Ohne Beton wäre die moderne Baukunst nicht denkbar. Beton ist eine Mischung aus Zement, Wasser und Zuschlagstoffen wie Sand und Kies, die im Laufe von etwa 28 Tagen härtet und einen festen Baustoff bildet.
Beton läßt sich in beliebige Formen gießen. Er hat eine hohe Druckfestigkeit, doch seine Zugfestigkeit ist leider gering. Dies zeigen die Abbildungen l und 2.
Abb. 3
Abb. 2
Abb. 1
Im oberen Teil des Betonträgers entstehen Druckkräfte, im unteren Teil Zugkräfte. Die Druckkräfte schaden dem Bauteil nicht, doch die Zugkräfte reißen den Träger auf. Er bricht und stürzt ein.
Wie kann man die Zugfestigkeit des Betons erhöhen? Zu diesem Zweck werden Stahlstäbe an den Stellen des Trägers eingefügt, wo die Zugkräfte am stärksten sind. Die Zugfestigkeit von Stahl ist zwanzigmal größer als die von Beton. Auch jetzt können Risse in den Zugzonen entstehen, doch der Stahl verhindert ein Brechen des Trägers (Abb. 3).
Die Festigkeit eines Bauteils aus Beton läßt sich jedoch noch weiter erhöhen. Dies geschieht durch das sogenannte „Vorspannen“. Der Teil des Balkens, in dem später die größten Zugkräfte herrschen, wird vor der Belastung komprimiert, das heißt, der eingebaute Spannstahl wird gegen den Träger gespannt, so daß dort Druckkräfte entstehen. Diese gleichen während der Belastung die Zugkräfte aus, die Summe der Kräfte ist null, und die Zugspannung verschwindet (Abb. 4 und 5).
Abb. 5
Abb. 4
Abb. 9
Abb. 8
Abb. 7
Abb. 6
Diese Vorspannung erreicht man durch Einlegen und Spannen von Stahlstäben bzw. Stahldrähten. Es gibt zwei verschiedene Methoden der Vorspannung. Die erste Methode wird im Betonwerk angewendet, wo man die Betonteile herstellt (Abb. 6 und 7), die zweite am Bau (Abb. 8 bis 10).
Im ersten Fall legt man die Stahldrähte in die Schalung, wie es Abb. 6 zeigt. Der flüssige Beton wird eingefüllt, und die Drähte werden gespannt. Wenn der Beton hart ist, löst man die Spannung der Stahldrähte. Der Stahl ist bestrebt, sich auf die ursprüngliche Länge zusammenzuziehen. Dadurch wird Druck auf den unteren Teil des Betonträgers ausgeübt.
Abb. 10
Im zweiten Fall wird der Bauteil erst gespannt, nachdem der Beton erhärtet ist. In einen „Kanal“ wird ein Stahldraht gelegt (Abb. 9), gespannt und an den Enden des Kanals in gespanntem Zustand befestigt (Abb. 10). Schließlich wird der Kanal mit flüssigem Beton ausgefüllt.
Diese Vorspannung erfordert eine hohe Qualität der Werkstoffe, doch sie ermöglicht eine große Ersparnis an Beton und Stahl und damit wesentlich leichtere Baukörper.
Im ersten Fall legt man die Stahldrähte in die Schalung, wie es Abb. 6 zeigt. Der flüssige Beton wird eingefüllt, und die Drähte werden gespannt. Wenn der Beton hart ist, löst man die Spannung der Stahldrähte. Der Stahl ist bestrebt, sich auf die ursprüngliche Länge zusammenzuziehen. Dadurch wird Druck auf den unteren Teil des Betonträgers ausgeübt.