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genormt:
- Anforderungen, deren Einhaltung entweder durch eine definierte Prüfung (z.B. Druckfestigkeit) oder durch die Einhaltung einer bestimmten Zusammensetzung nachzuweisen ist.


begleitend:
- können zur weiterführenden Beschreibung des Betons dienen.

- können fallweise aber auch vorgegeben werden und sind dann ebenfalls nachzuweisen (z.B. Dichte, Elastizitätsmodul).

- ergeben sich aus den Eigenschaften der einzelnen Ausgangsstoffeund ihrem Zusammenwirken.

- Beton als Zweiphasen-System:
          - Gesteinskörnung + Zementstein/Matrix(Feinmörtel)

- bautechnische Eigenschaften sind Prüfgrößen

- Widerstand eines Körpers gegen verformende oder trennende mechanische Beanspruchungen

- wichtigste Bemessungsgröße für Baustoffe in tragenden Bauteilen

- wird an Probekörpern in Kraft-Verformungs-Versuchenermittelt (erzielte Höchstlast)

- hängt auch von zeitlicher Entwicklung der Belastung ab

- Widerstand des Baustoffs nimmt in der Rangfolge Kurzzeitfestigkeit, Dauerstandfestigkeit, Betriebsfestigkeit ab.

Normen zur Prüfung von Frisch und Festbeton:
• Prüfung von Frischbeton -EN 12 350
• Prüfung von Festbeton -EN 12 390
• Prüfung von Beton in Bauwerken -EN 12 504
Normenreihe zur Prüfung von Festbeton DIN EN 12 390:
• Teil1: Form, Maße und andere Anforderungen
• Teil 2: Herstellung und Lagerung von Probekörpern
• Teil 3: Druckfestigkeit von Probekörpern
• Teil 4:Druckfestigkeit –Anforderungen an Prüfmaschinen
• Teil 5: Biegzugfestigkeitvon Probekörpern
• Teil 6: Spaltzugfestigkeit von Probekörpern
• Teil 7: Dichte von Festbeton
• Teil 8: Wassereindringtiefe unter Druck

a) Würfel
- zul. Abweichung d
- zul. Abweichung Aound Au
- zul. Abweichung EbenheitLasteintragungsfläche [mm]

b) Zylinder
- zul. Abw. Durchmesser d
- zul. Abw. Höhe 2d=h
- zul. Abweichung EbenheitLasteintragungsfläche [mm]

- wird an gesonderten Probekörpern bestimmt.

-  Würfe von 150 mm Kantenlänge (fc,cube) oder Zylinder mit 150 mm Durchmesser und 300 mm Höhe

- Festigkeit:

- einen Tag in ihrer Form verbleiben,
- sechs Tage wassergelagert und anschließend
- bis zum Prüftermin (i.d.R. bis zum 28. Tag) luftgelagert werden.

a) Abgleichen der Probekörper

b) Vorbereitung der Probekörper und Einbau in die Prüfmaschine

c) Aufbringen der Prüflast

Würfelproben

kann hervorgerufen werden durch:

a) nicht ausreichende Beachtung der Durchführungsvorschriften, insbesondere beim Einbau in die Prüfmaschine;
b) einen Maschinenfehler.

fc             Druckfestigkeit, in N/mm2(MPa);
F              Höchstkraft beim Bruch, in N;
Ac            Fläche des Probenquerschnitts, auf den die Druckbeanspruchung wirkt, in mm2, berechnet aus dem Nennmaßdes Probekörpers (siehe EN 12390-1) oder aus Messungen am Probekörper nach EN 12390-1, Anhang B.

• Betonzusammensetzung (Einflüsse aus der Zusammensetzung),
• Art des Prüfkörpers (Prüfkörpereinfluss),
• Art und Weise der Prüfung (Prüfeinfluss),
• Art der Lagerungwährend der Erhärtung (Lagerungseinfluss) und
• Zeitpunkt der Prüfung (Zeiteinfluss)

- Abbildung zeigt die σ-ε-Linien von Beton bei unterschiedlichen Betontemperaturen. Danach nimmt mit steigender Temperatur die Höchstlast ab und die Stauchung bei Höchstlast nimmt zu.

- Festigkeit des Betons hängt in starkem Maße von seinem Alter ab.

- Verlauf der Festigkeit in Abhängigkeit vom Alter nennt man Festigkeitsentwicklung.

- Einfluss darauf hat die Festigkeitsklasse des Zements sowie der w/z-Wert.

- Prismen: - des benannten Maßes (d) der Lasteintragungsflächen beträgt ±0,5%
                  - zwischen der oberen abgezogenen Fläche und
der unteren Fläche darf nicht mehr als ±1,0% betragen.

- Geradheit: - von der Geradheit der Fläche auf den Auflagern bei der Verwendung für Biegeprüfungen/Lasteintragungsfläche bei der Spaltzugfestigkeit betragen ±0,2mm.

- Ebenheit: - durch Messung der Geradheit in vier Positionen beurteilbar.

- Rechtwinkligkeit: - von Prismenseiten in Bezug auf die Grundflä-
chebeträgt ±0,5mm.

- zylindrische Proben und Schulterproben werden verwendet.

- Prüfverfahren:
a) steife Lasteintragungsplatten aus Stahl werden an den Stirnseiten der Probe aufgeklebt,
b) Bewehrungsstäbe werden in den Endteilder Zugkörper einbetoniert,
c) zweckmäßig gestaltete Einspannköpfe der Prüfkörper werden in die Spannbacken der
Prüfmaschine eingespannt.

- Probekörper auf zwei gegenüberliegenden parallelen Linien ihrer Oberflächenbegrenzung bis zur Spaltung belastet.

- dabei treten Druck- und Zugspannungen auf

- konstanter Spannungsverlauf über gesamten belasteten Querschnitt

- bei Beton Bruch durch Versagen der Zugzone wegen geringerer Zugfestigkeit

- die an Balken auf zwei Stützen bis zum Bruch erreichte Höchstbiegespannung

- doppelt so groß wie die zentrische Zugfestigkeit.

- Größe der Randspannungen in der Biegezugzone ist maßgebend

- fct= c · fc2/3[N/mm²]

• Biegezug              fct(BZ)mit cBZ= 0,35 bis 0,55
• Spaltzug               fct(SZ)mit cSZ= 0,22 bis 0,32
• Zentrischer Zug    fct(ZZ)mit cZZ= 0,17 bis 0,32

- gilt für Leicht-, Normal-und Schwerbeton.

- Die Norm unterscheidet zwischen:
             -wie angeliefert
             -wassergesättigt
             -im Wärmeschrank getrocknet

Bestimmung des Volumens
1) durch Wasserverdrängung (am genauesten)
(in der Luft und im Wasser wiegen)
2) Durch Berechnung aus den gemessenen Istmaßen
3) Berechnung aus überprüften angegebenen Maßen bei Würfeln

V           das Volumen des Probekörpers, in m3;
ma       die Masse des Probekörpers an Luft, in kg;
mst       die scheinbare Masse des eingetauchten Tragebügels, in kg;
mw       die scheinbare Masse des eingetauchten Probekörpers, in kg;
ρw        die Dichte des Wassers bei 20 °C, angenommen mit 998 kg/m3.

- Wasser wird unter Druck auf die Oberfläche von Festbeton aufgebracht. Dann wird Beton gespalten und die größte Wassereindringtiefe gemessen.

- Durchführung
- Probekörper mit einem Mindestalter von 28 Tagen
- Wasserdruck darf nicht auf eine geglättete Oberfläche
des Probekörpers ausgeübt werden.
- für 72 Stunden ein Wasserdruck von 500 kPa aufzubringen.

Prüfergebnis
- Probekörper spalten und Wassereindringtiefe messen.

- zerstörungsfreie Prüfung

- Für den Nachweis der Gleichmäßigkeit von Ortbetonsowie für die Darstellung von Bereichen oder Flächen geringer Güte oder für beschädigten Beton in Konstruktionen

-  bestimmt wird die Rückprallzahl einer Fläche aus Festbeton

- Formänderungen werden bezogen auf die Ausgangslage, Dehnungen genannt.

- müssen berücksichtigt werden.

- Formänderungen sind nach Entlastung nicht vollständig reversibel (neben elastischen, treten auch plastische Anteile auf)

- zeitabhängige Anteile (siehe grafik zuvor)

- elastisch ist reversibel
- plastisch ist irreversibel

- Spannungsdehnungslinie ist von Anfang an leicht gekrümmt und folgt somit im aufsteigenden Ast nur näherungsweise dem Hooke’schen Gesetz.

- Krümmung geht auf Mikrorisse zurück, die durch Schwinden und Temperatureinflüsse entstehen.

Druckbruchdehnung von Beton:
εcu= -2 bis -2,5 mm/m

Zugbruchdehnung von Beton:
εtu= 0,1 bis -0,15 mm/m

Querdehnung von Beton:
εq= -μ εl= -(0,15 bis -0,25) εl

- Querdehnung wird bei der Bemessung meist vernachlässigt (μ=0).

- eine zeit- und lastabhängig verzögerte Verformung

- der Kriechanteil geht zeitabhängig teilweise nach Entlastung wieder zurück

- Korngerüst wirkt der Verformung entgegen

- Ursache ist eine Verlagerung des Gelwassers unter Druck mit einhergehender Verformung

- anfänglich starke Zunahme der Verformung, die sich mit zunehmender Belastungsdauer asymptotisch dem Endkriechmaß nähert.

• Feuchtegehalt
• Alter des Betons bei der Belastung
• Zementgehalt des Betons
• Abmessungen des Bauteils
• Höhe der Lastspannung

- Bei Spannungen bis ca. 50% der Festigkeit ist die Kriechverformung proportional zur
kriecherzeugenden Spannung.

- εk/σk=αk[1/(N/mm²)] (Proportionalitätsfaktor αk heißt Kriechmaß)

- Bei höheren Spannungen wachsen die Kriechverformungen überproportional stark

- Für praktische Berechnungen benutzt man die Kriechzahl φt.

- Formel getrennt in Fließen und die verzögert elastische Verformung

Φf0    Grundfließzahl
kf      Beiwert für den zeitlichen Verlauf des Fließens unter Berücksichtigung der wirksamen Körperdicke def, der Zementart und des wirksamen Alters.
t       Wirksames Betonalter zum untersuchten Zeitpunkt
t0    Wirksames Betonalter beim Aufbringen der Spannung.
kv     Beiwert zur Berücksichtigung des zeitlichen Ablaufes der verzögert elastischen Verformung

Φt= (kf,t–kf,t0) Φf0+ 0,4 kv,(t-t0)

- Fließverformungen, die der Beton erfährt, ohne dass sich sein Feuchtegehalt ändert, bezeichnet man als Grundfließen

- folgende Werte haben Einfluss:

• hoher Wasserzementwert
• hoher Zementanteil
• niedriger E-Modul des Gesteins
• höhere Temperaturen
• hohe Spannungen
• Belastung in jungem Alter
• Porenwassergehalt

- wirksames=wahres Betonalter, falls Beton ständig bei 20 Grad.

- ansonsten wirksames Betonalter mit:

- den Teil der Kriechverformung, der nach einer Entlastung nach vorheriger Dauerbelastung im Laufe der Zeit vollständig wieder zurückgeht.

- Kriechverformung eines Bauteils strebt der Endkriechdehnung und damit einer Endkriechzahl zu

- Wird einem Körper eine Verformung aufgezwungen, so nimmt die Spannung im Laufe der Zeit ab. (Relaxation)

- Sonderfall des Kriechens unter veränderlicher Spannung, wie sie sich bei konstant gehaltener Dehnung im Bauteil einstellt.

- Zementgebundene Werkstoffe werden durch Änderungen des Feuchtehaushalts in den Poren des Zementsteins verformt

- Durch Austrocknung bedingte Volumenabnahmen werden als Schwinden, durch Feuchteaufnahme bedingte Volumenzunahmen als Quellen bezeichnet.

- sind lineare Formänderungen

- Schwinden:   -Kapillarschwinden
                      -chemisches Schwinden
                      -Carbonatisierungsschwinden
                      -Trocknungsschwinden

- ist eine Eigenschaft des Zementgels
- um so größer, je größer der Gelanteil/Hydrationsgrad im Zementstein

Kapillarschwinden(Frühschwinden, plastisches Schwinden):

- durch Kapillarkräfte beim Entzug des Wassers aus dem frischen noch verarbeitbaren Beton

- durch Schwinden entstehen Dehnungen und dadurch Risse senkrecht zur Oberfläche

Chemisches Schwinden (Schrumpfen, autogenes Schwinden):

- durch die chemische Bindung des Anmachwassers in den Hydratphasen und der dadurch verursachten Volumenverminderung des Zementleims

Carbonatisierungsschwinden:

- Irreversibles Schwinden, das durch die Reaktion des Kohlendioxids der Luft mit dem Calciumhydroxid im Zementstein entsteht

- ruft Netzrisse am Betonrand hervor

Trocknungsschwinden:

- Schwinden, das während der Austrocknung des Festbetons auftritt. (durch Verlust nicht gebundenen Wassers)

Es hängt ab von:
- Umgebungsfeuchte
- Bauteilabmessung
- Betonzusammensetzung

Bei gleichen Umweltbedingungen und Bauteilabmessungen:

- Zementsteinvolumen
- E-Modul der Gesteinskörnung
- Verbund der Gesteinskörnung zum Zementstein.

- mehr Gesteinskörnung führt zu weniger Zementsteinvolumen

- Verformungen durch das Gerüst der Gesteinskörnung werden behindert

(eintägiger Schalzeit und anschließender Austrocknung im Klima 20 °C/65 % r.F. Schwindmaß von rd. 3 mm/m auf)

Treiben:

- chemisch- mineralogische Reaktionen (z.B. Alkaliesäurereaktion)

- Volumenzunahme, die zur Schädigung führt

- normgerechter Zement ist raumbeständig
(jedoch Reaktion zw. Zementstein und Gesteinskörnung möglich)

Wärmedehnung:

- durch Änderung der Umgebungstemperatur oder durch Hydrationswärme

• Wasser in den Betonporen besitzt eine hohe Alkalität mit pH-Wert von etwa 13.

• Die Alkalität ist bedingt durch die Bildung von CalciumhydroxidCa(OH)2bei der Hydratation des Portlandzementklinkers.

• alkalisches Milieu führt zur Bildung einer Passivierungsschicht(mikroskopisch dünne Oxidschicht) auf der Stahloberfläche, die diese auch bei Zutritt von Wasser und Sauerstoff vor Korrosion schützt.

• CO2 aus der Luft dringt in den Beton ein und neutralisiert diesen von außen nach innen fortschreitend.

• Das CO2 reagiert mit dem im Porenwasser befindlichen Ca(OH)2 zu CaCO3 und Wasser (pH-Wert fällt unter 9) (Korrosionsschutz der Bewehrung nicht mehr gegeben)

• Diesen Prozess nennt man Karbonatisierungdes Betons.
Ca(OH)2+ CO2+ H2O zu CaCO3+ 2H2O

• Aber: Durch die Bildung von CaCO3 wird die Dichtigkeit des Zementsteins bei Portlandzementen erhöht.

Einflussfaktoren auf den Karbonatisierungsfortschritt im Beton sind:

• Betonzusammensetzung

• Nachbehandlung

• Umweltbedingungen

Die Zunahme der Karbonatisierungstiefe dk mit der Zeit t

(Außenbauteilen mit wechselnder Durchfeuchtung verläuft die Karbonatisierung langsamer, da CO2 zunächst nicht eindringt)

- Karbonatisierungstiefe ist von großer baupraktischer Bedeutung.

- Beim Aufsprühen von Phenolphthaleinlösungauf frische Betonbruchflächen färben sich nicht karbonatisierteBereiche (pH > 12,6) kräftig rot, karbonatisierteBereiche (pH < 9) bleiben farblos.

- im Beton erst nach Depassivierungdurch Karbonatisierung des Betons an der Stahloberfläche möglich.

- in trockenen Räumen auch dann keine Korrosion, wenn Beton Karbonatisiert ist.

- Korrosion infolge Carbonatisierung setzt ein, wenn Umgebungsfeuchten etwa 85 % r. F. überschreiten.

- das größere Volumen der Korrosionsprodukte im Vergleich zum unkorrodierten Stahl erzeugt bei relativ kleinen Korrosionsintensitäten so große Sprengdrücke, dass Risse im Beton und Betonabplatzung enauftreten