Schwerbeton ist ein Beton mit einer hohen Rohdichte, der durch die Verwendung unterschiedlicher schwerer Zuschläge wie zum Beispiel Baryt oder Magnetit entsteht. Er zeichnet sich durch eine hohe Dichte, große Druckfestigkeit und gute Strahlenschutzwirkung (unter der Verwendung von Blei) aus. Anwendungsbereiche umfassen den Strahlenschutz in Krankenhäusern sowie den Bau von Kühltürmen und Fundamenten für schwere Maschinen.
Inhaltsverzeichnis
Chemische Zusammensetzung
Schwerbeton weist eine Trockenrohdichte (ofentrocken) von über 2.600 kg/m³ auf, die bis 5.900 kg/m³ erreichen kann. Im Vergleich: Normalbeton verfügt über eine Rohdichte zwischen 2.000 und 2.600 kg/m³. Je nach verwendeter Gesteinskörnung unterscheidet sich die jeweilige Dichte, was von natürlichen oder synthetischen Zuschlagstoffen abhängig ist:
- Natürliche Gesteinskörnungen: Baryt (Schwerspat), Borcalcit, Goethit, Hämatit, Ilmenit (Titaneisenerz). Limonit, Magnetit
- Künstliche Gesteinskörnungen (synthetisch): Ferrophosphor, Schwermetallschlacke, Stahlgranulate, Stahlsand
Neben Borcalcit und Limonit werden für Strahlenschutzbetone häufig auch Borfritte, Borcarbid und Colemanit eingesetzt, die zur effektiven Abschirmung von Strahlung dienen. Die Struktur und Zusammensetzung sind in der DIN 25413 – Klassifikation von Abschirmbetonen nach Elementanteilen; Abschirmung von Neutronenstrahlung und der Güteüberwachung gemäß DIN 12620 – Gesteinskörnungen für Beton beschrieben.
Eigenschaften von schweren Zuschlagstoffen
| Materialklasse | Vorherrschende Bestandteile | Granulare Schüttdichte (kg/m³) | Chemische Zusammensetzung |
| Limonit (hydromagnetisches Eisenerz) | Limonit | 2100 – 2400 | FeO(OH)·nH2O |
| Goethit (hydromagnetisches Eisenerz) | Goethit | 2100 – 2250 | α-Fe3+O(OH |
| Baryt (Kies oder zerstoßenes Gestein) | Baryt | 2250 – 2300 | Ba[SO4] |
| Ilmenit (zerstoßenes Gestein, Eisenerz) | Ilmenit | 2250 – 2700 | FeTiO3 |
| Hämatit (zerstoßenes Gestein, Eisenerz) | Hämatit | 2900 – 3200 | Fe2O3 |
| Magnetit (zerstoßenes Gestein, Eisenerz) | Magnetit | 2400 – 3050 | Fe3O4 |
| Stahl (synthetisch) | Stahl | 3700 – 4650 | Fe |
| Ferrophosphor (synthetisch) | Ferrophosphor | 3200 – 4150 | Fe2P oder Fe3P |
Anwendungsbereiche
Je nach Einsatzgebiet wird für bestimmte Bauvorhaben Ballastbeton oder Strahlenschutzbeton verwendet. Ballastbeton dient als Gegengewicht und Stabilisierung bei Offshore-Bauwerken und Brückenfundamenten in der Stahlindustrie. Zu den weiteren Einsatzorten zählen:
- Bahntrassen
- Dämme und Deiche
- Fundamente für Windkraftanlagen
- Gegengewichte in Kransystemen
- Hafenanlagen
- Hochwasserschutzanlagen
- Schiffsballast
- Tunnelbau
Des Weiteren wird Strahlenschutzbeton zur Abschirmung gegen ionisierende Strahlung in Krankenhäusern und Kernkraftwerken verwendet. Weitere Anwendung findet diese Betonart in folgenden Bereichen:
- Bunker und Schutzräume
- Industrieanlagen mit Strahlenquellen
- Lagerstätten für radioaktive Abfälle
- Militärische Schutzräume und Anlagen mit strahlungsintensiven Geräten
- Nukleare Forschungseinrichtungen
- Neutronen- und Protonentherapiezentren
- Röntgenräume in Krankenhäusern
- Teilchenbeschleuniger
Beide Varianten finden Anwendung im Bau von Hochhäusern und Infrastrukturprojekten, die eine hohe Dichte und Festigkeit erfordern.
Häufig gestellte Fragen
Welche Vorteile bieten schwere Zuschlagstoffe?
Schwere Gesteinskörnungen bieten den Vorteil einer hohen Dichte, die effektiv vor schädlicher Strahlung schützen und für eine hohe mechanische Festigkeit sorgen. So ermöglichen sie die Herstellung von Beton mit spezifischen physikalischen und chemischen Eigenschaften, die für Anwendungen in Kernkraftwerken, medizinischen Einrichtungen und schweren Bauprojekten unerlässlich sind.
Welche Mischverfahren werden für die Herstellung von Schwerbeton verwendet?
Es gibt zwei Hauptmethoden: die konventionelle Mischung und die Vorplatzierung der Zuschlagstoffe. Beim konventionellen Mischen wird Schwerbeton in Standardmischern hergestellt, wobei darauf geachtet wird, die Mischgeräte nicht zu überlasten. Beim Vorplatzieren werden sie zuerst in die Form eingebracht und anschließend mit einer Zementsuspension vergossen, um die Hohlräume zu füllen und eine gleichmäßige Dichte zu erzielen.
Wie beeinflusst Schwerbeton die Wärmeleitfähigkeit von Bauwerken?
Aufgrund der hohen Dichte der schweren Zuschlagstoffe wie Magnetit und Schwerspat können Fundamente aus Schwerbeton eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Normalbeton aufweisen. Typischerweise liegt die thermische Leitfähigkeit von Schwerbeton zwischen 1,0 und 3,6 W/(m·K), je nach Art der verwendeten Gesteinskörnung. Dies ist zum Beispiel für nukleare Abschirmungen besonders vorteilhaft.
