Stahlbeton

Stahlbeton ist ein Verbundwerkstoff aus Beton und Bewehrungsstahl, der die hohe Druckfestigkeit des Betons mit der hohen Zugfestigkeit des Stahls verbindet. Anwendungsbereiche sind im Massivbau, dem Hoch- und Brückenbau sowie in verschiedenen Infrastrukturprojekten, bei denen Stahlbeton verbesserte statische Eigenschaften wie eine erhöhte Dauerhaftigkeit und Zugfestigkeit bietet. Betonstahl entsteht, wenn Zement mit den Rippungen des runden Bewehrungsstahls verklebt. Dieser liegt dann oft in bewehrter Form von Matten, Drähten oder Stäben als Stahleinlage vor.

Anwendungsbereiche

Stahlbeton verbindet Beton mit einer Stahlbewehrung, da Beton nur eine geringe Zugfestigkeit aufweist. Daher spielt der Einsatz von Stahlbeton in Bauwerken mit erhöhten Zugspannungen wie Hochhäusern, Brücken und Tunneln eine wichtige Rolle. In Deutschland ist er mit jährlich 100 Millionen verbauten Kubikmetern der wichtigste Baustoff, um die Gesamttragfähigkeit eines Bauwerks zu gewährleisten.

Aufgrund des hohen Eigengewichts von Stahlbeton kann es in der Anwendung zu Rissen und Verformungen kommen, weshalb in diesen Fällen Spannbeton, eine Variante des Stahlbetons, eingesetzt wird. Dieser nutzt vorgespannten Stahl zur Reduktion von Rissen und Durchbiegungen, was ihn für lange Spannweiten wie zum Beispiel beim Bau von Überführungen oder Stadiondächern ideal macht. Zu den weiteren Einsatzbereichen zählen:

• Infrastruktur (Straßen, Bahngleise)
• Bau von Fundamenten
• Brückenpfeiler und Stützwände
• Betonschalen
• Zivile Bauwerke (Wohngebäude, Bürokomplexe mit Bodenplatten, Balken und Decken)
• Spezialisierte Konstruktionen wie Wasserreservoirs und Silos

Komponenten

Für Stahlkonstruktionen wird hauptsächlich Beton und eine Bewehrung in Form von Bewehrungsstahl verwendet. Zusätzliche Einbauteile sollen den einzelnen Komponenten der Stahlkonstruktionen einen sicheren Halt verschaffen, was zum Beispiel durch Ankerplatten und Ankerschienen ermöglicht wird. Außerdem kommen Dübelleisten und Seilschlaufen zum Einsatz, die als Verbindungselemente zwischen den Betonstrukturen und anderen Bauteilen dienen und die strukturelle Integrität sowie die dynamische Belastbarkeit der Konstruktion erhöhen. Abstandshalter bzw. Unterstützungen sorgen zudem für den idealen Abstand zwischen dem Stahlbeton und der Schalung.

Beton

Als künstlicher Baustoff ist Beton ein Gestein aus Zement, einem Betonzuschlag (Gesteinskörnung: z. B. Sand oder Kies) und Wasser, wobei er eine sehr hohe Druckfestigkeit und eine niedrige Zugfestigkeit (in etwa 10 % der Druckfestigkeit) aufweist. Beton eignet sich besonders für großvolumige Bauteile und ist je nach Konsistenz einfach verformbar.

Betonstahl

Da im Massivbau hohe Zugkräfte wie zum Beispiel beim Bau von Decken und freitragenden Treppen vorherrschen, wird dem Beton Bewehrungsstahl hinzugefügt. Dieser Stahl – auch Betonstahl genannt – zeichnet sich durch seine sehr hohe Zugfestigkeit aus und wird in die Schalung eines Einbauteils eingesetzt sowie vom Beton eingehüllt.

Eigenschaften

Stahlbeton ist ein Verbundmaterial, das die Eigenschaften des Betons mit denen des Stahls vereint. Der Begriff Stahlbeton bezieht sich auf ein Bauteil, das aus Beton mit Bewehrungsstahl besteht. Diese Mischung nutzt die hohe Druckfestigkeit von Beton komplett aus und ermöglicht die Aufnahme von Zugspannungen durch den Stahl. Diese Kombination macht den Einsatz von Stahlbeton besonders effektiv in Strukturen, die geringer Belastung und hohen Zugkräften standhalten müssen, wie zum Beispiel in ungerissenem Stahlbeton.

Der Beton selbst ist ein künstliches Gestein aus Zement, Wasser und Zuschlagstoffen, wobei das Bindemittel Zement eine Schlüsselrolle spielt. Die Eigenschaften von Stahlbeton schließen daher auch die Fähigkeiten des Zements ein, eine dauerhafte Bindung mit den Zuschlagstoffen und dem Stahl zu schaffen. Dies garantiert die Langlebigkeit und Stabilität des gesamten Bauwerks.

Dauerhaftigkeit

Die Dicke der Betonoberfläche des Stahlbetons, die sogenannte Passivierungsschicht, nimmt im Laufe der Zeit durch Feuchtigkeit und Kohlensäure ab. Um eine hohe Dauerhaftigkeit zu erreichen, wird Stahlbeton in der Regel feuerverzinkt. So wird eine intensive Rissbildung schlagartig vermieden, die die Betonkorrosion beschleunigen würde. Außerdem ist ein alkalisches Milieu mit einem pH-Wert von 12 bis 14 für eine Dauerhaftigkeit von 50 Jahren Grundvoraussetzung, damit die Stahlkonstruktion bei ausreichender Betonüberdeckung nicht vorzeitig korrodiert. Darüber hinaus sollten regelmäßige Inspektionen und Instandhaltungsmaßnahmen durchgeführt werden, um die Dauerhaftigkeit des Stahlbetons durch extreme Einwirkungen über Jahrzehnte zu gewährleisten.

Vorteile von Stahlbeton

Ein Stahlbetonskelettbau bietet neben einer Stahl- oder Holzkonstruktion im Vergleich zum Mauerwerk eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Belastungen und Erschütterungen. Dadurch wird Stahlbeton im Gegensatz zum Mauerwerk bevorzugt in erdbebengefährdeten Gebieten eingesetzt. In Deutschland kommen Erdbeben zwar selten vor, wurden aber vermehrt in Baden-Württemberg und Nordrhein-Westfalen mit einer Stärke von 5,9 gemessen. Darüber hinaus ist Stahlbeton formbar und ermöglicht vielfältige architektonische Gestaltungsmöglichkeiten, die sowohl ästhetisch ansprechend als auch funktional sind. Weitere Vorteile sind:

• Aufgrund des hohen pH-Wertes rostet diese Betonart nicht
• Verwendung von rostfreiem Stahl und GFK-Bewehrung möglich
• Langlebige Tragfähigkeit
• Nicht brennbar und feuerbeständig (mit Epoxidharz und als Feuerverzinkung)
• Keine temperaturbedingten Schwankungen im Material
• Hat eine hohe Wasserdichtigkeit

Häufig gestellte Fragen

Was schützt Stahlbeton vor Korrosion?

Für Betonstahl und seinen Schutz vor Korrosion spielt der hohe pH-Wert des Zementsteins von 12-14 eine wichtige Rolle, wobei eine ausreichende Betondeckung vorliegen muss. Sollte das alkalische Milieu unter einem Wert von 10 liegen, besteht kein Korrosionsschutz (keine Passivierung) mehr.

Können Risse im Stahlbeton entstehen?

Rissbildungen und signifikante Verformungen sind im Stahlbeton möglich und erlaubt. Diese dürfen jedoch nicht breiter als 0,1 bis 0,4 mm sein. Eine Ausnahme gilt für Bodenplatten von Tankstellen, die komplett rissfrei sein müssen. Zur Vermeidung von Rissen wird eine Bewehrung für den Beton benutzt und Spannbeton als Variante des Stahlbetons produziert.

Warum wird eine Bewehrungsüberdeckung für Stahlbeton benötigt?

Eine Betondeckung ist für den Verbund von Beton und Bewehrung essenziell, um für eine ausreichende Dauerhaftigkeit und einen hohen Feuerwiderstand zu sorgen. Sie darf nicht kleiner als 15 mm ausfallen und ist oft zwischen 20 und 50 mm breit. Zudem schützt die Betondeckung die Stahlbewehrung vor aggressiven Umwelteinflüssen wie Frost und Chemikalien.