Betonherstellung und Anwendungen

Produktlebenszyklus des weltweit am häufigsten verwendeten Materials

Beton ist ein fester Bestandteil der städtischen Infrastruktur, von Autobahnen bis hin zu hoch aufragenden Wolkenkratzern in Städten. Kein Wunder, dass Beton überall zu sehen ist, da er das am häufigsten verwendete künstliche Material der Welt ist. Allein in den Vereinigten Staaten werden jährlich etwa 10 Milliarden Tonnen Beton produziert.

Beton ist ein äußerst vielseitiger Baustoff mit formbaren oder festen Eigenschaften, je nach Erhärtungsphase. Es besteht aus Zuschlagstoffen und Gesteinen, die mit flüssigem Zement vermischt sind. Nach einer gewissen Zeit härtet Beton aufgrund einer chemischen Reaktion, die als Hydratation bekannt ist, zu einer steinähnlichen Masse aus. Einmal ausgehärtet, wird es bei einer Stärke von 3000–20.000 psi außergewöhnlich stark und haltbar – genug, um Brücken, Wolkenkratzer und Dämme zu halten.

Betonherstellung

Beton wird in einem Werk oder auf einer Baustelle hergestellt. Die Ausrüstung kann von Handwerkzeugen bis hin zu großen Industriemaschinen variieren. Unabhängig vom Produktionsumfang müssen Betonkomponenten innerhalb bestimmter Zeitvorgaben gründlich gemischt, geformt und geformt werden. Störungen können die Integrität und das Erscheinungsbild des Endprodukts beeinträchtigen.

Betonproduktion im großen Maßstab

Die Betonproduktion im großen Maßstab erfolgt in zwei Arten von Betonwerken:Transportbetonwerken und Zentralmischwerken. Transportbetonwerke mischen alle Betonkomponenten außer Wasser. Zentrale Mischanlagen mischen alle Betonkomponenten einschließlich Wasser und eignen sich am besten für eine genaue Steuerung. Typischerweise ist Beton eine viskose Flüssigkeit, die in Formen gegossen wird, um eine gewünschte Form zu erhalten. Beton kann aber auch in nichtflüssiger Form vorliegen. Diese Trocknerausführung wird bevorzugt zur Herstellung von Betonfertigteilen eingesetzt.

Kleine Betonproduktion

Kleinere Betonmengen werden auf der Baustelle mit einem volumetrischen Mischer oder mobilen Chargenmischer hergestellt. Diese Mischer dienen als Mini-Betonwerke, die verschiedene Betonsorten herstellen können. Sie eignen sich perfekt für Baustellen, die nur wenig Beton für die Installation kleinerer Anwendungen benötigen. Beispielsweise verwendet ein Installateur einen volumetrischen Mischer, um Beton zum Einbetten von Fahrradständern herzustellen oder um Poller und Stahlrohre als Verkehrssicherungseinrichtungen zu installieren.

Betonarten

Auf dem Markt sind Dutzende von Betonarten für den Bau- und Gebäudebedarf erhältlich. Nachfolgend sind einige gängige Betonarten aufgeführt, die in der modernen Infrastruktur verwendet werden.

Normaler Beton

Gewöhnlicher Beton ist eine der beliebtesten Formen von Beton. Eine typische Mischung umfasst Zement, Sand und grobe Zuschlagstoffe, die mit bestimmten Wassermengen vermischt sind. Es hat eine Abbindezeit von ca. 30–90 Minuten bei Festigkeitswerten von 1450–5800 psi. Nach 28 Tagen Aushärtung werden 75–80 % der Gesamtfestigkeit erreicht, und nach 90 Tagen sind 95 % erreicht.

Hochleistungsbeton

Hochleistungsbeton hat im Vergleich zu gewöhnlichem Beton eine höhere Festigkeit, Verarbeitbarkeit und Haltbarkeit. Es hat langfristige mechanische Eigenschaften und Frühalterungsfestigkeit. Es kann rauen Umgebungen standhalten und ist beständig gegen Kriechen und Schrumpfen, wodurch Rissbildung minimiert wird. Die Stärke reicht von 10.000 bis 15.000 psi.

Stahlbeton

Stahlbeton verwendet verschiedene Formen von Stahl als Bewehrung. Die Kombination von Beton (mit seiner hohen Druckfestigkeit) und Stahl (mit seiner hohen Zugfestigkeit) verleiht Stahlbeton seine einzigartigen Festigkeitseigenschaften. Stahlbeton ist in der Lage, viele Formen von Belastungen in jeder Art von Konstruktion auszuhalten.

Betonfertigteile

Betonfertigteile gießen Beton in Formen in einer kontrollierten Umgebung. Fertig abgebunden und ausgehärtet werden sie zur Baustelle transportiert. Die Aushärtungsphase erfolgt unter kontrollierten Bedingungen, bei denen Temperatur und Feuchtigkeit überwacht werden. Die Dampfhärtung wird manchmal verwendet, um Fertigteile mit hoher Festigkeit und kürzerer Härtungszeit herzustellen.

Leichtbeton

Leichtbeton ist jeder Beton mit einer Dichte von weniger als 240 kg/m³. Dazu gehören Leichtbeton, Schaumbeton und Porenbeton. Leichtbeton verbessert typischerweise die thermischen Fähigkeiten und die Feuerbeständigkeit. Es ist jedoch anfälliger für Kriechen und Schwinden.

Durchlässiger Beton

Durchlässiger Beton lässt Luft oder Wasser durch eine Reihe von Löchern oder Hohlräumen zirkulieren, die im Beton entstehen. Wasser kann auf natürliche Weise abfließen, wodurch Oberflächenwasser abfließen und Grundwasser wieder aufgefüllt werden kann. Es ist ein umweltfreundliches Entwicklungsmaterial, das die Wasserqualität schützt und für nachhaltiges Bauen verwendet wird.

Konkrete Anwendungen

Vor Beginn einer konkreten Anwendung muss zunächst die geeignete Betonart ermittelt werden. Beispielsweise eignet sich Stahlbeton für Baumaterialien, die eine hohe Zugfestigkeit erfordern, wie Säulen und Balken. Leichtbeton eignet sich am besten für den Bau von Leichtbetonsteinen für den Hausbau.

Beton ist ein vielseitiges Material und seine Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Die formbaren und dennoch zähen Eigenschaften von Beton machen ihn zum idealen Ausgangsmaterial für den Bau von Gebäuden, städtischen Infrastrukturen und verschiedenen Fertigteilen.

Betongebäude sind feuerbeständig und reduzieren den Energieverbrauch, während sie gleichzeitig eine bessere Raumluftqualität bieten.

Baustoffe

Beton wird häufig zum Bau von Häusern und Geschäftsgebäuden sowie zugehörigen Einbauten wie Einfahrten und Säulen verwendet. Isolierbeton hält die Wärme in den Wänden und reduziert den Energieverbrauch um über 40 %. Smog fressender Beton kann dazu beitragen, Stickoxide in umliegenden verschmutzten Umgebungen um über 60 % zu reduzieren. Betongebäude erfordern weniger Wartung und halten länger, während sie gleichzeitig eine bessere Raumluftqualität bieten. Weitere Vorteile sind Feuer-, Wind- und Hurrikanbeständigkeit.

Betonstraßen sind robust genug, um den ständigen Stößen schwer beladener Fahrzeuge standzuhalten.

Straßen und Autobahnen

Straßen und Autobahnen aus Beton sind sehr langlebig und erfordern nur minimale Wartung. Sie sind nicht anfällig für Belastungsbeschränkungen durch Brunft oder Tauwetter im Frühling. Sie sind robust genug, um dem ständigen Verkehr schwer beladener Fahrzeuge standzuhalten.

Brückenkonstruktionen aus Beton sind kostengünstig und ermöglichen architektonische und dekorative Oberflächen.

Brücken

Beton ist eines der wirtschaftlichsten und schnellsten Materialien für den Brückenbau; Es wird üblicherweise für Brückenaufbauten (die oberen Teile von Brücken) verwendet. Dazu gehören Decks, Bordsteine, Gehwege und seitliche Verkehrsleitwände. Bei richtiger Planung und durch die Verwendung von Betonfertigteilen kann der Prozess effizient und wettbewerbsfähig abgeschlossen werden. Visuelle Effekte und dekorative Merkmale können ebenfalls hinzugefügt werden.

Betonpoller bieten einen gewissen Aufprallschutz und ergänzen die umgebende Architektur.

Poller

Betonfertigteile werden für Verkehrsleiteinrichtungen wie Betonpoller verwendet. Diese Betonpoller können die umgebende Architektur ergänzen und gleichzeitig einen Aufprallschutz durch Fahrzeuge bieten. Sie sind in der Regel mit epoxidbeschichteten Stahlstäben verstärkt, um ihre Haltbarkeit zu erhöhen. Betonpoller sind ideal für stark frequentierte Bereiche wie Gebäudeeingänge und Parkplätze, um Fußgänger und Einrichtungsgegenstände zu schützen.

Betondämme verwenden aus Gründen der Haltbarkeit Stahlverstärkungen und platzieren Wasserleitungen im Beton, um Risse zu begrenzen.

Dämme

Dämme gehören zu den anspruchsvollsten und umfangreichsten Bauwerken aus Beton. Für den Bau des Grand-Dixence-Staudamms in der Schweiz wurden 6 Millionen Kubikmeter Beton benötigt. Es verwendet auch eine Stahlbewehrung, um den Betoneigenschaften maximale Festigkeit zu verleihen. Um Risse zu begrenzen, wird Wasser durch Rohre im Beton zirkuliert. Dammkonstruktionen erfordern eine sorgfältige Auswahl der Betonmischung mit der richtigen Art von Zuschlagstoffen.

Wartung

Trotz seiner elastischen Eigenschaften erfordert Beton dennoch eine ordnungsgemäße Wartung, um seine Lebensdauer zu verlängern. Beton sollte mindestens einmal im Jahr gereinigt werden, um Schmutz und Schmutz sowie Rost oder andere Flecken zu entfernen. Auch Risse müssen für eine strukturell einwandfreie Oberfläche regelmäßig repariert werden. Wenn Risse nicht repariert werden, kann Wasser eindringen und Probleme mit dem Untergrund verursachen. Periodisches Nachversiegeln der Oberfläche reduziert das Eindringen von Feuchtigkeit und Fleckenbildung. Es wird auch verhindern, dass sich Schmutz und Unkraut durch diese Fugen bilden.

Recycling

Die Bauindustrie ist Teil einer Zero-Waste-Bewegung mit jährlich 140 Millionen Tonnen recyceltem Beton in den USA. Wenn Betonstrukturen abgerissen werden, wird Betonreste für neue Bauprojekte, Kies, Landschaftssteine ​​und Mulch recycelt. Betonzuschlagstoffe werden gesammelt und durch eine Brechmaschine geführt. Beton mit Stahlbewehrung wird dem gleichen Prozess unterzogen, und die Metallteile werden später mit Magneten und anderen Sortiervorrichtungen entfernt.

Das Ziel des Recyclings besteht nicht nur darin, Beton von Deponien zu eliminieren, sondern auch Energie bei der Wiederaufbereitung zu sparen. Das Brechen von altem Beton vor Ort macht Transporte überflüssig und reduziert so Kosten und Emissionen. Große, auf der Straße tragbare Anlagen können Beton mit 600 Tonnen pro Stunde zerkleinern. Kleinere Brecher können 150 Tonnen pro Stunde zerkleinern, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass sie in engere Bereiche passen.

Konkrete Entwicklungen

Selbstheilender Beton zielt darauf ab, einen der größten Fehler von Beton zu beseitigen:Risse. Sobald der Beton reißt, kann dies zur Korrosion der in der Struktur verwendeten Stahlarmierungen führen. Rissbildung birgt auch unmittelbare Gefahren – Betonbehälter für Giftmüll können verheerende Folgen haben, ganz zu schweigen von der Gefahr für Wartungspersonal. Ingenieure der Universität Gent haben bei der Entwicklung von selbstreparierendem Beton Pionierarbeit geleistet. Es ist mit superabsorbierenden Polymeren gefüllt, die Betonrisse zur Selbstheilung aufquellen und blockieren. Konkrete Forschung und Entwicklung werden für eine Zukunft im Bauwesen fortgesetzt, die Effizienz, Sicherheit und Nachhaltigkeit vorantreibt.