nasser Beton kriecht deutlich weniger als trockener Beton, Abb. 4. Beton, der längere Zeit ohne Belastung getrocknet wurde, kriecht unter Belastung nur geringfügig. Bei Zugbelastung tritt Kriechen in ähnlichem Ausmaß auf wie bei Druckbelastung, Abb. 5.
Betonkriechen, also das ständige Nachgeben des Betons unter Belastung, führt bei Stahlbeton zu einer Erhöhung des Anteils der Bewehrung an der Lastaufnahme, was bei stark bewehrten Stützen zu einer deutlichen Entlastung des Betons selbst führen kann.
Abb. 5.
Risse und Verformungen: Die dargestellten Schwindungs- und Kriechtrends sind keine ausreichende Grundlage für die Beurteilung von Rissen, Durchbiegungen, Tragfähigkeit oder Haltbarkeit eines bestimmten Objekts. Für die bestehende Konstruktion sind eine Besichtigung, Dokumentation, Messungen und Berechnungen erforderlich; Bei einem Neubau sind das Projekt, die Materialeigenschaften, die Umgebungsbedingungen, der Bauablauf und die geltenden Vorschriften relevant.
Rutschfestigkeit zwischen Bewehrung und Beton
Die Bewehrung in Stahlbetonkonstruktionen soll die Zugkräfte vollständig aufnehmen, wenn der Widerstand des Betons bei Zug durch Schwinden des Betons und Einwirkung äußerer Kräfte überschritten wird. Hierzu ist es erforderlich, dass die Bewehrung ihre Lasten über die Kontaktflächen zum Beton auf den Beton übertragen kann und zwar so, dass die Verankerung der Bewehrung unter den zulässigen Belastungen nicht bricht. Die Verankerung erfolgt durch Haken am Ende der Stangen. Es gibt Arten von Bewehrungsstäben, deren Unterteilung auf der Grundlage von Querrippen erfolgt: B500A (glatter Stab), B500B (Stab mit Rippen in einer Richtung) und B500C (Stab mit Rippen in zwei Richtungen).
Bewehrung und Schutzschicht: Historische Markierungen, Beschreibung der Rippen und Art der Verankerung sind nicht die Grundlage für die Auswahl oder Detaillierung der heutigen Bewehrung. Stahlart, Durchmesser, Anschluss, Verankerung, Überlappung, Abstand, Schutzschicht und Einbau werden projektbezogen festgelegt und durch eine nachvollziehbare Dokumentation und Kontrolle auf der Baustelle bestätigt.
Verschleißfestigkeit von Zementmörtel und Beton
Mörser nach Abb. Auch 18 sind in dieser Hinsicht besonders gut; Bezüglich der granulometrischen Zusammensetzung sind grundsätzlich die oben gemachten Angaben zur Druckfestigkeit zu beachten. Darüber hinaus empfiehlt sich ein Stein, der eine hohe Verschleiß- und Schlagfestigkeit aufweist. Zusatzmittel, die widerstandsfähiger sind als gutes Hartgestein, erhöhen bei geeigneter Korngröße und Form die Verschleißfestigkeit von Beton. Nasser Beton nutzt sich schneller ab als trockener Beton; Feuchtigkeit unterstützt das Schleifen.
Witterungsbeständigkeit von Beton
Wenn es darum geht, die Voraussetzungen für die Herstellung von witterungsbeständigem Beton zu schaffen, sollte man zunächst von den Erfahrungen aus bereits errichteten Bauwerken ausgehen. Zunächst sollte auf Folgendes geachtet werden:
- Wie wählt man einen Stein aus? - Aus wirtschaftlichen Gründen gibt es oft Schwierigkeiten bei der Wahl des Steins, sei es, dass ein Stein verwendet werden muss, der wie gebrochener Sand oder Schotter flach ausfällt und dadurch eine schlechte Einbettung des Betons verursacht, oder ob es sich um einen Stein mit unzureichender Widerstandsfähigkeit gegenüber Witterungseinflüssen handelt. Dabei sind strenge Anforderungen zu stellen, dass für Außenbeton nur Steine mit guter Witterungsbeständigkeit verwendet werden
- Welche Menge Zement wird für Beton benötigt? - Auf Außenflächen muss der Beton ausreichend wasserundurchlässig sein. Zu diesem Zweck können die Erkenntnisse über den Einfluss der granulometrischen Zusammensetzung des Betons auf die Wasserdurchlässigkeit genutzt und darauf basierend die erforderliche Zementmenge bestimmt werden. Einige optimale Zementmengen liegen zwischen 300-350 kg pro m3 Beton, dies kann jedoch von Fall zu Fall stark variieren (es hängt von vielen Faktoren ab).
- Welche Art der Körnung und welche Eigenschaften der körnigen Zusammensetzung von Beton sollten wir anstreben? - Es hängt von Fall zu Fall ab – Flussaggregat ist günstiger, ungleichmäßige Zusammensetzung; Zerkleinerter Zuschlagstoff kann in mancher Hinsicht von besserer Qualität sein, weist jedoch scharfe Körner auf, die in manchen Betonmischungen schädlich sein können.
- Welche Betonfestigkeit wird benötigt? - Diese Frage ist viel schwieriger zu beantworten als die bereits diskutierten. Daher beziehen sich alle bisherigen Vorschläge auf begrenzte Möglichkeiten. Um dieses Problem zu lösen, wurden mehrere Tests durchgeführt, die zeigten, welche Festigkeit Beton haben sollte, um über einen langen Zeitraum beständig gegen wechselseitiges Einfrieren und Auftauen zu bleiben. Es wurde der Schluss gezogen, dass Beton, bevor er wiederholt dem Einfrieren und Auftauen ausgesetzt wird, eine Druckfestigkeit von mindestens 15 MPa aufweisen sollte. Wird der Beton von außen verarbeitet, sind höhere Festigkeiten erforderlich; In einem solchen Fall wird empfohlen, mindestens 25 MPa bereitzustellen.
- Welche Betonkonsistenz ist geeignet? - Was die Konsistenz des Betons angeht, so herrscht derzeit Einigkeit darüber, dass man bei Gussbeton vorsichtig sein sollte, da dieser mit seinem hohen Wasseranteil die Ausscheidung begünstigt, deren Folgen sich darin äußern, dass auf jeder Gussschicht eine mehr oder weniger ausgeprägte Schicht aus feinkörnigem und wasserreichem Mörtel entsteht. Dieser Mörtel hat eine geringere Festigkeit, eine größere Wasseraufnahmefähigkeit usw.
- Inwieweit sollte die Form des Objekts berücksichtigt werden? - Wenn beispielsweise die Außenfläche geebnet ist, bleiben auf einem erheblichen Teil des Betons mehr Schnee und Eis zurück, als wenn die Wand mit glatten Oberflächen behandelt wird. Das Einweichen kann lange dauern, daher ist das Einfrieren und Auftauen im nassen Zustand häufiger. Ziel ist es, Schnee, Eis und Schutt so kurz wie möglich auf dem Gebäude zu halten.
Bei einer Bearbeitung des Betons von außen ist zu berücksichtigen, dass dadurch in der Regel die Wasserdurchlässigkeit höher wird und große, an der Oberfläche liegende Gesteinskörnungen mit dem Werkzeug des Steinmetz zerkleinert werden. Wenn der behandelte Beton eine Bewehrung enthält, ist besondere Vorsicht geboten, um die Schutzwirkung des Betons (Schutzschicht) für die Bewehrung ausreichend zu erhalten. Das Eindringen von Wasser in den Beton kann durch Beschichtungen/Zusätze bis zu einem gewissen Grad verhindert werden.
Die Haltbarkeit wird nicht durch einen einzigen Wert bestimmt: Die Einwirkung von Wasser, Frost, Salzen, Abnutzung und chemischer Einwirkung erfordert eine abgestimmte Material, eine konzipierte Schutzschicht, kontrollierte Installation und Pflege, eine ordnungsgemäße Entwässerung sowie regelmäßige Inspektionen und Wartung. Eine Beschichtung oder ein Zusatzmittel allein kann falsche Zusammensetzung, mangelhafte Installation, Risse, unzureichende Schutzschicht oder ungelöste Wassereinlagerungen nicht ausgleichen.