Baumaterialien ETH 24/25-Karteikarten | Quizlet

Grundbaustoffe

Stein, Wasser, Vegetation → Oberfläche Öl, Edelsteine (Metalle, Kohle) → unter der Oberfläche

Nicht nachwachsende Rohstoffe

• Rohstoffe, die nicht regenerierbar sind und aus der Erde gewonnen werden. Kann nicht in einem Menschenleben nachwachsen.

• Mineralische Werkstoffe (Gesteine unterschiedlichster Zusammensetzungen, meist aus Si und O).
  Si und O bilden Quarz, der häufigste Stein SiO2.

  Grosser Teil von den Werkstoffen sind für uns gar nicht zugänglich. Wir können nicht damit bauen, denn daraus besteht die Erde. Wir kommen nur an die Werkstoffe in der Erdkruste (Si 28,2% und O 46,1%) heran.

• Metallische Werkstoffe (Eisen/Stahl, Aluminium, Kupfer, Blei, Zink, Zinn)

• Fossile Werkstoffe (kleinste Kategorie): Fossile Rohstoffe: Erdöl, Erdgas, Kohle) und Kunststoffe (fossilbasierte Stoffe)

Nachwachsende Rohstoffe

• Organische Werkstoffe (Holz, Bambus, Stroh, Papier/Karton, Schilf)
  Chemisch sehr ähnlich wie fossile Werkstoffe. Wenn organische Materialien absterben und nach langer Wartezeit zu fossile Werkstoffe werden.

• Wasser (kein Baumaterial)

Ressourcen/ Rohstoffe der Welt

Problem: Die Bevölkerung wächst exponentiell, doch die Ressourcen bleiben gleich. Wir beanspruchen mehr Nahrung, Infrastruktur und Wohnraum haben jedoch immer noch genau gleich viel Ressourcen zu Verfügung, wie zu Beginn.

• Welt ist ein geschlossenes System, welches nur einmal zur Verfügung steht

• Die Menschheit braucht jedes Jahr mehr Ressourcen als die Erde in einem Jahr produziert

• Man bräuchte eigentlich 1.7 Erden

Jahrtausende lang gab es genügend Rohstoffe. Somit brauchte die Menschheit auch weniger Material als die Erde pro Jahr reproduzierte. Schlussfolgernd lebte die Menschheit nachhaltiger. Problem: Das Gleichgewicht kippte ca. 1970 (Overshoot)

Earth Overshoot day

Menschheit braucht jedes Jahr mehr Ressourcen, als die Erde in einem Jahr reproduziert:

- Berechnung, als die Menschheit das erste Mal mehr Material abgebaut hat, als nachwachsen kann.

- erster Overshoot day ca 1970 irgendwann im Dezember

- 2020 —> Corona, alles lag still, für ein paar Wochen gab es eine Verbesserung.

- mittlerweile hat die Menschheit die Jährlichen Ressourcen der Erde bereits ende Juli aufgebraucht. D.h es bräuchte 1.7 Erden um den Ressourcen-Verbrauch der Menschheit zu unterstützen

- overshoot day ist Ortsabhängig:

Schweiz zB. Mitte Mai

vs Jamaica ende Dezember

Was hat der Ressourcen-Verbrauch der Menschheit mit der Architektur zu tun?

• 90% der weltweit verwendeten mineralischen Rohstoffe sind für das Bauwesen

• 54% des Abfalls aus der Bauwirtschaft. 20% Bauabfälle in der Schweiz

• Jede Woche wird 1x Paris gebaut, jeden Monat 1x New York

• In Schwellen- und Entwicklungsländern werden ganze Städte neu erbaut

Wo kommt das ganze Material her?

Problem: Auf dem Bau geht uns das Material aus

- meistverwendeter Baustoff ist Beton, Zement, Kies, Sand, Wasser

- Sand ist der meistgebrauchte feste Rohstoff, Nummer 3 nach Luft und Wasser. Mit Sand wird es mittlerweile langsam knapp, ist ein rares Gut geworden

- Jedes Jahr 45-50 Milliarden Tonnen

- Verdreifachung in den letzten 20 Jahren

Treibhausgase

• Treibhausgase verursachen/beschleunigen Klimaerwärmung

• Begrenzung der Klimaerwärmung auf deutlich unter 2 Grad Celsius ggü. dem vorindustriellen Zeitalter möglichst unter 1.5°C.

• halbieren bis 2030
  15% bis 2050

• Netto Null: nur so viel CO2 ausstossen wie natürliche oder künstliche Speicher aufnehmen können

Was hat Architektur damit zu tun?

• 50% der Treibhausgase durch Bauwirtschaft, Durch:

  • Gewinnung und Aufbereitung der Rohstoffe ( Zement 7%, Stahl 5%)

  • Verkehr und Transport

  • Energieverbrauch der Gebäude

Materialzufluss Schweiz

Recycling von Baustoffen

• Linear Economy (Baustoffe werden genommen, gebraucht und entsorgt)

• Recycling Economy (Baustoffe werden gebraucht und wiederverwendet bis zum geht nicht mehr und dann schlussendlich entsorgt)

• Circular Economy (Baustoffe werden genommen und weiterverwendet: endloser Prozess)

Monolithbauten, Prähistorische Bauweise

Älteste Bauwerke sind aus Stein, Naturstein ein sehr altes Baumaterial. Aber nicht unbedingt Behausung sondern eher kultische Objekte.

• Entstanden in der Steinzeit, wo Nomaden sesshaft wurden

• Ursprung der Natursteingebäude → erste Sesshaftigkeit

• Bsp. Stonehenge (England)

• Grosse Steinblöcke, grob gehauen

• Prinzip Bauklötze

• Pfeiler und Balken

• jedes Bauteil besteht aus einem einzelnen Stein

• Weiche Steine (Kalk-/Sandsteine), um leichter zu verarbeiten

Megalithbauten

Aufeinandergestapelte Blöcke. Verzierte Fassade aus Tura-Kalkstein für glattere Oberfläche (Handwerktechniken). Bsp. Pyramiden (Ägypten)

• Bauweise der Pyramiden:

  • Grosse Steinblöcke, grob bis sehr fein behauen

  • Grosse Dimensionen, stabil gebaut

  • Blöcke aufeinandergestapelt

  • Mauern und Dach vorhanden, bietet Schutz

  • Weiche Steine (Kalk-/Sandsteine), um leichter zu verarbeiten

• Kultisches Bauwerk

  • Tempel hatten meistens ein Holzdach, da Steindächer sehr schwierig zu bauen waren; zu schwer, kollabiert in sich selbst, nicht gedacht für die Horizontale

  • grossförmige Steine (Steinklötze) aufeinander geschichtet

  • Bsp. Karnak-Tempel (ägyptische Bauweise)

• Römische Bauweise

  • Bogenbrücke aus Stein

  • Bogentragwerke (Steinkonstruktion funktioniert durch Druck)

  • Burgen + Schlösser (Mittelalter) , Kathedralen und Paläste (Renaissance), kleinere Steinblöcke

  • Bsp. Aquädukte

• Amphitheater-Kolosseum

  • Mischkonstruktion: verschiedene Steine, Beton, Ziegel

  • Bogenstruktur werden durch Natursteine erzeugt

  • Bsp. in Rom

• Bauweise der Antike:

  • Bruchstein-Mauerwerk (kleine Steine die zusammengesetzt werden mit oder ohne Mörtel)

  • Griechisches Zeitalter: Dachkonstruktionen aus Stein – kurze Spannweite

  • Römisches Zeitalter: Bögen/Kuppeln kommen dazu, Spannweiten werden grösser

  • Viele Verzierungen und Bemalungen

  • Teilweise auch härtere Steine (Granit, Marmor) verarbeitet

• Zeitgenössische Bauweise

  • Nicht mehr viele zeitgenössische Bauwerke mit Naturstein, da Naturstein teuer ist und Beton den Markt übernommen hat

  • Natursteine als Dekoration/Zierde, selten als tragendes Material

  • Anstelle von Blöcken benutzt man Platten

  • Bodenbeläge und Fassaden

  • Kathedralen und Paläste - Pisa

Entstehung Gesteine

3 Übergruppen: Magmatische Gesteine, Sedimentgesteine, Metamorphe Gesteine

Gewitter: tragt Stein ab
Ablagerung: presst Steine zusammen und drückt sie runter. Hoher Druck und Temperatur formen die Steine um.

Magmatische Gesteine

Vulkanite:
- Lava kommt durch Vulkanausbrüche an die Erdoberfläche und erstarrt sehr schnell durch kühle Luft. Dies wird dann zu Gestein.
- Feinkörnige, leichte, glasige Mineralkörner (Bsp. Basalt)

Plutonite
- Magma erstarrt langsam im Erdinnern. Dies passiert durch sinkende Temperatur, weil der Magmakern näher an die Oberfläche kommt und nicht mehr im heissen Erdinnern ist.
- Grosse, verschiedenfarbige Mineralkörner (Bsp. Granit)

Sedimentgesteine

Bestehen aus Ablagerung in Flüssen/Meeren. Entstehen durch Verwitterung und Erosion und erneuter Ablagerung.

Sandstein:

• Anteil von min. 50% Sandkörner (meist Quarz)

• Kleinsttrümmer verwitterter Gesteine verkitten zu Sandstein

• werden aus Sandpartikeln zusammengepresst und bilden Steine

• Weiches Gestein, welches gut bearbeitbar ist (Muster)

• Können verschiedene Farben haben

• Wird oft benutzt für den Bau, hat aber das Problem, dass es leicht erodiert

Kalkstein:

• Besteht überwiegend aus Calciumcarbonat (Calcit und Aragonit)

• Grob und raues Gestein

• Ablagerung von Schalen fossiler Kleinstlebewesen (z.B. Schnecken) und Ausscheidungen von Algen und Bakterien, tote Korallenriffe - Bsp. Mergel, Dolomit, Quarz, Gips, Kreide, …

• Hauptrohstoff für Zement und Beton

Metamorphe Gesteine

Gneis:

- ähnliche Eigenschaften wie Granit, jedoch höhere Wasseraufnahme

- polierfähig und weitgehend frostbeständig

- sehr widerstandsfähig und hart

Marmor:

- Min. 50% Vol-% aus Calcit, Dolomit oder Aragonit

- je nach Zusammensetzung unterschiedliche Farben und Muster

- empfindlich gegen sauren Regen und Säuren

Schiefer:

- spalten sich bis zu mm dünne Platten

- Vielfältig genutzt: Dächer und Fassaden z.B.

- je nach Zusammensetzung unterschiedliche Farben und Muster

Mechanische Eigenschaften von Gesteinen

- hohe Druckfestigkeit

- Tiefe Zug-Biegezugfähigkeiten

- Spröde, nicht duktil (keine Verformung vor Bruch)

- je nach Herkunft und Zusammensetzung

--> Wasserresistent oder Wassersaugend

--> frost - und Tausalzbeständig oder nicht

--> Oberfläche hart oder abrasiv

Optische oder haptische Eigenschaften von Gesteinen

- Alle Farben, Musterungen und Maserungen verbreitet

- Matt oder geschliffen/versiegelt möglich

- Rauheit unterschiedlich je nach Porösität und Schleifgrad

Ökologie von Gesteinen

Co2-Bilanz:

- Herstellung: Naturprodukt, keine Menschliche Aktivitäten

- Bearbeitung: Von Hand oder Maschinell im Steinbruch und im Werk

- Transport:

hängt vom Ursprungsland ab

Datenbank der KBOB

Koordinationskonferenz der Bau- und Liegenschaftsorgane der öffentlichen Bauherren

- Ökobilanzdaten im Baubereich

- Primärenergieverbrauch

Lehm

- Ton, Silt und Sand

- weltweit verbreitet

- Sand:

--> 0.02-2mm

-->. Chemisches Gemisch (SiO2 + weitere Bestandteile)

--> "Reiner" Quarzsand (SiO2) Glasherstellung

--> Kantige Sandkörner

Feiner Sand:

- erzeugt höhere Kohäsion, da:

mehr Kontaktpunkte, mehr kapillare Brücken (je feiner die kapillare Brücke desto mehr Kapillarkraft), leichter (weniger stark durch Gravitation beeinträchtigt)

Feuchtegehalt:

- Ggw aus Korngrösse, Luft und Wasser muss stimmen, da

keine Kohäsion bei trockenem Sand, keine Kohäsion bei nassem Sand, Kohäsion ist abhängig von hyperbolische Oberfläche der kapillaren Brücken zur Umgebungsluft

Kies

- 2- 63mm

- kantige Körner

Kugelpackungen:

- Volumen des Gemisches ist kleiner als das V von Feinkies + V von Sand (da immer noch kleine Lutspalte zwischen den Steinchen)

- Apollonische Packung

- Geometrisches Modell, dass die dichteste und effizienteste Packung von Kiesen/ Kugeln unterschiedlicher Grösse beschreibt

Ton

- über Jahrmillionen immer Feiner erodiertes Gestein

- Material in seinem Endstadium

- Reiner Ton ist sehr klebrig, enthält viel Wasser

- Form von Plättchen

- kleiner als 0.02 mm

- Wasser zwischen den Plättchen gefangen (verdampft niemals ganz, klebt die Plättchen zusammen, entspricht der Luftfeuchtigkeit)

Lehm Zusammensetzung

= Sand + Ton

Die Sandkörner behindern das Schwinden und damit das Reissen. Die Tonplättchen kleben die Sandkörner zusammen.

Das richtige Mischverhältnis ist essentiell.

Lehmbautechniken

1. Stampflehm (Pisé)

2. Lehmziegel (Adobe)

3. Ausfachung von Holzfachwerkbauten

4. Als Bindemittel (Mörtel und Putz)

Herstellung Stampflehm

- Erstellungszeiten für Wandstärke 50 cm:

Einbau in Schichten von 14 cm Höhe. Stampfen: 14 cm werden zu 10-12 cm.

Von Hand 4 Personen 1m2 pro Tag

Maschinell 4 Pers 5 m2 pro tag

Trockenzeit 4-5 Wochen

Herstellung Ziegel + Platten

Ziegel werden geformt und dann zum trocknen ausgelegt

Holzbauwerke mit Lehmausfachung

Prinzip Hut und Stiefel:

Grosses Dach, Wasserabweisender Sockel, Schützen Holz und Lehm vor Witterung

Nachteile von Lehm

- Immer neue Zusammensetzung

- Viel Handarbeit hoher Preis

Tragfähigkeit geringer als Beton

- Anfällig auf Erosion

Vorteile von Lehm

- weit verbreiteter Rohstoff

- Aushubmaterial verwenden

- Minimale C02 Emissionen

- Entsorgung 'auf dem Feld'

- sehr gutes Raumklima

- reguliert die Feuchtigkeit

- Bindet Gerüche

Rohdichte

Faustregeln (mit Ausnahmen!):

je grösser die Dichte...

... desto Mehr Material, desto weniger Luft/ Volumeneinheit

... desto Schwerer

... desto grösser Druckfähigkeit (wenn Homogenes Material)

... desto grösser die Schallisolation

... desto Geringer die Wärmedämmung

Ziegel

Aus Lehm:

+ vor Ort verfügbar, geringer Transport

+ reproduzierbare, handliche Steingrössen

- Dauerhaftigkeit

Aus Naturstein:

+ sehr robust und dauerhaft

- nicht überall verfügbar, weite Transportstrecken

- gleichmässige Steingrössen sehr aufwändig

Aus Adobe wird Backstein

- richtige Ton -/Lehmmischung

- feucht in Form pressen

- mehrere Wochen trocknen, damit es keine Risse gibt

Backstein:

- Brennen in Rundofen

- Brand in 8-15 Stunden bei 550-600°C (nicht komplett durchgebrannt)

- langsames auskühlen, sonst gibt es Risse

Vitruvius zu Ton und Lehm

- Ton mit Sand 'magern' (weniger zäh und klebrig, schrumpft weniger)

- Magerer vs fetter Lehm " zu viel Sand vs zu viel Lehm

- Herstellung + Lagerung im Frühling und Herbst

- Lagerung im Sommer: aussen zu trocken, innen noch feucht

Dachziegel

- Erfindung der Korinther

- Übernommen von den Römern

- Holzziegeln nachempfunden

- geeignet für flach geneigte Dächer des Mittelmeerraums

- in Mitteleuropa im Mittelalter entsteht der Biberschwanzziegel, geeignet für steilere Dächer

Formen - Handstrichziegel

- Tonmasse in Holzform drücken, abziehen

--> Wasserstrich (Form in Wasser tauchen, verhindert Kleben)

--> Sandstrich (form in Sand ausschlagen, verhindert ankleben, weniger schrarfe Kanten, ton weniger nass, trocknet schneller)

Formsteine

Der Ziegler

- Zünfte (Ziegelherstellung wird normiert, Standardgrößen, festgelegte Preise)

- Ziegler und Ziegeleien entstehen

- Anfang einer 'Massenproduktion'

Der Steinbrand

Mauerverbände

Baugerüste

England

12.-15. September 1666:

- Zerstörung (400 Strassen, 13200 Häuser, 87 Kirchen, 4/5 der City of London)

- Folge:

Stein und Ziegel einzige erlaubte Baumaterialien für neue Häuser

Formen Maschinenstrichziegel

Moderne Stranggussziegel

Trocknen

- schwinden (Volumenverkleinerung ca 12% durch Wasserverlust)

- möglichst gleichmässig/ von allen Seiten

- so schnell wie möglich ohne Risse zu bilden

- bei natürlicher Trocknung viel Erfahrung notwendig

Brennen - Ringofen

Brennen - Tunnelofen

- Tunnelofen: 80 M

- Brand bei 1080°C

- Durchfahrtsdauer: 4 Tage

- Ofen brennt 24/7

-1x / Jahr: Ausschaltung für Reparatur/ Revision/ Reinigung

Mechanische Eigenschaften Ziegel

- Gute Druckfestigkeit (tiefer als Beton)

ok für tragende Wände (ausser Hochhaus)

- Tiefe Zug- Biegefestigkeit

- Spröde, nicht duktil

- Schlecht bei Erdbeben (ruckartige, wiederkehrende horizontale Lasten)

selten für tragende Wände eingesetzt

Gegenstand intensiver Forschung

Optische und haptische Eigenschaften Ziegel

- viele Farben, Formen. Muster resp. Mauerverbände möglich

- Spiel mit Ziegelfarbe + Mörtelfarbe

- Glasieren, Streichen, verputzen

Bauphysikalische Eigenschaften Ziegel

- Standardsteine geringe Wärmedämmwerte

- spezielle Dämmsteine bei Wanddicken zw. 40-50 cm

- Dämwerte i.O. Traglasten Gering

Ökologie Ziegel

- nicht nachwachsender Rohstoff

- in Mitteleuropa in grossen Mengen vorhanden

Co2-Bilanz:

- maschineller Abbau und Transport

- hochautomatisierte Herstellung (24/7 Betrieb)

- Brand bei über 1000°C

- transport

Recycling:

- Aus Backstein wird nicht mehr Rohton

- Backstein sehr dauerhaft, mehrfach verwendbar

--> Rückgewinnung ganzer Steine

- Kalkmörtel (ca bis 1900)

weicher als Ziegel, Steine herauslösen, Wiederverwendung machbar, aber aufwendig und teuer

- Zementmörtel (ab ca 1900)

härter als Ziegel, Lösung von Ziegel nur schwer machbar, Mörtel reisst Ziegelteile mit

- Leim (neu auf dem Markt)

ersatz von Mörtel, geht schneller, Steine jedoch nicht zerstörungsfrei trennbar

Bindemittel Mineralische Werkstoffe

Ton, Gips, Kalk, Zement, Mörtel/Putz

Verdunstung Meerwasser Phase 1

Verdunstung Meerwasser Phase 2&3

Verdunstung Meerwasser Phase 4

Gips Zusammensetzung

-Unter Terrain: Anhydrit

CaSO4

- An der Oberfläche:

AUs Anhydrit + Regenwasser wird Gipsstein

(+ 60% Volumenzunahme)

CaSo4 * sH2O

REA-Gips

- Rauchgasentschwefelungsanlagen von Kohlekraftwerken

- S02 als Abgas der Verbrennung

Schwefeloxid + Kalkstein = Calciumsulfit Kohlendioxid

SO2 + CaCo3 = CaSO3

- mit Sauerstoff zu Gips:

2CaSo3 = CaSO4

Gips Wasser Zyklus

Gips Pulver + Wasser = Rohgipsstein + Brennen bei > 100°C (Wasser entweicht)

CaSO4 --> CaSo4 * sH2o

Gips als Bindemittel

Historische Anwendung

- Verputz

- Mörtel in Mauerwerksfugen

- Estrich

Stuckmarmor

Kalk

- reiner Kalkstein selten

-meist mit Quarzteilen (SiO2)

Kalkzyklus

Kalkmörtel

Co2-Bilanz von Gips und Kalk

Recyclierbarkeit von Gips und Kalk

- Gips und Kalk als reine Werkstoffe vorhanden, in Kreisläufen wiederverwendbar (chem. Reaktionen können wiederholt werden)

- Gips(karton)platten: Bei Abbruch zu Sammelstellen, Trennung von Gips und Papier, Wiederaufbereitung zu neuen Platten

- Problem der Rückgewinnung des reinen Baustoffs beim Gebäudeabbruch

Hydraulische Bindemittel

Erhärten unter Wasser & Wiederstehen dem Angriff des Wassers dauerhaft

- Reine Lehm-, Gips und Kalkmörtel:

--> Erhärten nur an Luft

--> Gips gibt beim erhärten Wasser ab

--> Kalk benötigt Co2 aus Luft um zu härten, gibt Wasser ab

- nicht komplett wasserfest

Hydraulische Mörtel (Bindemittel)

- erhärten auch unter Wasser

- wieder stehen dem Angriff des Wassers dauerhaft

natürlicher Ursprung

- Wahrscheinlich Entdeckung der Phönizier

- 1000 v Chr. in den Zisternen von Jerusalem

--> Kalkputze mit Ziegelmehl beigemischt

Opus

- 2 Wandschalen aus Naturstein später Ziegeln

- Dazwischen kleine Bausteine, durch stochern verdichten

- mit Kalkmörtel übergiessen

Puzzolanerde

- vulkanischer Ursprung

- aus der Bucht von Puzzuoli bei Neapel (IT)

- heute 'Puzzolan'

SiO2-haltige Stoffe, die bei Wasserzugabe festigkeitsbildend reagieren können

Sandhaltig, Tonerdehaltig

natürliche Puzzolane

Künstliche Puzzolane

Eddystone Lighthouse, Plymouth, ca 1760

- John Smeaton

- Naturwissenschaftler und (Maschinen-)Ingenieur

- Auftrag für einen Leuchtturm

- Systematische, versuchsbasierte Erforschung der Zusammensetzung von versch. Kalken und Mörtelherstellung

- Ergebnis: Ein Anteil Ton, im Kalkstein führt zu Hydraulischem Bindemittel, geeignet für Wasserbauten

- Mörtel so fest wie Portlandstein

Portlandzement

1. kalkstein zermahlen

2. Mit Ton £+ Wasser zu feinem Brei mischen

3. Trocknen und brechen

4. Brennen im Ofen, CO2 verflüchtigt sich - sintern --> Klinker

5. Mahlen zu Pulver --> Cement

6 Mit Wasser zu Mörtel, vermauern, trocknen, Fertig

Moderne Zemente

- Zementmatrix = Wasser + Zement

- Mörtel = Wasser + Zement + Sand (<8mm)

- Beton = Wasser + Zement + Sand + Gesteinskörnung

- Ca 20% des Zements für Mörtel, 80% für Beton

- Wasseranteil: Immer 0.4, Zement 0.6 damit der ganze Zement reagiert

- Verbrauch: 4 Mil. Tonnen Zement im Jahr, Steinbrüche beinahe erschöpft

Klinker

Entsteht durch das Brennen von Ziegeln bei einer höheren Temperatur

Heutige Zementarten

Cem I:

Portlandzement (min 95% Portlandzementklinker + ca 5% Gips)

Cem II:

Portlandkompositzement

min 60% Portlandzementklinker + ca 5 % Gips +

- Hüttensand (erstarrte, granulierte Hockofenschlacke)

- Silikastaub (Abfallprodukt der Siliciumherstellung)

- Puzzolan (natürliche Tonerde vulkanischen Ursprungs)

- Flugasche (Abfallprodukt aus Kohlekraftwerken)

- Schiefer (gebrannt+fein gemahlen)

Cem II A:

- Zementklinker

- Kalkstein

- Hüttensand

- Silikastaub

- Gips

Cem II B:

- Zementklinker

- Kalkstein

- gebrannter Schiefer

- Flugasche

- Gips

- Hüttensand

CEM III

CEM IV

Puzzolanzement (selten eingesetzt)

CEM V

Kompositzement (selten eingesetzt)

Weitere selten eingesetzte Zemente

- eco Zement (65-79% Klinker + 21-35% Kalkstein + Gips)

- Sosteno (Klinker + Abbruch-Mischgranulat + Schiefer + Gips)

- LC3 (50% Klinker + 30% kalkhaltiger Ton + Gips)

- Weisszement (Eisenarme Rohstoffe und schnelles Abkühlen)

Aus Zement wird Beton

- Zementmatrix = Wasser + Zement

- Mörtel = Wasser+ Zement + Sand (< 8mm)

- Beton = Wasser + Zement + Gesteinskörnung evtl. + Zusatzmittel + Zusatzstoffe

Wasser/Zement-Wert

- < 0,4 = zu wenig Wasser, nicht der ganze Zement kann reagieren, sehr dicht, hohe Festigkeit

- = 0.4 = der ganze Zement reagiert (theoretisch)

- > 0.4 = zu viel Wasser, nicht alles Wasser kann reagieren, es bleiben Poren, Weniger hohe Feuchtigkeit, gute Verarbeitbarkeit

Zusatzmittel und Zusatzstoffe in Beton

- Zusatzstoffe:

Physikalische Zusätze, bei der Betonrezeptur als Volumenbestandteile berücksichtigt

Bsp. Silicastaub, Flugasche, Hüttensand oder Pigmente

- Zusatzmittel

chemische Züsätze, bei der Betonrezeptur nicht als Volumenbestandteile berücksichtigt, meist in flüssiger Form der Betonmischung beigegeben

Bsp. Beschleuniger (schneller hart), Verzögerer (langsamer hart), Verflüssigen (fliesst besser), Porenbildner...

Ökonomie Zement

- Einheimischer/ Lokaler Rohstoff --> 6 Zementwerke in der Schweiz

- Kalk und Mergel

- Steinbrüche nach an Zementwerken --> kurze Wege, aber Steinbrüche zum Teil beinahe ausgeschöpft

- Zement macht rund 5% aller Treibhausgase in Europa aus

- weltweite Bevölkerungszunahme + Steigerung der Zement und Stahlproduktion ab 1940 hat die Treibhausgasemissionen stark angsteigen lassen

Kalk

Wo kommt das Co2 her?

- Brand bei 1450°C

--> ab ca 900°C löst sich im Brand von reinem Kalkstein CO2:

CaCo3 --> CaO + CO2

--> bei ca 1450°C Brand von Kalkstein und Mergel

Sintering --> CaCO3 --> 4 Klinkerphasen + CO2

CO2 Emissionen der Schweizer Zemenntproduktion

- Einsparungen durch Effizienz. Produktion

- Einsparungen vor allem durch alternative Brennstoffe

z.B. alte Auropneus (CO2 wird der Autoindustrie zugerechnet, fast schon Kehrichtverbrennung)

Wie kann CO2 reduziert werden?

- Reduktion bei der Klinerherstellung durch effizientere Produktion

(bessere Öfen, alternative Brennstoffe, Zementindustrie)

- Zemente mit geringerem Klinkeranteil (Ersatz des Klinkers durch andere hydraulische Stoffe, bsp. Hüttensand und Puzzolane)

- Betone mit geringerem Zementanteil

(ersatz durch äquivalente Stoffe, erhöheng des Anteils der Gesteinskörnung)

Recyclierbarkeit von Zement

- aus Zement wird kein Kalkstein mehr

- sintering und hydration nicht umkehrbar

- keine Wiederverwendung auf Zementebene, nur auf Betonebene

Mineralische Werkstoffe

Silt, Sand, Kies + Bindemittel:

Ton

Gips, Kalk, Zement

Mörtel/Putz

Eisenbeton

Spannbeton

Die Entstehung der Flachdecke

- Flachdecken aus Beton tragen die Last in beide Richtungen ab

- Lastenverteilung in x und y entspricht dem Verhältnis der Seitenlängen

Herstellung Frischbeton

1. Schalen

2. Bewehren

3. Einlagen

4. Betonieren

5. Nachbearbeiten

Ökologie Beton

- einheimischer Rohstoff

- Kies und Sand aus Seen, Flüssen, Kiesgruben

- Kalk und Mergel aus Steinbrüchen

- müssen Einfamilienhäuser und kleine Gebäude aus Beton sein?

- statisch keine Notwendigkeit

- klimatisch kann vorteilhaft sein

- Schallschutz gut

- warum werden Betonbauten immer dicker?

-Dauerhaftigkeit/ Überdeckung

- Bemessungsrichtlinien in Normen immer strenger

- eingelegte Leitungen / Schallschutz

- Block's search group: können wir mit solchen Technologien Beton sparen?

- nur da Beton wo statisch erforderlich

- Problem: Material billiger als Arbeitszeit

CO2 Reduktionen Beton

- Reduktion bei Klinkerherstellung

- Zemente mit geringem Klinkeranteil

- Betone mit geringem Zementanteil

- Wenig Beton verbrauchen

Wo ist Beton unverzichtbar?

Recyclierbarkeit Beton

Mechanische Eigenschaften

-Druck-/Zugestigkeit (Kraft wird auf einen Körper aufgebracht)

-Duktilität / Sprödigkeit

-Elastizität

- Schwinden

- Kriechen

-Ermüden

Spannungs-Dehnungs-Diagramm

Spannung = Force/Area

Dehnung = Verformung durch aufgebrachte Kraft (Delta L) / ursprüngliche Kraftrichtung (L)

Spannungs-Dehnungs-Diagramm: Wie gross die elastische Verformung bei einer bestimmten Spannung ist.