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Baustofftechnik 1 - Volumenstabilität

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Baustofftechnik 1

Volumenstabilität

Inhaltsverzeichnis

Bevor wir uns der Volumenstabilität zuwenden, beschreiben wir kurz, was überhaupt Volumen ist.

Volumen

Merke

Hier klicken zum AusklappenDas Volumen $ V $ ist der Raum, den ein Stoff mit einer Masse $ m $ ausfüllt. Sind die physikalischen Bedingungen konstant, so hängt das Volumen eines Stoffes von der Menge des jeweiligen Stoffes ab. Man spricht auch von dem Platzbedarf eines Körpers. 

Das spezifische Volumen $ v $ ist das auf die Masse bezogene Volumen:

Methode

Hier klicken zum Ausklappenspezifisches Volumen: $ v = \frac{ V}{m}$

Da spezifische Größen stets auf die in einem System enthaltene Menge eines Stoffes bezogen werden, sind sie unabhängig von der Größe des Systems und werden zu den intensiven Zustandsgrößen gezählt.

Die Volumenangabe erfolgt nach dem SI-Einheitensystem fast immer in $ m^3 $ oder $ dm^3 $. 

Methode

Hier klicken zum Ausklappen$ 1 m^3 = 1 m \cdot 1 m \cdot 1 m $

$ 1 dm^3 = 0,1 m \cdot 0,1 m \cdot 0,1 m $

1 Kubikmeter entspricht 1000 Kubikdezimeter. 

1 Kubikdezimeter entspricht 1 Liter.

Im Bauingenieurwesen spricht man nicht selten von Raummeter oder Schüttmeter. 

Volumenstabilität

Wie der Name es bereits ausdrückt, betrachten wir nun Faktoren, die einen Einfluss auf die Stabilität des Volumens nehmen. 

  1. Schwinden:
    Beim Schwinden nimmt das Volumen ab. Gehen wir von einer konstanten Temperatur aus und tritt keine äußere Krafteinwirkung auf, so ist der einfachste Fall des Schwindens der Wasserverlust (z. B. bei Holz, Beton oder Zement).

    Beispiel: Frischbeton
    Wenn Frischbeton zum Festbeton wird (Austrocknen), kommt es zu einer Volumenverringerung. Das Schwindmaß richtet sich nach den Austrocknungsbedigungen, den Abmessungen des Bauteils, dem Wasserzementwert und dem Volumen des Zementsteins. Findet eine langsame Trocknung statt, so liegt das Schwindmaß bei ca. $ 2-5 \frac{mm}{m}$.

    Frischbeton
    Frischbeton


  2. Quellen
    Beim Quellen hingegen nimmt das Volumen zu. Hier ist der einfachste Fall - bei obigen Annahmen - die Aufnahme von Wasser (in z. B. Holz, Dämmung oder Wandputz) infolge von Regen oder dauerhaftem Wasserkontakt. 

    Beispiel: Holzkonstruktion
    Wenn man eine Holzhütte mit nicht imprägniertem Holz direkt auf dem Erdreich errichtet, so führt dies im Zeitverlauf dazu, dass aufgrund der Kapillarkraft, Wasser vom feuchten Boden in das Holz aufgenommen wird.

    Tisch, Holz quillt auf
    Tisch, Holz quillt auf



Merke

Hier klicken zum AusklappenUrsachen

Ob nun ein Schwinden oder Quellen auftritt, hängt in erster Linie von Parametern wie der Zusammensetzung des Baustoffs, seiner Porosität und Porenstruktur ab. Auch Umwelteinflüsse wie die relative Feuchte (bspw. in Kelleräumen) fließen in die Betrachtung mit ein.

Treten chemische Reaktionen auf, so kann es zu einem Schrumpfen oder Treiben kommen.

  1. Schrumpfen:
    Die Volumenabnahme erfolgt chemisch. Auch hier ist die Temperatur konstant und äußere Kräfte treten nicht auf. Gerade bei der Härtereaktion, d. h. der Baustoff geht vom flüssigen in den festen Zustand über, kommt es zum Schrumpfen. Paradebeispiele sind hier: Zement, Beton und Kunststoffe.
    Man nennt diesen Vorgang auch Hydratation.

  2. Treiben:
    Beim Treiben findet eine Volumenzunahme statt. Diese ist auch chemisch begründet. 

    Beispiel: Festbeton
    Im Festbeton treten chemisch-mineralogische Reaktion auf, die zu einer Volumenzunahme führen. Eine Erscheinung ist hier das Sulfatttreiben.

Problemfall: Beton

Speziell Beton (frisch oder fest) zählt zu den Baustoffen, die keine besondere Volumenstabilität besitzen. Neben den bereits erwähnten Faktoren führen auch Temperaturänderungen und statische Beanspruchungen dazu, dass sich das Volumen ändert. Tritt ein Mix der Faktoren auf, so führt dies zu unterschiedlichen Formänderungen, die dann Risse (harmlos bis riskant) im Beton entstehen lassen können.