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Decke (Architektur)

Decke (Architektur)

Eine Decke ist im Bauwesen ein (meist) horizontales Bauteil, das einen Raum nach oben abschließt. Eine Decke muss Lasten zu den stützenden Bauteilen wie Wänden oder Stützen weiterleiten und daneben oft auch Funktionen wie Schutz vor Witterung (Dachdecke), Kälte bzw. Hitze (Wärmeschutz), Lärm (Schallschutz) und Feuer (Brandschutz) erfüllen, eventuell auch Schutz vor giftigen oder gesundheitschädlichen Stoffen oder Explosionen (Bunkerdecke) bieten. Die Wahl der Bauart und der verwendeten Materialien hängt von den o. a. Anforderungen und der Spannweite der Decke ab. Am gebräuchlichsten sind :
- Holz, hauptsächlich im Wohnungsbau als Holzbalkendecke
- Naturstein, Mauerwerk z.B. bei Gewölben
- Stahl oder Aluminium z.B. im Industriebau als Trapezblech
- Beton, Stahlbeton oder Spannbeton
- Kombination der Materialien, z.B. Stahl-Stein-Decke, Stahlverbunddecke Kategorie:Decke (Bauteil)

Bauteil

Als Bauteil bezeichnet man...
- in der Technik Einzelteile von technischen Komplexen (Mechanismen, Maschinen, Apparaten etc.). Siehe Bauteil (Technik)
- in der Architektur oder im Bauwesen einen Teil eines Bauwerks oder eines Gebäudes. Siehe Bauteil (Bauwesen) !

Last

Eine Last (v. althochdt. hlast = Ladung) ist #etwas von einem Träger Transportiertes, siehe Transport #in der Statik (Physik) ein Maß für die Kraft, die auf etwas wirkt #eine größere finanzielle oder steuerliche Schuld (Belastung) #im Projektmanagement eine Kundenforderung, siehe Lastenheft #in der Elektrotechnik die Belastung einer Anlage durch elektrischen Strom, siehe auch Volllast und Teillast. #in der Seemannssprache der Frachtraum #(veraltet) ein Raummaß, siehe: Last (Schifffahrt) #eine seelische Bedrückung (Bürde, Belastung) Folgende Personen tragen den Namen "Last": #der Musiker und Bandleader James Last #der Schlagzeuger Robert Last #der Musiker und Bandleader Werner Last (bekannt als Kai Warner) Folgende Orte tragen den Namen "Last": #der Weiler Last TG der Ortsgemeinde Schweizersholz im Kanton Thurgau in der Schweiz #die Ruine Last in dem Ort Schönenberg der Gemeinde Kradolf-Schönenberg in der Schweiz ---- Siehe auch: Nutzlast, Brutto, Netto, Tara

Wand

Der Begriff Wand (von althochdeutsch want winden: das Gewundene, Geflochtene) bezeichnet #ein senkrechtes Bauteil, dessen Ausdehung in die eine horizontale Richtung größer ist als in die andere Richtung. -> siehe Wand (Bauteil) #eine Fläche zur Abgrenzung eines Hohlraumes: ##Wand (Möbel), Rohrwand, Wandung, Magenwand, Darmwand #ein durch Klettern zu überwindendes Hindernis: ##Felswand, Steilwand, in den Bergen. ##Kletterwand für Klettersportler. #im Bergbau ein größeres abgetrenntes Gesteinsstück #in der Meteorologie kurz für Wolken-, oder Gewitterwand #im Tennis kurz für Tenniswand Siehe auch: Schrankwand, Plakatwand Folgende Persönlichkeiten tragen den Namen "Wand":
- Günter Wand, Dirigent Werktitel:
- Die Wand, Marlen Haushofer

Wärmeschutz

Der Wärmeschutz im Bauwesen als Teilbereich der Bauphysik kann in die Bereiche Winterlicher Wärmeschutz und Sommerlicher Wärmeschutz aufgeteilt werden.

Winterlicher Wärmeschutz

Der Winterliche Wärmeschutz hat den Zweck, während der Heizperiode an den Innenoberflächen der Bauteile eine ausreichend hohe Oberflächentemperatur zu gewährleisten und damit Oberflächenkondensat bei in Wohnräumen üblichem Raumklima auszuschließen. Oberflächenkondensat entsteht, wenn dieTemperatur der Wandoberfläche unter der Taupunkttemperatur liegt. Die einzuhaltenden Werte, beschrieben durch den Wärmedurchlaßwiderstand R in m²K/W werden als Mindestwärmeschutz in der DIN 4108 definiert. Weiter dient der Winterliche Wärmeschutz dazu, Bauteilkonstruktionen zu definieren, die den Wärmeverlust durch Transmission so weit begrenzen, daß die in der Energieeinsparverordnung (EnEV) genannten Grenzwerte eingehalten werden können. Diese werden durch den Wärmedurchgangskoeffizienten, den sogenannten U-Wert (früher k-Wert) in W/m²K beschrieben.

Sommerlicher Wärmeschutz

Der Sommerliche Wärmeschutz dient dazu, die durch Sonneneinstrahlung verursachte Aufheizung von Räumen, die in der Regel im wesentlichen auf eine Einstrahlung durch die Fenster zurückzuführen ist, so weit zu begrenzen, daß ein behagliches Raumklima gewährleistet wird. Hierbei soll gemäß den Vorschriften der Energieeinsparverordnung nach Möglichkeit auf den Einsatz von Klimatisierung verzichtet werden. Der Sommerliche Wärmeschutz, der ebenfalls in DIN 4108 geregelt ist, wird beeinflußt durch die Abmessungen des Raumes, die Orientierung der Fenster, die Art der Verglasung und der Sonnenschutzeinrichtung, interne Wärmequellen (z. B. Personenwärme, Abwärme von PC`s oder Beleuchtung) sowie die im Raum vorhandenen Speichermassen der Bauteile.

siehe auch

Wärmedämmung Kategorie:Bauphysik

Schallschutz

Definition

Lärmschutz bedeutet insbesondere Schutz vor:
- Fluglärm
- Straßenlärm
- Schienenlärm
- Gewerbelärm
- Sportlärm
- Freizeitlärm Lärmschutz ist ein wichtiger Bestandteil des Arbeits- und Umweltschutzes. Lärmschutz ist notwendig, da Lärm zu vielfältigen Gesundheitsgefahren führt, u. a.:
- Schädigung des Ohrs und Gehörs
- Schädigung des Immunsystems
- Schädigung des Herz-Kreislauf-Systems
- Stress

Gesetzliche Regelungen

Bundesrepublik Deutschland

Die gesetzlichen Regelungen zum Lärmschutz sind vielfach veraltet und führen nicht zum notwendigen Schutz. Das wichtigste Gesetz ist das Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG). Grenzwerte werden in der 16. BImSchV und der TA Lärm geregelt. Der von Kirchenglocken ausgehende Lärm wird durch die deutsche Rechtsprechung regelmäßig als unerheblich eingestuft.

Europäische Union

Auf europäischer Ebene wurde 2002 die Lärmschutzrichtlinie verabschiedet, die in Zukunft für einheitliche Mindeststandards sorgen soll. Diese ist seit dem 24. Juni 2005 durch das Gesetz zur Umsetzung der EG-Richtlinie über die Bewertung und Bekämpfung von Umgebungslärm in nationales Recht umgesetzt (Änderung des BImSchG). Der in der europäischen Richtlinie enthaltene Aktionsplan sieht vor, dass spätestens 2009 konkrete Planungen vorliegen müssen, wie die Standards in den einzelnen Mitgliedsländern eingehalten werden. Diese Aktionspläne wurden in das Bundes-Immissionsschutzgesetz aufgenommen (§§47a-47f) und müssen bis Mitte 2008 aufgestellt werden. Diese Lärmschutzrichtilinien beinhalten nicht den passiven Lärmschutz, sondern nur den aktiven.

Methoden des Lärmschutzes

Technisch unterscheidet man:
- aktiven Lärmschutz. Er umfasst Maßnahmen an der Schallquelle, also z. B. leisere Autos, Dämmung von Industrieanlagen, Flugverbote, Lärmschutzwände und -wälle,
- passiven Lärmschutz. Er umfasst Maßnahmen am Immissionsort, also z. B. lärmgedämmte Fenster.

Siehe auch

Lärmbekämpfung, Lärmbelastung

Weblinks

- [http://www.europa.eu.int/scadplus/leg/de/lvb/l21180.htm www.europa.eu.int] - Europäische Lärmschutzrichtlinie Kategorie:Umweltschutz Kategorie:Prävention

Spannweite

Die Spannweite ist die Strecke zwischen zwei Punkten, z.B.
- zwischen den Spitzen der aufgespannten Flügeln von Insekten und Vögeln (bei Insekten von 1 mm bis 1 m, Vögel bis einige Meter),
- zwischen den Spitzen der Tragflächen von Flugzeugen (von Dezimetern bis zu etwa 50 Meter),
- zwischen zwei Stützpfeilern einer Brücke (von einigen Metern bis zwei Kilometer),
- zwischen zwei Masten bei einer Freileitung,
- zwischen zwei Seilbahnstützen bei einer Luftseilbahn oder, wenn die Luftseilbahn keine Stützen hat, zwischen Tal-und Bergstation sowie
- die Länge der Arme eines Kreuzes.
- Die "Spannweite R" ist die Differenz zwischen Größtwert und Kleinstwert einer Messung.

Holzbalkendecke

Als Holzbalkendecke bezeichnet man in der Bautechnik eine Geschossdecke, deren tragende Elemente aus Holz sind, in Form von gesägten oder behauenen Balken, die Balkenlage. Die Balken liegen auf den Außenwänden und den tragenden Innenwänden auf, ggf. auch auf speziellen Kragsteinen, die aus der Wand innen hervorragen. Der Abstand der Balken ist sehr unterschiedlich und hängt ab von der zu erwartenden Last, der Dimensionierung der Balken und den konstruktiven Erfordernissen, z.B. benötigte Öffnungen für Schornsteine und Treppen. In Wohngebäuden reichen sie typisch von 1,2 m bis 50 cm, wobei jüngere Gebäude tendenziell geringere Abstände haben. Den oberen Abschluss, also die begehbare Fläche der Holzbalkendecke bildet in der Regel der Dielenboden, das sind senkrecht zu den Balken befestigte Bretter. Da diese Konstruktion sehr stark zu Schwingungen neigt, kaum Wärme und Schall dämmt, ist für Wohngebäude ein aufwendigerer Aufbau notwendig. Zur Dämmung und Dämpfung der Schwingungen muss die Decke beschwert werden, was üblicher Weise durch Füllungen zwischen den Balken erreicht wird. Die Füllung besteht entweder aus Hochofenschlacke oder Sand, der auf einen so genannten Blindboden aus Holzbrettern liegt. Dieser Aufbau wird auch als Fehlboden bezeichnet. Andere Arten der Füllung sind Formelemente aus Gips oder gebranntem Ton. Moderne oder modernisierte Decken haben zusätzlich eine Dämmung aus Mineralwolle o.ä. Vor der Industrialisierung bestand die Füllung meist aus Lehmwickeln, das sind mit Strohlehm umwickelte Holzstöcke. Diese Konstruktion nennt man Windelboden. Der untere Abschluss kann auf verschiedene Weise erfolgen:
- Bei Decken mit Lehmwickeln wurde häufig der Balkenzwischenraum mit Lehmputz verputzt und getüncht, wobei die Balken selbst sichtbar bleiben.
- An der Unterseite der Balken wird eine Holzverkleidung (Holzvertäfelung) befestigt.
- Verputzte Decke:
- an die Unterseite der Balken werden grob behauene Latten mit möglichst rauher Oberfläche genagelt, die als Putzträger fungieren (ältere Ausführung).
- auf die Latten (Spalierlatten) werden Matten aus Schilfrohr genagelt, die als Putzträger dienen (modernere Ausführung).
- Schwingend abgehängte Unterdecke: über federnd befestigte Halter wird eine zusätzliche Unterkonstruktion aus Metallprofilen oder Kanthölzern hergestellt, die wiederum eine Verkleidung aus Holz oder Gipskarton-Platten trägt (nachträgliche akustische Verbeserung der Decke). Holzbalkendecken waren bis etwa 1940 bei Mehrfamilienhäusern üblich, bei Einfamilienhäusern bis etwa 1960. Danach baute man Decken aus Stahlbeton. Der Nachteil der Holzbalkendecken ist deren geringe Schalldämmung, hoher Arbeitsaufwand bei der Herstellung und deren Brennbarkeit. Probleme können auch bei Befall durch Pilze (Hausschwamm) und Insekten (Hausbock) auftreten, die allerdings dem Werkstoff Holz an sich zu eigen sind. Kategorie:Baukonstruktion

Mauerwerk

Als Mauerwerk bezeichnet ein aus natürlichen oder künstlichen Steinen gefügtes Bauteil. Der Begriff wird als Material-Bezeichnung verwendet, nicht als Synonym zu Mauer. Beispiel: Diese Wand besteht aus Beton, jene dagegen aus Mauerwerk.

Zusammensetzung

Mauerwerk besteht aus einzelnen Steinen, die aufeinandergeschichtet werden. Es werden verschiedene Arten von Steinen verwendet:
- Künstliche Steine:
- Ziegel (Backstein) oder Klinker
- Kalksandsteine
- andere Formsteine, wie z.B. Beton- oder Gasbeton-Steine.
- Natursteine:
- Sedimentgesteine wie Kalkstein oder Sandstein
- Tiefengesteine wie Granit Dazu kommt bei bestimmten Arten des Mauerwerks noch der Mörtel.

Arten

Bruchsteinmauerwerk

Als Bruchsteinmauerwerk bezeichnet man ein Natursteinmauerwerk, das aus Bruchsteinen aufgeschichtet ist. Die Bruchsteine werden nur grob bearbeitet bzw. behauen, bis sie zwei mehr oder weniger parallele Seiten haben. Sie werden dann mit Mörtel aufgemauert, womit es sich nach DIN 1053-1 um ein Mischmauerwerk handelt. Diese Vorgehensweise ist eine sehr einfache Art, eine Mauer zu errichten. Man braucht im Gegensatz zum Schichtmauerwerk nicht selbst künstliche Steine herzustellen, sondern verwendet lokal vorkommendes Bruchgestein. Eine Sonderform des Bruchsteinmauerwerkes ist das Zyklopenmauerwerk.

Geschichte

In Süd-Jordanien wurde in der heutigen Stadt Basta Kellermauerwerk aus Natursteinen gefunden, welche mit Kalkmörtel vermauert wurden und auf ca. 6000 v. Chr. datiert wurden. Heute wird Bruchsteinmauerwerk nur noch selten eingesetzt, hauptsächlich im Garten- und Landschaftsbau, als Gartenmauer oder in Weinbergen.

Ausführung

Es ist darauf zu achten, dass die Steine auf ihr natürliches Lager gelegt werden, da es sonst zu Aufspaltungen kommen kann.

Mörtelmauerwerk

-fehlt-

Natursteinmauerwerk

Mauerwerk, das aus natürlichen Steinen besteht, z.B. Sedimentgesteine wie Kalkstein oder Sandstein oder Tiefengesteine wie Granit.

Nichttragendes Mauerwerk

Nichttragendes Mauerwerk übernimmt gegenüber tragendem Mauerwerk planmäßig keine Lasten aus anderen Bauteilen, sondern nimmt lediglich Belastungen auf, die direkt auf das Mauerwerk wirken, wie z.B. Wind, Lasten aus der Einrichtung o.ä. und natürlich sein Eigengewicht. Es wird als nichttragender Raumabschluss oder als Verblendmauerwerk verwendet. Bei der Erstellung von Wänden als nichttragendes Mauerwerk ist darauf zu achten, dass keine unplanmäßigen Lasten, Schäden an der Wand hervorrufen. So sollte beispielsweise eine nichttragende Trennwand unterhalb der Decke mit einem elastischen Material (z.B. Mineralwolle) abgetrennt werden.

Sichtmauerwerk

Bei einem Sichtmauerwerk findet keine zusätzliche Wärmedämmung an der Aussenseite der Mauer statt. Das freiliegende Verblendmauerwerk besteht aus frostbeständigen Steinen welche aufgrund der Schlagregensicherheit mindesten zwei Steinreihen in jeder Mauerschicht aufweisen müssen.

Tragendes Mauerwerk

Tragendes Mauerwerk übernimmt planmäßig Lasten aus den darüberliegenden Bauteilen (Decken, Dach) und aus seinem Eigengewicht. Das tragende Mauerwerk wird in der Regel auch zur Gebäudeaussteifung (Wind, Stabilität usw.) herangezogen. Das Erstellen oder Verändern von tragendem Mauerwerk muss in der Regel durch eine statische Berechnung nachgewiesen werden. Die Tragfähigkeit von Mauerwerk wird von der Festigkeit des Steins und der Qualität des Mörtels bestimmt. Da die Fuge zwischen Stein und Mörtel nur eine geringe Haftzugfestigkeit besitzt, müssen die Steine im Mauerwerksverband gemauert werden.

Trockenmauerwerk

siehe Trockenmauer

Verblendmauerwerk

Verblendmauerwerk bezeichnet ein Mauerwerk, das als Vorsatzschale eines mehrschichtigen Wandaufbaus fungiert und eine dekorative oder Wetterschutz-Funktion hat.

Ziegelmauerwerk

siehe Backstein

Zyklopenmauerwerk

Das Zyklopenmauerwerk ist eine Sonderform des Bruchsteinmauerwerks aus sehr großen, unregelmäßigen Steinen, welche sorgfältig aufeinander geschichtet sind. Bei lagerhaften Material und einem mehr oder weniger rechteckigen Aussehen der Sichtseite der Mauersteine spricht man von einem Bruchsteinmauerwerk. Bei einer unregelmäßigen, polygonalen Sichtfläche von einem Zyklopenmauerwerk. Beim heutigen Einsatz des Zyklopenmauerwerks werden nur unbearbeitete oder sehr wenig bearbeitete Bruchsteine verwendet. Außerdem handelt es sich bei den verwendeten Steinen oft um schwer zu bearbeitende Hartgesteine. Die Bruchsteine werden unter Verwendung von Mörtel in einem richtigen Verband aneinander gefügt, so dass möglichst enge Fugen und keine Hohlräume verbleiben. Eventuell entstehenden Hohlräume werden mit kleinen Steinen und mit Mörtel ausgefüllt. Es entstehen keine regelmäßigen Schichten und die innere Festigkeit bzw. der Zusammenhalt des Mauerwerks sind gegenüber anderen Mauerwerkstechniken gemindert. In der frühen Antike war diese Mauerwerkstechnik weit verbreitet, wobei meist sehr große Steine und keinerlei Mörtel verwendet wurden. Insbesondere in Mykene (Griechenland) ist das Zyklopenmauerwerk zu finden. Daher stammt auch der Name, denn Zyklopen sind Riesen der griechischen Sagenwelt. Auch an anderen Orten der Welt sind solche Mauern oder damit errichtete Gebäude zu finden, beispielsweise auf Malta, auf Korsika, in Peru (Inkas), in Ägypten oder auf der Osterinsel. Wie die Mensch jener Zeit und mit den damaligen Techniken die schweren Steine bearbeitet und transportiert haben ist bis heute nicht vollständig geklärt.

Normen

In Deutschland sind u. a. folgende Normen zu beachten:
- DIN 1053 Teil 1 - Mauerwerk; Berechnung und Ausführung
- DIN 18 554 - Mauerwerk; Ermittlung der Tragfähigkeit von Wänden und Pfeilern
- (weitere Normen für Steine oder Mörtel etc. finden sich in den jeweiligen Artikeln))

Siehe auch

- Baukonstruktion, Bauteil
- Portal:Architektur und Bauwesen Kategorie:Mauer Kategorie:Ziegel

Stahl

Stahl bezeichnet alle metallischen Legierungen, deren Hauptbestandteil Eisen ist und die durch Schmieden oder Walzen plastisch umformbar sind.

Definition

Nach der klassischen Definition ist Stahl eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung, die weniger als 2,06 % (Masse) Kohlenstoff enthält. Dieser Definition folgt auch die DIN EN 10020, nach der Stähle Werkstoffe, deren Massenanteil an Eisen größer ist als der jedes anderen Elements, dessen Kohlenstoffgehalt im allgemeinen kleiner als 2 Gew.-% C sind. Bei höheren Anteilen von Kohlenstoff spricht man von Gusseisen. Hier liegt der Kohlenstoff in Form von Graphit oder Zementit vor. Gegenwärtig gibt es aber einige Gruppen von Stählen, in denen Kohlenstoff kein Legierungsbestandteil mehr ist. Ein Beispiel dafür sind IF-Stähle, in deren Eisenmatrix kein Kohlenstoff interstitiell eingelagert ist. Gegenwärtig werden unter Stählen eisenbasierte Legierungen verstanden, die plastisch umgeformt werden können.

Eigenschaften

Stähle sind die am meisten verwendeten metallischen Werkstoffe. Durch Legieren mit Kohlenstoff und anderen Elementen in Kombination mit Wärme- und thermomechanischer Behandlung (gleichzeitige thermischer Behandlung mit plastischer Umformung) können die Eigenschaften von Stahl für einen breiten Anwendungsbereich angepasst werden. Der Stahl kann zum Beispiel sehr weich und dafür ausgezeichnet verformbar hergestellt werden, wie etwa das Weißblech der Getränkedosen. Demgegenüber kann er sehr hart und dafür spröde hergestellt werden, wie z. B. martensitische Stähle für Messer (Messerstahl). Moderne Entwicklungen zielen darauf, den Stahl gleichzeitig fest und duktil (verformbar) herzustellen, als ein Beitrag für den Leichtbau von Maschinen. Das wichtigste Legierungselement im Stahl ist Kohlenstoff. Er liegt entweder elementar oder als Verbindung (Zementit=Fe₃C) vor. Die Bedeutung von Kohlenstoff im Stahl ergibt sich aus seinem Einfluss auf die Stahleigenschaften und Phasenumwandlungen. Im Allgemeinen wird Stahl mit höherem Kohlenstoffanteil fester, aber auch spröder. Durch Legieren mit Kohlenstoff entstehen in Abhängigkeit von der Konzentration und der Umgebungstemperatur unterschiedliche Phasen: Austenit, Ferrit, Perlit, Ledeburit und primärer, sekundärer und tertiärer Zementit. Durch beschleunigtes Abkühlen von Austenit, in dem Kohlenstoff gelöst ist, können die weiteren Phasen wie fein- (ex Sorbit) und feinststreifiger Perlit (ex Troostit) sowie nadeliger/körniger Bainit ("Zwischenstufe") und massiver/nadeliger Martensit bzw. Hardenit entstehen (siehe auch Härten). Die Kristallitstruktur von Stahl kann mit dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm beschrieben werden. Die Dichte von Stahl bzw. Eisen beträgt rund 7,85
- 10³ kg/m³, der E-Modul ca. 210 GPa.

Stahlherstellung

Hochofenroute

Bei diesem Verfahren wird zuerst Roheisen aus Eisenerz und Koks hergestellt. Außerdem kann zusätzlich Schrott eingesetzt werden. Danach wird durch weitere Verfahren aus Roheisen Stahl hergestellt. Die Stahlherstellung aus Eisenerz erfolgt gegenwärtig üblicherweise mit einem Hochofen. Das Eisenerz wird zunächst gesintert, um eine geeignete Stückigkeit einzustellen. Der Sinter wird mit Kalkstein und Koks zum Möller vermischt und anschließend in den Hochofen chargiert. Der Hochofen ist ein metallurgischer Reaktor, in dem im Gegenstrom die Möllersäule mit heißer Luft, dem so genannten Wind reagiert. Durch Verbrennen des Kohlenstoffs aus dem Koks entstehen die für die Reaktion nötige Wärme und Kohlenmonoxid, das die Möllersäule durchströmt und das Eisenoxid reduziert. Als Ergebnis entstehen Roheisen und Schlacke, die periodisch abgestochen werden. Da das Roheisen sehr viel Kohlenstoff enthält, muss es einen weiteren Prozessschritt durchlaufen. Durch Aufblasen von Sauerstoff, dem so genannten Frischen, wird der Kohlenstoff oxidiert und es entsteht flüssiger Stahl. Nach dem Zulegieren der gewünschten Elemente wird er im Strang oder in der Kokille zu Halbzeug vergossen. Das Vergießen bedarf besonderer Techniken, man unterscheidet zwischen beruhigtem und unberuhigt vergossenem Stahl (unter Beruhigen versteht man das Binden des in der Schmelze gelösten Sauerstoffs durch Zulegieren von Aluminium oder Silizium). Dies hat Einfluss auf im erkaltenden Stahl entstehende Seigerungen (Materialentmischungen, z. B. Schwefelablagerungen) oder Lunker (durch das Schwinden des Materials bedingte Hohlräume). Beide sind mit Qualitätsverlusten verbunden.

Direktreduktion

Die Nachteile des Hochofens sind, dass hohe Ansprüche an die Einsatzmaterialien gestellt werden und der Ausstoß an Kohlendioxid. Der eingesetzte Eisenträger und der Koks müssen stückig und hart sein, so dass genügend Hohlräume in der Möllersäule bestehen bleiben, die das Durchströmen durch den eingeblasenen Wind gewährleisten. Der CO₂-Ausstoß stellt eine hohe Umweltbelastung dar. Deshalb gibt es Bestrebungen, die Hochofenroute abzulösen. Bisher hat sich aber kein Verfahren gegenüber dem Hochofen etablieren können. Zu nennen sind hier die Eisenschwamm- und Pelletsherstellung in Drehrohröfen sowie die Corex-, Midrex- und Finex-Verfahren. Die bisher am meisten verbreiteten Verfahren sind Midrex - bzw HYL Direktreduktionsverfahren, die Eisenschwamm bzw. HBI ( Hot Briquetted Iron ) als festes Einsatzmaterial erzeugen. Dieses ist immer noch mit einer gewissen Menge von Gangart des Ausgangserzes belastet, aber der Kohlenstoffgehalt ist normalerweise nicht höher als 1%. Das Corex-Verfahren ist neueren Datums und erzeugt ein flüssiges, roheisenähnliches Vormaterial, dessen Kohlenstoffgehalt bei ca. 3,5 bis 4% liegt.

Stahlherstellungsverfahren

Man kann zwischen so genannten Blasverfahren und Herdfrischverfahren unterscheiden. Bei den Blasverfahren wird das Roheisen mit Sauerstoff oder Luft gefrischt. Der Oxidationsprozess, der den Kohlenstoffanteil senkt (das Frischen), liefert in diesen Verfahren genug Wärme, um den Stahl flüssig zu halten, eine externe Wärmezufuhr ist in den Konvertern deshalb nicht notwendig. Die Blasverfahren kann man zusätzlich in Aufblasverfahren und Bodenblasverfahren unterteilen. Zu den Bodenblasverfahren gehören das Bessemerverfahren, das Thomasverfahren, die Rennfeuer und frühen Hochöfen. Das bekannteste Aufblasverfahren ist das LD Verfahren. Bei den Herdfrischverfahren wird der zur Oxidation notwendige Sauerstoff dem zugesetzten Schrott und Erz entnommen. Außerdem muss den Herdfrischkonvertern extern Wärme zugeführt werden. Die bekanntesten Herdfrischverfahren sind das Siemens-Martin-Verfahren und der Elektroofenprozess. In moderner Zeit wird Stahl zunehmend in integrierten Stahlwerken hergestellt, die die Roheisenherstellung, die Stahlproduktion und die Halbzeug-Fabrikation in einem Werk integrieren, um Transporte, Energie und damit Kosten zu sparen.

Historische Verfahren

Meteoreisen

Ursprünglich wurde das Eisen von Eisenmeteoriten verarbeitet. In Lehmöfen, die mit Holzkohle und Luft, durch Blasebalge, beschickt wurden, konnten enorme Temperaturen erreicht werden. 1300–1600 °C waren nötig, um die Eisen-Nickel-Legierung, die in den Meteoren enthalten ist (80-95 % Eisen), herauszuschmelzen.

Rennfeuer

Ca. 1500 v. Chr wurden die ersten Rennöfen gebaut. Diese sind Lehmöfen, in die Holzkohle und Eisenerz schichtweise eingebracht wurden. Im Rennofen entstehen Temperaturen zwischen etwa 1200 und 1300 °C, die das taube Gestein aufschmelzen und als Schlacke ablaufen lassen. Daher stammt auch der Name: Rennen von Rinnen. Das Eisen wird durch die Holzkohle reduziert. Es entsteht eine von Schlacketeilchen durchsetzte Luppe, die durch Schmieden weiterverarbeitet werden kann. Schmieden

Stück- oder Wolfsofen

Ab etwa dem 12. Jahrhundert wurden die Öfen nicht mehr in die Erde sondern oberirdisch gebaut (Vorläufer der Hochöfen) und zusätzlich durch wassergetriebene Blasebälge mit Luft versorgt. Auch wurde der Stahl mit wassergetriebenen Hammerwerken bearbeitet.

Gussstahl

Das Roheisen wird im seit 1842 angewendeten Gussstahlverfahren zusammen mit Schrott geschmolzen. Der Sauerstoffanteil im Schrott frischt das Roheisen und verbessert somit die Qualität des Stahls.

Puddel-Verfahren

Das Puddel-Verfahren wurde im Jahre 1784 von Henry Cord in England erfunden. Dabei wird die schon zäh werdende Roheisenmasse mit Stangen gewendet, so dass möglichst viel der Oberfläche mit der Umgebungsluft in Berührung kommen kann. Durch diesen Sauerstoffkontakt wird das Roheisen gefrischt und so zu Stahl verarbeitet (siehe auch Eiffelturm, Griethauser Brücke).

Thomas- und Bessemerverfahren, DSN-Verfahren

Griethauser Brücke Diese sind Konverterverfahren, bei denen durch Bodendüsen des Konverters Gase in die Roheisenschmelze gedrückt werden. Die Thomas- und Bessemerverfahren verwenden Luft, im DSN-Verfahren (Dampf-Sauerstoff-Neunkirchen) wird Sauerstoff zusammen mit Wasserdampf statt Luft eingesetzt. Das auch "saures Windfrischverfahren" genannte Bessemerverfahren wurde 1855 von Henry Bessemer entwickelt. Das Thomasverfahren (auch "basisches Windfrischverfahren" genannt und bekannt durch die Konverterform: die Thomasbirne) wurde 1878 von Percy Gilchrist und Sidney Thomas erfunden. Sie unterscheiden sich durch die Ausmauerung des Ofens, welche entweder sauer oder basisch wirkt und so verschiedene Eigenschaften aufweist (im Thomasverfahren eine Dolomit-Teer-Mischung).

OBM-Verfahren

Im OBM-Verfahren (Oxygen-Bottom-Maxhütte oder Oxygen-Bodenblas-Metallurgie-Verfahren) werden Sauerstoff und Butan oder Propan durch den Boden des Konverters eingeblasen. Mit der Stillegung der Neuen Maxhütte in Sulzbach-Rosenberg im Jahr 2003 ist der einzige deutsche OBM Konverter stillgelegt worden. In Charleroi (Belgien) existieren OBM Konverter im Stahlwerk Duferco Carsid.

Siemens-Martin-Verfahren

Dieses war die bevorzugte Stahlherstellungsmethode, von seiner Erfindung 1864 durch Friedrich Siemens und Wilhelm Siemens und seiner Umsetzung zusammen mit Emile Martin und Pierre Martin, bis in die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts. Der SM-Ofen besteht aus dem Oberofen, mit dem vom Gewölbe überspanntem Schmelzraum und dem Unterofen. Im Oberofen wird flüssiges Roheisen, Roheisenmasseln (sic!) oder der Schrott chargiert. Im Unterofen sind die Regenerationskammern zur Luft- und Gasvorwärmung untergebracht. Im Oberofen wird mit öl- oder gasbetriebenen Brennern der Schmelzraum beheizt. Die Reduktion des Kohlenstoffs (Frischen) erfolgt durch den Sauerstoffüberschuss der Brennerflamme oder durch Zugabe von Eisenerz. Das Verfahren wurde inzwischen durch Sauerstoffblasverfahren verdrängt. 1993 wurde in Brandenburg an der Havel der letzte deutsche SM-Ofen stillgelegt. Er ist heute als technisches Denkmal erhalten.

Aktuelle Verfahren

Linz-Donawitz-Verfahren

Im Linz-Donawitz- oder LD-Verfahren wird durch eine Lanze Sauerstoff auf das Schmelzbad im Konverter geblasen, so werden unerwünschte Begleitstoffe oxidiert und können dann als Schlacke abgestochen werden. Durch Zugabe von Schrott und Erz kann der Roheiseneinsatz verringert und die Schmelze gekühlt werden. In den Konverter muss flüssiges Roheisen chargiert werden, da das Verfahren die Einsatzstoffe nicht aufschmelzen kann. Der fertige Stahl wird durch Kippen des Konvertergefäßes in Pfannen abgestochen. Das Verfahren ist benannt nach den Standorten Linz und Donawitz der österreichischen Unternehmen VÖEST und Alpine Montan – beide inzwischen fusioniert zur Voestalpine – die dieses Verfahren entwickelten. Inzwischen existieren mehrere Varianten des LD-Verfahrens, bei dem etwa gleichzeitig Sauerstoff und anschließend Argon durch Bodendüsen eingeleitet werden (LBE, Lance Bubbling Equilibrium).

Elektrostahlverfahren

Bei den Elektrostahl-Verfahren wird die zum Schmelzen erforderliche Wärme durch einen Lichtbogen oder durch Induktion erzeugt. Der Lichtbogenofen wird mit Schrott, Eisenschwamm und Roheisen beschickt. Außerdem werden noch Kalk zur Schlackenbildung und Reduktionsmittel zugegeben. Der von den Graphitelektroden zum Schmelzgut verlaufende Lichtbogen erzeugt Temperaturen bis zu 3500°C. Deshalb können auch schwer schmelzbare Legierungelemente wie Wolfram und Molybdän als Ferrolegierungen eingeschmolzen werden. Mit Lichtbogenöfen können alle Stahlsorten hergestellt werden.

Corexverfahren

Der COREX-Prozess ist ein zweistufiges Schmelzreduktionsverfahren („smelting-reduction“), in dem Roheisen auf Basis nicht verkokter Kohle und Eisenerzen hergestellt werden kann. Es ist also kein Verfahren zur Herstellung von Stahl. Ziel des Schmelzreduktionsverfahren ist es, durch die Kombination von Schmelzprozess, Kohlevergasung und Direktreduktion flüssiges Eisen zu erzeugen, dessen Qualität dem Hochofenroheisen entspricht. Die Schmelzreduktion kombiniert den Prozess der Direktreduktion (Vorreduktion von Eisen zu Eisenschwamm) mit einem Schmelzprozess (Hauptreduktion). Der Prozess läuft also zweistufig in getrennten Aggregaten ab. Zuerst werden die Erze zu Eisenschwamm reduziert, im zweiten Schritt erfolgt die Endreduktion und das Aufschmelzen zu Roheisen. Die für den Schmelzvorgang nötige Energie liefert die Verbrennung von Kohle (nicht verkokt). Dabei entstehen große Mengen Kohlenmonoxid als Abgas, das als Reduktionsgas genutzt wird. Der Name COREX leitet sich aus den Worten "Kohle" und "reduziert" ab.

Veränderung von Stahleigenschaften

Stahl kann gewollte Eigenschaften (Härte, Duktilität, Kerbschlagzähigkeit...) annehmen. Die drei grundsätzlichen Methoden zur Veränderung der Stahleigenschaften sind:
- Legieren
- Wärmebehandlung (Glühen, Härten, Vergüten, Tempcore-Verfahren...)
- Kaltverformen (Walzen, Ziehen...)

Wirtschaftliche und historische Bedeutung

Der Werkstoff Stahl und die Steigerung seiner Produktion ging über etwa 130 Jahre direkt einher mit der weltwirtschaftlichen Entwicklung bis in die Gegenwart. In manchen Wirtschaftsbereichen (z. B. Schiffbau) stellte die Stahlproduktion die einzige Wachstumsgrenze dar. Die technisch-industrielle Revolution der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts und die enorme Steigerung der Stahlproduktion bedingten sich gegenseitig. Der Pariser Eiffelturm symbolisiert als gewaltige Stahlkonstruktion diesen Zeitabschnitt. Die Stahlproduktion einer Volkswirtschaft wurde lange Zeit sogar als Maß für ihre Leistungsfähigkeit angesehen. Vor und nach dem Zweiten Weltkrieg spielte der Stahl bei der Produktion von Rüstungsgütern, insbesondere von Panzern, die Hauptrolle. Deutschlands Norwegenfeldzug wurde wegen des schwedischen Eisenerzes unternommen, und die Alliierten wollten das Ruhrgebiet, damals der größte geografische Waffenproduzent Europas, mittels gezielter Dammbrüche überschwemmen. In der Nachkriegszeit wurde in Europa die Montanunion gegründet, um die Stahlproduktion unter Kontrolle zu halten. Aus dieser Verbindung entstand in mehreren Schritten die Europäische Union.

Rohstoffsituation

Obwohl die Erdkruste zu fünf Prozent aus Eisen, dem wichtigsten Ausgangsmaterial für Stahl, besteht, wird gegenwärtig der Rohstoffbedarf der Industrie nicht gedeckt. Beginnend im 2. Halbjahr 2003 zeigt sich eine dramatisch veränderte Rohstoffsituation, die vor allem durch den stark steigenden Stahlbedarf der Volkswirtschaften in der Volksrepublik China, Indien und Brasilien verursacht wurde. Seit einigen Jahren wächst allein die Stahlproduktion in China jährlich um mehr als die gegenwärtige Gesamtproduktion Deutschlands. Plötzlich reichte die Erzeugung der Erzminen nicht mehr aus, die Umschlagkapazitäten der Erzhäfen waren erschöpft, und es waren auch nicht mehr genug Schiffe für den Erztransport verfügbar. Ähnliche Entwicklungen ergaben sich für Koks, welcher für die Roheisenherstellung benötigt wird, und für Schrott als Sekundärrohstoff für die Stahlerzeugung. Die Konsequenzen aus dieser Entwicklung wurden von den großen Stahlherstellern der Industrieländer unterschätzt, so dass der aktuelle Rohstoffbedarf nicht gedeckt werden kann. Infolgedessen haben sich die Preise für Rohstoffe und Stahlprodukte vervielfacht. Gegenwärtig ist Stahl knapp und teuer. Es ist keine Trendwende in Sicht, die Stahlproduktion und der Rohstoffbedarf werden weiter steigen, obwohl die Wachstumsrate durch staatliche Eingriffe gegenwärtig sinkt. Der Bedarf an Eisenerz wird durch das Erschließen neuer Abbaugebiete gedeckt werden können. Außer der Stahlindustrie sind auch Beton und Aluminium von diesem Phänomen betroffen. Eine Ursache für den hohen Erdölpreis ist ebenfalls der gestiegene Rohstoffbedarf der Schwellenländer.

Ökologie

Stahl ist aus ökologischer Sicht ein hervorragender Werkstoff, da er nahezu ohne Qualitätsverlust unbegrenzt recycelbar ist, indem der Schrott wieder geschmolzen wird. Demgegenüber ist der Hochofenprozess ökologisch bedenklich, da er ein bedeutender Emittent von Kohlendioxid ist. Deshalb wird intensiv an neuen Verfahren der Roheisenerzeugung geforscht.

Konkurrenzmaterialien

Stahl steht insbesondere in der Automobilindustrie in direkter Konkurrenz mit Werkstoffen mit geringerem spezifischem Gewicht, wie Aluminium, Magnesium, Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen. Da diese Werkstoffe aber durchweg weniger fest sind als Stahl, kann der Gewichtsvorteil durch gezieltes Verwenden von hochfesten Stählen und konstruktiven Maßnahmen (etwa dünneres Blech mit Aussparungen aber dafür Sicken) ausgeglichen werden.

Arten von Stählen

Nach DIN EN 10020 wird zwischen den zwei Hauptgüteklassen
- Qualitätsstahl (QS) und
- Edelstahl (SS) unterschieden. Die Kurznamen der Stähle sind in der DIN EN 10027 festgelegt. Heute werden ca. 2500 verschiedene Stahlsorten hergestellt. Die Stahlwerkstoffe werden nach den Legierungselementen, den Gefügebestandteilen und den mechanischen Eigenschaften in Gruppen eingeteilt. In Abhängigkeit vom Legierungsgehalt wird unterteilt in:

Unlegierte Stähle

Unlegierte Stähle werden in Stahlwerkstoffe, die nicht für eine Wärmebehandlung vorgesehen sind, und in Stähle für eine Wärmebehandlung eingeteilt.

Niedriglegierte Stähle

(Der Gehalt aller Legierungselemente außer Kohlenstoff beträgt < 5%) Niedriglegierte Stähle haben prinzipiell ähnliche Eigenschaften wie unlegierte Stähle. Technisch wichtig ist ihre wesentlich bessere Eignung zur Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften durch Wärmebehandlung und mit speziellen Legierungskombinationen auch die erhöhte Warmfestigkeit.

Hochlegierte Stähle

(Der Gehalt eines der Legierungselemente beträgt mindestens 5%) Hochlegierte Stähle sind für Sondereigenschaften erforderlich. Zunderbeständigkeit oder besondere physikalische Eigenschaften lassen sich nur durch hochlegierte Stähle erzeugen

Einteilung nach Anwendungsgebieten

Weitere wichtige Eigenschaften für den Anwender sind die Einsatzbereiche und Verwendungsmöglichkeiten der Stähle. Daher ist auch eine Kennzeichnung sinnvoll, aus denen dies entnommen werden kann:
- Allgemeiner Baustahl
- Automatenstahl
- Betonstahl
- Einsatzstahl
- Federstahl
- Nichtrostender Stahl (Nirosta) - Diese gibt es als ferritische und austenitische Stähle. Ersterer wird durch Legieren von mindestens zehn Prozent Chrom erhalten. In austenitischen nichtrostenden Stählen ist zusätzlich Nickel legiert. Die austenitischen Stähle sind bei Raumtemperatur nichtmagnetisch.
- Nitrierstahl
- Säurebeständiger Stahl
- Spannstahl
- Tiefziehstahl - Darunter werden diejenigen Stahlsorten zusammengefasst, die zum Weiterverarbeiten durch Tiefziehen geeignet sind. Diese Stähle sind im Allgemeinen sehr weich und dürfen keine ausgeprägte Streckgrenze aufweisen.
- Vergütungsstahl
- Werkzeugstahl - Wird zur Herstellung von Werkzeugen und Formen verwendet.
- Schnellarbeitsstahl
- Damaszener Stahl - Dieser ist ein Werkstoff für Säbel und ist für seine Flexibilität und Festigkeit bekannt. Damaszener Stahl ist kein Stahl im eigentlichen Sinn, sondern ein Verbundwerkstoff aus verschiedenen Stählen, die durch Feuerschweißen verbunden werden.

Siehe auch

- Stahl/Tabellen und Grafiken
- Stahlsorte
- Eisen(II)oxid
- Vermieulit
- Stahlblech

Weblinks

- [http://www.tis-gdv.de/tis/ware/stahl/coils/coils.htm Transport-Informations-Service: Fachinformationen zum Transport von Stahl]
- http://www.uni-bayreuth.de/departments/didaktikchemie/umat/eisen/eisen.html
- http://stahl.profzone.ch/
- http://www.lpm.uni-sb.de/chemie/begleitmaterial/Metallkunde.pdf - Umfangreiches Dokument zur Metallkunde, besonders Eisengewinnung und Stahlherstellung. Im Adobe PDF Format.
- http://www.stahl-online.de mit vielen guten Informationen
- http://www.metallurgie.at - Metallurgiestudium an der Montanuniversität Leoben
- http://www.stahldat.de Informationen zu Normdaten etc. von Stahl
- http://www.quarks.de/dyn/25340.phtml Wissenschaftssendung Quarks&Co: Stahl - kein altes Eisen Kategorie:Baustoff Kategorie:Legierung ja:鋼 simple:Steel

Aluminium

Aluminium (von lat. alumen = Alaun) ist ein chemisches Element des Periodensystems mit der Ordnungszahl 13. Das Elementsymbol ist Al. Es gehört zur Borgruppe (früher auch als Gruppe der Erdmetalle bezeichnet). Aluminium ist das dritthäufigste Element und häufigste Metall in der Erdkruste und tritt nur in chemisch-gebundenem Zustand auf.

Eigenschaften

Das Leichtmetall Aluminium hat aufgrund einer sich sehr schnell an der Luft bildenden dünnen Oxidschicht ein stumpfes, silbergraues Aussehen. Die Oxidschicht macht Aluminium sehr korrosionsbeständig. Durch elektrische Oxydation (eloxieren) oder auf chemischem Weg kann die schützende Oxydschicht verstärkt werden. Aluminium ist ein sehr weiches, zähes Metall, es ist dehnbar und kann durch Auswalzen zu dünner Folie verarbeitet werden. Es lässt sich gut gießen, verformen, biegen, pressen, schmieden und spanabhebend bearbeiten. Entstandene Spannungen durch Kaltverformen können durch weichglühen (bis 250°C) beseitigt werden. Aluminium ist ein guter elektrischer Leiter (60% von Kupfer).

Geschichte

Aluminium ist im Vergleich zu anderen Metallen noch nicht lange bekannt. Es wurde erst im Jahr 1808 durch Sir Humphry Davy entdeckt und benannt. Friedrich Wöhler gelang die Herstellung von Aluminium im Jahr 1827 basierend auf einer unreinen Form, die Hans Christian Ørsted zwei Jahre zuvor hergestellt hatte. Der Preis von Aluminium war zu jener Zeit höher als der von Gold. Durch Henri Sainte-Claire Deville wurde der Wöhler-Prozess im Jahr 1846 weiter verfeinert und 1859 in einem Buch publiziert. Dadurch fiel der Aluminiumpreis innerhalb von zehn Jahren um 90 Prozent. 1886 wurde unabhängig voneinander durch Charles Martin Hall und Paul Héroult das jetzt nach ihnen benannte Verfahren zur Herstellung von Aluminium entwickelt: der Hall-Héroult-Prozess. Nach diesem Prinzip erfolgt noch heute die großtechnische Aluminiumherstellung. Im Jahr 1889 wurde das Verfahren durch Carl Josef Bayer weiter verbessert.

Vorkommen

Aluminium ist das Metall, welches in der Erdkruste am häufigsten vorkommt (7,57 Prozent des Gesamtgewichts der Erdkruste). Es tritt allerdings nirgends rein auf, sondern nur in chemischen Verbindungen. Aluminium findet man in der Natur häufig als Aluminiumsilikat in Ton, Gneis, Granit und Basalt. Eine wirtschaftliche Gewinnung von Aluminium ist nur aus Bauxit möglich. Bauxit enthält ca. 60% Aluminiumoxyd (Al₂O₃), ca. 30% Eisenoxyd (Fe₂O₃), Siliziumoxyd (SiO₂) und Wasser. In seltener Form ist Aluminiumoxid in Korund, bekannt als Rubin und Saphir, vorhanden. Die rote bzw. blaue Farbe der Steine entstehen durch Verunreinigungen. Bauxitvorkommen befinden sich in Südfrankreich (Les Baux), Ungarn, Russland, Indien und USA.

Gewinnung und Darstellung

Nach dem Verfahren von Ørsted (1825) wird Aluminium aus Aluminiumchlorid und Kaliumamalgam hergestellt, wobei Kalium als Reduktionsmittel dient:

\mathrm

Nach Wöhler wird metallisches Kalium zur Reduktion verwendet. Technisch gelingt die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse (Kryolith-Tonerde-Verfahren, Bayer-Verfahren). Dieser Prozess ist sehr energieaufwändig. Der Energieaufwand beträgt etwa 13–16 kWh/kg. Wegen der geringen Dichte von Aluminium wird dieses Metall gerne da verwendet, wo Masse bewegt werden muss, vor allem in der Verpackungsindustrie und der Luft- und Raumfahrt; Aus diesem Grund gewinnt der Werkstoff Aluminium im Fahrzeugbau zunehmend an Bedeutung. In Legierungen mit Magnesium, Silizium und anderen Metallen werden Festigkeiten in Strangpressprofilen erreicht, die denen von Stahl nur wenig nachstehen. Daher ist die Verwendung von Aluminium für die Gewichtsreduzierung sehr beliebt. Insbesondere im Flugzeugbau und in der Weltraumtechnik ist Aluminium der Werkstoff der Wahl. Kraftfahrzeughersteller nutzen den Werbeeffekt des Werkstoffes. Im Haushalt trifft man Aluminium in Form von Getränkedosen und Aluminiumfolie an, zuweilen auch als Kochtöpfe. Umweltverbände kritisieren den Einsatz von Aluminium wegen des hohen Ressourcenverbrauchs bei der Herstellung. In der Lebensmittel-Herstellung findet es Verwendung als Lebensmittelfarbe (E 173) bei Überzügen von Zuckerwaren zur Dekoration von Kuchen und Feinen Backwaren. In Pulverform (Partikelgröße < 500 µm) ist es vor allem, wenn es nicht phlegmatisiert ist, aufgrund seiner großen Oberfläche sehr reaktiv. So reagiert Aluminium beispielsweise mit Wasser unter Abgabe von Wasserstoff zu Aluminiumoxid. Ebenso ist es für die stark exotherme (bis zu 2500 °C) Thermit-Reaktion unerlässlich. Vorsicht: Nicht phlegmatisierter Aluminiumstaub entzündet sich bei Luftkontakt explosionsartig von selbst, er hat das Gefahrenzeichen [F+]. Aluminium wird häufig durch eine Eloxalschicht geschützt. Die Aluminiumverarbeitung geschieht oft mit Hilfe von Gußverfahren (Aluminiumgießerei). Urformen:
- Sandguss
- Strangguss
- Druckguss
- Kokillenguss
- Strangpressen
- Sprühkompaktieren

Sicherheitshinweise

Aluminium ist eines der wenigen reichlich vorhandenen Elemente, das keine vorteilhafte Funktion in lebenden Zellen zu haben scheint, aber einige Prozent der Bevölkerung reagieren allergisch — sie erleiden Ausschläge in jeder möglichen Form durch Verwenden von Antitranspirationsprodukten, Verdauungsstörungen und Unfähigkeit, Nährstoffe aus der Nahrung aufzunehmen, die in Aluminiumtöpfen gekocht wurde, oder Erbrechen und anderen Vergiftungserscheinungen durch Einnehmen aluminiumhaltiger Medikamente. Aluminium ist nicht so giftig wie Schwermetalle, aber vieles spricht für eine geringe Giftigkeit, wenn es in übermäßigen Mengen gebraucht wird. Jedoch ist der Gebrauch von Aluminiumgeschirr, das sehr populär wegen seiner Korrosionsbeständigkeit und guten Hitzeübertragung ist, unbedenklich. Übermäßiger Verbrauch von Mitteln gegen Sodbrennen und Deodorants, die Aluminium enthalten, sind wahrscheinlichere Ursachen von Vergiftungserscheinungen. Es wurde eine Zeit lang vermutet, dass Aluminium Alzheimer hervorrufen kann. Diese Vermutung konnte nicht bewiesen werden. Ferner besteht jedoch der Verdacht, dass Aluminium Brustkrebs fördern könnte. Auch diese Vermutung ist noch nicht wissenschaftlich bestätigt.

Ökologie

Hinsichtlich der Umweltbelastung ist die gute Recyclierbarkeit von Aluminium hervorzuheben. Außerdem wird durch Leichtbau mit Aluminiumwerkstoffen (beispielsweise Aluminiumschaum, Strangpressprofile) Masse von beweglichen Teilen und Fahrzeugen gespart, was zur Energieeinsparung bei der Anwendung führt. Andererseits wird für die Elektrolyse von Aluminium sehr viel Elektroenergie benötigt. Der Abbau von Bauxit führt zu Umweltzerstörungen. Aluminium ist physiologisch unbedenklich und hat deshalb seine berechtigte Anwendung in der Nahrungsmittelindustrie.

Aluminiumlegierungen

Die erste hochfeste, aushärtbare Aluminiumlegierung bekam 1907 den Markennamen Duraluminium. Aluminium kann im schmelzflüssigen Zustand mit Kupfer, Magnesium, Silizium, Eisen, Titan, Beryllium, Chrom, Zink, Zirkon und Molybdän legiert werden, um bestimmte Eigenschaften zu fördern oder andere, ungewünschte Eigenschaften zu unterdrücken.
- Aluminiumgusslegierungen - Herstellung von Motoren- und Getriebegehäusen. Typische Aluminiumgusslegierungen sind: AlSi, AlSiCu, AlSiMg, AlCuTi, AlMg
- Aluminiumknetlegierungen - Platten und Bandproduktion durch Warmumformen (Walzen, Strangpressen). Typische Aluminiumknetlegierungen sind: AlMgSi, AlCuMg, AlMg, AlSi, AlZnMg, AlZnMgCu, AlMn
- Aushärtung von Aluminiumlegierungen - Gitterverspannung durch Abschrecken Es gibt Aluminiumknetlegierungen (AW, engl. wrought), zum Beispiel AlMg4,5Mn, und Aluminiumgusslegierungen (AC). Aluminiumgusslegierungen werden z.B. für Leichtmetallfelgen verwendet.

Verbindungen

- Aluminiumoxid Al₂O₃, auch als Tonerde oder Korund bekannt, liegt als weißes Pulver oder in Form sehr harter Kristalle vor und wird als Schleif- oder Poliermittel verwendet.
- Kaliumaluminiumsulfat KAl(SO₄)₂, bekannt als "Alaun" zum Blutstillen.
- Aluminiumacetat Al(CH₃-COO)₃, bekannt als essigsaure Tonerde für entzündungshemmende Umschläge.
- Aluminiumorganische Verbindungen - Triethylaluminium u.v.m. - werden im großtechnischen Maßstab als Katalysatoren in der Polyethylen-Herstellung eingesetzt. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Halbleitertechnik. Hier werden flüchtige Aluminiumalkyle (Trimethylaluminium, Triethylaluminium etc.) als Vorstufen zur CVD (Chemical-Vapor-Deposition)- Abscheidung von Alumiumoxid verwendet, das man als Isolator und Ersatz für das nicht ausreichend isolierende Siliziumdioxid einsetzt.
- Bei der Aluminothermie wird Aluminium zur Gewinnung anderer Metalle und Halbmetalle verwendet (siehe auch Thermitverfahren).

Siehe auch

- Liste der größten Aluminiumproduzenten
- Aluminiummarkt

Weblinks

- [http://www.taprofessional.de/charts/Aluminium-Line-Chart.htm Charts: Kurs-Entwicklung Aluminium in Dollar]
- [http://www.aluinfo.de/index.html www.aluinfo.de]
- [http://www.kalzip.com/de/produkte/aluminium_home.htm Aluminum als Werkstoff in der Architektur] Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Erdmetall Kategorie:Periode-3-Element Kategorie:Metall ja:アルミニウム ko:알루미늄 simple:Aluminium th:อะลูมิเนียม

Beton

] Beton ([], österr. [], schweiz. []) ist ein künstliches Gestein aus Zement, Betonzuschlag (Sand und Kies oder Splitt) und Wasser. Er kann außerdem Betonzusatzstoffe und Betonzusatzmittel enthalten. Der Zement dient als Bindemittel, um die anderen Bestandteile zusammenzuhalten. Die Festigkeit des Betons entsteht durch Auskristallisierung der Klinkerbestandteile des Zements, wodurch sich kleinste Kristallnadeln bilden, 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. Beton kann zwar hohen Druck aushalten (40 MN/m² und mehr; entspricht ca. 250 Kleinwagen auf einem DIN A4-Blatt!), versagt aber schon bei niedrigen Zugbeanspruchungen (4 MN/m² und weniger). Trotzdem würde ein Betonstab, auf Zug nur durch sein Eigengewicht belastet, erst bei ungefähr 160 m Länge reissen. Beton wird daher im Hochbau und im Tiefbau häufig in Zusammenhang mit Betonstahl als Stahlbeton bzw. mit Spannstahl als Spannbeton verwendet. Bei diesem Verbundbaustoff übernimmt der Beton vor allem Druckkräfte und der vom Beton umhüllte Stahl vor allem Zugkräfte. Das künstliche Gestein Beton hat zwei besondere zeitabhängige Eigenschaften. Erstens erfährt es durch die Austrocknung eine Volumenabnahme bzw. Verkürzung, was als Schwinden bezeichnet wird. Zweitens verformt es sich unter gleichbleibender Last, das sogenannte Kriechen. Der größte Teil des Wassers wird jedoch als Kristallwasser gebunden. Beton trocknet also nicht, vielmehr bindet er ab, d.h., der zunächst dünnflüssige Zementleim (Zement + Wasser) steift an, erstarrt und wird schließlich fest, je nach Zeitpunkt und Ablauf der chemisch-mineralogischen Reaktion des Zements mit dem Wasser, der Hydratation. Durch das Wasserbindevermögen des Zementes kann der Beton, im Gegensatz zum gebrannten Kalk, auch unter Wasser erhärten und fest bleiben. Der Frischbeton wird heutzutage meist mit Autobetonpumpen oder Kränen zur Einbringstelle gefördert.

Unterscheidungsmerkmale

Beton lässt sich unterscheiden nach
- der Trockenrohdichte (Leichtbeton, Normalbeton, Schwerbeton)
- der Druckfestigkeit
- dem Ort der Herstellung, der Verwendung oder dem Erhärtungszustand (Baustellenbeton, Transportbeton, wasserundurchlässiger Beton, Unterwasserbeton, Frischbeton, Festbeton)
- der Konsistenz (selbstverdichtender Beton, Fließbeton, steifer Beton, Stampfbeton, Pumpbeton) Die Betoneigenschaften sind abhängig von der
- Zusammensetzung (Zementgehalt, Menge Anmachwasser, Wasserzementwert, Kornabstufung, Qualität der Zuschlagstoffe, Mehlkorngehalt)
- Verarbeitung (Verdichtung, Nachbehandlung)

Geschichte

Mehlkorn Dauerhafter Kalkmörtel als Bindemittel konnte schon an 10.000 Jahren alten Bauwerksresten in der Türkei nachgewiesen werden. Gebrannter Kalk wurde durch die Ägypter beim Bau der Pyramiden verwendet. Die Römer entwickelten den 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 Bruchsteinen und zeichnete sich durch eine hohe Druckfestigkeit aus. Damit wurden unter anderem die Aquädukte und die Kuppel das Pantheon in Rom, welche einen Durchmesser von 43 Metern hat, hergestellt. Eine wesentliche Verbesserung, die von den Römern entwickelt wurde, war die Verwendung inerter Zuschlagsstoffe, die im Wesentlichen 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. Fraglich ist die Verwendung des römischem Betons bei der Kuppel des Doms in Florenz (Dom Santa Maria del Fiore). Die Kuppel wurde von 1420 bis 1431 unter Filippo Brunelleschi gebaut und war mit einem Durchmesser von 45 Meter und einer Höhe von 107 Metern damals die größte Kuppel der Welt. Der Name Beton kommt aus dem Französischen und leitet sich vom lateinischen Bitumen (schlammiger Sand, Erdharz, Bergteer, Kitt) ab. Die Wortschöpfung geht auf Bernard de Bélidor zurück, der das Wort Beton erstmalig 1753 in seinem Standardwerk „Architecture hydraulique“ als Synonym für ein Mörtelgemisch benutzte. Die Entwicklung des Betons in der Neuzeit begann 1755 mit dem Engländer J. Smeaton. Dieser führte, auf der Suche nach einem wasserbeständigen Mörtel, Versuche mit gebrannten Kalken und Tonen durch und stellte fest, dass für einen selbst erhärtenden (hydraulischen) Kalk ein bestimmter Anteil an Ton notwendig ist. Die Erfindung des Romanzements 1796 durch den Engländer J. Parker sowie des Portlandzements durch seinen Landsmann J. Aspdin im Jahre 1824 leitete letztendlich den modernen Betonbau ein. Ein weiterer großer Entwicklungssprung war die Erfindung des Stahlbetons durch Joseph Monier (Patent: 1867). Deshalb wird der Bewehrungsstahl oder Betonstahl auch heute noch gelegentlich als Moniereisen bezeichnet. Beton wird in der Modernen Kunst auch für Denkmäler oder Skulpturen verarbeitet. Exotisch ist die Verwendung im Schiffbau (zum Beispiel in einem Betonboot).

Frischbeton

Bestandteile und Zusammensetzung

Die Zusammensetzung des Betons ist von vielen Parametern, wie z.B. Festigkeitsklasse und Umweltbedingungen, abhängig. Bei einem normalen Beton der Festigkeitsklasse C25 hat ein Kubikmeter als Mengenanteile ungefähr 280 kg Zement, 170 l Wasser sowie 1950 kg Zuschläge, was einem Mischungsverhältnis von 1:0,6:7 entspricht.

Konsistenz

Die Konsistenz des Frischbetons ist so zu wählen, dass er 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. Mit zunehmender Fließfähigkeit wird der Beton teuerer. Bei einem Pumpen des Betons sollte die Betonkonsistenz mindestens im plastischen Bereich, d. h. Ausbreitmaßklasse F2 besser F3, liegen. Zur Kontrolle der Konsistenz gibt es genormte baustellengerechte Verfahren, den Verdichtungsversuch und den Ausbreitversuch. Das nachträgliche Zumischen von Wasser zum fertigen Frischbeton, z. B. bei Ankunft auf der Baustelle, ist nach den deutschen Vorschriften unzulässig.

Einbau und Verdichtung

Beton ist schnellstmöglich nach dem Mischen bzw. der Anlieferung einzubauen und mit geeigneten Geräten zu verdichten. Durch das Verdichten sollen die Lufteinschlüsse ausgetrieben werden, damit ein dichtes Betongefüge mit wenig Poren entsteht. Rütteln, Schleudern, Stampfen, Stochern, Spritzen und Walzen sind je nach Betonkonsistenz geeignete Verdichtungsverfahren. Als Verdichtungsgerät kommt auf Baustellen heutzutage der Innenrüttler zur Anwendung. Weitere Verdichtungsmittel sind Schalungsrüttler und Rütteltische, die insbesondere im Fertigteilwerk benutzt werden. Beim Einbau und Verdichten darf sich der Beton nicht entmischen, d. h. Absetzen größerer Zuschlagskörner unten und Bildung einer Wasser- oder Wasserzementschicht an der Oberfläche. Diese wässerige Schlämpeschicht entsteht meist, wenn die Rütteldauer zu lang war. Das Absondern von Wasser an der Betonoberfläche 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 eine dünne Feinmörtelschicht. Beim Einbau sollte die Betontemperatur zwischen +5 °C und +30 °C liegen, anderenfalls sind besondere Maßnahmen erforderlich.

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 und Windzutritt verdunsten. Es gibt zwei Nachbehandlungsmethoden. Bei der einen wird Wasser zugeführt, z. B. durch das Auflegen einer wasserspeichernden Abdeckung, durch das kontinuierliche Besprühen oder Fluten mit Wasser. Bei der anderen Methode wird das schnelle Austrocknen des Betons verhindert, z. B. durch das Belassen in der Schalung, durch das Abdichten mit Kunststofffolien oder durch das Auftragen filmbildender Nachbehandlungsmittel. Die erforderliche Zeitdauer der Nachbehandlung kann je nach der Festigkeitsentwicklung des Betons und den klimatischen Randbedingungen zwischen einem Tag und einer Woche oder auch mehr betragen.

Festigkeit

Festigkeitsklassen

Die Druckfestigkeit ist eine der wichtigsten Eigenschaften des Betons. Die DIN 1045-1:2001-07 schreibt eine Beurteilung durch die Prüfung nach 28 Tagen anhand von Würfeln mit 15 cm Kantenlänge (Probewürfeln) oder 30 cm langen Zylindern mit 15 cm Durchmesser vor. Anhand der ermittelten Druckfestigkeit lässt sich der Beton den Festigkeitsklassen zuordnen. Ein C12/15 hat danach die charakteristische Zylinderdruckfestigkeit von 12 N/mm² sowie eine charakteristische Würfeldruckfestigkeit von 15 N/mm². DIN 1045-1:2001-07

Elastizitätsmodul

Der Elastizitätsmodul des Betons hängt in hohem Maße von den verwendeten Betonzuschlägen ab und variiert bei Normalbeton je nach Festigkeitsklasse zwischen 25. 000 N/mm² und 40.000 N/mm². Vereinfachend kann er für Normalbeton im Bereich der Gebrauchsspannungen (d.h. maximal 40% der Festigkeit) in Abhängigkeit von der Betonfestigkeit mit der Gleichung

E_=9500 - f_^

ermittelt werden.

Querdehnungszahl

Die Querdehnungszahl schwankt im Bereich der Gebrauchsspannungen je nach Betonzusammensetzung, Betonalter und Betonfeuchte zwischen 0,15 und 0,25. Gemäß den Normen ist der Einfluss mit 0,2 zu berücksichtigen.

Schubmodul

Der Schubmodul kann, näherungsweise wie bei isotropen Baustoffen, mit Hilfe von Elastiztätsmodul und Querdehnungszahl bestimmt werden.

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 2 und 3 ist u.a. durch eine anerkannte Überwachungsstelle zu überprüfen. Die Überwachung ist ungefähr vergleichbar mit den Anforderungen an einen Beton der Betongruppe BII der alten DIN 1045:1988-07.

Rohdichten

Die Rohdichte des Betons hängt vom Zuschlag ab. Bei Normalbeton beträgt diese zwischen 2000 und 2600 kg/m³. Meist können 2400 kg/m³ angesetzt werden. Betone oberhalb von 2600 kg/m³ werden als Schwerbeton bezeichnet, unterhalb von 2000 kg/m³ 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/m³ entsprechen. Stahlbeton hat näherungsweise eine um 100 kg/m³ erhöhte Rohdichte.

Bauphysik

Für Beton kann eine Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl zwischen 70 (feucht) und 150 (trocken) angesetzt werden. Der Rechenwert der Wärmeleitfähigkeit beträgt 2,1 für Normalbeton, die spezifische Wärmekapazität 1000 J/(kg·K) und der Wärmeausdehnungskoeffizient nach den Stahlbetonnormen 10^-5/K. Allerdings kann die Temperaturdehnzahl 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 0,025 m³/m³ und bei 80% relativer Luftfeuchtigkeit 0,04 mit einem Umrechnungsfaktor für den Feuchtegehalt von 4.

Dauerhaftigkeit

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 Expositionsklassen eine Klassifizierung der chemischen und physikalischen Umgebungsbedingungen, denen der Beton ausgesetzt ist, woraus sich Anforderungen an die Zusammensetzung des zu verwendenden Betons sowie die Betondeckung ergeben. Wichtig für eine ausreichende Dauerhaftigkeit ist die Nachbehandlung des Betons. Schädigungsmechanismen sind: Betonkorrosion - Karbonatisierung; Bewehrungskorrosion - Rost; chloridinduzierte Bewehrungskorrosion; Sulfattreiben; Alkali-Kieselsäure-Reaktion; Kalktreiben; Frost-Tau-Wechsel; Sonneneinstrahlung

Betonsorten

Nach Herstellung

Baustellenbeton

Baustellenbeton ist Beton, der in einem eigenen Werk direkt auf der Baustelle hergestellt wird, im Gegensatz zu Transportbeton, der mit Mischfahrzeugen von einer stationären Anlage angeliefert wird. Dies ist in Deutschland nur bei Baustellen mit großem Betonbedarf, die eventuell auch nur auf langen Anfahrtswegen zu erreichen sind, üblich. Die Baustellenbetonwerke liefern, sofern technisch und personell dafür ausgelegt, sämtliche Betonfestigkeitsklassen und -sorten wie eine stationäre Anlage.

Transportbeton

Transportbeton ist Beton, der in stationären Mischanlagen zentral hergestellt und dann mit Betonmischfahrzeugen auf den Baustellen angeliefert wird. Eine andere Bezeichnung von Transportbeton ist Fertigbeton, weil er bereits fertig gemischt ist und nur noch eingebracht werden muß. Die Herstellung von Transportbeton ist in der Europäischen Norm EN 206 geregelt. Die Abrechnung von Transportbeton erfolgt im deutschen und europäischen Markt nach bestimmten marktinternen Regeln. Die meisten Unternehmen, die Transportbeton produzieren und abrechnen, bedienen sich dabei auf sie zugeschnittener Spezialsoftware.

Ortbeton

Mit Ortbeton bezeichnet man Beton, der vor Ort auf der Baustelle verarbeitet wird und dort, meist in einer Schalung, abbindet, im Gegensatz zu Betonfertigteilen, die in erhärtetem Zustand direkt eingebaut werden. Ortbeton wird entweder als Transportbeton auf der Baustelle angeliefert oder dort als Baustellenbeton hergestellt. Nach dem Verfüllen in den Schalungen muss der Ortbeton verdichtet werden, eingeschlossene Luftblasen werden mit Rüttelmaschinen entfernt.

Nach Einbau

Spritzbeton

Spritzbeton ist Beton, der mit Druckluft in Rohrleitungen oder Schläuchen zu einer Spritzdüse gefördert wird, wo der Beton flächenartig aufgetragen und dadurch gleichzeitig verdichtet wird. Insbesondere im Tunnelbau bei der Sicherung freigelegter Flächen hat dieses Betonierverfahren eine große Bedeutung.

Unterwasserbeton

Unterwasserbeton ist Beton, der unter Wasser eingebaut wird. Damit sich der Beton beim Betonieren nicht entmischt, sind besondere Betonierverfahren, wie das Benutzen von ortsfesten Trichtern (Kontraktorverfahren), notwendig. Der Beton muss ein gutes Zusammenhaltevermögen und eine gute Verarbeitbarkeit haben. Dazu sollte der Zementgehalt mindestens 350 kg/m³ betragen. Unterwasserbeton wird insbesondere bei Schlitzwänden und im Grundwasser als Sperrschicht bei Bodenplatten verwendet.

Walzbeton

Walzbeton ist ein erdfeuchter Beton, der mit einem Straßenfertiger in Lagen von etwa 20 cm Dicke eingebaut und vorverdichtet wird. Die Nachverdichtung erfolgt mit Gummiradwalzen. Walzbeton hat einen niedrigen Zementgehalt (80 – 150 kg/m³) und wird vor allem im Straßenbau und bei Industrieböden eingesetzt.

Schleuderbeton

Schleuderbeton ist Beton, der mit schnell rotierenden Stahlschalungen verdichtet wird. Dadurch ergibt sich ein niedriger Wasserzementwert von 0,3 und somit ein dichter und sehr fester Beton. Vor allem Rohre, Maste und Pfähle werden mit diesem Verfahren hergestellt.

Vakuumbeton

Unter Vakuumbeton versteht man ein Betonierverfahren, bei dem mit einer Vakuumpumpe und Saugmatten ein Unterdruck erzeugt wird. Dadurch wird dem Frischbeton ein Teil des nicht zur Hydratation benötigten Wassers entzogen. Durch die besondere Behandlung des Frischbetons wird z.B. die Schwindrissbildung vermindert. Es entstehen dichtere und verschleißfestere Betonoberflächen. Außerdem erreicht man durch dieses Verfahren schon sehr früh hohe Festigkeiten, wodurch eine frühzeitigere Nutzung der Oberfläche möglich ist und der Beton eine höhere Frostbeständigkeit erhält.

Nach Eigenschaften

Estrichbeton

Estrichbeton ist ein Spezialbeton zur Herstellung von Fußbodenschichten in Gebäuden. Er erfüllt besondere Anforderungen, u.a. durch Begrenzung der Korngröße der Zuschlagstoffe, so dass dünne Schichten von wenigen cm Dicke bei guten Oberflächeneigenschaften hergestellt werden können.

Porenbeton

Porenbeton (früher Gasbeton) ist ein mineralischer Werkstoff, welcher durch chemisches Aufschäumen einer Mörtelmischung erzeugt wird. Die alkalische Mörtel suspension reagiert unter Bildung von Gas mit Pulvern unedler Metalle wie z.B. Aluminium. Vor dem Aushärten in gespanntem Sattdampf im Autoklaven werden die Blöcke zu Wandelementen, Dämmelementen oder Steinen geschnitten. Porenbeton besitzt im Vergleich zu konventionellem Beton wegen seiner geringen Rohdichte eine geringe Festigkeit und eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Im Sinne der Begriffsdefinition von Beton ist Porenbeton kein Beton, er enthält keine Zuschlagsstoffe sondern große Luftporen. Bauteile aus Porenbeton können wie Bauteile aus Stahlbeton eine Bewehrung enthalten, die Zugkräfte aufnehmen kann.

Faserbeton

Beim Faserbeton werden dem Beton zur Verbesserung der Zugfestigkeit, und damit des Bruch- und Rissverhaltens, Fasern zugegeben. Diese Fasern sind in der Matrix (Zementstein) eingebettet. Sie wirken als Bewehrung. Bei höheren Zugbeanspruchungen treten Risse im Beton auf. Durch die Verwendung eines Faserbetons werden die Risse in viele sehr schmale und damit normalerweise unschädliche Risse verteilt. Es können kurze oder lange in Zugbeanspruchungsrichtung eingelegte Fasern verwendet werden. Lange Fasern werden meist in Form von Glasfasertextilmatten eingesetzt. Man spricht dann von textilbewehrtem Beton oder auch Textilbeton. Glasfasern Normales Glas reagiert mit den Alkalien des Betons. Deshalb müssen alkalibeständige Glasfasern verwendet werden (z.B: AR-Glasfaser). Stahlfasern Es werden Stahlfasern verschiedenster Art verwendet. (Nichtrostend, Baustahl, aufgebogen, nicht aufgebogen,...) Kunststofffasern Hier sind insbesondere die in den USA entwickelten Kevlarfasern interessant, da sie ähnlich gute Eigenschaften wie die übrigen Fasern besitzen. Kohlenstofffasern Kohlenstofffasern besitzen den höchsten E-Modul der hier angeführten Fasern.

Polymerbeton (PC)

Polymerbetone enthalten im Gegensatz zum normalen Beton ein Polymer (Kunststoff), z.B. Kunstharz, als Bindemittel, das die Gesteinskörnung (Zuschlag) zusammenhält. Zement wird im Polymerbeton, wenn überhaupt, nur als Füllstoff, also als Erweiterung der Gesteinskörnung in den Feinstkornbereich hinein eingesetzt und übernimmt keine Bindewirkung. Polymerbetone werden hauptsächlich in der Sanierung bestehender Bauteile benutzt. Durch die geringen Topfzeiten (Erhärtungszeiten) der Polymere von unter einem Tag können bei Straßen und Brücken lange Sperrzeiten vermieden werden.

Splittbeton, Drainbeton

Splittbeton enthält Splitt einer Körnung sowie Zement und Wasser. Nach dem Abbinden ergibt sich ein zusammenhängendes Hohlraumsystem, durch das Wasser abfließen kann. Dadurch besteht geringere Frostgefahr im Winter. Splittbeton wird im Straßen- und Wegebau sowie beim Setzen von Randsteinen etc. angewendet. Splittbeton wird heute im Brückenbau häufig unter Verwendung von polymeren Bindemitteln hergestellt, da sonst die relativ große innere Oberfläche bei der Verwendung von hydraulischen Bindemitteln zu einer schnellen Auswaschung desselben und zur Entstehung von Aussinterungen in und an Tropftüllen und an Bauwerksunterseiten führt.

Asphaltbeton

Asphaltbeton ist eine Bezeichnung für ein Gemisch aus Bitumen und Mineralstoffen.

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 ein für die Verdichtung optimaler Wassergehalt einzustellen. Beim Einbau sind Entmischungen zu vermeiden. Mineralbeton wird ohne Bindemittel zu einem hochstandfesten Baustoff, der etwa in Straßendecken verwendet wird. Gängiges Material ist Frostschutz 0-32.

Neuere Entwicklungen

Selbstverdichtender Beton

Durch geeignete Rezepturen oder Zusatzmittel ist es möglich Beton herzustellen, der ohne von aussen zugeführte Verdichtungsenergie (Rütteln) auskommt. Dieser Beton wird als selbstverdichtender Beton oder SCC-Beton bezeichnet.

Hochfester Beton

Durch den Zusatz von Hochleistungsverflüssigern und extrem feiner Zusatzstoffe (Silika-Stäube) ist es möglich, Betone hoher Festigkeit herzustellen.

Ultrahochfester Beton

Ultrahochfester Beton (UHFB), international als "Ultra High Perfomance Concrete (UHPC)" bezeichnet, stellt das Ergebnis der weitergeführten Forschungstätigkeit auf Grundlage des Hochfesten Betons dar. Aufgrund seines vorzugsweise geringen Größtkorndurchmessers und seiner hohen Reaktivität der festen Bestandteile umreißt die auf französische Forschungen in den achtziger Jahren zurückreichende Parallelbezeichnung „Reaktionspulverbeton“ bzw. "Béton de Poudres Réactives" (BPR) oder "Reactive Powder Concrete" (RPC) seine technologische Besonderheit sehr treffend.

Transluzenter Beton

Durch das Einlegen von optischen Fasern gelang es dem Ungarn Aron Losonczi, lichtdurchlässige Betonelemente herzustellen. Der "Leuchtbeton" wird unter dem Namen "LiTraCon" Anfang nächsten Jahres auf den Markt kommen.

Papierbeton

Papercrete oder Papier-Beton ist ein Baustoff, der leicht ist und eine hohe Festigkeit aufweist. Natürlich können auch andere Faser- und Metall-Verarbeitungsabfälle Anwendung finden. Entscheidend ist die Mischung (Papercrete ~ 60 Papier - 20 Staub/Mineral - 20 fein Zement). Man hat bereits einfache Geodätische Kuppeln mit diesem Material gebaut, wobei auch Metallgeflecht-Verstärkung (Reinforcement) verwendet werden kann.

Siehe auch

Geodätische Kuppel
- Stahlbeton
- Spannbeton
- WU-Beton
- Schwerbeton
- Leichtbeton
- Magerbeton
- Waschbeton
- Sieblinie
- Absäuern
- Betonpflasterstein
- Betonplatte
- Kasseler Sonderbord
- Betonmischer
- Autobetonpumpen
- Betonzuschlag
- Alkalireaktion

Literatur

- K. Bergmeister und J.-D. Wörner: Betonkalender 2005, 94. Jahrgang. Ernst & Sohn 2004, ISBN 3-433-01670-4
- F. Leonhardt und E. Mönnig: Vorlesungen über Massivbau. Erster Teil: Grundlagen zur Bemessung im Stahlbetonbau. Springer-Verlag Berlin, ISBN 3-540-12786-0

Weblinks

- http://www.dafstb.de - Deutscher Ausschuss für Stahlbeton im DIN e.V.
- http://www.betonverein.de - Webseite des Deutschen Beton- und Bautechnik-Vereins E.V.
- http://www.bdzement.de/bautechnik/merkblatt.php Merkblätter des Informationszentrum Beton/Zement
- http://www.beton.org - Gemeinsame Informationsseite der Zement- und Betonindustrie
- http://www.transportbeton.org - Webseite des Bundesverbandes Transportbeton
- http://www.gueb-online.de - Webseite der Gemeinschaft für Überwachung im Bauwesen E.V.
- [http://www.fh-weihenstephan.de/la/06_skripten/bauko/bauko1/bt/bt_startseite.html Baukonstruktions-Script] der FH Weihenstephan zum Thema Beton
- http://www.baustoffchemie.de/db/cat.php Datenbank mit Veröffentlichungen zum Thema Beton, etc
- [http://www.locus-caementitium.de Galerie locus caementitium] - Raum für Beton in Köln
- [http://www.betonfibel.at/ Betonfibel] - Betonnorm ÖNORM B 4710-1
- [http://http://www.papercrete.com Papercrete]
- http://beta.bv.tu-berlin.de Fachgebiet Baustoffe und Baustoffprüfung, TU Berlin Kategorie:Baustoff Kategorie:Stoffgemisch ja:コンクリート ms:Konkrit simple:Concrete

Spannbeton

Spannbeton ist eine Variante des Stahlbetons mit einer zusätzlichen äußeren Längskraft. Stahlbeton

Wirkungsweise

Der Spannbeton unterscheidet sich vom Stahlbetonbau durch eine planmäßige Vorspannung (=Vordehnung) der Stahleinlagen, der so genannten Spannglieder. Dabei stützen sich die gedehnten Spannglieder durch ihre Anker oder direkt durch Verbund mit dem Beton auf den Beton ab, wodurch dieser eine Druckbelastung sowie durch eine etwaige Exzentrizität der Verankerung gegenüber der Querschnittsschwerelinie eine Momentenbelastung erhält. Zusätzlich werden bei gekrümmten oder geknickten Spanngliedführungen Umlenkkräfte erzeugt. Das Bauteil ist durch die Vorspannung so belastet, dass bei Überlagerung mit den äußeren Einwirkungen wie Eigengewicht keine oder nur kleine Betonzugspannungen im Betonquerschnitt vorhanden sind. Da der Beton nur geringe Zugspannungen aufnehmen kann (ca. 10% der Druckspannungen) bevor er reißt, aber hohe Druckspannungen, ist der durch die Vorspannung überdrückte Beton optimal ausnutzbar. Das Bauteil ist steifer und weist auch bei großen Stützweiten und hohen Lasten reduzierte Verformungen (Durchbiegungen) auf. Insbesondere im Brückenbau aber auch im Behälterbau oder im Hochbau bei Bindern, Hohldielen oder Flachdecken findet der Spannbeton heute seine Anwendung.

Vorspannung mit Verbund

Flachdecke Flachdecke Die Spanndrähte oder Spannlitzen sind kraftschlüssig mit dem Beton verbunden, so daß eine Relativverschiebung zwischen beiden Werkstoffen praktisch nicht statt findet. Bei der Vorspannung mit sofortigem Verbund ist ein direkter Verbund zwischen Spannstahl und Beton verhanden. Diese Methode wird vor allem im Spannbett von Fertigteilwerken angewendet, wo gegen externe Widerlager vorgespannte Spanndrähte oder -litzen in das Fertigteil einbetoniert werden. Nach dem Betonieren und Erhärten des Betons wird die Vorspannung gelöst und durch den Verbund zwischen Beton und Spannstahl sowie ein Verkeilen des entspannten Drahtes (oder Litze) (Hoyer-Effekt) ist die Spannkraft im Fertigteil aufgebracht. Diese Art der Vorspannung ist nur bei einer geradlinigen Spannstahlführung möglich. Sie wird beispielsweise für die Herstellung von Eisenbahnbetonschwellen und Spannbetonhohldielen verwendet. Bei der Vorspannung mit nachträglichem Verbund werden die Spanndrähte oder -litzen in einem profilierten Blech- oder Kunststoffhüllrohr zusammengefasst, dem sogenannten Spannglied oder -kabel, und mit Ankerkörpern an beiden Enden ohne Vorspannung in einen Baukörper einbetoniert. Nach dem Erhärten des Betons werden dann die Spannstähle an den beweglichen Ankern vorgespannt. Abschließend werden die Hüllrohre mit einer speziellen Zementsupension, dem Einpressmörtel, verpresst, wodurch ein kraftschlüssiger Verbund zwischen Spannstahl und Beton hergestellt wird. Die Spannkabelführung kann bei diesem Verfahren auch gekrümmt sein, womit dieses Verfahren große Anwendungsmöglichkeiten besitzt. Einpressmörtel Einpressmörtel

Vorspannung ohne Verbund

Die Spanndrähte oder -litzen können sich zwischen den Ankerstellen zum Beton relativ verschieben. Dabei liegen bei der externen Vorspannung die Spannkabel außer im Verankerungs- bzw. Umlenkbereich nicht im Betonquerschnitt, sondern sind freispannend. Bei der internen Vorspannung sind die Spannglieder, wie beim nachträglichen Verbund, einbetoniert, allerdings nicht mit Zement umhüllt, sondern mit Fett, wie bei der Monolitze. Dadurch entfällt das Verpressen der Hüllrohre, was deutlich kleinere Durchmesser der Spannkabel ermöglicht und somit eine Anwendung des Spannbetons für dünne Bauteile wie Hochbaudecken. Eine gekrümmte Spannkabelführung ist möglich. Weil kein Verbund vorhanden ist, treten bei dieser Vorspannungsart durch äußere Lasten kaum Spannungsänderungen im Spannstahl auf, außerdem besteht bei größeren unplanmäßigen Spannkraftverlusten die Möglichkeit nachzuspannen.

Korrosionsschutz

Da Kriechen und Schwinden des Betons die Vorspannkräfte der Spannglieder abbauen sind besonders hohe Vordehnungen des Spannstahls erforderlich. Das bedeutet, bei einer vorgegebenen Spannkraft soll die Querschnittsfläche des Spannglieds möglichst klein sein. Dies ist nur durch Verwendung hochfester Stähle erreichbar. Die unter hohen Zugspannungen stehenden Stähle der Spannglieder der Spannbetonbauteile sind aber besonders korrosionsempfindlich. Der Korrosionsschutz durch Einpressmörtel, Beton ist daher besonders sorgfältig auszuführen. Bei Vorspannung ohne Verbund wird der Korrosionsschutz üblicherweise durch eine werksmäßige Fettverpressung des Kunststoffrohrs erreicht, in dem der Spannstahl liegt.

Probleme

Durch mangelnde Erfahrung mit der neuen Technik, Unterschätzung der Umwelteinflüsse kam es in der Nachkriegszeit zu Einstürzen, notwendigen Abbrüchen oder kostspieligen Instandsetzungen verschiedener Spannbeton-Bauwerke. Dabei spielten z.B. auch Probleme mit Spannungsrisskorrosion bei Spannstählen (z.B. Neptunstahl), Unkenntnis von Baustoffeigenschaften (unterschiedliche E-Moduli von Beton je nach verwendeten Gesteinszuschlägen) und Imperfektionen der Berechnungsverfahren (Vernachlässigung von Temperaturgradienten im Querschnitt) eine wichtige Rolle. Heute hat man diese Probleme weitgehend im Griff. Durch Verwendung der austauschbaren externen Vorspannung verspricht man sich im Brückenbau weitere Verbesserungen der Robustheit und damit Verlängerung der Lebensdauer. Imperfektion

Geschichte

Der erste Vorschlag, Beton vorzuspannen wurde 1886 von dem Amerikaner Jackson gemacht. 1888 meldete W. Döhring aus Berlin ein Patent an, welches zur Rissminimierung im Spannbett gespannte Drahteinlagen in Platten, Latten und Bälkchen vorsah. Ab 1907 wurden auf Vorschlag von Mathias Koenen an der TH Stuttgart erste Versuche mit einer im gespannten Zustand einbetonierten Bewehrung durchgeführt. Allerdings war die aufgebrachte Vorspannkraft aufgrund einer niedrigen Stahlspannung von 60 N/mm² durch Schwinden und Kriechen fast völlig wirkungslos. 1919 verwendete Wettstein für dünne Betonbretter Klaviersaiten aus hochfestem Stahl mit hoher Spannung und hatte Erfolg, dessen Gründe er jedoch nicht sah. Erst der Amerikaner Dill erkannte 1923, dass hochfeste Drähte mit hoher Spannung notwendig sind. Als Vater des heutigen Spannbetons muss der französische Ingenieur Eugene Freyssinet bezeichnet werden. Er erkannte schnell die große Bedeutung des Vorspannens und widmete sich intensiv dieser Technik. Er schuf durch seine Untersuchungen über das Kriechen und Schwinden des Betons sowie den Einsatz von hochfesten stark vorgespannten Drähten die notwendigen Voraussetzungen zum erfolgreichen Vorspannen von Beton. Von 1928 bis 1936 ließ er sich verschiedene Erfindungen in bezug auf Spannpressen und Verankerungen von Spanngliedern mit hochfestem Stahl und Stahlspannungen von 400 N/mm² patentieren. Freyssinet errichtete die ersten Spannbetonbauwerke, die sowohl aus im Spannbett vorgespannten als auch mit Kabel vorgespannten Elementen bestanden. Die erste Spannbetonbrücke Deutschlands stand in Aue und überführte eine Strasse mit einer maximalen Spannweite von 69 m über das Bahnhofsgelände. Diese wurde von Franz Dischinger mit einer externen Vorspannung entworfen und 1937 erbaut. Kategorie:Beton Kategorie:Verbundwerkstoff ja:プレストレスト・コンクリート

Kategorie:Decke (Bauteil)

Kategorie:Bauteil

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The colbert report
The Colbert Report (pronounced or cole-bare re-pore) is a television program on Comedy Central that stars Stephen Colbert, best-known as a correspondent for The Daily Show. It depicts the further activities of the Stephen Colbert correspondent character from The Daily Show, in a parody of con