Beton
Beton ist ein vielseitiger Baustoff, der aus Zement (als Bindemittel) und allerlei Zuschlägen (Sanden, Kiesen) besteht. Sogenannte Additive (Betonzusatzstoffe und Betonzusatzmittel) können zudem die Fließeigenschaften verbessern oder die Farbe des Betons beeinflussen.
Wegen seiner vielseitigen Eigenschaften ist der besonders druckfeste Baustoff im Bauwesen nicht mehr weg zu denken. Welche Eigenschaften Beton so attraktiv und vielseitig machen, wie Sie Beton mischen und was beim Beton gießen zu beachten ist, erfahren Sie hier.
Immer wieder wird der römische Baustoff »opus caementitium« als erster Beton der Baugeschichte genannt. Der Vorläufer des modernen Zement-Betons bestand aus gebranntem Kalk, Wasser und Sand – und als römische Innovation Ziegelmehl und Vulkanasche, welche die Festigkeit des Baustoffs erhöhten und die Rissneigung reduzierten. Als Kalkmörtel gewinnt der Römer-Beton aber durch Trocknung seine Festigkeit. Echter Beton bindet chemisch durch die sogenannte Hydratation ab:
Das Zugabewasser (früher auch Anmachwasser genannt) erlaubt dem Bindemittel (Portland-)Zement chemisch zu reagieren. Sogenannte Puzzolane (spezielle Gesteinsmehle, Vulkanaschen, Mikrosilikate) leiten die Reaktion mit dem Calciumhydroxid des Zements ein, dabei wird Wasser in die Molekülstruktur eingebaut: Es "wachsen" kleine Betonkristalle, die sich untereinander und mit den Zuschlagstoffen fest verketten. Während der Hydratation wird das Wasser zum größten Teil chemisch gebunden (statt zu verdunsten). Dabei entsteht langsam der bekannte harte Baustoff Beton – dieser Prozess dauert vergleichsweise lange: Nach 2-3 Tagen hat Beton (je nach Bauteil-Dicke und Witterung) eine solide Anfangsfestigkeit entwickelt, seine Normfestigkeit (laut DIN 1164 Festigkeitsklassen von Zement) erreicht der Baustoff aber erst nach 28 Tagen!
Als Fundament, als Stahlbetonstütze, als Ringanker im Dachstuhl oder als Pflasterstein ist Beton im Bauwesen beonders wegen seiner hohen Druckfestigkeit als Konstruktionsbaustoff beliebt. Mit 20 Newton pro Quadratmillimeter (N/mm²) trotzt der Werkstoff Lasten von 200 kg/cm2. Um ebenfalls Zugspannungen (z.B. durch Biegung) aufnehmen zu können, wird dem Beton eine Armierung (aus Bewehrungsstäben oder -matten aus Stahl, s. unten) zugegeben. Typische Bauschäden wie abplatzender Beton über Bewehrungsstäben sind vor allem auf eine zu geringe Betonüberdeckung zurückzuführen. Denn Stahlbeton ist dank des hohen pH-Werts des Zements gut vor Korrosion geschützt.
Beton mischen
Auch der Heimwerker benötigt regelmäßig Beton für diverse Arbeiten im Garten oder am Haus: Mal benötigt er ein Fundament fürs Gartenhaus, eine Bodenplatte für die Terrasse oder will Zaunpfosten einbetonieren. Wie Sie kleinere Mengen Beton anmischen (per Hand) oder auch größere Mengen von Wasser, Kies und Zement zu Beton verrühren (im Betonmischer / Freifallmischer), erfahren Sie hier:
Beton mischen – Schritt für Schritt erklärt
- benötigtes Werkzeug griffbereit zusammentragen
- Schutzkleidung anziehen: mindestens Handschuhe und Schutzbrille, denn die Zementschlemme ist stark basisch und kann zu Verätzungen führen.
- Für kleine Mengen Beton: Zuerst füllen Sie die ermittelten Mengen Kies und Zement trocken in ein Speißfass/Mörtelwanne
- Nun werden die Schüttgüter sorgfältig vermengt
- Erst dann wird nach und nach die ermittelte Menge Wasser zugegeben und weiter mischen (Rührquirl & Bohrmaschine nutzen!), bis der Beton die gewünschte Konsistenz zeigt
- Für große Mengen Beton: Füllen Sie etwa rund 2/3 der benötigten Wassermenge in den Freifallmischer
- Fügen Sie den Kies hinzu und mischen alles sorgfältig durch
- Erst jetzt geben Sie den Zement in den laufenden Betonmischer hinzu
- Nach und nach gießen Sie das restliche Anmachwasser hinein, bis der Beton die gewünschte Konsistenz ha
- Nun Beton zügig verarbeiten
Praxistipp: Bei der Verarbeitung und dem Abbinden sollte es frostfrei sein! Bei sehr hohen Temperaturen müssen Sie den Frischbeton ggf. regelmäßig nässen und mit einer Folie vor der Sonne schützen. Übermäßige Verdunstung entzieht dem Beton das zur Hydratation benötigte Anmachwasser – der Beton "brennt auf" und verliert seine Festigkeit.
Häufig stellt sich auch die Frage nach dem richtigen Mischungsverhältnis von Wasser, Kies und Zement. Für den Heimwerker hat sich folgende Regel-Mischung bewährt:
Auf einen Teil Zement kommen vier Teile Kies – etwa die Hälfte der Zementmenge wird als Anmachwasser benötigt.
Das heißt für ein Gartenhaus-Fundament vermengen Sie 10 kg Zement (ein Sack) mit 40 kg Kies. 5 Liter Wasser sollten in der Regel genügen, um den Beton "steif anzumischen". Nicht ungeduldig werden und vorschnell mehr Wasser zufügen, denn das beeinträchtigt wie oben beschrieben die Betoneigenschaften! Praxistipp: Die Wahl des richtigen Kies ist ebenso wichtig wie die Menge Anmachwasser – der Zuschlag sollte eine Körnung von 0 - 16 mm (max 32) aufweisen und eine ausgeglichene Sieblinie (etwa gleich viele feine, mittlere und grobe Kiesel) haben. So ist gewährleistet, dass zwischen dem Kies keine Hohlräume entstehen.
Beton gießen
Beton soll nach dem Mischen (bzw. der Lieferung im Betonmischer) zügig zu verarbeiten und zu verdichten. Das Verdichten dient dazu, Hohlräume in der Gussform zu vermeiden und Blasen aus dem flüssigen Beton auszutreiben. Denn Lufteinschlüssen führen zu Poren im Beton, die dessen Festigkeit herabsetzen. Zur Verdichtung werden heute vor allem Flaschen- oder Tauchrüttler eingesetzt – das Stochern und Stampfen mit einem Holzstiel erzeugt bei kleinen Betonarbeiten aber ebenso gute Ergebnisse. Praxistipp: Durch das Stampfen verflüssigt sich der Beton zusätzlich – Stampfbeton kommt daher mit besonders wenig Anmachwasser aus. Je weniger (für die Hydratation nicht benötigtes) Wasser im frischen Beton ist, desto weniger Wasser kann verdunsten und ungewünschte Poren im Baustoff hinterlassen!
Achtung: Schon beim Einfüllen des Betons in die Schalung gilt es zu verhindern, dass sich der Beton entmischt. Fällt der flüssige Beton aus zu großer Höhe (>1,5m) in die Schalung oder wird die Rütteldauer-/intensität überschritten, kann es dazu kommen, dass sich größere Körner der Zuschlagstoffe unten absetzen und sich an der Oberfläche eine Wasser- oder Wasserzementschicht bildet ("der Beton blutet aus"). Nur wenn die Gesteinskörner im Beton annähernd gleichmäßig verteilt sind, erreicht der baustoff die gewünschte (und berechnete) Festigkeit und Dauerhaftigkeit. Am besten, Sie gießen Beton lagenweise: 10 - max. 50 cm Beton einfüllen, verdichten und die nächste Lage Beton gießen.
Von der Entstehung des Stahlbetons
Am Anfang war der Blumentopf:
Als gelernter Gärtner ist der Umgang mit Blumentöpfen für Joseph Monier (1823-1906) nichts Besonderes. Doch ärgert sich der passionierte Erfinder immer wieder über mangelnde Qualität der Pflanzenbehälter, die seinerzeit – Mitte des 19. Jahrhunderts – zumeist aus Ton oder Holz hergestellt werden. Während Ton zu schwer ist und schnell zerbricht, verwittern die Töpfe aus Holz meist vorzeitig. So experimentiert Joseph Monier und sucht nach einer Lösung des Problems. Monier gießt zunächst Töpfe aus reinem Zement, die jedoch nicht stabil genug sind. So fügt er eine Drahteinlage hinzu, wodurch sich die Haltbarkeit deutlich verbessert. Dass der Franzose mit seiner nach zahlreichen Versuchen hergestellten Konstruktion aus einem Drahtkorb und Zement heute neben den parallel forschenden François Coignet und Joseph-Louis Lambot als Erfinder des Stahlbetons gilt, hätte er sich sicherlich damals nicht erträumt.
Nach weiteren Experimenten mit Draht und Zement meldet Joseph Monier 1867 sein „Verfahren zur Herstellung von Gegenständen verschiedener Art aus einer Verbindung von Metallgerippen mit Zement“ zum Patent an. Damit soll – wie Monier schreibt – „größere Haltbarkeit und Ersparnis an Zement und Arbeit“ erzielt werden. Später folgen weitere Patente über „Stützen und Balken mit Eiseneinlage“ und der Namensgeber des „Moniereisens“ wendet seine Erfindung schließlich auch für den Brückenbau aus Eisenbeton an. Im Schlosspark des Marquis de Tiliere bei Chazelet in Frankreich baut er die erste Fußgängerbrücke. 1906 stirbt Monier vereinsamt und verarmt in einer Pariser Dachkammer.
Doch parallel forscht die Wissenschaft weltweit weiter. Schon kurz darauf werden in Deutschland die ersten Zementnormen eingeführt (1877) und mehrere Forscher – darunter der US-Rechtsanwalt Thaddeus Hyatt und der österreichische Ingenieur Gustav Adolf Wayss – erkennen das statische Zusammenwirken innerhalb des Eisenbetons. Auch die Einflussfaktoren auf Verbundwirkung und Dauerhaftigkeit des Eisenbetons werden in der Folgezeit von verschiedenen Wissenschaftlern unabhängig voneinander weiter untersucht – die Qualität des Verbundwerkstoffs steigt kontinuierlich. Sowohl in Europa als auch in den USA entstehen gegen Ende des 19. Jahrhunderts zahlreiche eisenbewehrte Bauwerke, erstmals wird die Erstellung größerer Brücken wie auch der Bau von Hochhäusern möglich. Spätestens jetzt startet die Erfolgsgeschichte des „Eisenbetons“ (in Frankreich auch „Monierbeton“ genannt), der heute nur noch als „Stahlbeton“ bekannt ist.
Mittlerweile ist Stahlbeton mit über 100 Millionen verbauten Kubikmetern im Jahr der wichtigste Verbundwerkstoff Deutschlands und kaum ein Bauwerk kommt ohne aus. Gerade biegebeanspruchte Decken oder Bodenplatten werden heute hauptsächlich aus Stahlbeton gefertigt. Aber auch massige Bauteile wie Brückenpfeiler oder Stützwände werden im Regelfall daraus hergestellt.
Fotos: sidm/Archiv, Ralf Saalmüller / CC BY-SA 3.0, beton.org / Christian Sadofsky
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