Baustoffkunde B SoSe2021 at Leibniz Universität Hannover

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Erläutern Sie in Stichworten, was unter dem Begriff der CO2-Reduktionspfade zu verstehen ist und welche Konsequenz dies für die Betonherstellung hat.

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Benennen Sie mind. 3 Einsatzfelder für Stahlfaserbeton.

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Wie wirkt sich Zyklische Beanspruchung großer Amplitude auf die maximal aufnehmbare Spannung eines Prüfkörpers aus?

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Ein wichtiger Ansatz zur Reduktion von Umwelteinwirkungen eines Betons ist der Austausch von Portlandzementklinker durch Ersatzstoffe, welche umweltbezogen günstiger hergestellt werden können oder Abfallprodukten von anderen Industrieprozessen sind.


Benennen Sie mindestens 3 häufige Ersatzstoffe und geben Sie an, bei welchem industriellen Prozess der Stoff anfällt.

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Erläutern Sie den Begriff der charakteristischen Festigkeit fck und geben Sie eine Formel an, wie die charakteristische Festigkeit auf Basis einer großen Anzahl von Versuchsergebnissen berechnet werden kann.

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Hinsichtlich welcher Eigenschaften lässt sich Beton klassifizieren?

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Das Bruchverhalten von Beton ist neben der Zusammensetzung des Betons und anderen Faktoren abhängig von der Beanspruchungsart. Welche Art von Beanspruchung kann Beton gut abtragen und welche nur in sehr geringem Maße? Mit welcher Materialeigenschaft von Beton hängt dies maßgeblich zusammen?

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Beton lässt sich für besondere Einsatzzwecke durch die Art der Gesteinskörnung modifizieren. Nennen Sie 3 Betonarten, ihre charakteristischen Eigenschaften und 2 potenzielle Anwendungsgebiete.

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Beton besteht zum Großteil aus den 3 Ausgangsstoffen Gesteinskörnung, Zement und Wasser. Wie können Sie diese drei Komponenten bzgl. Ihres Gehaltes so anpassen, dass eine Reduktion der Umwelteinwirkungen des Betons erreicht werden kann.

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Der Zeitpunkt des Anmachen eines Zementleimes - d.h. der Mischung aus Wasser und Zement - ist gleichzeitig der Reaktionsbeginn. Benennen Sie die einzelnen Phasen des Reaktionsablaufs.

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Beschreiben Sie die Prozesse bei der Herstellung und dem Abbinden von Branntkalk, indem Sie die jeweiligen chemischen Reaktionsgleichungen angeben. Wie wirkt sich die Herstellung von Branntkalk auf die Umwelt aus und wie sind diese Umwelteinwirkungen begründet?

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Hüttensand und Elektrofilterasche (Flugasche) sind industrielle Abfallstoffe, die zur Zement- bzw. Betonherstellung verwendet werden können.

  1. Welcher der beiden Stoffe ist latent-hydraulisch, welcher ist ein Puzzolan?
  2. Auf welche Eigenschaften bzgl. der Zusammensetzung und Struktur dieser Stoffe ist ihre Reaktionsfähigkeit im Beton zurückzuführen?

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Baustoffkunde B SoSe2021

Erläutern Sie in Stichworten, was unter dem Begriff der CO2-Reduktionspfade zu verstehen ist und welche Konsequenz dies für die Betonherstellung hat.

CO2-Reduktionspfad: Politisch beschlossene Maßnahmen zur Reduktion des CO2 Ausstoßes über die Zeit.

Baustoffkunde B SoSe2021

Benennen Sie mind. 3 Einsatzfelder für Stahlfaserbeton.

  • Im Tunnelbau (in Form von Spritzbeton zur Sicherung einer instabilen Ortsbrust)
  • Industriefußböden
  • Wohnungsbau (hauptsächlich für die Bodenplatte und Kellerwände)

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Wie wirkt sich Zyklische Beanspruchung großer Amplitude auf die maximal aufnehmbare Spannung eines Prüfkörpers aus?

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Ein wichtiger Ansatz zur Reduktion von Umwelteinwirkungen eines Betons ist der Austausch von Portlandzementklinker durch Ersatzstoffe, welche umweltbezogen günstiger hergestellt werden können oder Abfallprodukten von anderen Industrieprozessen sind.


Benennen Sie mindestens 3 häufige Ersatzstoffe und geben Sie an, bei welchem industriellen Prozess der Stoff anfällt.

  • Hüttensand
    • Abfallprodukt der Stahlherstellung
  • Flugasche
    • Abfallprodukt der Kohleverbrennung in Kohlekraftwerken
  • Silicastaub
    • Abfallprodukt bei der Herstellung von Silizium
  • Kalkstein
    • Wird durch Mahlung von Kalkstein hergestellt
  • Calcinierter Ton
    • Wird durch Brennen von Ton hergestellt

Baustoffkunde B SoSe2021

Erläutern Sie den Begriff der charakteristischen Festigkeit fck und geben Sie eine Formel an, wie die charakteristische Festigkeit auf Basis einer großen Anzahl von Versuchsergebnissen berechnet werden kann.

5%-Quantil einer Häufigkeitsverteilung der Druckfestigkeiten einzelner Betonproben. 95% des eingebauten Betons müssen eine höhere Festigkeit aufweisen, als die sog. charakteristische Festigkeit fck.

fck=fcm-1,64*σ mit fcm = Mittelwert der Druckfestigkeit und σ = Standardabweichung

Baustoffkunde B SoSe2021

Hinsichtlich welcher Eigenschaften lässt sich Beton klassifizieren?

  • Rohdichte
  • Druckfestigkeit
  • Dauerhaftigkeit
  • Verarbeitbarkeit

Baustoffkunde B SoSe2021

Das Bruchverhalten von Beton ist neben der Zusammensetzung des Betons und anderen Faktoren abhängig von der Beanspruchungsart. Welche Art von Beanspruchung kann Beton gut abtragen und welche nur in sehr geringem Maße? Mit welcher Materialeigenschaft von Beton hängt dies maßgeblich zusammen?

Druckbeanspruchungen können gut abgetragen werden, die Zugfestigkeit beträgt nur ca. 10% (oder weniger) der Druckfestigkeit. Materialeigenschaft = Sprödigkeit.

Baustoffkunde B SoSe2021

Beton lässt sich für besondere Einsatzzwecke durch die Art der Gesteinskörnung modifizieren. Nennen Sie 3 Betonarten, ihre charakteristischen Eigenschaften und 2 potenzielle Anwendungsgebiete.

  • Leichtbeton (ca. 800-2000kg/m³)
    • Einsatzbereiche mit Bedarf an hohen Wärmedämmeigenschaften
  • Normalbeton (ca. 2000-2600kg/m³)
    • Einsatzbereiche: Straßenbau, Hochbau
  • Schwerbeton (>2600kg/m³)
    • Herstellung von Fundamenten oder Strahlenschutz

Baustoffkunde B SoSe2021

Beton besteht zum Großteil aus den 3 Ausgangsstoffen Gesteinskörnung, Zement und Wasser. Wie können Sie diese drei Komponenten bzgl. Ihres Gehaltes so anpassen, dass eine Reduktion der Umwelteinwirkungen des Betons erreicht werden kann.

Anteil Zementleim senken = Herstellung von Zement mit hohen Umweltwirkungen verbunden; Reduktion Zementleimgehalt senkt somit Umwelteinwirkungen.

Achtung: Verarbeitbarkeit und weitere Eigenschaften beachten!

Baustoffkunde B SoSe2021

Der Zeitpunkt des Anmachen eines Zementleimes - d.h. der Mischung aus Wasser und Zement - ist gleichzeitig der Reaktionsbeginn. Benennen Sie die einzelnen Phasen des Reaktionsablaufs.

  • Phase 1: Ettringitbildung (Reaktion: C3A + Gips + Wasser)
  • Phase 2: Ruhephase; Ettringitbildung geht zurück; Zement wird chemisch inaktiv
  • Phase 3: Erstarrungsbeginn; Erhärtung durch Reaktion des C3S unter Bildung von CSH-Phasen und Calciumhydroxid

Baustoffkunde B SoSe2021

Beschreiben Sie die Prozesse bei der Herstellung und dem Abbinden von Branntkalk, indem Sie die jeweiligen chemischen Reaktionsgleichungen angeben. Wie wirkt sich die Herstellung von Branntkalk auf die Umwelt aus und wie sind diese Umwelteinwirkungen begründet?

  • Kalkbrennen (bei800-1000°C): CaCO3 => CaO (Branntkalk) + CO2
  • Kalklöschen: CaO +H2O => Ca(OH92 (Gelöschter Kalk oder Kalkhydrat)
  • Erhärtung durch Carbonatisierung: Ca(OH)2 + CO2 => CaCO3 + H2O
  • Umweltauswirkungen Herstellung Branntkalk: Klimawandel, Treibhausgasemission, CO2; Begründung: Beim Brennen von Kalkstein werden große Mengen Co2 freigesetzt 

Baustoffkunde B SoSe2021

Hüttensand und Elektrofilterasche (Flugasche) sind industrielle Abfallstoffe, die zur Zement- bzw. Betonherstellung verwendet werden können.

  1. Welcher der beiden Stoffe ist latent-hydraulisch, welcher ist ein Puzzolan?
  2. Auf welche Eigenschaften bzgl. der Zusammensetzung und Struktur dieser Stoffe ist ihre Reaktionsfähigkeit im Beton zurückzuführen?
  1. Hüttensand = Latent-hydraulisch; Flugasche = Puzzolan
  2. Latent hydraulische Stoffe besitzen allein keine Neigung zur Hydratation. Sie können aber zu einer hydraulischen Reaktion angeregt werden. Als Anreger wirkt z.B. das Calciumhydroxid aus der Zementhydratation.  Puzzolane (natürlich oder künstlich) bestehen aus Si-Al-Verbindungen mit Silicaten in reaktionsfähiger Form, die direkt mit dem Calciumhydroxid aus der Zementhydratation reagieren.

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