Druckfestigkeit von Beton

Eine der wichtigsten Eigenschaften von Beton ist seine Druckfestigkeit. Sie wird durch einen genormten Druckversuch mit eigens hergestellten Probekörpern ermittelt. Die dabei festgestellte charakteristische Druckfestigkeit f_ck ist ausschlaggebend für die Einordnung des Betons in eine der Druckfestigkeitsklassen der DIN EN 1992-1-1 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. In dieser Norm ist festgelegt, wann Bauwerke als dauerhaft gelten.

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Indizien für Dauerhaftigkeit und w/z-Wert

Gemäß der DIN EN 206 Beton: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität und der DIN 1045-2 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton – Teil 2: Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität – Anwendungsregeln zu DIN EN 206-1 bestimmen die von der Tragwerksplanung festgelegten Expositionsklassen im Wesentlichen die Zusammensetzung des benötigten Betons. Abgeleitet werden so der maximale Wasserzementwert (w/z-Wert) und der Mindestzementgehalt, bei Normal- und Schwerbetonen außerdem die erforderliche Mindestbetondruckfestigkeit.

Der w/z-Wert gibt Aufschluss über die Qualität und die Dauerhaftigkeit von Betonen. Außerdem beeinflusst er die Festigkeitsentwicklung eines Betons, insbesondere die Frühfestigkeit. Unter anderem durch diesen Zusammenhang lässt sich bei Normal- und Schwerbeton die Dauerhaftigkeit über die Druckfestigkeit abschätzen. Bei Leichtbeton kann hingegen nicht von der Druckfestigkeit auf die Dauerhaftigkeit geschlossen werden. Daher wird bei dieser Betonart zum Beispiel der Wasserzementwert als Kriterium zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit herangezogen. Allerdings kann der w/z-Wert am Festbeton nur mit hohem Aufwand nachgewiesen werden. Im Vergleich dazu ist die Druckfestigkeit leicht messbar.

Messung am Probekörper

Da ein hinreichend genauer Nachweis der Druckfestigkeit nur durch eine zerstörende Prüfung möglich ist, lässt er sich nicht am Bauteil selbst durchführen. Stattdessen werden in der Regel Probekörper verwendet, die gleichzeitig mit dem Betonieren auf der Baustelle hergestellt werden. Das können entweder Zylinder (f_ck,cyl) mit 150 mm Durchmesser und 300 mm Länge sein oder Würfel (f_ck,cube) mit 150 mm Kantenlänge.

Diese werden im Labor 28 Tage lang unter genau definierten Bedingungen an der Luft und im Wasser gelagert. Ist das Prüfalter erreicht, werden die Probekörper in einer Presse belastet, bis sie brechen – ein Zeichen dafür, dass das Material keine Last mehr aufnehmen kann. Die gemessene Bruchlast geteilt durch die belastete Druckfläche ergibt folglich die Druckfestigkeit, angegeben in N/mm². Von den mit diesen Probekörpern ermittelten Prüfergebenissen, wird auf die Druckfestigkeit des gesamten Bauteils geschlossen.

Genormt aus gutem Grund

Wie genau die Prüfung abläuft, ist deshalb so wichtig, weil sich die Betonfestigkeit mit der Zunahme-Geschwindigkeit und Dauer der Lasteinwirkung verändert. Die gemessene Druckfestigkeit hängt außerdem entscheidend von der Form und Größe der Probekörper ab.

In Sonderfällen gibt es Abweichungen: Manchmal werden Bohrkerne zur Prüfung herangezogen. Ist gewünscht, die im Verlauf der Bauarbeiten erreichte Festigkeit zu ermitteln, werden die Probekörper vor der Prüfung unter bauwerksgleichen Bedingungen aufbewahrt.

Mit Sicherheit erhärtet

Tragwerksplanende bemessen Betonbauteile mit einer sogenannten Rechenfestigkeit. Diese angenommene Festigkeit muss der Beton im Bauteil mit hinreichender Sicherheit erreichen oder überschreiten. Das Prüfalter von 28 Tagen wurde unter anderem deshalb festgelegt, weil zementgebundene Mörtel und Betone in diesem Alter bereits einen hohen Hydratationsgrad aufweisen. 

Aber auch nach dem 28. Tag können Betone weiter erhärten. Sind die Erhärtungsbedingungen nicht so ideal wie bei der genormten Lagerung – etwa im Winter – erreicht der Beton des Bauwerks auch nach 28 Tagen oder später die im Labor gemessene Druckfestigkeit noch nicht. Solche ungünstigen Bedingungen können die Erhärtungsentwicklung jedoch nicht langfristig stoppen, sondern nur verlangsamen – die im Labor gemessene Druckfestigkeit wird mit großer Sicherheit noch erreicht.

Weitere Informationen über die Druckfestigkeit und weitere Betoneigenschaften enthält das Zement-Merkblatt B9 Expositionsklassen für Betonbauteile im Geltungsbereich des EC2. Es kann auf der Webseite des Informationszentrums Beton (IZB) kostenlos heruntergeladen werden (siehe Surftipps).

Fachwissen zum Thema

Surftipps

• www.beton.org > Zement-Merkblätter > B9 – Expositionsklassen für Betonbauteile