beton

Beton (von französisch béton) ist ein fester Baustoff, der durch Aushärten einer Betonmischung oder durch Mischen von Bindemittel, Füllstoff und Wasser oder anderen Zusatz- und Zusatzmitteln entsteht und nach dem Erstarren die Eigenschaften eines festen Stoffes annimmt .

• Komposition
  Es besteht aus einer Mischung aus:
  Bindemittel z.B. Zement, aber auch Kalk, Asphalt, Teer, Magnesit (Xylolithböden), makromolekulare Harze (Kunststoffbeton), Gips (Schallschutzwände) und so weiter. Beton mit hohem Zementgehalt wird als reich bezeichnet, Beton mit niedrigem Zementgehalt als mager.
  Füllstoffe z.B. anorganische Naturstoffe wie Sand und Zuschlagstoffe, aber auch künstliche: Schlacke, Schlacke, Blähton und einige organische Stoffe, z.B. Sägemehl, Holzspäne, Kork, Torf usw. Füllstoffe können unterschiedliche Anteile haben.
  Wasser
  Zutaten
  Beimischungen
  

Merkmale

 Aufgrund seiner Eigenschaften gehört Zementbeton (CB) zu den am häufigsten verwendeten Baustoffen. Es hat eine hohe Druckfestigkeit, aber eine geringe Zug- und Scherfestigkeit. Die Druckfestigkeit liegt je nach Bedarf zwischen 5 und 50 MPa. Beton hat die Eigenschaften von Naturstein, Haltbarkeit und Festigkeit (3-60 MPa Druck, etwa zehnmal weniger Spannung). Zur Erhöhung der Zugfestigkeit und Tragfähigkeit wird es mit Stahlstangen, Drähten und Netzen (Stahlbeton) verstärkt. Seine Festigkeit und Eigenschaften ändern sich mit der Zusammensetzung und Verarbeitung der Mischung. Auch die Festigkeit ist ein Nachteil, denn der Wiederaufbau von Betonkonstruktionen ist sehr aufwändig. Die Festigkeit hängt hauptsächlich vom Anteil an Sand oder Kies ab. Rüttelbeton mit einem geringen Sandanteil ist am stärksten und teuersten. Es ist leicht zu formen und ermöglicht die Schaffung verschiedener Formen mit Hilfe der Schalung innerhalb der statischen Möglichkeiten. Es ist chemikalienbeständig, hochtemperaturbeständig, langlebig und volumenstabil. Die Haltbarkeit von Beton ist sowohl im Wasser als auch in der Luft hervorragend.

Beton härtet in etwa 28 Tagen aus. Allerdings endet die Aushärtung danach nicht, Beton härtet bei der richtigen Luftfeuchtigkeit nahezu unbegrenzt aus (auch unter Wasser). Als Bewehrung wird hauptsächlich Stahl STN11xxx (Baustähle, Betonstahl) verwendet. Die Verbindung wird durch die nahezu gleiche Wärmeausdehnung von Stahl und Beton ermöglicht.

Der Nachteil von Beton ist sein Gewicht, das von den verwendeten Materialien (insbesondere Zuschlagstoffen) abhängt. Bei reinem Beton liegt das spezifische Gewicht zwischen 2.000 und 2.400 kg/m3 und bei Stahlbeton zwischen 2.300 und 2.600 kg/m3. Bei Fertighäusern ist die Unterstützung von Hebevorrichtungen erforderlich, was die Baukosten erhöht. Auch die Wärmeleitfähigkeit wirkt sich negativ auf die Konstruktion aus und hängt von der Dichte des Betons ab. Beim Erstarren und Aushärten verändert sich das Volumen des Betons, es entstehen Risse, die durch Dehnungsfugen beseitigt werden.

Geschichte
Die Verwendung von Beton verbreitete sich erst im 20. Jahrhundert. Früher wurde jedoch einfacher Beton verwendet. Die Perser, die Karthager, aber insbesondere die alten Römer nutzten Beton als Baumaterial, wovon noch heute erhaltene Bauwerke wie Straßen und Aquädukte aus dem 1. Jahrhundert n. Chr. zeugen. Nach dem Untergang des Römischen Reiches wurde Beton viele Jahrhunderte lang nicht mehr verwendet.

Beton tauchte erst 1774 wieder auf, als John Smeaton damit die Fundamente des Leuchtturms in Edyston, England, reparierte. Smeaton fügte der üblichen Kombination aus Branntkalk, Sand und Wasser Eisenschlacke hinzu. So entstand der erste moderne Beton.[1]

Erst 50 Jahre nach Einführung der Portlandzementproduktion wurde Beton in größerem Umfang eingesetzt. Das Patent für seine Herstellung erhielt 1824 der englische Steinmetz Joseph Aspdin aus Leeds im Portland County. Von dort stammt auch der Name Portlandzement. Der Engländer Johnson, der das Verfahren zum Brennen von Kalkstein und Ton entdeckte, trug 1845 zur Einführung der industriellen Zementproduktion bei. Dank der Herstellung von Portlandzement entstanden in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts vor allem in Frankreich bemerkenswerte Ingenieurbauwerke aus reinem Beton. Die Idee, Beton mit Eisenelementen zu kombinieren, kam 1849 dem Franzosen Joseph-Louis Lambot beim Bau eines Bootes, als er Zementmörtel auf ein Drahtgeflecht auftrug. Dieses Boot wurde 60 Jahre lang genutzt. Sechs Jahre später erhielt er ein Patent für den Bau von Schiffen aus Stahlbeton. Im Jahr 1861 veröffentlichte der Franzose Francois Coignet das erste Buch über Beton und seinen praktischen Einsatz im Bauwesen. Das Buch hieß „Les betons aglomérés appliqués l´art de construire“ und beschrieb die Anwendung von Stahlbeton in Gebäudestrukturen. Sein eigenes Stahlbetonhaus (Paris von 1862) existiert noch heute.[1] Unmittelbar danach veröffentlichte der amerikanische Anwalt Hyatt im Jahr 1877 die Entdeckung des Vorteils der Verwendung von Stahlbeton bei Biegebeanspruchung und im Zusammenhang mit Feuer
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Entwicklung von Beton
Obwohl der Engländer J.B. White bereits 1837 ein Haus aus Beton baute und der französische Geschäftsmann Francois Coignet 1856 das Einbringen vorgespannter Eisenstangen in die Zementmasse patentierte, begann die Erfolgsgeschichte des Stahlbetons erst mit der Entdeckung von der Pariser Gärtner Joseph Monier. Monier war auf der Suche nach einem frostbeständigen Material für Wasserleitungen und entdeckte dabei neue Vorteile des Materials: Wenn wir einen flüssigen Zementkorb mit einem Eisendraht verbinden, entsteht eine innere Verbindung organischer Natur. Zement umgibt die Eisenstangen wie Skelettmuskeln. Allerdings war sich Monier nicht bewusst, wie wichtig die richtige Platzierung des Stahlgeflechts und damit die Verteilung der Druck- und Zugkräfte im Beton ist. Dennoch wurde sein Patent von 1867 für Betonbehälter für Blumen und später ein weiteres Patent von 1878, das er beim Internationalen Rat anmeldete, zu einem profitablen Geschäft.

Dies führte zu einem langjährigen Streit mit dem Berliner Meister Rabits, der ebenfalls sein Patent zum Einbetonieren von Eisen durchsetzen wollte. Monier selbst arbeitete an mehreren Ideen im Zusammenhang mit Stahlbeton, beispielsweise an Stahlbetonsärgen. Er baute Zisternen, erhielt Patente für mehrere Brückenentwürfe und förderte die Verwendung von Stahlbeton für Böden, Gewölbe, Schwellen und Brücken.

Da er kein Ingenieur war, konnte er in Frankreich keine Brücken bauen. Er verkaufte sein Patent an Unternehmer in Deutschland und Österreich (Wayss, Freitag und Schuster), die die ersten Stahlbetonbrücken Europas bauten. So zum Beispiel im Jahr 1884 in Trier, wo der Kaufmann Conrad Freytag sein System kennenlernte. Letzterer erhielt schließlich die Rechte für Süddeutschland, während die Patentrechte für Norddeutschland von Gustav Adolf Wayss übernommen wurden. Aufgrund der Art der Gebäudesicherung versuchte Wayss, wissenschaftliche Methoden und eine Reihe von Belastungstests an Monier-Tresoren anzuwenden, deren Ergebnisse er 1887 in einer Datei mit dem Titel Monier-System und seine Anwendungen im Bauwesen veröffentlichte. Ein ergänzender Bauschritt war die Übertragung des Prinzips auf alle Bauelemente durch den Franzosen Francois Henebique, ihm wurde somit die Schaffung einer monolithischen Struktur zugeschrieben.

Betonverarbeitung

Aufgrund der hohen Anforderungen wird Beton industriell in Betonwerken hergestellt und mit Betonmischern zum Bestimmungsort transportiert. Bei großen Bauwerken (Autobahnen, Brücken) werden Betonwerke in der Nähe der Baustelle errichtet. Am Zielort wird der Beton in die vorbereitete Schalung gegossen, wodurch ein Monolith entsteht. An schwer zugänglichen Stellen erfolgt der Betontransport auch mit einer Betonpumpe oder Körben, die mit Kränen angehoben werden. Bei der Betonpumpe handelt es sich um einen speziell modifizierten LKW mit hydraulischem Arm in Längen von 20 bis 70 Metern, an dem ein Stahlrohr mit einem Durchmesser von 100 und 125 mm befestigt ist und der mit Hilfe hydraulischer Kolben die Betonmischung in die Betonpumpe drückt Rohr. Kleinere Betonmengen können auch am Einsatzort aufwändig von Hand verarbeitet werden.

Zementbeton kann bei niedrigen Temperaturen nicht verarbeitet werden. Das in der Mischung enthaltene Wasser gefriert und die chemische Reaktion zwischen Bindemittel und Gesteinskörnung findet dadurch nicht statt. Ist der Beton beim Aushärten hohen Temperaturen ausgesetzt (z. B. direkte Sonneneinstrahlung), muss er mit Wasser behandelt werden, damit beim Verdunsten des Zusatzmittelwassers keine Risse entstehen. Ist der Beton hingegen Regen ausgesetzt, muss er vor Wasser geschützt werden, damit das Bindemittel nicht ausgewaschen wird.
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Arten von Zusatzmitteln
Betonzusatzmittel sind einer der Bestandteile von Beton. Hierbei handelt es sich um feinpulverige Stoffe, die bereits beim Mischen der Betonmischung zugesetzt werden. Der Anteil der Zusatzmittel in der Frischbetonmischung liegt zwischen 10 und 40 Gewichtsprozent Zement. Zusatzmittel im Beton haben die Aufgabe, die technologischen Eigenschaften von Frischbeton sowie die mechanischen Eigenschaften von Festbeton zu verbessern.

Flugasche
erhöht die Menge des Anmachwassers
erhöht die Langzeitfestigkeit von Beton
reduziert die Tiefe der Betonkarbonisierung
Kieselsäurehaltige Substanzen, Ausreißer
erhöht die Menge des Anmachwassers
beeinflusst die poröse Struktur des Betons (Porosität erhöht die Absorption)
erhöht die Festigkeit von Beton
erhöht die Widerstandsfähigkeit von Beton gegenüber aggressiven Umgebungen (geeignet für die Wasserwirtschaft und die chemische Industrie)
Farbpigmente
Sie dienen der Einfärbung von Beton
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Betonzusatzstoffe
Betonzusatzmittel sind einer der Bestandteile von Beton. Dabei handelt es sich um chemische Verbindungen, die bereits beim Mischen der Betonmischung zugesetzt werden. Die Zusatzstoffmenge in der Frischbetonmischung liegt zwischen 2 und 50 g/m3.

Weichmachende Zusätze
Sie reduzieren die Oberflächenspannung von Beton
Sie verbessern die Verarbeitbarkeit der Betonmischung (längere Transportstrecke)
Sie reduzieren die benötigte Anmachwassermenge
erhöhen die Druckfestigkeit der ausgehärteten Mischung um bis zu 10 %
Stabilisierende Zusätze
Sie reduzieren die Wasservermischung
Sie verringern die Höhe des Wasserspiegels
Sie erhöhen die Dichte des ausgehärteten Zements, verringern die Porosität und verhindern das Aufsteigen und die Aufnahme von Wasser
Belüftungszusätze
Sie bilden eine große Anzahl mikroskopisch kleiner Poren
Sie bieten Beständigkeit gegen wiederholtes Einfrieren und Auftauen sowie gegen Tausalze
Verzögernde Zusatzstoffe
Sie verlangsamen die Erstarrung und Aushärtung der Betonmischung
Beschleunigende Zusätze
Sie beschleunigen die Erstarrung und Aushärtung der Betonmischung
Andere Zutaten
Korrosionsinhibitoren
biozide Zusatzstoffe
gasbildende Zusatzstoffe (zur Herstellung von Porenbeton)
Erfüllung der Klebefunktion (sie erhöhen den Zusammenhalt der neuen Mischung mit bereits ausgehärtetem Beton)

Betonarten
Trockenbeton ist Beton, der sich in lockerem Zustand befindet und ohne die Hilfe von Mischern transportiert werden kann. Im Gegensatz zu normal verarbeiteter Betonmischung wird trockenem Beton ein kleiner Prozentsatz Wasser zugesetzt. Am häufigsten wird es beim Bau von Autobahnen als Tragbeton (Stabilisierung) unter einem Asphaltteppich verwendet. Beim Einbau von Trockenbeton wird dieser direkt von der LKW-Ladefläche in den Fertiger gegossen, der gleichmäßig dicke Schichten aufbringt. Nach der Lagerung wird es gerollt und zur besseren Festigkeit mit Wasser besprüht.
Normalbeton ist Beton ohne zusätzliche Bewehrung. Es wird hauptsächlich als Grundbeton verwendet. Das Gegenteil ist Stahlbeton.
Stahlbeton: Stahlbeton
Spannbeton ist vorgefertigter Stahlbeton. Die Herstellung eines solchen Betons erfolgt so, dass die Bewehrung in der Schalung mechanisch auf die erforderlichen Werte gedehnt wird. Die Betonmischung wird in die Schalung gegeben und die gesamte Mischung wird in der Schalung gerüttelt. Nach der Erstarrung wird die gestreckte Stahlbewehrung entspannt und vorgespannt. Es verfügt über eine höhere Druckfestigkeit und wird hauptsächlich im Brückenbau eingesetzt.
Stahlbeton ist Beton mit einer Beimischung von Stahlfasern, die seine Druckfestigkeit erhöhen. Es wird für Böden mit hoher Belastung (Industrieböden) und für verstärkte Oberflächen (Parkplätze) verwendet.
Asphaltbeton (AB) ist ein mit Asphalt überzogener Zuschlagstoff aus verschiedenen Fraktionen. Es wird beim Bau von Straßendeckschichten (Bitumenabdeckungen) verwendet.
Besondere Arten:
Feuerfester Beton – die Feuerfestigkeit hängt von der verwendeten Gesteinskörnung ab, bei Verwendung höherwertiger Gesteinskörnung beträgt sie bis zu 800 °C und bei Stahlbeton bis zu 600 °C.
Sichtbeton – ist Beton mit Oberflächenbehandlung, insbesondere an Fassaden oder sichtbaren Bauwerken.
Leichte Typen: sind mit Perlit oder granuliertem Polystyrol (EPS) gemischte Betone. Es wird hauptsächlich zur Aufhellung und Isolierung der Böden von mehrstöckigen Einfamilienhäusern verwendet.
Typen: Porenbeton, Porenbeton/Dränagebeton (für Entwässerungssysteme), Perlitbeton

Es wird hauptsächlich im Bauwesen zur Herstellung tragender Konstruktionen, aber auch im Gartenbau und in der Bildhauerei eingesetzt. Beton wird auch für Pflaster, Schalungsblöcke, Schieferplatten und verschiedene Fertigteile wie Balken, Platten, Säulen, Bordsteine, Stützmauern, Dachrinnen, Barrieren, Garagen, Schächte, Senkgruben usw. verwendet.

Konkrete Strukturen

Freiliegende korrodierte Bewehrung im Beton
Sie werden als tragende Elemente mit hoher Festigkeit oder als nicht tragende/füllende Elemente mit wärmedämmenden Eigenschaften eingesetzt. Tragwerkselemente werden als Stützen, Decken, Stürze, Pfeiler usw. verwendet. Straßentragelemente werden für Industrieböden, Straßen- und Flughafenoberflächen verwendet und weisen eine erhöhte Beständigkeit gegen mechanische Abnutzung und Witterungseinflüsse auf. Wasserwirtschaftsbauwerke weisen eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen die Einwirkung von Wasser auf und werden beim Bau von Dämmen und Stauseen eingesetzt.