Technical

Der klassische Ziegelstein besteht aus Ton und wird bei höheren Temperaturen bis zu 1100°C gebrannt. Damit sind sie strapazierfähiger als Backsteine, besitzen beispielsweise eine höhere Rohdichte und Druckfestigkeit.

Ca. 66 Backsteine pro m2

Der Begriff „Backstein“ steht bevorzugt für die mittelalterlichen Bauten, wird aber hauptsächlich im süddeutschen und Schweizer Raum für Mauerziegel gebraucht (wo mit Ziegel üblicherweise nur Dachziegel gemeint sind). Auch in Berlin, Hamburg, dem Ruhrgebiet und Sachsen wird der Begriff durch den oft stadtbildprägenden Backsteinexpressionismus allgemeiner verwendet. Einfache Backsteine aus Lehm können bei nur 900 °C in Ziegeleien gebrannt („gebacken“) werden. Sie sind mechanisch nicht sehr stabil und offenporig, weshalb sie relativ viel Wasser aufnehmen können. Deshalb werden sie üblicherweise verputzt, um die Wetterfestigkeit zu verbessern. Der aus Ton (statt Wiesenlehm) bei höheren Temperaturen gebrannte „Tonziegel“ ist härter und gilt als beständiger.

BET surface area increased significantly when ethanol, hexane, and heptane solvents were used while water did not result in a significant increase. In addition, smaller mass of ethanol, hexane and heptane (i.e. 5 g instead of 60 g) increased the BET surface area of the biochar.

Gusseisen- Gips- oder Tonschlacke (früher Flugasche und Schlacke aus Hochöfen = Hüttensand)

Bei der nassen Rauchgasentschwefelung werden die gefilterten Rauchgase in nachgeschalteten Anlagen (REA) durch Eindüsung von Suspensionen aus Kalkstein oder Kalkhydrat entschwefelt. Dabei reagiert der Kalk mit dem im Rauchgas vorhandenen SO₂, wobei CaSO₄.2H₂O (Calciumsulfat-Dihydrat bzw. REA-Gips) entsteht. REA-Gips unterscheidet sich in der chemischen Zusammensetzung nicht von Naturgips.

REA-Gips wird insbesondere in der Gipsindustrie zur Herstellung von Baustoffen wie Gipskartonplatten, Gipsputz oder Gips-Estrich verarbeitet. Auch kann der Gips bei der Zementherstellung anstelle von Naturgips oder Anhydrit mit bis zu 5 % als Erstarrungsregler zugefügt werden. 

1.Ordinary Portland Cement (OPC) ist aufgrund seiner Fülle und geringen Produktionskosten der weltweit am häufigsten verwendete Zement
2.Portland Pozzolana Cement (PPC) ist eine Variation von OPC, die eine Mischung aus puzzolanischem Material enthält, das die Festigkeit des Betons erhöhen und die Menge an verwendetem OPC reduzieren kann.
3. OPC wird durch einfaches Mahlen von Kalkstein und Sekundärmaterialien zu einem Pulver hergestellt. PPC ist das Ergebnis der Zugabe von Pozzuolan oder ähnlichen Materialien wie Vulkanasche, Ton, Schlacke, Kieselsäure, Rauch, Flugasche oder Schiefer zu OPC.
4.PPC kann die in Beton verwendete OPC-Menge stark reduzieren.

Beton recyceln (RC-Beton). Hier wird beim Abbruch eines Gebäudes der Beton wieder aufbereitet. Es entsteht Betonsplitt und Betonbrechsand. Diese werden als Zugabe in den Betonherstellprozess wiedereingeführt. Dadurch kann Sand und Kies eingespart werden, Zement wird aber immer noch als Bindemittel benötigt.

Nach Angaben des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik fallen allein in Deutschland jährlich mehr als 6 Mio. Tonnen Aschen, Schlacken und Stäube durch Müllverbrennung und in industriellen Prozessen wie der Kohleverstromung oder der Stahlerzeugung an. Bei diesen Stoffen handelt es sich um die mineralischen, nicht brennbaren Rückstände, die bei der Verbrennung von organischen Materialien wie Kohle, Erdöl oder auch Holz anfallen. Die Rückstände können feinkörnig (Asche) oder pulverig (Stäube) sein. Stark erhitzte Asche, die eine teigige bis zähflüssige Konsistenz bekommen hat, bezeichnet man als Schlacke.

Druckfestigkeit
The compressive strength increases at 5% of biochar replacement rate is due to the high-water absorption capacity of biochar compared to other materials in the mix. This helps to keep the moisture content internally, which supports the strength development [33,37]. Higher percentage of biochar replacement reduced the cement content, thus less cement and internal moisture in the biochar induced low workability and compaction difficulty. ...

Der Biegeversuch oder Biegezugversuch ist eine Methode der zerstörenden Werkstoffprüfung.

Es gibt verschiedene Arten des Biegeversuches, deren Ablauf ähnlich ist und die sich durch die Art der Probenlagerung und die Anzahl der Lasteinleitungen unterscheiden. Aus den aufgezeichneten Biegekraft- und Durchbiegungswerten lassen sich verschiedene Materialkennwerte sowie die Spannungs-Dehnungs-Linie der Biegebeanspruchung ermitteln.

Wasser – die Menge entscheidet

Sobald der Zement mit Wasser in Verbindung kommt, entstehen feine Kristallnadeln, die sich miteinander verzahnen - der Beton erhärtet. Dabei ist das richtige Mischungsverhältnis von Wasser und Zement (W/Z-Wert) für die Härte und Eigenfarbe des Betons besonders wichtig. Je größer der W/Z-Wert ist, desto mehr Poren entstehen im Beton. Diese streuen das Licht und lassen ihn heller erscheinen. Infolgedessen muss der Planer auch den Einsatz von Fließmitteln, Betonverflüssigern oder Ähnlichem rechtzeitig berücksichtigen. Diese Zusatzmittel werden normalerweise dazu herangezogen, die Menge des Anmachwassers zu reduzieren, und führen so zu dunklerem Beton.

Weniger CO2 schon bei der Herstellung
Das Prinzip mag einfach sein, in der Praxis aber brauchte es einige Jahre akribische Forschung, um die Rezeptur zu entwickeln: eine Kombination aus gebranntem Ton und gemahlenem Kalk. LC3 nennen die Forschenden dieses Produkt.

Es reduziert den CO2-Ausstoss gleich an zwei Stellen im Herstellungsprozess: Erstens, weil der Ton nur auf 800 Grad statt 1400 erhitzt werden muss. Und zweitens, weil er – anders als gebrannter Kalk – dabei kein CO2 abgibt. Der gemahlene Kalk im LC-Rezept ist ungebrannt und so trägt er kein CO2 zur Bilanz bei.

Unter dem Strich verursacht Beton aus LC3-Zement etwa 30 Prozent weniger CO2. Ein enormes Potenzial, sagt Scrivener. Geeigneten Ton gebe es mehr als genügend. «Insgesamt könnte der CO2-Ausstoss der globalen Betonproduktion pro Jahr um 400 Millionen Tonnen gesenkt werden. Das sind in etwa die Emissionen von ganz Australien.»

EPFL

Dieser Artikel behandelt aufgrund der ähnlichen Mechanismen, Maßnahmen und Prüfungen sowohl den Frost-Widerstand als auch den Frost-Tausalz-Widerstand des Festbetons. Für den Frost-Widerstand des jungen Betons siehe Gefrierbeständigkeit.

Bauteile, die Witterungseinflüssen ausgesetzt sind, müssen einen ausreichenden Frost- und ggf. Frost-Tausalz-Widerstand aufweisen. Daraus ergeben sich Anforderungen an die Betonzusammensetzung und die Gesteinskörnung.

Die Zuordnung zu Expositionsklassen XF erfolgt entsprechend der Wassersättigung des einzustufenden Bauteils und des Tausalzeinsatzes in dessen Umgebung:

• XF1: mäßige Wassersättigung, ohne Tausalz
• XF2: mäßige Wassersättigung, mit Tausalz
• XF3: hohe Wassersättigung, ohne Tausalz
• XF4: hohe Wassersättigung, mit Tausalz

Schädigungsmechanismen
Das Porenvolumen sowie die Porengrößenverteilung im Festbeton sind wichtige Einflussgrößen für den Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand. Da das Porenvolumen unmittelbar vom Wasserzementwert abhängt, ist auch dieser eine wichtiger Faktor.
Eis hat eine um das fünffache größere Wärmedehnzahl als Zementstein. Der Phasenübergang von Wasser zu Eis führt zu einer 9%igen Volumenzunahme, die zu einem hydraulischen Druck im Betongefüge ausübt. Stehen nicht genügend wasserfreie Poren als Ausweichräume zur Verfügung oder sind diese Poren zu weit voneinander entfernt, bauen sich Zugspannungen im Zementstein auf. Die während eines Frost-Tau-Wechsels entstehenden Druckunterschiede im Betongefüge pumpen bei einem ausreichenden Feuchteangebot weiteres Wasser von außen in noch wasserfreie Poren.
Der Einsatz von Tausalzen bzw. Taumitteln verschärft den physikalischen Angriff in den oberflächennahen Bereichen des Betons. Wird eine Tausalzsole oder Taumittellösung auf eine überfrorene Fläche aufgebracht, entzieht das gefrorene Wasser beim Wechsel des Aggregatzustands von Fest nach Flüssig zum Aufspalten der Bindung von Molekülen der Umgebung schockartig Wärmeenergie (Schmelzwärme). Dies führt zu einer Erhöhung der Spannungen u. a. durch schichtenweises Gefrieren oder durch osmotische Drücke. Außerdem steigt bei zunehmendem Chloridgehalt der Wassersättigungsgrad in den oberflächennahen Poren an.
Prinzipiell können zwei Schädigungsarten durch Frost-Tau-Wechsel mit und ohne Tausalzeinsatz unterschieden werden:

• die Oberflächenabwitterung und
• die innere Gefügeschädigung.

Unter Oberflächenabwitterung - die am häufigsten beobachtete Schadensform des Frostangriffs - wird ein fortschreitender Verlust kleiner Partikel oder dünner Schichten des Betons verstanden.
Zusätzlich können durch den Einsatz der Tausalze Chloride in den Beton eingetragen werden, die die Gefahr der Korrosion der Bewehrung vergrößeren. Eine Einstufung in die Expositionsklasse XD (Deicing) ist vorzunehmen.

Anforderungen an den Beton
Frost-Widerstand setzt einen wasserundurchlässigen Beton, ausreichende Druckfestigkeit und gegen Frost widerstandfähige Gesteinskörnungen voraus. Je nach Zuordnung zu den Expositionsklassen XF1 bis XF4 werden Anforderungen gestellt an:

• Wasserzementwert
• Zementgehalt
• Druckfestigkeitsklasse
• mittleren Luftgehalt
• Gesteinskörnung

Einführen von Luftporen durch Luftporenbildner LP oder durch Zugabe von Mikrohohlkugeln verbessern den Frost-Tausalz-Widerstand erheblich. Beton der Expositionsklasse XF4 darf nur als Luftporenbeton ausgeführt werden (Ausnahme: Erdfeuchter Beton). Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass ein hoher Luftgehalt zu einer Druckfestigkeitsminderung führt: 1 Vol.-% eingeführter Luftporen kann einen Druckfestigkeitsabfall von 1 N/mm² bis 2 N/mm² bewirken. Beton mit Widerstand gegen Frost muss mit Gesteinskörnungen hergestellt werden, die einen erhöhten Frost-Widerstand aufweisen: Gesteinskörnungen müssen bei mäßiger Durchfeuchtung des Betons (Expositionsklasse XF1) die Bedingung der Kategorie F4 (Masseverlust ≤ 4 %) und bei starker Wassersättigung des Betons z. B. in der Wasser-Wechsel-Zone von Schleusen (Expositionsklasse XF2) die Bedingung der Kategorie F2 (Masseverlust ≤2 %) erfüllen.

Hydratation und Festigkeitsentwicklung

Das Erstarren und Erhärten des Zements beruht auf der Bildung wasserhaltiger Verbindungen, die bei der Reaktion zwischen den Zementbestandteilen und dem Anmachwasser entstehen. Im Allgemeinen reagiert der Zement in einem verhältnismäßig wasserarmen, plastischen Gemisch mit Wasserzementwerten zwischen etwa 0,3 und 0,6. Die Reaktion wird als Hydratation, die Reaktionsprodukte werden als Hydrate oder Hydratphasen bezeichnet. Eine Folge der unmittelbar einsetzenden Reaktionen ist ein Ansteifen des Zementleims, das anfangs noch sehr gering ist, sich aber mit der Zeit verstärkt. Erreicht das Ansteifen des Zementleims ein bestimmtes Maß, so spricht man vom Beginn des Erstarrens. Die zeitlich anschließende weitere Verfestigung des Zementleims gilt als Erstarren, die danach fortschreitende Verfestigung wird Erhärten genannt.

Ursache des Ansteifens, Erstarrens und Erhärtens ist die Bildung eines mehr oder weniger starren Gefüges aus Hydratationsprodukten, das den wassergefüllten Zwischenraum zwischen den Feststoffpartikeln des Zementleims, Mörtels oder Betons ausfüllt. Der zeitliche Verlauf, nicht jedoch die Art der Hydratationsprodukte, hängt daher in sehr starkem Maß von der Größe des Zwischenraums ab, d. h. vom Wasserzementwert. Die festigkeitsbildenden Hydratationsprodukte sind bei den silicatischen Zementen in erster Linie Calciumsilicathydrate und beim Tonerdezement Calciumaluminathydrate. Weitere Hydratationsprodukte sind Calciumhydroxid, Calciumferrithydrate, sulfathaltige Hydrate und verwandte Verbindungen, Hydrogranat und Gehlenithydrat. Silicatische Zemente bestehen zu über 70 M.-% aus Calciumsilicaten oder silicatischen Bestandteilen. Daher kommt der Hydratation dieser Verbindungen und den Eigenschaften der dabei entstehenden Calciumsilicathydrate besondere Bedeutung zu. Da die Calciumsilicathydrate CaO-ärmer als die Calciumsilicate des Zementklinkers sind, bildet sich bei der Hydratation des Portlandzements außerdem Calciumhydroxid. Alle Zemente enthalten als wesentliche Bestandteile auch Aluminium- und Eisenoxide sowie Sulfate, daher bilden sich auch Calciumaluminathydrate, Calciumferrithydrate und sulfathaltige Verbindungen sowie auch komplexere Hydratationsprodukte. Der pH-Wert der Porenlösung nimmt vergleichsweise hohe Werte an und ist für die meisten Hydratationsreaktionen von besonderer Bedeutung.

1. Allgemein: Reaktion eines Stoffs mit Wasser, bei der das Wasser an den betreffenden Stoff angelagert wird. Es handelt sich um einen chemisch-physikalischen Vorgang.
2. Beim Zement: Das Erstarren und Erhärten des Zementleims zum Zementstein beruht auf der Bildung wasserhaltiger Verbindungen, die bei der Reaktion zwischen den Hauptbestandteilen des Zements (z. B. Klinkerphasen) und dem Anmachwasser entstehen. Diese Reaktion wird als Hydratation, die Reaktionsprodukte werden, unabhängig von der Art der Wasserbindung, als Hydrate oder Hydratphasen bezeichnet.

Bei vollständiger Hydratation bindet der Zement etwa 25 % seiner Masse an Wasser chemisch (Hydratwasser) und etwa 15 % seiner Masse physikalisch (Gelwasser). Das so gebundene Wasser beträgt also etwa 40 M.-%, entsprechend einem Wasserzementwert von w/z = 0,40.
Ein höherer Wasserzementwert führt im Zementstein stets zu Kapillarporen.
Die Hydratation ist temperaturabhängig und wird von höheren Temperaturen beschleunigt. Bei Temperaturen des Zementleims unter 5°C verlangsamt sich die Hydratation extrem und kommt bei Temperaturen unter -10°C vollständig zum Erliegen.
Die Hydratation läuft in den ersten Stunden und Tagen schneller ab und wird im Laufe der Zeit langsamer (Nacherhärten). Sie bricht ab, wenn nicht genügend Wasser zur Verfügung steht. Daher ist eine möglichst früh einsetzende und genügend lang wirkende Nachbehandlung des Betons erforderlich.

Die Hydratation des Zements ist ein exothermischer Vorgang. Die dabei frei werdende Wärmemenge wird als Hydratationswärme bezeichnet, die im Lösungskalorimeter gemessen wird (Einheit: J/g oder kJ/kg).
Die Hydratationswärme wird umso schneller frei, je reaktionsfähiger der Zement ist, d.h. je feiner er gemahlen ist und je mehr Tricalciumsilicat und Tricalciumaluminat der Hauptbestandteile des Zements enthalten bzw. je höher der Anteil des Zementklinkers im Zement ist. Je nach Anwendungsfall werden Zemente mit hoher oder solche mit niedriger Hydratationswärme (LH-Zement, VLH-Zement) gezielt eingesetzt. LH-Zement und VLH-Zement werden z. B. häufig für Beton für massige Bauteile eingesetzt.
Große Hydratationswärmeentwicklung kann in dicken Betonbauteilen (massige Bauteile) zu großen Temperaturunterschieden zwischen Kern und Betonoberfläche führen. Daraus können Zwangsspannungen und Risse entstehen. Um unter diesen Randbedingungen die Gebrauchstauglichkeit und die Dauerhaftigkeit dieser Betonbauteile sicherzustellen, sind besondere Maßnahmen sinnvoll (siehe "Massige Bauteile").

Zement ist in der Lage, etwa 40 % seiner Masse an Wasser zu binden (Hydratation), was einem Wasserzementwert von 0,40 entspricht. Weist der Zementleim einen höheren Wasserzementwert auf, so bezeichnet man das Wasser, das vom Zement nicht gebunden werden kann, als Überschusswasser.
Der Raum, den es im Zementstein einnimmt, stellt ein System feiner, oft zusammenhängender Poren dar, die man als Kapillarporen (> 100 nm) bezeichnet. Mit steigendem Kapillarporenraum nimmt die Qualität des Zementsteins bzw. des Betons ab.
Die Kapillarporen können mit Kapillarwasser gefüllt sein.

Mehlkorn, Wasser, ggf. Betonzusatzmittel und Betonzusatzstoffe bilden im Frischbeton den Leim (auch: Mehlkornsuspension). Der Leimanspruch ist vor allem von der erforderlichen Konsistenz (Verarbeitbarkeit) des Betons abhängig. Eine günstige Kornzusammensetzung der Gesteinskörnung (Idealsieblinie) verringert den Leimanspruch bei gleich guter Verarbeitbarkeit.
Vollständig verdichtbare Konstruktionsbetone mit ausreichendem Zusammenhaltevermögen sollen ein Mindestleimvolumen von rd. 260 l/m³ besitzen. Durch eine Erhöhung des Leimvolumens lässt sich die Konsistenz weiter steigern. Um Schwinden und Hydratationswärmeentwicklung gering zu halten, sollte der Zementleimgehalt 300 l/m³ (Wasser + Zement) nicht überschreiten. Auch Kostengründe führen häufig zum Bestreben, den Zementleimgehalt so niedrig wie möglich zu halten. Ab einem Leimvolumen von etwa 280 l/m³ lässt sich die Konsistenz auch mit verflüssigenden Zusatzmitteln (BV und FM) steigern.
Besonders bei gebrochener Gesteinskörnung, bei Ausfallkörnungen oder bei hohen Mehlkorngehalten wird zur Bestimmung des Leimanspruchs die Zementleimdosierung angewendet.

Beton, der zur Erhöhung der Frost-Tausalz-Widerstands eine bestimmte Menge an Mikroluftporen bestimmter Größe und definiertem Abstand besitzt.
Untersuchungen von T. C. Powers zeigten 1938, dass in ausreichender Anzahl im Festbeton gleichmäßig verteilte Mikroluftporen das Kapillarporensystem und damit die für eine kritische Wassersättigung verantwortlichen Transportvorgänge unterbrechen. Sie können den Druck auffangen, der im Winter durch die Volumenvergrößerung des in den Kapillarporen im Festbeton durch Taumitteleinsatz schockartig gefrierenden Wassers entsteht.
Die künstliche Einführung von Mikroluftporen erhöht somit den Frost-Widerstand. Die Mikroluftporen können durch einen Luftporenbildner oder durch Zugabe von Mikrohohlkugeln (vorgefertigte Luftporen mit elastischer Kunststoffhülle) hergestellt werden. Mikrohohlkugeln benötigen eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung.
Je nach Zuordnung zu einer Expositionsklasse muss ein Beton als Luftporenbeton hergestellt werden. Beton der Expositionsklasse XF4 darf nur als Luftporenbeton ausgeführt werden.
Wenn gemäß DIN EN 206-1/DIN 1045-2 Tabelle F.2.2 Anforderungen an den Mindest-Luftgehalt gestellt werden, muss der Frischbeton unmittelbar vor dem Einbau die mittleren Mindest-Luftgehalte in nebenstehender Tabelle aufweisen. Für Konsistenzklassen ≥ F4 müssen die Werte um 1,0 Vol.-% erhöht werden. Außerdem ist das „Merkblatt für die Herstellung und Verarbeitung von Luftporenbeton“ der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) zu beachten.
Beim Betonentwurf ist zu berücksichtigen, dass ein hoher Luftgehalt zu einer Festigkeitsminderung führt: 1 Vol.-% eingeführter Luftporen kann einen Festigkeitsabfall von 1 N/mm² bis 2 N/mm² bewirken. Restwasser darf bei der Herstellung von Luftporenbeton nicht verwendet werden. Der Nachweis eines ausreichenden Luftporengehalts erfolgt über die Luftgehaltsmessung und die Bestimmung des Abstandsfaktors.

Porenbeton (auch Gasbeton) ist ein hochporöser, mineralischer Baustoff mit geringer Dichte und mit guter Wärmedämmfähigkeit auf der Grundlage von Kalk-, Kalkzement- oder Zement­mörtel, der durch Blähen porosiert und grundsätzlich einer Dampfhärtung unterzogen wird. Die bekanntesten Marken sind Ytong, Hebel und Greisel.

Wir haben verschiedene Mischungen versucht und sind noch am Ausmessen. Wenn die Kohle entsprechend fein gemahlen ist, können Sie für Ziegel den gesamten Sand durch das gleiche Volumen an Kohle ersetzen, also 1 Teil Zement zu 3 Teilen Kohle. Wahlweise können Sie auch 1 Teil Zement zu 2 Teilen Sand und 1 Teil Kohle verwenden. Für Beton entsprechend mit den Anteilen an Grobkies anpassen.

Ithaka