Betonwerkstein
Zusammensetzung
Betonwerkstein ist ein Gemisch aus Sand, Zement, zerkleinerten Natursteinen und anderen Zuschlagsstoffen. Die Fertigung erfolgt in formatierten Gussformen. Die Farbe wird, wenn sie nicht Betongrau ist, durch Zusätze in der Betonmischung erreicht. Entweder ist die gesamte Mischung eingefärbt, sogenannter Kernbeton, oder es wird eine entsprechend eingefärbte Masse auf einer Trägerschicht aufgegossen (Vorsatzschale). Die Festigkeit und Oberflächenbeständigkeit hängt nicht nur von den eingesetzten Zuschlagstoffen ab, sondern auch von der Erhärtung im Werk. Bei zu hohen Temperaturen (Sommer) treten feinste Schwundrisse und Absandungen auf. Ist es zu kühl ist die Hydratation evtl. nicht vollständig und der "Kern" kann weich sein.
Der Begriff Hydratation kann wie folgt erklärt werden:
Allgemein als "Reaktion eines Stoffes mit Wasser"
Beim Zement: Während der Erstarrungsphase und bei der Erhärtung bildet sich aus dem Zementleim der Zementstein. Ist der Prozess vollständig abgeschlossen hat der Zement ca. 25 % des Wassers chemisch und ca. 10 - 15 % physikalisch gebunden. Das chemisch gebundene Wasser ist nicht verdampfbar. Somit verbleiben ca. 40 % des Anmachwassers im Zement. Der Rest wird wieder an die Umwelt abgegeben. Dieser Vorgang ist exotherm, das heißt bei der Zementabbindung wird Wärme frei.
Neben Portlandzement, Sand, Kies und Wasser ist auch Steinkohlenflugasche als künstliches Puzzolan ein Hauptbestandteil von Betonwerksteinen. (vgl. FAHRENKROG, H. 2001: Verlegetechnik, Callwey-Verlag, München)
Als weitere Bestandteile sind Asphalt, Betonbindemittel und weitere Zusätze, wie Recyclingmaterial durchaus möglich.
Erzielung der inneren Bindung bei quarzitischen Grobzuschlägen (Hartgestein)
Die Festigkeit der einzelnen Bestandteile untereinander wird nur durch den Zement erreicht. Bei der Trocknung des Zements entsteht durch die Hydratation aus dem Zementleim ein Zementstein. Diesen kann man sich als vielfach verhaktes Kristallgitter vorstellen, das die einzelnen Zuschlagstoffe festhält. Es liegt somit eine rein mechanische Verzahnung vor, die durch den Zement hervorgerufen wird. Eine chemische Wechselwirkung ist nicht vorhanden. Grob gesagt: Wenn der Zementstein sich zum Beispiel durch Begehung oder andere äußere Einflüsse auflöst oder abreibt, wird der Beton zumindest an der Oberfläche mürbe und verliert partiell seine Abriebfestigkeit bei carbonatischen Grobzuschlägen.
Neben der mechanischen Verzahnung ist zum Beispiel bei Marmor- und Kalksteinbrocken (Marmorsteinbrocken, Kalksteinbrocken) auch mit chemischen Bindungen zu rechnen. Vor allem bei calciumhaltigen Steinen kann es zu einer chemischen Wechselwirkung mit den Zementkristallen kommen. bei Recyclingzuschlägen
Beide bereits beschriebenen Möglichkeiten sind gemischt möglich. Durch den Zusatz von Asphaltresten, Betonsplitten unterschiedlichster Zusammensetzung und anderen Restmaterialien ist eine unübersehbare Zahl von Betonwerksteinen möglich.
Abriebverhalten
Betonwerkstein wird in verschiedenen Härteklassen nach DINAbk. 18500 unterteilt. Klasse 1 erreicht man zumeist durch quarzitische Zuschläge, Klasse 2 durch carbonatische Zuschläge.
Im Abriebverhalten sind beide Werksteine zwar differenziert zu betrachten, aber allen ist gemeinsam, dass kein homogener Abrieb wie bei Granit stattfindet.
Bei harten Zuschlägen ist der "Zementstein" das relativ weichere Material und wird als erstes verschleißen. Durch die fehlende chemische Bindung ist bei einer geschliffenen Oberfläche mit einer schnellen Aufrauhung zu rechnen, die direkt mit der später beschriebenen Schmutzanhaftung korreliert. Zur Optimierung wird versucht den Zementanteil zu minimieren und den Zuschlag zu vergrößern.
Es gilt, dass eine Zerstörung des Zementsteins, durch Punktlasten, Säuren (Urin) usw. die Abriebfestigkeit verringert.
Bei Werksteinen der Klasse 2 sind Zement und Kalkstein getrennt zu betrachten.
Kalkstein ist als sogenanntes Weichgestein kratzempfindlich und in seiner Härte nach Mohs < 5. Hier ist der Effekt zu beobachten, dass in den Steinbereichen der Abrieb oft größer ist, als in den zementären Zonen. Manche dieser Kalksteine sind von "Natur" aus nicht frostfest. Durch Verkleinerung der Korngröße wird versucht dem entgegenzuwirken. Dabei ist aber darauf zu achten, dass die Schwundspannungen des Zementes sich nicht negativ auf die Steinfestigkeit auswirken.
Frostbeständigkeit
Falls die Frost- / Tausalzbeständigkeit (Frostbeständigkeit, Tausalzbeständigkeit) nach DIN 18501 angefordert ist, wird sie für die ungebundene Bauweise geprüft. Bei gebundener Bauweise ist es sinnvoller, mit einer Einzelprüfung das Verlegemittel mit einzubeziehen. (Prüfzeugnis anfordern beim Hersteller). Die Verwendung der Ö-Norm B3303 wäre durchaus sinnvoller, da die Österreicher die gleichen hohen Anforderungen an den Betonwerkstein stellen, wie an Natursteinen. Dadurch ist eine direkte Vergleichbarkeit möglich.
Fleckempfindlichkeit und Schmutzanhaftung
Um die Kosten für die Reinigung so klein wie möglich zu halten, werden oftmals Betonwerksteine nach der Verlegung mit sogenannten Imprägnieren eingestrichen. Bei ungebundener Verlegung sind diese Chemikalien bedingt geeignet, die Fleckempfindlichkeit zu mindern, allerdings schützen sie nicht gegen saure Substanzen, die das Bindemittel angreifen (saurer Regen, Säfte, Bier, Urin usw. Bei gebundener Bauweise ist eine Änderung der kapillaren Trocknung riskant. Abplatzungen sind ebenso möglich, wie Farbveränderungen.
Hydrophobierungsmittel sind nur wasserabweisend, das heißt wässrige Lösungen ziehen nicht ein, ölige Substanzen schon. Als Imprägnierer werden umgangssprachlich die öl- und wasserabweisenden (ölabweisenden, wasserabweisenden) Substanzen bezeichnet. Dem Vorteil der Ölabweisung steht die geringere
Beständigkeit gegenüber.
Farbtonvertiefer sind grundsätzlich nicht für Außenbereiche geeignet.
Die Schmutzanhaftung ist abhängig von der Oberflächenstruktur. Gesandstrahlte Oberflächen halten den Schmutz besser fest, als geschliffene Oberflächen.
Rutschsicherheit
Für öffentliche Bereiche - auch der Hauseingang bis zur Haustüre ist öffentlicher Verkehrsraum, was oft vergessen wird - ist die Rutschsicherheit geregelt. Analog zu der unter anderem in der DIN EN 1341 beschriebenen "SRT-Verfahren" kann der Betonwerkstein auf Rutschsicherheit geprüft werden. Der Mindestwert sollte SRT 45 nicht unterschreiten. Eine makrorauhe Oberfläche wird durch starke Begehung "glatter", so dass es empfehlenswert ist, mit einem entsprechend hohen Wert anzufangen. (gesandstrahlt SRT -Wert ca. 70). Betonwerkstein als industriell gefertigtes Produkt kann in mannigfaltigen Oberflächen hergestellt werden. Je nach Belastung, Begehungsfrequenz ist die anfängliche Rutschsicherheit zu wählen, sodass die Einhaltung innerhalb der kalkulatorischen Nutzungsdauer gewährleistet wird.
Technische Daten
Die technischen Daten für Betonwerksteine schwanken, je nach Einsatzort. Pflastersteine müssen nach DIN 18501 eine Druckfestigkeit von mindestens 60 N /mm² aufweisen. Im Vergleich liegt ein Granit bei ca. 200 N / mm².
Da die Normen unter "Mithilfe" der Hersteller entworfen wird, wundert es nicht, dass die Biegezugfestigkeit für Pflastersteine nicht geprüft wird.
Analog wird bei Bordsteinen nach DIN 483 nur die Biegezugfestigkeit gefordert (mindestens > 6N / mm², Granit 10 - 20 N/mm²). Für den privaten Garten reichen die Mindestwerte aus, aber bei öffentlichen Plätzen und Fahrzonen ist es wichtig diese Werte vorab beim Hersteller zu erfragen, damit später keine Probleme entstehen.
Kostenrahmen
Als industrielles Massenprodukt ist der Betonwerkstein bei Betrachtung der reinen Erstellungskosten am unteren Limit anzusetzen.
Hochverdichteter Betonwerkstein ist allerdings nicht preiswert, sondern zum Teil über dem Naturstein anzusiedeln. Die Verwendung von Recyclingmaterialien als Füllstoffe (zum Beispiel Betonsplitt aus Fehlproduktionen oder sonstige Betonteile) ist je nach Zusammensetzung nicht unproblematisch, weil bisher noch keine Langzeiterfahrungswerte über evtl. Zerstörungsprozesse zum Beispiel durch erhöhte Alkalität vorliegen. Allerdings werden hier Kosten eingespart.
Materialimmanente Probleme
Typisch für Betonwerkstein sind Ausblühungen, die zwar die Qualität des Betons nicht wesentlich beeinträchtigen, aber optische Schandflecke darstellen, die nur schwer zu entfernen sind.
Ursache für Ausblühungen ist der Transport von im Porenwasser gelösten Stoffen an die Betonoberfläche. Zu Ausblühungen kommt es in der Regel wenn Wasser auf der Betonoberfläche verdunstet und im Wasser gelöste Stoffe auf der Oberfläche auskristallisieren. Diese Ausblühungen sind leicht wasserlöslich. Sie bestehen meistens aus alkalischen Verbindungen, die entweder über die Einsatzstoffe oder aus an den
Betonwerkstein angrenzenden Materialien in den Beton eingebracht werden; wenn im Wasser gelöstes Calciumhydroxid an die Oberfläche gelangt und mit dem Kohlendioxid der Luft zu Calciumcarbonat reagiert. Hierbei handelt es sich um eine schwer wasserlösliche Verbindung.
Calciumhydroxid entsteht bei der Hydratation des Zementes und liegt im Porenwasser des Betonwerkstein unabhängig von der Zementsorte immer vor. Bei gebundener Bauweise muss die Belastung durch die verwendeten Mörtel berücksichtigt werden. Der Zement CEMII / B-P kann
Ausblühungen vermindern, aber nicht verhindern.
Ausbleichungen durch Sonnenlicht sind ebenso möglich, wie Abplatzungen durch Auslaugung der Oberfläche. Streusalz ist ein weiteres großes Problem. Durch Wasser kommt es zu einer Aufspaltung des Na-Cl - Moleküls. Die einzelnen Bestandteile sind sehr aggressiv. Der Zementkristall wird dadurch zerstört. Das im Zement enthaltene Bindemittel Calzium verbindet sich mit dem Chlor zu Calciumchlorid. Dieses sehr beständige Molekül ist nur noch mechanisch entfernbar. Durch die Umwandlung wird die zementäre Bindung aufgehoben und die Oberfläche platzt im Mikrobereich auf. Durch eindringendes Wasser kann es dann auch zu makroskopischen Abplatzungen kommen. Eisen aus dem Zement wird freigesetzt und kann zu unangenehmen Verfärbungen führen, die, wenn überhaupt, nur mechanisch entfernbar sind.
Eine dauerhafte Beständigkeit von Betonwerkstein (und auch Kalksteinen), wie er in Außenbereichen verwendet wird, gegenüber Aggressoren, wie zum Beispiel Säuren (Erbrochenes, Humussäure, saurer Regen, Urin usw.) ist nicht gegeben. Dadurch wird i.d.R. die Oberfläche im Mikrobereich vergrößert und eine Absandung, bzw. eine Schwächung der Zementstruktur kann bei Langzeiteinwirkung entstehen. Fettflecken und Kaugummi sind nicht immer entfernbar, was allerdings auch für viele Natursteine zutrifft.
Überprüfungskriterien
Um die Entscheidung für beziehungsweise gegen eine bestimmte Art von Betonwerkstein zu vereinfachen hat der Autor aus Erfahrungsdaten einen Mindestanforderungskatalog für Betonwerkstein erstellt. Darin sind teilweise auch Normenprüfungen aus Österreich (Ö-Norm) beziehungsweise aus dem Natursteinbereich aufgeführt. Diese sollen als Anhaltspunkt und zum Vergleich dienen. Die Abweichung von den üblichen Normen liegt darin begründet, dass Normen zum Teil "private Vereinbarungen" sind, die entgegen BGBAbk. (Arbeiten nach dem Stand der Technik) als Vertragsbestandteil genutzt werden können.
Auch muss garantiert werden, dass die Proben inklusiv der Vorsatzschale geprüft werden und nicht nur das Trägermaterial. Im Sinne der Qualitätssicherung ist es empfehlenswerter angelieferte Ware vor dem Einbau testen zu lassen.
Anforderungen an den Betonwerkstein:
* Frostbeständigkeit nach DIN 52104 - B sollte bestanden sein
- Frost - Tausalzbeständigkeit nach Ö-Norm B3303 / 3306 muss bestanden sein
- Max . Wasseraufnahme nach DIN 18500 < 15 Vol %
- Biegezugfestigkeit nach DIN 52112 im Mittel > 4 N / mm²
- Druckfestigkeit nach DIN EN 1926 im Mittel > 30 N / mm2 im Mittel
- Verschleiß nach DIN 52108 < 15 cm³ / 50 cm². Will man eine Vorausschau machen, ist es bestimmt auch möglich den Verschleißtest mit der Probe der Frost-Tausalzprüfung durchführen zu lassen, bzw. die Verschleißprobe vorher einer analogen Belastung zu unterziehen.
- Rutschsicherheit nach DIN 1342 (Anhang E) SRT -Wert > 45
- Weiterhin sollte eine Liste der verwendeten Recyclingmaterialien, bzw. der Hauptzuschlagstoffe sollte angefordert werden. Sind Erdölprodukte (z.B. Asphaltreste) enthalten, ist je nach Einsatzort (Spielplätze, Grünanlagen) evtl. eine ökologische Unbedenklichkeit von einem unabhängigen, zertifiziertem Institut anzufordern.
- Es ist zu prüfen, ob der Sandwichaufbau in der gelieferten Dicke und den geprüften technischen Werten den Anforderungen für die statischen Lasten entspricht.
- Es ist zu prüfen, ob die Gesamtkonstruktion inkl. Unterbau den Anforderungen bei dynamischen Lasten entsprechen.
- Da der optische Eindruck einer Platzbebauung entscheiden für die Gestaltung ist, sollte vom Hersteller bescheinigt werden, dass die verwendeten Farbpigmente innerhalb der Nutzungsdauer beständig gegen UV - Bestrahlung, bzw. natürlichen Aggressoren (saurer Regen) ist.
Eine sogenannte Klimakammersimulation kann dazu dienen unabhängig die Farbbeständigkeit zu überprüfen.
Das die Farbe mit der TZeit verblasst, hat neben UV - Licht manchmal eine Änderung der Oberfläche als Ursache. Sprich durch Verwitterung wird die Oberfläche "größer" und die Reflektion wird diffus => die Farbe verliert ihre Intensität.
Noch Fragen?