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Baustofftechnik 1

Dichte, Rohdichte, Schüttdichte

Kennt man die Dichte eines Baustoffs sowie das Volumen, so kann man Aussagen zu seinem Gewicht treffen.

Merke

Hier klicken zum AusklappenDiese Relation ist selbstverständlich auch umkehrbar.

Die Dichte wird in Berechnungen mit dem griechischen Buchstaben $ \rho $ (Rho) angegeben und ist besonders bedeutsam, wenn man Angaben zu den mechanischen und physikalischen Eigenschaften eines Baustoffs treffen möchte. Formal ermittelt man die Dichte mit:

Methode

Hier klicken zum AusklappenDichte: $ \rho = \frac{m}{V} $ also $ \frac{Masse}{Volumen} $

Reindichte: $ \rho = \frac{m}{V_{fest} + V_{por}} $ mit $ V_{por} = 0 $ (Porosität)

Die Angabe der Dichte erfolgt im Normalfall in den Einehiten $ \frac{kg}{m^3} $ oder $ \frac{kg}{dm^3} $.

Aber an dieser Stelle sei schon mal gesagt, das Dichte nicht gleich Dichte ist. Aus diesem Grund nehmen wir nun eine Unterscheidung vor:

  • (Rein-)Dichte $\rho $ oder $\rho_{Rein} $
  • Rohdichte $ \rho_R $ oder $\rho_{Roh} $
  • Schüttdichte $ \rho_S $ oder $\rho_{Sch} $

Rohdichte

Die Rohdichte $ \rho_R $ bezeichnet wie die Reindichte, die Masse bezogen auf das Volumen. Auch sie wird in $ \frac{kg}{m^3} $ oder $\frac{kg}{dm^3}$ angegeben. Gerade wenn es um Mauerwerke geht, dient sie als Kennzeichnung für das Steingewicht

Merke

Hier klicken zum AusklappenIn der Fachliteratur finden sich häufig die alternativen Begriffe: scheinbare Dichte, geometrische Dichte, Raumgewicht

Formal ermittelt sich die Rohdichte ähnlich wie die Reindichte. Es muss jedoch die Porosität berücksichtigt werden, weshalb man das Volumen unterteilt:

Methode

Hier klicken zum AusklappenRohdichte: $ \rho_{R} = \frac{m}{V_{fest} + V_{por}} $

Man unterteilt Mauersteine in Rohdichteklassen, kurz RDK. Die Skala reicht von 0,35 - 2,4 und wird ohne Einheit angegeben. 

Es existieren Rohdichten von $ 0,3 \frac{kg}{dm^3} - 2,5 \frac{kg}{dm^3} $

Beispiel: Rohdichteklassen:

Beispiel

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RDK 0,35: $ 0,31 \frac{kg}{dm^3} - 0,35 \frac{kg}{dm^3} $

RDK 0,4: $ 0,31 \frac{kg}{dm^3} - 0,40 \frac{kg}{dm^3} $

RDK 0,45: $ 0,41 \frac{kg}{dm^3} - 0,45 \frac{kg}{dm^3} $

RDK 0,5: $ 0,41 \frac{kg}{dm^3} - 0,50 \frac{kg}{dm^3} $

     $ \vdots $

RDK 0,9: $ 0,81 \frac{kg}{dm^3} - 0,90 \frac{kg}{dm^3} $

RDK 1,0: $ 0,91 \frac{kg}{dm^3} - 1,00 \frac{kg}{dm^3} $

RDK 1,2: $ 1,01 \frac{kg}{dm^3} - 1,20 \frac{kg}{dm^3} $

RDK 1,4: $ 1,21 \frac{kg}{dm^3} - 1,40 \frac{kg}{dm^3} $

     $ \vdots $

RDK 2,0: $ 1,81 \frac{kg}{dm^3} - 2,00 \frac{kg}{dm^3} $

     $ \vdots $

RDK 2,4: $ 2,21 \frac{kg}{dm^3} - 2,40 \frac{kg}{dm^3} $

Beispiel: Rohdichten von Mauersteinen

Beispiel

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Porensteine: $ 0,30 \frac{kg}{dm^3} - 1,00 \frac{kg}{dm^3} $

Kalksandsteine: $ 1,0 \frac{kg}{dm^3} - 2,20 \frac{kg}{dm^3} $

Mauerziegel
: $ 0,55 \frac{kg}{dm^3} - 2,40 \frac{kg}{dm^3} $

Es gilt seit je her: Je schwerer ein Stein ist, umso höher sind

  • Druckfestigkeit,
  • Schalldämmwert und
  • Wärmeleitfähigkeit

und umso schlechter sind die Dämmeigenschaften. $ \rightarrow $ Dies gilt auch für den umgekehrten Fall.

 Schüttdichte

Auch die Schüttdichte $ \rho_{Sch} $ wird formal ermittelt wie die anderen Dichten. Das Volumen besteht aus einem Gemenge von körnigen Feststoffen, dem Schüttgut. In den Hohlräumen zwischen den körnigen Festoffen befindet sich das Fluid, welches entweder flüssig oder in den meisten Fällen Luft ist. Wichtig ist, dass die einzelnen Komponenten ineinander nicht löslich sind.

Schüttung
Schüttung

 

Methode

Hier klicken zum AusklappenSchüttdichte: $ \rho_{Sch} = \frac{m_1 + m_2 + .... + m_n}{V_1 + V_2 + .... + m_n} $ 

Verkürzt:

Schüttdichte: $ \rho_{Sch} = \frac{m_{ges}}{V_{ges}} = \frac{m_s + m_g}{V_s + V_g} $ (Feststoff und Gas)

Auch hier findet sich in der Fachliteratur eine alternative Angabe: Schüttdichte = Schüttgewicht.

Wurde das Schüttgut zusätzlich eingerüttelt, so spricht man vorzugsweise von Rütteldichte.

Beispiel Zement:

Beispiel

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lose eingefüllt: $ \rho_{Sch} = 0,90 - 1,20 \frac{kg}{dm^3} $

eingerüttelt: $ \rho_{Sch} = 1,60 - 1,90 \frac{kg}{dm^3}$

Zement
Zement

 

Merke

Hier klicken zum AusklappenDu solltest in Berechnungen nicht vergessen, dass der Luftanteil für die Haufwerksporen (zwischen den Feststoffen) aber auch für die Eigenporen (Feststoff beinhaltet Poren) bestimmt werden muss. 

Parameter für die Dichtebestimmung

Die relevanten Parameter für die Bestimmung der Dichte sind:

  • chemische Zusammensetzung
  • Atomgewicht/Molekulargewicht
  • Porosität

Die Porosität lässt sich formal beschreiben durch:

Methode

Hier klicken zum AusklappenPorosität: $\varepsilon = \frac{V_g}{V_s + V_g} $ 
Backstein weisen eine Porösität auf

Übersicht: Dichte von Baustoffen (Auswahl)

In der nächsten Tabelle findest du einige ausgewählte Baustoffe inklusive ihrer (Rein-)Dichteangaben:

DichteHolzBetonStahlPVC (Kunststoff)Ziegel (Stein)
$\rho_{Rein}$ in $ \frac{kg}{m^3} $6002300780014001900