6.2.9 Beton
Beton ist ein Verbundbaustoff, der aus einer Kombination von Zuschlagstoffen wie Sand und Schotter und einem Bindemittel wie Zement besteht. Die gebräuchlichste Form von Beton besteht aus mineralischen Zuschlägen wie Steinen, Kies und Sand, Zement und Wasser. Der Zement hydratisiert nach dem Mischen und härtet zu einem steinartigen Material aus. Beton hat eine geringe Zugfestigkeit und wird in der Regel durch die Zugabe von Bewehrungsstäben aus Stahl verstärkt: Dies wird gemeinhin als Stahlbeton bezeichnet.
Beton ist ein starkes, dauerhaftes und preiswertes Material, das in den Vereinigten Staaten das am häufigsten verwendete Baumaterial ist. Aufgrund des großen Bedarfs an Beton sind die Auswirkungen seiner Herstellung, Verwendung und seines Abbruchs weit verbreitet. Durch die Materialgewinnung werden Lebensräume gestört, für die Gewinnung, Herstellung und den Transport von Zement wird viel Energie verbraucht, und bei der Zementherstellung entstehen giftige Emissionen in Luft und Wasser. Insbesondere die Zementherstellung ist energieintensiv.
Schätzungen zufolge wird für jede Tonne produzierten Zements etwa eine Tonne Kohlendioxid freigesetzt, was 7-8 % der vom Menschen verursachten CO2-Emissionen entspricht. Und obwohl Beton in der Regel nur zu 9-13 % aus Zement besteht, entfallen 92 % der im Beton enthaltenen Energie auf diesen. Zementstaub enthält freie Siliziumdioxidkristalle, das Spurenelement Chrom und Kalk, die sich alle negativ auf die Gesundheit der Arbeiter auswirken können. Für das Mischen von Beton wird viel Wasser benötigt, und es entstehen alkalische Abwässer und Abflüsse, die Gewässer und Vegetation verschmutzen können.
Minimierung der Umweltauswirkungen: Die Verwendung lokaler und/oder recycelter Zuschlagstoffe (wie z. B. gemahlener Beton aus Abbrucharbeiten) ist eine hervorragende Möglichkeit, die Auswirkungen von festen Abfällen, Transitemissionen und die Störung von Lebensräumen zu verringern. Auch durch den Ersatz von Portlandzement durch alternative Puzzolanasche (industrielles Nebenprodukt wie Flugasche, Silikastaub, Reishülsenasche, Ofenschlacke und vulkanischer Tuff) lassen sich die Umweltauswirkungen erheblich reduzieren. Flugasche, ein Rückstand aus der Kohleverbrennung, ist ein beliebter Zementersatz, der im Allgemeinen die Porosität verringert, die Dauerhaftigkeit erhöht und die Verarbeitbarkeit und Druckfestigkeit verbessert, obwohl die Aushärtungszeit verlängert wird. Flugasche macht in der Regel 10 bis 15 % der Standardmischungen aus, aber bei vielen Anwendungen können bis zu 35 bis 60 % des Zements ersetzt werden, und bei bestimmten Arten von Flugasche (z. B. Klasse C) kann Zement bei einigen Projekten vollständig ersetzt werden.
Bei nichtbaulichen Anwendungen kann der Betonverbrauch durch Lufteinschluss im fertigen Produkt oder durch die Verwendung von Zuschlagstoffen mit geringer Dichte reduziert werden. Eingeschlossene Luft verdrängt den Beton, erhöht den Dämmwert und reduziert Gewicht und Materialkosten, ohne die Dauerhaftigkeit und Feuerbeständigkeit von Standardbeton zu beeinträchtigen. Zuschlagstoffe mit geringer Dichte wie Bimsstein, Vermiculit, Perlit, Schiefer, Polystyrolkügelchen oder Mineralfasern bieten ähnliche Vorteile bei der Isolierung und Gewichtsreduzierung.
Beton in Ortbetonbauweise oder als Fertigteile und Betonsteine (CMU):
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Planen Sie die Wiederverwendung von Teilen bestehender Strukturen, wie z.B. Platten oder Wände, die sich in einem zufriedenstellenden Zustand befinden.
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Recyceln Sie abgerissenen Beton vor Ort zur Verwendung als Zuschlagstoff oder Füllmaterial für neue Projekte oder recyceln Sie ihn auf örtlichen Deponien.
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Einbringen der maximalen Menge an Flugasche, Hochofenschlacke, Silikastaub und/oder Reishülsenschlacke, die für das Projekt geeignet ist, wodurch der Zementverbrauch um 15-100% gesenkt wird.
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Die Verwendung von Fertigteilsystemen minimiert die Verschwendung von Schalungsmaterial und verringert die Auswirkungen des Waschwassers auf den Boden.
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Erwägen Sie alternative oder mögliche Materialersatzstoffe für Beton, wie z.B. ICFs, die den Abfall reduzieren, die thermische Leistung verbessern und die Bauzeit verkürzen können. Auch Porenbeton, Schaumbeton, Porenbeton und andere Leichtbetone erhöhen den Dämmwert und reduzieren gleichzeitig das Gewicht und den Betonbedarf. Die Verwendung von Lehmbaustoffen und schnell nachwachsenden Materialien wie Stampflehm, Lehm oder Strohballen verringert den Bedarf an Dämm- und Veredelungsmaterialien sowohl bei Wohn- als auch bei Gewerbeprojekten.
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Verwenden Sie ungiftige Entschalungsmittel.
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Abfall kann durch sorgfältige Planung der Betonmaterialmengen minimiert werden.
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Für Fundamente sollten gewebebasierte Schalungssysteme in Betracht gezogen werden, um eine schnelle Installation zu ermöglichen und Holz zu sparen.
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Reduzieren Sie Holzabfälle und Materialkosten, indem Sie Betonschalungen aus Stahl oder Aluminium verwenden, die viel öfter wiederverwendet werden können als Holzschalungen.
Durchlässiger/poröser Beton: Bis zu 75 % der städtischen Flächen sind mit undurchlässigen Belägen bedeckt, die die Grundwasserneubildung behindern, zu Erosion und Überschwemmungen beitragen, Verschmutzungen in lokale Gewässer leiten und die Komplexität und Kosten der Regenwasserbehandlung erhöhen. Eines der Hauptmerkmale von durchlässigem Pflaster besteht darin, dass es Hohlräume enthält, durch die das Wasser in die darunter liegenden Materialien versickern kann. Außerdem werden Spitzenabflüsse von Regenwasser und Wasserverschmutzung reduziert und die Grundwasseranreicherung gefördert. Durchlässiges Pflaster kann rezyklierte Gesteinskörnung und Flugasche enthalten, was zur Verringerung von Abfall und gebundener Energie beiträgt. Durchlässiges Pflaster eignet sich für Parkplätze und Zufahrtsbereiche mit einer Druckfestigkeit von bis zu 4000 psi. Außerdem werden Probleme mit Baumwurzeln gemildert, und die Versickerungsfläche ermutigt die Wurzeln, tiefer zu wachsen. Ein verbesserter Wärmeaustausch mit dem darunter liegenden Boden kann die sommerliche Lufttemperatur um 2 bis 4°F senken.
Betonschalung: Ortbetonanwendungen erfordern eine Schalung vor Ort, um Wänden und Platten sowie anderen Projektelementen während des Aushärtens Form zu geben (Abbildung 6.9). Sperrholz und gefrästes Schnittholz sind die gebräuchlichsten Schalungsmaterialien und tragen zu den Bauabfällen und den Auswirkungen der Holzernte und -verarbeitung bei. Holzschalungen können aus geborgenem Holz hergestellt und in der Regel zerlegt und mehrmals wiederverwendet werden. Die Demontage von Bauholz und Sperrholzschalungen für den Außenbereich sollte für die Wiederverwendung innerhalb des Projekts in Betracht gezogen werden.
Abbildung 6.9. Foto von Zimmerleuten beim Setzen der Betonschalung für die Grubenwände der hochaktiven Abfallentsorgungsanlage.
Quelle: Bechtel Corporation.
Schalungslöser oder Trennmittel sind Materialien, die die Trennung der Schalung vom erhärteten Beton erleichtern. Sie verhindern, dass sich der Beton mit der Schalung verbindet, wodurch die Oberfläche bei der Demontage der Schalung beschädigt werden kann. Herkömmliche Trennmittel wie Dieselkraftstoff, Motoröl und Heizöl sind krebserregend, was die Wiederverwendung von Holzschalungen einschränkt, da sie das Baupersonal (und möglicherweise auch die Bewohner) VOCs aussetzen. Sie sind nun durch eine Reihe von staatlichen und bundesstaatlichen Vorschriften, einschließlich des Clean Air Act, verboten. VOC-arme und VOC-freie Schalungsmassen auf Wasserbasis, die Soja oder andere biologisch gewonnene Öle enthalten, verringern die Gesundheitsrisiken für das Baupersonal und die Bewohner drastisch und erleichtern häufig das Auftragen von Oberflächenbehandlungen oder Dichtungsmitteln, wenn dies erforderlich ist. Viele Optionen auf Sojabasis sind preiswerter als ihre Gegenstücke auf Erdölbasis.
Bei der Planung von Betonschalungen sollten auch Faktoren berücksichtigt werden, die den Druck der Betonschalung beeinträchtigen und beeinflussen. Zu diesen Faktoren gehören die Einbaugeschwindigkeit, die Betonmischung und die Temperatur. Die Einbaugeschwindigkeit sollte im Winter generell niedriger sein als im Sommer. Im Grunde genommen spielt es keine Rolle, wie viele Kubikmeter pro Stunde tatsächlich eingebaut werden oder wie groß das Projekt ist. Was zählt, ist die Einbaugeschwindigkeit pro Höhe und Zeit (Höhe der Wand pro Stunde).