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Beton mit und ohne Bewehrung – ein technisches Experiment

Beton mit und ohne Bewehrung – ein technisches Experiment

Beton mit und ohne Bewehrung – ein technisches Experiment

Mit meiner 9. Technikklasse der Realschule sind wir im Thema Bautechnik unterwegs, und die Klasse konnte sich nicht so recht vorstellen, wie denn so ein paar Stahlstäbe/-matten die Beanspruchbarkeit von Beton verbessern sollen. Das schrie nach einem technischen Experiment. Ich will hier mein Vorgehen beschreiben.

Das technische Experiment ist eine „Standardmethode“ für den Technikunterricht und kann hier nachgelesen werden:

  • Hüttner, A. (2009). Technik unterrichten : Methoden und Unterrichtsverfahren im Technikunterricht. Haan-Gruiten: Europa-Lehrmittel.
  • Henseler, K., & Höpken, G. (1996). Methodik des Technikunterrichts. Bad Heilbrunn: Klinkhardt.
  • Schmayl, W., & Wilkening, F. (1995). Technikunterricht (2., überarb. und erw. Aufl Ausg.). Bad Heilbrunn: Klinkhardt.

Zur Vorbereitung ist natürlich einiges zu tun – es ist besser man erledigt diese mit den SuS, als alleine (wie ich…), dann ist es für die SuS durchschaubarer und für den Lehrer nicht so arbeitsintensiv. Aber für mich als Beton-Neuling war das durchaus die Erfahrung wert. So musste ich selbst erstmal ausprobieren. Die Kollegen meinten, dass Estrich-Beton geeignet sei. Ist er auch, ich bin dann am Ende auf einen sogenannten „Ruck-Zuck-Beton“ ausgewichen (aus Zeitgründen…). Wenn man das erste mal Beton mischt, und dann auch noch im kleinen Maßstab, dann macht man sich viele Gedanken über die Konsistenz und andere Aspekte. Aber der Reihe nach:

Erstmal das Equipment:

  • 40kg Sack Estrichbeton / Ruck-Zuck-Beton
  • Kelle
  • Eimer zum Abmischen (da gibt es entsprechende Modelle, die nicht brechen, sondern biegsam sind. Einfach im Baumarkt nachfragen)
  • Beton-Mischaufsatz für die
  • Bohrmaschine
  • Wasser
  • Bewehrung (Armierung)
    • Hasendraht
    • Metallstäbe
  • Schalung
    • entweder „kreativ sein“ und selbst herstellen, aus Holz → Achtung, verschraubbar gestalten, damit sie wiederverwendet werden kann
    • oder, wie ich, so eine Unterschale für Balkonblumenkästen (40x15x3 cm). Am besten gleich 10 Stück.
  • Sonnenblumenöl mit Lappen
  • (Schwingschleifer)

Vorbereitung:

Zuerst einmal muss die Verschalung vorbereitet werden. Dazu habe ich die Plastikverschalung mit dem Öl eingerieben (wie bei einer Kuchenform), dann löst sich das Teststück hinterher besser. Zunächst muss die Bewehrung zurecht geschnitten werden. Ich habe mich für zwei Lagen des Hasendraht und zwei längliche Metallstücke entschieden (siehe Bilder).

Dann der Beton: Da musste ich ausprobieren. Und wie gesagt, das Mischungsverhältnis Wasser – Beton ist schwierig. Beim Estrichbeton benötigt man nur sehr wenig Wasser. Ein bisschen zu viel, schon ist es zu wässrig, zu trocken, dann lässt er sich für unsere Dimensionen nicht gut verarbeiten, weil er zu grob & bröckelig wird. Der Ruckzuckbeton ist da genügsamer – mehr Wasser ist erlaubt und man kann so dosieren, dass er relativ flüssig wird. Das ist aber wichtig, weil er sich sonst nicht um die Armierung schmiegt und Luftblasen entstehen. Der Vorteil und das Problem mit dem Ruckzuckbeton ist, dass er sehr schnell aushärtet. Schneller, als ich meine Schalungen füllen konnte. Schlussendlich habe ich immer den Beton für 2 Schalungen gemischt und gegossen. Dann wieder neu angemischt.

Für die 2 Schalung im Maße 15×40 habe ich 5 kg Ruckzuckbeton mit ca 600 ml Wasser angerührt (Aber nochmal auf der Tüte nachlesen und die maximale Wassermenge verwenden – das ist die Gelegenheit für die lieben SuS den Dreisatz zu wiederholen). Schön mit der Bohrmaschine und dem Mischaufsatz zu einem recht flüssigen „Teig“ verarbeiten, dann mit der Kelle schichtweise ist die Schalung aufbringen, die Bewehrung einsetzen und immer schön glatt streichen. Bei vier Experimentiergruppen im Unterricht habe ich sicherheitshalber mal je fünf Teststücke mit und ohne Bewehrung angefertigt.

Für die Teststücke mit Bewehrung habe ich zunächst den Boden mit Beton ausgefüllt, dann eine Schicht Hasendraht und die Metallstücke darauf, dann mit Beton abgedeckt und die zweite Lage Hasendraht und wieder abgedeckt.

Das ganze trocknet ruckzuck und in der kommenden Woche können die Schüler dann experimentieren. Aber am besten auch mal selbst vorher ausprobieren!

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Das Experiment:

Hier hangele ich mich an den Phasen entlang.

Zusätzlich benötigtes Material:

  • 4 analoge Körperwaagen
  • 8 Abstandsklötzchen (3x3x15)
  • Arbeitshandschuhe
  • Schutzbrillen
  • Smartphones der SuS oder ähnlich

Einstieg und Problematisierung

Den SuS per digitaler Präsentation Bilder zeigen von Beton mit hoher Beanspruchung. Endend in die Frage „Wodurch kann Beton so beanspruchbar werden?“ (Achtung! Belastung ist etwas anderes als Beanspruchung!)

Hypothesenbildung

Die SuS arbeiten Vermutungen heraus (z.B. auf Kärtchen an der Pinnwand) und formulieren eine Hypothese a la „Beton mit Bewehrung kann stärker beansprucht werden, als Beton ohne Bewehrung“. Hier kann man die Vokabel Bewehrung einführen (Armierung ist nur Umgangssprache). Das führt gleich zum Experiment.

Planung der Versuchsanordnung

Schaut man sich das Bild der S-Bahn-Brücke an, so wird schnell deutlich, das die Betonplatte auf zwei Trägern aufliegt – das stellen wir nach. Auf einer Körperwaage, damit wir den aufgebrachten Druck (Gewicht) ablesen können, bei welchem das Teststück bricht. Die Waage sollte analog und nullbar sein, damit kontinuierlich abgelesen werden kann. Auch Sicherheitsanweisungen müssen hier gegeben werden (Achtung – schwer, Bitte keine Finger einquetschen, Bitte Brille und Handschuhe tragen).

Bau der Versuchsanordnung

Hierzu kann ich nicht viel schreiben – nur, dass ich in den 3er-4er Gruppen, in welchen die SuS arbeiten sollen, verschiedene Aufgaben verteilt habe (Zeitwächter, Materialwart, Tester und Protokollant), welche sie nun erfüllen. Vor allem der Materialwart.

Durchführung des Experiments

Hier kann man viel Spaß haben. Die SuS drücken und brechen. Wichtig: Der Protokollant filmt mit seinem Smartphone die Analoganzeige der Waage, damit hinterher nachgeschaut werden dann, wo das Stück nun wirklich gebrochen ist! Der Protokollant filmt und notiert, der Tester drückt (und stellt sich notfalls auf das Teststück – vor allem auf das mit Bewehrung) bis es bricht, der Materialwart hilft, der Zeitwächter beobachtet die Uhr und das Geschehen.

Am Ende bitte das Aufräumen nicht vergessen. ACHTUNG! Betonkrümel nicht in den Ausguss! Sonst ist der zu. Für immer. Oder bis der Hausmeister ihn aufbohrt… Und saugen.

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Auswertung des Experiments

Die Gruppen haben bei mir dann die ermittelten Werte für mit und ohne Armierung in eine Exceldatei übertragen, welche gleich in einem Säulendiagramm diese übersichtlich darstellte. Das haben die SuS dann auf ein Sicherung-AB übertragen. Bei uns kamen ohne Bewehrung im Schnitt 50 kg als Bruchgrenze ohne Bewehrung und ca. 140 kg mit Bewehrung heraus. Wahnsinn für so eine kleines Teil.

Materialien:

Arbeitsblätter

Excel-Datei

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