Gesteinskörnung

Gesteinskörnung bestehend aus verschiedenen Korngrößen

Als Gesteinskörnung werden im Bauwesen natürliche und künstliche Gesteinskörner bezeichnet. Sie stammen entweder aus natürlichen Lagerstätten oder fallen bei der Wiederverwertung von Baustoffen oder als industrielles Nebenerzeugnis an. Die Gesteine liegen entweder als Rundkorn oder in gebrochener Form vor.

Weitere Bezeichnungen sind Betonzuschlag, Mineralstoffgemisch, Mineralgemisch oder Mineralstoff, die nicht mehr in den Normen verwendet werden.[1] Besonders der allgemeinere Begriff Zuschlag wird noch synonym verwendet.

Die Gesteinskörnung wird zusammen mit einem Bindemittel (wie etwa Zement oder Kalk) und Zugabewasser zu Beton und Mörtel verarbeitet. Verbindet man die Gesteinskörnung mit Bitumen, kann Asphalt hergestellt werden. Um die geforderten Eigenschaften des Baustoffs zu erhalten, sind die Gesteinskörnungen in ihrer Zusammensetzung entsprechend zusammenzustellen.

Verwendung

Gesteinskörnung dient zur Herstellung von Asphalt, Beton, Mörtel, hydraulisch gebundenen und ungebundenen Baustoffgemischen sowie Oberflächenbehandlung.

Die Anforderungen an Gesteinskörnungen werden unter anderem in der DIN 18196 Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke und den Technischen Lieferbedingungen für Gesteinskörnung im Straßenbau, TL Gestein-StB, Ausgabe 2004 definiert. Die DIN 4226 Zuschlag für Beton ist durch die neue Europäische Norm EN 12620 Gesteinskörnungen für Beton ersetzt.

Anforderungen

Gesteinskörnungen müssen ausreichend verwitterungsbeständig sein und dürfen nur geringe Mengen von Bestandteile enthalten, die quellen, zerfallen, sich lösen oder chemisch umsetzen können (wie etwa mergelige und tonige Körner, einige Ton- und Glimmermineralien, Pyrit, Markasit, Gips, Calciumoxid, Magnesiumoxid). Diese Eigenschaft wird auch als Raumbeständigkeit bezeichnet.

Gesteinskörnungen dürfen nicht verunreinigt sein und keine schädlichen Mengen von Metallen oder Kunststoffen enthalten sowie keine Stoffe organischen Ursprungs, wie Holz oder Pflanzenreste. Beim Gewinnen, Aufbereiten und Lagern von Gesteinskörnungen ist darauf zu achten, dass diese ihre Eigenschaften behalten und die gestellten Anforderungen weiterhin erfüllen können.

Das Regelwerk TL-Gestein StB beschreibt eine Vielzahl von weiteren Anforderungen an die Gesteinskörnung, wie z. B. Rohdichte, Schüttdichte, Widerstand gegen Zertrümmerung, gegen Oberflächenabrieb, gegen Verschleiß, Frost-Widerstand, Reaktion auf Alkali-Kieselsäure, etc.

Natürliche Gesteinskörnung

Natürliche Gesteinskörnungen bestehen aus mineralischem Vorkommen, das ausschließlich einer mechanischen Aufbereitung unterzogen wurde. Hierzu zählen die ungebrochenen Kiese und Sand, sowie Schotter, Splitte, Brechsande und Felsgesteine.

Aufbereitung: Felsgestein wird im Steinbruch gewonnen und mit Hilfe von Brechern zu einem Korngemisch verarbeitet. Anschließend separieren Siebe und andere Trenneinrichtungen (Sichter usw.) die einzelnen Körnungsklassen. Kies und Sande werden in Kiesgruben gewonnen, die ebenfalls durch Siebe in einzelne Körnungsklassen getrennt werden. Kiese > 32 mm werden zum Teil mit Brechern zerkleinert, wodurch Splitte und Brechsande entstehen. Während der Aufbereitung werden die Gesteine auch gewaschen, um sie von Verschmutzungen und organischen oder bindigen Bestandteilen zu reinigen.

Künstliche Gesteinskörnung

Industriell hergestellte Gesteinskörnungen sind mineralischen Ursprungs, die industriell hergestellt werden, unter Einfluss von thermischen oder sonstigen Prozessen. Folgende Gesteinskörnungen stammen aus industriellen Nebenerzeugnissen:

  • Hochofenstückschlacke (HOS)
  • Hüttensand (HS)
  • Stahlwerksschlacke (SWS)
  • Schlacke aus der Kupfererzeugung (CUS/CUG)
  • Gießerei-Kupolofenschlacke (GKOS)
  • Steinkohlenflugasche (SFA)
  • Schmelzkammergranulat (SKG)
  • Kesselasche aus Steinkohlenfeuerung (SKA)
  • Gießereirestsand (GRS)
  • Hausmüllverbrennungsasche (HMVA)

Rezyklierte Gesteinskörnungen entstehen durch die Aufbereitung anorganischen Materials, das zuvor als Baustoff eingesetzt war. Hierzu zählen ausgebaute, aufbereitete und wieder eingebaute Asphalte und Betone.

Nicht mehr auf dem Markt ist Thermosit. Man findet es allerdings noch bei Renovierungen.

Gesteinskörnung für Beton

Betonzuschläge im Festbeton

Unter Gesteinskörnung für Beton versteht man ein Gemenge von gebrochenen oder ungebrochenen, gleich oder verschieden großen Körnern aus natürlichen oder künstlichen mineralischen Stoffen, in Sonderfällen auch aus Metall oder aus organischen Stoffen. Sie müssen frei von Verunreinigungen (z. B. Humus) und schädlichen Bestandteilen (z. B. Chloride > 0,02 %, s. a. Alkalireaktion) sein.

Art der Zuschlagstoffe

Die Eigenschaften des Betonzuschlags sind abhängig von der Art und der Beschaffenheit des Gesteins, aus denen der Zuschlag besteht. Dieser muss aber so fest sein, dass er die Herstellung eines Betons der erforderlichen Festigkeit ermöglicht.

  • Normalzuschlag

Zuschläge mit einer Rohdichte von 2200 bis 3200 kg/m³ werden als Normalzuschläge bezeichnet. Für diese verwendet man vorwiegend natürliche Zuschlagstoffe wie den kugeligen und glatten Sand (bis 2 mm Korngröße) und Kies aus Flussablagerungen und Moränen. Daneben gibt es aus Steinbrüchen gebrochene Zuschlag wie Schotter, Splitt, Brechsand und Füller (Gesteinsmehl). Aber auch künstliche Zuschlagsstoffe wie Hochofenschlacke, Klinkerbruch und recycelter Betonsplitt sind möglich.

  • Leichtzuschlag

Zuschläge mit einer Rohdichte von weniger als 2200 kg/m³ werden als Leichtzuschläge bezeichnet und bei Leichtbeton eingesetzt. Als natürliche Zuschlagstoffe verwendet man dabei z. B. Bims, Lavasand, Lavakies und Kieselgur sowie als künstliche Zuschläge z. B. Blähschiefer, Blähton und Hüttenbims.

  • Schwerzuschlag

Zuschläge mit einer Rohdichte größer als 3200 kg/m³ werden als Schwerzuschläge bezeichnet und bei Schwerbeton eingesetzt. Als natürliche Zuschlagstoffe verwendet man dabei z. B. Schwerspat (Baryt), Magnetit, Hämatit und Limonit sowie als künstliche Zuschläge z. B. Schrott und Schwermetallschlacken.

Sieblinie mit Größtkorn 32 mm

Zusammensetzung der Zuschlagstoffe

Die Kornzusammensetzung des Betonzuschlags bestimmt die Dichte und den Wasseranspruch einer Betonmischung, der zur Erzielung einer ausreichenden Verarbeitbarkeit erforderlich ist. Die Kornzusammensetzung der Gesteinskörnungen wird durch Siebversuche mit Prüfsieben bestimmt und mit Sieblinien dargestellt, welche den Anteil des Zuschlages in Gewichtsprozenten zeigen, der kleiner als die zugehörige Korngröße ist. Der Zuschlag kann einer stetigen oder einer unstetigen Sieblinie folgen. Für eine gute Verarbeitbarkeit ist es erstrebenswert die Korngrößen so zusammenzusetzen, dass ihre Sieblinie als Grob- oder Mittelkörnung im günstigen Bereich 3 zwischen den Linien A und B liegen. Mit unstetigen Sieblinien U ist eine besonders dichte Packung der Zuschlagskörner möglich und somit eine größere Dichte erzielbar.

Als Größtkorn ist 8, 16, 32 oder 63 mm üblich. Es sollte so groß wie möglich gewählt werden, da sich so aufgrund des geringeren Wasseranspruches die Zementzugabe vermindern lässt. Das Größtkorn ist aber durch konstruktive Randbedingungen wie Bauteilabmessungen und Bewehrungsdichte begrenzt. Die Betonzuschlagstoffe bis 0,125 mm bilden zusammen mit dem Zement den Mehlkorngehalt, und beeinflussen somit die Verarbeitbarkeit.

Gesteinskörnung für Asphalt

Im Straßenbau werden Gesteinskörnungen für den Bau von Asphaltstraßen verwendet. Asphalt besteht aus Mineralstoffen (Gesteinen) und Bitumen als Bindemittel. Werden Art oder Menge dieser Komponenten verändert, bekommt der Asphalt unterschiedliche Eigenschaften und kann so den geforderten Bedingungen angepasst werden.

Anforderungen: Bei der Wahl der Gesteinskörnung sind zu berücksichtigen: Festigkeit, Affinität (Haftverhalten) gegenüber Bindemittel, Polierrestistenz, Farbe, örtliche Verfügbarkeit, Transportkosten.

Verwendung: Kiese und Sande werden für Asphalttragschichten und Asphalttragdeckschichten verwendet. Edelsplitte und Edelsande werden verwendet für Asphaltbinderschichten und Asphaltdeckschichten.

Normen und Standards

  • EN 12620 Gesteinskörnungen für Beton
  • EN 13043 Gesteinskörnungen für Asphalt und Oberflächenbehandlung für Straßen, Flugplätze und andere Verkehrsflächen
  • EN 13242 Gesteinskörnungen für ungebundene und hydraulisch gebundene Gemische für Ingenieur- und Straßenbau
  • EN 13139 Gesteinskörnung für Mörtel
  • EN 13450 Gesteinskörnungen für Gleisschotter
    sowie deren jeweiligen nationalen Übernahmen
  • DIN 18196 Erd- und Grundbau - Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke
  • DIN 4226 Zuschlag für Beton ist durch die o. g. EN ersetzt, außer DIN 4226-100:2002 Gesteinskörnungen für Beton und Mörtel - Teil 100: Rezyklierte Gesteinskörnungen
  • Technische Lieferbedingungen für Gesteinskörnungen im Straßenbau. Ausgabe 2004, TL Gestein-StB, Herausgeber: FGSV-Verlag, Köln; setzt die folgenden Europäischen Normen in Deutschland um:
  • Merkblatt über die Wiederverwertung von mineralischen Baustoffen als Recycling-Baustoffe im Straßenbau (M RC)
  • Merkblatt über die Verwendung von Hausmüllverbrennungsasche im Straßenbau (M HMVA)

Einzelnachweise

  1. Begriffsbestimmungen Teil Straßenbautechnik, Ausgabe 2003, FGSV-Verlag

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