Lexikon der Geowissenschaften: Baustoffe
Baustoffe, natürliche Baumaterialien aus unbearbeitetem oder bearbeitetem Fels bilden bereits seit vorantiken Zeiten den wichtigsten Grundstoff für konstruktive Bautätigkeit. Generell werden Baustoffe untergliedert nach ihrer:
a) stofflichen Beschaffenheit, d.h. Stoffart (z.B. Beton, Stahl, Holz, Asphalt, Kunststoff), Zusammensetzung (homogene oder inhomogene Baustoffe) oder Gefügeaufbau (amorphe oder fasrige Baustoffe),
b) Entstehung und Herstellung, d.h. natürliche Baustoffe (Natursteine, Holz) oder künstliche Baustoffe (Ziegel, Beton),
c) Verarbeitung, d.h. ungeformte Baustoffe, die erst auf der Baustelle oder in einem Werk zum verwendungsfertigen Baustoff verarbeitet werden (Bindemittel, Klebstoffe, Anstriche, Asphalt, Frischbeton), oder geformte Baustoffe (Holzbalken, Dachziegel, Träger),
d) Funktionen, wie z.B.: Isolierung oder Verkleidung.
Mineralische Baustoffe werden entweder direkt als Natursteine oder Erdbaustoffe (Erdbau) zum Bau verwendet oder sie bilden die Grundlage für verschiedene Baustoffe wie Ziegel, Mörtel oder Beton. Mineralische Baustoffe werden im Hinblick auf ihre Eignung als Baumaterial u.a. überprüft auf Dichte und Porosität, Korngrößenverteilung, Plastizität, Bindigkeit, Frostverhalten, Temperaturempfindlichkeit, Härte, Verwitterungsbeständigkeit und Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen (Dekorationssteine), Beständigkeit gegen Feuer und Hitze, Wasseraufnahme und -bindevermögen, Quell- und Schrumpfverhalten und Wasserdurchlässigkeit.
Natursteine finden zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Häufig werden Kalk- und Sandsteine zum Bau von Kirchen, Schlössern, Bahnhöfen oder auch Wohnhäusern und anderen Gebäuden eingesetzt. Tertiärer Kalkstein wurde z.B. zum Bau des Mainzer Doms verwendet. Kalksteine aus dem Muschelkalk findet man im Leipziger Stadthaus. Der Kölner Dom und Hauptbahnhof sowie Schloß Neuschwanstein wurden aus Stubensandstein aus dem Keuper errichtet. Schiefer finden Verwendung als Dachschiefer und Schieferplatten. In der Innenarchitektur werden neben Marmor auch Serpentinite verarbeitet. Granite finden als Bordsteine und Pflaster, seltener als Bauwerkstein Verwendung. Porphyre und Basalte werden oft zu Schotter und Splitt verarbeitet. Oft sind Natursteine auch als Dekorationssteine für Außen- oder Innenverkleidung genutzt.
Keramische Baustoffe setzen sich zusammen aus einem Rohstoff, häufig Quarzsande und Kalk, und einem Bindemittel, bestehend aus einem Tonanteil. Sie werden zu Ziegel, Klinker, Fliesen oder Porzellan gebrannt. Enthalten die Baustoffe wasserlösliche Salze, i.d.R. Sulfate, müssen diese durch Schlämmen der Rohstoffe gelöst oder durch Zugabe von Bariumcarbonat in unlösliche Bariumsulfate umgewandelt werden, da ansonsten die Gefahr des Abblätterns an den fertigen Produkten besteht. Ein höherer Anteil an Kalk und größerer Kalkkörner können Probleme verursachen, da sie als durch den Brennvorgang entstandenen, gebrannten Kalk beim Ablöschen durch Wasseraufnahme ihr Volumen vergrößern und zu Rissen und Aussprengungen führen. Ziegel erhalten durch Eisenverbindungen eine rote, durch kalkhaltige Tone eine gelbe Farbe.
Bei Baustoffen mit mineralischen Bindemitteln, Beton und Mörtel, werden die Bindemittel i.d.R. aus bestimmten Gesteinen durch Brennen gewonnen und dann fein gemahlen, um die wirksame Oberfläche zu vergrößern. Dabei müssen sie vor (Luft-)Feuchtigkeit geschützt werden. In Verbindung mit Wasser entsteht zunächst der Bindemittelleim, der sich dann durch chemische Umsetzung oder auch physikalische Oberflächenkräfte verfestigt, wobei die Füllstoffe untereinander verkittet werden. Luftbindemittel erhärten an der Luft, zu ihnen werden Baugipse und Luftkalke gezählt. Hydraulische Bindemittel, wie Zemente, die bei Wasserzugabe unlösliche Verbindungen bilden, können auch unter Wasser weiter erhärten.
Baukalke entstehen durch Brennen von Kalkstein, sie erhärten an der Luft als Luftkalke oder, wenn das Ausgangsgestein ein Kalkmergel ist, können sie sich auch unter Wasser zu hydraulisch erhärteten Kalken umwandeln. Beim Brennen von Kalk entsteht aus dem Calciumcarbonat (CaCO3) Kohlendioxid (CO2) und Branntkalk (CaO), letzeres reagiert beim Löschen mit Wasser zu Calciumhydroxid (Ca(OH)2), einer starken Lauge. Diese reagiert mit in Wasser gelöstem Kohlendioxid (Kohlensäure) zu Wasser und Calciumcarbonat, welches dann als Kitt dient. Bei Luftkalken löst sich Kohlendioxid der Luft im Mörtelwasser selbst. Baukalke werden meist als Putz- oder Mauermörtel verwendet.
Zemente werden i.d.R. aus Kalkstein und Mergel hergestellt, sie erhärten sowohl an der Luft als auch unter Wasser. Portlandzement wird aus Portlandzementklinker angefertigt. Dieser entsteht durch Erhitzen eines aus Kalkstein und einem tonhaltigen Gestein, wie Mergel, gewonnenem Rohstoffgemisches (u.a. Calciumoxid, Eisenoxid, Kieselsäure und Tonerde) bis zur Sinterphase; dabei bilden sich Klinkerphasen, die in Verbindung mit Wasser erhärten (Hydratation). Einigen Zementen wird außerdem Hüttensand (rasch abgekühlte, glasig erstarrte Hochofenschlacke) zugemischt. Für Zemente werden auch Traß und Ölschiefer verwendet. Bei der Zementherstellung werden zur Regulierung des Erhärtens geringe Mengen Gips oder Anhydrit hinzugegeben. Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß sich unter Volumenzunahme Calciumaluminatsulfat (Ettringit) bildet, welches ein Zerreiben des Betons zur Folge hat (Zementbazillus).
Baugipse werden aus Gipsgestein hergestellt, sie erhärten an der Luft. Sie finden meist Verwendung als Innenputzmörtel oder Gipsbauplatten. Beton ist ein Gemisch aus Zement (bzw. Bitumen oder auch Kunststoff), Zuschlagstoffen, Wasser und evtl. Zusätzen. Durch Regulierung der Art und Menge der einzelnen Bestandteile lassen sich Leicht-, Normal- und Schwerbetone, die sich in ihrer Dichte unterscheiden, herstellen. Stahlbeton ist ein Verbundbaustoff aus Stahl und Beton. Als Spannbeton bezeichnet man einen bewehrten Beton, der durch vorgespannte Bewehrung, wie Rundstähle, unter Druckspannung steht.
Mörtel ist ein Gemisch aus Bindemittel, Sand und Wasser. Die Einteilung erfolgt nach Art des Bindemittels (Zement-, Gips-, Kunstharzmörtel), Korngröße des Sandes (Grob- oder Feinmörtel) oder nach Art des Erhärtens (Luftmörtel, hydraulischer Mörtel). Mörtel wird v.a. beim Mauern sowie für Putz oder Fugen verwendet. Bitumen und Asphalte werden im Straßenbau sowie im Hochbau zur Abdichtung gegen Feuchtigkeit (z.B. Garagendächer) verwendet. Als mineralische Dämmstoffe zum Kälte- oder Schallschutz werden poröse oder fasrige Stoffe mit geringer Dichte wie Kieselgur, Blähperlit und -glimmer (Vermiculit), Gipsplatten, Glaswolle sowie Schaumglas und -sand eingesetzt. [AWR]
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