Betonrezeptur Entwicklung

Woraus besteht Beton?

Dass Beton aus Sand, Kies, Zement und Wasser besteht, ist nichts Neues. Zumindest nicht für jemanden, der einen MC-Pedia-Artikel auf der Website der MC-Bauchemie liest. Doch genauso, wie man sich an ein Rezept für einen Pfannkuchen halten sollte, gilt das auch für die Betonrezeptur. Mehl, Eier, Milch und Zucker werden gemischt, um einen leckeren Pfannkuchen statt eines mehligen Omeletts zu erhalten. Auch bei der Herstellung von Beton ist das Verhältnis, in dem man die Komponenten mischt, keineswegs zufällig.

Die Zuschläge – Sand und Kies – bilden das Skelett des Betons und sind mit bis zu 90 % des Volumens sein größter Bestandteil. Da sie gute mechanische Eigenschaften mitbringen und in der Regel auch in hohen Mengen verfügbar sind, sind sie die idealen Komponenten für die Herstellung von Beton. Die nächste wichtige Zutat ist Portlandzement. Zusammen mit Wasser bildet er den sogenannten Zementleim, der mit der Zeit chemisch abbindet und zu Zementstein aushärtet. Aufgrund seiner hohen Kosten und der negativen Auswirkungen auf die Umwelt, ist es das Ziel, so wenig Portlandzement wie möglich zu verwenden. Und das, ohne dabei die mechanischen Eigenschaften und die Dauerhaftigkeit des Betons zu beeinträchtigen.

Herstellung von Beton – die Arbeitsschritte

Das Grundprinzip der Herstellung von gutem Beton ist gar nicht so komplex. Schritt eins: So viel Volumen wie möglich mit großen Kieskörnern füllen (bis zu 22 oder 32 mm, je nach technologischen Faktoren). Dann werden die Zwischenräume mit kleineren Kieskörnern, die größeren Lücken mit groben Sandkörnern und der Rest mit feinen Sandkörnern gefüllt. Schritt zwei: Die letzten kleinen Zwischenräume werden mit Zementleim aufgefüllt, auch zwischen den Partikeln, um diese zusammenzubinden. Einfach, oder? Nun, Betoningenieure wären da anderer Meinung.

Siebanalyse zur Ermittlung der Korngrößenverteilung

Werfen wir einen Blick in die Töpfe der Köche. Zunächst muss entschieden werden, welche Größe das größte Korn im Beton haben soll. Dabei spielen die Maße des Elements (wir können keine 32 mm großen Steine in eine 30 mm dicke Betonplatte einbauen) sowie Details wie die Lücken zwischen den Bewehrungsstäben, die vorgesehene Deckschicht usw. eine Rolle. Danach sucht man einen Lieferanten für die entsprechenden Sande und Kiese und bestimmt deren Korngrößenverteilung mit einer sogenannten Siebanalyse. Dieser Test gibt Aufschluss darüber, wie viele Partikel unterschiedlicher Größe in den Zuschlägen enthalten sind. So gibt es zum Beispiel einen gewissen Anteil an "Sand"-Partikeln im Kies, den wir berücksichtigen müssen. Sobald wir die genaue Korngröße der einzelnen Sande und Kiese kennen, die wir verwenden wollen, nutzen wir mathematische Modelle, um das optimale Mischungsverhältnis zwischen ihnen zu finden, damit, wie oben beschrieben, möglichst viel Raum gefüllt wird und ein dichtes und festes Skelett für unseren Beton entsteht.

Der Anteil an feinen Partikeln in den Zuschlägen ist etwas, das man im Auge behalten muss. Je nach ihrer chemischen und mineralogischen Zusammensetzung können sie den Zementstein verdünnen, indem sie eine inerte Komponente einbringen, oder sie können die Funktion der Zusatzmittel chemisch beeinträchtigen. Die Analyse und Überwachung der Art und Menge der Feinteile kann häufig dazu beitragen, zukünftige Probleme zu vermeiden.

Der ideale Wasserzementwert (w/z-Wert)

Sobald das optimale Betonskelett berechnet und entworfen wurde, ist es an der Zeit, alles miteinander zu verbinden. Beim Zementleim sind die beiden wichtigsten Faktoren seine Menge sowie seine "Konzentration", die regelmäßig in Form des sogenannten Wasserzementwertes angegeben wird. Das Konzept dahinter ist einfach. Zement benötigt eine bestimmte Menge an Wasser, um vollständig chemisch zu Zementstein zu reagieren. Je nach Zementart und Umgebungsbedingungen liegt dieser Wert im Allgemeinen bei etwa 30 Gewichtsprozent der Zementmenge. Das bedeutet: 1000 Gramm Zement benötigen etwa 300 Gramm Wasser. Wenn man weniger verwendet, bleibt ein Teil des Zements unhydriert und dient als überteuerter Füllstoff. Wenn dem Zement mehr Wasser hinzugefügt wird, führt das zu einer erhöhten Kapillarporosität, was die Festigkeit und Haltbarkeit des Komposits verringert.

Also haben wir die perfekte Sand-Kies-Mischung, genau die richtige Menge Zement, mit einem Wassergehalt von etwa 30 % des Zementgewichts. Der beste Beton, den wir mit den uns verfügbaren Rohstoffen herstellen können. Auftrag erledigt, oder? Nicht ganz. Versuchen Sie, diesen Beton zu mischen, transportieren und zu verdichten. Egal, wie gut und optimiert er auf dem Papier zu sein scheint, dieser Beton wird eine trockene, körnige und unzusammenhängende Konsistenz haben. Das Einbringen in eine Form mit konventionellen Methoden wie Vibration wird schwierig, wenn nicht, gar unmöglich sein. Sicher, wir können mehr Wasser hinzufügen, um den Beton flüssiger zu machen, aber wir wissen bereits, dass dies auf Kosten einer geringeren Festigkeit und Haltbarkeit geschehen würde. Welche Möglichkeit haben wir sonst?

Betonzusatzmittel der MC für besseren Beton

Mit den Verflüssigern und Fließmitteln der MC-Bauchemie aus der Centrament-, MC-TechniFlow- und MC-PowerFlow-Reihe sowie den Verdichtungshilfen aus der Murasan Hydrotech-Reihe lassen sich Kosten, Leistung und Verarbeitbarkeit des Betons in Einklang bringen. Ist eine zusätzliche Frostbeständigkeit erforderlich? Vielleicht könnte der Beton vollständig hydrophobiert werden. Wie wäre es, wenn der Beton an heißen Sommertagen etwas länger verarbeitbar wäre, oder wenn die Hydratation des Zements im Winter beschleunigt würde, um die Produktionsleistung zu erhöhen? Keine Sorge, wir haben das im Griff. Und das Beste daran? Eine Lösung von MC-Bauchemie beinhaltet mehr als nur die Lieferung des Zusatzmittels. Unsere erfahrenen Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker stehen mit Rat und Tat zur Seite, damit der Beton sein volles Potenzial entfalten kann.