Betonbau. Band 2.
Hydratation - junger Beton - Festbeton.
Zusammenfassung
Der Betonbau wurde in den letzten Jahrzehnten durch eine Reihe von bedeutsamen Veränderungen und innovativen Entwicklungen geprägt. Diese Änderungen rücken vor allem die Qualitätssicherung immer weiter in den Mittelpunkt und fordern von allen Beteiligten ein umfassendes Wissen, das die insgesamt drei Bände bieten. Die Inhalte wurden nicht nur für den Gebrauch in der Bauvorbereitung und Bauleitung ausgewählt, sondern sind auch für die Ausbildung im Bauingenieurwesen der Hochschulen und Universitäten geeignet.
Alle Eigenschaften des Betons haben ihre Ursache in der Entstehung und der Struktur des Zementsteins. Aus diesem Grund widmet sich Band zwei den Hydratationsvorgängen und den Strukturentwicklungen im Beton. Auch das Thema der Erhärtung und Entwicklung der Betoneigenschaften behandelt der Autor ausführlich. Beanspruchungen aus Zwang, Schwinden und Kriechen sowie die verschiedenen Maßnahmen zur Verminderung und Vermeidung von Rissen runden die Thematik ab. Ergänzend werden wichtige Vorschriften auszugsweise wiedergegeben.
Schlagworte
- 1–14
- 15–160 1 Hydratationsvorgänge und Strukturentwicklung im Beton 15–160
- 1.1 Stoffliche Charakteristika der Zemente
- 1.1.1 Chemische und mineralogische Zusammensetzung der Klinkerphasen
- 1.1.2 Chemismus der weiteren Zementbestandteile
- 1.1.3 Physikalische Eigenschaften der Zemente
- 1.2 Mechanismus und Ablauf der Hydratation
- 1.2.1 Hydratationsreaktionen und Morphologie der Hydrate
- 1.2.2 Grundsätzlicher Ablauf des Hydratationsprozesses
- 1.2.3 Einflussfaktoren auf den Hydratationsverlauf und die Hydratbildung
- 1.2.4 Prozesskenngröße Hydratationsgrad
- 1.3 Wasserbindung und Strukturentwicklungen im Zementstein
- 1.3.1 Stöchiometrisch bestimmte chemische Wasserbindungen und Hydratvolumen
- 1.3.2 Experimentelle Ermittlung der chemischen Wasserbindung
- 1.3.3 Physikalisch gebundenes Wasser und Gelvolumen
- 1.3.4 Wasserbindung und Volumen des vollständig hydratisierten Zementes
- 1.3.5 Kapillarwasser und -porosität
- 1.3.6 Volumenentwicklung und Porosität in Abhängigkeit vom Hydratationsgrad
- 1.3.7 Charakteristik des Porensystems im Zementstein und Beton
- 1.3.8 Strukturanalyse des Zementsteines
- 1.3.9 Porenfeuchte in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen
- 1.4 Beziehungen zwischen Strukturkenngrößen und Eigenschaften
- 1.4.1 Übergangszone zwischen Zementstein und Gesteinskörnung
- 1.4.2 Festigkeit des Zementsteines und Betons
- 1.4.3 Durchlässigkeit des Zementsteines und Betons
- 1.4.4 Durchlässigkeit des Betons und Dauerhaftigkeit
- 1.5 Belastungsunabhängige Verformungen während der Erhärtung
- 1.5.1 Arten und Ursachen der belastungsunabhängigen Verformungen
- 1.5.2 Kapillares Schwinden (Frühschwinden) von Frischbeton
- 1.5.3 Mechanismus des Quellens und Schwindens
- 1.5.4 Auswirkungen des Schwindens in der Mikrostruktur des Betons
- 1.6 Verformungen und Spannungen unter Dauerlast
- 1.6.1 Ursachen des viskoelastischen Verhaltens des Zementsteines und Betons
- 1.6.2 Charakterisierung des Kriechverhaltens durch die Kriechzahl
- 1.6.3 Umfang und Verlauf des Kriechens
- 1.7 Rissbildungen im Zementstein- und Betongefüge
- 1.7.1 Rissbildungsprozess
- 1.7.2 Einflüsse auf die Rissbildung
- 1.7.3 Auswirkungen der Mikrorissbildung
- 1.7.4 Selbstheilung von Rissen
- 1.8 Wärmeentwicklung während der Hydratation
- 1.8.1 Hydratationsverhalten des Zementes und Wärmeentwicklung
- 1.8.2 Ermittlung der Hydratationswärme aus der Zusammensetzung des Zementes
- 1.8.3 Experimentelle Bestimmung der Hydratationswärme
- 1.8.3.1 Lösungskalorimeter
- 1.8.3.2 Adiabatische Kalorimeter
- 1.8.3.3 Teiladiabatische Kalorimeter
- 1.8.3.4 Wärmeflusskalorimeter
- 1.8.3.5 Transformation von adiabatisch ermittelten Temperaturverläufen auf isothermische Verhältnisse
- 1.8.4 Beziehungen zwischen Hydratationswärme und Festigkeit
- 1.9 Mathematische Beschreibung des Hydratationsverlaufes als Grundlage der Wärme- und Festigkeitsentwicklung
- 1.9.1 Beschreibung der zeitlichen Entwicklung unter konstanten Erhärtungsbedingungen
- 1.9.2 Reaktionskinetische Formulierung
- 1.9.3 Wirkung der Temperatur auf den Hydratationsvorgang
- 1.9.4 Wirkung der Feuchte im Zementstein auf die Hydratation
- 1.10 Literatur
- 161–344 2 Erhärtung und Entwicklung der Eigenschaften des Betons 161–344
- 2.1 Grüner und junger Beton
- 2.1.1 Besonderheiten in der Anfangsphase der Erhärtung
- 2.1.2 Sedimentation des Frischbetons
- 2.1.3 Frühschwinden
- 2.1.4 Erstarren des Frischbetons
- 2.1.5 Grünstandfestigkeit (grüner Beton)
- 2.1.6 Besonderheiten des jungen Betons
- 2.2 Spannungsunabhängige Verformungen des erhärteten Betons
- 2.2.1 Chemisches und autogenes Schwinden
- 2.2.1.1 Ursachen des Schwindens
- 2.2.1.2 Auswirkungen des Schwindens
- 2.2.1.3 Einflussfaktoren auf das autogene Schwinden
- 2.2.1.5 Vorhersage der Größe und des Verlaufes des autogenen Schwindens
- 2.2.2 Trocknungsschwinden
- 2.2.2.1 Ursachen
- 2.2.2.2 Auswirkungen
- 2.2.2.3 Vorhersage der Größe und des Verlaufes des Schwindens bei Austrocknung
- 2.2.3 Schwinden des Zementsteines im Gefüge
- 2.2.4 Überlagerung von autogenem und Trocknungsschwinden
- 2.2.5 Verminderung des Schwindens des Betons (schwindarmer Beton)
- 2.2.5.1 Betontechnologische Optimierung der Zusammensetzung
- 2.2.5.2 Schwindreduzierte Bindemittel
- 2.2.5.3 Schwindreduzierende Zusätze
- 2.2.5.4 Innere Nachbehandlung
- 2.2.5.5 Wertung der Kombination schwindreduzierender Maßnahmen
- 2.2.5.6 Schwindungskompensierte Betone
- 2.2.5.7 Konstruktive Maßnahmen zur Verringerung schwindbedingter Rissbildung
- 2.2.6 Prüfmethoden zur Erfassung des Dehnungs- und Rissverhaltens
- 2.2.6.1 Erfassung der chemischen und autogenen Deformationen im jungen Beton
- 2.2.6.2 Ermittlung des Trocknungsschwindens
- 2.2.6.3 Verfolgen der Rissentwicklung infolge frühen Schwindens
- 2.2.7 Karbonatisierungsschwinden
- 2.2.8 Thermisch bedingte Dehnungen
- 2.3 Nachbehandlung und Schutz des erhärtenden Betons
- 2.3.1 Nachbehandlung als Regel der Technik
- 2.3.2 Frühzeitiges Austrocknen
- 2.3.2.1 Verdunsten des Anmachwassers
- 2.3.2.2 Einflüsse auf die Verdunstung und den Wasserhaushalt im Beton
- 2.3.2.3 Auswirkungen der Verdunstung auf die Bauteilfeuchte
- 2.3.2.4 Schutzmaßnahmen gegen vorzeitiges Austrocknen
- 2.3.2.5 Beginn und Dauer der Nachbehandlung
- 2.3.2.6 Überprüfung der Wirksamkeit der Nachbehandlungsmaßnahmen
- 2.3.2.7 Kontrolle der Durchführung der Nachbehandlung
- 2.3.3 Schutz gegen zu schnelle Abkühlung und zu niedrige Temperaturen
- 2.3.4 Schutz des erhärtenden Betons vor Schwingungen und Erschütterung
- 2.3.5 Chemischer Angriff auf jungen Beton
- 2.4 Festigkeit und Festigkeitsentwicklung des Betons
- 2.4.1 Bedeutung der Kenntnis der Festigkeitsentwicklung des Betons
- 2.4.2 Einflüsse auf die Druck- und Zugfestigkeit
- 2.4.3 Druckfestigkeit des Betons und dessen zeitliche Entwicklung
- 2.4.3.1 Kurzzeitdruckfestigkeit des Betons
- 2.4.3.2 Einflussfaktoren auf die Festigkeitsentwicklung
- 2.4.3.3 Richtwerte zur Abschätzung der Festigkeitsentwicklung
- 2.4.3.4 Mathematische Beschreibung der Festigkeitsentwicklung
- 2.4.4 Zugfestigkeit und deren Entwicklung
- 2.4.4.1 Kurzzeitzugfestigkeit des Betons
- 2.4.4.2 Beziehungen zwischen Zug- und Druckfestigkeit des Betons
- 2.4.4.3 Zeitliche Entwicklung der Zugfestigkeit
- 2.4.4.4 Zugfestigkeit im Bauteil und bei Dauerbeanspruchung
- 2.4.5 Auswirkungen der Erhärtungstemperatur auf das Festigkeitsverhalten
- 2.4.6 Festigkeitskenngrößen in Abhängigkeit vom Hydratationsgrad
- 2.5 Formänderungen des Betons unter Einwirkung von Spannungen
- 2.5.1 Spannungs-Dehnungs-Beziehung und Elastizitätsmodul
- 2.5.1.1 Definition und Bestimmung des Elastizitätsmoduls
- 2.5.1.2 Einflussfaktoren auf den Elastizitätsmodul
- 2.5.1.3 Rechenwerte für den Elastizitätsmodul
- 2.5.1.4 Zeitliche Entwicklung des Elastizitätsmoduls
- 2.5.2 Querdehnung
- 2.5.3 Zugbruchdehnung des Betons
- 2.5.4 Kriechen und Relaxation
- 2.5.4.1 Definition des Kriechens und der Relaxation
- 2.5.4.2 Auswirkungen von Kriechen und Relaxation
- 2.5.4.3 Einwirkungen auf den Verlauf und die Größe der viskoelastischen Verformungen
- 2.5.4.4 Anteile und Verlauf des Kriechens
- 2.5.4.5 Vorhersage der Kriechverformung erhärtenden Betons bei konstanter Belastung
- 2.5.4.6 Kriechen bei jungem Beton
- 2.5.4.7 Ermittlung des Spannungsabbaues durch Relaxation
- 2.5.4.8 Kriechen und Relaxation bei veränderlicher Spannung während der Erhärtung
- 2.6 Einschätzung des Zustandes der Festigkeitsbildung im erhärtenden Bauteil
- 2.6.1 Temperaturgesteuerte Erhärtung von Prüfkörpern
- 2.6.2 Physikalische Reifemesser
- 2.6.3 Abschätzung der Festigkeitsentwicklung über die Reife
- 2.6.3.1 Grundlage des Reife-Konzeptes
- 2.6.3.2 Temperatur-Zeit-Beziehungen
- 2.6.3.3 Kalibrierung des Zusammenhanges zwischen Temperatur, Zeit und Festigkeit
- 2.6.3.4 Reife-Computer
- 2.6.4 Einsatz von Prüfverfahren am Bauteil
- 2.7 Frühzeitige Belastungen des erhärtenden Betons und Ausschalfristen
- 2.7.1 Ausrüsten und Ausschalen
- 2.7.2 Zwangsspannungen und Rissbildung während der Erhärtung
- 2.8 Prüfung der Festigkeit des Betons an Bauteilen und am Bauwerk
- 2.8.1 Beurteilung der Bauteilfestigkeit durch Bohrkerne
- 2.8.2 Indirekte (zerstörungsfreie) Prüfverfahren
- 2.8.2.1 Rückprallprüfung
- 2.8.2.2 Kugelschlagprüfung
- 2.8.2.3 Ultraschallmesstechnik
- 2.8.2.4 Impact-Echo-Messtechnik
- 2.8.3 Zerstörungsarme Prüfverfahren
- 2.8.4 Zugfestigkeit von Betonoberflächen (Abreißversuch)
- 2.8.5 Detektion von Gefügestörungen und Hohlstellen
- 2.8.5.1 Einsatz des Georadars
- 2.8.5.2 Anwendung der aktiven Infrarot-Thermografie
- 2.9 Literatur
- 345–434 3 Zwangsspannungen und Rissbreitenbeschränkung 345–434
- 3.1 Temperaturverlauf und Temperaturverteilung in Betonbauteilen
- 3.1.1 Wärmeentwicklung der Zemente
- 3.1.2 Thermische Kenngrößen und äußere Randbedingungen
- 3.1.3 Adiabatische Temperaturentwicklung im Bauteil
- 3.1.4 Temperaturverlauf im gleichmäßig erwärmten Bauteil
- 3.1.5 Abschätzung der Temperaturdifferenzen zwischen Bauteilrand und -kern
- 3.1.6 Berechnung der Temperaturverteilung und des Temperaturverlaufes in Bauteilquerschnitten
- 3.1.7 Beispiele für den Verlauf der mittleren Bauteiltemperatur und Temperaturdifferenzen
- 3.1.7.1 Verlauf der mittleren Bauteiltemperatur
- 3.1.7.2 Temperaturdifferenzen
- 3.1.8 Abschätzung von Temperaturverhältnissen in Bauteilen
- 3.1.9 Messung der Temperaturen und Spannungen im Bauteil
- 3.2 Ursachen und Maßnahmen zur Verminderung der Zwangsbeanspruchungen
- 3.2.1 Ursachen der lastunabhängigen Zwangsbeanspruchungen während der Erhärtung
- 3.2.2 Bauteilbezogene Zwangsspannungssituationen
- 3.2.2.1 Deckenkonstruktionen
- 3.2.2.2 Wandkonstruktionen
- 3.2.2.3 Wände und Decken mit Öffnungen
- 3.2.2.4 Verbindung von Bauteilen aus Alt- und Neubeton
- 3.2.2.5 Boden- und Sohlplatten
- 3.2.3 Überschlägige Beurteilung der Zwangsspannungssituation
- 3.2.3.1 Berechnung der Zwangsspannungen in Zeitschritten (Tabellenkalkulation)
- 3.2.3.2 Abschätzung der Zwangsspannungen mit sehr vereinfachenden Annahmen
- 3.2.4 Messung der Verformungen und der Zwangsspannungen während der Baudurchführung
- 3.2.5 Maßnahmen zur Verminderung der Zwangsspannungen
- 3.2.5.1 Steuerung der Temperaturverhältnisse im Bauteil
- 3.2.5.2 Optimierung der Betonzusammensetzung
- 3.2.5.3 Konstrukive Maßnahmen zur Reduzierung der Behinderung der erhärtenden Betonbauteile
- 3.2.6 Kriterien der Risssicherheit
- 3.2.6.1 Deterministische Nachweisführung
- 3.2.6.2 Probabilistisches Nachweiskonzept
- 3.3 Rissbreitenbegrenzung durch Bewehrung
- 3.3.1 Vorgänge bei der Rissbildung im Stahlbetonbauteil
- 3.3.2 Ermittlung der Mindestbewehrung und Nachweis der Rissbreitenbeschränkung
- 3.3.2.1 Bestandteile der Nachweisführung
- 3.3.2.2 Risszustand
- 3.3.2.3 Berechnung der Rissbreite
- 3.3.2.4 Begrenzung der Rissbreite ohne direkte Berechnung (vereinfachter Nachweis nach DIN 1045-1, 11.2.3)
- 3.3.2.5 Rissbreitenbegrenzende Bewehrung bei Eigenspannungen
- 3.3.2.6 Ermittlung der rissbreitenbegrenzenden Bewehrung (direkte Berechnung nach DIN 1045-1, Abschnitt 11.2.4)
- 3.3.2.7 Nachweis der Einhaltung der rechnerischen Rissweite wk
- 3.3.2.8 Rissbreitenbegrenzung in Elementwänden und -decken
- 3.3.3 Ursachen unverträglicher Rissbreiten
- 3.3.4 Regelungen zur Rissbreite
- 3.3.4.1 Definition der rechnerischen Rissbreite
- 3.3.4.2 Messung von Rissbreiten
- 3.3.4.3 Auswertung der Rissbreiten am Bauwerk
- 3.4 Literatur
- 435–437 4 Zusammenstellung von Regelwerken 435–437
- 4.1 Normen für Beton, Stahlbeton und Spannbeton
- 4.2 Richtlinien, zusätzliche Vorschriften
- 4.3 Prüfnormen und Prüfvorschriften
- 4.3.1 Zement
- 4.3.2 Frischbeton
- 4.3.3 Festbeton, Faserbeton, Beton in Bauwerken
- 4.4 Sonstige Normen
- 438– Sachregister 438–
