Baustofftechnologie an der Hochschule Karlsruhe | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für Baustofftechnologie an der Hochschule Karlsruhe

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TESTE DEIN WISSEN
Was sind die häufig auftretende Beanspruchungsfälle? 
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  • Beanspruchung in Stablängsrichtung
  • Biegung
  • Schub- und Scherbeanspruchung
  • Verdrehung (Torsion) 
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Sie stellen beim Messen des Ausbreitmaßes eine zu hohe Fließfähigkeit fest. Darf man diesen Beton trotzdem weiterhin benutzen? 
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Falls der Ausbreitungsvorgang nach 15 Aufschlägen noch nicht
zur Ruhe gekommen ist, muss bis zu dessen Stabilisierung
abgewartet und die Zeit zwischen dem Ende der Aufschläge
und der eigentlichen Messung genommen und aufgezeichnet
werden. Diese Zeit muss im Prüfbericht angegeben werden. Der
Beton ist auf Entmischung zu überprüfen. Sind Entmischungen
aufgetreten (Entmischung des Zementleims von der groben
Gesteinskörnung), ist dies im Prüfbericht anzugeben und die
Konsistenz des Betons als unzureichend zu bezeichnen
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Wovon hängt die eigentliche Erhärtung bei der Hydratation ab?
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Die eigentliche Erhärtung hängt von der Schnelligkeit, mit der das Wasser an den Reaktionsort vordringt, ab
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Definieren Sie Aktivierungsenergie
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  • Um einen Vorgang zu starten, muss eine Aktivierungsbariere übersprungen werden, welche zwischen zwei stabilen Positionen liegt. Dazu ist Energie erforderlich, die sog. Aktivierungsenergie
  • Ein Platzwechsel von Atomen in einem Kristallgitter wird durch Schwingungen der Atome um ihrer Ruhelage ermöglicht
  • Soll ein Atom oder Molekül von einer Position A in eine energieärmere Position B wenden, so ist Energie hinzuzufügen
  • Geschwindigkeit eines Prozesses, der der Arrheniusgleichung folgt, steigt mit steigender Temperatur
  • Geschwindigkeit ist nicht beliebig zu steigern, sondern strebt einem Endwert zu
  • Bei einer gegebenen Temperatur steigt die Geschwindigkeit eines Vorgangs mit fallender Aktivierungsenergie
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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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  • Tragfähigkeit = Festigkeiten (Druck-, Zug-, Scherr-, Abtriebkräfte, usw...)
  • Gebrauchstauglichkeit = Verformungsverhalten (E-Modul, Spannweite, usw...)
  • Dauerhaftigkeit = Korrosionswiderstand
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Was beeinflussen Betonzusatzmittel? 
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  • 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
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Was beeinflusst die Porosität in einem Werkstoff?
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-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 
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Wie durchwandern die Wassermoleküle den Baustoff? Was für Arten des Feuchtetransports gibt es?
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- 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
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Wie ist der E-Modul definiert?
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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. 


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Wie ist Slurry aufgebaut? 
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  • Sol mit 50% Flüssigkeit und 50% Feststoffpartikel
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In welchen Fällen verformt sich Beton? Definieren Sie alle möglichen Formänderungen des Betons
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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.
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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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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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Q:
Was sind die häufig auftretende Beanspruchungsfälle? 
A:
  • Beanspruchung in Stablängsrichtung
  • Biegung
  • Schub- und Scherbeanspruchung
  • Verdrehung (Torsion) 
Q:
Sie stellen beim Messen des Ausbreitmaßes eine zu hohe Fließfähigkeit fest. Darf man diesen Beton trotzdem weiterhin benutzen? 
A:
Falls der Ausbreitungsvorgang nach 15 Aufschlägen noch nicht
zur Ruhe gekommen ist, muss bis zu dessen Stabilisierung
abgewartet und die Zeit zwischen dem Ende der Aufschläge
und der eigentlichen Messung genommen und aufgezeichnet
werden. Diese Zeit muss im Prüfbericht angegeben werden. Der
Beton ist auf Entmischung zu überprüfen. Sind Entmischungen
aufgetreten (Entmischung des Zementleims von der groben
Gesteinskörnung), ist dies im Prüfbericht anzugeben und die
Konsistenz des Betons als unzureichend zu bezeichnen
Q:
Wovon hängt die eigentliche Erhärtung bei der Hydratation ab?
A:
Die eigentliche Erhärtung hängt von der Schnelligkeit, mit der das Wasser an den Reaktionsort vordringt, ab
Q:
Definieren Sie Aktivierungsenergie
A:
  • Um einen Vorgang zu starten, muss eine Aktivierungsbariere übersprungen werden, welche zwischen zwei stabilen Positionen liegt. Dazu ist Energie erforderlich, die sog. Aktivierungsenergie
  • Ein Platzwechsel von Atomen in einem Kristallgitter wird durch Schwingungen der Atome um ihrer Ruhelage ermöglicht
  • Soll ein Atom oder Molekül von einer Position A in eine energieärmere Position B wenden, so ist Energie hinzuzufügen
  • Geschwindigkeit eines Prozesses, der der Arrheniusgleichung folgt, steigt mit steigender Temperatur
  • Geschwindigkeit ist nicht beliebig zu steigern, sondern strebt einem Endwert zu
  • Bei einer gegebenen Temperatur steigt die Geschwindigkeit eines Vorgangs mit fallender Aktivierungsenergie
Q:
Welche Eigenschaften eines Bauteils muss man prüfen, um Aussagen über die Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit treffen zu können? 
A:
  • Tragfähigkeit = Festigkeiten (Druck-, Zug-, Scherr-, Abtriebkräfte, usw...)
  • Gebrauchstauglichkeit = Verformungsverhalten (E-Modul, Spannweite, usw...)
  • Dauerhaftigkeit = Korrosionswiderstand
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Q:
Was beeinflussen Betonzusatzmittel? 
A:
  • 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
Q:
Was beeinflusst die Porosität in einem Werkstoff?
A:
-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 
Q:
Wie durchwandern die Wassermoleküle den Baustoff? Was für Arten des Feuchtetransports gibt es?
A:
- 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
Q:
Wie ist der E-Modul definiert?
A:
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. 


Q:
Wie ist Slurry aufgebaut? 
A:
  • Sol mit 50% Flüssigkeit und 50% Feststoffpartikel
Q:
In welchen Fällen verformt sich Beton? Definieren Sie alle möglichen Formänderungen des Betons
A:

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