Hauptbestandteile

Die Zusammensetzungen des für Betonfertigteile verwendeten Betons variiert in Abhängigkeit vom herzustellenden Fertigteil in weiten Bereichen, weshalb es eine Vielzahl von Betonarten und Betonrezepturen gibt. Aus diesem Grund wird an dieser Stelle eine allgemeine Zusammensetzung von Beton angegeben.

Die Betonzusammensetzung ist abhängig unter anderem von Parametern wie z. B. Festigkeitsklasse und Umweltbedingungen. Ein Kubikmeter Beton der Festigkeitsklasse C25/30 hat als Mengenanteile rund 300 kg Zement, 180 l Wasser sowie 1850 kg Gesteinskörnung.

Zement
Zur Herstellung von Beton und Stahlbeton nach DIN EN 206 sind i.d.R. Zemente nach DIN EN 197 zu verwenden. (→ Zement).
Die im Beton eingesetzten Zementmengen variieren je nach Anforderung an den Beton, meist zwischen 240 und 340 kg/m³, bei Hochleistungsbeton bis über 400 kg/m³.
Für Fertigteile werden insbesondere frühhochfeste Zemente eingesetzt.

Gesteinskörnungen
Die Gesteinskörnung für Beton beeinflusst sowohl die Festigkeit als auch das Wärmedämmverhalten des Betons. Sie besteht in der Regel aus natürlichem oder künstlichem, gebrochenem oder ungebrochenem, dichtem oder porigem Material, entsprechend den für die Betonart festgelegten Korngrößen. Gesteinskörnungen mit porigem Gefüge (Naturbims, Blähperlit, Blähton, aber auch Polystyrol) werden für wärmedämmende Leichtbetone verwendet. Bei der Produktion anfallende Restmengen werden als Restbetonbeigabe aufbereitet und wiederverwendet (→ Herstellung).

Aus Gründen der Deponieraumverknappung und der nur begrenzt vorhandenen Rohstoffressourcen gewinnt der Einsatz von wiederverwertbaren Bestandteilen aus aufbereitetem Bauschutt als „rezyklierte Gesteinskörnung“ zunehmend an Bedeutung (→ Recyclingbeton).

Wasser
Als Anmachwasser wird entweder Leitungswasser, in eigenen Brunnen gewonnenes Wasser oder Restwasser (siehe Herstellung) verwendet (in der Regel 150 bis 200 l/m³ Beton, bei Hochleistungsbeton ab 130 l/m³).

Betonzusatzstoffe
Betonzusatzstoffe, in erster Linie Flugasche und Gesteinsmehle, werden zur Verbesserung der Frisch- und Festbetoneigenschaften eingesetzt. Bei der Verwendung von Flugasche (FA) wird in der Regel bis zu 20% des Zementes durch FA ersetzt. Silikastaub wird fast ausschließlich bei Hochleistungsbeton eingesetzt. Hierbei werden rund 4 bis 8% des Zementes durch Silikastaub ersetzt. Sowohl bei Einsatz von Flugasche als auch bei Silikastaub ist zu beachten, dass beide Stoffe auf den Wasserzementwert und den Mindestzementgehalt angerechnet werden dürfen.

Für Fertigteile werden i.d.R. nur geringe Mengen an Betonzusatzstoffen eingesetzt, die die Verarbeitungseigenschaften verbessern. Zu große Mengen von Betonzusatzstoffen wie Flugaschen oder Gesteinsmehlen würden insbesondere die Festigkeitsbildung verzögern und die Frühfestigkeit verringern.

Betonzusatzmittel
Je nach Anforderungen und gewünschten Eigenschaften werden dem Beton Zusatzmittel z. B. Betonverflüssiger, Fließmittel, Luftporenbildner oder Beschleuniger zugegeben.

Umwelt- und Gesundheitsrelevanz

Gewinnung der Primärrohstoffe

Je nach Anforderungen des Betons kommen unterschiedliche Rohstoffquellen der Ausgangsstoffe in Betracht. Siehe hier die Datenblätter:

• Zement
• Gesteinskörnung
• Betonzusatzstoffe
• Betonzusatzmittel

Verfügbarkeit

Kies und Sand sind noch ausreichend vorhanden. Es ist aber absehbar, dass die Verfügbarkeit der guten natürlichen Sande je nach Region abnimmt und diese sukzessive durch rezykliertes Material ersetzt werden müssen. Die Rohstoffe für Zement wie Kalkstein, Quarz und Ton sind noch ausreichend verfügbar. Als Betonzusatzstoffe werden auch industrielle Nebenprodukte bzw. Abfallstoffe, wie Flugasche, Hüttensand oder Silicastaub eingesetzt, die begrenzt vorhanden sind (Betonzusatzmittel).

Verwendung von Recyclingmaterialien / Produktionsabfällen

Durch vermehrte Bestrebungen dem Kreislaufwirtschaftsgesetzt gerecht zu werden, nimmt der Druck zu, natürliche Gesteinskörnung durch rezyklierte Materialien zu ersetzten (rezyklierte Gesteinskörnung). Rezyklierte Gesteinskörnung aus Produktionsabfällen der Betonfertigteilwerke kann leichter eingesetzt werden als Baustellenabfälle, da die Zusammensetzung des zu recycelten Betons bekannt ist und Verunreinigungen ausgeschlossen werden können. 

Als leichte Gesteinskörnung wird Blähglas eingesetzt, dass aus recyceltem Altglas gewonnen wird.

Radioaktivität

In Betonen können industrielle Reststoffe in Form von Betonzusatzstoffen wie Flugaschen oder Silicastaub enthalten sein. Auch in Betonzusatzstoffen vulkanischen Ursprungs wie z.B. Trass können die Gehalte an natürlichen Radionuklide angereichert sein. Die Untersuchungen des BfS¹⁾ ergaben, dass auch mit solchen Betonzusatzstoffen der für die strahlenschutzfachliche Bewertung relevante Wert von 1 mSv/a nur in Ausnahmefällen erreicht oder unwesentlich überschritten wird.

Umweltindikatoren / Herstellung

Referenz

Energieaufwand

Der erforderliche Energieaufwand zur Herstellung von Betonfertigteilen ist im Wesentlichen von der Zusammensetzung des Betons abhängig. Als Bestandteil mit dem höchsten Energieinhalt ist hier der Zementgehalt im Beton der bestimmende Faktor. Zusatzmittel haben wegen ihrer geringen Dosiermenge keinen entscheidenden Einfluss auf den endgültigen Energieaufwand. So ergibt sich z. B. bei einer Dosierung von 0,5% vom Zement (300kg Zement) ein zusätzlicher Energieaufwand von ca. 4%.

Weiterer Energieaufwand im Fertigteilwerk entsteht vor allem durch interne Transporte im Werk sowie ggf. erforderliche Wärmebehandlung der Bauteile oder durch die Anlagentechnik bei automatisierter Herstellung.

Arbeitshygienische Risiken

Allgemeines

Bei der Be- und Nachbearbeitung von Betonwaren und Betonfertigteilen kann es zu Staubbelastungen kommen. Neben E-Staub (einatembare Fraktion) und A-Staub (alveolengängie Fraktion) entsteht auch alveolengängiger Quarzstaub aus dem natürlichen Quarzgehalt der eingesetzten mineralischen Rohstoffe. Einatembarer Quarz kann Krebserkrankungen der Atemwege verursachen (BGIA-Report 8/2006).
Schutzmaßnahmen wie z.B. staubarme Arbeitsverfahren sind in Kapitel 4 der TRGS 559 „Mineralische Stäube“ zu finden. 

Bei dem Verbau auf der Baustelle sollte zur Unfallverhütung darauf geachtet werden, nicht unter schwebenden Betonelemente zu stehen/laufen. 
Werden Vergusstaschen, Spalten etc. mit Beton bzw. Einpressmörtel verfüllt wird mit frischem Material gearbeitet, dass einen pH-Wert von 11,0 bis 13,5 besitzt. Auf Grund dieser hohen Alkalität besteht die Gefahr von Reizungen. Berührungen mit den Augen oder der Haut sind zu vermeiden. Persönliche Schutzbekleidung tragen!
Genaue Erläuterungen → auch Grundstoff Zement / Verarbeitung

AGW-Werte

Staubgrenzwerte:

• 10 mg/m3 mineralischer Staub, einatembare Fraktion (E-Staub)
• 3 mg/m3 mineralischer Staub, alveolengängige Fraktion (A-Staub)

Da Quarzstaub mit Erscheinen der TRGS 906 als krebserzeugend K1 eingestuft wurde, ist der ursprüngliche Arbeitsplatzgrenzwert von 0,15 mg/m3 nicht mehr rechtsgültig. In der Handlungs­anleitung für die arbeitsmedizinische Vorsorge der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (BGI/GUV-I 504-1.1, Juni 2009) werden daher Arbeitsverfahren genannt, bei denen der Arbeitgeber eine Arbeitsmedizinische Vorsorgeuntersuchung (G 1.1 Mineralischer Staub, Teil 1: Quarzhaltiger Staub) durchführen lassen muss. Pflichtuntersuchungen sind bei „Schleif-, Schneid- (Trenn-), Schlitz- und Fräsarbeiten von quarzhaltigen Materialien mit schnell laufenden Maschinen“ erforderlich. Bei anderen Arbeiten mit Quarzstaubkontakt sind G 1.1 Untersuchungen anzubieten (BG Bau, 2011).

REACH / CLP

Referenz

Einstufungen und Gesundheitsgefahren nach GISBAU

Chromatarme zementhaltige Produkte können mit dem GISBAU Produkt-Code (GISCODE) ZP 1 gekennzeichnet werden.

• GISBAU Produktgruppeninformation ZP1 (Download)
• GISBAU Produktgruppeninformation ZP2 (Download)

Die Herstellung und Verwendung nicht chromatarmer zementhaltiger Produkte (GISCODE ZP2) ist seit dem 17. Januar 2005 verboten.

Betontrennmittel werden nach Zusammensetzung mit den GISBAU Produkt-Codes BTM 10 – 60 gekennzeichnet:

• BTM 10 Betontrennmittel, nicht gekennzeichnet
• BTM 15 Betontrennmittel, kennzeichnungsfrei, entaromatisiert
• BTM 20 Betontrennmittel, dünnflüssig
• BTM 30 Betontrennmittel, entaromatisiert
• BTM 40 Betontrennmittel, aromatenarm
• BTM 50 Betontrennmittel, entzündlich, entaromatisiert
• BTM 60 Betontrennmittel, entzündlich, aromatenarm

Emissionen

Aus handelsüblichen Betonfertigteilen emittieren – mit Ausnahme von Staub (siehe oben) – bei der Verarbeitung keine gesundheitsgefährdenden Substanzen. Lärmemissionen bei der Montage von Betonfertigteilen entstehen insbesondere von Transportfahrzeugen und Kränen. 

Umweltrelevante Informationen

Energiebedarf

Energie wird insbesondere durch den Transport der Betonfertigteile auf die Baustelle verbraucht sowie für Kräne für die Montage auf der Baustelle.

Wassergefährdung

Beton gilt als nicht gefährlich für die Umwelt. Die Freisetzung größerer Mengen der Zubereitungen in Wasser kann jedoch zu einer pH-Wert-Verschiebung führen und damit unter besonderen Umständen toxisch für aquatisches Leben sein.
Betonzusatzmittel werden nach heutigem Kenntnisstand relativ rasch an die Oberfläche der Zementpartikel sorbiert, sodass die Konzentration in der wässrigen Phase im Beton bzw. im Porenwasser rasch abnimmt. Eine Freisetzung bzw. Auslaugung aus dem Beton ist daher gering, zumal für die Umweltverträglichkeit die aus dem Beton freisetzbaren Substanzen entscheidend sind.

Transport

Betonfertigteile werden i. d. R. per Lkw oder teilweise per Bahn zur Baustelle (Betonpflastersteine auch zum Baustoffhändler) transportiert. Je nach Art und Größe des Fertigteils ist hierfür ein Schwerlasttransport / Sondertransport erforderlich. Der Transportweg von Fertigteilen vom Fertigteilwerk zur Baustelle ist abhängig von der Art des Fertigbauteils und der Lage der Baustelle.

Quellen

BGIA-Report 8 /2006: Quarzexpositionen am Arbeitsplatz. Hrsg: Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaft (HVBG). Online-Quelle [abgerufen im September 2013]

Umwelt- und Gesundheitsrisiken Neuzustand

Generell kann die Freisetzung von umweltrelevanten Stoffen aus dem Beton während der Nutzung (allgemein aus zementgebundenen Baustoffen) über die Mechanismen Auslaugung bzw. Auswaschung (im Wesentlichen anorganische Stoffe), Emission flüchtiger organischer Bestandteile oder Radioaktivität erfolgen.
Maßgebend für eine Beurteilung der Umweltverträglichkeit von zementgebundenen Baustoffen ist die Menge an freigesetzten umweltrelevanten Stoffen, nicht die Mengen, die im Beton insgesamt enthalten sind.
Die Herstellungsart des Betons, also Transportbeton, Ortbeton oder Fertigteilbeton, hat keinen Einfluss auf die Umweltverträglichkeit im Nutzungszustand.

Umwelt- und Gesundheitsrisiken bei bestimmungsgemäßer Nutzung

Schadstoffabgabe / Emissionen in den Innenraum

Aufgrund der Abwesenheit flüchtiger Stoffe verhält sich Beton während der Nutzungsphase unproblematisch hinsichtlich Emissionen von Schadstoffen in den Innenraum.

Bei den derzeit handelsüblichen Bauproduktgruppen sind aus Sicht des Strahlenschutzes keine Einschränkungen erforderlich (siehe Radioaktivität).

Schadstoffabgabe / Emissionen in den Außenraum

Es ist mit keiner Schadstoffabgabe bzw. mit keinen Emissionen in den Außenraum zu rechnen.

Umwelt- und Gesundheitsrisiken im Schadensfall

Brandfall

Betone bergen keine brandrelevante Gefährdung, da sie selbst aufgrund der mineralischen Bestandteile nicht brennbar sind.

Wassereinwirkung

Untersuchungen zum Auslaugverhalten von Betonzusatzmitteln aus Betonen weisen darauf hin, dass deren Wirkstoffe fest in die Zementsteinmatrix eingebunden werden oder aber nur geringfügige Mengen der eingesetzten Grundstoffmengen freigesetzt werden.
Beim Einsatz von Betonzusatzstoffen (z. B. Flugasche) ist zwar mit einem insgesamt höheren Gehalt an Schwermetallen im Beton zu rechnen, die umweltrelevante Auslaugung aus dem Beton ist bei der Verwendung von Flugasche jedoch insgesamt geringer - das Porengefüge des Betons wird durch die puzzolanische Reaktion der Flugasche im Beton selbst deutlich verkleinert und damit die Eluation stark gebremst.

Generell ist anzumerken, dass es in Deutschland bislang kein einheitliches und genormtes Prüfverfahren gibt, um das Auslaugverhalten bzw. die Mobilisierbarkeit der zu betrachtenden Stoffe zu bestimmen. In diesem Bereich werden intensive Forschungen betrieben.