Baustofflehre 2010
Thomas A. BIER& K. Dombrowski
Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Leipziger Straße 28, 09596 Freiberg,
Spezielle Baustofflehre
Mörtel und Beton
Baustofflehre 2010
German School in Bejing
Die Deutsche Schule in Peking liegt im 3. Diplomatenviertel der Stadt Peking, in einer heterogenen
Umgebung mit Hochhäusern und stark befahrenen Straßen. Das Schulgebäude wurde 2001 nach
einem gewonnenen Wettbewerbsentwurf von den Architekten Gerkan, Marg und Partner
fertiggestellt. Markant ist die Betonwerksteinfassade, die in einem kräftigen Rot-Ton leuchtet.
Baustofflehre 2010
Name Stadt Land Höhe Stock
1 Teipeh 101 Teipeh Taiwan 508
2 Petronas Tower 1 Kuala Lumpur Malaysia 452 88
3 Petronas Tower 2 Kuala Lumpur Malaysia 452 88
4 Sears Tower Chicago USA 442 110
5 Jin Mao Tower Shanghai China 421 88
6 Citic Plaza Guangzhou China 391 80
7 Shun Hing Square Shenzhen China 384 69
8 Empire State Building New York USA 381 102
9 Central Plaza Hong Kong China 374 78
10 Bank Of China Hong Kong China 369 70
11 The Center Hong Kong China 350 79
Baustofflehre 2010 Photo: www.visitgeorgia.geHöhlenbehausungen in Georgien
2) Nutzung natürlicher Gegebenheiten
Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton
Baustofflehre 2010
Photo: K. DombrowskiBebaute Felsvorsprünge, Mesa Verde National Park, USA
3) Natürliche Gegebenheiten und Bebauung
Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton
Baustofflehre 2010
Lehmbauten,
Wadi
Hadramaut
in
Jemen
„Das Manhattan der Wüste“
4) Lehmbauten
Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton
Baustofflehre 2010
Pyramide,
Ägypten
Photo: E. Freyburg
5) Naturstein als Baustoff
Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton
Baustofflehre 2010
behauene
Gesteins-
blöcke
Pyramide,
Ägypten
Photo: E. Freyburg
5) Naturstein als Baustoff
Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton
Baustofflehre 2010
Photo: K. Dombrowski
runde Feld-
steine
Burgruine,
Dänemark
5) Naturstein als Baustoff
Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton
Baustofflehre 2010 Photo: grandsaline.com
Haus aus Salz
in Texas
Das Original aus Rohsalzbrocken
und späteres Gebäude aus Mörtel mit Salz sind kaputt gegangen
5) Naturstein als Baustoff
Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton
Baustofflehre 2010
Photo: C. Haaßengier
Gipssteine
Kirche St. Johannis d.T. in Urbach, Südharz
5) Naturstein als Baustoff
Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton
Baustofflehre 2010
Photo: C. Haaßengier
5) Naturstein als Baustoff
Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton
Gipssteine
Kirche St. Johannis d.T. in Urbach, Südharz
Baustofflehre 2010 Ziegel aus Ton
6) Künstlich hergestellte Bausteine
Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton
Baustofflehre 2010
Kalk für Mörtel
Kalkbrennofen
Photo: formontana.net
6) Künstlich hergestellte Bindemittel
Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton
Baustofflehre 2010
Reaktiver,
natürlicher
Rohstoff
Santorinerde
von der
Vulkaninsel
(Caldera)
Santorin,
Griechenland Photo: K. Dombrowski
6) Künstlich hergestellte Bindemittel
Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton
Baustofflehre 2010
Reaktiver,
natürlicher
Rohstoff
Santorinerde
(Vulkanerde)
Akrotiri
Ausgrabungs-
stätte Griechen-
land
(verschiedene Schichten am Felsen: Zeiten der Vulkanausbrüche erkennbar)
Photo: K. Dombrowski
6) Künstlich hergestellte Bindemittel
Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton
Baustofflehre 2010
historischer Beton
Pantheon, Rom
6) Künstlich hergestellte Bindemittel
Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton
Baustofflehre 2010
Pedestrian Bridge in Sakata, Japan (Ductal)
Conception of conventional and deflocculated, dense concrete
Ultra fine
filler
Cement grain
1-5 microns
Ultra fine
filler
Cement grain
1-5 microns
4m
Cement Grain
1-5 microns
Water
Conventional Concrete Low W/C Concrete
Ultra Hochfester Beton
Baustofflehre 2010
Portland Cement
Hardened Paste
in concrete
with natural rock
as aggregatePhoto: K. Dombrowski
Inside Concrete
Binder Water
Filler - Sand – Flour- Aggregate
Additives
Baustofflehre 2010
Fillers according to DIN EN 197
Fig 1(a) LSP Fig 1(b) Fly ash Fig 1(c) RHA
Fig 1(d) RHAP Fig 1(e) SF
Blast Furnace Slag
Pulverized Fla Ash and silica fume
Trass and ground rocks
Pigments - Colors
Polymer dispersions
Baustofflehre 2010
Fig 1(a) LSP Fig 1(b) Fly ash Fig 1(c) RHA
Fig 1(d) RHAP Fig 1(e) SF
Blast Furnace Slag
Fillers according to DIN EN 197
Baustofflehre 2010
Additives
Plasitisizer
Super Plasitisizer
Air entraining agents
Dichtungsmittel
Retarder
Accelerator (hardening)
Accelerator (stiffening)
Accelerator (shotcrete)
Injection aid
Stabilisiser
Reducers for soluble chromium
Recycling aid
Foamers
Baustofflehre 2010
Typische Zusammensetzungen
von Bindemittelgemischen
Gebräuchliche Bindergemische können im System TZ - PZ - CS
dargestellt werden
Abkürzungen :
TZ : Tonerdezement
PZ : Portland Zement
CS : Kalziumsulfat
CaSO4
CaSO4.½H2O
CaSO4.2H2O
TZ PZ
CS
Baustofflehre 2010
Chemie
Hydratation
Phasenanalyse,XRD
Wärmefluss
Thermische Analyse, DSC
Chemisorption
Physik
Porosität
Porengrössenverteilung
Spezifische Oberflächen
Morphologie
Rheologie
ESEM
Technologische
Eigenschaften
FTW und Dauerhaftigkeit
Schwinden und Quellen
Wärmeleitfähigkeit
Festigkeit
Verarbeitungsverhalten
FORSCHUNG & ENTWICKLUNG
Charakterisierung der Mikrostruktur von Baustoffen (NANO) zur Erklärung
anwendungs- und verfahrenstechnischer Eigenschaften
Baustofflehre 2010
Beton
Unterteilung von Beton nach:
• Ort der Herstellung
• Erhärtungszustand
• Dichte
• Festigkeit
• Konsistenz
• Fördern, Verarbeitungs-
eigenschaften, Verdichten
Verwendung)
Ortbeton
Baustellenbeton
Transportbeton
Betonfertigteil
Frischbeton
Grüner Beton
Junger Beton
Festbeton
Leichtbeton 800 - 2000 kg/m³
Normalbeton 2000 - 2600 kg/m³
Schwerbeton > 2600 kg/m³
Hochfestbeton ab
fck,cyl = 55 N/mm²
fck,cube = 67 N/mm²F1, F2… Beton
Fließbeton
SVB
Pump-,
Spritz-,
Stampf-,
Rüttel-,
Schock-,
Schleuder-,
Walz-,
Vakuumbeton
Baustofflehre 2010
Unterteilung von Beton nach:
• Zementart
• Art der Gesteinskörnung
• Gefüge
• sonstige Materialien
• sonstige Eigenschaften
• Verwendung
Portlandzementbeton
HochofenzementbetonKiessandbeton
Holzbeton
Naturstein-
Splittbeton
Grobbeton
Feinbeton
Beton mit geschlossenem
Gefüge
haufwerksporiger Beton
Einkornbeton
Porenbeton
Stahlfaserbeton
LP-BetonWasserundurchlässiger
Beton
Massenbeton
Straßenbeton
Unterwasserbeton
Sichtbeton
Mond- und
Marsbeton
Beton
Baustofflehre 2010
• Festigkeit (w/z-Wert, Zementart, -gehalt, Zuschlagart, BZM)
• Verarbeitungsverhalten (Mehlkorngehalt, Sieblinie; BZM, BZS)
• Bauteilgröße – Bewehrung (Größtkorn, Fließmaß)
• Umwelteinflüsse – Dauerhaftigkeit (w/z Wert, Zementart, Nachbehandlung)
• Wirtschaftlichkeit (Rohstoffkosten, Transport, Baustellenlogistik, Maschinen)
• Ökologische Aspekte (Zementgehalt, BZS, Recyclingmaterial)
Kriterien zur Betonauswahl
Baustofflehre 2010
Beton nach Eigenschaften
(Eigenschaften festgelegt,
Verantwortung für Bereitstellung und Erfüllung: Hersteller)
Beton nach Zusammensetzung
(festgelegte Zusammensetzung und ggf. vorgegebene AG;
Verantwortung: Hersteller)
Standardbeton
(festgelegte Zusammensetzung durch Mindest-z,
nur für best. Mindestdruckfestigkeitsklassen und Expo-
Klassen)
Betonarten
Baustofflehre 2010
Bauteilabmessung
Größtkorn
Sieblinie
k-Wert Konsistenz
Diagramm w = f (k,K)
Wasseranspruch
Wassermenge
kg/m3
Zementgehalt, kg/m3
Diagramm w = f (fck*Z)
LP-Gehalt, Vol.-%
Stoffraumgleichung = 1 m3 = 1000 l
Gesamtkörnung, kg/m3 Zusatzstoff, kg/m3
Anteile der Korngruppen, kg/m3
Einwaagemengen Gf der Krongruppen
Eigenfeuchte der Korngruppe
in den Korngruppe enthaltenes Wasser
korrigierte Zugabe-Wassermenge
Festigkeitsklasse
Vorhaltemaß Standardabweichung
Betonfestigkeit fck Zementgüte
w/z-Wert
Expositionsklasse
Baustofflehre 2010
Festigkeitsentwicklung von Beton bei 20°C
FestigkeitsentwicklungSchätzwert des
Festigkeitsverhältnisses fcm2/fcm28
schnell 0,5
mittel 0,3 bis < 0,5
langsam 0,15 bis < 0,3
sehr langsam < 0,15
Baustofflehre 2010
Mindestdauer der Nachbehandlung
Expositions-
klasse
erforderliche Festigkeit im
oberflächennahen Bereich
ohne genaueren Nachweis der
Festigkeit
XO, XCl 0,30 x fck 0,5 Tage1)
alle außer
XO, XCl, XM
0,50 x fck Mindestdauer gemäß
Tabelle C.30
XM 0,70 x fck Mindestdauer gemäß
Tabelle C.30 verdoppeln
1) Verarbeitbarkeitszeit < 5 Std., Temperatur der Betonoberfläche 5°C
Baustofflehre 2010
Mindestdauer der Nachbehandlung in Tagen1) ohne genaueren
Nachweis der Festigkeit im oberflächennahen Bereich (alle Expositionsklassen2) außer
XO und XCl)
Oberflächen-
temperatur3)4)
Festigkeitsentwicklung des Betons5)
r=fcm2/fcm283)
ρ [°C] schnell
r 0,50
mittel
r 0,30
langsam
r 0,15
sehr langsam
r < 0,15
25 1 2 2 3
25 > ρ 15 1 2 4 5
15 > ρ 10 2 4 7 10
10 > ρ 5 3 6 10 15
Baustofflehre 2010
Beton: Lieferschein Transportbeton
Name des Transportbetonwerkes;
Lieferscheinnummer;
Datum und Zeit des Beladens, d.h. Zeitpunkt des ersten Kontaktes zwischen Zement und Wasser;
Kennzeichen des LKW oder Identifikation des Fahrzeugs;
Name des Käufers;
Bezeichnung und Lage der Baustelle;
Einzelheiten oder Verweise auf die Festlegung, z.B. Nummer im Listenverzeichnis, Bestellnummer;
Menge des Betons in m3;
Konformitätserklärung mit Bezug auf die Festlegung und auf DIN EN 206-1;
Name oder Zeichen der Zertifizierungsstelle, falls beteiligt;
Zeitpunkt des Eintreffens des Betons auf der Baustelle;
Zeitpunkt des Beginns des Entladens;
Zeitpunkt des Beendens des Entladens.