Beton

Wikipedia:
Beton , (österr. und z. T. bayr. ; schweiz. und alem.
1. Silbe betont ), vom gleichbedeutenden franz.
Wort beton, ist ein Baustoff, der als Dispersion unter Zugabe von Flüssigkeit aus einem Bindemittel und Zuschlagstoffen angemischt wird.
Der ausgehärtete Beton wird in manchen Zusammenhängen auch als Kunststein bezeichnet.
Normalbeton enthält Zement als Bindemittel und Gesteinskörnung (früher Zuschlag) als Zuschlagstoff.
Das Zugabewasser (früher Anmachwasser) leitet den chemischen Abbindevorgang, d. h. die Erhärtung ein.
Um die Verarbeitbarkeit und weitere Eigenschaften des Betons zu beeinflussen, werden der Mischung Betonzusatzstoffe und Betonzusatzmittel hinzugefügt.
Das Wasser wird zum größten Teil chemisch gebunden.
Die vollständige Trocknung des Gemischs darf daher erst nach der Erhärtung erfolgen.
Frischer Beton kann als Zweistoffsystem aus flüssigem Zementleim und festem Zuschlag angesehen werden.
Zementleim härtet zu Zementstein.
Dieser bildet die Matrix, welche die Gesteinskörnung umgibt.
Beton wird heute überwiegend als Verbundwerkstoff in Kombination mit einer zugfesten Bewehrung eingesetzt.
Die Verbindung mit Betonstahl oder Spannstahl ergibt Stahlbeton bzw. Spannbeton.
Neuere Entwicklungen sind Faserbeton mit Zugabe von Stahl-, Kunststoff- oder Glasfasern, sowie Textilbeton, der Gewirken aus alkaliresistentem AR-Glas oder Kohlenstofffasern enthält.
Als problematisch gilt bislang der Einfluss der Betonproduktion auf die Umwelt.
Die Betonindustrie gehört zu den Hauptverursachern von Treibhausgasen, die die globale Erwärmung bewirken.
Die Betonproduktion ist für etwa 6 bis 9 % aller menschengemachten CO2-Emissionen verantwortlich, was dem Drei- bis Vierfachen der Größenordnung des gesamten Luftverkehrs entspricht.
Es werden weltweit erhebliche Mengen Wasser, Kies, Zement und Sand für die Herstellung von Beton verbraucht.
Das globale Vorkommen an geeignetem Sand wird vor allem durch die Betonherstellung immer knapper.
== Grundlegende Eigenschaften und Verwendung
Normalbeton hat üblicherweise eine Druckfestigkeit von wenigstens 20 Newton pro Quadratmillimeter (N/mm^2).
Beton mit geringerer Festigkeit wird zur Herstellung von Sauberkeitsschichten, Verfüllungen sowie im Garten- und Landschaftsbau verwendet.
Hochleistungsbeton erreicht Festigkeiten von über 150 N/mm^2.
Unbewehrter Beton dagegen kann nur geringe Zugspannungen aufnehmen, ohne zu reißen, da seine Zugfestigkeit nur rund ein Zehntel seiner Druckfestigkeit beträgt.
Zugspannungen werden daher üblicherweise durch eingelegte Stäbe oder Matten aus Bewehrungsstahl aufgenommen, die eine Zugfestigkeit von über 400 N/mm^2 besitzen.
Diese Kombination hat sich aus mehreren Gründen als vorteilhaft erwiesen:
Typische Einsatzgebiete von Stahlbeton:
Unbewehrter Beton wird für Schwergewichtswände, gebogene Gewichtsstaumauern und andere kompakte, massive Bauteile verwendet, die überwiegend auf Druck belastet werden.
Größere Zugspannungen müssen entweder konstruktiv vermieden werden oder es darf von einem Bruch des Materials keine Gefährdung ausgehen.
Dies ist beispielsweise bei kleineren vorgefertigte Elementen wie Blocksteinen für den Mauerwerksbau oder (Waschbeton-)Platten im Gartenbau der Fall.
Auf Grund geringer Kosten, beliebiger Formbarkeit und vergleichsweise hoher Dichte von etwa 2400 kg/ m^3 wird Beton auch für Gegengewichte an Kränen und für Wellenbrecher verwendet.
Zu beachten ist das Schwinden des Bauteil-Volumens bei Austrocknung sowie durch chemische Vorgänge.
Das Schwindmaß ist dabei abhängig von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials.
Ein gewisses Kriechen tritt bei allen belasteten Bauteilen auf und bezeichnet die mit der Zeit zunehmende Verformung unter Belastung.
== Unterscheidungsmerkmale
Beton lässt sich anhand verschiedener Merkmale unterscheiden.
Gebräuchlich sind Unterscheidungen nach
Ebenso wie Beton ist Mörtel ein Gemisch aus einem Bindemittel, Gesteinskörnung und Zusatzstoffen bzw. -mitteln.
Der Unterschied besteht in der Größe des Zuschlags, der bei Mörtel höchstens 4 mm im Durchmesser aufweisen darf.
Eine Überschneidung besteht bei Spritzputzen und Mauermörteln, die in besonderen Fällen ein Größtkorn von bis zu 16 mm enthalten können, sowie bei Estrich, der im Regelfall mit 8 mm Körnung angemischt wird.
== Geschichte
=== Urgeschichte und Antike
Dauerhafter Kalkmörtel als Bindemittel konnte schon an 10.000 Jahre alten Bauwerksresten in der heutigen Türkei nachgewiesen werden.
Gebrannten Kalk verwendeten die Ägypter beim Bau der Pyramiden.
In der zweiten Hälfte des 3. vorchristlichen Jahrhunderts wurde in Karthago oder Kampanien eine Betonmischung aus Zement und Ziegelsplittern entwickelt.
Diese wurde gegen Ende des Zweiten Punischen Krieges erstmals beim Bau von Wohngebäuden in Rom verwendet.
Die Römer entwickelten aus dieser Betonmischung in der Folgezeit das Opus caementitium (opus = Werk, Bauwerk; caementitium = Zuschlagstoff, Bruchstein), aus dessen Namen das Wort Zement abgeleitet ist.
Dieser Baustoff, auch als römischer Beton oder Kalkbeton bezeichnet, bestand aus gebranntem Kalk, Wasser und Sand, dem mortar (Mörtel), gemischt mit Ziegelmehl und Vulkanasche, und zeichnete sich durch eine hohe Druckfestigkeit aus.
Damit wurden unter anderem die Aquädukte und die Kuppel des Pantheons in Rom hergestellt, die einen Durchmesser von 43 Metern hat und bis heute erhalten ist.
Eine wesentliche Verbesserung, die von den Römern entwickelt wurde, war die Verwendung inerter Zuschlagsstoffe, die hauptsächlich aus Resten von gebranntem Ziegelmaterial bestanden und die Eigenschaft besitzen, bei Temperaturänderungen keine Risse zu bilden.
Dies kann noch heute an Orten in Nordafrika (z. B. Leptis Magna, Kyrene) beobachtet werden, wo es große Estrichflächen gibt, die etwa um 200-300 n. Chr. ausgeführt wurden und die trotz großer Temperaturdifferenzen zwischen Tag und Nacht noch heute völlig frei von Rissen sind.
=== Neuzeit
Das Wort Beton ist übernommen aus gleichbedeutendem französisch beton, dieses aus altfranzösisch betun (Mörtel, Zement), abgeleitet von lateinisch bitumen (schlammiger Sand, Erdharz, Bergteer, Kitt).
Bernard de Belidor beschreibt die Herstellung und Verwendung von Beton in seinem Standardwerk "Architecture hydraulique" (Bd. 2, Paris 1753).
Das Wort erscheint dann auch in der deutschen Übersetzung "Architectura hydraulica" (Bd. 2, Augsburg 1769).
Die Entwicklung des Betons in der Neuzeit begann 1755 mit dem Engländer John Smeaton.
Dieser führte, auf der Suche nach einem wasserbeständigen Mörtel, Versuche mit gebrannten Kalken und Tonen durch und stellte fest, dass für einen selbsterhärtenden (hydraulischen) Kalk ein bestimmter Anteil an Ton notwendig ist.
Drei Erfindungen leiteten letztlich den modernen Betonbau ein:
Zunächst wurde der Beton noch nicht armiert, sondern als Stampfbeton, ähnlich dem Pissebau, verwendet.
Das älteste und auch erhaltene Gebäude in dieser Technik ist die Villa Lebrun in Marssac-sur-Tarn, die der Bauingenieur Francois Martin Lebrun für seinen Bruder errichtete.
Mitte des 19. Jahrhunderts entstanden in Deutschland die ersten aus Beton errichteten Wohngebäude wie die Bahnwärterhäuser der Oberschwäbischen Eisenbahn, einige Mietshäuser der Berliner Victoriastadt und die Villa Merkel.
Ein wesentlicher Entwicklungssprung war die Erfindung des Stahlbetons durch Joseph Monier (Patent: 1867), durch den die Herstellung auf Zug belasteter Bauelemente möglich wurde, wie etwa Platten und Unterzüge.
Zurückgreifend auf Joseph Monier wird Bewehrungsstahl oder Betonstahl auch heute noch gelegentlich als Moniereisen bezeichnet.
Beton wird in der zeitgenössischen Kunst auch für Denkmäler oder Skulpturen verarbeitet ("Kunststein").
== Klima- und Umweltauswirkungen
=== Umweltprobleme
Die Betonproduktion ist für etwa 6 bis 9 % aller menschengemachten CO2-Emissionen verantwortlich.
Dies hat zwei Hauptgründe: das Brennen des für die Betonherstellung benötigten Zements ist sehr energieaufwendig, der größere Teil des freigesetzten Kohlendioxids löst sich jedoch während des Brennvorganges als geogenes CO2 aus dem Kalkstein.
Weltweit werden jährlich 4,1 Milliarden Tonnen Zement hergestellt, der im Mittel etwa 60 % CaO enthält.
Damit ergibt sich durch das Freisetzen des im Kalk gebundenen Kohlendioxids selbst bei optimaler Prozessführung ein Ausstoß von mindestens zwei Milliarden Tonnen CO2 oder 6 % des weltweiten jährlichen CO2-Ausstoßes.
In der Schweiz sind es sogar 9 % aller menschengemachten Emissionen.
Sand ist einer der meistgenutzten Baustoffe der Welt, da er neben Wasser, Kies und Zement einer der Hauptbestandteile von Beton ist.
Der weltweite Abbau von Sand für die Bauwirtschaft und insbesondere die Betonproduktion führt bereits heute zu einer spürbaren Verknappung des Rohstoffes Sand.
Wenigstens 95 Prozent des weltweit vorhandenen Sands, insbesondere Wüstensand, sind allerdings nicht für die Betonherstellung geeignet, da die Körner zu rund und glatt geschliffen sind.
Daraus hergestellter Beton würde dann keinen größeren einwirkenden Kräften widerstehen.
2018 wurde allerdings ein Verfahren patentiert, welches die Verwendung von Wüstensand und Feinsand erlaubt:
Hierzu wird der Sand in einem Hochgeschwindigkeitsmischer mit 1500 Umdrehungen pro Minute rotiert, wobei eine Art Steinmehl mit gebrochener Körnung erzeugt wird (bisher üblich ist ein Mischen bei 50 Umdrehungen pro Minute).
Das Steinmehl wird anschließend mit mineralischen Bindemitteln zu einem Granulat verarbeitet.
Mit einem solchen Granulat entsteht ein besonders belastbarer Beton, der zudem 40 % weniger Zement benötigt.
Die Verwendung von Wüstensand lohnt sich in Europa nicht (da die Transportkosten ab ca. 50 km den Materialwert übersteigen), allerdings fallen allein in Deutschland pro Jahr hunderttausende Tonnen bislang ungenutzter Feinsand an.
Bereits im Frühjahr 2020 sollen zwei erste Anlagen in Saudi-Arabien und in Ägypten in Betrieb genommen werden, ab dann könnte sich der Nutzen des Verfahrens bewerten lassen.
Derzeit (2019) prüft das Institut für Angewandte Bauforschung (IAB) in Weimar den Baustoff.
Im Erfolgsfall könnte auf Basis eines zertifizierten Prüfberichts des Instituts für Angewandte Bauforschung das Deutsche Institut für Bautechnik derartigen Beton zur Verwendung in Deutschland freigeben.
=== Lösungsansätze für Klimaproblematik
Eine Übersicht über klimafreundliche Methoden zur Zementproduktion finden sich hier.
Forscher entwickelten 2020 einen Beton-ähnlichen Werkstoff ("living building material", LBM), der bei seiner Produktion kein Kohlenstoffdioxid (CO2) freisetzt.
Stattdessen wird das Treibhausgas sogar gebunden.
Der Werkstoff geht von einer Mischung aus Sand und Gelatine aus, in der Bakterien (Gattung: Synechococcus) das Treibhausgas mittels Photosynthese in Form von Calciumcarbonat (CaCO3) mineralisieren.
Der Werkstoff ist ähnlich stabil wie gewöhnlicher Mörtel (Festigkeit: 3.5 MPa, dies entspricht der Mindestfestigkeit von Portlandzementbasis).
Die Forscher sehen das Material nicht als vollständigen Ersatz für Zement, sondern mögliche Einsatzzwecke beispielsweise in Strukturen mit geringer Belastung wie Pflaster, Fassaden und temporäre zivile sowie militärische Strukturen.
Interessanterweise konnte mittels Einstellen von Temperatur und die Feuchtigkeit die Stoffwechselaktivität der Mikroorganismen kontrolliert werden.
In der Studie lebten in dem festen Material nach 30 Tagen bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit noch 9-14 % der Mikroorganismen.
== Frischbeton
Als Frischbeton wird der noch nicht erhärtete Beton bezeichnet.
Der Zementleim, also das Gemisch aus Wasser, Zement und weiteren feinkörnigen Bestandteilen ist noch nicht abgebunden.
Dadurch ist der Frischbeton noch verarbeitbar, das heißt formbar und zum Teil fließfähig.
Während des Abbindens des Zementleims wird der Beton als junger Beton oder grüner Beton bezeichnet.
Nachdem der Zementleim abgebunden hat, wird der Beton Festbeton genannt.
=== Bestandteile und Zusammensetzung
Die Zusammensetzung eines Betons wird vor der industriellen Herstellung in einer Betonrezeptur festgelegt, die durch Erfahrungswerte und Versuche erstellt wird.
Die Zusammensetzung richtet sich unter anderem nach der gewünschten Festigkeitsklasse, den Umweltbedingungen denen das spätere Bauteil ausgesetzt sein wird, der gewünschten Verarbeitbarkeit und ggf. auch nach architektonischen Gesichtspunkten, wie z. B. der Farbgebung.
Dementsprechend werden je nach Anwendungsfall Zement, Wasser, Gesteinskörnung, Betonzusatzstoffe und Betonzusatzmittel in einem bestimmten Verhältnis vermischt.
Bei der nicht-industriellen Herstellung, überwiegend beim Heimwerken, wird Beton auch anhand einfacher Faustformeln gemischt.
Eine solche Faustformel ist beispielsweise: 300 kg Zement, 180 l Wasser sowie 1890 kg Zuschläge ergeben einen Kubikmeter Beton, der ungefähr der Festigkeitsklasse C25/30 entspricht.
Um allerdings zuverlässig die Festbetoneigenschaften abzuschätzen, reichen die Angaben nicht aus.
Sowohl der Zement als auch die Gesteinskörnung können je nach gewähltem Produkt die Festigkeit erheblich beeinflussen, weshalb solche einfachen Rezepturen beim Bau von tragenden Strukturen keine Anwendung finden dürfen.
=== Konsistenz
Die Konsistenz des Frischbetons beschreibt wie fließfähig bzw. steif der Frischbeton ist.
Sie ist vorab entsprechend zu wählen, sodass der Beton ohne wesentliches Entmischen gefördert, eingebaut und praktisch vollständig verdichtet werden kann.
Die dafür maßgebende Frischbetoneigenschaft ist die Verarbeitbarkeit.
Die Frischbetonkonsistenz ist vor Baubeginn festzulegen und während der Bauausführung einzuhalten.
Die genormten Konsistenzbereiche erstrecken sich von "(sehr) steif", über "plastisch", "weich" und "sehr weich" bis hin zu "(sehr) fließfähig".
An die Konsistenzbereiche sind Messwerte geknüpft, die mit genormten, baustellengerechten Verfahren, wie dem Ausbreitversuch, dem Setzversuch und dem Verdichtungsversuch geprüft und kontrolliert werden können.
Das nachträgliche Zumischen von Wasser zum fertigen Frischbeton, z. B. bei Ankunft auf der Baustelle, verbessert zwar die Fließeigenschaften, ist nach den deutschen Vorschriften allerdings unzulässig, da dadurch der Wasserzementwert (w/z-Wert) und in der Folge die Festbetoneigenschaften negativ beeinflusst werden.
Einem Transportbeton darf vor Ort aber Fließmittel beigemischt werden, um die Verarbeitbarkeit zu verbessern.
Die zulässige Höchstmenge liegt bei 2 l/m^3, was aus einem plastischen Beton einen leicht fließfähigen Beton macht.
Die Einbaubedingungen legen die nötige Konsistenz fest.
Für Bauteile mit komplizierten Geometrien oder hohen Bewehrungsgraden ist tendenziell ein eher fließfähigerer Beton vonnöten.
Auch die Förderung des Frischbetons bestimmt die benötigte Konsistenz.
Soll ein Beton beispielsweise mit einer Betonpumpe gefördert werden, sollte die Betonkonsistenz mindestens im plastischen Bereich, d. h. Ausbreitmaßklasse F2, besser F3, liegen.
=== Einbau und Verdichtung
Beton ist schnellstmöglich nach dem Mischen bzw. der Anlieferung einzubauen und mit geeigneten Geräten zu verdichten.
Durch das Verdichten werden die Lufteinschlüsse ausgetrieben, damit ein dichtes Betongefüge mit wenigen Luftporen entsteht.
Rütteln, Schleudern, Stampfen, Stochern, Spritzen und Walzen sind je nach Betonkonsistenz und Einbaumethode geeignete Verdichtungsverfahren.
Als Verdichtungsgerät kommt auf Baustellen des Hochbaus heutzutage in der Regel der Innenrüttler (auch "Flaschen-" oder "Tauchrüttler" genannt) zum Einsatz.
Bei der Herstellung hoher Bauteile oder bei sehr enger Bewehrung können auch Außenrüttler ("Schalungsrüttler") verwendet werden.
Beim Einbau von Beton für Straßen oder Hallenböden ist eine Verdichtung mit Hilfe von Rüttelbohlen üblich.
Rütteltische werden im Fertigteilwerk benutzt.
Bereits beim Einbau ist darauf zu achten, dass sich der Beton nicht entmischt, d. h., dass sich größere Körner unten absetzen und sich an der Oberfläche eine Wasser- oder Wasserzementschicht bildet.
Frischbeton darf deshalb nicht aus größerer Höhe in die Schalung fallen gelassen werden.
Durch Rutschen, Fallrohre oder Schläuche ist der Beton bis in die Schalung zu leiten, sodass die maximale freie Fallhöhe nicht mehr als 1,5 m beträgt.
Um anschließend gut verdichten zu können, muss der Beton außerdem in Lagen von höchstens 50 cm Höhe eingebaut werden.
Erst nach der Verdichtung einer Lage folgt die nächste.
Ein Entmischen, sodass sich an der Oberfläche eine wässrige Zementschlämme bildet, kann sich auch bei einer zu großen Rütteldauer einstellen.
Das Absondern von Wasser an der Betonoberfläche nach dem Einbau wird auch als "Bluten" bezeichnet.
Die Entmischung wirkt sich insbesondere nachteilig auf die Festigkeit und Dauerhaftigkeit des Betons aus.
Bei richtiger Verdichtung und passender Konsistenz bildet sich an der Oberfläche nur eine dünne Feinmörtelschicht.
Im restlichen Betonkörper sind die Gesteinskörner annähernd gleichmäßig verteilt.
Beim Einbau des Frischbetons sollte die Betontemperatur zwischen +5 °C und +30 °C liegen, anderenfalls sind besondere Maßnahmen erforderlich.
Im Winter kann dies z. B. das Heizen der Schalung mit Gebläsen sein.
Im Sommer ist gegebenenfalls eine Kühlung des Betons notwendig.
=== Nachbehandlung
Eine Nachbehandlung des frischen Betons ist zum Schutz der Betonoberfläche gegen Austrocknung und somit zur Sicherstellung einer geschlossenen, dichten und dauerhaften Betonoberfläche erforderlich.
Dazu muss auch in den oberflächennahen Bereichen des Betons genügend Wasser für die Hydratation des Zements vorhanden sein.
Dieses darf insbesondere nicht durch Sonneneinstrahlung, Frost und/oder Wind verdunsten.
Verdunstet das Wasser im Beton zu schnell, kann dies bereits kurz nach der Betonausbringung zu Schäden im Beton, sogenannten Schwindrissen, kommen.
Es gibt verschiedene Nachbehandlungsmethoden, um den Erhärtungsprozess sicherzustellen.
Die notwendige Zeitdauer der Nachbehandlung kann je nach den Betoneigenschaften, den Umweltbedingungen, die den Expositionsklassen entsprechen und den klimatischen Randbedingungen zwischen einem Tag, einer Woche oder auch mehr betragen.
Grundsätzlich ist es am besten, so früh wie möglich nach der Betonage mit der Nachbehandlung zu beginnen und möglichst lange diese Maßnahmen durchzuführen, um Bauteile mit optimalen Festbetoneigenschaften zu erhalten.
==== Nachbehandlungsmethoden im Sommer
Im Sommer ist die Verdunstung das größte Problem.
Wasser muss also zugeführt und/oder vor dem Verdunsten bewahrt werden, z. B. durch das Auflegen einer wasserdichten Abdeckung, den Einsatz spezieller Nachbehandlungsfolien oder durch das kontinuierliche Besprühen oder Fluten mit Wasser.
Des Weiteren kann das schnelle Austrocknen des Betons z. B. durch das Belassen in der Schalung, durch das Abdichten mit Kunststofffolien oder durch das Auftragen filmbildender Nachbehandlungsmittel, verhindert werden.
Über die Messung des sogenannten Kapillardrucks des Betons lassen sich messtechnisch Rückschlüsse auf eine ausreichende Wassermenge für die Aushärtung machen.
Eine solche Messung findet jedoch eher in Prüflaboren Anwendung.
==== Nachbehandlungsmethoden im Winter
Im Winter muss der Frischbeton bei Frost während der ersten drei Tage nach der Betonage durchgehend eine Mindesttemperatur von +10 °C haben.
Nach drei Tagen unter diesen Bedingungen ist der Beton so weit ausgehärtet, dass gefrierendes Wasser nicht mehr zu Frostsprengungen führen kann.
Erreicht wird die Beibehaltung der Temperatur z. B. durch eine Abdeckung mit einer wärmedämmenden Folie oder durch die Abdeckung mit einem beheizten Bauzelt.
Auch hier ist zu beachten, dass dem Beton genügend Wasser für die Hydratation des Zements zur Verfügung steht.
=== Erhärtung
Der Zement dient als Bindemittel, um die anderen Bestandteile zusammenzuhalten.
Die Festigkeit des Betons entsteht durch die exotherme Reaktion der Auskristallisierung der Klinkerbestandteile des Zements unter Wasseraufnahme.
Es wachsen Kristallnadeln, die sich fest ineinander verzahnen.
Das Kristallwachstum hält über Monate an, sodass die endgültige Festigkeit erst lange nach dem Betonguss erreicht wird.
Es wird aber, wie in der DIN 1164 (Festigkeitsklassen von Zement), angenommen, dass bei normalen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen nach 28 Tagen die Normfestigkeit erreicht ist.
Neben dieser hydraulischen Reaktion entwickelt sich bei silikatischen Zuschlagstoffen zusätzlich die sogenannte puzzolanische Reaktion.
== Eigenschaften des Festbetons
Als Festbeton wird der erhärtete Frischbeton bezeichnet.
=== Festigkeitsklassen
Die Druckfestigkeit ist eine der wichtigsten Eigenschaften des Betons.
Die DIN 1045-2 (Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton) schreibt eine Beurteilung durch die Prüfung nach 28 Tagen Wasserlagerung anhand von Würfeln mit 15 cm Kantenlänge (Probewürfeln) oder 30 cm langen Zylindern mit 15 cm Durchmesser vor.
Die Vorschriften für die Geometrie und Lagerung der Prüfkörper sind weltweit nicht einheitlich geregelt und haben sich auch in den einzelnen Normgenerationen geändert.
Anhand der ermittelten Druckfestigkeit, die im Bauteil abweichen kann, lässt sich der Beton den Festigkeitsklassen zuordnen.
Ein C12/15 hat danach die charakteristische Zylinderdruckfestigkeit von 12 N/mm^2 sowie eine charakteristische Würfeldruckfestigkeit von 15 N/mm^2.
Das C in der Nomenklatur steht für englisch concrete (deutsch: Beton).
Im Zuge der Harmonisierung des europäischen Normenwerks sind diese Betonfestigkeitsklassen in der aktuellen Normengeneration europaweit vereinheitlicht.
In der folgenden Tabelle sind die Bezeichnungen nach der alten DIN 1045 noch zur Information in der letzten Spalte angegeben.
=== Elastizitätsmodul, Schubmodul und Querdehnungszahl
Der Elastizitätsmodul des Betons hängt in hohem Maße von den verwendeten Betonzuschlägen ab.
Vereinfachend kann er im linear-elastischen Spannungszustand (d. h. maximal 40 % der Festigkeit) in Abhängigkeit von der Betonfestigkeit nach dem Eurocode mit der empirischen Gleichung E c m = 22.000 * ( f c m 10 ) 0 , 3 {\displaystyle \textstyle E_{cm}=22.000\cdot \left({\frac {f_{cm}}{10}}\right)^{0,3 }} ermittelt werden.
Somit beträgt der Elastizitätsmodul bei den Betonfestigkeitsklassen von C12/15 bis C50/ 60 nach Eurocode zwischen 27.000 N/mm^2 und 37.000 N/mm^2.
Die Querdehnungszahl schwankt im Bereich der Gebrauchsspannungen je nach Betonzusammensetzung, Betonalter und Betonfeuchte zwischen 0,15 und 0,25. Gemäß den Normen kann der Einfluss mit 0,2 bei ungerissenem Beton berücksichtigt werden.
Für gerissenen Beton ist die Querdehnungszahl zu Null zu setzen.
Der Schubmodul kann näherungsweise, wie bei isotropen Baustoffen, aus Elastizitätsmodul und Querdehnungszahl errechnet werden.
=== Rohdichte
Die Rohdichte des Betons hängt vom Zuschlag ab.
Bei Normalbeton beträgt die Trockenrohdichte zwischen 2000 und 2600 kg/ m^3.
Meist können 2400 kg/ m^3 angesetzt werden.
Betone oberhalb von 2600 kg/ m^3 werden als Schwerbeton bezeichnet, unterhalb von 2000 kg/ m^3 als Leichtbeton.
Leichtbeton hat porige Leichtzuschläge wie Blähton oder Bims.
Er ist normativ in die Rohdichteklassen 1,0 - 1,2 - 1,4 - 1,6 - 1,8 - 2,0 eingeteilt, welche den Rohdichten zwischen 1000 und 2000 kg/ m^3 entsprechen.
Stahlbeton hat näherungsweise eine um 100 kg/ m^3 erhöhte Rohdichte.
=== Verbundzone
Eine Schwachstelle im Gefüge des hydratisierten Betons stellt die Verbundzone zwischen Zementstein und Gesteinskörnung dar.
Durch die Ansammlung von Ettringit und Portlandit (CH, Calciumhydroxid) an den Rändern der Gesteinskörner können sich keine verfestigenden CSH-Phasen bilden.
Das hat eine verringerte Festigkeit in diesem Bereich zur Folge.
Durch Zugabe von Puzzolanen wird das Portlandit über die puzzolanische Reaktion in CSH-Phasen umgewandelt.
Puzzolane sind hochsilikatische Zuschlagsstoffe wie Mikrosilika oder Flugasche.
Das hochalkalische Milieu löst sie partiell und leitet eine Reaktion mit dem Calciumhydroxyd (CH) zu CSH ohne zusätzliche Wasseraufnahme ein:
oder kurz :
Vor allem bei der Entwicklung und Herstellung von hochfestem- und ultrahochfestem Beton hat dies eine große Bedeutung.
=== Poren im Beton
Neben der Festigkeit ist die Porosität des Betons ein wichtiges Qualitätskriterium.
Die verschiedenen Arten von Poren unterscheiden sich voneinander teilweise stark in Entstehung und Auswirkung.
Grundsätzlich sinkt mit steigender Kapillar-, Luft- und Verdichtungsporosität die Festigkeit proportional.
Auch eine Verringerung des Elastizitätsmodul ist nachweisbar.
Man unterscheidet folgende Arten von Poren:
=== Bauphysikalische Eigenschaften
Für Beton kann eine Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl zwischen 70 (feucht) und 150 (trocken) angesetzt werden.
Die Wärmeleitfähigkeit beträgt etwa 2,1 W/(m*K) für Normalbeton, die spezifische Wärmekapazität 1000 J/(kg*K).
Beide Werte sind jedoch stark vom Zuschlagstoff abhängig.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient beträgt nach den Stahlbetonnormen 10-5/K (z. B. DIN 1045-1:2001-07).
Allerdings kann dieser je nach Art des Betonzuschlags, Zementgehalt sowie Feuchtezustand des Betons zwischen 6 und 14 * 10-6/K variieren.
Der Feuchtegehalt beträgt bei 23 °C und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit 25 Liter Wasser je Kubikmeter Beton und bei 80 % relativer Luftfeuchtigkeit 40 l/m^3.
Alle diese Betoneigenschaften sind außerdem erheblich temperaturabhängig und gelten näherungsweise nur deutlich unterhalb 100 °C.
=== Arbeitsvermögen
Die mögliche Energieaufnahme eines Betonbauteils bis zum Versagen wird als Arbeitsvermögen bezeichnet.
Der Graph des Spannungs-Dehnungs-Diagramms wird bei Beton auch Arbeitslinie genannt.
Das Arbeitsvermögen ist als die Fläche unter der Arbeitslinie definiert und umfasst damit alle elastischen und irreversiblen Verformungsanteile.
== Überwachungsklassen
Für die Überprüfung der maßgebenden Frisch- und Festbetoneigenschaften wird der Beton in drei Überwachungsklassen eingeteilt.
Daraus ergibt sich der Umfang und die Häufigkeit der Prüfungen, was in DIN 1045-3 geregelt ist.
Beton der Überwachungsklassen 1, 2 und 3 ist u. a. durch Eigenüberwachung der ausführenden Firma und eine anerkannte Überwachungsstelle zu überprüfen.
Wobei die Prüfungen in der Überwachungsklasse 1 nur der Selbstkontrolle der ausführenden Firma dient.
Die Überwachungsklasse 2 wird bei Betonen mit erhöhten Anforderungen wie z. B. WU-, Spann-, Unterwasser- und Strahlenschutzbeton usw. angewandt.
Geprüft wird mit mindestens drei Probekörpern jeden 3. Betoniertag oder alle 300 m^3.
In der Überwachungsklasse 3 erfolgt die Prüfung mindestens jeden Betoniertag oder alle 50 m^3.
== Betonsorten
Unter einer Betonsorte versteht man eine genau definierte Mischung, die immer wieder, entsprechend einer Betonrezeptur, hergestellt wird.
Lieferwerke haben meist eigene Sorten, die von Kunden bestellt werden.
Bei großen Bauvorhaben stellen oft auch die Bauunternehmen in Absprache mit dem Bauherrn und den Lieferwerken eigene Betonsorten in einem Sortenverzeichnis zusammen.
Diese Betone sind dann für eine Baustelle und deren Besonderheiten "maßgeschneidert".
== Betonarten
Alle Betone lassen sich entsprechend ihrer Herstellung, ihrer Einbauart oder ihrer besonderen Eigenschaften unterscheiden.
Dabei gehört ein Beton nicht zwangsläufig nur einer Art an.
Ein und dasselbe Produkt wird meist mehreren Kategorien zugeordnet.
Beispielsweise ist jeder Beton entweder ein Transport- oder ein Baustellenbeton.
Abhängig von den Eigenschaften sind diese Betone dann z. B. Luftporenbetone, hochfeste Betone usw.
Die verwendeten Bezeichnungen der gebräuchlichen Betone sind in der Liste gebräuchlicher Betone aufgeführt.
== Dauerhaftigkeit, Schädigungen und Instandsetzung
Für dauerhafte Betonbauwerke müssen die verlangten Gebrauchseigenschaften und die Standsicherheit unter den planmäßigen Beanspruchungen über die erwartete Nutzungsdauer bei normalem Unterhaltsaufwand konstant sein.
Wichtig sind für eine ausreichende Dauerhaftigkeit des Betons die Betonzusammensetzung (Wasserzementwert und Zementgehalt), die Festigkeitsklasse, die Verdichtung und die Nachbehandlung des Betons.
Beton ist ein chemisch instabiler Baustoff.
Verschiedene innere und äußere Einflüsse können die Beständigkeit von Beton nachhaltig beeinflussen.
Durch die typische Anwendung von Beton im Verbund mit Bewehrung aus Stahl ergeben sich weitere die Dauerhaftigkeit von Beton beeinflussende Faktoren, wie zu geringe Überdeckung des Bewehrungstahles durch Beton.
Daher erfolgt mit den Expositionsklassen eine Klassifizierung der chemischen und physikalischen Umgebungsbedingungen, denen der Beton ausgesetzt ist, woraus die Anforderungen an die Zusammensetzung des zu verwendenden Betons sowie bei Stahlbeton die Mindestbetondeckung folgen.
Folgende Schädigungsmechanismen können auftreten:
Oberflächenschutzsysteme, wie Anstriche oder die Imprägnierung der Betonoberflächen mit einem Hydrophobierungsmittel, dienen der Verbesserung der Dauerhaftigkeit und können sowohl direkt nach der Herstellung aufgebracht werden oder im Zuge einer Betoninstandsetzung eine Maßnahme zur Lebensdauerverlängerung darstellen.
Zur Betoninstandsetzung zählen zudem alle Maßnahmen, bei denen Schäden (Risse, Abplatzungen usw.) behoben und die ursprünglichen Schutzeigenschaften des Betons möglichst wiederhergestellt oder verbessert werden.
Die Instandsetzungsmaßnahmen werden von spezialisierten Betoninstandsetzern durchgeführt.
Im Brückenbau, besonders bei Autobahnbrücken, wird der kathodische Korrosionsschutz (KKS) mittels Fremdstromanode durchgeführt.
Dazu wird ein Anodengitter aus beschichtetem Titan auf die zu schützende Oberfläche aufgebracht und mit Spritzbeton circa 2 cm bis 3 cm eingespritzt.
Der Spritzbeton dient dabei als Elektrolyt.
Der Strom wird über Gleichrichter in die Bewehrung eingeleitet und so der kathodische Schutz erreicht.
Die Maßnahme wird mit einem automatischen Überwachungssystem laufend überprüft.
Eine gute Erklärung über den KKS geben diese beiden Präsentationen:
== Einbauteile
Zur Reduzierung des Eigengewichtes von Betonteilen werden unter anderem sogenannte Verdrängungskörper eingebaut.
Dies bewirkt, dass Hohlräume entstehen und weniger Beton notwendig ist.
Häufig wird das bei Plattenkonstruktionen angewendet.
Früher wurden hierfür Teile aus Polystyrolschaum und anderen Schaumstoffen genutzt, die heute wegen nachteiliger Auswirkungen bei Bränden nicht mehr gestattet sind.
Derzeit werden Kugeln oder würfelförmige Elemente aus Polyethylen oder Polypropylen eingesetzt, wodurch bis zu einem Drittel des Betons und folglich des Eigengewichtes eingespart werden kann.
So sind große Bauteile, z. B. Dachkonstruktionen, mit Stützweiten von bis zu 19 Metern möglich.
Aufgrund von größeren Bauschäden aus der Vergangenheit ist in Deutschland der Einbau von Verdrängungskörpern bei Brückenbauten nicht mehr zulässig.
== Andere als "Beton" bezeichnete Werkstoffe
Die Bezeichnung "Beton" wird auch in Zusammenhang mit anderen Baustoffen verwendet und soll deren hohe Festigkeit oder deren Zusammensetzungsprinzip beschreiben.
=== Porenbeton
Porenbeton (früher Gasbeton) ist ein mineralischer Werkstoff, welcher durch chemisches Aufschäumen einer Mörtelmischung erzeugt wird.
Die alkalische Mörtelsuspension reagiert unter Bildung von Gas mit Pulvern unedler Metalle wie z. B. Aluminium.
Porenbeton enthält so gut wie keine Zuschläge.
Porenbeton besitzt im Vergleich zu konventionellem Beton wegen seiner geringen Rohdichte eine geringe Festigkeit und eine geringe Wärmeleitfähigkeit.
=== Faserbeton
Faserbeton ist eine Erweiterung des künstlichen Baustoffes Beton.
Es werden dem Beton bei der Herstellung Fasern zugegeben um die Materialeigenschaften wie Zug-, Druck- und Scherfestigkeit dem Bruch- und Rissverhalten zu verbessern.
Damit kann der Faserbeton im Gegensatz zu Beton besser Zugkräfte übernehmen.
Dies führt unter anderem zu der Möglichkeit jegliche Körperform statisch tragend herzustellen.
=== Betonglas
Betonglas ist ein Glasbaustein, der waagerecht angeordnet wird und hohe Druckfestigkeit aufweist.
=== Asphaltbeton
Asphaltbeton ist eine Bezeichnung für ein Gemisch aus Bitumen und Gesteinskörnung.
Der Namensteil "-beton" verweist hier auf das "Betonprinzip" der Mischung, d. h., wie beim Baustoff Beton sind im Asphaltbeton verschiedene Gesteinskörnungsgrößen gleichmäßig verteilt und vollständig von Bindemittel ummantelt.
=== Mineralbeton
Mineralbeton ist eine Bezeichnung für ein hochverdichtetes Mineralstoffgemisch, meist unter Verwendung eines hohen Anteils gebrochenen Korns.
Die Sieblinie ist gemäß der Fuller-Parabel aufzubauen, es ist der für die Verdichtung optimale Wassergehalt einzustellen.
Beim Einbau sind Entmischungen zu vermeiden.
Mineralbeton wird ohne Bindemittel zu einem hochstandfesten Baustoff, der etwa in Straßendecken verwendet wird.
Gängiges Produkt ist die korngestufte Schottertragschicht mit 0 bis 32 mm als Frostschutzmaterial gemäß ZTV T-StB 95.
=== Schwefelbeton
Schwefelbeton ist eine Mischung aus Quarzsand, Kalkstein oder Schottersteinen, der als Bindemittel 15-20 % Schwefel beigemischt wird.
Der Schwefel wird vorher mit dimeren Cyclopentadien modifiziert und als plastischer Schwefel stabilisiert.
Der Schwefelbeton verfügt gegenüber Beton über eine höhere Druck- und Zugfestigkeit sowie Frühfestigkeit, ist wesentlich korrosionsbeständiger gegenüber Säuren und Salzlösungen und hat eine um 40 % bessere CO-Bilanz.
Nachteilig sind das Erweichen bei Temperaturen über 120 °C und die Brennbarkeit.
Die Einsatzmöglichkeit von Schwefelbeton ist dort von Bedeutung, wo er im Freien herkömmlichen Beton ersetzen kann, z. B. Eisenbahnschwellen, oder Lagerung bzw. Umfüllung von aggressiven Chemikalien oder grundwasserschädlichen Stoffen.
Die Verwendung ist in Deutschland bisher eingeschränkt.
=== Kunstharzbeton
Kunstharzbeton nutzt - genauso wie Kunstharzmörtel - ungesättigtes Polyesterharz, Methacrylatharz oder Epoxidharz als Bindemittel.
Zement wird für die Festigkeit nicht benötigt.
Hier kommen Härter und Beschleuniger in geringen Mengen zum Einsatz.
Das Prinzip, Anwendungsbereiche und Verarbeitung sind allerdings typisch für Beton.
Aufgrund der schnellen Aushärtung eignet sich der Beton gut für Ausbesserungen.
Im Vergleich zu zementgebundenem Beton ergibt sich eine deutlich höhere Zugfestigkeit und ein kleiner Elastizitätsmodul.
== Erscheinungsbild
Beton dessen Oberfläche nach Fertigstellung des Bauwerks noch sichtbar ist, wird allgemein als Sichtbeton bezeichnet.
Im engeren Sinne bezeichnet Sichtbeton Betonoberflächen mit besonderer gestalterischer Qualität.
Im Architekturstil des Brutalismus wurde demgegenüber gerade der rohe, unverfeinerte Beton als gestalterisches Mittel eingesetzt.
Die Bauwerke des Brutalismus beeindrucken eher durch ihre Grobstruktur, d. h. durch ihre Kubatur, als durch die Oberflächenqualität.
=== Architekturbeton
Der Begriff Architekturbeton wird gelegentlich von spezialisierten Anbietern des Baugewerbes verwendet, um Sichtbeton zu bezeichnen, an den besonders hohe gestalterische Anforderungen hinsichtlich Oberflächenstruktur und -qualität gestellt werden.
=== Durchgefärbter Beton
Durchgefärbter Beton enthält Pigmente, die seine Farbe verändern.

Klexikon (einfache Sprache):
Beton ist ein Stein, den Menschen selbst herstellen und formen.
Er besteht aus Sand oder Kies mit einem Bindemittel, das ist so eine Art Leim.
Als Bindemittel braucht man Zement, der aus Kalk hergestellt wird.
Dieses Gemisch muss man mit Wasser anrühren und nachher aushärten lassen.
Beton hat den Vorteil, dass man ihn in fast jede beliebige Form gießen kann.
Damit er keine Luftblasen enthält, wird er noch in der Form mit einer Maschine oder auf einem Tisch gerüttelt, man sagt auch "vibriert".
So entstehen zum Beispiel Bodensteine für Parkplätze oder andere Bausteine.
Besonders stark wird Beton, wenn man in die Schalung ein Gerüst aus Stahl einbaut und erst dann den Beton einfüllt.
Nach dem Vibrieren muss man einige Tage warten, das hängt von den chemischen Zusätzen ab, die der Beton enthält.
Dann kann man die Schalung entfernen, das nennt man auch "ausschalen".
Stahlbeton wird in vielen Bereichen eingesetzt.
Bei Häusern und Garagen vor allem in Pfeilern, Stützwänden und Decken.
Brücken aus Stahlbeton können große Strecken überspannen.
Stützmauern und die Auskleidungen von Tunnels sind meist aus Beton.
Aus unserem Leben ist er nicht mehr wegzudenken.
Beton gibt es schon seit 10.000 Jahren.
Er bestand ursprünglich aus Sand oder Kies und einem Kalkmörtel.
Später wurde Mehl von Ziegelsteinen oder Asche von Vulkanen beigemischt.
Daraus entstanden Bauwerke wie die Aquädukte der Römer.
Ab der Mitte des 18. Jahrhunderts wurde der Beton schnell weiterentwickelt und immer stärker.
100 Jahre später entstanden der erste Schiffsrumpf und später erste Pflanzenkübel aus Eisenbeton.