3.3 Festbetoneigenschaften

Bild 10 zeigt die an den Betonen mit beiden w/z-Werten im Alter von 28d ermittelten Druckfestigkeiten in Abhängigkeit von der mittleren Kornrohdichte der Zuschläge (Bild 10.1) sowie der Trockenrohdichte der Betone (Bild 10.2). Während die Druckfestigkeiten der untersuchten Betone mit rezyklierten Zuschlägen im Vergleich zu den Referenzbetonen zwischen rd. 19 und 23 % geringer ausfielen, macht sich die unterschiedliche Zusammensetzung der verwendeten rezyklierten Zuschläge in den Druckfestigkeiten der daraus hergestellten Betone untereinander weniger bemerkbar. Bei Bezug der Druckfestigkeiten der Betone mit rezyklierten Zuschlägen auf den größten Wert der Druckfestigkeiten dieser Betone ergibt sich eine Verringerung zwischen rd. 2 und 10 %.

Bei Normalbeton ist der E-Modul des Betonzuschlages bei weitem größer als der E-Modul der Matrix. Erzwingt man durch einachsigen Druck eine gleichmäßige Stauchung des Probekörpers, so ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Steifigkeiten von Matrix und Betonzuschlag unterschiedliche Spannungen. Da die Festigkeit in der Kontaktzone zwischen Zementstein und Betonzuschlag i. d. R. bei weitem niedriger ist als die der ungestörten Matrix, liegt beim Druckversuch nicht eigentlich ein Druckbruch, sondern ein Versagen der Kontaktzone durch Überschreiten der Verbundfestigkeit vor, so daß die Bruchzähigkeiten der Kontaktzone sowie die Bruchzähigkeiten der Matrix und des Betonzuschlages als die charakteristischen bruchmechanischen Kenngrößen zu nennen sind, die die Druckfestigkeit des Betons bestimmen /8/. Vom gefügedichten Konstruktionsleichtbeton ist bekannt, daß sich umgekehrte Verhältnisse bezüglich Festigkeit und E-Modul beim Leichtbeton erheblich auf den Kräftefluß in einem einachsig auf Druck belasteten Probekörper auswirken /19, 20/.

Grübl /5/ unterscheidet daher bei Leichtbeton unter Druckbeanspruchung (in Abhängigkeit der Eigenschaften des Betonzuschlages, der Matrix und der Verbundzone) vier Bruchzustände (II-V), die die erreichbare Druckfestigkeit von Leichtbeton nach Überschreiten der Grenzfestigkeit beeinflussen (Bild 11.1). Schütz /17/ ermittelte für verschiedene Leichtzuschläge den in Bild 11.2 dargestellten Zusammenhang zwischen der Betondruckfestigkeit und der Matrixdruckfestigkeit. In Bild 12 wurden den Druckfestigkeiten (Zylinder 150/300 mm) der hier untersuchten Betone der Literatur /10, 17/ entnommene Matrixfestigkeiten bei vergleichbarer Schlankheit der Probekörper zugeordnet.

Es wird deutlich, das bei den untersuchten Referenzbetonen mit sinkendem w/z-Wert die Kontaktzone zwischen Zuschlag und Zementstein die Betondruckfestigkeit begrenzt. Die Festigkeit der natürlichen Zuschläge kann ohne die Verwendung von Silicastaub nicht ausgenutzt werden (vgl. z. B. auch /7/). Die Auswertung der Bruchbilder zeigte, daß bei Ziegelbruch in den Festigkeitsbereichen  und ‚ (Bild 12) in vereinzelten Fällen noch ein Verbundversagen, zum überwiegenden Teil aber Kornbrüche auftraten, im Festigkeitsbereich „ traten ausschließlich Kornbrüche auf. Kalksandsteinbruch versagte stets durch Kornbruch. In den Gemischen C und D traten in den Festigkeitsbereichen  bis „ stets Verbundbrüche der natürlichen Zuschläge in Kombination mit dem beschriebenen Bruchverhalten des Ziegelsplitts und des Kalksandsteinsplitts auf. Soweit identifizierbar, versagte der Zementstein des Betonsplitts durch Kornbrüche.

In erster Näherung ist aus diesen Ergebnissen abzuleiten, daß für die hier untersuchten Zuschläge die unter der Bedingung Betondruckfestigkeit = Matrixdruckfestigkeit erreichbaren Festigkeiten unterhalb von 25 N/mm² liegen. Mit den hier verwendeten Zuschlägen konnten Betone der Festigkeitsklassen B 25 (w/z = 0,55) und B 55 (w/z = 0,33) hergestellt werden.

In Bild 13 ist der Verlauf der Längs- und Querdehnungen der Betone mit einem planmäßigen Wasserzementwert w/z_eff = 0,55 bis zum Bruchzustand dargestellt.

Die Längsdehnungen der Betone mit rezyklierten Zuschlägen im Bruchzustand sind systematisch größer als die des Referenzbetons N1. Beton N1 weist eine Längsdehnung von rd. 1,9 mm/m auf. Die Längsdehnungen der Betone mit Betonbruch BB (RC1) und den Gemischen C (RC3) und D (RC4) liegen bei etwa. 2,5 mm/m. Deutlich ist der Unterschied bei Verwendung von 100 Vol.-% Ziegelsplitt in den Korngruppen 2/8 und 8/16 (RC2). Die Längsdehnung im Bruchzustand beträgt hier rd. 3,5 mm/m. Die Längsdehnungen der Betone N1, RC1, RC3 und RC4 liegen im Bereich üblicher Normalbetone der entsprechenden Festigkeitsklassen. Die Spannungs-Dehnungs-Linie bei ausschließlicher Verwendung des Ziegelsplitts ist stärker gekrümmt und zeigt eine stärkere Abweichung vom linear-elastischen Verhalten.

Die Rohdichte der untersuchten rezyklierten Zuschläge und damit die Trockenrohdichte des Betons beeinflußt den E-Modul stärker als die Druckfestigkeit (Bilder 10 und 14).

Im Vergleich zu den Referenzbetonen sind die E-Moduln der hier untersuchten Betone mit rezyklierten Zuschlägen zwischen rd. 30 und 49 % geringer. Bei Bezug der E-Moduln der Betone mit rezyklierten Zuschlägen auf den größten Wert der E-Moduln dieser Betone ergibt sich eine Verringerung um bis zu rd. 25 %. Die Einordnung der ermittelten E-Moduln in Abhängigkeit von der Druckfestigkeit der Betone zeigt, daß die untersuchten Betone mit rezyklierten Zuschlägen bzgl. ihres Verformungsverhaltens (stat. E-Modul) im Bereich zwischen Normal- und Leichtzuschlägen einzuordnen sind und sich mit sinkender Kornrohdichte der Zuschläge weiter dem Leichtbeton annähern (Bild 15).