Baustoffkunde

Man unterscheidet den Frischbeton nach dem Maß der Verarbeitbarkeit, der Konsistenz. Es gibt vier Konsistenzbereiche (nach DIN 1045):

• KS: steifer Beton
• KP: plastischer Beton
• KR: weicher Beton (Regelkonsistenz)
• KF: fließfähiger Beton

Es gibt unter anderem folgende Konsistenzmessverfahren:

Ausbreitversuch (fließfähige Betone): Auf einem Ausbreittisch wird ein genormter Trichter nach speziell definierten Arbeitsgängen gefüllt, entfernt und anschließend 15mal in genormte Höhe angehoben und fallen gelassen. Nun wird der Durchmesser des ausgebreiteten Zementkuchens als Mittel zweier Orthogonalen berechnet und die Konsistenzklasse anhand einer Tabelle bestimmt.

Verdichtungsversuch (eher steife Betone): Es wird ein genormter Behälter bis zum Rand mit Beton gefüllt und anschließend verdichtet. Dann wird jeweils in der Mitte der vier Seitenränder das Maß vom Behälterrand bis zur Betonoberkante gemessen und gemittelt. Anschließend wird das Verdichtungsmaß berechnet; anhand von einer Tabelle wird die Konsistenz bestimmt.

Slump-Test / Setzversuch (durchschnittliche Betone): In einen Probekörper aus Metall wird Beton ein drei gleich dicken Lagen eingebaut, wobei jede Lage mit 25 Stößen verdichtet wird. Der beim Einbau der obersten Lage verbleibende Überstand ist bündig abzuziehen. Anschließend ist die Form innerhalb von fünf bis zehn Sekunden ohne seitliche Drehungen oder Verschieben langsam senkrecht zu entfernen. Unmittelbar nach dem Entfernen der Form ist das Setzmaß als Differenz zwischen dem höchsten Punkt des Prüfkörpers und der Oberkante der Form zu bestimmen - die Konsistenz wird nun wiederum anhand einer Tabelle bestimmt.

Vébé-Test / Setzzeitversuch (eher steife Betone): Diese Konsistenzprüfung wird mithilfe des Konsistometers durchgeführt. Der Versuchsaufbau ähnelt dem des Slump-Tests - im Vergleich dazu wird jedoch eine Scheibe in den Behälter geschwenkt. Dann wird der Rütteltisch eingeschaltet; um die Setzzeit zu ermitteln, ist die Zeit vom Einschalten des Rütteltisches bis zu dem Zeitpunkt zu bestimmen, an dem die Scheibe von unten vollständig mit Beton benetzt ist. Anhand dieser Zeit ist die Setzzeitklasse und somit die Konsistenzklasse zu bestimmen.

Kleiner Wasserzementwert:

• Hohe Festigkeit
• Wenig Wassersaugen
• Schwaches Schwinden
• Schwaches Bluten

Hoher Wasserzementwert:

• Niedrige Festigkeit
• Viel Wassersaugen
• Starkes Schwinden
• Starkes Bluten

Der w/z-Wert steuert die Kapillarporösität: Mit steigendem w/z-Wert wird mehr Überschusswasser in den Kapillarporen eingelagert - der Zementstein wird poröser. Dies hat nachhaltige Auswirkungen auf Festigkeit sowie Wasserdurchlässigkeit (Dichtigkeit, Frostschäden, poröse Stoffe schwinden bei Austrocknung, etc.) und somit final auf die Dauerhaftigkeit.

1.) Festlegung der Eigenschaften bzw. Anforderungen an einen Beton im frischen und im festen Zustand

• Festigkeitsklasse
• Konsistenz
• Sieblinie
• Zementart
• Expositionsklasse

2.) Wassergehalt festlegen

Der Wassergehalt wird in Abhängigkeit von der Konsistenz und der Gesteinskörnung bzw. der Körnungsziffer mit Hilfe von Tabellen oder Graphiken festgelegt.

3.) w/z-Wert festlegen

Der Wasserzementwert w/z wird über die Betondruckfestigkeit und Zementdruckfestigkeiten anhand von Walzkurven bestimmt. Hierbei ist die Begrenzung des w/z-Wertes in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen (Expositionsklassen) zu beachten.

4.) Zementgehalt berechnen

Dabei sind die Mindestzementgehalte in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen (Expositionsklassen) zu beachten.

5.) Abschätzen der Luftporen

Der Luftporengehalt wird vereinfacht abgeschätzt zu: V 1,5 % 15 dm³ /m³ L Dieser Luftporengehalt setzt sich zusammen aus den Schrumpf- bzw. Gelporen und ggf. aus den Kapillarporen (bei einem w/z-Wert > 0,38) ohne künstlich eingebrachte Luft- und Rüttelporen. 

6.) Errechnen der Menge an Gesteinskörnung

Mit der oben genannten Stoffraumgleichung kann die Menge der Gesteinskörnung errechnet werden

 7.) Errechnen der Einwaage der Einzelkomponenten

• Berücksichtigung Mischervolumen
• Aufteilen der Gesteinskörnung auf die Korngruppen (Kornfraktionen)
• Berücksichtigung der Eigenfeuchte der Gesteinskörnung

8.) Bestimmung der zu erwartenden Frischbetonrohdichte

9.) Bestimmung des Mischungsverhältnisses 

Betonzusatzmittel und Betonzusatzstoffe werden dem Frischbeton flüssig oder als Pulver zugegeben, um die Frischbeton und/oder die Festbetoneigenschaften durch chemische oder physikalische Wirkung zu beeinflussen. Aufgrund der geringen Zugabemenge sind die Zusatzmittel in der Stoffraumgleichung üblicherweise nicht zu berücksichtigen, wohingegen aufgrund der Zugabemenge die Betonzusatzstoffe als Volumenbestandteil im Mischungsentwurf zu berücksichtigen sind.

Betonverflüssiger (BV): 

Fließmittel (FM): 

Luftporenbildner (LP): 

Betondichtungsmittel (DM) :

Erstarrungsverzögerer (VZ):

Beschleuniger (BE):

Einpresshilfen bei Spannbeton (EH):

Stabilisierer (ST): 

Chromatreduzierer (CR):

Betonverflüssiger (BV): 

Verringerung des für eine bestimmte Konsistenz oder Verarbeitbarkeit erforderlichen Wassergehalts. -> dadurch Erhöhung der Dichte und Festigkeit -> dadurch Durchlässigkeit gegenüber Flüssigkeiten vermindert und Widerstandsfähigkeit gegen chemische Angriffe erhöht Die Wassereinsparung beträgt i.a. zwischen 5 und 15 %; als Nebenerscheinung können Erstarrungsverzögerung oder Luftporenbildung auftreten.

Fließmittel (FM): 

FM vermindern ebenso wie BV den Wasseranspruch bzw. verbessern die Verarbeitung bei gleichem Wassergehalt; ihre Wirkung ist jedoch stärker als bei BV. Der Beton neigt bei Einsatz von FM nicht zu Entmischung. Zu beachten ist, dass die verflüssigende Wirkung meist auf 30 bis 60 Minuten nach Zumischen begrenzt ist und die Wirkungsdauer der FM auch durch die Temperatur beeinflusst wird. Die Festbetoneigenschaften werden durch die Zugabe von FM nahezu nicht verändert; es kann lediglich zu einer geringfügigen Erhöhung der Schwind- und Kriechverformung kommen. Einsatz finden FM beim Betonieren besonders schlanker und dicht bewehrter Bauteile, also dort, wo die Fließwirkung voll ausgenutzt werden soll. 

Luftporenbildner (LP): 

Diese Zusatzmittel führen Mikroluftporen gleichmäßig in den Beton ein, was zu einem erhöhtem Frostwiderstand bzw. Frost-Tausalzwiderstand führt. Hierdurch kann gleichzeitig die Verarbeitung des Frischbetons verbessert und ggf. der Wassergehalt vermindert werden. Der Durchmesser der eingeführten Luftporen soll dabei unter 0,3mm liegen. Durch die Zugabe von LP wird i.d.R. das Schwindmaß des Festbetons erhöht, während die Festigkeit, insbesondere die Druckfestigkeit, vermindert wird. 

Betondichtungsmittel (DM) :

Betondichtungsmittel sollen die Wasseraufnahme bzw. das Eindringen von Wasser in das Betongefüge vermindern. Sie können begrenzt quellfähige Substanzen enthalten, die die Poren des Betons verengen oder Stoffe mit wasserabweisender (hydrophobierender) Wirkung enthalten. Häufig sind die DM so zusammengesetzt, dass kombinierte Wirkungen auftreten. Dem Einsatz dieser Mittel widerspricht der Umstand, dass ihre Wirkung nach längerer Zeit nicht eindeutig nachgewiesen werden kann. Betondichtungsmittel werden zur Herstellung von wasserundurchlässigem Beton verwendet. Darüber hinaus kann die Festigkeit des Betons vermindert und der Lufteintrag sowie das Schwindmaß vergrößert werden. 

Erstarrungsverzögerer (VZ):

Durch die Zugabe von Erstarrungsverzögerer zum Frischbeton ist es möglich, den Frischbeton noch nach vielen Stunden zu verarbeiten und zu verdichten. Verzögerung der Erstarrung wird dadurch erreicht, dass sich nach Zugabe der VZ ein reaktionsverzögernder Schutzfilm bildet. Die Wirkung der VZ hängt wesentlich von der Verzögerungsart, der Zugabemenge, der Betonzusammensetzung, der Zementart und besonders der Temperatur ab. Der VZ wird bei großen zu betonierenden Bauteilen (Massenbeton) eingesetzt um eine hohe innere Wärmeentwicklung zu vermeiden. Bei gleichzeitiger Verwendung anderer Zusatzmittel muss die Verträglichkeit aller zugegebenen Zusatzmittel für den Anwendungsfall in einer Eignungsprüfung bzw. Erstprüfung überprüft werden. 

Beschleuniger (BE):

Beschleuniger wirken durch ein deutlich schnelleres Erstarren des Zementleims (Erstarrungsbeschleuniger) bzw. Erhärten des Zements (Erhärtungsbeschleuniger) über eine rasche Hydratation des aluminatischen Klinkerphasen. Hauptsächlich werden Beschleuniger für Spritzbeton verwendet. Durch die Zugabe von BE wird i.a. die Frühfestigkeit des Betons erhöht. Die Festigkeit im Alter von 28 Tagen wird jedoch gegenüber sonst gleichartigem aber ohne BE hergestelltem Beton vermindert. Nachteilig wirkt sich die Zugabe von BE auf das Schwinden aus (Vergrößerung). 

Stabilisierer (ST): 

verhindern das Entmischen und das Wasserabsondern (Bluten) des Frischbetons. Die Erhöhung des Zusammenhaltevermögens des Frischbetons wird dabei auf eine Erhöhung der Viskosität des Zementleims zurückgeführt. Anwendung finden ST beim Unterwasserbeton, Sichtbeton und Selbstverdichtenden Beton (SVB). Eine Verwendung im Spannbetonbau ist nicht erlaubt. 

Mineralische Betonzusatzstoffe: mineralische Feinstoffe, die dem Beton zugegeben werden, um den Mehlkorngehalt zu erhöhen und/oder die Verarbeitung zu verbessern. Man unterteilt die mineralischen Betonzusatzstoffe in inerte und reaktive Zusatzstoffe: 

Weitgehend inerte mineralische Betonzusatzstoffe: 

Zementreaktive mineralische Betonzusatzstoffe: Hochofenschlacke und Puzzolane tragen durch Reaktion mit Reaktionsprodukten des Zementes zur Festigkeitsentwicklung bei. Sie werden i.d.R. im Zementwerk zugesetzt und sind mit Zement vermischt, als z. B. Hochofenzement und Eisenportlandzement im Handel erhältlich. Da diese Stoffe in den Reaktionskreislauf eingreifen, können sie auch erheblich den Erstarrungs- und Erhärtungsverlauf des Betons beeinflussen. Der Mengenanteil dieser Stoffe in der Mischung mit Zement findet seine Grenze dort, wo die Endfestigkeit wesentlich geringer ist, als die des reinen Zementleims. Im Gegensatz zur Braunkohleasche, deren Bestandteile im Beton zu Korrosionserscheinungen führen (treibende Korrosion), ist die Steinkohleflugasche (SFA) hervorragend dazu geeignet, als Zusatzstoffe im Beton verwendet zu werden. Zum einen ist sie aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung bestimmten natürlichen Puzzolanen sehr ähnlich und zeigt dementsprechend ein gewisses Maß an Reaktivität mit Zement. Zum anderen führt SFA aufgrund ihrer annähernd kugeligen Gestalt teilweise zu einer Reduzierung des Wasseranspruchs bei gleicher Konsistenz. Da die SFA-Teilchen in sonst wassergefüllten Hohlräumen des Betons (Kapillarporen) sitzen, wird die Dichtigkeit und damit die Dauerhaftigkeit des Betons erhöht. Wegen der stark schwankenden Zusammensetzung der SFA ist die Verwendung dieser als Betonzusatzstoff nur dann erlaubt, wenn sie durch das Institut für Bautechnik geprüft und genehmigt worden ist. 

Organische Betonzusatzstoffe: Kunstharzzusätze, die eine Verminderung des Anmachwassers bei gleicher Verarbeitbarkeit erlauben

Farbmittel: Farbpigmente, die zur dauerhaften Farbgestaltung bei Sichtbeton dem Frischbeton hinzu gegeben werden. Sie müssen licht- und alkalibeständig sein. 

Faserartige Betonzusatzstoffe: Faserartige Stoffe kommen insbesondere als Stahlfasern, aber auch als Kunststofffasern oder Glasfasern zum Einsatz (Stahl-Faserbeton).

Weitgehend inerte mineralische Betonzusatzstoffe: nichtreaktive Stoffe, die sich nicht an chemischen Prozessen beteiligen. Weitgehend inerte mineralische Betonzusatzstoffe sind gewöhnliche Gesteinsmehle (Hauptvertreter Quarzmehl (SiO2), Kalksteinmehl (CaCo3). Durch Zusatz dieser Gesteinsmehle werden die Hohlräume des Zuschlaghaufwerks im untersten Korngrößenbereich vermindert. Obwohl die Gesteinsmehle nicht direkt an der Festigkeitsbildung teilnehmen, ergibt sich durch eine bessere Kornabstufung des Feinmörtels die Möglichkeit der Festigkeitssteigerung. Durch die Verringerung der Hohlräume -> Erhöhung der Dichtigkeit -> Verbesserung der Dauerhaftigkeit. 

Die Festigkeitsentwicklung des Betons wird im Allgemeinen durch folgende Faktoren bestimmt: Verwendeter Zement: Je feiner ein Zement gemahlen ist, desto größer ist seine spezifische Oberfläche, desto schneller ist seine Reaktion mit dem Anmachwasser und desto fester wird. w/z-Wert: Je niedriger der w/z-Wert, desto höher die Festigkeit (Walz-Diagramm). Betonzusatzstoffe: Der Zusatz von inerten mineralischen Betonzusatzstoffen (Gesteinsmehle) ist betontechnologisch von Wert, da die Hohlräume des Zuschlaghaufwerks im untersten Korngrößenbereich vermindert werden. Obwohl die Gesteinsmehle nicht direkt an der Festigkeitsbildung teilnehmen, ergibt sich durch eine bessere Kornabstufung des Feinmörtels die Möglichkeit der Festigkeitssteigerung.

Erhärtungsbedingungen:

• Feuchtigkeitsangebot: Steht dem Beton nicht genügend Wasser zur Verfügung, welches zur ausreichenden Erhärtung notwendig ist, kann es vorwiegend in oberflächennahen Schichten zu Erhärtungsstörungen kommen. Diese Störungen zeigen sich als Festigkeitseinbußen, Absandungen, Schwindrisse sowie hohe Durchlässigkeiten gegenüber Wasser und Gasen.
• Temperatur: Je höher die Temperatur, desto schneller die Anfangsdruckfestigkeit - eine niedrigere Temperatur am Anfang der Erhärtung sorgt jedoch nach wenigen Monaten für eine höhere Druckfestigkeit.

Unter Nachbehandlung versteht man Maßnahmen zum Schutz des (jungen) Betons gegen Einflüsse, die sich auf dessen Erhärtung nachteilig auswirken. Das sind z. B. starkes Abkühlen, Austrocknen durch Wärme oder Wind, Starkregen und Erschütterungen. Häufig werden in der Praxis die Gefahren zu schnellen Austrocknens oder frühzeitigen Gefrierens nicht in ausreichendem Maße berücksichtigt. Steht dem Beton nicht genügend Wasser zur Verfügung, welches zur ausreichenden Erhärtung notwendig ist, kann es vorwiegend in oberflächennahen Schichten zu Erhärtungsstörungen kommen. Diese Störungen zeigen sich als Festigkeitseinbußen, Absandungen, Schwindrisse sowie hohen Durchlässigkeiten gegenüber Wasser und Gasen. Folgende Verfahren können einzeln aber auch in Kombination für die Nachbehandlung angewendet werden. Grundsätzlich werden die Verfahren in wasserrückhaltende und wasserzuführende Maßnahmen unterschieden:

Wasserrückhaltende Maßnahmen: Belassen des Betons in der Schalung, Abdecken mit Folien, Aufbringen flüssiger Nachbehandlungsmittel, Abdecken mit wasserhaltenden Matten aus Jute oder Stroh 

Wasserzuführende Maßnahmen:

Kontinuierliches Besprühen mit Wasser, Überstauen mit Wasser Die Nachbehandlungsempfindlichkeit hängt von vielen Parametern ab;

1. eingesetzten Zement (z.B. langsam erhärtender Beton ->längere Nachbehandlungszeit.)

2. Betontemperatur (mit sinkender Temperatur nimmt die Hydratationsgeschwindigkeit ab.

3. Umweltbedingungen (Wind, Luftfeuchtigkeit).

Aufgrund ihres ausschlaggebenden Einflusses auf Qualität und Dauerhaftigkeit von Betonoberflächen und Betonrandzonen muss die Nachbehandlung ein besonderer Stellenwert eingeräumt werden. Dies gilt insbesondere für Betone, die an der Oberfläche stark beansprucht werden (z. B. durch Frost, chemischen Angriff, Verschleiß), aber auch für Betone mit erhöhtem Wassereindringwiderstand (WU-Beton) und Sichtbeton.

Produktionskontrolle: Die Produktionskontrolle bezieht sich auf die Betonherstellung im Transportbetonwerk. Das Anforderungsniveau bei der Produktionskontrolle liegt höher als bei der Überwachung auf der Baustelle; sie umfasst alle Maßnahmen, die zur Erreichung der festgelegten Konformität (geforderte Eigenschaften) erforderlich sind. Hierzu gehören:

• Baustoffauswahl
• Betonentwurf
• Betonherstellung
• Überwachung und Prüfungen
• Verwendung der Prüfergebnisse
• Überprüfung der für den Transport des Frischbetons verwendeten Einrichtungen
• Konformitätskontrolle nach den angegebenen Bestimmungen

Konformitätskontrolle:

Die Konformitätskontrolle ist die eigentliche Kontrolle zur Einstufung in eine Festigkeitsklasse. Unterschieden wird zwischen der Erstherstellung und der stetigen Herstellung während der Produktion. Diese Prüfung ist stets vom Hersteller durchzuführen, um nachzuweisen, dass der Beton die gewünschten Eigenschaften aufweist, also den Anforderungen „konform“ ist. Die Proben müssen nach der Zugabe von Wasser und Zusatzmitteln unter der Verantwortung des Herstellers zufällig ausgewählt und entnommen werden. Die Prüfergebnisse der Druckfestigkeitsprüfung nach 28 Tagen müssen für jeden Prüfkörper einzeln und als Mittelwert der gesamten Serie angegeben werden.

Überwachung:

Die Überwachung ist von der Baufirma auf der Baustelle durchzuführen, um die gesonderten Festigkeiten beim Einbau nachzuweisen; sie muss sicherstellen, dass die Bauausführung in Übereinstimmung mit der Norm und den bautechnischen Unterlagen erfolgt, und dass die verwendeten Baustoffe und Produkte allen Vorgaben entsprechen. 

Identitätskontrolle:

Der Nachweis der Identität ist optional und soll vom Verwender durchgeführt werden. Mit der Identitätsprüfung wird nur nachgewiesen, ob der jeweilige Beton den geforderten Anforderungen entspricht. Dies soll besonders dann erfolgen, wenn Zweifel an der Qualität bestehen oder diese Prüfung vertraglich vereinbart wurde. Da die Kriterien für die Identitätsprüfung und die Überwachungskriterien gleich sind, werden sich diese Prüfungen in der Praxis verschmelzen. 

Eine Betonfamilie ist eine Gruppe von Betonzusammensetzungen, für die ein verlässlicher Zusammenhang zwischen maßgebenden Eigenschaften festgelegt und dokumentiert wird. Das Verfahren der Betonfamilien hilft dem Betonhersteller, den Aufwand für die Produktionskontrolle zu reduzieren. Aus betontechnologischer Sicht müssen für die Einordnung in eine Betonfamilie folgende Punkte übereinstimmen:

• Gleiche Zementart, Festigkeitsklasse und gleicher Ursprung der Ausgangsstoffe
• Nachweisbar ähnliche Zuschläge und Zusatzstoffe (Typ I)
• Alle Konsistenzklassen o Betone mit einem begrenzten Bereich der Festigkeitsklassen.

Beim Einsatz von Zusatzstoffen des Typs II und bei Zusatzmitteln, welche die Druckfestigkeit beeinflussen, sind auf jeden Fall getrennte Betonfamilien zu wählen. 

• Zylinder mit einem Durchmesser von 150mm und einer Länge von 300mm
• Würfeln mit einer Kantenlänge von 150mm 

Prüfkörper mit einer Schlankheit h/d > 1 ergeben eine niedrigere Druckfestigkeit als solche mit der Schlankheit h/d = 1 wie z.B. Würfel. Die überhöhten Druckfestigkeiten gedrungener Proben beruhen im Wesentlichen auf einer Querdehnungsbehinderung durch die Druckplatten der Prüfmaschine. Hierdurch baut sich ein dreiachsiger Spannungszustand mit Querdruck auf. Es entsteht ein Bruchkegel bzw. eine Bruchpyramide. Der Zusammenhang zwischen Druckfestigkeit und Prüfkörperschlankheit h/d ist nicht für alle Prüfkörperformen gleich. Für Prismen mit quadratischem Querschnitt ergibt sich ein anderer Verlauf als bei Zylindern, weil die durch die Endflächenreibung bedingte Störzone im Verhältnis d beim quadratischen Querschnitt länger ist als beim Kreisquerschnitt. Die Einteilung des Betons in die Festigkeitsklassen erfolgt nach der Norm durch Prüfung an Zylindern oder Würfeln. Für die Klassifizierung nach DIN darf die charakteristische Festigkeit von Zylindern (l = 300mm, d = 150mm; Vorteil: glatt geschalte Druckfläche) nach 28 Tagen (fck, cyl) oder die charakteristische Festigkeit von Würfeln mit einer Kantenlänge von 150 mm (Vorteil: gleichmäßige Verformung über den Querschnitt, geringe Querdehnungsbehinderung) ebenfalls nach 28 Tagen (fck, cube) verwendet werden. Die charakteristischen Werte beziehen sich auf eine Wasserlagerung von 28 Tagen. In Deutschland wird im Normalfall die Druckfestigkeit an Probewürfeln mit einer Kantenlänge von 150 mm ermittelt. Dieser wird 7 Tage unter Wasser und anschließend 21 Tage im Normalklima gelagert. Da nach neuer Norm 28 Tage Wasserlagerung vorgesehen ist, sind die Festigkeiten umzurechnen, bevor eine Einteilung in die Betonfestigkeitsklassen erfolgen kann. Die Festigkeitsklassen nach der alten und neuen Norm sind somit aufgrund der differierenden Lagerungsbedingungen nicht direkt vergleichbar. Bei der Umrechnung der Lagerungsbedingungen spielen zwei Faktoren eine Rolle: Eine verlängerte Wasserlagerung führt zu einem höheren Hydratationsgrad. Durch das permanent hohe Wasserangebot kann die Hydratation des Zementsteins unter optimalen Bedingungen ablaufen, wodurch die Druckfestigkeit erhöht. Festigkeitsmindernd wirkt sich die nahezu vollständige Wassersättigung der Probekörper aus, da die Bruchflächen leichter gegeneinander abscheren können. Da dieser Einfluss der guten Nachbehandlung durch die Unterwasserlagerung überragt, sind die Festigkeiten bei einer Unterwasserlagerung etwas geringer. 

Der Elastizitätsmodul (E-Modul) ist ein Maß für die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Formänderung bei Belastung. Durch ihn wird das elastische Verhalten, ausgedrückt durch die Linearität der σ-ε-Linie, beschrieben. Für linearelastische Werkstoffe gilt das Hooke’sche Gesetz, der E-Modul ist dann für alle Spannungen konstant:

E = σ/εel = (σ • l0) / ∆lel in N/mm²

Für nicht lineare-elastische bzw. visko-elastische Werkstoffe wie Beton hängt der E-Modul von der Spannung ab. Der statische E-Modul von Beton wird nach DIN 1045-5 bestimmt; als statischer Druck-E-Modul gilt der als Sehnenmodul ermittelte Verhältniswert zwischen einer Druckspannungsdifferenz ∆σ, gemessen in N/mm², und der ihr entsprechenden elastischen Verformungsdifferenz ∆ε in mm/m:

Eb = ∆σ/∆ε = (σ0 - σu) / (ε0 - εu)

Die Bestimmung des E-Moduls erfolgt i.d.R. im Alter von 28 Tagen in folgenden Schritten:

1. Aufnahme aller Kenndaten der Probekörper (Geometrie, Alter, Masse)

2. Ermittlung der Druckfestigkeit Fb der Probekörper (Zylinder) in der Druckprüfmaschine

3. Berechnung der oberen Prüfkraftgrenze F0 = 1/3 • Fb

4. Anlegen von Messstrecken auf wenigstens zwei symmetrisch liegenden Mantellinien des Probekörpers

5. Aufbringen der unteren Prüflast Fu. Wobei σu ≈ 0,5 N/mm² sein soll.

6. Zweimalige Vorbelastung des Prüfkörpers mit einer Be- und Entlastungsgeschwindigkeit von (0,5 ± 0,2) N/mm² je Sekunde bis zur oberen Prüfkraft F0.

7. 30 Sekunden nach Entlastung Ablesung von Fu und der zugehörigen Messlänge lu

8. Erneute Belastung bis F0. Nach 30 Sekunden Messung von F0 und der zugehörigen Messlänge l0.

Das zweimalige Vorbelasten dient dem Ausschalten von viskosen und verzögertelastischen Verformungen, deren Unterschiede zwischen den ersten beiden Lastwechseln besonders groß sind. Der E-Modul Eb berechnet sich nach der obigen Formel. Beton hat ein etwa einen E-Modul von 30.000 N/mm².

Das Wärmeausdehnungsverhalten von Stahl und Beton ist nahezu deckungsgleich, was den Einsatz vom Verbundwerkstoff Stahlbeton überhaupt erst möglich macht.

Zerstörende Druckfestigkeitsprüfung:

Die Druckfestigkeit für Beton wird nach DIN 1048 geprüft und an Probekörpern durchgeführt. Vor der Prüfung wird die Druckfläche Ac bestimmt. Der Würfel wird dann in einer Druckprüfmaschine zwischen zwei Druckplatten mit einer Lastzunahme von ca. 0,5 N/mm² je Sekunde bis zum Bruch belastet. Als Bruchlast F gilt die erreichte Höchstlast. Die Drucklast fc errechnet sich zu: fc = F/Ac

Zerstörungsfreie Prüfung:

Bei der Prüfung mit Rückprallhammer wird ein Schlagbolzen mit bestimmter Energie, in der Regel in waagerechter Richtung, auf den Beton aufgeschlagen. Ein Teil der Energie erzeugt je nach Betonfestigkeit einen Rückprall, der verbleibende Rest eine Verformung der Betonoberfläche. Die Rückprallstrecke R kann daher als Maß zur Abschätzung der Betonfestigkeit angesehen werden. Für Beton im Alter von 28 bis 90 Tagen lässt sich mit den gegebenen Angaben die entsprechende Festigkeitsklasse abschätzen. An einer Messstelle sind jeweils 10 Rückprallwerte R zu ermitteln. Aus der Mittelwertbildung wird anschließend der Messstellenwert Rm ermittelt. Wichtig für die Prüfung mit dem Rückprallhammer ist, dass die Betonoberfläche vor dem Prüfen mit einem Schleifstein abgeschliffen wird. 

Zentrischer Zugversuch:

Zentrische Zugversuche erfordern im Vergleich zu Biegezug- und Spaltzugversuchen eine wesentlich kompliziertere Versuchstechnik, bieten jedoch den Vorteil eines gleichmäßigen, einaxialen Spannungszustandes. In der Praxis werden diese Versuche jedoch nur selten durchgeführt. ct F f A mit: fct = Zentrische Zugfestigkeit [N/mm²] F = Bruchlast [N] A = Querschnittsfläche [mm²]

Spaltzugfestigkeit: Die Spaltzugfestigkeit wird an Kreiszylindern (d/l = 150mm/300mm) durchgeführt. Zwischen den Druckplatten der Prüfmaschine und dem Probekörper sind im Krafteinleitungsbereich 10mm breite und 5mm dicke Hartfilzstreifen einzulegen, um eine gleichmäßige Lasteinleitung zu gewährleisten und mögliche Spannungsspitzen zu vermeiden. 

3-Punkt-Biegeversuch: Die Biegezugfestigkeit fct des Betons beim 3-Punkt-Biegeversuch sind in einer DIN-Norm bestimmt; die Prüfungen werden üblicherweise an balkenförmigen Probekörpern mit den Abmessungen b/h/l = 150/150/700 mm und einer Stützweite l von 600 mm durchgeführt. Nachteil dieser Versuchsanordnung ist, dass der Bruch in der Mitte der Probe auftreten wird, da hier das maximale Moment vorliegt. Dort ist jedoch nicht unbedingt die Stelle mit der geringsten Festigkeit, so dass u.U. ein nicht repräsentativer Bereich der Probe geprüft wird. 

4-Punkt-Biegeversuch: Probekörperabmessungen und Stützweite sind gleich der des 3- Punktbiegeversuchs. Die Versuchsanordnung, (siehe unteres Bild) hat den Vorteil, dass im mittleren Drittel der Probe eine konstante Momentenverteilung und eine maximale Spannung vorliegt. Die Probe versagt in diesem Bereich an der schwächsten Stelle.

Die Druckfestigkeit ist im Vergleich zur Biegezugfestigkeit etwa 5- bis 9-mal höher; im Vergleich zur Spaltzugfestigkeit ist die Druckfestigkeit etwa 8- bis 15-mal höher. 

Die Betonzugfestigkeit wird ausgenutzt beim Bau von Behältern, die Betonbiegezugfestigkeit beim Bau von Betonfahrbahnen, bei wasserdichten Bauteilen und bei unbewehrten Fertigteilen. 

Die Betonzugfestigkeit wird ausgenutzt beim Bau von Behältern, die Betonbiegezugfestigkeit beim Bau von Betonfahrbahnen, bei wasserdichten Bauteilen und bei unbewehrten Fertigteilen. 

Der Bewehrungsstahl soll die Zugkräfte im Beton aufnehmen und somit die geringe Betonzugfestigkeit kompensieren. 

• Sicherung des Verbundes zwischen Bewehrung und Beton
• Dauerhafter Schutz der Bewehrung gegen Korrosion
• Schutz der Bewehrung gegen Brandeinwirkung
• Nennmaß der Betondeckung = Mindestmaß + Vorhaltemaß
• Im Allgemeinen ist eine zu geringe Betondeckung immer kritisch zu beurteilen, sie darf das Mindestmaß im erhärteten Bauteil nicht unterschreiten.

Elastisch: Die Formänderungen gehen infolge von Kräften beim Entlasten sofort wieder vollständig zurück. Elastische Dehnungen sind reversible Formänderungen.

Plastisch: Bleibende (irreversible) Formänderungen werden plastische Formänderungen genannt.

Visko-elastisch: Zeitlich verzögerte Formänderungen, die dem Verhalten zäher Flüssigkeiten gleichen.

Man unterscheidet eine verformende und eine trennende mechanische Beanspruchung:

• Verformende Beanspruchung: Druck, Zug, Torsion, Biegung
• Trennende mechanische Beanspruchung: Spaltzug, Scherung, Haftzug, Schlag 

Lastabhängige Formänderungen:

• Kriechen:
• Zeit- und temperaturabhängige Verformung
• Relaxation: Zeit- und temperaturabhängige Selbstentspannung bei konst. Verformung (= Anfangsverformung)

Lastunabhängige Formänderungen:

• Schwinden Unter Schwinden wird die Verkürzung des unbelasteten Betons durch Austrocknung verstanden.
• Quellen Unter Quellen wird die Ausdehnung eines unbelasteten Bauteils während der Wasseraufnahme verstanden.
• Schrumpfen (chemisches Schwinden). Als Schrumpfen wird die Volumenabnahme durch eine chemische Reaktion während der Erhärtung bezeichnet.
• Treiben (chemisches Quellen). Als Treiben wird die Volumenzunahme durch eine chemische Reaktion verstanden, bei der das Reaktionsprodukt ein größeres Volumen einnimmt als die Ausgangsprodukte.

Nein, weil sich die Volumenkontraktion in Form von Schrumpfporen widerspiegelt, die ihrerseits im inneren des Bauteils verteilt vorliegen. 

Das Schwindverhalten von Beton wird maßgeblich beeinflusst von der Lage des Bauteils, von dessen Dimensionierung, der Konsistenz des Betons und der Temperatur

- Konsistenz

- Wassergehalt

- Ausschalzeitpunkt

- Belastungsbeginn

- Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit)

- Größe der Belastung

Konsistenz: Hat Einfluss, da durch Belastung ungebundenes Wasser aus dem betonierten Bauteil gedrückt wird.

Zementart: Hat Einfluss, da die Zementart für die Mindestdruckfestigkeit und die Trocknungsgeschwindigkeit verantwortlich ist und damit direkten Einfluss auf die aufnehmbare Belastung und das ungebundene Wasser hat.

Ausschalzeitpunkt: Hat Einfluss, da der Beton nach dem Ausschalen Temperatur und Belastungen ausgesetzt wird. Belastungsbeginn: Hat Einfluss, da Kriechen belastungsabhängig ist, d.h., ohne Belastung gäbe es per Definition kein Kriechen. Je mehr Wasser zu Belastungsbeginn hydratisiert ist, desto weniger Kriechen.

Umgebungsbedingungen: Haben Einfluss, da diese die Hydratation und Festigkeitsentwicklung wesentlich beeinflussen.

Größe der Belastung: Hat Einfluss, da Kriechen eine belastungsabhängige Verformung ist.