mini|Querschnitt durch Beton mini|hochkant|Einbau von Transportbeton mittels Betonpumpe mini|eingeschalter Stahlbeton (links), bereits abgebundener Beton im fertigen Zustand (rechts) mini|Flug durch einen µCT-Bildstapel eines Stückes Beton, gefunden am Strand von Montpellier. Durch langen Salzwasser-Kontakt haben sich die Calcium-basierten Füllstoffe (Muschel- und Schneckenschalen) aufgelöst und Lufteinschlüsse hinterlassen. mini|Goetheanum in Dornach, ein Gebäude mit Sichtbetonfassade
Beton (IPA: [], ; [], ; österreichisch und z. T. bayerisch [], ; schweizerisch und alemannisch 1. Silbe betont [], vom gleichbedeutenden französischen Wort béton) ist ein Baustoff, der als Dispersion unter Zugabe von Flüssigkeit aus einem Bindemittel und Zuschlagstoffen angemischt wird. Der ausgehärtete Beton wird in manchen Zusammenhängen auch als Kunststein bezeichnet.
Normalbeton enthält Zement als Bindemittel und Gesteinskörnung (früher Zuschlag) als Zuschlagstoff. Das Zugabewasser (früher Anmachwasser) leitet den chemischen Abbindevorgang, d. h. die Erhärtung ein. Um die Verarbeitbarkeit und weitere Eigenschaften des Betons zu beeinflussen, werden der Mischung Betonzusatzstoffe und Betonzusatzmittel beigemengt. Das Wasser wird zum größten Teil chemisch gebunden. Das Gemisch darf daher erst nach dem Erhärten vollständig trocknen.
Frischer Beton kann als Zweistoffsystem aus flüssigem Zementleim und festem Zuschlag angesehen werden. Zementleim härtet zu Zementstein. Dieser bildet die Matrix, welche die Gesteinskörnung umgibt.G. Stehno: Baustoffe und Baustoffprüfung. Springer-Verlag, 2013, S. 93ff. (books.google.de)
Beton wird heute überwiegend als Verbundwerkstoff in Kombination mit einer zugfesten Bewehrung eingesetzt. Die Verbindung mit Betonstahl oder Spannstahl ergibt Stahlbeton bzw. Spannbeton. Neuere Entwicklungen sind Faserbeton mit Zugabe von Stahl-, Kunststoff- oder Glasfasern, sowie Textilbeton, der Gewirke (Textil) aus alkaliresistentem AR-Glas oder Kohlenstofffasern enthält.
Als problematisch gilt bislang der Einfluss der Betonproduktion auf die Umwelt. Die Betonindustrie gehört zu den Hauptverursachern von Treibhausgasen, die die globale Erwärmung bewirken. Die Betonproduktion ist für etwa sechs bis neun Prozent aller menschengemachten CO2-Emissionen verantwortlich, was dem Drei- bis Vierfachen der Größenordnung des gesamten Luftverkehrs entspricht.
Es werden weltweit erhebliche Mengen Wasser, Kies, Zement und Sand für die Herstellung von Beton verbraucht. Das globale Vorkommen an geeignetem Sand wird vor allem durch die Betonherstellung immer knapper.
Grundlegende Eigenschaften und Verwendung Normalbeton hat üblicherweise eine Druckfestigkeit von wenigstens 20 Newton pro Quadratmillimeter (N/mm²). Beton mit geringerer Festigkeit wird zur Herstellung von Sauberkeitsschichten, Verfüllungen sowie im Garten- und Landschaftsbau verwendet. Hochleistungsbeton erreicht Festigkeiten von über 150 N/mm².
Unbewehrter Beton kann nur geringe Zugspannungen aufnehmen, ohne zu reißen, da seine Zugfestigkeit nur rund ein Zehntel seiner Druckfestigkeit beträgt. Zugspannungen werden daher üblicherweise durch eingelegte Stäbe oder Matten aus Bewehrungsstahl aufgenommen, die eine Zugfestigkeit von über 400 N/mm² besitzen. Diese Kombination hat sich aus mehreren Gründen als vorteilhaft erwiesen: Beton und Stahl haben einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, so dass im Verbundmaterial keine temperaturbedingten Spannungen auftreten, der basische pH-Wert des Betons verhindert die Korrosion des Stahls, Beton verhindert im Brandfall den schnellen temperaturbedingten Festigkeitsverlust von ungeschütztem Stahl.
Typische Einsatzgebiete von Stahlbeton: Gründungen, (Keller)Wände, Decken, Stützen und Ringanker im allgemeinen Hochbau, Skelettbau-Tragkonstruktionen von Hochhäusern und Gewerbebauten, Verkehrsbauten wie Tunnel, Brücken und Stützwände.
Unbewehrter Beton wird für Schwergewichtswände, gebogene Gewichtsstaumauern und andere kompakte, massive Bauteile verwendet, die überwiegend auf Druck belastet werden. Größere Zugspannungen müssen entweder konstruktiv vermieden werden oder es darf von einem Bruch des Materials keine Gefährdung ausgehen. Dies ist beispielsweise bei kleineren vorgefertigten Elementen wie Blocksteinen für den Mauerwerksbau oder (Waschbeton-)Platten im Gartenbau der Fall. Auf Grund geringer Kosten, beliebiger Formbarkeit und vergleichsweise hoher Dichte von etwa 2400 kg/m³ wird Beton auch für Gegengewichte an Kränen und für Wellenbrecher verwendet.
Zu beachten ist das Schwinden des Bauteil-Volumens bei Austrocknung sowie durch chemische Vorgänge. Das Schwindmaß ist dabei abhängig von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials. Ein gewisses Kriechen tritt bei allen belasteten Bauteilen auf und bezeichnet die mit der Zeit zunehmende Verformung unter Belastung.
Unterscheidungsmerkmale Beton lässt sich anhand verschiedener Merkmale unterscheiden. Gebräuchlich sind Unterscheidungen nach der Trockenrohdichte in Leichtbeton, Normalbeton und Schwerbeton, der Festigkeit, wobei die Druckfestigkeit die wichtigste Rolle einnimmt, dem Ort der Herstellung in Baustellen- oder Transportbeton, dem Verwendungszweck in beispielsweise wasserundurchlässigen Beton, Unterwasserbeton, der Konsistenz in Klassen von steif bis (sehr) fließfähig, der Art der Verdichtung in Rüttelbeton, Stampfbeton, Walzbeton, Fließbeton, Schüttbeton, Spritzbeton, … der Art der Gesteinskörnung in Sandbeton, Kiesbeton, Splittbeton, … dem Erhärtungszustand in den noch verarbeitbaren Frischbeton, den bereits eingebauten und verdichteten grünen Beton, den jungen Beton, dessen Aushärtung bereits begonnen hat und schließlich den ausgehärteten Festbeton, den Anforderungen zur Qualitätssicherung in Rezeptbeton (Herstellungsklasse R nach ÖNORM 4200 bzw. Klasse B I nach DIN 1045) und Beton nach Eignungsprüfung (Herstellungsklasse E bzw. Klasse B II nach DIN).
Ebenso wie Beton ist Mörtel ein Gemisch aus einem Bindemittel, Gesteinskörnung und Zusatzstoffen bzw. -mitteln. Der Unterschied besteht in der Größe des Zuschlags, der bei Mörtel höchstens 4 mm im Durchmesser aufweisen darf. Eine Überschneidung besteht bei Spritzputzen und Mauermörteln, die in besonderen Fällen ein Größtkorn von bis zu 16 mm enthalten können, sowie bei Estrich, der im Regelfall mit 8 mm Körnung angemischt wird.
Geschichte Urgeschichte und Antike mini|Kuppel des Pantheons in Rom von innen
Dauerhafter Kalkmörtel als Bindemittel konnte schon an 10.000 Jahre alten Bauwerksresten in der heutigen Türkei nachgewiesen werden. Gebrannten Kalk verwendeten die Ägypter beim Bau der Pyramiden. Die Phönizier verwendeten einen hydraulisch erhärtenden Mörtel aus gebranntem Kalk mit gemahlenen Ziegeln oder vulkanischen Aschen.Beton in der Architektur. Zur Geschichte eines Baustoffs auf betonshop.de
In der zweiten Hälfte des 3. vorchristlichen Jahrhunderts wurde in Karthago oder Kampanien eine Betonmischung aus Zement und Ziegelsplittern entwickelt. Diese wurde gegen Ende des Zweiten Punischen Krieges erstmals beim Bau von Wohngebäuden in Rom verwendet.Frank Kolb: Rom. Die Geschichte der Stadt in der Antike. C. H. Beck. München 2002, ISBN 3-406-46988-4, S. 230. Die Römer entwickelten aus dieser Betonmischung in der Folgezeit das Opus caementitium (opus = Werk, Bauwerk; caementitium = Zuschlagstoff, Bruchstein), aus dessen Namen das Wort Zement abgeleitet ist. Dieser Baustoff, auch als römischer Beton oder Kalkbeton bezeichnet, bestand aus gebranntem Kalk, Wasser und Sand, dem mortar (Mörtel), gemischt mit Ziegelmehl und Vulkanasche, und zeichnete sich durch eine hohe Druckfestigkeit aus. Damit wurden unter anderem die Aquädukte und die Kuppel des Pantheons in Rom hergestellt, die einen Durchmesser von 43 Metern hat und bis heute erhalten ist.
Eine wesentliche Verbesserung, die von den Römern entwickelt wurde, war die Verwendung inerter Zuschlagsstoffe, die hauptsächlich aus Resten von gebranntem Ziegelmaterial bestanden und die Eigenschaft besitzen, bei Temperaturänderungen keine Risse zu bilden. Dies kann noch heute an Orten in Nordafrika (z. B. Leptis Magna, Kyrene) beobachtet werden, wo es große Estrichflächen gibt, die etwa um 200–300 n. Chr. ausgeführt wurden und die trotz großer Temperaturdifferenzen zwischen Tag und Nacht noch heute völlig frei von Rissen sind. Die außergewöhnliche Jahrtausende überdauernde Haltbarkeit römischer Bauten wird auf die kombinierte Verwendung von Kalk und Branntkalk mittels Heißmischung bei der Betonfertigung zurückgeführt. In der Vergangenheit ging man davon aus, dass bei der Einarbeitung von Kalk in römischen Beton dieser zunächst mit Wasser zu einem hochreaktiven pastösen Material vermischt wurde, ein Prozess, der als Löschen bezeichnet wird. Nach den Ergebnissen eines Forschungsverbundes bestehend aus dem Massachusetts Institute of Technology und dem Instituto Meccanica dei Materiali wurde demgegenüber normaler Kalk und Branntkalk gleichzeitig der Ausgangsmischung zugefügt. Bei der hierdurch verursachten exothermen Reaktion entstanden sogenannte millimetergroße Kalkklasten mit spezifisch spröder nanopartikulärer Struktur. Bei späterer durch diese Einschlüsse führenden Rissbildungen mit Wassereintritt entsteht eine gesättigte Lösung, die mit dem Kalk reagiert und als Calcit aushärtet und damit eine weitere Rissbildung unterbindet.
Neuzeit Das Wort Beton ist übernommen aus gleichbedeutendem französisch béton, dieses aus altfranzösisch betun (Mörtel, Zement), abgeleitet von lateinisch bitumen (schlammiger Sand, Erdharz, Bergteer, Kitt).Wortbedeutung und Etymologie (französisch) Bernard de Bélidor beschreibt die Herstellung und Verwendung von Beton in seinem Standardwerk Architecture hydraulique (Bd. 2, Paris 1753). Das Wort erscheint dann auch in der deutschen Übersetzung Architectura hydraulica (Bd. 2, Augsburg 1769).
Die Entwicklung des Betons in der Neuzeit begann 1755 mit dem Engländer John Smeaton. Dieser führte, auf der Suche nach einem wasserbeständigen Mörtel, Versuche mit gebrannten Kalken und Tonen durch und stellte fest, dass für einen selbsterhärtenden (hydraulischen) Kalk ein bestimmter Anteil an Ton notwendig ist.
Drei Erfindungen leiteten letztlich den modernen Betonbau ein: Die des Romanzements 1796 durch den Engländer J. Parker, die des künstlichen hydraulischen Kalks durch Louis-Joseph Vicat 1818 sowie die des Portlandzements durch Joseph Aspdin im Jahr 1824. Zunächst wurde der Beton noch nicht armiert, sondern als Stampfbeton, ähnlich dem Pissébau, verwendet. Das älteste und auch erhaltene Gebäude in dieser Technik ist die Villa Lebrun in Marssac-sur-Tarn, die der Bauingenieur François Martin Lebrun für seinen Bruder errichtete.Ferdinand Werner: François Martin Lebrun und das erste Haus aus Beton. In: INSITU. Band 8, Nr. 1, 2016, S. 75–88 (79).
Mitte des 19. Jahrhunderts entstanden in Deutschland die ersten aus Beton errichteten Wohngebäude wie die Bahnwärterhäuser der Oberschwäbischen Eisenbahn, einige Mietshäuser der Berliner Victoriastadt und die Villa Merkel.
Ein wesentlicher Entwicklungssprung war die Erfindung des Stahlbetons durch Joseph Monier (Patent: 1867), durch den die Herstellung auf Zug belasteter Bauelemente möglich wurde, wie etwa Platten und Unterzüge. Zurückgreifend auf Joseph Monier wird Bewehrungsstahl oder Betonstahl auch heute noch gelegentlich als Moniereisen bezeichnet. mini|Alicia Penalba, Vertreterin der abstrakten Kunst, beim Erschaffen einer Betonskulptur Beton wird in der zeitgenössischen Kunst auch für Denkmäler oder Skulpturen verarbeitet („Kunststein“).
Klima- und Umweltauswirkungen Umweltprobleme
CO2-Emissionen