Spannbeton

Beton kann hohe Druckspannungen, aber nur in geringem Maß Zugspannungen aufnehmen (ca. 10% der Druckspannungen). Mittels Stahl, der entweder als schlaffe oder vorgespannte Bewehrung eingesetzt wird, lässt sich Beton belastbarer machen. In letzterem Fall wird von Spannbeton gesprochen: Hier „drücken“ zusätzliche, vorgespannten Stahleinlagen den Beton zusammen und machen ihn widerstandsfähiger gegenüber Zug- und Biegekräften. So sind schlankere Bauteile und größere Stützweiten möglich.

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Geschichte und Anwendungsbereiche

Die Idee zur Vorspannung wurde bereits Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt. Viele Erkenntnisse sind dem französischen Ingenieur Eugène Freyssinet zu verdanken, der das Kriech- und Schwindverhalten von Beton sowie den Einsatz von hochfesten, vorgespannten Drähten untersuchte. Die erste Spannbetonbrücke wurde 1937 nach Plänen von Franz Dischinger errichtet. Heute gehört der Brückenbau zu den Haupteinsatzgebieten von Spannbeton. Daneben im Behälterbau oder im Hochbau bei Bindern, Hohldielen oder Flachdecken.

Prinzip der Vorspannung

Die Stahleinlagen werden planmäßig vorgespannt, sprich gedehnt. Durch die direkte Verbindung mit dem Beton oder durch Befestigungsanker übertragen die gedehnten Spannglieder eine Druckbelastung auf den Beton. Diese Druckbelastung reduziert die Rissbildung des Betons unter Belastung (zum Beispiel Durchbiegung durch Nutzlast bei sehr großen Brückentragweiten oder großen Veranstaltungsräumen).

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Dabei stützen sich die Spannglieder durch ihre Anker oder direkt durch den Verbund auf dem Beton ab, wodurch auf diesen eine Druckbelastung und durch die Exzentrizität der Verankerung gegenüber der Querschnittsschwerelinie eine Momentenbelastung wirkt. Betonzugspannungen werden dadurch vermieden. Das Bauteil ist steifer als ein reines Stahlbetonelement und weist kaum Verformungen auf.

Vorspannung mit oder ohne Verbund

Es werden verschiedene Arten unterschieden, ein Bauteil vorzuspannen:

• Vorspannung mit Verbund
  Bei dieser Methode, die vor allem bei der Herstellung von Fertigteilen angewendet wird, sind Spanndrähte und Spannlitzen kraftschlüssig mit dem Beton verbunden. Nach dem Betonieren und Erhärten wird die Vorspannung gelöst, die Spannkraft durch den Verbund in das Fertigteil eingebracht. Möglich ist auch ein nachträglicher Verbund, der einen gekrümmten Verlauf der Spannkabel ermöglicht.

• Vorspannung ohne Verbund
  Bei dieser Technik können sich die Spanndrähte zwischen den Ankerstellen zum Beton verschieben, weil sie nicht mit dem Zement verbunden sind. Stattdessen sind die Spannglieder mit Fett oder mit einem Rohr umhüllt. Sie sind dadurch freispannend und können bei Spannkraftverlusten nachgespannt werden.

Korrosionsschutz

Die Vorspannungskraft der Spannglieder kann sich durch das Kriechen und Schwinden des Betons vermindern, daher muss der Spanstahl stärker als langfristig nötig vorgedehnt werden. In der Regel werden hochfeste Stähle verwendet, die durch die hohe Zugspannung aber besonders korrosionsempfindlich sind. Schutz davor bietet die sorgfältige Einbringung des Betons (bei Verbundbauweise) oder des Einpressmörtels (beim nachträglichen Verbund) beziehungsweise der werksmäßigen Fettverpressung des Rohrs, in dem der Spannstahl liegt (bei Vorspannung ohne Verbund).

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