Grundlagen und Komponenten von Stahlbeton

Kapitel I: Grundlagen des Stahlbetons

Grundlegende Hypothesen

• Zusammensetzung: Es handelt sich um eine Mischung aus Zement, inerten Zuschlagstoffen (Sand und Kies), Wasser und Additiven.
• Druckfestigkeit: Beton verfügt über eine hohe Druckfestigkeit (f'c). Typische Werte sind: 180, 210, 240, 280 oder 300 kg/cm².
• Zugfestigkeit: Beton hat eine niedrige Zugfestigkeit, die etwa 1/10 der Druckfestigkeit (fc) entspricht.
• Bewehrung: Unbewehrter Beton oder Beton mit geringer Festigkeit wird durch Stahl ergänzt, um den Zugspannungen bei Bauarbeiten standzuhalten. (Abb. 1)
• Formbarkeit: Beton kann im flüssigen Zustand gegossen oder in beliebige Formen gebracht werden.
• Homogenität: Einfacher Beton ist ein homogenes Material. Durch das Hinzufügen von Stahlstäben entstehen heterogene Elemente.
• Haltbarkeit: Die technische Qualität der Komponenten bestimmt, wie stark und haltbar das fertige Produkt wird.

Die Reaktion zwischen Wasser und Zement wird als Hydratation bezeichnet. Diese ist entscheidend für das Abbinden und Erhärten des Betons. Das entstehende Gel dient als Klebstoff bzw. Bindemittel für die inerten Materialien, aus denen der Beton besteht.

Analyse und Designbereiche

1. Lasten (Loads):
   • Eigenlasten (Dead Loads).
   • Verkehrslasten (Live Loads).
   • Sonderlasten oder Umwelteinflüsse.
2. Beanspruchung der verwendeten Elemente:
   • Zementanteil.
   • Stahlqualität (Eisen).
3. Vorschriften:
   • ACI 2002 (American Concrete Institute).
   • Ecuadorianische Bauverordnung.
4. Deformation: Linear und rotatorisch.
5. Berechnungs- und Konstruktionsverfahren.

Kapitel II: Betonkomponenten und Qualitäten

Portlandzement: Herstellung und Eigenschaften

Komponenten: 1) Kalk, 2) Kieselsäure, 3) Aluminiumoxid (Eisenoxid wird ebenfalls hinzugefügt).

Herstellungsprozess

Die Komponenten werden in großen Öfen gemischt.

• Widerstand: Die Druckfestigkeit wird genau geprüft.
• Zusammensetzung: Durchschnittlicher Anteil der Mischung.
• Feinheit: Die Feinheit beeinflusst die Entwicklung der Resistenzen. Je feiner der Zement gemahlen ist, desto höher ist die Festigkeit des Betons.
• Dauerhaftigkeit: Kleine Luftspalte erhöhen die Widerstandsfähigkeit gegen die Auflösung des Zements. Daher fügen Fachleute während des Mischens Luftporenbildner (Zusatzstoffe) hinzu.
• Wärmeentwicklung: Die chemische Reaktion zwischen Zement und Wasser erzeugt während des ersten Erhärtens Wärme (Hydratationswärme).

Wasser und Luft im Beton

Wasser: Es dient dazu, den Zement zu hydratisieren. In der Regel wird Wasser in Trinkwasserqualität verwendet.

Luftporen: Durch die allmähliche Verdampfung von überschüssigem Wasser entstehen winzige Lücken im Beton. Wenn diese gleichmäßig verteilt sind, erhöht sich die Betonfestigkeit. Andernfalls sinkt die Qualität. Dieses Phänomen wird als Exsudation (Bluten) bezeichnet. (Abb. 2)

Wasser-Zement-Wert: Ein Zuviel oder Zuwenig an Wasser führt zu minderwertigem Beton.

Zuschlagstoffe (Aggregate)

Inerte Zuschlagstoffe nehmen 60 % bis 80 % des Betonvolumens ein.

• Grobzuschlag: Er hat einen Durchmesser von mindestens 6 mm. Der maximale Durchmesser richtet sich nach den Anforderungen des Bauwerks. Er muss aus hartem Gestein wie Andesit, Basalt, Quarz oder metamorphem Gestein bestehen. Zudem muss er sauber und frei von organischen oder anorganischen Stoffen sein.
• Feinzuschlag: Er hat einen Durchmesser zwischen 1 mm und 5 mm. Er muss für die Nutzung sauber sein und von hartem Gestein stammen.

Zusatzmittel (Additive)

Dies sind Zutaten, die der Mischung vor oder während des Mischens hinzugefügt werden. Ihre Funktion ist es, die Eigenschaften des Betons zu verändern, um den spezifischen Anforderungen der professionellen Bauarbeit gerecht zu werden.