Was ist Spannbeton ?

Wissenswertes für Laien (und das sind die Meisten)

Problem:

Beton hat zwar eine gute Druckfestigkeit aber nahezu keine Festigkeit auf Zugbeanspruchung. 

Lösung:

Damit sein Blumenkübel besser zusammenhält, kam deshalb schon im Jahre 1849 ein französischer Gärtner namens Monier auf die Idee, Eisendrähte in den Beton einzubringen. Monier erhielt in Folge dieser Idee später einige Patente und man sprach auch im abgelaufenen Jahrhundert noch lange Zeit von Monier-Eisen.

Heutzutage baut man in nahezu jedes Beton-Bauteil eine ganze Menge Stahl ein, damit es den bekannten Belastungen (insbesondere im Zusammenhang mit Biegung auftretende Zugspannungen und Scherung) standhält. Man spricht dann von Stahlbeton mit schlaffer Bewehrung. Trotzdem bleibt einsichtig, dass wenn der spröde Beton gedehnt wird, sich gerne Risse bilden. 

moderne Lösung:

Man baut in den Beton Stahldrähte oder Stahllitzen ein, welche gespannt, d.h. wie eine Feder elastisch gedehnt sind. Dadurch wird der spröde Beton dort zusammengepresst, wo in der Anwendung später Zugbelastungen zu erwarten sind. Man sagt dann der Beton ist vorgespannt ......

...... und das ist dann Spannbeton.

Spannbeton (Definition):

Beton, der mit Hilfe von gespannten Stahldrahteinlagen im unbelasteten Zustand vorgespannt wird, um die durch spätere Lasten, Temperatureinwirkungen usw. entstehenden Zugkräfte mehr oder weniger zu kompensieren.


Als Spannstähle kommen beste Stahlsorten zum Einsatz, welche dann im gespannten Zustand ca. 0,5% gedehnt sind. Das sind immerhin 5mm je 1 Meter Länge oder 10 cm bei einem 20 Meter langen Bauteil !

Es ist einleuchtend, dass der Beton nun viel größere Belastungen auf Biegung erträgt, als wenn der Stahl einfach so schlaff darin einbetoniert ist. Deshalb kommt man beim Spannbeton mit wesentlich weniger Stahl zu besonders schlanken und belastungsfähigen Bauwerken. 
Da hauptsächlich langgestreckte Bauteile sich unter Last stark biegen, verwendet man auch fast ausschließlich  hier den in Längsrichtung vorgespannten Beton. In Querrichtung findet man dann fast immer als Ergänzung eine schlaffe Bewehrung, 

weiteres zum Thema: 
http://www.theves.de/beton.htm  und
http://www.tu-dresden.de/biwitb/mbau/download/l_99_04.pdf
http://www.lrz-muenchen.de/~architektur/wowen/wagner/Spannbeton.pdf (anspruchsvoll)

zum Sprachgebrauch:

Der Fachmann möge mir verzeihen, dass der Laie da einige Logik erst finden muss:

Indem man die Drähte spannt, erzeugt man eine Pressung im Beton. Das Gerät, mit dem man die Drähte spannt, ist also ein Spannpresse !

Dennoch hat man als Ergebnis "vorgespannten Beton" (=Spannbeton), weil sich ja gespannte Drähte in ihm drin befinden, welche dem Beton eine Vorspannung verpassen. In diesem Kontext meint man eigentlich eine negative Spannung = Druck = Pressung.  Das gilt auch dann, wenn man den Beton nicht mit einem Vorspann-Verfahren, sondern mit einem Nachspann-Verfahren vorgespannt hat. Soweit alles klar ?
Man spricht nämlich bei der Herstellung von Spannbeton von 2 grundlegenden Spannverfahren:

Vorspann-Technik:

heute: Vorspannung mit sofortigem Verbund. (unter sofort versteht man dabei eine Größenordnung von 24h, solange der Beton härtet) 
richtiger ist: Spannen vor dem Erhärten des Betons.

Der Spannstahl wird gespannt, bevor das Betonteil erzeugt wird.
Hierbei werden zuerst die Spanndrähte bzw. Litzen auf einer Spannbahn im Fertigteil-Werk gegen Widerlager oder gegen spannsteife Formen gespannt und  verankert. Die Widerlager sind solide im Boden des Spannbeton-Werkes verankert und müssen die gesamte Kraft der gespannten Drähte aufnehmen. Auf der Spannbahn zwischen den Widerlagern befindet sich eine  Schalung, welche dem zu fertigenden Bauteil die spätere Form gibt. Dann wird (bei großen Teilen mit sogen. Gleitfertigern) Beton in die Schalung eingebracht. Die Drähte befinden sich also nun in der Schalung und somit im Beton und sind gespannt. Nachdem der Beton erhärtet ist, kann man die Drähte loslassen (entspannen). Die Drähte übertragen danach ihre Vorspannung durch den Verbund mit dem Beton auf das Bauteil, bleiben deshalb also gedehnt und gespannt und setzen somit den Beton unter Druck oder Pressung.

Nachspann-Technik:

heute: Vorspannung mit nachträglichem Verbund. 
richtig ist: Spannen nach dem Erhärten des Betons.

Der Spannstahl wird gespannt, nachdem das Betonteil erzeugt wurde und erhärtet ist. 
Diese Verfahren kommen hauptsächlich beim Bau von Brücken auf der Baustelle zum Einsatz.
Hierbei werden in das Bauteil zuerst Rohre (oftmals gebogen) in das bereits schlaff bewehrte Bauteil eingebaut. Nachdem das Bauteil eigentlich hart ist, werden meist ganze Bündel von Stahllitzen als Spannglieder  in die Rohre eingeschoben und dann gegen das Bauteil gespannt und an den Enden des Bauteils (besser gesagt Bauabschnitt) gegen das Bauteil selbst verankert. Sodann wird in die Rohre, in denen die Spannglieder gespannt liegen, noch Zementmörtel gespritzt, welcher den Verbund mit dem Bauteil ergibt und den Spannstahl vor Korrosion schützt. Die Spannglieder übertragen ihre Spannkraft über die Ankerplatten an den Enden und den Verbund in den Rohren wiederum als Druck bzw. Pressung in den Beton.

und heute: Spannverfahren ohne Verbund.

Auch das ist Spannen nach dem Erhärten des Betons, d.h. Nachspann-Technik. Hierbei wird ebenfalls gegen das Bauteil als Widerlager gespannt, Die Spannkraft wird aber ausschließlich über die Verankerung an den Enden der Bauteile in den Beton gedrückt. Korrosionsschutz und/oder Wartung müssen durch weitere Maßnahmen gewährleistet werden.

 Autor: Werner Paul  c/o  Paul Maschinenfabrik,  Dürmentingen,  Germany