Beton

Tragwerke von Brücken, Gebäuden und Industrieanlagen werden sehr oft mit Beton hergestellt. Die Bauteile müssen hohe Anforderungen an die Tragfähigkeit erfüllen und gegen Witterungseinflüsse widerstandsfähig sein. Gleichzeitig haben diese Betonbauteile auch eine prägende architektonische und ästhetische Wirkung, welcher bei der Formgebung und bei der Ausführung Rechnung getragen werden muss. Die Kombination von Konstruktions- und Sichtbeton stellt hohe Anforderungen an den planenden Ingenieur und ausführenden Unternehmer.

Beton und Stahlbeton sind die heute meist verwendeten Materialien im Hoch- und Tiefbau. Mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, Zuschlagstoffen und Zusatzmitteln wird für das Bauwerk die optimale Betonmischung erstellt. Dabei werden auch Zusatzmittel beigegeben, welche Witterungseinflüsse neutralisieren, sodass auch im Hochsommer oder in der Winterperiode Betonbauwerke erstellt werden können. Für eine gute Betonqualität am fertigen Objekt sind unter anderem eine optimale Betonmischung, der richtige w/​z‑Wert (Wasser-Zement-Wert), kurze Transportwege und die richtige Nachbehandlung entscheidend. In der Norm SIA 118/262 (2004) sind im Anhang E die üblichen Betonsorten und deren Eigenschaften beschrieben.

Als Sichtbeton werden jene Betonflächen bezeichnet, die nach der Fertigstellung des Bauwerks sichtbar bleiben. Die visuelle Wirkung von Sichtbetonflächen basiert auf der individuellen ästhetischen Wahrnehmung der Oberfläche in Bezug auf Form, Struktur, Farbe, Schalhaut und Fugen. Dabei sind die Schalung, der Beton und die Verarbeitung die drei entscheidenden Faktoren, die für die Qualität der Sichtbetonfläche bestimmend sind.

Bei Sichtbetonkonstruktionen können Diffusionsprobleme auftreten, dies insbesondere bei raumseitig angeordneter Wärmedämmung und bei diffusionsdurchlässigen Innenschalen. Für Betonflächen mit Anforderungen an das Aussehen bestehen in der Schweiz keine besonderen Normen oder Regelwerke, die Angaben zur Planung, zur Betonzusammensetzung oder zur Bauausführung enthalten. Für die Qualitätsbestimmung und der nachfolgenden Beurteilung bewähren sich die genaue Beschreibung der Anforderungen und die Bestimmung eines Referenzobjektes. Dabei muss eingeschränkt werden, dass projektspezifische Produktionsmethoden nicht vollständig reproduzierbar sind, da Witterungsbedingungen und Zuschläge Schwankungen unterworfen sind. Die Schalungstypen für Beton und Sichtbeton sind in der Norm SIA 118/262 (2018) beschrieben.

Weltweit nehmen Investitionen zum Schutz und Erhalt von Stahlbetonbauten zu. Es geht darum, die bestehenden Betonbauten zu schützen und die Gebrauchstauglichkeit zu erhalten, da eine Instandsetzung einem Neubau oftmals – nicht nur auf Grund der Kosten – vorzuziehen ist. Die Überprüfung der Instandhaltung von Tragwerken ist Aufgabe unabhängiger Experten mit spezialisierten Untersuchungstechnologien. Bei Betonschäden muss unterschieden werden zwischen Schäden an Neubauten als Folge von mangelhafter Betonqualität oder mangelhafter Verarbeitung und Schäden an bestehenden Bauwerken im Sinne einer abgelaufenen Nutzungszeit und als Folge von ungenügender Eisenüberdeckung, porösem Beton und fortgeschrittener Karbonatisierungstiefe.

Eine Betonsanierung ist immer dann erforderlich, wenn Bauteile oder Bauwerke aus Beton und Stahlbeton aufgrund ihrer Herstellung, Nutzung oder Exposition entweder gegenüber betonschädigenden Medien in ihrer visuellen Erscheinung oder ihrer Funktion beeinträchtigt sind. Aufgrund der Vielfalt der Schadensursachen und Schadensbildern an Beton und Stahlbetonkonstruktionen gibt es differenzierte Instandsetzungsprinzipien. Als wesentliche Grundprinzipien sind der Schutz von Bewehrungsoberflächen (Beschichtung der Bewehrungen oder elektrochemischer Korrosionsschutz), Wiederherstellung von Betonoberflächen (Verschluss von Rissen und Reprofilierung von Fehlstellen) und Schutz der Betonoberflächen (Erhöhung der Eisenüberdeckung) zu nennen.

Betonböden, insbesondere Hartbetonböden, werden hauptsächlich in Industriebauten (Werkhallen, Parkdecks, Verteil- und Logistikzentren, Ausstellungshallen und Markt- und Messehallen) eingebaut. Hartbetonböden haben eine deutlich höhere Festigkeit als z. B. Unterlagsböden in Wohnbauten. Industrieböden der Beanspruchungsgruppe I müssen z. B. bei einer Stahlbereifung eine Pressung bis 100 N/​mm2 schadensfrei aufnehmen können. Die Grundlagen und Anforderungen an Beton- und Industrieböden sind in der Norm SIA 252, 2012, «Fugenlose Industriebodenbeläge» beschrieben.

Unbewehrter Beton findet Anwendung in Kellerwänden, Fundamenten, Staumauern und Bodenplatten, in denen keine grossen Spannungen herrschen. Aufgrund der hohen Dichte (2,4 t/​m3) wird Beton als Kontergewicht, beispielsweise bei Kränen, verwendet. Beton kann zwar hohen Druck aushalten, versagt aber schon bei niedrigen Zugbeanspruchungen. In der Materialkombination, Beton und Stahl, nimmt der Bewehrungsstahl die auftretenden Zugspannungen auf. Der alkalische Beton schützt den Stahl vor Korrosion. Um eine ausreichenden Dauerhaftigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelteinwirkungen sicherzustellen, werden Betonbauteile in Expostionsklassen eingeteilt.

Von hoher Bedeutung für die Betonqualität ist der w/​z‑Wert (Wasser-Zement-Wert). Während des Abbindens des Zementleims zum Zementstein werden die Zuschlagstoffe miteinander verbunden. Bei dieser Erhärtung des sogenannten Frischbetons durch Hydratation wird ein bestimmter Anteil des Wassers für die chemische Reaktion benötigt. Ein typischer Zement kann dabei chemisch und physikalisch eine Wassermenge von rund 40 % seiner Masse binden (w/​z‑Wert = 0,4).

Die wichtigsten Funktionen der Zuschlagstoffe (Gesteinskörnung) sind die Form- und Haltgebung (Stabilität) des Bindekörpers und ergeben dadurch die mechanische Festigkeit und die Verbundwirkung.

Betonzusatzmittel sind in Wasser gelöste Stoffe, die dem Beton beigemischt werden, um dessen physikalischen und chemischen Eigenschaften (Verarbeitbarkeit, Abbindeverhalten, Erhärten oder Dauerhaftigkeit) zu verändern. Beispielsweise sind die nachfolgenden Typen von Betonzusatzmitteln zu nennen: 

• Betonverflüssiger (BV)
• Fliessmittel (FM)
• Luftporenbildner (LP)
• Beschleuniger
• Verzögerer (VZ)

Betonzusatzstoffe (nicht zu verwechseln mit Betonzusatzmitteln) sind beispielsweise mineralische, inerte, puzzolanische Stoffe oder organische Stoffe wie Kunstharzdispersionen oder Farbpigmente. Diese dürfen dem Beton nur zugemengt werden, wenn sie das Erhärten des Zements, die Festigkeit, die Beständigkeit und den Korrosionsschutz des Betons nicht beeinträchtigen.

• Norm SIA 118/262:2018, Allgemeine Bedingungen für Betonbau – www​.sia​.ch (externer Link zum SIA-Shop)
• Norm SIA 252:2012, Bodenbeläge aus Zement, Magnesia, Kunstharz und Bitumen – www​.sia​.ch (externer Link zum SIA-Shop)