Baustoffkunde 1 BA 1-3 Lernzettel PDF

Baustoffkunde 1 BA 1-3 1. Allgemeines Vorschriften für allgemein angewandte und bewährte Baustoffe DIN = Deutsches Institut für Normung e.V. und EN = Europäische Norm Vorschriften für Baustoffe, die sich noch in einer bestimmten Entwicklung befinden Technische Vorschriften, Richtlinien oder Merk...

Baustoffkunde 1 BA 1-3 1. Allgemeines Vorschriften für allgemein angewandte und bewährte Baustoffe DIN = Deutsches Institut für Normung e.V. und EN = Europäische Norm Vorschriften für Baustoffe, die sich noch in einer bestimmten Entwicklung befinden Technische Vorschriften, Richtlinien oder Merkblätter (z.B. Hanfsteine) Vorschriften für noch nicht gebräuchliche und bewährte Baustoffe Allgemeine Bauaufsichtliche Zulassung mit Prüfzeichen CE-Zeichen: freies Inverkehrbringen Das Bauprodukt wurde aus Grundlage einer EN hergestellt und geprüft und darf deshalb in der gesamten EU frei gehandelt werden. Produkte für die es bereits eine EN gibt werden als Harmonisiert bezeichnet und müssen das CE-Zeichen tragen. Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Sie bezieht sich auf ein konkretes Bauprodukt oder ein Produktsystem. Sie beschreibt die bauaufsichtlich relevanten Eigenschaften und dient dem Hersteller als Nachweis dafür, dass das Produkt im Einklang mit der deutschen Bauordnung verwendbar ist. Baustoffe und deren Fachgerechter Einsatz Baustoffe und deren Fachgerechter Einsatz haben entscheidenden Einfluss auf: Dauerhaftigkeit Nutzbarkeit Sicherheit Erscheinungsbild Wirtschaftlichkei Falsche Verarbeitung oder falscher Einsatz gefährdet im höchsten Maß den Bestand des Bauwerks und zieht oft hohe Sanierungskosten mit sich. Beständigkeit von Baustoffen Baustoffe müssen Beständig sein gegen: Äußere Lasten, Temperaturwechsel Biologische Angriffe (Pilze/Insekten) Feuchtigkeit Chemische Angriffe Korrosion Brand Ständige Lasten & Veränderliche Lasten Ständige Lasten (1,35) Eigengewicht der Baustoffe Veränderliche Lasten (1,5) Nutzlasten z.B. Schnee, Wind, Menschen & Möbel. Der Faktor ist Höher weil diese schwerer einzuschätzen sind. (N=Normalkraft, d=designwert, E=Einwirkung, R=Widerstand) 2. Einteilung der Baustoffe Unterscheidung der Baustoffe nach deren Stofflicher Beschaffenheit Organische Baustoffe – natürlich Gewachsene Naturstoffe sowie künstlich-synthetische (Baustoffe in denen Kohlenstoff in Verbindung mit Wasser enthalten ist). Anorganische Baustoffe – metallische und mineralische Baustoffe (Baustoffe in denen keine Kohlenstoffverbindungen vorkommen). 3. Gefügestruktur Festigkeit und Verformungseigenschaften werden nachhaltig vom Gefüge beeinflusst. Kristalline Baustoffe Natursteine, Mörtel, einige Kunststoffe Amorphe Baustoffe Gläser, Bitumen, viele Kunststofft z.B. PVC Fasrige Baustoffe Holz, Baustoffe mit Mineralfasern, Stahlfasern oder Kunststofffasern Isotrope und Anisotrope Baustoffe Bei Isotropen Baustoffen sind die Eigenschaften richtungsunabhängig (z.B. Gase, Flüssigkeiten, Glas und Wachs), bei Anisotropen Baustoffen sind die Eigenschaften richtungsabhängig (Holz, Graphit und viele Sandsteine) 4. Baustoffkennwerte Masse (m) Maß für Materiegehalt eines Körpers (maßgebend für das Eigengewicht). Erheblich von der im Stoff enthaltenen Flüssigkeit beeinflusst. (m=ρ⋅V) Dichte (ρ) Kennzeichnet die „Masse“ die in einem Bestimmten „Volumen“ enthalten ist. Masse wir durch Feuchtigkeit beeinfluss und Volumen durch Temperatur und Feuchte. (Dichte = Masse : Volumen) Rohdichte Bezugsmasse des Trockenen Stoffes bei 105°. Volumen einschließlich aller Hohlräume. Hängt im wesentlichen von dem eingeschlossenen Porenvolumen ab. Schüttdichte Maß für lose, trockene Baustoffe. Volumen des unverdichteten Schüttguts. Anhand der Einteilung der Baustoffe nach ihrer Rohdichte ergeben sich verschiedene Eigenschaften. Beton z.B. Hat eine hohe Festigkeit und Wärmespeicherung aber eine geringe Wärmedämmung. Dämmstoffe hingegen haben eine geringe Festigkeit und Wärmespeicherung aber eine hohe Wärmedämmung. Anomalie des Wassers Die Anomalie des Wassers gibt an, dass Wasser nur bis 4°C sein Volumen verringert. Wenn es sich weiter erwärmt oder abkühlt wird das Volumen wieder größer und die Dichte sinkt. Poren Haufwerksporen und Zellporen behindern die Wasseraufnahme. In geschlossenen Poren sind Imprägnierstoffe grundsätzlich nicht einbringbar. Das Porenvolumen ist der Anteil der Poren am Gesamtvolumen des Baustoffes. Kapillaren ziehen das Wasser durch ihre Röhrenförmigkeit selbstständig nach oben. Je enger die Kapillare, desto höher steigt das Wasser. Mit steigender Porosität werden folgende Eigenschaften beeinflusst: Rohdichte sinkt, Festigkeit sinkt, Widerstand gegen das Eindringen flüssiger oder gasförmiger Stoffe sinkt, Wärmeleitfähigkeit sinkt, Wärmedämmung sinkt, Verformbarkeit sinkt, Frostwiderstand sinkt. Verhalten von Baustoffen gegenüber Wasser Flüssige Wasseraufnahme (Kapillarität, ohne Druck – Regen, mit Druck – Hangwasser), Gasförmige Wasseraufnahme (Kondensation und Wasserdampf) und Hygroskopizität (Der Baustoff zieht bei Längerer Lagerung Feuchtigkeit aus der Luft z.B. Salze) Die Wasseraufnahme und Frostempfindlichkeit hängt vom Grad der Porosität und der Größe und Art der Poren ab. Der Feuchtegehalt der Baustoffe hängt von der herrschenden Luftfeuchtigkeit ab. Der Wassergehalt des Baustoffes ist im Gleichgewicht mit der Luftfeuchte. Sorptionsisothermen sind baustoffcharakteristische Kurven, welche die Wasserdampfaufnahme des jeweiligen Baustoffs darstellen. Entspricht der tatsächliche Feuchtegehalt dem Wert der Sorptionsisothermem, ist der Baustoff bauphysikalisch im Gleichgewichtszustand. Tauwasser fällt da an wo warme Luft auf Kalte Oberflächen trifft. 5. Bindemittel Unterscheidung von Bindemitteln Bindemittel werden in organische (Kunstharze, Naturharze, Bitumen und Öle) und Anorganische Bindemittel unterschieden (Zement, Kalt, Gips, Lehm). Anorganische Bindemittel werden aus mineralischen Ausgangsstoffen hergestellt und deshalb auch mineralische Bindemittel genannt. Organische Bindemittel werden überwiegend aus Erdöl und Erdgas hergestellt. Anorganische Bindemittel In Nicht hydraulische (Gips, Luftkalk) Hydraulische (Hydraulischer Kalk, Portlandzement), Latent Hydraulische (Hüttensand) und Puzzolanische (Flugasche, Silicatstaub, Matakaolin). Bindemittelgruppen (Anorganische Bindemittel) Nicht hydraulisch Hydraulisch Latent-hydraulisch Puzzolanisch Gips, Luftkalk Hydraulischer Kalk, Hüttensand Flugasche, Silicastaub, Portlandzement Metakaolin 6. Festigkeit und Formänderung Festigkeit Die Festigkeit ist entscheidend für die Standsicherheit eines Bauteiles. Eine Festigkeitsprüfung bestimmt die Kraft, die zum Versagen des Bauteils infolge eines Bruches oder einer unzulässigen Verformung führt. Die Festigkeit hängt von der Gestalt und Größe des Bauteils, sowie der Geschwindigkeit und Dauer der Belastung ab. Es gilt bei Prüfung im Labor: je kleiner der Querschnitt des Probekörper, desto größer die Festigkeit je höher die Belastungsgeschwindigkeit, desto höher die Belastbarkeit Durch Inhomogenitäten im Baustoff (Kerben, Astlöcher oder Nietlöcher) wird die Festigkeit vermindert. Die Festigkeitsklassen werden durch Kurzzeitprüfung unter Berücksichtigung statistischer Kenngrößen ermittelt. Spannung und Dehnung von Bauteilen Spannung ist die zur Verformung eines Bauteils erforderliche Kraft. Als Dehnung wird die Verlängerung bzw. Verkürzung des Bauteils bezeichnet. Mechanische Kräfte, Äußere Lasten (Eigengewicht, Verkehrslasten, Wind- und Schneelasten) und Innere Spannungen (Änderung der Temperatur, Änderung des Wassergehalts, Setzung des Baugrundes) sorgen dafür dass sich ein Bauteil verkürzt, verlägert oder durchbiegt. Hooke´sche Gesetz Spannungs-Dehnungsdiagramm für linear-elastisches Verhalten Höchste Fließen Verfestigung Einschnürung 𝛼 = 𝐸 − 𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙 Der E-Modul Das Elastizitätsmodul ist das Verhältnis der Spannung zur Dehnung 𝛼 (E = Spannung (Sigma) / Dehnung (Epsilon)) Er gibt die Steigung der Spannungs-Dehnungs-Linie im elastische Verformungsbereich an. Je steiler die Spannungs-Dehnungs-Linie ist, desto größer ist der E-Modul, desto formstabiler ist das Material. Verformung von Baustoffen Mechanische Beanspruchung führt zu Verformung des Baustoffs. Die Größe der Verformung bei mechanischer Beanspruchung hängt von der Art des Baustoffs, Höhe der Belastung, Dauer der Belastung und Höhe der Temperatur ab. Bei Formänderung verliert ein Bauteil seine Gebrauchstauglichkeit und es treten Bauschäden auf. Es gibt Formänderung infolge von Temperatur, infolge von Einflüssen durch Feuchtigkeit, infolge von Lasteinwirkungen und infolge von Setzung des Baugrundes. Elastisches Verhalten Die elastische Verformung sind reversibel. Die Formänderungen infolge von Kräften gehen nach Entlastung vollständig zurück. Elastizität ist die Eigenschaften eines Werkstoffes, nach einer Belastung und der darauffolgenden Entlastung in seine Ausgangsform zurückzukehren. Plastisches Verhalten Die plastischen Formänderungen infolge von Kräften gehen nach Entlastung nicht vollständig zurück. Die Verformung bleibt dauerhaft bestehen. Plastizität ist die Eigenschaften eines Werkstoffes, nach einer Belastung ihm durch eine äußere Kraft aufgezwungene Verformung beizubehalten. Elastisch-Plastisches Verhalten Die elastisch-plastischen Baustoffe zeigen bei niedrigen Spannungen ein elastisches Verhalten, dass bei höheren Spannungen in plastische Verformungen übergeht (z.B. Stahl). Sprödigkeit Ein Werkstoff wird als spröde bezeichnet, wenn bei einer Belastung der Bruch plötzlich ohne große Verformungen auftritt. Zähigkeit Ein Werkstoff ist zäh oder duktil, wenn bei einer Belastung der Bruch nur allmählich auftritt und sich durch große Verformung ankündigt. Formänderung infolge von Temperaturänderungen Bauteile dehnen sich aus bzw. reduzieren ihre Länge bei Temperatureinflüssen. Die Formänderung wird durch den Ausdehnungskoeffizient beschrieben. Dieser ist auf die auf einen Kelvin bezogene Lageänderung. Härte-/Verschleißwiderstand Ist ein Maß für die Beständigkeit der Bauteiloberfläche gegen äußere Einwirkungen. Durch mechanische Einwirkungen erleidet ein Bauteil Substanzverlust an der Oberfläche und veränderung der Form. Diese verkürzen die Gebrauchsdauer. Der verschleiß durch Wasser und mitgeführte Teile wird als Erosion bezeichnet. Einwirkung auf die Tragfähigkeit ist das Versagen des Bauwerks, Einwirkungen auf die Gebrauchstauglichkeit sind Risse, Durchbiegungen etc. Einwirkung von Kräften auf das Bauteil Bei der Einwirkung von Kräften auf Bauteile sind ggf. auch zu berücksichtigen: Eigenspannungen (durch Temperaturunterschiede) Spannungen (aus Zwang Setzung des Bauwerks) 7. Beständigkeit Nachteilige Beeinflussung Bauteile werden nachteilig durch ständige chemische und physikalische Einwirkungen beeinflusst. Raumbeständigkeit, Chemische Beständigkeit (Korrosionswiderstand), Beständigkeit gegenüber Wasser und Frost, Alterungsbeständigkeit, Beständigkeit gegen pflanzliche und tierische Schädlinge, Beständigkeit gegen Feuer und Hitze und Raumbeständigkeit (Volumenstabilität) werden nachteilig beeinflusst. Wenn Baustoffe eine ungenügende Raumbeständigkeit aufweisen, kann dies zu Rissbildung, Absprengungen oder Zerstörung führen. Chemische Beständigkeit (Korrosionswiderstand) Maß für den Widerstand der Bauteiloberfläche gegen chemischen Angriff, elektro-chemischen Angriff, Frost und biologischen Angriff. In vielen Fällen empfiehlt sich der Schutz der Baustoffe durch entsprechende Überzüge oder Beschichtungen. Schichtenweises Gefrieren Wenn eine unter der Oberfläche liegende Schicht zunächst ungefroren bleibt und erst bei weiteren Absinken der Temperaturen gefriert wird die Ausdehnung der Zwischenschicht behindert. So kann es zum Absprengen der Oberfläche kommen. 8. Verhalten der Baustoffe gegenüber Feuer und Hitze Baustoffklassifizierungen nach DIN 4102 Zusätzlich in der Europäischen Norm: S (Smoke/Rauch) und D (Droplets/Tropfen) Kellerdecken Kellerdecken sind meist feuerbeständig, da sich die Haustechnik meistens im Keller befindet. Gebäudeklassen Jedes Gebäude muss in die Gebäudeklassen 1 bis 5 klassifiziert werden, auch Sonderbauten. Zusätzlich unterliegen Sonderbauten (z.B. Hochhäuser, Versammlungsstätten und Verkaufsstätten) Sonderbaurichtlinien. Die für die Gebäudeklasse ausschlaggebende Höhe ist die Höhe zwischen OKFF des obersten bewonbaren Geschosses und der Geländeoberkante im Mittel. 9. Wärmeschutz Wärmeleitfähigkeit von Baustoffen Die Wärmeleitfähigkeit von Baustoffen hängt vor allem von der Dichte des Baustoffes ab. Viele kleine Poren sind wärmetechnisch günstiger als wenige große Hohlräume. Schädlichkeit von Wasser an Baustoffen Wasser ist für Baustoffe schädlich weil das Wasser in den Baustoffporen eine etwa 20mal größere Wärmeleitfähigkeit als ruhende Luft hat. Wärmeleitfähigkeit Je höher die Rohdichte ist, desto geringer ist die Wärmedämmfähigkeit. 10. Schallschutz Unterschiedliche Schallarten sind von ihrer HZ Zahl abhängig. Luftschall Die Schallwellen breiten sich durch die Luft aus. Körperschall Die Schallwellen breiten sich in festen Körpern aus. Trittschall Wird zunächst als Körperschall erzeugt und wird anschließend als Luftschall abgestrahlt.