Stahlbeton: Physik der Bewehrung des Beton?

 - (Physik, Mechanik, Stahl)

7 Antworten

OK, mit deiner Frage hast du mitten in ein Wespennest getroffen. Siehst du an den heftigen und tiefen Diskussionen.

Zunächst einmal passen Stahl und Beton gut zueinander, weil sie eine ähnliche Wärmeausdehnung haben. Da platzt nicht bei 30°C Temperaturdifferenz alles auseinander. Und Wärmeausdehnung und Biegsamkeit sind nicht so ganz verschiedene Themen. Eisenbahnschienen werden heutzutage nahtlos verschweißt, und die Wärmeausdehnung geht dann halt in die Breite, wenn die Längsführung straff ist.

Ein anderes Thema ist die Zugbelastung, die ist bei Beton wohl nicht mal geringer, aber anfälliger. Metalle sind verformbar, elastisch, Mineralien nicht, vereinfacht.

Stahlbeton ist einfach das wirtschaftlichste, oder wenn man die Brücken aus den 60ern und 70ern betrachtet, das billigste. Eine Brücke aus 1 m dickem Stahl beführe ich lieber als eine aus 1 m dickem Stahlbeton. Und eine aus 1 m dickem Beton wäre längst zusammengebrochen. Die Bauwerke aus der Antike, die immer noch stehen, sind nicht gerade das, was man unter filigran versteht.

Um's noch mal zusammen zu fassen, der Stahl ist für die Zugkräfte zuständig, der Beton füe die Druckkräfte. Und nicht umsonst wird der Stahl vorgespannt eingegossen.

Wie schon richtig erwähnt, die Diskrepanz beim Beton ist 10 : 1 von der Druckbelastung zum Zug. Der eingebaute Stahl macht (nach richtiger Berechnung) diesen Zustand paritätisch. Der Stahl wird in der Körbeform eingebracht, somit bleibt er an der erwünschten Stelle und erhöht außerdem noch seine Wirkungskraft. Die massig aussehenden Segmente, sind in den meisten Fällen Hohlkörper, bei relativem Gewicht, erzielen sie die beste Haltbarkeit. Brückensegmente werden in leichten Bogenformen gegossen, nach dem Einbau erhalten sie, durch die Durchhangskräfte, eine ebene Fläche. Das der Stahl mindestens 2 cm tief eingebracht werden sollte, versteht sich von selbst. Der größte Feind einer Stahlbetonkonstruktion ist eindringendes Salz.

Tatsächlich bringt man Eisennetze nahe der Oberfläche von Betonkörpern zur Vorbeugung vor Rissen an. Aber es gibt neben den Armierungsnetzen auch noch die entlang der Zugkräfte verlaufenden Armierungseisen. Diese dienen dazu, die Zugkräfte in einem Betonkörper aufzunehmen.

Bei statischen Betonkörper hat also das Eisen die Aufgabe, die Zugkräfte aufzunehmen. Bei nicht statischen Wänden sind die Eisennetze nur da, um die Rissbildung zu verhindern.

Zusätzlich bringt man noch Eisen oder Kopfbolzendübel zur Aufnahme von Schubkräften an. Aber das sind dann Verbundbauten.

Hier gibt es noch ein paar gute Infos dazu: http://de.wikipedia.org/wiki/Bewehrung

Die lustigste Meinung bildet hier die Annahme 

dass die Stahlstäbe (Armierung) im Beton nur dazu da sind um den Beton vor Rissen zu bewahren.

Das Gegenteil ist nämlich der Fall: Die Stahlarmierung verursacht Risse im Beton und sorgt dafür, dass unsere modernen Betonbauten vergleichsweise sehr kurzlebig sind. Die Betonbauten der alten Römer ohne Stahlbewehrung dagegen sind unverwüstlich seit Jahrtausenden. Das oberstes Geschoss des Kolosseums in Rom z.B. wäre ohne Erdbeben wohl noch heute wohlbehalten. Moderne Stahlbetonbauten (v.a. Brücken) sind gelegentlich schon nach wenigen Jahrzehnten Abrissreif oder wenigstens dringend sanierungsbedürftig.

Moniereisen sprengen durch die Ausdehnung ihres Rostes Betonteile weg. In die entstehenden Spalten dringt Wasser ein. Das sorgt für mehr Rost und sprengt im Winter größere Betonteile Weg durch die Wasserdehnung bei der Vereisung.  

Die Stahlbewehrung im "Stahlbeton" nimmt die Zugkräfte des Tragwerkes auf. Beton ohne Armierung ist nur auf Druck belastbar, aber nicht auf Zug. Mit Stahlbeton kann man also weitaus filigraner bauen als mit purem Beton. 

Zum Vergleich: In alten Ziegelsteinbauten kann man an Abbruchstellen oft stählerne Zuganker sehen, die das Wohngebäude zusammenhalten.

Die Betonbauten der alten Römer ohne Stahlbewehrung dagegen sind unverwüstlich seit Jahrtausenden.

weil sie ausschließlich durch (relativ konstanten) druck belastet werden. der eigengewichtsanteil ist nämlich extrem hoch.

Moniereisen sprengen durch die Ausdehnung ihres Rostes Betonteile weg.

was allerdings idR erst dann großartig zum tragen kommt, wenn die betondeckung oder die carbonatisierungsklasse falsch gewählt wurden

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@Kn4ll3r

römerbauten sollten allerdings auch jahrhunderte halten, moderne bauwerke werden gar nicht mehr für einen solch großen zeitraum dimensioniert.  

trotzdem waren die römer coole typen :D

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das ist einfach nur falsch, aber du widersprichst dir auch selbst.

Stahl und Rost sind offensichtlich ganz verschiedene Stoffe.

Und Abplatzungen durch Rost verursachen keine tieferen Risse, die Abplatzungen entfernen so minimale Betonmengen, dass die Statik dadurch kein wenig beeinflusst wird.

Abrissreif und gefährlich ist es nicht weil ein wenig Beton fehlt sondern weil der Stahl fehlt, wenn der nämlich wegrostet...

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Du hast hier schon so tolle, auch wissenschaftlich begründete Antworten bekommen.

In der Praxis mußt Du Dir zumindest den Stahlbeton so vorstellen, daß er - je nach Rezeptur - schon einige Biegungen mitmacht. Wenn wir eine optimale Sieblinie haben, will er das nicht so recht tun, je feinkörniger, desto eher macht er das mit.

Beispiele:

Dyckerhoffs erste Stahlbetondecken in Dresden sind jetzt etwa 90 Jahre alt, sie sind ganze 6 cm hoch, hingen infolge überdimensionierter Einbauten ins Gebäude aber etwa 12 cm auf etwa 10 m Länge durch. Der Durchhang ging nach Beseitigung der Einbauten um etwa die Hälfte zurück.

Im Neubau des vorsichtshalber in Insolvenz gegangenen süddeutschen Architekten L. in W. hängen die schlaffbewehrten, etwa 16 cm hohen Geschoßdecken etwa 6 cm durch, ohne Risse zu bilden. Der Fußbodenleger war so nett, davor extra hohe Sockelleisten anzukleben.

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