Bewehrungsstahl

Bewehrungsstahl, Betonstahl, oder auch früher Armierungseisen oder Moniereisen dient als Bewehrung (Verstärkung) von Stahlbetonbauteilen und wird nach dem Einbau in die Schalung einbetoniert.

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Form und Eigenschaft

Heutzutage kommt fast ausschließlich Betonstahl mit einer charakteristischen Fließ- oder Streckgrenze von 500 N/mm² zur Anwendung. Die erforderlichen Eigenschaften sind beispielsweise in der DIN 1045-1:2001-07 bzw. DIN 488 geregelt. Der Betonstahl wird in verschiedenen Formen produziert. In Deutschland sind lieferbar:

• Betonstabstahl BSt 500S, als warmverformter und gerippter Stabstahl mit Durchmessern von 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25, 28, 32, 40 und 50 mm, wobei in Deutschland Anfang 2006 nur bis 28 mm keine besondere Zulassung erforderlich war und Lieferlängen bis 24 m üblich sind,
• Betonstahlmatten BSt 500M, in verschiedenen Varianten, als fertig verschweißte Matten aus geripptem und profiliertem sowie kaltverformtem Stabstahl mit Durchmessern bis 12 mm,
• Betonstahl in Ringen BSt 500 WR (warmgewalzt) im Durchmesserbereich von 6 bis 16 mm und BSt 500 KR (kaltgerippt) im Durchmesserbereich von 6 bis 16 mm für die Weiterverarbeitung auf Richt- und Schneide- oder Bügelbiegeautomaten.
• Bewehrungsdraht BSt 500 P (profiliert) und BSt 500 G (glatt) im Durchmesserbereich von 4 bis 12 mm für das Bewehren von z.B. Stahlbetonrohren oder Gasbeton- oder Schachtbauteilen.

Die modernen Betonstähle sind bezüglich ihrer Verformungseigenschaften durch einen Elastizitätsmodul von 200.000 bis 210.000 N/mm² und die Einteilung in Duktilitätsklassen gekennzeichnet. In Deutschland gibt es die normalduktile Klasse A für die kaltverformten Stähle mit einem Verhältnis zwischen Zugfestigkeit und Fließgrenze von mindestens 1,03 und einer Stahldehnung unter Höchstlast von mindestens 2,5 % sowie die hochduktile Klasse B für die warmverformten Stähle mit mindestens 1,08 bzw. 5%. Daneben muss der hochduktile Erdbebenstahl Klasse C mit einem Verhältnis zwischen Zugfestigkeit und Fließgrenze von mindestens 1,15 und einer Stahldehnung unter Höchstlast von mindestens 8% erwähnt werden, der in Teilen Europas verwendet wird und eine reduzierte Fließgrenze von 450 N/mm² besitzt.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient für Stahl ist im Mittel wie bei Beton 10 ^{− 5} [1/°K], die Wärmeleitzahl mit 50 [W/(m · K)] unterscheidet sich dagegen von Beton. Die heutigen Betonstähle sind alle schweißgeeignet.

Eine wichtige Eigenschaft des Betonstahls ist dessen Verbund mit dem umgebenden Beton. Zur Verbesserung des Verbunds werden Rippen aufgerollt oder aufgewalzt. Die Rippen haben eine maximale Höhe von 4,5 % und einen Abstand von 60 % des Stabdurchmessers. Durch die Rippen wird eine lokale Verzahnung zwischen dem Beton und dem Stahl erreicht, was eine optimale Kraftübertragung über eine kurze Verbundlänge ermöglicht.  

Korrosionsschutz

Der im Beton enthaltene Zementstein schützt den Bewehrungsstahl durch sein alkalisches Milieu mit einen pH-Wert von 12-14 vor Korrosion. Bei einem Wert < 10 ist dieser Schutz, die sogenannte Passivierung, nicht mehr sichergestellt. Für einen verbesserten Korrosionsschutz kann man Betonstahl feuerverzinken oder mit Epoxid beschichten, auch die Verwendung von nichtrostendem Stahl ist möglich. Alle drei Methoden unterliegen in Deutschland der bauaufsichtlichen Zulassung.

Kennzeichnung

Betonstabstahl

Die heutigen Betonstabstähle haben zwei Rippenflächen. Die eine Fläche kennzeichnet durch eine besondere Anordnung der Schrägrippen die Betonstahlsorte. Die andere Fläche hat die Kennzeichen des produzierenden Werkes, welche mindestens jeden Meter erfolgen. Diese beginnen mit zwei verbreiterten Schrägrippen, es folgt zunächst das Land und anschließend das betreffende Werk jeweils zwischen verbreiterten Schrägrippen. Das Feld für das Werk kann in Zehner- und Einerstelle unterteilt sein.

Weitere Bewehrungselemente

GEWI-Stähle sind Beton- und Spannstähle mit Schrägrippen, die gewindeartig ausgebildet sind. Damit wird eine mechanische Verbindung über Schraubmuffen ermöglicht.

Als Ersatz für Querkraftbewehrung gibt es Gitterträger als biegesteife Bewehrung bei Halbfertigteildecken und –wänden sowie Doppelkopfanker und Dübelleisten.

Geschichte

  Erfinder der Stahlbewehrung war der Franzose Joseph Monier, nach ihm nennt man die Bewehrung auch Moniereisen. Er war Gärtner und ärgerte sich, dass seine Blumenkübel aus Beton vom Wurzelwerk zu oft zerstört wurden. Andere ältere, aber auch heute noch gebräuchliche Bezeichnungen sind Armierungsstahl (im Gegensatz zu Konstruktionsstahl) oder Schlaffstahl (im Gegensatz zu Spannstahl).

Entwicklung in Deutschland

Bis Mitte der 30er Jahre des 20. Jahrhunderts wurden keine speziellen Betonstähle als Bewehrung verwendet, sondern Stäbe, Flacheisen und Profile mit einer glatten Oberfläche und einer Streckgrenze um oder über 250 N/mm². Die Aktivierung der Tragfähigkeit des glatten Stahls erfolgte dabei weniger durch den Verbund zwischen Beton und Stahl als vor allem durch die Verankerung mit Haken und Schlaufe. Der Isteg-Stahl, bestehend aus zwei Drähten aus glattem Baustahl, die zu einer 2-drähtigen Litze verseilt wurden, war ab 1933 der erste spezielle deutsche Betonstahl, mit verbesserten Verbundeigenschaften. Zur gleichen Zeit wurde in Deutschland das Baustahlgewebe zugelassen, bestehend aus Matten oder Rollen (bis 6 mm). Ab 1935 wurden zwecks Materialersparnis durch Verwinden (Tordieren) von Rundstählen hochfeste Betonstähle entwickelt, anfangs ohne Querrippen. 1937 wurden die Bewehrungsstähle in Gruppen eingeteilt. Die Gruppe I umfasste den BSt 22/34 mit einer Mindeststreckgrenze von 220 N/mm², die Gruppe II den BSt 34/50 mit einer von 340 N/mm², die Gruppe III den BSt 42/50 mit einer von 420 N/mm² und die Gruppe IV entspricht den heutigen Betonstählen. Bei Nachrechnungen oder Verstärkungen alter Bauwerke sind die Festigkeiten der alten Stahlsorten in statischen Berechnungen zu berücksichtigen. Ab 1959 wurde der hochwertige schräg gerippte Rippentorstahl als Betonstahl IIIb bauaufsichtlich zugelassen. Dieser wurde festigkeitssteigernd zusätzlich noch (im Werk) durch Verdrehen (Tordieren von Torsion - daher das tor im Namen) kaltverformt. Die heutige Rippenform wurde schließlich ab 1961 für eine bessere Dauerschwingfestigkeit des Betonstahls IV entwickelt.