_Beton

Beton kann hohe Druckkräfte aufnehmen, besitzt jedoch nur eine vergleichsweise geringe Zugfestigkeit. Die Bewehrung übernimmt deshalb Zugkräfte und verteilt auftretende Risse, sodass deren Breite begrenzt bleibt. Stahl ist das älteste und bis heute am häufigsten verwendete Bewehrungsmaterial im Betonbau. Beton und Stahl weisen ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Bei Temperaturänderungen verformen sich beide Baustoffe daher weitgehend gemeinsam, was den dauerhaften Verbund unterstützt. Wird hochfester Spannstahl gezielt vorgespannt, erzeugt er Druckspannungen im Beton und wirkt späteren Zugspannungen entgegen. Je nach Verfahren erfolgt die Vorspannung vor oder nach dem Betonieren. Solche Bauteile werden als Spannbeton bezeichnet.

Geschichte der Stahlbewehrung

Ab 1850 wurden die ersten Patente zur Bewehrung von Betonbauteilen mit Drahtgeflechten und schmiedeeisernen Stäben angemeldet. Josef Louis Lambot und Joseph Monier suchten nach einem Ersatz für Holz in feuchten Umgebungen und experimentierten dazu mit Zement umhüllten Eisengeflechten. Parallel dazu entwickelten Thaddeus Hyatt und andere Bodensysteme, bei denen der Zementmantel Eisen- oder Stahlträger vor Feuer schützt.

Anfangs waren die inneren statischen Zusammenhänge zwischen Beton und Eisen noch nicht bekannt. Erst in den 1870er-Jahren wurden etwa die Verbundwirkung und die hinreichend gleiche Wärmeausdehnung festgestellt. Neue Herstellungsverfahren machten Stahl in großen Mengen und zu geringeren Kosten verfügbar. Obwohl er sich als Bewehrungsmaterial durchsetzte, blieb der Begriff „Eisenbeton“ noch bis weit ins 20. Jahrhundert gebräuchlich.

Verbund zwischen Stahl und Beton

Für eine schlaffe, also nicht vorgespannte Bewehrung kommen überwiegend gerippte Betonstahlstäbe und geschweißte Betonstahlmatten zum Einsatz. Längsbewehrungen nehmen vor allem Kräfte aus Biegung und Normalkraft auf. Bügel und andere Querbewehrungen erhöhen die Querkrafttragfähigkeit, halten die Längsstäbe in Position und bilden mit ihnen den typischen Bewehrungskorb.

Die Rippen erzeugen einen mechanischen Verbund zwischen Stahl und Beton und ermöglichen die Kraftübertragung. Glatter Bewehrungsstahl besitzt deutlich ungünstigere Verbundeigenschaften. Frühere Konstruktionssysteme glichen dies teilweise durch Haken an den Stabenden aus. In aktuellen Regelwerken für den Stahlbetonbau ist glatter Bewehrungsstahl nicht mehr vorgesehen.

Regelwerke

In Deutschland ist die DIN 488: Betonstahl relevant. Nach DIN 488-1 steht die Kennzeichnung B500 für eine charakteristische Streckgrenze von 500 N/mm², die nachgestellten Buchstaben kennzeichnen die Duktilitätsklasse. B500A wird häufig für Betonstahlmatten verwendet, B500B vor allem für Stabstahl und Bewehrungen, an die höhere Anforderungen an das Verformungsvermögen gestellt werden.

Der Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken enthält Vorgaben zu Mindestbewehrung, Bewehrungsabständen und Rissbreitenbegrenzung. Diese sollen ein ausreichend duktiles Tragverhalten sowie eine kontrollierte Rissbildung sichern. Zugleich muss zwischen den Stäben genügend Raum bleiben, damit der Beton eingebracht und verdichtet werden kann.

Schutz vor Korrosion

Leichter, fest haftender Oberflächenrost steht dem Einbau in der Regel nicht entgegen, sofern Querschnitt und Verbund nicht beeinträchtigt sind. Hingegen müssen loser Rost und Schmutz, Öl und andere haftungsmindernde Stoffe entfernt werden. Im erhärteten Beton bildet das alkalische Porenmilieu des Zementsteins auf der Stahloberfläche eine schützende Passivschicht. Geht dieser Schutz durch Karbonatisierung oder eindringende Chloride verloren, kann die Bewehrung korrodieren. Die Korrosionsprodukte beanspruchen mehr Volumen als der ursprüngliche Stahl und können Risse sowie Abplatzungen beim Beton verursachen.

Ob es zu einer solchen Depassivierung kommt, hängt von den Umgebungsbedingungen, aber auch von der Dicke und Qualität des Überdeckungsbetons ab. Die erforderliche Betondeckung richtet sich unter anderem nach Expositionsklasse, Betonfestigkeit, Stabdurchmesser, Ausführungsbedingungen und gewünschter Nutzungsdauer. Sie schützt nicht nur vor Korrosion, sondern sichert auch den Verbund und trägt zum Feuerwiderstand des Bauteils bei. Auf der Baustelle helfen Abstandshalter, die Bewehrung in der vorgesehenen Lage zu halten. Bei besonders korrosiven Umgebungsbedingungen können beschichtete oder nichtrostende Betonstähle eingesetzt werden.

Herstellung

Im Betonstahl sind neben Eisen auch Kohlenstoff, Silicium, Mangan und weitere Begleitelemente enthalten. Von der Herstellungsroute und dem eingesetzten Strommix hängt unter anderem ab, welche Folgen die Produktion für die Umwelt hat. Schrottbasierte Elektrostahlwerke verursachen in der Regel deutlich geringere Treibhausgasemissionen als die konventionelle Hochofenroute. Betonstahl wird in Deutschland vielfach aus Stahlschrott hergestellt. Nach dem Rückbau lässt sich der magnetisch abtrennbare Stahl erneut einschmelzen und als Rohstoff für neue Stahlprodukte nutzen.

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