Korrosionsschutz der Bewehrung
Nach den heutigen Eurocodes ist die Mindestdicke der Betondeckung (cnom) vorgeschrieben. Die Dicke einer solchen Betondeckung ist der kleinste Abstand von der äußeren Oberfläche des Stahlbetonbauteils zur ersten Bewehrung. Bei linienförmigen Bauteilen ist dies der Bügel, bei flächigen Bauteilen die untere Längsbewehrung. Die nominelle Betondeckung wird definiert als: cnom = cmin + Δcdev
cmin ist die minimal vorgeschriebene Betondeckung, deren Wert von den Haftungsbedingungen zwischen Beton und Bewehrung, den Umgebungsbedingungen, der Beschichtung der Bewehrung usw. abhängt. Δcdev ist der Wert, der die Ausführungsabweichung darstellt. Abhängig von der Expositionsklasse des Stahlbetonbauteils gibt es unterschiedliche Werte der nominalen Betondeckung; sie liegt meist zwischen 2,5 cm und 3,5 cm. Für Fundamente wird angenommen, dass sie 5cm beträgt.
Verhalten von Zementmörtel und Beton bei häufigem Erwärmen und Abkühlen
Die Festigkeit von Frischbeton kann durch allmähliches Erwärmen mit Dampf oder durch Halten in schrittweise erwärmtem Wasser und anschließendes langsames Abkühlen rasch erhöht werden. Auf diese Weise treten nach einem eintägigen Verfahren Festigkeiten auf, die bei der gewöhnlichen Ausführung erst nach mehreren Wochen erreicht werden. Das Ausmaß der Wirkung hängt vom Zement und von der Art des Zuschlags ab, wobei jedoch mit magerem Beton wesentlich bessere Ergebnisse erzielt werden als mit fettem Beton.
Wenn Erwärmung und Abkühlung in weiten Grenzen erfolgen, treten in einem Betonelement erhebliche Spannungen auf, wenn Erwärmung und Abkühlung schnell ausgeführt werden. In einem solchen Fall, besonders bei häufiger Wiederholung, ist mit dem Auftreten von Rissen zu rechnen, die von außen nach innen vordringen und die mechanischen Eigenschaften des Betons beeinflussen. Dabei verhalten sich verschiedene Zemente unterschiedlich, weshalb für die praktische Anwendung eine sorgfältige Zementauswahl empfohlen wird.
Wärmedurchlässigkeit von Beton
Der Wärmeleitkoeffizient von Beton hängt von den Eigenschaften von Zuschlag und Zement, von der Zementmenge, der Wassermenge für die Herstellung, der Feuchtigkeit des Betons sowie von der Temperaturhöhe ab. Durch Untersuchungen mit Platten von 10 cm cm Dicke und aus stark getrocknetem Beton wurde festgestellt, dass der Wärmeleitkoeffizient λ bei 10 °C 1,163 W/mK beträgt, und bei Platten aus Beton, der im Wasser gelegen hat, bis zu 2,326 W/mK. Dickere Platten ergaben höhere Wärmeleitkoeffizienten; der höchste Wert betrug 2,38 W/mK.
Ausdehnung des Betons bei Wärme
Die Ausdehnung hängt in hohem Maße vom Zuschlag, sodann von der Feuchtigkeit des Betons und auch vom Zement selbst ab. Die bisher bekannten Grenzwerte bei 0 bis 40 oC betragen etwa 6 bis 13*10-6 m/m je Grad.
Widerstand gegen häufige Belastung
1. Druckfestigkeit bei Ermüdung. Der Begriff der Ermüdungsfestigkeit wird hier in allgemeinem Sinn verwendet; für die technische Anwendung sind stets die Ermüdungsfestigkeiten (Druck, Zug, wechselnder Druck und Zug, Biegung, Scherung, reine Scherung, Knicken) sowie die Art der Belastung anzugeben (nur ruhend, nur häufig, teilweise ruhend und teilweise stehend).
Druckfestigkeit bei Ermüdung infolge ruhender Belastung: Es ist zu erwarten, dass die Widerstandsfähigkeit gegenüber Langzeitbelastung mindestens ¾ der Festigkeit beträgt, die bei der gewöhnlichen Druckprüfung auftritt.
Druckfestigkeit bei Ermüdung infolge häufiger Belastungen (grundlegende dynamische Festigkeit): Es hat sich gezeigt, dass die grundlegende dynamische Druckfestigkeit von Betonstützen unterschiedlicher Zusammensetzung, insbesondere mit unterschiedlichen Zementmengen und unterschiedlichen Kornzusammensetzungen, mindestens 0,5 der Prismenfestigkeit bei gewöhnlicher Belastung bis zum Bruch beträgt. Dabei wurden 260 Belastungszyklen pro Minute durchgeführt; die Gesamtzahl der Zyklen, für die diese grundlegende dynamische Festigkeit bestimmt wurde, betrug zwei Millionen. Mit zunehmender Zahl der Zyklen pro Minute (untersucht wurde mit 10 bis 450 Zyklen pro Minute) nahm auch die Anzahl der Wiederholungen zu, die zum Bruch führte.
Druckfestigkeit bei Ermüdung infolge der gleichzeitigen Wirkung ruhender und häufig wechselnder Lasten: Werden zu den häufigen Lasten ruhende Lasten hinzugefügt, so sinken mit zunehmenden ruhenden Lasten die Werte der Amplituden der häufig wechselnden Lasten, die sonst zwei Millionen Mal wiederholt werden. Beispielsweise zeigt Abb. 1, dass die Amplituden der häufigen Lasten S betrugen:
- bei ruhender Belastung für σu = 6 kg/cm2 S = 109 kg/cm2
- bei ruhender Belastung für σu = 118 kg/cm2 S = 39 kg/cm2
- bei ruhender Belastung für σu = 157 kg/cm2 S = 8 kg/cm2
Abb. 1
Abb. 2
2. Biegefestigkeit von Beton bei Ermüdung. Die in Abb. 2 dargestellten Versuche an Balken, die dauernd im feuchten Zustand gehalten wurden, zeigten bei Grund-Dynamikbeanspruchung, dass die Biegefestigkeit bei Ermüdung 28 kg/cm2 beträgt, während die gewöhnliche Biegefestigkeit 53 kg/cm2 betrug, was einem Verhältnis von 0,53 entspricht.
Leichtbeton
Leichtbeton (Beton mit einem Gewicht unter 18 kN/m3) wird unter Verwendung leichter, poröser Zuschlagstoffe wie Bims, Hochofenschlacke, Kesselschlacke hergestellt; außerdem durch Verwendung von Mörteln aus natürlichem oder künstlichem Sand und Mehl mit Zusätzen, die bei der Herstellung des Mörtels Gase entwickeln (Gasbeton) oder im Mörtel Schaumbildung verursachen (Schaumbeton).
Leichtbeton wird unter anderem in großem Umfang zur Herstellung von Mauerblöcken und Bimsplatten für Wände und Dächer verwendet; im trockenen Zustand ist er ein schlechter Wärmeleiter; die Festigkeit ist mäßig, lässt sich jedoch leicht anpassen, sodass leichte Blöcke für tragende Wände von Wohngebäuden zuverlässig hergestellt werden können.
Als Mittel zur Gasbildung im Gasbeton wird Aluminiumpulver verwendet. Je nach Menge der Beimengungen sowie nach anderen Bedingungen entsteht ein mehr oder weniger poröses Material mit einem Trockengewicht von etwa 3 kN/m3 und mehr.
1. Raumgewicht des Leichtbetons. Mit natürlichem Bims können Raumgewichte - unter Zugrundelegung des im bei 105 oC getrockneten Zustands - ab 7 kN/m3 aufwärts mit Druckfestigkeiten von 2 MPa gewährleistet werden. Das zu erwartende Raumgewicht entspricht ungefähr der Summe von Zuschlag und Zement im Schüttzustand. Gasbeton mit Raumgewichten über 8 kN/m3 ist in der Regel technisch ungeeignet.
2. Druckfestigkeit von Leichtbeton. Für Schüttbeton können ohne besondere Maßnahmen Festigkeiten von 8 MPa erreicht werden, mit Kies sogar bis zu 12 MPa. Es sind ständige Eignungsprüfungen erforderlich. Porenbeton (Gasbeton und Schaumbeton) ist für tragende Wände erst nach dem Aushärten unter Dampfdruck geeignet. Mit geeigneten Rohstoffen lassen sich Raumgewichte von 6 kN/m3 und Druckfestigkeiten von 5 MPa sicherstellen.
3. Biegefestigkeit von Leichtbeton. Das Verhältnis zwischen Biege- und Druckfestigkeit hat sich im Rahmen praktischer Anforderungen als relativ groß erwiesen; mit zunehmender Festigkeit nimmt dieses Verhältnis jedoch ab.
4. Schwindmaß von Leichtbeton. Das Schwindmaß hängt hauptsächlich von der Elastizität des Zuschlags sowie von der Menge der Bestandteile des erhärteten Zements ab; das Schwinden von Leichtbeton ist größer als das Schwinden von Kiesbeton. Beton aus Ziegelsplitt zeigte im Verlauf eines Jahres ein Gesamtschwindmaß von etwa 0,65 mm/m. Frisch gelieferte Elemente aus natürlichem Bimsstein verkürzten sich in 14 m Monaten um etwa 0,8 mm/m. Proben aus Gasbeton und Schaumbeton, die an der Luft erhärteten, zeigten noch wesentlich größere Schwindmaße, sogar über 2 mm/m. Man darf nicht vergessen, dass jeder Beton bei Durchfeuchtung durch Regen und schmelzenden Schnee quillt und beim späteren Austrocknen wieder schwindet.
Abb. 3
5. Wärmeleitfähigkeitskoeffizient. Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient nimmt mit der Raumdichte ab und wird unter sonst gleichen Bedingungen umso kleiner, je kleiner und gleichmäßiger die Luftporen verteilt sind. Für lufttrockenes Stampfbeton betrug er (λ = 0,4625 für 9 kN/m3; λ = 0,58 – 0,7 für 12 kN/m3; λ = 0,81 – 1,05 für 16 kN/m3). Für lufttrockenes Porenbeton liefert Abb. 3 die Angaben.
HINWEIS:
- 0,1 kcal/mhoC = 0,1163 W/mK
- 0,1 kg/dm3 = 100 kg/m3 = 1 kN/m3