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

Mörtel und Beton

Baustofflehre 2010

Was macht man mit Beton?

Baustofflehre 2010

Was macht man mit Beton?

Holz

Stahl

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

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Beispiel: SVB Tunnel Project

Baustofflehre 2010

Beispiel: SVB Tunnel Project

Baustofflehre 2010

1) Natürlicher Beton

Nagelfluh

Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton

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

4) Lehmbauten

Moschee in

Timbuktu

Der Weg zum künstlichen Baustoff Beton

Baustofflehre 2010

Manahka in

Jemen

4) Lehmbauten

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

Moderner Beton

Baustofflehre 2010

Hochfester Beton

Pont de Millau, France

Baustofflehre 2010

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

Was ist eigentlich Beton?

Wasser

Zement

Steine

Baustofflehre 2010

Aggregate Grading

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

Innovative Werkstoffe für Spezialmörtel

Verguß

Reparatur

Montage

Injektion

Baustofflehre 2010

So sieht Beton aus

Baustofflehre 2010

Und so wird er geprüft

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

FORSCHUNG & ENTWICKLUNG

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Baustofflehre 2010

Phasenentwi

cklung

Baustofflehre 2010

Phasenentwi

cklung

Baustofflehre 2010

Phasenentwi

cklung

Baustofflehre 2010

Phasenentwi

cklung

Baustofflehre 2010

Phasenentwi

cklung

Baustofflehre 2010

Phasenentwi

cklung

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.