Bewehrungsstahl, Betonstahl oder Armierungseisen, früher auch Moniereisen, dient als Bewehrung (Verstärkung) von Stahlbetonbauteilen und wird nach dem Einbau in die Schalung mit Beton vergossen.
Bewehrungsstahl, Betonstahl oder Armierungseisen, früher auch Moniereisen, dient als Bewehrung (Verstärkung) von Stahlbetonbauteilen und wird nach dem Einbau in die Schalung mit Beton vergossen.
Heutzutage kommt in Deutschland ausschließlich Betonstahl mit einer charakteristischen Fließ- oder Streckgrenze von 500 N/mm² zur Anwendung. Die erforderlichen Eigenschaften sind beispielsweise in der EN 1992, DIN 488 (früher DIN 1045-1) oder in der Europäischen Norm EN 10080 geregelt. Der Betonstahl wird in verschiedenen Formen produziert. In Deutschland sind lieferbar:<
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 1,05 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 von Stahl beträgt im Mittel ebenso wie der des Beton rund [1/K]. Die Wärmeleitfähigkeit von Stahl liegt mit 50 [W/(m · K)] jedoch deutlich höher als bei 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. Bei normal- und hochfestem Beton ermöglichen die Rippen eine ausreichende Kraftübertragung über eine relativ kurze Verbundlänge.
Mögliche Ursachen für die Korrosion des Bewehrungsstahls sind Fehlstellen im Beton durch Risse, Kiesnester oder unzureichende Betonüberdeckung, die den Zutritt von Feuchtigkeit und das Einwirken von Chloriden ermöglichen, die etwa in Tausalz und in der Meeresatmosphäre enthalten sind.
Gewöhnlich schützt das alkalische Milieu (pH-Wert von 12–14) des im Beton enthaltenen Zementsteins den Bewehrungsstahl vor Korrosion, wenn der Bewehrungsstahl vollständig und mit einer ausreichenden Betondeckung umschlossen ist. Das Zusammenbinden der einzelnen Bewehrungselemente mit Draht (Rödeln) und die Verwendung von Abstandshaltern (z. B. aufgeklemmte Räder aus Kunststoff, Betonklötze oder -stäbe) zwischen Schalung und Bewehrung soll gewährleisten, dass der Bewehrungsstahl an der vorgesehenen Position im Bauteil liegt und ausreichend vom Beton überdeckt wird.
Beton karbonatisiert mit der Zeit von außen nach innen. Dabei reagiert das im Beton enthaltene alkalische Kalkhydrat mit dem Kohlendioxid der Umgebungsluft zu Kalkstein (Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O) und der pH-Wert des Betons sinkt ab. Ab einem pH-Wert unterhalb von 10 ist der Korrosionsschutz des Stahls, die sogenannte Passivierung, nicht mehr sichergestellt.
Für einen verbesserten Korrosionsschutz oder als Schutz vor Rostläufern bei dünnwandigen Sichtbetonbauteilen kann Betonstahl feuerverzinkt oder mit Epoxid beschichtet werden. Nichtrostender Stahl ist eine weitere Möglichkeit. Relativ neu ist die Glasfaser-Bewehrung. Für kleinere Querschnitte kommen zusätzlich textile Bewehrungen, insbesondere aus Glasfasergelegen, zur Anwendung.
Zum Schutz gegen Korrosion des Bewehrungsstahls infolge Karbonatisierung oder Chlorideindringung kann auch ein Kathodischer Korrosionsschutz mit einer Fremdstromanode, die über Gleichrichter mit einem Schutzstrom (eigentlich nur eine Polarisierung) gesteuert werden, angewendet werden. Dies kann beispielsweise im Brückenbau zur Anwendung kommen.
Alle Varianten unterliegen in Deutschland der Bauaufsicht. Das heißt, abweichend von der Norm hergestellte Tragwerke benötigen eine bauaufsichtliche Zulassung für die eingesetzten Komponenten oder eine Zustimmung im Einzelfall für das spezielle Bauvorhaben durch die Landesbaubehörde. Eine Liste bauaufsichtlich zugelassener Bewehrungselemente führt das Deutsche Institut für Bautechnik.
Oberflächenschutzsysteme wie die Imprägnierung der Betonoberflächen mit einem Hydrophobierungsmittel oder das Aufbringen von Beschichtungen dienen ebenfalls dem verbesserten Korrosionsschutz des Betonstahls, insbesondere, wenn der Beton bereits bis zur Tiefe des Stahls karbonatisiert ist (z. B. im Zuge der Instandsetzung).
Die heutigen Betonstabstähle weisen zwei Rippenflächen auf. Eine der Flächen kennzeichnet durch eine besondere Anordnung der Schrägrippen die Betonstahlsorte. Die andere Fläche trägt die Kennzeichen des produzierenden Werks, welche einander mindestens auf jedem laufenden Meter folgen. Diese beginnen mit zwei verbreiterten Schrägrippen, es folgt jeweils zwischen verbreiterten Schrägrippen zunächst das Land und anschließend das betreffende Werk. Das Feld für das Werk kann in Zehner- und Einerstellen unterteilt sein.
| Land | Kennzeichen |
|---|---|
| Deutschland | 1 |
| Belgien, Luxemburg, Niederlande, Schweiz | 2 |
| Frankreich | 3 |
| Italien | 4 |
| Großbritannien, Irland | 5 |
| Schweden, Norwegen, Dänemark, Finnland | 6 |
| Spanien, Portugal | 7 |
| Griechenland, Lettland, Moldawien, Österreich, Polen, Tschechische Republik, Türkei, Ungarn | 8 |
| Bulgarien, China, Kroatien, Moldawien, Polen, Rumänien, Türkei, Ukraine, Belarus | 9 |
Anmerkungen: Es gibt sowohl in der Ländergruppe 8 wie in der 9 polnische, türkische und moldawische Betonstabstahlhersteller.
Gewindestahl ähnelt gewöhnlichem Bewehrungsstahl. Die eingewalzten Rippen sind jedoch ausgeprägter und so angeordnet, dass sie als Gewinde genutzt werden können. Die Schrägrippen bilden ein grobes Gewinde und das Innengewinde der Schraubmuffen hat ausreichend Luft, um auch bei einer Verschmutzung der Gewindegänge durch Sand und Mörtel noch verwendbar zu sein. Eine typische Verwendung von Gewindestahl mit Durchmessern um 12 mm ist die Sicherung der Seiten einer freistehenden Betonschalung, um beim Einfüllen des frischen Betons nicht auseinander gedrückt zu werden. Die kurzen Gewindestäbe werden dabei gewöhnlich durch ein Kunststoffrohr geführt, das selber im Beton verbleibt, und das spätere Herausziehen des Gewindestabs ermöglicht. Bei nicht verspachteltem Sichtbeton bilden die meist durch graue Stopfen verschlossenen Rohrenden nach Fertigstellung oft ein gleichmäßiges Raster in der Betonoberfläche.
Stärkerer Gewindestahl wird als Spannstahl sowie zur Baugrubensicherung und in der Geotechnik als Verpresspfahl und Erdanker verwendet.
Über das grobe Gewinde lässt sich keine nennenswerte Zugkraft ausüben. Spannstähle werden durch hydraulische Vorrichtungen gespannt. Die anschließend angezogene Schraubmuffe hält den Stahl dann unter Spannung in Position.
Anstelle der üblichen Querkraftbewehrung durch Bügel und Klammern können Doppelkopfanker und Dübelleisten verwendet werden.
Anstelle von Betonstahl werden für verschiedenen Einsatzzwecke auch zugelassene GFK-Bewehrung aus faserbewehrtem Kunstharz verwendet:
Aufgrund der eingewalzten Rippen sind Bewehrungsstähle im ausgehärteten Beton zugfest verankert. Um Zugkräfte von einem Stab an den nächsten weiterzuleiten, werden die Stähle darum gewöhnlich einfach über eine gewisse Strecke nebeneinander gelegt (Übergreifungsstoß).
In Sonderfällen werden Stähle auch auf andere Arten miteinander verbunden. Durch Verschweißen der Stabenden können diese beim Einbau besser in ihrer Lage gesichert werden und es ist eine geringere Überdeckung (parallele Führung der Stabenden) erforderlich.
Bei einer besonders hohen Bewehrungsdichte kann Platz gespart werden, indem auf die Stabenden Gewinde geschnitten werden. Diese können dann über eine Schraubmuffe (Langmutter) miteinander verschraubt werden. Um Bewehrungsstäbe mit anderen Bauteilen zu verbinden, sind aufschraubbare Kupplungsstücke in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Meist werden konische Gewinde verwendet, die das Einschrauben der Stäbe erleichtern, wenn die Stabenden nicht genau fluchten (in einer Linie liegen). Üblich ist u. a. die Bezeichnung TT-Kuplung, wobei TT für engl. tapered thread (konisches Gewinde) steht.
Ist es nicht möglich, den Bewehrungsstahl zum Einschrauben zu drehen, können die Stabenden auch über eine Klemmkupplung verbunden werden.
Erfinder der Eisenbewehrung war der Franzose Joseph Monier, nach ihm nennt man die Bewehrung (Monierung) auch Moniereisen (im Bau-Jargon häufig wie das Verb „monieren“ ausgesprochen). Monier war Gärtner und ärgerte sich, dass die Pflanzkästen aus Beton für die transportablen Orangenbäumchen in den von ihm betreuten herrschaftlichen Gärten zu oft brachen. Andere ältere, aber auch heute noch gebräuchliche Bezeichnungen sind Armierungsstahl (im Gegensatz zu Konstruktionsstahl) oder Schlaffstahl (im Gegensatz zu Spannstahl).
Durch Torsion kaltverformte Bewehrungsstähle weisen eine erhöhte Festigkeit auf. Sie werden als TOR-Stahl bezeichnet und waren lange Zeit durch eine verdrillte Längsrippe aus den Walzüberständen gekennzeichnet, die sich günstig auf den Verbund mit dem Beton auswirkt. TOR-Stahl wurde vom Österreicher Rudolf Schmidt im Jahr 1936/1937 erfunden. Die Bezeichnung, auch Torstahl, ist in Österreich noch gebräuchlich.
Bewehrungsstahl wird heute zum Erreichen der genormten mechanischen Eigenschaften meist über das in den 1970er Jahren entwickelte Tempcore-Verfahren direkt aus der Walzhitze gehärtet oder als Draht kaltgereckt. Seltener wird auch nur über Legierungen die Festigkeit erreicht.
Die in Stahlbetonbauteile einzubauende Bewehrung wird auf Zeichnungen (Verlegeplänen) bezüglich Anzahl, Durchmesser, Form und Lage dargestellt und vermaßt. Für die Bestellung der Bewehrung können auch separate Stahllisten erstellt werden.
Bis Mitte der 1930er-Jahre 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 Mindeststreckgrenze von 340 N/mm², die Gruppe III den BSt 42/50 mit einer Mindeststreckgrenze 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.
| Gruppe | Bezeichnung | Durchmesser [mm] |
min. Streckgrenze [N/mm²] |
Zugfestigkeit [N/mm²] |
min. Bruchdehnung [%] |
|---|---|---|---|---|---|
| I | BSt 22/34 | – | 220 | 340–500 | 18 |
| IIa | BSt 34/50 (naturhart) |
≤ 18 18 |
360 340 |
500–620 500–640 |
20 18 |
| IIb | Sonderbetonstahl BSt 34/50 (kaltgereckt) |
≤ 18 18 |
360 340 |
≥ 500 | 14 |
| IIIa | BSt 42/50 | <18 >18 |
420 400 |
≥ 500 | 18 8 |
| IIIb | Torstahl BSt 42/50 | <18 >18 |
420 400 |
≥ 500 | 18 8 |
| IVa | BSt 500A | – | 500 | – | 16 |
| IVb | BSt 500B Betonstahlmatten |
– | 500 | – | 8 |
