Baustoffkunde at IUBH Internationale Hochschule

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Mineralische Baustoffe

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Minerale der Erdkruste

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Natursteine

Sedimentgestein, Magmatite und Metamorphite

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Gewinnung, Verwendung und Verarbeitung von Naturstein

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Druckfestigkeitsklassen

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Mineralklassen (nach Strunz)


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Bildung der Minerale

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Expositionsklassen

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Lockergestein und Festgestein

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Glas 

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Beton

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Leicht-, Normal- und Schwerbeton

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Baustoffkunde

Mineralische Baustoffe

  • sind natürlichen Ursprungs und deshalb die ältesten Werkstoffe der Menschheit
  • man baute mit Sand, Lehm und Ton Häuser und Hütten.
  • schuf Alltagsgegenstände aus Keramik und Glas
  • monumentale Bauten mit Natursteine Granit und Marmor


Mineralische Baustoffe bestehen aus Mineralien.

Abgesehen von natürlichen Gläsern (Obsidian) und Biolithen (Kohlegesteine, Riffkalke) sind alle Gesteine der Erde aus Mineralien.

Baustoffkunde

Minerale der Erdkruste

95 % der Erdkruste bestehen aus folgenden 10 Mineralen


  • Plagioklas 39 Vol-%
  • Alkalifeldspat 12 Vol-%
  • Quarz 12 Vol-%
  • Pyroxene 11 Vol-%
  • Amphibole 5 Vol-%
  • Glimmer 5 Vol-%
  • Olivin 3 Vol-%
  • Tonminerale + Chlorid 4,6 Vol-%
  • Calcit/Aragonit 1,5 Vol-%
  • Magnetit 1,5 Vol-%
  • Dolomit 0,5 Vol-%

Baustoffkunde

Natursteine

Sedimentgestein, Magmatite und Metamorphite

Sedimentgestein werden nach Art ihrer Entstehung unterteilt.


siliziklastische Sedimente: Silizium-, bzw. quarzreiche Lockergesteine, die zu einem Sedimentgestein verfestigt werden.

Psephite

Psammite

Pelite


chemische Sedimente: entstehen durch Ausspülung aus gesättigter Lösung (z. B. durch Temperatur- oder pH-Wert-Änderung) oder durch Verdampfung und die dadurch bedingte Kristallisation.z.B. Gips und Steinsalz


organogene Sedimente: Entstehung durch abgestorbene Organismen.

tierischen oder Pflanzlichen Ursprunges, unterteilt in brennbar (Kaustobiolith z.B. Torf, Ölschiefer, Harz) und nicht brennbar (Akaustobiolith z.B. Riffkalk, Hornstein, Phosphorit)


Residualsedimente: werden aus dem Residuum eines verwitterten Gesteins gebildet.

z.B. Bauxit oder Gipshut


Magmatite entstehen nicht aus feinen Sedimentkörnern , sondern kristallisieren sich aus einer flüssigen Schmelze. 

  • kein organisches Material, da diese bei der Gesteinsschmelze (bis zu1200 Grad) völlig zerstört werden.


Die Zusammensetzung hängt vom Chemismus des Ausgangsteines, einer  Reaktion mit umgebenden Gesteinsschichten, Temperatur- und Druckverhältnissen, aber auch von der Geschwindigkeit des Abkühlens ab.


Beispiele:

  •  Plutonite wie Diorit, Gabbro, Syenit, Granit
  • Vulkanite wie Rhyolit, Pechstein, Diabas, Basalt
  • Gläser wie dem Obsidian (der aber amorph ist)
  • Ganggesteine (Subvulkanite oder Mikroplutonite) grobkörnigere Matrix und unterscheiden sich im Gefüge von den anderen Magmatiten


Metamorphite

werden Sedimentgesteine oder magmatische Gesteine durch Druck und Temperatureinfluss verändert, werden sie metamorph überprägt.

Metamorph überprägte Magmatide heißen Orthogesteine. z.B. Gneis und Serpentinit.

Metamorph überprägte Sedimentite heißen Paragesteine. z.B. Schiefer und Marmor




Baustoffkunde

Gewinnung, Verwendung und Verarbeitung von Naturstein

Gewinnung:

  • wird in der Regel in Steinbrüchen abgebaut
  • unter Verwendung von Sägen, Schrämen und Dynamit
  • dann wird es auf das gewünschte Maß geschnitten oder gebrochen


Verwendung

  • Lockergestein für z.B. Schotter oder Zementherstellung
  • als Gehwegplatten, Fensterbänke, Arbeitsplatten oder Wandverkleidung
  • Grabsteine, Denkmäler oder Skulpturen


Verarbeitung

Kalkhaltige Natursteine (Kalkstein, Marmor, Gneis und Tonschiefer) sind empfindlich gegenüber Säuren (muss beachtet werden, wenn Sie als Bodenbelag genutzt werden sollen, oder im Außenbereich, da sie durch den sauren Regen, angegriffen werden, durch Schadstoffaustausch wie Co2) 


In Bereichen mit hoher Beanspruchung werden häufig Granit und Basalt verwendet, da sie unempfindlicher sind.


Baustoffkunde

Druckfestigkeitsklassen

Beton wird in 16 Druckfestigkeitsklassen eingeteilt um die Stabilität von beton gezielt einsetzen und beurteilen zu können.

  • wird an zylindrischen oder kubischen Proben gemessen
  • der Wert beschreibt eine Festigkeit, die nur in wenigen Fällen  unterschritten werden.



Baustoffkunde

Mineralklassen (nach Strunz)


Elemente: Metall und intermetallische Verbindungen

metallische Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorverbindungen wie Carbide, Silicide, Nitride und Phosphide

Halbmetalle und Nichtmetalle wie z.B. Arsen, Graphit, Diamant, Silicium und Schwefel

nichtmetallische Kohlenstoffverbindungen und Stickstoffverbindungen


Sulfide und Sulfosalze: Verbindungen des Schwefels


Halogenide: Verbindungen der Halogenide z. B. Steinsalz


Oxide und Hydroxide:

Verbindungen mit Sauerstoff und/oder Wasserstoff


Carbonate und Nitrate: Salze und Ester der Kohlensäure (H2CO3) und der Salpetersäure (HNO3)


Borate: Verbindungen mit Bor


Sulfate, Selenate, Tellurate, Chromate, Molybdate und Wolramate: Verbindungen mit Sulfat, Selen, Tellur, Chrom, Molybdän, oder Wolfram z.B. Gips (Ca[SO4]2H2O)


Phosphate, Arsenate und Vanadate: Verbindungen mit Phosphor, Arsen oder Vanadium z.B. Apatit


Silikate und Germanate: Verbindungen mit Silizium und Germanium z.B. das Schichtsilikat Kaolinit


organische Minerale: z.B. Bernstein oder Urea (Harnstoff)

Baustoffkunde

Bildung der Minerale

magmatisch: Kristallisation aus einer magmatischen Schmelzer 

  • Amphibole, Pyroxene


pegmatisch-pneumatolytisch-hydrothermal: in der Endphase der Kristallitation von Plutoniten aus einer gasreichen Restschmelze unter hohem Druck ausgeschiedene Minerale

  • Topas, Apatit


hydrothermal: Ausspülung aus wässrigen Lösungen (Fluiden)

  • Kalk


sedimentär: Lösung durch Verwitterung und erneute Ablagerung von Mineralen.

  • Tonminerale, Glimmer


metamorph: Umwandlung und Neubildung von Mineralen durch Einwirkung von Druck- und Temperaturänderung


Baustoffkunde

Expositionsklassen

X0: kein Korrosionsrisiko

XC: Carbonation Bewehrungskorrosion durch Carbonatisierung 

gefährdet sind Bauteile die ständig oder wechselnd nass und trocken, sowohl hoher Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sind (direkte Beregnung oder Teile in Wasserbehältern)


XD Deicing salts Bewehrungskorrosion durch Chloride, Bauteile im Spritzwasserbereich von Straßen, Parkdecks oder Solebäder sind betroffen


XS seawater Bewehrungskorrosion durch Chloride aus dem Meerwasser

Bauteile an salzhaltiger Luft in direktem Kontakt mit Meerwasser oder im Spritzwasserbereich (Hafenbecken)


XF Freezing  Frostangriff

Bauteile im Sprühnebelbereich von Straßen oder in Wasserwechselzonen


XA Attack chemischer Angriff

Bauteile in Kläranlagen oder Güllebehältern, Kühltürme...


XM Mechanical Abrasion: Verschleiß

Böden durch Befahren mit z.B. Geräten wie Gabelstapler, Kettenfahrzeuge etc.


WO trocken: Innenbauteile oder Außenbauteile ohne Niederschlag...


WF feucht: ungeschützte Außenbauteile, häufige Taupunktunterschreitung, Innenbauteile in Feuchträumen


WA feucht + Alkalizufuhr: Bauteile mit Meeres- oder Tausalzeinwirkung, landwirtschaftliche Alkalisalzeinwirkung


WS feucht + Alkalizufuhr + hohe Beanspruchung

Tausalzeinwirkung und hohe Beanspruchung durch Befahren

Baustoffkunde

Lockergestein und Festgestein

Lockergestein:

ist ein Gemenge von Mineralen u.o. Gesteinsbruchstücken u.o. organischen Bestandteilen ohne feste Bildung.

könne nach Korngröße sortiert werden (sieben, kneten oder aufschütteln)

Bautechnisch unterscheidet man grobkörnige, nichtbindige Lockergesteine wie Kies (2,0mm - 63mm) und Sand (0,06m - 2,0mm) von feinkörnigen bindigen Lockergestein wie Schluff (0,002mm - 0,06mm) oder Ton (< 0,002mm)


Festgestein

zum Festgestein zählt alles, was als Stein oder Fesl bezeichnet wird.

Geologisch sind dies wieder Sedimentgestein... .

sind sehr widerstandfähig und werden in der Baustoffkunde üblicherweise als Naturwerkssteine bezeichnet.

werden noch unterteilt in Hartgesteine (Granit, Gneis)

und Weichgestein (Kalkstein, Marmor, Tonschiefer udn Sandstein)


Baustoffkunde

Glas 

  • ist amorph
  • wir physiochemisch als unterkühlte Flüssigkeit bezeichnet
  • ist nicht kristallin


Organische Gläser, wie z.B. das Acrylglas, ist kein Glas, da diese per Definition immer mineralischen Ursprunges sind. Die Bezeichnung ist daher irreführend.


  • mit dem Begriff ist immer Silikatglas gemeint
  • besteht zum größten Teil aus Siliziumdioxid
  • Quarzsand spielt als Rohstoff die wichtigste Rolle
  • DIN 1259 
  • es gibt auch natürliche Gläser wie z.B. Obsidian (ist aber schwarz und opak


Opazität bedeutet das Gegenteil von Transparenz, also Lichtundurchlässigkeit


Zusammensetzung   

Baustoffkunde

Beton

  • Gemisch aus  aus Zement, Gesteinskörnung und Wasser
  • Zusatzmittel wie Verflüssiger, Porenbilder und z.B. Flugasche modifizieren die Eigenschaften des Betons


Frischbeton: Beton der noch verarbeitet werden kann

Festbeton: Beton der erhärtet ist

grüner Beton: direkt nach dem Verdichten, aber noch vor dem Erstarren

junger Beton: direkt nach dem Erstarren, wenn der Beton niht mehr verarbeitet werden kann

Ortbeton: wird direkt auf der Baustelle (vor Ort), als Frischbeton verwendet und verarbeitet

Es gibt aber im Gegensatz dazu auch den Beton, der im Werk zur Herstellung von Betonfertigteilen verwendet wird und auf die Baustelle transportiert wird.


Baustoffkunde

Leicht-, Normal- und Schwerbeton

unterschieden sich in Trockenrohdichte und Gesteinskörnung


Leichtbeton (0,8-2,0 kg/dm³) Blähton, Blähschiefer oder Hüttenbims als mögliche Gesteinskörnung


Normalbeton (2,0-2,6 kg/dm³) Sand, Kies oder Splitt als Gesteinskörnung


Schwerbeton (<2,6 kg/dm³) Schwerspat, Eisenerz oder Stahlgranulat als mögliche Gesteinskörnung

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