[Betonpraxis - Holcim] Zusammensetzung des Betons

 

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allgemeines

 

Die Zusammensetzung des Betons bestimmt maßgeblich seine Eigenschaften. So können über Art und Mengenanteil der fünf Komponenten Zement, Gesteinskörnung, Wasser, Zusatzstoffe und Zusatzmittel Betone für die verschiedensten Bauaufgaben hergestellt werden.

Beton soll im Allgemeinen eine Nutzungs dauer von 50 Jahren gewährleisten. Neben den spezifischen Eigenschaften wie zum Beispiel Festigkeit oder Wasserdichtigkeit ist deshalb die Dauerhaftigkeit eines Betons besonders wichtig. Das bedeutet, dass der Beton so fest, dicht und beständig gegen den Angriff aus seiner Umgebung sein soll, dass seine Gebrauchstauglichkeit für die gesamte Nutzungsdauer erhalten bleibt. Darüber hinaus sollte die während des Erhärtungsprozesses des Zements entstehende Alkalität des Betons dauerhaft erhalten bleiben (Kap. 1.1 «Zement»), um die Betonbewehrung sicher vor Korrosion zu schützen.

Die Dauerhaftigkeit des Betons wird von seiner Zusammensetzung, aber auch von seiner Herstellung, Verarbeitung bzw. Verdichtung und seiner Nachbehandlung bestimmt. In Abb.2.1.1 sind die wichtigsten Kriterien der Dauerhaftigkeit von Betonbauwerken und ihre Einflussgrößen aufgeführt.

Die Mindestanforderungen an die Zusammensetzung des Betons sind in DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 entsprechend seiner geplanten Nutzung festgelegt, wie in Kap.2.2 «Einteilung des Betons» beschrieben wird.

 

 

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Bedeutung des Wasserzementwerts

 

Ein zentraler Kennwert des Betons ist sein Wasserzementwert (Abb.2.1.2 bis 2.1.4). Um den frischen Beton gut verarbeiten zu können, muss bei der Herstellung im Allgemeinen mehr Wasser zugegeben werden, als für die Hydratation des Zements erforderlich ist. Dieses so genannte Überschusswasser wird nicht chemisch gebunden und führt zur Kapillarporosität des Zementsteins. Maßgebend für die Gesamtporosität des Zementsteins ist jedoch nicht die absolute Wassermenge, sondern das Verhältnis des Wasser- und Zementgehaltes im Frischbeton. Dieses Verhältnis wird als Wasserzementwert [w/z] bezeichnet. Über den Wasserzementwert können die wesentlichen Festbetoneigenschaften maßgeblich beeinflusst werden.

 

 

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Wahl des Wasserzementwerts

 

Die Festlegung des Wasserzementwerts richtet sich vor allem nach den Umweltbelastungen und der Traglast, denen der erhärtete Beton ausgesetzt sein wird. Die konkreten Anforderungen ergeben sich aus den Bestimmungen der DIN EN 206-1 und der DIN 1045-2, auf die im nächsten Kapitel eingegangen wird. Zement benötigt rund 40 % seiner Masse an Wasser, um vollständig hydratisieren zu können. Dies entspricht einem w/z von 0,40. Wasser, das darüber hinaus dem Beton zugegeben wird, führt zur Bildung von Kapillarporen.

 

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Mindestzementgehalt im Beton

 

Bei ausreichendem Zementgehalt wird während der Hydratation so viel Calciumhydroxid gebildet, dass durch dessen hohe Alkalität die Stahlbewehrung zuverlässig vor Korrosion geschützt wird. In DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 wird der Mindestzementgehalt in Abhängigkeit von der geplanten Exposition vorgegeben (Abb.2.2.2). Dieser Mindestzementgehalt darf nicht unterschritten werden. Für besondere Anwendungen ist es jedoch erforderlich, einen höheren Zementgehalt zu wählen, um im Frisch- oder Festbeton zusätzliche Eigenschaften zu erhalten. So empfiehlt sich eine Anhebung des Zementgehalts bei Beton mit erhöhten Anforderungen an die Sichtfläche (Kap.2.16), bei Pumpbeton (Kap.2.10) oder selbstverdichtendem Beton (Kap.2.12). Auch bei Verwendung von Splittiger anstelle einer runden Gesteinskörnung ist die Erhöhung der Zementleimmenge erforderlich.

 

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Wahl der Gesteinskörnung

 

Ein Korngemisch mit wohlabgestimmter, kontinuierlicher Kornzusammensetzung führt zu einem Beton mit guter Verarbeitbarkeit und geringer Entmischungsneigung. Der Wasseranspruch des Korngemischs als auch der für eine gute Verarbeitbarkeit erforderliche Zementleimgehalt werden begrenzt (Abb.2.1.5 und 2.1.6). Der daraus resultierende Festbeton hat dadurch eine niedrige Porosität, was ihm eine hohe Dauerhaftigkeit verleiht. Korngemische mit Ausfallkörnungen sind deshalb nur dann zu verwenden, wenn damit andere Vorteile wie z.B. eine verbesserte Pumpbarkeit erzielt werden können.

 

 

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Stoffraumrechnung

 

Die Stoffraumrechnung dient zur Ermittlung der Raumanteile der einzelnen Ausgangstoffe an einem Kubikmeter (1 m3 = 1000 dm3) verdichteten Frischbeton. Die Raumanteile werden aus dem Quotienten der Massen [kg] und der Dichten [kg/dm3] der jeweiligen Ausgangsstoffe berechnet.

 

 

In der Praxis wird nun folgender Ansatz verfolgt: Zum Erreichen bestimmter Frisch- und Festbetoneigenschaften müssen entsprechende Anforderungen erfüllt werden. So erhält man den benötigten Wassergehalt für eine Konsistenz aus der Sieblinie der eingesetzten Gesteinskörnung z.B. nach dem k-Wert Verfahren (siehe Abb. 2.1.8).

 

 

 

Sollen verflüssigende Zusatzmittel eingesetzt werden, muss der ermittelte Wassergehalt angepasst oder aus bestehenden Erfahrungswerten gewonnen werden.

Im nächsten Schritt ist der Wasserzementwert w/z zu wählen. Dies geschieht in Abhängigkeit der anvisierten Betondruckfestigkeit in der Regel mit Hilfe des Walz-Diagrammes (siehe Abb.2.1.9). Zu beachten sind dabei in jedem Fall die Anforderungen, die sich aus den Expositionsklassen nach DIN EN 206-1 / DIN 1045-2 ergeben.

 

 

 

In diesem Zusammenhang sind auch weitere Grenzwerte der Betonzusammensetzung, wie z.B. Mindestzementgehalt, anrechenbarer Steinkohlenflugaschegehalt, Mindestluftporengehalt oder der höchstzulässige Mehlkorngehalt einzuhalten.

Für verdichtete Frischbetone ohne luftporenbildende Zusatzmittel kann ein Porenvolumen von 1 bis 2 Vol.-% angenommen werden. Flüssige Zusatzmittel sind auf den Wasserzementwert anzurechnen, wenn ihr Gehalt 3 Liter/m3 überschreitet.

Der verbleibende Stoffraum wird nun durch die Gesteinskörnung aufgefüllt. Die Stoffraumrechnung wird grundsätzlich für oberflächentrockene Gesteinskörnung durchgeführt.

Abb.2.1.7 verdeutlicht einen möglichen Rechengang. Berechnet wird ein Beton nach DIN EN 206-1 / DIN 1045-2 mit den Anforderungen C30/37, XC4, XD3, XF4 Dmax32; Cl 0,20; F3.

 

 

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