Grundlagen der Baustoffkunde: Eigenschaften und Klassifizierung

1. Einführung

Baustoffe sind die grundlegenden Elemente, mit denen Menschen seit jeher versuchen, Schutzräume zu schaffen. Die industrielle Revolution veränderte die Bauindustrie grundlegend durch die Verfügbarkeit großer Mengen standardisierter und kostengünstiger Materialien.

2. Konstitution der Materie

Materie nimmt Raum ein und besitzt Masse. Sie besteht aus Molekülen, die wiederum aus Atomen aufgebaut sind.

2.1. Zustände der Materie

Die Energie in Materialien setzt sich aus kinetischer und potenzieller Energie zusammen. Baustoffe liegen meist im festen Zustand vor, der sich in zwei Kategorien unterteilt:

• Kristalliner Zustand: Atome oder Moleküle bilden ein geordnetes, dreidimensionales Netzwerk.
• Amorpher Zustand: Die Teilchen sind zufällig angeordnet (z. B. Glas, Kunststoffe).

2.2. Zustandsänderungen

Änderungen des Aggregatzustands treten durch Energiezufuhr (Erhitzen) oder Energieabfuhr (Kühlen) auf.

3. Klassifizierung von Baustoffen

3.1. Natürliche Materialien

3.1.1. Gesteine

• Magmatische Gesteine: Entstehen aus geschmolzener Masse (z. B. Granit, Basalt).
• Sedimentgesteine: Entstehen durch Verwitterung und Ablagerung (z. B. Kies, Sand, Ton, Kalkstein).
• Metamorphe Gesteine: Entstehen durch Umwandlung unter hohem Druck und Temperatur (z. B. Marmor, Schiefer).

3.1.2. Holz

Holz ist ein organischer Baustoff. Wichtige Bestandteile sind Mark, Kernholz, Splintholz und Rinde. Die Härte hängt von Dichte, Alter und Struktur ab.

3.1.3. Kork

Die Rinde der Korkeiche ist verrottungsfest, elastisch und ein hervorragender Isolator.

3.1.4. Bitumen

Natürliche oder künstliche Substanzen zur Abdichtung und im Straßenbau (z. B. Asphalt, Teer).

3.2. Künstliche Materialien

3.2.1. Keramische Werkstoffe

Produkte aus gebranntem Ton wie Ziegel, Dachziegel und Fliesen.

3.2.2. Bindemittel

• Luftbindemittel: Erhärten nur an der Luft (Gips, Kalk).
• Hydraulische Bindemittel: Erhärten auch unter Wasser (Zement).

3.2.3. Beton

Eine Mischung aus Zement, Wasser, Sand und Kies.

3.2.4. Metalle

Stahl ist das wichtigste Metall im Bauwesen, insbesondere als Bewehrung für Beton.

4. Materialeigenschaften

4.1. Physikalische Eigenschaften

Dazu gehören Dichte, Porosität, Wasseraufnahme, Permeabilität, Wärmeleitfähigkeit und akustische Eigenschaften.

4.2. Mechanische Eigenschaften

Beschreiben das Verhalten unter Krafteinwirkung:

• Zugfestigkeit: Widerstand gegen auseinanderziehende Kräfte.
• Druckfestigkeit: Widerstand gegen zusammendrückende Kräfte.
• Härte: Widerstand gegen Oberflächenverformung.

4.3. Verformbarkeit

Unterscheidung zwischen elastischem Verhalten (Rückkehr in den Ausgangszustand) und plastischem Verhalten (bleibende Verformung).

4.4. Chemische Eigenschaften

Korrosion beschreibt die Zerstörung eines Festkörpers durch chemische oder elektrochemische Einflüsse an der Oberfläche.