Die Zugfestigkeit von Beton beschreibt den Widerstand des Baustoffs gegen Zugbeanspruchungen. Im Gegensatz zur deutlich höheren Druckfestigkeit, die maßgeblich für die Klassifizierung von Betonsorten ist, liegt die Zugfestigkeit von Beton nur bei etwa 8 bis 15 Prozent der Druckfestigkeit. Diese vergleichsweise geringe Zugfestigkeit ist der Hauptgrund, warum im Stahlbeton die Bewehrung die Zugkräfte aufnimmt. Die korrekte Bemessung und Anordnung der Bewehrung richtet sich nach der mittleren Betonzugfestigkeit fctm und der Bemessungszugfestigkeit fctd, die in Normen wie der Schweizer SIA 262 präzise definiert sind.
Wie wird die Zugfestigkeit von Beton gemessen?
Die Zugfestigkeit lässt sich durch verschiedene Prüfverfahren ermitteln. Die direkte Zugprüfung, bei der ein Betonkörper axial auf Zug belastet wird, gilt als am genauesten, ist jedoch versuchstechnisch aufwendig. In der Praxis werden häufig indirekte Verfahren wie die Spaltzugprüfung nach DIN EN 12390-6 oder die Biegezugprüfung eingesetzt. Bei der Spaltzugprüfung wird ein liegender Zylinder quer zur Längsachse belastet, bis er entlang der Durchmesserebene aufreißt. Der Spalt-Zugfestigkeitswert liegt typischerweise geringfügig über der axialen Zugfestigkeit.
Die Biegezugprüfung an Balken liefert ebenfalls näherungsweise Werte für die Zugfestigkeit, ist aber stärker von der Probengeometrie und der Spannungsverteilung im Querschnitt abhängig. Die charakteristischen Festigkeiten werden nach 28 Tagen Erhärtung an Zylindern oder Würfeln bestimmt und dienen als Grundlage für die Bemessung.
Welche Rolle spielt die Zugfestigkeit bei der Rissbreitenbegrenzung?
Die Schweizer Norm SIA 262 legt fest, wie Rissbreiten in Stahlbeton-Bauteilen begrenzt werden, um die Dauerhaftigkeit und Dichtigkeit zu gewährleisten. Nach Ziffer 4.4.2.3.7 der SIA 262 erfolgt die Begrenzung der Rissbreiten bei Zwangsbeanspruchung – etwa durch Temperaturwechsel oder Schwinden – durch Einlegen einer Mindestbewehrung in die Zugzone. Die Zugzone wird anhand der Zwangseinwirkung festgelegt: Zug oben, Zug unten oder zentrischer Zug.
Die erforderliche Bewehrungsfläche As wird nach folgender Gleichung berechnet:
As = ks · fctd · Act / σs,adm
Dabei steht ks für den Beiwert zur Berücksichtigung der Spannungsverteilung vor der Erstrissbildung. Die Norm unterscheidet drei Fälle:
- ks = 1,0 bei zentrischen Zwang – wenn die Zugkraft gleichmäßig über den Querschnitt verteilt ist
- ks = 0,4 bei Biegezwang von Rechteckquerschnitten
- ks = 0,9 · Fcr / Act / fctd ≥ 0,5 in allen anderen Fällen gemäß EN 1992-1-1
Die Betonzugfestigkeit fctd hängt von der kleinsten Abmessung des Zuggurts ab. Für Platten- und Rechteckquerschnitte unter Biegebeanspruchung gilt dabei t = h/3. Der Beiwert kt berücksichtigt die Bauteilgröße und beträgt standardmäßig 1,0.
Wie ermitteln Sie die zulässige Betonstahlspannung?
Die zulässige Betonstahlspannung σs,adm bestimmt, wie stark die Bewehrung belastet werden darf, ohne die geforderte Rissbreitenbegrenzung zu überschreiten. Nach Gleichung 100a der SIA 262:2017 gilt:
σs,adm = √(9 · Es · fctm · wnom / øs)
Diese Formel zeigt: Je dünner der Stabdurchmesser øs, desto geringer die zulässige Spannung. Die nominelle Rissbreite wnom richtet sich nach der gewählten Anforderung aus Tabelle 17 der Norm. Bei hohen Anforderungen – etwa für wasserundurchlässige Bauteile – müssen engere Stabdurchmesser gewählt oder die Bewehrungsmenge erhöht werden.
Welche Dichtigkeitsklassen definiert SIA 272?
Die Abdichtungs- und Entwässerungsnorm SIA 272 definiert vier Dichtigkeitsklassen für erdberührte Bauteile. Seit den Korrigenda C1:2017 zur SIA 262 kann die Mindestbewehrung direkt an diese Dichtigkeitsklassen gekoppelt werden:
- Dichtigkeitsklasse 1 (vollständig trocken): hohe Anforderungen nach SIA 262
- Dichtigkeitsklasse 2 (trocken bis leicht feucht): erhöhte Anforderungen
- Dichtigkeitsklasse 3 (feucht): normale Anforderungen
- Dichtigkeitsklasse 4 (feucht bis nass): keine Anforderungen an Rissbreitenbegrenzung
Bei Planung einer Kellerdecke oder Bodenplatte wird gemeinsam mit dem Bauherrn die Dichtigkeitsklasse festgelegt. Diese bestimmt dann die erforderliche Bewehrungsmenge und die Art der Rissabdichtung. Die Korrigenda-Änderung sorgt für Konvergenz zwischen SIA 262 und SIA 272 und vereinfacht die Planung.
Wie werden Risse in Betonbauwerken abgedichtet?
Die SIA 272 stellt klar: Risse in Betonbauwerken sind unvermeidbar. Entscheidend ist der fachgerechte Umgang mit ihnen. Risse werden mittels geklebter Bänder oder Kunstharzverpressung abgedichtet. Dabei muss zwischen statischen und dynamischen Rissen unterschieden werden. Die Wahl des geeigneten Abdichtungsstoffs hängt von der zu erwartenden Rissbewegung ab. Injektionsharze kommen bevorzugt bei statischen Rissen zum Einsatz, während flexible Systeme bei Bauteilen mit Temperaturbewegungen erforderlich sind.
Die korrekte Abstimmung von Zugfestigkeit, Mindestbewehrung und Expositionsklasse gewährleistet die Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauteilen über die gesamte Nutzungsdauer. Hersteller wie Holcim und Heidelberg Materials entwickeln Rezepturen, die den normativen Anforderungen entsprechen und zugleich wirtschaftliche Verarbeitung ermöglichen.
