Baustofflehre_BIB__I_2010_2011-SKRIPT

BT 1

Bachelor Bauingenieurwesen

Baustofflehre I

Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur p g Fakultät Bauwesen Leipzig, Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt Lehrgebiet g Baustofflehre

HTWK Smd

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 2

Lehrinhalte (1) 0. Einführung 1. Baustoffkenngrößen 2. Mineralische Bindemittel 3. Gesteinskörnungen (Gesteinsbaustoffe) 4 Betonzusätze 4. B t ät 5. Beton – Grundlagen 6 Leichtbeton 6. 7. Metalle – Korrosionsschutz 8 Keramik 8. 9. Glas 10. Holz, Holzschutz 11. Bitumen 12. Kunststoffe

Baustofflehre I

Baustofflehre II

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 3

Lehrinhalte (1) 0. Einführung 1. Baustoffkenngrößen 2. Mineralische Bindemittel 3. Gesteinskörnungen (Gesteinsbaustoffe) 4 Betonzusätze 4. B t ät 5. Beton – Grundlagen 6 Leichtbeton 6. 7. Metalle – Korrosionsschutz 8 Keramik 8. 9. Glas 10. Holz, Holzschutz 11. Bitumen 12. Kunststoffe

Baustofflehre I

Baustofflehre II

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 4

Lehrinhalte (2) • • • • •

Vorlesung (Baustofflehre – Bauchemie) Seminar Praktikum Belege (Gesteinskörnungen; Beton) Prüfungen (nach dem 1. und 2. Semester )

 Anforderungen ( Zulassung zur Prüfung!)  Die ausgegebenen Lehrunterlagen sind nur für den Gebrauch während der Ausbildung an der HTWK Leipzig b ti bestimmt t ! Zur Z Erarbeitung E b it wurde d die di auff den d Folien F li 4 und 5 angegebene Literatur verwendet. Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 5

Lehrinhalte (3) – Literatur (1) • Skripten • Praktikumanleitungen • Fragenkomplexe • Literatur: (Zur Erarbeitung der Vorlesung verwendet !) [1] Scholz; Hiese: Baustoffkenntnis; Werner Verlag 2007 [2] Ettel: Ett l Baustoffe B t ff – gestern t und dh heute; t B Bauwerk kV Verlag l GmbH, Berlin 2006 [3] Hegger u.a.: u a : Baustoff Atlas; Birkhäuser – Verlag für Architektur Basel – Boston – Berlin; Edition Detail München [[4]] Leydecker: y Nanomaterialien; Birkhäuser – Verlag g für Architektur Basel – Boston – Berlin 2008

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BT I 6

Lehrinhalte (4) – Literatur (2) [5] Nachtigall: Bau-Bionik, Springer – Verlag Berlin 2003 [6] Oksanovic: Der unsichtbare Konflikt; VEB Verlag für Bauwesen Berlin, 1985 [7] Stark; Wicht: Der Baustoff als Werkstoff - Zement und Kalk; Birkhäuser 2000 [8] Stark; Wicht: Der Baustoff als Werkstoff – Dauerhaftigkeit von Beton; Birkhäuser 2001 [9] Röbert Röb t u.a.: Systematische S t ti h Baustofflehre, B t ffl h B Band d1 1: Grundlagen; VEB Verlag für Bauwesen [10] Schulze, Schulze Tischer Tischer, Ettel: Ber Baustoff Beton Beton, Band 2; VEB Verlag für Bauwesen Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 7

Lehrinhalte (4) – Literatur (3) [11] Zement-Taschenbauch; VDZ; Verlag Bau + Technik Düsseldorf; 51. Ausgabe 2008; [12] Beton-Kalender (erscheint jährlich); Ernst&Sohn Berlin [13] Röhling; Eifert; Kaden: Betonbau – Planung und Ausführung, Verlag für Bauwesen Berlin 2000 [14] Deplazes u.a.: Architektur Konstruieren – vom Rohmaterial zum Bauwerk; Birkhäuser Basel Boston Berlin 2008 [15] Benedix: B di B Bauchemie, h i Vi Vieweg + T Teubner, b Wi Wiesbaden b d 2008 [16] Wagenbreth; Steiner: Geografische Streifzüge, Verlag für Bauwesen Berlin Berlin, 1987

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BT I 8

Geschichtliches (1) • • • • • • • •

5000v.u.Z. Naturstein, Holz, Lehm als Baustoff 4000v.u.Z. glasierte Ziegel in Ägypten 3000v.u.Z. Kalk zur Herstellung von Bindemitteln in Ägypten 2000v.u.Z. Eisen- und Bronzeklammern zur Verbindung von Naturstein in Griechenland 2000v.u.Z. Glas und Glasuren in Ägypten 580v.u.Z. farbig glasierte Ziegel in Babylon (Ischtartor) 500v.u.Z. Ziegel in Rom 300v.u.Z. Römer verwenden kleine Glasplatten für Fenster

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BT I 9

Geschichtliches (2) • • • • • • • • • • • • •

0 Römer brennen Kalk in Schachtöfen 80 Beginn des Betonbaus in Rom 600 Kalk Kalk-Luftmörtel Luftmörtel 1000 Dachziegel (später Mönch und Nonne) 1196 erste Glashütte in Thüringen g 1200 erste Sakralfenster in Mitteleuropa 1200 Backsteingotik in Norddeutschland 1708 Porzellan in Meißen (Böttger) 1756 Smeaton  mergeliger Kalk in England gebrannt 1800 Aufschwung der Stahlproduktion und der Walztechnik 1824 Aspdin  Patent zur Zementherstellung, „Portlandzement“ 1844 Johnson  gesinterter Portlandzement (Portlandzementklinker) 1848 Frankreich  erster Dppel-T-Träger gewalzt

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BT I 10

Geschichtliches (3) • 1850 keramische Feuerfeststeine, Erfindung des Tunnelofens • 1867 Siemens Si  erste regenerativ i b beheizbare h i b Glasschmelze • 1880 Michaelis  Patent zur Herstellung von Kalksandsteinen • 1892 Hennibique  Plattenbalken aus Eisenbeton • 1906 Backerland  Beginn der Kunstharzindustrie • 1912 Hüttenbims • 1930 Aluminiumlegierungen • 1960... 1960 Faserverbunde... Faserverbunde • ....UHPC, SVB, .... Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 11

0. Einführung (1) • • • • •

Begriff / Baustoffwissenschaft Bedeutung der Baustoffe für das Bauwerk Nutzungsdauer – Gebrauchstauglichkeit – Dauerhaftigkeit Baustoffe – Herkunft – Region B Baustoffauswahl ff hl - Baustoffeinsatz B ff i

• • • •

Aktuell  theoretischer E-Schein (!!!!!!!!) Würfelwettbewerb (!!!!!!!!) Betonbootregatta (!!!!!!!!) Praktikum Studienarbeiten (Bachelor Praktikum, (Bachelor, Master ... Dr Dr.-Ing Ing. ...))

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BT I 12

Theoretischer E-Schein Antragstellung im Juni 2009 Beim Ausbildungsbeirat „Beton“ des Deutschen Beton- und Bautechnik-Vereines e.V. seit Juli 2009 Anerkennung der Fakultät Bauwesen als Ausbildungsstätte für die theoretische erweiterte betontechnologische Ausbildung  Erlangung „theoretischer“ E-Schein !!!!!!!! (nach DIN 1045) durch erfolgreiche Teilnahme an Vorlesung (fakultativ) „AK Baustofftechnik“ (Prof. Dr. Schmidt) (3. + 4. Semester)  Aushang neben Raum G 203  Informationen: www.betonverein.de Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 13

Würfelwettbewerb der Studenten • seit vielen Jahren.... • zu Beginn g  Ziel: „Würfel höchster Festigkeit“ g • 1. Platz: 200 €; 2. Platz: 150 €; 3. Platz: 100 €; 4. – 10. Platz: Fachbücher

2010 • Zielfestigkeit: 35 N/mm² • Zielwert / Rohdichte: 2,4 kg/dm³ (Würfel, lufttrocken) • Würfel; Wü f l 15 cm K Kantenlänge t lä • Bindemittel: Zement Teilnahmemeldung bis 9 9.11.2010; 11 2010; Wettbewerb: 9.12.2010, ab 17.00 Uhr Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 14

Würfelwettbewerb 2008

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BT I 15

Exkursion  Zementwerk Deuna (1)

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BT I 16

Exkursion  Zementwerk Deuna (2)

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BT I 17

Exkursion  Zementwerk Deuna (3)

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BT I 18

13. Deutsche Betonkanu-Regatta 24. u. 25.6.2011 in Magdeburg, Salbker See II

• Ausschreibung  www.betonkanu-regatta.de www betonkanu-regatta de

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BT I 19

0. Einführung (2) Baustoffauswahl - Baustoffeinsatz • „Moderne“ , „Innovative“ Baustoffe  Nanotechnologie • Energieeffizienz • Nachhaltigkeit

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BT I 20

Begriff / Baustoffwissenschaft (1) • Umfassende und solide Baustoffkenntnisse sind unerlässlich für die Lösung g aller Bauaufgaben. g • Wo sie fehlen, kann es zu Bauschäden und zur Einschränkung der Nutzung, sowie zur Verringerung der Nutzungszeit der Bauwerke kommen. • Erfassung der Eigenschaften verschiedener Bau- und Werkstoffe als Voraussetzung zur Planung und Bemessung von Baukonstruktionen. B k t kti  zugesicherte Eigenschaften sind Vertragsgrundlagen  Werkvertrag; W k t Liefervertrag Li f t

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BT I 21

Begriff / Baustoffwissenschaft (2) • Beschreibung der Mikro- und Makrostruktur der Bau- und Werkstoffe • Erläuterung der Zusammenhänge zwischen Struktur und Eigenschaften f • Abschätzung der Eigenschaften und ihrer Grenzen bei b k bekannter t Struktur St kt • Optimale Auswahl der Bau- und Werkstoffe für bestimmte Anwendungen • Weiterentwicklung der Bau- und Werkstoffe und deren verfahrenstechnische Anwendung

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BT I 22

Bedeutung der Baustoffe für das Bauwerk • Abgrenzung des Raumes (Sicherung der Nutzung über eine geforderte Zeit zu vernünftigen Kosten) durch Baustoff • Wechselseitige Auseinandersetzung zwischen Umgebung und Nutzung ( ( Dauerhaftigkeit) f ) mit dem Baustoff • Ertüchtigung, E tü hti Wartung, W t Instandhaltung I t dh lt und d Instandsetzung

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BT I 23

Nutzungsdauer – Gebrauchstauglichkeit – Dauerhaftigkeit • • • •

Bauherr  Nutzungskonzept (Ziel  Gewinn) Baukosten – Baustoffkosten  Optimierung Nutzungskonzept  Nutzungszeit Sicherung der Gebrauchstauglichkeit über gewünschte Nutzungszeit bei optimalen Aufwand • Dauerhaftigkeit

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BT I 24

Beispiel: Dauerhaftigkeit von Beton, Stahl- und Spannbeton Einwirkungen Belastungen Grenzwerte Häufigkeit Einwirkungszeit Umgebung U b Herstellung Standort Klima

Dauerhaftigkeit

Widerstände

Nutzung (Aufgabe) Nutzungszeit hinzunehmende Eigenschaftsänderungen

gegen Karbonatisierung  Alkalität, Passivität

Tragfähigkeit Gebrauchstauglichkeit Instandhaltung, Wartung

gegen FrostFrost und Taumittelangriff

Gestaltung Konstruktion Bauweise Geometrie Betondeckung, Rissbreite

gegen Chloride

gegen chemischer h i h A Angriff iff Angriffsgrad ( AKR) gegen mechanischen Verschleiß Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 25

Baustoffe – Herkunft – Region • • • • • • • • •

„Bauen heißt transportieren !“ Baustoffe werden i.d.R. regional gewonnen und verwendet. Baustoffe prägen die Bauweisen der Region. Baustoffe bestimmen regional die Tradition des Bauens. „Straße der Romanik“ „Backsteingotik“ „Umgebindehäuser“ g „Fachwerkarchitektur“ ...

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BT I 26

Norddeutschland

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BT I 27

Natursteinmauerwerk - Mitteldeutschland

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BT I 28

Naturstein

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BT I 29

Ziegelmauerwerk - Norddeutschland

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BT I 30

Ziegelmauerwerk - Norddeutschland

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BT I 31

Mitteldeutschland - Umgebinde

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BT I 32

Mitteldeutschland - Fachwerk

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BT I 33

Salzburg - Konglomerat

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BT I 34

„Parkhöhlenkonglomerat“ im Park an der Ilm in Weimar

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BT I 35

Alpen

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BT I 36

„Wachsende“ Bauwerke bzw. bauliche Anlagen

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BT I 37

Lagerungsformen der Gesteine  Baustoffe

Magmatite: 1 Batholith; 2 Lakkolith; 3 Intrusivlager; 4 Gänge; 5 Vulkanschlot; 6 Vulkankegel; Deckenerguss Sedimente: 8 terrestrisch-fluviatil: Flussablagerungen in einem Tal; 9 terrestrisch-äolisch: Dünenbildung durch Wind; 10 marin: Meeressedimente; Metamorphite (schraffiert):11 kristalliner Schiefer (senkrecht schraffiert); 12 u u. 13 Kontaktgesteine (schräg schraffiert); 12 Plutonitkontakt; 13 Vulkanitkontakt; 14 Tuffe: schichtförmig an Vulkan

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BT I 38

Baustoffauswahl - Baustoffeinsatz 1. Definition von Konstruktionsart und Umgebungsbedingungen (statisches System System, Geometrie Geometrie, Umweltbedingungen, Belastungen, geografische Lage...) 2 Ableitung der Anforderungen an den Baustoff (Festigkeit 2. (Festigkeit, Steifigkeit, Gewicht, Formbarkeit, Alterung, Widerstand,...) 3. Vergleich g der Anforderungen g mit Baustoffeigenschaften g (( Baustoffkenngrößen) 4. Auswahl der Baustoffe mit optimaler Übereinstimmung ( Kosten für Herstellung – Nutzungsdauer – Dauerhaftigkeit – Kosten für Erhaltung)  Optimierung auf der Basis eines Variantenvergleichs

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BT I 39

Beispiel: Stahlbeton  Expositionsklassen im Hochbau Binnenland Bi Binnenland l d

XF3 XC4

XF1 XC4

Meeresnähe

XC1

XC4 XF2 XS1 XD1

XC4, XF3 XC2 X0

Süßwasser

XC2

XC4 XF4 XD3 XM2 XC4, XF4, XS3, XA2

XC3, XC3 XD1 Solebad

XC2,, XD2

Meerwasser

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BT I 40

Beispiele für Baustoffanwendungen – Städtischer Tiefbau Geschäftshaus

Tiefgarage Regenwassersammler

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BT I 41

Beispiele für Baustoffanwendungen – Kabel, Rohrleitungen 1 Kupfertelefonkabel 2 Glasfaserkabel mit Kunststoff 3 Stromkabel 4 Stahlrohre (Wasser) 5 Gusseisenrohre (Wasser) 6 Keramikrohre (Abwasser) 7 Betonrohre (Abwasser) 8 Kanäle aus Ziegeln (Abwasser)

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BT I 42

Beispiele für Baustoffanwendungen

Kaianlagen

Pumpwerke Regenwassersammler

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BT I 43

„Moderne“ , „Innovative“ Baustoffe  z.B. Nanotechnologie [4] • • • • • • • • • • •

Tragkonstruktion; Verstärkung Faserverbunde (Kohlenstoff-Fasern; Glasfasern) Selbstreinigend  Lotos-Effekt Selbstreinigend  Photokatalyse Fassade; Keramik Leicht zu reinigen  Easy-to-clean (ETC) ( C) Wärmedämmend  Vakuum-Isolations-Paneele (VIPs) Wä Wärmedämmend dä d  Aerogel A l Temperaturregulierend  Phase Change Material (PCM) UV Schutz UV-Schutz F Fassade; d Dämmstoffe Dä t ff feuerbeständig antigraffiti antibakteriell, antireflex Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 44

Nanotechnologie [4]

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BT I 45

Nanotechnologie [4]

transparent trotz 50 % Feststoffanteil

Sand

abnehmende Partikelgröße

Nanopartikel Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 46

Nanotechnologie – Lotos-Effekt [4]

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BT I 47

Nanotechnologie – Lotoseffekt [4]

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BT I 48

Hydrophobierung der Betonoberfläche

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BT I 49

Energieeffizienz  Öko-Bilanz • Gesamtenergieaufwand für Herstellung und Einbau • • • • • •

Wärmedämmung Wärmeleitfähigkeit Temperaturleitfähigkeit Wä Wärmekapazität k ität Wärmespeichervermögen R fl kti Reflektionsvermögen ö

Wichtige Wi hti P Parameter: t Z Zusammensetzung, t Gefüge, G fü Porosität, P ität Feuchtegehalt, Temperatur Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 50

Wärmedämmung – VIPs [4]

Vakuum-Isolations-Paneele (VIPs)

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BT I 51

Nachhaltigkeit • Umweltschonende Herstellung und Gewinnung der Baustoffe • Umweltschonende Anwendung der Baustoffe ( Energie) • Herstellung – Bau – Rückbau – Wiederverwendung • Instandhaltung • Instandsetzung • „Kreisläufe“

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BT I 52

Branntkalktreiben in Mauerziegeln Kalktreiben

Treiben - Schrumpfen

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BT I 53

Branntkalktreiben in Mauerziegeln

K lk ib Kalktreiben

Treiben - Schrumpfen p

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BT I 54

Frostschäden an Ziegelmauerwerk

Feuchtegehalt Frostwiderstand

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BT I 55

Setzungen im Fachwerk  Abdrücken keramischer Wandplatten

Verformung

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BT I 56

Frost- und Korrosionsschäden an Stahlbeton in Kühlbetrieb Betondeckung Bewehrungskorrosion Frostwiderstand

Expositionsklasse

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BT I 57

Schäden durch ungenügende Betondeckung

Betondeckung g

Expositionsklasse p

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BT I 58

„Rostabsprengung“ an Sandsteinmauerwerk

K Korrosion i Korrosionsschutz

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BT I 59

Überbelastung an Natursteinauflager

Festigkeit - Spannung

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BT I 60

Bruch an überbelasteten Holzbalken

Festigkeit - Spannung

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BT I 61

„Selbstzerstörung“ starr eingespannter Glasbausteine

Verformung

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BT I 62

„Abrutschen“ an aufgeklebter Bitumendachpappe durch zu hohe Dachneigung

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BT I 63

Ablösen keramischer Platten durch Schwinden des Untergrundes

Schwinden - Quellen

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BT I 64

Verformungen und Trockenrisse in einer Holzkonstruktion

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BT I 65

Schwindriss in einer Betonfahrbahn

S h i d - Quellen Schwinden Q ll

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BT I 66

Gefüge • Als Gefüge wird die Ausbildung der Form und die Anordnung der Gefügeelemente eines Stoffes in dessen Volumen bezeichnet. • Baustoffgefüge  Art des Baustoffes;  Art der Verfestigung  Verständnis der Baustoffeigenschaften • Gefügeelemente: Feststoffteilchen (Körner; Körper), Poren und dH Hohlräume hl ä (Lü (Lücken; k K Kavernen; Bl Blasen), ) G Grenzflächen flä h (Fugen; Korngrenzen; Klüfte) • Koordinatensystem • Phasensysteme  Zustandsformen der Stoffe (fest, flüssig, gasförmig) in Abhängigkeit von Temperatur Temperatur, Druck und Konzentration Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 67

Räumliche Darstellung eines Gefüges Materielle Gefügeelemente: k Körner;; t Körper, p , Teile Nichtmaterielle, sichtbare Gefügeelemente: c Poren; d Lücken, Kavernen; e Blasen; f

Grenzflächen; f1 zwischen i h Kö Körpern u. T Teilen, il f2 Schichtfläche (vorwiegend bei Natursteinen), f3 Klüfte, Klüfte Kluftflächen (nur bei Natursteinen)

Koordinatensystem: a, b, c – Bezugsachsen für Gefügeanisotropie

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BT I 68

Zustandsdiagramm eines Einkomponentensystems

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I Zustandsdiagramm Eisen – Eisenkarbid (Eisen-Kohlenstoff-Diagramm)

BT I 69

1 δ-Eisenmischkristalle und Schmelze 2 δ-Eisenmischkristalle δ Eisenmischkristalle 3 γ- und δ-Eisenmischkristalle 4 γ-Eisenmischkristalle 5 6 7 8

(Austenit) γ-Eisenmischkristalle und Schmelze Primärzementit und Schmelze γ-Eisenmischkristalle, Sekundärzementit und Ledeburit γγ-Eisenmischkristalle Eisenmischkristalle und Sekundärzementit

9 γ-Eisenmischkristalle

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BT I 70

Gefüge – PUR-Schaum (PUR  Polyurethan)

geschlossener Porenraum

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BT I 71

Gefüge - Zementbeton

gefügedicht

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BT I 72

Gefüge - Gassilikatbeton

porig

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BT I 73

Holz - Gefüge

Rinde Bast

Splintholz

Kernholz

Markröhre Kiefer – (Quer- und Hirnschnitt) Jahresringbildung Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 74

Holz - Gefüge

Radialschnitt mit TangentialTangential und Sehnenschnitt

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BT I 75

Holz - Gefüge

weitlumiges il i F Frühholz ühh l  Leitungsgewebe

englumiges Spätholz  Festigungsgewebe

Kiefer - Rasterelekronenmikroskopie

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BT I 76

Gefüge - Schaumglas

Alkali-Erdalkali-Silikatglas mit geschlossenen Porenraum Rohdichte: 140 ± 20 kg / m³ Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 77

Gefüge – Zementstein (Bruchfläche)

Mikrorisse

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BT I 78

Gefüge – dichter Silikatbeton

C-S-H-Phasen

Quarzsand

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BT I 79

Gefüge – Stahl (unlegierter Stahl)

ferritische Phase perlitische Phase

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BT I 80

Gefüge – Naturstein (Granit)

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BT I 81

Gefüge – Stahl (wabenartiger Bruch)

starke plastische Verformung vor dem Bruch

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BT I 82

Gefüge - Quarzporphyr

F ld Feldspat t

Quarzeinsprenglinge

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BT I 83

Gefüge – Quarzsandstein (klastisches Sediment)

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BT I 84

Gefüge – Keramik (ungebrannte keramische Masse)

plattenförmig l tt fö i  Tonmineral T i l

Hartbestandteile  grobkörnig

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BT I 85

Gefüge – Glas (Borosilikatglas)

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BT I 86

Gefüge – Keramik (Anschliff Mauerklinker)

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BT I 87

Gefüge – Keramik (Hartporzellan  Mullit) nadeliger Mullit

schuppiger Mullit

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BT I 88

Verfestigungsarten ( Bauchemie) Bildung von Festkörpern: • Chemische Verfestigung (Gipsbinder; Baukalk; Magnesiabinder; Zement, Kunststoffe) • Mechanische Verfestigung (Grenzflächenkräfte; Deformation von Kristallstrukturen; textilartige Strukturen) • Thermische Verfestigung (Sinterung; Kristallisation)

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BT I 89

Kraftwirkungen zwischen Atomen und Ionen E: Elastizitätsmodul r0: Abstand der Atome ∆r0: Abstandsänderung

Maßgebend ß für f z.B. Festigkeit Elastizität Wärmedehnung Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 90

Lehrinhalte (1) 0. Einführung 1. Baustoffkenngrößen 2. Mineralische Bindemittel 3. Gesteinskörnungen (Gesteinsbaustoffe) 4 Betonzusätze 4. B t ät 5. Beton – Grundlagen 6 Leichtbeton 6. 7. Metalle – Korrosionsschutz 8 Keramik 8. 9. Glas 10. Holz, Holzschutz 11. Bitumen 12. Kunststoffe

Baustofflehre I

Baustofflehre II

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BT I 91

1. Baustoffkenngrößen 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Masse- und Volumenkenngrößen Porositätskenngrößen Feuchtekenngrößen Festigkeitskenngrößen Formänderungskenngrößen g g Härtekenngrößen Beständigkeitskenngrößen g g Bauphysikalische Kenngrößen

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 92

Begriff / Kenngrößen • Begriffliches Verständigungsmittel  wird mit Messvorschrift bzw. Prüfvorschrift definiert ( Reproduzierbarkeit; Vergleichbarkeit)  z.B. DIN EN ....; DIN....; ISO... • Funktionen beschreiben • Eigenschaften beschreiben • Intension  Einheit: N (Newton); W (Watt) • Extension  Umfang, Maßzahl, Kennwert Beispiel: 10 N / mm² bzw. „frostbeständig“ ( Erfüllung eines Kriterium /Grenzwertes) Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 93

Arten der Baustoffprüfung – nach Zerstörungsgrad • den Prüfling zerstörende Prüfung: Festigkeitsprüfungen (Druckfestigkeit, Zugfestigkeit…) chemische Prüfungen (Beständigkeit…) • zerstörungsfreie Prüfverfahren Ultraschallprüfmethoden Impact-Echo-Prüfung Durchstrahlung (Röntgen, Gammastrahlen) Mikrowellenprüfverfahren Messen  Vergleichen mit einem Normal ! Prüfen  Messen von Kennwerten, Vergleich mit genormten SOLL-Werten Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 94

Arten der Baustoffprüfungen – nach Art der Eigenschaften • Mechanische Prüfverfahren (Festigkeitsprüfungen, Verformung) • Physikalische Prüfverfahren (Massekenngrößen, elektrische K.) • Metallographische Prüfverfahren (Gefüge der Metalle) • Chemische Prüfverfahren (chemische Zusammensetzung) • Technologische Prüfverfahren (nutzerbezogene Kenngrößen)

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 95

Arten der Baustoffprüfungen – nach der Dauer der Prüfung • Schnellprüfungen (Prüfergebnisse sofort verfügbar) Zeitrafferuntersuchungen • Kurzzeitprüfungen (Prüfergebnisse liegen nach kurzer Zeit vor) • Langzeitprüfungen (Prüfergebnisse liegen nach Monaten oder Jahren vor)

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 96

Arten der Prüfungen – zeitliche Zuordnung im Herstellprozess • • • • •

Erstprüfung (Nachweis der Konformität) Eignungsprüfung g g p g Güte- bzw. Konformitätsprüfung, Identitätsprüfung Erhärtungsprüfung Kontrollprüfung

 Überwachung auf der Baustelle  Pflicht zur Dokumentation  Abrechnung der Leistung

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 97

1. Baustoffkenngrößen 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Masse- und Volumenkenngrößen Porositätskenngrößen Feuchtekenngrößen Festigkeitskenngrößen Formänderungskenngrößen g g Härtekenngrößen Beständigkeitskenngrößen g g Bauphysikalische Kenngrößen

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 98

1.1 Masse- und Volumenkenngrößen Geometrische Kenngrößen  Volumen • Länge, Breite, Höhe bzw. Dicke • Durchmesser • Unregelmäßige Formen  Verdrängung von definierter Flüssigkeit (Pyknometer) • Reindichte • Rohdichte • Schüttdichte

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 99

Längenmessung - Schiebelehre

N i Nonius

Noniuseinstellung: 0,6 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 100

Längenmessung - Feinmessuhr

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 101

Längenmessung - Setzdehnungsmesser Messhebel: H2 / H1 = 10

Feinmessuhr: 1/100 mm Messanzeige für l = 1/1000 mm Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 102

Setz-Dehnungsmesser

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 103

Volumenmessung - Pyknometer Messung der Dichte von Flüssigkeiten und p pulverförmigen g Stoffen

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 104

Volumenmessung - Kolbenpyknometer Messung der Dichte von Flüssigkeiten und körnigen g Stoffen 1 körniger Stoff 2 Flüssigkeit (z.B. Wasser) 3 Metallbrücke mit Nadel 4 Pipette

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 105

Volumenmessung - Topfpyknometer 1 Zementlauge 2 Messgefäß 3 umhüllte mhüllte Betonscholle 4 Rührer 5 Gitterkelle 6 Feinmessschraube 7 Halterung s = (VP / V) 100 % s = (HP / HS) 100 %

Messung der Betondichte und des Frischbetonporengehaltes Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I Prüfverfahren Festbeton Dichte (DIN EN 12390-6) 12390 6)

BT I 106

Volumen: Wasserverdrängung Istmaße angegebene Maße

F Feuchtezustand: ht t d wie angeliefert wassergesättigt ofentrocken

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 107

Prüfverfahren Festbeton

• Dichte (DIN EN 12390-7) 12390 7) – Beschreibung der Bestimmung ausführlicher als in DIN 1048-5 – Unterscheidung nach unterschiedlichen Feuchtegehalten • wassergesättigt • bis zur Massekonstanz getrocknet • „wie angeliefert“

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 108

Prüfverfahren Festbeton

• Dichte Di ht (DIN EN 12390 12390-7) 7) – 3 Verfahren zur Bestimmung des Volumens • Bestimmung durch Wasserverdrängung als Referenzverfahren • Berechnung aus den gemessenen Maßen • Berechnung aus angegebenen Maßen von kalibrierten Formen

BT 2009 / S. 164

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 109

Dichte (auch: Reindichte) • Reindichte: Masse eines Stoffes bezogen auf sein porenfreies Volumen

m ᵨ = ___ V porenfreies Volumen  Aufmahlen des Feststoffes Masse  i.d.R. nach Trocknung bis zur Massekonstanz bei 105 °C • • • •

Zement: 2 2,90 90 … 3 3,20 20 kg/dm³ Kalkhydrat: 2,20 … 2,30 kg/dm³ Granit: 2 2,62 62 … 2 2,85 85 kg/dm³ Stahl: 7,80 … 7,90 kg/dm³ Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 110

Rohdichte • Masse eines Stoffes je Volumeneinheit, einschließlich der vorhandenen Poren • • • • • •

Granit: 2,60 … 2,65 kg/dm³ Normalbeton: 2,00 … 2,80 kg/dm³ Kalksandstein: 1,60 … 1,90 kg/dm³ Mauerziegel: 1,80 … 2,20 kg/dm³ Porenbeton: 0,40 … 0,80 kg/dm³ Holz: 0,10 … 1,30 kg/dm³

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BT I 111

Abhängigkeit der Rohdichte vom Wassergehalt

Verdichtungsverhalten von Erdbaustoffen  ff Wopt = optimaler Wassergehalt  max. Rohdichte Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 112

Schüttdichte • Masse eines Schüttstoffes je Volumeneinheit Schüttvolumen • Die Schüttdichte wird durch Kornform, Korngrößenverteilung und Feuchtigkeit des Schüttgutes beeinflusst. Von Einfluss ist auch der Schüttvorgang. Kies: 1,40 … 1,80 kg/dm³ Sand: 1,50 … 1,70 kg/dm³ Gips: 1 1,50 50 … 1 1,60 60 kg/dm³ Zement: 1,20 … 1,40 kg/dm³

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 113

1. Baustoffkenngrößen 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Masse- und Volumenkenngrößen Porositätskenngrößen Feuchtekenngrößen Festigkeitskenngrößen Formänderungskenngrößen g g Härtekenngrößen Beständigkeitskenngrößen g g Bauphysikalische Kenngrößen

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 114

1.2 Porositätskenngrößen • Gesamtporosität • offene Porosität • Geschlossene Porosität • Porengrößenverteilung t il  Gefüge

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BT I 115

Beispiel: Gesamtporenraum von Beton • Rohdichte des Betons: ᵨ R=2200 kg/m³ • Reindichte des Betons Betons:

VP =

ᵨ =2650 2650 kg/m³

2650 - 2200

• 100 % = 17 %

2650

• Gesamtporenraum, Frischbeton: 0,5 … 6,0 % • Gesamtporenraum, Festbeton: 10 … 25 % • dichter Naturstein: < 0,5 % Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 116

Porenarten im Beton • • • •

Mikrogelporen < 1 nm Gelporen 1 nm … 10 nm Kapillarporen 10 nm … 100 µm Luftporen 1 µm … 1 mm

• (Größe des Wassermoleküls: 0,3 nm) •  Tafel / Berechnungsgleichungen

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BT I 117

Prüfverfahren für Frischbeton BT 2009 / S. 158 ff

Probenahme von Frischbeton Setzmaß (Slump Test) Setzzeit (Vebe‘-Verfahren) Verdichtungsmaß Ausbreitmaß Frischbetonrohdichte Luftgehalt g

Norm DIN EN 12350-1 DIN EN 12350-2 DIN EN 12350-3 DIN EN 12350-4 DIN EN 12350-5 DIN EN 12350-6 DIN EN 12350-7

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 118

Porositätsmessung – Luftgehaltsprüfer für Frischbeton 1 Messtopf 2 Befestigungsschrauben 3D Deckel k l 4 Wasserzufuhr 5 Druckluftzufuhr 6 Manometer 7 Wasserstandrohr

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BT I 119

Porositätsmessung – Luftgehaltsprüfer (Druckausgleich) 1 Manometer (in Vol.-%) 2 Luftpumpe 3 Ventil 4 Entlüftungshahn 5 Wasser (aufgefüllt) 6 Frischbeton (porenfrei) 7 Frischbetonporen

BT 2009 / S. 161

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BT I 120

Korrekturfaktor der Gesteinskörnung

Der Luftgehalt der geprüften Probe ergibt sich aus: LP tats. = LP abgel. - G LP abgel. b l : scheinbarer h i b L Luftgehalt ft h lt (Abl (Ablesewert) t) G: Korrekturfaktor der Gesteinskörnung, unter Berücksichtigung der Wasseraufnahme unter Druck

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 121

1. Baustoffkenngrößen 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Masse- und Volumenkenngrößen Porositätskenngrößen Feuchtekenngrößen Festigkeitskenngrößen Formänderungskenngrößen g g Härtekenngrößen Beständigkeitskenngrößen g g Bauphysikalische Kenngrößen

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 122

1.3 Feuchtekenngrößen • • • •

Wasseraufnahme Feuchtegehalt Gleichgewichtsfeuchte Sättigungsfeuchte

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 123

Wasseraufnahme  Wasseraufnahmefähigkeit

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BT I 124

Feuchtegehalt Der Feuchtegehalt FG eines Stoffes ist die Differenz zwischen der Masse des lufttrockenen (feuchten) Stoffes und der Masse des bis zur Massenkonstanz getrockneten Stoffes bezogen auf die Masse des getrockneten Stoffes Stoffes. FG

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BT I 125

Gleichgewichtsfeuchte Die Gleichgewichtsfeuchte ist der Feuchtegehalt, der sich in einem porösen Baustoff in Abhängigkeit von der Temperatur und der relativen Luftfeuchte der umgebenden Luft einstellt.

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 126

Gleichgewichtsfeuchte einiger Baustoffe bei 20 °C in Vol.-% Baustoff

60 % rel. Feuchte

90 % rel. Feuchte

100 % rel. Feuchte

Mauerziegel

0,2 … 1,0

0,2 … 1,0

0,6 … 4,0

zement- und kalkgeb. g Steine

0,6 … 9,0

1,0 … 12

2,0 … 13

Normalbeton Leichtbeton Porenbeton

1,2 … 1,6 1,0 … 5,5 18…2 1,8 2,0 0

1,7 … 2,0 2,0 … 8,0 30…5 3,0 5,0 0

3,0 … 4,0

Holz

3,5 … 11

6,5 … 20

12 … 35

organ. Dämmstoff

1,0 … 17

2,0 … 28

9,0 … 55

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BT I 127

Sättigungsfeuchte (SF) Die Sättigungsfeuchte bei Atmosphärendruck ist der Feuchtegehalt, der sich in einem Stoff bei maximaler Füllung des offenen Porensystems einstellt. (Sättigungswert i.d.R. bei 150 bar)  Gesamtdurchfeuchtungsgrad DFGges = FG / SF • 100 % FG aktueller FG: kt ll tatsächlicher t t ä hli h F Feuchtigkeitsgehalt hti k it h lt  Hygroskopischer H k i h D Durchfeuchtungsgrad hf ht d DFGhygr = FH / SF • 100 % FH: hygrische Gleichgewichtsfeuchte ( Klimaschrank) Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 128

Feuchtegehalt des Betonuntergrundes • Klassifizierung nach „nass“, „feucht“ und „trocken“ • Prüfung durch Erwärmung der Oberfläche • Quantitative Bestimmung durch Darren oder mittels elektronischer Geräte • Quantitative Bestimmung mittels CM-Gerät: - Zermörsern der Bruchstücke - Absieben, Absieben Einwiegen und Einfüllen - Zugeben der Stahlkugeln und CalciumcarbidAmpullen - Ablesen der Druck und Umrechnung mittels Tabellenwerk

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BT I 129

Messung der Feuchteverteilung an Bauteilen mit Mikrowellentechnik (zerstörungsfrei)

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 130

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 131

Beispiel: Holzfeuchte = f (Temperatur; rel. Luftfeuchte) (1)

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 132

Beispiel: Holzfeuchte = f (Temperatur; rel. Luftfeuchte) (2)

Einbaufeuchte: 9 % Schwinden infolge Heizung

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 133

Beispiel: Holzfeuchte = f (Temperatur; rel. Luftfeuchte) (3)

Quellen infolge Feuchteaufnahme Einbaufeuchte: 9 %

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 134

Beispiel – Holzfeuchte - Parkett

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BT I 135

Zustandsdiagramm feuchter Luft

Abkühlung feuchter Luft Kondensation

Taupunkttemperatur

Nebelgebiet

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BT I 136

Überprüfung der klimatischen Randbedingungen

Thermohygrograph Beispiel Betoninstandsetzung:

• • • • • •

Luft- und Bauteiltemperatur > 8°C L ftfe chtigkeit Luftfeuchtigkeit

< 75 % (85%)

Bauteiltemperatur

> Taupunkt + 3 K

Bauteilfeuchte

< 4 % (CM)

max. Klebertemperatur

30 °C

min. Klebertemperatur (vor dem Mischen)

15 °C

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BT I 137

Taupunkttabelle Lufttemperatur t [°C]

Taupunkttemperaturen in °C bei einer relativen Luftfeuchte von 45%

50%

55%

60%

65%

70%

75%

80%

85%

90%

95%

2 4 6 8 10

-7,77 -6,11 -4,49 -2,69 -1,26 1 26

-6,56 -4,88 -3,07 -1,61 0 02 0,02

-5,43 -3,69 -2,10 -0,44 1 31 1,31

-4,40 -2,61 -1,05 0,67 2 53 2,53

-3,16 -1,79 -0,08 1,80 3 74 3,74

-2,48 -0,88 0,85 2,83 4 79 4,79

-1,77 -0,09 1,86 3,82 5 82 5,82

-0,98 0,78 2,72 4,77 6 79 6,79

-0,26 1,62 3,62 5,66 7 65 7,65

0,47 2,44 4,48 6,48 8 45 8,45

1,20 3,20 5,38 7,32 9 31 9,31

12 14 15 16 17 18 19 20

0,35 2,20 3,12 4 07 4,07 5,00 5,90 6,80 7,73

1,84 3,76 4,65 5 59 5,59 6,48 7,43 8,33 9,30

3,19 5,10 6,07 6 98 6,98 7,92 8,83 9,75 10,72

4,46 6,40 7,36 8 29 8,29 9,18 10,12 11,09 12,00

5,63 7,58 8,52 9 47 9,47 10,39 11,33 12,26 13,22

6,74 8,67 9,63 10 61 10,61 11,48 12,44 13,37 14,40

7,75 9,70 10,70 11 68 11,68 12,54 13,48 14,49 15,48

8,69 10,71 11,69 12 66 12,66 13,57 14,56 15,47 16,46

9,60 11,64 12,62 13 63 13,63 15,50 15,41 16,40 17,44

10,48 12,55 13,52 14 58 14,58 15,36 16,31 17,37 18,36

11,33 13,36 14,42 15 54 15,54 16,19 17,25 18,22 19,18

21 22 23 24 25

8,60 9,54 10,44 11,34 12,20

10,22 11,16 12,02 12,93 13,83

11,59 12,52 13,47 14,44 15,37

12,92 13,89 14,87 15,73 16,69

14,21 15,19 16,04 17,06 17,99

15,36 16,27 17,29 18,21 19,11

16,40 17,41 18,37 19,22 20,24

17,44 18,42 19,37 20,33 21,35

18,41 19,39 20,37 21,37 22,27

19,27 20,28 21,34 22,32 23,30

20,19 21,22 22,23 23,18 24,44

26 27 28 29 30

13,15 14,08 14,96 15,85 16,79

14,84 15,68 16,61 17,58 18,44

16,26 17,24 18,14 19,04 19,96

17,67 18,57 19,38 20,48 21,44

18,90 19,83 20,86 21,83 23,71

20,09 21,11 22,07 22,97 23,94

21,69 22,23 23,18 24,20 25,11

22,32 23,31 24,28 25,23 26,10

23,32 24,32 25,25 26,21 27,21

24,31 25,22 26,20 27,26 28,19

25,16 26,10 27,18 28,18 29,09

32 34 36 38 40

18,62 20,42 22,23 23,97 25,79

20,28 22,19 24,08 25,74 27,66

21,90 23,77 25,50 27,44 29,22

23,26 25,19 27,00 28,87 30,81

24,65 26,54 28,41 30,31 32,16

25,79 27,85 29,65 31,62 33,48

27,08 28,94 30,88 32,78 34,69

28,24 30,09 31,97 33,96 35,86

29,23 31,19 33,05 35,01 36,98

30,16 23,13 34,23 36,05 38,05

31,17 33,11 35,06 37,03 39,11

45 50

30,29 34,76

32,17 36,63

33,86 38,46

35,38 40,09

36,85 41,58

38,24 42,99

39,54 44,33

40,74 45,55

41,87 46,75

42,97 47,90

44,03 48,98

Angabe, bei welchen Angabe Oberflächentemperaturen Kondensat auftritt, in Abhängigkeit von der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit Beispiel: Lufttemperatur

20 °C

relative Luftfeuchtigkeit

70 %

Kondensat auf nichtsaugenden Oberflächen mit Oberflächentemperaturen unter 14,4 °C

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BT I 138

1. Baustoffkenngrößen 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Masse- und Volumenkenngrößen Porositätskenngrößen Feuchtekenngrößen Festigkeitskenngrößen Formänderungskenngrößen g g Härtekenngrößen Beständigkeitskenngrößen g g Bauphysikalische Kenngrößen

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 139

Gasdruckmessung – U-Rohr-Manometer 1 Gasbehälter 2 Sperrflüssigkeit p Gasdruck H Druckanzeige

Absolutdruck: p = H + B

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 140

Kraftmessung - Kraftmessbügel

Elastische Zusammendrückung des Stahlbügels Ist der Kraft p proportional p !

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 141

Definition der Festigkeitskenngrößen nach Art der Beanspruchung

Spannung - Festigkeit Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 142

Abhängigkeit vom Spannungszustand

1 achsig 1-achsig

2-achsig

3-achsig

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 143

Materialverhalten – linear-elastisch Hook`sches Gesetz Spannung ~ Dehnung σ ~ ε σ = F/A0

ε = ∆l /l0

σ = E• ε E = tan α

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 144

Materialverhalten – nicht-linear-elastisch

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 145

Materialverhalten – nicht-linear-elastisch

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 146

Materialverhalten - elastisch - plastisch

irreversibel (plastisch) Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 147

Materialverhalten - elastisch - plastisch

irreversibel (plastisch) Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 148

Zugspannung – linear-elastischer Werkstoff

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 149

Zugspannung – elastisch-plastischer Werkstoff

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 150

Elastizität • Eigenschaft eines Werkstoffes, nach einer Belastung auf seine Ausgangsform zurückzukehren, d.h. die Verformung ist reversibel. BT 2009 / S. 142

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BT I 151

Plastizität • Eigenschaft eines Werkstoffes, auch nach der Entlastung die Form beizubehalten, die ihm durch die Wirkung der äußeren Kraft aufgezwungen wurde, d.h. die Verformungen sind bleibend irreversibel bleibend-irreversibel.

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 152

Sprödigkeit 3500

3000

Niedermodulige Lamelle

Spannu ung in [N/mm m²]

• Ein Werkstoff wird als spröde bezeichnet, wenn bei einer Belastung der Bruch plötzlich eintritt und nicht durch große Verformungen unmittelbar vor dem Bruch angekündigt wird.

2500

Hochmodulige L Lamelle ll

2000

1500 zulässige rechnerische Bruchdehnung: 0,85 %

1000

Stahl

500

0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

Dehnung in [%]

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2

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BT I 153

Zähigkeit (Duktilität) • Ein Werkstoff ist zäh (duktil), wenn vor dem Bruch große plastische Verformungen auftreten. • Parameter: Zusammensetzung; Bindungsart; Struktur; Porosität; Temperatur

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BT I 154

Kriechen - Relaxation

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BT I 155

Kriechen - Relaxation

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BT I 156

Kriechen - Relaxation • Kriechen: Anstieg der Verformung mit der Zeit bei konstanter Spannung • Relaxation: Abfall der Spannung mit der Zeit bei konstanter Länge • abhängig von: Werkstoffstruktur; Belastungsdauer; S Spannung; T Temperatur t

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BT I 157

1.4 Festigkeitskenngrößen • • • • • • •

Zugfestigkeit Druckfestigkeit Biegezugfestigkeit Spaltzugfestigkeit Verbundfestigkeit g Oberflächenzugfestigkeit Dauerschwingfestigkeit g g

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BT I 158

Festigkeit (allgemein) • Unter Festigkeit versteht man das Verhältnis der maximal vom Werkstoff aufgenommenen Kraft bezogen auf die belastete Werkstoffquerschnittsfläche vor der Belastung (Ausgangsquerschnitt). (Ausgangsquerschnitt) • Ri Risse entstehen, t t h wenn di die vorhandene h d S Spannung di die Festigkeit des Werkstoffes überschreitet.

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BT I 159

Zugversuch

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BT I 160

Zugversuch 1 Stahl (gehärtet) 2 Stahl (weich) 3 Gusseisen 4 Kupfer (weich)

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BT I 161

Prüfverfahren für Festbeton

Norm Anforderung an Probeö pe und u d Formen o e körper Herstellung u. Lagerung von Probekörpern p Druckfestigkeit von p Probekörpern Anforderungen an p Druckprüfmaschinen

DIN EN 12390-1 DIN EN 12390-2 DIN EN 12390-3 DIN EN 12390-4 BT 2009 / S. 161 ff Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 162

Prüfverfahren Festbeton - Probekörper (DIN EN 12390-1)

Nennmaße benannte Maße kalibrierte Formen

dmin= 3,5 GK d

d

2 d

d

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BT I 163

Verdichtung der Proben Stocherstab

Stampfer

Stahl: Ø 16 mm Länge: ca. 600 mm

Querschnitt: ca ca. 25 mm x 25 mm Länge: ca. 380 mm

Pro Schicht sind mindestens 25 Stöße auszuführen. Nach dem Verdichten jeder Schicht ist mit dem Schlägel leicht an die Seitenwände des Behälters zu klopfen. Art und Anzahl der Stöße im Prüfbericht festhalten.

BT 2009 / S S. 161

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BT I 164

Verdichtung der Proben Rütteltisch

Innenrüttler

Mindestfrequenz: 40 Hz

Mindestfrequenz: 120 Hz

Rütteln bis keine großen Blasen mehr an der Oberfläche erscheinen und die Oberfläche relativ glatt und eben ist. Art und Dauer in Sekunden im Prüfbericht festhalten.

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BT I 165

Prüfverfahren Festbeton

Herstellung H t ll und dL Lagerung von P Probekörpern b kö fü für Festigkeitsprüfungen (DIN EN 12390-2) – PK sind i d iin mindestens i d t 2S Schichten hi ht zu verdichten di ht – Druckfestigkeitsanforderungen in DIN 1045-1 und DIN 1045-2 beziehen sich auf Probekörper Probekörper, die bis zur Prüfung im Wasser gelagert werden

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BT I 166

Prüfkörperlagerung Nasslagerung

Trockenlagerung

Lagerung in der Form

(16 – 72) h (20  5) °C

(24  2) h (15 – 22) °C

Nasslagerung nach dem Entformen

bis zum Prüftermin

6 Tage (20  2) °C

Trockenlagerung

bis zum Prüftermin (15 – 22) °C

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BT I 167

Prüfverfahren Festbeton BT 2009 / S. 162 Herstellung und Lagerung von Probekörpern für Festigkeitsprüfungen (DIN EN 12390-2) – in Deutschland kann weiterhin die in DIN 1048-5 beschriebene „Trockenlagerung“ angewendet werden, dabei ist ein Umrech-nungsfaktor von 0,92 (bis C50/60) bzw. 0,95 (ab C55/67) zu berücksichtigen fc,cube = 0,92 x fc,dry

bzw.

fc,cube = 0,95 x fc,dry

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BT I 168

Prüfverfahren für Festbeton

Norm Biegezugfestigkeit von Probekörpern Spaltzugfestigkeit von Probekörpern

DIN EN 12390-5

Dichte von Festbeton

DIN EN 12390-7

Wassereindringtiefe unter Druck

DIN EN 12390-8

DIN EN 12390-6

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 169

Prüfverfahren Festbeton BT 2009 / S. 162 Druckfestigkeit (DIN EN 12390-3) – ist die erforderliche Ebenheit des PK nicht g gegeben, g , so g gibt es neben dem Abschleifen 3 unterschiedliche Abgleichverfahren – Laststeigerung: 0,2 - 1,0 N/mm² je sec. – ein ungewöhnliches Bruchbild ist im Prüfbericht unter Angabe des Typs zu notieren

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 170

Kritische Verformungen und Bruchzustände (Prisma, Würfel) c) Zugbelastung am Prisma d) Druckbelastung Prisma e) Druckbelastung mit behinderter Querverformung f)) Druckbelastung g bei möglicher g Querverformung

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BT I 171

Festigkeitsprüfung – Druck-Zug-Prüfmaschine 1 Öldruck 2 zur Kraftanzeige 3 Prüfkörper /Prisma; Zylinder (Druckversuch) 4 Prüfkörper /Balken (Biegeversuch) 5 Prüfkörper /Zugstab (Zugversuch)

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BT I 172

Festigkeitsprüfung – Pendelmanometer (schematisch) Die Pressenkraft ist dem Druck proportional ! F2 ~ p M · g · a1 = F2 · a2 F2 = M · g · a1 / a2 F2 = p · A1

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 173

Kritische Verformungen und Bruchzustände (Stahlbetonbalken) Rissbildung in der Zugzone εbZ,kr: kritische Dehnung  Trennbruch Bruchstauchung in der Druckzone εbd,kr: kritische Stauchung  Druckkeile

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BT I 174

Elastische und plastische Verformung EO: Elastizitätsmodul ET: Tangentenmodul εel: elastische Dehnung εpl: plastische Dehnung εges: Gesamtdehnung

Beton  BT 2009 / S. 142 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 175

Zeitabhängigkeit der Kriechverformung εel: elastische Verformung εkr,t, : Kriechverformung φt: Kriechzahl

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 176

Prüfverfahren Festbeton • Wassereindringtiefe g ((DIN EN 12390-8)) – keine Änderung bei Geräten und Prüfbedingungen – als g größte Wassereindringtiefe g wird nicht mehr der Mittelwert der Maximalwerte von 3 Prüfungen, sondern lediglich der Maximalwert von einer Prüfung betrachtet – Verlauf der Wassereindringung ist auf dem Probekörper zu kennzeichnen

BT 2009 / S. 164

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BT I 177

Prüfverfahren Festbeton Wassereindringtiefe (DIN EN 12390-8)

Geräte und Prüfbedingungen bleiben (auch Würfel prüfbar) Verlauf des Wassereindringens kennzeichnen g ist Maximalwert Ergebnis einer Prüfung

Wassereindringwiderstand Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 178

Wassereindringung nach Karsten

• Aufbringen einer Wassersäule von 100 mm (entspricht Windruck bei Orkanstärke) zur Simulation einer Schlagregenbeanspruchung • Bei Absinken des Wasserspiegels Auffüllen des Röhrchens • Ablesung der eingedrungenen Wassermenge je Zeiteinheit und Umrechnung in Wassereindringkoeffizienten Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 179

Betonprüfung am Bauwerk BT 2009 / S. 167

Norm Bohrkernentnahme u. -prüfung Bestimmung g der Rückprallzahl Bestimmung der Ausziehkraft Bestimmung der Ultra Ultraschallgeschwindigkeit

DIN EN 12504-1 DIN EN 12504-2 12504 2 DIN EN 12504 12504-3 3 DIN EN 12504 12504-4 4 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 180

Prüfung von Beton in Bauwerken Bohrkernproben (DIN EN 12504-1)

Anwendungsbereich:

Entnahme Untersuchung Prüfung Keine Anleitung zur Auswahl der Prüffläche! Regelungen zu Gestalt, Bohren, Bewehrung identisch, Kennzeichnung g mit Angabe g der Lage; g ; Lagerungsbedingungen: angeben (nicht vorgeschrieben) Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 181

Bestimmung der Betongüte • Prüfung mit Rückprallhammer nach DIN 1048 Teil 2(alt) ( ) Mindestens 9 Schlagstellen a 200 cm² mit jjeweils 10 Messstellen Ablesung der Skalenteile Umwandlung in Druckfestigkeiten mittels Tabelle  DIN EN 13791

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BT I 182

Bestimmung der Betongüte • Bohrkernentnahme und Prüfung der Druckfestigkeit 3 BK  Ø 100 mm bzw. 6 BK Ø 50 mm

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 183

Bewertung der Druckfestigkeit von Bauwerksbeton Die Druckfestigkeit eines luftgelagerten Bohrkerns mit dem Nenndurchmesser 100 mm darf der Druckfestigkeit eines wassergelagerten Würfels mit 150 mm Kantenlänge gleichgesetzt werden werden. Die A Di Anzahl hl d der aus d dem B Bauwerk k zu entnehmenden t h d B Bohrkerne hk mit einem Durchmesser von 100 mm richtet sich nach BT 2009 / S S. 168  DIN EN 12504 und DIN EN 13791

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BT I 184

Statistische Auswertung von Prüfergebnissen

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BT I 185

Prüfverfahren mit erhöhten Anforderungen Gerät

Prüfung

Ergebnis

Betondeckungsmeßgerät

Ortung Betondeckung

Lage und Durchmesser der Bewehrung

Rückprallhammer nach Schmidt

Rückprallprüfung der Oberfläche

Druckfestigkeit des Betons

Haftzugprüfgerät gp g

Oberflächenzugfestigkeit g g

Haftzugfestigkeit g g von Schichten auf Beton

K f Kupfersulfatelektrode lf t l kt d

P t ti l Potentialmessungen

Feststellen F t t ll von Korrosion K i an der Bewehrung Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 186

Rissaufnahme Verputztes Mauerwerk

p Bodenplatte

Riss mit Gipsmarke

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BT I 187

Erfassung von Rissen / Hohlräumen • Erfassen der Rissmerkmale: - Rissart Ri t (oberflächennah ( b flä h h oder d T Trennriss) i ) - Rissverlauf - Rissbreite - Rissbreitenänderung - Zustand der Risse / Rissflanken - Vorangegangene Maßnahmen

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 188

Kameravorsatz zum Messen der Rissbreite

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 189

Optische Dokumentation der Rissbreite

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BT I 190

Potentiometrische – Wegtaster Typ 68712 - 10 Rissbreitenänderung

www.burster.de

Meßbereiche: 0...10 mm Linearität: bis 0,1 % v.E. Lebensdauer: 108 Bewegungen Auflösung: 0,01 mm

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 191

Datenlogger

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BT I 192

Messung der Betondeckung

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 193

Betondeckung  FERROSCAN von HILTI

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BT I 194

Schichtdickenmessung auf Stahluntergrund

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 195

Prüfverfahren mit erhöhten Anforderungen G ät Gerät

P üf Prüfung

E b i Ergebnis

Messuhren,, ind. Wegaufnehmer DMS

Verformungen g Bewegung

Quantitative Bestimmung g der Bewegung von Fugen und Rissen

Bohrgeräte

Entnahme von Bohrkernen Bohrmehlentnahme

Druckfestigkeit, E-Modul Chloridprofil, WU

Permeabilitätsmessgerät

Gasdurchlässigkeit

Durchlässigkeit oberflächennaher Schichten

Andere: CM – Gerät, Gitterschnitt Indikatorenflüss.

Feuchtigkeitsgehalt Beschichtungen Bruchflächen

Wassergehalt Haftung KT Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 196

Prüfverfahren mit erhöhten Anforderungen G ät Gerät

P üf Prüfung

E b i Ergebnis

Messuhren,, ind. Wegaufnehmer DMS

Verformungen g Bewegung

Quantitative Bestimmung g der Bewegung von Fugen und Rissen

Bohrgeräte

Entnahme von Bohrkernen Bohrmehlentnahme

Druckfestigkeit, E-Modul Chloridprofil, WU

Permeabilitätsmessgerät

Gasdurchlässigkeit

Durchlässigkeit oberflächennaher Schichten

Andere: CM – Gerät, Gitterschnitt Indikatorenflüss.

Feuchtigkeitsgehalt Beschichtungen Bruchflächen

Wassergehalt Haftung KT Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 197

Karbonatisierungstiefe • Einsprühen einer frischen Bruchfläche mit Phenolphthalein  Beton mit pH-Wert  10 färbt sich violett • Messen des unverfärbten Bereiches ergibt die Dicke der karbonatisierten Betonschicht

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 198

Endoskopie

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BT I 199

Impuls-Echo-Verfahren

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 200

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 201

Kombination von Verfahren

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BT I 202

1. Baustoffkenngrößen 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Masse- und Volumenkenngrößen Porositätskenngrößen Feuchtekenngrößen Festigkeitskenngrößen Formänderungskenngrößen g g Härtekenngrößen Beständigkeitskenngrößen g g Bauphysikalische Kenngrößen

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BT I 203

1.5 Formänderungskenngrößen • • • • • • • •

Dehnung und Stauchung Gleitung und Schiebung Elastische Verformung Plastische Verformung Schwinden und Quellen Kriechen Relaxation Elastizitätsmodul

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BT I 204

Materialverhalten – linear-elastisch Hook`sches Gesetz Spannung ~ Dehnung σ ~ ε σ = F/A0

ε = ∆l /l0

σ = E• ε E = tan α

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BT I 205

Einteilung der Formänderungenskenngrößen

umkehrbar (reversibel)

spannungsabhängig sofort auftretend

spannungsabhängig zeitabhängig

spannungsunabhängig

elastisch

verzögert elastisch

Wärmedehnung

ɛel

ɛvel

ɛT Feuchtedehnung

ɛf nicht umkehrbar (i (irreversibel) ib l)

Setzen (bl ib d) (bleibend)

Fließen viskos, i k plastisch l ti h

chemische Dehnung

ɛbl

ɛv

ɛc

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BT I 206

Formänderung einiger Baustoffe im Gebrauchszustand elastisch sofort ɛel

elastisch verzögert ɛvel

bleibend sofort ɛbl

bleibend verzögert ɛv

Wärmedehnung

Feuchtedehnung

ɛT

ɛf

Beton

+

+

+

+

+

+

Mauerziegel

+

+

+

+

+

+

and. Wandbaustoffe

+

+

+

+

+

+

Glas

+

-

-

-

+

-

Baustahl

+

-

-

-

+

-

Spannstahl

+

+

-

+

+

-

Holz

+

+

+

+

+

+

Kunststoffe

+

+

+

+

+

-

Baustoff

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BT I 207

Temperaturdehnung • Temperaturänderung ∆T  ɛT = αT • ∆T

BT 2009 / S. 141

• Beton: αT = 10 · 10 -6 K -1 = 10 µm / m · K • Eine Brücke hat eine länge g von 60 m. Wie g groß ist die Längenänderung bei a) ∆T = 15 K  ∆l = 9 mm b) ∆T = 40 K  ∆l = 24 mm • ɛT = ∆l / l = αT · ∆T • ∆l = l · αT · ∆T = 60 · 10 · 10 -6 · 15 · 1000 mm/m = 9 mm Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 208

Wärmedehnzahlen und E-Modul bei 20 … 100 °C Baustoff

Wärmedehnzahl αT [ 10 -6 K -1]

E – Modul [N / mm²]

Zementstein CEM I 32,5R w/z = 0,5, Normlagerung

10

20 000 … 30 000

Sandstein Granit Kalkstein

4,6 3,1 1,3

20 000 … 40 000 50 000 … 90 000 50 000 … 80 000

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BT I 209

1. Baustoffkenngrößen 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Masse- und Volumenkenngrößen Porositätskenngrößen Feuchtekenngrößen Festigkeitskenngrößen Formänderungskenngrößen g g Härtekenngrößen Beständigkeitskenngrößen g g Bauphysikalische Kenngrößen

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BT I 210

1.6 Härtekenngrößen • Brinellhärte • Vickershärte • Rockwellhärte

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BT I 211

Härtemessung nach Brinell HB = F / A F: Prüfkraft A: Eindruckoberfläche

a) Belastung

b) Entlastung

1 Prüfkugel; 2 Prüfling

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BT I 212

Härteprüfung nach Vickers 3

HV = F / A A = d2 / 1,8544

1 Prüfkörper 2 Prüfling g 3 Draufsicht des Prüfkörpereindruckes

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BT I 213

Härteprüfung nach Rockwell • Härtewert wird aus Eindringtiefe des Prüfkörpers festgelegt • Rockwell-B-Verfahren  Prüfkörper: Stahlkugel (für weiche Materialien) • Rockwell-C-Verfahren  Prüfkörper: Diamantkegel (für sehr harte Materialien)

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BT I 214

Mohs – Härte (Ritz – Härte) ( Minerale) 1

Talk

6

Feldspat

2

Gips

7

Quarz

3

Kalkspat

8

Topas

4

Flussspat

9

Korund

5

Apatit

19

Diamant

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BT I 215

Kerbschlagbiegeversuch  Kerbschlagzähigkeit von Stahl Scholz[1], S. 437

DIN EN 10 045 - 1 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 216

Kerbschlagbiegeversuch (Scholz[1], S. 437) „Aus der gemessenen Differenz der Ausgangs- und Durchschlagshöhe des Pendelhammers wird die verbrauchte Kerbschlagarbeit AV in Joule(J) berechnet.“[1] AV = f (Prüftemperatur) AV wird mit kleiner werdender Temperatur kleiner AV fällt im best. Temperaturbereich stark ab  Übergangstemperatur Tü Beurteilung der Zähigkeit und Sprödbruchempfindlichkeit in Abhängigkeit von der Temperatur und Schweißeignung

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BT I 217

1. Baustoffkenngrößen 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Masse- und Volumenkenngrößen Porositätskenngrößen Feuchtekenngrößen Festigkeitskenngrößen Formänderungskenngrößen g g Härtekenngrößen Beständigkeitskenngrößen g g Bauphysikalische Kenngrößen

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 218

1.7 Beständigkeitskenngrößen • • • • • • • •

Flüssigkeitsdichtigkeit Gasdurchlässigkeit Korrosionsgeschwindigkeit Frostbeständigkeit Kavitationsbeständigkeit g Erosionsbeständigkeit Medienbeständigkeit g ((chemische Beständigkeit) g ) Alterungsbeständigkeit

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 219

Beanspruchung der Werkstoffe • Je nach Beanspruchungsart muss der Werkstoff widerstandsfähig sein gegen: • Chemischen Angriff: z.B. Säuren, Öle; Gase (Konzentration; Temperatur; Druck; Zeitdauer...) • Physikalischer Angriff: z.B. Frost; Temperatur; S h i Schwingungen, F Feuer...

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 220

1. Baustoffkenngrößen 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Masse- und Volumenkenngrößen Porositätskenngrößen Feuchtekenngrößen Festigkeitskenngrößen Formänderungskenngrößen g g Härtekenngrößen Beständigkeitskenngrößen g g Bauphysikalische Kenngrößen

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 221

1.8 Bauphysikalische Kenngrößen • • • •

Wärmeleitfähigkeit Wärmedurchlasswiderstand Spezifische Wärmekapazität Diffusionswiderstand

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 222

Lehrinhalte (1) 0. Einführung 1. Baustoffkenngrößen 2. Mineralische Bindemittel 3. Gesteinskörnungen (Gesteinsbaustoffe) 4 Betonzusätze 4. B t ät 5. Beton – Grundlagen 6 Leichtbeton 6. 7. Metalle – Korrosionsschutz 8 Keramik 8. 9. Glas 10. Holz, Holzschutz 11. Bitumen 12. Kunststoffe

Baustofflehre I

Baustofflehre II

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 223

2. Mineralische Bindemittel 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Gipsbinder und Gipstrockenmörtel Calciumsulfat-Binder Magnesiabinder Baukalke Zemente 2.5.1 Portlandzementerhärtung 2.5.2 Zementarten - Eigenschaften g der Zemente 2.5.3 Wasser-Zement-Wert-Gesetz 2.5.4 Hydratationsgrad y g 2.5.5 Spezielle Zemente Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 224

Nichthydraulische – Hydraulische Bindemittel • hydraulisch: Erhärtung unter Anlagerung von Wasser – über und unter Wasser - zu einem wasserbeständigen Feststoff • nicht hydraulisch: Erhärtung mit Wasser – über oder unter Wasser – zu einem nicht wasserbeständigen Feststoff • Hydraulische H d li h Bi Bindemittel d itt l  enthalten th lt „Hydraulefaktoren“: H d l f kt “ Kieselsäure (SiO2) T Tonerde d (Al2O3) Eisenoxid (Fe2O3)

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 225

2. Mineralische Bindemittel 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Gipsbinder und Gips-Trockenmörtel Calciumsulfat-Binder Magnesiabinder Baukalke Zemente 2.5.1 Portlandzementerhärtung 2.5.2 Zementarten - Eigenschaften g der Zemente 2.5.3 Wasser-Zement-Wert-Gesetz 2.5.4 Hydratationsgrad y g 2.5.5 Spezielle Zemente Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 226

2.1 Baugipse ([1]; S.151 ff; [2]; S.14 ff) • Bindemittel auf der Basis von CaSO4 • Gipsbinder und Gips-Trockenmörtel (i.d.R. werkgemischt) • DIN EN 13279-1 (2005): Gipsbinder und GipsTrockenmörtel; Begriffe und Anforderungen • Herstellung g durch Temperaturbehandlung p g von Calciumsulfatdihydrat (CaSO4 · 2H2O) aus Calciumsulfat in seinen verschiedenen Hydratationsphasen, z.B. Halbhydrat CaSO4 · ½ H2O und Anhydrit CaSO4. • Gipsbinder sind nichthydraulische Bindemittel, obwohl sie g g von Wasser erhärten. Erhärteter Gips p ist durch Anlagerung nicht wasserbeständig.

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 227

Entwässerung von Gipsstein • Bei δ ~ 40 °C Trocknung von Gipsstein (ρ = 2,3 g/cm³) • Bei δ = 110 …130 °C Abgabe von Kristallwasser  Calciumsulfathalbhydrat (α- bzw. β – Modifikation) • Bei δ = 170…190 °C  löslicher Anhydrit (langsamere Erhärtung) • Bei δ > 240 °C  „totgebrannter“ Gips, ohne Annregung keine Bindemitteleigenschaften

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BT I 228

Wasserlöslichkeit verschiedener Arten von Calciumsulfat

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I Lö li hk it von Löslichkeit natürlichem Anhydrit, 5 Gips und Halbhydrat 4

BT I 229

Halbhydrat (CaSO 4 • ½ H2O)

3

natürl. Anhydrit (CaSO4)

2

1

10

Gipsstein ((CaSO4 • 2 H2O)) 15

20

25

30

35

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BT I 230

Allgemeine Verarbeitungseigenschaften • Einstreuen von Gipsbinder  Rühren zu Gipsbrei • Versteifungsbeginn und –ende von Grad der Entwässerung abhängig • Verfestigung durch Hydratisierung (Wasseranlagerung)  die damit verbundene Verfestigung geht mit V l Volumenzunahme h einher i h • Die Festigkeit ist vom Wasser-Gips-Wert abhängig. • Gipsstein Gi t i hat h t i.d.R. i d R eine i höhere höh Porosität. P ität Durch D h Einlagerung von Feuchte ist die Festigkeit des Feststoffes geringer durch Trocknung kann sie steigen geringer, steigen.

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BT I 231

Wasser-Gips-Wert • Halbhydrat  Dihydrat • Theoretischer Wasser-Gips-Wert : ωtheoret = 0,186 • Praxis  aus Verarbeitbarkeitsgründen: ω = 0,7…0,8 • 120…140 g Gipsbinder p jje 100 ml Wasser • Überschüssiges Wasser  Poren (vorwiegend Makroporen, Poren- Ø > 5 μm mit 47…55 Volumen-%) • Einlagerung von Feuchte ( Trocknung) • Wassereinlagerung  hoher Feuerwiderstand

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BT I 232

Festigkeitsentwicklung von Stuckgips [10] 1 Druckfestigkeit 2 Biegezugfestigkeit I Versteifungsende II Hydratationsende H d t ti d ω = Wassermasse / Gipsmasse ω: Wasser-Gips-Wert

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BT I 233

Volumenänderung bei der Hydratisierung [10] von Branntgips und Anhydrit II (A II) ((ω = 0,5) , ) 1 2 3 4

100 % Halbhydrat 70 % Halbhydrat; 30 % A II 40 % Halbhydrat; 60 % A II 100 % Anhydrit II (A II II, bei 700 °C C gebrannt)

Volumenzunahme des Feststoffes Schrumpfen im plastischen Zustand Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 234

Eigenschaften von Gips = f (Wasser-Gips-Wert) [10]

4 5 6 7

Druckfestigkeit Quellmaß Rohdichte Wasseraufnahme Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 235

Eigenschaften von Gips = f (Wasser – Gips –Wert) [10]

1 Versteifungsbeginn 2 Fließmaß 3 Druckfestigkeit nach 2 h

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BT I 236

Stuck- und Gipsputz; Festigkeits- u. Temperaturentwicklung ____ Festigkeit ------- Temperatur

1 2 3

Putzgips St k i (verzögert) Stuckgips ( ö t) Stuckgips

4 5

Putzgips St k i Stuckgips

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BT I 237

Hauptarten der Gipsbinder und Trockenmörtel (1) Hauptart

Bezeichnung

Kurzzeichen

A

Gipsbinder Gipsbinder für direkte Verwendung auf Baustelle Gipsbinder zur Weiterverarbeitung

A1 A2 A3

B

Gips-Putztrockenmörtel gipshaltiger Putztrockenmörtel Gipskalk-Putztrockenmörtel Gipsleicht-Putztrockenmörtel gipshaltiger Leicht-Putztrockenmörtel Gipskalkleicht-Putztrockenmörtel Gips-Putztrockenmörtel für Putz Mit erhöhter Oberflächenhärte

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7

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BT I 238

Hauptarten der Gipsbinder und Trockenmörtel (2) Hauptart

Bezeichnung

Kurzzeichen

C

Gips-Putztrockenmörtel für spezielle Anwendungen Gips-Mauermörtel Gi T k Gips-Trockenmörtel ö t l fü für ffaserverstärkte tä kt Gipselemente

C1 C2 C3

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BT I 239

Hinweise zu den Arten [2] • Gipsbinder (A)  Versteifungsbeginn > 5 min (Leistungsklasse T1) • Gipsbinder (A3) zur Weiterverarbeitung wird durch das Hinzufügen f von Zusätzen modifiziert. f • Gips-Putztrockenmörtel (B1) enthält min. 50 % C l i Calciumsulfatbinder lf tbi d als l H Hauptbindemittel tbi d itt l sowie i Z Zusatzstoffe t t ff und Zuschläge • Gipskalk-Putztrockenmörtel Gipskalk Putztrockenmörtel (B3) besteht aus weniger als 50 % Calciumsulfatbinder und über 5 % Baukalk sowie Zusatzstoffen und Zuschlägen g

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BT I 240

Leistungsklassen Leistungsklasse

Versteifungsbeginn In min

Anwendungshinweis

T1 T2 T3

>5 >20 > 50

Gipsbinder für Baustelle per Hand zu verarb. verarb Gips Gips-Putztrockenm. Putztrockenm maschinell zu verarb. Gips-Putztrockenm.

Druckfestigkeit In N / mm² Nach 7 d 1) S1 S2 S3

 0,5  2,0  6,0

z.B. Dämmputz z.B. normaler Gipsputz für spezielle Anforderungen

1) nach Trocknung Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 241

Beispiel Gipskalk – Putztrockenmörtel EN 13279-1-B3/T3/S2 B3 Gipskalk-Putztrockenmörtel T3 Versteifungsbeginn: > 50 min S2 Druckfestigkeit g ((Normprüfung): p g)  2 N/mm²

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BT I 242

Verarbeitung von Gips • Gipsbinder in sauberes Anmachwasser einstreuen. • Abgebundene Gipsreste verkürzen die Verarbeitungszeiten. • Wassertemperatur: 15…21°C (Wassermenge des Herstellers einhalten !) • Gipsbinder innerhalb von 1…2 min einstreuen bis Wasser den Gips überdeckt. • Rührzeit: 20…60 s • sulfatisch und basische Bindemittel sind nur begrenzt zu mischen,  „Sulfattreiben“, mangelhafte Haftung von Putzgips auf Betonuntergründen ! (Vorbehandlung nötig !!!)

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BT I 243

2. Mineralische Bindemittel 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Gipsbinder und Gips-Trockenmörtel Calciumsulfat-Binder und Calciumsulfat-Compositbinder Magnesiabinder Baukalke Zemente 2.5.1 Portlandzementerhärtung 2.5.2 Zementarten - Eigenschaften g der Zemente 2.5.3 Wasser-Zement-Wert-Gesetz 2.5.4 Hydratationsgrad y g 2.5.5 Spezielle Zemente Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 244

2.2 Calciumsulfat-Binder und - Compositbinder • Bindemittel auf der Basis von CaSO4 • Calciumsulfat-Binder (CAB) undCalciumsulfat-Compositbinder (CAC) • Calciumsulfat-Werkmörtel (CA)  Herstellung von Estrichen im Innern von Gebäuden (früher Anhydritestrich mit Anhydritbinder) • CAB  Anteil CaSO4  85 M.-% (Zusatzstoffe, Zusatzmittel) • CAC  Anteil CaSO4 zwischen 50 und 85 M.-%, Zugabe von Füll t ff Füllstoffen, Puzzolanen, P l Pigmenten, Pi t Kunstharzen K th (Dispersionspulver) • CA  CAB bzw bzw. CAC + Zuschläge

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BT I 245

Hinweise DIN EN 13454 Calciumsulfat-Binder, CalciumsulfatCompositbinder und Calciumsulfat-Werkmörtel für Estriche - 1: Definition und Anforderungen - 2: Prüfverfahren  nichthydraulisches Bindemittel aus natürlichen oder synthetischen Anhydrit und Anregern (basisch: Kalkhydrat, Z Zement, t Zugabe: Z b  5M M.-% % b bzw. Salze,z.B. K2SO4 bzw. Na2SO4; Zugabe:  2 M.%

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BT I 246

Festigkeitsklassen von CAB und CAC Festigkeitsklasse

Biegezugfestigkeit in N/mm²

Druckfestigkeit in N/mm²

nach 3d

nach 28d

nach 3d

nach 28d

20

1,5

4,0

8,0

20,0

30

2,0

5,0

12,0

30,0

40

2,5

6,0

16,0

40,0

Die Festigkeitsklasse entspricht dem charakteristischen Wert der Normdruckfestigkeit de o d uc est g e t nach ac 28 8 d in N/mm². /

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BT I 247

2. Mineralische Bindemittel 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Gipsbinder Calciumsulfat-Binder Magnesiabinder Baukalke Zemente 2.5.1 Portlandzementerhärtung 2.5.2 Zementarten - Eigenschaften g der Zemente 2.5.3 Wasser-Zement-Wert-Gesetz 2.5.4 Hydratationsgrad y g 2.5.5 Spezielle Zemente Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 248

2.3 Magnesiabinder ([1] S.163; [2] S.21) • Bindemittelwirkung beim Magnesiabinder  wird durch die Reaktion von kaustischen Magnesia ( 80 % MgO) mit wäßriger Magnesiumchloridlösung verursacht. (kaustisch: ätzend, scharf) • sauer reagierendes MgCl C 2 wird vom basischen MgO O neutralisiert und gebunden • Bindemittel Bi d itt l fü für M Magnesiaestrichmörtel i ti h öt l • DIN EN 14016 14016-1: 1 Bi Bindemittel d itt l fü für M Magnesiaestriche; i ti h K Kaustische ti h Magnesia und Magnesiumchlorid, Begriffe und Anforderungen

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BT I 249

Hinweise • Herstellung aus Magnesit, gebrannt bei ca. 800 °C  kaustisches Magnesia (reagiert mit Wasser) • Bei 1600 °C  sintergebranntes MgO  Magnesitsteine ( (Feuerfestmaterial) f ) • Kaustische Magnesia + Salzlösungen  bildsame Massen • + Füllstoffe: Sand, Bims, Korund bzw. Fasern,..., Kork,...Holzspäne („Steinholz“) • Freies F i MgCl M Cl2 fördert fö d t di die elektrochemische l kt h i h K Korrosion. i ( keine Verbindung mit Metallen !!!!!) • Bindemittel  starke basische Reaktion (schädigt Gläser !!!)

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BT I 250

Beispiel: Specks`Hof in Leipzig

Hoher Chloridgehalt des zu sanierenden Stahlbetons Durch große Durchfeuchtung des „Steinholz-Fußbodens“  großer Abrostungsgrad der Bewehrung Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 251

2. Mineralische Bindemittel 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Gipsbinder Calciumsulfat-Binder Magnesiabinder Baukalke Zemente 2.5.1 Portlandzementerhärtung 2.5.2 Zementarten - Eigenschaften g der Zemente 2.5.3 Wasser-Zement-Wert-Gesetz 2.5.4 Hydratationsgrad y g 2.5.5 Spezielle Zemente Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 252

2.4 Baukalke ([1] S.165 ff; [2] S.1 ff) • Baukalk entsteht durch Brennen (bei 1000 ...1200 1200 °C C unterhalb der Sintergrenze) aus Kalkstein (CaCO3), aus Dolomit (CaCO3 • MgCO3) oder aus Mergel (tonhaltiger Kalk) • Kalkstein, Dolomit  Luftkalk (an der Luft erhärtend) • Kalkmergel g  Hydraulischer y Kalk • Brennen: CaCO3  CaO

+

CO2 

• Löschen: CaO + H2O  Ca(OH) ( )2 • Erhärten: Ca(OH)2

+

H2O +

CO2  CaCO3 + 2 H2O

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BT I 253

Umwandlung von Kalziumkarbonat zu Kalziumoxid beim Brennen 1 CaCO3 ; ρ = 2,65 kg/dm3 2 CaO; ρ = 1,44 kg/dm3 (rhomboedrisch) 3 CaO; ρ = 3,40 kg/dm3

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BT I 254

sog. „Kalkkreislauf“ • Brennen: CaCO3 Kalkstein • Löschen: CaO + Branntkalk • Erhärten: Ca(OH)2 Kalkhydrat

 CaO

CO2 

+

Branntkalk H2O 

Ca(OH)2

Wasser

Kalkhydrat y

Karbonatisierung +

(Neutralisation)

H2O + CO2  CaCO3 Kohlensäure

+

erhärteter Kalk

2 H2O Baufeuchte

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BT I 255

Hinweise • Weißkalk  Kalk ohne Zusatz hydraulisch wirkender Stoffe • Dolomitkalk  besteht aus CaO und MgO bzw. Ca(OH)2 und Mg(OH)2 • Ungelöschte bzw. bzw halbgelöschte Kalke reagieren mit Wasser exotherm zu Kalkhydrat unter Volumenzunahme • Hydraulischer Kalk  enthält „Hydraulefaktoren“: Kieselsäure (SiO2) Tonerde (Al2O3) Eisenoxid (Fe2O3)

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BT I 256

Zeitlicher Verlauf der Karbonatisierung Feuchteanteil: 0,3 … 4 Masse Masse-% %

Ca (OH)2 + H2CO3  CaCO3 + 2 H2O Q = - 111,4 kJ / mol Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 257

Bezeichnung der Baukalke Benennung

Kurzzeichen

Weißkalk 90

CL 90

Weißkalk 80

CL 80

Weißkalk 70

CL 70

Dolomitkalk 85

DL 85

Dolomitkalk 80

DL 80

ungelöschte Kalke Kalkhydrate y Dolomitkalk, halbgelöscht Dolomitkalk, vollständig gelöscht CL - calcium lime;

   

Kurzzeichen: Kurzzeichen: Kurzzeichen: Kurzzeichen:

Q S S1 S2

DL - dolomitic lime

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BT I 258

Beispiele • CL 90 – Q

Weißkalk 90, ungelöschter Kalk

• DL 85 – S2

Dolomitkalk 85, vollständig gelöschter Kalk Lieferformen

• • • •

dp p sl lu pu

Pulver ((dry yp powder)) Teig (Kalkmilch) Klumpen p Brei Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 259

Bezeichnung – Hydraulische Kalke Kurzzeichen

Druckfestigkeit in N/mm² nach 7d

nach 28d

HL 2; NHL 2

-

2 bis 7

HL 3,5; NHL 3,5

-

3,5 bis 10

HL 5; NHL 5

2

5 bis 15

1)

1) Bei einer Schüttdichte von < 0,90 kg/dm³ bis 20 N/mm²

HL - Hydraulischer Kalk NHL - Natürlicher Hydraulischer Kalk NHL – Z - Natürlicher Hydraulischer Kalk mit puzzolanischen Zusätzen ( Trasskalk)

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BT I 260

Zeitlicher Verlauf der Absorption flüssigen Wasser [10] durch Kalkputz mit: 1 Raufasertapete 2 Mit Anstrich 170 g/m² 3 Leimfarbe 4 Unbehandelt 5 Kalkfarbe 6 Latexfarbe 7 Emulsionswandspachtel 8 Ölfarbe

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BT I 261

Zeitlicher Verlauf der Absorption von Wasserdampf [10] durch Kalkputz mit: 1 Raufasertapete 2 Mit Anstrich 170 g/m² 3 Leimfarbe 4 Unbehandelt 5 Kalkfarbe 6 Latexfarbe 7 Emulsionswandspachtel 8 Ölfarbe

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 262

Wasseraufnahme von Außenputz [10] 1 2 3 4 5

SP Zementmörtel 1:3 fleckig; UP und OP Kalkzementmörtel 2:1:8 SP wie 1; UP u. OP Kalkmörtel mit Zementzusatz geglättet SP wie 1; jedoch voll deckend UP u. OP wie 2 SP wie i 1 1, UP u. OP wie i 2 2, Kratzputz Wie 1, jedoch UP und OP mit wasserabweisenden Zusatzstoffen

SP Spritzputz; UP Unterputz; OP Oberputz

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BT I 263

Austrockung von Außenputz [10] 1 2 3 4 5

SP Zementmörtel 1:3 fleckig; UP und OP Kalkzementmörtel 2:1:8 SP wie 1; UP u. OP Kalkmörtel mit Zementzusatz geglättet SP wie 1; jedoch voll deckend UP u. OP wie 2 SP wie i 1 1, UP u. OP wie i 2 2, Kratzputz Wie 1, jedoch UP und OP mit wasserabweisenden Zusatzstoffen

Feuchte durch Saugen aufgenommen SP Spritzputz; UP Unterputz; OP Oberputz

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BT I 264

Austrocknung von Außenputz [10] 1 2 3 4 5

SP Zementmörtel 1:3 fleckig; UP und OP Kalkzementmörtel 2:1:8 SP wie 1; UP u. OP Kalkmörtel mit Zementzusatz geglättet SP wie 1; jedoch voll deckend UP u. OP wie 2 SP wie i 1 1, UP u. OP wie i 2 2, Kratzputz Wie 1, jedoch UP und OP mit wasserabweisenden Zusatzstoffen

Feuchteabgabe der Wand durch die Putzschicht SP Spritzputz; p p ; UP Unterputz; p ; OP Oberputz p

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BT I 265

Mauerwerksdruckfestigkeit = f (Festigkeit von Stein und Mörtel)

[10] Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 266

Wasseraufnahme von Kalksandstein

1 Steinrohdichte 2 Korngröße Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 267

Änderung der Druckfestigkeit von Kalziumsilikathydraten [10] bei Lagerung in CO2: 1 C3S – Hydrat 2 C6S6H (Xonotlit) 3 C2SH(C) 4 CSH (B) 5 Tobermorit 6 C2SH (A)

Je nach Ausgangsgefüge g g g g  unterschiedliche Vedichtung g des Gefüges g

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BT I 268

Typische Sande zur Herstellung von Kalksandstein [10]

SiO2 – Anteil größer als 90 Masse-%

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BT I 269

2. Mineralische Bindemittel 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Gipsbinder Calciumsulfat-Binder Magnesiabinder Baukalke BT 2009 / S. 2 - 29 Zemente 2.5.1 Portlandzementerhärtung 2.5.2 Zementarten - Eigenschaften g der Zemente 2.5.3 Wasser-Zement-Wert-Gesetz 2.5.4 Hydratationsgrad y g 2.5.5 Spezielle Zemente Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 270

2.5. Zement  hydraulisches Bindemittel

Kennzeichen:

- Zement ist ein anorganischer, fein gemahlener Stoff - Zement bildet mit Wasser Zementleim - Zement erstarrt und erhärtet durch Hydratation an der Luft oder unter Wasser zum Zementstein - Zement ist langfristig raumbeständig und unter Wasser beständig (unlöslich)

weitere Merkmale:

- homogene Zusammensetzung - ausreichend lange g Verarbeitungszeit g - Festigkeitsniveau wird sicher erreicht - Anteil an reaktionsfähigem [ CaO + SiO2 ] > 50 Masse Masse-% %

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BT I 271

Anwendung von Kalk-Ton-Gemischen im Bauwesen Ton [M.-%] 30

Luftkalk

hydrauh d lischer Kalk 70

75

40

feuerfeuer Ziegelfester ton Ton

Portlandzement

60

90

25

10

CaCO3 [M.-%]

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BT I 272

Geschichte des Zements (1)  Römerzeit

gelöschter Kalk + Puzzolanerde

 1756 - J. Smeaton

natürliches Gemisch aus Kalkstein + Ton  Mergel  hydraulischer Kalk  Romankalk

 1820 - Vicat / John

optimales Verhältnis von Kalkstein + Ton

 1824 - J. J Aspdin sen sen. Künstliche Mischung aus Kalkstein + Ton  Portlandzement  1843 - W. Aspdin jun. Kalkstein + Ton bis zur Sinterung gebrannt

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BT I 273

Geschichte des Zements (2)

 1824 bis 1881 - A. Bleibtreu  1840 bis 1911 - W. Michaelis

technische und wissenschaftliche Entwicklung in Deutschland

 1855 18 - Zementwerk Stettin S  1858 - Zementwerk Bonn  1877

gründeten 27 Zementwerke den „Verein Deutscher Cement-Fabrikanten“

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BT I 274

Rohstoffe  Zementwerk Karsdorf

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BT I 275

Portlandzement x CaO • y SiO2 • z Al2O3 (Fe2O3) Rohstoffe

oxidische Komponenten

Klinkerminerale

Kalkstein

CaO

C3S

Ton

SiO2/Al2O3/(Fe2O3)

C2S

Mergel (Kalkstein +

C O/S O2/Al CaO/SiO / 2O3/(Fe /( 2O3)

C3A

Sand

SiO2

C4AF

Eisenerz

Fe2O3

Ton)

mit C = CaO S = SiO2 A = Al2O3 F = Fe2O3

BT 2009 / S. 3 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 276

Zement: Analyse eines Rohmehls Kalk (Calciumoxid)

CaO

43,5 %

Ki Kieselsäure l ä (Sili i di id) (Siliciumdioxid)

SiO2

13 6 % 13,6

Tonerde (Aluminiumdioxid)

Al2O3

4,6 %

Eisenoxid

Fe2O3

2,3 %

Magnesia (Magnesiumoxid)

MgO

1,0 %

Glühverlust

CO2

34,6 %

(hauptsächlich aus kohlensaurem Kalk)

99,6 %

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BT I 277

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BT I 278

Steinbruch  Gewinnung von Kalkstein

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BT I 279

Kalksteinbruch (Gewinnung von Kalkstein)

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BT I 280

Brecher (Zerkleinerung)

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BT I 281

Aufbereitung Rohschotter (Mischen und Homogenisierung)

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BT I 282

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BT I 283

Rohmehlmahlanlage (Zerkleinerung)

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BT I 284

Brennen von Portlandzementklinker

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Rohmehl

BT I 285

Drehofen mit Zyklonvorwärmer und d Calcinator C l i t

Rohmühle Elektrofilter 300-350 oC

Zyklonvorwärmer Calcinator

850 oC

Brennstoff

Klinkerkühlerabluft 350 oC Tertiärluftleitung 700-1000 oC Brenn Brennstoff

o

1050-1150 1050 1150 C

Drehrohrofen

2000 oC

Kühlerzuluft Klinkerkühler

Klinker

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BT I 286

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BT I 287

Drehrohrofen Sinterzone

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BT I 288

Vorgänge beim Brennen von Portlandzement Temperaturbereich T t b i h oC

V Vorgang

b t ili t Stoffe beteiligte St ff

< 450

Trocknung und Dehydratation

Ton, Mergel, Kalk

< 900

E t ä Entsäuerung

K lk Kalk

> 700

C + A  CA 2 C + S  C2S

Kalk, Ton, T Tonschiefer hi f

> 1000

CA + 2 C  C3S 2 C + F  C2F

Kalk, Eisenoxyde, Z i h Zwischenprodukte d kt

> 1250

C2S + C  C3S

Kalk, Z i h Zwischenprodukte d kt

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BT I 289

Überwachung und Prozesssteuerung

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BT I 290

Zementmahlanlage (Zugabe von Zumahlstoffen und gemeinsames Vermahlen mit dem PZ-Klinkers)

Zement

Portlandzementklinker

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BT I 291

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 292

Verladung und Versand

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 293

Anteile der Zementklinkerminerale im Portlandzement

Mineral

Anteil in Masse %

Trikalziumsilikat

50 - 60

Dikalziumsilikat

20 - 30

Trikalziumaluminat a u au at

10 0 - 15 5

Kalk-Aluminat-Ferrit

5 - 10

Eine beliebige Mineralmischung ist im Allgemeinen besser als eine Monomineralkultur.

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 294

Verhalten der Minerale im Portlandzementklinker

Ablauf der Erhärtung Anfangsg festigkeit Endfestigkeit Hydratationswärme Sulfat Sulfatwiderstand maßgebend g für

Tricalciumsilikat

Dicalciumsilikat

Tricalciumaluminat

Calciumaluminatferrit

schnell hoch

langsam, langsam stetig gering g g

anfänglich schnell gering g g

langsam, langsam stetig gering g g

sehr hoch hoch

sehr hoch niedrig

gering sehr hoch

gering hoch

günstig

günstig

ungünstig

günstig

hohe Anfangsfestigkeit

niedrige g Anfangsfestigkeit

Erstarrung g

---

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 295

Reaktion der Zementklinkerminerale mit Wasser

2C3S + 6H



C3S2H3 + 3CH

2C2S + 4H



C3S2H3 + CH

C3A + 6H



C3AH6

C4AF + 2CH + 10H



C3AH6 + C3FH6

(festigkeitsbildende f i k i bild d

Phase Ph  CSH-Phase) CSH Ph )

Calcium-Silikat-Hydrate Calcium Silikat Hydrate  CSH (chem: CaO • SiO2 • H2O) Calciumhydroxid  CH (chem: Ca(OH)2) Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 296

Druckfestigkeitsentwicklung der Klinkerphasen

Druckfestigkeiit (N/m mm²)

80

C3S

70 60

β – C2S

50 40 30 20

C3A

10 7 28

90

180

C44(A,F)

360

Zeit (Tage) Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 297

Zementnormen

 DIN EN 197-1: Zement - Teil 1: Zusammensetzung, Anforderungen und Konformitätskriterien von Normalzement  DIN EN 197-2: Zement - Teil 2: Konformitätsbewertung  DIN 1164: g ; Zusammensetzung, g, Zement mit besonderen Eigenschaften; Anforderungen, Übereinstimmungsnachweis

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 298

Europäische Prüfnormen Zement DIN EN 196  1 Festigkeit  2 Ch Chemische i h A Analyse l  3 Erstarrungszeiten und Raumbeständigkeit  4 Quantitative Bestimmung der Bestandteile  5 Puzzolanität von Puzzolanzementen  6 Mahlfeinheit  7 Probenahme P b h  8 Hydratationswärme, Lösungsverfahren  9 Hydratationswärme, Teiladiab. Verfahren Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 299

Zement-Hauptbestandteile und deren Reaktionsverhalten Hauptbestandteile PZ-Klinker Hüttensand Silicastaub Puzzolan natürlich  natürlich getempert Flugasche  kieselsäurereich  kalkreich Gebrannter Schiefer Kalkstein

Reaktionsverhalten K S D

hydraulisch latent-hydraulisch puzzolanisch

P Q

puzzolanisch

V W T L LL

puzzolanisch hydraulisch inert

BT 2009 / S. 3 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 300

Hauptbestandteile im Zement (außer Portlandzementklinker) Herkunft natürliche Vorkommen

latent hydraulisch

puzzolanisch  vulkanische Aschen, Gesteine (Trass) P  thermisch aktivierte Tone, Schiefer Q

inert  Kalkstein LL/L

industrielle  Hüttensand  gebrannter Schiefer T Nebenprodukte S  Flugaschen V, W  Silicastaub D

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BT I 301

Zement- und betonrelevante Wirkungen des Hüttensandes

         

langsamere Erhärtung, geringere 2- und 7-Tage-Festigkeit gute Nacherhärtung späterer Erstarrungsbeginn („Sommerzement“) geringere ge ge e Konsistenzänderung o s ste ä de u g im Frischbeton sc beto während ä e d de der Verarbeitung geringere Hydratationswärme (zwischen CEM I und CEM II) b besserer K Kontakt t kt Zementstein Z t t i - Gesteinskörnung G t i kö geringere Basizität des Zementsteins geringe Auswirkung auf Carbonatisierung und Frost-TaumittelFrost Taumittel Widerstand von Beton gegenüber CEM I längere Nachbehandlung erforderlich NA-Charakter erreichbar bei CEM II/B und CEM III

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BT I 302

DIN EN 197-1: Hauptzementarten, Bezeichnungen Hauptzementart Bezeichnung CEM I Portlandzement CEM II Portlandhüttenzement Portlandsilicastaubzement P tl d Portlandpuzzolanzement l t Portlandflugaschezement Portlandschieferzement Portlandkalksteinzement Portlandkompositzement CEM III Hochofenzement CEM IV Puzzolanzement CEM V Kompositzement

Hauptbestandteile K K+S K+D K + P und dK+Q K + V und K + W K+T K + L und K + LL K + (S,D,P,Q,V,W,T,L,LL) K+S K + (D,P,Q,V,W) K + S + (P,Q,V)

BT 2009 / S. 6 - 7 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 303

Zementarten (1) Zementart

Kurzbezeichnung

Portlandzement

CEM I

Portlandsilikatstaubzement

CEM II/A II/A-D D

Portlandhüttenzement

CEM II/A-S o. CEM II/B-S

Portlandschieferzement

CEM II/A-T o. CEM II/B-T

Portlandkalksteinzement

CEM II/A-LL

Portlandpuzzolanzement

CEM II/A-P

Portlandflugaschezement

CEM II/A-V

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BT I 304

Zementarten (2) Zementart

Kurzbezeichnung

Portlandkompositzemente

CEM II/A-M (S,D,P,V,T,LL)

Portlandkompositzemente

CEM II/A II/A-M M (S (S-D, D S S-T, T D-T) D T)

Hochofenzement

CEM III/A

Hochofenzement

CEM III/B bis 70% S

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BT I 305

Zement: Festigkeitsklassen und Kennzeichnung FestigDruckfestigkeit [N/mm2] keitsAnfangsfestigkeit Normfestigkeit klasse

2 Tage

7 Tage

32,5 N

-

 16

32,5 R

 10

-

42,5 N

 10

-

42,5 R

 20

-

52,5 N

 20

-

52,5 R

 30

-

Kennfarbe

1)

Farbe des Aufdruck s

28 Tage  32,5  42,5  52,5

 52,5 hellbraun  62,5 -

grün rot

schwarz rot schwarz rot schwarz weiß

1) Farbe des Sacks bzw. bei losem Zement des Silo-Anheftblattes

BT 2009 / S. 14 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 306

Festigkeitsklassen D kf ti k it in Druckfestigkeit i N / mm²² Anfangsfestigkeit

Normfestigkeit

Festigkeitskla sse

Norm DIN EN

2 Tage Min.

7 Tage Min.

28 Tage Min.

28 Tage Max.

22 5 22,5

14216

-

-

22 5 22,5

42 5 42,5

32,5 L

197 – 4

-

12,0

32,5

52,5

32,5 N

197 – 1

-

16,0

32,5

52,5

32 5 R 32,5

197 – 1

10 0 10,0

-

32 5 32,5

52 5 52,5

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 307

Festigkeitsklassen D kf ti k it in Druckfestigkeit i N / mm²² Anfangsfestigkeit

Normfestigkeit

Festigkeitskla sse

Norm DIN EN

2 Tage Min.

7 Tage Min.

28 Tage Min.

28 Tage Max.

42 5 L 42,5

197 - 4

-

16 0 16,0

42 5 42,5

62 5 62,5

42,5 N

197 – 1

10,0

-

42,5

62,5

42,5 R

197 – 1

20,0

-

42,5

62,5

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 308

Festigkeitsklassen D kf ti k it in Druckfestigkeit i N / mm²² Anfangsfestigkeit

Normfestigkeit

Festigkeitskla sse

Norm DIN EN

2 Tage Min.

7 Tage Min.

28 Tage Min.

28 Tage Max.

52 5 L 52,5

197 – 4

10 0 10,0

12 0 12,0

52 5 52,5

-

52,5 N

197 – 1

20,0

16,0

52,5

-

52,5 R

197 – 1

30,0

-

52,5

-

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 309

LH - Zemente mit niedriger und sehr niedriger ( VLH) Hydratationswärme BT 2009 / S. 5 und 12 Kurzzeichen

Norm

Zementart

Anforderung

LH

DIN EN197 – 1 + A1

CEM I bis CEM V

nach 7 d max. 270 J/g g

LH

DIN EN 197 - 4

CEM III

32,5 L; 42,5 L; 52,5 L nach 7 d max. 270 J/g

VLH

DIN EN 14216

VLH III/B + /C VLH IV/A + /B VLH V/A + /B

nach 7 d max. 220 J/g

LH: Low Heat of Hydratation; VHL: Very Low Heat of Hydratation Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 310

HS - Zemente mit hohem Sulfatwiderstand BT 2009 / S. 9 Kurzzeichen

Norm

Zementart

Anforderung

HS (SR 3) 1)

DIN 1164 - 10

CEM I

C3A-Gehalt  3 M.-% Al2O3-Gehalt  5 M.%

HS (SR S) 1)

DIN 1164 -10

CEM III/B CEM III/C

-

1) SR nach DIN EN 197 E A2 SR 0  C3A – freier Zement C3A = 2,65 • Al2O3 - 1,69 • Fe2O3 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 311

NA - Zemente mit niedrigen wirksamen Alkaligehalt (DIN 1164 – 10) Kurzzeichen

Zementart

Anforderung Hüttensandgehalt g (Masse.-%)

Na2O-Äquivalent q ( Masse-%)

NA

CEM I bis CEM V

-

 0,60

NA

CEM II/B-S

21 bis 35

 0,70

NA

CEM III/A

36 bis 49 50 bis 65

 0,95 0 95  1,10

NA

CEM III/B

66 bis 80

 2,00

NA

CEM III/C

81 bis 95

 2,00

Gesamtalkaligehalt: Na2O-Äquivalent = Na2O + 0,658 • K2O BT 2009 / S. 10

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 312

Zemente mit frühem Erstarren (DIN 1164 – 11) BT 2009 / S. 11 Kurzzeichen

FE

Zementart

CEM I bis CEM V

Anforderung Festigkeitsklasse

Erstarrungsbeginn (min)

32,5 N / 32,5 R

 15 ... 75

42,5 N / 42,5 R

 15 ... 60

52,5 N / 52,5 R

15 ... 45

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 313

Normative Festlegungen in DIN EN 197-1

N Normbezeichnung b i h (B (Beispiele) i i l ) CEM I 42,5 R „schnell“ (hohe Anfangsfestigkeit) Festigkeitsklasse des Zementes

BT 2009 / S. S 8

Portlandzement

CEM II / A - M (S-V-L) 32,5 N „normal“ (übliche Anfangsfestigkeit) Festigkeitsklasse des Zementes Anteil Kalkstein (6 - 20 M.-%) Flugascheanteil (6 - 20 M.-%) Hüttensandanteil (6 - 20 M.-%) Portlandkompositzement

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 314

Anforderungen an die Druckfestigkeit von Zement nach DIN EN 197-1

Druckffestigkeitt in N/mm m²

70 60

Festigkeit nach 2 Tagen 7 Tagen 28 Tagen

50 40 30 20 10 0 32,5 N

32,5 R

42,5 N

42,5 R

52,5 N

52,5 R

Festigkeitsklasse

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 315

DIN 1164: Zement mit besonderen Eigenschaften Zementart niedrige Hydratations- Zement-LH wärme LH (früher:NW) hoher Sulfatwiderstand Portlandzement-HS HS (SR)

Anforderung g Lösungswärme in den ersten 7 Tagen  270 J/g Zement  3 M.-% C3A und  5 M.-% Al2O3

Hochofenzement-HS CEM III/B Hüttensandgehalt M.-%

niedrig wirksamer Alkaligehalt NA

Zement-NA CEM II/B-S-NA II/B S NA CEM III-NA

--21 - 35 36 - 49 50 - 65  66

wirksamer Alkaligehalt %Na2O-Ä.

 0,60  0,70 0 70  0,95  1,10  2,00 2 00

oder Zulassung Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I Anwendungsbereiche für Zement Expositionsklassen X = gültiger ülti A Anwendungsbereich d b i h  = für die Herstellung nach dieser Norm nicht anwendbar

Zem mente nach DIN EN 197-1

V W CEM II T LL L e

M CEM III e

CEM IV

e

CEM V a

Betonangriff Frostangriff

XA 3d

XM 1

XM 2

XM 3

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

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X X







X X



X X

X X

X X

X X

X X

X X

 X

X

X







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X

X

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X

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X

X

X

X

X

X

X

X

X

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X

X

X

X

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X  X

X  X

X  X

X  X

X  

X  

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X  X

X  X

X  X

X  X

X  X

X  X

X X



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X

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 

 

 

 

 

X

X

X

X

X

X

X

X

X

b

X

X

X

X

X

X

X

c

X

X

X

X

X

X

X

XC 3

XC 4

XD 1

XD 2

XD 3

XS 1

XS 2

XS 3

XF 1

XF 2

XF 3

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

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X

X

X

X

X

X

X

X

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X

X

X

X

X

A/B A B

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

A

X

X

X













B

X



X











A/B A B A B A B A B C A B A B

X

X

X

X

X

X

X

X X

X X

X X

X

X

X

X  X

X  X

X  X

X  X

X X X

X X 

X X X







 

 

 

X

X

X

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X

X

X

X

X

X

X

X

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

X





X



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



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X



X



X

X



X

Verschleiß

XA 2d

XC 2

A/B

Aggressive chemische Umgebung

XA 1

XC 1

X0

CEM I S D P/Q

Bewehrungskorrosion durch durch Chloride verursachte Korrosion Karbonatisierung verursachte Korrosion andere Chloride als Chloride aus Meerwasser Meerwasser

Spannsttahlverträglicchkeit

kein KorrosionsAngriffsrisiko

BT I 316

X

X

X



X



























4

g

X

X

X

X

X

X

X



X











X

X

X





























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



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



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

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





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



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







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









































g

bis siehe Fußnoten in Tabelle F.3.3

BT 2009 / S S. 20 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 317

Normbezeichnung der Zemente nach DIN EN 197-1 und DIN 1164

Kurzzeichen der Zementart

Festigkeits- Anfangs- besondere klasse festigkeit Eigenschaften

Beispiele : Portlandzement DIN EN 197-1 - CEM I 42,5 R Portlandkalksteinzement DIN 1164 - CEM II/A-L 32,5 N-LH Portlandkompositzement DIN 1164 - CEM II/A-M (S-V) 32,5 R-SR Kompositzement DIN EN 197-1 - CEM V/A (S-V) 32,5 32 5 N NW  LH; HS  SR …; NA Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 318

EG-Konformitätszeichen und Übereinstimmungszeichen

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 319

CO2-Emissionen bei der Zementherstellung CEM I 32,5 32 5 R ( = 100 %)

CEM II/B II/B-S S 30 % Hüttensand ( = 72,2 %)

31 3 % 31,3

30,4 % 54 4 % 54,4

14,3 %

Entsäuerung: 0,55 t CO2 je tKl Elektrische Energie: 651 g/kWh

52,7 %

16 9 % 16,9

CEM III/A 50 % Hütt Hüttensand d 29,4 % ( = 53,3 %) 19,6 % CEM III/B 75 % Hüttensand ( = 29,7 %)) 26,4 %

51,0 %

45 8 % 45,8

27,8 %

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 320

CO2-Emissionen und Zementindustrie  Minimierung Brennstoffbedarf zur Senkung der Herstellkosten für Zement  politische Forderung nach konkreten Klimaschutzzielen (EU-Lastenverteilung burden sharing, Kyoto-Protokoll)  1995 Selbstverpflichtung der deutschen Zementindustrie zur Senkung der CO2-Emissionen zwischen 1990 und 2012: - 28% energiebedingt i b di t - 16% insgesamt (unter Berücksichtigung rohstoffbedingter Anteile) entspricht -3,4 Mio. t CO2  12.2002 12 2002 / 7 7.2003 2003 Richtlinien der EU zu einem europäischen Handelssystem für CO2-Emissionsrechte ab 2005 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 321

Mögliche Strategien zur Reduzierung der CO2 - Emission  Optimierung der Verfahrenstechnik zur Zementherstellung  Einsatz von Sekundärbrennstoffen e ge u g de der Produktionsmengen) odu o s e ge )  ((Verringerung  Verringerung des Klinkeranteils im Zement zugunsten anderer Hauptbestandteile (Hüttensand, Kalkstein, Flugasche)

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 322

Sekundärrohstoffe: Voraussetzungen für die Verwendung als Brennstoff  Bautechnische Eigenschaften von Zement und Beton dürfen sich nicht verschlechtern  Umweltverträglichkeit von Zement und Beton muss gegeben sein  Umweltbelastung bei der Herstellung darf nicht entstehen  Gleichmäßigkeit des Endprodukts darf nicht beeinträchtigt werden  Wirtschaftlichkeit muss gegeben sein

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 323

Anteil der Zementarten in Deutschland 2002

CEM III 14% (14%)

CEM I 54% (68%)

CEM II 32% (18%)

CEM II/S 22% CEM II/ LL 8% CEM II/T, CEM II/P CEM II u. CEM III 64 %(2007) CEM II/V Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 324

Marktrelevante neue CEM II - Zemente

 CEM II/B-LL

(bis 35% Kalkstein)

32,5R

 CEM II/M (S-LL)

(A bis 20%, B bis 35%)

CEM II/M / (V-LL) ( ) C  CEM II/M (S-V)  CEM II/B II/B-S S 42 42,5 5 oder d 52 52,5 5  CEM III/A 52,5  CEM IV und CEM V ??

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 325

Überblick über europäischen Bindemittelnormen Norm

Titel

Bezeichnung

Bemerkungen

DIN EN 413

Putz- und Mauerbinder

MC

Festigkeitsklassen 5/12,5/22,5, mit / ohne LP-Zusatz

DIN EN 13282

Hydraulische Tragschichtbinder

HRB

Festigkeitsklassen 5/12,5/22,5/32,5

DIN EN 14647

Tonerdezemente

CAC 40

pr EN xxx

Hydraulische Binder für B Bauwerke k

Schließen der Lücke zwischen Kalkund dZ Zementnormen

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 326

Überblick über Änderungen der deutschen Zementrestnormen Norm

Titel

Bezeichnung

Bemerkungen

DIN 116410

Normalzemente mit besonderen Eigenschaften

HS NA HS,

gemeinsame Ausgabe mit DIN EN 197-1 A1

DIN 116411

Zemente mit verkürzten Erstarrungszeiten

FE, SE

2003-11

DIN 1164-12

Zemente mit erhöhtem Anteil an organischen Zusätzen

Deklaration des Maximalwerts

2003-10

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 327

DIN 1164-12: Zemente mit erhöhtem Anteil an organischen g Zusätzen  Ziel: Normenstand DIN 1164:1994 wieder herstellen   1,0 M.-% v.z. (bisher DIN 197-1:2001   0,5 M.-%)  bei > 0,5 ...  1,0 M.-% v.z. Deklaration des Höchstwertes  nicht zulässig für FE-, SE- Zemente  Wirkstoffe nach DIN 934 mit Deklaration der Wirkung oder Wirkstoffe nach DIN V 18998 Anhang gA

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 328

DIN 1164-11: Zemente mit verkürzten Erstarrungszeiten Bezeichnung

Erstarrungsbeginn [min]

FE (CEM I bis V)

 15

SE (CEM I bis V)

zum Vergleich: DIN EN 197-1

 75 (32 (32,5R, 5R 32 32,5N) 5N)  60 (42,5R, 42,5N)  45 (52,5R, 52,5N)

Erstarrungsende [min]

Prüfverfahren

 75 (32,5R, 32,5N)  60 (42,5R, 42,5N)  45 (52,5R, 52,5N)

DIN EN 196-3

 45

DIN 1164-11, Anhang A, Eindringversuch am „kalten kalten“ Zementleim DIN EN 196-3 196 3

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 329

Beispiel für die Anwendung von FE-Zementen in der Fertigteilindustrie  Ziel: mehrfacher Einsatz von Seitenschalungen g in einer Schicht  Betonanforderungen: • C 35/45 • Ausbreitmaß F5 • Verarbeitungszeit  45 min • fc,2h  3 N/mm² • breiter b it T Temperaturbereich t b i h • hoher Frostwiderstand (Frost-Taumittel-Widerstand)

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 330

Beispiel Druckfestigkeitsentwicklung eines Betons mit FE-Zement Zeit

Druckfestigkeit [N/mm²]

2h

4

1d

17

7d

56

28 d

70

w/z = 0,50

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 331

DIN EN 197-1, Abschnitt 7: Anforderungen BT 2009 / S. 14

 Mechanische Anforderungen

Normfestigkeit Anfangsfestigkeit

 Physikalische Anforderungen

Erstarrungsbeginn Raumbeständigkeit

 Chemische Anforderungen

Glühverlust unlöslicher Rückstand Sulfatgehalt Chloridgehalt P Puzzolanität l ität

 Dauerhaftigkeitsanforderungen Nachweis an Mörteln und Betonen

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I N d l ät nach Nadelgerät h DIN EN 196 196-3 3

Zusatzgewicht

Stange

Tauchstab Hartgummiring Glasplatte

mit Tauchstab

BT I 332

Stange

Nadel

mit Nadel

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 333

Bestimmung der Erstarrungszeiten a) Nadelgerät

b) Einschnittversuch

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 334

Zement: Erstarrungsbeginn und Erstarrungsende 16

Beginn

14

32,5 = 75 Min. 42,5 = 60 Min. 52,5 = 45 Min.

12 10 8 6 4 2 0

DIN 0

5

10 15 20 25 30 35 40

0

10 15 20 25 30 35 40

5 0

Temperatur in C Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 335

EN 197: Erstarrungsbeginn, Dehnungsmaß Z Zement-Festigkeitsklasse t F ti k it kl

E t Erstarrungsbeginn b i (min) ( i )

D h Dehnungsmaß ß (mm) ( )

32,5 N 32,5 R

 75

42,5 N 42,5 R

 60  10

52,5 N 52,5 R

 45

BT 2009 / S. 15 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 336

EN 196, Teil 1 Prüfgröße: Druckfestigkeit ggf. Biegezugfestigkeit Prüfkörper: Prisma 40 x 40 x 160 mm Mörtel1 Teil Zement mischung: 3 Teile Normsand 0,5 Teile Wasser plastische Konsistenz

Herstellung/ g - maschinelles Mischen Lagerung: - Prismenform mit Aufsatz - Schocktisch - 24 h Lagerung bei 20 oC, f. L. - Wasserlagerung bis 28 d Prüfung: g

- Prüfzeitpunkt p - Feuchte - Anforderung an Prüfmaschine - Belastungsgeschwindigkeit - Berechnung des Prüfergebnisses

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 337

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 338

Herstellen der Prismen Mischen  Mörtelmischer

Verdichten  Schocktisch

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 339

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 340

DIN EN 196-1 Wasserlagerung g g bei 20 oC ± 2 K

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 341

Festigkeitsentwicklung von Beton in Abhängigkeit von der Zementfestigkeitsentwicklung

100 00

5 °C

ckfestigkeit (%)) Druc

20 °C 80

60

40

20

1

2

3

5 7 10 14 21 28 1

2

3

5 7 10 14 21 28

Alter (Tage) Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 342

EN 197: Charakteristische Sulfatgehalte von Zement

Prüfnorm

EN 196-2

Zementart

CEM I CEM II 2)) CEM IV CEM V

Festigkeitsklasse

Sulfatgehalt (SO3)1)

32,5 N 32,5 R 42 5 N 42,5 42,5 R 52 5 N 52,5 52,5 R

4,0 %

CEM III/A CEM III/B CEM III/C 1) 2)

45% 4,5 5,0 %

Oberer Grenzwerte für Einzelergebnisse als Massenanteil in % des Zements CEM II/B-T darf für alle Festigkeitsklassen bis 5,0 % SO3 enthalten

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 343

Zementerhärtung  Hydratation chemische Anlagerung von Kristall – Wasser exothermer th Vorgang V  Hydratationswärme H d t ti ä Zementleim  Zementstein Zementstein: Gefüge  Gelbildung hoher Porosität Zementsteinporosität: Gelporenraum, Schrumpfporenraum, K ill Kapillarporenraum Größe und Verteilung der Zementsteinporosität abhängig von Wasser-Zement-Wert und Hydratationsgrad Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 344

Erhärtungsregelung der Zemente  durch Sulfatträger g

Prinzip:

gesteuerte Ettringitbildung nach dem Anmachen mit Wasser, der gebildete Ettringit behindert temporär die Reaktion der Zementminerale mit Wasser 3 CaO • Al2O3 + 3 CaSO4 + (30 ... 32) H2O  3 CaO • Al2O3 • 3 CaSO4 • (30 ... 32) H2O

ohne h S Sulfatträger lf tt ä  „Löffelbinder“ Löff lbi d “ (sehr schnelle Verfestigung des PZ-Klinkers) Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 345

Sulfatträger im Zement: Gips

CaSO4  2 H2O

Natürl. Anhydrit

CaSO4

 Zugabe in der Zementmahlanlage

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 346

Schematische Darstellung der Hydratation von Zementstein

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 347

Zement vor der Hydratation

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

Klinkerkorn

Ettringitkristall 3CaO x Al2O3 x 3CaSO4 x 3 32H2O

BT I 348

Reaktion des Sulfatträgers g mit dem C3A  gesteuerte Ettringitbildung

Monosulfat

10 µm

10 µm Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 349

Sekundärer Gips

Sulfat

Flugasche

10 µm 10 µm Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 350

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 351

Zusammenhang zwischen w/z-Wert, Zementsteinporosität und Hydratationsgrad α I I I I I I I I I I I I I I i

w/z = 0 0,4 4 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 352

Wasserdurchlässigkeit von Zementstein in Abhängigkeit von Kapillarporosität und Wasser Zement Wert nach Wasser-Zement-Wert T.C. Powers

Hydratationsgrad α = U Umsetzungsrate t t des d Zementes Z t

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 353

Wasserdurchlässigkeit von Zementstein in Abhängigkeit von Kapillarporosität und Wasser Zement Wert nach Wasser-Zement-Wert T.C. Powers

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 354

Gebundenes Wasser und Hydratationswärme der Klinkermineralien bei vollständiger Hydratation des Portlandzementes Klinkermineral

gebundenes Wasser in Masse-%

Hydratationswärme in J/g

Tricalciumsilikat

23,7

500

Dicalciumsilikat

20,9

250

Tricalciumaluminat

80,0

1340

Calciumaluminatferrit

33 4 33,4

420

Calciumoxyd

32,1

1150

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 355

Junger Beton: Versuchseinrichtung zur Messung des Verformungsverhaltens

a 12 cm Spindel Längsschnitt

75 cm

a

75 cm

50 0 cm Schnitt a - a

Spindel Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

J Junger B Beton t

BT I 356

6

Bruchverformung in Abhängigkeit gg vom Alter

fb Bruch hbiegepffeil fb in mm

5 75

75

Beton Zement: Wasser: Zuschlag: a:

270 kg/m 3 180 kg/m A/B 32 50 cm

4

3

3

2

1

fmin = 0,2 mm 0 0

2

4

6

8

10 h

Alter des Betons

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I Junger Beton: Einfluss der Temperatur auf die Bruchverformung

BT I 357

Bruch-B B Biegepffeil fb in n mm

2 Temperatur 1,5

+ 20 °C + 5 °C

1

0,5

0 0

4

8

12 16 Alter te des Betons eto s

20

24 h

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 358

Temperaturfeld in massigem Betonbauteil

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 359

Massenbeton: Temperaturverteilung und -spannung

Temperaturg verteilung

2 Tage

emperatturTe unterschied z. B. 20 K z

4 Tage

Temperaturspannung p g Druck

Zug

Z

max

1 Tag

Frischbetontemperatur z.B. 10 °C

ca 4 m ca.

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I Lösungskalorimeter

Motor

BT I 360

Stativ

(DIN 1164, Teil 8)

BeckmannThermometer T i ht Trichter

Dewar-Gefäß Rührer Holzkasten Korkring

Korkstopfen K k t f Isolierung Bl h fäß Blechgefäß Säuregemisch (HNO3+ HF)

Zementstein Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Adiabatisches Kalorimeter

Doppelwandiger Stahlblechbehälter

Thermistoren

BETON

Heizung Kühlung Heizung,

BT I 361

Aluminium Aluminiumbehälter 3,5 cm 23

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

Ventilator

16,5 cm 42 cm Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 362

Hydratationswärme verschiedener Zemente unter adiabatischen Bedingungen BT 2009 / S. 15 Hydratationswä ärme in J/g

500 400

CEM I

32,5

CEM III/A 42,5 42 5

300

CEM III/A 32,5 CEM III/B 32 32,5 5 LH

200 100 0

Zeit in Tagen

1

2

3

4

5 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 363

Luftdurchlässigkeitsgerät nach Blaine

(DIN EN 196-6)

spezifische Oberfläche in cm²/g g BT 2009 / S S. 16

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

Luftdurchlässigkeitsgerät nach Blaine

BT I 364

Manometer V bi d Verbindung fü für di die Z Zelle ll

(nach DIN EN 196-6)

Absperrhahn p

Zelle

Papierp scheibe

Tauchkolben zusammengedrücktes Zementbett p perforierte Scheibe

GummiGummi schlauch LuftL ft schlitz Gummi Gummiballon

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 365

Zement: Mahlfeinheit ausgewählter, handelsüblicher Zemente Zementart/ Zementfestigkeitsklasse

Rückstand in M. %

Blaine-Wert

(Sieb 100 µm)

(spez. Oberfläche in cm2/g)

CEM I

32,5 42,5 52,5

4 - 10 2-7 0-1

2600 - 3400 3000 - 3800 4300 - 5300

CEM II/S

32,5 32 5 42,5

3-7 1-5

3000 - 3800 3500 - 4300

CEM III

32,5 42,5

1-4 0-2

3400 - 4300 3800 - 4600

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 366

Dru uckfesttigkeit iin N/mm m²

Festigkeitsentwicklung einzelner Klinkerkorngruppen m 80 70 60 50 40

0/3 3/9 2/25 25/50

30 20 10 0 0

1

3

5

7

12

20

28

50

70

90

Alter in d Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 367

Weitere Zemente (Scholz[1], S. 194…202) Bezeichnung

Bemerkungen

CEM I 32,5 R-st-

Zement nach DIN EN 197 für den Betondeckenbau

CEM I 52,5 R-ft-

Zement nach DIN EN 197 für Fertigteilwerke

Sulfathüttenzement

langsam abbindender Zement auf Basis eines CaSO4angeregten Hüttensandes (etwa 85 % + 15 % Gips/Anhydrit) – nicht genormt

Tonerdeschmelzzement

Zement auf Basis von Calciumaluminaten – nicht genormt, für tragende Bauteile nicht zugelassen

Tiefbohrzement

Zement auf Basis Portlandzementklinker und gebranntem Kalk – nicht genormt

Mikrozement

feinstgemahlener Portlandzement

Pectacrete

hydrophober y p Portlandzement CEM I 32,5 , R

Weißzement

Portlandzement mit reduz. Fe-Gehalt d. Rohstoffe

BT 2009 / S S. 18 - 29 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 368

Sonderzemente  Q Quellzement ll t - erhöhter Aluminat- / Sulfatanteil - künstlich erzeugtes Treiben beim Erhärten - Anwendung Schwindkompensierung (Quellen 0,3 ... 0,4 %) V Vorspannen, V düb l (Quellen Verdübeln (Q ll 1 1,0 0 ... 2 2,5 %) Sprengen  Schnellzemente - erhöhter Aluminatgehalt / Mischung mit Tonerdezement - verringerte Sulfatkomponente  Mischbinder  MC (DIN EN 413) und HRB (DIN 18506) - Hydraulische Stoffe (Hüttensand (Hüttensand, Puzzolane) + Anreger (PZ (PZ, Kalk Kalk, Gips) - fc  15 N/mm² Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 369

Entstehung von Ekzemen (schematisch) Chronische Einwirkungen von hautreizenden Stoffen

(z.B. Sand, scharfkantige Materialen, alkalische Stoffe) trockene, rissige Haut

( (Abnutzungsdermatose) g ) gestörte Barrierefunktion der Haut erleichtertes Eindringen von Allergenen in lebende Hautschichten Sensibilisierung allergisches Kontaktekzem

BT 2009 / S. 17

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 370

Durch Zusatz von Eisen(II)Sulfat wird Chrom(VI) zu Chrom(III)

3 Fe

2+

+ Cr

6+

 3 Fe

3+

+ Cr

3+

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 371

Xi Gefahrensymbol “Reizend” gilt, wenn Stoffe und Zubereitungen “beim Einbringen in das Auge von Versuchstieren innerhalb von 72 Stunden nach der Exposition deutliche Augenschäden hervorrufen und 24 Stunden oder länger anhalten anhalten.”

Reizend Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 372

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 373

GEFAHRENHINWEISE  R 36/38  R 43

Reizt die Augen und die Haut Sensibilisierung durch Hautkontakt möglich

SICHERHEITSRATSCHLÄGE S2  S 24  S 25  S 26  S 37

Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen g g Berührung mit der Haut vermeiden Berührung mit den Augen vermeiden Bei Berührung mit den Augen sofort gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren Geeignete Schutzhandschuhe tragen

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 374

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 375

Mischbarkeit von Bindemitteln auf der Baustelle Zement

hydraul. hydraul Kalk

Luftkalk

Gips

Anhydrit

Magnesia

ja

ja

nein

nein

nein

ja

ja

nein

nein

nein

ja

ja

ja

nein

j ja

ja

nein i

ja Zement hydraul. Kalk Luftkalk G Gips Anhydrit Magnesia

(besondere Eigenschaften können verloren g gehen))

(z.B. Modellgips)

ja

nein nein

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 376

Lehrinhalte (1) 0. Einführung 1. Baustoffkenngrößen 2. Mineralische Bindemittel 3. Gesteinskörnungen (Gesteinsbaustoffe) 4 Betonzusätze 4. B t ät 5. Beton – Grundlagen 6 Leichtbeton 6. 7. Metalle – Korrosionsschutz 8 Keramik 8. 9. Glas 10. Holz, Holzschutz 11. Bitumen 12. Kunststoffe

Baustofflehre I

Baustofflehre II

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 377

3. Gesteinsbaustoffe - Gesteinskörnungen • Rohstoffe für Baustoffe • Natursteine  Werkstein, Dekorationsstein • Gesteinskörnungen g ((klastische Sedimente  Sand und Kies; zerkleinert  Brechsand, Splitt, Schotter) BT 2009 / S S. 30

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 378

Kreislauf der Gesteine (GEO Kompakt Nr. 1/2004)

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 379

Magmatisches Gestein • entstehen durch Erstarren einer Gesteinsschmelze (Magma) • kann als Lava aus Vulkanen ausgestoßen werden • oder erkaltet innerhalb der Erdkruste in riesigen Magmakammern

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 380

Magmatisches Gestein - Basalt (GEO Kompakt Nr. 1/2004)

häufigstes vulkanisches Gestein, beim Abkühlen bilden sich sechseckige Säulen

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 381

Magmatisches Gestein - Basaltlava (GEO Kompakt Nr. 1/2004)

tritt bei Vulkanausbrüchen aus, erstarrt nach und nach, oberste Schicht zeigt Fließstrukturen Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 382

Magmatisches Gestein - Granit (GEO Kompakt Nr. 1/2004)

entsteht aus siliziumreicher Schmelze, erstarrt kilometertief in Magmakammer Magmakammer, durch Hebung und Erosion an Erdoberfläche freigelegt Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 383

Metamorphe Gesteine • … bilden sich wenn Sedimentgesteine oder magmatische Gesteine in größere Tiefe sinken und dort veränderten Druck- und Temperaturbedingungen ausgesetzt werden. • Unter dem Einfluss f von Druck und Temperatur werden die Minerale in andere umgewandelt. • Es E verändert ä d t sich i h di die St Struktur kt d der G Gesteine. t i

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 384

Metamorphes Gestein - Gneis (GEO Kompakt Nr. 1/2004)

- entsteht durch Metamorphose aus Sedimentgestein oder aus magmatischem Gestein - zeigt nur grobe Schieferung - hier aus Granit entstanden

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 385

Metamorphes Gestein - Marmor (GEO Kompakt Nr. 1/2004)

- entsteht aus Kalkstein oder Dolomit - deutlich härter als Ausgangsgestein Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 386

Sedimentgesteine • Entstehen aus Verwitterungsprodukten – aus größeren und kleineren Gesteinstrümmern; aus Mineralen, die aus Gesteinen herausgewaschen oder herausgelöst wurden • Gesteinsschutt G wird von Flüssen, vom Wind, von Gletschern G oder Meeresströmungen abgelagert, das gelöste Material wird chemisch oder durch Lebewesen in Meeren oder Seen ausgefällt

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 387

Sedimentgestein - Kalkstein (GEO Kompakt Nr. 1/2004)

entsteht,, wenn Kalziumkarbonat im Wasser ausfällt Ab- und Einlagerung kalkiger Schalentiere Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 388

Sedimentgestein - Gebändertes Eisenerz (GEO Kompakt Nr. 1/2004)

entstand vor ca. 2 Mill. Jahren, rote Eisenoxidschichten,, enstand im Meer als Eisen durch Sauerstoff aus der Photosynthese gebunden wurde Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 389

Sedimentgestein – Sandstein (GEO Kompakt Nr. 1/2004)

Körnung (0 (0,06 06 … 2 mm) Verwitterung durch Wind, Frost, Wasser Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 390

Metamorphes Gestein – Tonschiefer (GEO Kompakt Nr. 1/2004)

entsteht durch Erwärmen von Ton unter der Erdoberfläche, Erdoberfläche Neubildung plattenfärmiger Kristalle, typische Schieferstrukturen Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 391

Zusammensetzung von Mylonit (GEO Kompakt Nr. 1/2004)

40 mm

Zusammengesetzt aus verschiedenen Mineralen (dargestellt im polarisiertem Licht)

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 392

3.1. Gesteine - Lagerungsformen der Gesteine

Magmatite: 1 Batholith; 2 Lakkolith; 3 Intrusivlager; 4 Gänge; 5 Vulkanschlot; 6 Vulkankegel; Deckenerguss Sedimente: 8 terrestrisch-fluviatil: Flussablagerungen in einem Tal; 9 terrestrisch-äolisch: Dünenbildung durch Wind; 10 marin: Meeressedimente; Metamorphite (schraffiert):11 kristalliner Schiefer (senkrecht schraffiert); 12 u u. 13 Kontaktgesteine (schräg schraffiert); 12 Plutonitkontakt; 13 Vulkanitkontakt; 14 Tuffe: schichtförmig an Vulkan

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 393

 Praktikum

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 394

Gesteinsarten und deren Verwendung - Erstarrungsgesteine Gestein

Massivbau

Granit

gute Eignung

Fassade

Bodenbelag

Außenanlagen

Syenit Di it Diorit Gabbro Rhyolith (Porphyr) Trachyt

beschränkte Eignung

Basalt Diabas

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 395

Gesteinsarten und deren Verwendung - Ablagerungsgesteine Gestein

Massivbau

Brekzie

beschränkte Eignung

Fassade

Bodenbelag

Außenanlagen

Konglomerat Sandstein

gute Eignung

Grauwacke Kalkstein Muschelkalk Dolomit Kalktuff Travertin

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 396

Gesteinsarten und deren Verwendung - Umwandlungsgesteine Gestein

Massivbau

Orthogneis

gute Eignung

Serpentinit

eingeschränkte Eignung

Fassade

Bodenbelag

Außenanlagen

Migmatit Paragneis Quarzit Glimmerschiefer Tonschiefer Marmor

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 397

3.2. Gesteinskörnungen für Beton und Mörtel DIN EN 12620 Gesteinskörnungen für Beton

DIN 4226 „alt“ Ausgabe 1983-04 1983 04 Zuschlag für Beton

DIN EN 13055 Leichte Gesteinskörnungen

2000

2001

2004

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BT I 398

Kennwerte normaler Gesteinskörnungen BT 2009 / S S. 48 Stoff

Rohdichte in kg/dm³

Druckfestigkeit in N/ N/mm² ²

Quarzitisches Gestein

2,60 … 2,70

70 … 240

Kalkstein

2,65 … 2,85

80 … 180

G it Granit

2 60 … 2 2,60 2,80 80

160 … 240

Gabbro

2,80 , … 3,00 ,

170 … 300

Diabas

2,80 … 2,90

180 … 250

Basalt

2,90 … 3,05

250 … 400 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 399

Kennwerte leichter Gesteinskörnungen Stoff

Kornrohdichte kg/dm³

Schüttdichte 1) kg/dm³

Reindichte kg/dm³

Kornfestigkeit

Naturbims

07…1 0,7 1,6 6

04…0 0,4 0,7 7

22…2 2,2 2,4 4

niedrig

Schaumlava

1,7 … 2,2

0,8 … 1,0

2,8 … 3,1

mittel … hoch

Hüttenbims

1,0 … 2,2

0,4 … 1,1

2,9 … 3,0

niedrig bis mittel

Sinterbims

0,9 … 1,8

0,4 … 1,0

2,6 … 3,0

niedrig bis hoch

Ziegelsplitt

12…1 1,2 1,8 8

10…1 1,0 1,5 5

25…2 2,5 2,8 8

mittel

Blähton Blähschiefer

0,6 … 1,4

0,3 … 0,8

2,5 … 2,7

niedrig bis hoch

1) lose eingefüllt

BT 2009 / S. 48 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 400

Kennwerte leichter Gesteinskörnungen (wärmedämmend) Stoff

Kornrohdichte kg/dm³

Schüttdichte 1) kg/dm³

Reindichte kg/dm³

Kornfestigkeit

Blähglas

03…0 0,3 0,9 9

02…0 0,2 0,4 4

25…2 2,5 2,7 7

niedrig bis mittel

Kiesegur

0,2 … 0,4

0,2 … 0,3

2,6 … 2,7

sehr niedrig

Blähperlit

0,1 … 0,3

0,05 … 0,15

2,1 … 2,4

sehr niedrig

Blähglimmer

0,1 … 0,35

0,06 … 0,17

2,5 … 2,7

sehr niedrig

Schaumsand Schaumkies

01…0 0,1 0,3 3

0 06 … 0 0,06 0,18 18

25…2 2,5 2,7 7

sehr niedrig

1) lose l eingefüllt i füllt

BT 2009 / S. 48 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 401

Natürliche schwere Gesteinskörnungen Stoff

Rohdichte in kg/dm³

Strahlenschutzrelavante Bestandteile

Baryt (BaSO4)

4,0 … 4,3

BaSO4 – Gehalt ≥ 85 %

Magnetit (Fe2O3)

4,65 … 4,8

Fe – Gehalt: 60 .. 70 %

Hämatit (Fe2O3)

4,7 … 4,9

Fe – Gehalt: 60 .. 70 %

Ilmenit (FeTiO3)

4,55 … 4,65

Fe – Gehalt: 35 .. 40 %

BT 2009 / S. 49 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 402

Künstliche schwere Gesteinskörnungen Stoff

Rohdichte in kg/dm³

Strahlenschutzrelavante Bestandteile

Ferrophosphor

6,0 … 6,2

Fe – Gehalt: 65 .. 70 %

Ferrosilicium

5,8 … 6,2

Fe – Gehalt: 80 .. 85 %

Eisengranalien (Fe)

6,8 … 7,5

Fe – Gehalt: 90 .. 95 %

Stahlsand (Fe)

7,5

Fe – Gehalt: ~ 95 %

BT 2009 / S. 49 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 403

Zuschläge mit erhöhtem Kristallwassergehalt Stoff

Rohdichte in kg/dm³

Strahlenschutzrelavante Bestandteile

Limonit (Fe2O3 · n H2O)

3,5 … 3,65

Kristallwassergehalt: 10 .. 12 %

Serpentin (Mg6[(OH)6Si4O11] · H2O)

Ca. 2,6

Kristallwassergehalt: 11 .. 13 %

BT 2009 / S. 49

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BT I 404

Bezeichnungen der ungebrochenen Gesteinskörnungen Sand; Kies Gesteinskörnung mit

Bezeichnung ungebrochener Zuschlag

Kleinstkorn in mm

Größtkorn in mm

1

0,25 1 4

FeinstFeinGrob-

4 32

32 63

Kies Grobkies

Sand

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BT I 405

Bezeichnungen der gebrochenen Gesteinskörnungen Brechsand; Splitt; Schotter Gesteinskörnung mit

Bezeichnung gebrochener Zuschlag

Kleinstkorn in mm

Größtkorn in mm

1

0,25 0 25 1 4

FeinstFeinst FeinGrob-

4 32

32 63

Splitt S h tt Schotter

Brechsand

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BT I 406

Ziel der Gefügebildung  gefügedichter Beton Gesteinskörnung

Zementstein

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BT I 407

Korngrößenzusammensetzung  Regelsieblinien

Sieblinie A Sieblinie B Sieblinie C

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BT I 408

Sieblinie – Größtkorn dmax = 16 mm Durchgang + Rückstand = 100 D + R = 100

BT 2009 / S. 50 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 409

Sieblinie – Größtkorn dmax = 32 mm

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BT I 410

Bereiche zwischen den Grenzsieblinien (Beispiel: dmax = 8 mm) 1 – grobkörnig („zu grob“) 2 – Ausfallkörnung 3 – grob- bis mittelkörnig („günstig“) 4 – mittel mittel- bis feinkörnig („brauchbar“) („brauchbar ) 5 – feinkörnig („unbrauchbar – zu fein“)

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BT I 411

Siebversuch  Ermittlung der Korngrößenzusammensetzung  Beispiel an der Tafel

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BT I 412

Körnungsziffer (k-Wert) BT 2009 / S. 52 k = Summe der Rückstände über den Sieben / 100 Gesteinskörnungen gleicher Körnungsziffer besitzen den gleichen Wasseranspruch ! Die Körnungsziffer k einer Gesteinskörnung ermöglicht unter Berücksichtigung der gewünschten Konsistenz die Festlegung des Wasseranspruches eines Betongemenges Betongemenges. BT 2009 / S. 53 - 54 Aus dem Wasseranspruch ergibt sich unter Beachtung des Wasser-Zement-Wertes der Zementgehalt. Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 413

Berechnung des k-Wertes (Körnungsziffer) BT 2009 / S. 53

Rechenbeispiel  Tafel Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 414

Zusammenhang zwischen k-Wert, Wassergehalt und Konsistenz

 Tabelle,, S.54;; „Betontechnische „ Daten 2009“ Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 415

Zusammensetzen der Gesteinskörnung für Beton aus mehreren Lieferkörnungen  Beleg „Gesteinskörnung Gesteinskörnung“ aus 2 Lieferkörnungen: (1) x + y = 1 (2) x • kx + y • ky = ksoll aus 3 Lieferkörnungen: ( )x + y + z = 1 (1) (2) x • kx + y • ky + z • kz = ksoll Rechenbeispiel  Tafel

Lieferkörnung g X mit kx Lieferkörnung Y mit ky gesucht: Anteile x und y Lieferkörnung X mit kx Lieferkörnung Y mit ky Lieferkörnung g Z mit kz gesucht: Anteile x und y Bedingung: z = z0  vorgegeben g g oder g gewählt Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 416

Beispiel: A/B 32 aus 0/4; 4/8;8/32 100

A/B 32

45% Beachte: B ht Lieferkörnungen ohne Über- und Unterkorn

55 20% 35 35%

0/4

4/8

8/32 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 417

Wassergehalt – Konsistenz - Zementleimgehalt • Der für fü eine geforderte f Konsistenz notwendige Zementleimgehalt wird beeinflusst von der Korngrößenzusammensetzung der Gesteinskörnung und dem Grösstkorn. • Er nimmt zu bei feiner werdende Korngrößenzusammensetzung ((Tendenz von A nach C bzw. kleiner werdender k-Zahl)) und abnehmenden Größtkorn. Beachte: Mindestzementgehalt der Expositionsklassen zum Korrosionsschutz der Bewehrung im Stahl- und Spannbeton !

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BT I 418

Expositionsklassen für Bauteile ( max. w/z-Wert, min z)

BT 2009 / S. 129 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 419

Expositionsklassen für Bauteile ( max. w/z-Wert, min Z)

BT 2009 / S. 128 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 420

Freilegen der Gesteinskörnung  „Waschbeton“

Polierwiderstand; Griffigkeit der Fahrbahn

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BT I 421

Normenübersicht: Gesteinskörnungen für Beton und Mörtel DIN EN 12620

DIN 4226-100

Gesteinskörnungen für Beton

Rezyklierte Gesteinskörnungen

DIN V 20000-103 Anwendung von Gesteinskörnungen nach DIN EN12620 in Deutschland

DIN EN 13055-1 Leichte Gesteinskörnungen für Beton und Mörtel und Einpressmörtel

DIN EN 13139 Gesteinskörnungen für Mörtel

DAfStb-Richtlinie Beton mit rezyklierten G Gesteinskörnungen ö

DIN V 20000-104 20000 104

DAfStb Richtlinie DAfStb-Richtlinie

Anwendung von leichten Gesteinskörnungen nach DIN EN 13055-1

Vorbeugende Maßnahmen gegen schädigende Alkalireaktion

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BT I 422

Einteilung der Gesteinskörnungen  Herkunft natürlich: • natürliches mineralisches Vorkommen • ausschließlich mechanische Aufbereitung industriell hergestellt: • mineralischer Ursprung p g • thermischer o.a. Prozess rezykliert: • aufbereitetes anorganisches Material aus Altbaustoff • rezyklierter Splitt und Brechsand Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 423

Einteilung der Gesteinskörnungen  Rohdichte normal: • Kornrohdichte >2000 kg/m³ g • mineralischer Ursprung leicht: • Kornrohdichte  2000 kg/m³ g oder Schüttdichte  1200 kg/m³ g • mineralischer Ursprung

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BT I 424

Einteilung der Gesteinskörnungen  Feinheit grob: • D  4 mm und d  2 mm

BT 2009 / S. 30

fein: • D  4 mm (Sand) Feinanteil: • Gesteinsanteil < 0,063 mm Füller (Gesteinsmehl): • überwiegender Teil < 0 0,063 063 mm

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BT I 425

Anwendungsbereich

 normale mineralische Gesteinskörnungen (2000 kg/m³  Kornrohdichte < 3000 kg/m³)

 schwere mineralische Gesteinskörnungen (3000 kg/m³  Kornrohdichte)

 natürliche mineralische Gesteinskörnungen  industriell hergestellte mineralische

Gesteinskörnungen g

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BT I 426

Anforderungen an Gesteinskörnungen BT 2009 / S. 32 ff

Anforderungen an andere Bestandteile Chemische Anforderungen Geometrische G ti h Anforderungen

Physikalische y Anforderungen Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 427

Begriffsdefinition Einführung von Kategorien für die Einstufung der Gesteinskörnungen BT 2009 / S. 32

= charakteristisches Niveau für die Eigenschaft einer Gesteinskörnung, ausgedrückt als Bandbreite von Werten oder als Grenzwert

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BT I 428

Geometrische Anforderungen

 Korngruppen; Bezeichnung (d/D)

BT 2009 / S. 33 ff

 Kornzusammensetzung (Über-, Unterkorn) (GD)  Kornform (Kennzahlen) (SI, Fl)

 Muschelschalengehalt für grobe Gesteinskörnungen (SC)  Feinanteile ((f)) Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 429

Geometrische Anforderungen Anforderungen an die Korngruppen

 Angabe der Korngruppe durch d/D (d – untere und D – obere Siebgröße)  Korngruppenunterteilung nach D/d  1,4  In Deutschland: Korngruppen sind anzugeben unter Verwendung des Grundsiebsatzes + Ergänzungssiebsatzes 1

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BT I 430

Geometrische Anforderungen Siebsätze zur Bezeichnung von Korngruppen BT 2009 / S. 31

Grundsiebsatz 0

1

2

4

8

Ergänzungsreihe g g 1

5,6 ,

Ergänzungsreihe 2

6,3

16

31,5 63

11,2 , 22,4 10

12,5

125

45

90

14

20

40

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BT I 431

Geometrische Anforderungen Allgemeine Anforderungen an die Kornzusammensetzung Beispiel: grobe Gesteinskörnungen, Kategorie GD85 2 D: 100%

Siebd durchgan ng in M.-% %

D: 85 – 99% (Überkorn)

D/d  2 oder D  11,2 mm

100

1,4 1 4D D: 9898 100%

Beispiel: 8/16

80 60

d: 0- 20% (Unterkorn )

40 20

d/2: 0 – 5 %

0 2

2,8

4

5,6

8

11,2

16

22,4

31,5

Siebweite in mm

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BT I 432

Geometrische Anforderungen Grenzwerte / Grenzabweichung g für den Siebdurchgang g g durch das mittlere Sieb Beispiel: grobe Gesteinskörnung Beispiel: 8/16 D/d < 4 Mittleres Sieb: D/1,4  11,2 mm

Siebd durchgang g in M.-%

100 80

Grenzabweichung g für den Durchgang g g der typischen Sieblinie durch das mittlere Sieb:

60

25 bis 70 % absolut

± 15 %

40 20 0 2

2,8

4

5,6

8

11,2

16

22,4

31,5

Siebweite in mm

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BT I 433

Geometrische Anforderungen Grenzabweichung für den Siebdurchgang von feinen Gesteinskörnungen Beispiel: Sand 0/2 100

Regelanforderung ± 5%

Siebd durchgan ng in M.-% %

80 60

± 20%

40

± 25%

20

± 5% * 0 0,063

0,125

*gilt gilt nicht für f4

0,25

0,5

1

2

4

Siebweite in mm

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BT I 434

Geometrische Anforderungen Grenzabweichung für den Siebdurchgang von feinen Gesteinskörnungen Beispiel: Sand 0/2 100

Regelanforderung Siebd durchgan ng in M.-% %

80

± 5%

erhöhte Anforderung ± 10%

60 40

± 15% 20

± 5% * 0 0,063

0,125

0,25

0,5

1

2

4

Siebweite in mm

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BT I 435

Geometrische Anforderungen Kategorien für die Höchstwerte des Gehaltes an Feinanteilen Gesteinskörnung g

max. Anteile  0,063 0 063 mm in M M.-% %

Regelanforderung

grobe Gesteinskörnung g g

1,0 1,5 , 4

f1,0 f1,5 15 f4

Korngemisch

2 11

Regelanforderung

f2 f11

feine Gesteinskörnung

Kategorie g

Regelanforderung 4 10 16 22 keine Anforderung

f4 f10 f16 f22 fNR

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BT I 436

Physikalische Anforderungen

 Widerstand gegen Zertrümmerung (SZ / LA)  Festigkeit  Widerstand gegen Verschleiß (MDE)  Widerstand gegen Polieren (PSV), Abrieb (AAV) und Abrieb durch Spikereifen (AN)  Frostwiderstand (F) Frost-Tausalz-Widerstand Tausalz Widerstand (MS)  Frost  Raumbeständigkeit Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 437

Physikalische Anforderungen Begriffe

 SZ

Schlagzertrümmerungswert g g

 LA

Los Angeles-Koeffizient

 MDE

Micro Deval Koeffizient Micro-Deval-Koeffizient

 PSV

Polierwert (Polishing Stone Value)

 AAV

Abriebwert (Aggregate Abrasion Value)

 AN

nordischer Abriebwert

 F

Frostwiderstand

 MS S

Magnesiumsulfat-Wert f (Frost-Tausalz-Widerstand) Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 438

Ermittlung des Polierwiderstandes (PSV)

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BT I 439

Physikalische Anforderungen Anforderungen an den Frostwiderstand

Frostwiderstand (Masseverlust in %)

Kategorie F

≤1

F1

≤2

F2

≤44

Regelanforderung

keine Anforderung

F44 FNR

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BT I 440

Physikalische Anforderungen Anforderungen an den Frost-Tausalz-Widerstand

Magnesiumsulfat-Wert (Masseverlust in %)

Kategorie MS

≤18

MS18

≤25

MS25

≤35 35

R Regelanforderung l f d

keine Anforderung

MS35 MS 35 MSNR

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BT I 441

Physikalische Anforderungen P üf th d FrostPrüfmethoden F t und d Tausalz-Widerstand T l Wid t d Ei Eigenschaft h ft

Frostwiderstand

Frostprüfung an Gesteinskörnung

alternativ: Frostprüfung an Beton

Frostversuch in Wasser

Frostprüfung mit Wasser an einem „Standardbeton“

(3 Anforderungsklassen)

(Ja/Nein-Prüfung mit festem Grenzwert)

Magnesium-Sulfat-Versuch (3 Anforderungsklassen) Frost-TausalzWiderstand

alternativ: Prüfung in 1%iger NaCl-Lösung (ab 8 M M.-% % Absplitterung  Betonversuch)

Frostprüfung mit 3%iger NaClLö Lösung an einem i „StandardSt d d Luftporenbeton“ (Ja/Nein-Prüfung mit festem Grenzwert))

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BT I 442

Regelanforderungen an Gesteinskörnungen 2

4

1

2

2

2

3

GD8 5

0

0

0

0

0

0

MSN R

FI50

Sulfatgehalt S

8

PSVN R

AS0, F4

F Frostwiderstand d

4

SZNR MDEN R

Cl0,0

Chlorid Ion C nen

L Leichtgewi chtige orga anische Verun s nreinigunge en

Feinanteile F e

Q0,10

Kornform K

LAN R

f1,0

Kornzusam K mmensetzu ung

0

AAVN R

ANNR

Für diese Eigenschaften ist die als Regelanforderung festgelegte Kategorie „keine Anforderung“.

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BT I 443

Allgemeine Anforderungen an die Verwendung von Gesteinskörnungen in Beton nach DIN EN 206-1 / DIN 1045-2

 Auswahl der Gesteinskörnung nach Korngröße und Kategorien (z.B. plattige Kornform, Frostwiderstand, Abriebwiderstand, Feinstoffe etc.)

 Kornzusammensetzung der Gesteinskörnung g wird gekennzeichnet g durch Sieblinien  Nichtaufbereitete Gesteinskörnung: Verwendung nur für untergeordneten Beton  C12/15

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BT I 444

Allgemeine Anforderungen an die Verwendung von Gesteinskörnungen in Beton nach DIN EN 206-1 / DIN 1045-2

 Wiedergewonnene Gesteinskörnungen: DAfStb-Richtlinie DAfStb Richtlinie „Herstellung Herstellung von Beton unter Verwendung von Restwasser, Restbeton und Restmörtel“ beachten:  aus Restwasser und Frischbeton wiedergewonnene Gesteinskörnung darf für Beton verwendet werden  nicht getrennt aufbereitete wiedergewonnene Gesteinskörnung darf mit max 5 % der Gesamtmenge der Gesteinskörnungen hinzugefügt werden

 Rezyklierte Gesteinskörnungen: DAfStb-Richtlinie „Beton mit rezykliertem Zuschlag“ beachten! BT 2009 / S. 42 Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 445

Allgemeine All i A Anforderungen f d an di die V Verwendung d von Gesteinskörnungen in Beton nach DIN EN 206-1 / DIN 1045-2 Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR)  Vorsichtsmaßnahmen erforderlich bei: empfindlich auf Alkalien reagierende Kieselsäure und Feuchtezufuhr ausgesetztem Beton

 Beurteilung + Verwendung der Gesteinskörnungen g nach DAfStb-Rili „AKR“ bei:  schädlichen Mengen alkalilöslicher Kieselsäure  Verdacht V d ht auff mögliche ö li h AKR-Reaktion AKR R kti

 Für hochfesten Beton sind hinsichtlich Alkalireaktion unbedenkliche Gesteinskörnungen zu verwenden!

geographische Verbreitung

BT 2009 / S. 43

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Bachelor Bauingenieurwesen

BT 446

Anwendungsbereich der Alkali-Rili

HTWK Smd

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BT I 447

Siliziumdioxid SiO2 [8] Opal  amorph

Quarzkristalle  kristallin

Opalsandstein, geschädigt Opalsandstein geschädigt, Dünnschliff Dünnschliff, 120-fache Vergrößerung, polarisiert Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 448

Problem  Gesteinskörnungen (ungebrochen, gebrochen) Struktur  unregelmäßiges Netz von SiO4 - Tetraedern

Q Quarzkristall k i t ll

Struktur des Quarzglases

Struktur des Natronsilikatglases Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 449

Extinktion = f (Kristallisationsgrad) [8]

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BT I 450

Löslichkeit von SiO2 = f (Temperatur) [8]

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BT I 451

Prinzip der Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) AlkaliKieselsäureKieselsäure Gel

kieselsäurehaltige + Gesteinskörnung

Alkalihydroxid (NaOH; KOH)

amorphes oder T ilk i t lli Teilkristallines SiO2 z.B. Opal, Flint

in der Porenlösung: aus dem Zement

Volumenzunahme Treiben

Alkalizufuhr von außen z.B. Taumittel (Na-; K-Verbindungen) Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 452

Prinzip der Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) kieselsäurehaltige + Gesteinskörnung

AlkaliKieselsäureKieselsäure Gel

Alkalihydroxid (NaOH; KOH)

W Wasser amorphes oder T ilk i t lli Teilkristallines SiO2 z.B. Opal, Flint

in der Porenlösung: aus dem Zement

Volumenzunahme Treiben

Zementart; Zementmenge Alkalizufuhr von außen z.B. Taumittel (Na-; K-Verbindungen) Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

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BT I 453

Schadensbild [8]

[8]Stark; Wicht: Dauerhaftigkeit von Beton;Birkhäuser Verlag 2001

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BT I 454

Prinzip der AKR [8]

2 NaOH + SiO2 + n H2O  Na2SiO3 • n H2O

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BT I 455

Aufbau von Quelldruckspannungen durch AKR [8] Wasser; Alkalien

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BT I 456

Prinzip der Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) kieselsäurehaltige + Gesteinskörnung

AlkaliKieselsäureKieselsäure Gel

Alkalihydroxid (NaOH; KOH)

Alkaliempfindlichkeitsklasse amorphes oder T ilk i t lli Teilkristallines SiO2 z.B. Opal, Flint

Na2O-Äquivalent e e NA-Zement Zementmenge

in der Porenlösung: aus dem Zement

Volumenzunahme Treiben

Bauteil: Feuchtigkeitsklassen WO; WF; WA; WS

Alkalizufuhr von außen z.B. Taumittel (Na-; K-Verbindungen)

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Betontechnische Daten, AusgabeI Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre 2009

BT I 457

Prinzip der Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) kieselsäurehaltige + Gesteinskörnung

Alkaliempfindlichkeitsklasse S. 45

amorphes oder T ilk i t lli Teilkristallines SiO2 z.B. Opal, Flint

AlkaliKieselsäureKieselsäure Gel

Alkalihydroxid (NaOH; KOH)

Maßnahmen

in der Porenlösung: aus dem Zement

Na2O-Äquivalent Alkalizufuhr e e S. 10 von außen NA-Zement z.B. Taumittel Zementmenge S. 47

S. 45 - 47

Volumenzunahme Treiben

Bauteil: Feuchtigkeitsklassen WO; WF; WA; WS

(Na-; K-Verbindungen)

S. 44

S. 85

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 458

Alkaliempfindlichkeitsklasse  Opalsandstein Alkaliempfindlichkeitsklasse

Beschreibung

E I-O

unbedenklich hinsichtlich Alkalireaktion durch Opalsandstein einschl Kieselkreide einschl.

E II-O

bedingt brauchbar hinsichtlich Alkalireaktion durch Opalsandstein einschl. Kieselkreide

E III-O

bedenklich hinsichtlich Alkalireaktion durch Opalsandstein einschl. Kieselkreide

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 459

Beurteilung der Alkaliempfindlichkeit von Gesteinskörnungen mit Opalsandstein, Opalsandstein einschließlich Kieselkreide Grenzwerte in M M.-% % für die Alkaliempfindlichkeitsklasse Bestandteile

E I-O

E II-O

E III-O

Opalsandstein einschließlich Kieselkreide (über 1 mm) 1)

≤ 0,5

≤ 2,0

> 2,0

1))

In den Prüfkornklassen 1 mm bis 4 mm einschließlich reaktionsfähigem Flint

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 460

Alkaliempfindlichkeitsklasse  Opal, Flint, Kieselkreide Alkaliempfindlichkeitsklasse

Beschreibung

E I-OF

unbedenklich hinsichtlich Alkalireaktion durch Opalsandstein einschl. Kieselkreide u u. Flint

E II-OF

bedingt brauchbar hinsichtlich Alkalireaktion durch Opalsandstein einschl. Kieselkreide u. Flint

E III-OF

bedenklich hinsichtlich Alkalireaktion durch Opalsandstein einschl. Kieselkreide und Flint

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 461

Beurteilung der Alkaliempfindlichkeit von Gesteinskörnungen mit Opalsandstein, einschließlich Kieselkreide und Flint Grenzwerte in M.-% für die Alkaliempfindlichkeitsklasse Bestandteile

E I-OF

E II-OF

E III-OF

Opalsandstein einschließlich Kieselkreide (über 1 mm) 1)

≤ 0,5

≤ 2,0

> 2,0

reaktionsfähiger Flint

≤ 3,0

≤ 10,0

> 10,0

≤ 4,0

≤ 15,0

> 15,0

(über 4 mm)

5x Opalsandstein einschl. Kieselkreide + reaktionsfähiger Flint

1)

In den Prüfkornklassen 1 mm bis 4 mm einschließlich reaktionsfähigem Flint

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 462

Prüfschema / Schnellprüfverfahren bestanden

Schnellprüfverfahren nicht bestanden

Betonversuch, Nebelkammer (40°C)

bestanden

nicht bestanden

Einstufung E III-S

Einstufung E I-S

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 463

Beurteilung der Alkaliempfindlichkeitsklasse 1) , Betonversuch mit Nebelkammerlagerung (40 °C) C) Kriterium

E I-S

E III-S

Dehnung der Betonbalken mm/m 2)

Ԫ ≤ 0,6

Ԫ > 0,6

Rissbildung der Würfel

keine

stark

3)

1) maßgebend ist die ungünstigste Bewertung 2) nach 9 Monaten Nebelkammerlagerung einschl. Wärme- u. Feuchtedehnung g 3) mit Rissbreiten w ≥ 0,2 mm

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 464

Allgemeine All i A Anforderungen f d an di die V Verwendung d von Gesteinskörnungen in Beton nach DIN EN 206-1 / DIN 1045-2 B i i l Expositionsklasse Beispiel: E iti kl XF Expositionsklasse des Betons nach DIN EN 206-1

XF1 XF2

mäßige Wassersättigung ohne Taumittel („normale“ Außenbauteile)

mäßige Wassersättigung mit Tau-mittel (z.B.

Spritzwasserbereich p von Verkehrsflächen))

XF3

hohe Wassersättigung ohne Taumittel

XF4

hohe Wassersättigung mit Taumittel

(z.B. offene Wasserbehälter)

(z.B. Verkehrsflächen)

Kategorie für die Gesteinskörnung F4 MS25 F2 MS18

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 465

Lehrinhalte (1) 0. Einführung 1. Baustoffkenngrößen 2. Mineralische Bindemittel 3. Gesteinskörnungen (Gesteinsbaustoffe) 4 Betonzusätze 4. B t ät 5. Beton – Grundlagen 6 Leichtbeton 6. 7. Metalle – Korrosionsschutz 8 Keramik 8. 9. Glas 10. Holz, Holzschutz 11. Bitumen 12. Kunststoffe

Baustofflehre I

Baustofflehre II

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 466

4. Betonzusätze

4.1. Betonzusatzstoffe 4.2. Betonzusatzmittel 4.3. Zugabewasser g

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 467

4.1. Betonzusatzstoffe • • • • •

DIN EN 450 - Flugasche Fl h DIN EN 12620 - Gesteinsmehle DIN 51043 10 3 - Trass DIN EN 12878 - Pigmente DIN EN 13263 - Silikastaub

BT 2009 / S. 65 ff

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 468

Zusatzstoffe - Definition und Einteilung -

•

Definition : – anorganischer i h ffeinverteilter i t ilt St Stoff, ff d der iim B Beton t zur V Verbesserung b oder Erreichung bestimmter Eigenschaften verwendet wird

 Typ I : - Gesteinsmehle - Pigmente - Stahlfasern - Kunststofffasern - Glasfasern - (Polymerdispersionen)

 Typ II - Steinkohlenflugasche - Braunkohlenflugasche - Trass - Silikastaub - Hochofenschlacke

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 469

Zusatzstoffe – Dreiphasendiagramm Dreiphasendiagramm 100 % SiO2 Silicastaub Glas saurer Hüttensand

Traß Steinkohlenflugasche sonstige natürliche Puzzolane u oa e

bas sc e basischer Hüttensand

Braunkohlenflugasche Portlandzement hydr Kalk hydr. Weißkalk 100 % CaO

100 % Al2O3

ZEMENT und ZUSATZSTOFFE

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 470

Zusatzstoffe - Anforderungen für Liefervertrag -

• Steinkohlenflugasche – SFA nach DIN EN 450 – puzzolainisches Reaktionsvermögen ( mit Kalziumhydroxid) – zusätzlich : • Festlegung des Wasseranspruches mit Toleranzen (in der Regel ± 2 %) • Eingrenzung g g des Glühverlustes ((± 1 %)) • evtl. Definition „Mischasche“ Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 471

Zusatzstoffe - Anforderungen aus Normentwurf •

Silikastaub (amorphes Siliziumdioxid) Eigenschaften / Kennwerte

1)

Maßeinheit

Silicastaub Pulver  85

Suspension  85

K Kornanteil t il < 0 0,04 04 mm

M % M.-%

Kornanteil < 0,02 mm

M.-%

--

--

spez. Oberfläche

cm²/g

 180.000

--

 250.000

--

Glühverlust

M.-%

 3,0

 3,0

Sulfat (SO3)

M % M.-%

 2,0 20

 2,0 20

Chlorid (Cl)

M.-%

 0,10

 0,10

Dichte 1)

kg/dm³

ca. 2,2

ca. 1,4

Schüttdichte 1)

kg/dm³

0,3 – 0,6

--

Richtwert für bisherige Erfahrungen

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 472

Zusatzstoffe - Anforderungen für Liefervertrag -

•

Silikastaub – Silikastaub bzw Silika-Suspension nach allg. bauaufsichtlicher Zulassung – Puzzolanisches Reaktionsvermögen ( Kalziumhydroxid) – zusätzlich : • Festlegung des Feststoffgehaltes bei Verwendung von Suspensionen mit Toleranzen (in der Regel ± 2 %) und Dichte • evtl. tl F Farbe b • Dosiereinrichtung und Einrichtung zum Homogenisieren

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 473

Wirkung von Silikastaub im Zementstein

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 474

Anrechenbarkeit von Flugasche f und Silikastaub s zum Bindemittel (k-Wert-Ansatz) (k Wert Ansatz) [BT 2009/ S. 67] Wasser-Zement-Wert:

w/z = w / z (Massenverhältnis)

(w/z)eq = w / (z + 0,4 • f + 1,0 • s) z + f + s ≥ min z

z ≥ min z bei Anrechnung

Zement ohne P,V,D:

max. f = 0,33 • z

Z Zement t mitit P oder d V ohne h D D: max. f = 0 0,25 25 • z Zement mit D:

max max. f = 0 0,15 15 • z

max. s = 0,11 • s Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 475

4.2. Zusatzmittel

• • • • • • • • •

Betonverflüssiger (BV) Fließmittel (FM) Luftporenbildner (LP) Verzögerer (VZ) Dichtungsmittel g ((DM)) Erstarrungsbeschleuniger (BE) Stabilisierer (ST) ( ) Schaumbildner (SB) Sedimentationsreduzierer (SR) ( )

BT 2009 / S. 55 ff

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 476

Betonverflüssiger (BV) • Wirkungsweise: Verminderung des Wasseranspruches u./o. Verbesserung der Verarbeitbarkeit des Betons • Anwendung: Einhaltung des vorgegebenen w/z – Wertes Verbesserung der Pumpbarkeit Erleichterung beim Rütteln Erreichen besserer Sichtflächen

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 477

Fließmittel (FM) • Wirkungsweise: Verringerung des Wasseranspruches u./o. Verbesserung der Verarbeitbarkeit (Konsistenzklasse ≥ F4 • Anwendung: (1) Verflüssigung bis zum Fließbeton bei gleichem w/z – Wert  (filigrane Bauteile und Bauteile mit enger Bewehrung) (2) Wassereinsparung bei gleicher Konsistenz (3) Wassereinsparung bei gleichzeitiger Verflüssigung (4) Verflüssigung ggf. mit Verzögerung des Erstarrens k bi i kombinieren (FM/VZ)

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 478

Beispiel: Anwendungsmöglichkeiten von Fliessmittel

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 479

Beispiel: Nassspritzverfahren / Dichtstromförderung

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 480

Luftporenbildner (LP) • Wirkungsweise: Einführung kleiner gleich verteilter Luftporen • Anwendung: Verbesserung der Verarbeitbarkeit Reduzierung des „Blutens“ Erhöhung der Stabilität des Frischbetons Erhöhung des Frostwiderstandes ( Wasserbau) Erhöhung des Frost-Taumittel-Widerstandes ( Parkhäuser, Parkdecks, Anfahrrampen, Betonstraßen, Brückenbauteile)

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 481

Verzögerer (VZ) • Wirkungsweise: Verlangsamung der Hydratation des Zementes; Verzögerung des Erstarrens und der Hydratationswärmeentwicklung • Anwendung: Herstellung größerer monolithischer Bauteile ( M Massenbeton); b t ) Brückenbau, Bü k b F Fundamente, d t B Bodenplatten d l tt von „Weißen Wannen“ Transportbeton bei höheren Temperaturen und längeren Transportentfernungen Betonieren bei höheren Außentemperaturen

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 482

Dichtungsmittel (DM) • Wirkungsweise: Verringerung der kapillaren Wasseraufnahme des Betons, wasserabweisende Veränderung der Bauteiloberflächen (hydrophob) • Anwendung: ggf. zusätzliche Abdichtung des Betons gegen aufsteigende F Feuchtigkeit hti k it (i (i.d.R. d R nicht i ht notwendig) t di )

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 483

Erstarrungsbeschleuniger (BE) • Wirkungsweise: Verringerung des Zeitpunktes des Erstarrungsbeginns • Anwendung: Steigerung der Frühfestigkeit (z.B. Spritzbeton) Steigerung der Frühfestigkeit (Fertigteile)

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 484

Stabilisierer (ST) • Wirkungsweise: Verringerung der Neigung des Betons zum Bluten und Entmischen • Anwendung: Leichtbeton in weicher Konsistenz (Verhinderung des Aufschwimmens leichter Gesteinskörnungen, Verbesserung d P des Pumpens)) Sichtbeton und Estrich: Verbesserung der Homogenität U t Unterwasserbeton: b t H Herstellung t ll erosionsfester i f t F Frischbetone i hb t (Unterwasser-Compound)

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 485

Schaumbildner (SB) • Wirkungsweise: Schaumerzeugung durch Schaumgerät  Untermischen in den Frischbeton  Erzeugung gleichmäßig verteilter Poren • Anwendung: Schaumbeton (leichte Konstruktionen; Vergrößerung der Dä Dämmwirkung), ik ) porosierter i t Z Zementstein t t i Porenleichtbeton

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 486

Sedimentationsreduzierer (SR) • Wirkungsweise: Verhinderung des Sedimentierens von Betonbestandteilen im Frischbeton • Anwendung: Selbstverdichtender Beton Verhinderung des Entmischens; Verringerung der Wirkung von S h Schwankungen k d des W Wassergehaltes h lt

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 487

4.3. Zugabewasser BT 2009 / S. 72 ff - Trinkwasser (Prüfung nicht erforderlich) - Restwasser aus Wiederaufbereitungsanlagen der Betonherstellung (Prüfung erforderlich) - Grundwasser (Prüfung erforderlich) - Natürliches Oberflächenwasser (Prüfung erforderlich) - Industrielles Brauchwasser (Prüfung erforderlich)

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 488

Grenzwerte für die Beurteilung von Zugabewasser Prüfung auf

Prüfverfahren

Brauchbarkeit

Farbe

visuelle Prüfung im Messzylinder

farblos bis schwach gelblich

Öl und Fett

visuelle Prüfung

höchstens Spuren

Detergentien

Probe im halb gefüllten Messzylinder kräftig schütteln

Schaumzerfall innerhalb von 2 min

absetzbare Stoffe 80 cm³ Messzylinder, 30 min absetzen

< 4 cm³

G Geruch h

ansäuern ä

ohne h bi bis schwach h h

pH-Wert

pH-Papier

>4

Chlorid Spannbeton

Titration

< 600 mg/l

Chlorid Stahlbeton

Titration

< 2000 mg/l

darüber unbrauchbar

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 489

Grenzwerte für die Beurteilung von Zugabewasser

Prüfung auf

Prüfverfahren

Brauchbarkeit

Chlorid Beton

Titration

< 4500 mg/l g

Sulfat

Teststäbchen, Labor

< 2000 mg/l

Zucker (Glukose (Glukose, Saccar.)

Teststäbchen Labor Teststäbchen,

< 100 mg/l

Phosphat p

Labor

< 100 mg/l g

Nitrat

Teststäbchen

< 500 mg/l

Zink

Teststäbchen

< 100 mg/l

Huminstoffe

5 cm³ Wasser + 5 cm 3-%ige NaOH schütteln, Prüfung nach 3 min

heller als gelbbraun

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 490

Betontechnologische Vergleichsprüfung bedingt brauchbaren Anmachwassers

Prüfkriterium

Eignungskriterium als Ab i h Abweichung zum Prüfwert P üf t mit destilliertem Wasser

Erstarren E t (an je 2 Zementleimproben)

d  30 min i iinnerhalb h lb  25 % oder von 1 - 2 h

Raumbeständigkeit R b tä di k it (an je 2 Zementleimproben)

Dehnungsmaß D h ß nach h DIN EN 196-3 < 10 mm

Erhärten (Druckfestigkeit nach 28 Tagen an 3 Mörtelprismen oder ggf. an 3 Betonproben)

Druckfestigkeit nach 28 Tagen  90 %

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 491

Restbeton, Restmörtel, Restwasser und Restbetongesteinskörnung nach Rili DAfStb 8/95

Restbeton/Restmörtel

Restwasser

Restgesteinskörnung kö

- Frischbeton- und Fi h öt l t Frischmörtelreste - Reste aus Fahrmischern und Betonpumpen - Reste aus Reinigung Betonwerk

- Anmachwasser

Gesteinskörnung mitit Korngrößen > 0,25 mm

- Rückstände beim Waschen und Strahlen von Beton

- Wasch- und Spülwasser - Wasser, das beim Sägen, Schleifen und Strahlen anfällt - Niederschlagswasser

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 492

Anforderungen an Restwasser nach Rili 8/95

Anforderungen

Prüfverfahren

Farbe

farblos bis schwach gelblich

visuell, 80 ml Wasser in Messzylinder nach 30 min Absetzzeit

Öl und Fett

höchstens Spuren

Prüfung nach Augenschein

Detergentien

instabiler Schaum

50 ml Wasser 30 s heftig schütteln, Beurteilung nach 5 min

 600 mg/l  2000 mg/l  4500 mg/l heller als gelbbraun, kein Ammoniakgeruch

- Aquamerck-Reagenzien - Titration - Potentiometrie

Chlorid - Spannbeton - Stahlbeton - unbewehrter Beton Huminstoffe

Wasser mit verdünnter NaOH versetzen, Augen Augenscheinprüfung nach 30 min

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 493

A f d Anforderungen an Restwasser R t und d Restbetongesteinskörnung R tb t t i kö Restwasser

Restbetongesteinskörnung

Bestandteile entspr. nicht DIN 1045, dann elektrochemische Prüfung wie ZM Restwasser darf keine betonschädigenden/ korrosiven Anteile enthalten (z. B. Gips) Homogene Verteilung der Feinststoffe im Restwasser Mehlkorngehalt im Beton gemäß Erstprüfung ist einzuhalten max. Feinststoffzugabe F i ff b durch d hR Restwasser = 1 Masse-% der Gesteinskörnung (Ausnahmen bis 2 M.-% = 35 kg/m³)

Auswaschen soweit bis keine Kornbindung mehr auftritt Restbetongesteinskörnung wird der größten Korngruppe zugegeben

Ausnahmen/Grenzen mögliche besondere Anforderungen bei Sichtbeton

Restbetongesteinskörnung muss gleiche Anforderungen wie Normalgesteinskörnung erfüllen

kein Restwasser bei Anwendung von Luftporenbeton bei Beton mit hohem Sulfatwiderstand max. 1 % Feinststoff Alkali-RiLi beachten beachten, bei Dichte  1,1 1 1 kg/l + z  400 kg/m³ Sonderprüfung Chlorideinträge, Sulfateinträge ausschließen (Waschwasser Mörtel, Estriche erlaubt)

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 494

Lehrinhalte (1) 0. Einführung 1. Baustoffkenngrößen 2. Mineralische Bindemittel 3. Gesteinskörnungen (Gesteinsbaustoffe) 4 Betonzusätze 4. B t ät 5. Beton – Grundlagen 6 Leichtbeton 6. 7. Metalle – Korrosionsschutz 8 Keramik 8. 9. Glas 10. Holz, Holzschutz 11. Bitumen 12. Kunststoffe

Baustofflehre I

Baustofflehre II

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Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 495

5. Beton - Zementbeton 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7

BT 2009 / S. 76 ff Begriffe – Einteilung Betonentwurf - Beispiele Frischbetonzustand – Fördern - Einbringen Nachbehandlung – Einfluss der Umgebungsbedingungen Festbetonzustand – Festigkeit g – Verformung g – Dauerhaftigkeit g Korrosion Mörtel

Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 496

Dauerhaftigkeit von Beton, Stahl- und Spannbeton Einwirkungen Belastungen Grenzwerte Häufigkeit Einwirkungszeit Umgebung U b Herstellung Standort Klima

Dauerhaftigkeit

Widerstände

Nutzung (Aufgabe) Nutzungszeit hinzunehmende Eigenschaftsänderungen

gegen Karbonatisierung  Alkalität, Passivität

Tragfähigkeit Gebrauchstauglichkeit Instandhaltung, Wartung

gegen FrostFrost und Taumittelangriff

Gestaltung Konstruktion Bauweise Geometrie Betondeckung, Rissbreite

gegen Chloride

gegen chemischer h i h A Angriff iff Angriffsgrad ( AKR) gegen mechanischen Verschleiß Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt

Bachelor Bauingenieurwesen - Baustofflehre I

BT I 497

Widerstände  Eigenschaften = f (Gefüge) G fü = f (Porosität; Gefüge (P iä F Feststoff) ff) B i i l Beispiele

hat Einfluss auf

Druckfestigkeit g Festigkeit Formänderungen

Undurchlässigkeit

Zugfestigkeit Schwinden /Quellen Ki h Kriechen Flü i k it Flüssigkeiten Gase Prof. Dr.-Ing. Detlef Schmidt