Baustofftechnologie an der Hochschule Karlsruhe

Karteikarten und Zusammenfassungen für Baustofftechnologie an der Hochschule Karlsruhe

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Was beeinflussen Betonzusatzmittel? 

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Wie durchwandern die Wassermoleküle den Baustoff? Was für Arten des Feuchtetransports gibt es?

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Wie ist der E-Modul definiert?
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Welche Eigenschaften eines Bauteils muss man prüfen, um Aussagen über die Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit treffen zu können? 

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Was beeinflusst die Porosität in einem Werkstoff?

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In welchen Fällen verformt sich Beton? Definieren Sie alle möglichen Formänderungen des Betons

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Wovon hängt die eigentliche Erhärtung bei der Hydratation ab?
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Nennen Sie Beispiele für eine Beanspruchung durch chemische und/oder physikalische Einwirkungen

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Erklären Sie wie die Kapillarleitung funktioniert

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Wodurch wird die frühe Hydratation bestimmt?

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Was beeinflusst das Schmelzen auf das Gefüge?

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Was ist die Folge, wenn man beim Hydratationsprozess keinen, nur einen geringen oder zu hohen Sulfatgehalt hinzugibt?

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Baustofftechnologie

Was beeinflussen Betonzusatzmittel? 
  • chem.wirkend: Einfluss auf die chem. Reaktion zwischen Zementgestein und Wasser oder Reaktion mit Bestandteilen des Wassers 
  • phys. wirkend: Veränderung der Oberflächenspannung des Wassers, Reduzieren der inneren Reibungskräfte im Beton, verbesserte Dispergierung des Zements

Baustofftechnologie

Wie durchwandern die Wassermoleküle den Baustoff? Was für Arten des Feuchtetransports gibt es?
- Wassermoleküle durchwandern den Baustoff durch:
- Sorption (Wasseraufnahme)
- Desorption (Wasserabgabe)
Arten des Feuchtetransports:
- Diffusion: Transport von Wasserdampf
- Kapillarleitung: Transport von flüssigem Wasser in Kapillarporen
- Sickerströmung (Strömung eines oder mehrerer Fluide durch ein poröses Medium)
- Permeation

Baustofftechnologie

Wie ist der E-Modul definiert?
Der Elastizitätsmodul ist die Proportionalitätskonstante zwischen Spannung σ und Dehnung ε eines festen Werkstoffes im linear elastischen Bereich.
Kurz: Werkstoffkenngröße, welche die Verformungsfähigkeit angibt.


Einfaches Beispiel:

Das Material Gummi besitzt einen viel geringeren E-Modul als der Werkstoff Stahl.

Das bedeutet, bei gleicher Belastung und Geometrie wird ein Bauteil aus Gummi viel stärker nachgeben als ein Bauteil aus Stahl. 


Baustofftechnologie

Welche Eigenschaften eines Bauteils muss man prüfen, um Aussagen über die Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit treffen zu können? 
  • Tragfähigkeit = Festigkeiten (Druck-, Zug-, Scherr-, Abtriebkräfte, usw...)
  • Gebrauchstauglichkeit = Verformungsverhalten (E-Modul, Spannweite, usw...)
  • Dauerhaftigkeit = Korrosionswiderstand

Baustofftechnologie

Was beeinflusst die Porosität in einem Werkstoff?
-Festigkeit (je mehr Poren, desto niedriger ist die Festigkeit)
-Rohdichte 
-Wärmeleitfähigkeit, Wärmedämmung
-Widerstand gegen das Eindringen von flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen, Korrosionswiderstand
(abhängig vom Porensystem:
- offenes oder geschlossenes Porensystem?
- sind die Poren mit Wasser oder Luft gefühlt?)
- Verformungsverhalten
- E-Modul
- Diffusionswiderstand ( je weniger Poren, umso höher der Diffusionswiderstand)
- Volumenstabilität ( je mehr Poren, umso geringer die Volumenstabilität)
- Wärmedehnung ( je mehr Poren, umso höher die Wärmedehnung)
- Gefrierverhalten 

Baustofftechnologie

In welchen Fällen verformt sich Beton? Definieren Sie alle möglichen Formänderungen des Betons

Frisch- und Festbeton sind keine volumenbeständigen Baustoffe, sondern verändern ihre Form bei Belastungen und äußeren Einwirkungen. Dies geschieht bei Temperaturveränderungen, WasserentzugHydratation und statischer Beanspruchung durch kurze oder längere Lasteinwirkung. In der Folge kommt es zu unterschiedlichen Formänderungen, die mehr oder weniger ausgeprägte Risse im Beton entstehen lassen.

Schrumpfen
Das Schrumpfen ist eine Folge aus der Volumenverringerung, die mit der Hydratation verbunden ist. Das Volumen der Hydratationsprodukte im Zementstein ist größer als das Volumen von Zement und Wasser im Zementleim. Es kommt zu einer ungleichmäßigen Volumenverteilung. Das Schrumpfen ist statisch ohne Bedeutung.

Schwinden
Durch das Austrocknen des Frischbetons zum Festbeton kommt es zu einer Volumenverringerung des unbelasteten Betons. Das Schwindmaß hängt von den Austrocknungsbedingungen, den Bauteilabmessungen, dem Wasserzementwert und dem Zementsteinvolumen ab. Bei langsamer Austrocknung gelten für Normalbeton Schwindmaße von 0,2 mm/m bis 0,5 mm/m.

Quellen
Das Gegenteil des Schrumpfens ist das Quellen, eine Volumenvergrößerung des Materials; dies erfolgt z.B. durch Wasseraufnahme.

Treiben
Treiberscheinungen gehen auf chemisch-mineralogische Reaktionen zurück, die im Festbeton unter Volumenzunahme ablaufen, z.B. Sulfattreiben.

Kriechen
Als Kriechen werden die bleibenden und/oder zeitabhängigen Formveränderungen von Festbeton unter Dauerlast bezeichnet. Das Kriechen wird auf die Bewegung und Umlagerung von Wasser im Zementstein zurückgeführt. Es ist eine Eigenschaft des Betons, die sich insbesondere bei Druckbelastung durch eine Gefügeumwandlung und Volumenverminderung äußert. Die Zunahme der Kriechverformungen wird mit der Zeit immer geringer und kommen erst nach mehreren Jahren nahezu zum Stillstand.
Das Kriechen zieht zwei Verformungsarten mit sich:

  • - Der reversible Verformungsanteil - nach einer möglichen Entlastung mit zeitlicher Verzögerung formt sich das Bauteil wieder in seinen ursprünglichen Zustand (Rückkriechen). Das Alter des Betons ist davon wenig beeinflusst und erreicht schon nach kurzer Zeit seinen Endwert.
  • - Der irreversible Verformungsanteil - bleibt nach Entlastung erhalten (Fließen) ist vom Betonalter abhängig und erreicht seinen Wert erst nach langer Zeit. Unter ungünstigen Randbedingungen kann die Endkriechzahl einen Wert von ungefähr 3,0 erreichen, d.h. die Betonverformungen durch Kriechen sind dreimal so groß wie aus der elastischen Verformung.

Baustofftechnologie

Wovon hängt die eigentliche Erhärtung bei der Hydratation ab?
Die eigentliche Erhärtung hängt von der Schnelligkeit, mit der das Wasser an den Reaktionsort vordringt, ab

Baustofftechnologie

Nennen Sie Beispiele für eine Beanspruchung durch chemische und/oder physikalische Einwirkungen
-Chloride (elektrochemischer Einfluss)
-Sulfate
-kalklösende Kohlensäure
-Schall
-Temperatur
- Frost

Baustofftechnologie

Erklären Sie wie die Kapillarleitung funktioniert
- Wasserfaden wird innerhalb der Kapillarpore durch Kapillarspannung hochgezogen -> Kapillare Steighöhe Hk
- Oberfläche des Wasserfaden leicht gewölbt, da adhäsive Kräfte vorhanden, schließt mit dem Benetzungswinkel u  an die Kapillarwand an (Seitliche Hochwölbung = Ausblühungen eines Meniskus)
- Umfangskraft, die aus der Oberflächenspannung des Wassers gebildet wird, nimmt unter der Neigung des Benetzungswinkels u  entlang Berührungslinie von Meniskus und Kapillarwandung nimmt Gewicht des Wasserfandens auf
- Steighöhe umso größer, je kleiner der Durchmesser der Kapillarpore ist ( siehe z.B. fein poröse Stoffe) Begründung: siehe Gleichgewichtsbedingungen unter Beachtung der geometrischen Zusammenhänge.

Baustofftechnologie

Wodurch wird die frühe Hydratation bestimmt?
Frühe Hydration wird von der Oberfläche der Teilchen, d.h. von der Feinhaltung des Klinkers einschließlich der seiner hydralischen und unhydralischen Zusatzstoffe, vor allem vom Zusatz von Kalksulfat, bestimmt

Baustofftechnologie

Was beeinflusst das Schmelzen auf das Gefüge?

- Volumenänderung (Schrumpfen=chemisches Schwinden)
-> verursacht ein Absinken des Oberflächenspiegels der Schmelze und gegebenfalls die Bildung von Hohlräumen<- das ist zu verhindern
- Die Schmelze kann gelöste Gase enthalten, deren Löslichkeit mit sinkender Temperatur abfüllt
-> Ausscheiden von Gasen beim Erstarren
-> Bildung von eingeschlossenen Gasblasen<- dies ist zu verhindern

Baustofftechnologie

Was ist die Folge, wenn man beim Hydratationsprozess keinen, nur einen geringen oder zu hohen Sulfatgehalt hinzugibt?
Kein Sulfatangebot
  • Ohne Gibszusatz entstehen tafelförmige Calciumaluminathydrate, die in dem mit Anmachwasser gefüllten Zwischenraum zwischen den Zementpartikeln gleichmäßig verteilt sind, Brücken zwischen den Zementpartikeln bilden und auf diese Weise schnelleres Erstarren hervorrufen
Geringes Sulfatangebot
  • Bei Sulfatman-
    gel können sich neben Calciumaluminathydrat auch die morphologisch ähnlichen Monosulfatkristalle bilden, die ebenfalls zu einem schnellen Erstarren führen. 

  • In Gegenwart von Calciumsulfat, entsteht anstelle des Calciumaluminathydrates eine entsprechende Menge Ettringit, jedoch ungleichmäßig in den Zwischenräumen verteilt, sondern unmittelbar auf der Oberfläche der Zementpartikeln. Infolgedessen bilden die ersten Reaktionsprodukt noch keine Brücken zwischen den Zementpartikeln und rufen daher keine Verfestigung hervor
Bei einem Überangebot an Sulfat in der Lösung bildet sich Sekundärgips. Dieser besteht aus größeren tafel- oder leisten-
förmigen Kristallen, die große Zwischenräume überbrücken
können. Das hierauf beruhende schnelle Erstarren kurz nach
Wasserzugabe wird auch als falsches Erstarren bezeichnet. Bei
längerem Mischen des Zementleims oder Mörtels kann diese
Erscheinung „überrührt“ werden. 

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