Hauptbestandteile

Die Zusammensetzungen von Ortbeton variieren in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften 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.

Ein Kubikmeter Beton der Festigkeitsklasse C25/30 hat als Mengenanteile 300 kg Zement, 180 l Wasser sowie 1890 kg Gesteinskörnung. Seine Zusammensetzung ist abhängig unter anderem von Parametern, wie z. B. Festigkeitsklasse und Umweltbedingungen (siehe Expositionsklassen).

Zement
Zur Herstellung von Beton und Stahlbeton nach DIN 1045 sind 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.

Gesteinskörnungen
Die Gesteinskörnung für Beton (Betonzuschlag) 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 (→ Nachnutzung).

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). 

Betonzusatzmittel
Betonzusatzmittel (BZM): Je nach Anforderungen und gewünschten Eigenschaften werden dem Beton Zusatzmittel zugegeben, z. B. Betonverflüssiger, Fließmittel, Luftporenbildner, Beschleuniger, Verzögerer, Dichtungsmittel, Einpresshilfen, Stabilisierer, Recyclinghilfen.

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.

Fasern
Insbesondere bei Hochleistungsbetonen zum Beispiel Ultrahochfesterbeton (UHPC) oder speziellen Spritzbetonen werden Fasern eingesetzt, um Eigenschaften wie die Schwindrissbildung, das Bruchverhalten, den Verschleißwiderstand oder das Brandverhalten zu verbessern. Es werden in der Regel Stahl- oder Polymerfasern eigesetzt. Bei Stahlfasern liegt der Gehalt in Abhängigkeit von der Anwendung bei ca. 20-40 kg/m³.

Zusammensetzung verschiedener Betonarten
Normalbeton:

• Zement
• Wasser
• Gesteinskörnung (Quarzkies, Basalt etc.)

Leichtbeton:

• Zement
• Wasser
• Leichte Gesteinskörnung (Blähglas, Blähton, Bims etc.)
• Fließmittel

Schwerbeton:

• Zement
• Wasser
• Schwere Gesteinskörnung (Baryt, Magnetit etc.)
• Fließmittel

Ultrahochfester Beton:

• Zement
• Microsilica
• Wasser
• Gesteinskörnung
• Hochleistungsfließmittel

Beton für Massige Bauteile:

• Zemente mit geringer Hydratationswärmeentwicklung
• Wasser
• Leichte Gesteinskörnung (Blähglas, Blähton, Bims etc.)
• Verzögerer

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, dennoch werden hier Sekundärrohstoffe beispielsweise Hüttensand oder Flugasche eingesetzt, die nur begrenzt vorhanden sind.

Verwendung von Recyclingmaterialien / Produktionsabfällen

Durch vermehrte Bestrebungen dem Kreislaufwirtschaftsgesetzt gerecht zu werden, nimmt der Druck zu, natürliche Gesteinskörnungen durch rezyklierte Gesteinskörnungen zu ersetzten. 

Für Leichtbetone wird auch leichte Gesteinskörnung aus Blähglas eingesetzt, das 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 BfS²⁾ 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 Beton 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%.

Arbeitshygienische Risiken

Allgemeines

Bei der Betonverarbeitung 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.

Unmittelbar nach dem Anmachen stellt sich im Frischbeton ein pH-Wert von 11,0 bis 13,5 ein. Auf Grund dieser hohen Alkalität besteht die Gefahr von Reizungen. Berührungen mit den Augen oder der Haut sind zu vermeiden. Persönliche Schutzbekleidung tragen!

Die Schalungen werden mit Trennmittel behandelt, die meist auf Mineralölbasis hergestellt sind und Lösemittel (auch aromatische) enthalten können. Sie werden meist durch Versprühen aufgetragen. Trennmittel auf Pflanzenölbasis sind weniger problematisch als mineralölbasierte Trennmittel, die Grundsätze des Arbeitsschutzes „Ölnebel nicht einatmen“ und „Haut schützen“ sollten aber auch hier beachtet werden.

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 01 –70 gekennzeichnet:

• BTM 01 Betontrennmittel-Emulsionen, kennzeichnungsfrei
• BTM 05 Betontrennmittel-Emulsionen, konservierungsmittelhaltig
• BTM 10 Betontrennmittel, kennzeichnungsfrei
• BTM 15 Betontrennmittel-Emulsionen, Allergie-Gefahr durch Konservierungsmittel
• BTM 20 Betontrennmittel, dünnflüssig
• BTM 30 Betontrennmittel, entaromatisiert
• BTM 40 Betontrennmittel, aromatenhaltig
• BTM 60 Betontrennmittel, entzündbar, aromatenhaltig
• BTM 70 Betontrennmittel, leicht entzündbar

Emissionen

Durch Steinkohlen Flugasche (→ Betonzusatzstoffe ) können geringe Mengen Ammoniak in den Beton gelangen, die durch das alkalische Milieu rasch wieder ausgetrieben werden und allenfalls zu einer kurzzeitig geringen Geruchsbelästigung während der Verarbeitung führen können. Messungen bei der Verarbeitung von Estrichen mit erhöhten (aufdotierten) Ammoniak-Gehalten haben ergeben, dass die MAK-Werte (50 ppm (= 35mg/m³)) trotz erheblicher Geruchsbelästigung deutlich nicht erreicht wurden, da die Geruchsschwelle wesentlich niedriger liegt. Betontechnische Eigenschaften werden dadurch nicht berührt.
Durch das beim Einbringen des Betons erforderliche Verdichten kann es zu erhöhter Lärmbelästigung durch Rütteln kommen.
Staubemissionen siehe oben.

Umweltrelevante Informationen

Energiebedarf

Bei der Herstellung und Verarbeitung von Frischbeton (als Transportbeton oder Baustellenbeton) wird Energie beim Mischen verbraucht. Die Energiemenge ist abhängig von den verwendeten Mischaggregaten, ist aber im Vergleich zur Energie gering, die beispielsweise bei der Herstellung des verwendeten Zementes aufgewendet werden muss. Des Weiteren wird Energie für den Transport zur Baustelle und beim Pumpen und Verdichten verbraucht.

Wassergefährdung

Beton gilt als nicht gefährlich für die Umwelt. Die Freisetzung größerer Mengen der Frischbetonzubereitungen in Wasser kann jedoch zu einer pH-Wert-Verschiebung führen und damit unter besonderen Umständen toxisch für aquatisches Leben sein. Die Freisetzung von Bestandteilen nimmt mit steigendem Betonalter ab. Auswaschungen treten nur bei direktem Kontakt von Frischbeton mit Wasser oder Boden auf.
Einige Betonzusatzmittel sind als schwach wassergefährdend bis wassergefährdend eingestuft. Eine Einleitung von Zusatzmitteln oder Spülwässer mit Restmengen von Betonzusatzmitteln in Gewässer oder die Kanalisation ist daher nicht erlaubt. 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.

Trennmittel können in den Boden oder ins Wasser gelangen und dort Flora und Fauna belasten. Sie sind meist auf Mineralölbasis hergestellt und können Lösemittel (auch aromatische) enthalten. Als Alternative stehen seit vielen Jahren lösemittelfreie ölige oder wasserbasierte Produkte auf Basis von Pflanzenölen wie z.B. Rapsöl zur Verfügung. Das EU-Umweltzeichen ECO 027 oder der Blaue Engel DE-UZ 178 zeichnen Trennmittel aus, die biologisch abbaubar sind und ein geringes (öko-)toxisches Gefährdungspotenzial aufweisen. Untersuchungen haben gezeigt, dass pflanzliche Trennmittel eine bessere biologische Abbaubarkeit in Böden aufweisen ⁶⁾.

Transport

Beton wird in Deutschland hauptsächlich in Transportbetonwerken hergestellt. Da Beton ein viel eingesetzter Massenbaustoff ist gibt es zahlreiche Transportbetonwerke, weshalb der Transportweg vom Werk zur Baustelle meist verhältnismäßig kurz und regional ist. Wird Ortbeton als Baustellenbeton hergestellt, sind die Transportwege noch kürzer.

Quellen

¹⁾ Betonzusätze – Zusatzmittel und Zusatzstoffe. Zement-Merkblatt Betontechnik B3. 2.2014, Online-Quelle (abgerufen am 17.11.2020)

²⁾ Zement-Merkblatt: H 8: Sichtbeton – Techniken der Flächengestaltung, Online Quelle (zuletzt aufgerufen am 25.06.2014)

³⁾ Motzko C., Schnalke M.: Aktuelle Entwicklungen und Probleme beim Einsatz von Betontrennmitteln. 2003 Institut für Baubetrieb TU Darmstadt, Online Quelle (zuletzt aufgerufen am 13.08.2021)

⁴⁾ BGIA-Report 8 /2006: Quarzexpositionen am Arbeitsplatz. Hrsg: Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaft (HVBG). Online-Quelle [zuletzt abgerufen am 27.12.2022)

⁵⁾ BG Bau (2011): Quarzstäube. Komerding, Jobst (Text). Kompetenzzentrum für Unternehmer – Fortbildung nach der DGUV-Vorschrift 2. Infoblatt 1. Februar 2011

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.