Aufgrund seiner Druckfestigkeit und flexiblen Verformbarkeit ist Beton auch für Verkehrsbauten oft die ideale Wahl. Foto: BMO
Beton: Die wichtigsten Eigenschaften
Allgemeine Aussagen über Beton zu machen, ist ein schwieriges Unterfangen. Schließlich handelt es sich nicht um einen Naturstoff mit gegebenen Eigenschaften, sondern um ein vom Menschen komponiertes Baustoffgemisch. Gerade die Flexibilität ist sein wesentliches Merkmal. Die Bauchemie hat zahlreiche Zusätze entwickelt, mit denen die Eigenschaften des Kunststeins individuell beeinflussbar sind. Trotzdem wollen wir im Folgenden versuchen, ein paar allgemeingültige Charakteristika von Beton darzustellen.
Beton hat sich in den letzten etwa 150 Jahren zum weltweit wichtigsten Baustoff entwickelt. Die Architektur moderner Hochhäuser oder Brücken wäre beispielsweise ohne (Stahl-)Beton gar nicht denkbar. Zu den unschlagbaren Vorteilen des Baustoffs gehört, dass er beliebig formbar, enorm vielseitig, sehr rationell zu verarbeiten und nicht zuletzt auch relativ preiswert ist. Wobei all diese Eigenschaften wohl kaum zum großen Erfolg von Beton geführt hätten, wenn sich dieser nicht durch eine weitere zentrale Eigenschaft auszeichnen würde: seine hohe Druckfestigkeit.
Ausgezeichnete Druckfestigkeit
Nur wenige andere Baustoffe halten in der Praxis so starken Druckkräften stand wie gehärteter Beton. Wobei man auch hier wieder auf die Vielfältigkeit des Materials hinweisen muss. In der Praxis gibt es unzählige Betonrezepturen, die jeweils ihre eigene Druckfestigkeit haben. So verbaut man für viele Anwendungen Betone, die „nur“ eine Druckfestigkeit von 20 Newton pro Quadratmillimeter (N/mm²) aufweisen. Solche Kunststeine können immerhin ein Gewicht von bis zu 200 Kilogramm pro Quadratzentimeter Steinfläche tragen, ohne zu versagen. Das klingt viel, wird aber auch von anderen Materialien locker erreicht. So bietet Holz – je nach verwendeter Baumart – Druckfestigkeiten von 40 N/mm2 (Fichte) bis zu über 100 N/mm² (manche Tropenbäume). Und auch mit den für Wohngebäude oft verwendeten Kalksandsteinen lassen sich Druckfestigkeiten bis zu etwa 75 N/mm² erreichen.
Das Besondere am Beton ist aber eben, dass man seine Eigenschaften, je nach Verwendungszweck, sehr flexibel durch eine veränderte Rezeptur variieren kann. Dadurch ist es heute sogar möglich, hochfeste Betone mit Festigkeiten von über 150 N/mm² herzustellen. Diese kommen für besonders druckbeanspruchte Bauteile wie etwa Gebäudefundamente, Stützen und Wände in Hochhäusern, Brückenpfeiler oder Tunnel zum Einsatz.
Ermittelt wird die Festigkeit übrigens in speziellen Druckversuchen, die in der DIN 1045 beschrieben sind. Dabei werden die Betonsorten 28 Tagen nach dem Anmischen auf ihre Belastbarkeit hin überprüft. Dies geschieht auf zweierlei Weise: Durch Druckbelastung eines 30cm langen Beton-Zylinders mit 15 cm Durchmesser sowie eines Probewürfels mit 15cm Kantenlänge. Ein Beton der Druckfestigkeitsklasse C 40/50 hat danach eine Zylinderdruckfestigkeit von 40 N/mm² und eine Würfeldruckfestigkeit von 50 N/mm². Das C steht für „concrete“, dem englischen Wort für Beton.
Undurchlässiges Material
Wasserundurchlässiger Beton kommt zum Beispiel für „Weiße Wannen“ im Wohnungsbau zum Einsatz. Foto: Beton-Bild, Beckum
Die starke Druckfestigkeit vieler Betone hängt nicht zuletzt mit der hohen Rohdichte des Materials zusammen. Dadurch sind zumindest hochfeste Betone weitgehend undurchlässig für Flüssigkeiten. Sie werden deshalb auch oft in Bereichen eingesetzt, in denen mit gefährlichen Chemikalien hantiert wird oder wo es gilt, Bauteile vor Durchfeuchtung zu schützen. Die weitgehende Wasserundurchlässigkeit hochfester Betone bedingt zudem einen hohen Frostwiderstand. Diese positiven Eigenschaften setzen aber voraus, dass der Beton möglichst wenige Luftporen enthält. Bei mangelhafter Verdichtung ist das Material nicht wasserundurchlässig und erreicht zudem weitaus geringere Festigkeitswerte.
Was für die Festigkeit und Feuchtigkeitsresistenz von Vorteil ist, bringt natürlich Nachteile bei der Wärmedämmung mit sich. Normalbeton hat aufgrund seines geringen Porenvolumens eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit von 2,1 W/mK. Zum Vergleich: Kalksandstein – selbst alles andere als ein „Dämmwunder“ – kommt immerhin, je nach Rohdichte, auf Werte bis zu 0,50 W/mK. Und Poroton-Lochziegel erreichen sogar Wärmeleitfähigkeiten bis zu 0,08 W/mK. Dafür kann Beton mit einem anderen Vorteil punkten: Aufgrund seiner Masse hat der Baustoff ein hohes Wärmespeichervermögen. Vor allem im Sommer ist das angenehm, weil Betonwände und -decken überschüssige Hitze in Räumen aufnehmen und erst bei zunehmender Abkühlung wieder an die Raumluft abgeben.
Ein weiterer großer Vorteil ist das Brandverhalten von Beton, denn es gibt fast gar keines: Auch bei Feuerbeanspruchung bleibt das Material weitgehend fest und trägt nicht zur Brandausbreitung bei. Außerdem werden keine giftigen Rauchgase oder sonstige gefährliche Stoffe freigesetzt.
Schwachpunkt Zugfestigkeit
Ein großer Nachteil, der bereits bei der Bauwerksplanung beachtet werden muss, ist allerdings die geringe Zugfestigkeit von Beton. Die Faustformel lautet, dass die Zugfestigkeit bei Normalbeton nur etwa 10% der Druckfestigkeit beträgt. Bei Zugspannungen kann der Kunststein daher relativ schnell reißen. Deshalb wird Beton in der Praxis sehr häufig mit einer Bewehrung aus Stahl verbaut. Das Metall nimmt Zugkräfte, die auf das Betonbauteil einwirken, weitgehend auf. Zu Thema Stahlbeton findet Ihr an dieser Stelle in Kürze einen eigenen Fachwissen-Beitrag.
