3Stoffgemisch by Orson Podgorski

3stoffgemisch Held des Alltags â&#x20AC;&#x201C; Beton Orson Podgorski Studiengang Kommunikationsdesign HTWG Konstanz Prof. Karin Kaiser SS 2010 | BKD2 Auflage: 2 Exemplare Schriften: Berthold AG Buch BQ, Aerotype Dogjaw

Vorwort Der Held des Alltags Für das Semesterprojekt in „Visuelle Kommunikation“ lautete das Thema für uns Studenten im zweiten Semester Kommunikationsdesign „Held des Alltags“. Die Wahl meines Helds fiel auf den uns allen bekannten Beton. Der Baustoff mit vielfältigsten Einsatzmöglichkeiten und beinahe uneingeschränkter Formvielfalt umgibt uns alltäglich; trotzdem wissen die meisten nur kaum etwas über ihn. Typische Assoziationen sind „groß und schwer“, sowie „Baustelle“. „3Stoffgemisch“ versucht auf Basiswissen über den Baustoff, der im wesentlichen aus Zement, Sand und Wasser besteht, zu vermitteln und den Beton damit mehr ins Bewusstsein des ein oder anderen zu bringen. Das Buch geht dabei nicht zu sehr ins Detail. Durch Beispiele

von Designern aus aller Welt und ihren Lösungen im Umgang mit Beton, die sich weit ab von Bautechnik bewegen, soll das Buch anregen eigene Ideen zu entwickeln und diese mit dem Material umzusetzen. Mein Dank geht an alle, die mich in irgendeiner Weise bei diesem Projekt unterstützt haben. Viel Vergnügen, der Autor

3stoffgemisch künstlich GedichteT

Ein französisches Synonym................................................... 17 Eine kurze Beschreibung........................................................ 19

Steinalt

24 weit mehr als grau

Seine Geschichte....................................................................... 24

WEich und unerbittlich

Die Verarbeitung........................................................................ .67 Das Mischen.................................................................................. 69 Das Einbringen............................................................................ .70 Das Nachbehandeln.................................................................. 72

29 RohSToff – Zement

Eigenschaften in zwei Akten................................................ 29

mehr als nur drei

Ausgangsstoffe von Beton.....................................................39

funktionstüchtig

RohSToff – Beton

Quellen

54 Danke

Die Erhärtungsreaktion........................................................... 54 Die Bewehrung............................................................................. 57 Die Schalung................................................................................. 64

Möglichkeiten der Gestaltung............................................. 78

Anhang – Poster "ZemENT in ZAHlen"

22designstudio – Sean Yu u. Yi-ting Chen Inspiriert von einer Architekturaustellung über Beton, entwarfen Sean Yu und Yi-ting Chen 2006 die Beton-Ringserie aus rostfreiem Stahl und Beton. „Der unerbittliche Beton zeigt sich warmherzig, sobald der Träger ihn berührt.“ Sehr menschlich, ändert auch er im Laufe der Zeit und durch äußere Einflüsse seine Erscheinung. www.22designstudio.com.tw

Darstellung von Festbeton in der technischen Zeichnung â&#x20AC;&#x201C; 45Â°-Linien, 0,5 Pt stark, Zwischenabstand 5 - 7 mm

künstlich gedichtet Ein französisches Synonym Der Name Beton stammt vom altfranzösischen Wort „bethyn“/„becton“ (Mauerwerk), welches sich wiederum vom lateinischen „Bitumen“ (Bergteer, Erdharz) ableitet. Mit „bethyn“ bezeichnete man lange Zeit einen schlammartigen, tonigen Kitt, der zum befestigen von Mauersteinen verwendet wurde und wenig mit Beton zu tun hatte. In seinem Standardwerk „Architecture hydraulique“ verwendete der Franzose Bernard de Bélidor 1753 erstmals das Wort „béton“ als Synonym für ein Mörtelgemisch. Im 19. Jahrhundert wurde das Wort schließlich in den deutschen Sprachgebrauch übernommen. Der englische Begriff „concrete“ hat seinen Ursprung im lateinischen „concrecso”, was so viel heißt wie „sich verdichten“ bzw. „zusammenwachsen“.

Der Zement, das Bindemittel im Beton, hat seinem Namen ebenfalls aus dem Lateinischen – „caementum“ bedeutet so viel wie „Bruchstein“ oder „Baustein“.

Darstellung von bewehrtem Beton in der technischen Zeichnung â&#x20AC;&#x201C; jede zweite Linie ist gestrichelt

Eine kurze Beschreibung Es gibt verschiedene Möglichkeiten den Begriff „Beton“ zu definieren. Jede Definition geht dabei stärker auf eine Eigenschaft dieses Stoffes ein und lässt andere außer acht. Aus diesem Grund möchte ich keine EinSatz-Definition für den Begriff Beton verwenden, sondern ihn vielmehr kurz beschreiben: „Beton” bezeichnet ein Gemisch, welches grundsätzlich aus dem Bindemittel Zement, Wasser und Gesteinskörnungen (oft als „Zuschlag“ bezeichnet) besteht. Um gewisse Betoneigenschaften zu beeinflussen, können mehlfeine oder flüssige Betonzusätze hinzugemischt werden. Dem frischen Beton wird durch eine Schalung eine Form gegeben, welche er im erhärteten Zustand, als künstlich hergestelltes Trümmergestein, beibehält.

Natürliche Vorbilder für das Baumaterial Beton sind die „Brekzien“ und „Konglomerate“, welche wiederum als „Naturbeton“ bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um Festgestein, das aus Gesteinstrümmern zusammengesetzt ist.

Studio 1 a.m. – Donna Piacenza u. Jody Work „This Table Will Self Destruct“. Der obere Teil des Tischs besteht aus Beton und ist aus einer Matrix aus einzelnen Betonpixeln aufgebaut. Bei jedem weiteren produzierten Tisch wird ein weiteres Pixel entfernt. Der Tisch löst sich mit der Zeit auf und die Form wird damit immer komplexer. Das Konzept wird so lange fortgeführt, bis der Tisch als solches nicht mehr funktioniert. www.studio1am.com

SteinALT Seine Geschichte Jeden Tag begegnen wir Beton, sei es in Form von Brücken, Häusern oder Pfeilern – er ist Teil unseres Alltags. Die Architektur historischer Altstädte und die moderner Gebäude sind uns wohl vertraut. Fachwerkhäuser und alte Steingemäuer in der einen, komplexe Sichtbetonfassaden bei den anderen. Die Brücke, über die wir jeden Tag zur Arbeit fahren steht erst seit 10 Jahren, ist aus Stahlbeton und die uns bekannten, schrecklich hässlichen Plattenbauten kamen so richtig in den 50er Jahren in Mode. Die Burgen aus dem Mittelalter waren aus Steinen gebaut, ähnlich wie die Pyramiden der Ägypter. Das alles spricht dafür, dass Beton ein Baustoff ist, den es noch nicht so lange gibt. So wirklich richtig ist das allerdings nicht.

Wie mittlerweile bekannt ist, reicht die Kenntnis und das Wissen um frühgeschichtliche Bindemittel, einer Mischung aus Kalk, Ziegelmehl oder Puzzolanerde, sehr weit zurück. So benutzten Handwerker im Osten der heutigen Türkei schon vor 14.000 Jahren – in Europa herrschte noch die Eiszeit – Mörtel (lateinisch mortarium) als Bindemittel, um Ziegelsteine zu mauern. Der Mörtel bestand damals aus gebranntem Kalk.   Vor 3.000 Jahren vermischten die Phönizier den Mörtel mit vulkanischem Gestein und schufen damit erstmals ein Material, welches sogar unter Wasser aushärtete. Über die Griechen gelangten diese Erkenntnisse und Techniken ungefähr im 3. Jahrhundert v. Chr. schließlich nach Italien in das damalige Römische Reich. Im

1. Jahrhundert n. Chr. erlebte die Herstellung druckfester Bauteile aus wasserbeständigem Mörtel und Steinbrocken, zusammen in einer Schalung erhärtet, ihren Durchbruch und wurde zum Maßstab der späten römisch-kaiserlichen Architektur. „Opus Caementitium“, der römische Beton, war geboren. Lediglich beschränkt durch die natürlichen Vorkommen von Kalk und hydraulischen Erden, verbreitete sich diese Bauweise in ganz Europa und so entstanden in dieser Zeit monumentale Bauwerke, die auch nach fast 2.000 Jahren immer noch zu bestaunen sind: Tempel, Theater, Zisternen, Aquädukte, Abwasseranlagen, Thermen, Straßen, Hafenanlagen, Brücken, Tunnel und Wohnhäuser. Einen Höhepunkt der Entwicklung der Architektur und

Konstruktion dieser Zeit markiert der Bau des „Pantheon“ in Rom (125), welches mit einer Kuppel aus römischem Leichtbeton und einem Durchmesser von 43,3 m nicht nur von höchster Bau- und Ingenieurskunst im römischen Reich zeugt, sondern auch bis ins 20. Jahrhundert einen Maßstab setzte. Über das Mittelalter hinaus geriet Beton in Vergessenheit. Erst um 1700 wurde er wiederentdeckt und durch ständige Verbesserungen zu dem High-tech-Baustoff, der er heute ist.

Joachim Manz Betonpendelleuchten „Trabant 1+2“ mit einem Durchmesser von 16cm bzw. 18 cm. Die von Hand gefertigten Betonkugeln hängen an einem dünnen Drahtseil. Das untere Segment der Leuchte besteht aus einer klaren oder mattierten Glaslinse mit gleichem Radius. Trabant 1 lässt sich durch einen Schlitz in der Oberseite verstellen. Die Lampen wurden 2008 mit dem „if product design award“ ausgezeichnet. www.joachimmanz.de

Betonoberfl채che mit der Holzstruktur der Schalung

weich und unerbittlich Eigenschaften in zwei Akten Der Baustoff Beton hat unterschiedliche Vorzüge gegenüber anderen Materialien. Einer davon ist seine hohe Festigkeit. Für den Bau mit Beton gibt es ein breites internationales Regelwerk, welches z.B. Arbeitsabläufe oder Mischverhältnisse vorschreibt. Die vier Teile der DIN 1045, sowie die europäische Baustoffnorm DIN EN 206 stellen das zentrale Regelwerk dar, welches für das Verbauen von Beton auf Baustellen verbindlich ist. In einer Vielzahl weiterer Normen werden die Eigenschaften von Beton geregelt. Die Motivation, die dahinter steckt, ist zum einem eine gleichbleibende Qualität durch fest vorgeschriebene Herstellung und Verarbeitung von Beton, zum anderen die rechtliche Sicherheit bei Versagen von z.B. Tragkonstruktionen aus Beton.

Bei der Verarbeitung von Beton hat man es grundsätzlich mit zwei verschiedenen Zuständen zu tun. Der frisch angerührte, noch verformbare Beton ist der Frischbeton. Der bereits erhärtete Beton wird als Festbeton bezeichnet. An jeden von ihnen werden unterschiedlichste Anforderungen gestellt. Die normierenden Regelwerke ermöglichen es allen Beteiligten, diese Anforderungen konkret zu formulieren und zu überprüfen. Was den Frischbeton angeht, möchte ich drei seiner Eigenschaften ansprechen. Als wohl augenscheinlichstes Merkmal des frischen Betons sei seine Konsistenz genannt. Sie beschreibt wie leicht sich der Frischbeton verformen lässt. Die Konsistenz des Betons lässt sich durch den sog. Ausbreit-

versuch bestimmen. Dabei wird auf einer waagerechten Platte mit den Maßen 70 cm x 70 cm eine vorgegebene Menge Beton mittig platziert. Die Platte wird nun 15 mal einseitig etwa 5 cm angehoben und fallen gelassen. Anschließend wird der Durchmesser des ausgebreiteten Betons zweimal im Winkel von 90° zueinander gemessen und daraus der Mittelwert gebildet. Dieser Mittelwert beschreibt das Ausbreitmaß. Je nach Ausbreitmaß wird der Beton laut Norm in die unterschiedlichen Konsistenzklassen F1-F6 eingeteilt (Tabelle S. 93). Die Konsistenzklassen F4-6 müssen mit Betonverflüssigern hergestellt werden. Ein weiteres Merkmal des Frischbetons ist seine Rohdichte. Die Frischbetonrohdichte beschreibt das Gewicht

in kg pro dm3 (bzw. t pro m3) von frischem, vorschriftsgemäß verdichtetem Beton, einschließlich der verbleibenden Luftporen. Eine niedrige Rohdichte lässt bei gleicher Menge an Zement und Gesteinskörnung eine niedrigere Festigkeit erwarten als eine hohe Rohdichte. Grund hierfür ist die Anzahl der eingeschlossenen Luftporen im Beton. Ermittelt wird die Frischbetonrohdichte durch das Messen des Gewichts und des Volumens von frischem Beton mit Hilfe einer geeigneten Form. Aus dem Gewicht und dem Volumen wird der Quozient gebildet, woraus sich die Dichte ergibt. Der Luftgehalt, welcher mit einem speziellen Luftgehaltsprüfer ebenfalls nach einem genormten Verfahren

ermittelt wird, gibt Aufschluss über die Festigkeit des Betons. Viele Luftporen mindern deutlich die Druckfestigkeit des Beton. Bei großkörnigem Beton können bis zu 1-2 Volumen-% an Luft im Beton eingeschlossen sein, in einem Quader von 1 m Kantenlänge also 10 - 20 Liter. Bei feinkörnigem Beton kann der Luftgehalt sogar bis zu 6% betragen. Nicht nur an den Frischbeton werden bestimmte Ansprüche gestellt, die eine Einteilung in Klassen und eine Überprüfung durch genormte Verfahren verlangen. Auch Festbeton wird über seine Eigenschaften in Klassen eingeteilt. An einem Probekörper (Zylinder oder Würfel) oder an Bohrkernen direkt aus dem Bauwerk wird

die Druckfestigkeit ermittelt. Die Prüfergebnisse werden von der Probekörperform beeinflusst, weshalb sich die Messwerte für Zylinder und Würfel unterscheiden (Tabelle S.92). Nach einer Lagerung von 28 Tagen wird die Druckfestigkeit mit Hilfe einer Presse ermittelt, in die die Probekörper gestellt werden. Der Druck wird so lange erhöht, bis der Prüfkörper zerbricht. Die Druckfestigkeit wird in N/mm2 gemessen. Beträgt die Druckfestigkeit beispielsweise 45N/mm2, so kann ein Gewicht von 4,5 kg von einer Betonfläche der Größe 1mm x 1mm aufgenommen werden, ohne dass diese zerbricht. Die Druckfestigkeit ist, wie auch die Konsistenz, in Klassen eingeteilt. Unterschieden wird hierbei grundsätzlich zwischen Normalbeton und hochfestem Beton. Eine Beton-

Zylindrischer Probekรถrper aus Beton

art, die (noch) nicht in den Normen aufgeführt ist, ist der sogenannte „ultrahochfeste Beton“. Während hochfester Beton eine Druckfestigkeit von max. 115N/mm2 aufweist, wurden im Experiment mit ultrahochfestem Beton schon Festigkeiten von bis zu 800N/mm2 erreicht. In der Baupraxis kann mit Werten von 250N/mm2 gerechnet werden. Erreicht wird dies durch die komplexe Mischung des Betons. Neben der Druckfestigkeit, spielt bei Betonbauteilen der Korrosionsschutz und damit die Dauerhaftigkeit eine wichtige Rolle. Bei der Korrosion reagieren Teile des Zementgesteins oder der Bewehrung mit Stoffen aus der direkten Umgebung oder auf Umwelteinflüsse. Meerwasser, Taumittel, Frost, chemische Angriffe, Ab-

gase, Chloride oder Verschleiß – all das vermindert die Dauerhaftigkeit von Beton. Stahlbewehrungen im Beton sind z.B. generell durch den hohen pH-Wert von etwa 12,5 im Beton vor Korrosion (Rost) geschützt. Allerdings reagiert das Zementgestein im Laufe der Zeit mit dem CO2 in der Umgebungsluft zu Calciumcarbonat mit einem erheblich niedrigeren pH-Wert von unter 10. Der Schutz der Bewehrung geht verloren und sie beginnt zu rosten. Die Folge davon sind durch die Vergrößerung der Stahlbewehrung abgeplatzte Betonteile. Vor dem Einsatz des Betons muss also berücksichtigt werden, in welcher Umgebung er verwendet und welchen Angriffen er ausgesetzt ist. Die europäische Norm DIN EN 206-1 bzw. die DIN 1045-2 definiert hierfür

die Expositionsklassen für Beton (Tabelle S. 94). Der erwähnte Umgebungseinfluss auf den Beton wird hier berücksichtigt und in verschiedene Gruppen eingeteilt. Unterschieden wird zwischen der Betonkorrosion (alles, was den Beton direkt angreift) und der Bewehrungskorrosion (alles, was den Stahl im Beton angreift). Die Basisklasse X0 (X für Exposition) beschreibt Beton, der keinerlei Angriffen ausgesetzt ist. Jede der Gruppen ist wiederum in Stufen eingeteilt, die den Stärkegrad des Angriffes beschreiben, z.B. XF 1 - 4. Ein niedriger Wert steht dabei für wenig Angriff.

Sruli Recht Concrete Buckles Die 4 unterschiedlichen G端rtelschnallen aus Beton werden von Hand hergestellt. Der Verschluss besteht aus einem alten, verrosteten Stahlnagel, welcher in die Schnalle einbetoniert ist. Im Set sind vier unterschiedliche Schnallen und zwei G端rtel enthalten. www.srulirecht.com

mehr als nur drei Ausgangsstoffe von Beton Wie die Begriffserklärung schon gezeigt hat, ist Beton ursprünglich ein Dreistoffgemisch aus Wasser, Zement als Bindemittel und einem Gesteinskörnungsanteil. Die Festigkeit und Dauerhaftigkeit der Gesteinskörnung – meist natürliches Hartgestein – liegt weit über der üblicher Betone. Auch die Dauerhaftigkeit gegenüber Korrosion übersteigt die von Beton. Das hat zur Folge, dass die wichtigsten Eigenschaften von Beton, nämlich Festigkeit und Dauerhaftigkeit, vor allem durch den Zement- und Wassergehalt bestimmt werden, sowie durch den Zement und seine Zusammensetzung. Mit steigendem Wasserzementwert (Verhältnis Wasser zu Zement) sinkt die Festigkeit des Betons. Eine weitere Möglichkeit die Eigenschaften von Beton

zu beeinflussen, sind sog. Zusatzstoffe und –mittel. Aus was setzen sich aber die einzelnen Bestandteile zusammen und was gilt es bei der Bearbeitung zu beachten? Zement ist ein hydraulisches Bindemittel für Mörtel und Beton. Er wird in Wasser angemacht und erhärtet durch Hydratation sowohl an der Luft als auch unterwasser. In Europa regelt die Zementnorm DIN EN 197-1 die 27 gebräuchlichsten Zemente samt ihrer Zusammensetzung (Tabelle S. 90). Je nach Art und Menge der Zumahlstoffe, welche die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Zements beeinflussen (z.B. Hüttensand, Puzzolanderde oder Flugasche), werden die Zemente den unterschiedlichen Hauptgruppen CEM I-V

zugeordnet und entsprechend benannt. Die Erfindung des eigentlichen Portland-Zements geht auf den Engländer Joseph Aspdin im Jahre 1824 zurück. Heutzutage wird Zement in speziellen Zementwerken kontinuierlich aus den überwiegend natürlichen Rohstoffen Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz im sog. Trockenverfahren hergestellt. Da diese Gesteine nahezu überall in Deutschland bzw. weltweit vorhanden sind, lässt sich Zement und damit Beton praktisch in unbegrenzten Mengen herstellen. Vorgänger des Trockenverfahrens sind das Nass- und Halbnassverfahren; beide sind aufgrund des hohen Energieaufwandes allerdings nicht mehr bedeutsam. Um die Qualität der Zemente sicher zu stellen, wird die Produktion regelmäßig überwacht.

Geprüfte Zemente werden mit dem CE-Zeichen auf den Säcken versehen. Beim Trockenverfahren werden die Rohstoffe im Steinbruch abgebaut, in Brechern vorzerkleinert, homogenisiert und ins Zementwerk befördert. Die Rohmaterialien werden anschließend in der Rohmühle zermahlen und gleichzeitig getrocknet. Im Drehrohrofen wird das Rohstoffgemisch bei ca. 1450°C zu „Zementklinker“ gebrannt. Die weiteren Bestandteile werden dann nach dem Abkühlen und Zwischenlagern zugemahlen. Als letztes wird der Zement abgefüllt und verladen. Zemente werden neben ihrer Zusammensetzung auch nach Ihrer wichtigsten Eigenschaft, der Druckfestigkeit, unterteilt und gekennzeichnet. Entscheidend hierbei ist

Das Bindemittel im Beton â&#x20AC;&#x201C; Zement

die sog. 28-Tage-Mindestdruckfestigkeit, die an einem genormten Prüfkörper (4cm x 4cm x 16cm) gemessen wird (Tabelle S. 91). Gesteuert wird die Festigkeit des Zements vor allem über seine Mahlfeinheit. Wird Zememt mit Wasser gemischt, so entsteht sogenannter „Zementleim“. Im technisch günstigsten Mischungsverhältnis von zwei Gewichtsteilen Zement zu einem Gewichtsteil Wasser, ist dieser dünnflüssig und erhärtet nach ca. 2-4 Stunden zu „Zementstein“. Damit die Erhärtungsreaktion ungestört ablaufen kann, muss das Zugabewasser frei von Huminsäure und bestimmten Industrieabwässern sein. Geeignet zum Anmischen sind Trinkwasser und im allgemeinen auch alle natür-

lichen Wässer. Welche Inhaltsstoffe genau im Wasser bautechnisch erlaubt sind, wird in DIN EN 1008 geregelt. Die Gesteinskörnungen, die in Beton verwendet werden, früher oft „Zuschlag“ genannt, sind meist natürlicher Herkunft und stellen mit einem Anteil von bis zu 70% den eigentlichen Füllstoff des Betons dar. Theoretisch eignen sich alle festen Materialien als Füllstoff, allerdings muss bei der Auswahl auf die Anforderungen des Betons geachtet werden. In der Praxis werden deshalb natürliche Gesteinskörnungen wie z.B. Buntkies, Rundquarz oder Quarzsplitte verwendet, die durch ihre Entstehungsart so fest sind, dass sie den Anforderungen für Beton üblicher Festigkeitsklassen genügen. Die Dichte solchen Betons

Gesteinskรถrnung der Korngruppe 8/16

Gesteinskรถrnung der Korngruppe 16/32

liegt zwischen 2300kg/m3 und 2500kg/m3. Die Form der Gesteinskörnung ist im Idealfall rund bzw. „gedrungen“ und nicht länglich oder platt. Werden Splitte verwendet, so sollten diese zweimal gebrochen sein, um diese Form sicher zu stellen. Mit industriell hergestellten, leichten Gesteinskörnungen wie z.B. Blähton oder Blähgas kann die Dichte bis auf etwa 1200kg/m3 herabgesetzt werden. Interessant ist das besonders für sog. „gefügedichten Leichtbeton“. Gefügedichte Leichtbetone werden konstruktiv und statisch wie Normalbetone behandelt, lediglich ihr Wärmedurchlasswiderstand ist höher und die Bauteile lassen sich durch das niedrigere Eigengewicht schlanker gestalten. Seit einigen Jahren werden auch rezyklierte

Betone als Zuschlag verwendet. Dabei handelt es sich um aufbereitete Bruchstücke von Betonbauteilen, die wie auch die Gesteinskörnung in den Zement gemischt werden. Die Festigkeit dieser Betone ist allerdings deutlich geringer. Je nach Einsatzgebiet des Betons muss auch seine Korngröße berücksichtig bzw. geändert werden. Die Korngröße wird mithilfe sog. Quadratlochsiebe ermittelt. Für dieses Buch wurde eine Korngröße von 0,25 1mm verwendet, was bedeutet, dass die Körnung vollständig durch ein Sieb mit einer Lochgröße 1mm fällt und einem Sieb mit der Größe 0,25 mm liegen bleibt. Die Korngruppe würde man angeben mit „0,25/1“. Die im Bauwesen üblichen Korngruppen sind: 0/2, 0/4, 2/8,

Quarzsand als Zuschlagstoff f端r Beton

4/8, 8/16, 8/32 und 16/32. Um die Stabilität des Betons sicher zu stellen muss bei der Zusammensetzung der Gesteinskörnung darauf geachtet werden, dass sich kein Gesteinsstaub, Lehm oder Ton, insbesondere in Form von Knollen, in der Gesteinskörnung befindet. Verunreinigungen durch fein verteilte organische Stoffe wie z.B. Mutterboden, können die Erhärtungsreaktion des Betons negativ beeinflussen und sollten deshalb ebenfalls entfernt bzw. vermieden werden. Wie bereits erwähnt, besteht die Möglichkeit dem Beton „Zusatzstoffe“ beizumischen. Darunter versteht man staub-förmige, anorganische Stoffe, die oft in großen

Mengen zum Beton zugegeben werden und deshalb rechnerisch berücksichtig werden müssen. Aus technischer Sicht werden sie dem Bindemittel zugerechnet, im Festbeton gelten sie als Teil der Zementmatrix (Zementstein und Gesteinskörnung). Bautechnisch wird der Umgang mit Zusatzstoffen in DIN EN 206-1 geregelt und in zwei Typen unterteilt: Typ I: Zusatzstoffe, die keine hydraulische Wirkung haben und die Erhärtung des Betons nicht beeinflussen, z.B. Farbpigmente oder Gesteinsmehle. Typ II: Vor allem Steinkohleflugaschen. Diese fallen in

thermischen Kraftwerken in Form von Filterstaub an und tragen durch ihre latent hydraulische Wirkung zur Festigkeit des Betons bei. Da Steinkohleflugaschen sehr fein sind und sich durch ihre Kugelform auszeichnen, verbessern sie darüber hinaus die Verarbeitbarkeit des Betons. Die Verwendung von Steinkohleflugaschen ist nur bedingt sinnvoll, da sie die Dauerhaftigkeit des Betons herabsetzen. Die maximale Zugabemenge ist daher beschränkt. Ein weiterer Zusatzstoff des Typs II ist Silicastaub. Dieser fällt bei der Siliciumherstellung an, ist wesentlich feiner als Zement und kann somit Partikelzwischenräume im Zement ausfüllen. Er wirkt sich somit positiv auf die Druckfestigkeit des Betons aus. Die Herstellung „hochfester Betone“ mit Druckfestigkeiten von

mehr als 60N/mm2 ist erst durch die Verwendung von Silicastaub möglich geworden. Zusatzmittel sind hoch wirksame, chemische Stoffe, die dem Beton bei der Herstellung in flüssiger Form beigemischt werden. Da die Zusatzmittel in verhältnismäßig geringen Mengen beigemischt werden, bleiben sie rechnerisch oft unberücksichtigt. Die Hauptanwendung von Zusatzmitteln liegt in der Verbesserung der Frischbetoneigenschaften und somit der Verarbeitbarkeit des Betons. Insbesondere das Verflüssigen des Frischbetons durch „Betonverflüssiger“ oder „Fließmittel“ sei hier genannt. Sie erlauben es, bei Betonen, die bautechnisch bedingt nur einen geringen Wassergehalt haben

und somit nur sehr steif oder erdfeucht sind, eine fließende Konsistenz herzustellen, indem sie die Oberflächenspannung des Wassers herabsetzen. Diese Betone können somit problemlos befördert und eingebaut werden, ohne dass dabei die Eigenschaft des Festbetons negativ durch die Zusatzmittel beeinflusst wird. In selteneren Fällen werden „Erstarrungsverzögerer“ eingesetzt, die einen frischen Anschluss zwischen einzelnen Einbaulagen ermöglichen. Weitere Beispiele für Zusatzmittel sind Luftporenbilder, welche zum Frostschutz beitragen, Beschleuniger, Einpresshilfen, Stabilisierer, die ein Entmischen des Betons verhindern, Chromatreduzierer und Recyclinghilfen.

Ivanka Beton Design und Jànos Hübler „Hübler Table“ Der Tisch aus Beton und Büchern über „konkrete“ (englisch concrete = Beton) Geschichte ist auf verschiedenen geometrischen Ebenen aufgebaut. Werden die Bücher an einen anderen Platz gestellt, so entsteht eine völlig neue Tischform. Der Tisch stellt ein Monument für die Ewigkeit der Geschichte dar (deshalb Beton) und ein Monument des Verfalls von Informationen. www.ivanka.hu

funktionstüchtig Die Erhärtungsreaktion Im Gegensatz zu (Luft-) Kalkmörtel, ist Zement ein hyraulisches Bindemittel. Das bedeutet, dass er sowohl an der Luft, als auch unterwasser aushärtet und beständig ist. Zum Erhärten reagiert der Zement mit Wasser, weshalb auch von einer Hydratation gesprochen wird. Die Reaktionsprodukte werden als Hydrate oder Hydratphasen, die dabei entstehende Wärme als Hydratationswärme bezeichnet. Bei der Reaktion von Zement mit Wasser entstehen in erster Linie „Calciumsilikathydrate“. Diese feinen, nadelförmigen Kristalle, die sich im wassergefüllten Zwischenraum zwischen den festen Partikeln des Zementleims bilden, verhaken sich untereinander und führen so zu der unlöslichen, stabilen Verbindung im Beton. Das

Verhältnis von Wasser zu Zement, der Wasserzementwert, ist deshalb maßgeblich für den zeitlichen Verlauf des Erhärtungsprozesses verantwortlich. Für gewöhnlich reagiert Beton in einem relativ wasserarmen Gemisch mit einem Wasserzementwert von 0,3 - 0,6. Der Erhärtungsprozess des Zements lässt sich in drei Phasen unterteilen: Unmittelbar nach dem Anmischen des Zements bzw. des Betons beginnt die erste Phase des Erhärtungsprozesses, das Ansteifen. Während dieser Phase lässt sich der Beton verarbeiten und in Form bringen. Frühestens nach einer Stunde ist die Reaktion des Betons so weit fortgeschritten, dass von einer zweiten

Phase gesprochen werden kann. In dieser zweiten Phase der Hydratation, beginnt der Zementleim über einen Zeitraum von zwölf Stunden zu erstarren. Wird dieser Prozess z.B. durch eine Weiterverarbeitung des Zementleims gestört, so kann die Hydratation nicht vollständig statt-finden, was die Festigkeit des Betons beeinträchtigt. Es gilt deshalb unbedingt die Verarbeitungszeit zu beachten. Die Phase des Erstarrens kann durch die Zugabe von Zusatzmitteln verzögert oder beschleunigt werden. Die dritte und letzte Phase ist das Erhärten. Nach dem Ansteifen und dem Erstarren setzt diese Phase nach circa 13 Stunden ein. 28 Tage nachdem der Beton angemischt wurde, hat er seine geforderte Normfestigkeit

erreicht. Der Erhärtungsprozess ist damit allerdings noch nicht abgeschlossen. Betonbauteile steigern, nachdem sie in Form gegossen wurden, über Jahrhunderte hinweg immer weiter ihre Festigkeit ohne dabei zu schrumpfen oder sich zu verwerfen.

Schema der Zement-Wasser-Reaktion mit der Kristallbildung: Ansteifen, Erstarren, Erh채rten

Die Bewehrung Beton hat eine sehr hohe Druckfestigkeit. Allerdings weist er eine nur sehr geringe Zugfestigkeit auf – etwa 10% der Druckfestigkeit. Aus diesem Grund wird Beton mit einer „Bewehrung“ verstärkt. Diese wird in den Beton eingegossen und nimmt die entstehenden Zugkräfte auf. Bei der Berechnung der benötigten Bewehrung (Menge, Art und technisch sinnvolle Einbaulage) wird die geringe Zugkraft des Betons aus Sicherheitsgründen vernachlässigt. Herkömmliche Bewehrungen bestehen aus Bewehrungsstahl, feinen Stahlstangen, die in unterschiedlichen Durchmessern hergestellt werden und mit einem geriffelten Profil versehen sind, um sich besser im Beton verankern zu können. Wird solch eine Bewehrung ein-

gesetzt, wird von „stahlbewehrtem Beton“ bzw. „Stahlbeton“ gesprochen, dessen Entdeckung auf den französischen Gärtner Joseph Monier im Jahre 1847 zurück geht. Die bautechnischen Anforderungen an den heutigen Bewehrungsstahl sind in DIN EN 10080 festgelegt. Für dem Umgang bzw. Einbau von Stahlbewehrungen gibt es einige grundsätzliche Regeln. Dazu zählt unter anderem, dass der Mindestdurchmesser der Biegerolle, mit welcher der Bewehrungsstahl gebogen wird, nicht zu klein sein darf, da Risse und Brüche im Stahl entstehen können, welche die Stabilität beeinträchtigen. Lässt es sicht nicht vermeiden in der Zugzone eines Betonbauteils Bewehrungsstäbe zu stoßen, so müssen die Übergreifungslängen an den Stoßstellen groß genug

Die (Stahl-)Bewehrung nimmt entstehende Zugkr채fte im Beton auf

sein, sodass sich die Kräfte von einem Stab auf den anderen übertragen können. Die Bewehrungsstäbe müssen sich also weit genug überlappen. Damit ein Bewehrungsstab seine Funktion erfüllen kann, muss zudem darauf geachtet werden, dass er mit beiden Enden tief genug im Beton verankert ist, seine Verankerungslänge somit ausreicht. Für die konstruktive Sicherheit und die Dauerhaftigkeit des Stahlbetonteils ist es darüber hinaus wichtig, die „Betondeckung“, d.h. die Betonstärke zwischen der äußeren Bewehrungsschicht und der Betonoberfläche zu berücksichtigen. Eine zu große Betondeckung stellt eine unbewehrte Bauteilzone dar, in der keine Zugkräfte aufgenommen werden können. Eine zu kleine Betonde-

ckung schützt den Stahl nicht ausreichend vor Korrosion (Rost). Eine weitere Möglichkeit der Betonbewehrung ist der sog. „Faserbeton“. Hier werden dem Beton viele kurze Faserstücke aus Glas, Kunststoff oder Stahl beigemischt, was die Festigkeit des Bauteils deutlich steigert. Eine Weiterentwicklung dieses Faserbetons stellt der „Textilbeton“ bzw. „textilbewehrte Beton“ dar. Bei dieser Betonart werden Gewebe und Gelege aus Glasfasern, Karbon oder Aramid als Bewehrung in den Beton eingelegt bzw. gegossen. Ausgangsstoffe dieser Gewebe sind feinste Fasern (Filamente) mit Durchmessern von 10-30µm. Aus vielen hundert oder tausend dieser Fasern wird das Filamentgarn gebündelt, aus wel-

chem wiederum die Textilgewebe hergestellt werden. Die verwendeten Textilien sind sehr feinmaschig und da eine Bewehrung nur funktionieren kann, wenn sich Betonmatrix und Bewehrung miteinander verbinden, werden für Textilbeton sehr fließfähige Feinbetone mit einem Größtkorndurchmesser von 1 mm verwendet. Weil die verwendeten Textilien keinen Korrosionsschutz benötigen, ergibt sich aus der Ersparnis einer hohen Betondeckung einer der wichtigsten Vorteile des Textilbetons: die Möglichkeit sehr dünnwandige Bauteile mit Stärken von 10-20 mm herzustellen und das Gewicht der Bauteile damit drastisch zu reduzieren. Da sehr feiner, fließfähiger Beton mit selbstverdichtenden Eigenschaften verwendet wird, eröffnet er darüber hinaus die

Möglichkeit, hochwertige Sichtbetonoberflächen herzustellen. Textilbeton wird wegen der aufwendigen Herstellung ausschließlich im Bereich der Fertigteile eingesetzt, weshalb es notwendig ist, diese Teile miteinander verbinden zu können. Hierfür eignen sich zwei Verfahren. Eine „lösbare Verbindung“ durch Verschrauben oder eine nicht „lösbare Verbindung“ durch Verkleben mit Klebstoffen auf Polyurethan- oder Epoxidharzbasis.

Textilbewehrung in sehr flachem Betonkรถrper

Christel Hadiwibawa „P1“ und „P2“ Stuhl Die Stühle aus Bambusstreifen, Schnittholz und Beton passen sich der Körperform individuell an. Das schwere Fundament aus Beton dient dazu, das Körpergewicht ausgleichen. Durch die verwendeten Materialien ist der Stuhl haltbar (für drinnen und draußen geeignet), nachhaltig und kostengünstig. www.christelh.com

Die Schalung Als Schalung wird die Form bezeichnet, in welcher der flüssige Beton aushärtet. Grundsätzlich muss diese in der gewünschten geometrischen Form herstellbar sein – die Schalung stellt quasi eine Negativform des Betonbauteils dar. Sie darf sich unter allen auftretenden Belastungen nicht nennenswert verformen. Belastungen, die beim Ein- bzw. Verbau von Beton auftreten können sind z.B. der Eigendruck des Frischbetons. Auf Baustellen kommt das Gewicht der eingesetzten Verdichtungsgeräte, Laststöße oder Vibrationen, sowie die auf der Schalung arbeitenden Personen, Geräte und Förderschläuche hinzu. Die Schalung muss darüber hinaus ausreichend dicht sein, was bedeutet, dass sie nur minimale Mengen an Frischbeton z.B. aus Stoßschlitzen

verlieren darf. Bauunternehmen leasen oder mieten solche Schalungssysteme oft aus Kostengründen bei speziellen Anbietern, die Schalungssysteme nach dem Baukastenprinzip für den Betonbau entwickeln und herstellen. Im kleinen Maßstab lassen sich Schalungen direkt aus dem Schalhautmaterial herstellen. Die Oberfläche des (Sicht)Betons wird maßgeblich durch die Schalhaut bestimmt. Die Schalhaut ist das Material, welches in der Schalung in direktem Kontakt zum Beton steht. Da mit verschiedenen Schalhautmaterialien unterschiedliche Betonoberflächen erzielt werden können, sind die Schalhäute sowie Sichtbeton allgemein in Klassen eingeteilt, aus denen die je-

weiligen Anforderungen ersichtlich werden. Damit sich die Betonbauteile nach dem Erhärten problemlos aus der Schalung entfernen lassen, wird die Schalung mit einem Trennmittel (Schalöl) vorbehandelt. Für die Schalhaut können unterschiedliche Materialien verwendet werden. Es eignen sich z.B. OSB-Platten, Funiersperrholz mit Filmbeschichtung, Siebdruckplatten, Holzbretter, Multiplex-Platten, Sperrholzplatten, MDF-Platten oder für den kleinen Maßstab auch Styropor oder Formen aus Polyurethan. Da sich jede Schalhaut unterschiedlich verhält und mehr oder weniger Wasser aufsaugt bzw. aufquillt, sollten vor dem eigentlichen Verbau dieser Schalhäute Versuche durchgeführt werden, in denen die Optik der entstehen-

den Erprobungsfläche überprüft wird. Auch die Wiederverwendbarkeit der Schalhäute unterscheidet sich von Material zu Material, weshalb vor dem erneuten Gebrauch geprüft werden muss, ob der Zustand der Schalhaut noch in Ordnung ist.

Verschiedene Materialien, die sich als Schalung eignen: Sperrholz, Siebdruckplatte, Multiplex und Styropor (v.o.n.u.)

Die Verarbeitung Bei der Verarbeitung von Beton muss man beachten, dass Zement in Verbindung mit Wasser stark alkalisch wird (pH-Wert von ca. 13) und somit ätzend auf der Haut bzw. im Auge wirkt. Zum Schutz sollten deshalb unbedingt Handschuhe und Schutzbrille getragen werden. Wird die getragene Kleidung nass, sollte man sie am besten wechseln. Bei Haut- oder Augenkontakt sofort die betroffenen Stellen mit reichlich Wasser abwaschen und unter Umständen einen Arzt aufsuchen.

Monate aufzubewahren, da die spätere Festigkeit des Betons darunter leidet. Der Festigkeitsverlust nach einer Lagerung von drei Monaten beträgt etwa 10%. Bei der Lagerung muss der Zement ausreichend vor Feuchtigkeit geschützt werden. Wird Zement knollig, sollte er nicht mehr verwendet werden.

Zement wird in Säcken à 5, 10 und 25 kg angeboten. Dennoch kann es notwendig sein, ihn zu lagern. Hierbei ist wichtig, ihn nicht länger als einen Monat (Festigkeitsklasse 52,5), alle übrigen Zemente nicht länger als zwei

StahlbewehrungsstĂ¤be in einem ProbekĂśrper aus Beton

Das Mischen Beim Mischen von Beton und besonders beim Berechnen der nötigen Ausgangsstoffe sind eine Vielzahl von Dinge zu beachten. Unter anderem muss der Wassergehalt von feuchter Gesteinskörnung berücksichtigt werden oder ist die Messgenauigkeit für die verschiedenen Stoffe in Prozent durch die Betonnorm vorgegeben. Ich empfehle an dieser Stelle das Buch „Guter Beton - Ratschläge für die richtige Betonherstellung“ (Weber, Tegelaar – Verlag Bau+Technik), in dem alle Grund-sätze für das Mischen von Beton detailliert beschrieben werden. Für den Hobbygebrauch reicht es völlig aus zu wissen, dass die Festigkeit des Betons von seinem Wasserzementwert abhängt (viel Wasser = weniger Festigkeit) und ein optimales Mischungsverhältnis von Wasser und

Zement bei 1 zu 2 liegt, also z.B. 5kg Wasser zu 10 kg Zement. Die Menge der Gesteinskörnung kann grob mit dem Vierfachen des Zements angesetzt werden, in diesem Fall also 40 kg. Im Baumarkt ist auch fertig gemischter „Estrichbeton“ in Säcken erhältlich, der lediglich mit Wasser angemacht werden muss. Für ein gleichmäßiges Betongemisch sollte nach der Zugabe aller Ausgangsstoffe ungefähr eine Minute lang gemischt werden. Hierfür eigenen sich Betonmischer, aber auch Rührstäbe für Bohrmaschinen zum Anmischen in Plastikeimern oder -kübeln. Für ganz kleine Mengen reicht auch eine Plastikschale und ein Handrührgerät.

Das Einbringen Beim Betonieren bei extremen Außentemperaturen ist die Temperatur des Betons zu berücksichtigen. Die Betontemperatur sollte beim Einbau nicht niedriger als 5°C und nicht höher als 30°C sein. In extrem warmen Gebieten, wie z.B. in Saudi Arabien beim Bau des Burj Dubai, muss Beton mit eiskaltem Zugabewasser angemacht werden, damit er nach der Beförderung nicht zu warm für den Einbau ist. Umgekehrt muss z.B. beim Tunnelbau im sibirischen Permafrostboden der Beton nach dem Einbau beheizt werden, sodass er nicht unter 5°C abkühlt. Der Frischbeton sollte innerhalb einer Stunde verarbeitet werden, da sonst der Prozess des Erstarrens gestört wird, was ebenfalls die Festigkeit des Betons beeinträchtigt. Die chemische Zusammensetzung des Betons macht

es sinnvoll auf Werkzeuge aus Aluminium zu verzichten, um die Stabilität des Betons zu gewährleisten. Beim Einbringen des Betons sollte man außerdem darauf achten, dass der Beton nicht von zu weit oben in die Form fällt, da er sonst zum Entmischen neigt. Eine Vorraussetzung für guten Beton ist das „Verdichten“. Es dient dazu Lufteinschlüsse im Betongemisch, die die Stabilität beeinträchtigen, zu entfernen und besonders die Ecken von Schalungen mit Beton auszufüllen. Durch Stampfen, Rütteln oder Stochern kann der Beton verdichtet werden. Die Art und Weise richtet sich nach dem verwendeten Beton, sowie nach den an ihn gestellten Anforderungen. Weicher Beton wird gestochert oder gestampft, steife Betone werden mit Rüttlern

BetonoberflĂ¤che, die mit Brettern verschalt wurde â&#x20AC;&#x201C; die Verwitterung zeigt deutlich Spuren

Das Nachbehandeln verdichtet. Für kleinere Betonformen können beispielsweise Stahldrähte oder Holzstäbchen zum Stochern verwendet werden oder die gesamte Schalungsform von Hand geschüttelt werden. Um die Qualität des Betons zu steigern, kann er je nach Erstarrungszeit noch bis zu einer Stunde später nachgerüttelt werden. Der Beton muss dabei noch verformbar sein. Hohlräume, die sich z.B. durch Nachsacken gebildet haben, werden durch das Nachrütteln geschlossen und das Betongefüge somit dichter.

Für den Erhärtungsprozess benötigt Beton ausreichend Feuchtigkeit in Form von Wasser. Die Einflüsse von Wind und Sonne stören den Erhärtungsprozess an der Beton-oberfläche und führen zu einer minderen Oberflächenqualität des Betons, was sich z.B. durch Abbröckeln zeigen kann. Je nach Umgebungsklima kann es deshalb notwendig sein, den Beton vor dem Austrocknen zu schützen. Der Einfachheit halber bietet es sich an den Beton in seiner Schalung zu lassen, bis er ausreichend erhärtet ist. Bei stark saugenden Schalungen muss man darauf achten, diese ausreichend feucht zu halten. Bei Schalungen z.B. aus Metall muss darauf geachtet werden, dass diese sich nicht unnötig aufheizen, was das Verdunsten

von Wasser im Beton zur Folge hat. Ist es nicht möglich den Beton lange genug in der Schalung zu belassen oder reicht diese Maßnahme nicht aus, kann der Beton auf andere Wege nachbehandelt werden. Mit Hilfe von dampfdichten (Plastik-)Folien kann der Beton abgehängt werden, die die Feuchtigkeit einschließen. Die Folien müssen sich an Stoßstellen weit genug überlappen und sollten den Beton insbesondere bei Sichtbeton nicht berühren, da die Oberflächenstruktur beeinflusst werden kann. Den entschalten Beton kann man desweiteren direkt mit Wasser besprühen oder wasserspeichernde Abdeckungen auflegen bzw. anbringen. Das können Jutematten, Schwämme oder feuchte Stofftücher sein.

Bei frostigen Temperaturen muss der Beton „warm“ gehalten werden, was bedeutet, dass seine Temperatur nicht unter 5°C absinken darf. Aus diesem Grund können Wärmedämmmatten eingesetzt werden, welche die entstehende Hydratationswärme isolieren und die Betontemperatur somit halten. Nachbehandlungsdauer ist abhängig vom Verwendungszweck, der Zusammensetzung und Festigkeitsentwicklung, sowie der Betontemperatur. Eine schlechte oder fehlende Nachbehandlung kann zu Rissbildung und Oberflächenschädigung führen und zudem die Festigkeit des Betons reduzieren, weshalb sich eine Nachbehandlung in jedem Fall empfiehlt.

Alexa Lixfeld Beton-Service Für das mehrfach ausgezeichnete Beton-Service der Designerin Alexa Lixfeld wurde „Creacrete“ entwickelt. Ein Hochleistungsbeton, der es ermöglicht auch extrem dünnwandige Teile mit einer nach speziellem Verfahren glasierter Oberfläche herzustellen. www.alexalixfeld.com

weit mehr als grau Möglichkeiten der Gestaltung Hören wir Beton, denken die meisten an eine graue, raue Betonwand. Den wenigsten ist jedoch bewusst, dass Beton nicht zwingend grau und rau ist. In der Achitektur kann neben der Form der Bauteile auch die Betonoberfläche unterstützend wirken. Eine Vielzahl von Möglichkeiten erlaubt es, das Aussehen von Beton und Betonbauteilen zu beeinflussen und setzt der Kreativität beim Umgang mit Beton kaum Grenzen. Je nach Bearbeitung im frischen, jungen oder erhärteten Zustand erhält er Struktur und Oberfläche, abhängig vom Zuschlag und von Pigmenten wird er farbig. Zemente sind bekanntlich grau. Unterschiedliche Zementarten weisen dabei einen unterschiedlichen Grau-

ton auf. Portlandzement ist mittelgrau, Hochofenzement hellgrau und Portlandzement mit hohem Sulfatwiderstand dunkelgrau. Der rotbraune „Terrament“-Portlandölschieferzement erweitert das Farbspektrum. Den größten Spielraum der Farbgestaltung ermöglicht „Weißzement“. Wie der Name schon sagt, ist er weiß und lässt Pigmente oder farbige Zuschläge im Beton optimal zur Geltung kommen. Ein Grauschleier bei der Verwendung von Pigmenten bleibt aus, stattdessen führt Weißzement zu klaren, kräftigen Farben. Selbst für schwarze Betone wird oft Weißzement verwendet, da das Schwarz intensiver und dunkler wird als bei grauem Zement. Die Helligkeit im Zement kann über den Wasserzementwert gesteuert werden. Ein hoher Wasserzementwert führt zu hellerem

Beton, ein niedriger zu dunklerem. Ein Weg die Farbigkeit des Betons zu steuern ist die Wahl von Zuschlagstoffen, aus denen Beton zu bis zu 70% besteht. Die Farbpalette reicht dabei von weiß (Kalkstein) über gelb, rot, blau und grün (verschiedene Marmore und Granite), bis hin zu schwarz (Basalt). Abhängig davon wie stark die Oberfläche des Betons bearbeitet wird, kommt die Farbigkeit der Zuschläge mehr oder weniger zur Geltung – die äußere Zementsteinschicht ist maßgeblich für die Farbe des Betons und muss unter Umständen minimal abgetragen werden. Mit Hilfe von Pigmenten kann Beton ebenfalls in seiner Farbigkeit beeinflusst werden. Zum Färben von Beton sind alle Kalk- und Zementbeständigen Pigmente ge-

eignet. In der Praxis bedeutet dies alle Eisenoxidpigmente, sowie Mangangrau, Manganschwarz, sowie Kobaltblau und Chromoxidgrün. Die Zugabemenge von Pigmenten liegt je nach gewünschter Farbtiefe zwischen 2 und 4 %, bezogen auf die Zementmenge. Die geringe Menge ergibt sich aus der Feinheit der Pigmente, die je nach Farbe 10 - 20 mal feiner sind als der Zement und somit eine erheblich größere Oberfläche erreichen. Die Farbtöne können durch Mischen von Pigmenten erweitert werden. Beim Färben von Beton hat sich bewährt, die Pigmente auf den Zuschlag zu verteilen und ausreichend zu vermischen (ca. 20 Sekunden im Mischer), danach den Zement hinzuzufügen und nach weiteren 30 Sekunden

Gewaschene BetonoberflĂ¤che, bei der die GesteinskĂśrnung fregelt und sichtbar ist

schließlich das Wasser. Dadurch werden die feinen Pigmente besser voneinander getrennt und verteilt, was die Ergiebigkeit erhöht. In der Zementmatrix können die Pigmente unterschiedlich wirken. Der Großteil der Oxid- und Mineralpigmente (z.B. Kobaltblau, Nickeltitangelb und Titanweiß) werden wie Sandteilchen gebunden. Alle roten, braunen und schwarzen Eisenoxidpigmente reagieren mit dem Zement und festigen ihn dadurch. Organische Pigmente wie Pflanzenfarben und Tone schwächen die Struktur des Zements. Gibt man viel feinteiliges Pigment zum Beton, muss der Zementanteil erhöht werden, damit das Verhältnis von Zement und Zuschlag gleich bleibt.

Neben der Farbe des Betons kann sein Aussehen auch über seine Oberflächenbeschaffenheit gestaltet werden. Die Oberflächenstruktur des Betons hängt maßgeblich von der Beschaffenheit der Schalhaut ab – sie ist ihr Spiegelbild. Eine aalglatte Schalhaut hat eine ebenso glatte Betonoberfläche zur Folge, ein raues Schalungsbrett zeichnet sich auf gleiche Weise im harten Beton ab. Die Gestaltung der Betonoberfläche hängt also auch von der Wahl der Oberflächenstruktur der Schalhaut ab, bei größeren Teilen zudem bei der Fugenanordnung der einzelnen Schalelemente. Werden neue Hölzer als Schalung verwendet, so müssen diese „vorbenutzt“ werden, d.h. erstmals mit Zementleim bestrichen werden, um die Wirkung der verzögernden Inhaltsstoffe zu vermindern.

Eine Holzschalung muss außerdem vor Austrocknung bewahrt und ungleichmäßiger Sonneneinstrahlung geschützt werden. Neben der Wahl der Oberflächenstruktur der Schalhaut besteht eine weitere Gestaltungsmöglichkeit der Betonoberfläche darin, sie mit Hilfe von Schalungsmatrizen zu strukturieren bzw. zu profilieren. Diese Art ermöglicht in der Architektur Profiltiefen bis zu 10 cm. Schalungsmatrizen können z.B. aus Polysulfid oder Silikonkautschuk hergestellt werden. Da es sich bei den Matrizen um eine Negativform handelt, muss die gewünschte Oberfläche im Maßstab 1:1 hergestellt werden, um von ihr den Abdruck gewinnen zu können. Das Verwenden von Schalungsmatrizen ermöglicht es, nahezu jedes Muster

in den Beton zu prägen, zum Beispiel auch Schrift, geometrische Figuren oder ähnliches. Beachten muss man dabei je nach Feinheit des Musters die Korngröße und Fließfähigkeit des Betons. Um ein Verbinden der Schalungshaut mit dem Beton zu verhindern – beim Entschalen könnte die erzielte Betonstruktur kaputt gehen – wird vor dem Betonieren spezielles Trennmittel dünn und gleichmäßig auf die Schalung aufgetragen. Für kleinere, saugende Holzschalungen kann einfaches und kostengünstiges Salat- oder Motoröl genügen – ein Probedurchgang schafft Gewissheit. Werden Matrizen verwendet, muss auf Materialverträglichkeit mit dem Trennmittel geachtet werden. Eine weitere Möglichkeit die Oberfläche zu gestalten, ist

das nachträgliche Bearbeiten des Betons. Unterschiedlichste Bearbeitungsmöglichkeiten führen zu optischen Aufwertungen der Betonoberfläche. Oft angewendet wird das sog. „Feinwaschen“. Hierbei werden mit speziellen Kontaktverzögerern 1 - 2 mm starke Mörtelschichten von der noch nicht erhärteten Oberfläche abgetragen. Dabei treten die farbigen Zuschläge in den Vordergrund. Durch das Feinwaschen ergibt sich eine Sandsteinartige, raue Oberfläche. Einen ähnlichen Effekt erzielt das „Absäuern“. Dabei wird mit verdünnter Säure die oberste Feinmörtelschicht abgetragen, es entsteht eine leicht raue Oberfläche. Sollen die Farben der Zuschläge stärker in den Vordergrund rücken, besteht die Möglichkeit des „Sandstrahlens“. Basalt-, Glas- oder

Korundsande werden hierbei unter starkem Druck auf die Oberfläche gestrahlt. Die oberste Mörtelschicht wird entfernt und die Spitzen der Zuschläge gekappt. Durch das Sandstrahlen wird die Oberfläche aufgehellt. Ähnlich dem Sandstrahlen ist das „Flammstrahlen“. Eine Flamme mit einer Temperatur von ca. 3200 °C wird über die Oberfläche gestrahlt, was dazu führt, dass die Kappen, der für diese Verfahren geeigneten Zuschläge abgesprengt werden und deren Farbigkeit somit zur Geltung kommt. Während bei all diesen Verfahren nur wenig Material abgetragen wird und die Oberfläche weitgehend erhalten bleibt, schaffen steinmetzartige Bearbeitungen völlig neue Oberflächen. Verfahren wie das „Stocken“, bei dem

Sehr grobkörniger Beton kann auch gezielt für Oberflächeneffekte eingesetzt werden

mit einem Stockhammer ein ähnlicher, jedoch gröberer Effekt wie beim Strahlen „geschlagen“ wird, das „Scharrieren“ (linienartige Strukturierung der Oberfläche durch ein Scharriereisen) und das „Bossieren“ (steinmetzartiges Bearbeiten der Oberfläche) zählen zu diesen Verfahren. Durch Schleifen und Polieren können Oberflächen ebenfalls aufgewertet werden. Hierbei entstehen seidenmatte bis glatte Oberflächen Neben den Möglichkeiten Beton farbig und die Oberfläche mit Struktur zu gestalten gibt es noch eine weitere Möglichkeit der Oberflächengestaltung. Auf sog. „Fotobeton“ werden (Bilder auf die Oberfläche des Betons „gedruckt“. Die Vorlage für das Motiv wird dabei entwe-

der mit Abbindungsverzögerer auf eine Folie gedruckt, die wiederum auf der Schalhaut angebracht wird. Der Beton erhärtet dem Motiv entsprechend unterschiedlich schnell und so ergeben sich durch die „Fotolith-Methode“ hell-dunkel-Unterschiede, sowie raue und glatte Flächen, die am fertigen Betonteil aussehen wie ein Schwarz-weiß-Foto.

Johan Forsberg Die Reihe „Rip Kirby“ aus lackiertem Beton im Comicstil, vermittelt durch das Relief einen dreidimensionalen Eindruck. Die Stückzahl ist jeweils begrenzt. Johan Forsberg stellt mit dem Antrieb Dinge aus Beton zu machen, die man nicht erwartet, auch kleine Standuhren aus Beton her. www.forsbergform.se

RoHSTOfF - Zement Zementarten nach Zusammensetzung Zementart Hauptart CEM I

Hauptbestandteile neben Portlandzementklinker Benennung

Art

Anteil in Massen-%

Portlandzement

CEM I

Portlandhüttenzement

CEM II/S

Hüttensand (S)

6-35

Portlandsilicastaubzement

CEM II/D

Silicastaub (D)

6-35

CEM II/P

natürliches Puzzolan (P)

6-35

CEM II/Q

künstliches Puzzolan (Q)

6-35

CEM II/V

kieselsäurereiche Flugasche

6-35

Portlandpuzzolanzement CEM II

Kurzzeichen

Portlandflugaschezement

CEM II/W

kalkreiche Flugasche

6-35

Portlandschieferzement

CEM II/T

gebrannter Schiefer (T)

6-35

Portlandkalksteinzement

CEM II/L

Kalkstein (L)

6-35

Portlandkompositzement

CEM II/M

alle Hauptbestandteile möglich (S, D, P, Q, V, W, T, L, LL)

6-35

CEM III

Hochofenzement

CEM III/A

Hüttensand (S)

36-95

CEM IV

Puzzolanzement

CEM IV/A

Puzzolane (D, P, Q, V)

11-55

CEM V

Kompositzement

CEM V/A

Hüttensand (S) und Puzzolane (P, Q, V)

Festigkeitsklassen

Druckfestigkeit (N/mm2) Anfangsfestigkeit Festigkeitsklasse

Normfestigkeit nach 28 Tagen

2 Tage mindestens

7 Tage mindestens

32,5 N

32,5 R

42,5 N

42,5 R

52,5 N

52,5 R

mindestens

höchstens

Kennfarbe

32,5

52,5

hellbraun

42,5

52,5

62,5

grün

rot

Aufrduck schwarz rot schwarz rot schwarz weiß

ROHstoFf â&#x20AC;&#x201C; BEton Festigkeitsklassen Zylinderdruckfestigkeit

WĂźrfeldruckfestigkeit

in N/mm

in N/mm2

C 8/10

C 12/15

Festigkeitsklasse

C 16/20

C 20/25

C 25/30

C 30/37

C 35/45

C 40/50

C 45/55

C 50/60

C 55/67

C 60/75

C 70/85

C 80/95

C 90/105

105

C 100/115

100

115

Normalbeton

hochfester Beton

Zusatzstoffe / Konsistenzklassen

Wirkungsgruppe

Kurzzeichen

Farbkennzeichnung

Betonverflüssiger

gelb grau

Fließmittel

Luftporenbilder

blau

Dichtungsmittel

braun

Verzögerer

rot

Beschleuniger

grün

Einpresshilfe

weiß

Klasse

Ausbreitmaß in cm

Konsistenz

≤ 34

steif

35 - 41

plastisch

42 - 48

weich

49 - 55

sehr weich

Stabilisierer

violett

Chromatreduzierer

rosa

56 - 62

fließfähig

schwarz

≥63

sehr fließfähig

Recyclinghilfe

Korrosionsklassen nach EN 206-1/DIN 1045-2

Bewehrungskorrosion Meerwasser

XS 1-4

Chloride

XD 1-4

Karbonatisierung

XC 1-4

Betonkorrosion

XF 1-4

Frost mit und ohne Taumittel

XA 1-3

chemischer Angriff

XM 1-3

VerschleiĂ&#x;

Quellen Bau Netz Media GmbH, Berlin: www.baunetzwissen.de | Juni 2010

Holcim (S端ddeutschland) GmbH: Betonpraxis. Holcim (S端ddeutschland) GmbH 2008

BetonMarketing Deutschland GmbH: www.beton.org | Juni 2010

Martin Peck: Baustoff Beton. Edition Detail, 2005

Bundesverband der deutschen Zementindustrie e.V.: Zahlen und Daten. Ausgabe 2010

Weber, Tegelaar: Guter Beton. Verlag Bau+Technik 2001

Dyckerhoff AG, Wiesbaden: www.dyckerhoff-weiss.de | Juni 2010

Bildquellen: Angegebene Designer, sowie eigene.

Heinz-Otto Lamprecht: Opus Caementitium. Verlag Bau+Technik 2001

DANKE 22designstudio – www.22designstudio.com.tw Alexa Lixfeld – www.alexalixfeld.com Christel Hadiwibawa – www.christelh.com Ivanka Beton Design – www.ivanka.hu Joachim Manz – www.joachimmanz.de Johan Forsberg – www.forsbergform.se Sruli Recht – www.srulirecht.com Studio 1a.m. – www.studio1am.com Villarocca. die Manufaktur – www.villarocca.de Michael Oser – Holcim GmbH Elgersweier Beton Marketing Süd GmbH Nikolai Hahnke Angy