EN 197-1 - Holcim (Wien)

Inhalt
Erzeugung von Zement Seite 2
Rohmaterialgewinnung Seite 5
Rohmaterialaufbereitung Seite 7
Brennvorgang Seite 9
Mahlung von Zement Seite 11
Qualitätskontrolle − Lagerung / Vertrieb Seite 13
Zementchemie Seite 15
Zementbezeichnung Seite 17
Zementprüfung nach europäischer Norm Seite 17
Erhärtung des Zements Seite 19
Zemente mit besonderen Eigenschaften Seite 19
Chromatreduktion bei Zement Seite 19
Hautschutzinfo Seite 21
Daten, Tabellen, Fakten Seite 23
Zementsorten in Österreich Seite 23
Zementproduktion in Österreich / Zementsortenanteil Seite 23
Zement, das Bindemittel für Beton Seite 25
Was ist Stahlbeton Seite 27
Was ist Spannbeton Seite 29
Zement und Beton im Wandel der Zeit Seite 31
Antworten auf Fragen zu Beton Seite 32
1

Zement ist ein hydraulisches Bindemittel. Das bedeutet, dass er durch Reaktion mit Wasser erhärtet und auch
unter Wasser fest und beständig bleibt. Sein wichtigster Bestandteil ist Portlandzementklinker (siehe Seite 27).
Die wesentlichen Ausgangsstoffe der Erzeugung des Portlandzementklinkers sind Kalkstein, Ton und Mergel. Als
Korrekturmaterialien werden bei Bedarf Quarzsande und eisenoxidhältige Stoffe eingesetzt.
Rohmaterialaufbereitung
2
Rohmaterialgewinnung
1
Luftstrom
Feststoffstrom
Brennstoffstrom
ROHRDORFER
ZEMENT
Zementwerk Eiberg
ROHRDORFER
ZEMENT
Zementwerk Gmunden
2

Erzeugung von Zement
Wesentliche Ausgangsstoffe der Zementerzeugung:
Kalkstein CaCO 3
Calciumcarbonat
Tonbestandteile, z. B. Kaolinit Al 2
O 3
Aluminiumoxid
Quarzsande SiO 2
Kieselsäure
eisenoxidhältige Stoffe Fe 2
O 3
Eisenoxid
Mahlung von Zement
4
Brennvorgang
3
Qualitätskontrolle
Lagerung/Vertrieb
5
3

4
Rohmaterialtransport

1
Rohmaterialgewinnung
Die Rohstoffe werden in Steinbrüchen und Tongruben gewonnen. Das dort abgebaute Rohmaterial wird zerkleinert,
ins Zementwerk transportiert und im so genannten Mischbett zwischengelagert. Das Mengenverhältnis
der wesentlichen Ausgangsstoffe für die Zementherstellung beträgt im Schnitt zwei Teile Kalkstein und ein Teil
Ton beziehungsweise Mergel.
5

Förderung des Rohmaterials in das Zementwerk
Lagerung des Rohmaterials im Mischbett
6

2
Rohmaterialaufbereitung
Das Rohmaterial wird mit der Abwärme des Drehrohrofens (siehe Pkt. 3 ) getrocknet und gleichzeitig gemahlen.
Die Abgase werden in modernen Entstaubungseinrichtungen gereinigt.
Durch den Mahlvorgang entsteht das Rohmehl. Die Einstellung der exakten Zusammensetzung erfolgt mit Korrekturmaterialien.
Diese Korrekturmaterialien erleichtern beim nachfolgenden Brennvorgang die erforderliche
Sinterung.
Das richtige Mischungsverhältnis der einzelnen Komponenten des Rohmehls wird laufend kontrolliert und
korrigiert. Das Rohmehl wird in Silos homogenisiert, in einem Zwischensilo (siehe Pkt. 3 ) gelagert und für den
Brennvorgang bereitgehalten.
7

Blick ins Innere eines Drehrohrofens
Der Leitstand der Produktionsanlage
Der Drehrohrofen - das Herzstück der Zementerzeugung
8

3
Brennvorgang
Der Brennvorgang erfolgt in zwei Stufen − der Entsäuerung und dem Sinterprozess.
Für den Brennvorgang werden heizwertreiche Brennstoffe eingesetzt. In zunehmendem Maße werden die klassischen
Brennstoffe wie Steinkohle und Heizöl durch Alternativbrennstoffe wie Altreifen, aufbereitete Kunststoffe
und Altöle ersetzt.
• Entsäuerung:
Das Rohmehl wird im Vorwärmer auf ca. 900° C (Grad Celsius) erhitzt. Ab ca. 550 °C beginnt sich Kalkstein
in Calciumoxid und Kohlendioxid zu zerlegen. Dieser Vorgang, bei dem das CO 2
entweicht, wird als
Entsäuerung bezeichnet:
CaCO 3
CaO + CO 2
Kalkstein Calciumoxid (Branntkalk) Kohlendioxid
Aus einer Tonne Rohmehl entweichen etwa 340 kg Kohlendioxid (CO 2
). Die dabei entstehende Abwärme
wird zur Trocknung von Kalk, Mergel und Ton eingesetzt (siehe Pkt 2 ) und somit vollständig genutzt.
• Sintervorgang:
Nach der Entsäuerung im Vorwärmer gelangt das Material in den Drehrohrofen. Durch die Drehbewegung
des schräg gelagerten Ofens nimmt das Material eine kugelige Form an (Granalien). Hierbei gelangt es in
immer heißere Ofenzonen. Bei Materialtemperaturen von etwa 1450° C bilden sich durch den Sinterprozess
die Klinkermineralien (siehe Kapitel Zementchemie). Am Ofenauslauf fallen die Klinkergranalien auf den
Rost des Klinkerkühlers. Anschließend wird das Material in einem Klinkersilo gelagert.
Diese rasche Abkühlung ist notwendig, um die hydraulischen Eigenschaften des Klinkers zu erhalten. Der
größte Teil der dabei entstehenden heißen Abluft wird dem Ofen direkt zugeführt und beim Brennvorgang
genutzt. Die Klinkerkühlerabluft wird in einem Filter entstaubt.
9

Zementmahlung in der Kugelmühle
Blick ins Innere der Zementmühle - Stahlkugeln vermahlen die Zementbestandteile bei rotierender Trommel
10

4
Mahlung von Zement
Der Zementklinker wird gemeinsam mit Hüttensand, Flugasche, Kalkstein (siehe Seite 15) und Sulfatträger (z. B.
Gips) (rund 5 %) in Walzen- und Kugelmühlen vermahlen. (Art und Menge der einzelnen Bestandteile werden in
Abhängigkeit von der gewünschten Zementsorte gemäß der Zementnorm EN 197-1 gewählt).
Art und Menge der einzelnen Bestandteile und die Mahlfeinheit des Zements beeinflussen die physikalischen und
zementtechnologischen Eigenschaften des Endproduktes. Die Mahlfeinheit wird durch die Art und Dauer des
Mahlvorganges bestimmt. Die dabei entstehende Abluft wird in der Entstaubungsanlage gereinigt.
Die Mahlfeinheit wird durch die spezifische Oberfläche (Blainewert) beschrieben. Sie beträgt im Allgemeinen
3000-5000 cm²/g Zement.
Prinzipiell gilt: Je größer die spezifische Oberfläche ist, desto rascher findet die Reaktion mit Wasser statt, desto
höher ist die Wärmetönung (Hydratationswärme) bei der Erhärtung und desto rascher entwickelt sich die Festigkeit.
Als Hydratationswärme wird jene Erwärmung bezeichnet, die bei der Reaktion des Zements mit Wasser
(Hydratation) entsteht.
Klinker
11

Beladung eines Silo-LKWs
Rotorpackmaschine zur Füllung der Zementsäcke im Werk
12

5
Qualitätskontrolle
Während der Produktion und vor dem Verlassen des Werkes wird der Zement in werkseigenen Laboratorien
überprüft. Die chemische und mineralogische Zusammensetzung der Rohstoffe sowie der Zwischenprodukte
und insbesondere die mörteltechnischen Eigenschaften der Endprodukte werden ermittelt und überwacht.
Zusätzlich werden von akkreditierten Prüf- und Überwachungsstellen Stichproben gezogen. Alle relevanten
Qualitätsmerkmale werden geprüft und die Ergebnisse der werksinternen Überwachung kontrolliert. So kann
der Verbraucher sicher sein, immer nur allerbeste Qualität zu erhalten. Auf jedem Lieferschein und jedem
Zementsack befinden sich wichtige Bezeichnungen wie die genaue Normenbezeichnung und das CE-Konformitätszeichen,
die Sicherheitshinweise und zusätzliche Angaben.
Lagerung/Vertrieb
Der fertige Zement wird aus den Silos heraus direkt in Silo-Transportfahrzeuge oder in 25-kg-Säcken verpackt.
Und das praktisch staubfrei, weil die Zementindustrie modernste Füllautomaten und Packmaschinen verwendet.
13

Klinker - der wichtigste Bestandteil des Zements
Chemische Analyse - Basis der Qualitätskontrolle
14

Zementchemie
Haupt- und Nebenbestandteile der Zemente
• Klinker
• Gips
• Hüttensand, Flugasche, Kalkstein
• Nebenbestandteile
Chemische Zusammensetzung des Portlandzementklinkers
Die chemische Zusammensetzung von Portlandzementklinker bewegt sich in folgenden Grenzen:
Calciumoxid (CaO) 60-67 %
Kieselsäure (SiO 2
) 18-24 %
Aluminiumoxid (Al 2
O 3
) 4-9 %
Eisenoxid (Fe 2
O 3
) 1-4 %
Magnesiumoxid (MgO) 0,5-5 %
Schwefeltrioxid (SO 3
) 0,1-1,5 %
Alkalien 0,5-2 %
Glühverlust 0,1-1 %
Klinkermineralien
Bezeichnung Kurzform Summenformel
Tricalciumsilikat (C 3
S) 3CaO.SiO 2
bis zu etwa 80 % der
Dicalciumsilikat (C 2
S) 2CaO.SiO 2
Klinkermasse
Tricalciumaluminat (C 3
A) 3CaO.Al 2
O 2
Tetracalciumaluminatferrit (C 4
AF) 4CaO.Al 2
O 3
.Fe 2
O 3
Zusammensetzung der Zemente
Um bestimmte Eigenschaften der Zemente zu erreichen, ist eine Mischung der Bestandteile erforderlich. Die
europäische Norm EN 197-1 – Zusammensetzung, Anforderungen und Konformitätskriterien von Normalzement
– legt die Grenzen der Anteile fest.
• Klinker:
Portlandzementklinker ist ein hydraulischer Stoff. Er wird durch Sinterung einer genau festgelegten Rohstoffmischung
hergestellt.
• Gips:
Der zur Regelung der Verarbeitungszeit erforderliche Erstarrungsregler (Calciumsulfat) führt zu SO 3
-Gehalten
von rund 3 bis 4 % der Masse.
• Hüttensand, Flugasche, Kalkstein:
Je nach Zementsorte werden dem Portlandzement die Bestandteile Hüttensand, Flugasche oder Kalkstein
in unterschiedlichen Mengen zugemahlen. Dadurch werden die erforderlichen Eigenschaften des Zements
gesteuert.
• Nebenbestandteile:
Nebenbestandteile verbessern auf Grund ihrer Korngrößenverteilung die Eigenschaften des Zements. Ihr
Masseanteil ist mit höchstens 5 % Masse begrenzt.
15

Bestandteile des Zements
Zementprüfung zur Kontrolle der Druckfestigkeit an einem Prisam aus Normenmörtel
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Zementbezeichnung
Die Bezeichnung der Normalzemente setzt sich aus einer genau definierten Folge von Ziffern und Zahlenkombinationen
zusammen:
Norm Zementtype Druckfestigkeit
Frühfestigkeit
EN 197-1− CEM II/A - S 32,5 R
Anteil der Zumahlstoffe
Art der Zumahlstoffe
Hüttensand: S
Flugasche: V
Kalkstein: L
Kombination: M
EN 197-1.......
CEM II ...........
A .....................
S .....................
Nennung der Norm (ÖNORM EN 197-1), Bindestrich
Bezeichnung der Hauptzementart (CEM I - V), Schrägstrich
Angabe der Menge der Anteile ( A, B, C), Bindestrich
Angabe der Bestandteile [S, V, L und M als Gemisch mit Angabe der
Komponenten z. B.: M(S-V)]
42,5 ............... Angabe der Druckfestigkeitsklasse (32,5; 42,5; 52,5) in MPa [N/mm²] als Minimum der
Druckfestigkeit der Probe nach 28 Tagen. Für die jeweilige Druckfestigkeitsklasse gelten
auch Obergrenzen. Die Gültigkeitsbereiche der Festigkeitsklassen überlappen sich.
Druckfestigkeitsklassen:
52,5: Min. 52,5 MPa Max. unbegrenzt
42,5: Min. 42,5 MPa Max. 62,5 MPa
32,5: Min. 32,5 MPa Max. 52,5 MPa
Druckfestigkeitsklasse
= 52,5
62,5
52,5
Druckfestigkeitsklasse
= 42,5
42,5
Druckfestigkeitsklasse
= 32,5
32,5 CEM...32,5 CEM...42,5 CEM... 52,5
R........................
Angabe zur Frühfestigkeit (N ... Normal, R ... Rapid)
Zementprüfung nach europäischer Norm
Aus 225 g Wasser, 450 g Zement und 1350 g Normensand wird ein Normenmörtel hergestellt. Der W/Z-Wert
(Wasser/Zement-Wert) beträgt damit 0,5. Normensand ist ein spezieller Quarzsand mit genau abgestuften
Korngrößen. Unmittelbar nach dem Mischen wird der Mörtel in Formen eingebracht und zwei Minuten lang am
Vibrationstisch verdichtet. Eine Form bietet Platz für drei Prismen mit den Abmessungen 40 x 40 x 160 mm. Die
befüllte Form wird sofort abgestrichen, mit einer Glasplatte abgedeckt und in einem Feuchtschrank bei 20 ºC
und mindestens 90 % Luftfeuchtigkeit für 24 Stunden gelagert. Danach werden die Prismen entformt, gewogen
und in ein Wasserbecken bis zum Prüftermin nach 28 Tagen gelagert. Zur Prüfung werden die drei Prismen jeder
Serie aus dem Wasserbecken entnommen, trockengewischt, gewogen und halbiert. Die so erhaltenen sechs Prismenhälften
werden einer Druckfestigkeitsprüfung unterzogen. Die dabei festgestellten Druckfestigkeiten werden
mit der geforderten Druckfestigkeitsklasse verglichen.
17

Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM) – Aufnahme von Zementstein nach drei Stunden Hydratation
Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM) – Aufnahme von Zementstein nach 28 Tagen Hydratation
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Die Erhärtung des Zements
Die Reaktion von Zement mit Wasser nennt man Hydratation. Dabei entsteht der so genannte Zementstein. Für
eine vollständige Hydratation des Zements sind 40 % der Masse des Zements erforderlich. Höhere Wassermengen
erhöhen die Porosität des Zementsteins und verringern dadurch die Festigkeit.
Die Festigkeit und Beständigkeit des Betons entsteht durch Auskristallisierung des Zements, wodurch sich kleinste
Kristallnadeln bilden, die sich fest ineinander verzahnen.
Die Erhärtungsreaktion des Zements ist mit Wärmeentwicklung verbunden („Hydratationswärme“). Bei der
Erhärtung werden 420 kJ Energie pro kg Zement freigesetzt. Bei massigen Bauteilen führt diese Wärmetönung zu
einer beträchtlichen Temperatursteigerung und kann in der Folge Temperaturrisse im Beton hervorrufen.
Zemente mit besonderen Eigenschaften
Die Zemente erfüllen alle Anforderungen der ÖNORM EN 197-1 wie Abbindeverhalten, Druckfestigkeit und
Zusammensetzung. Es gibt jedoch Betonanwendungen, die darüber hinaus zusätzliche Anforderungen an den
Zement notwendig machen.
Bei Sulfatangriff durch höhere Sulfatgehalte im Boden oder durch Gipsgewässer werden Zemente mit erhöhtem
Widerstand gegen Sulfatangriffe eingesetzt. Dazu zählen Zemente, die nur einen geringen Anteil des Klinkerminerals
Trikalziumaluminat (C 3
A, siehe Zementchemie Seite 15) aufweisen oder denen dieses Mineral ganz fehlt.
Zementbezeichnungen wie „CEM I......C 3
A-frei“ und „CEM II......C 3
A-frei“ weisen auf den entsprechenden Widerstand
gegen Sulfatangriff hin. Diese Zemente weisen in der Regeln auch eine niedrigere Wärmetönung (Verlauf
der Temperatur im Beton) auf.
Eine weitere besondere Betonanwendung ist die Fahrbahndecke. Hoch belastete Betonfahrbahnen bedürfen
eines „Deckenzementes“ als Bindemittel. Diese Zementart muss zusätzlich am Mörtelprisma auf Biegezug geprüft
werden.
Chromatreduktion bei Zement
Am 17. Jänner 2005 trat eine neue EU-Richtlinie in Kraft, die vorschreibt, wie hoch der Chromatgehalt im
Zement sein darf. Mit dieser Maßnahme wird langfristig das Auftreten chromatbedingter Hauterkrankungen
(„Maurerkrätze“) zurückgedrängt. Zement und zementhaltige Zubereitungen werden demnach seit 2005 nur
mehr dann verkauft und verwendet, wenn ihr Gehalt an löslichem Chrom VI nicht mehr als 0,0002 Prozent
(2 ppm) der Trockenmasse beträgt. Das gilt auch für Zement, der aus anderen Ländern in die EU eingeführt wird.
Da die Wirkung der beigemengten Reduktionsmittel mit der Zeit nachlässt, hat Zement ein „Ablaufdatum“. Bei
losem Zement wird die Wirksamkeit des Reduktionsmittel einen Monat, bei Sackware drei Monate ab Werksauslieferung
garantiert. Zement, dessen Ablaufdatum überschritten ist, kann einen höheren Gehalt als 2 ppm an
löslichem Chrom VI enthalten.
Es ist daher für Händler, Endverbraucher und Betonhersteller besonders wichtig, auf Produktbeschreibung und
Ablaufdatum zu achten. Kunden und Anwender können sich sehr leicht von der Einhaltung der EU-Richtlinie hinsichtlich
des chromatarmen Zements überzeugen: Die erforderliche Produktinformation ist bei losem Zement in
Form eines Beiblatts, bei Sackware direkt auf der Verpackung als Seitenaufdruck zu finden. Auf die Arbeitnehmerschutzvorschriften
hat die Umstellung auf chromatarmen Zement keinen Einfluss. Auf jeder Zementverpackung
sind Gefahrenhinweise und Sicherheitsratschläge angebracht. Nach Überschreitung des Ablaufdatums ist jeder
Hautkontakt zu vermeiden.
19

20
Hautschutz - ein Muss auf jeder Baustelle

Hautschutzinfo
Richtiger Hautschutz bei der Arbeit mit Zement und Beton
Unter Hautschutz versteht man Präventionsmaßnahmen und das Vermeiden von direktem Kontakt ungeschützter
Haut mit Zement und Frischbeton, vor allem durch Handschuhe, Schutzbrille und Sicherheitsschuhe.
Zur Prävention von Hauterkrankungen in der Bauwirtschaft zielt die Hautschutzinformation als umfassendes
Maßnahmenpaket auf einen effizienten und nachhaltigen Hautschutz beim Umgang mit Zement und Frischbeton
ab. Diese Information soll Bewusstsein für den Hautschutz schaffen und den Schutzgedanken zur Selbstverständlichkeit
werden lassen.
Sicherheitsregeln bei der Arbeit mit Zement oder Frischbeton
Vor und bei der Arbeit
- Arbeitskleidung
- Hautschutzmittel
- Schutzhandschuhe
- Sicherheitsschuhe
- Schutzbrille
Nach der Arbeit
- Reinigung der Werkzeuge und danach
- Reinigung der Hände
- Pfl ege der Hände
HAUT SCHÜTZEN!
Mit Schutzhandschuhen
Mit Schutzstiefeln
Mit Schutzbrille
HAUT REINIGEN!
1. Reinigungsmittel sparsam dosieren
2. Reinigungsmittel verteilen
3. Schmutz abwaschen
4. Mit reichlich Wasser abspülen
Anschließend Hände gründlich abtrocknen.
Hierzu möglichst saubere Stoff- oder Papierhandtücher verwenden.
HAUT PFLEGEN!
Stark gefährdete Hautbereiche wie
• Nagelfalz
• Fingerzwischenräume
• Handrücken und
• Handgelenke
sind bei der Hautpflege besonders zu berücksichtigen.
www.hautschutz-info.at
21

22
Zementwerke

Daten, Tabellen, Fakten
Zementsorten in Österreich
Bezeichnung
Zusammensetzung: Masseanteil in Prozent
Haupt
zementart
Kennzeichnung
Portlandzementklinker
K
Hüttensand
S
Flugasche
Nebenbestandteile
kieselsäurereiche
V
Kalkstein
L
I Portlandzement I 95-100 - - - 0-5
II Portlandhüttenzement
II/A-S 80-94 6-20 - - 0-5
II/B-S 65-79 21-35 - - 0-5
Portlandfl ugaschezement
II/A-V 80-94 - 6-20 - 0-5
II/B-V 65-79 - 21-35 - 0-5
Portlandkalksteinzement
II/A-L 80-94 - - 6-20 0-5
II/B-L 65-79 - - 21-35 0-5
Portlandcompositzement
II/A-M 80-94 6-20 0-5
II/B-M 65-79 21-35 0-5
III Hochofenzement III/A 35-64 36-65 - - 0-5
III/B 20-34 68-80 - - 0-5
Zementproduktion in Österreich seit 1957 [Tonnen] und
Zementsortenanteile [Tonnen] im Jahre 2006
7 Mio.
6 Mio.
5 Mio.
4 Mio.
3 Mio.
85 %
2 Mio.
1 Mio.
11 %
2 %
CEM I 562.390 11 %
CEM II 4.306.290 85 %
CEM III 109.310 2 %
Sonstige 114.010 2 %
2%
1957 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
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Beton ist ...
Normalbeton
Recyclingbeton
Blähbeton - geschlossenes Gefüge
Blähbeton - offenes Gefüge
Ziegelsplittbeton
Steinsplittbeton
Porenbeton
Holzspanbeton
... Vielfalt: Schnittbilder von Normal- und Leichtbetonarten
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Zement, das Bindemittel für Beton
Zement und Wasser gemischt ergeben den Zementleim. Dieser erhärtet zu Zementstein.
Beton besteht hauptsächlich aus Gesteinskörnern (Sande und Kiese) und
Zementstein. Seine Festigkeit entsteht durch Erhärten des Zementleims (siehe Seite
9 %
Wohin ging der Zement 2006
55 %
18 %
18 %
Ins Transportbetonwerk
Als Sackware auf Baustellen
In Betonfertigteilwerke
Als Siloware auf Baustellen der Bauindustrie
19). Beton widersteht Hitze, Feuer
und Kälte. Er ist unempfindlich
gegen Trockenheit, Nässe sowie
viele chemische und physikalische
Beanspruchungen. Im frischen
Zement
+ Wasser
= Zementleim
+ Gesteinskörnung
= Beton
Zustand ist er beliebig formbar und lässt sich in Schalungen
gießen. Bauteile können somit direkt auf der Baustelle hergestellt
werden oder sie werden als Fertigteile auf die Baustelle
geliefert und zum Bauwerk zusammengefügt.
Der Verwendungszweck und die gestellten Anforderungen an
das Bauwerk bestimmen die Zusammensetzung des Betons. Beton
kann den Erfordernissen des jeweiligen Bauteiles angepasst
werden. Darin liegt eine der Stärken des Baustoffes.
Je nach der Dichte des Betons (= Masse pro Kubikmeter), die vor allem durch die verwendeten Gesteinskörnungen
oder durch Treibmittel bestimmt wird, unterscheidet man die Betonarten:
• Normalbeton mit einer Dichte von 2000 bis 2600 kg/m³ (mit Gesteinskörnungen aus Kiessand, Felsbrechgut,
Brechgut aus Altbeton) für alle üblichen Anwendungen des Betonbaus.
• Leichtbeton mit einer Dichte unter 2000 kg/m³ mit Leichtgesteinskörnungen (aus Blähton, Holzspäne,
Ziegelsplitt, Steinsplitt, Polystyrol bzw. Treibmittel beim Porenbeton u. a.) kommt dort zum Einsatz, wo die
Druckfestigkeiten nicht vorrangig sind und andere Eigenschaften wie z. B. die Wärmedämmung gefordert
werden.
• Schwerbeton mit einer Dichte über 2600 kg/m³ aus besonderen, sehr schweren Gesteinskörnungen (wie
zum Beispiel Basalt, evtl. Stahlspäne) – für Spezialanwendungen, z. B. für den Strahlenschutz in Krankenhäusern.
Bei Normal- und Schwerbeton sind die zwischen den einzelnen Gesteinskörnern vorhandenen Hohlräume mit
Zementstein ausgefüllt. Nach dem Verdichten mit speziellen Geräten ist der Beton praktisch hohlraumfrei: Wir
sprechen von Beton mit einem „geschlossenen Gefüge“.
Sind die Gesteinskörner jedoch nur punktweise miteinander „verklebt“ und die Hohlräume dazwischen offen, so
spricht man von haufwerksporigem Beton oder von „offenem Gefüge“. Anwendung findet diese Art von Leichtbeton
für Betonsteine im Hochbau.
Recyclingbeton bringt den Umweltgedanken ein: Seine Gesteinskörnungen bestehen zum Großteil aus wieder
aufbereitetem Altbeton und Baurestmassen. Er wird sowohl im Hoch- wie auch im Tiefbau eingesetzt.
25

Anwendungsbeispiel für Stahlbeton
Funktionsweise der Stahlbetonbauweise
Bahnbrücke als Zweifeldträger in Stahlbetonbauweise
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Was ist Stahlbeton
Unbewehrter Beton
Die wesentlichen Bestandteile des ausgehärteten Betons sind die Gesteinskörnungen und der Zementstein.
Dieser umhüllt jedes einzelne Korn, füllt die verbleibenden Hohlräume zwischen den Gesteinskörnern aus und
erzeugt einen homogenen mineralogischen Baustoff. Viele Materialeigenschaften des Betons sind durch spezielle
Zusammensetzungen der Ausgangsstoffe steuerbar. Darüber hinaus ist Beton im frischen Zustand beliebig formbar
und kann sowohl für massige als auch für feingliedrige Bauteile eingesetzt werden. Unbeschadet der vielen
Gestaltungsmöglichkeiten ist eine wesentliche mechanische Eigenheit des Betons nicht änderbar, nämlich dass die
Zugfestigkeit um etwa den Faktor 10 niedriger ist als die Druckfestigkeit.
Für konstruktive Bauteile kommt unbewehrter Beton heutzutage vor allem im Kraftwerksbau zum Einsatz.
Stahlbeton
Treten in einem Bauteil aus Beton Zugspannungen auf, müssen zusätzliche Maßnahmen zur Überbrückung der
geringen Zugfestigkeit des unbewehrten Betons getroffen werden. Dies geschieht in der Regel durch die Einlage
von Bewehrungsstäben aus Baustahl. Diese Bewehrungsstäbe werden vor dem Betonieren nach eigens angefertigten
Plänen verlegt. In diesen Bewehrungsplänen ist festgehalten, wo und wie viel Baustahl einzulegen ist.
Beim Betonieren werden die gerippten Bewehrungsstäbe vollständig mit Beton umhüllt. Die vollständige und
ausreichende Überdeckung der Bewehrung ist notwendig, um die Kraftübertragung vom Baustahl in den Beton
(und umgekehrt) und um den Korrosions- und Brandschutz der Bewehrungsstäbe sicherzustellen.
Die Wirkungsweise der Stahleinlagen im Beton wird am Beispiel eines Balkens auf zwei Stützen erklärt:
An der Oberseite des Balkens treten Druckspannungen, an der Unterseite des Balkens treten Zugspannungen
auf. Die Zugbewehrung wird also an der Unterseite des Balkens eingelegt.
Als äußere Kraft wirkt vorerst nur das Eigengewicht. Bei ordnungsgemäßer Herstellung wird weder eine nennenswerte
Durchbiegung noch werden Risse an der Unterseite feststellbar sein.
Wird die Last erhöht, nehmen sowohl die Spannungen im Balkenquerschnitt als auch die Durchbiegung zu.
Durch den Verbund zwischen Beton und Bewehrungsstahl verformen sich die beiden Materialien um das gleiche
Maß. Dieser Zustand bleibt so lange erhalten, bis die auftretenden Zugspannungen im Balken höher sind als die
aufnehmbaren, vergleichsweise niedrigen Zugspannungen des Betons.
Wären keine Stahleinlagen im Beton, würde zu diesem Zeitpunkt der Balken versagen.
Die eingelegten Stahlstäbe verhindern jedoch nicht nur das Herunterfallen des Balkens, sie erlauben sogar eine
weitere wesentliche Lasterhöhung bis zu jenem Zustand, wo entweder die Tragfähigkeit des Baustahls durch
Zugkräfte oder die Tragfähigkeit des verbleibenden Betonquerschnittes durch Druckkräfte überschritten wird. In
der Baupraxis werden diese Spannungen mit entsprechenden Sicherheitskoeffizienten abgemindert, sodass es zu
keinem Versagen von Bauteilen kommen kann.
Die gute Verbundwirkung zwischen Beton und Stahleinlagen sorgt dafür, dass die Risse im Beton in kleinen
Abständen und über die gesamte Zugzone regelmäßig verteilt auftreten.
Der Korrosionsschutz der Bewehrung wird durch das alkalische Milieu des Zementsteins im Beton (pH-Wert
von 10 bis 12) dauerhaft sichergestellt. Für den Korrosionsschutz und auch für den Brandschutz reichen im
Regelfall eine Überdeckung der Stahleinlagen von 2-3 cm aus.
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Brückenkonstruktion in Spannbetonbauweise
Funktionsweise der Spannbetonbauweise
Vorspannung der Spannlitzen mit einer hydraulischen Presse
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Was ist Spannbeton
Spannbeton
Die Spannbetonbauweise wurde entwickelt, um die technischen und wirtschaftlichen Grenzen des Betonbaues
deutlich erweitern zu können. Der Grundgedanke dieser Bauweise besteht darin, in Bauteile äußere
Druckkräfte einzuleiten und damit Biegespannungen zu erzeugen, welche durch Eigengewicht und/oder
Nutzlasten reduziert/neutralisiert werden.
Auch hier soll die Funktionsweise wiederum am einfachen Balkenmodell erklärt werden:
Durch das Eigengewicht und durch eine spätere Belastung treten an der Unterseite des Balkens Zugspannungen,
an der Oberseite des Balkens Druckspannungen auf. Wird nun am Balkenende in der Nähe der
Unterseite dieses Balkens eine äußere Druckkraft aufgebracht, erzeugt diese Druckkraft durch die exzentrische
Krafteinleitung an der Oberseite des Balkens eine Zugspannung, an der Unterseite des Balkens hingegen
eine Druckspannung. Die beiden Lastzustände können überlagert werden und zeigen nun folgendes Bild: Die
Zugspannung an der Unterseite des Balkens ist kleiner geworden, die Druckspannung an der Oberseite des
Balkens ist größer geworden. Diese Beanspruchung kommt dem Tragvermögen des Betons sehr entgegen.
Die Einleitung der äußeren Druckkräfte erfolgt durch so genannte Spannglieder. Diese Spannglieder werden
in der Regel in etwa dem Momentenverlauf entsprechend eingelegt. Sie können bei Bedarf im Zuge der
Bauherstellung auch verlängert werden und erreichen im Brückenbau so oft eine Länge von einigen hundert
Metern. Als Material für die Spannglieder werden Drähte aus Stahl hoher Festigkeit verwendet. Die einzelnen
Drähte werden zu Spanndrahtlitzen verarbeitet. Die Litzen wiederum werden je nach Erfordernis entweder
als Einzellitzen oder als Litzenbündel eingesetzt.
Die Spannglieder werden entweder in Hüllrohren verlegt oder im direkten Verbund mit dem Beton eingebaut.
Diese beiden Bauweisen unterscheiden sich in wichtigen Punkten.
Die Verwendung von Spannlitzen im direkten Verbund erfolgt in der industriellen Herstellung von
Fertigteilen wie z. B. Hohldielen für Decken oder Schwellen für den Eisenbahnbau. In Spannbetten mit Längen
über 100 m werden die Litzen vor dem Betonieren gespannt. Um den Verbund zwischen Spannstahl und Beton
zu gewährleisten, muss jede Litze beim anschließenden Betoneinbau sorgfältig in den Beton eingebettet
werden. Nach dem Erhärten des Betons wird der Spannrahmen des Spannbetts entlastet, die Horizontalkraft
ist in die Elemente eingeleitet. Deckenelemente werden in Längen von über 100 m gefertigt und nach dem
Erhärten des Betons auf die erforderliche Länge geschnitten.
Bei der Vorspannung mit nachträglichem Verbund werden die Spannglieder in Hüllrohre eingefädelt und nach
dem Erhärten des Betons mit hydraulischen Pressen vorgespannt. Die Spannglieder bestehen in der Regel aus
mehreren Litzen und können bei Bedarf in Längen von über 100 m in einem Stück geliefert und eingebaut
oder bei der Bauherstellung vor Ort gekoppelt werden. Die Einleitung der Horizontalkräfte in den Beton
erfolgt über Ankerköpfe und Ankerplatten. In den Ankerköpfen ist jede einzelne Litze mittels Keilen verankert.
Nach dem Spannen werden die Hüllrohre mit einem quellfähigen Mörtel verpresst. Damit werden der kraftschlüssige
Verbund zwischen Spannstahl und Beton und der Korrosionsschutz für die Spannglieder hergestellt.
Mit der Spannbetonbauweise können Bauwerke mit großen Spannweiten, schlanken Abmessungen und kleinen
Durchbiegungen sehr wirtschaftlich hergestellt werden. Einsatzgebiete sind vornehmlich der Brückenbau,
der Silo- und Behälterbau, der Industriebau sowie die Herstellung von vorgespannten Deckenelementen und
Eisenbahnschwellen. Zunehmend erfolgt aber auch der Einsatz von Spannstahl in Flachdecken aus Ortbeton.
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30
Das Pantheon in Rom - viel bestaunt und bewundert

Zement und Beton im Wandel der Zeit
Die Römer entwickelten den opus caementitium. Dieser Baustoff, auch als römischer Beton bezeichnet, bestand
aus vulkanischen Aschen, gebranntem Kalk, Wasser und Sand, dem mortar (Mörtel) und Bruchsteinen. Er zeichnete
sich durch eine hohe Druckfestigkeit aus. Damit wurden unter anderem die Kuppel des Pantheons, Wasserund
Abwasserleitungen und Hafenanlagen in Rom hergestellt.
1796 erfand der Engländer J. Parker mit dem Romanzement den ersten selbsterhärtenden Zement aus stark
tonhaltigem Kalkmergel. Sein Landsmann J. Aspdin entwickelte im Jahre 1824 den Portlandzement (der Name
leitet sich von einem Landstrich in England ab).
Ab 1844 konnte der Brennprozess zur Klinkererzeugung bei ausreichend hoher Temperatur (ca. 1450 °C) durchgeführt
werden. Den Portlandzementklinker im heutigen Sinne gibt es erst seit gut 150 Jahren.
1856 wurde die Zementerzeugung in Österreich erstmalig erwähnt (Fa. Kraft im Perlmoos bei Kufstein). In
der Monarchie wurden knapp 50 Werke betrieben, heute wird noch an neun Standorten Klinker gebrannt. Der
Standort der Zementwerke ist eng an die Rohstoffvorkommen geknüpft.
Zuerst wurden Bauwerke aus Stampfbeton erzeugt, aber auch Mauersteine und Betonwaren gefertigt. Die
Erkenntnis, dass Beton - wie jeder Stein - hohe Druckfestigkeit, aber nur geringe Biegezugfestigkeit hat, führte ab
etwa 1860 zum Einlegen von Eisenstäben und Draht und damit zur Erfindung des Eisenbetons (später Stahlbeton):
Der Stahl übernimmt im Bauwerk die auftretenden Zugkräfte, der Beton die auftetenden Druckkräfte.
Die Entwicklung hochfester Stähle führt ab 1920 zur Weiterentwicklung des Stahlbetons zum Spannbeton. Spannbeton
ermöglicht schlankere und damit leichtere Konstruktionen und große Spannweiten.
Ein Schub in der Entwicklung der Betontechnologie ist seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts festzustellen.
Der Einsatz von exakt abgestimmten Betonkomponenten führte zum Hochleistungsbeton (HL-Beton) und in der
Folge zum SCC (self compacting concrete), einem Fließbeton, der sich, in die Schalung gegossen, selbst nivelliert.
Aktuelle Entwicklungen sind der UHPC, ein ultrahochfester Beton und auch ein „transparenter“ Beton, bei dem
Glas- oder Kunststofffasern Licht durch den Beton leiten können.
Beton zählt zu den am häufigsten verwendeten Materialen unserer Zeit. Er hat sich zu einem Designbaustoff
entwickelt, der in allen Lebensbereichen einsetzbar und auch wiederverwendbar ist.
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WUSSTEN SIE SCHON, DASS ...
... es ohne Beton keine unterirdischen Bauten
wie Tunnels, Kanäle, Tiefgaragen und auch
keine U-Bahnen gäbe
… auch das Kolosseum und das Pantheon in Rom zu
einem großen Teil aus „römischem“ Beton besteht
… intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeiten
über Eigenschaften und Weiterentwicklung
des Betons betrieben werden Daraus entstanden
Spezialbetone wie der Faserbeton für hohe
Brandbeständigkeit, Hochleistungsbeton für
höchste Beständigkeit und SCC, ein Fließbeton,
der ohne Verdichtungsarbeit in alle Winkeln
einer Schalung fließt.
… Orientierungsplatten aus Beton eine
wichtige Hilfe zur Integration Blinder
und Sehbehinderter sind So wurden
Gehwegplatten mit ca. 30 cm Seitenlänge
entwickelt, die von Blinden und Sehbehinderten
mit dem Langstock ertastet werden
können.
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Fragen und Antworten zu Beton
WUSSTEN SIE SCHON, DASS ...
... die Skyline von
Wien, das ,,Hundertwasser
Haus“
und die Kirche
,,Zur heiligsten
Dreifaltigkeit“ von
Fritz Wotruba in
Wien zu großen
Teilen aus Beton
bestehen
…das Prinzip der Beton-Temperierung
eine Klimaanlage ersetzen
kann Über Bohrungen oder
Fundamente mit einbetonierten
Kühlschlangen kann das enorme
Energiepotential der Erdwärme
genutzt werden. Das Prinzip
beruht auf der Nutzung der Speichermasse
von Betonteilen die
große Wärme- und auch Kältemengen
aufnehmen und langsam
wieder abgeben können.
… Zemente strengen
Kontrollen unterworfen
sind und dass die
Produzenten regelmäßig
die hohe Qualität ihrer
Zemente nachweisen
müssen Und was für
Zement gilt, gilt natürlich
auch für Beton.
… Beton nicht
nur die großartige
Olympia-Eishalle in
Calgary ermöglicht,
sondern auch dem
klassischen Tennis-
Mekka Wimbledon zu
neuem Glanz verholfen
hat Auch der
Fußballsport profitiert
von der Leistungsfähigkeit
des Betons,
wie die Allianz-Arena
in München eindeutig
unter Beweis stellt.
…sich Beton zum Lieblingsmaterial
moderner Designer mausert,
wie es dieser Küchenblock aus
Betonfertigteilen zeigt.
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WUSSTEN SIE SCHON, DASS ...
… Beton problemlos, dauerhaft
und kostengünstig durchgefärbt
werden kann Dadurch fügen sich
z. B. Dachsteine optimal in eine
Dachlandschaft und Bodenbelage in
ein bestehendes Ortsbild ein.
… Beton auch im Bootsbau eine große
Rolle spielt Segel- und Motorboote aus
Ferrozement sind heute keine Seltenheit
mehr, es werden eigene Betonkanu-Regatten
veranstaltet.
… heute 100 % des normgerechten Transportbetons
vollautomatisch und elektronisch
gesteuert hergestellt werden
... Beton auch
den Sportkletterern
einiges zu
bieten hat Die
künstlichen Kletterbrocken
und
Klettertürme
sind dauerhaft,
müssen nicht
gewartet werden
und bieten den
Alpinisten eine
Vielzahl von
Halte- und Stehmöglichkeiten.
… Zement, Beton und andere zementgebundene
Baustoffe biologisch neutral sind
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Fragen und Antworten zu Beton
WUSSTEN SIE SCHON, DASS ...
… sowohl
die zur
Stabilität
notwendigen
Gewichte
bei Waschmaschinen
als auch die
Gegengewichte
bei
Seilbahnen
aus Beton
bestehen
… Fahrbahnen aus Beton immer
leiser werden Neue Herstellungsmethoden
und Oberflächen machen
Betonfahrbahnen extrem leise
- und das bei einer extrem hohen
Lebensdauer.
… Beton nach Wasser das zweithäufigst
gebrauchte Material auf der Welt ist
... Beton bei der Bewahrung wertvoller
Bausubstanz hilft, da mit ihm kostengünstig
saniert oder Fassadenelemente historischer
Bauwerke nachgegossen werden
können
… Beton nicht nur
tragfähig und dauerhaft
ist, sondern dank der
hohen Schalldämmung
und der guten Wärmespeicherung
die besten
Voraussetzungen für
angenehmes, zeitgemäßes
und vor allem
günstiges Wohnen
bietet
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IMPRESSUM:
Medieninhaber und Herausgeber:
Zement+Beton Handels- und Werbeges.m.b.H
im Auftrag der
Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie
A -1030 Wien, Reisnerstraße 53
Tel.: 01/714 66 85-0,
Fax: 01/714 66 85-26
Redaktion:
Felix Friembichler
Frank Huber
Peter Nischer
Sebastian Spaun
Johannes Steigenberger
Produktion und Graphik:
Frank Huber
Lisa Rothenthal/Brigitte Nerger
2. Aufl age – September 2007
unveränderter Nachdruck September 2009
Druck:
Friedrich VDV, Linz - Wien
Bildnachweise:
Seite 2,3: Grafi k Zementerzeugung von ABB-Schweiz
zur Verfügung gestellt, Grafi kmontage Lisa Rothenthal,
Zement+Beton
Seite 4: Rohmaterialtransport (Holcim Vbg.)
Seite 6: Förderung von Rohmaterial (Z+B)
Silo-Rohmateriallager (Lafarge CTEC)
Seite 8: Leitstand (Holcim Vbg.)
Drehrohrofen (Kirchdorf)
Seite 10: Kugelmühle (Holcim Vbg.)
Stahlkugeln (Kirchdorf)
Seite 12: Silo LKW (Holcim Vbg.)
Rotorpackmaschine (Haver& Boecker)
Seite 14: Hand mit Klinker (Z+B)
Chemische Analyse (Z+B)
Seite 16: Zementbestandteile (Z+B)
Mörtelprüfung (Z+B)
Seite 18: Elektronenmikroskopaufnahmen
(Verein Deutscher Zementwerke e.V.)
Seite 20: Hautschutz am Bau (Z+B)
Seite 22: Zementwerke (Z+B)
Seite 24: Schnittbilder von Betonsorten (Z+B)
Seite 26: T-Mobile Center, Wien (© Paul Ott, Graz)
Grafi k (Z+B)
Bahnbrücke (Z+B)
Seite 28: Vorgespannte Brückenkonstruktion (H. Andorfer)
Grafi k (Z+B)
Vorspannvorgang (Vorspann-Technik)
Seite 30: Panteon (H.-O. Lamprecht)
Seite 32: U-Bahnschacht (Z+B)
Kolosseum (H.-O. Lamprecht)
Mirkoskopaufnahmen-Faserbeton (VÖZfi)
Orientierungsplatten ( Weissenböck)
Seite 33: Beton-Temperierung (Insond)
Allianz-Arena: (Z+B)
Wotrubakriche (Z+B)
Laborbild (Holcim Vbg.)
Küchenblock aus Beton (Michael Steinwender)
Seite 34: Betonkanuregatta
(Verein Deutscher Zementwerke e.V.)
Transportbetonfahrzeug (GVTB)
Bodenplatten (Semmelrock)
Kletterturm (Schretter&Cie)
Skyline Unocity (Z+B)
Seite 35: Gegengewicht einer Seilbahn (Seilbahnen AG)
Südosttangente (Z+B)
Gesimse (Fa. Puletz)
Wasserkraftwerk (Z+B)
EF- Haus (© Jens Ellensohn, Koblach)
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