Der Beton: Herstellung, Gefüge und Widerstandsfähigkeit gegen physikalische und chemische Einwirkungen

516 Pages·1937·19.982 MB·German

by  Dr. Richard Grün (auth.)

DER BETON
Herstellung, Gefuge und 'Viderstandsfahigkeit gegen
physikalische und chemische Einwirkungen
Von
Dr. Richard Grlin
Professor an der Technischen Hochschule Aachen
Direktor des Forschungsinstitut. der
Hiittenzemcntindustrie in Dii.seldorl
Zweite,
vollig neubearbeitete und erweiterte Auflage
Mit 261 Abbildungen im Text und auf zwei Tafeln
sowie 90 Tabellen
Berlin
Verlag von Julius Springer
1937
ISBN-13: 978-3-642-89782-5 e-ISBN-13: 978-3-642-91639-7
001: 10.1007/978-3-642-91639-7
AIle Rechte, insbesondere das der "Obersetzung
in fremde Sprachen, vorbehalten.
Copyright 1937 by Julius Springer in Berlin.
Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 1937
Dem Gedenken an
Hermann Passow
1865-1919
Vo rwort zur ersten Auflage.
Beton ist der vielseitigste, billigste, bequemste, bestandigste und
am schnellsten zu verarbeitende Baustoff der Welt.
Wo Kies oder Steine vorkommen, erlaubt er die Errichtung unge
heurer aus einem einzigen Stiick bestehender Bauwerke, welche an
GroBe und Unverganglichkeit die Pyramiden in den Schatten stellen.
Wenn langst unsere Kultur, wie aIle vorhergegangenen Kulturen,
vernichtet ist, werden unsere Hochhauser, Schleusen, Eisenbetonbauten
und Betontunnel noch als schmucklose, aber gewaltige Zeugen von
einem industrieIlen Zeitalter erzahlen, ja Eiszeiten, geologische Um
walzungen und das Verderblichste, des Menschen eigene Hand, die
ganze untergegangene Stadte als Steinbriiche benutzt und abgebrochen
Abb.1. Romische Wasserleitung aus der Eifel nach KOln, 1,50 m hoch, 100 km lang, erbaut urn
das J abr 100 nach Christi Geburt, aus Romanzementbeton.
hat, werden die Spuren der Tatigkeit unserer Betonbauer nicht ver
tilgen konnen. Noch heute ist die aus Beton errichtete Wasserleitung
der Trinkwasserversorgung Kolns, die von den Romern vor nahezu
2000 Jahren errichtet wurde, bis auf einige Unterbrechungen vollig
erhalten und in den erhaltenen Stiicken noch betriebsfahig. Die Unter
brechungen selbst sind durch gewaltsame Eingriffe durch Steinbruch
betriebe usw. hervorgerufen (Abb. 1).
Trotz dieser guten Bestandigkeit ist der Beton nicht ohne Feinde,
die im aIlgemeinen machtlos, ihn doch unter besonderen Umstanden
vernichten ki:innen. Der noch nicht erhartete Beton kann von innen
heraus geschadigt werden, wenn untaugliche Stoffe verarbeitet wurden,
oder auBere Einfliisse, starker Frost, groBe Hitze vermogen das neu
errichtete Bauwerk zu zerstoren.
VI Vo rwort zur ersten Auflage.
Weit widerstandsfahiger ist das erhartete, also zu Stein gewordene
Kies-Zementgemisch. Gewaltsame Eingriffe werden nur geringe Opfer
fordern, denn sie sind selten und ihnen trotzt der Beton wie kein
anderer Baustoff. Bei den Erdbeben in Japan und Amerika, bei der
Explosion in Oppau hat Beton alle anderen Baustoffe an Widerstands
kraft iibertroffen. Beton ist das ideale Material zum Festungsbau.
Gefahrlicher als gewaltsamer Tod ist die schleichende Krankheit, die
ungesehen den gesunden Korper befallt und ihn langsam und unrettbar
vernichtet. Schadliche Wasser, glasklar und fast geschmacklos, aber
dennoch beladen mit fiir den Beton giftigen Stoffen, vermogen ihn
langsam aber sicher und vollig zu zerstoren.
Nur dem Chemiker enthiillt sich die Schadlichkeit dieser oft harmlos
scheinenden Fliissigkeiten, die iiberall, als Grundwasser, Bergwerkswasser,
Sickerwasser, besonders natiirlich in chemischen Fabriken vorkommen.
Die Schaden durch solche Einfliisse sind gewaltig; allein bei der Inter
essen-Gemeinschaft der chemischen Fabriken Deutschlands betragt
die jahrlich fiir Betonwiederherstellung auszugebende Summe iiber
1 Million Mark, obgleich doch die Ingenieure und Chemiker dieser
Werke die Gefahrlichkeit ihrer Wasser kennen und schon von vornherein
ihre Bauten zu schiitzen versuchen. Dennoch ist kein Grund zur Be
sorgnis. Der Beton ist und wird seine Stelle als erster Baustoff nicht
nur innehalten, sondern sein Anwendungsgebiet noch auf ungeahnte
Gebiete ausdehnen.
Es gilt aber die Gefahr zu erkennen und ihr zu begegnen. Mittel dazu
sind in Uberfiille vorhanden, und, vorausgesetzt, daB richtig erkannt
ist, woher die Gefahrdung droht, wird die Anwendung dieser Mittel
von Erfolg sein.
Das vorliegende Buch solI den Bauingenieur mit unterstiitzen bei
allen Bauten, die nicht unter ganz normalen Bedingungen (und solche
sind selten) errichtet werden miissen. Es behandelt den EinfluB
des Aufbaues des Betons auf seine zukiinftigen Festigkeiten, also Zu
schlagsstoffe und Verarbeitungsart, dann die Einwirkungen auf den
frischen und auf den erharteten Beton, Frost, Hitze, Erschiitterung
und Druck und schlieBlich die wichtigsten, weil gefahrlichsten, che
mischen Einwirkungen.
Jede Besprechung ist mit Versuchsergebnissen aus den Laboratorien
und Beispielen aus der Praxis belegt, MaBnahmen fiir die giinstigste
Arbeitsweise sind angeschlossen.
Die fiir den Schutz des Betons gegen chemische Einwirkungen im
Handel befindlichen Abwehrstoffe sind zuletzt zusammenfassend be
sprochen und ein kurzes Kapitel iiber Wiederherstellungsarbeiten an
gefiigt.
So wird das Biichlein dem in schwierigen Lagen befindlichen Beton
bauer ein treuer Ratgeber sein und dazu beitragen, seinen Betonbauten
dauernde Bestandigkeit zu verleihen.
Diisseldorf, im September 1925.
Dr. phil. Richard Griin.
V orwort znr zweiten Anflage.
Zehn Jahre sind seit Erscheinen der Hingst vergriffenen ersten Auf
lage verstrichen, Jahre der Scheinbliite, des Niedergangs, der Arbeits
losigkeit und des unerhortesten Aufstiegs. An Stelle eines in Klassen
zerkliifteten Volkes hat der starke Arm unseres FUhrers und die zu
sammenfiihrende Kraft der Gedanken der Bewegung eine Einheit ge
schaffen, wie sie seit 1000 Jahren nicht mehr da war.
A) Einsieht in die aus Beton hergestellte, etwa 11) Stadttor in Rheinsberg. Durehweg erbaut
80 km lange Wasserleitung aus der Eifel aus BetonblOeken, die aus der Wasserleitung
(Sotenieh) naeh Roln, die ungefiihr 70 n. Chr. (Bild 1) ungefahr im 10. oder 11. Jahrhun
erbaut wurde. Boden und Seitenwande sind dert herausgestemmt wurden. Trotz der fast
aus Felnsehlagbeton mit Sandzusatz, der 1000 jahrigen Beanspruehung dureh Rlimaein
"Uberzug ist ein Putz von Ziegelmehl. Binde- flusse hat sieh der ursprunglich gar nieht fUr
mittel: hydrauliseher Ralk. Aul3enlagerung, sondern fUr Unterban be·
stimmte Beton ohne Verputz uberrasehend
gut gehaiten.
Auch die Technik, die friiher in einzelne Zweige gespalten zwar
Gewaltiges schuf, aber ungeordnet auf ihren vielfaltigen Arbeitsplatzen
wirkte, ist in einer machtigen Organisation zusammengefaBt und ar
beitet nur noch auf ein groBes Ziel zu: Die Erhaltung und Starkung
Deutschlands.
Nie in der Geschichte der Menschheit ist bisher die Losung der Auf
gabe, ein groBes Volk auf zu engem Raum zu ernahren, gelungen, stets
war Auswanderung, Eroberung fremden Lebensraumes oder kiinstliche
Kleinhaltung die einzige Moglichkeit fUr eingeengte Volker, den Druck
zu lindern. Wir wollen weder Auswanderung oder Krieg, noch Schrump-
VIII Vorwort zur zweiten AuIlage.
fung unseres V olkskorpers und mussen deshalb auf andere MaBnahmen
sinnen. Diese liegen auf stofflichem Gebiet allein in der Ausnutzung
unserer Technik fur unseren groBen Zweck.
Diese moderne Technik, die sich von allem friiheren grundsatzlich
unterscheidet, weil der nordeuropaische Erfindergeist ihr die Kraft
maschine und damit die ErschlieBung unerschopflicher Hilfsquellen auf
engstem Raum schenkte, hat als erste Technik UberfluB an Kraft und
kann da verschwenden, wo fruher Mangel war. Mit diesem Kraftuber
schuB und mit ihrer einheitlichen Fuhrung wird sie die bisher unlOsbare
Aufgabe bewaltigen.
Auch der Zement als Kraftquelle im Beton ist ein Kind unseres
technischen Zeitalters, auch er bedarf gewaltiger Kraftmengen zu seiner
Erzeugung und ist undenkbar ohne Stahl, Kohle, 01 und Elektrizitat.
Auch er gehort also zu den Errungenschaften unserer Zeit und muB zur
Erreichung unseres Zieles beitragen. Zwar schufen schon Agypter, Ro
mer und Azteken gewaltige Bauten, die heute noch unsere Bewunderung
herausfordern. Aber ihre Baustoffe waren primitiv gegen die unseren.
Sie kannten weder Eisen noch Stahl, weder Zement noch Eisenbeton,
und ihre Kraftquellen waren nicht gewaltige Maschinen, sondern arme
Sklaven, Miihsam mauerten sie mit Natursteinen, gunstigstenfalls kann
ten sie den hydraulischen Kalk, mit dem die Romer schon Schwerbeton
herstellten. Aber groBe Spannweiten konnten sie nicht wagen; eng und
raumfressend drangten sich unzahlige Saulen in ihren Tempeln; besiegt
wurde der Raum erst durch Stahl und eisenbewehrten Beton in der
freien Halle, der hochgespannten Brucke. Diesen Beton zu schaffen ist
Aufgabe des Baumeisters. Er bekommt nicht bequem zugerichtete Bal
ken und fertig geschweiBte Eisentrager, die, wie bei einem Baukasten
in Knabenhand, zusammengefugt werden konnen, sondern er erhalt nur
Kiessand, Zement und Wasser. Wenn auch diese 3 Bestandteile von
bester Beschaffenheit sind, die Hauptverantwortung liegt bei dem Mann
auf der BausteIle, denn er muB seine Rohstoffe richtig verarbeiten, nur
so erhalt er einen guten Beton.
Dann aber ist auch sein Erzeugnis von einer Formwilligkeit, Wider
standsfahigkeit und Bestandigkeit, wie sie keinem Naturstein eigen ist.
Es ist eine Freude, dem Baumann einiges zu sagen uber die Moglich
keit der rich tigen Verarbeitung seiner Baustoffe, und ibm die Erfah·
rung der Vater und Fachleute zu iibermitteln, doppelte Freude ist dies
aber auf der neuen Grundlage einer geordneten Technik, die aIle Krafte
deutschen Erfindergeistes, Ingenieurkiihnheit und Unternehmertatkraft
der Erreichung nur eines Zieles unterordnet, der Starkung des deutschen
Volkes.
Heil Hitler!
Dusseldorf, im August 1937.
Dr. phil. Richard Griin.
Vorbemerknng.
Der Aufbau des Betons wird auf der Baustelle geschaffen, die Roh
stoffe Zement, Kies und Wasser dagegen fertig geliefert. Diesem Auf
bau muB also vom Baumeister groBte Aufmerksamkeit gewidmet wer
den, denn der Aufbau bestimmt in weitem AusmaB Widerstandsfahig
keit gegen physikalische und chemische Einwirkung und Lebensdauer.
Rohe Festigkeit ist eine fUr den Beton bezeichnende Eigenschaft,
sie ist aber nicht ausschlaggebend fiir seine Giite, denn wichtiger sind
haufig das Verhalten gegen andere Einwirkungen wie gerade Zug und
Druck. Abbindewarme des Zementes, Verarbeitbarkeit des Frisch
betons, Wasserdichtigkeit und Aggressivbestandigkeit des Festbetons
sind meist ausschlaggebender als moglichst hohe Festigkeit. 1m allge
meinen ist ein elastisches, chemisch indifferentes Erzeugnis einem glas
harten, sproden, aber reaktionsfahigem Beton vorzuziehen.
Die deutschen Zemente sind im allgemeinen von ausgezeichneter
Beschaffenheit und konnen fUr weitaus die meisten Bauten unbedenk
lich genommen werden. Ihre Kontrolle in den Fabriken sowohl wie
durch die Fachindustrie ist griindlich, so daB Beanstandungen verhalt
nismaBig selten sind.
Spezial-Zemente werden bereits, obgleich sie nicht genormt sind,
in groBem Umfange hergestellt, und ihre Eigenschaften konnen durch
geeignetes Brennen, passende Zusatze und zweckmaBige Mahlfeinheit
in weiten Grenzen abgeandert werden, entsprechend den Anforderungen
an das Bauwerk. Auch Spezialzuschlagstoffe fUr besonders dichten, be
sonders abnutzungsfesten oder feuerfesten Beton sind vorhanden.
Dem KorngroBenaufbau der Zuschlagstoffe, der friiher so stark ver
nachlassigt wurde, ist von der praktischen Seite her besondere Aufmerk
samkeit gewidmet, um dem Baufachmann ohne allzu starke Belastung
mit Theorien eine schnelle Wahl und Arbeitsweise zu ermoglichen. Die
ses Kapitel wurde insbesondere von meinem langjahrigen Mitarbeiter
Rerrn Dr. R. Beckmann bearbeitet.
Die Verarbeitungsweise, fUr welche die Rohe des Wasserzusatzes
ausschlaggebend ist, hat sich nach dem Zweck zu richten, dem das Bau
werk dienen solI, denn sie bestimmt wieder in hohem MaBe Aufbau,
Festigkeit und Widerstandsfahigkeit.
Die N ach behandlung, weniger wichtig bei Massenbauwerken,
kann bei groBen Oberflachen und schwachen Abmessungen fUr die
Lebensdauer ausschlaggebend werden.
Pflege wird haufig nicht notwendig, dennoch empfiehlt sie sich bei
stark beanspruchten Bauwerken, die schadlichen Einwirkungen ausge
setzt sind.
x
Vorbemerkung.
Beobachtung ist stets am Platze, um eintretende Schaden bei
zeiten zu erkennen, um sie oder ihre Ursachen zu beseitigen.
DerStraBenbeton ist heute eines der wichtigsten und verantwortungs
vollsten Anwendungsgebiete des Betons geworden. Fiir Deckenbeton
miissen ganz besonders hohe Anforderungen an sorgfaltige Verarbeitungs
weise, Giite der Zuschlagstoffe und Geeignetheit des Zementes gestellt
werden. Meine Voraussage vor iiber 10 Jahren in der 1. Auflage dieses
Buches (S. 51) daB "auch bei uns die BetonstraBe die StraBe
der Zukunft sein wird", ist eingetroffen. DemgemaB wurde dem
StraBenbeton ein besonderer Abschnitt gewidmet (S. 181-195), der
naturgemaB nicht den Anspruch erheben kann, das ganze groBe Gebiet
zu umreiBen, sondern der lediglich als Ubersicht dienen soIl. Auf die
Spezialliteratur ist hingewiesen.
AIle genannten Themen werden in ausfiihrlichen Kapiteln behandelt.
Die reichen Erfahrungen aus wissenschaftlichen Arbeiten und aus der
Tatigkeit in der Praxis, und die Betreuung des von mir geleiteten In
stitutes mit wichtigen Aufklarungsarbeiten von Bauschaden und Bau
unfallen kamen hierbei sehr zustatten.
Da das Buch nicht bloB Studienzwecken, sondern auch zum Nach
schlagen dienen solI, habe ich mich nicht gescheut, wichtige Tatsachen
wiederholt an verschiedenen Stellen zu bringen und kurz zu schi1dern~
Dr. phil. Richard Griin.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
Einleitung: Wesen des Betons 1
I. Die Rohstolfe des Betons. . . 6
A. Der Zuschlag . . . . . 6
1. Physikalischer Aufbau der Zuschlagstoffe ... 7
a) Eruptivgesteine. S.7. - b) Sedimentgesteine. S. II.
2. Chemische Zusammensetzung der natiirlichen und kiinstlichen
Zuschlagsstoffe . . . . . . . . 20
3. Mineralogischer Aufbau . . . . 22
4. Petrographische Beschaffenheit . 23
5. Harte. . . . . . . . . . . . 26
6. Eigenfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 26
7. Wasseraufnahme und Widerstand gegen Verwitterung 27
8. Kornform . . . . . . . .. ... 28
9. Kornoberflachenbeschaffenheit . . . . 29
10. Reinheit. . . . . . . . . . . . . . 31
Zusammenfassung zu A. Zuschlagstoffe 33
B. Der Zement . . . . . . . . . . . . . 34
1. Brennen der Zemente. . . . . . . . . 35
2. Chemische Zusammensetzung der Zemente 37
3. Die Zementarten . . . . . . . . . . . . 42
Einfache Bindemittel: a) Der hydraulische Kalk. S.42. -
b) Der Portlandzement, Naturzement, Erzzement und Tonerde
zement. S. 43.
Zusammengesetzte Bindemittel: c) Puzzolanzemente: Portland
zement mit hydraulischen Zusatzen. S. 46. - d) Verdiinnte Ze
mente: Portlandzement mit Fiillmitteln. S.48. - e) Wasserab
weisende Zemente: Portlandzemente u. dgl. mit organischen Sub
stanzen (Bitumen, Seife). S.49.
4. Die Eigenschaften der Zemente _ . . . . . . . . . . . . _ 50
Eigenschaften der Zemente innerhalb der Normen: a) Begriffs
bestimmung (Herstellung und Zusammensetzung). S.5I. -
b) Feinheit der Mahlung. S.55. - c) Erstarrungsbeginn (Ab
bindezeit). S.56. - d) Raumbestandigkeit. S.57. - e) Festig
keit. S.57.
Eigenschaften auBerhalb der Normen: f) Biegefestigkeit. S. 60.
- g) Schwinden. S.63. - h) Verhalten bei Hitze. S.70. -
i) Verhalten bei Kalte und Frost. S.77. - k) Salzwasser- und
Saurebestandigkeit. S. 80.
Zusammenfassung zu B. Der Zement . . . 82
C. Anmachwasser. . . . . . . . . . . . . . 83
1. Chemische Zusammensetzung des Wassers . 84
a) Verunreinigte Wasser. S.84. - b) Zusatze zum Anmach
wasser zur Veriinderung der Abbindezeit. S.87.
2. Temperatur . . . . . . . _ . . . . 93
3. Wasser-Zement-Faktor . . . . . . . 95
Zusammenfassung zu C. Anmachwasser 95