Baustoff Atlas 9783034614481, 9783764372729

Table of contents :
Impressum
Vorwort
Teil A Material und Architektur
1 Die Oberfläche in der zeitge-nössischen Architektur
2 Der Architekt als Baustoffscout
3 Der kritische Weg zur nachhaltigen Bauweise
4 Kriterien für die Auswahl von Baustoffen
5 Die Entwicklung innovativer Materialien
6 Gefühlte Optik - Material und Haptik im Gestaltungsprozess
Teil B Baustoffeigenschaften
1 Naturstein
2 Lehm bau stoffe
3 Keramische Baustoffe
4 Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln
5 Bitumenhaltige Baustoffe
6 Holz und Holzwerkstoffe
7 Metall
8 Glas
9 Kunststoff
10 Ökobilanzierung
Teil C Baustoffanwendungen
1 Gebäudehülle
2 Dämmen und Dichten
3 Installationen
4 Wände
5 Decken
6 Fußböden
7 Oberflächen und Beschichtungen
Teil D Gebaute Beispiele im Detail
Projektbeispiele 1 bis 25
Teil E Anhang
Glossar: Physikalische Stoffkenngrößen
Glossar: Schadstoffe
Verordnungen, Richtlinien, Normen
Literatur
Abbildungsnachweis
Sachregister
Personenregister

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Edition ∂

Baustoff Atlas HEGGER AUCH-SCHWELK FUCHS ROSENKRANZ

Baustoff Atlas HEGGER AUCH-SCHWELK FUCHS ROSENKRANZ

Institut für internationale Architektur-Dokumentation · München

Das Buch wurde erarbeitet am Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen Prof. Manfred Hegger Fachbereich Architektur, Technische Universität Darmstadt www.architektur.tu-darmstadt.de/ee in Verbindung mit Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH & Co. KG, München www.detail.de

Autoren

Fachbeiträge:

Manfred Hegger Prof. Dipl.-Ing. M. Econ Architekt Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen, TU Darmstadt

Christian Schittich, Dipl.-Ing. Architekt Institut für internationale Architektur-Dokumentation, München

Volker Auch-Schwelk Dipl.-Ing. Architekt Fachgebiet Entwerfen und Gebäudelehre, TU Darmstadt Matthias Fuchs Dipl.-Ing. Architekt Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen, TU Darmstadt Thorsten Rosenkranz Dipl.-Ing. Fachgebiet Entwerfen und Energieeffizientes Bauen, TU Darmstadt Wissenschaftliche Mitarbeiter: Jürgen Volkwein, Dipl.-Ing. Architekt (Installationen) Martin Zeumer, Dipl.-Ing. (Glas, Kennwerte, Ökobilanzierung) Studentische Mitarbeiter: Christoph Drebes, Andreas Gottschling, Cornelia Herhaus, Viola John, Yi Zhang

Christiane Sauer, Dipl.-Ing. Architektin Formade / Architektur + Material, Berlin Peter Steiger, Prof. Architekt intep AG, Zürich Alexander Rudolphi, Dipl.-Ing. GFÖB Berlin mbH, Berlin Dirk Funhoff, Dr. rer. nat. BASF, Ludwigshafen Marc Esslinger, frog design gmbh, Herrenberg Karsten Tichelmann, Prof. Dipl.-Ing. Patrik Jakob, Dipl.-Ing. VHT – Versuchsanstalt für Holz- und Trockenbau am Institut für Trocken- und Leichtbau, Darmstadt

Redaktion Redaktion und Lektorat: Steffi Lenzen, Dipl.-Ing. Architektin (Projektleitung) Julia Liese, Dipl.-Ing. Redaktionelle Mitarbeit: Carola Jacob-Ritz, M. A.; Sabine Schmid, Dipl.-Ing.; Manuel Zoller, Dipl.-Ing.

Druck und Bindung: KONKORDIA GmbH, Bühl Herausgeber: Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH & Co. KG, München © 2005, erste Auflage

Zeichnungen: Marion Griese, Dipl.-Ing. Mitarbeit Zeichnungen: Kathrin Draeger, Dipl.-Ing.; Norbert Graeser, Dipl.-Ing.; Emese Köszegi, Dipl.-Ing.; Nicola Kollmann, Dipl.-Ing.; Elisabeth Krammer, Dipl.-Ing.; Andrea Saiko, Dipl.-Ing. Herstellung / DTP: Roswitha Siegler Repro: Martin Härtel OHG, Martinsried 4

Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechts.

Inhalt

Impressum Vorwort

4 6

Teil A

8

1

2 3

4

5

6

Material und Architektur

Die Oberfläche in der zeitgenössischen Architektur Christian Schittich Der Architekt als Baustoffscout Christiane Sauer Der kritische Weg zur nachhaltigen Bauweise Peter Steiger Kriterien für die Auswahl von Baustoffen Alexander Rudolphi Die Entwicklung innovativer Materialien Dirk Funhoff Gefühlte Optik – Material und Haptik im Gestaltungsprozess Marc Esslinger

10

14 18

Teil C 1 2 3 4 5 6 7

Baustoffanwendungen

102

Gebäudehülle Dämmen und Dichten Installationen Wände Decken Fußböden Oberflächen und Beschichtungen

104 132 146 152 162 170 186

22

28

Teil D

202

Gebaute Beispiele im Detail

Projektbeispiele 1 bis 25

204–263

32

Baustoffeigenschaften

36

Teil E

Naturstein Lehmbaustoffe Keramische Baustoffe Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln 5 Bitumenhaltige Baustoffe 6 Holz und Holzwerkstoffe 7 Metall 8 Glas 9 Kunststoff 10 Ökobilanzierung

38 44 48 54

Glossar: Physikalische Stoffkenngrößen Karsten Tichelmann, Patrik Jakob Glossar: Schadstoffe Alexander Rudolphi

264

62 66 76 84 90 98

Verordnungen, Richtlinien, Normen Literatur Abbildungsnachweis Sachregister Personenregister

270 272 275 277 279

Teil B 1 2 3 4

Anhang

268

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Vorwort

Grundlagenwerke über Baustoffe gehören seit langem zur Standardausstattung von Architekten und Ingenieuren. Sie vermitteln umfassende Kenntnisse über Werkstoffe für das Bauwesen, klären über ihre Herkunft, Herstellungsverfahren, Handelsformen und Anwendungsmöglichkeiten auf und schaffen damit ein tieferes Verständnis für Eigenschaften und Verarbeitungsmöglichkeiten. Auch die aktuellen Standardwerke folgen dem überlieferten Strukturprinzip: ein nach Baustoffgruppen gegliederter Überblick, umfassend angelegt in ihren bauphysikalisch-technischen Aussagen. Dieses bewährte, technisch-sachorientierte Format wird in jüngerer Zeit durch weitere Publikationsreihen ergänzt. Zum einen sind dies teils großformatige Material-Musterbücher, die in ihrer primär visuellen Vermittlungsform wie eine Antithese zu den beschriebenen Grundlagenwerken wirken. Sie präsentieren umfangreiche Paletten von Materialien oder führen in die Vielfalt der Möglichkeiten einzelner Materialgruppen ein. Sie machen die verfügbare Vielfalt stofflich oder in gebauten Zusammenhängen sichtbar. Dies verdeutlicht das zunehmende Bedürfnis, die sinnliche Erfahrungsebene von Baustoffen in den Mittelpunkt von Materialentscheidungen zu stellen und damit die visuellen und sinnlich erfahrbaren Qualitäten unserer gebauten Umwelt zu verbessern. Das Metier dieser Bücher ist die Oberfläche der Baustoffe. Zum anderen sind seit einiger Zeit Veröffentlichungen und Zahlenwerke erhältlich, die vornehmlich die Auswirkungen von Baustoffen auf Umwelt und Gesundheit, ihre Dauerhaftigkeit und Recyclingfähigkeit sowie andere Nachhaltigkeitskriterien betrachten. Diese Parameter wurden lange vernachlässigt, obwohl das Bauwesen den größten Anteil aller Rohstoffe und der Energie verbraucht und – trotz vergleichsweise hoher Dauerhaftigkeit seiner Produkte – zugleich den Löwenanteil des Abfalls produziert. Diese Auswirkungen des Bauens haben vor allem in Materialentscheidungen ihren Ursprung. Ihre Kriterien und Indikatoren sind bislang nur einem fachlich versierten Leserkreis zugänglich. 6

Der vorliegende Baustoff Atlas verbindet die Inhalte dieser drei Formate miteinander. Er fasst die technischen, sinnlichen und erstmals auch die ökologischen Betrachtungsebenen anschaulich in einem Werk zusammen. Damit schließt er, der Tradition der Atlanten dieser Edition folgend, eine empfindliche Lücke. Dem Leser wird eine umfassendere Betrachtung von Baustoffen erschlossen. Die Baustoffwahl kann auf dieser Grundlage mit mehr Umsicht und Sorgfalt erfolgen, sie wird zudem besser zu begründen sein als dies bislang möglich war. Die sorgfältig aufbereiteten, umfangreichen Kennwerte ermöglichen nun, insbesondere für die Kategorien der Effizienz und der Nachhaltigkeit im Bausektor, prüfbare Angaben anstelle vager Behauptungen. Dies bedeutet auch den Abschied von pauschalen Urteilen über Baustoffe: An sich ist kein Baustoff uneingeschränkt zu empfehlen oder zu verwerfen. Wird damit alles baubar im Sinne von »anything goes«? Nein, es kommt immer auf den konstruktiven, bauphysikalischen, den funktionalen und umweltbezogenen Kontext und Umfang des Materialeinsatzes an. Mit dem Baustoff Atlas kann auf die gewünschte Anwendung hin geprüft werden, ob sich das geplante Material eignet oder als kritisch zu bewerten ist. Ungünstige Ergebnisse müssen damit nicht zwingend zum Ausschluss eines ökonomisch oder gestalterisch bevorzugten Materials führen. Zunehmend werden Materialeigenschaften »custom-made« beeinflussbar. Architekten, Designer und Ingenieure werden in Zukunft, auch mit Hilfe des hier verfügbar gemachten Wissens, gewünschte Eigenschaften spezifizieren und an der Entwicklung neuer, hocheffizienter Materialien mitwirken. Sie können damit zugleich wesentlich zur Verbesserung der Bauqualität und zur Erweiterung des gestalterischen Repertoires beitragen. Die Materialwahl bestimmt ganz entscheidend Darstellung und Wahrnehmung von Gebäuden, nicht nur ihrer Oberflächen. Über lange Zeit war das Materialangebot für das Bauen sehr eingeschränkt. Das Wissen über Stoffe wurde über Generationen hinweg erworben und weitergetragen. Die größer werdende Welt der

Materialien stellt heute eine breite Auswahl von Stoffen zur Verfügung, aus denen Architektur entsteht. Das Risiko der Anwendung neuer Baustoffe ist dabei hoch, denn Langzeiterfahrungen liegen nicht vor. Dennoch prägen spielerischer Umgang und Experimentierfreude mit Materialien zunehmend unsere Architektur. Materialdiversifikation, Materialverfremdung, bewusster Materialmissbrauch oder Materialtransfer aus baufremden Bereichen sind anerkannte Stilmittel geworden. Neben dem Primat der architektonischen Form tritt die Rhetorik des Materials zunehmend in den Mittelpunkt des baukulturellen Schaffens. Die vielfältigen Innovationen erzeugen bei Architekten und Ingenieuren einen erheblichen Informationsbedarf. Der Baustoff Atlas kann jedoch nicht jedes Material darstellen, jedem Trend nachspüren. Seine Autoren haben dennoch versucht, der Vielfalt der heutigen Möglichkeiten Rechnung zu tragen: durch ein breites Spektrum behandelter Materialgruppen, durch ihre Beschreibung in verschiedenen Anwendungszusammenhängen und durch die unmittelbare Vergleichsmöglichkeit ihrer Eigenschaften. Die verschiedenen Betrachtungsebenen können für ungewöhnliche Materialgruppen vielleicht in Ansätzen ausgleichen, was tradierte Baustoffe ohnehin auszeichnet: abgesicherte Bekanntheit ihrer Eigenschaften, Vertrautheit im Umgang mit dem Material. Der Aufbau des Buchs folgt der Vorgehensweise bei der Auswahl von Baustoffen und ihrer Integration in Entwurf und Konstruktion. Teil A »Material und Architektur« nähert sich aktuellen und grundlegenden Aspekten der Materialauswahl. Die Beiträge verdeutlichen den Einfluss der Materialwahl auf die zeitgenössische Architektur, sie spüren den damit verbundenen Such- und Auswahlprozessen nach. Sie legen die Bedeutung von Nachhaltigkeitskriterien bei der Materialauswahl dar und beschreiben die Dynamik der Entwicklung innovativer Baustoffe. Die enorme Wirkung, welche die Oberfläche von Materialien als Schnittstelle zwischen Objekt und Benutzer

nicht nur im Design ausübt, wird veranschaulicht. Sie wird in der Architektur vielfach noch unterschätzt. Teil B »Baustoffeigenschaften« widmet sich der übergeordneten Betrachtung von Materialien. Hier werden die Materialien nach Gruppen sortiert und nach ihrer Entstehung und Herkunft, Verarbeitungsweisen, aber auch nach ihrer chemischen Zusammensetzung, ihren physikalischen Eigenschaften sowie ihrer Wirkung und Gestalt beschrieben. Die Grundlagen zur Anwendung der behandelten Baustoffe sind hier zusammengefasst, materialspezifische Risiken benannt. Die bauphysikalischen Eigenschaften werden weitgehend tabellarisch dargestellt. Wo immer möglich, verdichten sich Aussagen in Bildform oder Diagrammen. Am Ende dieses Teils sind die stoffbezogenen Umweltkennwerte beschrieben und für die wesentlichen Baustoffe praxisorientiert zusammengefasst. Über gebräuchliche Bezugseinheiten wie m2 oder kg werden sie anschaulich und vergleichbar. Die stoffliche Betrachtung allein bleibt für das Entwerfen und Konstruieren immer dann abstrakt, wenn Materialien breite Anwendungsmöglichkeiten besitzen. Dies gilt für die meisten Baustoffe. Ein Beispiel: Metalle können ebenso gut in konstruktiven Bauteilen zum Einsatz kommen wie als Außenwandbekleidung oder Unterdecke, als Installationsrohr oder als Fassadenprofil. Die Autoren sahen daher die zusätzliche Aufgabe, neben der großen Bandbreite möglicher Materialien auch die Einheit von Material und Entwurf zum Gegenstand zu machen. In diesem Zusammenhang wurde die Notwendigkeit erkannt, die unterschiedlichen Möglichkeiten und Bindungen zu formulieren, die sich aus spezifischen Anwendungen ergeben.

hülle oder Decken) bezogen. Die Vielfalt der gestalterischen Möglichkeiten und ihrer Rahmenbedingungen erschließt sich unmittelbar. Dies gilt auch für die Nachhaltigkeitskriterien. Am Ende jedes Abschnitts werden verschiedene Konstruktionen mit typischen Schichtaufbauten tabellarisch verglichen; hier sind bauteilbezogene Umweltauswirkungen und Dauerhaftigkeitsaspekte unmittelbar ablesbar. Sie ermöglichen es, zu einem frühen Planungsstadium bereits die Gesamtbelastung der Umwelt durch Bauteile und das Gesamtgebäude abzuschätzen. Auch für diesen Teil gilt: Die Darstellungsweise orientiert sich an der Notwendigkeit einer weitgehenden Verdichtung der Information und damit zugleich an Sehgewohnheiten von Architekten – über Fotos, Zeichnungen und Grafiken als bevorzugte Wissensvermittler. Bei der Auswahl der im Teil D »Gebaute Beispiele« dokumentierten Architektur stand jeweils die Beziehung zwischen architektonischem Ausdruck und verwendeten Materialien im Vordergrund. Es wurden weitgehend aktuelle Projekte ausgewählt, die durch ihre auf wenige Materialien beschränkte Oberflächengestaltung hervortreten. Die Darstellung der Projekte hebt ihre Materialität hervor und zeigt beispielhaft Detaillösungen der Materialanwendung. Deutlich werden soll die architektonische Kraft, die aus einer sparsamen und geschickten Materialwahl hervorgehen kann. Abschließend danke ich allen Mitarbeitern meines Fachgebiets, allen Institutionen und Personen, die beim Entstehen dieses Werks kompetent mitgewirkt haben und es durch Zuwendung von Mitteln großzügig unterstützt haben.

Darmstadt, im August 2005 Manfred Hegger

Entsprechend beschreibt Teil C »Baustoffanwendungen« Konstruktionen von Bauteilen unter dem Aspekt des Baustoffeinsatzes. Neben funktionalen und konstruktiven Aspekten sind auch bauphysikalische Kriterien wie Brand-, Wärme- oder Schallschutz spezifisch auf die jeweilige Anwendung (etwa Gebäude7

Teil A

Material und Architektur

1 Die Oberfläche in der zeitgenössischen Architektur Christian Schittich 2 Der Architekt als Baustoffscout Christiane Sauer 3 Kriterien für die Auswahl von Baustoffen Alexander Rudolphi 4 Der kritische Weg zur nachhaltigen Bauweise Peter Steiger 5 Die Entwicklung innovativer Materialien Dirk Funhoff 6 Gefühlte Optik – Material und Haptik im Gestaltungsprozess Marc Esslinger

Abb. A

über mehrere Jahrhunderte ausgetretene Kalksteintreppe zum Chapter House, Wells Cathedral (GB) ab 1200, Adam Lock u.a.

Die Oberfläche in der zeitgenössischen Architektur Christian Schittich

Die zunehmende Überflutung mit Reizen, Sinneseindrücken und bunten Bildern macht vor der Architektur nicht Halt, wenn auch die Reaktionen darauf unterschiedlich ausfallen. Ein Teil der Architekten passt sich den Gegebenheiten an und reagiert mit ebenfalls bunten, serigraphierten Bildern auf sprödem Glas. Oder mit großflächigen farbigen Mustern, flimmernden Medienfassaden und erleuchteten Screens. Andere dagegen besinnen sich auf die Qualität bewährter Baustoffe – auf massiv gefügten Naturstein oder Sichtbeton, unbehandeltes Holz oder Ziegelmauerwerk, um in einer zusehends virtuellen Welt die physische Präsenz eines Bauwerks zu demonstrieren oder in bewussten Kontrast zur lauten Umgebung zu treten. Für welche Herangehensweise man sich auch entscheidet: Die Oberfläche spielt stets eine dominierende Rolle. Über die Oberflächen, die wir sehen und fühlen, nehmen wir Architektur im Wesentlichen wahr. Mit ihrer Farbe, Struktur und Ausstrahlung prägen sie den Charakter von Innenraum und Fassade. Seit Urzeiten und in allen Kulturen lassen die Menschen den Oberflächen ihrer Häuser und Räume eine besondere Aufmerksamkeit zukommen, gestalten und verzieren sie. Das zeigen die Wandteppiche in den Zelten der Nomaden, die bunte Bemalung in alten Kirchen und Schlössern oder die Fliesen und Stuckverzierungen islamischer Architektur (Abb. A 1.1). In der zeitgenössischen Architektur wechseln sich Strömungen, die die Form in den Mittelpunkt stellen, mit anderen ab, welche die Hülle thematisieren. Zurzeit ist die Betonung der Oberfläche hochaktuell. Das hängt mit der zunehmenden Trennung von Tragwerk und Hülle zusammen, aber auch mit neuen technischen Möglichkeiten wie dem Bedrucken von Glas und Kunststoff oder der Vervielfältigung von Mustern mittels Computertechnologie. Und natürlich hat dieser Trend auch mit der wachsenden Bedeutung der Medien zu tun, in deren Folge das Abbild eines Gebäudes manchmal wichtiger erscheint als das Gebäude selbst. Mit der Oberfläche aber rückt auch das Material ins Zentrum der Betrachtung und wird immer öfter regelrecht inszeniert. An der Oberfläche tritt es in Erscheinung und prägt mit seinen spezifischen Eigenschaften ihre Ausstrahlung, die ganz entscheidend davon abhängt, ob es sich um tradierte oder industriell gefertigte Baustoffe handelt, ob das Material naturbelassen eingesetzt oder (zum Korrosionsschutz) beschichtet wurde, ob es glänzend oder matt, strukturiert oder gleichmäßig ist oder ob es im Laufe der Zeit (gewollt oder ungewollt) sein Aussehen und seine Eigenschaften ändert. Wie etwa Holz, das einen silbergrauen Ton annimmt, Metalle, die patinieren und stumpf werden, oder der unbehandelte Sandstein, der sich mit der Zeit schwarz verfärbt. Im Gegensatz zu früher, als für die üblichen Bauaufgaben meist nur auf die vor Ort verfüg-

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A 1.1

baren Materialien zurückgegriffen werden konnte, steht uns heute eine bis dato nicht gekannte Vielfalt an Baustoffen aus aller Welt zur Verfügung, die sich stetig durch Neuentwicklungen aus der Industrie vergrößert. Das bringt ungeahnte Möglichkeiten, aber auch Gefahren mit sich, zumindest aber die Qual der Wahl. Darüber hinaus führt die zunehmende Inszenierung des Materials, die sich nicht auf überlieferte Baustoffe beschränkt, dazu, dass immer häufiger Produkte aus anderen Bereichen der Industrie, die beim Bauen bisher keine Verwendung fanden, in der Architektur zum Einsatz kommen. »Authentische« Materialien

Der bewusste Umgang mit dem Material in der gegenwärtigen Architektur ist nicht neu. Tadao Ando etwa nutzt seit mehr als 20 Jahren »authentische Baustoffe mit Substanz«, wie unbehandeltes Holz oder (anknüpfend an Le Corbusier oder Louis Kahn) Sichtbeton in seiner rohen Kraft, um Räume zu schaffen und Stimmungen zu erzeugen. In seinen besten Bauten sind die Oberflächen nicht absolut eben, sondern innerhalb der einzelnen Schalungsfelder leicht gewellt, was durch das Spiel des Lichts und die entsprechenden Schatten zu einer raffinierten Lebendigkeit der Oberfläche führt (Abb. A 1.4). Ando verhalf mit seinen Bauten dem Sichtbeton zu einer Renaissance. Meist sind es allerdings die vollkommen glatten, streng im Raster der Schaltafeln gegliederten und von einem gleichmäßigen Muster echter und manchmal auch vorgetäuschter Ankerlöcher perforierten Oberflächen seiner immer größeren Werke, die weltweit Nachahmer finden. Heute tritt Beton zunehmend in der ganzen Vielfalt seiner Erscheinungsformen ans Licht: Durch die Verwendung grober Schalbretter, durch nachträgliches Kannelieren oder Stocken erhält er einen effektvollen, rauen Charme, die Beimischung von Farbpigmenten oder bestimmten Zuschlagstoffen verleihen ihm eine besondere Materialqualität. Jacques Herzog & Pierre de Meuron etwa ließen die Außenwände des Schaulagers in Basel (2003) nachträglich mit dem Hammer abklopfen, um einen lehmähnlichen Charakter zu erhalten

Die Oberfläche in der zeitgenössischen Architektur

A 1.1 A 1.2 A 1.3 A 1.4

glasierte Fliesen und Stuckverzierungen, Alhambra, Granada (E) 14. Jh. französische Nationalbibliothek, Paris (F) 1996, Dominique Perrault mit Gaëlle Lauriot Prévost Thermalbad, Vals (CH) 1996, Peter Zumthor Sonntagsschule, Ibaraki (J) 1999, Tadao Ando

A 1.2

(siehe S. 112, Abb. C 1.27 c), während die Baseler Architekten Morger Degelo Kerez dem Beton am Kunstmuseum Liechtenstein (2000) durch Beimischung von gebrochenem grünem und schwarzem Basalt, Flusskies und schwarzem Pigment sowie durch aufwändiges Schleifen der Oberflächen die Ausstrahlung von Marmor verleihen (siehe S. 112, Abb. C 1.27 d). »Echter« Naturstein wird dagegen heute fast ausschließlich an der Oberfläche eingesetzt, in Form von dünn geschnittenen Platten oder gar nur wenige Millimeter dick auf Alu-Paneele aufgeklebt, wie es unzählige Fassaden und Foyers von Bankgebäuden und Versicherungen zeigen. Damit gibt sich Peter Zumthor – wie Tadao Ando ein Virtuose im Umgang mit dem Material – nicht zufrieden. Seine Bauten beziehen ihre eindrückliche Kraft aus dem bewussten Einsatz weniger, überwiegend unbehandelter Baustoffe wie Stein, Holz oder Beton. Zumthor möchte das »eigentliche Wesen dieser Materialien, das bar jeglicher kulturell vermittelter Bedeutung ist«, freilegen, die »Materialien in der Architektur zum Klingen und Strahlen« bringen [1]. Bei Werken wie dem steinernen Thermalbad in Vals (1996) oder der mit Lärchenholzschindeln bekleideten Kapelle in Sumvitg (1988) knüpft er mit der Wahl der Baustoffe an lokale Traditionen an und verwurzelt so die Bauwerke in ihrer Umgebung: Wie ein aus dem Berg gewachsener Monolith steht beispielsweise das Valser Bad in der Landschaft, wobei der Stein – in Form von massiven Wänden aus örtlichem Quarzit oder als Bodenbelag und Innenbekleidung der Wasserbecken aus demselben Material – außen wie innen zu einer Vielzahl ästhetischer und haptischer Erfahrungen führt.

perforierten Metallen, durch Bedrucken, durch Ätzen oder durch den gezielten Einsatz von Spiegeleffekten und Reflexen geschehen. Eigenart und Gegensätzlichkeit von zwei unterschiedlichen Materialien – Beton und Glas – thematisiert Peter Zumthor eindrucksvoll am Kunsthaus in Bregenz (1997). Den monolithischen Kern aus gegossenem, unbeschichtetem Beton von Wänden und Böden umhüllt er mit einem geschuppten Mantel aus geätztem Glas (siehe S. 86, Abb. B 8.8) und visualisiert dabei eindrucksvoll die stofflichen Qualitäten des an sich »unsichtbaren« Materials. Durchscheinend, aber nicht transparent, ändert die baulich gleichförmige Hülle je nach Blickwinkel,

A 1.3

Tageszeit und Lichtverhältnissen ihr Aussehen. Bei der Spitalpharmazie in Basel (1999) erreichen Jacques Herzog & Pierre de Meuron die Entmaterialisierung des Baukörpers, indem sie serigraphierte Gläser verwenden (siehe S. 117, Abb. C 1.36 c). Hier ist ein vollkommen gleichmäßiges grünes Punktraster auf die Fassadenbekleidung aus Glasplatten aufgebracht, die das gesamte Gebäude bis in die Fensterlaibungen hinein umhüllen. Sie erreichen damit eine sich entsprechend der Distanz des Betrachters ändernde Erscheinung. Von Weitem wirkt der Baukörper homogen grün, aus nächster Nähe werden die einzelnen Punkte erkennbar. Der Raster ist so grob, dass die dahinter liegenden Dämmplatten und Befesti-

Industriell gefertigte Materialien

Glas und transparente Kunststoffe, aber auch Metallgewebe ermöglichen es in besonderem Maße, mit der Oberfläche zu spielen, die physische und die optische Grenze zu trennen. Besonders reizvoll ist es dabei, den vielschichtigen Bereich zwischen Transparenz und Transluzenz auszuloten. Das kann durch Überlagerung der Gläser mit Lamellen oder A 1.4

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Die Oberfläche in der zeitgenössischen Architektur

A 1.5

gungsklammern erkennbar bleiben: Die Bewegung des Betrachters führt zu ständigen visuellen Interferenzphänomenen, die den Baukörper beleben und seine harten Konturen brechen. Die Spiegelbilder der umstehenden grünen Laubbäume verschmelzen mit den Fassaden. Die österreichischen Architekten Andreas Lichtblau und Susanna Wagner arbeiten beim Kirchenzentrum in Podersdorf am Neusiedler See (2001) ebenfalls mit Glasplatten, nutzen diese aber für eine subtile Form der Dekoration. Eine vor die Gebäudegruppe gestellte raumbildende und integrierende Glaswand bedrucken sie mit Textpassagen von Kindern der Kirchengemeinde, kombiniert mit Bibelzitaten (siehe S. 117, Abb. C 1.36 d). Auf diese Weise erzeugen sie nicht nur interessante Lichteffekte auf den dahinter liegenden Gebäuden, sondern eine Art Medienfassade,

A 1.6

die eine Botschaft vermittelt. Die Bedruckung mit Texten oder Bildern – mit in erster Linie ästhetischen Effekten – bleibt nach wie vor die gängige Form der Medienfassade, denn aktive Gebäudehüllen mit bewegten Bildern und wechselnden Nachrichten konnten sich (abgesehen von Werbescreens in den Zentren der Metropolen) trotz viel versprechender Ansätze bis heute kaum durchsetzen. Auch Matthias Sauerbruch und Louisa Hutton greifen bei der Polizei- und Feuerwache in Berlin auf die Möglichkeiten zurück, die sich aus der Beschichtung von Glas ergeben (siehe Beispiel 24, S. 258ff.). Im Gegensatz zu den beiden vorangehenden Beispielen geht es ihnen aber weniger um die Effekte der Transparenz als vielmehr um die Gestaltung großer Farbmuster, die einen zusätzlichen Reiz aus den Spiegeleffekten auf den Glasoberflächen beziehen.

Eine gelungene Inszenierung des im Moment in der Architektur so beliebten Materials Kunststoff schaffen Herzog & de Meuron am Laban Centre im Südosten von London (2003). Dreifach-Stegplatten sind hier so geschickt in Szene gesetzt, dass daraus ein edles, schillerndes Gebilde entsteht (Abb. A 1.7). Es nimmt die Kubaturen seiner Umgebung auf, gleichzeitig verschwimmen seine Konturen mit dem Himmel, was zu einer beinahe unrealistischen, schwer zu fassenden Erscheinung führt. Besonders subtil wird dabei die Farbe verwendet, denn nur die Rückseiten einzelner Kunststoffplatten sind eingefärbt. Das verstärkt die schimmernde, pastellartige Wirkung. Abhängig von Lichteinfall und Standpunkt erzeugt das Material ein Spiel raffinierter, ständig changierender Farbstimmungen. Im Inneren entsteht aus dem Zusammenspiel mit der zweiten Fassadenschicht aus transluzentem Glas ein angenehmes, zart farbiges Licht, das eine positive Atmosphäre erzeugt und optimal zu den Tanz- und Übungsräumen passt. Kunststoffe als gewellte Tafeln oder Stegplatten finden beim Bauen als preisgünstige Produkte seit Jahrzehnten Verwendung, allerdings eher in Nebenbereichen. In der Architektur führten sie – ähnlich wie Sperrholz, Streckmetall oder Faserzementplatten – eher ein Schattendasein, bis im Zuge einer neuen Materialsensibilität ihre ästhetischen Qualitäten entdeckt und buchstäblich an die Oberfläche gebracht wurden – an den Schauseiten von Fassaden und Innenräumen. Im Gegensatz dazu sind die Edelstahlgewebe, die Dominique Perrault erstmals in der Natio-

A 1.7

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Die Oberfläche in der zeitgenössischen Architektur

nalbibliothek in Paris (1995) einsetzt, ein Beispiel für die sinnvolle Translokation eines Materials aus der Industrie (wo es beispielsweise in Form von Sieben eingesetzt wird) in die Architektur. In Lesesälen, Treppenräumen und anderen öffentlichen Innenbereichen dient das durchscheinende Material für akustisch wirksame Wand- und Deckenbehänge, die Installationen verbergen, für transluzente Trennwände oder als Sonnenschutz. Die strukturierende licht- und luftdurchlässige zweite Haut verleiht den Räumen eine besondere Qualität (Abb. A 1.2). Heute taucht das Material allerorts auf – vom Bankfoyer bis zum Flughafenparkhaus. Auch an Fassaden lässt es sich wirkungsvoll einsetzen, wie etwa bei der geschwungenen Haut aus Edelstahlgewebe des Kulturzentrums in Lille von NOX (siehe Beispiel 15, S. 234ff.). Die Fassade ändert ihr Erscheinungsbild je nach Wetterlage und Tageszeit – mal glänzt sie in der Sonne und verbirgt, was sich hinter ihr befindet, dann wieder liegt sie wie ein durchscheinender, feiner Schleier vor dem Gebäude. Veränderbare Oberflächen

Die Wirkung und Ausstrahlung einer Oberfläche wird wesentlich von den Eigenschaften der Materialien geprägt, vom Zusammenspiel unterschiedlicher Baustoffe, vom Wechsel zwischen geschlossenen und offenen Bereichen – oder gar von beweglichen Elementen. Veränderbare Hüllen sind dabei kein neues Phänomen. Die Fensterläden früherer Tage fallen ebenso in diese Kategorie wie der textile Sonnenschutz, der nicht nur eine Funktion

erfüllt, sondern seit jeher auch gestalterisch eingesetzt wird. Doch kaum je zuvor wurde der ästhetischen Wirkung veränderbarer Fassaden so viel Gewicht beigemessen, wurde der Kontrast zwischen geöffnetem und geschlossenem Zustand von Falt-, Klappoder Schiebeläden so inszeniert wie heute. Das gilt auch für das Studentenwohnheim im portugiesischen Coimbra (1999) von Manuel und Francisco Rocha de Aires Mateus, wo eine vollkommen glatte, homogene Fläche aus Holzpaneelen durch Öffnen der Elemente zu einer spannungsvoll gegliederten Außenwand wird (Abb. A 1.5 und A 1.6). Oder für das schlichte, kubische Wohnhaus aus Naturstein von MADA (siehe Beispiel 05, S. 212f.), dem Klapp- und Schiebeläden viel von seiner Strenge nehmen. Dass Oberflächen nicht immer starr sein müssen, zeigt das sicherlich extreme Beispiel des Holländischen Pavillons auf der Expo 2000 in Hannover von MVRDV, wo Wasser als strukturierender Schleier über die Außenhaut fließt und mit seinen Bewegungen zu vielfältigen kaleidoskopartigen Mustern und zum ständigen Wechsel von Durchsicht und Durchscheinen führt. Die Oberfläche im Innenraum

Neben dem Raum selbst spielen beim Innenausbau die für Wände, Böden, Decken und Möblierung verwendeten Materialien eine wesentliche Rolle. Ihre Oberfläche, ihre Textur und Farbe prägen ganz entscheidend die Atmosphäre. Ganz anders als bei der Fassade kommt der Nutzer im Innenraum in unmit-

A 1.8

telbaren Kontakt mit den Stoffen. Er kann sie aus der Nähe sehen, betasten, fühlen, vielleicht sogar riechen. Natürliche und erdverbundene Materialien wie Holz, Naturstein und Beton strahlen Wärme aus, zeigen sinnliche Materialität, während künstliche und beschichtete Baustoffe gerne dazu genutzt werden, formale Vorstellungen umzusetzen. Bei der minimalistischen Wohnraumgestaltung von John Pawson (1999) etwa prägt vor allem das Material Holz mit seinem rötlichen Ton und seiner Maserung den Charakter des Raumes, während es bei der Modeboutique von Propeller z (2000) in Wien die geschwungenen Formen und die kräftigen Gelbtöne der Lackierung sind (Abb. A 1.8 und A 1.9). Ob Kunststoff, Glas oder Holz, ob veränderbar oder minimalistisch, bunt gefärbt oder monochrom: Mit seiner ganzen Vielfalt an Möglichkeiten ist das Thema Oberfläche heute so spannend wie selten zuvor. Eine ungemeine Freude am Experiment ist allerorts zu sehen, Grenzen werden ausgelotet, überlieferte Sehgewohnheiten in Frage gestellt, neue Materialien und Konzepte erprobt. Doch manchmal ist der Grat zwischen sinnvoller Innovation und banaler Effekthascherei schmal. Die zunehmende Konzentration auf die Oberfläche birgt auch die Gefahr der Oberflächlichkeit. Dies gilt umso mehr für die im Moment so beliebten applizierten Ornamente, wobei die Grenze zwischen sinnvoll aufgebrachten Mustern und reiner Dekoration natürlich fließend ist. Anmerkungen: [1] Zumthor, Peter: Architektur denken. Basel / Boston / Berlin 1999

A 1.5–6 A 1.7 A 1.8 A 1.9

Studentenwohnheim, Coimbra (P) 2000, Manuel und Francisco Rocha de Aires Mateus Laban Centre, London (GB) 2003, Jacques Herzog & Pierre de Meuron Wohnhaus, London (GB) 1999, John Pawson Modeladen, Wien (A) 2000, propeller z

A 1.9

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Der Architekt als Baustoffscout Christiane Sauer

A 2.1

A 2.2

Seit jeher versuchen Architekten das Entwurfspotenzial der verfügbaren Werkstoffe auszuschöpfen. Früher beschränkten sich die gestalterischen Möglichkeiten meist auf regionale Baumaterialien und traditionelle Verarbeitungstechnologien. Dies hat sich in den letzten Jahrzehnten durch die Globalisierung des Handels und die weltweit vernetzte Kommunikation und Transportlogistik entscheidend geändert. Die Suche nach dem »perfekten« Material wird für den Architekten zur Suche nach der Stecknadel im globalen Heuhaufen. Bei der Recherche nach innovativen Materialien kristallisieren sich zwei Ansätze heraus: Entweder man findet technologische Neuheiten oder transformiert bestehende Materialien in einen anderen Kontext. Ein weiterer Weg ist die gezielte Neuentwicklung eines Materials für einen bestimmten Einsatzzweck, doch dies setzt ein angemessenes Budget und einen entsprechenden Zeitrahmen voraus.

te Dämmwerte. Er besteht zu 99,8 % aus Luft, der Rest ist feinster Silikatschaum mit Poren von nur 0,2 millionstel Millimeter Durchmesser. Die Poren sind somit kleiner als die Wellenlänge der solaren Strahlung und kleiner als die Weglänge der freien Bewegung von Luftmolekülen, sodass die Wärmeleitung geringer ist als bei ruhender Luft. Erst vor wenigen Jahren – also mit 50 Jahren Verzögerung – wurde das Material für den Bausektor entdeckt, und erste Produkte kommen derzeit als transluzente Wärmedämmpaneele auf den Markt (Abb. A 2.2).

Material und Forschung

Die Labors und Ideenschmieden der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie sind heute federführend in der Entwicklung innovativer Materialien. Die dort entwickelten ultrareißfesten, hochdämmenden, extraleichten Materialien oder Beschichtungen bieten auch für anspruchsvolle Gebäudekonzepte neue Ansätze. Zwischen der Entwicklung eines hochspezifischen Materials in der Hightechindustrie und seiner Transformation in ein marktfähiges Bauprodukt liegen jedoch oft Jahre, da das Potenzial des Innovationstransfers oft nicht sofort erkannt wird oder die Investitionen für langwierige und kostspielige Zulassungsverfahren gescheut werden. So entsteht die paradoxe Situation, dass die Lösung vor dem Problem da ist: Ein hochwertiges Material existiert zwar bereits in den Schubladen der Industrie, seine bauliche Anwendung muss aber erst noch gefunden werden. A 2.1 A 2.2 A 2.3 A 2.4 A 2.5

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Aerogel – »Solid Smoke« lichtdurchlässiges Wärmedämmpaneel, gefüllt mit Nanogel »HeatSeats«, Jürgen Mayer H. thermosensitive Bettwäsche, Jürgen Mayer H. Wärmetauschstation »WOS 8«, Utrecht (NL) 1998, NL Architects

Ein Beispiel hierfür ist das Nanomaterial Aerogel, das bereits in den 1950er-Jahren von der NASA als Dämmstoff entwickelt wurde (Abb. A 2.1). Aerogel, auch Solid Smoke genannt, ist der Feststoff mit der geringsten bislang bekannten Dichte und besitzt exzellen-

Material und Architektur

Die Adaption von Material für einen neuen Einsatzzweck ist ein Thema der Architekturavantgarde, spätestens seit Frank Gehry in den 1970er-Jahren sein Wohnhaus in Santa Monica mit Materialien wie Maschendraht, Wellblech und Sperrholz umbaute und verkleidete. Polycarbonatstegplatten und Neonröhren aus dem Baumarkt wurden beim Bau der Rotterdamer Kunsthalle 1992 durch Rem Koolhaas für den Museumsbau geadelt. Die Transformation der Materialien in einen ungewohnten programmatischen Kontext fasziniert die Architekten, da sie neuen ästhetischen Spielraum erschließt. Ende der 1990er-Jahre wurden die formalen Experimente virtueller: Neue Computersoftware, deren Wurzeln ebenfalls in den Hightechindustrien der Luft- und Raumfahrt lagen, machte es möglich, komplexe Formen zu entwickeln, die mit den klassischen Baumaterialien nur sehr schwerfällig oder gar nicht umzusetzen sind. Der amorphe »Blob« wurde zum Sinnbild einer Architektengeneration: Wand, Dach, Boden oder Decke verschmelzen zu einer Form und fordern neue flexible Beschaffenheiten von Konstruktion und Oberflächen. Die Baustoffhersteller haben bislang noch kaum auf diese neuen Trends reagiert. Der Architekt muss also auf eigene Faust – und Verantwortung – individuelle Lösungen entwickeln. Dies erfordert ein hohes Maß an persönlichem Einsatz und Idealismus. Der Architekt als »Baustoffscout« kann zum eigenständigen Job werden, wie etwa die Position des »Material Managers« im Rotterdamer

Der Architekt als Baustoffscout

Büro von OMA zeigt: Dieser leitet alle Materialentwicklungen und Firmenkontakte des Büros. Oder »man läuft eben mit offenen Augen durch die Welt, sammelt Informationen und bei Bedarf erinnert man sich wieder daran«, wie der Berliner Architekt Jürgen Mayer H. seine Inspirationsquellen beschreibt: »Zeitschriften, Bücher oder Baumarkt, Gespräche mit Experten aus Spezialbereichen wie Schiffsbau – die Grenzen sind fließend.« Thermosensitive Farbe

Jürgen Mayer H. arbeitet sehr gezielt mit der Transformation von Oberflächen in einen neuen Kontext. Seine Arbeiten mit thermosensitiver Farbe bewegen sich im Spannungsfeld von Mensch, Raum und Objekt. Bereits während seines Studiums entwarf er eine Fassade, die auf Temperaturveränderung durch Verfärbung reagierte. Mit der Ausstellung »housewarming« bekam er 1994 in einer New Yorker Galerie die Möglichkeit, das Konzept umzusetzen. Die Farbe – ein technisches Hilfsmittel, um Überhitzung auf Maschinenteilen anzuzeigen – kam aus den Labors der NASA. In der Ausstellung wurden Wände und Türen damit überzogen und die Farbe so eingestellt, dass sie auf Körpertemperatur reagiert. Berührungen und Abdrücke der Besucher blieben als weiße Flecken sichtbar und bildeten temporär die entsprechenden Körperteile ab. Diese raumgebundene Arbeit entwickelte er u.a. zu Sitzobjekten, den so genannten HeatSeats und thermosensitiver Bettwäsche weiter (Abb. A 2.3 und 4). Die ursprüngliche Idee, die Farbe in der Fassade zu verwenden, wurde wegen der unzureichenden UV-Beständigkeit des Materials verworfen. Materialinnovationen sind nach Meinung von Jürgen Mayer H. leichter im Innen- als im Außenbereich einzusetzen: »(…) da die Anforderungen bezüglich Haftung und Gewährleistung hier nicht so hoch sind wie bei Außenfassaden. Bei Innovationen sind die Ansprüche der Bauherren nach Gewährleistung ungleich höher als bei herkömmlichen Materialien, sodass ein erheblich größerer Aufwand an Überzeugungsarbeit geleistet werden muss. Visualisierungen und Referenzbeispiele stellen hier wichtige Hilfsmittel dar.«

A 2.3 Fugenlose Kunststoffbeschichtung

Dieses Prinzip der Kunststoffhaut verwendeten NL Architects aus Amsterdam 1998 erstmalig für die Wärmetauschstation »WOS 8« bei Utrecht (Abb. A 2.5). Das Material, das rissüberbrückend und wasserundurchlässig für Dachabdichtungen entwickelt wurde, zieht sich hier als Haut horizontal und vertikal um das gesamte Gebäude. Als Untergrund dient eine konventionelle Konstruktion aus Kalksandstein, Betonfertigteilen und Putz. Das technische Bauwerk unterlag strikten Baubestimmungen: Die äußeren Abmessungen sollten so klein wie möglich gehalten werden und genau den Dimensionen der innen liegenden technischen Einrichtungen angepasst sein. Der architektonische Ausdruck wurde so auf die Oberfläche des Gebäudes reduziert. Die Polyurethanhaut ermöglicht eine fugenlose, monolithische Optik. Einzelne Elemente wie Türen, die eine Maßstäblichkeit vermitteln, verschwinden in der Großform. Normalerweise sind allein stehende Gebäude wie dieses vom Vandalismus bedroht. »WOS 8« versucht sich nicht dagegen zu wehren, sondern lädt zum Benutzen ein: Seine Fassade beinhaltet unterschiedliche Funktionen und wird so zum vertikalen Spielfeld für jene Jugendkultur, von der andere Gebäude geschützt werden sollen. Ein Basketballkorb, eine Kletterfassade, Spionfenster: Die widerstandsfähige Haut hält formal und technologisch alle diese Elemente zusammen.

A 2.4

Die aufgesprühte Kunststoffhülle macht traditionelle Fassadendetails wie Tropfbleche überflüssig. Das Regenwasser läuft in freien Kaskaden am Gebäude herunter und bietet an den durchschnittlich 134 niederländischen Regentagen pro Jahr ein fast skulpturales Schauspiel. »Das Material erlaubt eine Differenzierung der Fassade, die aber immer noch einheitlich wirkt«, beschreibt Kamiel Klaase, Mitgründer von NL Architects, die ästhetischen Vorteile der Hülle. Bereits in den 1990er-Jahren recherchierten NL Architects über die Möglichkeiten von Gummi und Kunststoffen für architektonische Anwendungen. Inspiration für die schwarze Farbe von »WOS 8« fanden sie u.a. in der unmittelbaren Nachbarschaft des Grundstücks. Auf den weitläufigen, landwirtschaftlich genutzten Flächen werden die Heuballen nach der Ernte auf dem Feld mit schwarzem Plastik abgedeckt und mit Autoreifen beschwert. Das Gebäude gliedert sich so in die gebräuchliche Farb- und Materialsprache der dortigen Kulturlandschaft ein. Kamiel Klaase erläutert den Entwurfsprozess: »Naivität ist der Anfang. Es beginnt mit kleinen Fantasien und Brainstorming, und dann muss man die Fachleute finden, um die Idee umzusetzen. (…) Viele unserer Elemente sind ›re-used‹ Materialien aus einem anderen Kontext. Das ist die simpelste Art von Design: einfach die Gebrauchsanweisung ändern!«

Der Architekt weiß, wovon er spricht: Gerade arbeitet er an der Transformation von NussNougat-Creme in einen Entwurf für die Universität Karlsruhe. Die Struktur der Cafeteria basiert auf dem »Nutellagramm«: Gleich einem auseinander gezogenen Nutellabrot entstehen fadenartige Verbindungen zwischen der massiven Ober- und Unterseite. Auf der Suche nach einem der Elastizität dieses Bildes entsprechenden Oberflächenmaterial stieß er auf die Möglichkeit der Kunststoffbeschichtung: Flüssiges Polyurethan wird auf eine kostengünstige Holzunterkonstruktion gesprüht und bildet eine homogene, hautartige Oberfläche. A 2.5

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Der Architekt als Baustoffscout

»Barocker Hightech« aus Polystyrol-Hartschaum

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A 2.9 Bushaltestelle, Hoofddorp (NL) 2003, NIO Bearbeitung des Polystyrol-Hartschaums der Bushaltestelle Hoofddorp mittels CNC-Fräse A 2.8 Produktentwicklung »Prada-Schaum«: Gipstest A 2.9 »Prada-Schaum«, Maßstab 1:1 A 2.10 transluzenter Beton A 2.11 Prada Store, Los Angeles (USA) 2004, OMA A 2.6 A 2.7

Einen Schritt weiter in der Konstruktion geht Maurice Nio aus Rotterdam. Er entwickelte 2003 das bislang größte ausschließlich aus Kunststoff gefertigte Gebäude. Seine 50 m lange Busstation in Hoofddorp (siehe Beispiel 11, S.224), von ihm liebevoll »the amazing whale jaw – das erstaunliche Walmaul« genannt, besteht aus einem Polystyrol-Hartschaumkern mit einem Überzug aus glasfaserverstärktem Polyester – ähnlich dem Aufbau eines Surfbretts. Formal lässt sich die Struktur schwer fassen. »Für mich ist das barocker Hightech – das positive Gefühl des Modernismus à la Oskar Niemeyer gepaart mit einer Art Vodoo-Kultur«, beschreibt Maurice Nio das Gebäude (Abb. A 2.6). »Wenn wir ein Projekt entwickeln, starten wir mit einem emblematischen Bild, welches das gesamte Projekt antreibt. Sofort denken wir auch in Materialien, die zu diesem Bild passen – die Form als solches ist gar nicht so wichtig, sie ergibt sich einfach irgendwann.« Den allgegenwärtigen Busstationen, die als Zweckbauten normalerweise so neutral und unauffällig wie möglich gehalten werden, wollten die Architekten ein starkes, dynamisches Bild entgegensetzen. Zunächst war angedacht, das Gebäude in Beton auszuführen, was wegen der aufwändigen Schalungsarbeiten allerdings das Budget vollkommen gesprengt hätte. Auf der Suche nach Alternativen wurde Maurice Nio von einem Legobausatz inspiriert und begann, die Struktur in Module aufzuteilen. Die Konstruktion ist räumlich fast völlig offen, gleich einer dreidimensionalen Überdachung – nur ein kleiner umschlossener Raum bietet Aufenthaltsmöglichkeit für die Busfahrer. Das richtige Material und die Technologie zur Herstellung der Bausteine fand Maurice Nio bei einem Schwimmbad- und bei einem Bootsbauer. Das strukturell tragende Schaummaterial ist extrem leicht und kostengünstig und kann mit einer fünfachsigen CNC-Fräse bearbeitet werden (Abb. A 2.7), um die komplexen und teilweise hinterschnittenen Formen zu erstellen. Im Computermodell wurden über 100 Einzelteile berechnet und direkt in die Fräse eingegeben. Alle Einbauten wie Nischen und Bänke sind in die vorgefertigte Oberfläche integriert. Auf der Baustelle wurden die Teile auf einem Holzsockel verankert und vor Ort zusammengeklebt. »Das Wichtigste, was man zur Durchführung eines solchen Projekts braucht, ist ein gutes Team von Leuten, die an die Idee glauben«, sagt Maurice Nio. »Das Team stellt ein enges und verletzliches Netzwerk von Bauherrn, Subunternehmern, ausführenden Firmen und Architekt dar – alle mit Mut zum Risiko. Das Gebäude ist letztendlich nicht perfekt geworden, es gibt einige nicht ganz korrekte Details. Aber ich mag gerade diese Schönheit des Unperfekten – so wie ein faltiges Gesicht von einem Leben erzählt.« Die Übertragung einer bestehenden Technologie aus dem Bootsbau auf ein Gebäude

A 2.10

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ermöglichte bei diesem Beispiel eine neue Denkungsart für Konstruktion und Detaillierung. Die Verarbeitung des Materials wurde individuell auf das Projekt zugeschnitten. Was aber passiert, wenn die Oberfläche selbst zum Gegenstand des Entwurfs wird? Was, wenn der Architekt zum Erfinder des Materials wird? Wieder braucht man Risikobereitschaft, Ausdauer sowie kooperative Industriepartner und Auftraggeber. So geschehen bei Rem Koolhaas‘ Projekt für Prada: Für zwei große Stores in New York und Los Angeles wurden Konzepte gesucht, um die Marke Prada zu neu zu definieren. Exklusivität und eine neue Identität sollten geschaffen werden. Die klassische Bauaufgabe der Raumgestaltung wurde um virtuelle Maßnahmen erweitert: eine Recherche über Shopping, die Konzeption der Prada-Webseite bis hin zur Entwicklung neuartiger, exklusiver Materialien – z.B. Regale aus massivem, gegossenem Kunstharz, Silikonfußbodenmatten mit Blasenstruktur und der so genannte Prada-Schaum, ein hellgrünes Polyurethanmaterial, dessen Struktur zwischen offen und geschlossen, positiv und negativ oszilliert. »Prada-Schaum« aus hellgrünem Polyurethan

Die Entwicklung begann mit einem der unzähligen Entwurfsmodelle im Maßstab 1:50, in dem ein Modellbauschaum als Wand- bzw. Displayelement getestet wurde, der üblicherweise als offenporiges, beige-gelbliches Schwammmaterial Busch- und Baumflächen in Städtebaumodellen repräsentiert. Die Oberfläche faszinierte besonders im hinterleuchteten Zustand, und es begann eine intensive Recherche, dieses Material in den Maßstab 1:1 zu übersetzen. Es musste also das Original zum Modell gefunden bzw. entwickelt werden. Zahllose Tests wurden in den unterschiedlichsten Materialien und Oberflächen durchgeführt: Luftballons als Hohlräume in einer Gipsstruktur (Abb. A 2.8), weiches Silikon, verchromtes Metall, Gummi, glänzende, matte, opake oder transluzente Oberflächen. Mehrere Firmen beteiligten sich an der industriellen Umsetzung des Materials. Die Prototypen wurden aus Kunststoff gefertigt und im Rotterdamer Büro von Hand überarbeitet. Es galt, Form und Lage der Löcher nochmals nach ästhetischen Gesichtspunkten zu überprüfen und – wo nötig – nachzuschleifen, bis genau die passende Durchlässigkeit und Optik des Materials erreicht war. Die 3 ≈ 1,5 m großen Paneele wurden daraufhin vermessen und als 3D-Struktur in den Computer eingegeben. Diese Daten dienten als digitale Grundlage zur Erstellung der endgültigen CNC-gefrästen Negativformen. Als Grundmasse des »PradaSchaums« wurde eigens eine grünlichtransluzente Poyurethanzusammensetzung entwickelt, die den geforderten Brandschutzbestimmungen entspricht (Abb. A 2.9). Nach zweijähriger Ausarbeitungszeit ist das Material nun erstmals im 2004 eröffneten Prada Store am Rodeo Drive in Los Angeles zu sehen (Abb. A 2.11). Die Rechte an der Neuentwicklung teilen sich OMA und Prada. Keiner kann

Der Architekt als Baustoffscout

es ohne Zustimmung des anderen für weitere Projekte einsetzen. So bleibt die Exklusivität des Materials gewahrt. Transluzenter Beton

Einer spontanen Eingebung folgend und ohne die finanzielle Rückendeckung eines großen Konzerns wie Prada, entwickelte ein junger Architekt aus Ungarn fast aus dem Stegreif die Idee für ein neues Material. Áron Losonczi reichte für ein schwedisches postgraduelles Stipendium, das neue Ansätze in Kunst und Architektur fördert, im Jahre 2001 seine Idee des transluzenten Betons ein. Ein Kunstwerk, das er kurz zuvor gesehen hatte, inspirierte ihn: ein Betonblock mit eingegossenen Glasscherben, die an den Kanten teilweise aus dem massiven Beton herausragten und in denen sich das einfallende Licht brach. Der Beton schien wie perforiert und verlor dadurch seine Massivität. Áron Losonczi bekam das Stipendium zur Entwicklung seiner Idee am Royal University College of Fine Arts in Stockholm. Hier untersuchte er das Prinzip der Lichtleitung und fertigte erste Prototypen aus Gips und Glasfasern an. Diese hatten zunächst die Abmessung eines gewöhnlichen Ziegelsteins. Weitere Prototypen aus Beton folgten, und nach zwei Jahren Forschung reichte er ein Patent auf lichtleitenden Beton ein. Zurück in Ungarn wurde das erste große Paneel in Handarbeit angefertigt: 600 kg schwer und 150 ≈ 80 ≈ 20 cm groß. Die Herstellung erfolgte von Hand; die Fasern wurden quer zur Oberfläche schichtweise in den Feinbeton eingelegt. Das Erstaunliche an dem Material ist, dass es ausgesprochen filigran und transparent erscheint, obwohl nur ca. 4 % des Betons durch Glas ersetzt sind. Dadurch wird die strukturelle Belastbarkeit des Betons aber kaum beeinträchtigt. Das Material durchläuft im Moment erfolgreich verschiedene Testverfahren; seine Druckfestigkeit liegt bei 48 N/mm2. Das Prinzip ist einfach und faszinierend zugleich: Licht wird von einer Seite des Betons durch die feinen Glaskapillaren auf die gegenüberliegende Seite geleitet. Der Beton scheint aus sich heraus zu leuchten, Schatten und Silhouetten zeichnen sich scharfkantig auf der lichtabgewandten Seite ab (Abb. A 2.10). Für die Vermarktung und industrielle Herstellung wurde »LiTraCon« als Markenname gefunden – die Abkürzung für Light Transmitting Concrete.

kationen – im Dezember wurde LiTraCon schließlich vom Time Magazine als eine der ›Innovations of the year 2004‹ vorgestellt.« Die Erfolgsgeschichte von Áron Losonczis lichtleitendem Beton ist damit noch nicht zu Ende, denn inzwischen hat er einen Hersteller gefunden, der den Beton industriell produzieren wird – man darf auf die ersten Gebäude mit transluzenten Betonwänden gespannt sein. Neue Materialien – von der Idee zum Produkt

Die Entwicklungsgeschichte des transluzenten Betons zeigt den steinigen Weg von einer Idee bis zum Produkt: Mag eine Materialidee für die Architekten auch noch so faszinierend klingen; die Baustoffindustrie funktioniert zunächst nach rein wirtschaftlichen Gesichtspunkten von Stückzahl, Absatz und Verdienstmöglichkeiten. Sie übersieht hinter der direkten Kosten-NutzenKalkulation oft den langfristigen Prestigegewinn, den solche Experimente haben können. Hier strategische Partnerschaften auszubauen ist sicher für beide Seiten von Interesse: Der Architekt profitiert vom technischen Knowhow der Firmen; die Firmen können mit den Ideen der Architekten neue Märkte erschließen. Seit einigen Jahren bemerkt man eine ungeheure Faszination der Gestalter für Oberflächen und neue Materialien. Dies ist nicht nur an zahlreichen Publikationen, Symposien, Messen, Research- und Beratungsangeboten zum Thema festzustellen, sondern auch in den Entwürfen der jungen Architektengenerationen. Oft

wird die Oberfläche zum Ausgangspunkt eines Entwurfs, sei es als Außenfassade oder im Innenausbau. Materialien galten schon immer als ein zentrales Thema der Architekten, doch der Umgang damit ist wesentlich offener und experimenteller geworden. Woher kommt dieser »Trend« zum Material? Möglich, dass neue Wege gesucht werden, die amorphen, freien Formen der computergenerierten Entwürfe wieder durch haptische Qualitäten anzureichern. In unserer überinformierten Welt gibt es sicherlich eine Sehnsucht zurück nach dem Sinnlichen, nach dem direkten Erleben. Oberflächen sind dabei der direkte Mittler zwischen Mensch und Architektur: Hier berührt und fühlt man ein Gebäude. Gleichzeitig besteht aber auch die Gefahr, dass die Oberfläche mehr und mehr oberflächlich wird, also zum »Hingucker«, zum bloßen Gag verkommt. Was in den Hochglanzpublikationen dekorativ erscheinen mag, ist in Realität möglicherweise nichts als die Verkleidung belangloser, banaler Architektur. Anspruchsvolle Architektur hingegen hat sich seit jeher durch den engen konzeptuellen Zusammenhang von Wahrnehmung, Raum und Material jenseits aller Definitionen von Stil oder persönlichem Geschmack ausgezeichnet. Ein interessantes Material allein macht eben noch keine interessante Architektur. In diesem Sinne lässt sich der altbekannte Slogan der Betonindustrie auf das gesamte Spektrum der Baustoffe ausweiten: Material – es kommt drauf an, was man daraus macht.

Über den langen Weg zum marktfähigen Produkt sagt Áron Losonczi: »Es war zunächst sehr schwierig, die Firmen von einer Zusammenarbeit zu überzeugen. Je größer eine Firma, desto schwieriger ist es, an die richtigen Leute zu kommen. Wichtig war sicher, dass ich die Muster als Prototypen gebaut hatte und meine Idee deshalb nicht als verrückt abgetan werden konnte. Bis zu den ersten großen Veröffentlichungen haben die Firmen das Produkt dennoch nicht wirklich ernst genommen. Im letzten Jahr gab es dann einen Boom an PubliA 2.11

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Der kritische Weg zur nachhaltigen Bauweise Peter Steiger

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Werkzeuge und Informationssysteme in den Leistungsphasen der HOAI Lehmbauten (hier in Marokko) weisen auch unter modernen Gesichtspunkten bezüglich Wohlbefinden und Haltbarkeit ein Optimum auf. Gleichzeitig ist die Umweltbelastung – von der Herstellung bis zur Entsorgung des Baumaterials – minimal. Auch bei nachhaltiger Bauweise müssen Gebäude unterhalten und gepflegt werden. Verlassene Häuser und Siedlungen zerfallen und sinken zurück in die Landschaft.

Der Begriff der Nachhaltigkeit wurde 1987 von der Weltkommission für Umwelt und Entwicklung, der »Brundtland-Kommission«, geprägt. Dabei handelt es sich um »(…) eine Entwicklung, die gewährleistet, dass die Bedürfnisse der heutigen Generation befriedigt werden, ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen zur Befriedigung ihrer eigenen Bedürfnisse zu beeinträchtigen (…)«. Auf der UN-Konferenz in Rio de Janeiro 1992 wurde die nachhaltige Entwicklung als Verbesserung der Lebensbedingungen des Menschen in wirtschaftlicher und sozialer Hinsicht im Einklang mit der langfristigen Sicherung der natürlichen Lebensgrundlagen definiert. Heute weckt der Begriff Nachhaltigkeit die Hoffnung auf ein reibungsloses Zusammenspiel zwischen einer leistungsfähigen Wirtschaft, einer solidarischen Gesellschaft und einer intakten Umwelt. Das globale Konzept, das in der Agenda 21 formuliert wird, soll auf lokaler Ebene in Verantwortung gegenüber der Umwelt und künftigen Generationen umgesetzt werden. Da die Kräfte der Natur teilweise als bedrohlich erlebt werden und ein Gefühl der Hilflosigkeit aufkommen lassen, weckt die Aussicht auf eine unversehrte Umwelt bei vielen Menschen verborgene Sehnsüchte. Dieser Idealzustand kann jedoch auch durch die Umsetzung des globalen Kozepts der Agenda 21 nicht mehr hergestellt werden. Doch welche Ziele können, realistisch betrachtet, mit einer nachhaltigen Entwicklung verfolgt werden? Wie sollen diese bezeichnet werden? Interessanterweise fehlen im Sprachgebrauch präzise Begriffe für die »größtmögliche Nutzung natürlich anfallender Umweltenergien«, für den »technisch niedrigsten erreichbaren Wert von Umweltbelastungen« (bei unvermeidlichen Energieumwandlungsprozessen) oder für den »geringstmöglichen Verbrauch an Ressourcen für die höchstmögliche Qualität eines Bauwerks« (für nachhaltige Bauweisen). Ohne Begriffe fehlen aber sowohl Bezeichnungen für eine zielgerichtete Denk- und Handlungsweise als auch Hinweise auf diejenigen Kräfte, die in einer Sache Wirkungen hervorbringen.

Sprachgebrauch negativ besetzt, denn in der Form des Verhinderten ist Erfolg schwerer zu erkennen als in der Form des Erreichten. Somit lösen solche Begriffe auch keine positiv motivierten Aktionen aus. Bezeichnenderweise fehlt ein Begriff für das Gegenteil von Wirtschaftswachstum, der in gleicher Weise Hoffnung auf höheren Wohlstand, jedoch ohne das bisher damit verbundene Wachstum verspricht. Der Begriff »qualitatives Wachstum«, der das Vakuum als Platzhalter ausfüllt, verweist zumindest auf die Erwartung, dass die Zunahme von Wohlstand nicht nur quantitative, sondern auch qualitative Komponenten enthält. Nur sind Begriffe, die nicht wertfrei sind und implizit einen Nutzen und Erfolg versprechen, zur Fortentwicklung von Wissenschaft und Kultur nicht geeignet. Dies zeigt sich deutlich am Beispiel des Begriffs »Nachhaltigkeit«, von dem zurzeit von allen Seiten partikuläre Interessen abgeleitet werden. Die höchsten Hochhäuser werden bereits mit dem Prädikat »nachhaltig« versehen, wenn ihre großen Stahl- und Glasfassaden Attribute für die passive oder aktive Nutzung von Solarenergie aufweisen. So unterstützt die Betonung singulärer Aspekte unter Vernachlässigung der übergeordneten Zielsetzung jene Begriffe, die sich nur an Nutzen und Erfolg messen. Das Ziel heutiger und künftiger Architektengenerationen muss sein, mit größtmöglicher Schonung von Ressourcen eine höchstmögliche Qualität von Erzeugnissen zu erreichen. Damit wird für den Ressourcenverbrauch die Devise »less is more« des Architekten Ludwig Mies van der Rohe nicht mehr allein das technisch Machbare, sondern das tatsächlich Notwendige bestimmen. Gerade in der Baubranche besteht der für eine hohe Qualität betriebene Aufwand nicht nur aus Lohnkosten, sondern auch aus dem intelligenten Einsatz von Investitionen und geeigneten Produktionsmitteln. Deshalb stehen quantitative und qualitative Vergleiche für einen sparsamen Ressourcenverbrauch im Zentrum der Betrachtungen von Baukonstruktionen, um Grundlagen zur Bemessung ganzer Bauleistungen unter nachhaltigen und qualitativen Prämissen zu schaffen.

Wachstum wohin?

Entwicklung von Instrumenten zur Wahl von Baustoffen

Bereits der erste Bericht des »Club of Rome« 1972 stellte den Sinn alles technisch Machbaren infrage. Jedoch erst Mitte der 1980er-Jahre löste man sich von der Überzeugung, dass der Energieverbrauch parallel zum Wirtschaftswachstum verlaufe. Diese Erkenntnis muss heute auch auf den Ressourcenverbrauch als Ganzes übertragen werden: Denn wenn das Wirtschaftswachstum nur mit stetig steigendem Ressourcenverbrauch möglich ist, muss es eingeschränkt werden. Aus Sicht der ökologischen Nachhaltigkeit müsste der Begriff »Wachstum« durch Wörter wie Rückzug, Verzicht, Entschleunigung, Vermeidung oder Rückbildung ersetzt werden, um ein adäquates ökologisches Ziel zu formulieren. Diese Begriffe sind jedoch im allgemeinen

Um den Ressourcenverbrauch im Bauwesen messen und bewerten zu können, wurde bereits 1982 eine Bewertungsmethode auf Grundlage des »Primärenergieinhalts« (PEI) eines Baustoffs entwickelt. Der Vergleich verschiedener Baustoffe und -materialien anhand ihres Primärenergieinhalts stellt eine wichtige Basis für Ökobilanzierungen dar. Um Baukonstruktionen als Ganzes zu beurteilen und die Auswahl von Konstruktionen mit möglichst geringen Umweltbelastungen zu ermöglichen, wurde 1995 in der Schweiz ein Modell (SIA Dokumentation D 0123) entwickelt, das sich aus einem wissenschaftlich-quantitativen Teil, dem »Index«, und einer Bewertung der qualitativen Gebrauchstauglichkeit, dem »Profil«,

Der kritische Weg zur nachhaltigen Bauweise

TOTAL QUALITY

Bauteilkatalog

LEGEP

OGIP

VITRUVIUS

SNARC

ECOBIS/WINGIS

WINGIS

SIA D 0123

BKP-Merkblätter

ECO-DEVIS

Nachschlagewerke

BREEAM

EDV-Tools

LEED

Leistungsphasen nach HOAI

Gebäudelabel

eco-bau

Werkzeuge

CH

USA

GB

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CH

D

CH

CH

CH

D

D

CH

CH

CH

1 Grundlagenermittlung 2 Vorplanung 3 Entwurfsplanung 4 Genehmigungsplanung 5 Ausführungsplanung 6 Vorbereitung / Vergabe 7 Mitwirkung / Vergabe 8 Objektüberwachung 9 Objektbetreuung / Dokumentation Herkunft

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zusammensetzt. Durch die Umrechnung der jeweiligen Schadstoffemissionen einer Konstruktion auf äquivalente Größen (CO2, SO2) lassen sich die Umweltauswirkungen (Treibhauseffekt, Versauerung von Boden und Wasser) vergleichen. Heute werden zunehmend EDV-gestützte Informationssysteme verlangt, die den ökologischen und ökonomischen Vergleich von einzelnen Konstruktionen und Gesamtkonzepten ermöglichen und den gegenwärtigen Wärmestandards entsprechen. Als Fortführung der »SIA D 0123« wird zurzeit ein Online-Bauteilrechner entwickelt, der neben der U-Wert-Berechnung auch die Abschätzung verschiedener Ausführungsvarianten durch eine Ökobilanzierung ermöglicht. Der Planer erhält die Möglichkeit, parallel zur ökonomischen Projektoptimierung Informationen der Bereiche Energie und Nachhaltigkeit zu bearbeiten. Das deutsche Äquivalent stellt die Bausoftware LEGEP dar, die durch ein Ökologie-Modul planungsbegleitend die ökologische Bewertung eines Gebäudes ermöglicht. Für die Beurteilung eines Gebäudes als Gesamtsystem sind inzwischen verschiedene Labels und Zertifikate entwickelt worden. Das Schweizer Gebäudelabel »eco-bau«, das zusammen mit dem Label MINERGIE eine

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umfassende Bewertung einer gesunden, ökologischen und energieeffizienten Bauweise ermöglicht, wird zurzeit am Schweizer Markt eingeführt. Bereits etabliert sind das LEED-System, das aus den USA stammt und von verschiedenen Ländern zur Bewertung adaptiert wird, das englische Label BREEAM und das österreichische Zertifikat TOTAL QUALITY. Von den genannten Systemen verfügt das LEEDSystem, das auf der internationalen Grundlage des »Green Building Challenge« basiert, über die größte Verbreitung und Akzeptanz. Ein weiteres Instrument zur Ökobilanzierung ist die Schweizer Software OGIP, welche die Umweltbelastung eines Gebäudes in Kennzahlen ausdrückt. Einsetzbar ist OGIP sowohl bei Detailanalysen (Bauteile, Konstruktionen, Konstruktionsvarianten) als auch als Baustein im Rahmen von Umweltverträglichkeitsgutachten zur Betrachtung eines gesamten Bauwerks und dessen Auswirkungen auf die Umwelt. Energie- und Umweltbilanzen lassen sich auch von VITRUVIUS erstellen, einem Schweizer System zur Gebäudeverwaltung und Instandhaltungsplanung. Ein entsprechendes Modul zur ökologischen und energetischen Bewertung im Bereich Kostenplanung ermöglicht komplexe Lebenszyklusbetrachtungen. Um bereits in einem sehr frühen Planungsstadi-

um (Wettbewerb, Vorentwurf) die Aspekte der Ökologie als gleichwertiges Beurteilungskriterium neben Gestaltung, Funktionalität und Ökonomie einsetzen zu können, wurde 2003 eine »Systematik zur Beurteilung der Nachhaltigkeit im Architekturwettbewerb und bei Studienaufträgen« (SNARC, SIA Dokumentation D 0200) entwickelt. Das EDV-Tool ermöglicht vergleichende Aussagen zu Aspekten des Ressourcenverbrauchs (Flächen, Wasser), des Ressourcenaufwands für Erstellung und Betrieb sowie die Funktionstüchtigkeit einer Planung. Als umfassende Datenbank während der gesamten Planung steht ECOBIS zur Verfügung. Dieses ökologische Baustoffinformationssystem wurde in Deutschland vom Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen mit Kooperationspartnern entwickelt. Es enthält umwelt- und gesundheitsrelevante Informationen zu Bauproduktgruppen in allen Phasen des Lebenszyklus (Herstellung, Verarbeitung, Nutzung, Entsorgung). Bei der Anwendung ist jedoch zu beachten, dass die Informationen aus dem Jahr 2000 stammen und aktuelle Entwicklungen bisher nicht berücksichtigt sind. Zwischen ECOBIS und WINGIS, dem Gefahrstoff-Informationssystems der Berufsgenossenschaften der Bauwirtschaft GISBAU, besteht

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Spengler Bodenbeläge Sanitär Heizkessel

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Rohbau Dachstuhl a

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eine direkte Verknüpfung. WINGIS informiert umfassend über die Gesundheitsauswirkungen bei der Verarbeitung von Bauproduktgruppen und Bauprodukten. Ein umfassendes und zu Beginn des Jahres 2005 neu überarbeitetes Hilfsmittel für die ökologische Planung stellen die »Merkblätter nach Baukostenplan für Ausschreibungen« (BKP) dar. Sie werden von »eco-bau«, einem Zusammenschluss von Hochbauämtern vieler Schweizer Kantone und Städte, veröffentlicht und enthalten Hinweise zur Wahl von Materialien und Verarbeitungsprozessen und die Bewertung verschiedener Handlungsalternativen. Durch konkrete Empfehlungen wird eine Optimierung durch Vermeidung und/oder Verminderung von Emissionen oder Materialverbrauch erreicht. Für die Ausschreibung sind die ökologischen Leistungsbeschreibungen »eco-devis« konzipiert, die ebenfalls von »eco-bau« publiziert werden. Diese geben Hinweise und Empfehlungen zum Einsatz möglichst ressourcenschonender Materialien und Baukonstruktionen. Auffallend ist, dass jedes dieser Instrumente jeweils nur einen Teil der Leistungsphasen abdeckt (Abb. A 3.1). Lebensdauer von Baumaterialien

Neben dem obersten Grundsatz, mit Baustoffen sparsam umzugehen und die Materialmenge auf ein notwendiges Minimum zu reduzieren, bestimmen die Materialwahl, die Kombination und die zweckmäßige Fügung das ökologische Gesamtresultat. Für jedes Bauteil lässt sich aus der Haltbarkeit des Materials und der Fügung zu einer Baukonstruktion die jeweilige Lebensdauer bestimmen. Unbewegliche, massive Rohbauteile überdauern 100 und mehr 20

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Jahre. Mechanisch beanspruchte Teile müssen je nach Nutzung schon nach 10 bis 20 Jahren erneuert werden. Um den Wert eines Gebäudes auf dem Restwert des Rohbaus zu halten, sind – den spezifischen Erneuerungszyklen entsprechend – bei allen Bauteilen Instandhaltungs- und Instandsetzungsarbeiten vorzunehmen. Je mehr langlebige Teile in einem Gebäude verwendet werden, umso günstiger wird das Verhältnis zwischen der materiellen und finanziellen Erstinvestition und dem Aufwand für die laufende Erneuerung des Bauwerks (Abb. A 3.5). Grundsätzlich gilt, dass alle Bauteile mit kürzeren Erneuerungszyklen so in das Bauwerk einzugliedern sind, dass sie ohne Eingriffe in länger lebende Bauteile erneuert oder ausgewechselt werden können. Ein unnötiger Abbruch und die daraufhin notwendige Wiederherstellung noch intakter Bauteile, nur um sanierungsbedürftige Stellen freizulegen, bedeutet unnötigen Verbrauch an Material (und Geld) und widerspricht dem Prinzip des haushälterischen Umgangs mit Ressourcen. Durch die Beschränkung auf wenige Materialien lässt sich in der Regel eine höhere Lebensdauer des Bauwerks erreichen, da die Instandhaltungs- und Instandsetzungszyklen der Teile einfacher aufeinander abzustimmen sind. Viele unterschiedliche Baustoffe in einer Konstruktion führen zu höheren Instandsetzungskosten und einem teils verfrühten Austausch von Bauteilen. Je nach Material muss jedoch bei ökologisch orientierten Baustoffen ein erhöhtes Augenmerk auf den Unterhalt gelegt werden. Unbelassene Hölzer oder gekalkte Fassaden erfordern mehr Kontrolle und Pflege als solche, die durch eine Behandlung mit chemischen Anstrichen witte-

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rungsbeständiger und schädlingsresistenter gemacht wurden. Zeitfaktor

Zur Verkürzung der Arbeitsprozesse sowie zur Senkung der Baukosten und des Unterhaltsaufwands spielt der Zeitfaktor oftmals eine entscheidende Rolle bei der Wahl von Materialien und Verfahren. Bevorzugt werden Baustoffe, die den Bauprozess wetterunabhängig machen und die eine Ausdehnung der Bauzeit auf den Winter zulassen, aber auch solche, welche die Wartezeiten zwischen den Arbeitsgängen verkürzen, und schließlich solche, die den späteren Aufwand für Reinigung, Pflege und Unterhalt auf ein Minimum reduzieren oder dies zumindest versprechen. Die ökologischen und toxikologischen Belange kommen bei dieser ökonomisch orientierten Betrachtung meistens zu kurz. Eine »zeitgemäße« Termin- und Bauplanung berücksichtigt daher von vornherein nicht nur Kosten für die Erstellung und den Betrieb des Bauwerks, sondern auch die indirekt ausgelösten Arbeitsleistungen und sozialen Kosten durch die Wahl umweltbelastender Baumaterialien und Verfahren. Für die meisten Anwendungen stehen heute ohne nennenswerte Mehrkosten umweltfreundliche Materialien und Verarbeitungsmethoden zur Verfügung. Es besteht kein Anlass mehr, die Umwelt indirekt durch Produktionsrückstände zu belasten. Bisher richtete sich die Einschätzung der spezifischen Lebensdauer von Bauteilen nach wirtschaftlichen Grundsätzen und Interessen. Die angenommenen Zeiten stimmen aber in vielen Fällen mit der tatsächlichen Lebensdauer von Bauteilen oder Baumaterialien nicht überein, abgesehen davon, dass für viele neue Materia-

Der kritische Weg zur nachhaltigen Bauweise

auf wenige Bauteile und -stoffe und ist auch nur dann sinnvoll, wenn schon bei der Erstanwendung eine spätere Wiederverwendung einkalkuliert wird (Abb. A 3.6). Wegen der bei der Herstellung von Baumaterialien verwendeten chemischen Substanzen stößt die Entsorgung von Bauschutt an Kapazitätsgrenzen. In dem Abbruchgut sind z.T. Substanzen enthalten, die für die Entsorgung oder Wiederverwendung höchst problematisch sind. Dadurch entsteht immer mehr Bauschutt, der für Umwelt und Gesundheit abträglich ist und als Sondermüll eingestuft werden muss. Jedoch greift bei der Beseitigung von Altlasten das Verursacherprinzip nicht, da die Zeit zwischen Produktion und Entsorgung zu lang ist. Für künftige Bauten ist deshalb das Vorsorgeprinzip anzuwenden, das bereits bei der Planung den späteren Rückbau eines Gebäudes berücksichtigt und die Material- und Konstruktionswahl entsprechend ausrichtet. Die Ressourcen sind möglichst so einzusetzen, dass ein Zwang zum »Recycling« und letztendlich zur Entsorgung von umweltfeindlichen Substanzen gar nicht erst entsteht.

Beseitigung 31 %

Verwertung 69 % a

aus Baustellenabfällen 2,8 % aus Straßenaufbruch 31,1 % aus Bauschutt 66,1 % b

sonstige Zwecke 8,3 % Betonzuschlag 3,1 % Erdbau 19,4 % Straßenbau 69,2 % c

Grenz- , Ziel- oder Tiefstwerte A 3.6

lien noch keine Erfahrungswerte vorliegen. Einen ersten Anhaltspunkt bietet der Leitfaden »Nachhaltiges Bauen« des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Wohnungswesen der Bundesrepublik Deutschland. Er enthält, nach dem gegenwärtigen Wissensstand, eine umfassende Übersicht über die zu erwartende Lebensdauer aller gängigen Materialien und Baukonstruktionen. Auch die »SIA 480 Wirtschaftlichkeitsrechnung für Investitionen im Hochbau« gibt eine aktuelle Zusammenfassung über die zu erwartende Lebensdauer von Gebäudeteilen und Anlagentechnik. Vom Verursacher- zum Vorsorgeprinzip

Die Welt besteht aus Materie, Energie und Information. Materie ist der Stoff, der in der Bauwirtschaft unter Anwendung von Energie in Gebrauchsgüter und Baustoffe umgewandelt wird. Jede Umwandlungsstufe der Materie vom Rohmaterial bis hin zum Abfallprodukt benötigt Energie. Diese wird, je nach Umwandlungsstufe, teilweise im Produkt gebunden bzw. wieder freigesetzt. Die Bauproduktion erforderte in den letzten Jahrzehnten einen enormen Materialumsatz. Nach Ablauf der Lebensdauer der eingesetzten Baustoffe für Neu- und Umbauten bleibt eine entsprechend große Menge an Materialabfällen zurück. Die Umwandlungsprozesse industrieller Materie belasten Wasser, Boden und Luft. Aus dem Wunsch nach Begrenzung der Umweltschäden entstand das Gedankenmodell eines Kreislaufs. Während dies für Naturvorgänge durchaus zutrifft, handelt es sich bei industriellen Prozessen um eine beschwichtigende Analogie zur Natur. »Recycling« von Baumaterialien beschränkt sich heute

Nicht nur im Bauwesen werden Grenz- und Zielwerte nach der höchstzulässigen Belastung und Zumutbarkeit und nicht nach technisch erreichbaren Tiefstwerten festgelegt. So suggeriert der Begriff »Umweltverträglichkeit«, dass mit Höchstwerten für Emissionen und Begrenzung von Immissionen eine noch verträgliche Wirkung auf Mensch und Ökosystem zu erreichen sei. Die Festsetzung von Grenz- und Zielwerten, Höchst- oder Mindestwerten ist nicht Resultat von naturwissenschaftlichen Verfahren, auch wenn es in der Literatur so dargestellt wird. Im Grunde sind solche Definitionen lediglich Versuche, Auslösemechanismen und Wirkungen, über die man wenig weiß, abzuschätzen. So betrachtet, bedeutet die obere Begrenzung eines Immissionspegels keineswegs die Optimierung eines Umweltzustands oder die Minimierung eines Eingriffs in das Ökosystem, sondern bestenfalls die normative Festlegung von Erträglichkeit und Risiken eines scheinbar unabänderlichen Zustandes. Risiken sind zwar integraler Bestandteil des Lebens, sie lassen sich jedoch in den meisten Fällen definieren und sind deshalb vermeidbar. Beim »Vorsorgeprinzip« wird durch Hygiene und Vorsorge die größtmögliche Prävention angestrebt. Das »Verursacherprinzip« hingegen bezieht sich auf scheinbar unvermeidbare Risiken und Folgen von Ursachen und Gegenmaßnahmen. Elemente von Risikoerwartungen sind im Bauwesen in jeder Norm und in unzähligen Bauvorschriften zu finden. Durch die rasante Zunahme synthetischer Bau- und Hilfsstoffe haben die vorsorgeorientierten Empfehlungen und die den Verursacher belastenden Vorschriften stark zugenommen. Gleichzeitig hat sich die Risikobereitschaft für den Einsatz unerprobter Materialien und gewagter Konstruktionen erhöht, wodurch die Versicherungsprämien

für Restrisiken steigen. Aus dieser Risikobereitschaft hat sich mittlerweile ein florierender Wirtschaftsfaktor entwickelt, welcher die Bau- und Nebenkosten erheblich belastet. Fremdstoffe oder Schadstoffe

Bei der Unbedenklichkeit eines Materials wird davon ausgegangen, dass dieses keine schädlichen Stoffe oder Verbindungen enthält oder abgibt. Chemische Stoffe müssen nicht als generell schädlich gelten, können aber unter bestimmten Bedingungen zu Schadstoffen werden. (siehe Schadstoffe, S. 268) Wenn von Schadstoffen die Rede ist, denkt man in erster Linie an die schädigende Wirkung eines Stoffs. Gedanklich wird zwischen einem neutralen Fremdstoff, der mit geringer Wahrscheinlichkeit eine gefährliche Wirkung ausübt, und einem Stoff, welcher nur bis zu einer bestimmten Menge in Kauf genommen werden darf, eine Grenze gezogen. Es besteht ein gesellschaftlicher Konsens darüber, dass der Eintrag von Schadstoffen oder Gefahrenstoffen generell zu verhindern sei. Daher muss bei der Materialwahl der Schwerpunkt auf dem Einsatz emissionsarmer Bauprodukte, -materialien und -chemikalien liegen. Anhand von Produktkennzeichnungen, Gütesiegeln und Umweltzeichen lassen sich Materialien und Produkte in Hinblick auf ihr Gefährdungspotenzial beurteilen. Darüber hinaus geben technische Beschreibungen oder Sicherheitsdatenblätter Informationen über Inhaltsstoffe und mögliche Schadstoffe. Die Strategie bei der Auswahl von Produkten unter toxikologischen Kriterien richtet sich nach dem Minimierungsprinzip, d.h. beim Vergleich von Alternativen wird das Produkt ausgewählt, das aufgrund der vorliegenden Informationen die geringsten unerwünschten Inhaltsstoffe enthält. A 3.5

A 3.6

Verlauf der Gebäudeentwertung in Abhängigkeit von der Dauerhaftigkeit der einzelnen Bauteile: a Weil ein Gebäude ohne Instandsetzung nach spätestens 60 Jahren nicht mehr nutzbar ist, lohnt sich die Instandsetzung auf dem Restwert des Rohbaus und die Werterhaltung nach den spezifischen Erneuerungszyklen seiner Teile. Es stellt sich jedoch heraus, dass die Kumulation dieses Erneuerungsaufwands im Zeitraum von 120 Jahren nahezu das 1,5-fache des ursprünglichen Erstellungsaufwands ausmacht. b Wenn die Bauteile so gewählt werden, dass sich die Erneuerungszyklen auf 20 bzw. 40 Jahre ausdehnen lassen, reduziert sich der kumulierte Erneuerungsaufwand um etwa 30 %. c Wenn zusätzlich die Vielfalt von Bauteilen so beschränkt wird, dass kurzlebige Bauteile oder Baustoffe mit hohem Erneuerungsbedarf wegfallen, lässt sich der kumulierte Erneuerungsaufwand gegenüber dem Werterhaltungsrhythmus von 15 bzw. 30 Jahren um etwa 70 % reduzieren. 1999 –2000 fielen in der Bundesrepublik Deutschland rund 89 Millionen Tonnen Bauabfälle an (ohne Bodenaushub). Davon konnten ca. 69 % wiederverwertet werden, vor allem im Straßenbau. a Aufkommen und Entsorgung von Bauabfällen b Aufkommen recycelter Baustoffe c Verwendung recycelter Baustoffe

21

Kriterien für die Auswahl von Baustoffen Alexander Rudolphi

Der Grundsatz der Nachhaltigkeit bedeutet im Bauwesen, dass in allen Phasen des Lebenszyklus von Gebäuden – von der Planung und Herstellung über die Nutzung und Erneuerung bis zum Rückbau – eine Minimierung des Verbrauchs von Energie und Ressourcen, eine möglichst geringe Belastung des Naturhaushalts und ein hohes Maß an Sicherheit und Behaglichkeit für die Nutzer angestrebt wird. Diese Planungsziele erfordern für jedes einzelne Vorhaben je nach Ort, Größe und Zweck ein spezifisches Konzept oder Teilkonzepte mit unterschiedlichen Lösungsansätzen, Alternativen und Maßnahmen. Es handelt sich daher um einen Optimierungsprozess mit dem Ziel, die Anforderungen der Umwelt und der angestrebten Nutzung des Bauwerks in einem wirtschaftlichen Kostenrahmen miteinander zu verbinden. Ziele einer nachhaltigen Entwicklung im Bauwesen Schutzziele der Nachhaltigkeit lassen sich in übergeordneten Kategorien zusammenfassen: • Schutz des Ökosystems und der natürlichen Umwelt, z.B. vor einer Schädigung des atmosphärischen Systems durch den Treibhauseffekt, vor der Zerstörung des Ozongürtels oder vor einer Zerstörung der Artenvielfalt durch den Raubbau von Erzen oder durch Raubbau und Brandrodung in den tropischen Waldregionen der Erde. • Schutz der natürlichen Ressourcen, z.B. vor einem Verbrauch endlicher Ressourcen durch die exzessive Nutzung nicht nachwachsender Rohstoffe, vor einem ungebremsten Verbrauch von Energie aus fossilen Energieträgern oder durch energie- und reparaturintensive, kurzlebige Bauwerke. • Schutz der Gesundheit, z.B. vor einer Beeinträchtigung durch schlechte klimatische und hygienische Bedingungen innerhalb von Gebäuden oder vor Schäden während der Gewinnung von Rohstoffen oder der Herstellung von Produkten. • Schutz gesellschaftlicher Werte und öffentlicher Güter, z.B. vor einem zu hohen Wasser-, Flächen- und Landschaftsverbrauch. • Sicherung und Erhaltung von Kapital und Werten. Jede vorzeitige oder vermeidbare Vernichtung von ökonomischen und sachlichen Werten durch mangelhafte, wenig dauerhafte Bauwerke führt zwangsläufig zu einem entsprechenden Kapital- und Ressourcenverbrauch und weiteren Umweltbelastungen.

A 4.1

22

Energiebilanz eines viergeschossigen Verwaltungsgebäudes

Die Formulierung von Schutzzielen ist die Voraussetzung für die Erkenntnis eines Handlungsbedarfs, sie allein reicht jedoch für konkrete Handlungsschritte im Bauwesen nicht aus. Dazu bedarf es vielmehr einer Kenntnis der jeweiligen Ursache-Wirkungsbeziehungen, der Beschreibung der Wirkungen durch Indika-

toren und der Festlegung von Bewertungsmaßstäben. Dabei sind die folgenden Arbeitsschritte Gegenstand der Umweltforschung im Bauwesen: • Festlegung von Indikatoren zur Beschreibung der Umweltwirkung, z.B. Definition eines Treibhauspotenzials oder eines Ozon zerstörenden Potenzials als zahlenmäßige und berechenbare Größe, Beschreibung von Behaglichkeitsindikatoren für Raumklimata oder von einheitlichen Messgrößen für Schadstoffwirkungen. • Benennung des kausalen Zusammenhangs zwischen Umweltwirkungen und bautechnischen Handlungen, z.B. dämmtechnische Maßnahmen, Heizungstechnik und die Regelung des Raumluftwechsels beeinflussen den Jahresenergiebedarf. Rezepturen und Dampfdiffusionseigenschaften oberflächenrelevanter Materialien, Wärme- und Feuchtespeicherung nehmen Einfluss auf das Raumklima und die Raumlufthygiene. Die Gebäudegeometrie, Flächenplanung und die Grundrissgeometrie bedingen den Materialbedarf. • Bereitstellung überprüfbarer Erfassungs-, Quantifizierungs- und Bewertungsgrößen, z.B. einheitliche Rechenverfahren zum Gesamtenergiebedarf und zum Flächen- und Raumbedarf, Verfahren zur Erfassung des funktionsbezogenen Materialaufwands oder Rechen- und Simulationsverfahren für Raumklimata. • Bewertung, Auswahl und Benennung konkreter Handlungsziele, z.B. ein maximal gewünschter Jahresenergiebedarf, ein tolerierbarer Flächen- und Raumbedarf in Abhängigkeit von der Nutzung, maximal zulässige sommerliche Wärmespitzen und -zeiten, Feuchte und Luftwechselraten oder eine tolerierbare TVOC-Belastung [1] in Zeitstufen. Grundsätzliche Voraussetzung der Beschreibung von Wirkungen auf den Menschen, die Umwelt und den Naturhaushalt bzw. die Definition von Wirkungskategorien und Indikatoren ist eine möglichst vollständige Kenntnis der Gewinnungs-, Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse der Bauprodukte und -materialien, die Kenntnis ihrer Rezepturen und Zusammensetzung sowie ihres funktionalen, physikalischen und chemischen Verhaltens über einen langen Nutzungszeitraum. Damit beruht die Mehrzahl der ökologischen Optimierungspotenziale auf einer umfassenden Informationsstruktur bzw. auf einer Vielzahl von Messungen und Analysen sowohl am Bauprodukt als auch am fertigen Bauteil. Dieser Forderung tragen die aktuellen Bemühungen Rechnung, möglichst weitgehende Deklarationen von Bauprodukten durchzusetzen, Informationsdatenbanken zur allgemeinen Verfügbarkeit bereitzustellen und standardisierte Messverfahren für die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Bauprodukten und Bauteilen zu entwickeln.

Kriterien für die Auswahl von Baustoffen

[MJ] 80 000 000

Trockenbau

Schlosserarbeiten und Atrium

Fassade, Fenster, Türen

20 000 000

Dachdichtung

30 000 000

Stahlrohbau

40 000 000

Betonrohbau

50 000 000

Estricharbeiten

60 000 000

Putz und Fliesenarbeiten

70 000 000

10 000 000 0 erneuerbare Energie

nicht erneuerbare Energie

Alle genannten Arbeitsschritte sind eine unerlässliche Voraussetzung für nachvollziehbar begründete, ökologisch orientierte Entscheidungen. Sie sichern zudem die notwendige Wirklichkeitsnähe. Erst eine genaue Analyse der Produktions-, Bau- und Nutzungsprozesse bietet die Möglichkeit, die Ebene spekulativer Vermutungen und zufälliger Informationen zu verlassen. Entwicklung der Planungs- und Bewertungsinstrumente In den letzten Jahrzehnten sind zahlreiche Optimierungs- und Bewertungsinstrumente für die Planungs- und Ausführungsziele im Bauwesen geschaffen worden; bis heute werden Zielund Grenzwerte definiert und fortlaufend weiterentwickelt. Ein gut bekanntes und eingeführtes Instrument sind Energiebilanzen von Gebäuden mit dem Ziel, den Verbrauch fossiler Energieträger und die damit verbundenen CO2Emissionen zu reduzieren. Erst mithilfe von entsprechenden Berechnungsverfahren können Zielwerte definiert werden, z.B. der Energiebedarf für Heizung, Stromverbrauch und Lüftung von 15 kWh / m2a als Kriterium für »Passivhäuser«. Aber auch auf diesem Gebiet gibt es trotz genauer Kenntnis der physikalischen Zusammenhänge weiteren Forschungsbedarf, was immer dann deutlich wird, wenn der real erfasste Gesamtenergiebedarf von Gebäuden die berechneten Prognosewerte übersteigt. Für die Zukunft wird angestrebt, Gebäude mit einem Gesamt-Primärenergiefaktor in MJ / m2 zu beschreiben, in dem neben sämtlichen Formen des Betriebsenergieverbrauchs auch der Energiebedarf für die Herstellung des Gebäudes bzw. aller dafür benötigten Materialien – die so genannte Graue Energie – enthalten ist. Abb. A 4.1 zeigt die Schätzung der Grauen Energie für einen viergeschossigen Verwaltungsneubau mit ca. 16 000 m2 Nutzfläche (Fundament, Decken und Stützen in Stahlbeton und Fassaden und Fenster in Holzbauweise). Der bauliche Gesamtenergiebedarf beträgt ca. 160 000 GJ bzw. 44 000 MWh. Bezieht man diesen Aufwand auf eine Betriebsdauer von 50 Jahren, so ergeben sich ca. 55 kWh / m2a.

A 4.1

In den 1970er-Jahren wurden die Indikatoren und Berechnungsverfahren der Ökobilanz entwickelt und international in der Normenreihe DIN ISO 14 040–14 043 »Life cycle assessment« (LCA) standardisiert. Ziel des Verfahrens ist die Bewertung überwiegend globaler und regionaler Umweltbelastungen, die sich aus der Gewinnung, Produktion und Beseitigung von Bauprodukten ergeben. Das quantitative Verfahren muss sich jedoch auf die Erfassung bekannter Prozessabläufe und -folgen beschränken; unbekannte oder sekundäre Wirkungszusammenhänge lassen sich mit der Ökobilanz nicht erfassen. Erst in den letzten Jahren wurden Bewertungsverfahren entwickelt, mit denen so komplexe Zusammenhänge wie die Behaglichkeit in Innenräumen und ihre Wirkung auf den Nutzer beschrieben und optimiert werden können. Dabei werden erstmals individuelle Empfindungen von Menschen über einen so genannten PMV-Index (predicted mean vote) statistisch erfasst und über Bewertungsverfahren zu Planungsparametern für technische Regelwerke weiterentwickelt. In ähnlicher Weise wird bei Geruchsbelastungen aus stofflichen Emissionen in Räumen vorgegangen (olfaktorische Wirkung). Auch diese Effekte sind oftmals nicht messbar, daher erfolgt die Bewertung durch Faktoren, die sich aus der subjektiven Empfindung von Testpersonen herleiten. Als noch aufwändiger erweist sich die Beschreibung und Bewertung der Raumhygiene. Hierzu wurden ab 1989 auf Initiative der Europäischen Kommission zunächst ca. 150 flüchtigen Substanzen aus Bau- und Wohnprodukten definiert und hinsichtlich ihrer Flüchtigkeit (leicht-, mittel- und schwerflüchtig) eingestuft [2]. Da für die meisten Einzelsubstanzen keine Toxizitäts-Untersuchungen vorlagen, wurde zunächst der Summenwert aller in der Raumluft enthaltenen Substanzen (TVOC) gemessen und bewertet. Diese Vorgehensweise erwies sich als unbefriedigend, da zunächst stark toxische und weniger problematische Substanzen undifferenziert zusammengeworfen wurden. Aus diesem Grund erfolgt zurzeit eine Einzelstoffbewertung auf mehreren Ebenen zur Festsetzung von Richtwerten für Innenraumbelastungen, die teilweise bereits Eingang in

neue Bewertungsverfahren für Bauprodukte durch die Umwelt- und Zulassungsbehörden gefunden haben. Gegenstand laufender Forschungen sind anwendbare und übergreifende Verfahren für die Umweltziele der Reparaturfreundlichkeit und Dauerhaftigkeit von Baukonstruktionen. Mit der neuen Normenreihe ISO 21 930–21 932 »Sustainability in building construction« sollen künftig Begriffe, Indikatoren, notwendige Datengrundlagen und Produktdeklarationen sowie Bewertungsverfahren zum nachhaltigen Bauen zusammengefasst werden. All diesen Bewertungs- und Optimierungsinstrumenten gemeinsam ist die Tatsache, dass sie immer nur einen spezifischen Wirkungsbereich, ein einzelnes Planungs- und Ausführungsziel erfassen. Natürlich ist es angesichts der Komplexität und des notwendigen Aufwands weder möglich noch sinnvoll, bei jeder praktischen Entscheidung sämtliche Umweltziele gleichzeitig zu berücksichtigen und mithilfe der bereits vorhandenen Instrumente zu bewerten. So ist z.B. bei der Entscheidung zwischen Rohbaumaterialien wie Beton, Holz, Stahl oder Aluminium die Frage der Raumlufthygiene kaum betroffen. Hier steht die Frage nach den Umweltbelastungen im Vordergrund, die mit der Bereitstellung der Materialien verbunden sind und die mit einer Ökobilanz bewertet werden können. Dagegen beeinflussen Ausbau- und Oberflächenmaterialien die Raumhygiene so wesentlich, dass die Umweltauswirkungen der Herstellungsprozesse in den Hintergrund treten. Kriterien und Indikatoren des nachhaltigen Bauens Für die praktische Arbeit ist es daher wichtig, die zu Beginn genannten allgemeinen Schutzinteressen bei der Auswahl von Baumaterialien und der Optimierung der Konstruktionen in baupraktische Optimierungsziele zu übertragen und diesen Zielen die jeweils verfügbaren Beschreibungs- und Bewertungsinstrumente zuzuordnen. Ergänzend dazu können die Optimierungsziele den Bauphasen zugeordnet werden, entsprechend den jeweils zugehörigen Entscheidungs- und Handlungsschritten.

Entwurfs- und Vorplanung

Materialsparende und umweltschonende Auswahl von Produkten und Baustoffen: • materialsparende und nutzungsflexible Grundrissgestaltung • Optimierung der verwendeten Materialien hinsichtlich ihrer globalen und regionalen Umweltauswirkungen aus der Gewinnung, Produktion und Bereitstellung • Bevorzugung regional verfügbarer Materialien und Produkte zur Vermeidung von Transporten • Einsparung von Ressourcen, Bevorzugung 23

Kriterien für die Auswahl von Baustoffen

nachwachsender oder langfristig verfügbarer Materialien • Vermeidung von Materialien, deren Herstellungsprozesse mit großen Risiken im Störfall verbunden sind bzw. bei denen Gefahrstoffe im Produktionsprozess erforderlich sind • Empfehlung von Materialien, die mit möglichst geringen Eigenschaftsverlusten und ohne funktionale Bindung recyclingfähig sind sowie von Verbundprodukten und Bauelementen, die mit regional verfügbaren Trennverfahren refraktionierbar sind • Empfehlung von Baustoffen, bei deren Herstellung Recyclingmaterialien umweltfreundlich genutzt werden Hygiene und Gesundheit, Raumklima: • Sicherung der natürlichen Belichtung beim Entwurf der Grundrisse • sommerlicher Wärmeschutz und Wärmeabfuhr durch die Festlegung der Speichermassen Während die Forderung nach materialsparenden, nutzungsflexiblen Grundrissen und Konstruktionen eine altbekannte Planungsaufgabe darstellt, die sich über Flächenangaben und genormte Größenraster bewerten lässt, ist eine wirklichkeitsnahe Bewertung der Umweltrelevanz von Materialien weitaus schwieriger. Im Zusammenhang mit der Entwurfsplanung unterliegt die Auswahl der Hauptmaterialien oder die Entscheidung zwischen möglichen Konstruktionsalternativen – z.B. der Fassade, der Dachkonstruktion oder der Bodenplatte – einer Analyse und relativen Bewertung der Umweltauswirkungen hinsichtlich der gewählten Materialien bzw. ihrer Gewinnungs-, Herstellungs- und Bereitstellungsprozesse. Quantitative Ökobilanz

assessment« werden nachfolgend die wichtigsten in der Ökobilanz definierten Indikatoren bzw. Wirkungskategorien genannt, die bei der quantitativen Bewertung je nach vorhandener Datengrundlage verwendet werden sollten: • Gesamtenergieverbrauch (PEI) • Anteil erneuerbarer (ER) und nicht erneuerbarer Energien (NER) am Energieverbrauch Häufig wird der für die Bereitstellung von Materialien erforderliche Primärenergieaufwand allein für die vergleichende Bewertung herangezogen. Diese Graue Energie sollte zusätzlich zur Differenzierung umweltfreundlicher Herstellungsverfahren in erneuerbare und nicht erneuerbare Energieformen unterteilt werden. Ergänzend dazu kann der Energiebedarf während des gesamten Lebenszyklus inklusive ggf. vorhandener Recyclingpotenziale verwendet werden als »kumulierter Energieaufwand« (KEA) nach VDI 4600. Der Energiebedarf während der Gebäudenutzung wird dabei über Annahmen oder Szenarien abgeschätzt. Bei einer umfassenden quantitativen Bewertung geht der Primärenergieaufwand über die mit der Energieproduktion entstehenden Umweltwirkungen in die Betrachtung mit ein: • Treibhauspotenzial (global warming potential, GWP) • ozonabbauendes Potenzial (ozone depletion potential, ODP) • Versauerungspotenzial (acification potential, AP) • Eutrophierungspotenzial (eutrophication potential, EP oder nutrification potential, NP) • Photooxidations-(Sommersmog-)potenzial (photochemical ozone creation potential, POCP) • CO2-Speicherung (bei nachwachsenden Rohstoffen) • Naturraumbeanspruchung und Flächenbedarf (space requirements)

Aufgrund der schwierigen Datengrundlage werden die ebenfalls für die Ökobilanz definierten Indikatoren zur Toxizität von Bereitstellungsprozessen zumeist nur bei signifikanten Einzelbewertungen verwendet. Beispiele hierfür sind der Schwermetallabtrag von Kupfer-, Zinkoder Bleioxiden durch den Regen und ihre toxische Wirkung im Boden oder die Verwendung besonderer Gifte wie Phosgen und Isocyanat als Nebenprodukte bei der Herstellung von Polyurethan. Dazu wurden folgende Indikatoren definiert: • Ökotoxizität in Gewässern (aquatic ecotoxicity, ECA) • Ökotoxizität im Boden (terrestric ecotoxicity, ECT) • Humantoxizität (human toxicological classification, HC) Vereinfacht dargestellt, werden im Rahmen einer quantitativen Ökobilanz nach ISO 14 040 sämtliche notwendigen Gewinnungs- und Herstellungsprozesse – und nach Möglichkeit auch die Nutzungs- und Entsorgungsprozesse – in allen Einzelschritten beschrieben. Zu vergleichende Produkteinheiten müssen dabei hinsichtlich ihrer Funktionen exakt übereinstimmen (functional unit). Die so erstellte Input-OutputAnalyse wird als Sachbilanz bezeichnet. Soweit möglich werden die erfassten Einzelwerte zu den o.g. Wirkungskategorien zusammengefasst (impact assessment). Gegebenenfalls muss die unterschiedliche Nutzungsdauer beachtet werden. Die für eine angenommene Gebäudenutzung von 80 oder 100 Jahren jeweils erforderlichen Erneuerungszyklen der Bauteile oder einzelner Bauteilschichten werden als Faktor ermittelt und mit den Ergebnissen des »Impact assessment« multipliziert. Die abschließende Bewertung der ermittelten Indikatoren kann je nach Situation über die Schwere der Wirkungsfolgen (ökologische

Als Bewertungsverfahren dient die in den letzten 20 Jahren entwickelte und in der ISO 14 040–14 043 genormte Ökobilanz »Life cycle assessment« (LCA) – einer von vier Bewertungsteilen, die im Rahmen einer Gesamtbe80 % wertung der wichtigsten Materialien erforderlich 60 % werden. Danach sind die Konstruktions- oder Materialalternativen zunächst mit einer Ökobi40 % lanz zu analysieren und hinsichtlich der Umweltauswirkungen zu quantifizieren. Ergänzend 20 % dazu müssen – sofern vorhanden und bekannt – 0% qualitativ abschätzbare, ökologische Wirkungen benannt und bezüglich ihrer Bedeutung ge-20 % wichtet werden. Danach werden die Alternativen einer Kostenschätzung unterworfen und ab- -40 % schließend soziokulturelle Argumente aufgelis-60 % tet. Hierzu gehören Aspekte wie z.B. die regionale Wirtschaftsstärkung mit einer räumlich be-80 % grenzten Ausschreibung, gestalterische Wünsche des Nutzers oder die Einbindung in ein -100 % energetische GWP AP NP POCP Ortsbild. Aus der Zusammenführung der TeilAufwendung ergebnisse ist die Entscheidung zu begründen. Auf Grundlage der DIN ISO 14 042 »Impact Variante 0: C 25/30 ohne recycelte Zuschlagstoffe, Nahbereich = 0 % A 4.2

24

Ökobilanz für Beton: Varianten mit und ohne recycelte Zuschlagstoffe

stoffliche Ressourcen Zuschlag

Variante 1: C 25/30 mit 35 % recycelten Zuschlagstoffen, Nahbereich Variante 2: C 25/30 mit 35 % recycelten Zuschlagstoffen, Fernbereich Variante 3: C 25/30 mit 100 % recycelten Zuschlagstoffen, erhöhter Zementanteil

stoffliche Ressourcen Zement

A 4.2

Kriterien für die Auswahl von Baustoffen

Gefährdung), über einen relativen Vergleich der Varianten oder über die Bedeutung der Wirkung im Verhältnis zu einer bereits bestehenden Umweltbelastung (distance to target) erfolgen. Besonders das letzte Bewertungsprinzip wird oftmals in der Weise vorweggenommen, dass die Berechnung der Ökobilanz von vornherein auf wenige – als besonders wichtig eingeschätzte – Indikatoren beschränkt wird. Qualitative Umweltwirkungen

Im zweiten Schritt der Gesamtbewertung wird berücksichtigt, dass zahlreiche prinzipiell bekannte, nachteilige Umweltauswirkungen mit den quantifizierbaren Wirkungskategorien – teilweise in Ermangelung bekannter Zusammenhänge – nicht erfasst werden können. Diese ökologischen Wirkungen müssen zusätzlich zu den errechneten Ökobilanzergebnissen benannt und qualitativ mit berücksichtigt werden. Hierzu gehören: • die irreversible Beeinträchtigung oder Zerstörung von Ökosystemen • die erforderliche Infrastruktur zur Produktion und Entsorgung • der Kontrollaufwand zur Sicherung der industriellen Bearbeitungsprozesse und der Umfang der industriellen Bearbeitungsstufen • das Gefährdungspotenzial von Zwischenprodukten • die Wahrscheinlichkeit der Weiterverwertung Ein typisches Beispiel für qualitative Argumente ist die anzustrebende Vermeidung des Raubbaus von gewonnenen Hölzer aus tropischen Regenwäldern (Abb. A 4.4). Die Wirkungen in Form einer Zerstörung der Ökosysteme und der Artenvielfalt sind quantitativ kaum erfassbar. Entsprechende Verbote oder die Forderung nach einer Zertifizierung nachhaltig gewonnener Hölzer durch den »Forest Stewardship Council« (FSC) [3] sind daher eine qualitativ begründete, umweltpolitische Entscheidung. Die Analyse von Materialien und Konstruktionen in einer Ökobilanz war bis vor wenigen Jahren noch sehr zeit- und kostenaufwändig und nicht in einen Planungsprozess integrierbar. Zudem erfordert die Ökobilanz ein umfangreiches, allgemein akzeptiertes Datenmaterial zu allen betrachteten Materialien. Heute hat sich die Datenlage soweit verbessert, dass eine vergleichende Abschätzung auf Grundlage der Ökobilanz planungsbegleitend möglich ist, wenn man sich auf die am besten dokumentierten und wichtigsten Wirkungskategorien beschränkt. Zusätzlich wurde der Bilanzierungs- und Rechenaufwand durch die Bereitstellung entsprechender EDV-Programme erheblich erleichtert. Ökobilanzen sind ein geeignetes Instrument, um zunächst plausibel erscheinende, ökologisch begründete Argumente auf ihre Wirklichkeitsnähe zu überprüfen. Dies soll am

Beispiel von Ortbeton verdeutlicht werden: Prinzipiell gibt es die Möglichkeit, Ortbeton mit recycelten mineralischen Zuschlägen herzustellen. Um die mit der Verwendung von Altmaterialien ggf. auftretenden Risiken für die Festigkeit auszugleichen, ist bei mehr als 35 % Recyclingzuschlag eine Erhöhung des Zementanteils vorgeschrieben. Zunächst erscheint die Verwendung von Recyclingmaterialien grundsätzlich sinnvoll. In einem konkreten Planungsfall wurden verschiedene Varianten miteinander verglichen: • Normalbeton C 25 / 30 ohne recycelte Zuschlagstoffe • Beton C 25 / 30 mit 35 % recycelten Zuschlagstoffen aus dem Nahbereich (bis 100 km) • Beton C 25 / 30 mit 35 % recycelten Zuschlagstoffen aus dem Fernbereich (über 100 km) • Beton C 25 / 30 mit 100 % recycelten Zuschlagstoffen (mit Zulassung im Einzelfall möglich) aus dem Nahbereich und einem erhöhten Zementanteil Da der Recyclingzuschlag möglichst gleichmäßig und damit am besten aus einem einzigen Abbruch entnommen werden soll, muss das Material ggf. über weite Wege zum Mischwerk transportiert werden, daher die Varianten »Anfuhr bis 100 km« und »Anfuhr über 100 km«. Abb. A 4.2 zeigt das Ergebnis: Die Nulllinie des Diagramms repräsentiert die Wirkungen bei normalem Beton ohne Recyclingzuschläge; die Balken stellen die Verbesserung oder Verschlechterung der Wirkungen in Prozent dar. Es zeigt sich, dass aufgrund der notwendigen Transporte und aufgrund des erhöhten Zementanteils die wichtigsten Wirkungskategorien mit zunehmendem Recyclinganteil eine höhere Umweltbelastung aufweisen. Allein der Indikator für den Verbrauch stofflicher Ressourcen nimmt ab. Die Verwendung von Recyclingbeton führt also nur dann zu einer Umweltentlastung, wenn der Recyclingzuschlag aus dem Nahbereich unter 100 km herantransportiert wird und wenn im Bereich des Mischwerks die Zuschläge in Form von Kies oder Sand eine knappe Ressource darstellen oder durch den mit dem Abbau verbundenen Flächen- und Landschaftsverbrauch begrenzt sind. Das Beispiel macht deutlich, dass auch nach Erstellung einer umfangreichen Ökobilanz die Ergebnisse nicht als allgemein gültig für alle Bauprojekte und Regionen übernommen werden können. Im Einzelfall muss geprüft werden, ob einzelnen ermittelten Wirkungen eine besondere Bedeutung zukommt. Kostenvergleich

Kostenvergleiche im Bauwesen erfolgen traditionell über die bekannte Kostenschätzung, -berechnung und -feststellung. Kernproblem der Kostenvergleiche ist die Abschätzung der Nutzungskosten, da sie die Kenntnis der zu erwartenden Unterhaltungs- und Erneuerungskosten erfordert. Auf Grundlage der Kostengruppengliederung nach DIN 276 gibt es hier-

zu bereits mehrere EDV-gestützte Ansätze [4], die jedoch noch keine flexible Behandlung der (im Sinne der Nachhaltigkeit zu optimierenden) Dauerhaftigkeit von Bauteilen oder Schichten erlauben. Die Kosten einschließlich der Nutzungs- und Beseitigungskosten werden als Lebenszykluskosten bezeichnet. Im Zusammenhang mit Bemühungen um die Harmonisierung der Verfahren und um die Entwicklung von Nachhaltigkeitsindikatoren für Gebäude [5] wird an der Entwicklung einer dynamischen, qualitätsabhängigen Dauerhaftigkeitsschätzung für Bauteile und Produkte gearbeitet. Ausführungsplanung Materialsparende und umweltschonende Auswahl von Produkten und Baustoffen: • materialsparende technische Planung (Elektro, Kalt- und Warmwasser, Heizung) durch eine optimierte Anordnung der Sanitär- und Versorgungsbereiche, der Leitungswege und Versorgungsstränge • wassersparende Installationen • Verringerung des Umbau- und Erneuerungsaufwands während der Nutzung durch Dauerhaftigkeit, Reparierbarkeit und Nutzungsflexibilität von Bauteilkonstruktionen • recyclinggerechtes Bauen durch fraktionierbare, mechanisch trennbare Bauteilschichten oder homogene Materialaufbauten Hygiene und Gesundheit, Raumklima: • Belüftungstechnik und Belüftungsraten • Optimierung der raumklimatischen Bedingungen durch eine konvektionsfreie, großflächige Heizwärmeabgabe • Sicherung eines behaglichen und gesunden Innenraumklimas durch eine optimierte Beund Entlüftungsplanung, eine optimierte Wärmezu- und abfuhr sowie durch die Anordnung ausreichender Speichermassen • Optimierung des Schallschutzes Gütesicherung der Ausführungsplanung

Die Optimierungsziele des dauerhaften Funktionserhalts von Bauteilen, der Reparaturfreundlichkeit und der Flexibilität hinsichtlich veränderter Nutzungsanforderungen können unter dem Ziel der Dauerhaftigkeit zusammengefasst werden. Diese abzuschätzende Größe ist natürlich kein fester Wert, sondern in hohem Maße abhängig von der Planungs- und Ausführungsqualität. Je nach Qualitätssicherung müssen etwa heute übliche, einschichtige isolierverglaste Holzfenster nach 10, 20 oder erst nach 50 Jahren ausgetauscht werden. Ebenso hält ein Bodenbelag mit vorgelagerter Sauberlaufzone im Eingangsbereich deutlich länger als ohne. Wie bereits erläutert, ist die geschätzte Dauerhaftigkeit eines Bauteils von großer Bedeutung bei der Annahme von Erneuerungszyklen und damit für die zeitliche Normierung der Ökobilanz und für die Berechnung der Lebenszykluskosten. Die hierbei zu optimierende Qualität ist gemein25

Kriterien für die Auswahl von Baustoffen

hin das, was als Fachkompetenz oder Erfahrung der Architekten, Bauingenieure und Handwerksbetriebe bezeichnet wird. Anders als bei der Bewertung der Umweltwirkungen von Materialien während der Rohstoffgewinnung, Herstellung und Entsorgung gibt es bis heute kein einheitliches Bewertungsinstrument für die erzielte technisch-konstruktive Qualität und die erreichbare Nutzungsdauer eines Bauteils; es laufen jedoch mehrere Forschungsansätze zu diesem Thema. Aus diesen Arbeiten lassen sich einige Grundlagen benennen. Ein wichtiges Kriterium für die Optimierung der Dauerhaftigkeit ist die mehr oder weniger gelungene Übereinstimmung von Eigenschaften und Risiken (Empfindlichkeiten) eines Materials einerseits und der funktionalen Anforderungen und Belastungen im Bauteil andererseits. Das Ergebnis wird um so günstiger, je weniger Belastungen auf entsprechende Empfindlichkeiten treffen und je mehr gewünschte Funktionen mit materialtypischen Eigenschaften übereinstimmen. Daraus folgt als zweites Kriterium, wie den potenziellen Schäden, die sich aus dem Zusammentreffen besonderer Belastungen und materialspezifischer Risiken ergeben, technisch und konstruktiv entgegengewirkt wird. Als drittes Kriterium gilt die Frage nach der Lösbarkeit von Verbindungen in einem Bauteil und damit nach der Reparierbarkeit und teilweisen Erneuerbarkeit. Dabei ist die Frage nach dem jeweiligen Hauptnutzen des Bauteils von Interesse. Besonders bei Oberflächen ist mit einem ästhetischen Hauptnutzen zu rechnen, was zu einem mode-, geschmacks- oder identitätsabhängigen Austausch von ansonsten funktionsfähigen und einwandfreien Flächen oder Produkten führen kann. Ähnliches lässt sich bei stark kulturell geprägten Bauteilen wie z.B. Sanitäreinrichtungen beobachten. In diesen Fällen sind mechanisch einfach lösbare Verbindungen zu wählen, um den mit einem Austausch verbundenen Materialaufwand so gering wie möglich zu halten. Bei verdeckten, rein technisch genutzten Bauteilen wie Abwasserrohren, Abdichtungen oder Tragwerksbestandteilen steht die technische Dauerhaftigkeit im Vordergrund. Hier können industriell vorgefertigte Verbundelemente eine Qualitätsverbesserung darstellen, wobei sie immer auf die Trennbarkeit der Materialfraktionen zum Zwecke des Recyclings zu prüfen sind. Behaglichkeitsindex

Die für ein gesundes und behagliches Raumklima verantwortlichen Rahmenbedingungen wurden in den letzten Jahren zunehmend präzise in Regelwerken normiert und mit Zielwerten versehen. Davon betroffen sind wichtige Aspekte wie die Winddichtigkeit von Gebäuden – messbar durch das Blower-Door-Verfahren nach EN 13 829 –, der Mindestluftaustausch mit dem 0,6–0,7-fachen des Raumvolumens pro Stunde zum Abtransport von Schadstoffen und CO2 aus der Innenraumluft oder die Vermeidung von Kältepolen und Schimmelbildung im 26

A 4.3

A 4.4

Raum durch entsprechende Rechenverfahren der DIN EN ISO 10 211. Darüber hinaus ist die empfundene Behaglichkeit in Räumen von der Luftgeschwindigkeit der Konvektion, von der Kälteabstrahlung der Wände und Decken und von der Temperaturschichtung abhängig. Das Zusammenwirken aller Einzeleinflüsse sowie ihre physische Wirkung und individuelle Empfindung sind mit einfachen physikalischen Zusammenhängen oder Algorithmen nicht lösbar. Daher wurden in der DIN EN ISO 7730 zur Ermittlung der Bedingungen für die thermische Behaglichkeit subjektive Empfindungen von Testpersonen herangezogen. Der PMV-Index (predicted mean vote) stellt eine Bewertung der thermischen Behaglichkeit dar und wird aus mehreren physikalischen Raumbedingungen gebildet. Der PPDIndex (predicted percentage of dissatisfied) ist eine statistische Funktion des PMV und beschreibt einen Prognosewert unzufriedener Personen in Prozent. Man unterscheidet drei Qualitätskategorien: A, B und C. Gleichlautend werden sowohl in DIN EN ISO 7730 als auch in der schweizerischen SIA 180 die klimatischen Anforderungen benannt, die der Planung klimaregulierender Konstruktionen zugrundegelegt werden sollen, z.B. bei der Auslegung im Raum vorhandener Wärmespeichermassen, bei Konzepten der sommerlichen Wärmeabführung, der Be- und Entlüftungstechnik oder der Bemessung und Konstruktion von wärmedämmenden Bauteilen und ihren Innenoberflächen.

• abfallarmes Bauen, Reststoffrückführung • Sicherung einer lärm- und staubarmen Baustelle, Vermeidung von Grundwasserbelastungen, Kontaminationen und risikobelasteter Arbeiten

Ausschreibung, Vergabe und Ausführung Materialsparende und umweltschonende Auswahl von Produkten und Baustoffen: • Sicherung der langfristigen Werterhaltung und nachhaltigen Funktionalität der Konstruktionen und Bauteile durch die Ausschreibung gütegesicherter Baustoffe, Produkte oder Bauteile und durch eine ausführliche funktionale Beschreibung der gewünschten Bauleistungen • Auswahl lösemittelfreier chemischer Produkte • Vermeidung von Produkten mit Umwelt- und Gesundheitsrisiken im Gewinnungs- und Herstellungsprozess

Hygiene und Gesundheit, Raumklima: • Auswahl schadstoff- und emissionsarmer Oberflächenmaterialien • Vermeidung von Materialien mit erhöhten Brandrisiken, bedingt durch hohe Rauchdichten oder korrosive und zusätzliche toxische Brandgase • Verhinderung von Radon-Belastungen aus dem Baugrund im Gebäude durch entsprechende Abdichtungsmaßnahmnen der Sohle und der Kellerwände • Vermeidung elektrostatischer Felder und Oberflächenladungen während der Nutzung durch die Forderung nach ableitfähigen Produkten wie Bodenbelägen oder Büroeinbauten in der Ausschreibung In der Regel sind erst mit der Ausschreibung die Details so weit festgelegt, dass spezifische Produkte, Verbindungen und Aufbauten auch für die Ausbaugewerke erkennbar werden. Besonders bei öffentlichen Bauvorhaben ist die Nennung spezifischer Produkte nur im Ausnahmefall zulässig, meistens sind sie daher erst mit dem Angebot bekannt – sofern die Aufforderungen zur Produktnennung in den Ausschreibungen korrekt ausgefüllt waren. Die ökologischen und hygienischen Forderungen an Produkte müssen spätestens in dieser Bauphase vollständig bekannt sein und benannt werden. Die Innenraumluft enthält in der Regel ein breites Spektrum an organischen Stoffen sowie an Stäuben und Fasern. Die Quelle ist zum einen der Mensch selbst (Atmung, Körpergeruch) und die von ihm ausgehenden Aktivitäten wie Rauchen, Kochen etc. Des Weiteren geben Baustoffe und Inneneinrichtungen chemische Verbindungen ab. Je nach Konzentration und Zusammensetzung kann es zu einer Überfrachtung der Innenraumluft kommen, die das Wohlbefinden oder gar die Gesundheit beeinträchtigt, wobei schlechte klimatische Bedingungen den Einfluss verstärken. Mit zuneh-

Kriterien für die Auswahl von Baustoffen

mend dichten Gebäuden mit reduzierter Luftaustauschrate werden diese Verunreinigungen zum Problem. Luftbelastungen durch organische Stoffe

Als bauliche Ursache für organische Belastungen gelten Emissionen aus Oberflächenbeschichtungen im Bauwerk, Einbauten, Innenraumausstattungen und Möbel. Besonders Bauteile aus organischen Stoffen wie Kunststoffe, Lacke oder Kleber tragen signifikant zur Luftverunreinigung bei. Um hierfür ein Bewertungsinstrument zu entwickeln, wurden ca. 150 häufig anzutreffende flüchtige Substanzen (Volatile Organic Compounds VOC) [6] zusammengestellt, die sich je nach Siedepunkt aufteilen lassen in: • leichtflüchtige organische Verbindungen (Very Volatile Organic Compounds VVOC), Siedepunkt < 0–50 bis 100 °C • flüchtige organische Verbindungen (Volatile Organic Compounds VOC), Siedepunkt 50–100 bis 240–260 °C • schwerflüchtige organische Verbindungen (Semi Volatile Organic Compounds SVOC), Siedepunkt 240–260 bis 380–400 °C Die Summe aller Substanzen wird als TotalVOC (TVOC) bezeichnet. Da für die meisten dieser Substanzen zunächst keine toxikologischen Untersuchungen vorlagen und damit auch keine für Innenräume verwendbaren Grenzwerte existierten, hat das Umweltbundesamt in dem »Leitfaden nachhaltiges Bauen« für die Bundesrepublik Deutschland Zielwerte der summarischen Raumluftmessungen TVOC festgelegt: • kurzfristig (1–2 Monate) ca. 1500–2500 μg/m2 • langfristig (1–2 Jahre) ca. 200–300 μg / m2 Aufgrund der sehr unterschiedlichen Toxizität der einzelnen Stoffe erfolgt zurzeit auf Initiative des »European Collaborative Action: Indoor Air Quality and it‘s Impact on Man« (ECA) nach und nach eine Einzelstoffbewertung, bei der zwei Zielwerte als »Innenraumluft-Richtwerte« RW I (anzustrebender Zielwert) und RW II (Eingreifwert mit Sanierungsempfehlung) für Einzelstoffe festgelegt werden. Bewertet wurden bisher Stoffe wie Styrol, Benzol, Naphtalin und Formaldehyd. Die VOC-Messungen sind abschließende Ergebnisbewertungen und taugen noch nicht als Planungsinstrument. Für die Auswahl der oberflächenrelevanten Einzelmaterialien in einer Ausschreibung wurde in den letzten Jahren ein Bewertungsverfahren entwickelt, bei dem die Produkte selbst auf Grundlage von VOC-Kammermessungen (prEN 13 419) über einen Zeitraum von 28 Tagen eingestuft und zertifiziert werden können. Bauprodukte müssen demnach entsprechend einem vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) festgelegten Bewertungsschema die Eigenschaft »für die Verwendung in Innenräumen geeignet« aufweisen. Diese Eigenschaft ist durch Kam-

mermessungen der Hersteller zulassungspflichtiger Produkte nachzuweisen und mit den Produktangaben zu deklarieren. Die Randbedingungen der Messung sind vom beauftragten Labor in Anlehnung an die Kriterien des DIBt festzulegen und zu dokumentieren. Dieses Bewertungsverfahren kann für wesentliche und oberflächenintensive Materialien wie Bodenbeläge, Oberflächen von Türen und Einbauten und für Tapeten eingefordert werden. Aus den Produktangaben lassen sich – im Unterschied zur bauphysikalischen Planung der Raumklimata – die am Ende erreichten Emissionswerte in Räumen noch nicht mit ausreichender Sicherheit simulieren. Die Planung von Innenoberflächen erfolgt daher vorrangig nach dem Vermeidungsprinzip, d.h. in der Konzentration auf emissionsarme und emissionsfreie Materialien (z.B. alle mineralischen Flächen) und durch die Wahl als emissionsarm zertifizierter Produkte. Hierzu existieren bereits zahlreiche Zertifizierungssysteme, meistens als Label der Herstellerverbände wie z.B. der Emissions-Code für Bodenbeläge und Kleber (EC-1), die Zertifizierung für Wandfarben »Emissions- und Lösemittelfrei« (ELF) oder das RAL-Umweltzeichen für Farben des Umweltbundesamtes der Bundesrepublik »Emissionsund Schadstoffarm« RAL UZ 12. Neben den organischen Verunreinigungen der Innenraumluft stellen Faserbelastungen aus künstlichen Mineralfasern (KMF) oder aus organischen Fasern einen weiteren Schadstoff dar. Seit 1995 wurden z.B. die Rezepturen von mineralischen Dämmfasern so geändert, dass die so genannte Bioresistenz (Bestand der Feinstfasern in der Lunge bzw. in der Lungenflüssigkeit) und damit das kanzerogene Potenzial entsprechend der Größendefinition der Weltgesundheitsorganisation WHO reduziert werden konnte [7]. Natürlich bilden auch gröbere Fasern ein Risikopotenzial für die Atemwege. Faserdämmstoffe werden im Innenbereich hauptsächlich in leichten Trennwänden, abgehängten Decken, Bodendämmung und Fensteranschlüssen eingebaut. Um den Eintrag in die Raumluft zu vermeiden, müssen diese Konstruktionen faserdicht ausgeführt werden. Als relativer Maßstab für die Belastung des Raums kann die regional sehr unterschiedliche Hintergrundbelastung der Außenluft herangezogen werden (in Berlin z.B. ca. 300–500 Fasern nach WHO-Definition / m3). Diese Hintergrundbelastung besteht aufgrund der Fugenlüftung zumeist auch in Innenräumen und sollte durch weitere baulich bedingte Fasereinträge nicht verschlimmert werden. Anwendung der Optimierungsinstrumente Die für die Anwendung der aufgezeigten Optimierungsinstrumente erforderliche Informationsstruktur verbessert sich ständig durch die steigenden Deklarationsanforderungen an Bauprodukte. Die Einführung zusätzlicher Zertifizierungssysteme durch die Hersteller, die Bereit-

stellung von Datensätzen zur Ökobilanzberechnung durch Herstellerverbände und die Entwicklung normierter Messverfahren hat dazu geführt, dass die Bewertungsverfahren ohne wesentlichen Zeit- und Kostenaufwand bei der Planung und Ausführung von Bauvorhaben berücksichtigt werden können. Aufgrund der notwendigen Informationsrecherche ist es bei größeren Bauvorhaben jedoch empfehlenswert, entsprechende Experten als Fachberater zur Erstellung vergleichender Ökobilanzen für wichtige Bauteile oder zur ökologischen Gütesicherung der Ausschreibung und Ausführung hinzuzuziehen. Neben der ökologisch optimierten Auswahl der Hauptmaterialien und -bauteile liegt der Schwerpunkt der Optimierungsarbeit bei der Formulierung der Ausschreibung, der Produktdeklaration der Anbieter und der laufenden Prüfung der Ausführung. Das fertige Bauwerk kann nur den Anforderungen der Nachhaltigkeit entsprechen, wenn diese in allen Einzelheiten in den Ausschreibungen produktunabhängig benannt worden sind. Es hat sich bei zahlreichen Bauvorhaben bewährt, spätestens nach der Entscheidung für ein Angebot eine verbindliche Deklaration aller zu verwendenden Produkte und Nebenprodukte mit Hilfe einer Produktliste einschließlich der Sicherheits- und Zertifizierungsinformationen einzufordern und zum Bestandteil der Vergabe- und Vertragsunterlagen zu machen. Erst wenn Zielwerte zum Primärenergiebedarf, zur Behaglichkeit oder zur Hygiene Auftragsbestandteil sind, können sie nach Fertigstellung des Bauwerkes überprüft und ggf. als vereinbarte Eigenschaft im Rahmen der Gewährleistung eingefordert werden. Mängel bei der Umweltqualität von Gebäuden werden in Zukunft zunehmend einen nachweisbaren Planungsfehler darstellen.

Anmerkungen: [1] Total Volatile Organic Compounds: Summe flüchtiger organischer Substanzen [2] European Collaborative Action: Indoor Air Quality and it‘s Impact on Man (ECA) [3] Das FSC-Zertifikat regelt die nachhaltige Bewirtschaftung von Forsten. Es wird im Zusammenhang mit dem Handelszertifikat »Chain of Custody« häufig von öffentlichen Bauherren in Europa eingefordert. [4] GEFMA 2000: Kostenrechnung im Facility Management; PLAKODA, Planungs- und Kostendaten; Schmitz, Heinz u.a.: Baukosten 2004 – Instandsetzung, Sanierung, Modernisierung, Umnutzung. Essen 2003 [5] ISO / TC / 59: Item Buildings and Constructed Assets – sustainability in Building construction – Sustainability indicators [6] Eine Gruppenauflistung der TVOC erfolgt im Anhang: Glossar Schadstoffe [7] Entsprechende Steinwollfasern werden als »vermindert bioresistent« deklariert. Glaswollfasern werden durch den »Kanzerogenitätsindex« Ki ausgezeichnet, der einen Wert von 40 nicht unterschreiten darf: Ki ≥ 40.

A 4.3 A 4.4

Bei der Auswahl von Baustoffen sollten auch die Transportwege berücksichtigt werden. Umweltzerstörung in den Tropen

27

Die Entwicklung innovativer Materialien Dirk Funhoff

Rohstoffhersteller

Hersteller Bauprodukt

Planer / Architekten

Baustoff Fachhandel

Bauunternehmer

Baumarkt

Handwerker

industrielle Auftraggeber

Baustelle

öffentliche Auftraggeber

private Bauherren

physischer Materialfluss – zur Baustelle Beeinflussung der Materialauswahl – für den Bau A 5.1

Die Bauwirtschaft gilt nicht als innovative Branche: Einer Umfrage im Jahre 1999 bei Schweizer Unternehmen zufolge liegt der Umsatzanteil innovativer Produkte in der Bauindustrie bei nur 10,7 % – im Vergleich zu 37,1 % beim Durchschnitt aller Branchen. Lediglich 24 % der Unternehmen betrieben Forschung und Entwicklung gegenüber 49 % bei der gesamten Industrie [1]. Die hohen Wachstumsraten der Bauindustrie sind vorbei. In Deutschland stagniert die Wirtschaft seit Jahren aufgrund geringer Nachfrage. Umfangreiche Regelwerke, Normen und Zulassungsprozeduren erschweren Veränderungen; zunehmende Komplexität steigert die Kosten. Gleichzeitig besteht unverändert der Wunsch der Menschen nach einem qualitativ hochwertigen Wohn- und Lebensraum. Neue Erkenntnisse über Wohnphysiologie verlangen veränderte Produkte; hohe Ansprüche möchten befriedigt werden, ohne dass die Kosten über Gebühr steigen. In diesem Umfeld nimmt die Notwendigkeit für Innovationen zu. Dieser Beitrag möchte die Entwicklung innovativer Materialien im Bereich Bauen und Wohnen veranschaulichen und das gegenseitige Verständnis der Beteiligten an diesem Prozess fördern.

technologische Faktoren, die den tatsächlichen Einsatz des neuen Produkts beeinflussen. Selbst wenn ein Produkt schon am Markt erhältlich ist, müssen häufig Anpassungen vorgenommen werden, sodass sich die Entwicklungszeiten deutlich verlängern. Dieser Erkenntnis Rechnung tragend hat z.B. die Bundesregierung die Initiative »Partner für Innovation« gegründet, die das Ziel verfolgt, gute Ideen schneller in Innovationen umzusetzen [3]. Innovation setzt einen Markterfolg zwingend voraus. Deshalb reicht es nicht aus, lediglich zu beschreiben, welche neuen Materialien oder Technologien existieren [4]. Deren Entwicklung erfolgt unter bestimmten Rahmenbedingungen, die den Einsatz und die Verfügbarkeit der neuen Materialien beschränken. Diese Produkte in einen neuen Kontext zu stellen, ist »neu«, aber die geweckten Begehrlichkeiten können häufig weder sinnvoll noch nachhaltig befriedigt werden. Und wenn sich der Markterfolg nicht einstellt, haben wir keine Innovation. Eine große Chance zur Innovation würde sich eröffnen, wenn die Beteiligten am Innovationsprozess und am Wertschöpfungsnetzwerk der Bauindustrie sich besser verstehen lernen und ihre Prozesse abstimmen würden. Rahmenbedingungen

Was ist innovativ?

A 5.1 A 5.2

28

vereinfachte Darstellung des Wertschöpfungsnetzwerks der Bauindustrie Wärmeleitfähigkeiten verschiedener Materialien

Der Begriff »innovativ« wird häufig einfach mit »neu« oder »neuartig« gleichgesetzt. Aber die Neuheit allein – also die Erfindung eines neuen Stoffs oder Effekts – reicht nicht aus. Die Innovation ist die Durchsetzung einer technischen oder organisatorischen Neuerung am Markt, nicht allein ihre Erfindung [2]. Dieser ökonomische Aspekt erklärt, warum Innovationen große Chancen bieten – ein Innovator hat eine bessere Reputation am Markt (auch bei Standardprodukten) und ihm wird eine größere Kompetenz zugestanden, die sich wiederum in einer höheren Akzeptanz seiner Produkte niederschlägt. Aber Innovationen sind nicht leicht durchzusetzen, und es wird immer schwieriger. Die größte Hürde bildet meistens die Vermarktung, nicht die technologische Machbarkeit. Eine Erfindung oder Entdeckung ist »nur« der erste Schritt auf dem Weg zur Innovation. Zum erfolgreichen Vermarkten gehören viele nicht-

Die Innovation auf der Materialseite wird durch Forscher oder Entwickler in den Laboratorien der Rohstoff- bzw. Baustoffindustrie vorangetrieben, auch wenn es Impulse durch andere Branchen wie Architektur oder Design geben mag. Aus der Sicht der Wissenschaftler bedeutet »Material« im engeren Sinne der Definition »Stoff, Rohstoff oder Werkstoff« [5]. Daraus werden (auch) Materialien gefertigt, die in Form, Farbe etc. an verschiedene Anwendungen angepasst sind. Architekten und Designer setzen diese Materialien ein, um den Menschen ein ansprechendes Umfeld zum Bauen und Wohnen zu schaffen. Um die Produkte nach ihren Vorstellungen zu modifizieren, sprechen sie mit den Zulieferern. Diese verfügen aber nicht immer über Möglichkeiten, die Materialien »stofflich« grundlegend zu beeinflussen, weil das Wertschöpfungsnetzwerk so komplex ist (Abb. A 5.1). Welche Materialien tatsächlich verbaut werden,

Die Entwicklung innovativer Materialien

wirdvon den Beteiligten an der Baustelle entschieden. Die Hersteller der Bauprodukte bzw. die Rohstoffhersteller spielen dabei keine aktive Rolle und werden zu Fragen der Materialauswahl auch selten herangezogen. Das ist in der Automobil- und Flugzeugindustrie anders. Hier diskutieren die Produzenten der Endprodukte mit Zulieferern bzw. Rohstoffherstellern und definieren die Anforderungen an die Materialien. Dieses gemeinsame Vorgehen garantiert die Innovation: Wenn das neue Material den Anforderungen z.B. des Automobilherstellers genügt, wird es auch in der Produktion seiner Autos eingesetzt, d.h. der Markterfolg ist sehr wahrscheinlich. Ein wesentlicher Anreiz für diese Art der Entwicklung liegt in der Struktur dieser Branchen: In der Automobilindustrie besitzen die zehn größten Unternehmen einen Marktanteil von weltweit mehr als 80 %, in der zivilen Luftfahrt bestimmen die beiden Flugzeugbauer Boeing und Airbus den Markt. In der Bauindustrie sieht es ganz anders aus: Bei einer globalen Bauleistung von ca. 3,8 Billionen US-Dollar haben die 100 größten Unternehmen mit 373 Milliarden weniger als 10 % Marktanteil [6]. Die Industrie ist stark fragmentiert, die Nachfrage sehr heterogen, daher ist ein integratives Vorgehen schwieriger zu erreichen. Dennoch ließe sich ein solches Modell auf die Bauindustrie übertragen. Auch hier geht es letztendlich darum, Materialien im Hinblick auf die Befriedigung der menschlichen Bedürfnisse zu optimieren – inklusive weicher Faktoren wie Ästhetik oder Haptik. Diese finden aufgrund ihrer Subjektivität oder schwierigen Messbarkeit aber (noch) keinen Eingang in die Entwicklungslabors der Industrie. Um das zu erreichen, müssen die Anwender nicht nur wissen, welche Möglichkeiten neue Materialien bieten, sondern auch verstehen, wie deren Entwicklung funktioniert und welche Rahmenbedingungen hier gesetzt und beeinflusst werden können. Auf der anderen Seite müssen Entwickler aus den Labors besser verstehen lernen, welche Bedürfnisse ein Architekt oder Designer überhaupt befriedigen möchte. Der Antrieb eines Forschers ist die Neugier und die Begeisterung an etwas Neuem. Hier besteht sicher kein großer Unterschied zum Designer oder Architekten. Wie im Sport das Motto »weiter, schneller, höher« gilt, folgt man in den Laboren der Devise »kleiner, leichter, smarter«. Im Grunde arbeitet man an einer ständigen Verbesserung der technischen Eigenschaften von Materialien. Mit zunehmendem Verständnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften eines Werkstoffs ist der Forscher in der Lage, diese zu manipulieren und zu neuartigen Eigenschaftsprofilen zu kombinieren. Wissensflut

In Naturwissenschaft und Technik beobachten wir eine Wissensexplosion ohnegleichen. Nach einer Untersuchung aus den 1960er-Jahren ist die Naturwissenschaft zwischen 1650 und 1950 exponentiell gewachsen, d.h. das Wissen

hat sich etwa alle 15 Jahre verdoppelt [7]. Etwa seit den 1970er-Jahren hat sich das Wachstum verlangsamt und auf hohem Niveau stabilisiert [8]. Zurzeit erscheinen in Naturwissenschaft und Technik ca. 4 Millionen Veröffentlichungen pro Jahr, das sind ca. 20 000 pro Arbeitstag [9] – und dabei ist nicht einmal der Output der geisteswissenschaftlichen Disziplinen berücksichtigt. Diese Zahlen zeigen, dass es aussichtslos ist, den Überblick über alle Aspekte des Wissens zu behalten – die Zeit der Universalgelehrten ist vorbei. Zudem wird es schwieriger, die relevanten von den weniger relevanten Ergebnissen zu unterscheiden. Der Aufwand für neue Entdeckungen steigt, je mehr bereits bekannt ist (abnehmender Grenznutzen). Dies führt dazu, dass grundlegend neue Materialien immer seltener gefunden werden; so werden z.B. weitere chemische Elemente nicht mehr in der freien Natur »entdeckt«, sondern in Teilchenbeschleunigern aufwändig für kurze Zeit »hergestellt«.

Material

Wärmeleitfähigkeit [W / mK]

Baustahl

50

Marmor

3,5

Normalbeton

2,1

Vollziegel

0,96

Glas

0,8

Polyurethan

0,35 – 0,58

Laubholz

0,2

Polystyrol

0,13 – 0,16

Luft

0,024

Kohlendioxid

0,016

Vakuum

0 A 5.2

higkeit des Gases (z.B. Luft) sowie die Wärmestrahlung bei. Dabei wird unterstellt, dass die Konvektion des Gases durch geeignete Maßnahmen (Schaumstoff, Faserverbund) unterbunden wird. Es ergibt sich somit für die Wärmeleitfähigkeit:

Der Fokus liegt heute somit stärker in der kreativen, neuartigen Kombination bekannter Materialien, um neue Effekte zu erzeugen oder Effekte auf andere Materialien zu übertragen. Auf diese Weise entsteht eine gigantische Zahl von Kombinationsmöglichkeiten, die sehr rasch den Eindruck neuer Technologien und Anwendungen erweckt. Aber viele neue Technologien sind altbekannt – ihre Anwendung oder Interpretation im neuen Kontext bietet jedoch neue Möglichkeiten und Chancen. Den Entwicklungsprozess zu lenken und aus den vielen Ideen innovative Produkte zu machen, ist die Herausforderung für die Zukunft.

λ = λFeststoff + λZellgas + λStrahlung

Materialentwicklung

Bei der Kennkurve eines Polystyrol-Schaumstoffs stellt man fest, dass insbesondere bei geringen Materialdichten die Wärmestrahlung im Infrarot-Bereich eine erhebliche (negative) Rolle spielt (Abb. A 5.3). Um die Infrarot-Strahlung zu stoppen, können Infrarot-Absorber oder -reflektoren in die Matrix des Schaumstoffs eingebaut werden – natürlich ohne die Zellbildung bzw. die sonstigen guten Eigenschaften des Dämmstoffs zu zerstören. Mit entsprechenden Verfahren gelingt es, diese Infrarot-Absorber z.B. in Form von Graphit in die Schaumkügelchen einzubringen. Damit ist es möglich, die Wärmeleitfähigkeit des PolystyrolSchaumstoffs noch weiter zu reduzieren (Abb. A 5.5). Bei gleicher Schaumstoffdichte und gleicher Dämmleistung erlaubt die Verwendung von IR-Absorber-modifiziertem PolystyrolDämmstoff eine bis zu 50 % dünnere Wärmedämmung (Abb. A 5.4). Insbesondere bei der energetischen Modernisierung von Altbauten, wo nicht immer genügend Platz für eine ausreichend dicke Dämmung zur Verfügung steht, erweist sich dies als Vorteil. Auch bei Neubauten wurde der IR-Absorber-modifizierte Polystyrol-Dämmstoff bereits eingesetzt, etwa beim Weingut Petra in der Toskana von Mario Botta.

Industrielle Forschung und Entwicklung ist immer stärker gezwungen, die Effektivität weiter zu steigern, d.h. die richtigen Themen zu erkennen und diese dementsprechend zu entwickeln. Mittlerweile steht vor dem Beginn der Forschung neben einer technologischen Bewertung auch eine Analyse der möglichen Marktchancen und des möglichen Unternehmensgewinns. Nur wenn diese positiv ausfällt, werden die immer kostspieligeren Forschungsarbeiten durchgeführt [10]. In erster Linie bilden technologische Parameter die Leitlinien der Entwicklung: Quantifizierbare Effekte und Eigenschaften sind eine wichtige Voraussetzung für eine zielgerichtete Entwicklung. Dies soll anhand der beiden Beispiele Wärmedämmung und Latentwärmespeicher illustriert werden. Wärmedämmung Die Optimierung von wärmedämmenden Materialien beruht auf einer exakten Analyse der physikalischen Prinzipien der Wärmeleitung. Zur Wärmeleitfähigkeit eines Dämmmaterials tragen die Wärmeleitfähigkeit des Feststoffs (z.B. Polystyrol, Stein), die Wärmeleitfä-

Da ein niedriger λ-Wert das Ansteigen des Wärmedämmwerts bedeutet, wird die Strategie für das weitere Vorgehen klar: Jeder der o.g. Faktoren muss minimiert werden – ein Ziel, das die Industrie systematisch verfolgt hat. Vakuum ist der beste Isolator, gefolgt von Gasen und Feststoffen (Abb. A 5.2). Aus diesen physikalischen Gesetzmäßigkeiten ergeben sich in Natur und Technik die bekannten Dämmstoffe. Von Tierfellen bis hin zu HightechWärmedämmverbundsystemen beruhen alle auf den gleichen Prinzipien – und doch gibt es noch weitere Möglichkeiten zur Verbesserung.

29

Die Entwicklung innovativer Materialien

Wärmeleitfähigkeit λ [W/mK]

Aber die Entwicklungen bei der Wärmedämmung gehen noch weiter. Aus der Erkenntnis, dass Zellgas erheblich zur Wärmeleitung beiträgt (Abb. A 5.3), werden zwei Ansätze verfolgt, um diese zu minimieren: • Vakuumdämmung (vollständiger Verzicht auf Zellgas) • nanozelluläre Schäume (Einfrieren der molekularen Beweglichkeit des Zellgases)

0,05 0,04 EPS

0,03

Zellgas (Luft)

0,02 0,01

Infrarotstrahlung

PS-Matrix

0 0

10

20

30

40 50 60 Rohdichte � [kg/m 3 ]

Wärmeleitfähigkeit λ [W/mK]

A 5.3

0,05 0,04

unmodifiziertes EPS

0,03

IR-Absorber-modifiziertes EPS

0,02 0,01 0 0

10

20

30

40 50 60 Rohdichte � [kg/m 3 ] A 5.4

A 5.3 A 5.4

IR-Strahlung

IR-Strahlung

A 5.5 A 5.6

Kennwerte eines Polystyrol-Schaumstoffs und der verschiedenen Beiträge zur Wärmeleitung Wärmeleitfähigkeiten von IR-Absorber-modifiziertem EPS im Vergleich zu normalem EPS in Abhängigkeit von der Rohdichte Prinzip der IR-Absorption Wirkungsprinzip des nanozellulären Schaums a Makroschaum: großer Einfluss des Zellgases auf die Wärmeleitfähigkeit b Nanoschaum: kein Einfluss des Zellgases auf die Wärmeleitfähigkeit

IR-Absorber

A 5.5

100 nm 0,1 mm a

30

b

A 5.6

Aus dem ersten Ansatz wurden so genannte Vakuum-Isolations-Paneele (VIP) entwickelt, die aus einem offenzelligen Kern (z.B. Kieselsäurepulver oder Polyurethan-Schaum) mit einer gasdichten Hülle bestehen (siehe Dämmen und Dichten, S. 139). Der offenzellige Schaum erlaubt wegen seiner Zellstruktur eine Evakuierung des Elements (Abb. A 5.10). Hiermit lassen sich Wärmeleitfähigkeiten erzielen, die mit 0,004–0,008 W / mK deutlich unter denen herkömmlicher Dämmstoffe liegen. Solche Vakuum-Isolations-Paneele sind bereits im Handel erhältlich. Ihre Einsatzmöglichkeiten werden derzeit in verschiedenen Projekten näher untersucht. Wir stehen hier am Anfang einer Innovation. Ein Nachteil dieser Elemente stellt ihre mechanische Verletzbarkeit dar, die hohe Sorgfalt beim Einbau erfordert. Eingesetzt werden derartige Systeme aber schon in industriell vorgefertigten Geräten, wie z.B. Kühlschränken. Nanozelluläre Schäume hätten eine ähnlich hohe Isolationswirkung wie VIP, wären aber mechanisch weniger verletzbar. Sie nutzen den Effekt, dass bei genügend kleiner Zellgröße nur noch einzelne Gasmoleküle in einer Zelle sitzen und quasi »eingefroren« werden (Abb. A 5.6). Derartige Schäume lassen sich allerdings noch nicht industriell herstellen. Falls dies gelingt, werden deren anwendungstechnische Eigenschaften denen herkömmlicher Schäume entsprechen, jedoch mit deutlich reduzierter Wärmeleitfähigkeit. Bei dieser Erfindung ist der Markterfolg noch völlig offen. Latentwärmespeicher als passive Kühlung Latentwärmespeicher (Phase Change Materials, PCM) sind Materialien, in denen Wärme mittels eines Phasenübergangs (z.B. fest zu flüssig) gespeichert wird. Dabei bleibt die Temperatur des Materials konstant, bis der Phasenübergang abgeschlossen ist. Die gespeicherte Wärme (oder Kälte) ist nicht sichtbar, aber latent vorhanden. Derartige Materialien sind im Prinzip altbekannt [11]. So ist z.B. die Verwendung von Eis als Kühlmittel in einem Getränk eine Anwendung des Latentwärmespeicherprinzips: Solange das Eis schmilzt, bleibt das Getränk kühl, da die Wärme zum Schmelzen des Eises verbraucht wird. Um dieses Prinzip technisch zu beherrschen, musste man allerdings erst Entwicklungsarbeit leisten: Materialien mit Phasenübergang im gewünschten Temperaturbereich mussten gefunden werden, die dann in entsprechenden Behältern eingeschlossen wurden – denn die Speicherung von Wärme ist in der Regel mit einem Aufschmelzen des Materials verbunden.

In ersten Anwendungen wurde Solarwärme in Tanks mit Salzhydraten gespeichert – technisch aufwändig und wenig flexibel in der Anwendung. Später entdeckte man Paraffin als Alternative, dieser Stoff lässt sich in Kunststoffbehälter und Folien einschweißen. Eine der ersten Anwendungen dieser makroverkapselten Latentwärmespeicher wurde in der Schweiz realisiert. Beim »Solarhaus III« in Ebnat-Kappel von Dietrich Schwarz fungieren paraffingefüllte Kunststoffkästen als Wärmespeicher in einer Glaswand – im Sommer als Puffer gegen die Tageshitze, im Winter als Speicher der Solarenergie. Ein intelligent angeordnetes Prisma vor den Latentwärmespeichern verhindert die Überhitzung im Sommer und ermöglicht den Wärmegewinn im Winter [12]. Der konsequente nächste – technologiegetriebene – Schritt war die Übertragung der Verkapselung in den mikroskopischen Bereich. Erste Arbeiten auf Melamin-Basis wurden in den USA durchgeführt. Diese Mikrokapseln, die Latentwärmespeicher enthalten, kommen z.B. in Funktionskleidung zum Einsatz. Speziell für den Baubereich haben verschiedene deutsche Firmen und Institute im Rahmen eines Verbundprojekts formaldehydfreie Systeme auf Methacrylat-Basis entwickelt [13]: Mittels mikroverkapselten Paraffinen (Abb. A 5.11 und 12) gelingt es, Latentwärmespeicher in Baumaterialien wie Putz, Gipsplatten oder Spanplatten einzuarbeiten (Abb. A 5.8). Zum sommerlichen Wärmeschutz können Latentwärmespeicher einen erheblichen Beitrag leisten. Erste Anwendungen zeigen, dass diese passive Kühlung hervorragend funktioniert. Bei entsprechender Einbeziehung in die energetische Planung können sowohl die Investitionskosten (durch kleinere Kühlanlagen) als auch die Betriebskosten (durch geringere Kühlleistung) reduziert werden. Dem stehen höhere Materialkosten bei der Erstellung des Gebäudes gegenüber. In naher Zukunft wird sich zeigen, inwieweit die wirtschaftliche Attraktivität der PCM einen Markterfolg gewährleistet. Noch befindet sich das Material im Stadium der Marktentwicklung. Es ist aber sicher, dass passive Kühlsysteme mit PCM zur Energieeffizienz von Gebäuden im Rahmen nachhaltiger Entwicklung einen wesentlichen Beitrag leisten werden. Darüber hinaus gibt es weitere Innovationsfelder, die in den nächsten Jahren interessant sein könnten: • Energiemanagement – Einsparung von Heizund Kühlenergie • »Easy-to-clean« – Reinigung von Oberflächen • »Easy-to-handle« – leicht und fehlerfrei anwendbare Produkte, insbesondere für Renovierung und Modernisierung • Wohnklima und Wellness – emissionsarme Produkte, Haptik von Oberflächen Die Lösungen werden zwar technologiebasiert sein, in ihrer Anwendung aber auch weiche Faktoren berücksichtigen müssen.

Die Entwicklung innovativer Materialien

[cm] 25

Idee / Erfindung

Labor

Prototyp

Pilot

Nischenprodukt

20

Massenprodukt

5 Technologie

Ziegel

Architektur / Design

Beton

10

Putz mit 30 % PCM

15 a

0 A 5.7

b Durchsetzung von Innovationen in der Zukunft

Die geschilderten Beispiele demonstrieren die technologisch motivierte Entwicklung von neuen Materialien: technisch beschreibbare Eigenschaften wie Wärmeleitung oder Wärmekapazität konnten verbessert werden. Die beschriebenen Materialien sind funktional, sie verrichten ihren Dienst im Gebäude unsichtbar. Ihre ästhetischen oder haptischen Qualitäten stellen nicht das Ergebnis eines Gestaltungsprozesses dar, sondern ergeben sich aufgrund ihrer Eigenschaften. Bei der Vermarktung dieser Materialien ist folglich in erster Linie die technische Qualität entscheidend – und somit der Spielraum für weiteres Marketing gering. Durch die Berücksichtigung weicher Faktoren könnte dieser Spielraum erweitert werden; gleichzeitig sollte es möglich sein, innovative Materialien zielgerichteter zu entwickeln. Bei der Produktentwicklung entscheidet sich erst in den letzten Phasen, ob eine Erfindung wirklich zu einer Innovation wird. Der Einfluss

der reinen Technik ist am Anfang groß und nimmt am Ende ab. Umgekehrt verhält sich die Einflussnahmemöglichkeit von Architekten als Vertretern des Endmarkts. Es liegt nahe, dass sich durch eine frühzeitige Einbeziehung aller Beteiligten einer Wertschöpfungskette bisher unerkannte Chancen ergeben (Abb. A 5.7): Schon in der Entwicklungsphase lassen sich kostspielige Irrtümer vermeiden oder gar Fehlentwicklungen verhindern. Dabei muss eine angemessene Balance gefunden werden zwischen dem berechtigten Wunsch der Exklusivität auf der künstlerischen Ebene und dem gleichermaßen berechtigten Interesse der Industrie an einem nachhaltigen wirtschaftlichen Erfolg, der auf dem vielfältigen Einsatz des Materials beruht. Wenn dies gelingt, können durch die Kombination der technologischen Kompetenz der Roh- und Baustoffindustrie mit dem System-, Prozess- und Design-Knowhow der übrigen Bauschaffenden ganz neue Ansätze für Erfindungen und Innovationen gefunden werden.

A 5.8 Anmerkungen: [1] Innovationsumfrage der Konjunkturforschungsstelle der ETH Zürich, 1999 [2] Schumpeter, Joseph: Theorie der wirtschaftlichen Entwicklung. Berlin 1987 [3] www.innovationen-fuer-deutschland.de [4] weitere Literatur dazu siehe S. 270 [5] Material (…): Stoff, Rohstoff, Werkstoff; auch: Gesamtheit von Hilfsmitteln, Gegenständen, Unterlagen, die man zur Herstellung von etwas, für eine Arbeit, als Ausrüstung oder Ähnliches braucht. In der Betriebswirtschaftslehre die Ausgangsstoffe der Produktion; dazu zählen Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe, wieder verwertbare Reststoffe sowie Halbund Fertigfabrikate, die in den betrieblichen Produktionsprozess einfließen. Quelle: Brockhaus – Die Enzyklopädie in 24 Bänden. Leipzig / Mannheim 1996–99 [6] McGraw Hill: The Top International Constructors. August 2004 [7] de Solla Price, Derek John: Little Science – Big Science. New York 1963 [8] Kölbel, Matthias: Das Wachstum der Wissenschaft in Deutschland 1650–2000. In: Parthey, Heinrich; Spur, Günter (Hrsg.): Wissenschaft und Innovation – Wissenschaftsforschung Jahrbuch 2001. Berlin 2002 [9] Marx, Werner; Gramm, Gerhard: Literaturflut – Informationslawine – Wissensexplosion. Stuttgart 2002 [10] Dieser Trend der »Verwertbarkeit« von Forschungsergebnissen begleitet mittlerweile auch die Grundlagenforschung. In der Regel wird kein Forschungsantrag mehr genehmigt, ohne dass nicht mögliche Anwendungen skizziert werden. [11] Eine gute Übersicht über Latentwärmespeicher veröffentlicht der BINE-Informationsdienst des Fachinformationszentrums Karlsruhe, themeninfo IV / 02 (www.bine.info). [12] siehe auch Detail 06 / 2002, S. 736 [13] BMBF-Verbundprojekt mit BASF, maxit, Caparol, Sto und dem Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) Mitwirkende: Dr. Jürgen Fischer, Ludwigshafen, Dr. Ekkehard Jahns, Ludwigshafen, Dr. Peter Eckerle, Ludwigshafen

A 5.9

A 5.10

A 5.7

a schematisierte Innovationskette b zielgerichtete Innovation durch frühzeitige Einbeziehung des Endmarktes A 5.8 Schichtdicken unterschiedlicher Materialien bei gleichem Wärmespeichervermögen A 5.9 Oberfläche eines Graphit-modifizierten Polystyrols A 5.10 offenzelliger Melaminharz-Schaum: Die Poren, die den Gasaustausch ermöglichen, sind deutlich erkennbar. A 5.11 mikroverkapseltes Paraffin in kristallisiertem Zustand A 5.12 mikroverkapseltes Paraffin in geschmolzenem Zustand A 5.11

A 5.12

31

Gefühlte Optik – Material und Haptik im Gestaltungsprozess Marc Esslinger

Die Haptik, die Lehre vom Tastsinn (von griechisch »Haptikos« = berühren können), hält seit einigen Jahren verstärkt Einzug in die Forschung und Entwicklung vieler Unternehmen, in Marketing, Architektur und Design. Welche Rolle der haptische Aspekt bei der Gestaltung von Produkten spielt und wie er mit anderen Gestaltungskriterien wie Ästhetik, Material, Markenbezug und Wettbewerbsumfeld interagiert, soll dieser Exkurs veranschaulichen. Design hat grundsätzlich einen generalistischen Ansatz, und der Entscheidungsprozess unterliegt zahlreichen Einflüssen, vergleichbar mit der Arbeit in einem Architekturbüro. Daher sollen an dieser Stelle Aspekte und Erfahrungen aus dem Industriedesign aufgezeigt werden, die für die Denkweise von Architekten interessant sind und den Diskurs zwischen den artverwandten Disziplinen anregen. Sinnliche Reize und gezielte Ansprache neuer Kommunikationskanäle

Die Werbung spielt bewusst mit den Sinnen. Nach der klassischen Reklame kamen die bewegten Bilder, heute werden zusätzlich akustische Signale benutzt. Den Aufenthalt in Flughäfen und Bahnhöfen z.B. prägen immer öfter wiederkehrende Dreiklänge, die sich in unsere Gehirne einbrennen und die wir mit bestimmten Marken und Dienstleistungen in Verbindung bringen – ob wir wollen oder nicht. Der Konsument kann nicht einfach weghören und die Ohren schließen, wie man etwa Werbe-

A 6.1

A 6.2

A 6.3 A 6.4

anzeigen bewusst überblättern kann. Bei dieser Methode, der so genannten Penetration, geht es häufig eher um die Aufmerksamkeit als solche, als darum, ein positives Gefühl beim Adressaten zu erzeugen. Das liegt nicht nur an der Kurzlebigkeit vieler Kampagnen, sondern auch daran, dass vieles ohnehin auf Illusion aufbaut und nicht auf den eigentlichen Nutzen eines Produkts oder einer Dienstleistung. Architekten behaupten von sich, langfristig zu denken – das zu Erschaffende soll schließlich nicht nur für den Bruchteil eines Augenblicks relevant sein. Bei Designern erstreckt sich die Palette der zu gestaltenden Produkte von schnelllebigen Konsumgütern bis hin zu beständigen Produkten für Medizintechnik oder die Sanitärbranche, die ein halbes Leben modern-zeitlos sein sollen und vor allem nicht kaputtgehen dürfen. Vielen Kreativen sagt man nach, privat eher konservativ zu sein. Ob daraus das Verlangen resultiert, sich an Dingen festhalten zu wollen und nicht nur an Illusionen? In der begründeten Annahme, dass dies vielen Menschen so geht, gestalten Designer Produkte, die man nicht nur benutzt, sondern dies auch mit immer wiederkehrender Freude tut. Die Arbeit von Designagenturen wird immer komplexer, aber auch spannender. Design ist schon lange mehr als bloße Bildchenmalerei, mehr als das reine Verschönern. »Design ist strategisches Mittel in der Umsetzung von

»Fühlprobe«: Um das haptische Erlebnis zu testen, arbeitet die Agentur »frog design« mit unterschiedlichen Materialproben. für die Firma Vistalab entwickelte Pipette: Die ergonomische Formgebung orientiert sich an der Anwendung im Labor. Schuh »Prana« mit integrierter Massagefunktion Orangina-Flasche: Form und Oberfläche erinnern an eine Zitrusfrucht. A 6.1

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Gefühlte Optik – Material und Haptik im Gestaltungsprozess

unternehmerischen Zielen« ist die phrasierte Beschreibung der beruflichen Tätigkeit in den legendären 10-Sekunden-Gesprächen in den Aufzügen der Hochhäuser in Hamburg, Paris oder New York. Dies bedeutet einerseits Eingrenzung: Kosten, Zielpreise, immer kürzer werdende Produktlebenszyklen. Es bedeutet aber auch mehr Freiheit, weil dem Design innerhalb der Unternehmen mehr Gewicht gegeben wird. Zum einen gilt es für Produktdesigner, die Denkweise des Marketings stärker zu verinnerlichen, zum anderen müssen sie die technische Realisierbarkeit beurteilen können und die Herstellungsprozesse verstehen. Aus diesen Gründen wird innerhalb des kreativen Arbeitens immer facettenreicher agiert. Neben ergonomischen, funktionalen und technischen Aspekten – dem kleinen Einmaleins des Produktgestalters – geht es immer mehr darum, Emotionen zu vermitteln und die Bedürfnisse des Nutzers zu erkennen oder auch oftmals zu erahnen. Deshalb gewinnen Faktoren an Wichtigkeit, die der Gestaltung weitere Würze verleihen und Produkte erlebbarer, im Markt differenzierter und für den Nutzer noch zugänglicher machen. Dies geschieht, wie auch in der Werbung, durch das Spiel mit den Sinnen. Hightech und Hightouch

Am Anfang jedes Designprozesses steht das »Agentur-Briefing«, bei dem der Kunde die gewünschten Leistungen beschreibt – neben technischen Aspekten wie Maßen, Funktionalität und Zielkosten auch zahlreiche weiche Faktoren. Darüber hinaus enthält fast jeder Auftrag eine so genannte CMF-Studie (Color, Material, Finish) sowie Vorgaben über die Anmutung einer Marke. So gesund wie »Hohes C« oder medizinisch-rein wie »morgens Aronal, abends Elmex«? Für was steht die Marke? »Vertrauensvoll, zuverlässig, innovativ, speziell, technisch, kundenorientiert, führend« gibt es z.B. im Agentur-Briefing zu lesen. Welches Material ist diesen Attributen zuzuordnen und welche sind davon in einem industrialisierten Prozess umsetzbar im Sinne von Herstellung und Kosten? Medizintechnische Produkte retten Leben und müssen dies auch ausstrahlen (Abb. A 6.2). Handys hingegen sind mittlerweile, nicht nur durch ihre kurzen Lebenszyklen, zum Modeaccessoire geworden. Es ist also stark anzunehmen, dass die Materialwahl bei diesen Produkten sehr verschieden ausfallen wird. Aber es geht auch um Nuancen wie Oberflächenbeschaffenheit und die exakte Abstimmung mit der Ästhetik im Detail. Materialien wie Glas vermitteln eine gewisse Wertigkeit gegenüber Kunststoff – visuell, aber ganz besonders in der täglichen Handhabe. Durch das Material kann sich eine Marke gut, anders anfühlen. In der frühen Kreationsphase wird viel mit Materialien experimentiert, gefühlt, gebogen und geklebt – als Inspiration für neue Ideen (Abb. A 6.1). Natürlich ist ein DVD-Player aus Seide Utopie; durch eine freie Herangehensweise gelingt es jedoch, Elemente verschiedener

Materialien ästhetisch in die Formensprache oder in einzelne Elemente zu adaptieren. Selbst in der Entwicklung von Software werden Analogien zur physikalischen Welt benutzt, um Emotionen zu vermitteln und virtuelle Produkte visuell-haptisch erlebbar zu machen. Um Produkte, die morgen erfolgreich sein sollen, gestalten zu können, muss man nicht nur ein ausgeprägtes »Bauchgefühl« besitzen, sondern auch über den Tellerrand hinausschauen. Stifte, CAD-Software und Computer sind nur Werkzeuge, Kreativität aber entsteht im Kopf. Dort befinden sich auch die Augen, und die muss man immer geöffnet halten. Beim Thema Material heißt das: Was sind die Trends in der Herstellung? Was gibt es Neues in artverwandten Disziplinen wie Mode, Architektur oder Trendforschung? Welche Materialien werden zurzeit entwickelt und welche sind momentan noch Nischenspieler? Ein Spaceshuttle kann hier genauso inspirieren wie die Mailänder Modemesse. Bei dem von der Agentur »frog design« entwickelten Luxuskoffer »Henk« beispielsweise wurde das Material – Kohlefaser – den Cockpits der Formel 1 entliehen (Abb. A 6.7). Für den Gestalter steht im Vordergrund, was diese Trends und Entwicklungen für seine Projekte bedeuten – z.B. für einen Handyhersteller, einen Uhrenfabrikanten oder einen Kunden aus dem Lifestylesektor, der völlig neue Produktkonzeptionen erfragt und dessen Markenversprechen zukünftig dreidimensional zum Ausdruck gebracht werden soll. Das expressive Manifest in Form der richtigen Materialwahl eines Lifestyleprodukts wird wichtiger, je höher das Preissegment ist, welches besetzt werden soll. Massenmarkt differenziert sich vornehmlich durch Farbe; es gibt aber auch hier dutzende Nuancen. Wer Nischen besetzt oder »hochsegmentig« ist, bringt dies durch den bewussten Einsatz von Materialien und deren Oberflächenbeschaffenheit zum Ausdruck. Der Verkauf von Produkten aus hochwertig anmutendem Material bietet grundsätzlich die Möglichkeit, größere Margen zu erwirtschaften; gleichzeitig haben diese Zielgruppen auch gesteigerte Anforderungen an Qualität, Individualität und Produktnutzen.

A 6.2

A 6.3

Trend der Differenzierung

Globalisierte Märkte und somit ein (über)großes Sortiment sich ähnelnder und austauschbarer Produkte führen dazu, dass jede Möglichkeit der Differenzierung genutzt wird. Getrieben durch diesen Sachverhalt, aber auch durch die aufklärerische Arbeit der Medien, sind die Verbraucher – eigentlich sollte man sagen »Gebraucher« – in den letzten zehn Jahren wesentlich wissender und selbstbewusster geworden in der persönlichen Auswahl und der Einschätzung ihrer Kaufentscheidung. »Geizist-geil«-Kampagnen mögen ein Trend im unteren Preissegment in Zeiten der Rezession sein. Der eigentliche Treiber für den harten Kampf

A 6.4

33

Gefühlte Optik – Material und Haptik im Gestaltungsprozess

A 6.5

A 6.6

um die Herzen und das Geld der Kunden ist aber der Wunsch dieser, Produkte zu kaufen, die den eigenen Ansprüchen möglichst genau entsprechen. Die viel diskutierte »Mass-Customization« (individualisierte Massenanfertigung) steckt zwar immer noch in den Kinderschuhen, aber erweckt zumindest den Anschein, das Produkt mitzugestalten – z.B. beim Kauf eines Autos mit der Auswahl der Komponenten. Zumindest auf Zielgruppen abgestimmte und modulare Produktkomponenten – etwa individuell einstellbare Software-Nutzeroberflächen von Handys – belegen jedoch, dass dies nicht nur stattfindet, um künstliche Alleinstellungsmerkmale zu generieren, sondern dass der Markt mit seinen Individuen danach verlangt.

A 6.7 A 6.5 und A 6.6 Designstudie: Das Notebook, dessen Form an ein Schulheft erinnert, soll ein interaktives Lernerlebnis für Kinder schaffen. A 6.7 Rollkoffer »Henk«: Das Material Kohlefaser ist extrem leicht, aber auch äußerst stabil. A 6.8 Apple-Maus: hochwertiger Kunststoff als Nahtstelle zwischen Computer und Anwender A 6.9 Violine: Naturgemäß spielt die Haptik bei Musikinstrumenten eine besondere Rolle. A 6.10 Hülle aus ETFE-Folienkissen, Allianz Arena, München (D) 2005, Herzog & de Meuron

Die Arbeit der Marketingabteilungen ist daher u.a. von Workshops geprägt, in denen es darum geht, sich die eigene Marke als Schauspieler, als Automarke, als Farbe oder als Material vorzustellen. Ist Marlboro lederecht wie ein Cowboysattel und die Deutsche Bank blau-gläsern? Assoziationen werden aufgebaut, helfen Dinge aus dem luftleeren Raum zumindest in Metaphern zu pressen. Designer ziehen ihre Schlüsse daraus und kreieren dann das haptische Erlebnis. Ein gelungenes und gleichzeitig sehr offensichtlich umgesetztes Beispiel ist der ganzheitliche Markenund Produktauftritt des Getränks Orangina (Abb. A 6.4). Flaschenform und Oberfläche orientieren sich an der Zitrusfrucht, das Trinkerlebnis beginnt bereits im Supermarktregal. Automobilbranche als Vorreiter

Der griechische Philosoph Aristoteles beschrieb den Tastsinn einst als essenziellen Bestandteil menschlicher, kognitiver Fähigkeiten. Die Disziplin Produktdesign ist zwar vergleichbar jung, trotzdem spielte Haptik immer schon eine große Rolle in der Formfindung – gleichermaßen theoretischer und praktischer Natur. Dass das Thema erst in den letzten Jahren im Sinne des umfassenden Kundenerlebnisses in Mode kam, ist daher etwas verwunderlich. Wie so häufig in der heutigen Zeit spielt die Automobilbranche auch im Bereich der Haptik eine Vorreiterrolle. Die großen Autobauer betreiben seit vielen Jahren hauseigene A 6.8

34

Haptiklabors, in denen einige ihrer besten Ingenieure aus Forschung und Entwicklung arbeiten – auf der Suche nach dem nächsten Schritt hin zum perfekten und umfassenden Kundenerlebnis. Testpersonen werden verschiedenen Reizen ausgesetzt, betasten z.B. mit lichtundurchlässigen Brillen verschiedene Armaturen. Es geht aber auch um Sitzbezüge und Lenkräder – schlicht um alle Komponenten des Autoinnenraums, mit denen der Fahrer in Berührung kommt. Die Ergebnisse werden von Ingenieuren, Psychologen und Soziologen erfasst und ausgewertet. Neben Komfort, Fahrspaß und Zuverlässigkeit geht es immer mehr um das neue Zauberwort »Wertanmutung«. Heutiges Automobilinterieur durchläuft das gesamte wissenschaftliche Prozedere der Beurteilung von verschiedenen Oberflächenmaterialien und Bedienelementen. Studien von Mercedes belegen, dass Qualität und Anmutung von Materialien vor allem durch haptische Wahrnehmung erlebt und bewertet werden. Allzu tief lassen sich die Branchengrößen freilich nicht in die Karten schauen. Zu groß sind der Wettbewerb und die Investitionen in die Forschung, um mögliche Wettbewerbsvorteile und Wissensvorsprünge leichtfertig aufs Spiel zu setzen. Touchlab

Im Touchlab des weltberühmten Massachusetts Institute of Technology (MIT) geht man das Thema theoretischer an. Offiziell heißt die Forschungseinrichtung »Laboratory for Human and Machine Haptics« und wurde 1990 von Dr. Mandayam A. Srinivasan gegründet. Dort befasst man sich von Grund auf mit den Prinzipien, wie Mensch und Maschine interagieren. Der Ansatz des Touchlabs ist die Untersuchung des menschlichen Tastsinns und der Adaption auf Maschinen, neue Technologien oder Software, z.B. auf CAD-Werkzeuge für Architekten und Designer. Die Anzahl der zu erörternden Aspekte lässt den Laien nur erahnen, wie komplex die Forschungsaktivitäten vonstatten gehen. Forscher aus Biomechanik, Neurophysiologie, Motorik und weiteren wissenschaftlichen Disziplinen arbeiten Hand in Hand. Was treibt die Forscher? Die digitale, virtuelle

Gefühlte Optik – Material und Haptik im Gestaltungsprozess

A 6.9

und automatisierte Welt stellt völlig neue Ansprüche an die Anwender durch steigende Komplexität technischen Fortschritts. Dieses übergroße Füllhorn an Reizen und Informationen zu beherrschen ist das Ziel – vergleichbar mit den Herausforderungen der Urmenschen, die Natur zu verstehen und beherrschen zu lernen. Die Ergebnisse des Touchlab fließen in zahlreiche Neuentwicklungen ein – in Medizin- und Robotertechnik, Videospiele und CAD-Software – und somit auch in den Gestaltungsprozess und in die Arbeit von Industriedesignern.

lebnis aus Nutzersicht fängt ja eigentlich jetzt erst an. Beispiele gibt es genug: das stetige Benutzen des Mobiltelefons, die Fahrt ins Büro mit dem Lenkrad in der Hand oder die Computermaus, die uns stundenlang mit einem Computer, dem Internet und der Software verbindet. Stets geht es darum, das Produkt- und Markenversprechen einzulösen und Loyalität aufzubauen. Gerade bei Gebrauchsgegenständen, die wir häufig benutzen, mit uns herumtragen und die fast schon Teil von uns sind, ist das immer wiederkehrende haptische Erlebnis von zentraler Bedeutung. Lacke, Schalter, Gehäuse Die Ansprüche der Nutzer – sie alle sind Elemente des haptischen ErlebIm Vergleich zu den Entwicklungsteams aus der nisses. Es geht aber nicht nur um das BetasAutomobilindustrie oder der Medizintechnik wis- ten, sondern auch um das emotionale und intusen Designer wenig zum Thema Haptik – gera- itive Anfühlen der Interaktion mit dem Produkt. de so viel, wie aus Sicht der Auftraggeber für Wie wird dem Nutzer Feedback gegeben, den erfolgreichen Verlauf eines Projekts notwenn das Handy einen Befehl angenommen wendig ist. Die Erkenntnisse der Wissenschaft hat oder wenn das Brillenetui verschlossen ist? um den Tastsinn aber in den Kontext von ProDie Handhabung von Produkten und deren duktnutzen, Markenverständnis und den NutTeilnahme an unserem Alltag macht Funktion zerwünschen zu stellen, das ist die Kernaufgazu Emotion und Gewöhnung, Produkte werden be der Designer. zu unseren ständigen Begleitern. Um den Kaufreiz anzusprechen, spielt neben Diese Beispiele verdeutlichen, dass das Thema dem ästhetischen Erscheinen, – wenn man bei- »Haptik« eine zentrale Rolle spielt – sowohl bei spielsweise im Kaufhaus Kameras, Sportschuder Entwicklung und Gestaltung des Produkts he, Koffer oder MP3-Player anschaut, anfasst als auch bei der Anwendung durch den Kunund natürlich ausprobiert – auch der Aspekt der den. Das gelungene Zusammenspiel von HapNachhaltigkeit eine große Rolle. Schnippisch tik, Ästhetik, Material, Farbgebung, Produktquakönnte man anmerken: Die Fingerkuppe kauft lität, aber auch Geruch und Sound ist essenzimit. Die Kundenbeziehung tritt nach dem Kauf ell – ähnlich einem Orchester oder einem guten in eine entscheidende Phase: Das ProdukterEssen und dessen einzelnen Bestandteilen.

Von Äpfeln, Orangen und Schmetterlingen

Erfolgreiche Beispiele für ein äußerst gelungenes Zusammenspiel von Kreation, Produktversprechen und haptischem Erlebnis sind die Produkte von Porsche und Apple. Oft sind es vermeintliche Details, an denen der Benutzer das besondere Engagement des Herstellers erkennt. Apple-Mäuse sind teurer und hochwertiger als die meisten Wettbewerberprodukte. Sie werden bei den Mac- und iPod-Machern als zentrale Nahtstelle zwischen Nutzer, Software und Hardware gesehen, die man mehrere Stunden pro Tag mit der Hand berührt (Abb. A 6.5). Andere Hersteller betrachten Computermäuse primär als ein Stück Plastik und versuchen noch einige Cents in der Produktion einzusparen. Ähnlich verhält es sich bei Autos: Porschedesigner und ingenieure z.B. verstehen jedes Detail als wichtigen Bestandteil eines ganzheitlichen Statements weltweit führender Sportwagenentwicklung. Dass Apple und Porsche auch wirtschaftlich sehr erfolgreich sind, belegt die Tatsache, dass es sich lohnt, die Wünsche der Menschen in den Mittelpunkt des Wirkens zu stellen und dass die Kunden auch bereit sind, mehr zu bezahlen, wenn der Extranutzen für sie relevant ist. Haptik ist ein wichtiger Bestandteil des Gestaltungsprozesses, aber nicht alles. Diese Tatsache kommt dem Wesen des Designers entgegen, führt er ohnehin ein gleichermaßen gespaltenes wie verbindendes Dasein zwischen Kunst und Kommerz. Die Arbeit des Architekten ist diesbezüglich sehr ähnlich: oft einfach und klar im Entwurf, fast immer schwierig im Detail und in der Umsetzung, limitiert durch Kostendruck, Zeit und Realisierbarkeit. Das Zusammenspiel der Sinne nimmt in unserem beruflichen und privaten Alltag eine große Bedeutung ein. Das Anfühlen einer reifen Orange, das anschließende Schälen, das Riechen und das Verspeisen der Südfrucht stellen eine ganzheitliche Erfahrung dar. Essen ist nicht nur Schmecken, Musik ist nicht nur Hören, ein Sonnenuntergang in freier Natur ist nicht nur Schauen. Überhaupt gibt es vieles, was man von der Natur lernen kann. Einige Schmetterlingsarten können mit den Beinen riechen und schmecken. Im übertragenen Sinne können wir das auch.

A 6.10

35

Teil B

Baustoffeigenschaften

1

Naturstein

2

Lehmbaustoffe

3 Keramische Baustoffe 4

Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln

5 Bitumenhaltige Baustoffe 6 Holz und Holzwerkstoffe 7

Metall

8

Glas

9

Kunststoff

10

Abb. B

Ökobilanzierung

Eisen-Glas-Konstruktion der Zentralkuppel, Galleria Vittorio Emmanuele II, Mailand (I) 1867, Guiseppe Megnoni

37

Naturstein

B 1.1 B 1.2 B 1.3 B 1.4 B 1.5 B 1.6 B 1.7

Stonehenge, bei Salisbury (GB) um 2000 v. Chr. Pont du Gard, Provence (F) 1. Jh. n. Chr. trocken geschichtete Natursteine, Steinhaus bei Gordes (F) Wallfahrtskirche Padre Pio, Foggia / Apulien (I) 2004, Renzo Piano Auflösung der Schwere – gotisches Gewölbe, Kathedrale von Bath (GB) 1499 »Looshaus«, Wien (A) 1910, Adolf Loos transluzente Fassade aus Dionysos Marmor, Kirche Sankt Pius, Meggen (CH) 1966, Franz Füeg

B 1.1

B 1.2

Neben Lehm und Holz zählt Naturstein zu den ersten Materialien, die der Mensch zum Bauen verwendet hat. Zu Beginn unserer Zivilisation wurden Gebrauchsgegenstände wie beispielsweise Waffen, einfache Werkzeuge und Schmuck aus Stein gefertigt. Als nachweislich erste Bauwerke aus bearbeitetem Naturstein gelten neben den ägyptischen Pyramiden die so genannten Megalithbauten (Megalith, griechisch = großer Stein), wobei die Steinkreise von Stonehenge die bekanntesten sein dürften (Abb. B 1.1). Noch heute ist unklar, wie Transport und Errichtung der bis zu 4 m hohen und 50 t schweren Steine aus einem über 200 km entfernten Steinbruch möglich waren. Etwa 2700 v. Chr. entstand in Sakkara, Ägypten, die älteste Stufenpyramide aus grob behauenen Kalksteinblöcken. Ihr Erbauer, der Wesir Imhotep, gilt als der erste Architekt. Verschiedene Kulturen und Epochen brachten jeweils spezifische Konstruktionen hervor. In Griechenland versetzte man Steine ohne Fugenmörtel und fügte sie zu architektonischen Elementen wie Sockeln, Säulen, Architraven und Friesen. Die Römer entwickelten die Gewölbetechnik weiter. Somit war bereits im 1. Jh. n. Chr. die Errichtung von anspruchsvollen Infrastrukturbauten wie des 50 m hohen Aquädukts Pont du Gard möglich (Abb. B 1.2). Zur Zeit der Gotik befand sich die Steinmetzkunst auf einem Höhepunkt. In Gewölben wurden die Kräfte in netzartigen, feingliedrigen Rippen gebündelt und auf Wandpfeiler abgeleitet. Die Wände zwischen den Pfeilern verloren ihre tragende Funktion und wandelten sich in transluzente lichte Flächen (Abb. B 1.5). In den 1920er-Jahren galt die Verwendung von möglichst dünnen Steinplatten zur Wandbekleidung als Merkmal des modernen Bauens. Adolf Loos (»Marmor ist die billigste Tapete«) verdeutlicht bei der Fassade des »Looshauses« den ausschließlich dekorativen Einsatz der Bekleidung aus Cipollino-Marmor (Abb. B 1.6).

Wärmedämmung größtenteils überflüssig und führt lediglich zu einem erhöhten Konstruktionsund Befestigungsaufwand. Die Industrie hat darauf reagiert: Granitplatten von 15 mm Dicke und Verbundkonstruktionen mit 6 mm dicker Steinkaschierung sind auf dem Markt erhältlich (siehe Gebäudehülle, S. 110). In Berlin wurden ganze Straßenzüge mit dünnen Steintapeten aus der ganzen Welt und allen erdenklichen Oberflächenbehandlungen ausgestattet. Naturstein erfuhr in den vergangenen Jahren eine überraschende Renaissance. Wohl auch, weil Oberflächen und sinnliche Qualitäten wieder an Bedeutung gewinnen. Die Winery von Herzog & de Meuron in Kalifornien (USA) sowie die Therme in Vals (CH) von Peter Zumthor sind bekannte Beispiele der Inszenierung von spezifischen Oberflächenqualitäten des Natursteins. Franz Füeg nutzt bereits 1966 bei der Kirche St. Pius in Meggen (CH) die lichtdurchlässigen Eigenschaften von Marmor. Das Sonnenlicht verwandelt die glatten Marmorplatten in eine leuchtende, schleierartige Fläche (Abb. B 1.7). Bei der Konzeption der Wallfahrtskirche Padre Pio in Foggia (I) entwickelte Renzo Piano eine konstruktiv bemerkenswerte Lösung (Abb. B 1.4): Vorgespannte Bogenbinder aus lokalem Kalkstein erzielen

Zeitgenössische Anwendungen

Bei den heutigen wärmegedämmten Fassaden hat Naturstein seine statische Funktion verloren. Durch die in Mitteleuropa erhöhten Anforderungen an Wärmeschutz und Bauphysik von Hüllflächen ist alles Gewicht außerhalb der B 1.3

38

Naturstein

B 1.4

Spannweiten von über 50 Metern. Um die erforderlichen Toleranzen der Elemente von ± 0,5 mm zu erreichen, waren bei der Bearbeitung der Steine die Erfahrungen vieler Generationen von Marmorschneidern aus Carrara erforderlich. Eigenschaften Die Vielfalt von Natursteinen ist eindrucksvoll. In Mitteleuropa sind über 500, weltweit ca. 5000 verschiedene Gesteinssorten im Natursteinhandel erhältlich. Da jeder Stein über spezifische Eigenschaften und Merkmale verfügt, differieren die Einsatzmöglichkeiten entsprechend stark (Abb. B 1.10). Die Petrographie ist die Lehre der Gesteinskunde. Sie beurteilt die Brauchbarkeit eines Gesteins anhand von petrographischen, d.h. mineralogischen und chemischen Merkmalen, sowie technischen Kenngrößen. • petrographische Eigenschaften: Gefüge, Chemismus, Mineralbestand (Farbe, Kristallstruktur und Härte) • technische Eigenschaften (Abb. B 1.12): Dichte (Reindichte, Rohdichte und Porosität),

B 1.5

Festigkeit (Druck-, Biegezug- und Abriebfestigkeit), Wärmeleitfähigkeit, thermische Dehnung, Hitzebeständigkeit, Frost-Tauverhalten, Wasseraufnahme und chemische Beständigkeit Bei der Verwendung als Bodenbelag ist die gute Wärmeleitfähigkeit von Natursteinen zu bedenken. Steinfußböden werden oft als kalt empfunden, da sie dem Körper Wärme entziehen. In Verbindung mit Fußbodenheizungen kann sich ihre Wärmespeicherfähigkeit hingegen vorteilhaft auswirken.

dehnt. Zwar gelten die meisten Erstarrungsgesteine als frostbeständig, doch gibt es bei der Ausführung zahlreiche Besonderheiten zu beachten. • chemische Stabilität: Säuren und in der Luft enthaltene Schadstoffe (z.B. SO2 und CO2) können bei Kalk- und Sandsteinen zu erheblichen Schäden führen. Wirkung und Gestalt

• Temperatur: Die thermische Längendehnung kann (bei 100 K Temperaturdifferenz) je nach Steinsorte zwischen 0,3 und 1,25 mm / m betragen. Bei Fassadenplatten ist auf eine entsprechende Fugenausbidung und Verankerung zu achten. Frostschäden können entstehen, wenn sich in den Poren und Kapillaren der Gesteine enthaltenes Wasser beim Übergang zu Eis um etwa 9 % seines Flüssigkeitsvolumens aus-

Naturstein steht für Tradition. Er versinnbildlicht Beständigkeit, Autorität und Qualitätsarbeit. Auch wenn Naturstein im Fassadenbereich in Mitteleuropa heute meistens als dünne Verkleidung Verwendung findet, so assoziiert er doch Stabilität und Stärke, z.B. bei Bankgebäuden. Jede Steinsorte hat ihren eigenen Charakter, der sich neben der Farbigkeit auch aus der Maserung und der Porosität ableitet. Die Bearbeitung der Oberfläche wie etwa Stocken, Polieren oder Sandstrahlen kann die Wirkung eines Steins grundlegend verändern (Abb. B 1.13). Auch wenn uns heute Steine aus aller Welt erreichen, so war Naturstein ursprünglich ein regionales Material, das einen klaren Bezug zum Ort herstellt (Abb. B 1.3). Stadtbilder wie z.B. London oder Paris waren immer durch einen einheitlichen, lokalen Stein geprägt.

B 1.6

B 1.7

Materialspezifische Risiken

Folgende Eigenschaften sind bereits bei der Planung zu berücksichtigen:

39

Naturstein

Natursteine Ablagerungsgesteine (Sedimentite)

Phyllit

Marmor

Tonschiefer

Glimmerschiefer

Quarzit

Paragesteine (aus Sedimentiten)

Paragneis

Migmatit

Serpentenit

Chloritschiefer

Orthogneis

Orthogesteine (aus Magmatiten)

Kalktuff

Sinterkalk (Onyx)

Travertin

Dolomit

Solnhof. Plattenk.

Muschelkalk

Pyroklastische Gesteine vulkanische Tuffe

Kalkstein

Tongesteine (Pelite) Schieferton

Grauwacke

Kalksandstein

Quarzsandstein

Sandstein

Sandsteine (Psammite)

chem. Ablagerungsgesteine (biogene, chem. Sedimentite)

Konglomerat

Trümmergesteine (klastische Sedimentite)

Brekzien

Diabas

Basalt

Trachyt

Ergussgesteine (Vulkanite)

Rhyolit (Porphyr)

Lamprophyr

Aplit

Pegmatit

Ganggesteine (Mikroplutonite)

Foyait

Peridotit

Gabbro

Diorit

Syenit

Granit

Tiefengesteine (Plutonite)

Umwandlungsgesteine (Metamorphite)

Brockengesteine (Psephite)

Erstarrungsgesteine (Magmatite)

B 1.8

Entstehung der Gesteine Nach heutigem Kenntnisstand ist die Erde vor etwa 4,5 Milliarden Jahren durch die Zusammenballung von interstellarer Materie entstanden. Nach dem Übergang vom gasförmigen zum schmelzflüssigen Zustand bildete sich bei ca. 1000 –1500 C die erste zusammenhängende Kruste, die Erdoberfläche. Gesteine entstehen durch Kristallisation aus flüssigem Magma. Sie setzen sich aus einem Gemenge verschiedener Mineralien, vor allem Silikaten, zusammen, deren Zusammenhalt durch Verwachsung oder ein Bindemittel (z.B. Ton) garantiert ist. Die Entstehungsweise gilt als entscheidendes Merkmal, um die Gesteine in die drei Hauptgruppen der Erstarrungs-, Ablagerungs- und Umwandlungsgesteine zu unterteilen. Gesteinsgruppen Bei der Klassifizierung von Gesteinen ist zwischen wissenschaftlicher und kommerzieller Nomenklatur zu unterscheiden. Nur mit der petrographischen Bezeichnung der Gesteinsgruppen und -arten ist es möglich, eine verbindliche Einschätzung der Eigenschaften sowie der möglichen Anwendungsbereiche zu erhalten (Abb. B 1.8). Handelsnamen sind oft-

mals willkürlich erfunden. Bei falscher Interpretation irreführender Bezeichnungen von z.B. »Belgischem Granit« (Kalkstein) können erhebliche Schäden entstehen. Erstarrungsgesteine (Magmatite)

Die Erstarrungsgesteine entstehen direkt aus flüssigem Magma und teilen sich nach dem Ort ihrer Entstehung in drei Untergruppen: Tiefengesteine (Plutonite) Nach dem Gott der Unterwelt auch Plutonite genannt, entstehen Tiefengesteine durch Auskristallisation von »mobilisiertem Magma« in der Erdkruste. Die allmähliche Abkühlung bedingt das meist gleichmäßige, richtungslose und dichte Gefüge. Je nach Zusammensetzung der Mineralien entstehen z.B. die Arten Granit, Diorit, Gabbro. Fast alle Tiefengesteine sind frostbeständig und finden aufgrund ihrer hohen Druck- und Verschleißfestigkeit im Bauwesen Verwendung. Einige Magmatite, z.B. Granit, weisen u.U. ein erhöhtes Vorkommen von natürlicher Radioaktivität gegenüber den Durchschnittswerten auf. Ganggesteine (Mikroplutonite) Ganggesteine bilden sich innerhalb der Erdkruste durch das Eindringen von dünnflüssiger Magma in Gesteinsspalten. Sie ähneln in ihrer Struktur den Tiefengesteinen, sind allerdings durch das schnellere Abkühlen ungleichmäßig kristallisiert und können andersartige »Einsprenglinge« enthalten. Zu ihnen gehören u.a. Pegmatite, Aplite und Lamprophyre. Ergussgesteine (Vulkanite) Ergussgesteine wie beispielsweise Diabas, Basalt oder Rhyolit sind im Unterschied zum Tiefengestein aus der Erdkruste ausgetreten. Durch die relativ schnelle Abkühlungsgeschwindigkeit verfügen Vulkanite über feinkristalline Strukturen. Das teilweise Aufschmelzen von benachbarten Gesteinen kann zu stark differenzierten Erscheinungsformen führen.

B 1.9

40

Ablagerungsgesteine (Sedimentite)

Sedimente bilden sich hauptsächlich durch Verwitterung, Abtragung und Ablagerung von älteren Gesteinen (Magmatite, Sedimentite oder Metamorphite), die durch Wasser oder Gletscherbewegungen forttransportiert und als Geröll, Kies oder Sand wieder abgelagert, d.h. sedimentiert wurden. Häufig finden sich eingelagerte Fossilien von Tier- oder Pflanzenresten. Der Auflastdruck der über den Sedimenten liegenden Schichten sorgt für ein Zusammenpressen der einzelnen Teilchen. Die Zementation erfolgt durch Wasser, das mit Bindemitteln (z.B. Quarz, Calcit, Ton) versetzt ist und in den verbliebenen Hohlräumen zirkuliert. Dieser Prozess der Verfestigung von Sedimenten wird als Diagenese bezeichnet. Klastische Sedimente bestehen aus mechanisch zertrümmerten Teilen des Ausgangsgesteins. Je nach Partikelgröße unterscheidet man Brockengesteine (≥ 2 mm), Sandsteine (0,02 – 2 mm) und Tongesteine (≤ 0,02 mm). Chemische Sedimente sind »Niederschläge«, die aus Lösungen infolge chemischer Reaktionen oder biologischer Prozesse entstehen und sich unter Druck verfestigen. Hierzu zählen etwa Kalkstein, Muschelkalk, Travertin. Die bautechnischen Eigenschaften der Ablagerungsgesteine differieren sehr stark und hängen im Wesentlichen von den Entstehungsbedingungen (Temperatur, Druck) und dem jeweiligen Bindemittel ab. Chemische Sedimente (z.B. Onyx, petrographisch = Sinterkalk) eignen sich durch ihre vielfältigen Texturen besonders für den Innenausbau. Umwandlungsgesteine (Metamorphite)

Metamorphite gehen aus bereits bestehenden Gesteinen hervor und werden gemäß ihres Ursprungs als Orthogestein (aus Magmatiten) oder Paragestein (aus Sedimentiten) bezeichnet. Sie bilden sich unter großem Druck, hohen Temperaturen oder durch chemische Einflüsse, wodurch sich entweder die Eigenschaften des ursprünglichen Gesteins verändern oder gänzlich neue Gesteine entstehen. Zu erkennen sind sie meist an einem nahezu hohlraumfreien Gefüge, einer starken Textur oder an deutlichen Schichtungsmerkmalen. Die chemische Zusammensetzung,

Gesteinsarten Eine Auswahl der gebräuchlichsten Gesteinsarten wird im Folgenden näher vorgestellt: Granit

Granit gehört zur Gruppe der Plutonite und ist wohl das landläufig bekannteste Tiefengestein (Abb. B 1.11a). Er setzt sich aus Feldspat (bestimmt die Farbigkeit), Quarz (verantwortlich für die hohe Mineralhärte) und Glimmer zusammen. Granit gilt als das beständigste Gestein, er ist wetterfest, im Hochbau nahezu uneingeschränkt einsetzbar und resistent gegen Luftverschmutzung. Er besitzt ein breites Farbspektrum: rot, rosa, gelb, weiß, grau, blaugrün. Basalt

Basalt ist ein dunkles, meist dunkelgraues bis schwarzes Ergussgestein (Abb. B 1.11b). Er besteht hauptsächlich aus Feldspat und Augit; sein Gefüge erscheint dicht und richtungslos. Basalt weist eine sehr hohe Druckfestigkeit auf und ist extrem schwer zu bearbeiten. Er ist wetterfest und eignet sich gut für den Außenbereich. Durch Verglättung kann jedoch die Rutschgefahr stark zunehmen. »Vergrünter« und gealteter Basalt ist auch als Diabas bekannt. Er entsteht bei chemischer Verwitterung der Mineralbestandteile (z.B. Chlorit, Serpentin). Sandstein

Sandstein gehört zur Gruppe der Trümmergesteine und besteht überwiegend aus 0,02 – 2 mm großen Partikeln von Quarzkörnern und einem zementierenden Bindemittel. Es gibt ihn in vielen Farben: rot, gelb, braun und grün (Abb. B 1.11c). Vom Bindemittel (z.B. Quarz, Calcit, Ton) hängen in erster Linie die Festigkeit, Wasseraufnahmefähigkeit und Frostbeständigkeit ab. Sandstein gilt als gut verarbeitbar und ist bei historischen Bauten weit verbreitet. Aufgrund seiner geringen Abriebfestigkeit eignet er sich nicht als stark beanspruchter Bodenbelag.

a

b

Außenanlagen

Als chemisches Ablagerungsgestein bildete sich Kalkstein in verschiedenen geologischen Perioden ursprünglich im Wasser, wie die im Stein enthaltenen Fossilien belegen. Er besteht vorwiegend aus Kalziumkarbonat und kommt meistens in gelblichen, graubraunen, roten oder weißen Farbtönen vor (Abb. B 1.11d). Kalkstein ist nahezu universell einsetzbar. Lediglich die Verwendung in reinigungsintensiven Bereichen (z.B. Eingangszone, öffentliche Gebäude) oder Nassräumen ist aufgrund seiner geringen Chemikalienbeständigkeit nicht empfehlenswert. Die Abriebfestigkeit differiert je nach Vorkommen erheblich.

• gute Eignung beschränkte Eignung

Bodenbelag

Kalkstein

Massivbau

das Aussehen und die Möglichkeiten zur baulichen Verwendung variieren bei Metamorphiten erheblich. Wichtige Umwandlungsgesteine sind beispielsweise Schiefer, Marmor und Gneis.

Fassadenbekleidung

Naturstein

Erstarrungsgesteine Granit

•

•

•

•

Syenit

•

•

•

•

Diorit

•

•

•

•

Gabbro

•

•

•

•

Rhyolith (Porphyr)

•

•

•

•

Basalt

•

•

•

Diabas

•

•

•

•

•

Trachyt

Ablagerungsgesteine Brekzie

Marmor

Konglomerat

Marmor, ein Paragestein, entsteht durch Metamorphose aus kalkhaltigen Sedimentgesteinen. Reiner Marmor ist weiß, kristallin und enthält keine Fossilien. Bei Lichteinfall glitzern die Kristallflächen (Abb. B 1.11e). Der Stein eignet sich sehr gut für figürliche Arbeiten, findet beim Bauen aber auch als Bodenbelag oder Wandund Fassadenbekleidung Verwendung.

Sandstein

•

•

Kalksandstein

•

•

Der Begriff Schiefer bezeichnet die Spalteigenschaften von Gesteinen, wobei die Minerale Aufschluss über den Metamorphosegrad geben (Ton-, Chlorit-, Glimmerschiefer). Tonschiefer verfügt über einen blättrig parallelen Aufbau. Er ist ein sehr feinkörniges, dichtes Gestein und in seiner Erscheinung meistens dunkelgrau bis schwarz (Abb. B 1.11f). Die gute Spaltbarkeit erlaubt die Herstellung von 5–7 mm dünnen Platten. Die Festigkeit ist wegen der schiefrigen Struktur richtungsabhängig. Seit Jahrhunderten wird Schiefer als Plattenmaterial für Verkleidungen, Fliesen und als Dachdeckung genutzt.

•

• •

Vulkanische Tuffe Kalkstein

•

•

Muschelkalk

•

•

•

•

•

Solnhof. Plattenkalk Dolomit

Tonschiefer

•

Grauwacke

•

Kalktuff •

Travertin Umwandlungsgesteine •

•

•

•

Migmatit

•

•

•

•

Paragneis

•

•

•

•

Quarzit

•

•

•

Glimmerschiefer

•

Tonschiefer

•

Orthogneis Serpentinit

•

Marmor

• B 1.10

Der Abbau von Natursteinen erfolgt zumeist im Tagebergbau, nur die Gewinnung einiger Marmor-, Schiefer- und Kalksteinarten findet unter Tage statt. Zu Beginn der Erschließung (Exploration) neuer Vorkommen untersucht man mit

systematische Darstellung von Gesteinsarten Kunsthalle Würth, Schwäbisch Hall (D) 2001, Henning Larsen B 1.10 Anwendungsgebiete verschiedener Natursteine im Bauwesen (Richtwerte) B 1.11 Beispiele geläufiger Natursteine a Eging Grobkorn Granit b Greifensteiner Basalt c Seeberger Sandstein d Jura Kalkstein e weißer Togo Marmor f Mosel Schiefer

c

e

Bauen mit Naturwerksteinen

d

B 1.8 B 1.9

f

B 1.11

41

Naturstein

Tiefkernbohrungen oder Ultraschallmessungen die Ergiebigkeit sowie die bauphysikalischen Eigenschaften der Gesteine. Durch hydraulische Keile werden die Blöcke entlang natürlicher Trennflächen, so genannter Kluftsysteme, gespalten. Seit einigen Jahren kommen auch Seilsägen und Schrämmaschinen (eine Art überdimensionale Kettensägen) zum Einsatz. Ziel des Abbaus ist es, nahezu rechtwinklige Rohblöcke von entsprechendem Ausmaß zu gewinnen und möglichst wenig »Abfall« zu verursachen. Der Abbau der Gesteine bringt zerstörerische Landschaftsveränderungen mit sich, Staub und Abraum fallen in erheblichen Mengen an. Daher dürfen neue Vorkommen nur noch mit behördlichen Auflagen erschlossen werden. Eine Renaturierung ist vorgeschrieben, wenn sich das nutzbare Vorkommen erschöpft hat. Industrielle Bearbeitung

Das Spalten des gewonnenen Steinmaterials direkt im Steinbruch wird vor allem bei Pflaster und Mauerquadern praktiziert. Ansonsten erfolgt nach dem Abtransport in Verarbeitungswerke die weitere Bearbeitung – erst dann spricht man von Naturwerksteinen. Durch die Nutzung regionaler Vorkommen und somit kurzen Transportwege lässt sich die Ökobilanz von Natursteinen deutlich verbessern. Es existieren verschiedene Verfahren, um die Rohblöcke weiter zu bearbeiten: • Stahlsand- oder Diamantgatter: für 20 – 80 mm dicke Platten (Die Sägezeit für einen 1,20 m hohen Granitblock beträgt etwa ein bis zwei Tage) • Taglia Blocci-Sägen: für Natursteinfliesen oder Bahnenware mit etwa 15 mm Stärke • Blockkreissägen und Blockseilsägen: Einsatz bei der Herstellung von Rohtafeln über 80 mm Stärke; Seilsägen können auch dreidimensionale Werkstücke anfertigen. Oberflächenbearbeitung

Bei der Oberflächenbearbeitung wird zwischen steinmetzmäßiger und industrieller Bearbeitung unterschieden, wobei sich durch neue Druckluftwerkzeuge »handwerkliche« Bearbeitungstechniken wieder verbreiten (Abb. B 1.13). Die

a

42

b

Art der Oberflächenbearbeitung erfüllt neben ästhetischen Kriterien auch funktionale Anforderungen. So müssen etwa Bodenbeläge in öffentlichen Gebäuden der Rutschfestigkeitsklasse R 9 entsprechen. Eine ungewöhnliche Methode der Steinbearbeitung hat Henning Larsen bei der Fassadenbekleidung für die Kunsthalle Würth (D) entwickelt. Der verwendete Crailsheimer Muschelkalk wurde senkrecht zum Bruch geschnitten (Abb. B 1.9).

Naturstein kann im gesamten Stoffkreislauf der Gewinnung, Bearbeitung und Entsorgung rückstandslos verwertet werden. Auch so genannte Abprodukte, die bei der Weiterverarbeitung anfallen, finden als Zuschlagstoffe Verwendung. Die Entsorgung von Naturstein auf Bauschuttdeponien ist problemlos – die Wiederverwendung von Plattenmaterial generell möglich. Das Forum Romanum kann hier als Beispiel dienen, es war der größte Naturstein-Mehrwegbauhof der Renaissance.

B 1.12 physikalische Kennwerte verschiedener Gesteinsarten (Richtwerte) B 1.13 verschiedene manuelle und maschinelle Oberflächenbehandlungen von Naturwerksteinen: a Kalkstein, grob gespitzt: Mit einem pyramidenförmig zulaufenden Spitzeisen wird je nach Art der Hiebe die Oberfläche grob oder fein abgesprengt. Die Fläche ist hierbei vollständig zu bearbeiten. b Kalkstein, gespitzt und überschliffen: Durch das flächige Schleifen wird die kräftige Struktur der ersten Bearbeitungsschicht gemindert. c Kalkstein, scharriert: Unterschiedliche Schläge und wechselnde Breiten der Scharriereisen können verschiedene Flächenwirkungen erzielen. d Kalkstein, gestockt: Mit dem Stockhammer sind feine bis grobe, ebene Flächen herstellbar. Die Abstände der pyramidenförmigen Zähne können je nach Hammerkopf zwischen 4 und 15 mm variieren. e Kalkstein, gestockt, gebürstet und angeschliffen: Bei der Überlagerung von drei Bearbeitungsschritten wird die vorerst grobe Struktur immer weiter verfeinert und geglättet. f Kalkstein, diamantgesägt: Diamantbestückte Sägeblätter erzeugen eine relativ feine Schnittoberfläche. Auf der Oberfläche bleiben Spuren des Sägevorgangs ablesbar. g Granit, gestockt: Maschinell gestockte Granitoberfläche h Granit, fein bossiert: Mittels eines 3 cm breiten Flacheisens wird die bruchraue Fläche abgearbeitet. Die große Lebendigkeit lässt sich durch den Wechsel der Schlagrichtungen und Schlagtiefe erreichen. i Granit, beflammt: Extrem heiße Temperaturen aus dem Brennstrahlgerät zerstören beim Beflammen das oberflächliche Gefüge eines kristallinen Steins. Nur quarzhaltige Gesteinsarten eignen sich für diese Oberflächenbearbeitung; auch muss die Steinplatte ausreichend dick sein. j Granit, sandgestrahlt: Sandstrahlen eignet sich zum Erzeugen von rauen Oberflächen. Je nach Strahlmittel und Austrittsgeschwindigkeit der Partikel entstehen verschiedene Oberflächen. k Granit, geschliffen: Farbe und Textur eines Steines sind durch fein geschliffene Oberflächen deutlich ablesbar. Die Korngröße ist zwischen C 30 (grob) und C 500 (fein) wählbar. l Granit, poliert: Polieren kann auch als verfeinertes Schleifen angesehen werden, bei dem mittels Polierpulver die Oberfläche einen so hohen Glanz erhält, dass sich auffallendes Licht darin spiegelt.

c

e

Verwendung

Der überwiegende Anteil natürlicher Steine wird zur Herstellung mineralischer Bindemittel oder als Zuschläge für die Beton- und Mörtelherstellung verwendet. Um die Eignung der Gesteinsarten für die Baupraxis aufzuzeigen, erfolgt im Natursteingewerbe die Klassifizierung in Hartgestein (Magmatite und einige Metamorphite) und Weichgestein (Sedimentite). Aufgrund der Verfügbarkeit von relativ »weichen« Erstarrungsgesteinen und sehr festen Ablagerungsgesteinen sollten bei der Auswahl geeigneter Natursteinarten die spezifisch physikalischen Eigenschaften (Druckfestigkeit, Frostbeständigkeit, Abriebfestigkeit) mit dem Einsatzbereich der Werksteine abgestimmt werden (Abb. B 1.12). Generell eignen sich Natursteine im Bauwesen für folgende Anwendungen: • Mauerwerk • Gabionen • Fassadenbekleidung • Bodenbelag • Innenwandbekleidung • Dachdeckung Entsorgung

d

f

Naturstein

Gesteinsart

Rohdichte

Druckfestigkeit

Wärmeleit fähigkeit 1

Dampfdiffusionswiderstandszahl 3 [–]

Abriebfestigkeit

Wasseraufnahme

[W / mK]

WärmeWärmeausspeicherzahl 2 dehnungskoeffizient [kJ / m3K] [mm / mK]

[kg / m3]

[N / mm2]

Erstarrungsgesteine Granit

2600 – 2800

Syenit

2600 – 2800

Diorit

[cm3 / 50 cm2]

[Masse %]

130 – 270

2,8 (1,6 –3,4)

2370 – 2550

0,008

10 000

5–8

0,1–0,9

•

160 – 240

3,5

0,008

10 000

5–8

0,2–0,9

•

2800 – 3000

170 – 300

3,5

0,0088

10 000

5–8

0,2–0,4

•

Gabbro

2800 – 3000

170 – 300

3,5

0,0088

10 000

5–8

0,2–0,4

•

Rhyolith (Prophyr)

2500 – 2800

180 – 300

3,5

0,0125

10 000

5–8

0,2–0,7

•

Trachyt

2500 – 2800

180 – 300

3,5

0,01

10 000

5–8

0,2–0,7

•

Basalt

2900 – 3000

240 – 400

3,5 (1,2–2,0)

0,009

10 000

5–8

0,1–0,3

•

Diabas

2800 – 2900

180 – 250

3,5

n.b.

10 000

5–8

0,1–0,4

•

0,5–1,0

2640 – 2730

Ablagerungsgesteine Brekzie

2600 – 2750

50 – 160

2,3

n.b.

2 / 250

4

Konglomerat

2200 – 2500

20 – 160

2,3 (1,2– 3,4)

n.b.

2 / 250

14–80 4

0,8–10

Sandstein

2000 – 2700

30 – 150

2,3 (1,2– 3,4)

1760 – 2380

0,012

2 / 250

9–35

0,2–10

Quarz. Sandstein

2600 – 2700

120 – 200

2,3 (2,1)

2290 – 2380

n.b.

30 / 40

7–8

0,2–0,5

Grauwacke

2600 – 2650

150 – 300

2,3

n.b.

2 / 250

7–8

0,2–0,5

Vulkanische Tuffe

1800 – 2000

20 – 30

2,3 (0,4 –1,7)

0,004–0,01

15 / 20

10–35

Kalkstein

2600 – 2900

75 – 240

2,3 (2,0– 3,4)

0,0075

200 / 250

15–40

0,1–3

Muschelkalk

2600 – 2900

80 – 180

2,3 (2,0– 3,4)

0,003–0,006

2 / 250

15–40

0,2–0,6

Solnhofer Plattenkalk

2500 – 2700

180 – 260

2,3

0,0048

200 / 250

15

0,2–0,6

Dolomit

2600 – 2900

75 – 240

2,3

0,0075

200 / 250

15–40

0,1–3

Travertin

2400 – 2500

20 – 60

2,3

0,0068

200 / 250

20–45

2–5

Kalktuff

1700 – 2200

30 – 50

0,85–1,7

0,003–0,007

20 / 200

n.b.

1–10

Umwandlungsgesteine Orthogneis

2600 – 3000

100 – 200

3,5 (1,6 –2,1)

Serpentenit

2600 – 2800

140 – 250

3,5 (3,4)

Migmatit

2600 – 3000

100–200

3,5 (1,6 –2,6)

Paragneis

2600 – 3000

100 – 200

3,5 (1,6 –2,1)

Quarzit

2600 – 2700

150 – 300

Glimmerschiefer

2600 – 2800

140 – 200

Tonschiefer

2700 – 2800

50 – 80

2,2 (1,2 –2,1)

Marmor

2600 – 2900

75 – 240

3,5 (2,0 –2,6)

1 2

3 4

g

Frostbeständigkeit

•

•

6–15

–

0,005–0,008

10 000

4–10

0,3–0,4

•

0,005–0,01

10 000

8–18

0,3–2,0

–

2370 – 2730

0,005–0,008

10 000

4–10

0,3–0,4

•

2370 – 2730

0,005–0,008

10 000

4–10

0,3–0,4

•

3,5

0,0125

10 000

7–8

0,2–0,5

•

2,2

n.b.

800 / 1000

15–25

0,2–0,4

2430 – 2520

n.b.

800 / 1000

n.b.

0,5–0,6

2370 – 2640

0,003–0,006

10 000

15–40

0,1–3

2370– 2730

•

Werte nach allgemeinen Angaben zu Wärmeleitfähigkeit nach EN 12 524 und DIN V 4108-4; Werte in Klammern aus Fachliteratur. Die spezifische Wärmekapazität von Naturstein wird nach EN 12 524 mit 1 kJ / kgK angegeben; bei nicht vorhandenen Kennwerten für die Wärmespeicherzahl entsprechen diese der Rohdichte. Werte nach EN 12 524 und DIN V 4108-4. Verbundgestein; die Abriebfestigkeit ist daher stark schwankend. B 1.12

h

i

j

k

l

B 1.13

43

Lehmbaustoffe

B 2.1

Die frühen Zivilisationen entwickelten sich in den großen Flusstälern der Erde, wo Ton und Lehm als Baumaterial leicht verfügbar waren. Am besten erforscht sind die Kulturen des Nils in Ägypten und die Mesopotamiens. Hier entstanden vor etwa 5000 Jahren die ersten Städte aus Lehm. Sogar die Chinesische Mauer, die als größtes Bauwerk der Welt gilt, wurde zum Großteil aus Stampflehm errichtet. Erst nachträglich erhielt sie eine Bekleidung aus Ziegel- und Natursteinen und wurde so zur »steinernen Mauer«. Auch in Europa hat der Lehmbau eine lange Tradition. Die Blütezeit des Lehmbaus hängt mit dem aufkommenden Industriezeitalter zusammen: Weil mit dem Rückgang des Waldes Holz knapp und teuer wurde, verbreiteten sich tragende Lehmbauweisen. In den Städten wurde Lehm überwiegend für die Ausfachung und das Putzen von Fachwerkhäusern verwendet. In Weilburg an der Lahn (Hessen) entstanden bis zu 20 m hohe, fünfgeschossige Wohnhäuser aus Stampflehm, die noch heute bewohnt werden. Eine eigene Materialsprache entwickelte sich allerdings nie. Lehm galt als Baustoff armer Leute, versteckte sich meist hinter Putzfassaden und verlor durch die aufblühende Ziegelindustrie gegen Ende des 19 Jh. zunehmend an Bedeutung. Nach dem Ersten und Zweiten Weltkrieg, als ein Mangel an Baumaterial, Energie und Geld herrschte, griff man wieder vermehrt auf Lehm zurück. Die in Deutschland entstandene Lehmbauordnung wurde 1951 in DIN 18 951 überführt, im Zuge des Wirtschaftswachstums jedoch ersatzlos gestrichen. Erst durch Energiekrise und Umweltbewegung in den 1970er-Jahren erwachte das Interesse an Lehmbaustoffen erneut. Lehmbau heute

B 2.1 B 2.2 B 2.3 B 2.4 B 2.5 B 2.6 B 2.7

44

Studio 400 Rubio Avenue, Tucson / Arizona (USA) 1998, Rick Joy Dreiecksnetz zur Benennung von Lehm mittleres Trockenschwindmaß von Baulehmen Schwindrisse durch Trocknung Installation im Kunsthaus Bregenz (A) 2001, Olafur Eliasson lehmverputztes Haus, Barna Village (IND) Lehmmauer um den Steingarten des Ryoanji Tempels, Kioto (J) Ende 15. Jh.

Noch heute wohnt ein Drittel aller Menschen in Lehmhäusern, in den Entwicklungsländern mehr als die Hälfte. Die Verwendung von Lehm in den jeweiligen Kulturkreisen beruht auf sehr unterschiedlichen Motivationen. In ärmeren Gegenden gibt es für Lehm als lokal verfügbares, erschwingliches Baumaterial kaum eine gleichwertige Alternative. In Mitteleuropa stehen seit seiner Neuentdeckung vornehmlich der Wunsch nach gutem Innenraumklima, schadstofffreiem

Wohnraum sowie gestalterische Aspekte im Vordergrund. Der Übergang vom traditionellen zum zeitgemäßen Lehmbau erforderte in den vergangenen Jahren grundlegende Innovationen im Bereich der Produktentwicklung und die Integration des Materials in den modernen Baubetrieb. Derzeit gehört der Lehmbau zu einem der expandierenden Marktsegmente in der Bauwirtschaft. Diese Tendenz spiegelt sich in der Anzahl ausgeführter Projekte und einer kontinuierlichen Zunahme vorgefertigter Lehmbauprodukte wieder, die vor allem für nicht tragende Bauteile eingesetzt werden. 1999 wurden die alten Normen aktualisiert, ergänzt und als »Lehmbau-Regeln« neu herausgegeben. Diese sind in den meisten Bundesländern bauaufsichtlich eingeführt, womit der Lehmbau zu einer anerkannten Bautechnik der Gegenwart zählt. Eigenschaften Massivität, gute Formbarkeit, Zähigkeit sowie starke Klebe- und Bindekräfte zählen zu den Haupteigenschaften von Lehm. Verschiedenste Zusätze (z.B. Molke, Soda) sowie organische oder mineralische Zuschlagstoffe eignen sich, um die Baustoffeigenschaften entsprechend dem Einsatzbereich zu optimieren. Lehm ist geruchlos, ungiftig und angenehm bei der Verarbeitung. Wie kaum ein anderer Baustoff erfüllt Lehm die Kriterien des nachhaltigen und ressourcenschonenden Bauens. Er ist in fast allen Regionen der Erde verfügbar. Durch die Nutzung des Baugrubenaushubs lässt sich Transportenergie einsparen. Die Herstellung einer massiven Stampflehmwand benötigt lediglich den Bruchteil an Primärenergie einer vergleichbaren Wand aus Beton oder Ziegel (siehe Ökobilanzierung, S. 100). Lehm ist beliebig oft wiederverwertbar und kann problemlos in den natürlichen Kreislauf zurückgeführt werden. Seine gute Wärmespeicherfähigkeit kann zum Ausgleich von Temperaturschwankungen beitragen. Verbesserungen des Raumklimas entstehen auch aus der

Lehmbaustoffe

in

90

20

Sa nd

10

%

0

100

80

30

70

40

60

50

Ton

60

magere Lehme

1,0–2,5 %

mittlere Lehme

90

80

schluffiger Lehm 70

60

50

Lehm

2,0–3,5 %

10

fette Lehme

3,5–5,5 %

Tone

4,5–7,5 %

20

10 0

Schluff in %

40

20

10

0

sandiger Lehm 30

80 0 10

mittleres Schwindmaß

tes

70 90

Sand

Bezeichnung nach Bindigkeit

ins Fe

40 Ton, sandig Ton, schluffig sandiger toniger schluffiger 30 toniger Lehm Lehm toniger Lehm

in %

50

0

B 2.2

als Sorptionsvermögen bezeichneten Materialeigenschaft, Wasserdampf aufzunehmen und bei Bedarf wieder abzugeben. Das Sorptionsvermögen von Lehmputzen beträgt im Vergleich zu konventionellen Putzen das 1,5- bis 3-fache.

B 2.3

B 2.4

Entstehung

Ton ist ein Verwitterungsprodukt von Urgesteinen, dessen Ausgangsstoff in der Hauptsache Mineralien wie Feldspate bilden. Mechanische und chemische Reaktionen wirken auf das Gestein ein und transformieren es. Je nach Fundort unterscheiden sich Eigenschaften (Abb. B 2.3) und Bezeichnungen der Lehme:

Die Verschiedenartigkeit der Lehmvorkommen und die damit verbundenen starken Unterschiede in der Zusammensetzung der Bestandteile setzen Erfahrung in der Beurteilung der Eignung • Berg- oder Gehängelehm: von Baulehm voraus. Ohne Zusatzmittel ist Dieser Lehm ist geologisch betrachtet relativ Lehm sehr wasserempfindlich. Er verliert bei jung und lagert auf den Gesteinen, aus denen starker Durchfeuchtung seine Festigkeit; daher er entstanden ist. Er eignet sich durch seine sind bewitterte Oberflächen vor Erosion zu Kornzusammensetzung gut für druckfeste schützen (Abb B 2.4). Beim Trocknen entstehen Bauteile. u.U. Trocken- bzw. Schwindrisse, die beim • Geschiebelehm: Nasslehmverfahren etwa 3–12 %, bei StampfDer durch Gletscherbewegung verlagerte lehm weniger als 0,5 % ausmachen. Im VerGeschiebelehm verfügt aufgrund seiner gleich zu anderen Baustoffen verfügt Lehm über gerundeten Körnung und dem geringeren eine eher geringe Festigkeit – ähnlich der von Tonanteil über eine verminderte Zug- und Magerbeton –, die für den Großteil der BauaufDruckfestigkeit. gaben jedoch völlig ausreicht. • Mergel: Mergel ist ein kalkhaltiger Geschiebelehm. Oberflächen • Schwemmlehm: Man unterscheidet zwischen dekorativ verputzGeschiebelehme, die durch Wasser umgelaten Lehmarchitekturen und unverputzten Stampfgert (abgeschwemmt) wurden, bezeichnet lehmbauten (»Pisé-Bauten«). man als Schwemmlehm. Sie sind meistens In Japan beherrschen die Meister die Lehmbauweitgehend entkalkt und gut als Baulehme kunst so perfekt, dass man sich in den Wänden nutzbar. spiegeln kann. Besondere Lehmputzoberflä• Lösslehm: chen stehen dort unter Denkmalschutz ebenso Löss verfügt über ein sehr feinkörniges Minewie verfärbte Oberflächen, die sich als Zeichen ralgerüst und oft über einen geringen Tondes Alters einer besonderen Wertschätzung anteil. Die Aufbereitung ist einfacher als bei erfreuen (Abb. B 2.7). fetten Lehmen. Allerdings erfordert seine Gleichzeitig hat die zeitgenössische Architektur erhöhte Wasserempfindlichkeit während der in Europa und den USA die Qualität roher, Bauzeit besondere Sorgfalt. unbehandelter Oberflächen wiederentdeckt Gewinnung (Abb. B 2.1 und B 2.9). Wenn der Baugrubenaushub direkt als Baulehm genutzt wird, so muss er ausreichend tief Baulehm und frei von Wurzeln und Humus sein. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, Grubenlehm Lehm besteht im Wesentlichen aus Ton, Sand und Schluff (Feinstsand). Des Weiteren können aus der Ziegelei zu beschaffen. größere Gesteinspartikel (z.B. Kies) und organi- Aufgrund der sehr unterschiedlichen Eigenschaften und Zusammensetzungen der Lehmsche Bestandteile beigemengt sein. Je nach vorkommen muss die Eignung für den jeweiliHauptkomponente spricht man von tonigem, gen Einsatzbereich überprüft werden. Neben schluffigem oder sandigem Lehm (Abb. B 2.2). Laborprüfungen existieren einfache Verfahren Der Ton wirkt als Bindemittel, das die anderen »Füllstoffe« Sand, Schluff und Kies miteinander (DIN 4022-1), die der ersten Einschätzung von Lehmeigenschaften dienen. Sie reichen für die verbindet.

B 2.5

B 2.6

B 2.7

45

Lehmbaustoffe

Lehmbaustoffe

ungeformt

Stampflehm

Wellerlehm

Strohlehm (Faserlehm)

Leichtlehm (LL)

geformt

Schüttungen

Mörtel

Holzleichtlehm (HLL)

Lehmschüttungen

Lehmmauermörtel (LMM)

Strohleichtlehm (SLL)

Leichtlehmschüttungen

Leichtlehmmauermörtel

mineralischer Leichtlehm (MLL)

Lehmputzmörtel (LPM)

systematische Darstellung von Lehmbaustoffen Kapelle der Versöhnung, Berlin (D) 2000, Reitermann + Sassenroth B 2.10 Anwendungsbeipiele von Lehmbaustoffen: a Lehmputz b Stampflehm mit Mörtelleisten c Stampflehm mit Ziegelleisten d Strohleichtlehm im feuchten Einbau e Lehm-Innenschale im Holzrahmenbau: Stapelwand aus Grünlingen, Bekleidung mit LehmTrockenbauplatte, Lehmspachtelputz f elementierter Holzrahmenbau mit Leichtlehmstein-Stapelwänden B 2.11 physikalische Kennwerte von Lehmbaustoffen

Beurteilung untergeordneter Anwendungen aus, wie beispielsweise Ausfachungen, Schüttungen oder Mörtel. Bei gemahlenem Grubenlehm und bei Trockenlehm (Sackware) enfällt die Prüfung des Baustoffs in der Regel. Aufbereitung

Je nach Beschaffenheit und Verwendung des Lehms stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verbesserung der Materialeigenschaften zur Verfügung. Dazu gehören: Einsumpfen, Zerkleinern, Mischen, Sieben, Mauken (Lagern des feuchten Lehms, um die Bindekraft des Tons zu vergrößern), Aufschlämmen und Magern (Versetzen mit Zuschlägen, um den Tonanteil zu verringern). Die Zugabe von organischen (z.B. Stroh, Kasein, Zellulosefasern) oder mineralischen (z.B. Kalk, Blähton) Zusätzen optimiert die Eigenschaften wie Festigkeit, Schwinden und Wärmedämmung. In Amerika und Australien werden dem Baustoff bei niedriger Festigkeit oder bei Wasserlöslichkeit oftmals Zusätze von Zement bzw. Kunststoffdispersionen beigegeben. Diese beeinträchtigen allerdings positive Materialeigenschaften wie Sorption, Diffusion oder Recyclingfähigkeit. Basierend auf der Art und Menge der Zuschläge, unterscheidet man Baulehme nach der Rohdichte der fertigen, trockenen Bauteile: • Massiv- und Schwerlehm (1700–2200 kg / m3) • Strohlehm (1200–1700 kg / m3) • Leichtlehm (400–1200 kg / m3) Lehmbaustoffe

Die Bezeichnung von Lehmbaustoffen erfolgt nach Dichte, Zuschlag, Verarbeitung oder Verwendungszweck (Abb. B 2.8). Bei der Ausführung ist zu beachten, dass die jeweiligen Baustoffe – in Abhängigkeit von Wandstärke, Temperatur und Luftfeuchtigkeit – Trocknungszeiten von drei bis zehn Wochen aufweisen können. B 2.9

46

Lehmstein (LS)

Grünlinge (Gr)

Platten Lehmplatten (LP) Leichtlehmplatten (LLP)

Leichtlehmstein (LLS)

Vollstein Lochstein

Trockenbauplatten

Leichtlehmputzmörtel Lehmspritzmörtel (LSM)

B 2.8 B 2.9

Steine

B 2.8

Stampflehm Mit einer Rohdichte von 1700 bis 2200 kg / m3 ist er der schwerste Lehmbaustoff und für tragende Wände verwendbar. Dabei wird der erdfeuchte Lehm in 100 –150 mm starken Lagen in die Schalung eingebracht und verdichtet. Diese Schichtung ist später an der Oberfläche ablesbar und erzeugt die spezifische Textur des Baustoffs (Abb. 2.10 b und c). Übliche Wandstärken für tragende Wände liegen zwischen 400 und 600 mm. Wellerlehm Die Technik des Wellerlehms wird nur noch bei der Sanierung historischer Gebäude verwendet. Dabei setzt man das halbsteife Gemisch aus Stroh und Lehm mit Heugabeln schichtenweise auf. Das Abstechen der Wandseiten mit geschärften Spaten dient der Herstellung relativ ebener Wandoberflächen. Strohlehm (Faserlehm) Strohlehm ist eine weichplastisch bis breiig aufbereitete Mischung aus Lehm mit pflanzlichen Faserstoffen (meistens Stroh), die bei der Ausfachung von Fachwerkwänden zum Einsatz kommt oder – in Formen gepresst – zu Lehmsteinen und Lehmplatten weiterverarbeitet wird (Abb. 2.10 d). Inzwischen sind auch Fertigmischungen auf dem Markt erhältlich. Leichtlehm Je nach Zuschlägen unterscheidet man zwischen organischem und mineralischem Leichtlehm. Der Baustoff eignet sich für Wände, Vorsatzschalen oder Deckenausfachungen, darf allerdings außer seinem Eigengewicht keine Lasten aufnehmen. Er wird feucht in Schalungen eingebracht oder zu Steinen und Platten geformt. Schüttungen Zur Herstellung von Schüttungen werden organische oder mineralische Zuschläge mit erd-

Lehmbaustoffe

a

b

c

feuchtem Baulehm gemischt. Ihre Rohdichte variiert je nach Anforderung zwischen 400 und 2200 kg / m3. Der Baustoff steht zur Massefüllung von Geschossdecken und Hohlräumen zur Verfügung. Lehmmörtel als Putz- oder Mauermörtel Alle größeren Hersteller bieten heute auch Lehmmörtel an, die durch Zugabe von Pigmenten ein breites Farbspektrum erreichen (Abb. 2.10 a). Im Gegensatz zu anderen Mörteln bindet Lehmmörtel nicht ab. Die Verarbeitungszeit kann mit Wasser beliebig verlängert werden. Bei Putzmörtel wirken Zusätze aus Fasermischungen als Armierung, um Risse in der Putzschicht zu vermeiden. Lehmbaustoffe

Rohdichte [kg / m3]

d

e

Steine Viele Ziegeleien stellen neben ihrem Ziegelsortiment auch Lehmsteine und Grünlinge her. • Lehm- und Leichtlehmsteine: Die Steine eignen sich für Wandausfachungen, Deckenauflagen und Vorsatzschalen (Abb. 2.10 e und f). Bei ausreichender Festigkeit können sie auch tragende Funktionen übernehmen. Erdfeucht gepresste Steine, so genannte compressed blocks, stellen die heute weltweit am meisten verwendeten Lehmbaustoffe dar. • Grünlinge: Als Grünlinge bezeichnet man hochverdichDruckfestigkeit 1 [W / mK]

Wärmeleitfähigkeit 2 [N / mm2]

f

B 2.10

tete, zum Brennen bestimmte Steine aus der Ziegelproduktion, die ungebrannt zum Einsatz kommen. Ihr hoher Tonanteil verleiht ihnen ein großes Sorptionsvermögen. Sie werden nur nicht tragend und im unbewitterten, nicht frostgefährdeten Bereich verbaut. Platten Als Lehmbauplatten bezeichnet man alle plattenförmigen Lehmbaustoffe unter 50 mm Dicke. Sie werden zu nicht tragenden Wänden vermauert. Neue Produkte aus schilfrohrarmiertem Leichtlehm dienen auch dem Beplanken von Trockenbauwänden. Ihre ebene Oberfläche eignet sich gut als Untergrund für Lehmputze.

Wärmespeicherzahl [kJ / m3K]

Dampfdiffusionswiderstandszahl µ [–]

Baustoffklasse 3

Lehmarten Stampflehm Wellerlehm Strohlehm (Faserlehm) Leichtlehm

1700 –2200 1500 –1800 1200 –1700 400 –1200

2–6 2,5–3 2–3 ≤44

0,8–1,4 0,65–0,9 0,5–0,8 0,12–0,5

1700–2200 1500–1800 1200–1700 480–1440 (400–1200) 5

9 / 12 8 / 10 8 / 10 3 / 5 (5 / 10) 5

A1 nicht klassifiziert (nb) nicht klassifiziert (nb) nicht klassifiziert (ne–se)

1200 –2200 600 –1200 1900 –2000 1400 –1600 1200 –1800 400 –1200 1200 –1800 800 –1200 1200 –1800 600 –1200

2–4 n.b. 2–4 n.b. n.b. n.b. n.b. n.b. n.b. n.b.

0,5–1,4 0,17–0,5 1,05–1,2 1,05–1,2 0,5–0,9 0,12–0,5 0,5–0,9 0,25–0,5 0,5–0,9 0,17–0,5

1200–2200 660–1200 (600–1200) 5 1900–2000 1400–1600 1200–1800 480–1440 (400–1200) 5 1200–1800 880–1200 (800–1200) 5 1200–1800 660–1200 (600–1200) 5

5 / 10 3 / 5 (5 / 10) 5 5 / 10 5 / 10 5 / 10 3 / 5 (5 / 10) 5 5 / 10 3 / 5 (5 / 10) 5 5 / 10 3 / 5 (5 / 10) 5

A1 nicht klassifiziert (se) A1 A1 nicht klassifiziert (se–nb) nicht klassifiziert (ne–se) nicht klassifiziert (se–nb) nicht klassifiziert (se) nicht klassifiziert (se–nb) nicht klassifiziert (se)

Anwendungen Lehmsteine Leichtlehmsteine Lehmziegel »Grünlinge«, Vollstein Lehmziegel »Grünlinge«, Lochstein Lehmplatten Leichtlehmplatten Lehmmauermörtel Leichtlehmmauermörtel Lehmputzmörtel Leichtlehmputzmörtel 1

Die Druckfestigkeit muss durch eine baustoffspezifische Prüfung ermittelt werden; die nach DIN zulässigen Druckspannungen liegen bei 0,3–0,5 N / mm2. Werte nach Dachverband Lehm e.V.; günstigere Werte müssen nach DIN 52 611 bzw. DIN 52 612 nachgewiesen werden. 3 Die Baustoffklasse muss durch eine spezifische Prüfung ermittelt werden. Die angegebenen Werte in Klammern sind Richtwerte des Dachverbands Lehm e.V. (ne= normal entflammbar; se= schwer entflammbar; nb= nicht brennbar). 4 Stark abhängig vom Zuschlagsstoff; Leichtlehm mit mineralischem Zuschlag weist die höchsten Festigkeiten auf; Holzhackschnitzel ergeben etwa doppelt so hohe Festigkeiten wie Stroh. 5 Werte für Lehm mit organischen Zuschlagsstoffen; Werte in Klammern für Lehm mit anorganischen Zuschlagsstoffen. B 2.11 2

47

Keramische Baustoffe

B 3.1

Der Name dieses künstlich hergestellten Werkstoffs leitet sich von dem griechischen Begriff »keramos« (gebrannte Erde) ab. Zunächst wurden keramische Gefäße zum Aufbewahren von Speisen und für religiöse Zwecke gefertigt. Die ersten Fliesen für Wand- und Bodenbeläge resultieren wahrscheinlich aus der Verwertung von Splittern und Scherben gebrochener Gefäße. Seit 4000 v. Chr. verwendeten die frühen Hochkulturen in Ägypten, Mesopotamien und Indien für die Erstellung von Mauerwerk gebrannte Ziegel, die aufgrund ihrer Wasserbeständigkeit eine höhere Dauerhaftigkeit aufwiesen als ungebrannter Lehm. In der Gewölbekonstruktion nutzten sie die hohe Druckfestigkeit der Ziegel, um Räume zu überspannen und Bauwerke mit Kuppeln abzuschließen. Auf den Dächern befanden sich häufig Terrassen, die mit einem Ziegel-Naturasphaltverbund gegen Regenwasser abgedichtet waren. Hohe Druck- und Abriebfestigkeit, Dauerhaftigkeit und die Wasserbeständigkeit des keramischen Baustoffs verbunden mit der Formbarkeit der plastischen Tonmasse vor dem Brennen bieten ein großes Spektrum an Einsatzmöglichkeiten. Die Wissensverbreitung über Herstellung und Nutzen gebrannter Ziegel erfolgte über Handelswege oder wurde durch Kriegszüge gefördert. Grundlage für die Produktion waren immer Tonvorkommen und Ziegeleien, um den damals rasant steigenden Bedarf zu decken. Die Entwicklung verschiedener Formate und Mauer-

B 3.1 B 3.2 B 3.3

B 3.4

B 3.5

werksverbände ermöglichte es, auf Konstruktions- und Gestaltungsfragen zu antworten. Der Dachziegel findet seit 800 v. Chr. in Griechenland Verwendung, wo zur Ableitung der hohen Niederschlagsmengen eine geneigte Dachfläche ausgebildet und gedeckt werden musste. Die ursprüngliche Bedeutung des lateinischen Wortes tegula für Dachziegel wurde im Laufe der Zeit für alle Ziegelarten verallgemeinert. Das Mauerwerk römischer Bauwerke setzt sich meist aus zwei Ziegelschalen zusammen, die mit einem Gemisch aus Trass, Kies und Steinen gefüllt wurden (Opus Caementitium). Die Außenflächen erhielten eine Putz- oder Natursteinbekleidung. Mit dem Zerfall des Römischen Reiches ging auch das bautechnische Wissen verloren. Erst im Mittelalter weist die Backsteingotik im lehmreichen norddeutschen Raum auf ein Wiedererlangen des Wissens um die Ziegelbaukunst hin. Im 19. Jh. steigt die Zahl der verarbeiteten Ziegel exponentiell an. Die Erfindung der Strangpresse und der Einsatz des Ringofens ermöglichen einen industriellen Produktionsablauf mit effizienter Energienutzung, geringem Ausschuss und hoher Qualität der Erzeugnisse. Rohstoffe Die Hauptbestandteile von Ton sind kristallwasserhaltige Aluminiumsilikatverbindungen wie

Hofhaussiedlung, Fredensborg (DK) 1963, Jørn Utzon Lagerhaus Julio Herrera & Obes Montevideo (ROU) 1979, Eladio Dieste Anwendung von Recycling-Ziegel, Gründerzentrum, Hamm (D) 1998, Hegger Hegger Schleif technisches Verwaltungsgebäude der Farbwerke Hoechst, Frankfurt am Main (D) 1924, Peter Behrens unterschiedliche Ziegelfarben, Fugenfarben und Fugenausbildungen B 3.2

48

Keramische Baustoffe

Kaolinit und Montmorillonit. Sie entstehen durch mineralische Neubildung beim Verwitterungsprozess feldspathaltiger Gesteine (z.B. Granit, Porphyr). Hinzu kommen Verunreinigungen von Quarz, Kalkspat, Glimmer und Eisenoxiden aus dem Ursprungsgestein und organischen Resten. Die flächigen Kristalle der Tonminerale weisen eine Blättchenstruktur auf, die aufgrund ihrer großen Oberfläche fähig ist, kapillar Wasser anzulagern und zu quellen. Somit binden die Tonminerale das Gemenge und machen die Masse plastisch formbar. Nicht schwindende Magerungsmittel in Form von Sand, Quarzmehl, Ziegelmehl, industriellen Abfallstoffen (Schlacke, Asche) oder organischen Stoffen (Sägespäne) gewährleisten bei Rohstoffen mit hohem Tonanteil (fetter Ton) die Formbeständigkeit der Baustoffe nach dem Trocknen und Brennen. Die Eigenfarbe des keramischen Baustoffs hängt von den enthaltenen Metalloxiden des Tons und der Sauerstoffzufuhr beim Brennen ab. Eisenoxid verleiht dem Scherben die rote Farbe, bei hohen Temperaturen eine blaugrüne. Bei Mangananteilen in der Tonmasse entsteht ein brauner, mit Graphit ein grauer und bei Kalkanteilen ein gelber Scherben. Reiner Ton (Kaolin) ist weiß (Abb. B 3.5). Die Verwendungsmöglichkeiten des Rohstoffs hängen von der Zusammensetzung der natürlichen Tonvorkommen ab. Der Abbau erfolgt schichtenweise in der Tongrube. Keramische Baustoffe Keramische Baustoffe werden aufgrund unterschiedlicher Aufbereitung der Rohstoffe nach Korn-, Kristall- und Porengröße des gebrannten Scherbens in Grobkeramik und Feinkeramik eingeteilt (Abb. B 3.6). Ihre Eigenschaften wie Festigkeit, Dichte, Porosität und Wasseraufnahme stehen in Zusammenhang mit der Brenntemperatur, Brenndauer und der stofflichen Zusammensetzung. Da die Brenntemperatur bestimmend ist, gruppieren sich die keramischen Baustoffe wie folgt: Ziegelwaren Steingut, Steinzeug, Klinker Porzellan (Kaolin) feuerfeste Erzeugnisse Oxidkeramik Sonderkeramik

900–1000 °C 1100–1300 °C 1300–1450 °C 1300–1800 °C 1500–2100 °C bis 2500 °C

Herstellung

Die Aufbereitung des Rohstoffs erfolgt durch Zerkleinern, Mischen, Befeuchten bzw. Entwässern und anschließendem Lagern in Sumpfhäusern, um organische Bestandteile abzubauen. Formgebung Plastische und teilweise pulverförmige Massen werden industriell in Schneckenpressen stranggepresst. Das austauschbare Mundstück gibt die Form des Querschnitts vor, Drähte längen den Endlosstrang in Stücke ab. Fliesen und

komplexere Formen wie Pressfalzziegel entstehen einzeln in Stempelpressen. Trocknen und Brennen Bei Erhitzung der geformten Tonmasse finden folgende Prozesse statt: Bis 120 °C werden der Masse durch das Trocknen die frei beweglichen Wassermoleküle entzogen, die für das Formen notwendig sind. Der Brennvorgang in Tunnelöfen beginnt zwischen 450 und 600 °C, indem das physikalisch gebundene und das Kristallwasser entfernt werden. Bei 800 °C verfestigt sich das Brenngut, Grenzflächenreaktionen beginnen. Von 1000 bis 1500 °C schmelzen einzelne Phasen und verdichten die Masse. Ab 1200 °C spricht man von Sintern. Die entstehende glasartige Struktur umschließt die nicht geschmolzenen Kristalle und Poren, sodass die Wasseraufnahme des gesinterten Scherbens gering ist.

B 3.3

Oberflächenvergütung Als Engobe bezeichnet man den farbigen, keramischen Überzug aus Tonschlämme mit Metalloxiden, die vor dem Brennen durch Tauchen oder Spritzen auf Dachziegel, Vormauerziegel und Wandplatten aufgetragen wird. Neben der Farbgebung erzeugt die Sinterengobe bei Brenntemperaturen ab 1200 °C eine dichtere Oberfläche. Die Glasuren dichten mit einem glasartigen Überzug den keramischen Baustoff ab und bestimmen die Härte, Glätte und Farbe der Oberfläche. Die Glasurmasse setzt sich aus Feldspat, Quarz, Kalk, Dolomit und farbgebenden Metalloxiden zusammen. Sie wird gebrannt und fein gemahlen mit Wasser geschlämmt (Glasurschlicker), auf den getrockneten Rohling (Einbrandverfahren) oder auf den gebrannten Baustoff (Zweibrandverfahren) aufgebracht und eingebrannt. Recycling

Die Wiederverwendung von Ziegel kann sich aufgrund anhaftender Mörtel- und Putzreste, die den Mauerwerksverbund herstellen, als aufwändig erweisen, sofern stark zementhaltige Mörtel verwendet wurden. Ältere Mauerwerke lassen sich jedoch, da sie meist mit Kalkmörtel verarbeitet wurden, leichter wieder verwenden. Der Einsatz recycelter Ziegel ist zu begrüßen, da so der hohe Primärenergiebedarf bei der Herstellung eingespart und die hohe Dauerhaftigkeit dieses Baustoffs genutzt wird (Abb. B 3.3). Mauerwerk wird stofflich als Schütt- oder Füllmaterial im Tief- und Straßenbau verwertet, anfallender Ausschuss im Ziegelwerk dient gemahlen als Magerungsmittel für die weitere Produktion.

B 3.4

Mauerziegel Mauerziegel werden aus den Rohstoffen Ton, Magerungs- oder Porosierungsmittel und Wasser als Vollziegel oder Lochziegel hergestellt. B 3.5

49

Keramische Baustoffe

tonkeramische Werkstoffe

Grobkeramik

Irdengut (Tongut) poröser Scherben nicht weiß brennend

weiß / hell brennend

Ziegeleierzeugnisse

feuerfeste Erzeugnisse

Feinkeramik

Sinterzeug (Tonzeug) dichter Scherben nicht weiß brennend

weiß / hell brennend

Klinker, Riemchen

technisches Porzellan

Irdengut (Tongut) poröser Scherben

Deckenziegel Dachziegel Tonrohre

Schamotte-, Silimanit-, Dinassteine

Bodenklinkerplatten glasierte Steinzeugwaren (z.B. Steinzeugrohre)

Sinterzeug (Tonzeug) dichter Scherben

nicht weiß brennend

weiß brennend

nicht weiß brennend

Töpfererzeugnisse

Steingut (glasiert), bzw. Halbporzellan

Steinzeugfliesen für Wand und Boden

Ofenkacheln

Wandfliesen

Feinterrakotten

Blumentöpfe

Waschtische

Spülwannen

Fayencen

Spülbecken

Labortischplatten

Spaltplatten Mauerziegel

Terrakotten

chemische Geräte

Kabelschutzhauben

DIN 105 Teil 1– 6 definiert folgende Mauerziegelarten, deren Eigenschaften von Rohdichte, Lochanteil, Festigkeit und Form beeinflusst sind (Abb. B 3.10 und 12): • Teil 1 Vollziegel und Hochlochziegel: Vollziegel (Mz) Hochlochziegel (HLz) Mauertafelziegel (HLzT) Handformziegel, Formziegel Vormauerziegel (VMz, VHLz) Klinker (KMz, KHLz) • Teil 2 Leichthochlochziegel • Teil 3 Hochfeste Ziegel und hochfeste Klinker • Teil 4 Keramikklinker: Keramikvollklinker KK Keramikhochlochklinker KHK • Teil 5 Leichtlanglochziegel LLz und Leichtlanglochziegelplatten LLp • Teil 6 Planziegel: Planvollziegel PMz Planhochlochziegel PHLz Vormauerplanziegel PVMz Mauertafelplanziegel PHLzT Planklinker PKMz Planformziegel Die genormte Bezeichnung der Mauerziegel-

B 3.7

50

Sonderkeramik

weiß brennend

Porzellan

Glaskeramik, Oxidkeramik

keramische Maschinenelemente für Nachrichten- und Elektrotechnik Hoch- und Höchsttemperaturwerkstoffe B 3.6

arten erfolgt mit Kurzzeichen entsprechend: Teil 2 DIN 105–Hlz W 6–0,8–10 DF (300) Sie stehen für:

ständig. Beim Anschlagen klingen sie hell. Ihr Einsatzgebiet liegt im Wasser- und Kanalbau, bei Fassaden und Fußböden.

• Teil der DIN, DIN-Nummer • Kurzzeichen des spezifischen Ziegels • Lochgröße A, B, C, W (also der Lochanteil) • Druckfestigkeitsklasse (N / mm2) • Rohdichteklasse (kg / dm3) • Format und Wanddicke (mm)

Ziegel geringer Rohdichte besitzen bessere Wärmedämmeigenschaften, wozu Lochform und Lochanordung beitragen. Poren im Ziegel entstehen durch Porosierungsmittel, die der Rohmasse beigegeben werden, z.B. Polystyrolkügelchen (0,25 Masseprozent), Sägemehl oder Papierfangstoffe (< 6 Masseprozent) aus der Papierproduktion. Die rückstandlose Verbrennung im Tunnelofen führt zu kleinen Luftporen, die die Ziegelrohdichte verringern. Ihre dennoch große Masse eignet sich als Wärmespeicher. Der Ziegel gibt die Wärme zeitversetzt wieder an den Raum ab. Die feinen kapillaren Poren nehmen Feuchtigkeit auf und wirken als Puffer bei Schwankungen der Raumluftfeuchtigkeit. Mauerziegel zählen zu den nicht brennbaren Baustoffen der Baustoffklasse A1.

Eigenschaften

Die Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften zeigen sich bei der grundsätzlichen Einteilung in Vollziegel, Lochziegel und Klinker: • Vollziegel weisen einen Lochanteil in der Lagerfläche von 0 bis 15 % auf und werden bei Temperaturen zwischen 900 und 1100 °C gebrannt. Die Einsatzgebiete sind Mauerwerk, Bögen, Ausmauerungen und Pfeiler. • Lochziegel können als Hochlochziegel mit einem Lochanteil bis 50 % der Lagerfläche ausgebildet sein und werden für Außen- und Zwischenwände verwendet. • Klinker sind gelochte oder nicht gelochte Ziegel, die bis zur Sintergrenze gebrannt wurden. Sie sind schwer, dicht, hart und frostbe-

B 3.8

Planhochlochziegel mit integrierter Wärmedämmung Dieser neu entwickelte, plangeschliffene Leichthochlochziegel besitzt eine geringe Rohdichte (0,65 kg / dm3). Er besteht aus porosier-

B 3.9

Keramische Baustoffe

Ziegelart

Kurzbezeichnung

verfügbare Rohdichteklasse [kg / dm3]

verfügbare (Druck-) Festigkeitsklasse [N / mm2]

Hochlochziegel Vormauerhochlochziegel

HLzA, HLzB VHLzA, VHLzB

1,2–1,6 1,4–1,6

4–28 12–28

Vollziegel Vormauervollziegel

Mz VMz

1,6–2,0 (2,2)

12–28

Hochlochklinker

KHLzA, KHLzB

≥ 1,9

Leichthochlochziegel

HLzA, HLzB, HLzW

0,6–1,0

4–12

Mauertafelziegel

HLzT

0,8–1,0

6–28

Vollziegel Hochlochziegel Vollklinker Hochlochklinker

Mz, VMz HLz, VHLz KMz KHLz

1,2–2,2

26–60

Vollklinker Keramikhochlochklinker

KK KHK

1,6–2,2

60

28

B 3.10

tem Ziegel, dessen Lochanteil zusätzlich mit Perlite gefüllt ist. Dadurch werden Bemessungswerte der Wärmeleitfähigkeit um 0,09 W / mK erreicht. Bei einer Wanddicke von 365 mm und beidseitigem Putz liegt der U-Wert bei 0,23 W / m2K. Je nach Hersteller können Planhochlochziegel auch ohne Füllung ähnliche Werte erreichen. Somit können einschalige Außenwandkonstruktionen mit diesem massiven Wandbaustoff gleichzeitig wärmedämmende Funktion übernehmen. Er stellt eine Alternative zu Leichtbaukonstruktionen und Wärmedämmverbundsystemen dar. Anwendung

Die Bezeichnung nach DIN 105 impliziert zugleich die Art der Anwendung. Nach ihr werden Mauerziegel in Hinter- sowie Vormauerziegel und Klinker eingeteilt. Poröse Ziegel benötigen einen Wetterschutz durch Putz oder eine frostbeständige Außenwandbekleidung. Grundsätzlich eignen sich gesinterte Mauerziegel aufgrund ihrer geringen Wasseraufnahme für Sicht- und Verblendmauerwerk als frostbeständiger Regenschutz. Diesen Schutz gewährleisten bündige und wasserabweisende Mauerwerksfugen. Fugenfarbe und -ausbildung beeinflussen den Charakter der Wandfläche. Der Fugenglattstrich wird nach dem Ansteifen des vollfugig aufgebrachten Mörtels durchgeführt, indem mit einem geeigneten Werkzeug (Kunststoffschlauch) die Fuge leicht konkav verpresst wird. Beim nachträglichen Verfugen kratzt man den Mauermörtel 15 – 20 mm aus der Fuge, um diese dann in zwei Arbeitsgängen mit Fugenmörtel zu füllen und zu verdichten. Ausblühungen

Mauerwerksverfärbungen in Form von salzhaltigen Ablagerungen hängen in seltenen Fällen mit den im Baustoff enthaltenen löslichen Substanzen zusammen. Die in den Ziegel kapillar eindringende Feuchtigkeit löst die Salze und transportiert sie an die Oberfläche. Durch DIN-

gerechtes Brennen werden die meisten löslichen Salze der Tonmasse umgewandelt und abgebaut. Die Ursache der Ausblühungen liegt daher eher am verwendeten Mörtel und der nicht fachgerechten klimatischen Exposition der Ziegel bei bestimmten Konstruktionen und Fugenausbildungen. Deckenziegel und Wandtafeln Deckenziegel werden zur Fertigung von Stahlbetonrippendecken und Ziegeldecken verwendet (Abb. B 3.8). Sie besitzen einen Lochanteil, der das Gesamtgewicht verringert und luftschalldämmend wirkt. Formen und Abmessungen des grobkeramischen Baustoffs sind vielfältig, die Konstruktionen beruhen grundsätzlich auf dem Zusammenwirken von Betonrippen, Trägern aus Holz oder Stahl und den in die Zwischenräume gelegten Deckenziegeln (siehe Decken, S. 165). Die Norm unterscheidet statisch mitwirkende Deckenziegel nach DIN 4159 für Stahlsteindecken, Stahlbetonrippendecken und vorgefertigte Wandtafeln. Diese Deckenziegel nehmen Biegedruckspannung auf und sind an der Seite mit Fußleisten oder Auflager ausgestattet. Die Stoßfugen werden voll- oder teilvermörtelt. Statisch nicht mitwirkende Deckenziegel nach DIN 4160 nehmen nur während der Verlegung Lasten auf.

B 3.11 B 3.6

systematische Darstllung tonkeramischer Werkstoffe B 3.7 Hochlochklinker B 3.8 Deckenziegel B 3.9 Planhochlochziegel mit integrierter Wärmedämmung aus Perlite B 3.10 Rohdichten und Druckfestigkeitsklassen für spezifische Ziegelarten nach DIN 105 B 3.11 Gartensaal, Haus Kühnen, Kevelaer (D) 1998, Heinz Bienefeld B 3.12 physikalische Kennwerte für Ziegelmauerwerk nach DIN V 4108-4

Rohdichte

[kg / m3]

Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit 1 [W / mK]

Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl [–]

Vollklinker, Hochlochklinker, Keramikklinker 2200 2000 1800

1,20 0,96 0,81

50 / 100 50 / 100 50 / 100

Vollziegel, Hochlochziegel 2000 1800 1600 1400 1200

0,96 0,81 0,68 0,58 0,50

5 / 10 5 / 10 5 / 10 5 / 10 5 / 10

Leichthochlochziegel mit Lochung A / B 1000 900 800 700

0,45 0,42 0,39 0,36

5 / 10 5 / 10 5 / 10 5 / 10

Dachziegel Dachziegel sind flächige, grobkeramische Erzeugnisse zur regensicheren Deckung geneigter Dachflächen und Fassaden. Einzeln befestigt überlappen sie sich, sodass Niederschlagswasser abgeleitet wird (siehe Gebäudehülle, S. 123f.). Man unterscheidet Dachziegel nach Art der Herstellung, Form und Abmessung (Abb. B 3.16).

Leichthochlochziegel W 1000 900 800 700

1

0,39 0,36 0,33 0,30

5 / 10 5 / 10 5 / 10 5 / 10

Die angegebenen Bemessungswerte dürfen bei Verwendung von Leichtmörtel nach DIN 1053-1 um 0,06 W / mK verringert werden. B 3.12

51

Keramische Baustoffe

B 3.13

Strangdachziegel Strangdachziegel besitzen einfache Geometrien, zu ihnen gehören: • Dachziegel ohne Falz: Flachziegel (Biberschwanzziegel) Hohlpfanne • Dachziegel mit einem Seitenfalz: Strangfalzziegel Pressdachziegel Pressdachziegel werden konisch oder mit mehreren Kopf-, Fuß- und Seitenfalzen in Stempelpressen hergestellt. • Dachziegel ohne Falz: Krempziegel Mönch und Nonne • Dachziegel mit Falzen: Strangfalzziegel Muldenfalzziegel Doppelfalzziegel Falzpfanne Flachdachpfanne Verschiebeziegel Zusätzlich werden Formteile angeboten, die ergänzend An-, Abschlüsse und Übergänge herstellen, z.B. an Ortgang, First oder Wand. Dachziegel und Formteile sind in DIN EN 1304 definiert. Zu Abmessungen gibt es keine Festlegung, lediglich Empfehlungen an die Hersteller. Die natürliche Farbe ist Rot. Durchgefärbt, gedämpft, engobiert oder glasiert erscheint der Dachziegel auch in anderen Farben. Neu entwickelte Beschichtungen weisen den Effekt der Lotuspflanze auf, durch den sich die Dauerhaftigkeit der Dachziegel erhöht: Regenwasser spült Verunreinigungen weg.

B 3.14

B 3.15

leistet die Regensicherheit. Weitere Einflussgrößen sind Dachflächenkonstruktion und Lage des Gebäudes sowie das lokale Klima.

Gekennzeichnet ist das Rohr durch eine Prägung auf dem Rohrschaft, welche die europäische Norm DIN EN 295, das Herstellerkennzeichen, die Nennweite, die Tragfähigkeit in kN / m und das Verbindungssystem beinhaltet.

Steinzeugrohre Steinzeugrohre dienen zur Grundstücksentwässerung und werden für Entwässerungsnetze eingesetzt. In der Erde verlegt, weisen sie eine hohe Dauerhaftigkeit (> 100 a), chemische Beständigkeit (pH 0 –14), hohe mechanische Festigkeit, Dichtigkeit und große Härte auf. Die Rohmasse besteht aus Ton, Wasser und Schamotte (Magerungsmittel); letztere ist für Standfestigkeit und Formstabilität verantwortlich. Schneckenpressen verdichten die plastische Masse, die zusätzlich in der Unterdruckkammer von Lufteinschlüssen befreit wird. Die Muffe zur Verbindung der einzelnen Rohre wird im selben Arbeitsgang geformt. Je nach Nennweite gibt es verschiedene Verbindungssysteme mit Dichtungselementen aus Kunststoff. Vor dem Brennen erhält der Rohling innen und außen eine Glasur.

Keramische Beläge Keramische Fliesen und Platten werden in Zusammenhang mit den entsprechenden Güteanforderungen in DIN EN 14 411 nach ihrer Formgebung und der Feuchtigkeitsaufnahme in Gruppen gegliedert (Abb. B 3.18). Anwendungsbereiche

Die Brenntemperatur und die Porosität des Scherbens beeinflussen dessen Wasseraufnahme. Fliesen und Platten mit niedriger Wasseraufnahme (E ≤ 3 %) besitzen einen feinkörnigen, gesinterten Scherben. Die Hohlräume sind gefüllt, die Oberfläche zieht sich beim Brand zusammen, sodass der keramische Baustoff hohe Festigkeit, Frostbeständigkeit und Wider-

a

b

c

d

e

f

g

h

Anforderungen

An der Oberfläche dürfen keine den Gebrauch und die Witterungsbeständigkeit einschränkenden Deformationen oder Risse in der Glasur oder Engobe auftreten. Dachziegel müssen formhaltig, wasserundurchlässig und frostbeständig sein sowie festgelegte Mindestlasten aufnehmen. Dachziegelart, Deckungsart und Dachneigung hängen eng zusammen. Die Vorgabe der Mindestdachneigung (Regeldachneigung) gewähr52

B 3.16

Keramische Baustoffe

standsfähigkeit gegenüber Laugen und Säuren aufweist. Dazu zählt das Steinzeug (STZ) mit glasierter Oberfläche (GL) oder unglasiert (UGL). Fliesen und Platten mit hoher Wasseraufnahme, (E > 10 %) werden unterhalb der Sintergrenze gebrannt. Dadurch weisen sie ein Porenvolumen von 20 bis 30 % auf. Nach dem ersten Brand (Biskuitbrand) erfolgt der Auftrag der Glasur, die nach dem Glattbrand die Fliese abdichtet. Zu dieser Gruppe gehören Steingutfliesen (STG) mit weißem Scherben und Irdengutfliesen (IG) mit farbigem Scherben. Da sie nicht frostbeständig sind, dürfen sie nur im Innenbereich eingesetzt werden. Weitere Auswahlkriterien stellen die Art der Beanspruchung wie auch die Bewertung der Rutschhemmung dar. Der Verdrängungsraum profilierter Fliesen bezeichnet das Volumen zwischen Lauffläche und Entwässerungsebene. Er ist z.B. wichtig für Bodenbeläge in Schwimmbädern und Industriebetrieben. Aus Eigenschaften und Anforderungskriterien resultieren die möglichen Anwendungsbereiche: Als Wandbelag kommen Steingutfliesen, Steinzeugfliesen und Steinzeugkleinformate (keramisches Mosaik) infrage. Für Bodenbeläge werden keramische Spaltplatten, Steinzeugfliesen, Steinzeugkleinformate, Feinsteinzeug, Keramische Spaltplatten, Bodenklinker und Terrakotten verwendet.

Mörtel ermöglichen. Sie eignen sich für Wandund Bodenbeläge, an Fassaden, Terrassen, in Industriebetrieben oder im Schwimmbadbau. Die Spaltplatten müssen beständig gegenüber Temperaturwechsel, Laugen und Säuren sein. Der Handel bietet sie in verschiedenen Formen, Farben und Abmessungen an, glasiert oder unglasiert. Frostbeständigkeit wird nur von den Spaltplatten der Gruppe A I gefordert. Einzeln gezogene Platten sind selten und werden zur Verbesserung ihrer Eigenschaften häufig nachgepresst. Trockengepresste Fliesen und Platten

Trockengepresste Fliesen und Platten zählen zu den feinkeramischen Erzeugnissen. Ton, Kaolin, fein gemahlener Quarzsand und Kreide werden mit Wasser homogen vermischt. Anschließend entzieht eingeblasene heiße Luft im Sprühturm der Mischung das Wasser. Die pulverförmige, feinkörnige Masse wird vor dem Brand mit hohem Druck in Formen zu Rohlingen gepresst. Die trockengepressten Fliesen und Platten gibt es in glasierter, teilglasierter und unglasierter Ausführung. Die Oberfläche der unglasierten Produkte ist je nach Anforderung glatt, rau oder profiliert. Weitere Herstellungsverfahren existieren, haben jedoch für das Bauwesen nur untergeordnete Bedeutung. Verarbeitung

Stranggepresste Fliesen und Platten

Stranggepresste Fliesen und Platten gehören zu den grobkeramischen Erzeugnissen, die oberhalb der Sintergrenze gebrannt werden. Ihr Scherben ist farbig. Hauptsächlich erfolgt die Herstellung aus plastischer Tonmasse als Doppelplatte, die nach dem Brennen mit einem Hammerschlag zur Spaltplatte getrennt wird. Dadurch entstehen auf der Rückseite Stege, die eine form- und kraftschlüssige Verlegung mit

C

Gruppe I E≤3%

Gruppe IIa 3% 10 %

stranggepresste Fliesen und Platten

Gruppe AI Anhang A (DIN EN 121)

Gruppe AIIa-1 Anhang B (DIN EN 186-1)

Gruppe AIIb-1 Anhang D (DIN EN 187-1)

Gruppe AIII Anhang F (DIN EN 188)

Gruppe AIIa-2 Anhang C (DIN EN 186-2)

Gruppe AIIb-2 Anhang E (DIN EN 187-2)

Gruppe BIIa

Gruppe BIIb

Anhang J (DIN EN 177)

Anhang K (DIN EN 178)

Gruppe CIIa

Gruppe CIIb

trockengepresste Fliesen und Platten

nach anderen Verfahren hergestellte Fliesen und Platten

Gruppe BIa E ≤ 0,5 % Anhang G (DIN EN 176) Gruppe BIb 0,5 % ≤ E < 3 % Anhang H (DIN EN 176)

Gruppe CI

B 3.13 Dachziegel mit verschiedener Farbgebung B 3.14 Steinzeugrohre B 3.15 fliesenbelegte Dachschale, Opernhaus, Sydney (AUS) 1973, Jørn Utzon B 3.16 Auswahl an Dachziegelquerschnitten: a Doppelfalzziegel b Flachdachpfanne c Mönch und Nonne d Bieberschwanzziegel e Hohlpfanne f Strangfalzziegel g ebener Dachziegel mit Rundumfalz h Verschiebeziegel B 3.17 Dachziegel als Dachdeckung und Außenwandbekleidung, Wohnhäuser bei Den Haag (NL) 2002, MVRDV B 3.18 Klassifizierung von keramischen Fliesen und Platten nach EN 14 411 (in Klammern die bis 2004 geltenden DIN-Nummern) B 3.19 Sommerhaus, Muuratsalo (FIN) 1953, Alvar Aalto

Gruppe BIII Steingutfliesen STG Irdengutfliesen IG

B

Feuchtigkeitsaufnahme Formgebung

Steinzeugfliesen STZ

A

Fliesen und Platten werden auf waagerechten Flächen verlegt, an senkrechten Flächen angesetzt. Die Dickbettverlegung erfordert einen festen Untergrund, auf den der 10 – 20 mm dicke Zementmörtel aufgetragen wird, um Unebenheiten auszugleichen. Die Dünnbettverlegung erfolgt mit hydraulischem Mörtel oder mit unterschiedlichen Klebstoffen. Das 2 – 4 mm dicke Dünnbett erfordert einen ebenen und festen Untergrund.

B 3.17

Anhang L (DIN EN 159)

Gruppe CIII B 3.18

B 3.19

53

Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln

B 4.1

Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln sind seit Jahrtausenden bekannt. Bereits Phönizier, Ägypter, Trojaner und Griechen kannten Mörtel aus Gips und Kalk für Mauerwerk und als schützende Putzschicht. Nachweislich verwendeten griechische Baumeister im 2. Jh. v. Chr. Kalkmörtel für Mauerwerksfüllungen aus Bruchsteinen. Die Römer verfeinerten diese Technik für die Errichtung von großen Gebäuden wie z.B. des Kolosseums: »Opus Caementitium« – ein Gemisch aus abbindefähigem Kalk, Puzzolanerde und Tuff mit Zuschlägen aus Kies und Steinen – wurde als Füllung hinter Ziegeln und Natursteinmauerwerk durch Stampfen verdichtet. Die Außenflächen erhielten eine Putz- oder Natursteinverkleidung. Bei Zweckbauten und Fundamenten diente Holz als Schalung. Vitruv beschreibt 13 v. Chr. die Zusammensetzung des hydraulischen Mörtels, der bereits Festigkeiten heute üblicher Betone erreichte (Abb. B 4.2). Das 27 v. Chr. erbaute Pantheon mit 43 m Spannweite ist bis heute das eindrucksvollste Beispiel dieser Bauweise. Das Wissen über das »Opus Caementitium« der Römer geriet nach dem Untergang des Römischen Reichs jedoch in Vergessenheit und wurde erst im 19. Jh. wiederentdeckt. Ab dem Mittelalter wird Gips vielfach als Bindemittel für Estriche, Mörtel und später für Stuckmarmor verwendet. Fachwerke erhalten eine Ausfachung mit bewehrtem Gipsmörtel, dem man Strohfasern oder Rosshaar beimischt.

B 4.1 B 4.2 B 4.3 B 4.4

Mineralische Bindemittel Bindemittel halten die körnigen Bestandteile (Zuschläge wie Sand oder Kies) von Mörtel und Beton zusammen. Über den chemischen Abbindevorgang werden die unterschiedlichsten Eigenschaften gesteuert, z.B. Festigkeit, Dampfdurchlässigkeit, Druckfestigkeit und Elastizität (Abb. B 4.6). Gips

Der natürlich vorkommende Gipsstein ist eine

Stahlbetongewölbe, Weinkeller, Pamplona (E) 1999, Jaime Gaztelu, Ana Fernandez Opus Caementitium, Caracalla-Therme, Rom (I) 217 n. Chr. Stahlbetontragwerk, ehemalige Fiat-Fabrik Lingotto, Turin (I) 1927, Giacomo Matteo Trucco Zusammensetzung mineralischer Bindemittel B 4.2

54

Der französische Ingenieur Bernard Forest Belidor (1698–1761) beschrieb die Zusammensetzung von Mörtel und verwendete erstmals den Begriff »Beton« für eine Mischung aus wasserbeständigem Mörtel und Zuschlägen. 1824 erhielt Joseph Aspdin ein Patent für Portlandzement, ein Gemisch aus gebranntem, pulverfömigen Kalk und Ton. Auguste Perret (1874–1954) verwendete als einer der Ersten Beton im Wohnungsbau und zeigte die Möglichkeiten dieses Materials konsequent an Industriebauten. Bauten des Expressionismus und Architekten wie Frank Lloyd Wright machten die Formbarkeit des Beton deutlich sichtbar. In den 1950erJahren wurden hauchdünne, effiziente Schalenkonstruktionen realisiert. Le Corbusier und Louis Kahn setzten sichtbare Betonoberflächen gezielt als Gestaltungsmittel ein.

B 4.3

Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln

Magmatite (Naturstein)

Quarz

Sand

Glimmer

Feldspat

Lehm

Ton

Zement

CO2

SO2H2O

Mergel

Kalkstein

Gipsstein

Brennen

Brennen

Brennen

hydr. Kalk

Branntkalk

Löschen

Löschen

hydr. Kalkhydrate

Kalkhydrate

Gips-Anhydrit B 4.4

Verbindung aus Kalziumsulfat (Kalk) und Wasser: CaSO4 ≈ 2H2O (Kalziumsulfat-Dihydrat). Um abbindefähigen Gips zu erhalten, wird der Gipsstein gebrochen, gemahlen und anschließend in Drehrohröfen bei Temperaturen zwischen 300 und 1000 °C gebrannt. Dadurch treibt man das gebundene Kristallwasser je nach Temperatur unterschiedlich stark aus und erhält so einzelne Baugipsarten, die in Hydratstufen des Kalziumsulfats gegliedert sind. Die Anteile von kristallwasserfreiem Anhydrit (CaSO4) und Halbhydrat im Gips bestimmen die Eigenschaften und das Abbindeverhalten. Stuckgips z.B. entsteht durch Brennen bei niedrigen, Putzgips bei hohen Temperaturen. Durch Zugabe von Wasser erhärtet Gips an der Luft unter Wärmeentwicklung wieder zu Gipsstein, d.h. der Brennprozess wird bei der Erhärtungsreaktion durch Einlagerung des Anmachwassers als Kristallwasser umgekehrt. Die Verarbeitung von Gips mit Brennen, Anmachen und Abbinden stellt somit einen geschlossenen Kreislauf dar. Kalziumsulfat entsteht auch bei technischen Prozessen als Nebenprodukt, z.B. bei Rauchgasentschwefelungsanlagen von Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen befeuert werden. Der feucht anfallende REA-Gips muss zunächst getrocknet werden. Wie Naturgips eignet er sich für eine Vielzahl von Gipsprodukten. Eigenschaften und Verwendung Beigegebene Zusätze und das Wasser-GipsVerhältnis beeinflussen Festigkeit, Verarbeitbarkeit und Porosität des gehärteten Baustoffs. Gips schwindet bei der Verarbeitung nicht und wirkt sich durch Feuchtigkeitsaufnahme und -abgabe positiv auf das Raumklima aus. Weil eine ständige Wassereinwirkung den Gips löst, ist er für Nassräume nicht geeignet. Gips wird als Putz für Oberflächen mit verschiedenen Zuschlagstoffen eingesetzt. Aus dem Rohstoff wird auch eine Vielzahl an Produkten hergestellt, insbesondere Platten, Steine und Formteile. Sie sind feuerbeständig, da sie unter Wärme das in den Kristallen eingelagerte Wasser wieder abgeben. In Betonmischungen verzögert der Zusatz von Gips die Abbindegeschwindigkeit. Zu den wichtigsten Produkten gehören:

• Stuckgips, Stuckmarmor • Putzgips, Fertigputzgips, Haftputzgips, Maschinenputzgips • Ansetzgips, Fugengips, Spachtelgips • Anhydritbinder • Gipsfertigprodukte Anhydritbinder Anhydritbinder werden aus natürlich vorkommendem Anhydrit oder bei chemischen Prozessen anfallendem synthetischen Anhydrit hergestellt. Sie erhärten auf die gleiche Art wie Baugipse. Aufgrund ihrer geringeren Löslichkeit müssen werkseitig Anreger in Form von basischen Stoffen (z.B. Kalk oder Zement) oder salzartige Stoffe (z.B. Sulfate) beigemischt werden, um eine der Verarbeitung angemessene Hydratationsdauer zu bewirken. Anhydritbinder werden für Innenputzmörtel (siehe Oberflächen und Beschichtungen, S. 190), Estriche, Wandbausteine und Wandbauplatten verwendet. Kalk

Die im Bauwesen verwendeten Kalke sind Gemische aus den Oxiden und Hydroxiden von Kalzium, Magnesium, Silizium und Eisen. In der Natur findet man Kalk in Form von Kalkstein (CaCO3) und Dolomit. Baukalke werden aufgrund unterschiedlicher Härtungsvorgänge in Luftkalke und hydraulisch härtende Kalke unterschieden. Luftkalk Luftkalk wird durch Brennen von Kalkstein bei ca. 900 °C hergestellt. Danach wird der gebrannte Kalk (CaCO) durch Zugabe von Wasser »gelöscht«. Unter starker Wärmeentwicklung und Volumenvergrößerung entsteht gelöschter Kalk (Ca(OH)2), der für Mörtel und Beschichtungen als Bindemittel dient. Zur Erhärtung benötigt der Mörtel Wasser und CO2 aus der Luft, damit Kohlensäure den Kalk karbonisieren kann. Die Verarbeitung von Kalk bildet einen geschlossenen Kreislauf, am Ende liegt wieder Kalkstein vor. Hydraulischer Kalk Natürliche hydraulische Kalke werden durch Brennen von mergelhaltigem Kalkstein bei Temperaturen bis ca. 1250 °C hergestellt.

Dabei entstehen gebrannter Kalk und Klinkermineralien, die auch in Zement vorkommen. Beim Löschprozess reagiert der enthaltene gebrannte Kalk mit Wasser zu Kalkhydrat (Ca(OH)2), während die entstandenen Klinkermineralien erhalten bleiben. Hydraulische Kalke bestehen aus Mischungen von Kalkhydrat, das durch Karbonisation an der Luft erhärtet, sowie hydraulisch erhärtenden Puzzolanen, die in vulkanischen oder technischen Schlacken vorkommen. Mit steigendem Anteil an Puzzolanen im Gemisch erhöht sich die Festigkeit des hydraulisch erhärtenden Kalks und das Vermögen, nach geringer Vorerhärtungszeit an der Luft auch unter Wasser zu erhärten. Gleichzeitig verringert sich die Erhärtungszeit. Deshalb unterscheidet man nach DIN EN 459 hydraulischen Kalk 2, hydraulischen Kalk 3,5 und hydraulischen Kalk 5. Der letztere wird auch als hochhydraulischer Kalk bezeichnet. Kalke werden für Mörtel, aber auch in Reinform für dünne Beschichtungen verwendet. Die Güteanforderungen sind in DIN EN 459 zusammengestellt. Zu den Luftkalken gehören: • Weißfeinkalk, Weißkalkhydrat • Dolomitfeinkalk, Dolomitkalkhydrat Zu den hydraulischen Kalken gehören: • Wasserfeinkalk, Wasserkalkhydrat • hydraulischer Kalk, hochhydraulischer Kalk Magnesiabinder

Zur Herstellung von Magnesiabinder benötigt man Magnesit (Mg CO3) oder Dolomit (CaMg(CO3)2). Beim Brennen zwischen 800 und 900 °C entsteht Magnesiumoxid. Dieses so genannte kaustische Magnesia reagiert mit Wasser. Bei Brenntemperaturen über 1600 °C erhält man aus Magnesit gesintertes Magnesiumoxid für hochfeuerfeste Steine. Es reagiert nicht mehr mit Wasser. Kaustisches Magnesia dient bei der Herstellung von Estrichen und Holzwolleplatten als Bindemittel. Durch Zugabe von Salzlösungen bildet sich innerhalb weniger Stunden eine polierfähige Masse. Dem Magnesiabinder kann 55

Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln

Bindemittel Rohdichte im ausgehärteten Zustand

Zement Gips

B 4.5

Zement

Zemente sind hydraulische Bindemittel für Mörtel und Beton. Sie bestehen aus Verbindungen von Kalzium-, Silizium-, Aluminium- und Eisenoxid. Je nach Zementart variiert die Zusammensetzung der verschiedenen Oxide. DIN EN 197 gliedert die Zementarten in fünf Hauptgruppen (CEM I–V): Portlandzement, Portlandkompositzement, Hochofenzement, Puzzolanzement und Kompositzement. Zur Herstellung von Portlandzement, der gängigsten Zementart, wird ein Gemisch aus Kalk und Ton oberhalb der Sintergrenze bei 1450 °C gebrannt. Danach wird der entstandene Zementklinker in Kugelmühlen mit hohem Energieaufwand zu feinem Pulver – dem Zement – gemahlen. Durch ihre hohe Festigkeit unterscheiden sich Zemente von anderen hydraulischen Bindemitteln. Unter Zugabe von Wasser erhärten die Zemente exotherm sowohl an der Luft wie auch unter Wasser. Diesen chemisch-physikalischen Vorgang nennt man Hydratation. Er beginnt unmittelbar mit der ersten Wasserberührung des Zementkorns. Zunächst entsteht Zementleim, der langsam vom flüssigen oder breiigen Zustand in festen Zementstein übergeht. Während des Ansteifens und Erstarrens wird der Beton eingebracht und verdichtet. DIN EN 197-1 legt für

den Erstarrungsbeginn Mindestzeiten fest, die je nach Zementfestigkeitsklasse zwischen 45 und 75 Minuten liegen. Die Beigabe von etwa 3–5 % Gips verlängert die Abbindezeit. Das Aushärten zum Festkörper ist ein längerer Vorgang, der nach 28 Tagen mit der Prüfung der Mindestdruckfestigkeit weitgehend abgeschlossen ist. Folgende Bedingungen müssen beim Erhärtungsvorgang erfüllt sein:

Schüttdichte

[kg / m3]

[N / mm2]

[kg / m3]

2900–3200

32,5; 42,5; 52,5

960–1200

850 –1600

10; 40

1

600–1200

Luftkalk hydr. Kalk

ca. 1000 1000

11 2; 3,5; 5

880–1120 640–700

Anhydrit

2900–3000

5; 20

800–1300

Magnesia

ca. 2000

5; 50

400–650

1

man ohne wesentlichen Festigkeitsverlust verschiedenste Füllstoffe zusetzen, z.B. Holzspäne.

Mindestdruckfestigkeitsklassen

Die Druckfestigkeiten von Luftkalken und Gipsen sind nicht genormt; daher werden zum Vergleich durchschnittliche Druckfestigkeiten dargestellt. B 4.6

Betonfestigkeitsklassen nach EC2, Festigkeitsklassen von Normzementen und der Wasserzementwert stehen in engem Zusammenhang. Weißzement Weißzement hat die gleichen Eigenschaften wie Portlandzement und wird wegen seiner hellen Farbe für Sichtbeton, Terrazzo etc. eingesetzt.

• ausreichendes Anmachwasser zur Benetzung und Hydratation • hohe Luftfeuchte, Schutz vor Austrocknung, teilweise Benetzung mit Wasser erforderlich • Temperaturen über 5 °C, hohe Temperaturen beschleunigen den Erhärtungsvorgang

DIN EN 197-1 teilt die Zemente in Klassen (Z) ein, welche die Mindestdruckfestigkeit (Normprisma 40 ≈ 40 ≈ 160 mm in N / mm2 nach 28 Tagen) beschreiben. Je nach Erhärtungsverlauf der verschiedenen Zementarten kennzeichnet der Buchstabe N eine normale Wasserzementwert Anfangserhärtung, der Buchstabe R eine Der Wasserzementwert (w / z-Wert) beschreibt hohe Anfangsfestigkeit. Folgende Festigkeitsdas Verhältnis der Wassermenge zum Zementklassen lassen sich den Zementarten grundgewicht in Prozent. Dieses ist für eine vollständi- sätzlich zuordnen: ge Hydratation ausschlaggebend. Der Wert bestimmt die Porosität des Zementsteins und • Z 32,5 N; Z 42,5 N überwiegend Hochofensomit die Festigkeit. zement Bei der Hydratation werden ca. 40 % des • Z 32,5 R; Z 42,5 R überwiegend PortlandZementgewichts (w / z-Wert 0,4) chemisch und und Portlandhüttenzephysikalisch an Wasser gebunden. In der Praxis ment liegen die Werte zwischen 0,42 und 0,75. Ein • Z 52,5 N; Z 52,5 R nur Portlandzement hoher w / z-Wert verschlechtert die Eigenschaften des Betons aufgrund höherer Porosität, die durch wassergefüllte Poren entsteht. Mit einem Gesteinskörnungen und Zusatzmittel Wert von ≤ 0,6 erreicht man Wasserundurchlässigkeit und eine gute Frostbeständigkeit. Die Art und Größe der Körner, die als Hauptbestandteile (65–80 % Raumanteil) den mineralischen Bindemitteln zugegeben werden, bestimmen die Eigenschaften eines Mörtels oder Betons. Zuschläge

Die Zuschlagstoffe für Beton unterscheidet man nach ihrer Rohdichte in leichte, normale und schwere Zuschlagstoffe. Ungebrochene Zuschläge wie Sand und Kies bestehen aus runden Körnern. Splitt und Schotter, die durch Zerkleinern von Steinbrocken in Brechmühlen hergestellt werden, bezeichnet man als gebrochene Zuschlagstoffe. Dazu gehören auch Körner, die man aus dem Abbruch von Betonbauteilen gewinnt. B 4.7

56

B 4.8

Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln

Leichte Zuschlagstoffe Mörtel und Beton mit leichten anorganischen Zuschlagstoffen besitzen im Vergleich verbesserte Wärmedämmeigenschaften und ein günstigeres Brandverhalten. Tuffstein, Naturbims und Lavaschlacke gelten als natürliche Zuschläge; zu den künstlichen zählen Blähton, Blähschiefer, Hüttenbims, Leichtsand, Ziegelsplitt und Perlite. Für besondere Anwendungen kommen auch Holzwolle (Holzestrich), Holzspäne und Kunststoffe wie z.B. Polystyrolpartikel zum Einsatz. Normale Zuschlagstoffe Mischungen mit Kies, Splitt, Schotter, mineralischem Recycling-Material und Sand bezeichnet man entsprechend ihrer durchschnittlichen Rohdichte als normale Zuschlagstoffe. Schwere Zuschlagstoffe Eisenerze, Eisengranulat, Sulfate und Baryt sind schwere Zuschlagstoffe, die radioaktive Strahlung abschirmen können, sie werden z.B. beim Bau von Reaktoren und Röntgenräumen verwendet. Sieblinien Die Anteile verschiedener Korngrößen eines Zuschlaggemischs haben großen Einfluss auf die Materialeigenschaften. Sie bestimmen die Verarbeit- und Verdichtbarkeit des Frischbetons und die benötigte Wasser- und Bindemittelmenge. Um bei möglichst geringem Bindemittelverbrauch eine hohe Dichte und Festigkeit zu erreichen, soll der Betonzuschlag nach DIN 4226 ein dichtes Gefüge grober und feiner Körner ausbilden und eine kleine Oberfläche besitzen, die mit Bindemittel umhüllt werden muss. Die kleineren Korngrößen sind für eine gute Verarbeit- und Verdichtbarkeit verantwortlich. Bei Stahlbeton soll das Größtkorn kleiner als der Abstand der Bewehrungsstäbe untereinander und von der Schalung sein, damit immer eine ausreichende Umhüllung mit dem Bindemittel gewährleistet ist. Das übliche Größtkorn im Stahlbetonbau misst ca. 32 mm, bei Mörtel ca. 4 mm. Genormte Sieblinien legen die Zusammensetzung der Zuschläge fest. Das Zuschlaggemisch wird mit einem Prüfsiebsatz (neun Siebe mit Lochweiten von 0,25 bis 63 mm) gesiebt. Das Ergebnis gibt Aufschluss darüber, wie viel Masseprozent der Gesamtmasse das jeweilige Prüfsieb passiert haben und ob das Gemisch durch Zugabe von bestimmten Korngrößen verbessert werden muss. Zusatzmittel

Zur Verbesserung der Eigenschaften bei der Verarbeitung und im fertigen Zustand werden je nach Bedarf chemische Substanzen beigemischt. Betonverflüssiger erleichtern das Einbringen des Betons. Beschleuniger bzw. Verzögerer ermöglichen beim Aushärten eine Anpassung der Wärmeentwicklung an die Außentemperaturen (Abb. B 4.9).

Pigmente

Metalloxide eignen sich für die Herstellung durchgefärbter Betonprodukte. Organische Farbpigmente hingegen sind in der Zementmischung chemisch meist nicht stabil. Dies beschränkt die Auswahl an Farben.

Bezeichnung

Kurzzeichen

Farbkennzeichnung

Betonverflüssiger

BM

gelb

Fließmittel

FM

grau

Luftporenbildner

LP

blau

Dichtungsmittel

DM

braun

Verzögerer VZ

Mörtel

rot

Beschleuniger

BE

grün

Einpresshilfen

EH

weiß

Mörtel ist ein Gemisch aus Bindemittel, Wasser, Sand und eigenschaftsverbessernden Zusatzmitteln. Die Bestandteile mischt man auf der Baustelle (Baustellenmörtel) oder im Werk (Werkmörtel). Da die Zusammensetzung genormter Mörtel im Werk genauer ist als auf der Baustelle, wird in der Regel auf Werkmörtel zurückgegriffen. Man unterscheidet mehrere Mörtelarten:

Stabilisierer

ST

violett

• Werkfrischmörtel sind gebrauchsfertige Normalmörtel der Mörtelgruppen II, IIa und III. Sie beinhalten ein abbindeverzögerndes Zusatzmittel, das eine Verarbeitung innerhalb von 36 Stunden gewährleistet. • Werkvormörtel (Werknassmörtel) besteht aus einem Gemisch von Luftkalk oder hydraulischem Kalk und Zuschlägen, denen auf der Baustelle Wasser und – je nach Anforderung – weitere Bindemittel beigegeben werden. • Werktrockenmörtel ist als Sack- oder Siloware erhältlich; ihm wird gemäß Herstellerangaben vor Ort Wasser zugegeben. • Beim Mehrkammer-Silomörtel liegen die Ausgangsstoffe getrennt in Kammern vor; sie werden unter Zugabe von Wasser in vorgegebenem Verhältnis vor Ort gemischt.

Normalmörtel I II II a III III a

– 3,5 7 14 25

– 2,5 5 10 20

– 0,1 0,2 0,25 0,3

Leichtmörtel LM 21; LM 36

7

5

0,2

14

10

0,5

Mörtel können den Schall-, Wärme- und Brandschutz verbessern. Je nach Anwendung unterscheidet man Mauer-, Putz- und Estrichmörtel. Mauermörtel sorgt für eine schub- und druckfeste Verbindung zwischen einzelnen Bauelementen. Putzmörtel schützt als dünner, ebener Belag Decken und Wände vor Witterung und mechanischer Beanspruchung oder bildet den Untergrund für den weiteren Ausbau (Abb. B 4.11). Estrichmörtel dient als Nutzschicht oder Träger eines Bodenbelags (siehe Fußböden, S. 172).

B 4.9 Mauermörtelgruppe nach DIN 1053

Eignungsprüfung [N / mm2]

Dünnbettmörtel

Güteprüfung [N / mm2]

Mindesthaftscherfestigkeit [N / mm2]

B 4.10 Putzmörtel- Putzmörtelart klasse nach DIN V18 550

Mindestdruckfestigkeit nach 28 Tagen bei Güteprüfung

PI

a b c

Luftkalkmörtel Wasserkalkmörtel Mörtel mit hydraulischem Kalk

1

P II

a

Mörtel mit hochhydraulischem Kalk oder Mörtel mit Putz- und Mauerbinder Kalkzementmörtel

2,5

10

b

Zementmörtel mit Zusatz von Kalkhydrat Zementmörtel

P IV

a b c d

Gipsmörtel Gipssandmörtel Gipskalkmörtel Kalkgipsmörtel

2

PV

a b

Anhydritmörtel Anhydritkalkmörtel

2

b P III

Mauermörtel

Mauermörtel werden in Normalmörtel (NM), Leichtmörtel (LM) und Dünnbettmörtel (DM) unterteilt (Abb. B 4.10). DIN 1053-1 gliedert Normalmörtel wiederum in fünf Gruppen, die sich in ihrer Zusammensetzung bezüglich Bindemittel und Sandanteil unterscheiden. Daraus ergeben sich entsprechende Anwendungsgebiete. Mörtel der Gruppe I sind u.a. nicht für Wände bei mehr als zwei Vollgeschossen und Wanddicken < 240 mm zugelassen. Bei Mörtelgruppe II und IIa besteht keine Einschränkung. Mörtel der Gruppe III und IIIa dürfen nicht für das Vermauern der Außenschale bei zweischaligem Mauerwerk verwendet werden.

Mindestdruckfestigkeit nach 28 Tagen

a

B 4.11 B 4.5

Schalentragwerk, Busstation, Casar de Cáceres (E) 2003, Justo García Rubio B 4.6 physikalische Kennwerte von mineralischen Bindemitteln B 4.7 Stahlbetontragwerk mit gestalterischem Fugenund Schalungseinsatz, Bahnhof Stadelhofen, Zürich (CH) 1990, Santiago Calatrava B 4.8 Villa Savoye, Poissy (F) 1929, Le Corbusier B 4.9 Kennzeichnung von Betonzusatzmitteln nach DIN EN 934-2 B 4.10 Mauermörtelgruppen nach DIN 1053 B 4.11 Putzmörtelgruppen nach DIN V 18 550

57

Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln

Druckfestigkeitsklassen von Normalbeton Normalbeton

1

Druckfestigkeits- Druckfestigkeit, klassen nach charakteristiEC2 1 scher Wert 1 [N / mm2]

[N / mm2]

[N / mm2]

[N / mm2]

12

20

1,6

26 000

16

24

1,9

27 500

C20 / 25

20

28

2,2

29 000

C25 / 30

25

33

2,6

30 500

C30 / 37

30

38

2,9

32 000

C35 / 45

35

43

3,2

33 500

C40 / 50

40

48

3,5

35 000

C45 / 55

45

53

3,8

36 000

C50 / 60

50

58

4,1

37 000

Die charakterische Druckfestigkeit entspricht der Festigkeit von Zylindern, 150 mm Durchmesser, 300 mm Länge, Alter 28 d; der zweite Wert entspricht der Festigkeit eines Würfels, 150 mm Kantenlänge, Alter 28 d. B 4.13

Beton Beton wird heute in hoher Qualität hergestellt und vielfältig eingesetzt. Die gestalterischen Möglichkeiten reichen von der mechanischen Bearbeitung über Bedrucken bis zur Verwendung von besonderen Zementarten wie z.B. Weißbeton (Abb. B. 4.14). Tadao Ando steht für den ästhetischen Einsatz von Sichtbeton, insbesondere für die gekonnte Oberflächengestaltung und die Anordnung der Schalungsanker als Gestaltungsmittel (Abb. B 4.12). Gemische aus Zement, Gesteinskörnungen und Wasser erhärten zu einem künstlichen Stein, dem Beton. Entsprechend der Rohdichte der Zuschlagstoffe unterscheidet man Normal-, Leicht- und Schwerbeton. Die Zuschlagstoffe, die Zementmischung und Zusätze bestimmen die Eigenschaften des Betons. In der Regel besteht ein Kubikmeter Normalbeton (Frischbeton) aus 2000 kg Kies, 250–400 kg Zement und 150 kg Wasser.

die Ankerlöcher, die zum typischen Erscheinungsbild von Sichtbetonflächen ebenso gehören können wie Material und Oberfläche der Schalung. Die Fristen für das Ausschalen sind in Abhängigkeit von Bauteil und Zementfestigkeit genormt. Einbringen und Verdichten In der Regel wird der Beton mithilfe von Schläuchen und Pumpen in die Schalung eingefüllt und mit Rüttelgeräten und anderen Hilfsmitteln verdichtet, um den Luftgehalt zu minimieren, geschlossene Oberflächen zu erzielen und eine kraftschlüssige Verbindung mit der Bewehrung herzustellen. Selbstverdichtender Beton Zunehmend wird selbstverdichtender Beton angewendet, dessen Konsistenz das Einfüllen in die Schalung ohne zusätzliche mechanische Verdichtungsmaßnahmen erlaubt. Die fließfähige Konsistenz erreicht man durch Zugabe von Fließmitteln. Selbstverdichtender Beton eignet sich sehr gut für Sichtbeton und geometrisch komplexe Bauteile. Für tragende Bauteile gibt es derzeit allerdings noch keine Norm.

Betonbauteile werden vor Ort betoniert (Ortbeton) oder in Betonwerken hergestellt und als Fertigteile zur Baustelle transportiert.

Nachbehandlung Temperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflussen den Erhärtungsprozess und die Eigenschaften des Betons. Deshalb sind Betonbauteile nach ihrer Herstellung mindestens sieben Tage fachgerecht nachzubehandeln. Um ein vorzeitiges Austrocken zu verhindern, lässt man daher den Beton in der Schalung, bedeckt die Flächen mit Folien oder besprüht sie mit Wasser oder Nachbehandlungsmittel. Die Ausschalungsfristen richten sich nach der Dimension der Bauteile und der verwendeten Betonfestigkeitsklasse.

Schalung Frischbeton (d.h. noch zu verarbeitender Beton) ist nahezu beliebig formbar. Als Form dient die Schalung, die in der Regel aus Holz oder Holzwerkstoffen besteht. Stahlrahmen tragen bei größeren Oberflächen die Holzschalungen. Verschraubungen der Schalungskonstruktion durch das Bauteil (Anker) verteilen den Druck des flüssigen Betons. Dabei entstehen

Bewehrung Beton weist bei geringer Zugfestigkeit eine hohe Druckfestigkeit auf (Abb. B 4.13). Die Bewehrung mit Stahlmatten und Stahlstäben ergibt einen Verbundbaustoff, der durch die Haftung zwischen Stahl und ausgehärtetem Zement hohe Zug- und Druckfestigkeiten erreicht. Die Stahleinlagen verhindern zudem die Rissbildung durch Schwinden.

Herstellung

58

E-Modul

C12 / 15

Leichtmörtel sind als Mörtel mit einer Trockenrohdichte < 1,5 kg / dm3 definiert. Liegt der Wert unter 1,0 kg / dm3, gilt der Mörtel als Wärmedämmmörtel, der für Mauerwerk mit geringem Wärmedurchgang verwendet wird. Dünnbettmörtel mit Zuschlägen < 1 mm eignen sich für Mauerwerk mit Lager- und Stoßfugen < 3 mm. Der geringere Fugenanteil hat einen reduzierten Wärmedurchgang durch die Wand zur Folge.

B 4.15

Zugfestigkeit Mittelwert

C16 / 20

B 4.12

B 4.14

Druckfestigkeit Mittelwert

Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln

B 4.12 Ankerlöcher in Betonschalung, Koshino Haus (J) 1984, Tadao Ando B 4.13 Druckfestigkeitsklassen von Normalbeton nach EC2 B 4.14 Weißzement, weißes Gesteinsmehl und weiße Pigmente, Bundeskanzleramt, Berlin (D) 2001, Axel Schultes B 4.15 Einlage von Sickerplatten in die Betonschalung, Ferienhaus in den Flumserbergen (CH) 2003, EM2N B 4.16 physikalische Kennwerte von Beton in Abhängigkeit von den Zuschlagstoffen B 4.17 Formsteine (zementgebunden mit natürlichem Zuschlag), Neue Synagoge, Dresden (D) 2001, Wandel Hoefer Lorch + Hirsch

Beton mit verschiedenen Zuschlagstoffen

Holzleichtbeton 60 vol. % Holz 43 vol. % Holz 15 vol. % Holz 11 vol. % Holz

Rohdichte

E- Modul

Druckfestigkeit

Wärmeleit- Wärmefähigkeit kapazität

[kg / m3]

[N / mm2]

[N / mm2]

[W / mK]

[kJ / kgK]

Wärmespeicherzahl [kJ / m3K]

700 850 1300 1450

1300 1800 5000 6500

1,5 4,2 13 15

0,10 0,21 0,55 0,65

1,41 1,30 1,10 1,08

990 1102 1435 1560

4,1 6,2 12,2 15

0,29 0,32 0,41 0,65

1,52 1,79 1,92 2,10

1553 2099 2495 2990

Holzleichtbeton + Phase-Changing-Material (PCM) 1 37 vol. % Holz; 13 vol. % PCM 1025 1600 27 vol. % Holz; 30 vol. % PCM 1175 2200 26 vol. % Holz; 37 vol. % PCM 1300 3533 20 vol. % Holz; 48 vol. % PCM 1425 4433 1

PCM sind Latentwärmespeicher, die Wärmeenergie in einem bestimmten Bereich ohne Temperaturanstieg aufnehmen können. Dies geschieht über einen Phasenwechsel von fest zu flüssig. B 4.16

Betondeckung Der stark alkalische Gehalt des Betons schützt die Bewehrung vor Korrosion. Im Laufe der Zeit können jedoch eindringendes CO2 oder Chloride aus der Umwelt (z.B. Meer- oder Tausalz) im Zusammenwirken mit Feuchtigkeit den Beton in der Randzone chemisch neutralisieren. Damit diese Stoffe nicht an die Bewehrung gelangen können und auch dauerhaft keine Korrosion der Bewehrungsstähle auftritt, müssen nach DIN 1045 Mindestmaße der Betondeckung eingehalten werden. Ist dies nicht gegeben, führt die Korrosion der Bewehrung durch Volumenvergrößerung zum Abplatzen. Wichtigste Bemessungsgrößen für die Betondeckung sind die Umweltbedingungen und die Durchmesser der Stähle.

Eine neue Entwicklung ist transluzenter Beton, bei dem als Betonzuschläge lichtleitende Fasern (z.B. Glasfasern) verwendet werden (siehe Der Architekt als Baustoffscout, S. 17). Umweltverträglichkeit

Der größte Teil des Primärenergiebedarfs bei der Betonerzeugung wird für das Herstellen des Zementklinkers benötigt. Um lange Transportwege zu vermeiden, ist bei Großbaustellen die Einrichtung einer Betonmischanlage auf der Baustelle üblich. Höherwertiger Beton erlaubt schlankere Bauteile und kann so den größeren Herstellungsaufwand durch einen geringeren Materialverbrauch und eine längere Lebensdauer kompensieren. Recycling

Qualitätssicherung Qualitätskontrollen sichern die Betonqualität während aller Arbeitsschritte, da diese bei Abweichungen von den normierten Prozessen nicht mehr den Anforderungen der Planung entsprechen würde. So wird u.a. die Betonmischung und ihre Druckfestigkeit vor Baubeginn mit Probewürfeln überprüft und die Produktion laufend überwacht. Einbringen und Nachbehandeln des Betons müssen von der Bauleitung genau dokumentiert werden. Besondere Betonarten

Die Verwendung von Fasern aus Glas, Kunststoff, Stahl oder Kohlenstoff kann die Eigenschaften von Beton weiter verändern, z.B. die Zugbelastbarkeit und die Schlagzähigkeit verbessern und die Rissbildung verringern. Zuschlagstoffe aus Holz senken die Wärmeleitfähigkeit und erhöhen die spezifische Wärmekapazität (Abb. B 4.16). Die Zugabe von organischen und anorganischen Fasern erhöht die Festigkeit von Beton. Faserbetonbauteile sind dauerhafter und können schlanker dimensioniert werden als Bauteile aus Normalbeton. Textile Gewebe sind zugbelastbar und nicht korrosionsgefährdet, daher erlauben sie die Bewehrung von Beton mit geringerer Überdeckung und damit die Konstruktion und Ausführung von kleinen und leichten Betonbauteilen (textilbewehrter Beton).

Beton aus Abbruch kann grundsätzlich für neue Betonbauteile wiederverwertet werden. Bisher wurden Steine aus Bauschutt hauptsächlich im Straßenbau und zur Verfüllung eingesetzt, also im »Downcycling«. Die Materialforschung untersucht jedoch bereits die Materialgüte und schafft so die Grundlage für rechtliche Rahmenbedingungen für die Wiederverwertung des Betons als gebrochener Zuschlag. Dazu wurden erste Versuchsprojekte realisiert. Wegen ihrer Scharfkantigkeit und Sieblinie benötigen Betonmischungen mit diesem Zuschlag jedoch einen höheren Zementanteil, der die Vorteile des Recyclings zunichte macht, weil die Zementherstellung mit hohem Energieaufwand verbunden ist.

Eigenschaften und Anwendung

Beton ist nicht brennbar (Baustoffklasse A1) und beständig gegen viele aggressive Stoffe. Beton kann je nach Ausführung frostsalzbeständig, wasserundurchlässig oder gasdicht sein. Unbewehrte Betonbauteile Betonprodukte ohne Bewehrung sind für vielfältige Anwendungen geeignet: • Außenanlagen: z.B. Bodenbeläge als Platten und Pflaster, Bordsteine, U-Steine für Böschungen • Leitungen und Schächte: Abwasserrohre und Schachtringe • Deckenkonstruktionen: Deckensteine für Balken und Rippendecken • Dachdeckungen: Betondachsteine, erhältlich in ähnlichen Formaten wie Dachziegel, aber auch im Großformat • Innenausbau: Betonsteine für Wände, Betonwerksteine, Bodenbeläge und Winkelstufen für Treppenbeläge Bewehrte Betonfertigteile Tragkonstruktionen können aus beliebig formbaren – z.B. dem Momentenverlauf angepassten – Trägern und Stützen vorgefertigt werden. Gerade bei geometrisch komplizierten Bauteilen lohnt sich der Einsatz einer mehrfach verwendbaren Schalung im Betonwerk. Häufig werden Treppenläufe als Betonfertigteile her-

B 4.17

59

Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln

gestellt. Filigranplatten sind vorgefertigte Platten mit Zugbewehrung, die durch einen vor Ort aufgebrachten Aufbeton zu einer Deckenkonstruktion vergossen werden. Hinterlüftete Fassadenkonstruktionen können mit Vorsatzschalen aus Betonfertigteilen erstellt werden. a

Mineralisch gebundene Bausteine Mineralisch gebundene Bausteine weisen eine hohe Maßgenauigkeit auf, da sie durch das Herstellungsverfahren mit Dampfdruck bei 160–220 °C kaum schwinden. Sie können mit verschiedenen Maßen, Lochungen, Rohdichten und Druckfestigkeiten hergestellt werden (Abb. B 4.20)

b

Leichtbetonsteine

Durch Zuschläge wie Bims oder Blähton stellen Betonwerke ein breites Angebot an Bausteinen für Innen- und Außenwände her, die sich durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit auszeichnen. c Porenbetonsteine

d

B 4.18

Porenbeton besteht aus Zement mit feinkörnigen Stoffen wie Quarzsand, Flugasche und einem Treibmittel. Die Herstellung mit hohem Dampfdruck bei Temperaturen von etwa 200 C ist nur in Betonwerken möglich. Der so produzierte Beton hat bis zu 80 % Porenanteil, also eine geringere Rohdichte bei noch guter Festigkeit, und besitzt gute Schall- und Brandschutzeigenschaften. Aus Porenbeton werden Steine und großformatige Platten für tragende und nicht tragende Wände hergestellt. Hüttensteine

Hüttensteine bestehen aus granulierter Hochofenschlacke sowie Zement oder Baukalk als Bindemittel. Nach der Formgebung erfolgt das Härten durch Dampf oder kohlensäurehaltige Gase. Hüttensteine besitzen ähnliche Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten wie Kalksandsteine, jedoch bei gleicher Dichte eine geringere Wärmeleitfähigkeit.

B 4.18 mineralisch gebundene Platten a Gipsplatte Typ A b Trockenestrich-Verlegeplatte c Gipsfaserplatte d Faserzementplatte B 4.19 Typenbezeichnung von Gipsplatten: Gegenüberstellung von EN 520 und DIN 18 180 B 4.20 physikalische Kennwerte von mineralisch gebundenen Steinen B 4.21 Innenraumgestaltung mit Gipsplatten, Bürogebäude, Stockholm (S) 1997, Claessen Koivisto Rune B 4.22 Fassade aus Faserzementplatten, Lagerhaus, Laufen (CH) 1991, Jacques Herzog & Pierre de Meuron

60

Als Alternative zu Betonsteinen, deren Aushärtung zeit- und kostenintensiv ist, hat die Bauindustrie Verfahren entwickelt, bei denen mineralische Bindemittel durch Dampf gehärtet werden. Mit automatischem Formpressen werden so z.B. Steine in wirtschaftlichen Formaten und höherer Maßhaltigkeit produziert.

Mineralisch gebundene Platten Gipsplatten

Die rasche Abbindezeit von Gips erlaubt die kostengünstige Herstellung von Produkten, insbesondere von großformatigen Platten für Wand- und Deckenbekleidungen. Gipsplatten (alte Bezeichnung: Gipskartonplatten) werden als endloses Band gefertigt und sind beidseitig mit Karton kaschiert, der auch die Längskanten umschließt. Die Kaschierung dient der Bewehrung, sie nimmt Zugkräfte auf und ermöglicht größere Spannweiten. Gipsplatten lassen sich leicht und mit einfachen Werkzeugen verarbeiten, z.B. durch Sägen, Schneiden, Bohren oder Fräsen. Ihre Befestigung auf Unterkonstruktionen aus Metall oder Holz ist durch Schrauben, Nageln und auf mineralischem Untergrund durch Kleben mit Mörtel möglich. Hauptvorteile der Gipsplatten sind geringes Gewicht, gute Festigkeit und geringe Wärmeleitfähigkeit. Der Baustoff besitzt einen hohen Anteil an Makroporen, aus dem die feuchteregulierenden Eigenschaften resultieren. Bei hoher Luftfeuchtigkeit nimmt sie Feuchtigkeit auf und gibt sie bei trockener Umgebungsluft wieder ab. Darüber hinaus beeinflussen Zuschläge und Füllstoffe die Materialeigenschaften. Unbehandelte Gipsplatten reagieren empfindlich auf die Einwirkung von Wasser. Entsprechenden Schutz bieten zusätzliche Bekleidungen, Beschichtungen oder Putze. Als Bekleidungen werden Gipsplatten auch im Brandschutz eingesetzt. Die Feuerwiderstandsdauer hängt von den Zusatzstoffen und der Schichtdicke der Bekleidung ab. Plattentypen Gipsplatten eignen sich gut für den Einsatz an vertikalen und horizontalen Flächen im Innenausbau. Die Typenbezeichnung der Gipsplattenarten erfolgt nach DIN EN 520, welche die noch bis August 2006 parallel anwendbare DIN 18 180 abgelöst hat. Großbuchstaben charakterisieren die Leistungsmerkmale, die auch kombiniert werden können. Die folgenden Beispiele werden von Abb. B 4.19 ergänzt: • Typ A bezeichnet die Standardplatte, deren Ansichtsseite Untergrund für Gipsputz oder Beschichtungen darstellt. • Typ F kennzeichnet Platten mit Anforderung an die Feuerwiderstandsdauer. Der Gipskern enthält in der Regel mineralische Fasern. • Typ H weist eine geringere Wasseraufnahmefähigkeit auf. Die Platte ist für den Einbau in Feuchträumen geeignet.

Kalksandsteine

Kalksandstein ist ein Gemisch aus Kalk und Sand, das beim Ablöschen mit Wasser erstarrt. Zunächst ist Kalk das Bindemittel der gewonnenen Masse, durch weiteres Erhitzen unter Dampf reagiert das Kalkhydrat mit den Sandkörnern zu Kalziumsilikathydrat. Die Steine können mit sehr geringen Maßtoleranzen gefertigt werden und erreichen eine hohe Druckfestigkeit. Kalksandsteine sind frostbeständig und für Sichtmauerwerk innen und außen geeignet.

Die Platten werden in Dicken von 9,5 bis 25 mm angeboten. Die Regelbreite der Platten beträgt fertigungsbedingt 1250 mm, bei 25 mm Dicke 600 mm. Die Länge der Platten beträgt maximal 4000 mm. Gipsplatten müssen mit den Informationen über EN, Hersteller, Datum und Typenbezeichnung gekennzeichnet sein. Für bestimmte Anwendungszwecke können Gipsplatten im Werk weiterverarbeitet und mit Löchern oder Schlitzen versehen werden.

Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln

Wandbauplatten Wandbauplatten bestehen aus Gips, dem anorganische Füllstoffe oder Fasern zugegeben werden können. Sie besitzen glatte, ebene Flächen. Zur Erhöhung der Standsicherheit sind Stoß- und Lagerflächen meist mit Nut- und Federverbindungen ausgebildet. Aus Wandbauplatten werden leichte, nicht tragende Wände hergestellt (siehe Wände, S. 156). Die Dicke liegt zwischen 50 und 150 mm. Diese Platten eignen sich gut für feuerbeständige Wände.

Gipsplatten nach DIN EN 520

Gipsplatte

Typ A

Gipsplatte mit definierter Dichte

Typ D

GKB

Gipskarton-Bauplatte

Gipsplatte für Beplankungen

Typ E

Gipsplatte mit verbesserten Gefügezusammenhalt des Kerns bei hohen Temperaturen

Typ F

GKF GKFi

Gipskarton-Feuerschutzplatte Gipskarton-Feuerschutzplatte, imprägniert

Gipsplatte mit reduzierter Wasseraufnahmefähigkeit Typ H

GKBi

Gipskarton-Bauplatte, imprägniert

GKP

Gipskarton-Putzträgerplatte

Gipsplatte mit erhöhter Öberflächenhärte

Typ I

Putzträgerplatte

Typ P

Gipsplatte mit erhöhter Festigkeit

Typ R

Deckenplatten Die meist quadratischen Deckenplatten gibt es für Anforderungen des Brandschutzes, zur Raumschalldämmung und als dekorative Elemente. Die Vielfalt verfügbarer Lochmuster eröffSteinart net ein breites Spektrum von Oberflächen- und Gestaltungsoptionen mit unterschiedlicher akustischer Wirkung. Verbund-Bauelemente Trockenestriche sowie Wand- und Deckenbekleidungen werden auch mit Oberflächen aus Gipsplatten angeboten, die bereits mit einem Dämmstoff wie Polystyrolplatten oder Mineralfaserplatten verbunden sind (siehe Fußböden, S. 174).

Gipskarton-Platten nach DIN 18 180 (Anwendung bis August 2006)

Kalksandsteine Voll- und Blockstein (Planstein) Loch- und Hohlblockstein (Planstein) Nut-Feder-System

B 4.19

Kurzzeichen

Vormauerstein Verblender

KS, KS (P) KS L, KS L(P) KS-R, KS-R (P), KS L-R, KS L-R (P) KS Vm, KS VmL KSVb, KSVb L

Porenbetonsteine Blockstein, Planstein

PB, PP

Bauplatte, Planbauplatte

Ppl, PPpl

Mineralisch gebundene Spanplatten Mineralisch gebundene Spanplatten bestehen aus ca. 25 Masseprozent Holzspänen und 65 % anorganischen Bindemitteln (Portlandzement, Gips, Magnesiabinder) und Zusatzstoffen. Die Komponenten werden bei der Herstellung mit Wasser vermischt, gestreut und unter hohem Druck verdichtet. Je nach Bindemittel eignen sich mineralisch gebundene Flachpressplatten für Verkleidungen von Böden, Wänden und Decken im Innen- oder Außenbereich.

verfügbare Druckfestigkeitsklassen [N / mm2]

1,6 –2,2 0,6 –1,6 0,6 –1,6

4–60 4–60 4–60

1,0 –2,2 1,0 –2,2

12–60 20–60

0,35 –0,5 0,5 –0,8 0,65 –0,8 0,8 –1,0 0,35 –1,0

2 4 6 8 –

Hbl V, Vbl, Vbl S

0,5 –1,4 0,5 –2,0

2 –8 2 –12

Vbl S-W

0,5 –0,8

2 –12

Betonsteine Hohlblöcke Vollblöcke, Vollsteine Vormauersteine / Blöcke

Hbn Vbn, Vn Vm, Vmb

0,9 –2,0 1,4 –2,4 1,6 –2,4

2 –12 4 –28 6 –48

Hüttensteine Hüttenvollsteine Hüttenlochsteine Hüttenhohlblocksteine

HSV HSL HHbl

1,6 –2,0 1,2 –1,6 1,0 –1,6

12 –28 6 –12 6 –12

Gipsfaserplatten

Gipsfaserplatten bestehen aus einem Gemisch aus Gips und Zellulosefasern. Die Fasern erhöhen wie eine Bewehrung die Festigkeit der Platte. Gipsfaserplatten erhält man mit größeren Querschnitten als Gipskartonplatten und in den Baustoffklassen B1 und A 2 nach DIN 4102-1. Trockenestriche werden durch Verkleben von zwei bis drei Lagen Gipsfaserplatten erstellt.

verfügbare Rohdichteklassen [kg / dm3]

Leichtbetonsteine Hohlwandplatte Vollsteine, Vollblöcke, Vollblöcke mit Schlitzen Vollblöcke mit Schlitzen mit besonderen Wärmedämmeigenschaften

B 4.20

Faserzementplatten

Faserzementplatten werden aus Kunststoff- und Zellulosefasern, Zement und Wasser hergestellt (Abb. B 4.18 d und B 4.22). Sie sind wetterfest, wasserundurchlässig und nicht brennbar. Man erhält sie in den maximalen Maßen 1500 ≈ 3100 mm und in Dicken von 8 bis 20 mm. Perlite-Bauplatten

Perlite-Bauplatten besitzen einen Kern aus zementgebundenen Leichtzuschlägen aus Perlite. Beidseitig schützen ein Glasgewebe und eine aufgetragene Zementschicht den etwa 11 mm dicken Kern. Diese nicht brennbaren (Baustoffklasse A1), äußerst robusten Platten eignen sich als Putzträger an Fassaden. B 4.21

B 4.22

61

Bitumenhaltige Baustoffe

B 5.1

Grundlage für die Entstehung von Erdöl, Naturasphalt und Bitumen sind organische Ablagerungen auf dem Meeresgrund und die damit verbundene Kohlenstoffanreicherung. Hohe Temperaturen und hoher Druck im Verlauf von Millionen von Jahren wandelten diese Substanzen in Erdöl um. In natürlichen Lagerstätten kommt das Bitumen häufig mit feinen Mineralstoffanteilen als Naturasphalt vor. 3000 v. Chr. wurde Bitumen in Mesopotamien anstelle von Lehmmörtel als Bindemittel zum Mauerbau eingesetzt. Im Straßenbau festigte Asphalt zusammen mit Ziegeln die Hochstraßen. Die Hängenden Gärten von Babylon wurden mit Schichten von Naturasphaltplatten, Ziegeln und Mörtel abgedichtet (Abb. B 5.4). Diese Gartenkultur gelangte zur Zeit der Renaissance in den Mittelmeerraum; die Dachflächen der Schlösser wurden begrünt und begehbar gemacht, wobei sie entsprechende Abdichtungen aus Bitumen benötigten. Technisch gewonnenes Bitumen und Bitumenzubereitungen

B 5.1 B 5.2 B 5.3 B 5.4

B 5.5

62

flüssiges Bitumen systematische Darstellung bitumenhaltiger Bindemittel physikalische Kennwerte von Bitumen die Hängenden Gärten von Babylon, eine der ersten Bauwerksabdichtungen mit Bitumen, 562 v. Chr. Flachdächer als Ausdruck des technischen Fortschritts, Weißenhofsiedlung, Stuttgart (D)1927, Ludwig Mies van der Rohe

Die Verbreitung des Flachdachs in Mitteleuropa im 19. Jh. hing mit der Erfindung des Stahlbetons und der sich entwickelnden Skelettbauweise zusammen. Sie ließ große Spannweiten und belastbare flache Dächer zu, die wegen der geringen Dachneigung gegen Regenwasser abgedichtet werden mussten. Dies geschah mit einem Verbund aus Bitumen und Papierlagen auf gepressten Korkplatten. Die industrielle Aufbereitung von Rohöl deckte ab Mitte des 19. Jh. den erhöhten Bedarf an Bitumen. Um Leuchtöl für Lampen zu gewinnen, wurden zunächst in Amerika Raffinerien eingerichtet, in denen Erdöl durch Destillation in seine unterschiedlich hoch siedenden Bestandteile zerlegt wurde. Als undestillierbarer Rückstand fiel Bitumen an, das man auch heute noch nach dem gleichen Verfahren gewinnt. Man unterscheidet folgende Bitumenarten: • Destillationsbitumen (Weichbitumen) stellen den nicht verdampfbaren Rückstand dar. • Hartes bis springhartes Hochvakuumbitumen (hartes Straßenbaubitumen) bleibt zurück,

wenn von Destillationsbitumen durch Erwärmung im Vakuum bei gleichzeitiger Zugabe von Wasserdampf weitere Stoffe verflüchtigt werden. • Oxidationsbitumen entsteht durch Einblasen von Luft und Ölen in geschmolzenes Destillationsbitumen. Sie besitzen eine ausgeweitete Elastizitätsspanne. Reine Bitumen werden bei Temperaturen von 150 bis 220 °C verarbeitet. Nach Erkalten der Masse erfüllt das Bitumen sofort seine Funktion, z.B. als Abdichtung oder Klebung. Kalt lässt sich Bitumen erst in Lösung oder Dispersion anwenden: • Eine Bitumenlösung setzt sich aus Bitumen und einem Erdöldestillat (z.B. Benzin) zusammen, die Anwendung benötigt einen Abbindevorgang. • Die Bitumenemulsion besteht aus einer Mischung von Bitumen, Wasser und einem Emulgator. Aufgrund der Verdunstung des Wassers trocknet die Emulsion langsam. • Aus Lösung und Dispersion werden durch Zugabe von Füllstoffen Spachtelmassen hergestellt. Eigenschaften

In Abhängigkeit von der geografischen Herkunft des Rohöls besteht das Bitumen aus unterschiedlichen Mischungen verschiedener Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffderivate. Dennoch sind die Gebrauchseigenschaften nahezu gleich. Sie hängen vom so genannten kolloidalen System ab, der quantitativen Zusammensetzung von Maltenen (Dispersionsmittel und lösliche, schmelzbare Erdölharze) und Asphaltenen (unlösliche, unschmelzbare Bestandteile). Daraus resultieren die für Bitumen typischen physikalischen Eigenschaften: Bei Erwärmung wird Bitumen langsam weicher, der Vorgang ist reversibel und dem eines thermoplastischen Werkstoffs ähnlich. In Abhängigkeit von der Temperatur zeigt es viskoseelastische Eigenschaften von elastischer Verformung bis zum Fließen. Zudem beeinflussen Polymere, die zum Destillationsbitumen gemischt werden, diese Eigenschaften. Es entsteht das polymermodifizierte Bitumen (PmB).

Bitumenhaltige Baustoffe

bitumenhaltige Bindemittel

Teer und teerhaltige Bindemittel

Bitumen in Naturasphalt

Bitumen und abgeleitete Produkte

Straßenbaubitumen

modifiziertes Bitumen

Weichbitumen

polymermodifiziertes Bitumen

Spezialbitumen

Industriebitumen

Kaltbitumen

Fluxbitumen

Bitumenemulsion

Oxidationsbitumen

anionische Bitumenemulsion

Hartbitumen

kationische Bitumenemulsion

hartes Straßenbaubitumen

polymermodifizierte Bitumenemulsion B 5.2

Bitumen hat die Funktion eines Bindemittels. In dünnflüssigem, heißem Zustand benetzt es Fasern, Metalle und mineralische Stoffe gut und verklebt sie nach dem Erkalten miteinander. Bei Einwirkung von Luftsauerstoff und UVStrahlung kann Bitumen an der Oberfläche verspröden, das Adhäsionsverhalten verschlechtert sich. Daher sollten entsprechende Bitumenprodukte durch Abstreuen mit Splitt oder Abdeckungen (z.B. im Dachbereich) vor UVStrahlung geschützt werden. Bitumen weist bei Raumtemperatur eine hohe Beständigkeit gegenüber Salzen, schwachen Säuren und auch starken Basen auf. Die Destillation von Rohöl stellt eine physikalische Herstellungsmethode dar. Bitumen ist biologisch unschädlich und auch im Trinkwasserbereich für Abdichtungen einsetzbar. Je nach Reinheitsgrad kann es wieder aufbereitet und dem Recyclingkreislauf zugeführt werden. Bitumen ist nicht mit dem ähnlich aussehenden Pech bzw. Teer zu verwechseln: Teer wird che-

Bitumen

misch durch thermische Spaltung von Kohle gewonnen. Diese Pyrolyseprodukte enthalten polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Da sie für den Menschen als krebserregend gelten, werden Zubereitungen aus Pech bzw. Teer praktisch nicht mehr verwendet. Straßenbaubitumen Der größte Teil des Bitumens wird im Straßenbau für Asphalt verwendet. Dafür eignen sich verschiedene Sorten Destillationsbitumen als Bindemittel für Mineralstoffe. Die Mineralstoffe können natürlichen Ursprungs (z.B. Kies, Splitt, Schotter, Sand), künstlich erzeugt (z.B. Schlacke) oder Mineralstoffe aus dem Recycling sein. Ihr Masseanteil liegt bei etwa 95 %. Zur Befestigung von Verkehrsflächen wie Straßen, Flugplätzen und Radwegen stellt man die technischen Asphalte in stationären Mischwerken her. Hohe qualitative Anforderungen werden

Rohdichte

Wärmeleitfähigkeit

spezifische Wärmekapazität

Wärmedehnung

Wasseraufnahme

Dampfdiffusionswiderstandszahl

[kg / m3]

[W / mK]

[kJ / kgK]

[mm / mK]

[–]

[–]

990 –1100

0,15 – 0,17

1,7–1,9

0,06

< 0,1%

ca. 100 000

bezüglich Wetterbeständigkeit, Schlag- und Druckfestigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Hitzebeanspruchung und Affinität zum Bindemittel gestellt. Die Mischgutarten für den Asphalt lassen sich nach dem Hohlraumgehalt der eingebauten Schicht in zwei verschiedene Typen einteilen. Diese unterscheiden sich in ihren mechanischen und einbautechnischen Eigenschaften: Walzasphalt mit Haufwerkshohlraum (z.B. Asphaltbeton, der nach dem Aufbringen verdichtet werden muss) und Gussasphalt bzw. Asphaltmastix mit hohem Bindemittelanteil, welcher den Haufwerkshohlraum übersteigt. Der Straßenaufbau besteht prinzipiell aus drei Schichten: Tragschicht, Binderschicht, Deckschicht. Die oberste Schicht kann durch Zugabe von anorganischen Pigmenten wie Eisenoxid (rot) oder Chromoxid (grün) zur Gliederung der Verkehrswege eingefärbt werden. Industriebitumen Industriebitumen ist die Bezeichnung für Oxidationsbitumen und Hartbitumen, die im Bauwesen verwendet werden. Anwendungsgebiete

B 5.3

Aufgrund der einstellbaren Plastizitätsspanne durch die Wahl entsprechender Bitumensorten (Abb. B 5.8), der guten Bindemittel- und Haftungseigenschaften sowie der Wasserdampfdiffusionsdichtheit eignet sich Bitumen hervorragend für den Bauwerksschutz. Je nach Art der gegen Wasser abzudichtenden Konstruktion unterscheidet man zwischen Dach- und Tunnelabdichtung, Abdichtung von starren oder beweglichen Fugen und Abdichtungen von Wannen, Kellern oder Schwimmbecken. Im Bauwesen werden folgende bituminöse Werkstoffe eingesetzt: Dichtungsbahnen • Bitumenbahnen • Polymerbitumenbahnen Dachdeckung • Bitumenplatten (mit Vlies) • Bitumenwellplatten • Bitumenschindeln und Bitumenziegel

B 5.4

B 5.5

63

Bitumenhaltige Baustoffe

bituminöse Bahnen

aus oxidiertem Bitumen

Bitumen-Dachbahn

BitumenDachdichtungsbahn

aus Polymerbitumen

Bitumen-Schweißbahn

R 500 (Rohfilz 500 g / m2)

G 200 DD (Glasgewebe 200 g / m2)

V 60 S 4 (Glasvlies 60 g / m2)

V 13 (Glasvlies 60 g / m2)

PV 200 DD (Polyestervlies 200 g / m2)

G 200 S 4 (Glasgewebe 200 g / m2) G 200 S 5 (Glasgewebe 200 g / m2) PV 200 S 5 (Polyestervlies 200 g / m2)

Bautenschutzmittel • Voranstrichmittel (kalt zu verarbeiten) • Deckaufstrichmittel (heiß zu verarbeiten) • Klebemassen (heiß zu verarbeiten) • Spachtelmassen (heiß / kalt zu verarbeiten) Beläge • Gussasphalt • Gussasphaltestriche • Asphaltplatten Dämmung • Bitumenfilz • Bitumenkorkfilz Dichtung • Fugenvergussmassen Dichtungsbahnen aus Bitumen Dichtungsbahnen aus Bitumen werden zur Bauwerks- und Dachabdichtung eingesetzt (Abb. B 5.6). Sie sollen Bauwerke bzw. Bauteile gegen Wasser und wässrige Lösungen schützen. Das Wasser tritt dabei in verschiedenen

PolymerbitumenDachdichtungsbahn

mit thermoplastischen Elastomeren (SBS)

mit thermoplastischen Elastomeren (SBS)

mit thermoplastischen Kunststoffen (aPP)

Elastomerbitumenbahnen (PYE)

Elastomerbitumenbahnen (PYE)

Plastomerbitumenbahnen (PYP)

PYE-G 200 DD (Glasgewebe 200 g / m2)

PYE-G 200 S 4 (Glasgewebe 200 g / m2)

PYP-G 200 S 4 (Glasgewebe 200 g / m2)

PYE-PV 200 DD (Polyestervlies 200 g / m2)

PYE-G 200 S 5 (Glasgewebe 200 g / m2)

PYP-G 200 S 5 (Glasgewebe 200 g / m2)

PYE-PV 200 S 5 (Polyestervlies 200 g / m2)

PYP-PV 200 S 5 (Polyestervlies 200 g / m2) B 5.6

Formen und differenzierter Wirkung auf, welche die DIN 18 195 erläutert (siehe Dämmen und Dichten S. 144). Bitumenbahnen

Bitumenbahnen bestehen aus einer Trägereinlage, die mit Destillationsbitumen getränkt und beidseitig mit einer Deckschicht aus Oxidationsbitumen versehen sind. Diese Deckschichten sind für die Dichtheit und Beständigkeit der Bahnen verantwortlich. Entsprechende Einlagen bestimmen die mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit, Dehnfähigkeit und Reißfestigkeit. Für geringe Belastungen werden Glasvliese (V), bei höheren Belastungen Glasgewebe (G) und Polyesterfaservliese (PV) eingesetzt, selten Jutegewebe (J) oder Rohfilz (R). Metallfolien (z.B. Cu, Al) verwendet man als Einlage für Dampfsperren, als Wurzelschutz und unter Erdaufschüttungen. Quarzsand oder Schiefersplitt bieten der Bahn einen leichten Schutz, Talkum und dünne Trennschichten aus PE- oder PP-Folie verhindern ein Verkleben beim Aufrollen und bei der Verarbeitung. Die geringere UV-Beständigkeit von Bahnen aus Oxidationsbitumen erfordert einen zusätzlichen Schutz der Oberfläche, z.B. durch Kiesschüttung im Dachbereich. Polymerbitumenbahnen

Bei Polymerbitumenbahnen besteht die Deckschicht und die Tränkmasse der Einlagen aus Destillationsbitumen, dem thermoplastische oder elastomere Kunststoffe zugesetzt werden (Abb. B 5.7). Sowohl die thermoplastische wie auch die elastomere Modifizierung des Bitumens verleiht der Bahn eine hohe Wärmestandfestigkeit, gutes Kaltbiegeverhalten und bessere Alterungsbeständigkeit. Einen schweren Oberflächenschutz in Form von Kies fordern die FlachdachB 5.7

64

Polymerbitumen-Schweißbahn

richtlinien für Polymerbitumenbahnen nicht. Für Polymerbitumen-Dachdichtungsbahnen verwendet man Bitumen, das mit thermoplastischen Elastomeren (Styrol-Butadien-Styrol, SBS) modifiziert ist. Diese Bahnart hat das Kurzzeichen PYE. Sie benötigt einen Oberflächenschutz (Bestreuung) gegen UV-Strahlung. Bei Polymerbitumen-Schweißbahnen wird das Bitumen mit thermoplastischem Kunststoff (ataktisches Polypropylen, aPP) modifiziert. Das Kurzzeichen für diese Bahnart lautet PYP. Ein UV-Schutz (Bestreuung) ist bei dieser Bahnart nicht notwendig. Eigenschaften

Wegen der mehrlagigen Verlegung gelten bituminöse Bahnen gegenüber Dichtungsbahnen aus Kunststoff als widerstandsfähiger gegen mechanische Beanspruchung. Sie erfordern im Anschlussbereich eine anspruchsvolle Verarbeitung, da der Handel keine Formteile für Ecken und Durchdringungen anbietet. Stehendes Wasser und damit auch Ansammlung von Schmutz, der die Dauerhaftigkeit der bituminösen Bahnen herabsetzen kann, sollten durch eine geringe Dachneigung (≥ 2 °) vermieden werden. Bahnentypen

Die Bezeichnung der Bahnentypen erfolgt mit Kurzzeichen, z.B. PYE-PV 200 S 5. Sie stehen für: • verwendetes Bitumen (nur bei Polymerbitumen), z.B. PYE • Trägereinlage mit Flächengewicht in g / m2, z.B. PV 200, bei Metalleinlagen mit Angaben der Dicke, • Bahnart und Bahndicke in mm, z.B. S 5 Die Bitumenbahnen werden zur Bauwerks- und Dachabdichtung eingesetzt. Die DIN definiert

Bitumenhaltige Baustoffe

Bitumensorten

Destillationsbitumen B220 – B160 B100 – B70 B70 – B50 B45 – B30 B20 – B30 B25 – B15 B20 – B10 Oxidationsbitumen 85 / 40 100 / 25 135 / 10 Polymerbitumen PmB 65 A PmB 65 C

elastomermodifiziert thermoplastomermodifiziert

Nadelpenetration 1 [1 / 10 mm]

Erweichungspunkt RuK 2 [°C]

Brechpunkt nach Fraaß 3 [°C]

220 –160 100 – 70 70 – 50 45 – 30 20 – 30 25 –15 20 –10

43 – 37 43 – 49 54 – 48 53 – 59 57 – 63 55 – 71 60 – 76

– 15 – 10 –8 –5

40 25 10

85 100 135

– 20 – 18 –5

50 – 90 50 – 90

48 – 54 48 – 55

– 15 – 15

0 3

1

B 5.6 B 5.7

systematische Darstellung von Bitumenbahnen Polymerbitumenbahn auf Untergrund mit Bitumenvoranstrichmittel B 5.8 physikalische Kennwerte von Bitumensorten B 5.9 Bitumenvoranstrichmittel bei Bauwerksabdichtung B 5.10 Fugenvergussmasse zwischen Pflastersteinen

folgende Bahnen nach Anforderungen: • DIN 52 129 nackte Bitumenbahn: R 500 N • DIN 52 143 Bitumen-Dachbahn: R 500, V 13 • DIN 52 130 Bitumen-Dachdichtungsbahn: G 200 DD, PV 200 DD • DIN 52 131 Bitumen-Schweißbahn: V 60 S 4, G 200 S 4, PV 200 S 5 • DIN 52 132 PolymerbitumenDachdichtungsbahn: PYE-G 200 DD, PYE-PV 200 DD • DIN 52 133 Polymerbitumen-Schweißbahn: PYE-G 200 S 4, PYE-G 200 S 5, PYE-PV 200 S 5, PYP-G 200 S 4, PYP-G 200 S 5, PYP-PV 200 S 5 • DIN 18 190 Bitumen-Dichtungsbahn: Cu 0,1 D, Al 0,2 D • DIN 18 195-2 kaltselbstklebende Bitumen-Dichtungsbahn: KSK Die kaltselbstklebende Bitumen-Dichtungsbahn ist auf ihrer Unterseite mit einer Klebemasse beschichtet, sodass sie eine Verarbeitung auch ohne jegliche Erwärmung ermöglicht (z.B. bei temperaturempfindlichen Unterkonstruktionen oder stark geneigten Flächen).

Bei der Nadelpenetration wird gemessen, wie tief eine 100 g schwere Nadel nach 5 Sekunden in das auf 25 °C temperierte Bitumen eingedrungen ist. 2 Für die Bestimmung des Erweichungspunkts mit Ring und Kugel (RuK) wird ein Messingring mit Bitumen gefüllt, mit einer Stahlkugel beschwert und in einem Wasser- oder Glyzerinbad erhitzt. Der Erweichungspunkt ist erreicht, wenn die Kugel eine Strecke von 25,4 mm nach unten gesackt ist. 3 Eine auf ein Blechplättchen gleichmäßig aufgetragene Bitumenschicht wird definiert durchgebogen. Der Brechpunkt nach Fraaß ist die Temperatur, bei der die Bitumenschicht beim Biegen bricht oder Risse bekommt. B 5.8

stoff- und Kautschukbahnen (siehe Gebäudehülle, S. 125ff.). Weitere Bitumenanwendungen Gussasphalt

Gegenüber dem Asphalt im Straßenbau besitzt Gussasphalt einen höheren Bindemittelanteil Hartbitumen und Mineralstoffe mit geringeren Korngrößen. Mit Zusätzen versehen können die Eigenschaften unterschiedlichen Beanspruchungen angepasst werden. Häufig wird dem Bitumen, das aus der Raffinerie stammt, Naturasphalt zugegeben oder es wird vollständig durch Naturasphalt ersetzt. Dadurch steigen die Homogenität und Verdichtbarkeit, die Verformungs- und die Alterungsbeständigkeit des Gussasphalts. Da er hohlraumfrei, wasserdicht und beständig gegenüber vielen Laugen und Säuren ist und sich fugenlos verlegen lässt, besteht die Möglichkeit, Gussasphalt als Abdichtungssystem zu verwenden, z.B. für Nassräume, Markthallen, bei Schutz vor wassergefährdenden Stoffen oder auf massiven, ungedämmten Konstruktionen.

Bitumenlösungen / Bitumenemulsionen

Als Voranstrichmittel bilden Bitumenlösungen und -emulsionen die Haftbrücke zwischen dem Untergrund, bituminösen Dichtungsbahnen oder Dämmstoffen (Abb. B 5.9). Sie verankern sich in den mineralischen Untergrund und binden den darauf befindlichen Staub. Ihre Verarbeitung erfolgt kalt. Da sich Lösemittel wegen ihres niedrigen Siedepunktes verflüchtigen und während der Verarbeitung in die Umwelt gelangen, ist die lösemittelfreie Bitumenemulsion der Bitumenlösung vorzuziehen. Fugenvergussmassen

Heißvergussmassen bestehen aus Bitumen mit Zusätzen von Kunststoffen, Weichmachern und mineralischen Füllstoffen. Fugen in Beton, Asphalt und Pflaster werden mit der elastisch oder plastisch einstellbaren Fugenmasse ausgefüllt (Abb. B 5.10). Die Vergussmassen verhindern, dass Feststoffe in die Fuge eindringen, welche die Beweglichkeit der Bauteile im Fugenbereich beeinträchtigen würden.

Verarbeitung

Grundsätzlich erfolgt die Verlegung von Bitumen- und Polymerbitumenbahnen zweilagig, wobei die erste Lage vollflächig, punkt- oder streifenweise geklebt, mechanisch befestigt oder lose verlegt werden kann. Die zweite Lage muss im Versatz vollflächig mit der ersten Lage verklebt werden. Eine Ausnahme bilden waagerechte Abdichtungen gegen nicht drückendes Wasser, z.B. bei aufsteigender Feuchtigkeit, da diese auch einlagig mit nackter Bitumenbahn ausgeführt werden können. Das Kapitel Gebäudehülle beschreibt Verlegeverfahren und Kennwerte im Vergleich zu KunstB 5.9

B 5.10

65

Holz und Holzwerkstoffe

B 6.1

Holz ist universell verfügbar und kann mit einfachen Werkzeugen leicht bearbeitet werden. Seit Beginn der Zivilisation wird es als Baustoff, Gebrauchsgegenstand oder für Möbel verwendet. Als nachgewiesen gilt der Einsatz von bearbeiteten Holzstämmen bei Grubenbauten (auch Zweipfostenhäuser genannt) um 20 000 v. Chr.: An den Stirnseiten einer etwa 2 ≈ 4 m breiten Grube bildeten eingegrabene Firstsäulen das Gerüst für ein bis zum Erdboden reichendes Sparrendach. In den waldreichen Gebieten Europas, wo gleichmäßig geformte Nadelhölzer wachsen, entwickelte sich um 9000 v. Chr. die noch heute verbreitete Blockbauweise (Abb. B 6.3). Die Ausdehnung der Besiedlung auf waldärmere Gebiete führte zu einer materialsparenderen Bauweise – dem Fachwerk. Die Kenntnis von Holzschutz hatte zwar bereits bei den Römern zu dauerhaften Holzbauten mit einem Sockel aus Stein geführt, diese Lösung war jedoch nicht allen Bauhandwerkern geläufig. Die Holzhäuser im mittelalterlichen Danzig beispielsweise mussten alle 20–25 Jahre neu errichtet werden, da das Holz durch Berührung mit dem feuchten Boden zu faulen begann. Die Stabkirchen in Norwegen aus dem 11. bis 13. Jh. verdeutlichen dagegen die Dauerhaftigkeit von Holzbauten durch konstruktive Holzschutzmaßnahmen (Abb. B 6.2). Im Vergleich zum Bauen mit Stein erfordern

die einzelnen Bestandteile des Holzbaus eine vorausschauendere Planung, um die Einzelteile durch sinnvolle Holzverbindungen zu einer stabilen Gesamtkonstruktion zu fügen. Wohl auch deshalb galten die Zimmerleute bis ins 19. Jh. hinein als führende Zunft im Bauhandwerk. Eindrucksvolle Zimmermannsleistungen wie die Sichtbalkendecke der Westminster Hall bezeugen ihre hohen Fertigkeiten (Abb. B 6.6). Industrialisierung

Der zunehmenden Verdrängung durch die neuen Baustoffe Stahl und Beton versuchte man durch die Rationalisierung von Herstellungsprozessen und die Entwicklung zeitgemäßer Holzbauweisen (z.B. Holztafel- und Holzrahmenbau) entgegenzuwirken. Im Amerika der 1940er-Jahre entwickelte Konrad Wachsmann zusammen mit Walter Gropius das »General-Panel-System«, bei dem eine Modulordnung die Grundlage bildet, um Wände, Decken und Böden auf immer gleiche Weise zusammenzufügen. Innerhalb von neun Stunden können fünf ungelernte Arbeiter ein Wohnhaus bezugsfertig errichten. Trotz rückläufigem Marktanteil hat der Konstruktionsbaustoff Holz durch das Aufkommen von leistungsfähigen Holzwerkstoffen und ein erweitertes technisches Know-how seine Bedeutung auf dem Gebiet des Ingenieur-Holzbaus bewahren können (Abb. B 6.7). Unabhängig vom Material des Tragwerks erfahren seit Mitte der 1980er-Jahre verschiedene Arten von

B 6.1 Trabocco – autochthone Architektur für den Fischfang, Fossacesia (I) B 6.2 Stabkirche, Heddal (N) 12. Jh. B 6.3 Almhütten am Matterhorn, Wallis (CH) B 6.4 Aufbau eines Baumstamms B 6.5 Verformung von Vollholzquerschnitten in Abhängigkeit vom Verlauf der Jahresringe B 6.6 Westminster Hall, London (GB) 1399 B 6.7 Eissporthalle, München (D) 1984, Ackermann + Partner B 6.8 Versicherungsgebäude, München (D) 2002, Baumschlager & Eberle B 6.2

66

B 6.3

Holz und Holzwerkstoffe

Holzstrahlen

Markröhre

Jahrring

Rinde

Kambium

Frühholz

Splintholz

Spätholz

Kernholz

B 6.4

hölzernen Außenverschalungen ein Comeback. Die österreichische Region Vorarlberg nimmt dabei eine Vorreiterrolle im zeitgenössischen Holzbau ein – bereits über 20 % aller Neubauten werden dort in Holz ausgeführt. Holz als Baustoff Jeder Baum ist ein individueller Organismus mit spezifischen Eigenschaften. Kein Stück Holz gleicht dem anderen. Verschiedene Kriterien beeinflussen Qualität, Erscheinungsbild und Verwendungszweck: • Baumart • Standort, Makro- und Mikroklima • Baumalter • Herkunft aus dem Baumgefüge (Stamm-, Ast-, Wurzelholz; Kern-, Splintholz) Weltweit sind etwa 30 000 Holzarten bekannt, rund 500 im internationalen Handel erhältlich. Das Spektrum der Baumarten reicht von Eukalyptusbäumen in Australien mit bis zu 135 m Höhe über Zypressen mit 12 m Stammdurchmesser bis zu Bristlecone-Pines in den USA, die ein Alter von 5000 Jahren erreichen können. Im Verhältnis zu der breiten Vielfalt werden in Mitteleuropa nur wenige Holzarten im Bauwesen verwendet; Abb. B 6.9 und 10 zeigen die geläufigsten. Als wichtigste Materialeigenschaften gelten:

B 6.6

• nachwachsender Rohstoff • Kohlenstoffspeicher (Reduktion der CO2Konzentration) • gute Ökobilanz • Anisotropie (Abhängigkeit der meisten Holzeigenschaften von der Wuchsrichtung) • Hygroskopie (der Feuchtegehalt wird vom umgebenden Klima bedingt) • geringe Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig guter Wärmespeicherfähigkeit • hohe Festigkeit bei geringem Gewicht (Tragfähigkeit) • Vielzahl an Holzarten mit vielschichtigem Erscheinungsbild (Farbe, Textur, Geruch) • großes Angebot an Holz und Holzwerkstoffen bei weit entwickelter Bearbeitungstechnik Biologischer Aufbau von Holz

Den Grundbaustein des Holzes bilden Zellen, die auch als Fasern bezeichnet werden. Sie haben die Aufgabe, Nährstoffe zu transportieren, Wasser zu leiten und das Holz zu festigen. Die meisten Zellen haben eine langgestreckte Form und liegen größtenteils längs zum Stammquerschnitt. Ausnahmen bilden die Holzstrahlen, die radial im Stamm verlaufen. Diese dienen der Speicherung von Nährstoffen (Abb. B 6.4). Das evolutionsgeschichtlich ältere Nadelholz verfügt über den einfacheren Aufbau, der überwiegend aus einem Zelltyp (den so genannten Tracheiden) besteht. Beim Laubholz hat sich eine weitgehende Spezialisierung der Zellen

B 6.7

B 6.5

und ihrer Aufgaben herausgebildet. So genannte Leitzellen übernehmen die Stoffleitung, Stützzellen bilden das tragende Gerüst von Laubbäumen. Abb. B 6.4 zeigt den typischen Aufbau von Holz. Der Querschnitt des Stamms baut sich bei den meisten Bäumen von innen nach außen wie folgt auf: Die mittlere Markröhre übernimmt die Wasserleitung und Speicherung beim jungen Spross, sie stirbt relativ früh ab. In Regionen mit ausgeprägten Jahreszeiten bilden die angrenzenden Jahresringe den Holzzuwachs eines Jahres ab. Ein Jahresring besteht jeweils aus dem hellen, großporigen Frühholz (entwickelt sich im Frühjahr zum Stofftransport) und dem dunklen, dichteren Spätholz (bestimmt die Festigkeit des Holzes). Das Kambium ist für das Dickenwachstum verantwortlich. Es erzeugt nach innen Holzzellen und nach außen Bast. Die Bastzellen bilden den inneren, lebenden Teil der Rinde, die von den abgestorbenen Schichten der äußeren Borke umschlossen ist. Die Rinde schützt den Stamm vor Austrocknung und mechanischer Beschädigung. Splint-, Kern- und Reifholzarten Entsprechend der unterschiedlichen Färbung des Stamms im Querschnitt gliedern sich die Hölzer in Splint-, Kern- und Reifholzarten. Bei Splintholzarten erfolgt der Stofftransport in den Zellen über den gesamten Querschnitt. Birke, Erle und Pappel weisen keinen Farb-

B 6.8

67

Holz und Holzwerkstoffe

oder Feuchtigkeitsunterschied im Stamm auf. Bei Kernholzarten besteht der farblich deutlich vom Splint abgegrenzte, schwere und harte Kern aus abgestorbenen Holzzellen, die keine Transportfunktion mehr übernehmen. Die darin abgelagerten Holzinhaltsstoffe (z.B. Gerb- und Farbstoffe) erfüllen Abwehrfunktionen gegen holzverwertende Pilze und Insekten. Aufgrund der natürlichen Dauerhaftigkeit kann bei Verwendung von Kernholz auf einen vorbeugenden chemischen Holzschutz verzichtet werden. Zu dieser Gruppe zählen u.a. Eiche, Kiefer, Kastanie und Lärche. Reifholzarten verfügen, wie Splintholz, über einen hellen Kern und unterscheiden sich farblich im Querschnitt nicht. Der Kern ist jedoch deutlich trockener und entspricht in den Eigenschaften eher den Kernholzarten. Zu den Reifholzarten gehören Buche, Fichte, Tanne und Linde. Anisotropie Als anisotrop (griechisch = ungleich) wird ein Stoff bezeichnet, dessen Eigenschaften sich in den verschiedenen Richtungen unterscheiden. Glas oder Metall sind beispielsweise isotrop: Sie weisen in alle Richtungen die gleichen Eigenschaften auf. Die Anisotropie des Holzes resultiert aus den längs zur Wuchsrichtung verlaufenden Holzfasern des Baumstamms und der Äste und wird in den verschiedenen Schnittrichtungen (Quer-, Längsund Tangentialschnitt) sichtbar (Abb. B 6.4). So ist etwa das Quell- und Schwindmaß bei Fichtenholz in Tangentialrichtung mehr als 25-mal größer als in Längsrichtung. Auch die zulässige Spannung wird erheblich von der Faserrichtung geprägt. Fichtenholz kann nach DIN 1052 längs zur Faser Zugkräfte bis zu 10 N / mm2 aufnehmen, quer zur Faser lediglich 0,04 N / mm2. Chemische Zusammensetzung

Chemische Hauptbestandteile von Holz sind: • 40–50 % Zellulose • 20–30 % Hemizellulose (Halbzellulose) • 20–30 % Lignin (Holzstoff) • bis zu 10 % Extrastoffe und Asche Mit einem jährlichen Zuwachs von etwa 7 Milliarden Tonnen ist Zellulose der weltweit am weitesten verbreitete Naturstoff. Sie sorgt für die Zugfestigkeit des Holzes. Hemizellulose verbessert als Füll- und Kittstoff die Druckfestigkeit. Lignin ist im Gegensatz zu Zellulose unelastisch. Es verleiht den Zellwänden die erforderliche Steifigkeit und Druckfestigkeit. Physikalische Eigenschaften

Die besonderen physikalischen Eigenschaften von Holz ermöglichen eine vielseitige Verwendung in Konstruktion und Ausbau. Der sachgerechte Einsatz von Holz setzt jedoch Wissen über spezifische Merkmale, geeignete Holzarten und Konstruktionsweisen voraus. 68

Rohdichte Unter der Rohdichte versteht man das Verhältnis der Masse bezogen auf das Volumen inklusive aller Hohlräume (siehe Physikalische Stoffkenngrößen S. 264). Sie ist bei Holz eine der wichtigsten physikalischen Größen, da sich daraus wesentliche technologische Eigenschaften wie beispielsweise Festigkeit, Härte oder Imprägnierbarkeit ableiten lassen. Die Bestimmung der Rohdichte erfolgt unter Berücksichtigung des Feuchtegehalts (Masseund Volumenänderung durch Quellen und Schwinden) sowie der Lage des Holzes im Stamm. Die mittlere Rohdichte liegt bei tragend eingesetzten Nadelhölzern zwischen 450 und 600 kg / m3, bei einheimischen Laubhölzern um 700 kg / m3; sie kann bei überseeischen Laubhölzern bis zu 1000 kg / m3 erreichen. Holzfeuchte Holz kann in der Hohlraumstruktur der Zellen erhebliche Mengen Wasser aufnehmen. Die Holzfeuchte (Um) beträgt beim lebenden Baum bis zu 70 % der Masse. Bei Holzarten, die im Bauwesen verwendet werden, wird der Fasersättigungspunkt bei Um = 30–35 % erreicht. Oberhalb dieses Punkts füllen sich die Zellhohlräume mit freiem Wasser, wobei die Formänderung aufgrund von Quellen und Schwinden praktisch nicht mehr zunimmt. Die Bestimmung der mittleren Holzfeuchte erfolgt üblicherweise mit einem elektrischen Holzfeuchtemessgerät. Der Feuchtigkeitsgehalt wird als prozentuales Masseverhältnis des im Holz enthaltenen Wassers bezogen auf Holz im darrtrockenen Zustand bestimmt. Nach der neuen DIN 4074 ist Holz mit einer maximalen Holzfeuchte von 20 % einzubauen. Im Holzhausbau liegt die Begrenzung bei 18 %, verleimte Bauteile dürfen eine Holzfeuchte von 15 % nicht überschreiten. Die Aufnahme von Wasser erfolgt jedoch nicht nur in flüssiger Form. Durch seine hygroskopische Eigenschaft tauscht Holz mit der umgebenden Luft Feuchtigkeit aus. Die so genannte Gleichgewichtsfeuchte stellt sich beim verbauten Holz wie folgt ein: • allseitig geschlossene, beheizte Bauten 9±3 % • allseitig geschlossene, unbeheizte Bauten 12 ± 3 % • überdeckte, offene Bauten 15 ± 3 % • allseits bewitterte Konstruktionen 18 ± 6 % Die Fähigkeit von Holz Feuchtigkeit aufzunehmen (Absorption) und abzugeben (Desorption), kann erheblich zur Verbesserung des Innenraumklimas beitragen. Durch das Quellen und Schwinden ändern sich allerdings die Dimensionen. Abb. B 6.5 zeigt die Verformungen von Vollholzquerschnitten in Abhängigkeit vom Jahresringverlauf und der ursprünglichen Lage im Baum. Holz sollte möglichst mit der Feuchte

eingebaut werden, die langfristig am Einbauort zu erwarten ist. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung, um auf den vorbeugenden chemischen Holzschutz verzichten zu können. Festigkeit Die Widerstandsfähigkeit gegen Bruch definiert die Festigkeit eines Baustoffes. Holz weist eine breite Spanne elastomechanischer Eigenschaften auf, die aus der jeweiligen Holzart, den Wuchseigenschaften (Rohdichte, Jahresringbreite und Astigkeit), der Holzfeuchte, der Dauer der Lasteinwirkung sowie dem Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung resultiert. Aufgrund der Anisotropie verfügt Holz parallel zur Faser über gute statische Eigenschaften. Unter Zugbeanspruchung reagiert Holz weitgehend spröde, bei Druck- oder Biegebeanspruchungen stellen sich vor dem Versagen plastische Verformungen ein. Dabei beträgt die Zugfestigkeit in etwa das Doppelte der Druckfestigkeit. Generell nimmt die Festigkeit des Holzes unter folgenden Bedingungen zu: • abnehmende Holzfeuchte • abnehmende Temperatur • abnehmende Faser-Lastwinkel • zunehmende Rohdichte Starke Astigkeit führt durch die Störung im Faserverlauf zu verminderten Festigkeitswerten. Bei stark astigem Kiefernholz kann somit die Zugfestigkeit um bis zu 85 % abnehmen. Auch sinken die statischen Eigenschaften unter dauerhaftem Einwirken hoher Lasten mit der Zeit ab. Bei ständig belastetem Fichtenholz beträgt die Biegefestigkeit ca. 60 % der Kurzzeitfestigkeit. Da Holz individuelle Eigenschaften besitzt, die starken Schwankungen unterliegen, sind die zulässigen Festigkeitswerte aus Sicherheitsgründen sehr niedrig angesetzt. Dies kann letztlich zu deutlich überdimensionierten Querschnitten führen. Die individuelle Tragfähigkeit eines Holzes lässt sich heute mit zerstörungsfreien Methoden ermitteln (siehe S. 70); dadurch sind deutlich schlankere Bauteile möglich. Thermische Eigenschaften Aus der Porigkeit des Holzes resultieren die guten Wärmedämmeigenschaften sowie die angenehmen Oberflächentemperaturen. Die Wärmeleitfähigkeit von Nadelholz liegt etwa bei 0,13 W / mK, die von Laubholz bei ca. 0,20 W / mK. Die Wärmeleitfähigkeit hängt von der Faserrichtung des Holzes, der Rohdichte und der Holzfeuchte ab. Sie beträgt in Faserrichtung etwa das Doppelte der Querrichtung. Die gute spezifische Wärmespeicherfähigkeit von Holz (1,67 kJ / kgK bei einer Holzfeuchte von 15 %) kann zur Verbesserung des Raumklimas beitragen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist im Vergleich zu vielen anderen Baustoffen äußerst gering. Nach DIN 1052 kann daher auf den Nachweis von Temperaturdehnungen in der Regel verzichtet werden.

Holz und Holzwerkstoffe

Holzarten Es existiert eine enorme Vielfalt an Holzarten mit jeweils spezifischen Nutzungsmerkmalen, Erscheinungsbildern und Einsatzmöglichkeiten. Gestalterische Erwägungen und holzschutztechnische Überlegungen sind bei der Auswahl der gewünschten Holzart in Einklang zu bringen. In Abb. B 6.11 sind die besonderen Eigenschaften und Merkmale der im Bauwesen verwendeten Hölzer aufgeführt. Nadelhölzer sind aufgrund des schnelleren Wachstums meist kostengünstiger als Laubhölzer. Seit einigen Jahren kommen vermehrt überseeische Nadelhölzer zur Anwendung, die im Vergleich zu den einheimischen gerad- und langwüchsiger, fäulnisunempfindlicher und astärmer sind. Nichteuropäische Laubhölzer werden bei spezifischen Aufgaben im Innen- oder Außenbereich und als edle Furnierhölzer eingesetzt. Die Ökobilanz verschlechtert sich jedoch durch die erforderlichen Energieaufwendungen für den Transport maßgeblich.

a

b

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b

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Holzgewinnung und Weiterverarbeitung von konstruktiven Vollholzprodukten Für den Einschlag des Holzes im Winter spricht neben den schädlingsfeindlicheren Außentemperaturen auch die verminderte Gefährdung des Holzes durch die Saftruhe. Von der früher weitgehend üblichen Winterfällung weicht man heute jedoch aufgrund des zunehmenden Holzbedarfs teilweise ab. Abhängig vom Waldbestand tritt die Schlagreife bei schnell wachsenden Nadelbäumen, wie z.B. Fichten und Tannen, nach 60–120 Jahren ein. Eichen und Buchen können nach etwa 80–140 Jahren verarbeitet werden.

B 6.9

Einschnitt und Holztrocknung

Zur Gewinnung von Bauschnittholz aus dem Querschnitt des Baumstamms werden entsprechend der späteren Verwendung verschiedene Einschnittarten angewendet (Abb. B 6.13): • einstieliger Einschnitt: Aufgrund der vollständig erhaltenen Markröh-

B 6.9

Nadelhölzer / Kurzzeichen nach DIN 4076 a Douglasie (DGA) b Fichte (FI) c Kiefer / Föhre (KI) d Lärche, europäische (LA) e Pinie (PIP) f Tanne / Weißtanne (TA) g Western Hemlock (HEM) h Western Redcedar (RCW) B 6.10 Laubhölzer / Kurzzeichen nach DIN 4076 a Ahorn (AH) b Azobe (AZO) c Buche / Rotbuche (BU) d Eiche (EI) e Meranti, dunkelrot (MER) f Merbau (MEB) g Robinie (ROB) h Teak (TEK) B 6.10

69

Holz und Holzwerkstoffe

Holzarten

Kurzzeichen nach DIN 4076

Rohdichte 1 Druckfestigkeit parallel zur Faser

Zugfestigkeit parallel zur Faser

Wärmeleit- Wärmefähigkeit 2 speicherzahl

Dampfdiffusionswiderstandszahl 3

Beständigkeit des Kernholzes gegen Pilze

[–]

Quell- und Quell- und Schwindver- Schwindverhalten radial halten tangential [% je 1% [% je 1% Holzfeuchte- Holzfeuchteänderung] änderung]

[kg / m³]

[N / mm2]

[N / mm2]

[W / mK]

[kJ / m³K]

DGA FI KI LA PIP TA HEM RCW

510–580 430–470 510–550 540–620 510–690 430–480 460–500 360–390

42–68 43–50 55 55 41–58 47 36–55 29–35

82–105 90 104 107 105 84 68 80–93

0,12 0,09–0,12 0,12–0,14 0,11–0,13 n.b. 0,10–0,13 n.b. 0,09

AH AZO BU EI MER MEB ROB TEK

610–660 1020–1120 700–790 650–760 540–760 810–900 740–800 590–700

58–62 87–108 62 65 51–65 59–82 58–72 52–60

82–100 150–215 135 90 120–165 140 120–148 117

0,15 n.B. 0,15–0,17 0,13–0,21 n.b. n.b. n.b. 0,16–0,18

Beständigkeit des Kernholzes gegen Insekten

660–750 560–610 660–720 700–810 660–900 560–620 600–650 470–510

n.b. 88 68 302 n.b. n.b. n.b. n.b.

0,15–0,19 0,16–0,19 0,16–0,19 0,14 0,18 0,12–0,16 0,11–0,13 0,07–0,09

0,24–0,31 0,29–0,36 0,29–0,36 0,29–0,3 0,29–0,33 0,28–0,35 0,24–0,25 0,20–0,24

3 2 2–3 3 3 2 2 5

3 2 2 4 2–3 2 2 4

790–860 1330–1460 910–1030 850–990 700–990 1050–1170 960–1040 770–910

71 n.b. 86 140 n.b. n.b. n.b. n.b.

0,10–0,20 0,30–0,32 0,19–0,22 0,18–0,22 0,14–0,18 0,13 0,17–0,24 0,13–0,15

0,22–0,30 0,4 0,38–0,44 0,28–0,35 0,29–0,34 0,26 0,32–0,38 0,24–0,29

1 5 1 4 4 5 4 5

1 5 2 4 3–4 4–5 4 5

[Klasse 1–5] [Klasse 1–5]

Nadelhölzer Douglasie Fichte Kiefer (Föhre) Lärche Pinie Tanne (Weißtanne) Western Hemlock Western Redcedar Laubhölzer Ahorn Azobe (Bongossi) Buche (Rotbuche) Eiche Meranti, dunkelrot Merbau Robinie Teak 1

Die Angaben gelten für eine mittlere Holzfeuchte von 15 %. Werte für Konstruktionsholz nach EN 12 524: Rohdichte 500 kg / m3 = 0,13; 700 kg / m3= 0,20; Zwischenwerte dürfen interpoliert werden. 3 Aufgrund vielfältiger Abhängigkeiten wird von der ARGE Holz für die angegebenen Holzarten ein vereinfachter Richtwert von 40 angenommen; die EN 12 524 sieht in Abhängigkeit von der Rohdichte für Konstruktionsholz vor: 500 kg / m3 = 20 / 50; 700kg / m3 = 50 / 200. 2

B 6.11

re besteht hohe Rissgefahr beim Trocknen, nur für untergeordnete Zwecke empfohlen. • zweistieliger, herzkerngetrennter Einschnitt: Die Neigung zur Rissbildung, Krümmung und Verdrehung vermindert sich. • zwei- und vierstieliger, herzkernfreier Einschnitt: Für Hölzer mit höheren Anforderungen an das Erscheinungsbild erfolgt das Heraustrennen der Herzbohle zur weiteren Reduzierung der Rissgefahr.

Die technische Trocknung von höher vergüteten Vollholzprodukten erfolgt unter gesteuerten Klimabedingungen in abgeschlossenen Trockenkammern. Ein 30 mm dickes Fichtenbrett braucht bei einer Trocknungstemperatur von bis zu 90 °C etwa 16 Stunden für die Reduktion der Holzfeuchte von 30 auf 8 %. Sortierung, Oberflächenbearbeitung und Klebung

Auch heute noch wird bei Bauschnitt- und Baurundholz teilweise die Freilufttrocknung angewendet. In Abhängigkeit von der Jahreszeit und dem vorherrschenden Klima benötigen Fichten etwa 60–200 Tage und Eichen 100–300 Tage, um bei 25 mm dicken Brettern eine mittlere Holzfeuchte von 20 % zu erreichen.

Die Standortbedingungen und das Klima führen beim Baumwachstum zu großen Unterschieden im Aufbau, die sich technisch und optisch bemerkbar machen. Für tragende und aussteifende Hölzer ist eine Festigkeitssortierung vorgeschrieben. Dabei unterscheidet man zwischen der visuellen und der maschinellen Sortierung. Die visuelle Festigkeitssortierung basiert auf äußerlichen Merkmalen (Astigkeit, Jahresringbreite), die einen Rückschluss auf

a

c

70

b

d

die Einordnung nach DIN 4074-1 zulassen. Bei der maschinellen Festigkeitssortierung können durch die Messung der Werkstoffeigenschaften (E-Modul, Rohdichte, Holzfeuchte) höhere Sortierklassen erzielt werden. Darüber hinaus existieren verschiedene Kriterien zur Sortierung von Hölzern nach dem ästhetischen Eindruck. Diese Beurteilung basiert auf anderen Merkmalen als bei der visuellen Festigkeitssortierung und kann sowohl für nicht tragende Hölzer als auch zur zusätzlichen Sortierung von Konstruktionshölzern eingesetzt werden. Die bauaufsichtlich vorgeschriebene Sortierung ist dadurch nicht ersetzbar. In der Regel werden Kanthölzer, Bretter und Bohlen in sägerauer Ausführung angeliefert und eingebaut. Bei Sichtkonstruktionen müssen gehobelte Oberflächen oder spezielle Kanten-

e

f

B 6.12

Holz und Holzwerkstoffe

bearbeitungen (scharfkantig, gefast) extra vereinbart werden. Das Kleben von tragenden Vollholzprodukten (Abb. B 6.12 c–f) ist nur mit geprüften Klebstoffen zulässig. Harnstoffharz, modifiziertes Melaminharz und Phenol-Resorcinharz enthalten Formaldehyd, wobei durch den geringen Fugenanteil der Vollholzprodukte die zulässigen Grenzwerte deutlich unterschritten werden. Klebstoffe aus Polyurethan sind formaldehydfrei. Um kraftschlüssige Längsverbindungen zu realisieren, kommen heute üblicherweise so genannte Keilzinkungen zur Ausführung. Dabei werden in die Hirnholzflächen der zu verbindenden Vollholzquerschnitte kammartige Zinken gefräst, mit Klebstoff bestrichen und miteinander verpresst. Flächenklebungen dienen der Herstellung von Brettschichtholz. Bei der Verwendung von transparenten Klebstoffen und Fugendicken von ca. 0,1 mm sind die einzelnen Schichten der Leimbinder kaum wahrnehmbar.

glatter Oberfläche reichen. Baurundholz wird hauptsächlich für tragende Querschnitte von Skelettkonstruktionen, im Garten- und Landschaftsbau sowie im Ingenieurholzbau verwendet. Bauschnittholz aus Nadel- und Laubholz Bauschnittholz (Abb. B 6.12 b) entsteht durch das Einschneiden oder Profilieren des entrindeten Baumstamms, des so genannten Rohholzes, in üblicherweise rechteckige Querschnitte. Je nach Verhältnis von Breite (b) zu Dicke (d) bzw. Höhe (h) unterscheiden sich die Schnittholzarten in Kantholz, Bohle, Brett und Latte. • Kantholz: b ≤ h ≤ 3 b und b > 40 mm • Bohle: d > 40 mm und b > 3 d • Brett: d ≤ 40 mm und b ≥ 80 mm • Latte: d ≤ 40 mm und b < 80 mm

einstieliger Einschnitt

zweistieliger, herzkerngetrennter Einschnitt

Trocknen, Keilzinken, Hobeln, Fasen sowie weiteres Profilieren dienen der Weiterverarbeitung von Bauschnittholz. Es findet im Bauwesen in vielfältiger Form Verwendung, z.B. als tragender Querschnitt, Unterkonstruktion, Schalung oder Außenbekleidung.

Risse

Bei der Verwendung von Holz für tragende Zwecke sind Blitz- und Frostrisse, die am lebenden Baum entstanden sind, nicht zulässig. DIN 4074 lässt hingegen Schwindrisse, die in der Trocknungsphase auftreten, ausdrücklich zu. Die Einschnittart der Hölzer, die schonende Trocknung und das Anpassen der Einbaufeuchte an das Klima des Verwendungsortes können die Rissbildung reduzieren. Allerdings sind Risse auch bei sorgfältiger Materialauswahl und fachgerechtem Einbau nie vollständig auszuschließen. Holz und Holzwerkstoffe Mit der Industrialisierung der Holzverarbeitung wurden viele neue Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe entwickelt. Nachfolgend wird eine Auswahl der gängigsten Vollholzprodukte mit Erläuterungen zu den signifikanten Merkmalen vorgestellt. Vollholzprodukte

Bei konstruktiven Vollholzprodukten erfolgt keine oder nur eine geringe Veränderung des Gefüges. Die Verarbeitung basiert je nach Produkt auf den Schritten Sägen, Trocknen, Sortieren, Keilzinken und flächiges Verkleben. Tragend oder aussteifend eingesetzte Vollholzprodukte müssen bauaufsichtlich zugelassen sein. Baurundholz Entastete und entrindete Stämme bezeichnet man als Rundholz (Abb. B 6.12 a). Bei größeren Querschnitten können eingefräste Entlastungsnuten die unkontrollierte Rissbildung verringern. Die Oberflächenbearbeitung kann vom Erhalt der ursprünglichen Stammform über das Egalisieren von Unregelmäßigkeiten bis zum Kalibrieren eines gleichen Durchmessers bei

Konstruktionsvollholz Als Konstruktionsvollholz werden veredelte Bauschnittholzerzeugnisse aus Nadelholz bezeichnet (Abb. B 6.12 c). Die technische Trocknung auf eine Holzfeuchte von 15 ± 3 % sowie die gezielte Wahl des Einschnitts und die visuelle Festigkeitssortierung mit zusätzlichen Sortierregeln tragen dazu bei, ein hohes Maß an Formstabilität, Maßhaltigkeit, geringer Rissbildung und eine hochwertige Oberfläche zu erzielen. Im Handel ist Konstruktionsvollholz für sichtbare und nicht sichtbare Konstruktionen erhältlich. Aufgrund der hohen Maßhaltigkeit eignet es sich besonders für den Holzhausbau und für tragende Querschnitte. Die niedrige Holzfeuchte erlaubt auch bei voll gedämmten Konstruktionen den Verzicht auf einen vorbeugenden chemischen Holzschutz. Kreuzbalken Charakteristisch für den Kreuzbalken ist seine über die ganze Länge des Holzes durchlaufende Röhre (Abb. B 6.12 d). Zur Herstellung werden vier viertelholzähnliche Segmente aus Nadelholz faserparallel mittels PolyurethanKlebstoff kraftschlüssig verbunden. Die Außenseiten der Segmente wendet man dabei nach innen. Durch die Holzfeuchte von unter 15 % eignen sich Kreuzbalken für ähnliche Anwendungen wie Konstruktionsvollhölzer.

zweistieliger, herzkernfreier Einschnitt

vierstieliger, herzkernfreier Einschnitt B 6.13 B 6.11 B 6.12

B 6.13 B 6.14

physikalische Kennwerte gebräuchlicher Holzarten konstruktive Vollholzprodukte a Rundholz, Baurundholz b Vollholz (NH) c Konstruktionsvollholz d Kreuzbalken e Duo- / Trio-Balken f Brettschichtholz (BSH) Einschnittarten stabförmige Holzwerkstoffe a Structural Veneer Lumber (SVL) b Furnierstreifenholz (PSL)

Duo- / Trio-Balken Um Balkenschichtholz zu erhalten (auch Duo- / Trio-Balken genannt), werden zwei bzw. drei Bohlen oder Kanthölzer flachseitig miteinander verklebt (Abb. B 6.12 e). Nach dem Trocknen der Hölzer auf weniger als 15 % Holzfeuchte erfolgen visuelle Festigkeitssortierung, Keilzinken, vierseitiges Hobeln und Ablängen, Klebstoffauftrag sowie die Verklebung zu einem Balken. Abschließend kann der a

b

B 6.14

71

Holz und Holzwerkstoffe

Vollholz

Holzwerkstoffe

Entrinden

Spalten

Sägen

Sägen

Schälen

Hobeln

Zerspanen

Zerfasern

Baurundholz

Schindeln

Bauschnittholz

Schnittholz

Furniere

Holzwolle

Späne

Fasern

Normalschindeln Zierschindeln

Massivholzplatte

Kantholz Bohle Brett Latte

Schichtholzplatte Mehrschichtplatte

Konstruktionsvollholz

Stabsperrholzplatte (ST) Stäbchensperrholzplatte (STAE)

Furniersperrholz (FU)

Holzwolleplatte (WW)

Spanplatte (P)

Furnierschichtholz (FSH)

Mehrschicht-Leichtbauplatte (WW-C)

zementgebundene Spanplatte

Furnierstreifenholz (PSL)

leichte Spanplatte mit Holzwolledecke

gipsgebundene Spanplatte

Kalanderspanplatte

Spanplatte mit Faserdeckschicht

Kreuzbalken

Strangpressplatte (ES)

Duo- / Trio-Balken

Strangpressröhrenplatte (ET)

Brettschichtholz (BSH)

Oriented Strand Board (OSB)

poröse Faserplatte (SB) bituminierte Faserplatte (SB.H / SB.E) Holzfaserdämmplatte (WF) mittelharte Faserplatte (MBL / MBH) harte Faserplatte (HB) mitteldichte Faserplatte (MDF) Gipsfaserplatte

Langspanholz (LSL) Faserzementplatte B 6.15

Duo- / Triobalken nochmals in Gänze gehobelt und gefast werden. Als veredeltes Vollholzprodukt stellt er eine weitere Alternative zu den vorgenannten Konstruktionsvollholz und Kreuzbalken dar. Brettschichtholz Für Brettschichtholz (Abb. B 6.12 f) ist oft noch die ursprüngliche Bezeichnung »Leimholz« geläufig. Es besteht aus mindestens drei faserparallel miteinander verklebten Brettern aus Nadelholz. Brettschichtholz wird ähnlich wie ein Duo- / Trio-Balken hergestellt, jedoch beträgt die Holzfeuchte nur etwa 12 %, und bei der Festigkeitssortierung werden ggf. vorhandene größere Fehlstellen ausgekappt. Darüber hinaus sind neben geraden Bauteilen auch Formen mit variablen Querschnitten, einfachen bzw. doppelten Krümmungen möglich. Brettschichtholz eignet sich besonders für hoch belastete und weit gespannte Bauteile (z.B. Hallenbauten, Brücken) sowie für Bauteile mit hohen Anforderungen an Maßhaltigkeit und Optik. Insbesondere bei Brettschichtholz verschlechtert sich die Ökobilanz durch einen zusätzlichen Energieaufwand in der Produktion und

durch den Einsatz von Klebstoffen. Dies gilt auch für andere veredelte Holzprodukte. Holzwerkstoffe

Seit über 50 Jahren werden Holzwerkstoffe in Form von Holzspan- und Holzfaserplatten im Bauwesen verwendet. Mittlerweile bietet die Industrie eine große Vielfalt von Produkten an (Abb. B 6.15); für die nahe Zukunft ist die Entwicklung weiterer, hoch beanspruchbarer Produkte zu erwarten. Holzwerkstoffe bestehen aus zerkleinertem Holz, das größtenteils mithilfe von Klebstoffen oder mineralischen Bindemitteln zu Platten oder Stäben gepresst wird. Als Rohstoff für Bretter, Stäbe, Furniere, Späne und Fasern ist die Nutzung von Stammholz, Industrierestholz sowie fremdstofffreiem Abfallholz möglich. Die aus dem Herstellungsverfahren resultierende Homogenität führt zu einer geringen Streuung der Materialeigenschaften. Im Vergleich zu den Vollhölzern wird die Anisotropie des Holzes weitgehend ausgeglichen; die Neigung zum Quellen und Schwinden verringert sich deutlich. Holzwerkstoffe aus Furnieren oder Brettern, auch Lagenhölzer genannt, erreichen meist min. Materialdicke [mm]

Herstellungmaße von Holzwerkstoffplatten

höhere Festigkeiten. Platten aus Spänen und Fasern sind hingegen konstruktiv weniger belastbar als gewachsenes Holz. Damit sie tragende Funktionen übernehmen können, müssen Holzwerkstoffe bauaufsichtlich zugelassen sein. DIN 68 800-2 und -3 unterteilen die Platten in Abhängigkeit von der Feuchteresistenz in drei Holzwerkstoffklassen. Diese Klassen entsprechen üblichen Einbausituationen und ihren zu erwartenden maximalen Feuchten, die nicht überschritten werden dürfen: • HWS-Klasse 20: max. Feuchtegehalt 15 % (z.B. Innenwandbeplankungen von Außenwänden) • HWS-Klasse 100: max. Feuchtegehalt 18 % (z.B. Außenwandbeplankungen von Außenwänden und Hohlräumen) • HWS-Klasse 100 G: max. Feuchtegehalt 21 % (z.B. Trägerschichten unter Abdichtungen von Flachdächern) Als Bindemittel für kunstharzgebundene Holzwerkstoffe eignen sich verschiedene organische Klebstoffe (Harnstoff-, Melamin-, Phenol-, und andere Harze). Platten der Klasse 100 G

max. Materialdicke [mm]

max. Breite [mm]

max. Länge [mm]

Lagenhölzer B 6.15 systematische Gliederung von Vollholz und Holzwerkstoffen B 6.16 Formate und Materialdicken von Holzwerkstoffen (Richtmaße) B 6.17 physikalische Kennwerte von Vollholzprodukten und stabförmigen Holzwerkstoffen B 6.18 plattenförmige Holzwerkstoffe a Dreischichtplatte b Furnierschichtholz (FSH) c Bau-Furniersperrholz (BFU) d Bau-Furniersperrholz aus Buche (BFU-BU) e Spanplatte (P) f OSB-Platte g Langspanholz (LSL) h mitteldichte Faserplatte (MDF)

Mehrschichtplatten Furnierschichtholz Furniersperrholz Bau-Furniersperrholz Furnierstreifenholz

FSH FU BFU PSL

12 27 8 10 44

75 75 25 40 280

3000 1820 1525 1850 483

6000 23 000 3000 3050 20 000

LSL OSB P

32 6 2,8

89 40 38

2438 2620 2050

10 700 5000 5300

MDF

6

25

1250

2500

Holzspanplatten Langspanholz OSB-Platte Spanplatte Holzfaserplatten MDF

B 6.16

72

Holz und Holzwerkstoffe

werden mit einem zugelassenen Holzschutzmittel gegen holzzerstörende Pilze versehen. Die mit Gips gebundenen Holzwerkstoffe können in den Anwendungsbereichen der Klasse 20 und 100 eingesetzt werden, zementgebundene Holzwerkstoffe auch in der Klasse 100 G (siehe Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln, S. 61). Abb. B 6.16 zeigt übliche Materialdicken und maximale Abmessungen gebräuchlicher Holzwerkstoffe. Drei- und Fünfschichtplatten Mehrschichtplatten bestehen aus drei bzw. fünf kreuzweise verklebten, 4–50 mm dicken Lagen Nadelholz (Abb. B 6.18 a). Die Festigkeiten der Platten weisen entsprechend ihrer jeweiligen Schichtdicke, Holzart und -qualität starke Unterschiede auf. Drei- und Fünfschichtplatten eignen sich für tragende und aussteifende Beplankungen. Brettlagenholz Brettlagenholz, auch Dickholz genannt, setzt sich ähnlich der vorgenannten Mehrschichtplatten ebenfalls aus kreuzweise verklebtem Nadelholz zusammen. Die Bretter der Einzellagen werden zu Wand-, Decken- oder Dachbauteilen mit bis zu 85 mm Dicke geschichtet. Computergesteuerte Abbundanlagen ermöglichen die millimetergenaue Vorfertigung von Fenster- und Türöffnungen im Herstellerwerk (Abb. B 6.21 und B 6.22). Furnierschichtholz (FSH) Durch Verpressen und Verkleben ca. 3 mm dicker Nadelholz-Schälfurniere mit Phenolharz entsteht ein sehr leistungsfähiger Holzwerkstoff (Abb. B. 6.18 b). Bei FSH-S (für lineare Bauteile) ist die Faserrichtung aller Furnierlagen parallel, bei FSH-Q (für flächige Bauteile) sind auch einige Lagen quer ausgerichtet. SVL (Structural Veneer Lumber) sind stabförmige Bauteile mit einer maximalen Breite von 500 mm, die aus mehreren miteinander verklebten Furnierschichthölzern bestehen (Abb. B 6.14 a). Sie werden als Träger, Stützen, Fassadenkonstruktionen oder im Holzhausbau eingesetzt.

Furnierstreifenholz (PSL) PSL (Parallel Strand Lumber) stellt für hoch belastete, stabförmige Bauteile eine Alternative zu Vollholzprodukten wie z.B. Brettschichtholz dar (Abb 6.14 b). Für die Herstellung von Furnierstreifenholz werden 25 mm breite und 0,5–2,6 m lange Schälfurnierstreifen aus Douglas Fir (DF) oder Southern Yellow Pine (SYP) in Balkenlängsachse ausgerichtet und mittels Phenolharz kraftschlüssig verbunden. Bau-Furniersperrholz (BFU) Aus mehreren Lagen Furnier verklebte Platten heißen Furniersperrholz (Abb. B 6.18 c); ab fünf Lagen und Dicken über 12 mm gilt auch die Bezeichnung Multiplex. Wegen ihrer hohen Festigkeit eignen sie sich besonders gut für tragende Bauteile. Wird anstelle von Nadelholz Buchenfurnier (BFU-BU) kreuzweise verleimt, entsteht eine sehr hochwertige und stabile Platte, die im Innenausbau und Möbelbau verwendet wird (Abb. B 6.18d). Formsperrholz Durch Pressen von mehrlagig verleimten Furnierplatten unter Dampf über einer Negativform ist es auch möglich, frei geformte Schalen herzustellen. Diese Technik wird vor allem im Innenausbau und im Möbelbau genutzt. Stab- und Stäbchensperrholz (ST und STAE) Die Mittellage von Stab- und Stäbchensperrholz besteht aus Leisten. Bei Stabsperrholz (ST), auch Tischlerplatte genannt, messen die Leisten 24–30 mm, bei Stäbchensperrholz (STAE) weniger als 8 mm. Beidseitig der Mittellage werden Furnierdecklagen aufgeklebt. Güteklasse 1 ist auch im Bereich der Leisten fehlerfrei verleimt, Güteklasse 2 kann dort Fehlstellen aufweisen.

a

b

c

d

e

Spanplatten Spanplatten finden eine breite Anwendung, z.B. als aussteifende Beplankung oder als Verkleidung von Wänden und Decken. Die dichte Oberfläche ist als Trägermaterial für Furniere und andere Beschichtungen geeignet. Nach ihren Bindemitteln unterscheidet man kunstharz- und mineralisch gebundene Spanplatten. f

Vollholzprodukte und stabförmige Holzwerkstoffe

Rohdichte

Druckfestigkeit parallel zur Faser

Zugfestig- Biegezugkeit festigkeit parallel zur Faser

[kg / m3]

[N / mm2]

[N / mm2]

[N / mm2]

Quell und DampfSchwinddiffusionsverhalten wider[% je 1% standszahl Holzfeuchteänderung] [–]

420 420 420 – 460 420 – 460 420 – 560

8,5 8,5 8,5 –11 8,5 8,5 –13

7 7 7– 9 7 8,5–13

10 10 10–13 10 11–18

0,24 0,24 0,24 0,24 0,24

40 40 40 40 40

480 – 550 600 – 700

16 20

16 18

17–20 19–21

0,01 / 0,32 1 0,01 / 0,32 1

60 / 80 50 / 100

Vollholzprodukte (Beispiel Fichte) Bauschnittholz; S10 Konstruktionsvollholz (KVH) Kreuzbalken Duo- / Triobalken Brettschichtholz (BSH)

g

stabförmige Holzwerkstoffe Furnierschichtholz (FSH-S) Furnierstreifenholz (PSL) 1

In Plattenrichtung parallel zur Faser / senkrecht zur Faser. B 6.17

h

B 6.18

73

Holz und Holzwerkstoffe

plattenförmige Holzwerkstoffe

Kurzbezeichnung

Rohdichte

zul. Druckfestigkeit in Plattenebene 1

Wärmeleitfähigkeit

[kg / m³]

zul. Biegespannung rechtwinklig zur Plattenebene 1 [N / mm²]

Brennbarkeitsklasse 2

[W / mK]

Schwinden in DampfdiffuPlattenebene sionswiderstandszahl [% je % Holzfeuchteänderung] [–]

[N / mm²]

FSH BFU ST, STAE

400–500 400–500 400–800 400–800 450–800

4,4–22 3,5–13 13–21 13 n.b.

5,5–11 7,5–11 8–19 4–8 n.b.

0,14 0,14 0,15 0,15 0,15

0,02 0,02 0,02 0,02 0,02

50 / 400 50 / 400 50 / 400 50 / 400 50 / 400

D-s2d0 D-s2d0 D-s2d0 D-s2d0 D-s2d0

P OSB LSL

550–700 600–660 670–700

2–4,5 2,5–8 16–20

1,75–3 1–4,2 8–10

0,13 0,13 0,14

0,035 0,035 0,3–0,4

50 / 100 50 / 100 50 / 100

D-s2d0 D-s2d0 D-s2d0

MDF HB MBL / MBH SB SB.H / SB.E

450–750 900–1000 400–900 230–400 200–350

3,6–8,0 6–8 2,5–5 0,8–1,3 0,8–1,3

2,8–4,5 4 1,5–2,1 – –

0,1–0,17 0,17 0,08–0,17 0,04–0,07 0,056–0,06

0,2 0,2 0,2 n.b. n.b.

8 / 70 70 8 / 70 5 / 10 5 / 10

D-s2d0 D-s2d0 E bis D-s2d0 E E

Lagenhölzer Dreischichtplatte Fünfschichtplatte Furnierschichtholz Bau-Furniersperrholz Stabsperrholz Holzspanplatten Spanplatte OSB-Platte Langspanholz Holzfaserplatten mitteldichte Faserplatte harte Faserplatte mittelharte Faserplatte poröse Faserplatte bituminierte Faserplatte 1 2

Herstellerangaben nach Informationsdienst Holz. Europäische Brennbarkeitsklasse nach DIN EN 13 501 mit Ausnahme von Bodenbelägen. Die Baustoffklasse nach DIN 4102 entspricht B2.

Der Herstellungsprozess beeinflusst die Lage der Späne im Holz und damit auch die Stabilität der Platten. Flachgepresste Platten enthalten liegende Späne, in stranggepressten sind die Späne senkrecht zur Platte angeordnet. Spanplatten (P) bestehen aus verhältnismäßig kleinen, parallel zur Plattenebene liegenden Spänen und finden heute einen sehr breiten Anwendungsbereich im Möbel- und Innenausbau (Abb. B 6.18 e). Bei den kunstharzgebundenen Spanplatten sorgen Phenolharze, Harnstoffharze oder modifizierte Melaminharze für den Zusammenhalt. Die Platten sind in Dicken von 2,8 bis 38 mm erhältlich. Aufgrund der rechtwinklig zur Plattenebene angeordneten Späne verfügen Strangpressplatten über hohe Quer- und geringe Biegezugfestigkeiten. Daher werden sie in der Regel beidseitig beplankt eingebaut (z.B. Kalanderplatten). Man unterscheidet Strangpressvollplatten (ES) und Strangpressröhrenplatten (ET), bei denen innen liegende Hohlräume das Eigengewicht der Platten reduzieren. Strangpressplatten werden häufig als Türblätter oder in Trennwänden eingesetzt. OSB-Platten Die parallel zur Plattenoberfläche ausgerichteten Späne mit Längen von etwa 75 mm geben der OSB-Platte (Oriented Strand Board) ihre charakteristische Oberfläche (Abb. B 6.18 f), die unter dünnen Beschichtungen als lebhaft strukturierte Oberfläche sichtbar bleibt. Die Kanten sind stoßempfindlich und nicht als Sichtfläche geeignet. In Abhängigkeit von der Verlaufsrichtung der Späne weisen OSB-Platten in Längsrichtung 74

eine deutlich höhere Biegezugfestigkeit als in Querrichtung auf. Der Holzwerkstoff eignet sich für mittragende und aussteifende Beplankungen sowie als lastabtragende Fußbodenplatte. Langspanholz (LSL) Pappelspanstreifen von etwa 300 mm Länge werden unter Zugabe von MDI-Polyurethanklebstoff verpresst. LSL (Laminated Strand Lumber; Abb. B 6.18 g) verfügt über hohe Festigkeiten und eignet sich daher für Anwendungen mit extremen konstruktiven Beanspruchungen. Holzfaserplatten Faserplatten können ohne Verwendung eines Bindemittels allein durch Verpressen hergestellt werden, wobei sich die feinen Holzfasern untereinander unter hohem Druck verfilzen. Je nach Verdichtung unterscheiden sich die Platten in ihrer Festigkeit. Das vollständig homogene Material weist keine Strukturmerkmale (z.B. Maserung) mehr auf. Im Gegensatz zu anderen Holzwerkstoffen lassen sich Faserplatten wie Vollholz durch Fräsen o.ä. zu dreidimensional geformten Teilen bearbeiten. Mittelharte Faserplatten (MBL / MBH) und harte Holzfaserplatten (HB) werden im Nassverfahren ohne zusätzliche Bindemittel verpresst. Ihre widerstandsfähige Oberfläche schützt die Platten vor mechanischen Beschädigungen. Poröse Faserplatten (SB) sowie Holzfaserdämmplatten (WF) eignen sich aufgrund ihrer geringen Rohdichte und ihres guten Schallabsorptionsvermögens zugleich als Wärme- und Schalldämmstoff (siehe Dämmen und Dichten, S. 138). Bei der Herstellung von mitteldichten Faserplat-

B 6.19

ten (MDF, Abb. B 6.18 h) wird den Holzfasern vor dem Verpressen ein geringer Anteil an Harnstoff oder Phenolharz beigemengt. Dank ihrer harten, abriebfesten Oberflächen dienen MDF-Platten als Träger für Beschichtungen aller Art und eignen sich somit gut für den Innenausbau. Eine gleichmäßige Einfärbung der Platten mit Pigmentzusätzen ist möglich; die Farbauswahl beschränkt sich derzeit auf Gelb, Rot, Grün, Blau und Schwarz. Unter Druck, Wärme und Feuchtigkeit lassen sich die Platten mithilfe von Schablonen verformen. Furniere

Nahezu alle Holzwerkstoffplatten eignen sich als Furnierträger. Somit stehen Werkstoffe für den Innenausbau und Möbelbau zur Verfügung, die weniger schwind- und rissanfällig sind als entsprechendes Vollholz, jedoch eine ähnliche optische Wirkung erzielen. Hochwertige Hölzer lassen sich auf diese Weise sparsam einsetzen. Da sich Gebrauchsspuren und Beschädigungen an Kanten deutlich abzeichnen, erhalten furnierte Platten in der Regel so genannte Vollholzanleimer als Kantenschutz. Je nach Anwendung unterscheidet man Sperrholzfurniere, Unterfurniere und Deckfurniere für Oberflächen. Sägefurniere Aufgrund ihrer Herstellung mit der Kreissäge oder der Furniergattersäge sind Sägefurniere mindestens 1 mm dick und wegen des hohen Verschnittanteils vergleichsweise teuer. Sie können rissfrei und unter Beibehaltung ihrer natürlichen Farbe und Maserung hergestellt werden. Messerfurniere Für besonders hochwertige Oberflächen wird

Holz und Holzwerkstoffe

das Furnier in voller Breite des Holzes längs abgeschält. Der Anstellwinkel des Messers beeinflusst das Erscheinungsbild. Meist muss das Holz für diesen Prozess gedämpft oder gekocht werden, sodass sich besonders helle Hölzer wie Ahorn und Birke verändern. Durch die Verwendung von sortierten Furnierstreifen lassen sich durch Spiegeln der Streifen optisch breitere oder symmetrische Furnierbilder erzielen. Schälfurniere Schälfurniere werden mit einem Messer am rotierenden Stamm gewonnen. Es entsteht ein endloses Furnierband. Schälfurniere sind kostengünstiger als Säge- und Messerfurniere, weisen allerdings bei den meisten Holzarten eine unnatürliche, unruhige Zeichnung auf. Sie eignen sich zur Herstellung von Furnierschichtholz oder werden als Unterfurniere verwendet. Aus Schälfurnieren von Birke, Esche und Ahorn lassen sich auch Deckfurniere gewinnen. Wird der Stamm exzentrisch eingespannt, erhält man den Messerfurnieren ähnliche Oberflächen, jedoch mit größeren Abständen der Jahresringe. Holzschutz Als nachwachsender Rohstoff ist Holz in den natürlichen Prozess der Zerlegung in seine ursprünglichen Bestandteile und deren Rückführung in den biogenen Stoffkreislauf eingebunden. Der bauliche und chemische Holzschutz hat die Aufgabe, die Dauerhaftigkeit des Materials sicherzustellen und das Holz vor der Zersetzung durch holzzerstörende Organismen (Pilze und Insekten) zu schützen. Pilze entziehen dem Holz Zellulose und Lignin und verursachen dadurch Fäulnis und Zerfall. Sie entwickeln sich, wenn bei einer Holzfeuchte von über 20 % in den Zellhohlräumen freies Wasser anfällt. Insekten können das Holz befallen und das weichere, eiweißreiche Splintholz durchfressen. Der vorbeugende bauliche Holzschutz dient vor allem dazu, die Bedingungen zu minimieren, unter denen sich schädliche Organismen ansiedeln. Daher zielt der Schutz gegen Pilze vornehmlich darauf ab, die Holzfeuchte durch konstruktive Maßnahmen zu begrenzen. Dazu gehören etwa die Ausbildung von Dachüberständen und der Schutz der Sockelzone vor Spritzwasser. Darüber hinaus kann durch die Wahl einer dauerhaften Holzart auf den vorbeugenden chemischen Holzschutz verzichtet werden (Abb. B 6.11). Vor dem Einsatz von chemischen Holzschutzmitteln sollten alle baulichen Möglichkeiten ausgeschöpft werden. Der chemische Holzschutz basiert auf dem Einsatz von bioziden Wirkstoffen. Die Holzschutzmittel müssen möglichst tief in das Holz eindringen. Man unterscheidet wasserlösliche und lösemittelhaltige Holzschutzmittel (siehe Oberflächen und Beschichtungen, S. 198). In den

letzten Jahren wurden neben hygienisch und ökologisch bedenklichen Holzschutzmitteln vermehrt umweltverträgliche Präparate verwendet. Dazu gehört beispielsweise Borsalz, das mittels Kesseldrucktränkung tief in den Holzquerschnitt eindringen kann.

Sonnenenergie

Kohlendioxid + Wasser 6CO2 + 6H2O

Sauerstoff + Biomasse 6O2 + C6H12O6

a 56,5 MJ Sonnenenergie

Holz und Nachhaltigkeit Wälder bedecken weltweit ca. 30 % der Landfläche. Während die Waldflächen in den Entwicklungsländern in den vergangenen Jahren rückläufig waren (– 9 %), haben die Forstbestände in den Industrienationen zugenommen (+ 3 %). Aufgrund des Mehrzuwachses erscheint eine stärkere Holznutzung in Europa sinnvoll. Von den global verfügbaren Holzvorräten (jährlich ca. 3,3 Milliarden m3) wird etwa die Hälfte als Brennstoff genutzt, die andere Hälfte für die Papierproduktion und als Baustoff. Der Wald ist somit einer der größten und zugleich preiswertesten Rohstoffproduzenten. Von der Forstwirtschaft zum Brundtland-Report

1,44 kg CO2 0,56 kg H2O

1 kg Holz 1 kg O2

18,5 MJ Heizwert b

B 6.20

B 6.19

physikalische Kennwerte von plattenförmigen Holzwerkstoffen B 6.20 vereinfachte Darstellung a Photosynthese von Holz b Verbrennung von Holz B 6.21–22 Konstruktion aus Brettlagenholz, Wohnobjekt »Parasite«, Rotterdam (NL) 2001, Korteknie & Stuhlmacher

Bis zum 18. Jh. suchten die Zimmerleute noch selbst im Wald nach geeigneten Bäumen, um diese zu fällen und weiterzubearbeiten. Erst der eintretende Holzmangel überführte den Raubbau in eine geplante Forstwirtschaft. Seit 1713 erfolgt die Nutzung von Holz nach dem Nachhaltigkeitsprinzip des deutschen Forstmanns Hans Carl von Carlowitz. Nachhaltig bedeutete damals, dass dem Wald nicht mehr Holz entnommen werden darf als nachwächst. Dieses zunächst nur auf die Forstwirtschaft bezogene Konzept wurde 1987 von der Weltkommission für Umwelt und Entwicklung (Brundtland-Report) zur Grundlage für eine integrative globale Politikstrategie erklärt. Holz als Kohlenstoffspeicher

B 6.21

Biomasse (Holz) bildet sich unter Mitwirkung von Chlorophyll (Blattgrün) und Sonnenenergie aus dem Kohlendioxid (CO2) der Luft, aus Wasser (H2O) sowie Spurenelementen des Bodens. Dabei wird Sauerstoff (O2) freigesetzt. Bei der Verbrennung wie auch beim natürlichen Abbau durch Pilze und Bakterien wird die Biomasse unter Energiefreisetzung wieder in CO2 und H2O zerlegt (Abb. B 6.20). Holz besteht zu etwa 50 % aus Kohlenstoff (C), der aus dem CO2 der Luft stammt. In den Wäldern und den aus Holz hergestellten Produkten ist für die Zeit zwischen Photosynthese und der Oxidation des Holzes (Abbau durch Pilze und Bakterien oder Verbrennung) Kohlenstoff gespeichert. Holz trägt somit wesentlich zur CO2-Senkung bei. In den europäischen Wäldern ist ungefähr die 20-fache Menge an Kohlenstoff gebunden, die jährlich durch Emissionen freigesetzt wird. Die Verwendung von Holz oder Holzwerkstoffen im Bauen verlängert diese Speicherwirkung. Durch die Minderproduktion von Stahl oder Beton wird der CO2Ausstoß zusätzlich reduziert. B 6.22

75

Metall

B 7.1

Die Entdeckung und Verwendung von Metallen prägte die kulturgeschichtliche Entwicklung der Menschheit in vorchristlicher Zeit. Entsprechend sind heute die Epochen nach den Metallen benannt. Bis zur Jungsteinzeit, etwa bis 6000 v. Chr., wurden Metalle, die in reiner (gediegener) Form in der Natur vorkommen, in geringem Maße verwendet, z.B. für Schmuck. Etwa 4300 v. Chr. beginnt in Mitteleuropa die Kupferzeit, in der sich die Techniken zur Gewinnung von Metallen aus Erzen, der Metallguss und die Bearbeitung zu Werkzeugen verbreiten. Die Entdeckung der widerstandsfähigeren Bronze – einer Legierung aus Kupfer und Zinn – um 3500 v. Chr. in Ägypten kennzeichnet die nächste kulturelle Epoche. Bronze fand breite Anwendung für Haushaltsgegenstände, Waffen, Werkzeuge, Schmuck und vieles mehr. Der weiterentwickelte Metallguss ermöglichte sogar erstmals eine Serienfertigung. Infolge der technischen Entwicklung entstanden neue spezifische Berufe, die Handelsbeziehungen wurden ausgedehnt. Es bildeten sich neue soziale Strukturen in der Gesellschaft bis hin zu den ersten Stadtstaaten. Ab 1200 v. Chr. verdrängte das leichter verfügbare Eisen zunehmend die Bronze. Eisen war jedoch zunächst schwer zu verarbeiten. In einem so genannten Rennofen, in dem das Eisen nach unten rinnt, erhielt man aus der Schmelze von Eisenerz und Holzkohle einen Klumpen aus Eisen und Schlacke. Aufwändiges Schmieden trennte die Schlacke vom Eisen und brachte den Klumpen in die gewünschte Form.

B 7.1 B 7.2 B 7.3 B 7.4 B 7.5

76

International Terminal Waterloo, London (GB) 1993, Nicholas Grimshaw & Partners Übersicht Metalle und ihre Legierungen vergoldetes Dach, Secession, Wien (A) 1897, Joseph Maria Olbrich Eisenkonstruktion, Gare du Nord, Paris (F) 1863 großtechnischer Einsatz von Gussstahl in der Industrialisierung: Gusseisenräder, Stahlwerk Völklingen (D) 19. Jh.

Erst im 14. Jh. verbreitete sich die Technik, mit Blasebälgen in oberirdischen Hochöfen hohe Temperaturen von etwa 1500 C zu erzeugen, um flüssiges Eisen in größeren Mengen zu gewinnen. In den 1556 erschienenen zwölf Büchern »De re metallica libri XII« beschreibt Georgius Agricola den Stand der Technik, die bis zum Beginn der Industrialisierung im 19. Jh. keine wesentliche weitere Entwicklung erfuhr. Der hohe Holzverbrauch führte bereits im 14. Jh. zur Waldvernichtung. Für 1 kg Eisen benötigte man als Energielieferant etwa 125 kg Holz. Im Jahre 1709 gelang es Abraham Darby

einen Hochofen mit Koks zu befeuern. Ende des 18. Jh. ersetzte Koks zunehmend die Holzkohle, infolgedessen verlagerte sich die Metallgewinnung in die Abbaugebiete der Kohle. In Coalbrookdale (GB), einem Zentrum des Kohlebergbaus, wurde 1779 die erste Brücke aus Gusseisen erstellt. Der wachsende Bedarf an Walzeisen für den Eisenbahnbau und die ersten Anwendungen im Bauwesen beschleunigten die technische Entwicklung. Metall in der Architektur

Steinklammern aus Eisen und Bronze an griechischen und römischen Bauten zeigen erste Verwendungen von Metallen an Gebäuden. Im 19. Jh. begann man, Gusseisen für tragende Teile im Gebäude einzusetzen. Die Bauweise orientierte sich zunächst an den bis dahin bekannten Konstruktionstechniken für Holz und Stein. In filigranen Bauteilen zeigen sich die freie Formbarkeit und die höhere Belastbarkeit des Materials. Ein renommiertes Beispiel stellt der Lesesaal der Bibliothek St. Geneviève in Paris (1850) von Henri Labrouste dar. Die sichtbare Verwendung von Eisen akzeptierte man zunächst fast nur bei Brücken, Industriebauten und Bahnhofshallen (Abb. B 7.4). Wegen seiner Leistungsfähigkeit und der schnellen Montage kam Gusseisen bei Bauten für die Weltausstellungen in London (1851) und Paris (1889) zum Einsatz. Joseph Paxton stellte mit vorgefertigten Teilen aus Gusseisen 1851 in London den »Crystal Palace« fertig, dessen Dimensionen von 564 ≈ 124 ≈ 33 m auch heute noch Bewunderung auslösen würden. In Paris dagegen protestierten namhafte Architekten und Künstler gegen Gustave Eiffels 300 m hohen Turm für die Weltausstellung 1889. Um die Jahrhundertwende kam die freie Formbarkeit der Metalle den Gestaltungsideen des Jugendstils entgegen (Abb. B 7.3). Entwicklung des Stahlbaus Ende des 19. Jh. konnte mit dem 1856 entdeckten Bessemer-Verfahren flüssiger Stahl in großen Mengen direkt aus Roheisen gewonnen werden. Die Stahlherstellung ist seither kostengünstig und ermöglicht den Bau großer industrietechnischer Anlagen (Abb. B 7.5). Eine der ersten Stahlbrücken

Metall

Eisenmetalle

Metalle

Nichteisenmetalle

Eisen

Legierungen

Gusseisen

Legierungsbestandteile

Kohlenstoffanteil ≥2%

Stahl Kohlenstoffanteil 4500 kg / m3) und Leichtmetalle (< 4500 kg / m3). Die Differenzierung in Eisenund Nichteisenmetalle (Abb. B 7.2) zeigt die große Bedeutung des Eisens und seiner Legierungen im Vergleich zu den übrigen Metallen. Entsprechend ihrer Zusammensetzung gibt es reine Metalle aus den Atomen eines chemischen Elements und Mischungen mehrerer Elemente (so genannte Legierungen), d.h. Gemische eines Metalls mit anderen Stoffen (metallisch oder nichtmetallisch wie z.B. Silizium oder Phosphor). Schon geringe Anteile anderer Stoffe verändern die Materialeigenschaften der Legierungen von Metallen. Diese können so diversen Anforderungen angepasst werden.

B 7.4

Stoffkreislauf

Metalle können ohne Qualitätsverlust für das Erzeugnis vollständig in die Produktion zurückgeführt werden. Es entsteht im Vergleich zur B 7.5

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Metall

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Schweißen

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spanabhebende Verfahren

Ziehen

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Schmieden

Schmieden

Gusseisen

• geeignet bedingt geeignet – nicht geeignet

Verbindungstechniken

Pressen

Pressen

Kaltverformung

Walzen

B 7.8 B 7.9

Formbarkeit und Verbindung von Metallen Halbzeuge aus Metall Bleche: a Profiltrapezblech b gelochtes Blech c geprägtes Blech d Streckmetall Seile und Stäbe: e Seilnetz f Gestrick g Gewebe aus Bändern h Gewebe aus Seilen und Stäben Profile: i Edelstahl-Walzprofile j Aluminium-Strangpressprofile (Fensterrahmen) Gussteile: k Stahlgussverbindung l Waschtischarmatur verfügbare Halbzeuge verschiedener Metalle Stahlkonstruktion, Times Tower, New York (USA) 1905, Daniel Burham

Warmverformung Gießen

B 7.6 B 7.7

Formbarkeit und Verbindung von Metallen

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– B 7.6

Herstellung sogar ein Vorteil durch den erheblich geringeren Energieaufwand für das Einschmelzen. Die Verwertungsquote von gesammelten Metallen liegt allgemein bei 90 %, bei Stahl werden nahezu 100 % erreicht. Brandverhalten, Brandschutz

Metalle sind nicht brennbar, verlieren jedoch bei hohen Temperaturen ihre Festigkeit. EModul und Streckgrenze sinken, das Metall verformt sich. Bei Stahl liegt die Grenztemperatur je nach Profilquerschnitt bei ca. 500–600 °C. Um Menschen vor dem Versagen des Bauteils im Brandfall zu schützen sind für Tragkonstruktionen aus Stahl Schutzmaßnahmen vorgeschrieben wie z.B Löscheinrichtungen oder Ummantelung, Füllung und Beschichtung aus nicht brennbaren Baustoffen.

z.B. Wasser, dabei ist (Kontaktkorrosion). In diesem Fall zersetzt sich das unedlere Metall. Deshalb muss bei der Anwendung von Nichteisenmetallen das Potenzial der Spannungsreihe berücksichtigt werden. Diese reicht von den unedlen Metallen Magnesium und Aluminium bis zu den Edelmetallen Silber und Gold. Vereinfacht gilt die Reihenfolge Mg-Al-Zn-Cr-FeNi-Sn-Pb-Cu-Ag-Au. Um eine Korrosion zu verhindern, sollten beispielsweise Rohrleitungen aus Kupfer in Fließrichtung hinter Eisen- oder Zinkrohren eingesetzt werden und nicht umgekehrt. Da sich mit der Bearbeitung – vor allem bei Stahl – die Eigenschaften ändern, kann auch innerhalb eines Stahlbauteiles eine elektrochemische Reaktion stattfinden, z.B. an Biegestellen, Schweißnähten oder durch Legierungsbestandteile.

Korrosion

unedleren Metalls, das elektrisch leitend am Bauteil befestigt ist, kann Korrosion aktiv vermieden werden. Passiven Korrosionsschutz bieten viele Arten von metallischen und nichtmetallischen Beschichtungen wie Anstriche, Pulverbeschichtungen, Kunststoffüberzüge, Emaillierung, Galvanisierung und Verzinkung. Die Beschichtungen dürfen beim Einbau (z.B. durch Schraubverbindungen) nicht beschädigt werden. Korrosionsschutz verlängert die Lebensdauer von Bauteilen im Außenbereich oder bei hoher Feuchtigkeit im Innenraum. Natürliche Schutzschichten Kupfer, Aluminium, Blei und Zink sowie manche Legierungen von Stahl (Edelstahl, Wetterfester Baustahl) bilden an ihren Oberflächen Schutzschichten, die das Fortschreiten der Korrosion verhindern.

Als Korrosion wird die chemische oder elektrochemische Reaktion eines Stoffs bezeichnet. Metalle oxidieren bei hoher Luftfeuchtigkeit und durch Kontakt mit feuchten Stoffen. Zur elektrochemischen bzw. galvanischen Korrosion kommt es, wenn sich Kontaktstellen verschiedener Metalle berühren und ein Elektrolyt,

Korrosionsschutz Um Bauteile vor Korrosion zu schützen, unterscheidet man zwei grundsätzliche Vorgehensweisen: den aktiven und den passiven Schutz. Aktive Schutzmaßnahmen sind Konstruktionen, die der Korrosion möglichst geringe Angriffsflächen bieten. Durch gezieltes »Opfern« eines

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Formgebung / Verarbeitung von Metall

Es wird zwischen Kalt- und Warmverformung sowie mechanischer Bearbeitung unterschieden. Bei Kaltverformung wird die Geometrie des atomaren Metallgitters mechanisch verändert. Bei der Warmverformung sind nicht

B 7.7

78

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Wetterfester Baustahl

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korrosionsbeständiger Stahl

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verzinkter Stahl

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Zink

Sonstige Halbzeuge

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Gusseisen Stahl

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Gussteile

Strangpressprofile

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Stäbe

Seile, Stifte, Drähte

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verfügbare Halbzeuge verschiedener Metalle

Bleche, Bänder

Metall

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die absoluten Temperaturen (bei Stahl 900– 1300 °C, bei Blei 20 °C) entscheidend, sondern die mögliche Neuordnung des Kristallgitters, ein Vorgang der auch beim Vergüten von Stahl eintritt. Deshalb gehören Walzen, Pressen und Schmieden je nach Material sowohl zur Warmverformung als auch zur Kaltverformung (Abb. B 7.6). Schmieden Geschmiedet wird handwerklich oder mit Maschinen mittels Hammer und Amboss oder mit Pressformen (Gesenke). Schmieden kann sowohl ein Kalt- als auch ein Warmverformungsprozess sein. Es ermöglicht diverse Formen. Gießen Gießen erlaubt eine beliebige Formgebung des Bauteils. Stahlguss kann jedoch nur spanabhebend weiterbearbeitet werden. Zinn und Bronze eignen sich für feinteilige präzise Gussteile. Walzen Werkstücke (z.B. Walzprofile für den Stahlbau) werden in mehreren Arbeitsschritten in einem Walzwerk über ein System von Rollen und Walzen durch den hohen Anpressdruck der Rollen geformt. Pressen Beim Pressen bzw. Drücken wird das Metall durch eine Öffnung mit der gewünschten Querschnittsform gepresst. Das Verfahren eignet sich besonders für Nichteisenmetalle, so können z.B. komplizierte Aluminiumquerschnitte für Fensterrahmen hergestellt werden. Der Prozess kann sowohl kalt- als auch warmverformend sein. Ziehen Drähte, Stangen und Bewehrungsstähle werden durch Ziehen hergestellt. Es handelt sich in der Regel um Kaltverformungen.

Verdrillen Profile, Stangen und Drähte für Seile werden in sich verdreht. Bei Rippentorstahl verbessert sich durch das Vergrößern der Oberfläche die Verbindung von Stahl und Beton. Mechanische Bearbeitung Die mechanische Bearbeitung von Metallen deckt einen breiten Produktbereich im Bauwesen ab. Fräsen, Bohren, Feilen, Sägen und Drehen sind so genannte spanabhebende Bearbeitungsmöglichkeiten. Es können z.B. Gewinde in Vollmaterial geschnitten werden, Bohrungen gefräst oder auch Gelenke für Türen und Fenster gedreht werden. Biegen und Prägen zählen zu den Kaltverformungen (z.B. für Bleche). Durch Falzen von dünnen Blechen entstehen regensichere Verbindungen für Dachflächen (siehe Gebäudehülle, S. 124). Verbindungstechniken

Für Metalle existieren vielfältige Fügetechniken. Man unterscheidet lösbare Verbindungen wie Schrauben, Nägel, Nieten und Stifte von unlösbaren wie Schweißen, Löten (Weich- und Hartlöten) und Kleben. Beim Schweißen verschmelzen die Werkstücke an ihrer Berührungsstelle und verbinden sich stoffschlüssig. Beim Löten verbindet ein geschmolzenes Metall oder eine Legierung mit niedrigerem Schmelzpunkt andere Metallwerkstücke. Produkte, Halbzeuge

Aufgrund der Vielzahl der für das Bauwesen relevanten Produkte aus Metall können hier nur Gruppen benannt werden: Gussteile, gezogene Drähte, Stäbe, Betonstabstahl und Betonstahlmatten, Rohre, Profilstahl, geschweißte Profile, Kaltprofile, Strangpressprofile, Ringe, Reifen, Scheiben, Schrauben, Drehteile und viele Arten von Blechen (Abb. B 7.7 und B 7.8).

B 7.9

Eisenmetalle Eisen und seine Legierungen, insbesondere Stahl sind technisch vielseitig verwendbar und werden deshalb in so großen Mengen benötigt, dass die Produktionsanlagen heute ganze Städte Europas prägen. Eisen

Eisen ist das weltweit meistgebrauchte Metall. Eisenvorkommen stehen nach Sauerstoff, Silizium und Aluminium mit etwa 5 % an vierter Stelle der in der Natur verfügbaren chemischen Elemente. Roheisen enthält ca. 4 % Kohlenstoff und ist spröde. Chemisch reines Eisen findet selten Verwendung, weil es geringe Festigkeit aufweist und schnell oxidiert. Da sich die Eigenschaften von Eisen durch Reduktion des Kohlenstoffanteils verbessern, wird es überwiegend zu Stahl und anderen Eisenlegierungen weiterverarbeitet. Herstellung und Recycling Im Hochofenprozess wird Eisenerz mit Kalk gemischt und bei Temperaturen von 1500 °C zu Eisen reduziert. Dabei entstehen aus den nichtmetallischen Beimengungen der Erze Schlacke und Gase. Der Kohlenstoff im Eisen löst sich teilweise auf, wodurch der Schmelzpunkt gesenkt wird. Es entsteht kohlenstoffhaltiges Roheisen, das schwerer ist als die Schlacke. Infolgedessen sinkt es ab und kann kontinuierlich aus dem Prozess entnommen werden. Der Zuschlag von Schrott zu diesem Verfahren bietet gleich zwei Vorteile: Die Qualität des Roheisens verbessert sich und der Primärenergieaufwand des Recyclings liegt im Vergleich zur Neuproduktion bei etwa 20 – 40 %. Gusswerkstoffe Die Bezeichnung Gusswerkstoff fasst Gusseisen und Gussstahl zusammen (Abb. B 7.10). Die Verbindungen von Eisen mit einem Anteil von mehr als 2 % Kohlenstoff bezeichnet man als Gusseisen, von weniger als 2 % als Stahlguss. 79

Metall

Eisenmetalle

Kurzbezeichnung

Rohdichte

Wärmeleitfähigkeit [W / mK]

Wärmeaus- elektrische Zugfestigkeit dehnungs- Leitfähigkeit koeffizient [mm / mK] [m / Ωmm2] [N / mm2]

E-Modul

Bruchdehnung

Streck- und 0,2- Dehngrenze [N / mm2]

[kg / m3] [N / mm2] [%] Gusseisen Gusseisen mit Lamellengraphit GJL 7100–7300 40–50 0,012 5–7 100–450 (600–1080)1 78 000–143 000 0,8–0,3 98 / 285 2 Gusseisen mit Kugelgraphit GJS 7100–7200 36,2–31,1 0,013 5–7 400–900 (700–1150)1 169 000–176 000 18–2 240–600 Stahl Stahlguss 7850 40–50 0,012 5–7 380–1100 210 000 7–25 200–830 Baustahl Fe 360 BFN (RSt 37-2) S235JR 1.0038 7850 56,9 0,012 5 340–470 212 000 25 235 WT St 37-3 S235J2W 1.8965 Fe 510 C (St 52-3 U) S355JO 1.0553 7850 48 0,012 5 450–680 212 000 17–20 275–355 WT St 52-3 S355J2W 1.8965 Edelstahl V2A (X 5 CrNi 18-10) 1.4301 7920 14,5 0,016 1,5 500–700 200 000 45 190 V4A (X 6 CrNiMoTi 17-12-2) 1.4571 7960 15 0,017 1,4 500–730 200 000 45–50 210–255 1 Im Gegensatz zu Stahl entsprechen sich Druckfestigkeit und Zugfestigkeit bei Gusseisen nicht. Es sind daher zusätzlich die Druckfestigkeiten in Klammern angegeben. 2 Aufgrund der geringen Bruchdehnung sind die Werte für eine 0,1- Dehngrenze angegeben. B 7.10

Die Eigenschaften und die Benennung des Gusseisens hängen von der Form des Kohlenstoffs im erstarrten Gusswerkstoff ab. Man unterscheidet Gusseisen mit Lamellengraphit (GJL), mit Kugelgraphit (GJS) und Temperguss (GJM). Temperguss wird in oxidierender Umgebung hell (weißer Guss). In Sandformen bleibt Kohlenstoff im Werkstoff und färbt ihn dunkel (graues Gusseisen oder Grauguss (L)). Es gibt auch Legierungen von Gusseisen. Gusseisenwerkstoffe sind spröde, nicht durch Schmieden formbar, nur bestimmte Sorten können spanabhebend bearbeitet werden. Der Schmelzpunkt von Gusseisen liegt niedriger als bei Stahl. Gusseisen mit Kugelgraphit lässt sich bedingt schweißen und ist korrosionsbeständiger. Einen gegossenen Stahl, der keine nachträgliche Umformung mehr erfährt, bezeichnet man als Stahlguss (GS). Stahlgusslegierungen lassen sich mit Baustahl gut verschweißen und werden deshalb bei geometrisch komplizierten Verbindungen verwendet (Abb. B 7.7).

ge und Schlüssel bestehen aus weißem Gusseisen; für die Verbindung von Zugstäben, Abspannungen, Aussteifungen etc. wird Gusseisen aus Kugelgraphit eingesetzt. Sofern keine Prüfzeugnisse vorliegen, müssen die Eigenschaften von tragenden Gussteilen mit aufwändigen Bauteilversuchen nachgewiesen werden. Deshalb finden jüngere Entwicklungen leistungsfähiger Gusswerkstoffe aus spezifischen Legierungen nur allmählich Anwendung im Bauwesen.

Herstellung und Recycling Es gibt drei Verfahren, um den Kohlenstoff im Roheisen zu reduzieren und Stahl zu erhalten. Beim so genannten Windfrischen wird das Roheisen vollständig entkohlt, entweder durch Einpressen von Luft (Thomas-Verfahren) oder durch Aufblasen von reinem Sauerstoff (LinzDonauwitzer-, kurz LD-Verfahren). Zu den Herdfrischverfahren zählen das Siemens-Martin- und das Elektrostahl-Verfahren. Das Siemens-Martin-Verfahren entwickelten Wilhelm und Friedrich Siemens im Jahr 1856, um Stahl Schrott wieder in Stahl umzuwandeln. Mit einem Stahl ist ein Eisenwerkstoff mit einem KohlenSystem zur Vorwärmung von Gas und Luft entstoffgehalt von weniger als 2 %. Stahl mit gerin- stehen in einem wannenartigen Ofen die zum gem Kohlenstoffgehalt hat einen höheren Erzeugen von flüssigem Stahl notwendigen Schmelzpunkt, ist aber besser schmiedbar und Temperaturen von ca. 1800 °C. Pierre und weniger spröde. Elastizitätsmodul und Schweiß- Emile Martin gelang es 1864, dieses Verfahren barkeit tragen als die entscheidenden Faktoren erfolgreich anzuwenden; es sollte für etwa 100 zur Anwendungsvielfalt des Stahls bei. So entJahre die wichtigste Technik der Stahlherstelhält Baustahl z.B. etwa 0,2 % Kohlenstoff. Antei- lung bleiben. le von anderen chemischen Elementen beeinFür das Elektrostahl-Verfahren wird ein LichtboAnwendung flussen die Stahleigenschaften – z.B. das Korro- gen zwischen zwei Elektroden gezündet; die Gusseisen eignet sich im Bauwesen z.B. für sionsverhalten – erheblich, auch wenn sie noch extrem hohen Temperaturen schmelzen auch Abflussrohre, Heizkörper und Badewannen. so gering sind. Zu den derzeit über 2000 in Nor- hochwertige Legierungsmetalle. Kanaldeckel und Hydranten werden ebenfalls Heute üblich sind das LD- und das Elektrostahlmen erfassten Werkstoffvarianten des Stahls aus Temperguss (Grauguss) gegossen. Beschlä- kommen ständig weitere hinzu. Verfahren. Wärmebehandlungen Stahl wird durch gezieltes Erwärmen und Abkühlen oder Hämmern (Schmieden) in seinen physikalischen Eigenschaften verändert, da – je nach Kohlenstoffgehalt – bei 700 –1500 °C verschiedene Kristallstrukturen entstehen. Man unterscheidet Glühen, Härten und Vergüten. Stahllegierungen

Stahllegierungen mit anderen Bestandteilen sind von Stahl deutlich zu unterscheiden, da sie erheblich veränderte Eigenschaften aufweisen. Die Entwicklung leistungsfähiger Stahllegierungen ist nicht abgeschlossen, hochfeste Legierungen dieser Art werden beispielsweise im Automobil- und Maschinenbau angewendet. Edelstahl Korrosionsbeständige Stähle fasst man unter dem Begriff Edelstahl zusammen. Die Legierungen enthalten mindestens 10 % Chrom, aber auch andere Metalle wie Nickel, Molybdän, B 7.11

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B 7.12

Metall

B 7.10 physikalische Kennwerte bauüblicher Eisenmetalle B 7.11 Edelstahlfassade, Lloyds Hauptverwaltung, London (GB) 1986, Richard Rogers Partnership B 7.12 wetterfester Stahl, Museum Kalkriese, Bramsche (D) 2002, Gigon + Guyer B 7.13 verschieden eloxierte Aluminiumflächen, Stadthaus Scharnhausen (D) 2002, Jürgen Meyer H. B 7.13

Titan, Vanadium und Wolfram. Der Kohlenstoffanteil liegt unter 1,2 %. Im Unterschied zu Stahl bilden Edelstähle unter Normalbedingungen eine schützende, so genannte Passivschicht. Bei Beschädigungen erneuert sich diese Schicht. Meerwasser oder hohe Luftfeuchtigkeit in Kombination mit Salzen (z.B. in Thermalbädern) können manche Edelstahlsorten dennoch angreifen. Bei der Herstellung von Edelstahl ist der Energieeinsatz aufgrund der Legierungszusätze höher als bei Stahl. Da Edelstähle oft keine Oberflächenbeschichtung benötigen, ist ihre Wiederverwertbarkeit gut möglich. Im Elektrolichtbogen-Verfahren können diese hochwertigen Stähle eingeschmolzen werden. Zur Gestaltung der Oberflächen bieten sich verschiedene mechanische Bearbeitungen an. Edelstahl kann z.B. gebürstet, geschliffen, geätzt oder sandgestrahlt werden. Für die Verwendung als tragende Bauteile sind bauaufsichtliche Zulassungen erforderlich. Edelstahl wird eingesetzt für Fassaden, Dachflächen, Rohre (Schornsteine), Geländer, Handläufe, Kücheneinrichtungen, Beschläge, Verbindungsmittel und vieles mehr. Wetterfester Baustahl Legierungen von Stahl mit Anteilen aus Kupfer, Chrom, Nickel und Phosphor bilden bei Bewitterung allmählich eine feste Schicht aus Rost (Abb B 7.12). Für tragende Bauteile sind wegen dieses Prozesses Mindestdicken zu berücksichtigen. In Meeresnähe oder unter anderen ungünstigen klimatischen Bedingungen leistet die Schicht keinen dauerhaften Schutz. Nichteisenmetalle Silber, Gold, Magnesium und Titan sind im Vergleich zu Aluminium, Blei, Zink, Kupfer und ihren Legierungen von geringer Bedeutung für das Bauwesen. Sie werden daher an dieser Stelle nicht näher betrachtet. Aluminium

Obwohl Aluminium das dritthäufigste chemische Element und das häufigste Metall in der

Erdkruste ist, wurde es erst im 19. Jh. entdeckt. Die Gewinnung war so aufwändig, dass es zunächst als edelstes Metall gehandelt wurde. Herstellung und Recycling Als Rohstoff von Aluminium dient Bauxit, das über Tage abgebaut wird. In einem ähnlichen Vorgang wie bei Eisen wird daraus zunächst das Aluminiumoxid (Tonerde) gewonnen. Mit Natronlauge lässt sich Aluminiumhydroxid von den anderen Erzbestandteilen trennen und anschließend bei 1200 °C zu Aluminiumoxid verarbeiten. Dessen hohe Schmelztemperatur von ca. 2000 °C wird durch die Zugabe von Kryolith (Na3 Al F6) gesenkt. Aus dem Gemisch kann bei ca. 1000 °C und einer Stromstärke von 30 000 bis 100 000 Ampere Aluminium gewonnen werden. Für den Prozess wird ein hoher Energieeinsatz benötigt, zudem ergibt sich durch die Nebenprodukte der Elektrolyse eine erhöhte Umweltbelastung. Deshalb wird Aluminium bereits in großem Umfang recycelt, in Abhängigkeit von der Strombereitstellung werden dabei 75–90 % der Primärenergie eingespart. Dennoch besteht der Preis für Aluminium zu ca. 40 % aus Energiekosten. Eigenschaften und Verarbeitung Aluminium wird überall dort eingesetzt, wo sein geringes Gewicht – etwa 33 % von Eisen und Stahl – von Nutzen ist. Aluminiumwerkstoffe können gefräst, gesägt und gebohrt werden. Es ist leicht, beliebig formbar, gut zu bearbeiten und polierbar. Verformungen sind durch Walzen, Strecken, Pressen, Ziehen, Schmieden und Stauchen möglich. Strangpressprofile lassen sich im Vergleich zu Stahl aus dem duktileren Aluminium mit wesentlich geringerem Energieaufwand herstellen. Aluminium kann nur unter Ausschluss von Sauerstoff verschweißt werden, da die Bildung der Oxidschicht auch während des Schweißvorgangs verhindert werden muss. Als Aluminium bezeichnet man auch die im Bauwesen in der Regel verwendeten Aluminiumlegierungen. Diese enthalten in der Summe je nach Werkstoff Silizium, Magnesium, Kupfer, Mangan usw. von etwa 2 bis 2,5 %. Die Werkstoffbezeichnungen sind für jedes

Metall im europäischen Werkstoffnummernsystem erfasst. Für die Aluminiumlegierung EN AW 3101 steht z.B. die chemische Bezeichnung AlMn1. Dieser Werkstoff enthält neben Aluminium als Hauptbestandteil Mangan (0,9 –1,5 %) und rund 2 % andere Legierungsbestandteile (Fe, Si, Mg, Zn, Cr, Zr und Ti). Aluminium korrodiert an der Luft sofort, bildet jedoch eine fest haftende Schutzschicht und ist deshalb sehr dauerhaft. Auf Baustellen muss Aluminium durch Folien o.Ä. vor dem Einfluss von Beton-, Kalk- oder Zementmörteln geschützt werden, da basische Stoffe die Oberflächen angreifen. Die Oxidschicht des Aluminiums kann durch Eloxieren künstlich um ein Vielfaches verstärkt werden. Beim Eintauchen in ein Elektrolysebad entstehen je nach Dauer der Behandlung Farbtöne zwischen hellgrau, graubraun, bronze und dunkelbraun (Abb. B 7.13). Bei Konstruktionen und Fassadenbekleidungen aus Aluminium ist der im Vergleich zu Stahl etwa doppelt so hohe Längenausdehnungskoeffizient in Fugen und Anschlüssen zu berücksichtigen. Anwendungen Die wichtigsten Anwendungen von Aluminium im Bauwesen stellen Strangpressprofile für Unterkonstruktionen, Fenster und Pfostenriegelfassaden dar. Bei entsprechenden Stückzahlen lassen sich die Formen der Strangpressprofile ohne größeren Mehraufwand beinahe beliebig gestalten. Zu weiteren Anwendungen gehören ebene und geformte Bleche für Fassaden und Dächer, gestanzte Bleche (Akustikdecken), Leuchtengehäuse, Beschläge aus Aluminiumgussteilen für den Innenausbau und vieles mehr. Darüber hinaus werden Aluminiumfolien zur Bauwerksabdichtung eingesetzt. Aluminiumschäume Metallschäume aus Aluminium weisen eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit und relativ gute Schalldämmeigenschaften auf. Sie sind druckfest bei geringem Gewicht und leicht zu bearbeiten. In der Automobilindustrie werden sie bereits angewendet. Grundsätzlich ist die Herstellung solcher Werkstoffe auch aus anderen Metallen möglich. 81

Metall

Blei

Nach Aluminium gehört Blei zu den häufigsten Metallen in der Erdkruste. Es ist ein Nichteisenmetall, das aufgrund seiner hohen Dichte zu den Schwermetallen zählt.

für Rostschutzbeschichtungen (Mennige). Aufgrund seiner toxischen Wirkung sollte seine Anwendung vermieden werden, da es sich in der Nahrungskette anreichert. Zink und Titanzink

Eigenschaften Blei weist eine geringe Zugfestigkeit und große temperaturabhängige Längenänderungen auf. Es kann Schallwellen, Röntgenstrahlen und radioaktive Strahlen absorbieren. Von starken Säuren, frischem Mörtel und Beton wird Blei angegriffen, es ist jedoch äußerst korrosionsbeständig. An der Luft bildet es eine festsitzende Oxidschicht, die anschließend mit CO2 karbonisiert. Diese Schicht ist hellgrau und wasserunlöslich. Da Blei sehr weich ist, lässt es sich gut walzen und durch Hämmern und Gießen formen sowie löten, schweißen und mechanisch leicht bearbeiten. Seine Farbe ist mattgrau. Herstellung und Recycling Ein Bleisulfidkonzentrat gewinnt man nach mehreren Durchgängen in so genannten Flotationszellen. Dabei wird das gemahlene Erz unter Wasser aufgeschäumt und mit Luft durchgast, um die Metallverbindungen von anderen Bestandteilen zu trennen. Die anschließende Verhüttung des getrockneten Konzentrates erlaubt die Beimengung eines hohen Anteils von sekundären Rohstoffen aus Bleischrott. Der Prozess benötigt viel Energie, und es entsteht dabei toxischer Bleistaub, der deponiert werden muss. Die Recyclingquote liegt über 50 %, dabei können etwa 40 % der Herstellungsenergie eingespart werden. Anwendungen Bleche aus Blei eignen sich für Dachdeckungen und Fassaden (Abb. B 7.14). Wegen seiner Korrosionsbeständigkeit kommt es auch als Schutzmantel (z.B. für Elektroleitungen) zum Einsatz. Blei eignet sich zur Abschirmung von Strahlung für Räume der Nuklearmedizin und als Rohstoff

B 7.14

82

Schon die Römer nutzen Zink in Form von Messing, ohne das Zink selbst zu kennen. Marco Polo beschreibt Ende des 13. Jh. die Herstellung des Zinkoxids für medizinische Zwecke. Die industrielle Produktion beginnt etwa 1850. Zinklegierungen (wie z.B. Titanzink aus 99,995 % Zink und 0,003 % Titan) besitzen höhere Festigkeiten als das relative spröde Zink. Die Legierungen sind nicht nur löt- sondern auch schweißbar und haben eine geringere Wärmedehnung als Zink. Deshalb wird im Bauwesen fast ausschließlich Titanzink verwendet. Zink ist witterungsbeständig, weil es an der Luft ähnlich wie Blei eine feste Karbonatschicht bildet. Es wird deshalb häufig für galvanische Überzüge auf anderen Metallen verwendet, z.B. auf Stahl, Kupfer usw. Herstellung und Recycling Zinkerze (Zinkblende, Zinkspat und Zinkoxid nennt man auch Galmei) werden im Flotationsverfahren aufbereitet – ähnlich wie Blei. Zur Gewinnung eignet sich sowohl das so genannte trockene Verfahren, bei dem Kohle das Zinkoxid im Destillierofen reduziert, als auch das nasse Verfahren, bei dem die Reduktion elektrolytisch erfolgt. Durch die Aufbereitung der Zinkerze am Abbauort versucht man, Energie einzusparen. Etwa 30 % der weltweiten Produktion wird aus Sekundärmaterial (Schrott) gewonnen.

(Zamak) für Beschläge, Messing und Neusilber sowie Lote zum Löten. Einen wichtigen Anwendungsbereich für Zink stellt der Korrosionsschutz für Stahlbauteile dar, da Zink wegen seiner Schutzschicht erheblich beständiger ist. Es gibt diesbezüglich viele Verfahren zum Oberflächenschutz für Außenbauteile aus Stahl: Feuerverzinken, galvanisch verzinken, Spritzverzinken u.a. Die Lebensdauer der Beschichtungen aus Zink hängt wesentlich vom CO2-Gehalt der Umgebungsluft ab. Kupfer

Das Wort Kupfer stammt aus dem Lateinischen und verweist darauf, dass die Römer das Erz auf der Insel Zypern (Cuprum) abbauten. Kupfer gehört zu den Schwermetallen. Eigenschaften Kupfer ist rotglänzend und sehr beständig. Es lässt sich gut bearbeiten, leicht verformen, löten und schweißen, aber schlecht gießen. Kupfer leitet sehr gut Wärme und elektrischen Strom. Schlecht zu verarbeiten ist reines, weiches Kupfer, die Festigkeit lässt sich aber in Legierungen deutlich verbessern.

Anwendungen Titanzinkbleche eignen sich für Fassaden (Abb. B 7.15), Dachrinnen und Rohre. Zink lässt sich sehr präzise und kleinteilig gießen. Es gibt viele für das Bauwesen relevante Legierungen auf Zinkbasis, z.B. Zinkdruckguss

Patina Kupfer ist gegen die Einwirkung von Gips, Kalk und Zement resistent und bildet an der Luft eine dichte grünliche Schicht aus Kupfersalzen. Diese Patina entsteht unter normalen städtischen Umweltbedingungen über einen Zeitraum von ca. acht Jahren. Der Farbton wechselt während dieses Prozesses von rotbraun über dunkelbraun und grau bis hin zu den typischen Grüntönen. Durch so genanntes Vorpatinieren wird dieser Prozess vor der Montage chemisch vorweggenommen. Grünspan hingegen ist ein Kupfersalz, das sich unter Einwirkung von Essigsäure bildet und oft mit der Kupferpatina verwechselt wird. Im Gegensatz zur Patina ist Grünspan toxisch und wasserlöslich.

B 7.15

B 7.16

Metall

Nichteisenmetalle

Rohdichte [kg / m ]

WärmeWärmeausdehleitfähigkeit nungskoeffizient [W / mK] [mm / mK]

elektrische Zugfestigkeit Leitfähigkeit 2 [m / Ωmm ] [N / mm2]

Aluminium EN AW-7022 (AlZn5Mg3Cu)

2703 1 / 2699 2 2780

222 130

0,023 n.b.

37 20

Blei

11 340

35

0,029

Zink Titanzink Z1 (ZnCuTiAl)

7130 7200

113 109

Kupfer CW024A; 2.0090 Kupfer-Zinn Leg. (Bronze) Kupfer-Zink Leg. (Messing) CuZn37; CW508L; 2.321

8940 8900 8600–8800 8300–8500 8400

394 329 54–75 117–159 121

3

1

gegossen

2

gewalzt

3

geglüht

4

E-Modul

Bruchdehnung

[N / mm ]

[%]

Streck- und 0,2Dehngrenze [N / mm2]

90–120 1 / 150–230 2 410–490

72 200 70 000

8–25 1 / 2–8 2 3–8

40–70 1/ 80–110 2 330–420

4,8

10–20

20 000

50 –70

5–8

0,033 / 0,0234 0,022

16,9 17

150 / 220 4 150–220

94 000 80 000

25 / 15 4 ≥ 35

160 / 220 100 –160

0,017 0,017 0,017–0,019 0,017–0,020 0,020

57 n.b. ca. 9 ca. 16 ca. 16

160–200 1 / 200–250 3 200–515 240–300 370–740 740

120 000 132 000 80 000–106 000 75 000–120 000 110 000

25 –15 1 / 50–30 3 40 –60 1 / 100–150 3 3 – 40 35 – 320 5 – 12 130 –180 10 – 20 150 – 490 10 440

2

Werte gelten parallel und senkrecht zur Walzrichtung B 7.17

Herstellung und Recycling Die Kupfererze Kupferkies und Kupferglanz werden wie Blei und Zink durch Flotation aufbereitet. Die Reduktion erfolgt im Konverter. Für Anwendungen in der Elektrotechnik, die etwa 60 % der Kupferproduktion beanspruchen, wird Kupfer elektrolytisch gewonnen (Elektrolytkupfer). Über 50 % der Produktion stammen aus Recyclingmaterial, dessen Verwendung 86 % des Primärenergieaufwandes einspart. Verarbeitung und Anwendung Für Kupferwerkstoffe eignen sich alle üblichen Verarbeitungstechniken. Sie lassen sich wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit schlecht schweißen, jedoch gut kleben und löten. Kupferbleche verwendet man für Fassaden und Dächer (Abb. B 7.16), aber auch für Abdichtungen, weil man es mit Bitumen verkleben kann. Kupfer eignet sich zur Herstellung von Rohren, z.B. für die Heizungsinstallation, und findet breite Anwendung in der Elektrotechnik (siehe Installationen S. 150f.). Legierungen aus Kupfer und Zinn: Bronze

Der Name Bronze, der aus dem lateinischen Brundisium (aus Brindisi) entstand, soll heute

zur besseren Unterscheidung durch die normgerechte Bezeichnung »Legierung aus Kupfer und Zinn« ersetzt werden, da es auch Legierungen aus Kupfer und Aluminium gibt (bisher Aluminiumbronze). Bronze entsteht im Schmelzbad bei 1000 °C und enthält einen Zinnanteil zwischen 10 und 20 %. Bronze ist extrem dauerhaft und witterungsbeständig. Es ist härter als Messing und Kupfer, besitzt eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Abriebfestigkeit, weshalb es auch als Material für langlebige Lagerbuchsen eingesetzt wird. Bronze weist eine dunkle Oberfläche auf, die mit geringem Aufwand goldglänzend poliert werden kann. Viele Bronzeskulpturen und Gegenstände im öffentlichen Raum zeigen an stark frequentierten Berührungsstellen durch die Abnutzung eine glänzend polierte Oberfläche. Bronze eignet sich für Rohrverbindungsmittel, Beschläge und Armaturen (wie z.B. für Gas-, Wasser-, und Dampfinstallationen). Außerdem werden aus Bronze Glocken und Kunstgegenstände gegossen. Wegen seiner Dauerhaftigkeit findet man an historischen oder aufwändigen zeitgenössischen Gebäuden auch Fensterprofile und Türen aus Bronze (Abb. B 7.18).

Legierungen aus Kupfer und Zink: Messing u.a.

Diese Legierungen enthalten mindestens 50 % Kupfer. Man unterscheidet heute Kupferknetlegierung (bisherige Bezeichnung Messing) von Rotguss und Neusilber. Die Kupferknetlegierung besteht aus Kupfer und Zink mit 55– 85 % Kupferanteilen. Rotguss ist eine Legierung aus Kupfer, Zink und Zinn (je 1–10 %). Neusilber besteht zu 50–60 % aus Kupfer, Nickel zu 10 –25 % und Zink. Die Kupferlegierungen sind gut formbar, leicht zu bearbeiten und können im Gegensatz zu reinem Kupfer gegossen werden. Messing ist sehr korrosionsbeständig und frisch bearbeitet oder poliert goldglänzend. Mit der Zeit wird die Oberfläche jedoch matt und dunkel. Die Kupferlegierungen finden einen breiten Anwendungsbereich. So wird Messing z.B. für Anschlussklemmen, Schrauben und Muttern, Armaturen und viele Beschläge verwendet. Ein architektonisches Beispiel für die Anwendung von Metallgeweben aus Messing stellt die Synagoge in Dresden dar (Abb. B 7.19). Neusilber eignet sich für Kontaktflächen in der Elektrotechnik, aber auch für Beschläge und Wasserarmaturen. .

B 7.14 Bekleidung aus Bleiblechen, Auditorium Parco della Musica, Rom (I) 2002, Renzo Piano B 7.15 Bekleidung aus Titanzinkblechen, Guggenheim Museum, Bilbao (E) 1997, Frank Gehry B 7.16 Bekleidung aus Kupferblechbändern, Zentralstellwerk Basel (CH) 1999, Jacques Herzog & Pierre de Meuron B 7.17 physikalische Kennwerte bauüblicher Nichteisenmetalle und Legierungen B 7.18 Fassadenprofile aus Bronze, Seagram Building, New York (USA) 1958, Ludwig Mies van der Rohe B 7.19 Messinggewebe, Synagoge Dresden (D) 2001, Wandel Hoefer Lorch + Hirsch B 7.18

B 7.19

83

Glas

B 8.1

Mit der Erfindung der Sandkerntechnik konnte ab ca. 6000 v. Chr. Glas in kleinen Mengen künstlich hergestellt werden. Die von syrischen Handwerkern entwickelte Glasmacherpfeife ermöglichte seit ca. 200 v. Chr. das Produzieren von transparenten Gefäßen. Römische Baumeister verwendeten bereits durch Gießen hergestelltes Glas für Fenster. Das Glas war aufgrund des Herstellungsprozesses zwar lichtdurchlässig, aber noch undurchsichtig. Vom 4. bis ins 19. Jh. bestimmten zwei Verfahren die Glasherstellung. Beim Mondglasverfahren erzeugt der Glasbläser durch Rotieren um die Glasmacherpfeife eine runde Scheibe mit bis zu 2 m Durchmesser. Herstellungstechnisch hat das Glas in der Mitte eine typische Erhebung: den Butzen. Größere verglaste Flächen wurden durch Zusammenfügen von Butzenscheiben und kleineren Glasbruchstücken mit Bleistegen erzeugt. Das Zylinderblasverfahren dagegen ermöglicht die Herstellung größerer, fast flacher Scheiben. Hierbei wird mit der Glasmacherpfeife ein Zylinder geblasen, dieser in noch warmem Zustand aufgeschnitten und anschließend auf einer Unterlage ausgerollt. Die erzielbare Oberfläche ist aber im Verhältnis zu Mondglas deutlich unebener. In Frankreich entwickelte Bernard Perrot 1687 die Technik, Glas auf eine vorgewärmte Kupferplatte zu gießen und anschließend durch Schleifen und Polieren zu glätten. Für die Herstellung von Spiegeln genügt einseitiges Polieren, weshalb das Produkt die Bezeichnung Spiegelglas erhielt. Der Bedarf an Holz für die Herstellung von Glas war zu dieser Zeit immens, da es als Rohstoff für die Pottasche und als Energielieferant diente. So blieb Glas bis ins 18. Jh. ein Luxus, der repräsentativen Bauten vorbehalten war. Gotische Kirchenfenster zeigen die handwerklichen Leistungen der Glasmacher dieser Zeit. B 8.1 B 8.2 B 8.3 B 8.4 B 8.5

84

Glaspavillon der Sommerakademie Rheinbach (D) 2000, Marquardt Architekten systematische Darstellung von Glasprodukten physikalische Kennwerte von siliziumbasiertem Glas Vorhangfassade, Bauhaus Dessau (D) 1926, Walter Gropius Profilglasfassade, Erweiterung des Kunstmuseums Winterthur (CH) 1995, Gigon + Guyer

Industrialisierung

Im 19. Jh. begannen Hersteller, die Schmelzöfen mit Kohle zu befeuern. Neue Techniken optimierten den Prozess des Schmelzens und reduzierten den Brennstoffverbrauch. Lucas und Robert Chance verbesserten 1832 das Zylinderblasverfahren, indem die aufgeschnit-

tenen Zylinder in einem Ofen aufgebogen und gestreckt wurden. Die neue Technik machte es z.B. möglich, große Mengen von Scheiben mit verbesserter Oberflächenbeschaffenheit für den Kristallpalast (1851) in London zu produzieren. Infolge der technologischen Entwicklung wurde die Produktion von Glas effizienter und kostengünstiger. 1905 entwickelten die Belgier Emile Fourcault und Emile Gobbe sowie der Amerikaner Irving Colburn fast zeitgleich unterschiedliche Verfahren, mit denen man flaches Glas direkt aus der Schmelze ziehen kann. Dem Franzosen Max Bicheroux gelang 1919 die Zusammenführung der verschiedenen Arbeitsschritte für Gussglas, indem das noch warme Glas über gekühlte Walzen in Form gebracht, noch warm geschnitten und dann über Tische in Kühlöfen transportiert wurde. Erst seit 1959 ist man in der Lage, wirklich ebene Gläser herzustellen. Beim von Alastair Pilkington erfundenen Floatglasverfahren wird das Glas auf ein flüssiges Zinnbad gegossen und erhärtet dort. Wegen seiner Leistungsfähigkeit setzte es sich in kürzester Zeit für die Herstellung fast aller Flachglasarten durch. Heute produziert eine Floatglasanlage kontinuierlich 2 ca. 3000 m hochwertiges Glas pro Stunde. Glas in der Architektur

An Gewächshäusern, Bahnhöfen und Markthallen entstanden bereits im 19. Jh. vollständig verglaste Fassaden. Die Architekten faszinierte die Möglichkeit, die Außenwände von Gebäuden vollständig lichtdurchlässig zu gestalten. Bereits 1919 skizzierte Ludwig Mies van der Rohe einen radikalen Entwurf für ein vollständig verglastes Hochhaus in Berlin. Das 1926 erbaute Bauhaus in Dessau von Walter Gropius (Abb. B 8.4) gilt als frühes Beispiel für eine großflächige Fassade. Eines der ersten Wohnhäuser, bei dem transluzente Glashohlsteine verwendet wurden, ist Pierre Charreaus »Maison de Verre« in Paris von 1932. Seit Anfang der 1950er-Jahre entstanden in Amerika die ersten vollständig verglasten Wohnhäuser von Philip Johnson und Ludwig Mies van der Rohe sowie Vorhangfassaden aus Glas für Bürogebäude, welche die Architektur bis heute prägen. Die Energiekrise Anfang der 1970er-Jahre führ-

Glas

Produkte aus Glas

Pressglas

Gussglas

Glassteine Glasfliesen Glasdachziegel

Lichtleiter Glasvliese Glasmatten Glasfaserdämmstoffe

Gartenklarglas Profilglas

Oberflächenveredelung

Metallverbund Drahtspiegelglas Drahtglas Drahtornamentglas Profildrahtglas

Glasfasern

Schaumglas

Floatglas

Schaumglasdämmplatten

Flachglas optisches Glas gebogenes Glas Spiegelglas

Oberflächenveredelung Mehrscheibenverbund

Fusing Ornamentglas Sandstrahlen Siebdruck Ätzen

VSG Isolierglas Schallschutzglas Brandschutzglas

Ziehglas

Temperaturbehandlung

Beschichtungen

Sandstrahlen Ätzen Siebdruck

selbstreinigend entspiegelt winkelselektiv strahlungsselektiv adaptiv photo- / thermotrop

ESG TVG

B 8.2

te zu einem Innovationsschub der Glastechnologie; die Entwicklung von Isoliergläsern und Beschichtungen ermöglicht einen vielfältigen Einsatz. Ein prägnantes Beispiel für die thermische Trennung bei hoher Transparenz ist die Pyramide des Louvre in Paris (Abb. B 8.13). Glas als Baustoff Glas im allgemeinen Sinn ist ein aus anorganischen Elementen bestehender amorpher Feststoff. Dieser amorphe Zustand entsteht, wenn eine Schmelze sich so schnell abkühlt, dass sich keine Kristallstruktur bilden kann. Man könnte Glas daher, wenn auch nicht wissenschaftlich korrekt, als erstarrte Flüssigkeit bezeichnen. Isotropie, Festigkeit und thermisches Verhalten als spezielle Eigenschaften von Glas basieren auf diesem Zustand. Die Bestandteile von Bauglas sind durch die EN 572 auf Siliziumdioxid (SiO2), Kalziumoxid (CaO), Natriumoxid (Na2O), Magnesiumoxid (MgO) und Aluminiumoxid (Al2O3) festgelegt. Das im Bauwesen am häufigsten verwendete so genannte Normalglas besteht aus 75 % Siliziumoxid mit 13 % Natriumoxid und 12 % Kalziumoxid. Eigenschaften

Wie alle Materialien absorbiert Glas Strahlung. Es tut dies aber im für den Menschen nicht sichtbaren Bereich und erscheint daher trans-

parent. Glas ist hart, verschleißfest und besitzt eine hohe Druckfestigkeit (Abb. B 8.3). Eine genaue Zugfestigkeit lässt sich infolge der hohen Sprödigkeit sowie der relativ hohe Oberflächenspannung allerdings nicht ermitteln. Ein entscheidender Faktor für die Festigkeit ist somit die Qualität der Glasoberfläche. Schon nach der Produktion können an der Oberfläche mikroskopisch kleine Fehl- und Störstellen auftreten, über die ohne aufwändige Prüfung keine Aussage getroffen werden kann. Zusätzlich verfügt Glas über die Eigenschaft des unkritischen Risswachstums. Das bedeutet, dass sich Risse an der Glasoberfläche auch weiterentwickeln, wenn keine starke Belastung vorliegt. Der Glasbruch muss daher nicht in Zusammenhang mit dem auslösenden Ereignis stehen. Interessanterweise besitzt Glas durch seine hohe Oberflächenspannung auch die gegenteilige Fähigkeit, scharfkantige, tiefe Verletzungen der Oberfläche, wie sie z.B. durch Ritzen entstehen, in geringem Umfang wieder zu schließen. Dieser Vorgang ist abhängig vom umgebenden Medium; in Wasser z.B. findet er nicht statt. All diese Eigenschaften führen dazu, dass für die statische Dimensionierung von Glas Bruchwahrscheinlichkeiten herangezogen werden. Zwar ist Glas nicht brennbar, kann aber durch seine Sprödigkeit nur geringe Temperaturspannungen aufnehmen. Einer Temperaturdifferenz von mehr als 80 K (bei ESG 150 K) können nur spezielle Brandschutzgläser widerstehen. Glas erweist sich als widerstandsfähig gegen

nahezu alle Chemikalien außer agressive Fluorverbindungen wie Flusssäure. Frischer Zementmörtel kann somit Glasoberflächen angreifen. Herstellung

Die hohe Schmelztemperatur von Quarzsand (ca. 1700 °C) reduziert sich auf 1200–1600 °C, wenn Soda (Na2CO3) oder Pottasche (K2CO3) beigegeben wird; Flussspat (CaF2) oder Natriumsulfat (Na2SO4) verringern die Blasenbildung (Läutern). Zähflüssiges Glas wird in noch warmem Zustand durch Fließen, Blasen, Pressen, Gießen oder Walzen in die gewünschte Form gebracht. Die Herstellung ist umweltbelastend und energieaufwändig; die Energiebilanz kann aber durch Zugabe von Glasbruch aus der Produktion und in begrenztem Maße aus Abbruchmaterial verbessert werden. Verarbeitung

Gläser schneidet man auf die gewünschte Größe, indem man die Oberfläche anritzt. Dazu wird ein Schneidrädchen aus Diamant oder hochfestem Stahl mit Druck über die Oberfläche geführt. Anschließend bricht man die Glasscheibe entlang dieser Linie. Das Befeuchten der Schnittstelle unterstützt den Vorgang. Für die Befestigung von Glas gibt es zwei Möglichkeiten: Klemmen oder Schrauben. Grundsätzlich wird die Befestigung des Klemmens bevorzugt, da bei flächiger Befestigung geringere Spannungen im Glas entstehen. Bei gebohrter Befestigung ist auf eine zwängungs-

Glaskennwerte Rohdichte

[kg / m3]

2490

Druckfestigkeit

[N / mm2]

> 800

Biegezugfestigkeit

[N / mm2]

30–90

Vickers-Härte

[kN / mm2]

4,93 ± 0,34

Elastizitätsmodul

[N / mm2]

7≈104

Mohs-Härte

6–7

-6

Wärmedehnkoeffizient

[10 K]

Wärmeleitfähigkeit

[W / mK]

8,4 0,8

spez. Wärmekapazität

[J / kgK]

0,23

Transformationstemperatur

[°C]

525–545

Erweichungstemperatur

[°C]

710–735

Verarbeitungstemperatur

[°C]

1015–1045 B 8.3

B 8.4

B 8.5

85

Glas

Metalloxide

chemische Formel

erzielte Färbung

Eisenoxid

FeO, Fe2O3 FeO, Cr2O3 Fe2O3, CoO

blaugrün tiefblau grau

Nickeloxid

NiO

graubraun

Manganoxid

MnO

violett

Kupferoxid

CuO

rot

Selenoxid

SeO

hellrot

Kobaltoxid

CoO

tiefblau

Chromoxid

Cr2O3

hellgrün

Silberoxid

AgO

gelb

Goldoxid

AuO

gelb

B 8.6

B 8.7

B 8.8

freie Montage zu achten. Unterlegscheiben verteilen die entstehenden Kräfte auf eine möglichst große Fläche. Für Bohrungen und Ausschnitte müssen normkonforme Mindestabstände und -radien eingehalten werden.

Das Glas lässt sich bei Temperaturen von mehr als 640 °C mit Formen aus feuerbeständigem Material verhältnismäßig leicht biegen.

dämmstoffe (Glaswolle) werden entsprechend ihrer Anwendung im Kapitel Dämmen und Dichten behandelt (siehe S. 136). Kapillarplatten, wie sie bei Transparenter Wärmedämmung (TWD) angewendet werden, bestehen entweder aus Glashohlkammerstrukturen, PMMA oder Polycarbonat (PC). Die Platten sind transluzent, ca. 8–40 mm dick und erreichen U-Werte bis 0,8 W / m2K bei gleichzeitigem solaren Energiegewinn (siehe Dämmen und Dichten, S. 140).

Spezielle Gläser für das Bauwesen

Das besonders temperaturbeständige Borsilikatglas für Brandschutzverglasungen hat einen höheren SiO2 -Anteil und enthält zusätzlich Bortrioxid (B2O3). Quarzglas, auch als Kieselglas bezeichnet, hat einen hohen Siliziumanteil, ist besonders hitzebeständig, UV-durchlässig und eignet sich gut für Photovoltaikelemente. Wird der Glasschmelze Bleioxid (PbO2) zugegeben, entsteht Bleiglas, das wegen seiner hohen optischen Dichte für Geräte wie Linsen o.Ä. eingesetzt wird. Weißglas, ein besonders farbneutrales Glas, erhält man durch die Verringerung von Eisenoxid (FeO) in der Glasschmelze, das sonst eine leichte Grünfärbung erzeugt. Die Wirkung von Metallen und Metalloxiden zur Glasfärbung (Abb. B 8.6) sind schon seit vorchristlicher Zeit bekannt. Solche Oxide werden schon beim Schmelzen hinzugefügt und färben das Glas komplett durch. Glaserzeugnisse Da die Glaserzeugnisse (Abb. B 8.2) von der Produktionsweise abhängen, wird im Folgenden die jeweilige Herstellungstechnik mit ihren Besonderheiten beschrieben. Floatglas

Floatglas ist ein hochwertiges, klares Glas mit ebener Oberfläche. Zur Herstellung wird das flüssige Glas bei einer Temperatur von 1100 °C auf die Zinnschmelze – ein großes Becken – geleitet. Das leichtere Glas schwimmt auf der Oberfläche, verbreitet sich bis an die Ränder des Bades und verfestigt sich. So genannte Toproller transportieren das Glas weiter und sorgen gleichzeitig für die Regulierung der Dicke, die zwischen 1,5 und 12 mm variabel einstellbar ist. Die maximale Abmessung einfacher Floatglasscheiben beträgt ca. 3,20 ≈ 6,00 m (Abb. B 8.9). Heute entstehen 95 % der Flachgläser im Floatglasverfahren. 86

Gussglas

Gussglas erhält beim Durchlaufen gekühlter Walzenpaare seine wellige Oberfläche und kann wie Floatglas weiterverarbeitet werden. Es wird auch als Gartenklarglas bezeichnet und eignet sich z.B. für Gewächshäuser. Beim Walzprozess können zusätzlich auch Drahtgitter zur Splitterbindung eingearbeitet (Drahtglas) oder die Gläser ein- oder beidseitig mit einer Musterung versehen werden (Ornamentglas). Drahtgläser können die Anforderungen von Brandschutzverglasungen erfüllen. Profilglas stellt eine Sonderform von Gussglas dar. Das Glas wird beim Walzen seitlich umgebogen. Entsprechend seiner Querschnittsform nennt man das sehr belastbare Produkt auch U-Glas. Es wird in Standardbreiten von 232, 262, 331 und 498 mm geliefert. Bei der Flanschhöhe lässt sich zwischen 41 und 60 mm wählen. Profilglas bietet die Möglichkeit, allein mit horizontalen Halteprofilen endlose Glasbänder auszuführen (Abb B 8.5). Glasfliesen sind gegossene flache, auch farbige Glasprodukte in Abmessungen bis maximal 640 ≈ 715 mm. Sie können im Innen- wie im Außenraum verwendet werden. Pressglas

Glassteine sind aus zwei gepressten Glasteilen zusammengesetzte Hohlkörper. Die sehr widerstandsfähigen Steine können mit Mörtel gefügt werden und besitzen gute Schalldämmeigenschaften. Auch Glasdachsteine, d.h. lichtdurchlässige Dachziegel, werden durch Pressen hergestellt. Alle Pressgläser besitzten die typischen Nuten, die an den Fügungen der Pressform entstehen.

Glaskeramik

Eine Temperaturbehandlung der Glasschmelze, die diese in einen kristallinen (keramischen) Zustand überführt, ermöglicht die Herstellung von Glas mit besonders geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die hochwärmebeständigen Gläser (bis 700 °C) werden z.B. als Kochflächen oder Sichtfenster von Öfen verwendet. Veredelung von Glas Bei der Veredelung von Glas können die Qualität der Kanten verbessert, das Glas thermisch nachbehandelt oder die Glasoberfläche durch verschiedene Verfahren gestaltet werden. Kantenbearbeitung

Für die weitere Bearbeitung der geschnittenen Kante (Bezeichnung KG) existieren vier Qualitätsstufen: • gesäumte Kanten (KGS) werden durch Schleifen gefast • maßgeschliffene Kanten (KMG) entsprechen präzise den bestellten Abmessungen • geschliffene Kanten (KGN) erscheinen matt • polierte Kanten (KPO) haben dieselbe Oberfläche wie die Glasscheibe Thermische Behandlung (ESG, TVG)

Glasfasern und Schaumglas

Glasvliese und Glasgewebe verstärken Dichtungsbahnen, Kunststoffharze, Estriche und Beton. Glasgewebe eignen sich als Tapeten und zur Rissüberbrückung. Glasleiter werden zur Datenübertragung und in der Lichttechnik eingesetzt. Schaumglas (poriges Glas) und Glasfaser-

Bei der thermischen Behandlung wird das Glas auf ca. 600 °C erwärmt, die Oberfläche durch Anblasen schnell abgekühlt und so vorgespannt. Im Inneren des Glases entsteht eine Zugspannung, an der Glasoberfläche eine Druckspannung. Durch die Behandlung werden Sprödigkeit und Rissverhalten verringert und die Zugfestigkeit verbessert. Bei tragender Funktion

Glas

(Abb. B 8.1) wird daher vorgespanntes Glas verwendet. Ein so bearbeitetes Glas heißt Einscheibensicherheitsglas (ESG), weil es anstatt in scharfkantige große in stumpfe kleine Teile zersplittert. ESG hat eine höhere Biegefestigkeit (Abb. B 8.10) und eine höhere Temperaturbeständigkeit. Vor dem Einbau als Überkopfverglasung oder Außenwandbekleidung muss es einem »Heat-Soak-Test« standhalten (siehe Gebäudehülle, S. 116). Die Lagerung über mehrere Stunden bei etwa 300 °C testet die Gläser auf mögliche Einschlüsse, die im eingebauten Zustand ein Versagen verursachen können. Bei teilvorgespanntem Glas (TVG) erfolgt die Abkühlung langsamer. TVG hat eine geringere innere Spannung, das Bruchbild zeigt größere Glasstücke als ESG. Im Verbund besitzen diese Gläser im Gegensatz zu ESG eine Resttragfähigkeit. Dünne Glasscheiben für Flugzeuge und Leuchten werden mit einem chemischen Verfahren im elektrolytischen Bad vorbehandelt, das ebenfalls Vorspannungen erzeugt und bis zu sechsfach höhere Belastungen als Normalglas erlaubt. Oberflächenbehandlung und Beschichtung

Die Oberflächenbehandlung ermöglicht zum einen die ästhetische Gestaltung, zum anderen lassen sich durch Beschichten des Glases die Eigenschaften verändern. Emaillierung Emaille ist ein farbiges Glaspulver, das bei ca. 700 °C aufgeschmolzen wird. So können farbige Flächen hergestellt werden, die je nach Schichtdicke transparent oder opak sind. Muster, Schriftzüge etc. sind beliebig herstellbar. Die Erwärmung erzeugt wie bei ESG eine Vorspannung des Glases. Fusing Bei diesem Verfahren, auch Farbschmelzen genannt, werden farbige Glasstücke in die Oberfläche einer einfachen Glasscheibe eingeschmolzen. Die so behandelten Gläser sind nur für den Innenausbau einsetzbar. Für den Außenbereich müssen sie im Verbund mit Gießharz auf eine ESG-Scheibe geklebt werden. Mattieren Zu den mechanischen Verfahren gehört das Schleifen oder Sandstrahlen der Oberflächen. Die Scheibe wird dadurch undurchsichtig und erscheint matt (Abb. B 8.8). Durch Abdecken von Teilbereichen lassen sich Muster herstellen. Das Ätzen mit Flusssäure hat einen ähnlichen Effekt; im Vergleich zu mattierten Flächen verschmutzt das Glas nicht so leicht. Das Gravieren eignet sich für punktuelle Mattierungen. Siebdruck Das Siebdruckverfahren wird zur flächigen Gestaltung von Glasoberflächen genutzt. Es erlaubt transparente, farbige Flächen und beliebige Muster (Abb. B 8.7).

Selbstreinigende Gläser Um Gläser energetisch optimal nutzen zu können und um die Kosten für die Glasreinigung zu reduzieren, werden seit einigen Jahren Gläser mit selbstreinigenden Oberflächen hergestellt. Die Beschichtung mit Polymeren unterbindet die Bildung von Wassertropfen, dadurch bleibt kein Schmutzrückstand aus deren Verdunstung (hydrophile Wirkung). Andere Beschichtungen funktionieren ähnlich: Bei der hydrophoben Wirkungsweise verhindert eine mikroraue Struktur einen Wasserfilm (Lotuseffekt); eine photokatalytische Beschichtung zersetzt organische Rückstände mithilfe der Sonneneinstrahlung. Dabei werden in einer chemischen Reaktion katalytisch Radikale gebildet, die biologische Strukturen zerstören. Optisch wirksame Beschichtungen Bei der Entspiegelung von Glas wird die Reflexion der Oberfläche verringert. Dafür gibt es zwei unterschiedliche Verfahren. Bei dem ersten Verfahren werden mehrere dünne Schichten auf die Glasoberfläche aufgebracht, die bewirken, dass sich die reflektierte Strahlung durch Interferenz selbst auslöscht. Diese Beschichtungen können für einzelne Wellenlängen selektiv ausgeführt werden. Bei dem zweiten Verfahren reduzieren mikrostrukturierte Oberflächen, die in eine Kunststoffschicht eingeprägt werden, den Brechungsindex des Glases. Im Gegensatz zur ersten Technik funktionieren mikrostrukturierte Oberflächen besonders bei flachen Einfallswinkeln gut. Auch wird die gesamte eingestrahlte Energie durch das Glas geleitet. Dichroitische Beschichtungen brechen das Licht an der Glasoberfläche und lassen die Scheibe in verschiedenen Farben schimmern – basierend auf Interferenzeffekten.

Nenndicke

[mm]

zulässige Abweichungen max. ProdukDicke SeitenSeitentionsmaße; länge länge Länge / Breite < 2000 mm > 2000 mm [mm] [mm]

[mm]

[mm]

3

0,2

2

3

4500 / 3180

4

0,2

2

3

6000 / 3180

5

0,2

2

3

6000 / 3180

6

0,2

2

3

6000 / 3180

8

0,2

2

3

7500 / 3180

10

0,3

3

4

9000 / 3180

12

0,3

3

4

9000 / 3180

15

0,5

5

6

6000 / 3180

19

1

5

6

4500 / 2820 B 8.9

Eigenschaften verFloatglas TVG schiedener Glastypen

ESG

Biegebruchfestigkeit [N / mm2]

45

70

120

max. Biegefestigkeit [N / mm2]

12

29

50

max. zul. Temperaturgradient [K]

40

100

150

Dichte [g / cm3]

2,5

2,5

2,5

Schneidfähigkeit

•

–

–

Bruchverhalten

radiale Anrisse vom Bruchzentrum

Krümelstruktur B 8.10

B 8.6 B 8.7

Einfärbung von Gläsern mit Metalloxiden siebdruckbeschichtetes Glas, Kurmittelhaus, Bad Elster (D) 1999, Behnisch & Partner B 8.8 geätztes Glas, Kunstmuseum Bregenz (A) 1997, Peter Zumthor B 8.9 Nenndicken: zulässige Abweichungen und maximale Scheibengrößen für Floatglas B 8.10 Vergleich der physikalischen Kennwerte von Floatglas, TVG und ESG B 8.11 Glasträger aus VSG, Sonnenschutz durch eingebrannte Keramikfarbe, Glasmuseum Kingswinford (GB) 1994, Design Antenna

Verbundglas Das vollflächige Verkleben von Floatglas, ESG oder TVG eröffnet weitere Möglichkeiten für die Anwendung von Glas hinsichtlich: • Sicherheitsanforderungen • Schallschutzanforderungen • Brandschutzanforderungen • optischer Gestaltung Verbundsicherheitsglas (VSG)

Durch Verkleben von zwei bis sechs Scheiben mit Polyvinylbutyralfolie (PVB) entsteht Verbundsicherheitsglas (VSG). Die transparente Folie bindet beim Bruch die Glassplitter und erhält eine gewisse Resttragfähigkeit. Die Anwendung reicht, je nach Dicke der Glasschichten, von tragenden (Abb. B 8.11) Gläsern bis zu schusssicheren Panzergläsern. Brandschutzglas

Verwendet man anstelle der Folien wasserhaltige Gelschichten als Zwischenschicht, entsteht Verbundbrandschutzglas. Das Gel schäumt bei B 8.11

87

Glas

außen

Lichtdurchlässigkeit

innen

Transmission Reflexion B 8.12 schematische Darstellung von Lage und Wirkung von Beschichtungen B 8.13 Pyramide des Louvre, Paris (F) 1989, Ieoh Ming Pei B 8.14 Vergleich von Wärme- und Sonnenschutzverglasung B 8.15 adaptive Gläser, Projekt »R 129«, Werner Sobek

Abstrahlung + Konvektion

1 2 3 4

Abstrahlung + Konvektion

1 2 3 4 Oberflächenbeschichtung Low-E-Beschichtung Wärmeschutz Low-E-Beschichtung Sonnenschutz Oberflächenbeschichtung B 8.13

B 8.12

Hitzeeinwirkung auf, wird undurchsichtig und kann so Wärmestrahlung absorbieren. Nach DIN 4102 unterscheidet man G-Verglasungen, welche die Wärmestrahlung um 50 % reduzieren und F-Verglasungen, die sich auf der feuerabgewandten Seite im Mittel um nicht mehr als 140 K erwärmen dürfen. Folienzwischenschichten

Weitere Gestaltungsmöglichkeiten ergeben sich durch die Verklebungstechnik. Anstelle der für VSG notwendigen PVB-Folie kann z.B. eine bedruckte Folie aus Polyethylen (PE) verwendet werden. Die Druckmotive werden in hoher Qualität abgebildet, vollflächige Farben jeder Intensität von transparent bis opak sind möglich. Lediglich bei sehr großen Scheibenabmessungen erreicht die Folientechnik durch die Breite der Folien ihre Grenzen. Alternativ kann Gießharz zur Verklebung verwendet werden. Durch Laserbelichtung können mit Folien auch holographisch-optische Effekte erzielt werden. Ähnlich optischen Geräten wie Linsen o.Ä. erzeugen holographisch-optische Elemente (HOE) gezielte Lichtumlenkung, Lichtbrechung oder Schatten. Isolierglas Eine Isolierverglasung besteht aus mindestens zwei Scheiben, die eine isolierende Gasschicht mit einem Randverbund umschließen. Durch den Glasverbund werden die Wärme- und Schalldämmeigenschaften verbessert. Alle beschriebenen Glasarten können zu einer Isolierverglasung kombiniert werden. Eine Aufteilung der Zwischenschicht in mehrere Schichten durch Glasscheiben oder Trennfolien kann die Dämmeigenschaften der Gläser weiter verbessern. Das Maß für den Scheibenzwischenraum (SZR) liegt in der Regel zwischen 8 und 20 mm. Der Randverbund muss entsprechend den Anforderungen der Füllung ausgebildet sein. Der am häufigsten verwendete, geklebte metallische Randverbund besteht aus einer doppelten Dichtung, einem metallischen Abstandhalter und einem integrierten Feuchtigkeitsabsorptionsmittel. 88

Wärmeschutz

Im Vergleich zu Einfachverglasungen erreichen Isoliergläser wesentlich höhere Wärmedämmwerte. Physikalisch finden beim Wärmedurchgang durch den Glasverbund drei unterschiedliche Prozesse statt: • Konvektion, d.h. Energietransport durch Gasbewegung im Scheibenzwischenraum • Transmission, d.h. Energietransport durch Strahlung • Wärmeleitung im Glas, Glasverbund und Scheibenzwischenraum Gasfüllungen Edelgasfüllungen wie Argon, Xenon oder Krypton erhöhen den Wärmeschutz: Gegenüber einer Luftfüllung verbessern sie die U-Werte (Abb. B 8.14). Die Schwergase reduzieren im Glaszwischenraum die Effekte von Konvektion und Transmission. Obwohl Xenon und Krypton bessere thermische Eigenschaften besitzen, wird Argon wegen seiner höheren Verfügbarkeit und des einfacheren Produktionsprozesses am häufigsten verwendet. Vakuum Durch Herstellen eines Vakuums im Scheibenzwischenraum lässt sich die Wärmeleitung weiter reduzieren. Dazu muss im Glaszwischenraum ein Unterdruck von etwa 10-3 bar herrschen. Die Isolierwirkung des Vakuums ist unabhängig vom Abstand der Scheiben, was technisch Scheibenabstände von unter 1 mm ermöglicht. Da sich die Glasscheiben durch den Unterdruck biegen und dabei berühren können, sind Abstandhalter notwendig. Beschichtungen Metallische Beschichtungen wie Silber oder Titan beeinflussen das Reflexions- und Absorptionsverhalten der Verglasung. Ziel ist es, einen Großteil der aus dem Gebäudeinneren abgestrahlten Infrarotstrahlung zu reflektieren. Die Beschichtungen verringern die Emissivität und eignen sich prinzipiell für Sonnen- und Wärmeschutz. Die spektrale Emissivität bezeichnet den Teil der Transmission, die einen Körper durch thermische Emission durchdringt. Bei Floatglasscheiben liegt die Emissivität bei 0,89.

Da über die Wellenlängen des sichtbaren Lichts der Reflexionsgrad verschieden sein kann, können einzelne Beschichtungen zu einer unterschiedlichen Farbwiedergabe führen. Es gibt drei Verfahren zum Aufbringen von Beschichtungen. Beim so genannten Hardcoating wird auf die noch heiße Oberfläche des Glases schon während des Herstellungsprozesses eine Metalloxidschicht aufgebracht. Beim »Softcoating«, auch Sputtering genannt, wird die fertige Glasscheibe beschichtet. Die so hergestellte Beschichtung ist weniger widerstandsfähig als beim »Hardcoating« und wird deshalb sofort zu Isolierverglasung weiterverarbeitet. Das PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) lässt das Beschichtungsmaterial am Glas kondensieren. Silberbeschichtete Wärmeschutzgläser werden in der Fachsprache auch als Low-E-Gläser (Low-Emissivity = niedrige Emissivität = niedrige Wärmeabstrahlung) bezeichnet und stellen den heutigen Stand der Technik dar. Sie können heute praktisch farbneutral hergestellt werden. Eine Low-E-Beschichtung reduziert den U-Wert einer Glasscheibe von 3,0 auf 1,6 W / m2K. Weil die Lage der Beschichtungen die Wirkung der Isolierverglasungen beeinflusst (Abb. B 8.12), müssen sie für den Einbau entsprechend gekennzeichnet werden. Wärmeschutz-Isoliergläser Als Wärmeschutz-Isoliergläser bezeichnet man Isoliergläser, die mit mindestens einer Wärmeschutzbeschichtung versehen sind. Standard für ein Zweischeiben-Wärmeschutz-Isolierglas ist ein U-Wert von 1,0 bis 1,1 W / m2K. Edelgasgefüllte Dreischeiben-Isoliergläser mit zwei Low-E-Beschichtungen erreichen einen U-Wert von bis zu 0,4 W / m2K. Sonnenschutz

Eine reflektierende Beschichtung der äußeren Scheibe kann eine erhebliche Verbesserung des U-Werts und der Energiedurchlässigkeit bewirken und somit zum Sonnenschutz eines Gebäudes beitragen. Die Art der Reflexion kann von der einfachen Verspiegelung bis zur selektiven Beschichtung (z.B. umgekehrte LowE-Beschichtung) reichen. Wie aus Abb. B 8.14

Glas

technische Werte verschiedener Isolierglasscheiben

Wärmeschutzverglasung

Sonnenschutzverglasung

Zweischeiben-Isolierverglasung eine Scheibe beschichtet Maße (Scheibe / Zwischenraum / Scheibe) [mm] 4-15-4 normaler Emissionsgrad ≤ 0,05 Art des Glaszwischenraums (Gaskonzentration ≥ 90 %) Luft Argon Krypton

Dreischeiben-Isolierverglasung zwei Scheiben beschichtet 4-12-4-12-4 normaler Emissionsgrad ≤ 0,05 Argon Krypton

Zweischeibenverglasung eine Scheibe beschichtet 6-16-4 6-16-4 farbneutral 1 blau 1 Argon Argon

6-16-4 grün 1 Argon

U-Wert nach EN ISO 10077-1

Ug

[W / m2K]

1,5

1,2

1,1

0,8

0,5

1,1

1,1

1,1

Gesamtenergiedurchlasskoeffizient 1

g

[%]

64

64

64

52

52

37

24

28

Lichtdurchlässigkeit 1

TL

[%]

81

81

81

72

72

67

40

55

Lichtreflexion 1

RL

[%]

12

12

9

14

14

11 / 12 2

10 / 33 2

9 / 12 2

Farbwiedergabe 1

Ra

[%]

98

98

98

96

96

96 / 94 2

95 / 70 2

86 / 88 2

1

exemplarische Herstellerangaben

2

Werte gelten für innen / außen B 8.14

hervorgeht, ist gerade bei der Verwendung von Sonnenschutzbeschichtungen die Farbwiedergabe der Gläser zu prüfen.

lytisch erzeugtem Wasserstoff blau bzw. entfärbt sich, wenn Luft zugeführt wird. Durch die Schicht können die Lichttransmissionswerte zwischen 15 und 60 % variieren. Für die SteueWinkelselektive Beschichtung rung ist ein Gasversorgungsgerät notwendig, Eine neue Entwicklung stellen metallische das bis zu 10 m2 Fläche regulieren kann. Beschichtungen dar, die ein winkelabhängiges Ganz ohne Steuerung kommen photo- und Lichtbrechungsverhalten haben. Eine mikrothermotrope Gläser aus. Die Veränderung skopisch kleine Prismenstruktur bricht die Licht- phototroper Gläser basiert auf Metallionen strahlung in Abhängigkeit vom Einstrahlungswin- (z.B. Silberionen); die Regulation findet in kel. Die Beschichtung dient dem Sonnenschutz; Abhängigkeit von der UV-Strahlung statt. Thersie muss spezifisch für den Einsatzort und den motrope Gläser basieren auf einer Zweistoffmientsprechenden Einstrahlungswinkel hergestellt schung, die sich ab einer bestimmten Tempewerden. ratur entmischt. Das Glas streut dann diffus die einfallende Lichtstrahlung und erscheint nur Adaptive Verglasungen noch transluzent. Veränderbare Beschichtungen werden in Zukunft weitere Anwendungsbereiche erschlieEinbauten im Scheibenzwischenraum ßen, besonders für intelligente Fassaden (Abb. Verglasungen mit starren oder beweglichen B 8.15). Sie können selbstständig oder durch Einbauten im Scheibenzwischenraum erfüllen Steuerung vom licht- und strahlungsdurchlässi- weitere Anforderungen an das Glas in Bezug gen in den lichtstreuenden, verdunkelnden oder auf Wärmedämmung, Sonnenschutz und reflektierenden Zustand wechseln. Gestaltung. Dabei ist zu beachten, dass es Elektrochrome Schichten bestehen aus einer durch äußere Druckverhältnisse bei bestimmten etwa 1 mm dicken Polymerfolie, in der bestimm- Wetterlagen zu einer Durchbiegung der Scheite Metalloxide wie z.B. Wolframoxid (WO3), ben kommen kann. Die Einbauten müssen Nickeloxid (NiO) oder Iridiumoxid (IrO2) eingela- daher einen ausreichenden Sicherheitsabstand zu den Scheiben einhalten. gert sind. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird der Gesamtenergiedurchlass Lichtlenkung, Sonnenschutz, Blendschutz des Glases reguliert, wobei das Glas zwischen Aluminiumlamellen können als starre Lamellen transparentem und tiefblauem Zustand wechoder als Jalousien mit elektrischem oder selt. Nach dem Abschalten des Stroms bleibt mechanischem Antrieb im Scheibenzwischender letzte Zustand eine begrenzte Zeit (1–24 Std.) erhalten. Durch die Schicht ist eine Reduzierung des Energiedurchlasses auf maximal 20 % erzielbar. Elektrochrome Gläser eignen sich als Sonnen- und Blendschutz. Auch Flüssigkristalle (Liquid Crystal, LC) können sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung ausrichten und dadurch vom lichtstreuenden, undurchsichtigen Zustand in den transparenten Zustand überführt werden. Wegen ihrer Temperaturempfindlichkeit werden sie bisher nur im Innenbereich als variabler Sichtschutz eingesetzt. Mikroverkapselte Flüssigkristalle, die das Glas leicht trüben, können die Lichttransmissionswerte im Bereich von 0,48 und 0,76 variieren. Eine Weiterentwicklung stellen gasochrome Verglasungen dar. Eine Schicht aus Wolframoxid (WO3) verfärbt sich durch Einlagerung von kata-

raum eingebaut werden. Für die Lichtlenkung lässt sich die Oberfläche der Lamellen optimieren. So sind z.B. starre Spiegellamellen dreiseitig verspiegelte, oft konkav geformte Lamellen. Der Lichteinfall ist bei richtiger Geometrie blendfrei, die direkte Durchsicht nach außen und innen jedoch nicht möglich. Retrolamellen sind sehr kleine, gefaltete, starre Jalousien. Auch sie erreichen durch ihre ausgefeilte Geometrie eine gute Durchsicht, gute Lichtlenkungseigenschaften und bieten zugleich Sonnenschutz. Im Scheibenzwischenraum können neben beweglichen und starren Systemen auch frei wählbare Materialien angebracht werden, deren Öffnungsanteil den Transmissionsgrad und die Durchsicht bestimmt. Die Möglichkeiten der Gestaltung sind vielfältig: Lochbleche, Metallgewebe, Holzstäbe etc. Schallschutz

Schwergase wie z.B. Schwefelhexafluorid (SF6), Argon und Krypton verbessern gegenüber Luftfüllungen auch die Schalldämmwerte von Isolierverglasungen. Folgende Parameter können die Schalldämmung weiter verbessern: • großes Scheibengewicht (hohe Trägheit) • unterschiedliche Scheibendicken (Vermeidung von Resonanzeffekten) • Einfügen von PVB-Folien (Prinzip MasseFeder-Masse) • großer Scheibenabstand

B 8.15

89

Kunststoff

B 9.1

Die Herstellung von Kunststoffen begann Mitte des 19. Jahrhunderts mit der chemischen Umwandlung natürlicher organischer Rohstoffe. Nach einer Experimentierphase gelang es, die Stoffeigenschaften gezielt zu verbessern, sodass traditionelle Produkte nach und nach ersetzt werden konnten. Die chemische Vernetzung (Vulkanisation) von Kautschuk-Latex des Kautschukbaums zu gummielastischem Naturkautschuk markierte den Beginn der Gummiindustrie. Zelluloid, ein Umwandlungsprodukt aus Nitratzellulose und Kampfer, gilt als erster thermoplastischer Kunststoff. Er wurde als transparenter Träger lichtempfindlicher Schichten für fotografische Zwecke verwendet. Die Erzeugung dieser Kunststoffprodukte erforderte bis Ende des 19. Jahrhunderts nachwachsende Rohstoffe. Deren chemische Analyse zeigt das Kohlenstoffatom in den Molekülen als zentrales gemeinsames Element, das addiert lange Ketten bildet, die grundlegend für den Aufbau organischer Produkte sind. Die Anwendung dieser Erkenntnis führte 1898 zur Herstellung des ersten vollsynthetischen Kunststoffs durch die Verbindung von Phenol (aus Steinkohlenteer) und Formaldehyd. Ohne Füllstoffe ist das Phenolharz glasklar. Mit Füllstoffen gemischt und unter Druck und Hitzeeinwirkung in Formen gepresst, stand der Elektrotechnik ab 1909 ein hitzebeständiger, nicht schmelzbarer, nicht leitender

B 9.1

B 9.2

B 9.3

B 9.4

Zeltdachkonstruktion, belegt mit Tafeln aus PMMA, Olympiastadion, München (D) 1972, Günter Benisch + Partner, Frei Otto u.a. hochfrequenzgeschweißter PVC-Sessel »Blow«, (I) 1967, Carla Scolari, Donato D’Urbino, Paolo Lomazzi, Gionatan de Pas »connexion skin«, pneumatischer Ballon aus hochfrequenzverschweißten PVC-Folien, (A) 1968, Haus-Rucker-Co Jugendzentrum, Gironde (F) 1994, Lacaton & Vassal B 9.2

90

Werkstoff für Gehäuse und Isolierungen zur Verfügung. Dieser erste duroplastische Kunststoff ist unter dem Begriff Bakelit bekannt. Grundlegend für die Verfahren zur Herstellung von Kunststoffen ist, dass sich einzelne niedermolekulare Bausteine (Monomere) unter geeigneten Bedingungen durch chemische Reaktion zu Makromolekülen (Polymere) verbinden (Synthese). Bis 1940 entwickelte die Kunststoffindustrie großtechnische Verfahren für die meisten der heute bekannten Kunststoffe. Aus der Vielfalt der Kombinationsmöglichkeiten verschiedener Bausteine und der formgebenden Weiterverarbeitung resultieren maßgeschneiderte Werkstoffe wie Schaumkunststoffe, synthetische Fasern oder Verbundwerkstoffe. Die Kunststoffe wurden zunächst in der Elektrotechnik und im Automobilbau eingesetzt, ab den 1960er-Jahren auch in großem Maßstab im Bauwesen. In dieser Zeit demonstrierten Architekten die Leistungsfähigkeit von Kunststoffen bei Schalentragwerken, Fassadenbekleidungen oder beispielsweise bei den transluzenten Tafeln für das Dach des Olympiastadions in München (Abb. B 9.1). Heute sind Kunststoffprodukte in allen Bereichen des Bauwesens vertreten – sichtbar z.B. als Bodenbelag oder Fassadenelement, unsichtbar als Dichtungsbahn, Dämmung oder bei Installationen.

B 9.3

Kunststoff

Chemischer Aufbau von Kunststoffen Die fossilen Rohstoffe Erdöl, Erdgas und Kohle entstanden durch Zersetzung organischer Substanzen. Über Millionen von Jahren reicherte sich unter hohen Temperaturen und hohem Druck auf dem Meeresgrund Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) an. Erdöl besteht aus Kohlenwasserstoffmolekülen, deren Siedepunkt mit zunehmender Kettenlänge steigt. Die Destillation von Rohöl in der Raffinerie trennt die unterschiedlich langen Molekülketten in einzelne Fraktionen wie Gas, Benzin, Diesel und Schweröl. Aus dem so gewonnenen leichten Benzin (Naphta) werden durch »Cracken« ungesättigte und somit reaktionsfreudige Kohlenwasserstoffe erzeugt. Unter ihnen sind Ethen und Propen, beide niedermolekular und gasförmig, die wichtigsten Ausgangsstoffe für die synthetische Kunststofferzeugung. Sie können heute auch unter hohem Aufwand aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden. Neben Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten Kunststoffe je nach Typ häufig noch weitere chemische Elemente wie Sauerstoff (O), Chlor (Cl), Fluor (F), Schwefel (S), Silizium (Si) und Stickstoff (N). Merkmale

Folgende Merkmale charakterisieren die meisten Kunststoffe, auch wenn ihre Eigenschaften sehr spezifisch sein können: geringe Rohdichte, geringe Wärmeleitfähigkeit, großer Wärmeausdehnungskoeffizient, hohe Zugfestigkeit, niedriger E-Modul, eng begrenzte Dauergebrauchstemperatur, gutes elektrisches Isolationsvermögen, Beständigkeit gegenüber Wasser und vielen Chemikalien, Entflammbarkeit, ohne Zusätze Alterung durch UV-Strahlen, Versprödung bei tiefen Temperaturen. Die Vielfalt der Kunststoffprodukte kann nach dem Syntheseverfahren oder nach der molekularen Struktur gegliedert werden. Beide Einteilungen lassen auf die Art der verwendeten Ausgangsstoffe und die mechanisch-thermischen Eigenschaften des Produkts schließen. Gliederung nach Syntheseverfahren

Monomeren, z.B. Polyethylen (PE), Polystyrol (PS) oder Polyvinylchlorid (PVC). Bei der Copolymerisation werden unterschiedliche monomere Bausteine zur Reaktion gebracht, um die Eigenschaften der Kunststoffe noch breiter variieren zu können. Copolymerisate mit linearen Makromolekülen sind z.B. Styrol-Acrylnitril (SAN) oder Styrol-Butadien-Styrol (SBS). Polykondensation Die Polykondensation erfolgt durch die Reaktion von Monomeren mit reaktionsfähigen Gruppen – meistens Hydroxyl- (-OH) oder Aminogruppen (-NH2) – zu Makromolekülen. Dabei werden niedermolekulare Moleküle, meist Wasser (H2O), abgespalten. Der Reaktion liegt ein Gleichgewicht zugrunde, über das sie gesteuert werden kann. Polykondensate mit linearer Makromolekülstruktur sind z.B. Polyamid (PA), Polycarbonat (PC) oder Polyester (PET), eine vernetzte Struktur weisen z.B. PhenolformaldehydHarze (PF) auf. Polyaddition Die Grundprinzipien der Polyaddition sind denen der Polykondensation sehr ähnlich: Unterschiedliche Monomere bilden durch reaktionsfähige Gruppen Makromoleküle, jedoch ohne Abspaltung von niedermolekularen Nebenprodukten. Die entstehenden Produkte werden nach ihrem chemischen Aufbau gegliedert, z.B. in die Gruppe der Polyurethane (PUR) oder der Epoxidharze (EP). Eine Sonderstellung nehmen so genannte Polymerblends (Polymerlegierungen) ein. Dabei handelt es sich um ein Gemisch mindestens zweier fertiger Thermoplaste mit dem Ziel, die Eigenschaften beider Polymere zu nutzen, z.B. ABS + PC. Gliederung nach Makromolekülstruktur

Unabhängig vom Syntheseverfahren unterscheiden sich drei Kunststoffgruppen nach der Struktur der einzelnen Makromoleküle und der damit möglichen Anordung im Polymergefüge (Abb. B 9.7). Der Vernetzungsgrad der Makromoleküle, der die grundsätzlichen

Eigenschaften des Kunststoffs beeinflusst, ist hierbei das entscheidende Zuordnungskriterium. Thermoplaste Die Makromoleküle der amorphen Thermoplaste, z.B. Polymethylmethacrylat (PMMA), bestehen aus linearen Molekülketten, die sich ineinander verknäulen, aber keine chemische Bindung miteinander eingehen. Amorphe Thermoplaste sind glasklar und bei Zimmertemperatur hart und spröde. Teilkristalline Thermoplaste wie z.B. Polyamid (PA) weisen neben den verknäulten Bereichen auch geordnete, so genannte kristalline Bereiche auf, die zur erhöhten Festigkeit des Kunststoffs beitragen. Mit Zunahme des Kristallisationsgrades nimmt die Transparenz ab. Physikalische Bindungskräfte halten die Makromoleküle zusammen. Bei Temperaturerhöhung nehmen die Bindungskräfte ab und die Beweglichkeit der einzelnen Ketten vergrößert sich, sodass sich die Eigenschaften der Thermoplaste fließend von hart über thermoelastisch zu thermoplastisch verändern. Der Vorgang (z.B. Schmelzen) ist reversibel und lässt sich auch mit spezifischen Lösemitteln erreichen. Dieses Charakteristikum von Thermoplasten ermöglicht vielfältige Formgebungs-, Verarbeitungs- und Wiederverwertungsverfahren. Elastomere Elastomere bestehen aus weitmaschig vernetzten Molekülketten. Bei der Formgebung chemisch miteinander verbunden (Vulkanisation) lassen sie sich durch Temperatureinwirkung nicht mehr lösen und sind deshalb nicht schmelzbar. Lösemittel quellen sie auf. Elastomere verhalten sich bei Gebrauchstemperatur gummielastisch und zersetzen sich irreversibel bei entsprechenden Temperaturen, z.B. Elastomere auf Basis von Styrol-ButadienKautschuk (SBR). Thermoplastische Elastomere (TPE) wie z.B. PUR- oder SBS-Blockcopolymere besitzen wesentliche Eigenschaften von Elastomeren. Da sie jedoch eine physikalische Vernetzung aufweisen und keine chemische, sind sie wie Thermoplaste zu verarbeiten.

Man unterscheidet drei Verfahren zur Herstellung von Kunststoffen; dabei werden reaktionsfähige Monomere durch chemische Reaktion zu kettenförmigen, verzweigten oder vernetzten Makromolekülen verbunden: Polymerisation Druck, Temperatur, Licht, Initiatoren und Katalysatoren leiten die Polymerisation ein. Die Doppelbindungen der Monomere brechen auf und die Einzelbausteine fügen sich ohne Abspaltung von Nebenprodukten zu linearen Molekülketten zusammen. Die äußeren Bedingungen beeinflussen die Länge der Kette und den Verfilzungsgrad der Molekülketten untereinander. Homopolimerisate bestehen aus gleichen B 9.4

91

Kunststoff

Duroplaste Die für Duroplaste charakteristische engmaschige und räumliche Vernetzung erfolgt bei der Formgebung mit Druck, Temperatur oder Härter. Danach können die unschmelzbaren Duroplaste nur noch spanend bearbeitet werden. Sie sind hart und spröde, unlöslich in organischen Lösemitteln und besitzen von den drei Kunststoffgruppen die höchste Wärmeformbeständigkeit. Faserverbunde oder beigemischte Füllstoffe verbessern die mechanischen Eigenschaften. Reaktionsharze wie Epoxidharze (EP), Polyurethanharze (PUR) und ungesättigte Polyesterharze (UP) bilden als Gießharze oder Formmassen die Grundlage (Matrix) für Faserverbunde.

a

Verarbeitung

b

Die Herstellung der Monomere und deren Weiterverarbeitung zu Polymeren leistet die kunststofferzeugende Großindustrie. Sie liefert die reinen Kunststoffe als Granulat an die weiterverarbeitenden Betriebe. Diese bringen bei der Konfektionierung (Compounding) Zusatzstoffe homogen in die Kunststoffe ein. Danach erfolgt das Formgebungsverfahren zum Halbzeug oder Produkt. c

B 9.5

man durch Zusatz von Stabilisatoren entgegenwirkt. Neben dem Einsatz als Pigment erhöht Ruß zusätzlich die UV-Stabilität vieler Kunststoffe. Weichmacher Weichmacher steigern die Flexibilität und somit auch die Schlagzähigkeit. Harte und spröde Kunststoffe können so in einen weichelastischen Zustand überführt werden. Man unterscheidet zwei Arten der Weichmachung: Die »äußere Weichmachung« erfolgt durch Zugabe von zähflüssigen, niedermolekularen Stoffen, die sich zwischen die Molekülketten des Kunststoffs schieben, die physikalischen Anziehungskräfte verringern und so die Beweglichkeit der Molekülketten erhöhen. Da der Weichmacher in diesem Fall nicht chemisch mit dem Kunststoff verbunden ist, kann er im Prinzip herausgelöst werden, nach längerer Zeit bei Kontakt mit anderen Kunststoffen in diese migrieren oder »ausschwitzen«. Der Kunststoff verliert dabei seine Flexibilität und versprödet. Die »innere Weichmachung« vergrößert chemisch den Abstand der Molekülketten durch Copolymerisation und erhöht somit die Beweglichkeit der Kettensegmente. Die »innere Weichmachung« ist gegenüber äußeren Einwirkungen nahezu inert.

Zusatzstoffe

Neben dem Polymerisationsgrad (Kettenlänge), dem Kristallisations- und dem Verzweigungs- / Vernetzungsgrad der Kunststoffmoleküle verändern die Zusatzstoffe die Eigenschaften der Kunststoffe maßgeblich. B 9.5

B 9.6 B 9.7

Makromolekülstrukturen von Kunststoffen: a Verknäulung in amorphen Thermoplasten b weitmaschige Vernetzung in Elastomeren c engmaschige Vernetzung in Duroplasten Lichtkuppeln aus Polycarbonat als Fassadenelement, Galerie ads 1a, Köln (D) 2002, b & k+ systematische Darstellung der Kunststoffe nach Makromolekülstruktur und Syntheseverfahren

Füllstoffe Füllstoffe in Partikel-, Faser- oder Kugelform aus organischen oder anorganischen Stoffen dienen bei Duroplasten als Streckmittel, Verbesserung der Oberfläche und zur Verminderung der Sprödigkeit. Sie können die Fließeigenschaften und das Schwinden bei Thermoplasten beeinflussen. Die Industrie verwendet als Füllstoffe z.B. Zellulose, Holzmehl, Gesteinsmehl, Kreide, Kaolin oder Glaskugeln. Verstärkungsstoffe Verstärkungsstoffe werden eingesetzt, um die Steifigkeit, die Festigkeit und die Wärmeformbeständigkeit zu erhöhen. Glasfasern (GF), Kohlefasern (CF) und Aramidfasern (RF) verstärken die Kunststoffe in Form von Matten, Vliesen oder Rovings bei Lichtkuppeln, Dachbahnen, Behältern oder Rohren. Farbmittel Im Kunststoff unlösliche Farbmittel (Pigmente) färben den Kunststoff deckend durch. In glasklaren, eingefärbten Kunststoffen befinden sich lösliche Farbmittel (Farbstoffe). Stabilisatoren Wärme, Licht und UV-Strahlung können Schädigungen der Kunststoffe verursachen, denen

B 9.6

92

Flammschutzmittel Flammschutzmittel sollen die Brennbarkeit der Kunststoffe herabsetzen. Physikalisch kühlen oder beschichten sie im Brandfall, chemisch bilden sie eine Ascheschicht oder verhindern die Oxidation brennbarer Gase. Treibmittel Treibmittel schäumen Kunststoffe auf. Bei der so genannten physikalischen Schaumstofferzeugung lässt man zugesetzte Treibmittel wie z.B. leicht flüchtige Flüssigkeiten oder unter Druck befindliche Gase expandieren. Bei der chemischen Schaumstofferzeugung entstehen durch chemische Reaktion Gase (Treibmittel), welche die Polymere aufblähen. Halogenfreie Treibmittel sind heute Standard (siehe Dämmen und Dichten S. 137f.). Formgebungsverfahren

Die erstmalige Formgebung von Halbzeugen oder Formteilen aus den pulverförmigen, granulatförmigen oder flüssigen Vorprodukten nennt sich »Urformen«. Bei thermoplastischen Kunststoffen ist der Formgebungsprozess aufgrund der physikalischen Verknäulung reversibel. Das geschmolzene Granulat erhält seine Form und kühlt in den festen Zustand ab. Bei duroplastischen Polymeren findet während der nicht umkehrbaren Formgebung eine chemische Vernetzung statt, mit der sich die duroplastischen Eigenschaften einstellen. Elastomere werden nach der Formgebung irreversibel, jedoch weitmaschiger vernetzt, z.B. durch Vulkanisation (Abb. B 9.5).

Kunststoff

synthetische Kunststoffe

Thermoplaste unvernetzt

Polymerisation Polyolefine: Polypropylen (PP) Polyethylen (PE) Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) Polyethylen niederer Dichte (PE-LD) Polyisobutylen (PIB) Polyvinylchloride (PVC): hart (PVC-U) weich (PVC-P) Polystyrol (PS) expandiertes Polystyrol (EPS) Polysulfon (PSU) Polyoxylmethylen (POM) Polyacrylnitril (PAN) Polymethylmetacrylat (PMMA) Polytetrafluorethylen (PTFE)

Duroplaste engmaschig vernetzt

Polykondensation Polyamide (PA) Polycarbonat (PC) lineare Polyester: Polyethylenterephthalat (PET) Polyaddition lineare Polyurethane (PUR)

Polykondensation

Polyaddition

Aminoplaste: Harnstoffharze (UF) Melaminharze (MF) Melamin-Phenol-Harze (MP) Resorzinharze (RF) und Blends

vernetzte Polyurethane (PUR) Epoxidharze (EP)

Phenoplaste: Phenolharze (PF) ungesättigte Polyesterharze (UP)

Elastomere weitmaschig vernetzt

thermoplastische Elastomere

Vulkanisation

Copolymerisation / Legierung

Elastomere auf Basis von: Styrol-ButadienKautschuk (SBR) PolybutadienKautschuk (BR) Chlor-ButadienKautschuk (CR) Isobutylen-IsoprenKautschuk / Butylkautschuk (IIR) chlorsulfoniertes Polyethylen (CSM) Ethylen-Propylen-DienKautschuk (EPDM)

PolyurethanElastomere (TPU) PolyesterElastomere (TPC) Elastomere auf Polyolefinbasis: Ethylen-VinylacetatCopolymer (EVAC)

Copolymerisation halbsynthetische Kunststoffe Ethylen-TetrafluorethylenCopolymerisat (ETFE) Ethylen-CopolymerisatBitumen (ECB) Styrolacrylnitril (SAN) Acrylnitril-ButadienStyrol-Copolymer (ABS) Polyvinylacetat (PVAC)

Thermoplaste

Duroplaste

Nitratzellulose (CN) Vulkanfiber (VF) Zelluloseacetat (CA)

Elastomere

Silikone (SI) (Polysiloxane)

Naturkautschuk (NR) B 9.7

Extrudieren Die Stangpresse formt die flüssige thermoplastische Kunststoffmasse im Endlosverfahren zu Profilen, Rohren, Tafeln, Folien und Schläuchen aus PVC, PE, PMMA oder PC. In einem weiteren Schritt, z.B. dem Blasformen, kann ein Rohrabschnitt in den Konturen einer Negativform aufgeblasen und abgekühlt werden. Kalandrieren Mehrere hintereinander geschaltete Walzen formen Thermoplaste oder Kautschuke zu Bahnen. Dabei können sie die Oberfläche mit Prägungen versehen und Gewebe einarbeiten. Bodenbeläge und Dichtungsbahnen aus PVC oder Polyolefinen werden mit diesem Verfahren hergestellt. Spritzgießen Durch Spritzgießen werden aus Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren Massenartikel, aber auch kleine Formteile hergestellt: Mit hohem Druck in Formen gespritzt, erkalten die Kunststoffe oder härten aus. Formschlüssig verbinden sich durch dieses Verfahren auch mehrere Kunststoffkomponenten miteinander. Pressen Die Formmasse aus duroplastischen Harzen wird in das Werkzeug gefüllt und unter Druck und hoher Temperatur gepresst, sodass sich dabei die Molekülketten zu Duroplasten vernetzen. In Schichtpressen entstehen aus mit duroplastischem Harz getränkten Trägerbahnen Schichtstoffe für Plattenoberflächen. Dickwandige Tafeln oder geschäumte Halbzeuge aus den Thermoplasten PS oder PP erhält man nach dem Pressen durch Abkühlen.

Rotationsformen Für das Rotationsformen eignen sich nahezu alle Thermoplaste. Die fließfähige Kunststoffmasse verteilt sich durch Rotation an den Außenseiten der Form, die sich um verschiedene Achsen dreht. Es entstehen Behälter für Transport und Lagerung. Umformen Nur thermoplastische Halbzeuge (z.B. Tafeln, Profile, Rohre) lassen sich umformen. Im erwärmten Zustand erfahren sie durch Biegen, Streckformen unter Vakuum oder Tiefziehen eine Formänderung, die bis zur Abkühlung – dem Einfrieren – gehalten werden muss. Andernfalls stellt sich das Formteil wieder zurück. Fügen Thermoplastische Kunststoffe können mit verschiedenen Schweißtechniken zusammengefügt werden. Verschrauben und Verkleben mit geeigneten Klebstoffsystemen ist bei allen Kunststoffarten möglich. Gesundheitsrisiken

Fertig verarbeitete, reine Kunststoffprodukte sind bei sachgerechtem Gebrauch unbedenklich. Auch die Herstellung, Weiterverarbeitung oder der Einbau von Kunststoffprodukten stellen bei sachgerechtem Umgang kein erhöhtes Gesundheitsrisiko dar, sofern die zahlreichen Vorschriften des Gesetzgebers – z.B. die MAKWerte zur maximalen Arbeitsplatzkonzentration oder die Technischen Richtlinien für Gefahrstoffe (TRGS) – beachtet werden. Im Brandfall können toxische Verbindungen wie Dioxine oder Furane entstehen. Dazu tra-

gen häufig die in einigen Kunsstoffen enthaltenen Halogenverbindungen bei, z.B. als Flammschutzmittel (siehe Glossar, S. 268). Recycling

Die bei der Produktion anfallenden Kunststoffabfälle werden in der Regel dem Stoffkreislauf zurückgeführt, da sie die für eine werkstoffliche Verwertung wesentlichen Bedingungen erfüllen: Sie sind sortenrein, sauber und nicht gealtert. Eine aufwändige und kostenintensive Sammellogistik entfällt. Für das Recycling von Kunststoffabfällen stehen grundsätzlich vier Möglichkeiten zur Wahl: Wiederverwendung Gleiche Teile in hoher Stückzahl sowie die Kompatibilität durch genormte Formen und Abmessungen erleichtern die Wiederverwendung von Kunststoffen. Dies ist z.B. bei Mehrwegflaschen oder Formteilen der Autoindustrie der Fall. Im Bauwesen werden bisher nur Fensterprofile aus PVC in kleinem Maßstab wiederverwendet. Die Ausweitung auf andere Bauteile wie Fassadenplatten oder Dämmungen durch genormte Größen birgt ein großes Entwicklungspotenzial. Werkstoffliche Verwertung Unter werkstofflicher Verwertung versteht man die mechanische Aufbereitung von gebrauchten Kunststoffen zu direkt wiederverarbeitungsfähigen Mahlgütern oder Rezyklaten. Die chemische Struktur bleibt dabei unverändert. Für eine sinnvolle werkstoffliche Verwertung müssen saubere und sortenreine Altkunststoffe in großen Mengen vorliegen, verbunden mit einem geringen logistischen Aufwand. Dies ist 93

Kunststoff

z.B. bei gewerblichen Kunststoffabfällen oder bei PVC-Fenstern und Rohren aus dem privaten Haushalt der Fall. In der Regel führt die werkstoffliche Verwertung zu Qualitätseinbußen. Rohstoffliche Verwertung Die rohstoffliche Verwertung bedeutet die Spaltung der Polymerketten der Kunststoffe durch Einwirkung von Wärme und Lösemitteln. Die entstehenden Produkte sind petrochemische Grundstoffe wie Öle und Gase, die zur Herstellung neuer Kunststoffe oder auch für andere Zwecke eingesetzt werden. Diese Methode ist auch für vermischte und verschmutzte Kunststoffabfälle geeignet. B 9.8

Energetische Verwertung Altkunststoffe oder kunststoffhaltige Abfälle besitzen aufgrund ihres hohen Kohlenstoffanteils einen hohen Heizwert. Wenn sie sich für eine werkstoffliche oder rohstoffliche Verwertung schlecht eignen, ist der Einsatz zur Energiegewinnung anstelle fossiler Brennstoffe in entsprechenden Anlagen häufig eine unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten rationelle Verwertungsoption. Kunststoffe im Bauwesen Das Bauwesen ist, neben der Verpackungsindustrie, mit ca. 20 % einer der wichtigsten Abnehmer für Kunststofferzeugnisse. Nachfolgend wird eine Auswahl der am Bau verwendeten Kunststoffe beschrieben, geordnet nach Thermoplasten, Duroplasten, Elastomeren und Verbundsystemen. Abb. B 9.13 zeigt mögliche Anwendungsgebiete.

Polyvinylchlorid (PVC) – Thermoplast

Die hervorragenden Eigenschaften von PVC wie chemische Beständigkeit, mechanische Festigkeit, vielfältige Bearbeitungsmöglichkeiten und seine Modifizierbarkeit bezüglich Flexibilität und Schlagzähheit ermöglichen den Einsatz in vielen Bereichen, z.B. für Abwasserrohre, Fensterprofile, Lichtkuppeln, Wellplatten, Fassadenelemente, Dichtungsbahnen und Bodenbeläge. Hart-PVC (PVC-U) ist hart und spröde. Erst Weichmacher modifizieren den Kunststoff zu Weich-PVC (PVC-P). PVC ist glasklar herstellbar, farbig transparent oder opak. Es ist schwer entflammbar und brennt aufgrund seines hohen Chlorgehalts schlecht. Polystyrol (PS) – Thermoplast

Polystyrol ist glasklar mit hohem Oberflächenglanz und relativ spröde. Erst mit UV-Stabilisatoren ausgerüstet weist es eine hohe Bestän-

B 9.9

digkeit auf. Lösemittelklebstoffe ermöglichen eine gute Verbindung durch Anlösen der Oberfläche. Durch Aufschäumen erhält man expandiertes (EPS) oder extrudiertes (XPS) Polystyrol; beide werden als Wärme- und Schalldämmung verwendet. Polymethylmethacrylat (PMMA) – Thermoplast

Der umgangssprachliche Name Acrylglas beruht auf den sehr guten optischen Eigenschaften und der hohen Kratzfestigkeit von PMMA. Die Einsatzgebiete der Produkte überschneiden sich mit denen von Glas. Beim Einbau ist der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient des Kunststoffs zu beachten, zwängungsfreie Längenänderungen sind in die Planung einzubeziehen. Folgende Produkte werden aus PMMA erzeugt: glasklare, auch eingefärbte Platten, Stegplatten, Lichtkuppeln und splittersichere Scheiben.

Polyethylen (PE) – Thermoplast

Polyethylen zählt zu den Polyolefinen und besteht nur aus Kohlenwasserstoffen. Abhängig von seiner Dichte unterscheidet man PE-HD (hohe Dichte) und PE-LD (niedere Dichte). PE ist ein preiswerter und leicht zu verarbeitender Kunststoff. Kristallisationsund Polymerisationsgrad beeinflussen den Gebrauchszustand von steif bis weich. PE scheint als dünne Folie annähernd glasklar, sonst milchig weiß. Es ist in allen Farben einfärbbar und durch Schweißen sehr gut zu verbinden. Die Anwendungsbereiche liegen im Bauwesen bei Trinkwasser- und Abwasserrohren, Dichtungsbahnen, Abdeckfolien und Bodenbelägen (siehe Fußböden, S. 181). Polypropylen (PP) – Thermoplast

Die Eigenschaften und Anwendungsgebiete von Polypropylen ähneln denen von PE, es zählt ebenfalls zu den Polyolefinen. Dieser Kunststoff ist ohne Zusätze alterungsbeständig. Aufgrund seiner besonders hohen Chemikalienbeständigkeit ergeben sich schlechtere Klebfestigkeiten. B 9.10

94

Kunststoff

B 9.9 B 9.10 B 9.11 B 9.12 B 9.13

mit Melaminharz laminiertes farbiges Papier, Wohnhaus, Bad Waltersdorf (A) 2004, Splitterwerk transluzente Wellenplatten aus PVC, Werkstatt, Madrid (E) 2004, Garcia Abril »Falter«, BUGA Kassel (D) 1955, Frei Otto glasfaserverstärktes Polyesterharz, Pavillon Forum Soft, Yverdon-Les-Bains (CH) 2002, Team Extasia Polycarbonat, GFK, Haltestellenüberdachung, Kassel (D) 2005, Hegger Hegger Schleiff mögliche Anwendungsgebiete von Kunststoffen nach Masseanteilen (Auswahl) B 9.11

Silikone (SI)

Silikone besitzen kunststoffähnliche Merkmale. Anstelle des Kohlenstoffatoms sind jedoch anorganische Siliziumatome für die Molekülbildung maßgeblich. Silikone werden von der chemischen Struktur als Polysiloxane (SiliziumSauerstoffketten) bezeichnet, die organische Substituenten aufweisen (z.B. Alkyl, Vinyl und Phenyl). Technisch werden sie ausschließlich durch Polyreaktionen (z.B. Polykondensation) niedermolekularer, siliziumorganischer Verbindungen erzeugt. Je nach Moleküllänge entstehen dabei ölige, harz- oder kautschukartige Stoffe mit hervorragender Wärme- und Kältebeständigkeit. Das hydrophobische (wasserabweisende) Verhalten von Silikonprodukten und die gleichblei-

Polyethylen (PE)

•

Polypropylen (PP)

• •

Polyvinylchlorid (PVC)

•

•

•

•

• •

Polystyrol (PS)

•

•

Polymethylmethacrylat (PMMA)

•

Polycarbonat (PC)

•

Polytetrafluorethylen (PTFE)

•

•

Polyesterharze (UP)

•1

Epoxidharze (EP)

•

•

•1

•

•

•

•

•

•

•

• •

Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) Chlor-Butadien-Kautschuk (CR)

•

Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM)

•

•

•

Silikon (SI)

• mittlerer Verbrauch

•

•

Polyurethan (PUR)

• hoher Verbrauch

Dichtstoffe

•

Beschichtungen

•

Profile allgemein (z.B. Fugenprofile)

Anwendungsgebiete von Kunststoffen nach Verbrauch

Schaumkunststoffe

Aufgrund der extrem hohen Verschleißfestigkeit, dem gummielastischen Verhalten und der Beständigkeit gegenüber chemischen Substanzen eignet sich SBR sehr gut für Bodenbeläge, Dichtungsbahnen, Dichtungen und Kabelisolierungen.

tragende Profile

Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) – Elastomer

Boden- / Wandbeläge

Die flüssigen oder viskosen Moleküle der Epoxidharze vernetzen sich durch Zugabe eines Härters zu duroplastischem Kunststoff. Abhängig von Füllstoffen, Vernetzungsgrad und Faserverstärkungen variieren Festigkeit und Schlagzähigkeit. Beschichtungen, Klebstoffe und Faserkunststoffverbunde werden aus Epoxidharz hergestellt.

Die Einbettung von Fasern ermöglicht eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen. Faserverbundsysteme bestehen aus einer Grundlage (Matrix) von härtenden Harzen oder Thermoplasten und einem Fasermaterial, das für hohe Festigkeit, Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit verantwortlich ist. In dieser Reihenfolge stehen auch die Abkürzungen für die Bezeichnung der Faser-

Dichtungsbahnen / Folien

Epoxidharze (EP) – Duroplaste

Faserverbundkunststoffe

kunststoffe (FK), z.B. glasfaserverstärktes Polyesterharz (GF-UP). Von den duroplastischen Kunststoffen eignen sich als Matrix ungesättigte Polyesterharze (UP), Epoxidharze (EP) oder vernetzte Polyurethane (PUR) in Form von Gießharzen. Von Thermoplasten wird z.B. Polypropylen (PP) zu einem Faserverbund verarbeitet. Bei den konstruktiv eingesetzten Bau- und Formteilen (z.B. tragende Profile, Lichtkuppeln und Schalenkonstruktionen) unterscheidet man zwischen Verstärkungen aus Glas- (GF), Kohlenstoff- (CF) und Aramidfasern (RF). Kohlenstoff- und Aramidfasern weisen sehr hohe Zugfestigkeiten auf, werden aber aufgrund ihres hohen Preises selten eingesetzt. Der Masseanteil der eingearbeiteten Vliese, Matten, Gewebe und Rovings liegt zwischen 20 % und 75 %. Die Kombination und die Anteile der einzelnen

Platten / Tafeln

Die fluorhaltigen Polymerisate Polytetrafluorethylen (PTFE) und Ethylen-TetrafluorethylenCopolymerisat (ETFE) weisen eine sehr hohe chemische Beständigkeit auf. Sie sind ohne zusätzlichen UV-Schutz lichtecht, schwer benetzbar – also auch schwer zu kleben –, fast selbstreinigend, sehr temperaturbeständig und sie brennen nicht. Pneumatische, transluzente Konstruktionen bestehen oft aus ETFE-Folie, während PTFE als Verbund mit Geweben oder als Beschichtung für Gewebe zu Membranen verarbeitet wird.

B 9.12

bende Elastizität während Temperaturschwankungen wird für Dichtungsbänder und Fugendichtstoffe aus Siloxan-Elastomer (früher Silikonkautschuk) genutzt. Silikonharze werden zu Beschichtungen und Imprägnierungen verarbeitet. Aus Silikonen können außerdem elastische Klebemassen zum Verbinden von Glas, Metall, Keramik und Kunststoff hergestellt werden.

Rohre / Rohrleitungen

Fluorhaltige Polymerisate (PTFE / ETFE) – Thermoplaste

Klebstoffe

B 9.8

• geringer Verbrauch

1

•

•

glasfaserverstärkt B 9.13

95

Kunststoff

B 9.14 B 9.14 Glasklebung, Prototyp einer rahmenlosen, selbsttragenden Glasschale aus 44 Elementen, Stuttgart (D) 2004, Lucio Blandini, Werner Sobek B 9.15 a–d biologisch abbaubarer Kunststoff B 9.16 physikalische Kennwerte ausgewählter Kunststoffe B 9.17 a–b selbsttragende Elemente aus glasfaserverstärktem Kunststoff gedämmt mit Polyurethanschaum, Futuro-Haus, (FIN) 1968, Matti Suuronen

a

Komponenten, die Faserrichtung, die maximale Bruchdehnung der Matrix und die Haftung der Faser an die Matrix bestimmen dabei die Eigenschaften des Verbunds. Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen

Aufgrund des hohen unverrottbaren Abfallaufkommens, der Endlichkeit fossiler Ressourcen und der hohen CO2-Belastung der Umwelt geht die Entwicklung hin zu Kunststoffen auf der Basis von nachwachsenden Rohstoffen. Aus stärkehaltigen Pflanzen wie Mais, Getreide, Zuckerrüben oder Kartoffeln wird Glukose gewonnen, aus der durch Fermentation Milchsäure hergestellt wird. In einem zweiten Schritt können durch eine Polykondensationsreaktion der Milchsäure Polymere erzeugt werden, z.B. Polylactid (PLA) oder Polyhydroxybuterat (PHB). Diese »Bio«-Kunststoffe sind mit Zusatzstoffen und Additiven vielfältig einstellbar: zäh, viskos, biologisch abbaubar oder über Jahre dauerhaft. Das durchsichtige PLA ähnelt in seinen Eigenschaften und Anwendungen konventionellen thermoplastischen Kunststoffen wie Polystyrol (PS), Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE). Es wird bisher u.a. für Verpackungen von Lebensmitteln, für Folien und Töpfe im Agrarbereich sowie für Beschichtungen von Papierund Kartonverbunden verwendet. Mit der weiteren Entwicklung dieser Kunststoffe ist auch mit einer deutlichen Ausweitung der Anwendungsgebiete zu rechnen.

b

Kunststoffanwendungen Die Hersteller von Kunststoffprodukten bedienen sich, ähnlich eines Baukastensystems, der spezifischen Eigenschaften eines Kunststoffs, der Formgebungsverfahren und der Verarbeitungsmöglichkeiten, um den maßgeschneiderten Werkstoff für einen entsprechenden Anwendungsbereich zu produzieren. Oft bietet der Markt das gleiche Produkt aus unterschiedlichen Kunststoffen an. Der Nutzer wägt dann zwischen dem besten Preis-Leistungs-Verhältnis ab. Dies spiegelt sich in den für das Bauwesen relevanten Anwendungsbereichen wider (Abb. B 9.13):

c

d

96

B 9.15

• tragende Bauteile: Schalenkonstruktionen, Profile • Innenausbau, Möbelbau: Boden- und Wandbeläge, Trennwände • Gebäudehülle: Fassadenelemente, Lichtkuppeln, Lichtbänder, Dachabdichtungen, Membrane • technischer Ausbau: Trinkwasserrohre, Abwasserrohre • Klebstoffe • Bindemittel für organische und anorganische Stoffe, Beschichtungen • Wärmeschutz, Schallschutz • Bautenschutz • Solarkollektoren Klebstoffe Nach DIN 16 920 sind Klebstoffe nichtmetallische Stoffe, die Fügeteile durch Flächenhaftung (Adhäsion) und innere Festigkeit (Kohäsion) verbinden. Wenn zwei Oberflächen vollkommen eben und glatt wären – atomar perfekt –, dann würde die gegenseitige Anziehungskraft der einzelnen Moleküle ausreichen, beide Flächen aneinander zu binden. Klebstoffe simulieren dieses Prinzip. Sie stellen den Kontakt zweier nicht ganz ebener Flächen mit Hilfe der oben beschriebenen Anziehungskräfte her. Bei glatten Fügeteilen ist es notwendig, diese mechanisch oder chemisch aufzurauen, um die Oberfläche zu vergrößern, an der die Moleküle angreifen können. Grundsätzlich nimmt mit größerer Schichtdicke die Elastizität der Klebung zu und die Festigkeit ab. Die Materialeigenschaften der zu verbindenden Baustoffe fordern jeweils dazu passende Klebstoffe. Poröse Materialien wie Holz, Papier oder Textilien saugen den Klebstoff auf, was zu Fehlstellen führen kann, aber auch ein schnelleres Abbinden zur Folge hat. Dichte Baustoffe benötigen meist Klebstoffe mit reaktiven Abbindevorgängen, die in der Regel mit höherer Haftkraft verbunden sind. Klebstoffe unterscheiden sich im allgemeinen Sprachgebrauch nach Merkmalen der Anwendung: z.B. nach Gebrauchsform (flüssig, fest), Verwendungszweck (Holz-, Kunststoff-, Glas-, Metallklebstoff) oder nach Verarbeitungstemperatur.

Kunststoff

Kunststoffe

Rohdichte

Zugfestigkeit

E- Modul

Reißdehnung

Wärmeleitfähigkeit

Wärmedehnung

[kg / m³]

[N / mm²]

[N / mm²]

[%]

[W / mK]

[mm / mK]

Gebrauchsund Grenztemperatur [°C]

Thermoplaste Polyethylen

Polypropylen Polyvinylchlorid

Polystyrol Polymethylmetacrylat (Acrylglas) Polycarbonat Polytetrafluorethylen (Teflon) Polyurethan

PE PE-LD PE-HD PP PVC PVC-P PVC-U PS PMMA PC PTFE PUR

910–930 940–960 900–910

8–23 18–35 21–37

200–500 700–1400 1100–1300

300–1000 100–1000 20 – 800

0,32 0,4 0,22

200 –250 150 –180 110 –170

75 / 90 80 / 110 100 / 140

1160–1350 1380–1550 1050 1170–1200 1200 2150–2200 1050

20–25 50–75 45–65 50–77 56–67 25–36 70–80

25–1600 1000–3500 3200 2700–3200 2100–2400 410 4000

170–400 10 –50 3 –4 2 –10 100–130 350– 550 3– 6

0,15 0,16 0,16 0,18 0,18 0,23 0,58

150 –210 70 –80 70 70 –80 60 –70 100 –200 10 –20

55 / 65 85 / 100 70 / 80 90 / 100 135 / 160 150 / 200 100 / 130

EP UP

1300 1200

40–80 35–75

4000 4000

2–10 1– 6

0,23 0,6

75 140

1400 1500 1700

90 130 320

7000 9000 19 000

≤1 ≤1 ≤1

n.b. n.b. n.b.

50 70 110

n.b. n.b. n.b.

Duroplaste Epoxidharz Polyesterharze glasfaserverstärkte Polyesterharze Polyesterharz; Glasfaservlies (GF) 30 % Masse Polyesterharz; Glasfasergewebe 40 % Masse Polyesterharz; Glasfasergewebe 60 % Masse

80 / 130 bis 200 80 / 120

Elastomer Styrol-Butadien-Kautschuk Chlor-Butadien-Kautschuk (Neopren) Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk

SBR CR EPDM

900–1200 1420 930–980

5–30 5–25 7–20

– – –

300 – 800 400 – 900 300 – 600

n.b. n.b. n.b.

n.b. n.b. n.b.

bis 100 100 / 120 120 / 150

SI

1250–1900

4–10

–

100 – 500

0,3–0,4

20–50

180 / 230

Silikone Silikon

B 9.16 Klebstoffarten

Obwohl fast alle Werkstoffe miteinander verklebt werden können, besteht ein komplexer Zusammenhang zwischen Klebstoffart, Fugengeometrie, zu verklebenden Werkstoffen und Beanspruchung. Die Hersteller bieten entsprechend formulierte Klebstoffe an, die durch folgende Abbindemechanismen ihre Klebewirkung entfalten: Ohne chemische Reaktion verdunstet das Lösemittel oder das Klebemittel erkaltet in den festen Zustand. Mit chemischer Reaktion bilden sich nach dem Aufbringen aus niedermolekularen Klebstoffbestandteilen hochmolekulare klebende Stoffe. Schmelzklebstoffe Bei Schmelzklebstoffen erkaltet oder härtet die Klebeschicht nach dem Auftragen. Schmelzen aus Polyvinylacetat (PVAC) oder Polyisobutylen (PIB) erkalten physikalisch, Epoxidharze (EP), Melaminharze (MF) und Phenolharze (PF) härten chemisch.

Lösemittelklebstoffe Sie bestehen aus organischen Lösemitteln, welche die Klebstoffe und auch die Fügeteile anlösen und somit den Verbund erhöhen. Das Quellschweißen mit Lösemittel nutzt gelöste Oberflächenschichten aus Kunststoff als immanenten Klebstoff, z.B. bei Dachabdichtungsbahnen. Kontaktklebstoffe Kontaktklebstoff wird auf die zu verklebenden Flächen aufgetragen. Nach dem Abtrocken der beiden Klebstoffschichten hängt die Klebewirkung von der Stärke des einmaligen Andrückens ab. Der Klebefilm auf Basis von Polyisobutylen (PIB) oder Chlor-Butadien-Kautschuk (CR) bleibt gummielastisch.

a

Reaktionsharzklebstoffe Die Reaktionsharzklebstoffe teilen sich in drei Gruppen:

• Polykondensationsharze auf Formaldeydbasis härten unter Druck und Hitze aus. • Einkomponentenklebstoffe (1K) enthalten einen Bestandteil, der erst bei hohen Temperaturen eine chemische Reaktion auslöst. • Zweikomponentenklebstoffe (2K), z.B. auf Basis von Polyurethan- oder Epoxidharzen, Dispersionsklebstoffe Acrylate oder Copolymerisate wie z.B. Polyvinylbestehen grundsätzlich aus einem Reaktionsharz; diesem muss vor Gebrauch ein acetat (PVAC) sind in Wasser fein verteilt und bilden nach dem Verdunsten des DispersionsHärter beigemischt werden, der die Vernetmittels einen homogenen Klebefilm. zung herstellt. Leime Wässrige, organische Leimlösungen z.B. auf PVAC-Basis und Leime auf Eiweiß- oder Kohlehydratbasis härten physikalisch durch Wasserverdunstung.

b

B 9.17

97

Ökobilanzierung

»Für das nachhaltige Bauen kommt der Frage des effizienten Einsatzes vorhandener Ressourcen eine Schlüsselrolle zu. Während vielfältige Maßnahmen zur Reduzierung des Heizenergieverbrauchs von Gebäuden bereits Einzug in das alltägliche Planungsgeschehen gefunden haben, werden die Potenziale, die eine intelligente Materialwahl eröffnen, derzeit noch wenig in die Entwurfspraxis einbezogen. Neben ästhetischen, funktionalen und ökonomischen Entscheidungskriterien werden die ökologischen Auswirkungen von Material und Konstruktion außer Acht gelassen oder unterschätzt. Dies ist auch in der Komplexität des Themas und dem daraus resultierenden Informationsdefizit begründet. Da jedoch die entscheidenden Weichen für die Umweltauswirkungen eines Bauwerks in frühen Planungsphasen gestellt werden, sind Informationen über die Nachhaltigkeitsdaten eines Baustoffs oder einer Konstruktion in einer leicht zu erschließenden und praxisnah aufbereiteten Form Voraussetzung. Wie zahlreiche Demonstrationsvorhaben belegen, macht sich die nachhaltige Lösung auch ökonomisch bezahlt. Der gesamte Lebensweg, also die Erstellung des Bauwerks, der Betrieb einschließlich Sanierungszyklen und Reparaturen bis hin zu Abriss und Entsorgung sind relevant für die erzeugten Stoffströme. Dem Planer fehlen jedoch oft Fakten und damit auch Argumente zur Beurteilung. Das Instrument der Ökobilanzierung bietet hier ein Hilfsmittel, welches vergleichbare Daten zur Verfügung stellt. Nicht zuletzt liefert die Ökobilanzierung auch den Herstellern Anhaltspunkte, ihr Produkt zu verbessern.«[1] Was ist eine Ökobilanz? Eine Ökobilanz analysiert den gesamten Lebensweg eines Bauelements. Dazu betrachtet man die Lebensstadien Rohstoffgewinnung, Herstellung, Verarbeitung und Transport, ggf. auch Gebrauch, Nachnutzung und Entsorgung. Gemäß ISO 14 040–14 043 umfasst sie drei Teile: Sachbilanz, Wirkungsbilanz und Auswertung. Sachbilanz In der Sachbilanz wird ermittelt, welche Stoffund Energieumwandlungsprozesse für das Produkt maßgeblich sind. Die Grenzen für die Bilanzierung – die so genannten Abschneidekriterien – setzt man üblicherweise bei mindestens 1 % Stoffmasse und Primärenergieverbrauch. Für ökologisch bedenkliche Stoffe (z.B. Weichmacher in Kunststoffen) müssen diese Abschneidekriterien im Einzelfall überprüft und ggf. außer Kraft gesetzt werden. Wirkungsbilanz Die Wirkungsbilanz erfasst die Emissionen aller Stoff- und Energieumwandlungsschritte. Sind keine herstellerspezifischen Daten verfügbar, greift man über Datenbanken auf vergleichbare Prozesse zurück. Solche Austauschprozesse sind vom Bilanzierenden auszuweisen. Jede

98

Ökobilanz enthält daher eine Bewertung der Datengrundlagen, aus der man ihre Belastbarkeit ableiten kann. Zur Auswertung werden die verschiedenen Emissionen zu Gruppen mit gleicher Umweltwirkung (z.B. Beitrag zum Treibhauseffekt) zusammengefasst. Es gibt keine genormten Vorgaben zu den darzustellenden Kennwerten. Deshalb müssen die für die Umweltauswirkungen des Produkts maßgeblichen Kategorien im Einzelfall definiert werden. Auswertung Auf Basis der Ergebnisse der Wirkungsbilanz erfolgt die Auswertung. Nach ISO 14 043 gliedert sich die Auswertung in drei Schritte: Ermittlung der Kernaussagen, Bewertung und Ergebnisdarstellung. Nicht bilanzierte, aber dennoch relevante Daten (z.B. Dauerhaftigkeit oder Ausgasungen in der Nutzungsphase) müssen zusätzlich dargestellt werden. Aus den Ergebnissen leiten sich Schlussfolgerungen und Empfehlungen für die Produktnutzung ab. Entwicklungen im Bereich Ökobilanzierung

Einige Länder in Europa haben Standards entwickelt, welche die Auswertung in einem aggregierten Kennwert ermöglicht. Die Gewichtung der Kenngrößen ist allerdings subjektiv und nicht naturwissenschaftlich belegbar. In Deutschland hat das Umweltbundesamt eine Methodik zur Einordnung und Rangbildung der Wirkungskategorien entwickelt. Dabei werden die Dimension der Wirkung (global – lokal; dauerhaft – temporär), der derzeitige Umweltzustand im Bereich der Wirkungskategorie (bedrohlich – unbedenklich) sowie der Beitrag der Wirkungskategorie an der Gesamtbelastung in Deutschland (groß – klein) zur Wertung herangezogen. Die im Atlas dargestellten Ökobilanzen sind gemäß dieser Sortierung (von links nach rechts) abgebildet. In Zukunft werden die für die Gebäudebewertung notwendigen Kennwerte in Form von standardisierten Umweltdeklarationen (EPD) von den Herstellern zur Verfügung gestellt. Sie müssen von unabhängigen Dritten überprüft werden. Damit bis dahin gleichwertige Berechnungsgrundlagen zur Verfügung stehen, haben sich die Bauprodukthersteller verpflichtet, eine Übergangsdatenbank zu erstellen. Kennwerte einer Ökobilanz

Am »Runden Tisch nachhaltiges Bauen«, der vom Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen (BMVBW) koordiniert wird, hat man sich darauf geeinigt, die im Folgenden erläuterten Indikatoren zu verwenden. Primärenergieinhalt PEI [MJ] Der Primärenergieinhalt eines Baustoffs beschreibt den zur Herstellung und Nutzung des Materials notwendigen Aufwand an Energieträgern (Ressourcen). Dabei wird zwischen nicht erneuerbarer und erneuerbarer Primärenergie unterschieden. 100 MJ entsprechen dem Heizwert von 2,8 l Heizöl.

Ökobilanzierung

Treibhauspotenzial GWP 100 [kg CO2-Äquivalent] Durch den Treibhauseffekt wird von der Erde abgestrahlte Infrarotstrahlung reflektiert und teilweise wieder zur Erde zurückgestrahlt. Die Anreicherung von Treibhausgasen in der Troposphäre führt zu erhöhter Reflexion und somit zur Erderwärmung. Das Treibhauspotenzial fasst Gase im Verhältnis zur Wirksamkeit von CO2 zusammen. Da die Verweildauer von Gasen in der Atmosphäre in die Berechnung einfließt, muss der betrachtete Zeithorizont (üblicherweise 100 Jahre) angegeben werden. 10 kg CO2-Ausstoß entsprechen dabei etwa der Aufbereitung und Verbrennung von 3 l Heizöl. Ozonzerstörungspotenzial ODP [kg CCl3F-Äquivalent] Ozon entsteht in der Stratosphäre durch die Bestrahlung von Sauerstoff (O2) mit UV-Licht, die es dabei teilweise absorbiert. Nur ein Teil der aggressiven UV-Strahlung gelangt so zur Erdoberfläche. Das Ozonzerstörungspotenzial fasst die Wirkung verschiedener ozonzerstörender Gase zusammen. Als Bezugsgröße wird FCKW 11 (Trichlorfluormethan, CCl3F) genutzt. Versauerungspotenzial AP [kg SO2-Äquivalent] Versauerung entsteht überwiegend durch die Umwandlung von Luftschadstoffen in Säuren. Daraus resultiert eine Verringerung des pHWerts von Niederschlag. Das Versauerungspotenzial fasst alle zur Versauerung beitragenden Substanzen im Verhältnis zur Wirksamkeit von SO2 zusammen. Sichtbare, sekundäre Effekte der Versauerung an Gebäuden sind z.B. erhöhte Korrosion von Metallen und die Zersetzung von Naturstein. Überdüngungspotenzial EP [kg PO43--Äquivalent] Unter Überdüngung bzw. Eutrophierung versteht man die Anreicherung von Nährstoffen. In überdüngten Gewässern kann es zu Fischsterben bis hin zum »Umkippen«, d.h. zum biologischen Tod des Gewässers kommen. Pflanzen auf eutrophierten Böden weisen eine Schwächung des Gewebes und eine geringere Resistenz gegen Umwelteinflüsse auf. Ein hoher Nährstoffeintrag führt weiterhin zur Nitratanreicherung im Grund- und Trinkwasser, wo es zu humantoxischem Nitrit reagieren kann. Das Überdüngungspotenzial fasst Substanzen im Vergleich zur Wirkung von PO43zusammen. Photochemisches Oxidanzienbildungspotenzial POCP [kg C2H4-Äquivalent] Unter Einwirkung von Sonnenstrahlung entstehen aus Stickoxid und Kohlenwasserstoff aggressive Reaktionsprodukte, insbesondere Ozon. Photochemische Ozonbildung (so genannter Sommersmog) steht im Verdacht Vegetations- und Materialschäden hervorzurufen. Höhere Konzentrationen von Ozon sind humantoxisch. Das Ozonbildungspotenzial wird auf die Wirkung von Ethen (C2H4) bezogen.

Dauerhaftigkeit [a] Die Dauerhaftigkeit beschreibt als Potenzial den Zeitraum, in dem ein Baustoff in der zugeordneten Nutzung seine Funktion aufrechterhalten kann. Sie muss (z.B. betriebsbedingt) nicht zwangsläufig genutzt werden. Entsprechend der vielfältigen Nutzungseinflüsse ist meistens eine Zeitspanne angegeben. Der kleinere Wert beschreibt die Dauerhaftigkeit bei einer üblichen Nutzung, der größere Wert bezieht sich auf optimierte Planungen. Heizwert [MJ] Der Heizwert beschreibt die Energie, die beim thermischen Recycling (Verbrennen) des Stoffs frei wird. Durch Latentspeicher in der Luft gebundene Energie wird nicht berücksichtigt. 1 m3 Holz hat einen Heizwert von 8000 – 13 000 MJ (= 225 – 365 l Heizöl). Recyclingpotenzial Das Recyclingpotenzial beschreibt den ökologischen Wert der »Anreicherung« eines Materials in der »Technosphäre«. Es stellt dar, wie viele Umweltlasten dadurch im Verhältnis zur Neuerzeugung des Materials eingespart werden können. Es wird dazu von einer maximalen Sammelquote von 95 % ausgegangen. Da es sich beim Recyclingpotenzial um eine Einsparung in der Herstellung handelt, besteht es aus einem kompletten Datensatz mit mehreren Kennwerten. Würde das komplette noch bestehende Recyclingpotenzial genutzt, müssten die Werte zur Herstellung um die Werte für das Recyclingpotenzial gesenkt werden. Im Baustoff Atlas ist das Recyclingpotenzial nur für Metalle angegeben, da diese zurzeit als einzige Baustoffe einen Recyclingkreislauf mit hohem Wiederverwertungsanteil durchlaufen. Umgang mit Ökobilanzdaten Aus Sicht des Planers interessiert zunächst der Vergleich von Baustoffen im Kontext des Gebäudes, um den Beitrag eines Baustoffs an der Gesamtbelastung der Umwelt durch das Gebäude abzuschätzen. Diese stoffbezogenen Kennwerte sind für einen Großteil üblicher Baustoffe auf Seite 100f. zusammengefasst. Die Kennwerte beziehen sich je nach herstellertypischer Deklaration entweder auf 1 m3 oder 1 kg des jeweiligen Materials. Sie lassen damit die Bewertung von Produkten unter allgemeinen Umweltgesichtspunkten zu, sind aber untereinander durch unterschiedliche Bezugsgrößen und bauphysikalische Eigenschaften nicht direkt vergleichbar. Lebenszyklusbetrachtung Für die Bewertung des Baustoffs über den gesamten Lebenszyklus müssen weiterhin die Recyclingmöglichkeiten des Baustoffs sowie seine Dauerhaftigkeit berücksichtigt werden. Da nicht jedem Material eine festgelegte Nutzung zugeordnet werden kann, gibt erst die anwendungsbezogene Betrachtung in Teil C

Kennwerte für die Dauerhaftigkeit an. Ein einfaches Beispiel stellt eine Bohle aus Lärchenholz dar, die als Dielenboden eingesetzt bis zu 50 Jahre, als Fassadenbekleidung aber bis zu 70 Jahre lang nutzbar sein kann. Für das Lebensende (EOL – End Of Life) eines Baustoffs sind in Teil B Heizwert (Holz und Kunststoff) oder Recyclingpotenzial (Metall) angegeben. Für Baustoffe ohne EOL-Angaben ist das Recyclingpotenzial im Vergleich zum Herstellungsaufwand gering (Beton wird beispielsweise zwar als Zuschlag für Beton recycelt, der Hauptaufwand liegt jedoch in der Zementherstellung). Weiter muss die »Nutzbarkeit« für das Recycling beurteilt werden, d.h. die Möglichkeit Baustoffe überhaupt sortenrein dem Recycling zuführen zu können. Daher liegt ein besonderes Augenmerk auf Verbundbaustoffen. Über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes betrachtet kann so z.B. ein Bodenbelag mit geringer Dauerhaftigkeit (kurze Austauschzyklen) höhere Umweltbelastungen verursachen als die Tragkonstruktion. Vergleiche von Ökobilanzen Von besonderem Interesse für Architekten und Ingenieure dürfte der Vergleich bauphysikalisch weitgehend identischer Konstruktionen sein. Aus ökologischer Sicht können solche »gleichwertigen« Konstruktionen äußerst unterschiedlich bewertet werden. Entgegen »landläufiger« Meinung müssen beim Einsatz umweltfreundlicher Alternativen keine Abstriche in Funktionalität, Ästhetik oder Wirtschaftlichkeit gemacht werden – im Gegenteil: diese Form der Betrachtung bereichert u.U. den Planungsprozess und setzt zusätzliche Kreativität frei. Beispiele für die funktionale Gegenüberstellung von Materialanwendungen finden sich in Teil C. Zum leichteren Vergleich der einzelnen Aufbauten liegen grafisch aufbereitete Daten vor. Die besonders bedeutenden Kennwerte des nicht erneuerbaren Primärenergieinhalts und des Treibhauspotenzials sind in Länge und Grauwert hervorgehoben, generell positiv bewertbare negative Potenziale durch fehlende Flächenfüllung gekennzeichnet, Werte unter 1 ≈ 10-8 in den Tabellen gleich null gesetzt. Die Kennwerte werden für jeden Anwendungsbereich prozentual verglichen, wobei der jeweils höchste Wert in der Umweltkategorie eines Anwendungsgebiets 100 % definiert. Daher sind Vergleiche von Aufbauten unterschiedlicher Anwendungsbereiche nur auf Basis der Kennwerte möglich. Erstellung eigener Vergleiche Für den eigenen Vergleich von Konstruktionen müssen zunächst geeignete Materialschichten bestimmt werden (Funktionsäquivalent). Dabei sollte – um die Aussagen nicht zu verfälschen – der ganze Lebenszyklus betrachtet werden, d.h. inklusive Dauerhaftigkeit und Recyclingmöglichkeiten. Zusätzlich sollte, wenn möglich, der Aufwand für den Erhalt des Bauteils in die Betrachtung einbezogen werden. 99

Ökobilanzierung

Material, Materialbeschreibung

Bezugs- Heizeinheit wert [MJ]

Stahlbetonflachdecke Betonfertigteil, 2 % Stahl (FE 360 B, C 35/ 40), 120 mm Recyclingpotenzial (FE 360 B, 85% primär) Gesamt:

1 m2 15 kg 1 m2

Brettstapeldecke Kiefer, 12 % Holzfeuchte (ortsnah), 180 mm Baustahl, Warmwalzprofil (FE 360 B) Gesamt:

1 m2 2,5 kg 1 m2

1580 1580

PEI Primärenergie nicht ern. ern. [MJ] [MJ]

GWP Treibhauseffekt [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP Sommersmog [kg C2H4 eq]

492 -178 314

10 -4,2 6,2

55 -11 44

0,0000038 2,5 E-07 0,0000040

0,115 -0,046 0,069

0,0149 -0,0036 0,0114

0,0145 -0,0074 0,0070

110 59 168

1712 1,4 1713

-143 4,1 -138

0,0000016 0,0000002 0,0000018

0,067 0,013 0,080

0,0074 0,0011 0,0085

0,0565 0,0020 0,0585 B 10.1

Abb. B 10.1 zeigt beispielhaft den Vergleich einer Stahlbetondecke und einer Brettstapeldecke mit gleichwertiger Dauerhaftigkeit. Zunächst erfolgt die Ermittlung von vergleichbaren Materialdicken für die Konstruktionen (siehe Decken, S. 166). Zur Bilanzierung der Stahlbetondecke wird das Betonfertigteil mit 2 % Stahlanteil herangezogen, die Brettstapeldecke setzt sich aus Kieferschnittholz und Baustahl (Nägel) zusammen. Das Recyclingpotenzial von FE 360 B addiert sich zur Stahlbetondecke hinzu, da nach der Nutzungphase der Baustahl recycelt werden kann. Die Wiederverwendung des Metalls in der Brettstapeldecke erscheint hingegen unwahrscheinlich und wird daher nicht berücksichtigt. Der Vergleich zeigt für die Brettstapeldecke fast durchgängig bessere Werte. Ihre eingespeicherte Primärenergie (Heizwert) wird nach der Nutzungphase durch Verbrennung unter Erzeugung von Strom und Wärme wieder freigegeben.

Datenherkunft Für dieses Werk wurde mit zwei Softwareprogrammen bilanziert. Die für Teil B genutzte Bilanzierungssoftware (GaBi 4) verwendet Daten, die auf Erfahrungen aus Industriekooperationen und Patent- bzw. Fachliteratur basieren. Die Softwaregrundlage in Teil C (LEGEP) bilanziert demgegenüber mit Sachbilanzdaten, die auf Basis einer theoretischen Herstellungsweise zwischen 1990 und 1999 an der Bauhaus-Universität Weimar (IREB) und an der Universität Karlsruhe (ifib) errechnet wurden und greift weiterhin auf anerkannte Quellen wie die ecoinvent-Datenbank (ETH Zürich) zurück. Die Datengrundlage ist nicht immer gleichwertig. Dies liegt u.a. an den unterschiedlichen Strategien, mit denen Prozesse betrachtet und die Grundlagendaten ermittelt wurden. Ein Beispiel für diese Betrachtungsunterschiede ist Gips. Während LEGEP Naturgips bilanziert, betrachtet GaBi – gemäß dem prozentualen

Material, Materialbeschreibung * Datenherkunft (s.o.)

Bezugs- Heizeinheit wert

Verbrauchsanteil in Deutschland – jeweils zur Hälfte Naturgips und REA-Gips, ein Nebenprodukt der Rauchgasentschwefelung in Kohlekraftwerken. Um die programmeigene Konsistenz zu gewährleisten, wurden keine Daten zwischen den Programmen transferiert. Abweichungen zwischen den einzelnen Programmen sind mit * gekennzeichnet, um darzustellen, dass hier noch weiterer Abstimmungsbedarf besteht. Die größten Übereinstimmungen zwischen den Ökobilanzdaten der Programme finden sich in den Kennwerten des nicht erneuerbaren Primärenergie- und des Treibhauspotenzials. Das Ziel der Vergleichbarkeit von Ökobilanzdaten ist daher noch nicht vollständig erreicht.

Anmerkungen [1] Förderhintergrund »Integration vergleichender Nachhaltigkeitskennwerte von Baumaterialien und Bauteilschichten«. Sabine Djahanschah, DBU

PEI Primärenergie nicht ern. ern. [MJ] [MJ]

GWP Treibhauseffekt [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP Sommersmog [kg C2H4 eq]

1 m3 1 m3 1 m3 1 m3

9837 4099 4608 6749

332 153 165 249

626 253 286 422

0,00012 0,000047 0,000055 0,000080

4,5 0,48 0,64 1,8

0,45 0,076 0,10 0,20

0,35 0,058 0,084 0,16

Stampflehm*, ρ = 2200 kg / m3 Lehmsteine (Grünlinge)*, ρ = 1200 kg / m3

1 m3 1 m3

158 1257

1 4

9,7 74

0,000003 0,000003

0,068 0,12

0,011 0,011

0,011 0,016

Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln Mörtel und Estriche Anhydritmörtel / -estrich, Druckfestigkeitsklasse 20, 2350 kg / m3 Magnesiamörtel / -estrich *, Druckfestigkeitsklasse 20, 2000 kg / m3 Zementmörtel / -estrich, Druckfestigkeitsklasse 20, 2250 kg / m3 Gipsmörtel, Putzmörtelklasse P IV a, ρ = 1300 kg / m3 Kalk-Zementmörtel, Putzmörtelklasse P II a, ρ = 1500 kg / m3

1 m3 1 m3 1 m3 1 m3 1 m3

655 2439 2161 1477 2675

11 9,9 27 9,6 28

43 348 389 177 448

0,000010 0,000016 0,000020 0,000008 0,000020

0,24 0,44 0,85 0,15 0,61

0,040 0,060 0,13 0,016 0,090

0,037 0,070 0,099 0,029 0,083

Werksteine Kalksandstein, ρ = 1800 kg / m3 Betonstein (Pflaster), ρ = 2500 kg / m3 Porenbetonstein, ρ = 400 kg / m3 Leichtbetonstein*, ρ = 600 kg / m3

1 m3 1 m3 1 m3 1 m3

2030 1990 1484 787

117 46 81 35

247 310 186 97

0,000008 0,000013 0,000010 0,000011

0,22 0,55 0,29 0,33

0,031 0,080 0,051 0,048

0,035 0,056 0,040 0,048

Beton Ortbeton (C 25 / 30), ρ = 2340 kg / m3 Ortbeton (C 35 / 45), ρ = 2360 kg / m3 Betonfertigteil, 2 % Stahl (FE 360 B, C 35 / 45), ρ = 2500 kg / m3

1 m3 1 m3 1 m3

1549 1764 4098

17 23 86

251 320 455

0,000018 0,000016 0,000031

0,68 0,68 0,96

0,11 0,10 0,12

0,086 0,078 0,12

Platten Faserzementplatte*, ρ = 1750 kg / m3 Gipsplatte* (Typ A), ρ = 850 kg / m3

1 m3 1 m3

26839 2655

116 251

2200 150

0,00020 0,000027

4,3 0,41

0,60 0,063

1,04 0,052

[MJ] Naturstein Granit* (Indien), poliert, ρ = 2750 kg / m3 Sandstein (ortsnah), gesägt, ρ = 2500 kg / m3 Schieferplatten* (ortsnah), ρ = 2700 kg / m3 Marmor (Italien), poliert, ρ = 2700 kg / m3 Lehmbaustoffe

100

Ökobilanzierung

Material, Materialbeschreibung

Bezugs- Heizeinheit wert [MJ]

PEI Primärenergie nicht ern. ern. [MJ] [MJ]

GWP Treibhauseffekt [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP Sommersmog [kg C2H4 eq]

Keramische Baustoffe Hochlochziegel, Außenwand, ρ = 670 kg / m3 Mauerziegel, Innenwand, ρ = 750 kg / m3 Vollklinker (KMz), ρ = 1600 kg / m3

1 m3 1 m3 1 m3

1485 1663 4776

638 715 39

95 107 301

0,000010 0,000011 0,000029

0,31 0,34 0,79

0,034 0,038 0,084

0,050 0,056 0,14

Steinzeug glasiert*, ρ = 2000 kg / m3 Steinzeug unglasiert, ρ = 2000 kg / m3

1 m3 1 m3

6322 7160

0,060 0,070

393 445

8,50 E-07 8,50 E-07

0,96 1,00

0,067 0,069

0,084 0,093

1 kg 1 kg

45,6 35,3

0,010 0,020

0,37 0,50

0,0000010 8,24 E-07

0,0020 0,0018

0,00028 0,00023

0,0026 0,0019

Bitumenhaltige Baustoffe reines Destillationsbitumen* (B 100 –B 70) polymermodifiziertes Bitumen (PmB 65 A) Holz und Holzwerkstoffe Schnittholz 1 m3 Kiefer, 12 % Holzfeuchte (HF) (ortsnah), Darrdichte 450 kg / m3 Western Red Cedar, 12 % HF (Nordamerika), Darrdichte 630 kg / m3 1 m3 1 m3 Teak, 12 % HF (Brasilien), Darrdichte 660 kg / m3

8775 12285 12870

609 4485 3217

9512 14359 13435

-792 1 -907 1 -1013 1

0,000009 0,000049 0,000015

0,37 6,00 3,99

0,041 0,61 0,41

0,31 0,56 0,37

Holzwerkstoffe Brettschichtholz (BSH), 12 % HF, Darrdichte 465 kg / m3 Dreischichtplatte, 12 % HF, Darrdichte 430 kg / m3 Bau-Funiersperrholz (BFU), 5 % HF, Darrdichte 490 kg / m3 Spanplatte (P5, V100), 8,5 % HF, Darrdichte 690 kg / m3 Oriented Strand Board (OSB), 4 % HF, Darrdichte 620 kg / m3 mittldichte Faserplatte (MDF)*, 7,5 % HF, Darrdichte 725 kg / m3

9300 8618 10175 13998 12555 15843

3578 2617 4729 5818 4593 9767

13870 9387 15041 12614 16479 12495

-662 1 -648 1 -636 1 -821 1 -839 1 -515 1

0,000053 0,000030 0,000070 0,000086 0,000052 0,000066

1,57 0,54 1,62 1,22 1,52 1,48

0,19 0,065 0,19 0,16 0,19 0,28

1,0 0,36 1,3 0,40 1,3 1,4

1 m3 1 m3 1 m3 1 m3 1 m3 1 m3

Metall Eisenmetalle Gusseisen*, Guss (GG20; sekundär), GJL Baustahl, Warmwalzprofil (FE 360 B) Betonstahlmatten (sekundär) Wetterfester Stahl, Kaltband (WT St 37-2), 2 mm Edelstahl (V2A, X 5 CrNi 18-10), 2 mm

1 kg 1 kg 1 kg 1 kg 1 kg

10 24 13 26 54

0,49 0,54 0,24 0,56 6,3

0,97 1,7 0,83 2,0 4,8

4,26 E-08 6,62 E-08 9,40 E-08 8,30 E-08 4,41 E-07

0,0013 0,0051 0,0020 0,0057 0,037

0,00011 0,00042 0,00016 0,00046 0,012

0,00018 0,00082 0,00031 0,00088 0,0026

Nichteisenmetalle Aluminiumlegierung (EN AW-7022 [AlZn5Mg3Cu]), Blech, 2 mm Blei*, Blech, 2 mm Titanzink (Reinzink Z1, 0,003 % Titan), Blech, 2 mm Kupfer*, Blech, 2 mm

1 kg 1 kg 1 kg 1 kg

271 34 45 37

38 1,9 3,8 4,6

22 2,3 2,6 2,5

0,000004 2,88 E-07 5,59 E-07 1,84 E-07

0,069 0,041 0,018 0,018

0,0057 0,00061 0,0010 0,0023

0,010 0,0025 0,0013 0,0021

1 kg 1 kg 1 kg 1 kg 1 kg 1 kg 1 kg

-12 -13 -13 -177 -21 -29 -18

-0,28 -0,25 -1,2 -34 -1,3 -2,9 -4,5

-0,71 -0,77 -0,99 -16 -1,5 -1,7 -1,4

1,65 E-08 1,60 E-08 -4,30 E-08 -0,000003 -1,68 E-07 -3,86 E-07 -9,97 E-08

-0,0031 -0,0034 -0,021 -0,053 -0,036 -0,014 -0,015

-0,00024 -0,00025 -0,0071 -0,0041 -0,00043 -0,00075 -0,0021

-0,00050 -0,00053 -0,0012 -0,0081 -0,0021 -0,00097 -0,0018

1 kg

14

0,08

0,88

2,83 E-08

0,006408

0,00090

0,00053

Metall, Recyclingpotenziale Stahl (FE 360 B, 85 % primär) Stahl (WT St 37-2, 85 % primär) Edelstahl (CrNi 18–10, 25 % primär) Aluminium (EN AW-7022, 100 % primär) Blei Titanzink (65 % primär) Kupfer (50 % primär) Glas Floatglas*, ρ = 2500 kg / m3 Kunststoff Thermoplaste Polyethylen (PE-HD)*, Folie Polyvinylchlorid (PVC- P)*, Compound für Dachbahn Polyvinylchlorid (PVC- H)*, Compound für Rohre Polymethylmethacrylat (PMMA »Plexiglas«)*, Platte Polytetrafluorethylen (PTFE »Teflon«), Beschichtung EPDM*, Dichtungsgummi

1 kg 1 kg 1 kg 1 kg 1 kg 1 kg

41 17 14 24 8,3 27

75 61 52 87 295 76

0,09 2,1 0,59 0,29 2,5 0,25

1,82 2,28 2,05 3,39 16,2 1,97

0,000001 8,97 E-07 7,02 E-07 0,000001 0,000008 5,60 E-07

0,0050 0,013 0,0072 0,010 0,069 0,0082

0,00063 0,0012 0,00066 0,0010 0,0042 0,00054

0,0059 0,0021 0,0017 0,0031 0,0068 0,0029

Duroplaste Polyesterharz* (UP) Epoxidharz (EP)

1 kg 1 kg

32 ca. 30

115 137

0,45 0,78

4,68 6,47

0,000002 0,000002

0,012 0,014

0,0017 0,0021

0,0059 0,0050

Elastomere Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Dichtungsgummi Chlor-Butadien-Kautschuk (CR »Neopren«), Lager Silikon (SI), Dichtungsmasse

1 kg 1 kg 1 kg

37 ca. 25 ca. 25

102 96 91

0,85 0,96 30

3,05 3,65 4,07

9,68 E-07 8,81 E-07 7,43 E-07

0,010 0,012 0,028

0,00096 0,0010 0,0017

0,0040 0,0031 0,0023

1,5 0,17

0,00031 0,11 0,00004 0,013

3,87 E-08 4,34 E -09

0,00099 0,00045

0,00016 0,000041

0,00019 0,000033

Transport LKW*, LKW / 22 t zul. GGW / 14,5t NL / nah / 85 % Auslastung Hochseeschiff*, Containerschiff / ca. 27 500 dwt / Hochsee 1

1 / t km 1 / t km

Das negative Treibhauspotenzial von Holz entsteht durch Kohlendioxid, das der Atmosphäre bei der Photosynthese entzogen wird. Durch Verrottung oder Verbrennung wird es nach der Nutzung des Holzes wieder freigesetzt. B 10.2

101

Teil C

Baustoffanwendungen

1 Gebäudehülle 2 Dämmen und Dichten 3 Installationen 4 Wände 5

Decken

6 Fußböden 7 Oberflächen und Beschichtungen

Abb. C

Holz-Glas-Fassade in Structural Sealant Glazing Konstruktion, Fortbildungsakademie Mont Cenis, Herne (D) 1999, Jourda et Perraudin / Hegger Hegger Schleiff

103

Gebäudehülle

C 1.1

»Das Haus des Nordens ist eine dickwandige Klimaburg mit eingeschnittenen, eher kleinen Fenstern. Das förderte das Bewusstsein einer zweiteiligen Welt: das Klima ist draußen, der häusliche Herd, die menschliche Wärme ist drinnen. Isoliertechnisch ist dies eine gelungene Lösung, aber wahrscheinlich nur unter diesem Aspekt. War es gut, die Welt in fremd und eigen, in Objekt und Subjekt, in draußen und drinnen zu teilen?« Otl Aicher Das Bedürfnis nach Schutz vor der feindlichen Außenwelt und extremer Witterung liefert, historisch betrachtet, den primären Anlass jeder Bauaktivität – der Schaffung einer wirksamen Abtrennung zum Außenraum. Mit dem technischen Fortschritt haben sich die Anforderungen an die Gebäudehülle vervielfältigt (Abb. C 1.6). Als Schwelle zwischen innen und außen – zum Gebäude sowie zum Stadtraum gehörend – kommt der Gebäudehülle eine besondere Bedeutung zu. Nach außen präsentiert die Fassade als Visitenkarte des Hauses der Öffentlichkeit das Selbstverständnis des Bauherrn. Im Kontext prägt sie das Bild einer Stadt. Neben den primären Schutzfunktionen kommen weitere Anforderungen, um die Komfortansprüche der Nutzer zu erfüllen (z.B. Sonnen- und Blendschutz). Gleichzeitig bestimmt die Qualität von Außenwänden und Dächern maßgeblich die Energiebilanz von Gebäuden. Fassade, Haut und Hülle

C 1.1 C 1.2 C 1.3 C 1.4 C 1.5 C 1.6

104

Kuhprojekt, Vogelsberg / Hessen (D) 1986, Formalhaut systematische Darstellung funktionaler Kriterien systematische Darstellung konstruktiver Kriterien Kirche San Giorgio Maggiore, Venedig (I) 1566, Andrea Palladio Kuhstall, Gut Garkau bei Lübeck (D) 1925, Hugo Häring Anforderungen und Aufgaben von Gebäudehüllen (links: Außenseite)

Die Fassade – vom lateinischen »facies« abgeleitet – ist traditionell das »Gesicht« eines Hauses. Früher bezeichnete sie nur die der Öffentlichkeit zugewandte Hauptseite eines Baus, die gleichzeitig auch die Eingangsseite war. Gebäude wurden als Teil von Platz- oder Straßenwänden wahrgenommen und nicht in ihrer dreidimensionalen Gestalt (Abb. C 1.4). Zur Zeit der klassischen Moderne wurde der Begriff »Fassade« aufgrund seiner tradierten Bedeutung aus dem Wortschatz gestrichen. Die oftmals frei im Raum stehenden Körper

der Moderne verlangten nach einer allseitigen Behandlung ihrer Oberflächen. Dabei sollte die äußere Erscheinung mit den Funktionen und der inneren Nutzung im Einklang stehen (Abb. C 1.5). Die Terminologie von »Haut und Skelett« verdeutlicht den als untrennbar interpretierten Zusammenhang von innerem Gefüge und äußerer Gestalt. Durch die Befreiung der Fassadenebene von tragenden Funktionen löste sich die Außenhaut vollends vom Baukörper und wurde zum Vorhang (Curtain Wall). In der Folge entstanden in den 1960er- und 70erJahren weltweit zahlreiche gläserne Bürogebäude mit glatten Vorhangfassaden. Im zeitgenössischen Bauen geht es bei der Materialwahl nicht mehr um pragmatische oder ideologische Fragen der »ehrlichen« Materialverwendung, sondern meist um konzeptionelle und stoffliche Qualitäten von Oberflächen und um deren gewünschte Wirkung. Die wahrnehmbare Oberfläche der vom Baukörper losgelösten »Hülle« rückt ins Zentrum der Betrachtung. Vielfältige Ansätze bestimmen heute den Umgang mit Gebäudehüllen. Neben der Rückbesinnung auf traditionelle Baustoffe wie Naturstein, Holz und Ziegel wird vermehrt die Oberflächenqualität von industriellen Bauprodukten wie Kunststoff-Stegplatten, Sperrholz und wetterfestem Baustahl inszeniert (Abb. C 1.9). Neue Herstellungsverfahren von Beschichtungen auf Glas und die Möglichkeit, Oberflächen zu bedrucken, fördern die Renaissance von Ornament und Dekor. Die Materialität der Gebäudehülle rückt zugunsten der transportierten Bilder in den Hintergrund (Abb. C 1.8). Die Themen des nachhaltigen Bauens liefern einen weiteren Ansatz: Die Gebäudehülle wird als vielschichtige Haut ausgebildet, die auf äußere und innere Rahmenbedingungen sowie sich ständig verändernde Anforderungen reagiert (Abb. C 1.10), d.h. verschiedene Funktionsschichten regeln den Sonnen- und Blendschutz, die Lichtlenkung sowie die Energiegewinnung.

Gebäudehülle

Permeabilität – Luft

geschlossen teildurchlässig offen

Permeabilität – Licht

opak transluzent semitransparent transparent

Energiegewinn

Veränderbarkeit

Regelung

Teil des Tragwerks

nicht tragend tragend

Aufbau in Schichten

einschichtig mehrschichtig

Aufbau in Schalen

keiner Wärme Strom nicht veränderbar mechanisch phys. strukturell chem. substanziell

Hinterlüftung

nicht hinterlüftet hinterlüftet

Vorfertigung

niedrig hoch

manuell direkt / indirekt »selbstregelnd« mit Regelkreistechnik C 1.2

Grundlagen Die Kenntnis über die spezifischen Außenbedingungen, die inneren Nutzungsanforderungen sowie das Zusammenspiel der Einzelaspekte bildet die Grundlage für die Entwicklung von Gebäudehüllen. Darüber hinaus gelten für Fassadenkonstruktionen unabhängig von der Materialwahl zahlreiche allgemeingültige Kriterien. Funktionale Kriterien

Der Bewusstseinswandel im Umgang mit fossilen Energieträgern hat in den vergangenen Jahren dazu geführt, dass zeitgemäße Klimakonzepte die Gebäudehülle in den Mittelpunkt der Betrachtung stellen, um zunächst die passiven Möglichkeiten der Fassade als Schnittstelle zwischen innen und außen auszuschöpfen (Abb. C 1.2). Die Anlagentechnik stellt die erforderliche Restenergie bereit und deckt Spitzenlasten ab. Nachdem die Kontroll- und Einflussmöglichkeiten der Nutzer auf die Fassade bis in die 1970er-Jahre immer weiter abgenommen haben (vor allem im Büro- und Verwaltungsbau), gibt es nach der rasanten Entwicklung im Bereich der Gebäudeleittechnik in den vergangenen Jahren vermehrt Bestrebungen zu »selbstregelnden« Systemen einerseits (z.B. thermotrope Gläser) sowie zu »Lowtech-Lösungen« mit manueller Bedienung andererseits (z.B. Klapp- und Schiebeläden). Darüber hinaus wird die Gebäudehülle vermehrt zur akti-

einschalig mehrschalig

C 1.3

ven Energiegewinnung genutzt. Dabei bietet die Integration von Solartechnik in die Gebäudehülle (z.B. Photovoltaikelemente und Sonnenkollektoren) vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten, die über aufgeständerte, adaptive Systeme – wie man sie häufig auf Dächern findet – hinausgehen. Konstruktive Kriterien

Wärmedämmung

Wärmespeicherung Energiegewinnung

Windschutz

Konstruktive Kriterien bestimmen die Planung von Fassaden maßgeblich (Abb. C 1.3). Mit der Entscheidung, ob die Außenwand tragen soll oder nicht, sind immer auch gestalterische Fragen verbunden. Tragende Elemente wie Wände und Stützen können durch den Rhythmus der statisch erforderlichen Lastabtragungen den Baukörper prägen und strukturieren. Eine weitere grundlegende Entscheidung ist zwischen ein- und mehrschichtigen Konstruktionen zu treffen. Während im traditionellen Mauerwerksbau und im massiven Holzbau sämtliche Anforderungen an die Hülle durch einen einschichtigen, so genannten monolithischen Aufbau erfüllt wurden, bestehen heutige Außenwandkonstruktionen meistens aus mehreren Schichten, welche die jeweiligen Teilaufgaben (z.B. Tragen, Dämmen, Dichten) in bestimmter Reihenfolge und aufeinander abgestimmt übernehmen. Als »Schichten« werden beispielsweise Putzlagen oder Wärmedämmverbundsysteme bezeichnet, die selbst nicht tragfähig oder Teile einer übergeordneten Konstruktion sind (Abb. C 1.7).

natürliche Belichtung kontrollierter Durchlass diffusen Tageslichts

kontrollierter Durchlass direkten Sonnenlichts (Sonnenschutz, Blendschutz) Durchsicht, visuelle Verbindung

natürliche Belüftung

Abhalten von Niederschlägen

Regulierung der Luftfeuchte, Dampfdiffusion

Schutz der Wand gegen Durchfeuchtung

Schallschutz

Schutz vor mechanischer Beschädigung

Feuerschutz, Brandschutz

Einbruchschutz

C 1.4

C 1.5

C 1.6

105

Gebäudehülle

C 1.7

Außenwandkonstruktionen (links: Außenseite) a einschalig, einschichtig b einschalig, mehrschichtig c mehrschalig, einschichtig d mehrschalig, innen mehrschichtig C 1.8 Universitätsbibliothek Cottbus (D), 2004, Herzog & de Meuron C 1.9 Casa Jax, Tucson / Arizona (USA) 2002, Rick Joy C 1.10 Verwaltungsgebäude, Stuttgart (D) 1998, Behnisch, Behnisch und Partner C 1.11 systematische Darstellung von Außenwandbekleidungen

a

»Schalen« definieren sich durch ihre räumliche und / oder konstruktive Eigenständigkeit. Sie sind selbst weitgehend tragfähig und meist durch zusätzliche Konstruktionen mit dem tragenden Bauteil verbunden. Bauphysikalische Kriterien

Um die Dauerhaftigkeit und Gebrauchstauglichkeit von Außenwandkonstruktionen sicherzustellen, müssen die bauphysikalischen Eigenschaften der einzelnen Schichten sorgfältig aufeinander abgestimmt werden. Auch ist zu beachten, dass sich die Eigenschaften des Wärme-, Feuchte-, Schall- und Brandschutzes gegenseitig beeinflussen und nur ganzheitlich optimieren lassen. Wärmeschutz Ein guter Wärmeschutz der Außenbauteile sichert nicht nur die Behaglichkeit der Bewohner, sondern senkt auch maßgeblich den Heiz- bzw. Kühlenergiebedarf und somit die Betriebskosten. Auch die Gebäudesubstanz selbst wird vor Schäden durch klimatische Einflüsse (z.B. thermische Spannungen, Feuchtigkeit, Frost) geschützt. Die Wärmeleitfähigkeit einer Außenwandkonstruktion hängt im Wesentlichen ab von: • der Wärmeleitfähigkeit der einzelnen Bauteilschichten und Grundbaustoffe • der Schichtdicke der Baustoffe • dem Feuchtegehalt der Baustoffe

C 1.8

106

b

c

Feuchteschutz Ein erhöhter Wärmeschutz der Außenbauteile trägt auch zu einer verringerten Gefahr von Tauwasserbildung bei, ein erhöhtes Risiko besteht dagegen im Winter bei Kern- und Innendämmung. Tauwasser kann das Raumklima (Bildung von Schimmelpilzen) und die Dauerhaftigkeit der Außenwandkonstruktion beeinflussen. Für die Vermeidung von Tauwasser in gemäßigten Klimazonen gelten folgende Grundsätze: • Verwendung von dampfdichteren Materialien auf der Innenseite und dampfdurchlässigeren Materialien auf der Außenseite • Erhöhung der minimalen Bauteiltemperatur mittels außen liegender Wärmedämmung Schallschutz Entsprechend des maßgeblichen Außenlärmpegels sind Fassaden der Schallschutzklassen 1– 6 gemäß VDI Richtlinie 2719 vorzusehen. Die Mindestwerte für das bewertete Schalldämmmaß betragen in Abhängigkeit von der jeweiligen Nutzung zwischen 30 und 50 dB. Liegt der Außenlärmpegel über 75 dB, so müssen nochmals erhöhte Anforderungen erfüllt werden. Für den Schallschutz sollten folgende Grundregeln beachtet werden: • Schwere Wände wirken schalldämmend. Die Luftschalldämmung von Bauteilen

C 1.9

d

C 1.7

erhöht sich, je größer die flächenbezogene Masse ist. • Homogene Außenwände dämpfen den Schall besser als inhomogene. • Die Luftschalldämmung wird durch zusätzliche entkoppelte, elastisch gelagerte Schalen und durch erhöhte Luftschichtdicken verbessert. • Poröse Materialien, die an die Luftschicht angrenzen, erhöhen den Schallabsorptionsgrad. • Die Schallschutzqualität der Fenster trägt wesentlich zum resultierenden Schalldämmmaß der Gebäudehülle bei. Brandschutz Im Brandfall muss die Gebäudehülle die Brandausbreitung verhindern oder verzögern, die Tragfähigkeit der Konstruktion für einen definierten Zeitraum sicherstellen und somit zum Schutz von Leben und Gesundheit der Nutzer beitragen. Basierend auf der jeweiligen Landesbauordnung und zahlreichen weiteren Richtlinien (TÜV, DIN, VDE usw.), sind Baustoffwahl und Konstruktionsart entsprechend der brandschutzbezogenen Anforderungen abzustimmen sowie Schutzmaßnahmen für gefährdete Bauteile vorzusehen. Sämtliche im Bauwesen verwendeten Werkstoffe müssen hinsichtlich der Baustoffklasse nach DIN 4102 oder DIN EN 13 501 (siehe Glossar, S. 264).

C 1.10

Gebäudehülle

Außenwandbekleidungen Alle Hüllbauteile sind dauerhaft gegen Witterungseinflüsse, insbesonders gegen Schlagregen zu schützen. Entsprechend der Gliederung in ein- und mehrschalige opake Außenwandkonstruktionen ist in Abb. C 1.11 eine Auswahl möglicher Außenwandbekleidungen dargestellt.

Riemchen

angemörtelte Bekleidungen einschalige, mehrschichtige Konstruktionen

Spaltplatten Steinzeugfliesen

Außenputz

Putz

Wärmedämmputz

Wärmedämmverbundsystem (WDVS)

Einschalige, mehrschichtige Konstruktionen

Als Außenwandbekleidung für einschalige Hüllkonstruktionen stehen neben Putzlagen und Wärmedämmverbundsystemen (siehe Oberflächen und Beschichtungen, S. 191) vor allem angemörtelte (geklebte), kleinformatige Naturstein- und Betonwerksteinplatten sowie keramische Materialien zur Wahl. Bei der Planung von einschaligen Konstruktionen ist infolge der unterschiedlichen Materialeigenschaften von Belägen und Untergrund mit besonderer Sorgfalt auf Temperaturspannungen, Quell- und Schwindvorgänge sowie Tauwasserbildung zu achten. Da die Oberflächentemperaturen von dunklen Bekleidungsmaterialien je nach Jahreszeit zwischen – 20 C und + 85 C schwanken können, sollten entsprechende Bauteilbewegungen und -spannungen berücksichtigt und in die Detailüberlegungen einbezogen werden.

Vormauerschale Formgussmauer Gabionen Naturstein

vorgehängte Natursteinplatten Verbundplatten Schieferplatten Ortbeton bewehrt

Betonfertigteil Faserzementplatten

Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln

Kalksandstein unbewehrt

Hüttenstein Betonstein Betonwerkstein Klinker

tonkeramische Baustoffe

Mehrschalige, ein- und mehrschichtige Konstruktionen

Mehrschalige, hinterlüftete Konstruktionen verringern im Vergleich zu angemörtelten Bekleidungen die bauphysikalischen Schadensrisiken. Bei fortgeschrittener Nutzungszeit können außen liegende Wetterschutzschalen mit geringem Aufwand erneuert oder ausgewechselt werden, ohne die Trag- und / oder Dämmschicht verändern zu müssen. Außenwandbekleidungen können neben der Unterscheidung in Materialgruppen (Holz, Glas, Metall usw.) entsprechend der Befestigungsart in sichtbar (Nägel, Nieten, Schrauben) und unsichtbar (Hinterschnittanker, Bolzeneinhangsysteme) befestigte Bekleidungen gegliedert werden. Um eine höherwertige Anmutung zu erreichen, werden vermehrt unsichtbare Befestigungen verwendet. Für hinterlüftete Konstruktionen gelten folgende Regeln:

tonkeramische Baustoffe kleinformatige Betonwerksteinplatten kleinformatige Naturwerksteinplatten

keramische Fassadenplatten

bitumenhaltige Baustoffe

mehrschalige, einund mehrschichtige Konstruktionen

Glas

Bitumenschindeln gepresstes Glas

Hohlglassteine

Gussglas

Profilglas, U-Glas Floatglas farbiges Glas

Flachglas

geätztes Glas sandgestrahltes Glas emailliertes Glas Falz- und Leistendeckung Profilbleche Rauten- und Schindeldeckung

Metall

Paneele Kassetten Gussplatten

• Die Dämmstoffe (siehe Dämmen und Dichten, S. 132) sind lückenlos und durch mechanische Befestigung an der Außenwand anzubringen. Durchdringungen der Dämmebene im Bereich der Unterkonstruktion bilden Wärmebrücken und sind möglichst zu vermeiden. • Die Hinterlüftungsschicht muss mindestens 20 mm tief sein, die Größe der Be- und Entlüftungsöffnungen mindestens 50 cm2 pro Meter Wandlänge betragen. • Unterkonstruktionen werden meist in Holz oder Aluminium ausgeführt. Zur Vermeidung von Zwängungen müssen sie in alle Richtungen verschieb- und verdrehbar sein.

Bauschnittholz Vollholz Holz

Schindeln Dreischichtplatten Fassadensperrholz

Holzwerkstoffe

Furnierschichtholz zementgebundene Spanplatten ebene Platten, Stegund Wellplatten

Kunststoff

Membrane Formteile C 1.11

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Gebäudehülle

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h C 1.13

C 1.12

Vollholz und Holzwerkstoffe Außenwandbekleidungen waren immer regionaltypisch mit vor Ort verfügbaren Baustoffen an die lokalen Witterungsbedingungen angepasst. Holzverschalungen haben sich vor allem in den waldreichen Gebirgs- und Mittelgebirgslagen seit Jahrhunderten bewährt, werden jedoch aufgrund der vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten inzwischen auch an anderen Standorten vermehrt ausgeführt (Abb. C 1.17). Holzwerkstoffe ergänzen die Anwendungs- und Gestaltungsmöglichkeiten der eher kleinteiligen Vollholzfassaden und werden in Europa seit etwa 20 Jahren eingesetzt. Bei materialgerechter Planung und Verarbeitung können Holzbekleidungen eine Dauerhaftigkeit von weit über 100 Jahren erreichen (Abb. C 1.12). Während früher eine hölzerne Außenschale immer auf eine tragende Holzkonstruktion verwies, hat sich heute die Bekleidungswahl von der tragenden Primärkonstruktion gelöst. Allgemeine Planungshinweise

Bereits in der Entwurfsphase sind die zahlreichen Vorschriften der jeweiligen Landesbauordnungen hinsichtlich zugelassener Mindestgrenzabstände und erforderlicher Baustoffklas-

sen bei Holzfassaden zu beachten. In der Regel gilt für Gebäude mit geringer Höhe, d.h. bei denen die Oberkante des Fertigfußbodens (OKFF) des obersten Aufenthaltsraums weniger als 7 m über der Geländeoberkante (GOK) liegt, die Baustoffklasse B2 (normal entflammbar), der sämtliche hier aufgeführte Holzverschalungen entsprechen. Bei Gebäuden mittlerer Höhe (OKFF 7−22 m über GOK) wird meist die Baustoffklasse B1 (schwer entflammbar) gefordert, die nur einige Holzwerkstoffprodukte erreichen (Abb. C 1.14). Ab 22 m ist die Verwendung von nicht brennbaren Baustoffen (Baustoffklasse A) vorgeschrieben. Diesen Anforderungen entsprechen nur einige zementgebundene Flachpressplatten. Allerdings können mit speziellen Brandschutzkonzepten (z.B. Sprinklerung, Schutz von Rettungswegen etc.) abweichende Regelungen beantragt werden. Die Gebrauchstauglichkeit und Lebensdauer von Holzfassaden steht in direktem Zusammenhang mit planerisch-konstruktiven Grundsätzen: • Schutz vor Schlagregen durch entsprechend dimensionierte Dachüberstände und ausreichenden Spritzwasserschutz der Sockelzone (Abb C 1.16); stark beanspruchte Konstruktionselemente sollten im Bedarfs-

fall auswechselbar sein • schnelles und stauwasserfreies Ableiten von Niederschlägen durch Tropfkanten (im Bereich von Fenstersimsen ggf. Bleche vorsehen), Vermeiden von Kapillarfugen • dauerhafter Schutz der Schmalflächen und Kanten • vorzugsweise Einbau der Hölzer mit Faserlaufrichtung in Ablaufrichtung des Regenwassers, gehobelte Oberflächen trocknen schneller als sägeraue • wirksame Hinterlüftung der Außenschale • Verwenden von korrosionsfreien Befestigungsmitteln, die eine optische Beeinträchtigung der Fassade verhindern Außenwandbekleidung aus Vollholz

Bei der Auswahl von Brettschalungen ist die natürliche Dauerhaftigkeit des Vollholzes gegen Schädlingsbefall sowie zerstörende Pilze zu berücksichtigen. Die Holzart ist entsprechend den Anforderungen und den Dauerhaftigkeitsklassen nach DIN EN 350-2 (von 1 = sehr dauerhaft bis 5 = nicht dauerhaft) auszuwählen (siehe Holz und Holzwerkstoffe, S. 70, Abb. B 6.11). Die Hölzer werden mit der »rechten« Seite (Kernholzseite) nach außen montiert, um bei nachträglicher Formänderung durch Quellen und Schwin-

C 1.12 Windmühle Romeo und Julia, Taliesin / Wisconsin (USA) 1896, Frank Lloyd Wright C 1.13 Bekleidungsarten a Boden-Deckel-Schalung b Boden-Leisten-Schalung c Leisten-Deckel-Schalung d vertikale Profilschalung e horizontale Profilschalung f horizontale Brettschalung mit offener Fuge g Stülpschalung h kleinformatige Schindeln C 1.14 Holzwerkstoffplatten für Außenwandbekleidungen mit Angabe der Baustoffklasse nach DIN 4102 C 1.15 Möglichkeiten zur Ausbildung der Horizontalstöße von Holzwerkstoffplatten a geschlossene Fuge mit Z-Profil b überdeckte Fuge a

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d

Gebäudehülle

Holzwerkstoffplatten

Baustoffklasse

Dreischichtplatten Fassadensperrholz Furnierschichtholz zementgebundene Spanplatte

B2 B2 B2 B1 / A2 C 1.14

C 1.16 Möglichkeiten zum Spritzwasserschutz der Sockelzone a Sockelausbildung mit 300 mm Spritzwasserschutz b Sockelausbildung mit austauschbarem Element C 1.17 Außenwandbekleidungen aus Vollholz und Holzwerkstoffplatten a kleinformatige Normalschindeln b Zierschindeln in Rautenform c horizontale Brettschalung d Stülpschalung e Boden-Leisten-Schalung f feingliedrige vertikale Brettschalung g vertikale Brettschalung mit offenen Fugen h transparent beschichtetes Fassadensperrholz i sägeraues Fassadensperrholz j zementgebundene Spanplatten mit Deckleisten

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C 1.15

den die Fugen möglichst zu minimieren. Zur Aufnahme von Bewegungen und zur Vermeidung von Rissen ist auf eine zwängungsfreie Befestigung der Hölzer zu achten. Bauschnittholz und Profilbretter Aus gestalterischen und konstruktiven Erwägungen gilt es, zunächst die Wahl zwischen verschiedenen vertikalen und horizontalen Schalungsarten zu treffen (Abb C 1.13). Vertikale Verschalungen bieten den Vorteil, dass das Niederschlagswasser schnell abläuft und dass – je nach Gebäudehöhe – eine einheitliche Brettlänge ohne Längsstöße möglich ist. Allerdings müssen durch die waagerechten Hirnholzflächen Anschlüsse, beispielsweise an Attika und Laibungen, besonders sorgfältig detailliert werden. Bei Stülpschalungen muss die Überlappung (Stulp) der Bretter mindestens 12 % der Deckbreite betragen. Horizontale Brettschalungen mit offener Fuge werden leicht geneigt befestigt oder mit einem rhombischen Zuschnitt versehen, damit das Wasser nicht auf den Lamellen stehen bleibt. Bei stark bewitterten Fassaden besteht die erhöhte Gefahr, dass Feuchteschäden auftreten. Profilbretter mit Nutund-Feder-Verbindung können sowohl offen als auch verdeckt befestigt werden. Dabei sollte

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berücksichtigt werden, dass verdeckt befestigte Bretter im Schadensfall nur mit großem Aufwand auszuwechseln sind. Holzschindeln Kleinformatige Schindeln werden im Bereich der Fassade mittels Doppeldeckung verlegt. Es können keilförmige und gleichmäßig dicke, gespaltene oder gesägte Schindeln verwendet werden. Bei gesägten Holzschindeln verwittert jedoch die Oberfläche durch das Anschneiden der Holzzellen wesentlich schneller. Neben rechteckigen, etwa 50−350 mm breiten Normalschindeln gibt es auch verschiedene Zierformen.

C 1.16

den (Abb. C 1.15). Alternativ können auch Deckleisten den Kantenschutz übernehmen (Abb. C 1.17 j). Zur Befestigung der Platten sind neben sichtbaren Verschraubungen auch verdeckte Befestigungsmittel erhältlich. Oberflächen

Abb. C 1.14 zeigt Holzwerkstoffplatten, die sich als Außenwandbekleidung eignen und den Anforderungen der Holzwerkstoffklasse 100 entsprechen (siehe Holz und Holzwerkstoffe, S. 72). Die Plattenformate, das Fugenbild und die Oberflächenbeschaffenheit − sägerau, gebürstet, sandgestrahlt oder geschliffen − prägen das Erscheinungsbild der Fassade. Horizontale Fugen betonen die Geschossigkeit des Baukörpers, müssen allerdings in der Regel konstruktiv entsprechend geschützt wer-

Ein vorbeugender chemischer Holzschutz nach DIN 68800-3 ist bei hinterlüfteten Außenwandbekleidungen aus Vollholz nicht erforderlich, da die zu erwartende Holzfeuchte keinen Befall von holzzerstörenden Pilzen zulässt. Von den Plattenwerkstoffen können Dreischicht- und Furnierschichtholzplatten nach Wunsch unbeschichtet bleiben und natürlich vergrauen. Bei unbehandelten Oberflächen wird allerdings durch die UV-Strahlung des Sonnenlichts das kleinmolekulare Lignin (die »Kittsubstanz« des Holzes) in seine wasserlöslichen Bestandteile zerlegt und im Laufe der Zeit ausgewaschen. Die zurückbleibende weiße, faserige Zellulose bildet entlang der Faserrichtung ein reliefartiges Fasermuster; das Holz nimmt seine typische Patina mit grauer oder silbriger Farbe an. Auf schwach pigmentierte oder deckende Beschichtungen von Holzoberflächen geht das Kapitel Oberflächen und Beschichtungen näher ein (siehe S. 197f.).

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Außenwandbekleidung aus Holzwerkstoffplatten

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Gebäudehülle

Naturstein Bei der Verwendung von Naturstein als Außenwandbekleidung ist zu berücksichtigen, dass die sehr unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Steinarten (siehe Naturstein, S. 43) den Anforderungen der Witterungseinflüsse entsprechen: • thermische Längendehnung • Formänderungen durch Schwankungen des Feuchtegehalts (Quellen und Schwinden) • Frost- und Tausalzbeständigkeit (besonders im Bereich der Sockelzone) • chemische Stabilität (SO2 und CO2) C 1.18

Vorgehängte Naturwerksteinplatten

C 1.18 Trag- und Halteanker von vorgehängten Natursteinplatten C 1.19 Verblendformate und Fugenanteil bei angemörtelten Wandbekleidungen aus kleinformatigen Naturstein-, Betonwerksteinplatten und keramischen Materialien C 1.20 Außenwandbekleidungen aus Naturwerksteinen (Auswahl) a vorgehängte, hinterlüftete Naturwerksteinplatten aus Eifelbasalt b geschosshohe Naturstein-Verbundplatte c Vormauerschale aus Sandstein d Gabionen mit einer Füllung aus Altmühltaler Dolomit e Formgussmauer f Riemchen aus brasilianischem Ölschiefer

Natursteinfassaden werden heute aufgrund der wirtschaftlichen und bauphysikalischen Vorteile meist als vorgehängte, hinterlüftete Konstruktionen ausgeführt. Das Verankern von Natursteinplatten an einer Unterkonstruktion ist material- und arbeitsintensiv. Zur Vermeidung von Korrosionsschäden an der Fassadenoberfläche müssen sämtliche Befestigungsmittel (Ankerdorne, Schraubanker und Profilstege) nach DIN 17 440 aus nichtrostendem Stahl bestehen. Im Regelfall wird jede Platte von drei bis vier Ankerpunkten gehalten, wobei eine zwängungsfreie Lagerung zu gewährleisten ist (Abb. C 1.18). Die Plattenstärke beträgt je nach Steinart (Hart- bzw. Weichgestein) und statischer Bemessung in der Regel 30 – 50 mm. Fugen nehmen Bewegungen auf und tragen zur Hinterlüftung bei; je nach Plattengröße sind sie 8 –10 mm breit. Bei offenen Fugen entfallen Trenn- und Dehnfugen; sie schwächen allerdings das steinerne Erscheinungsbild. Alternativ können Fugen vermörtelt werden, Dehnfugen lassen sich mit besandetem Silikon verschließen. Eine Hinterlüftung muss dennoch gewährleistet bleiben. Der hohe Anteil an Konstruktionselementen verschlechtert die für Natursteine ansonsten vergleichsweise günstige Ökobilanz. Um den konstruktiven Aufwand zu verringern, haben einige Hersteller Naturstein-Verbundplatten entwickelt, die aus einer Aluminium- oder Blähtonträgerplatte mit 6 mm Steinkaschie-

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Spaltplatten

Riemchen

Mittel- Kleinmosaik mosaik 750

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Fugenanteile [%]

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Schichthöhe [mm]

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rung bestehen. Ihr Gewicht ist im Vergleich zu massiven Natursteinplatten deutlich geringer. Die Dauerhaftigkeit der Verbundplatten muss sich jedoch in der Praxis noch bewähren Vormauerschalen

Die Wanddicke von Vormauerschalen aus Naturwerksteinen beträgt mindestens 90 mm. Im Vergleich zu vorgehängten Plattenfassaden unterliegen sie im Sockelbereich keiner Bruchgefahr durch die Einwirkung von horizontalen Kräften (z.B. durch Fahrzeuge oder mutwillige Beschädigung). Die Lastabtragung über den Mauerwerksverband sowie die Verankerung der Außenschale mit der Primärkonstruktion erfolgt analog zu Klinkerfassaden. Bei massiven Vormauerschalen kann das volle Spektrum an Oberflächenbearbeitungen (siehe Naturstein, S. 42) genutzt werden. Gabionen

Gabionen sind Maschendrahtkörbe, die mit unterschiedlich großen Steinen – vorzugsweise aus lokal verfügbarem Material – gefüllt sind (Abb. C 1.21 d). Sie werden seit Jahrhunderten im Ingenieur- und Landschaftsbau eingesetzt. 1994 verwendete Ian Ritchie beim Bau für das Kulturzentrum in Terrasson (F) erstmals Gabionen als Baumaterial für den Hochbau. Formgussmauern

Zur Herstellung von Formgussmauern werden meist recycelte Steine zwischen einer vorderen Schalung und z.B. einer hinteren druckfesten Dämmung aufgeschichtet und mit Beton vergossen (Abb. C 1.20 e). Durch das Wechselspiel von Naturstein und Beton entsteht eine reizvolle Oberfläche. Kleinformatige, angemörtelte Natursteinplatten

Platten mit einer Fläche < 0,1 m2 und einer Dicke ≤ 30 mm können auf dem Untergrund angemörtelt werden. Zum Ausgleich von Unebenheiten beträgt die Mörtelschicht mindestens 10 mm, besser jedoch 20 mm. Die thermischen und hygrischen Dehnungen des vollflächig mit dem Untergrund verbundenen Belags müssen durch 10 mm breite Dehnfugen in Abständen von maximal 6 m aufge-

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C 1.21

Gebäudehülle

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nommen werden. Mit einer Plattenverkleidung beabsichtigt man in der Regel nicht, tragendes Mauerwerk nachzuahmen. Daher versetzt man die Platten mit kreuzenden, 4– 6 mm breiten Fugen oder verwendet kleine Formate im Verband (Abb. C 1.19). Ziegel und keramische Baustoffe Wie kaum ein anderer Baustoff erfordert Mauerwerk beim Entwerfen und Konstruieren große Disziplin und Kenntnis über die materialgerechte Ausbildung von Details. »Der Backstein ist ein anderer Lehrmeister. Wie geistvoll ist schon das kleine, handliche, für jeden Zweck brauchbare Format. Welche Logik zeigt sein Verbandsgefüge. Welche Lebendigkeit sein Fugenspiel. Welchen Reichtum besitzt noch die einfachste Wandfläche. Aber welche Zucht verlangt dieses Material.« Ludwig Mies van der Rohe Zweischaliges Verblendmauerwerk

DIN 1053 unterscheidet grundsätzlich zwischen zweischaligem Mauerwerk mit und ohne Luftschicht. Die Mindestdicke der Vormauerschale beträgt zur Gewährleistung der Standsicherheit 90 mm, in der Regel jedoch 115 mm. Für diese Anwendung kommen nur wasserabweisende, frostfeste und ausblühungsfreie Vormauerziegel oder Klinker, möglichst als Vollsteine, infrage. Für Außenschalen werden meist kleinformatige Steine als Dünnformat (DF) mit 240 × 115 × 52 mm oder Normalformat (NF) 240 × 115 × 71 mm verwendet. Bereits bei mittelformatigen Steinen (2-DF etc.) gerät das Verhältnis von Fuge und Stein aus dem Gleichgewicht und kann zu ästhetisch unbefriedigenden Ergebnissen führen.

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Zweischaliges Mauerwerk mit Luftschicht und Wärmedämmung Der maximal zulässige Abstand zwischen Innen- und Außenschale beträgt 150 mm. Die Luftschichtdicke darf 40 mm nicht unterschreiten. Somit verbleiben bei Ausnutzung des Höchstabstands nur 110 mm für die Wärmedämmung. Am so genannten Wandfuß und Wandkopf sind ausreichend dimensionierte Zuund Abluftöffnungen (7500 mm2 je 20 m2 Fassade) durch offene Stoßfugen oder Lüftungssteine vorzusehen, um die Entwässerung sowie die erforderliche Luftzirkulation zu gewährleisten. Dieser sehr dauerhafte Wandaufbau erfordert allerdings durch die großen Wanddicken von etwa 500 mm (bei 240 mm Tragschale) einen erhöhten Konstruktionsflächenbedarf und vermindert somit die Nutzfläche spürbar. Zweischaliges Mauerwerk mit Kerndämmung Wenn die Luftschicht entfällt und der Schalenzwischenraum vollständig mit Wärmedämmstoffen gefüllt ist, ergeben sich gänzlich andere bauphysikalischen Rahmenbedingungen. Für diese Konstruktionsart eignen sich nur wasserabweisende Kerndämmstoffe. Das Eindringen von Wasser ist durch eine sorgfältige Ausführung der Außenschale dauerhaft zu vermeiden.

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3 – 7 Drahtankern pro Quadratmeter (in Abhängigkeit vom Ankerdurchmesser, Abstand der Mauerwerksschalen und der Höhe der Außenwand über Gelände) verbunden. Neben der Farbe und Oberflächenbeschaffenheit der Steine sowie der Breite, Tiefe und Farbe der Fugen beeinflusst vor allem die Wahl des Mauerwerkverbands den Charakter einer Fassade. Läuferverbände mit halbsteiniger Überdeckung können bei großen Flächen schnell eintönig wirken. Bei der Verwendung von historischen »Zierverbänden« werden die Köpfe als Halbsteine vermauert (Abb. C 1.21). Angemörtelte Riemchen, Spaltplatten und keramische Wandfliesen

Bei keramischen Außenwandbekleidungen gelten die Planungshinweise für kleinformatige, angemörtelte Natursteinplatten (siehe S. 110). Vorgehängte, hinterlüftete Keramikplattenfassade

Stranggepresste keramische Platten mit offenen Fugen sind erst seit einigen Jahren als vorgehängte, hinterlüftete Regenschutzverkleidung erhältlich. Im Vergleich zu zweischaligem Mauerwerk verfügen gebrannte Keramikplatten aufgrund ihres geringen Gewichts über konstruktive und bauphysikalische Vorteile. Sie bestehen in der Regel aus zwei profilierten Einzelplatten (mit Kopf-, Fuß- und Tropffalz), die werkseitig Bei Vormauerschalen sind in Abhängigkeit von der Himmelsrichtung bzw. der Sonneneinstrah- über Stege zu einem Doppelwandprofil verbunlung, der Farbe und Oberflächenbeschaffenheit den werden. Bei einer Plattendicke von 30 mm beträgt die Höhe der Platten ca. 150−250 mm, der Steine senkrechte Dehnfugen im Abstand die Breite ca. 300−450 mm. Die gebrannten von 5 bis 12 m vorzusehen. Horizontale BeweKeramikplatten bleiben meist naturfarben, gungsfugen sind bis zu einer Gebäudehöhe von 12 m nicht erforderlich. Bei höheren Gebäu- glasierte Platten sind wenig verbreitet. Die Unterkonstruktion besteht in der Regel aus den muss die Außenschale mittels Konsolen Aluminium, gelegentlich auch aus Holz, und hat abgefangen werden, unterhalb der Konsolen sind Dehnungsfugen auszubilden. Wie bei allen die Aufgabe, Eigengewicht, Windkräfte sowie thermische Masseänderungen zwängungsfrei zweischaligen Wandkonstruktionen werden die an das Tragwerk weiterzuleiten. Zur WasserabMauerwerksschalen gemäß DIN 1053-1 mit

C 1.21 Zierverbände a holländischer Verband b gotischer Verband c märkischer Verband d schlesischer Verband C 1.22 keramische Außenwandbekleidungen a Recyclingziegel b glasierte Klinker c Keramik-Rillen-Platten d keramische Steinzeugfliesen a

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C 1.22

111

Gebäudehülle

leitung werden die horizontalen Fugen schuppenartig oder mit einem Tropffalz ausgebildet. In den senkrechten Fugen dient ein Fugenprofil dem Schutz vor Schlagregen und verhindert gleichzeitig das Klappern bei Wind.

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Mineralische Baustoffe

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Bei Fassaden reicht das Anwendungsspektrum mineralischer Baustoffe von fugenlosem Ortbeton über kleinformatige Sichtmauersteine bis hin zu relativ leichten, vorgehängten Faserzementplatten.

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C 1.23

C 1.23 Betonoberflächen a glatt, Betonplanschalung, grauer Zement b sägerau, ungehobelte Bretterschalung, grauer Zement c ausgewaschen, farbige Gesteinskörnung mit rundem Korn, grauer Zement d feingewaschen, Gesteinskörnung Rheinsand und Porphyr 0 –16 mm, weißer Zement, 1 % Eisenoxidrot e bossiert, Gesteinskörnung Kalkstein, grauer Zement f Fassadentafel aus Betonwerkstein: geschliffen, heller und dunkler Zuschlag, weißer Zement g gestrahlt, Gesteinskörnung Singenhofer Quarzit 0 –16 mm, weißer Zement, 0,2 % Eisenoxidgelb h transparent lasiert, Mineralfarbe C 1.24 Mindestabstände bei der Befestigung von Faserzementplatten auf Holzunterkonstruktionen C 1.25 Befestigungssystem mit Ankerschienen für vorgehängte Wandtafeln C 1.26 Befestigungssystem mit Tragankern zum Schichtenverbund von Sandwichelementen C 1.27 Betonfassaden a glatte Schalung b sägeraue Brettschalung c Betonmischung mit erdhaltigem Kies, Oberfläche nach dem Ausschalen grob abgespitzt d Betonmischung mit Zuschlägen aus grünem und schwarzen Basalt, Oberfläche geschliffen und poliert e bedruckte Betonfertigteile f Betonfertigteile g »Textile-Block«-System, 400 x 400 mm h Betonstein aus Weißzement i kleinformatige Faserzement-Fassadenplatten, Doppeldeckung in Streifen j großformatige Faserzement-Fassadentafeln, rot beschichtet

Betonfertigteile Aufgrund der witterungsunabhängigen Produktion lassen sich Betonfertigteile mit höherer Qualität und Präzision anfertigen (Abb. C 1.27 f). Sichtbeton Durch die horizontale Verdichtung auf RütteltiArchitekten schätzen die monolithische Wirkung schen weisen sie eine geringe Porosität auf. Im Vergleich zu Ortbetonfassaden gibt es zusätzlivon Sichtbetonfassaden. Tragwerk, Fassade, che Verfahren der Oberflächenbearbeitung (z.B. Bodenbeläge und Außenanlagen lassen sich einheitlich mit nur einem Baustoff herstellen. Im Flammstrahlen, Säuern); mittels Siebdruck und Abbindeverzögerer können auch gerasterte MotiGegensatz zur scheinbaren Einfachheit steht ve auf die Plattenoberfläche aufgebracht werden das oftmals komplexe Innenleben oder die (Abb. C 1.27 e). mühevolle Ausführung. So musste etwa beim Kunstmuseum in Liechtenstein die Ortbetonfas- Transport und Montage begrenzen allerdings Abmessungen und Gewicht von Fertigteilen. Sie sade über fünf Monate geschliffen und poliert sollten eine Fläche von 15 m2 und eine Länge von werden, um die gewünschte spiegelglatte 5 m nicht überschreiten. Um Längenänderungen Oberfläche zu erzielen (Abb. C 1.27 d). aus Temperatur- und FeuchtigkeitsschwankunWärmeschutz und weitere bauphysikalische Anforderungen machen in der Regel eine zwei- gen sicher aufzunehmen, sind je laufendem Meter Fertigteil ca. 1 mm Dehnfugen vorzusehen schalige Ausführung von Sichtbetonfassaden (siehe Dämmen und Dichten, S. 140). Man unternotwendig. Wärmebrücken im Bereich von Anschlüssen, Öffnungen und Durchdringungen scheidet Sandwichelemente und ein- bzw. zweischichtige, mit Bruchstein o.Ä. beschichtete, vorsind kaum vollständig zu vermeiden und köngehängte Wandtafeln. Geschosshohe Wandtanen nur mit einer sorgfältigen Detailplanung feln benötigen in der Regel zwei symmetrisch minimiert werden. Grundsätzlich unterscheidet angeordnete Anker, die je nach Befestigungssysman Fassaden aus Ortbeton und Betonfertigteilen; beide verfügen über ein breites Spektrum tem eingehängt oder verschraubt werden an Oberflächenbeschaffenheiten (Abb. C 1.23). (Abb. C 1.25). Sandwichelemente bestehen aus drei oder vier Schichten (Vorsatz-, ggf. Luft-, Dämm- und TragOrtbeton schicht) und können tragend, aussteifend oder Neben der Betonmischung (Abb. C 1.27 c) prägt vor allem die Wahl des Schalungssystems nicht tragend eingesetzt werden. Die Vorsatzschicht muss aufgrund der erforderlichen Betondie Gestalt von Sichtbetonfassaden. Eine saugende Schalhaut, z.B. eine sägeraue Brettscha- überdeckung (wie bei vorgehängten Wandtafeln) mindestens 70 mm betragen. Textile oder andere lung (Abb. C 1.27 b), hinterlässt eine raue Texdünnschichtige Armierungen ermöglichen gerintur und vermindert durch den Entzug von Luft gere Dicken. Der Schichtenverbund wird durch aus der Betonrandzone die Entstehung von Poren und Lunkern. Nicht saugende Schalhäute Traganker (Vertikalkräfte), Horizontalanker (Hori(Abb. C 1.27 a) ermöglichen die Herstellung von zontalkräfte) und Verbundbügel (Windlasten) hergestellt (Abb. C 1.26). (fast) glatten Oberflächen; sie begünstigen

a

112

jedoch die Bildung von Poren, »Wolken« und Farbtonunterschieden. Um ein fachgerechtes Einbringen und Verdichten des Betons sicherzustellen, hat sich für vorgesetzte Schalen eine Wanddicke von ≥ 175 mm bewährt. Weitere Planungshinweise hinsichtlich Eigenschaften und Herstellung von Ortbetonwänden sind in den Kapiteln Wände (siehe S. 153) und Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln (siehe S. 58) zusammengestellt.

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c

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Gebäudehülle

Sichtmauersteine aus Beton

Kalksandsteine (KS-Verblender und KS-Vormauersteine) sowie zementgebundene Hüttensteine (siehe Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln, S. 60) weisen vergleichbare Eigenschaften auf und können ebenfalls als Verblendschale eingesetzt werden. DIN 18 153 regelt die technischen, baustofflichen und geometrischen Anforderungen; sie unterscheidet:

> _ 25 mm

> _ 30 mm

> _ 5 mm > _ 15 mm

Fugenband

• Vormauersteine (Vm) = Mauersteine ohne Kammern • Vormauerblöcke (Vmb) = Mauersteine mit Kammern Vormauersteine und -blöcke werden neben der oktametrischen Maßordnung (1/ 8 M = 125 mm) auch nach der dezimetrischen Maßordnung (1/ 10 M = 100 mm) produziert. Wanddicken lassen sich in 90, 100, 115, 140, 190 mm, bei Vormauerblöcken auch in 240 mm herstellen. Die genaue Bezeichnung von Sichtmauersteinen aus Beton setzt sich aus Steinart, DIN-Nummer, Steinfestigkeitsklasse, Rohdichteklasse und Abmessung zusammen, z.B. Vormauerstein DIN 18 153 - Vm28 - 2,2 - DF. Bereits in den 1920er-Jahren experimentierte Frank Lloyd Wright mit seinem ornamentierten »Textile-Block«-System (Abb. C 1.27 g). Das Spektrum der herstellbaren Oberflächenqualitäten ist vielfältig und reicht von offenporig, geschlossen, feingewaschen und gestrahlt bis zu bruchrau. Individuelle Farbwünsche lassen sich durch Zugabe von anorganischen Farbstoffen aus Natursteinkörnungen (z.B. Granit, Porphyr und Basalt) erzielen. Für zweischaliges Sichtmauerwerk aus Beton gelten die für Ziegel genannten Planungshinweise (Abstände der Schalen, Verankerung, Abfangung etc., siehe S. 111). Zur Vermeidung von Rissen sind im Abstand von 6–10 m Dehnfugen mit einer Breite ≥15 mm einzuplanen (Abb. C 1.27 h).

> _ 25 mm 8–10 mm

Fassadenschraube C 1.24

C 1.25

C 1.26

bearbeitungen wie z.B. Sandstrahlen, Schleifen oder Polieren verstärken (Abb. C 1.23 f). Für die Bemessung und Verankerung der Betonwerksteinplatten gelten die bei vorgehängten Naturwerksteinplatten genannten Planungshinweise gemäß DIN 18 516 (siehe S. 110).

einem Gewicht von maximal 5 kg ist keine bauaufsichtliche Zulassung erforderlich. Die geschuppte Verlegung der kleinteiligen Formate (z.B. 200 × 300 oder 400 × 400 mm) erfolgt nach handwerklichen Regeln, z.B. in Deutscher Deckung, Stülp-, Waben- oder Doppeldeckung (Abb. C 1.27 i). Die Unterkonstruktion besteht bei Fassadenplatten in der Regel aus horizontal Faserzementplatten und -tafeln Die Patentierung von Faserzementplatten reicht verlaufenden Traglatten auf einer senkrecht in das Jahr 1901 zurück. Damals erfolgte die montierten Konterlattung. Faserzementplatten Herstellung überwiegend aus Zement unter werden mit nichtrostenden Schieferstiften aus Zugabe von ca. 10 % Asbestfasern und Wasser. Kupfer oder verzinktem Stahl befestigt oder Asbest (griechisch asbestos = unzerstörbar) alternativ mit Haken in Plattenfarbe eingehängt. bezeichnet als Sammelbegriff natürlich vorkom- Bei Tragprofilen aus Aluminium werden auch mende, faserförmige mineralische Silikatverbin- Nietverbindungen eingesetzt. dungen. Wenn die sehr feinen und langlebigen Fasern in die Lunge gelangen, können sie durch Großformatige Faserzement-Fassadentafeln ihre zellschädigende Wirkung die so genannte Großformatige Tafeln sind in Abmessungen bis Asbestose auslösen (siehe Glossar, S. 268). 3100 × 1250 mm und einer Plattendicke von Aufgrund der enormen Gesundheitsgefahr von meist 8 –12 mm erhältlich. Sie werden in der Asbest entwickelt die Industrie seit den 1980er- Regel flächenbündig verarbeitet und mit der UnJahren asbestfreie Produkte (siehe Baustoffe mit terkonstruktion verschraubt, vernietet oder mit mineralischen Bindemitteln, S. 61); 2005 trat ein nicht sichtbaren Hinterschnittankern befestigt. EU-weites Verbot in Kraft. Bei Tragkonstruktionen aus Aluminium müssen Generell unterscheidet man zwischen kleinforaufgrund des hohen thermischen Ausdehnungsmatigen Fassadenplatten und großformatigen koeffizienten Dehnfugen im Bereich der UnterFassadentafeln, die jeweils in den Oberflächen- konstruktion die zwängungsfreie Befestigung der Betonwerksteinplatten qualitäten hellgrau / weiß (Herstellung mit grauFassadentafeln sicherstellen. Die Fugenbreite Unbewehrte Betonwerksteinplatten werden in em bzw. weißem Zement), durchgefärbt, lasiert zwischen den Tafeln beträgt etwa 10 mm Abmessungen von 0,2–1,0 m2 und Mindestdicken von meist 40 mm aus Blockbeton der oder deckend farbig beschichtet erhältlich sind. (Abb. C 1.24). Horizontale Fugen werden meist Güteklasse C 55 / 67 hergestellt. Form und Farbe offen ausgeführt, vertikale mit einem Fugenband der Zuschläge (vor allem Marmor- und KalkKleinformatige Faserzement-Fassadenplatten hinterlegt. Auch großformatige Wellplatten komFür Platten mit einer Fläche bis 0,4 m2 und steingranulate) lassen sich durch Oberflächenmen, horizontal oder vertikal verlegt, zum Einsatz.

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C 1.27

113

Gebäudehülle

Metall

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Verarbeitung und Verlegearten

Außenwandbekleidungen aus Metall sind sehr dauerhaft und wartungsarm. Auch wenn die entsprechenden Baustoffe über ein relativ hohes spezifisches Gewicht verfügen, so handelt es sich bei den üblicherweise geringen Materialdicken (abhängig vom Metall in der Regel ≤ 1 mm) immer um leichte Konstruktionen, was sich vorteilhaft auf die Bemessung der Unterkonstruktion auswirkt. Die Umformtechniken und Verlegearten sind weit entwickelt und reichen von eher handwerklichen Falztechniken bis zu großformatigen Kassetten mit hohem Vorfertigungsgrad. Während die vorgehängten Metallfassaden der 1950er-Jahre oftmals noch mit den Attributen »technisch« oder »kalt« behaftet waren, schätzt man heute die präzise Oberflächenqualität sowie ihre spezifischen Licht- und Farbwirkungen. Im Bereich der Fassade werden die verschiedensten Metalle verwendet, z.B. Aluminium, Blei, Edelstahl, Kupfer, Stahl, Wetterfester Baustahl oder Zink (Eigenschaften siehe Metall, Abb. B 7.10, S. 80 und B 7.17, S. 83).

b

Um Metallverkleidungen formstabil auszubilden, werden in Abhängigkeit vom Werkstoff und der Verlegeart entsprechende Materialdicken gewählt oder durch zusätzliche Maßnahmen (z.B. Verformung, rückseitige Versteifungswinkel, abgekantete Ränder) ausgesteift. Die Befestigung kann sichtbar (durchdringend) oder unsichtbar (durchdringungsfrei) erfolgen. Für Metallverkleidungen existieren unterschiedliche Verlegearten, Systeme und Halbzeuge:

C 1.28 Verlegearten, Systeme und Halbzeuge (Auswahl) H = Horizontalschnitt, V = Vertikalschnitt a offene Fuge b Stehfalz c Profilbleche d Schindeldeckung e Paneele f Kassetten C 1.29 Metallfassaden (Auswahl) a farbig beschichtete Horizontalpaneele, Format 250 ≈ 1600 mm b Blei-Stehfalz-Deckung c Titan-Schindel-Deckung d Wetterfester Baustahl e 35 mm breite Kupferstreifen, um vertikale Lärchenholzlatten »geflochten« f Aluminiumgusstafeln mit Abdrücken von gefrorenem Pflanzengeflecht

Außenwandbekleidungen aus Metall sind praktisch dampfdicht. Um Tauwasserbildung zu vermeiden, müssen die Zuluftöffnungen ≥ 1/ 1000 und die Abluftöffnungen ≥ 1/ 800 der Wandfläche betragen. In Nutzungsbereichen mit hoher Wasserdampfbeanspruchung sollte eine raumseitige Dampfsperre angeordnet werden. Die Windsogkräfte sowie die temperaturbedingten Längenänderungen bestimmen wesentlich die Materialdimensionierung und die Verlegeart. Temperaturdifferenzen im Außenklima bewirken eine Längenausdehnung zwischen 1,2 mm / m (Stahl) und 2,2 mm / m (Titanzink). Durch längenverschiebbare Befestigungen und ausreichend dimensionierte Fugen wird eine zwängungsfreie Befestigung auf der Unterkonstruktion gewährleistet. Der Korrosionsschutz spielt im Fassadenbau eine wesentliche Rolle für die Standsicherheit und sollte daher frühzeitig beachtet werden (siehe Metall, S. 78).

• Falz- und Leistendeckung: Die Verlegung von nicht selbsttragenden, ca. 600 mm breiten Scharen (vorgefertigte Metallbänder) erfolgt in der Regel auf einer Rauspundschalung. Bei erhöhten Brandschutzanforderungen kommen Metallprofilsysteme zum Einsatz. Winkelstehfalz-, Doppelstehfalz- und Leistendeckungen gelten als klassische Konstruktionen der Klempnertechnik (Abb. C 1.28 b) und entsprechen der Metallbanddeckung im Dachbereich (siehe S. 124). Auch wenn die Falzverbindung heute meist mit Profilier- und Falzmaschinen ausgeführt wird, so handelt es sich doch um eine handwerkliche Ausführungstechnik, mit der sich keine völlig planebenen, glatten Oberflächen herstellen lassen (Abb. C 1.29 b). • Rauten- und Schindeldeckung: Die kleinformatigen Elemente ermöglichen eine netzartige Gliederung des Baukörpers und lassen sich aufgrund ihrer guten Verformbarkeit leicht an Rundungen anpassen (Abb. C 1.28 d und C 1.29 c). Sie werden durch Klammern oder Nageln in handwerklicher Verlegetechnik auf Lattenroste bzw. Schalung aufgebracht. • Profilbleche: Es gibt eine große Auswahl unterschiedlich profilierter Bleche (Abb. C 1.30). Profilbleche werden horizontal oder vertikal verlegt und auf einer Holz- bzw. Metallunterkonstruktion befestigt (Abb. C 1.28 c). • Paneele: Paneele sind als Steckfalz-, Stulp- und Horizontalpaneele erhältlich und können in verschiedene Richtungen flächenbündig oder geschuppt verlegt werden (Abb. C 1.28 e und C 1.29 a). Die Befestigung erfolgt meist durch eine verdeckte Nietung auf der Nutseite.

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Allgemeine Planungshinweise

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f C 1.28

114

b

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C 1.29

Gebäudehülle

b

Abschnitt nicht weiter berücksichtigt. Außenwandkonstruktionen aus zugbeanspruchten Membranen (Folie, Gewebe) werden auf Seite 129 behandelt.

c

Außenwandbekleidungen aus ebenen Platten, Wellund Stegplatten

a

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f C 1.30

• Kassetten: Durch die allseitige Abkantung sind Kassetten auch in größeren Abmessungen und Proportionen von 1:1 bis ca. 1:4 sehr formstabil. Sie werden durch Nieten oder Schrauben in der zurückversetzten Fuge montiert (Abb. C 1.28 f); alternativ gibt es auch verdeckte Einhangsysteme. • Gussplatten: Gussplatten sind gegen mechanische Beschädigung sehr widerstandsfähig und können mit frei gestaltbaren Oberflächen aus Aluminium (ggf. auch Bronze) hergestellt werden (Abb. C 1.29 f). Sie werden meist mit verdeckten Einhangsystemen montiert. Die Verlegung von z.B. massiven Aluminiumblechen, Mehrschichtplatten oder Wetterfestem Baustahl kann auch mit offener Fuge erfolgen (Abb. C 1.28 a). Großformatige Metallbleche werden durch Bombieren (französisch bombé = gewölbt), d.h. allseitiges Krümmen des Baustoffs zu einer Wölbung, an runde Hüllgeometrien angepasst. Darüber hinaus lassen sich mit verschiedenen Halbzeugen wie Loch- und Prägeblechen, Streckgittern, Lamellen, Metallstreifen sowie metallischen Geweben vielfältige Effekte erzielen und neue Fassadenkonstruktionen entwickeln (Abb. C 1.29 e).

C 1.31

Kunststoff Die Experimentierfreude der 1960er- und 70er-Jahre, Kunststoffe als gestaltprägendes Material einzusetzen, fand durch eine nicht sachgemäße Auswahl und Verwendung der Werkstoffe, technologische Materialmängel, spätestens aber durch die Ölkrise 1973 / 74 ein vorläufiges Ende. Seit Beginn der 1990er-Jahre wird Kunststoff wieder häufiger eingesetzt; Rem Koolhaas etwa verwendet bei der Kunsthalle in Rotterdam GFK-Wellplatten als Außenwandbekleidung (Abb. C 1.32 a). Der Imagewechsel von Kunststoffen – vom Billigprodukt zum zeitgemäßen Baumaterial – resultiert neben der erheblich verbesserten Qualität der Produkte auch aus der Vielfalt der auf dem Markt erhältlichen Erzeugnisse. Als Außenwandbekleidung werden hauptsächlich marktgängige Halbzeuge aus ebenen Platten, Well- und Stegplatten eingesetzt. Eine der wesentlichen Materialeigenschaften von Kunststoff – die freie Verformbarkeit – ist bei Plattenprodukten nicht oder nur eingeschränkt vorhanden. Mit Guss- oder Laminiertechnik hergestellte Formteile erfordern trotz industrieller Produktion einen hohen handwerklichen Aufwand und werden in diesem

Im Vergleich zu Außenwandbekleidungen aus Glas bieten transparente oder transluzente Kunststoffe den Vorteil eines geringen Gewichts und einer hohen Belastbarkeit bei niedrigen Kosten. Als plattenförmige Halbzeuge in der Fassade eignen sich im Wesentlichen folgende Kunststoffe: PMMA, PC, GFK aus UP, PET und PVC. Bei der Materialwahl sind die Vorschriften für den Brandschutz zu berücksichtigen. Grundsätzlich entsprechen PET und PVC den Anforderungen der Baustoffklasse B1. PMMA, PC und GFK gehören zur Baustoffklasse B2. Einzelne Produkte können jedoch durch spezielle Rezeptur (z.B. durch Zugabe von Flammschutzmittel) von der generellen Klassifikation abweichen; die Zulassung ist im Einzelfall abzufragen. Acrylglas ist dauerhaft witterungsund UV-beständig, alle anderen o.g. Kunststoffe haben in der Regel eine maximale Garantiezeit von zehn Jahren. Der U-Wert von Stegplatten beträgt in Abhängigkeit von der Anzahl der Hohlkammern zwischen 2,5 W / m2K (eine Kammer) und 1,2 W / m2K (fünf Kammern). Verarbeitung und Befestigung Durch die jahreszeitlichen Temperaturunterschiede von über 50 K entstehen je nach Material und Plattendicke thermische Längenausdehnungen von 3 bis 5 mm pro laufendem Meter. Daher müssen die Bohrungen und Befestigungsmittel so ausgebildet sein, dass sie eine zwängungsfreie Montage gewährleisten. Die Kunststoffplatten werden mit marktüblichen Verbindungsmitteln befestigt (Abb. C 1.31). Wellplatten werden bei Wänden im Wellental fixiert, bei Dachflächen hingegen auf dem Wellenberg. Stegplatten werden in der Regel mit vertikalem Kammerverlauf verlegt, um eine Ablagerung von Kondensationsfeuchte zu vermeiden.

C 1.30 Blechprofilierungen a eben (E) b Linierung (L) c Nutung (N) d Mikroprofilierung (M) e Trapezprofilierung (T) f Wellprofilierung (W) C 1.31 Befestigungsarten unterschiedlicher Halbzeuge C 1.32 Außenwandbekleidungen aus Kunststoff a Wellplatte aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), hinterleuchtet b Dreifachstegplatte aus Polycarbonat, rückseitig farbig koextrudiert c transparente Polycarbonatwellplatte mit sichtbarer Strohdämmung d transluzente Polycarbonatstegplatte mit Nut und Feder a

b

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C 1.32

115

Gebäudehülle

C 1.33 pharmakologisches Forschungszentrum, Biberach (D) 2002, Sauerbruch Hutton Architekten a geöffnete Vertikallamellen b geschlossene Vertikallamellen C 1.34 Glasbefestigungen a Verglasungsprofil mit Pressleisten b geklemmte Punktlagerung c geschraubte Punktlagerung mit Bohrung d Structural Sealant Glazing (SSG) mit mechanischer Sicherung C 1.35 systematische Darstellung von Glasfassaden C 1.36 Glasfassaden mit verschiedenen Verglasungsarten a geschupptes Seiltragwerk b gefugtes Seiltragwerk c bedrucktes Glas, Punktlagerung mit Bohrung, Kraftabtragung über Spiderelemente d mit Textpassagen bedrucktes Glas, geklemmte Punktlagerung e bedrucktes Glas, geklemmte Punktlagerung f doppelschalige Profilglasfassade a

b

Glas

eingesetzt werden. Ausschnitte in Überkopfverglasungen sind nicht zulässig. Nicht linienförmige Auflagerungen und größere Stützweiten unterliegen der Prüfung im Einzelfall. Bei horizontalen und geneigten Verglasungen müssen zusätzlich Lasten infolge von Reinigung und Wartung berücksichtigt werden. Je nach thermischen Anforderungen benutzt man dazu VSG oder ein Verbundglas aus VSG (innen) und Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG). Auch zur Sicherung von Verkehrsflächen, die ohne selbsttragende Schutzelemente (Handlauf etc.) ausgeführt sind, wird VSG verwendet. Die entsprechende technische Regel (TRAV) gilt für Vertikalverglasungen, deren Oberkante mehr als 4 m über einer Verkehrsfläche liegt. VSG wird dabei entweder als Einfachverglasung, als innere Scheibe im Isolierglasverbund oder als äußere Scheibe mit innenliegendem ESG verwendet. Der Nachweis der Tragfähigkeit kann entweder rechnerisch oder mit Pendelschlagversuch experimentell (inklusive Unterkonstruktion) erfolgen.

In der Architektur der vergangenen Jahrzehnte spielte die Thematik der Transparenz auch als Sinnbild für Offenheit und Kommunikation eine beherrschende Rolle. Zum einen entstanden schlankere und leichtere Befestigungssysteme, zum anderen lotete man mit neuen Glastechnologien das große Spektrum zwischen transparenten, transluzenten und opaken Gläsern aus (Abb. C 1.33) und verbesserte zugleich ihre wärme- und lichttechnischen Eigenschaften. Neben der klassischen Rahmung kamen Glasfügungen wie rahmenlose, dichte Verglasung und Schuppung auf. Darüber hinaus kommen zunehmend hinterlüftete Glasfassaden zum Einsatz. Anforderungen

Glasfassaden haben vielfältige technische Anforderungen zu erfüllen. Besonderer Aufmerksamkeit bedarf die solare Einstrahlung. Richtig eingesetzt, kann sie wesentlich zur Energieversorgung des Gebäudes beitragen und die Aufenthaltsbedingungen auch durch die Qualität des Lichts bereichern. Andererseits kann sie zur Überhitzung führen, die das Raumklima negativ beeinträchtigt oder einen erheblichen technischen und energetischen Mehraufwand zur Folge hat. Zur Wahl des jeweils geeigneten Glases wird ausführlich im Kapitel Glas Stellung genommen (siehe S. 86ff.). Sicherheit Je nach Einsatzgebiet des Glases sind aufgrund der Materialeigenschaften auch Sicherheitsaspekte zu berücksichtigen. Aufgrund des spezifischen Bruchverhaltens von Glas muss der Schutz vor herabfallenden Glassplittern oder vor seitlichem Absturz von Verkehrsflächen (bei Glasbrüstungen) gewährleistet sein. Dabei werden Glasflächen in Überkopfverglasung (Neigung > 10 °) und Vertikalverglasung unterschieden. Für Überkopfverglasung dürfen nur Gläser mit ausreichender Resttragfähigkeit verwendet werden. Bei linienförmiger Auflagerung kann Drahtglas bis zu einer Stützweite von 700 mm, Verbundsicherheitsglas (VSG) aus teilvorgespanntem Glas (TVG) bis 1200 mm

C 1.33

Anwendungsgebiete

Glasfassaden haben sich als besonders dauerhaft erwiesen. Gestalterisch ermöglichen Verbund- und Isolierglas – aus unterschiedlichen Flachgläsern zusammengesetzt – vielfältige Oberflächen (Abb. C 1.36 c–f). Hinterlüftete Außenwandbekleidung Zu den verbreiteten Erzeugnissen für die Fassadenbekleidung zählen mattiertes Glas, durchgefärbtes Glas, farbig beschichtetes Glas und Ornamentglas. Darüber hinaus sind auf dem Markt auch Sandwichelemente erhältlich, z.B. farbig beschichtete Trägerplatten aus Blähglasgranulat mit doppelseitigem ESG. Die Anforderungen an hinterlüftete Fassadenbekleidungen aus ESG und deren Anwendung sind in DIN 18 516-4 geregelt. Die Glasdicke ergibt sich aus der statischen Berechnung, darf jedoch eine Nenndicke von 6 mm nicht unterschreiten. Alle Scheiben müssen vor dem Einbau einer Heißlagerungsprüfung (HeatSoak-Test) unterzogen werden (siehe S. 87). Hinterlüftete Außenwandbekleidungen aus mehr als einer Scheibe benötigen einen Hinterlüftungsraum von mindestens 30 mm.

Einschalige Fassaden aus Glas Bei offenen oder unbeheizten Räumen wie Atrien oder Wintergärten nutzt man thermisch nicht getrenntes Glas. Als freistehende Wände können solche Verglasungen auch schallschützende Funktionen übernehmen. Für beheizte Räume wird Isolierglas oder Wärmeschutzglas verwendet. Standard sind Zweischeiben-Wärmeschutzgläser mit einem Systemwert (inklusive Rahmen) von 1,1 bis 1,4 W / m2K. Bei Passivhäusern werden Dreischeiben-Wärmeschutzgläser mit einem Systemwert von 0,7 bis 0,8 W / m2K eingesetzt. Gebäude mit hohen inneren Wärmelasten oder ohne außenliegenden Sonnenschutz werden durch Sonnenschutzglas bedingt vor Einstrahlung geschützt. Glassteine erreichen je nach Ausführung UWerte bis 1,5 W / m2K. Sie werden mit durchlaufender Fuge vermörtelt. Zweischalige Fassaden aus Glas Doppelschalige Fassaden verwendet man als Teil klimatischer Gebäudesteuerungssysteme oder aus Schallschutzgründen. Beim Schallschutz übernimmt die innere Scheibe (Isolierglas) die Funktion der thermischen Trennung, die äußere Scheibe ist für den Schallschutz verantwortlich. Zum einen reflektiert die Scheibe einen Teil des Schalls, zum anderen erzeugt der nach außen offene Zwischenraum eine Schwingung, die durch Interferenz zur Absorption der auftreffenden Schallwellen beiträgt (Helmholtz-Resonator). Bei entsprechender

a

b

c

d C 1.34

116

Gebäudehülle

Glasfassaden

starre Fassadenelemente linienförmige Lagerung

pressen / klemmen Klemm- / Pressprofile Structural Sealant Glazing Punkthalter

horizontale Achse

drehen wenden

schrauben

kippen klappen schwingen

bewegliche Ebene ausstellen schieben

geschraubte Halterung gespiderte Halterung

C 1.35

Gebäudehöhe und öffenbarer Fassade wird das System auch für den Windschutz eingesetzt. Eine Sonderform von Außenhüllen aus Glas ist das transluzente Profilbauglas, da es sowohl einschalig als auch zweischalig ausgeführt werden kann (Abb. C 1.36 f). Es wird an zwei Seiten von Aluminiumprofilen gehalten und mit Silikon verklebt. Profilbauglas ist bei bis zu zwei Geschossen selbsttragend. In doppelschaliger Ausführung erreicht es einen U-Wert von 2,0 W / m2K, eine Füllung aus Kapillarplatten reduziert den U-Wert bis auf 1,4 W / m2K. Konstruktionen

Die architektonische Wirkung einer Glasfassade wird entscheidend durch ihre Tragkonstruktion geprägt. Dabei unterscheidet man druck- und zugbelastete Systeme. Zugbelastete Systeme bieten größere Gestaltungsmöglichkeiten, da die Kräfte nicht über Fußpunkte abgetragen werden müssen, stellen aber erhöhte Anforderungen an das Tragwerk. Pfosten-Riegel-Konstruktionen Die am häufigsten verwendete Konstruktion ist die Pfosten-Riegel-Fassade. Sie besteht aus vertikalen Hauptträgern und quer liegenden Nebenträgern – vorrangig aus Aluminium, Stahl oder Holz. Diese Bauweise lässt die Dimensionierung aller Tragwerksteile entsprechend der auftretenden Kräfte zu. Die Hauptträger können entweder zugbelastet (aufgehängt) oder druckbelastet (aufgeständert) ausgeführt werden.

a

vertikale Achse

punktförmige Lagerung

rahmen Bleiverglasung Holzrahmen Metallrahmen Kunststoffrahmen Profilverglasung

veränderliche Fassadenelemente

b

Die Konstruktion erfordert sowohl die Montage der Glasbefestigung als auch der Dichtungen vor Ort, was zu erhöhten Toleranzen führt. Da die Scheiben systembedingt von außen eingesetzt werden müssen, versucht man der kostenintensiven Gerüstmontage durch die Verwendung elementierter und möglichst großer Fassadenelemente entgegenzuwirken. Rahmenkonstruktionen Im Gegensatz zur Pfosten-Riegel-Fassade werden bei der Rahmenkonstruktion die vorwiegend druckbelasteten Elemente grundsätzlich von innen montiert. Durch Vorfertigung lassen sich Bautoleranzen reduzieren und die Dichtigkeit verbessern. Eine durchgängige Dämmschicht in den nach außen offenen Rahmenprofilen kann Wärmebrücken vermeiden.

stellt werden, dass weder unter Lasteinfluss noch infolge thermischer Längenausdehnung Kontakt zwischen Glas und anderen harten Materialien auftritt. Daher wird es auf dauerelastischen Zwischenschichten gelagert. Man unterscheidet punkt- und linienförmige Lagerungen (Abb. C 1.35). Da stehendes Wasser Glasflächen blind machen kann, ist besonders an Befestigungspunkten und Rahmen auf den freien Abfluss des Niederschlagswassers zu achten.

Bei der Befestigung von Glas muss aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften sicherge-

Linienförmige Lagerung Bei der linienförmigen Lagerung wird die Glasscheibe mit Leisten über die gesamte Länge befestigt. So halten beim typischen Fensterrahmen Leisten an der Innenseite das Glas. Damit sind minimale Ansichtsbreiten von etwa 50 mm erreichbar. Die Weiterentwicklung dieser Klemmtechnik sind die Pressleisten (Abb. C 1.34 a). Durch die Montage von außen können sowohl thermische Problemstellen reduziert als auch zwei Scheiben gleichzeitig in Position gehalten werden. Pressleisten haben Ansichtsflächen von ≥ 40 mm. Zu dieser Kategorie zählt auch das »Structural Sealant Glazing« (SSG). Der kraftschlüssige Verbund von Glas und Rahmen mit speziellen Silikonklebstoffen ermöglicht völlig ebene, nur durch Fugen gegliederte Fassadenflächen ohne von außen sichtbare Befestigung. Die Technik ist in Deutschland oberhalb einer Höhe von 8 m ohne zusätzliche mechanische Sicherung der äußeren Scheibe durch ein Metallprofil nicht zulässig.

c

e

Verspannte Konstruktionen Die Bestrebungen der Architekten, die Glasfassade immer weiter zu immaterialisieren, hat Mitte der 1980er-Jahre zur Entwicklung der so genannten Seilfassade geführt (Abb. C 1.36 a und b). Die auftretenden Kräfte werden durch vorgespannte Seile aufgenommen und abgeleitet. Die Konstruktionen sind hauptsächlich auf Zug beansprucht und benötigen starke Widerlager, zwischen denen sie gespannt werden. Befestigung

d

f

C 1.36

117

Gebäudehülle

Punktförmige Lagerung Bei punktförmiger Scheibenlagerung wird die Verglasung an einzelnen Punkten durch Klammern oder versenkte Schraubpunkte gehalten (Abb. C 1.34 b und c). Grundsätzlich ist die Klemmung materialgerechter, da beim Durchbohren konstruktive Probleme entstehen können. Gebohrte Punkthalterungen werden meist mit so genannten Spidern ausgeführt. Die Metallelemente fassen die Kräfte aus mehreren Glasauflagern zusammen und leiten Sie in die Tragkonstruktion ab. Solare Nutzung der Gebäudehülle

Glas ermöglicht die passive Nutzung der Sonnenenergie über die direkte Einstrahlung in das Gebäude. Darüber hinaus ist es ein wesentlicher Baustoff für aktive solare Systeme. Um die Transmissionswärmeverluste im Winter und die Überhitzungsgefahr im Sommer zu minimieren, ist bei der passiven Nutzung das Verhältnis zwischen vorhandener Solarstrahlung, Öffnungsgröße, Wärmebedarf, Verschattungssystem und thermischer Speichermasse auszubalancieren. Durch den Einbau solartechnischer Systeme in die Gebäudehülle wandelt sich die Fassade von der passiven Schutzhülle zum aktiven, energiegewinnenden Element. Generell können zwei Systeme zur aktiven Solarenergienutzung unterschieden werden: Photovoltaik zur Stromgewinnung (Abb. C 1.37) und Solarthermie zur Wärmeerzeugung. Bei der architektonischen Integration der solartechnischen Systeme in Dach und Wand übernehmen die Elemente neben der Energiegewinnung gleichzeitig die konstruktiven, funktionalen und gestalterischen Aufgaben der Gebäudehülle.

Außenwandbekleidungen Schichtaufbau * Datenherkunft siehe Ökobilanzierung, S. 100

Photovoltaik (PV) Bei der Photovoltaik entwickeln sich zurzeit zwei Strategien zur Fassadenintegration. Zum einen werden immer semitransparentere Zellen so angeordnet, dass die Glasfläche noch eine gewisse Transparenz besitzt; zum anderen entwickeln die Hersteller opake Zellen mit unterschiedlichen Farben, um die Gestaltungsvielfalt mit dem Material zu erhöhen. Die ursprünglich dunkelblauen Zellen sind nun auch in verschiedenen Blau-, Rot- und Grüntönen sowie in gelbgold erhältlich. Bei aufgedampfter Photovoltaik kann auch die Form des PV-Moduls zum gestalterischen Element werden. Die Wirkungsgrade von PV liegen für: • kristalline Siliziumzellen bei 12–17 %, • amorphe Siliziumzellen bei 5 –7 %, • Kupferindiumdiselenidzellen bei ca. 11 % • Cadmiumtelluridzellen bei 7 %. Solarthermie Eine ähnliche Entwicklung wie bei der Photovoltaik ist im Bereich der Solarthermie zu erkennen. Die entweder Luft oder Wasser als Medium nutzenden Systeme hatten ursprünglich eine schwarze Farbe. Die Farbpalette wird nun durch blaue, rote, braune, grüne, goldene, silberne und hellgraue Farbtöne ergänzt. Allerdings erreichen die neuen Farbtöne nicht den Absorptionsgrad des schwarzen Materials; der Energiegewinn verringert sich je nach Farbe um 2 –10 %. Wirkungsgrade von solarthermischen Anlagen liegen für Flachkollektoren bei 50 –75 %, Vakuumkollektoren errreichen Werte bis 80 %.

C 1.37 C 1.37 in die Gebäudehülle integrierte Photovoltaikanlage, Fortbildungsakademie Mont-Cenis, Herne (D) 1999, Jourda et Perraudin, Hegger Hegger Schleiff C 1.38 Ökobilanzdaten von Außenwandbekleidungen

PEI Primärenergie nicht ern. [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP DauerSommerhaftigkeit smog [kg C2H4 eq] [a]

168

17

10

0

0,060

0,0030

0,0040

80 – 100

71

3,5

5,4

0

0,026

0,0020

0,0020

80 – 100

680

36

55

0

0,21

0,015

0,019

≥ 80

88

38

3,4

0

0,030

0,0017

0,0020

40 – 60

320

10

33

0

0,082

0,0086

0,018

60 – 80

Naturstein vorgehängte Natursteinfassade, Kalkstein* Kalksteinplatte geschnitten, 30 mm Edelstahlanker (V4A), 140 mm angemörtelte Natursteinplatten, Kalkstein* Kalksteinplatte geschnitten, 20 mm Kalkzementmörtel MG II, 15 mm Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln Ortbeton Ortbeton armiert, 2 % Stahlanteil (FE 360 B), 100 mm Betonanker Stahl hochlegiert, 120 mm Faserzementplatten* Faserzementplatten, 8 mm Holzunterkonstruktion, 30 mm Kalksandstein, hinterlüftet Kalksandstein (KS Vb 20 / 1,8), Mörtel MG II, 115 mm Maueranker Stahl, 80 mm

118

Gebäudehülle

Außenwandbekleidungen Schichtaufbau * Datenherkunft siehe Ökobilanzierung, S. 100

PEI Primärenergie nicht ern. [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP DauerSommerhaftigkeit smog [kg C2H4 eq] [a]

400

9

51

0

0,10

0,0053

0,0080

60 – 80

285

50

21

0

0,11

0,0053

0,0080

≥ 80

532

59

28

0

0,15

0,0095

0,014

50 – 80

531

62

28

0

0,15

0,0093

0,013

50 – 80

547

65

29

0

0,16

0,0097

0,013

50

837

70

40

0

0,20

0,014

0,018

50

2162

353

131

0

0,76

0,041

0,055

50

832

168

55

0

0,34

0,017

0,023

70 – 100

452

9,6

24

0

0,11

0,0075

0,010

60 – 80

1091

41

60

0,000040

1,29

0,016

0,030

80 – 100

416

43

25

0,000014

0,15

0,0075

0,010

70 – 100

319

33

19

0,000011

0,12

0,0057

0,008

80 – 100

41

226

-21

0

0,016

0,0017

0,004

40 – 70

73

459

-43

0

0,029

0,0034

0,009

40 – 70

189

613

-29

0

0,066

0,0075

0,033

40 – 70

1099

63

52

0

0,28

0,018

0,049

25

Keramische Baustoffe Verblendmauerwerk, hinterlüftet Vollziegel (VMz 28 / 1,8), Mörtel MG II, 115 mm Maueranker Stahl, 80 mm Keramikplatten, hinterlüftet VFH-Keramikplatten, 30 mm Aluminiumprofile, 60 mm Glas Profilglas, einfach* Profilglas, fi-Profil 498 ≈ 41 mm, Glasdicke 6 mm Aluminiumrahmen, Silikonfuge, 40 mm ESG* ESG, 6 mm Klemmpressprofil Aluminium, EPDM-Dichtung, 40 mm Wärmeschutzglas Ug= 1,1* Zweischeiben-Wärmeschutzglas, Argonfüllung, 24 mm Klemmpressprofil Aluminium, EPDM-Dichtung, 40 mm Wärmeschutzglas Ug= 0,7* Dreischeiben-Wärmeschutzglas, Argonfüllung, 36 mm Klemmpressprofil Aluminium, EPDM-Dichtung, 40 mm Doppelfassade* ESG, 6 mm Tragkonstruktion Aluminium, 250 mm Zweischeiben-Wärmeschutzglas, Argonfüllung, 24 mm Metall Aluminium-Wellblechprofil Aluminium-Wellblechprofil, 1 mm Unterkonstruktion Aluminium, 30 mm Stahltrapezblech, beschichtet Stahltrapezblech beschichtet, 0,75 mm Unterkonstruktion Stahl verzinkt, 30 mm Kupferblech Kupferblech Winkelstehfalz, 0,7 mm Spanplatte, P5, 22 mm Titanzinkblech* Titanzinkblech Winkelstehfalz, 0,7 mm Spanplatte, P5, 22 mm Edelstahlblech* Edelstahlblech Winkelstehfalz, 0,5 mm Spanplatte, P5, 22 mm Holz Holzschindeln Holzschindeln Red Cedar gespalten, zweilagig, 16 mm Holzunterkonstruktion, 48 mm Stülpschalung Stülpschalung Lärche, Dispersionslasur, 24 mm Holzunterkonstruktion, 30 mm Sperrholzplatten BFU-Platte, 16 mm Holzunterkonstruktion, 30 mm Kunststoff Stegplatte Dreikammer-Stegplatte Polycarbonat, 40 mm Klemmpressprofil Aluminium, EPDM-Dichtung Putzbeschichtungen und Wärmedämmverbundsysteme siehe Oberflächen und Beschichtungen, S. 201 C 1.38

119

Gebäudehülle

Dachabdichtung

de Dac ck hun g

Außenwandbekleidung

Reet, Stroh Halme Schuppen eben Steinplatten,aufgelegt Holzschindeln Schiefer-/Faserzementschindeln Ziegel, Beton Schuppen verform Ziegel, Beton Platten eben Glas, Kunststoff Platten verformt Faserzement Metall Metall, verfalzt Bänder Bitumen Bahnen Kunststoff, Kautschuk

liegend stehend mit Hängewerk

Sparrendach Pfettendach Ortbetondach

allgemeiner Einsatzbereich mit zusätzlichen Maßnahmen

C 1.39 Abhängigkeit von Werkstoffen und Dachneigungen C 1.40 begrünte Dachfläche, Bürohaus, Wien (A) 2001, Delugan-Meissl C 1.41 systematische Darstellung der Werkstoffe nach Dachdeckung und -abdichtung C 1.42 Fügungsprinzipien: a Überdecken von ebenen Schuppen b Überdecken von verformten Schuppen c Falzen von Bändern d Klemmen und Pressen von ebenen Platten e Löten von Bändern f Schweißen und Kleben von Bahnen

C 1.39

Dächer Das Dach als Teil von Gebäudehülle und Tragwerk schützt den Baukörper und deren Nutzer vor Witterungseinflüssen: Es hält Niederschlag ab, nimmt Wind-, Schnee- und Verkehrslasten auf und dient dem Wärmeschutz. Nutzungsanforderungen und Konstruktionsarten und Dachformen stehen dabei in einem komplexen Zusammenhang. Dies verdeutlichen die vielfältigen Erscheinungsformen des Dachs, die durch kulturelle Entwicklungen, regionale Werkstoffe, handwerkliche Techniken und industrielle Entwickungen geprägt sind, z.B. im reetgedeckten Sparrendach oder im industriell vorgefertigten flachen Dach.

den Seiten (siehe S. 122, 126 und 128) zeigen beispielhaft die o.g. Schichten und die Variationsmöglichkeiten innerhalb des Systems Dach. Unabhängig von Deckungsart, Werkstoff und Dachneigung lassen sich ein- und zweischalige Dächer unterscheiden.

Konstruktionsprinzipien

Zweischaliges Dach Das zweischalige Dach wird auch als belüftetes Dach oder Kaltdach bezeichnet. Typisches Merkmal nach DIN 4108-3 ist eine belüftete Luftschicht direkt über der Dämmung (Abb. C 1.43). Sie gewährleistet den Abtransport von Wasserdampf, der vom Innenraum durch die Dämmschicht diffundiert. Voraussetzungen für die wirksame Funktionsweise sind ausreichend große Lüftungsquerschnitte und ein störungsfreier Strömungsverlauf zwischen Zu- und Abluftöffnungen.

Das Gesamtsystem der Dachkonstruktion besteht in der Regel aus verschiedenen Schichten, die spezifische Aufgaben erfüllen. Es kann z.B. aus Nutzschicht, Deck- oder Dichtungsschicht, Tragschicht (z.B. Lattung, Schalung), Belüftungsraum, Dämmschicht, Tragwerk und innerer Verkleidung bestehen. Die Schemadetailzeichnungen auf den folgen-

Einschaliges Dach Das einschalige Dach bezeichnet man auch als nicht belüftetes Dach oder Warmdach. Über der Dämmschicht liegt unmittelbar die Dachabdichtung bzw. bei gedeckten Dächern z.B. die Unterdachbahn. Eine raumseitige dampfsperrende Schicht verhindert, dass Wasserdampf in die

Dämmung eindringt, der abtransportiert werden müsste (Abb. C 1.44). Die Nachteile des zweischaligen entsprechen den hier genannten Vorteilen des einschaligen Dachs: • Die Konstruktionshöhe verringert sich. • Ohne Luftstrom gibt es keinen beschleunigten Wärmetransport. • Die Konstruktion wird keiner Feuchtigkeit ausgesetzt, bei Holzbauteilen kann der chemische Holzschutz entfallen. • Zu- und Abluftöffnungen fallen weg. • Die geringere Schichtanzahl ermöglicht technisch einfachere Durchdringungen. • Alle bauphyskalischen Anforderungen können in einem Bauteil integriert sein (z.B. Kompaktdach). Decken und Dichten

Die oberste Schicht des Dachs schützt das Gebäude in der Regel vor Niederschlägen. In Abhängigkeit von Deckungsmaterial und Dachneigung bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten, das Eindringen von Niederschlag zu verhindern: schnelles Ableiten vom Gebäude bei geneigten Dächern oder Sperren und Abführen des Wassers an vorgesehenen Stellen bei flachen und flach geneigten Dächern. Daraus ergeben sich die in DIN 4108 definierten Begriffe »Deckung« als das Decken mit schuppenartig verlegten Teilen und »Dichtung« als das dichte Kleben oder Schweißen von Bahnen. Je dichter die Werkstoffe und ihr Verbund untereinander, desto flacher kann die Neigung ausfallen. Abb. C 1.39 verdeutlicht die Abhängigkeiten von Material und Dachneigung. Fügungsprinzipien

Die primäre Einteilung der Werkstoffe für Dachdeckungen und -dichtungen erfolgt nach ihrer Form (Abb. C 1.41). Prinzipielle Fügungsmethoden, Anschlüsse und Befestigungsarten können C 1.40

120

Gebäudehülle

Werkstoffe für Dachdeckung und Dachabdichtung

Dachdeckungen

Halme Reet Stroh

Dachabdichtungen

Verringerung der Dachneigung

Schuppen eben Holzschindeln Schieferschindeln Faserzementschindeln Bitumenschindeln Ziegel: Strangfalzziegel Pressfalzziegel Bieberschwanzziegel Betondachstein Naturwerkstein Metall

Schuppen verformt Ziegel: Hohlpfanne Krempziegel Mönch und Nonne Muldenfalzziegel Doppelfalzziegel Falzpfanne Flachdachpfanne Verschiebeziegel Beton: Muldenfalzstein Doppelmuldenfalzstein

Platten eben Glas Kunststoff

Platten verformt Faserzementwellplatten Bitumenwellplatten Kunststoffwellplatten Aluminium Stahl verzinkt Stahl verzinkt und beschichtet Kupfer Stahl nichtrostend

Bänder Aluminium Blei Kupfer Stahl nichtrostend Stahl verzinkt Zink

Bahnen Bitumen Kunststoff: thermoplastische / elastomere Bahnen Membranen

C 1.41

anhand dieser Einteilung grundsätzlich und beispielhaft erläutert werden. Die Liste der möglichen Materialien erweitert sich ständig durch die auf dem Markt angebotenen Produkte und regionale Differenzierungen. Deckende Fügung Dachdeckungen bestehen aus einzelnen Teilen, die versetzt und übereinander so angeordnet werden, dass sie Niederschlagswasser ableiten. Zusammen mit einer entsprechenden Dachneigung entsteht mit dieser Fügungsart ein regensicheres, aber kein wasserdichtes Dach. Zusätzliche Schichten übernehmen weitere Schutzfunktionen z.B. gegen Einwehen von Schnee und Wasser. • Ebene Schuppen wie Holzschindeln oder Biberschwanzziegel erfordern starke Dachneigungen, da ansonsten Wasser durch die Längsfugen auf die untere Schicht dringen kann. Mehrfachüberlappungen sowohl längs wie auch quer zur Neigung gewährleisten das Ableiten des Wassers. Dem gleichen Prinzip folgen die übereinandergelegten Halme aus Reet und Stroh. • Verformte Schuppen sind so ausgebildet, dass das Eindringen von Wasser an den Längsstößen durch Aufkantung und Abdeckung verhindert wird. Die einfachste Verformung sieht man bei Mönch- und Nonneziegeln. Die Nonneziegeln leiten das Wasser wie in einer Rinne ab, der Mönchziegel überdeckt den Zwischenraum. Differenzierte Verformungen weisen z.B. Doppelmuldenfalzziegel auf. Die Rundumverfalzung ermöglicht geringere Dachneigungen, weil ein einziger Ziegel Längs- und Querfugen überdeckt. Dadurch kann Wasser schlechter eindringen. • Falzungen verbinden Bänder aus Metall. Der Längsstoß der Bänder liegt über der wasserableitenden Ebene. Dabei werden entweder

zwei gegenüberliegende Bänder aufgekantet und verfalzt (Stehfalz) oder die aufgekanteten Bänder zusätzlich mit einem gefalzten Metallstreifen überdeckt (Leistendeckung). Mit Überlappung, einfachen Querfalzen und Gefällestufen erreicht man die Ableitung des Wassers über die Querstöße hinweg. Das Prinzip des Falzes ähnelt dem der verformten Schuppen. Dichtende Fügung Dachabdichtungen bilden eine zusammenhängende wasserdichte Schicht. Großformatige Platten, Bänder und Bahnen eignen sich aufgrund weniger Stöße für dichtende Fügungen. • Ebene Platten aus Glas, Kunststoff und Sandwichelementen werden durch Metallprofile miteinander verbunden. Mithilfe von Pressleisten und rückstellfähigen Dichtungsbändern aus Kunststoff bilden sie eine wasserdichte Schicht. • Durch Löten werden Metallteile stoffschlüssig und wasserdicht miteinander verbunden, nichtrostender Stahl durch Schweißen. Diese Fügungstechniken eignen sich – außer für nichtrostenden Stahl – nur für kleinere Metallteile, da temperaturbedingte Längenänderungen Zwängungen hervorrufen können. • Bitumen-, Kunststoff-, Kautschukbahnen und Membranen können mit überlappenden Stößen wasserdicht geklebt und geschweißt werden. Lösemittel lösen beim Quellschweißen das polymere Gefüge an. Heißluft oder Flammen verändern das Gefüge reversibel, sodass es wie ein Klebstoff wirkt. Mit diesen beiden Techniken werden Dächer und Wannen sicher abgedichtet.

a

b

c

d

Dachdeckung

e

Dächer über 5 ° Neigung können gedeckt werden. Jedem Werkstoff für Dachdeckung ist ein Dachneigungsbereich zugeordnet, in dessen

f C 1.42

121

Gebäudehülle

C 1.43 zweischalige Dachkonstruktion, geneigt, Deckung mit ebenen Ziegeln mit Falz (Schema) C 1.44 einschalige Dachkonstruktion, geneigt, Deckung mit gefalzten Metallbändern (Schema) C 1.45 Metallplattendeckung, Pavillon, Zeewolde (NL) 2001, René van Zuuk C 1.46 verschiedene Arten von Dachdeckungen: a Reetdeckung b Schieferdeckung c Bitumenschindeldeckung d Deckung mit ebenen Dachziegeln, Biberschwanz, Doppeldeckung e Deckung mit verformten Betondachsteinen, Strangfalzdachstein f Deckung mit verformten Dachziegeln, Flachdachpfanne g Metall-Wellplatten-Deckung, Edelstahl h Doppelstehfalzdeckung, Aluminium C 1.43

Grenzen technisch richtige Verlegung möglich ist (Abb. C 1.39 und C 1.47). Obwohl sich die Werkstoffe für Dachdeckung und Außenwandbekleidung oft gleichen, um den Charakter der umspannenden Hülle zu unterstreichen, ist die Dachfläche viel stärker den Umwelteinflüssen ausgesetzt als die Wand. Der Werkstoff für die Dachdeckung muss demnach hochwertiger sein, damit er alle Anforderungen erfüllen kann. Aus den Umgebungsbedingungen entwickelten sich im Laufe der Jahrhunderte unterschiedliche Dachformen. In schneereichen Regionen beispielsweise muss das Dach anders konzipiert sein als in windreichen Gegenden. Ebenso prägen bis heute die Verfügbarkeit regionaler Baustoffe und die typische Farbgebung das Erscheinungsbild ganzer Dachlandschaften. Auch gesellschaftliche Positionen spiegeln sich in der gewählten Dachform wider, sei es, um bei repräsentativen Bauwerken eine überragende Wirkung zu erzielen (z.B. mit Kuppeln gekrönte Bauwerke) oder um ideologischen Ansichten Ausdruck zu verleihen. »Warum haben wir das geneigte Dach? Manche Leute glauben, das wäre eine Angelegenheit der Romantik und der Ästhetik. Aber das ist nicht so. Jedes Bedachungsmaterial verlangt einen bestimmten Winkel. [...] Wir hatten kein anderes Mittel, uns gegen Regen, Schnee und Sturm zu schützen, als kleine Platten [...]. Als das schönste erschien natürlich immer ein

C 1.44

Bedachungsmaterial, was aus einem Stück besteht. Ein solches Bedachungsmaterial brauchte nur den Neigungswinkel, der notwendig ist, um das Wasser auf natürliche Art und Weise ablaufen zu lassen.« (Loos, Adolf: Die moderne Siedlung, Vortrag 1926)

Reet und Stroh werden aus Bunden langer Halme mit einem Durchmesser von 140 bis 170 mm verlegt. Sie werden in einzelnen Lagen von der Traufe bis zum First überlappend mit Bindedraht oder Bandstöcken an der horizontalen Lattung befestigt. An der Dachoberseite Dachformen darf der Draht nicht sichtbar sein. Die Deckung Die einfachste Form des geneigten Dachs ist beträgt bei Reet ca. 350 cm, bei Stroh ca. das Pultdach; aus aneinander gereihten Pultdä- 300 mm (Abb. C 1.46 a). chern entsteht das Sheddach. In Mitteleuropa Der Kamin muss durch den First geführt werwird das Satteldach – konstruktiv als Sparrenden; Gauben als Öffnungen erfordern eine starund -Pfettendach ausgebildet – am häufigsten ke Neigung und Ausrundungen an den verwendet. Das Walmdach zählt zu den ältesten Anschlüssen, damit kein Niederschlagswasser Dachformen. Gekrümmte Dachformen wie eindringen kann. Eine zweischalige DachkonTonne, Kuppel und Zwiebel nehmen Sonderstruktion (Neigung ≥ 45 °) verhindert Feuchtestellungen ein. stau und Faulen der Deckung. Jede Dachform erfordert eine spezifische AusDie Dauerhaftigkeit eines Reetdachs liegt zwibildung ihrer Teilbereiche. Entsprechende Verschen 30 und 50 Jahren sofern es regelmäßig legetechniken gewährleisten die Regensicherausgebessert und die Belüftung aufrechterhalheit, und es gibt sogar komplette Dachsysteme, ten wird sowie Moose und Schädlinge entfernt mit denen die Hersteller Lösungen mit unterwerden. Reet und Stroh gehören der Baustoffschiedlichen Formteilen anbieten. Diese schlie- klasse B 3 (leicht entflammbar) an. ßen die Dachfläche zu ihren Rändern (First, Ortgang, Traufe) ab und sichern deren FunktionsHolzschindeldeckung fähigkeit. Ebenso binden sie Öffnungen wie z.B. Hochwertiges, langsam gewachsenes Holz mit feinen Jahresringen (ohne Splintholz) dient der Dachflächenfenster, Kamin und andere DurchHerstellung von gespaltenen oder gesägten dringungen ein. Unter Regeldachneigung versteht man die unte- Schindeln. Man unterscheidet Legeschindeln und Scharschindeln. Legeschindeln sind 600 – re Dachneigungsgrenze, bei der sich eine entsprechende Dachdeckung ohne Befestigungs- 900 mm lang, 70 – 300 mm breit und mindestens 15 mm dick. Sie werden im Verband mit elemente und Dichtungen als regensicher Überdeckung ausgelegt und mit Schwersteierweist. nen beschwert, daher sind nur Dachneigungen von 17 bis 22 ° möglich. Nach fünf bis zehn Jahren sollten sie umgelegt, gedreht und gewendet werden. Scharschindeln werden keilförmig oder parallel in Längen von 120 bis 800 mm und Breiten von 60 bis 350 mm hergestellt. Am Fuß sollten sie dicker als 8 mm sein. Scharschindeln werden mit Flachkopfnägeln an der Konterlattung befestigt. Eine direkte Befestigung auf der Tragschalung geht zu Lasten der Dauerhaftigkeit, da die Konstruktion nicht durchlüftet wird. Die Gebrauchsdauer einer dreilagig ausgeführten Holzschindeldeckung entspricht in Jahren ungefähr der Dachneigung, jedoch maximal ca. 70 Jahre. Ein chemischer Holzschutz ist bei richtigem Dachaufbau nicht erforderlich. C 1.45

122

Reetdeckung, Strohdeckung

Gebäudehülle

Schieferdeckung / Faserzementdeckung

Der aus dem Bergwerk gewonnene Tonschiefer wird im Werk in ca. 5 mm dicke planparallele Rohlinge gespalten. Deutscher Schiefer weist je nach Region eine blaugraue bis schwarze Färbung auf. Andere Länder liefern auch roten oder dunkelgrünen Schiefer. Faserzementplatten sind von Natur aus grau, können aber pigmentiert oder farbig beschichtet werden. Sie sind 4 mm dick. Flächen- und Randbauteile beider Werkstoffe erhalten ihre Form durch Fräsen oder Stanzen im Werk, durch Schablonenzuschnitt oder per Hand. Schieferplatten werden in der Regel ab Werk mit Lochung geliefert, auf Wunsch auch ungelocht. Faserzementplatten erhält man ab Werk mit Lochung. Nach der Plattenform benennt man die daraus resultierende Deckungsart: Rechteckdoppel-, Spitzwinkel-, Bogenschnitt-, Schuppendeckung und Deckung mit Schuppenplatten ungleicher Größe (altdeutsche Deckung). Die Deckungen werden im Verband waagerecht oder ansteigend (Gebindesteigung) auf Lattung oder Schalung verlegt (Abb. C 1.46 b). Ihre Befestigung erfolgt mit Nägeln, Klammern oder Einschlaghaken. Je größer die einzelnen Flächenelemente, desto geringer kann die Dachneigung ausfallen.

• Biberschwanzziegel in Doppeldeckung bilden einen Halbverband. Sie liegen auf Latten auf, die Mindestüberdeckung bestimmt den Lattenabstand. Zwei Aufhängenasen an der Ziegelunterseite verhindern das Abrutschen des Ziegels.(Abb. C 1.46 d). • Bei der Kronendeckung liegen auf jeder Latte zwei Reihen Biberschwänze im Halbverband; a das auf der nächsten Latte ruhende Gebinde nimmt die Fugen auf, sodass sie in gerader Linie vom First bis zur Traufe verlaufen. • Bei Spließdeckung überdeckt das darüber liegende Gebinde das untere. Von außen nicht sichtbare 50 mm breite Spließe bewirken, dass das Niederschlagswasser unter den Längsfugen auf den Ziegel zurückgeleitet wird. b

Zusätzlich können alle Quer- und Längsfugen während des Verlegens von außen oder nachträglich von innen mit Mörtel versehen werden, um Eintreiben von Regen, Schnee und Staub zu vermindern und um die Ziegel miteinander zu verbinden. Grundsätzlich werden Ziegel auf die Dachkonstruktion aufgelegt. Mit zunehmender Dachneigung wirkt sich der Windsog stärker aus und kann zum Abheben der Ziegel führen. Die Ziegel müssen dann mit Nägeln, Schrauben oder Klammern befestigt werden.

c

Bitumenschindeldeckung

Bitumenschindeln haben prinzipiell den gleichen Aufbau wie Bitumenbahnen (siehe Bitumenhaltige Baustoffe, S. 64) und sind 3 – 6 mm dick. Eine farbige Granulat- und Splittbestreuung leistet den UV-Schutz. Die erhältlichen Formate der Schindeln liegen bei ca. 1000 mm Breite und 336 mm Höhe. Die Unterteilung der Breite durch zwei oder drei Schlitze bewirkt das schindelähnliche Aussehen. Bitumenschindeln werden waagerecht mit Breitkopfstiften als Doppeldeckung im Halb- oder Drittelversatz verlegt (Abb. C 1.46 c). Selbstklebeflächen auf der Schindeloberseite verkleben unter Sonneneinstrahlung die Schindelteile miteinander. Bitumenschindeln benötigen eine biegesteife Unterkonstruktion aus Profilbrettern oder eine Schalung aus Plattenwerkstoffen. Darüber dient eine aufgenagelte Bitumendachbahn als Vordeckung. Die Dauerhaftigkeit von Bitumenschindeln liegt bei ca. 30 Jahren, wenn regelmäßig Schmutzablagerungen, die Substrat für Pflanzen bilden können, entfernt werden. Deckung mit ebenen Dachziegeln

Deckung mit ebenen Betondachsteinen

Betondachsteine erhalten eine Beschichtung auf Acryl-Styrolbasis, um den Beton vor Witterungsd einflüssen und mechanischer Beanspruchung zu schützen. Ihre Farbgebung kann durch Pigmentzugabe während des Mischvorgangs beeinflusst werden. Die Oberfläche ähnelt der von gebrannten Dachziegeln. Ebene Betondachsteine besitzen seitlich tief liegende Doppelfalze und Fußrippen, worauf Rand- und Sonderbauteile abgestimmt sind. Die Verlegung erfolgt wie bei Ziegeln; das Format des Betondachsteins e gibt Lattenabstände und die Überdeckung vor. Dachziegel- und Betondachsteindeckungen müssen nicht regelmäßig gewartet werden. Eine regelmäßige Pflege in weiten Abständen (abhängig vom Verschmutzungsgrad) erhöht die Dauerhaftigkeit von über 50 Jahren zusätzlich. Die Anschlüsse erfordern u.U. eine vorzeitige Ausbesserung. f Deckung mit verformten Dachziegeln

Die Vielzahl der unterschiedlichen Ziegelformen und deren Abmessungen hängen vom Hersteller ab, die Normen legen nur die Anforderungen an den Ziegel fest (Abb. C 1.46 f). Gleiches gilt auch für Betondachsteine. Daher hilft eine allgemeine Einteilung in Grundformen:

Ebene Dachziegel sind ohne Falz (Biberschwanz), mit tief liegendem Längsfalz (Strangfalzziegel) oder mit umlaufenden Doppelfalzen (Pressdachziegel) erhältlich (siehe Keramische Baustoffe, S. 51f.). Die Falze dienen der Überde- • Einfach verformte Dachziegel ohne Falz sind ckung der Ziegel in Längs- und Querrichtung. Mönch- und Nonneziegel, Krempziegel und Sie bestimmen die Verlegeart und das typische Hohlpfanne. Mit Aufhängenasen ausgestattet Erscheinungsbild der jeweiligen Dachdeckung. können diese Ziegel trocken oder mit Mörtel Bei ebenen Dachziegeln ohne Falz definieren auf der Lattung verlegt werden. Höhen- und Ziegelgröße, Dachneigung und Deckungsart Seitenüberdeckung resultieren aus der Formdie Mindestüberdeckung der Ziegel. Folgende gebung der Ziegel. Deckungsarten werden angewendet: • Bei Hohlpfannen sind rechte Kopf- und linke

g

h

C 1.46

123

Gebäudehülle

Dachdeckungen

Reet / Stroh Holzschindeln (dreilagig) Schieferschindeln Faserzementschindeln Bitumenschindeln, zweilagig Faserzementwellplatten Bitumenwellplatten

Regeldachneigung [°] ≥ 45 ≥ 22 ≥ 22 ≥ 22 ≥ 15 ≥ 10 ≥7

Flächen- Wärme- Wasserdampfgewicht leitfähig- diffusionswiderkeit stand [kg/m²] [W/m2K] [–] 70 0,04–0,07 1/ 2 25 0,1 40 45 – 60 1,2– 2,1 800 /1000 25 – 40 0,58 70 / 130 15 0,16 prakt. dampfdicht 20 – 24 0,58 70 / 130

ebene Dachziegel Biberschwanz Strangfalzziegel Pressfalzziegel

≥ 401 ≥ 35 ≥ 25

60 –75

1,0 1,0 1,0

30 / 40

Baustoffklasse

Traglast [N]

B3 B2; B1 A1 A2 A2 A2 A2 A1

Biegefestigkeit [N/mm2]

Zugfestigkeit [N/mm2]

38 – 52 40 – 87 16 – 28 3

16 – 28 12,2 ≥ 600 ≥ 900 ≥ 900

ebene Betondachsteine mit tief liegendem Längsfalz ≥ 25

60 – 65

1,5

60 / 100

A1

≥ 8002

verformte Dachziegel Mönch und Nonne Hohlpfanne Falzziegel Flachdachpfanne

≥ 40 ≥ 35 ≥ 30 ≥ 22

90 45 55 55

1,0 1,0 1,0 1,0

30 / 40

A1 A1 A1 A1

≥ 1000 ≥ 1200 ≥ 1200 ≥ 1200

verformte Betondachsteine Flachdachpfanne

≥ 22

≥ 8002

Metallplattendeckung

8 – 30 8 – 30 8 – 30

8 – 30 8 – 30 8 – 30 8 – 30

55

1,5

60 / 100

A1

Metallbänder (Doppelstehfalz) Edelstahl ≥7 verzinktes Stahlblech ≥7 Zink ≥7 Aluminium ≥7 Kupfer ≥7

30 30 30 25 30

15 60 109 160 –235 293 –385

prakt. dampfdicht prakt. dampfdicht prakt. dampfdicht prakt. dampfdicht prakt. dampfdicht

A1 A1 A1 A1 A1

470–700 270–500 ≥ 150 90–230 200–300

Metallplatten verzinktes Stahlblech

15 –30

prakt. dampfdicht A1

270–500

≥ 10

60

1

Bei Kronendeckung und Doppeldeckung ≥ 30. 2 In Abhängigkeit der Deckbreite: ≤ 200 mm Deckbreite = Traglast [N] ≥ 800; ≥ 300 mm Deckbreite = Traglast ≥ 1200; zwischen 200 und 300 mm ist die Traglast geradlinig zu interpolieren. 3 Die Festigkeit wird aufgrund spezifischer Materialeigenschaften anders gemessen (siehe Bitumenhaltige Baustoffe, Seite 65). C 1.47

Fußecke schräg angeschnitten, damit die Ziegel an den Ecken nicht vierfach übereinander liegen. • Bei Muldenfalz-, Doppelfalzziegeln und Falzpfannen bestimmen Falze die Legerichtung der Dachziegel, zumeist von rechts nach links. Teilweise ist eine Deckung im Verband und eine variable Höhenüberdeckung möglich. • Verschiebeziegel lassen sich trotz Kopf- und Fußfalzen bis 30 mm in der Höhenüberdeckung variieren. Deckung mit verformten Betondachsteinen

Betondachsteine härten nach der Formgebung aus und schwinden produktionsbedingt kaum. (Abb. C 1.46 e) Bei doppelt verformten Betondachsteinen, z.B. Doppelmuldenfalzstein (auch als Frankfurter Pfanne bekannt), greift die unterseitige Fußverrippung in den kopfseitigen Falz, sodass ein trockenes Verlegen hohe Regensicherheit gewährleistet. Die Verlegevorgänge ähneln denen der Ziegel. Faserzement-Wellplattendeckung

Faserzementwellplatten eignen sich wegen ihres großen Formats (bis 2500 mm Länge und 1097 mm Breite) für eine schnelle Deckung bei Dachneigungen ab 7 °. Sie unterscheiden sich in Standard- und Kurzwellplatten. Letztere besitzen im Vergleich zu Standardwellplatten bei gleicher Breite eine größere Anzahl von Wellen mit geringerer Höhe. Randbauteile für 124

lenbergen geschieht mit korrosionsgeschützten Nägeln mit PVC-Kopf oder Senkkopfnägeln mit Dichtungsscheibe. Über Bitumenwellplatten gelaufenes Niederschlagswasser verursacht Korrosion an unbeschichteten Metallteilen, z.B. bei Dachrinnen, was unbedingt vermieden werden sollte. Die Unterkonstruktion aus Lattung oder Schalung muss eine Belüftung der Platten ermöglichen.

seitliche Abschlüsse und Sonderbauteile – z.B. transluzente Teile aus glasfaserverstärktem Kunststoff – ergänzen das Herstellerprogramm. Die Platten werden von der Traufe zum First verlegt, standardmäßig von rechts nach links. Vorgefertigte Eckenschnitte vermeiden Zwängungen bei der Überdeckung, da in den Kreuzungspunkten sonst vier Platten übereinander liegen würden. Die Befestigung an der Unterkonstruktion erfolgt mit Schrauben an mindestens vier Punkten auf den Wellenbergen der Platte. Zwischen Befestigungsmittel und Wellplatte verhindert eine Pilzdichtung mit Schutzhut das Eindringen von Wasser. Bitumen-Wellplattendeckung

Bitumengetränkte Zellulosefasern oder Rohplatten erhalten ihre Form durch Pressen und Trocknen. Beschichtungen auf Basis von Acrylharzen geben der Wellplatte ihre Farbe und dienen gleichzeitig dem Oberflächenschutz. Das maximale Format liegt bei 2000 ≈ 1060 mm, die Platten sind 2,4 – 3,0 mm dick. Rand- und Sonderbauteile sowie lichtdurchlässige Wellplatten aus PVC oder glasfaserverstärktem Polyesterharz sind erhältlich. Bitumenwellplatten werden im Verband verlegt; die Wellen zeigen vom First zur Traufe, sodass Regenwasser ablaufen kann. Die seitliche Überdeckung beträgt eine Welle. Die Höhenüberdeckung von 140 bis 160 mm hängt von der Dachneigung ab. Die Befestigung auf den Wel-

Verformte Metallplatten bestehen aus verzinktem, nichtrostendem oder duplexbeschichtetem Stahl, Aluminiumlegierungen oder Kupfer. Durch Umformen ebener Metallbänder der Dicke 0,5 –1,5 mm erhält man Flächenbauteile mit verschiedensten Trapez-, Well-, oder Stegprofilen und Metallschuppen. Mit Wärmedämmung zwischen zwei Profilen entstehen Verbundplatten. Die Baubreite der Platten ist produktionsbedingt auf ca. 1200 mm festgelegt, die Länge hängt von den Transportmöglichkeiten ab. Die Platten überdecken sich längs mit einer Hochrippe und werden mit Schrauben, Nieten oder Klemmen an den aufstehenden schmalen Rippen und dem Untergrund befestigt. Langloch- und Schiebebefestigungen nehmen thermisch bedingte Längenänderungen auf. Zusätzlich eingelegte Dichtungen sichern gegen Wind und Stauwasser.(Abb. C 1.46 g) Metallbanddeckung

Bänder aus Aluminium, Blei, Kupfer, nichtrostendem Stahl, verzinktem Stahl und Zink sind als Rollen erhältlich. Die Mindestdachneigung beträgt 3 °, besser sollte die Regeldachneigung von 7 ° nicht unterschritten werden, da stehendes Wasser durch die Längs- und Querverbindungen dringen kann. Außerdem lagern sich bei Verdunstung aggressive Immissionen auf der Metalloberfläche ab. Die Längsverbindung der in Reihen verlegten Bänder werden mit Einfach-, Winkel-, Doppelstehfalz, unterschiedlichen Leistendeckungen und bei Blei mit Wulstdeckung regensicher gemacht. (Abb. C 1.46 h) Allen Verbindungsarten der Längsstöße ist die Aufkantung gemeinsam, die handwerklich oder im Werk erfolgen kann. Im Bereich der Aufkantung werden an die Unterkonstruktion befestigte Haften mit in die Falze eingearbeitet. Sie stellen die kraftschlüssige Verbindung zum Untergrund her. Dennoch ermöglichen sie in den Falzen temperaturbedingte Längenänderungen. Querverbindungen können überlappend und gefalzt hergestellt werden. Metalldeckungen weisen eine hohe Dauerhaftigkeit auf (bei Kupfer, Blei und Edelstahl 70 – 80 Jahre) und eignen sich für gering geneigte Dächer und gekrümmte Flächen. Bahnbreite, Verbindungsart und Material geben der Dachfläche ihr charakteristisches Aussehen. Zweischalige Dachkonstruktionen verhindern einen Feuchtestau unter der dichten Eindeckung. Die Unterkonstruktion besteht aus einer Holzschalung.

Gebäudehülle

Dachabdichtungen

Bitumenbahnen

aus oxidiertem Bitumen

Bitumenschweißbahn

Bitumen-Dachdichtungsbahn

Bitumendachbahn

Kunststoff- und Kautschukbahnen

aus Polymerbitumen

PolymerbitumenDachdichtungsbahn mit thermoplastischen Elastomeren (SBS) Elastomerbitumenbahnen (PYE)

aus Thermoplasten (Kunststoffbahnen)

PolymerbitumenSchweißbahn mit thermoplastischen Elastomeren (SBS) Elastomerbitumenbahnen (PYE) mit thermoplastischen Kunststoffen (aPP)

C 1.47 physikalische Kennwerte von Dachdeckungen C 1.48 systematische Darstellung von Dachabdichtungen

Plastomerbitumenbahnen (PYP)

Dachabdichtung Flache und flach geneigte Dächer erfordern eine Dachabdichtung, auch Dachhaut genannt, da Niederschlagswasser nicht schnell genug abgeleitet werden kann. Diese wasserundurchlässige Schicht verläuft über die gesamte Dachfläche und schließt Durchdringungen und Anschlüsse ein. Die Oberflächen von flachen Dächern lassen sich vielfältig nutzen, z.B. als Grünfläche, Parkplatz, begehbare Überbauung im städtischen Raum (z.B. Flächen über Tiefgaragen) oder als bewässerte Fläche bei Dachgärten. Flache und flach geneigte Dächer

Der Begriff Flachdach lässt sich nicht klar definieren. Im engeren Sinne kann man Dächer mit einer Neigung bis 5 ° als Flachdächer bezeichnen, bis 25 ° heißen sie flach geneigte Dächer. In den Flachdachrichtlinien hingegen wird von Flachdächern mit Abdichtung gesprochen, ohne auf den Neigungswinkel einzugehen. Um stehendes Niederschlagswasser zu vermeiden, sollte die Dachneigung mindestens 2 % betragen. Geringere Neigungen gelten als Sonderkonstruktionen. Die Vielzahl möglicher Bauarten von flachen und flach geneigten Dächern hängt mit der Anzahl der Schichten zusammen, die verschiedene Funktionen übernehmen und gemeinsam das komplexe System Flachdachkonstruktion bilden. In der Praxis werden hauptsächlich einschalige Bauarten angewendet. Diese unterscheiden sich u.a. durch die Lage der Dachabdichtung im Systemaufbau.

aus Elastomeren (Kautschukbahnen)

Polyisobutylen (PIB)

Butylkautschuk (IRR)

Polyvinylchlorid weich (PVC-P)

Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM)

EthylencopolymerisatBitumen (ECB)

chlorsulfoniertes Polyethylen (CSM)

Ethylen-VinylacetatTerpolymer (EVA)

Chloropren-Kautschuk (CR)

chloriertes Polyethylen (PE-C)

flexible ungesättigte Polyesterharze (UP) flexible Polyurethanharze (PUR) flexible Polymethylmethacrylate (PMMA)

thermoplastische Elastomere (TPE)

Legierungen aus flexiblen Polyolefinen (FPO) C 1.48

Auflast gegen Windsog, Hitze und UV-Strahlung (Abb. C 1.49). Bei Undichtigkeit ist das konventionelle Flachdach wasserunterläufig.

tenfolgen ergeben. Verschiedene Dichtungsbahnen können bei Verträglichkeit auch miteinander kombiniert werden.

Kompaktdach Das Kompaktdach ähnelt dem konventionellen Flachdach. Vollflächig in Heißbitumen verlegte Schaumglasplatten dienen der Wärmedämmung, die Dampfsperre kann entfallen. Zusammen mit der vollflächig verklebten Dichtungsbahn wird eine Wasserunterläufigkeit verhindert.

Bituminöse Bahnen

Umkehrdach Die Dämmung liegt über der Abdichtung und schützt sie dadurch vor mechanischer Beanspruchung. Der lose verlegte Dämmstoff darf kein Wasser aufnehmen, meist besteht er aus expandiertem Polystyrol (EPS). Kies, Platten oder Bepflanzung sichern den Dämmstoff gegen Windsog und Auftreiben. Die Dachabdichtung stellt gleichzeitig die Entwässerungsebene und die Dampfsperre dar (Abb. C 1.50). Duodach / Plusdach Das Duodach ist eine Kombination aus konventionellem Flachdach und Umkehrdach. Es gibt zwei Wärmedämmschichten, unter- und oberhalb der Dachabdichtung. Wenn ein Dach eine neue Dämmschicht erhält (z.B. bei nachträglicher Dachbegrünung), spricht man von einem Duodach. Bei Sanierungen nennt man die Bauart Plusdach, wenn über dem gedämmten Bestand eine neue Dachabdichtung und darauf die Dämmschicht verlegt werden. Dichtungsbahnen

Konventionelles Flachdach Die Abdichtung liegt über der Wärmedämmung. Die Dämmstoffe müssen durch eine Dampfsperre vor Feuchtigkeit aus dem Gebäudeinneren geschützt werden. Je nach Verlegung der Abdichtung schützt Kies als

Flüssigabdichtungen

Dichtungsbahnen gliedern sich in Bitumen-, Kunststoff- (Thermoplaste) und Kautschukbahnen (Elastomere). Jede Gruppe besitzt spezifische Eigenschaften, wodurch sich unterschiedliche Verarbeitungsanforderungen und Schich-

Bitumenbahnen bestehen aus einer Trägereinlage, die mit Destillationsbitumen getränkt und beidseitig mit einer Deckschicht aus Oxidationsbitumen versehen ist. Bei Polymerbitumenbahnen sind die Deckschicht und die Tränkmasse der Einlagen aus Destillationsbitumen, dem thermoplastische oder elastomere Kunststoffe zugesetzt werden. Je nach Bahntyp schützt eine Bestreuung die Oberfläche vor UV-Strahlung (siehe Bitumenhaltige Baustoffe, S. 64f.). Bituminöse Bahnen eignen sich für die Dach- und Bauwerksabdichtung . Verlegung Bituminöse Abdichtungen mit dem Anspruch auf dauerhaftes Wassersperrvermögen erreicht man nur durch mindestens zweilagiges homogenes Verschweißen oder Verkleben der Bahnen untereinander. Folgende Verfahren haben sich in der Praxis bewährt: • Beim Gießverfahren werden (Polymer-)Bitumen-Dachdichtungsbahnen in ausgegossener Heißbitumen-Klebemasse unter Druck ausgerollt. Es muss ein durchlaufender Wulst an Heißbitumen-Klebemasse vor der Rolle entstehen. • Im Schweißverfahren wird die Bahnunterseite der Schweißbahnen mit Propangasbrennern oder Schweißautomaten geschmolzen und mit Druck ausgerollt. • Beim Bürstenstreichverfahren wird die Masse mit der Bürste aufgetragen. Beim Einrollen der Bahn in die Masse soll ein Wulst aus Heißbitumen-Klebemasse vor der ausgerollten Bahn entstehen. • Die Kaltverklebung der Bahn geschieht durch die vom Hersteller auf der Unterseite aufgebrachte Kaltselbstklebemasse. 125

Gebäudehülle

Wasser

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

Wärme Dampf

Auflast Abdichtung Wärmedämmung Dampfsperre Tragkonstruktion

Je nach Bauart des Dachs kann die erste Lage punkt-, streifenförmig oder vollflächig auf dem Untergrund verklebt werden. Bei mechanischer Befestigung erfolgt die Verlegung lose. Dabei müssen die Bahnen eine Naht- und Stoßüberdeckung von mindestens 80 mm aufweisen. Um Mehrfachüberdeckungen an gleicher Stelle zu vermeiden, werden die weiteren Lagen mit entsprechendem Versatz (Normaldeckung, Verbanddeckung) parallel zur ersten angeordnet. Auf Materialebene bieten sich auch Kombinationsmöglichkeiten für Abdichtungen aus unterschiedlichen Bitumenbahnen (Schichtenaufbau) oder Kombinationen von Kunststoff- und Bitumenbahnen an. Dabei muss man auf die Verträglichkeit der Bahnen untereinander achten.

C 1.49 Kunststoff- und Kautschukbahnen

Wasser

Wärme Dampf

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

Auflast Schutzschicht Wärmedämmung Abdichtung Tragkonstruktion C 1.50

C 1.49 konventionelles Flachdach (Schema) C 1.50 Umkehrdach (Schema) C 1.51 Dachabdichtung und Rohrdurchführung mit Kunststoffdachbahn C 1.52 physikalische Kennwerte von Dachabdichtungen

Kunststoff- und Kautschukbahnen werden in der Dach- und Bauwerksabdichtung eingesetzt. Materialien, Einsatzgebiet, Bemessung und Verlegung beschreiben DIN 18 531 und DIN 18 195. Kunststoff- und Kautschukbahnen bestehen aus thermoplastischen und elastomeren Kunststoffen mit oder ohne eingearbeiteten Trägermaterialien. Letztere beeinflussen Reißfestigkeit, Reißdehnung, thermische Längenänderung und Verklebbarkeit auf dem Untergrund. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird auch die Bezeichnung Kunststofffolie verwendet. Unter Folie versteht man aber eher dünne Kunststoffhäute bis 0,8 mm Dicke. Die Dicke der Kunststoffbahnen liegt hingegen zwischen 1 und 3 mm. Als Planen bezeichnet man vorgefertigte, großflächig zusammengefügte Bahnen. Eigenschaften Im Gegensatz zu bituminösen Bahnen sind Kunststoffbahnen in der Regel UV-beständig. Außerdem weisen sie – ebenso wie ihre Schweißnähte – eine hohe Wurzelfestigkeit auf. Eine einlagige Dachabdichtung ist jedoch empfindlich gegen mechanische Beschädigungen, was Schutzlagen, Kiesschüttungen mit rundem, grobem Korn (16 / 32 mm) oder Bepflanzungen verhindern. Der Markt bietet eine Vielzahl vorgefertigter Formteile z.B. Anschlüsse für Innenund Außenecken, Dachlüfter und -abläufe. Sie erleichtern die Abdichtung komplexer Dachgeometrien. Bahnen aus thermoplastischen Kunststoffen sind teilweise – mit Ausnahme von einigen Lösemitteln – unempfindlich gegenüber Chemikalien. Sie können durch Erwärmung verformt werden, sodass sich komplizierte Anschlüsse gut realisieren lassen. Kühlt das Material ab, verfestigt es sich wieder. Bahnen aus elastomeren Kunststoffen sind wegen ihrer weitmaschig vernetzten molekularen Struktur gummielastisch und thermisch nicht verformbar. Die Unempfindlichkeit gegenüber Chemikalien und Lösemitteln und die hohe Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen beeinflussen die Dauerhaftigkeit der Dachabdichtung positiv.

C 1.51

126

Bahnentypen Die normgerechte Bezeichnung eines Bahnentyps lautet z.B. DIN 16 734-PVC-P-NB-1,5-VPW. Im Einzelnen geben die Kurzzeichen Auskunft über Norm, Kunststoffart, spezifische Eigenschaften, Bahndicke in Millimetern, Bahnaufbau und Art der Trägereinlage: • BV – bitumenverträglich NB – nicht bitumenverträglich P – plasticised (weich gemacht) • K – Kaschierung V – Verstärkung E – Einlage • GV – Glasvlies GW – Glasgewebe PV – Polyestervlies PW – Polyestergewebe PPV – Polypropylenvlies Einsatzgebiete Aufgrund der Vielzahl der Bahntypen muss der Hersteller produktbezogene Eigenschaften und damit verbunden die Einsatzgebiete nennen. Grundsätzlich gilt: • Unkaschierte, unverstärkte Bahnen ohne Einlage werden in der Praxis selten angewendet. Sie eignen sich jedoch für Dächer mit flächiger Auflast, geklebter Verlegung oder Bauwerksabdichtungen. • Die unterseitige Kaschierung bei Dachbahnen verbessert die Hafteigenschaften bei punkt-, streifenweiser oder vollflächiger Verklebung mit dem Untergrund und kann die Bahn bei rauem Untergrund schützen. • Bahnen mit Gewebeeinlagen eignen sich durch erhöhte Reißfestigkeit z.B. für mechanische Befestigungen, da die Einlagen das Rückstellvermögen der Bahnen vermindern. • Vlieseinlagen reduzieren ebenfalls die Rückstellkräfte. Bei Dachabdichtungen mit flächigen Auflasten werden überwiegend Bahnen mit Vlieseinlage verlegt. Verlegung Dachabdichtungen mit Kunststoff- und Kautschukbahnen werden in der Regel einlagig ausgeführt. Trennlagen zwischen Bahn und Untergrund dienen dazu, chemische Reaktionen bei Unverträglichkeiten zu verhindern (z.B. zwischen PVC-Bahn und Polystyroldämmung oder Bitumen). Befestigungsarten Die mechanische Befestigung eignet sich für Bahnen mit hoher Reißfestigkeit und Untergründen aus Leichtbaukonstruktionen. Sie erfolgt mit Schienen oder mit Befestigungselementen in den Untergrund, die aus Befestiger und Haltetellern bestehen. Die Befestiger werden in gleichmäßigem Abstand linear zur Bahnkante gesetzt und überlappend mit der nachfolgenden Bahn verschweißt. Durchlaufende Schienen aus Metallprofilen oder -bändern werden in erforderlichen Abständen angeordnet und mit zusätzlichen Bahnstreifen von ca. 200 bis

Gebäudehülle

Dichtungsbahnen

Bitumen Nackte Bitumenbahnen Bitumendachbahnen mit Rohfilzeinlage Glasvliesbitumendachbahnen Bitumen- Dachdichtungsbahnen Bitumenschweißbahnen mit Jutegewebe mit Glasgewebe mit Glasvlies mit Polyestervlies Bitumendichtungsbahn mit Metallbandeinlage Polymerbitumen Polymerbitumendachdichtungsbahnen Polymerbitumen-Schweißbahn mit Glasgewebe

mit Polyestervlies kaltselbstklebende Bitumendichtungsbahn

Kurzbezeichnung

DIN

Anwendungstemperatur [°C]

R 500 N R 500

52 129 52 128

0 –70 0 –70

V 11; V 13 52 130; 52 131 J 300 DD; J 300 S4; J 300 S5 G 200 DD; G 200 S4; G200 S5 V 60 S4 PV 200 DD; PV 200 S5 Cu 0,1 D; Al 0,2 D

18 190-4

Höchstzugkraft [N] längs quer

max. Dehnung Mindestreißfes[%] tigkeit [N / mm2] längs quer längs quer

350 300

200 200

1,5 2

1,5 2

400

300

2

2

600 1000 400 800 500

500 1000 300 800 500

2 2 2 40 5

3 2 2 40 5

1000

1000

2

2

800

800

40

40

200

200

150

150

Reißdehnung [%] längs quer

0 –70

0 –70

52 132 52 133 PYE-G 200 DD; PYE-G 200 S4; PYE-G 200 G5; PYP-G 200 S4; PYP-PV 200 S5 PYE-PV 200 DD; PYP-PV 200 DD; PYE-PV 200 S5; PYP-PV 200 S5 KSK

Thermoplaste Ethylencopolymerisat-Bitumen Ethylenvinylacetat Polyethylen, chloriert Polyisobuthylen Polyvinylchlorid, weich

ECB EVA PE-C PIB PVC-P

Elastomere Polychloropenkautschuk Chlorsulfoniertes Polyethylen Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk Isopren-Isobuthylen-Kautschuk

CR CSM EPDM IIR

250 mm Breite überdeckt. Die Anzahl der Befestigungselemente hängt von den ermittelten Windsoglasten ab. Eine flächige Verklebung erreicht man mit Heißbitumen und Polyurethanklebstoffen, welche die Bahnen und den Untergrund streifenweise oder vollflächig miteinander verbinden. Bei bituminösen Klebstoffen muss auf eine Bitumenverträglichkeit geachtet werden. Einige Bahnen sind mit einer selbstklebenden Beschichtung auf der Unterseite für vollflächiges Kleben ausgestattet. Bei Dachabdichtungen mit Auflasten (z.B. Kies, Begrünung) können je nach Bauart der Dachkonstruktion Befestigungen und Verklebungen in der Fläche entfallen, wenn die Auflasten die Windsogkräfte aufnehmen. Nahtverbindung Technisch richtig ausgeführte Nahtverbindungen bestimmen die Qualität der gesamten Dachabdichtung. Voraussetzung ist ein sorgfältiger Bahnenzuschnitt (vor allem im Randbereich), Vermeidung von Faltenwurf und Spannungen sowie eine Hochführung aller An- und Abschlüsse 100 –150 mm über Oberkante Dachbelag. Bahnen aus thermoplastischen Kunststoffen lassen sich durch Quellschweißen mit geeigneten Lösemitteln homogen verbinden. Dabei sollte die Überlappung je nach Befestigungsart ca. 50 mm betragen (bei einer Schweißnahtbreite von mindestens 30 mm).

(PYE) - 25 –100; (PYP) -15 –130 18 195-2

16 732 16 736 16 731 16 730

produktabhängig produktabhängig produktabhängig produktabhängig produktabhängig

3 – 3,5 4 –10 12 4,5 10 –18

3 – 3,5 4 –10 12 4,5 10 –18

400–600 300–500 > 330 350 250–360

400–600 300–500 > 330 350 250–360

7864 16 733 7864 7864

- 20 bis 70 - 20 bis 70 - 20 bis 70 - 20 bis 70

8,5 13 5 – 9,8 7,5 – 8

6,9 15 5 – 9,8 7,5 – 8

280 > 550 350 –540 > 450

280 > 800 350–540 > 450 C 1.52

Beim Heißluftschweißen wird zwischen die Überlappung erwärmte Luft geblasen (Austrittstemperatur ca. 600 °C). Mit einer Andrückrolle presst man die plastifizierten Bahnteile zusammen, sodass eine mindestens 30 mm breite Schweißnahtverbindung entsteht. Gleiches ist auch durch Heizkeilschweißen möglich. Bahnen aus elastomeren Kunststoffen kann man aufgrund ihrer vernetzten molekularen Struktur nicht schweißen (Ausnahme z.B. teilvernetztes CSM). Stattdessen verbinden ein aufgetragener Kontaktklebstoff nach entsprechender Ablüftzeit oder Dichtungsbänder die mindestens 50 mm breite Überlappung. Für die Vorfertigung eignet sich das Heißvulkanisieren. Die so hergestellten Nähte weisen die gleichen Eigenschaften auf wie die Bahn selbst. Begehbare Dächer Abgedichtete Flächen im Hoch- und Tiefbau können verkehrstechnisch genutzt werden (z.B. Flachdächer und Tiefgaragen). Neben der statischen Tragfähigkeit benötigen sie einen geeigneten Belag, der nicht kraftschlüssig und dachbahnschonend gelagert ist. Ein Umkehrdach kann dabei dauerhaft zum Schutz der hochwertigen Dachbahn beitragen. Beläge für begehbare Dächer unterscheiden sich in drei Gruppen nach Art der Lagerung, ihrer Verbindung untereinander und dem Kontakt zur Dachabdichtung.

Fest verlegte Beläge Zement, Asphalt gebundene Estriche und in Mörtel verlegte Platten gehören zu den fest verlegten Bodenbelägen. Um Spannungen zu vermeiden müssen Bewegungsfugen in bestimmten Abständen ausgebildet werden. Die Beläge müssen mit einem Gefälle ≥ 1,5 % ausgeführt werden, um Oberflächenwasser in die Abläufe zu leiten. Lose verlegter Nutzbelag Wie im Wegebau lagern Platten (z.B. Betonoder Natursteinplatten) und Pflastersteine (z.B. Betonstein-, Naturstein- oder Holzpflaster) auf einer gleitfähigen Unterlage von ≥ 50 mm Dicke. Diese besteht aus Sand (Gefahr des Ausschwemmens, Wasser versickert schlecht) oder aus einer Feinkies- bzw. Splittschicht, die durch ein Filtervlies von der Sandschicht getrennt ist. Sie hat den Vorteil, dass Niederschlagswasser teilweise versickern kann. Eine zusätzliche Dränschicht führt das durch die Fugen sickernde Wasser in den mehrstöckigen Ablauf. Eine Gefälleausbildung des Bodenbelags ist nicht zwingend erforderlich. Gestelzte Bodenbeläge Der Platten- oder Holzbelag ist durch Stelzlager von der Dachabdichtung getrennt. Eine entsprechende Druckfestigkeit der darunter liegenden Schichten vorausgesetzt, hat die Konstruktion Vorteile durch ein geringes Eigengewicht, schnelles Verlegen und eine ebene Flächenaus127

Gebäudehülle

Wasser

1 2 3 4 5 6 7 8 9

sam tritt- und scherfeste Rasenflächen, höhere Gräser und Stauden wie auch einzelne Bäume (Abb. C 1.55). Die Pflanzen erfordern spezifische Bodenaufbauten und Dimensionierungen, darüber hinaus müssen sie ständig gepflegt und bewässert werden. Schichtenaufbau

Wärme Dampf 1 2 3 4 5

Vegetation Pflanzenträger Filtervlies Dränschicht ggf. Wurzel-

6 7 8 9

schutz Abdichtung Wärmedämmung Dampfsperre Tragkonstruktion C 1.53

bildung, da das Wasser durch die offenen Fugen auf die Dachabdichtung und in die verdeckt liegenden Abläufe fließt. Die Stelzlager bestehen aus einfachen Kanthölzern, Unterfütterungen aus Mörtelsäcken oder höhenverstellbaren Lagern mit Fugenkreuz. Der Markt bietet dazu eine Vielzahl von Varianten an. Begrünte Dächer Durch Begrünung und Bepflanzung ist es möglich, überbaute Fläche im privaten oder öffentlichen Bereich mehrfach zu nutzen. Neben gestalterischen Aspekten kann die Grünfläche den Nutzern zur Freizeit und Erholung dienen. Aus ökologischer Sicht verbessern begrünte Flächen auf Bauwerken das Mikroklima in der Stadt, indem sie Temperaturspitzen ausgleichen, die Luftfeuchtigkeit erhöhen und eine bessere Staubbindung gegenüber bekiesten Dachflächen aufweisen. Darüber hinaus schützt die Grünfläche die Dachabdichtung vor UV-Strahlung. Begrünte Dächer werden wegen ihrer Vegetationsschicht als »brennbar« eingestuft. Sie erfordern daher Maßnahmen wie Randabstände und eine nicht brennbare Wärmedämmung. Die zusätzlichen Schichten der Begrünung erhöhen die Wärmedämmwirkung und funktionieren als Retentionsfläche für Niederschlagswasser, sie speichern Wasser und geben es verzögert wieder ab. Zur Begrünung eignen sich flache und geneigte Dächer bis ca. 25 ° Dachneigung. Je stärker die Neigung, desto höher ist der Aufwand für Wasserspeicherung und Schubsicherung. Abhängig von der Funktion lassen sich extensive und intensive Dachbegrünung unterscheiden:

Ausgehend vom Regelaufbau des ein- und zweischaligen Dachs kommen weitere Schichten hinzu, um die erweiterten Anforderungen an ein begrüntes Dach zu erfüllen. Teilweise übernehmen einzelne Schichten mehrere Funktionen, andere entfallen. Die Schichtenfolge von außen nach innen erfolgt prinzipiell nach dem Schema: Pflanzen, Pflanzenträger, Filterschicht, Dränschicht, Stoßschutz, Wurzelschutz, Trennlage, Dachabdichtung (Abb. C 1.53). Grundsätzlich ist auch die Bepflanzung eines Umkehrdachs möglich. Pflanzen Moos- und Sedumarten sowie viele Pflanzen, die sich versamen oder Ausläufer bilden, breiten sich witterungsabhängig zu unterschiedlichen Jahreszeiten über die extensiv genutzte Dachfläche aus. Eine permanent grüne Fläche ist nur bei intensiver Dachbepflanzung zu erreichen. Sie kann der eines Gartens gleichen.

Filterschicht Die Filterschicht verhindert beim Versickern des Wassers das Einschlämmen von Feinteilen aus der Vegetationsschicht in die Dränschicht, was deren Funktionsfähigkeit einschränken würde. Ist die Körnung der Tragschicht grob und die der Dränschicht fein abgestuft, wirkt die Dränschicht ihrerseits filternd. Filterschichten werden als mineralische Schüttungen, Platten und Vliesstoffe (aus PA, PP, PET, Glasfaser oder Steinwolle) angeboten. Dränschicht Die Dränschicht führt das einsickernde, überschüssige Wasser zu den Dacheinläufen, um Staunässe zu vermeiden. Gleichzeitig hat die Dränschicht durch mittlere Porengrößen die Aufgabe, einen Anteil des Sickerwassers für die Pflanzen verfügbar zu speichern. Die Dränschicht wird dann von den Pflanzen durchwurzelt. Sie entspricht dem natürlichen Unterboden und gliedert sich analog zu den Pflanzenträgern:

• Abhängig von der Dachneigung werden ungebrochene (bis 5 °) und gebrochene (bis 20 °) mineralische Schüttstoffe verwendet. Bei einer Dachneigung über 20 ° werden zur Sicherung zusätzlich Lattenroste eingesetzt. • Dränplatten aus expandiertem Polystyrol (EPS), bitumengebundenen extrudierten PolyPflanzenträger styrolkugeln (XPS) und verformte, geschäumte Der Pflanzenträger hat die Aufgabe, Wasser zu Platten eignen sich auch für Neigungen über speichern oder abzuleiten, Nährstoffe zu binden 20 °, wenn sie gegen Schub gesichert sind. und Halt für die Wurzeln der Pflanzen zu bieten. Er bestimmt durch Schichtdicke, Korngröße und • Matten aus Strukturvlies, Kunststoffnoppen (PE, Kautschuk) oder verschweißte, recycelte Form, stoffliche Zusammensetzung und WasserFlocken aus Kunststoffschaum (PE) besitzen speicherungsvermögen die Art der Bepflaneine hohe Dränleistung bei geringer Dicke zung. Ab einer Neigung von 15 ° vermeidet eine (10 – 35 mm). Sie speichern wenig oder gar Vegetationsmatte die Erosion des Trägers. Die kein Wasser. Vielzahl der Pflanzenträger gliedert sich nach Form und Zusammensetzung: Wurzelschutz • Schüttstoffe mit unterschiedlichen organischen Die dauerhafte Wurzelfestigkeit von Dichtungsund anorganischen Anteilen und Porenstruktu- bahnen ist von ihrer stofflichen Zusammensetzung abhängig. Sind Bahnen und Nähte nicht ren, z.B. mineralisch-organische Bodengemidauerhaft wurzelfest, verhindern Metallbandsche, Humus, Lavagemische, Bims, Blähton • Platten aus Mineralwolle, mineralisch angerei- oder Polyestereinlagen in bituminösen Bahnen oder eine zusätzliche ganzflächige Wurzelcherter PUR-Schaum schutzbahn (z.B. PE-Bahn) die Durchwurze• Matten aus natürlichen und synthetischen lung. Fasern zusammen mit Schüttstoffen

Extensive Dachbegrünung Extensive Begrünungen benötigen wenig Aufwand bei der Ausführung und Pflege, da die niedrig wachsenden Pflanzen Trockenheit ertragen und der Schichtenaufbau gering dimensioniert werden kann. Diese Art der Begrünung wird oft bei geneigten Dächern oder nachträglich bei bekiesten Dachflächen angewendet (Abb. C 1.54). Intensive Dachbegrünung Unter intensiver Begrünung versteht man gleichC 1.54

128

C 1.55

Gebäudehülle

Membranen

geschlossene Materialien

beschichtete Gewebe

laminierte Gewebe

offene Materialien

Polyestergewebe PVC-beschichtet Glasgewebe PTFE-beschichtet Glasgewebe Silikon-beschichtet

unbeschichtete oder imprägnierte Gewebe

Spezialmaterialien

Außen- / Innenbereich

Wärmedämmmaterial

PTFE-Gewebe Baumwollgewebe Monofilgewebe aus Fluorkunststoff perforierte ETFE-Folie perforierte PC-Folie

Glasgewebe PTFE-laminiert

PC-Röhrchenmatte

Schallschutzmembranen

Edelstahlgewebe Innenbereich gasdichtes Membranmaterial

untrennbare Glasgewebe Polyestergewebe Folien

ETFE-Folie THV-Folie PVC-Folie

Low-E Glasgewebe

Low-E Glasgewebe fluorpolymerbeschichtet Low-E Glasgewebe PTFE-beschichtet

C 1.56

Membranen

Kugel, Kuppel oder Zylinder. Diese benötigen eine Unterkonstruktion, die von der Membran Mit dem Begriff Membran assoziiert man im Bau- umgeben ist, oder pneumatischen Druck von wesen leichte, auf Zug belastete, weit gespann- innen, der die Membran spannt. Antiklastische te Flächen aus dünnen, lichtdurchlässigen Formen sind gegensinnig gekrümmt und stabiliGeweben oder Folien. Diese bilden mit Seilen sieren sich selbst ohne Unterkonstruktion (z.B. und druckbelasteten Stützen aus Stahl, Beton Sattelflächen oder hyperbolische Paraboloiden). oder Holz die Membrankonstruktion. Parallel zur Entwicklung der Kunststoff-Verbundwerkstoffe Werkstoffe begannen Ingenieure in den 1950er-Jahren Isotrope Werkstoffe weisen in alle Richtungen Membran als Wetter- und Sonnenschutz oder annähernd gleiche mechanische Eigenschaften als temporäre Überdachungen einzusetzen. Die auf. Zu ihnen zählen Folien aus Metall und aus Entwicklung neuer Materialien und mehrlagiger thermoplastischen Kunststoffen. Membranen ermöglichen darüber hinaus perma- Die Grundlage von Membranen aus anisotropen nente Dachkonstruktionen, die komplexen bau- Werkstoffen sind textile Produkte. Entsprechend physikalischen Anforderungen gerecht werden. ihrer Herstellung werden sie in drei Gruppen eingeteilt: Formen

Membranen können nur Zugkräfte übertragen. Da die Zugkräfte der gespannten Fläche bei ebenen Tragwerken gegen Unendlich gehen und Wind und Niederschlag große Schwingungen und Verformungen verursachen, erfordern Membrankonstruktionen dreidimensionale vorgespannte oder vorgekrümmte Flächengeometrien. Dabei unterscheidet man in synklastische und antiklastische Formen. Synklastische Formen sind gleichsinnig gekrümmte Flächen wie

Polyestergewebe PU-beschichtet

Faserarten bestehen: • Naturfasern • mineralische Fasern • metallische Fasern • Fasern aus thermoplastischen Kunststoffen

Je nach Bindungsart (Webart) besitzen die Rohgewebe unterschiedliche mechanische Kennwerte in den Anisotropie-Richtungen Kette und Schuss. Unbeschichtete Gewebe stellen schon das Endprodukt dar. Bei beschichteten Geweben wird nach einer haftungsverbessernden Vorbehandlung in mehreren Arbeitsschritten beidseitig PVC, Silikon oder PTFE aufgebracht. Beschichtungen schützen das Gewebe vor Feuchtigkeit (bei Glasgewebe), UV-Strahlung (bei Polyestergewebe), Feuer und • Maschenwaren (Gewirke, Gestricke) Befall von Mikroorganismen. Sie verbessern so • Webwaren (Gewebe und Nähgewebe) die Dauerhaftigkeit und das Schmutzverhalten • »Non Wovens« (Vliese, Filze, Fadengelege) der Membranwerkstoffe. Die Beschichtung ermöglicht neben dem Nähen und Kleben der Da Gewebe aus annähernd orthogonal zueinan- Gewebe auch das Verschweißen einzelner Teile. der stehenden Kett- und Schussfäden verwebt Um die Oberfläche zu veredeln und das Versind, einen nichtlinearen Kraft-Dehnungsverlauf schmutzungs- und Reinigungsverhalten zu verhaben und unelastisch sind, eignen sie sich bessern, werden Membranen zusätzlich mit hervorragend zur Lastabtragung. Beschichtungsmaterialien auf FluorpolymerDie verwendeten Garne können aus folgenden oder Acrylharzbasis versiegelt.

C 1.53 C 1.54 C 1.55 C 1.56

einschalige Dachkonstruktion, begrünt (Schema) extensive Dachbegrünung intensive Dachbegrünung, gestelzter Bodenbelag systematische Darstellung von Membranmaterialien C 1.57 PVC-beschichtetes Polyestergewebe, Überdachung Haupttribüne, Sportstadion Oldenburg (D) 1996, Architektengemeinschaft Marschwegstadion C 1.58 PVC-beschichtetes Glasfasergewebe (zweilagig, pneumatisch), Radstadion, Aigle (CH) 2002, Pascal Grand C 1.57

C 1.58

129

Gebäudehülle

Membrane

Folien ETFE-Folie

THV-Folie

50 μm 80 μm 100 μm 150 μm 200 μm 500 μm

Unbeschichtete Gewebe Baumwollgewebe PTFE-Gewebe

Beschichtete Gewebe PVC-beschichtete Polyestergewebe Typ I Typ II Typ III Typ IV Typ V Typ VI PTFE-beschichtetes Glasgewebe silikonbeschichtetes Glasfasergewebe PVC-beschichtetes Aramidfasergewebe ETFE-Gewebe; THV-beschichtet

Flächen- Richtwerte der gewicht Zugfestigkeit in Anlehnung an DIN 53 353 2 [g / m ] [N / 5 cm]

Baustoffklasse

87,5 140 175 262,5 350 980

64 / 56 58 / 54 58 / 57 58 / 57 52 / 52 22 / 21

B1 B1 B1 B1 B1 B1

– – – – –

1700 /1000 2500 / 2000 2390 / 2210 3290 / 3370 4470 / 4510

B2 B2 A2 A2 A2

• • • • •

350 520 300 520 710

Knick Transluzenz beständigkeit

UVDauerBestän- haftigdigkeit keit

[– bis •]

[– bis •] [a]

[%] bis 96

• • • • •

bis ca. 95 unterschiedlich unterschiedlich bis 37 bis 37 bis 37

> 25

> 20 – – • • •

25 > 25 > 25 C 1.60

800 900 1050 1300 1450 2000 800 1150 1550 800 1270 900 2020 250

3000 / 3000 4400 / 3950 5750 / 5100 7450 / 6400 9800 / 8300 13 000 /13 000 3500 / 3500 5800 / 5800 7500 / 6500 3500 / 3000 6600 / 6000 7000 / 9000 24 500 / 24 500 1200 / 1200

B1 B1 B1 B1 B1 B1 A2 A2 A2 A2 A2 B1 B1 B1

• • • • • • – – – – – •

bis 20 bis 17,5 bis 15 bis 12,5 bis 10 bis 7,5 15 12 8 bis 25 bis 25 prinzipiell keine prinzipiell keine bis ca. 90

> 20

• • • • • – – •

> 25 > 20 > 20 > 25

C 1.59 physikalische Kennwerte von Membranmaterialien C 1.60 PTFE-beschichtetes Glasfasergewebe, Carport, Amt für Abfallwirtschaft, München (D) 1999, Ackermann und Partner

C 1.59 C 1.61 ETFE-Folienkissen, Allianz Arena, München (D) 2005, Jacques Herzog & Pierre de Meuron C 1.62 Ökobilanzdaten von Dachdeckungen und Dachabdichtungen

Anwendungsgebiete und Eigenschaften

Materialkategorien

Die Montagezeit von Membranen ist deutlich kürzer als die von konventionellen Überdachungen, da die Konfektionierung des Materials und die Ausbildung von Randanschlüssen im Werk vorbereitet wird. Aufgrund des geringen Gewichts von 200 bis 1500 g / m2 können wandelbare Dächer – z.B Tennisstadion am Rothenbaum, Hamburg (siehe Beispiel 25, S. 261ff.) – und stützenfreie, weit gespannte Konstruktionen realisiert werden. Mehrlagige Membransysteme erfüllen zusätzlich Wärmeschutzkriterien mit U-Werten von 2,7 bis 0,8 W / m2K und wirken zudem schalldämmend. Transparente Folien haben im Vergleich zu Glas eine höhere UV-Durchlässigkeit, was sich vorteilhaft auswirkt bei Schwimmbädern oder bei Gebäuden, in denen Licht für das Wachstum von Pflanzen benötigt wird. Mit mehrlagigen pneumatisch vorgespannten Membrankonstruktionen aus Folien (Kissen) erreicht man neben dem Wärmeschutz eine hohe Transluzenz und Transparenz. Bei einer dreilagigen Ausbildung ermöglicht das pneumatische Verstellen der Mittellage unterschiedliche Lichttransmissionsgrade, wenn die mittlere und obere Membrane mit einem versetzten, lichtreflektierenden Muster bedruckt ist. Derzeit befinden sich Membransysteme zur aktiven Nutzung von Solarenergie in der Entwicklung. 130

C 1.61

erhält man PTFE- oder ETFE-beschichtetes GlasMembranwerkstoffe lassen sich in wasserdichte, fasergewebe dagegen nur in Flächen bis 2500 geschlossene und wasserdurchlässige, offene m2. Zusammen mit ETFE-Folien stellen PTFEMaterialien gliedern, da die Wasserdichtheit oder ETFE-beschichtetes Glasfasergewebe und meistens Hauptanwendungskriterium ist. PVC-beschichtetes Polyestergewebe das Material für ca. 90 % aller Membrankonstruktionen. Geschlossene Materialien Die Dauerhaftigkeit von ETFE-Folien liegt bei PVC-beschichtetes Polyestergewebe und PTFE- über 25 Jahren. Sie werden vorwiegend für beschichtetes Glasgewebe können aufgrund pneumatische, transluzente Konstruktionen verihrer technischen Eigenschaften im Außenbewendet und lassen sich gut bedrucken. Ihre reich als Wetterschutz eingesetzt werden. PVC- hohe Schubsteifigkeit erfordert einen sehr präzibeschichtetes Polyestergewebe mit verschiede- sen Zuschnitt. Dieser bildet die Grundlage für nen Oberflächenveredelungen eignet sich mit unregelmäßige und gekrümmte Formen. THVseiner guten Knickbeständigkeit für wandelbare Folie (Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Vinylund wiederverwendbare Membrankonstruktioidenfluorid-Copolymer) besitzt eine geringere nen. Es ist schwer entflammbar und mit 15 – 20 Reißfestigkeit, ist aber elastischer und leichter zu Jahren relativ dauerhaft. verarbeiten. Das nicht brennbare, PTFE beschichtete GlasPVC-Folie weist ein stark temperaturabhängiges gewebe weist eine Dauerhaftigkeit von über Dehnungsverhalten und eine geringe Festigkeit 25 Jahren auf. Es besitzt eine selbstreinigende auf. Daher ist sie nur für Innenanwendungen Oberfläche und nimmt aufgrund seiner Beschich- geeignet. tung keine Feuchtigkeit auf. Die Transluzenz ist je nach Gewebedichte und Beschichtungsdicke Offene Materialien von 0 bis 50 % steuerbar. Im Vergleich zu PVC- Unbeschichtete PTFE-Gewebe eignen sich sehr beschichtetem Polyestergewebe besitzt es gut für wandelbare Konstruktionen, bei denen jedoch eine geringere Elastizität und Knickbekeine Regendichtigkeit gefordert ist, z.B. für Faltständigkeit. membranen bei Verschattungssystemen. BaumFaktoren wie Entwurfsidee, statische Berechnun- wollgewebe können temporär im Innen- und gen und Funktionsanforderungen bestimmen die Außenbereich eingesetzt werden. Das QuellverMaterialwahl ebenso wie die erwarteten Modul- halten von Baumwolle bei Nässe bewirkt die größen. PVC-beschichtetes Polyestergewebe geforderte Regendichtigkeit. Die Raumakustik kann bis 10 000 m2 konfektioniert werden. kann durch mikroperforierte Membranen aus Gewebe oder Folie beeinflusst werden. Wegen der Handhabung bei der Fertigung

Gebäudehülle

Dachbeläge Schichtaufbau * Datenherkunft siehe Ökobilanzierung, S. 100

PEI Primärenergie nicht ern. [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP DauerSommerhaftigkeit smog [kg C2H4 eq] [a]

331

180

11

0

0,10

0,0053

0,012

50

288

155

4

0,000012

0,10

0,0061

0,012

50

458

143

17

0,000015

0,16

0,0086

0,013

70

830

130

35

0,000033

1,16

0,012

0,024

80

689

197

26

0

0,21

0,014

0,028

40

999

138

24

0,000087

0,65

0,014

0,058

70

501

708

-44

0,000019

0,50

0,010

0,026

40

910

115

22

0,000086

0,33

0,013

0,057

25

1355

38

40

0

0,50

0,019

0,091

25 – 30

394

58

27

0

0,20

0,014

0,022

25 – 30

394

28

17

0

0,13

0,0086

0,028

25 – 35

848

69

46

0

0,54

0,019

0,054

30 – 40

Dachdeckungen Flachdachpfanne, Anschlüsse Titanzink Ziegelflachdachpfanne, 20 mm Holzlattung, 24 ≈ 48 mm Unterspannbahn Polyethylen (PE-HD), 0,5 mm Betonstein, Anschlüsse Titanzink Betondachstein, 20 mm Holzlattung, 24 ≈ 48 mm Unterspannbahn Polyethylen (PE-HD), 0,5 mm Titanzinkblech Titanzinkblech Doppelstehfalz, 0,7 mm Holzschalung Bretter, 24 mm Kupferblech* Kupferblech Doppelstehfalz, 0,7 mm Holzschalung Bretter, 24 mm Faserzementplatte*, Anschlüsse Titanzink Faserzement-Wellplatte, 8 mm Holzlattung, 24 ≈ 48 mm Unterspannbahn Polyethylen (PE-HD), 0,5 mm MDF-Platte, 18 mm Schieferschindel*, Anschlüsse Kupfer Schieferschindel altdeutsche Deckung, 5 mm Bitumendachbahn V 13, 5 mm Holzschalung Bretter, 24 mm Holzschindel, Anschlüsse Kupfer Holzschindel dreifach, 24 mm Holzlattung, 24 ≈ 48 mm Unterspannbahn Polyethylen (PE-HD), 0,3 mm Holzschalung Bretter, 24 mm Bitumenschindel, Anschlüsse Titanzink Bitumenschindel, 3 mm Holzfaserplatte, 24 mm

Dachabdichtungen Bitumenbahn, bekiest Kies, 50 mm Polyestervlies (PES), 2 mm Dachabdichtung Bitumenbahn (PYE PY200 S5), 5 mm Dachabdichtung Bitumenbahn (G200 S4), 4 mm PVC, bekiest Kies, 50 mm Dachabdichtung PVC-Bahn, 2,4 mm Lochglasvliesbahn, 3 mm Dampfsperre Polyethylen (PE-HD), 0,4 mm EPDM, bekiest Kies, 50 mm Dachabdichtung EPDM-Bahn, 1,2 mm Lochglasvliesbahn, 3 mm Dampfsperre Polyethylen (PE-HD), 0,4 mm PVC, extensiv begrünt Substrat Humus, 80 mm Filtervlies Polyethylen (PE-HD), 0,1 mm Filterschicht Blähton, 30 mm Dränageplatten extrudiertes Polystyrol (XPS), 30 mm Wurzelschutzbahn Polyestervlies, 1,5 mm Dachabdichtung PVC-Bahn, 2,4 mm Lochglasvliesbahn, 3 mm Dampfsperre Polyethylen (PE-HD), 0,4 mm

C 1.62

131

Dämmen und Dichten

C 2.1

Seit Beginn der Industrialisierung im 18. Jh. ist die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre um mehr als 30 % gestiegen und hat vermutlich das höchste Niveau innerhalb der letzten 20 Millionen Jahre erreicht. Neben Emissionen aus der intensiven Landwirtschaft (Methan und Distickstoffoxid) trägt vor allem das bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern freigesetzte Kohlendioxid zum Treibhauseffekt und somit zur globalen Erderwärmung bei. In Deutschland wird über ein Drittel der jährlichen Endenergie für das Beheizen von Gebäuden verbraucht. Wärmedämm- und Dichtstoffe reduzieren den Heizwärmebedarf von Alt- wie Neubauten erheblich. Ein zeitgemäßer Wärmeschutz spart nach spätestens zwei Heizperioden bereits mehr Energie ein als Herstellung und Transport der Dämmstoffe benötigen. Ruhende Luftschichten hinter Holzverschalungen und das zu Beginn des 20. Jh. aufkommende zweischalige Mauerwerk gelten als erste baukonstruktive Maßnahmen für den baulichen Wärme- und Feuchteschutz. In den 1920er-Jahren waren bereits Dämmstoffe aus Holzwolle, Kork und mineralischen Fasern erhältlich. Allerdings bestand die primäre Aufgabe des baulichen Wärmeschutzes bis in die 1970er-Jahre darin, Bauschäden zu vermeiden und hygienische Wohnbedingungen sicherzustellen. Energieeinsparung

C 2.1 C 2.2 C 2.3 C 2.4

132

Thermographie (Wärmebild) von Gebäuden systematische Darstellung von Dämmstoffen nach ihrer Rohstoffbasis Behaglichkeitsfeld in Abhängigkeit vom U-Wert der Wand bei einer Außentemperatur von – 10 °C Dämmstoffdicke zum Erreichen eines Wärmedurchlasswiderstands von 0,3 W / m2K

Als Folge der Energiekrise, der rapide steigenden Rohölpreise und der damit verbundenen Einsicht zur notwendigen Reduktion des Energieverbrauchs wurde in Deutschland 1977 die erste Wärmeschutzverordnung (WSVO) erlassen, die 1982 und 1994 novelliert wurde. Sie hatte vornehmlich das Ziel, durch Festlegung maximaler Wärmedurchgangskoeffizienten die Transmissionswärmeverluste von Außenbauteilen zu reduzieren und somit den Heizwärmebedarf zu verringern. Die seit 2002 gültige Energieeinsparverordnung (EnEV) berücksicht darüber hinaus den Einfluss der Gebäudedichtheit durch die Ermittlung der Lüftungswärmeverluste. Bei Gebäudehüllen mit gutem Wärmeschutz wirkt sich deren Luftdichtheit entscheidend auf den Heizenergiebedarf aus (siehe S. 142).

Daher müssen Dämm- und Dichtheitskonzepte im Rahmen einer ganzheitlichen Betrachtung frühzeitig aufeinander abgestimmt werden. Grundlagen Dämmen Die Dämmwirkung eines Stoffes verbessert sich, je kleiner, zahlreicher und gleichmäßiger die eingeschlossenen Luftporen in ihm verteilt sind; die ruhende Luft leitet Wärme stets schlechter als das umgebende Material. Nach DIN 4108 gelten Baustoffe, deren Wärmeleitfähigkeit ¬ kleiner als 0,1 W / mK ist, als Wärmedämmstoffe (Abb. C 2.4). Aufgrund des wachsenden Dämmstoffbedarfs und der steigenden Anforderungen an den Wärmeschutz hat sich die Produktvielfalt der auf dem Markt erhältlichen Dämmstoffe stetig erhöht. Mineralfaserdämmstoffe und Hartschaumstoffe stellen mit über 90 % den überwiegenden Marktanteil. In den vergangenen Jahren wurden Dämmstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen wiederentdeckt und ihre Anwendungsmöglichkeiten erweitert. Innovative Dämmstoffe wie z.B. Vakuum-Isolations-Paneele (VIP) oder IR-Absorber-modifizierte Polystyroldämmstoffe (siehe Die Entwicklung innovativer Materialien, S. 29) erreichen erheblich verbesserte Dämmwerte (Abb. C 2.7). Die Baustoffindustrie bietet für wärmegedämmte Außenwände zahlreiche Produkte an, die sowohl tragen als auch dämmen, z.B. Leichthochlochziegel. Die dämmende Funktion vermindert dabei die Tragfähigkeit des Materials. Diese Produkte behandelt das Kapitel Keramische Baustoffe (siehe S. 50f.). Gliederung

Dämmstoffe unterscheiden sich in Bezug auf ihre Rohstoffbasis (Abb. C 2.2): • anorganische, mineralische Dämmstoffe • organische Dämmstoffe Sowohl organische als auch anorganische Dämmstoffe können aus natürlich oder synthetisch hergestellten Rohstoffen bestehen. Nach dem strukturellen Aufbau wird unterschieden in:

Dämmen und Dichten

Dämmstoff

anorganisch, mineralisch

aus natürlichen Rohstoffen

organisch

aus synthetischen Rohstoffen

aus natürlichen Rohstoffen

aus synthetischen Rohstoffen

Blähton

Blähglas

Baumwolle

expandierte Perlite

Kalzium-Silikat

Flachs

Harnstoff-FormaldehydharzOrtschaum (UF)

Naturbims

Keramikdämmschaum

Getreidegranulat

Melaminharz-Hartschaum

Schaum aus Kaolin oder Perlite

Mineralwolle (MW) aus Glas- oder Steinwolle

Hanf

Phenolharz-Hartschaum (PF)

Hobelspäne

Polyesterfasern

Schaumglas (CG)

Holzfaser (WF)

Polystyrol-Hartschaum (EPS)

Vakuum-Isolations-Paneel (VIP)

Holzwolleplatten (WW)

Polystyrol-Extruderschaum (XPS)

Kokosfaser

Polyurethan-Hartschaum (PUR)

Korkerzeugnisse

Polyurethan-Ortschaum (PUR)

Vermiculite (Blähglimmer)

Schafwolle Schilfrohr Stroh / Strohleichtlehm Torf Zellulosefaser

C 2.2

Thermische Behaglichkeit

• Faserdämmstoffe • geschäumte Dämmstoffe • Granulate / Schüttungen Faserstoffe bilden eine Art Haufwerk und verhindern somit die Luftbewegung. Bei geschäumten Dämmstoffen unterbindet die feste Zellstruktur und darin eingeschlossene Luft bzw. spezielle Gase die Konvektion.

Für das Behaglichkeitsempfinden von Menschen in geschlossenen Räumen spielen neben der Kleidung und der körperlichen Aktivität weitere Einflussgrößen eine Rolle:

Wärmeschutz

• Luftbewegung • Raumluftfeuchte • Raumlufttemperatur und deren Schwankungen • mittlere Innenoberflächentemperatur

Funktionen und Anforderungen Im bezugsfertigen Gebäude sind Dämmstoffe in der Regel »unsichtbar«. Sie erfüllen eine Reihe von Aufgaben und Funktionen: • Sicherung eines behaglichen und hygienischen Raumluftklimas • Reduktion der Transmissions- und Lüftungswärmeverluste • Wärmeschutz im Sommer • Schallschutz (je nach Dämmstoff) • Schutz der Baukonstruktion vor Kondensationsfeuchte oder Frost

auch die Transmissions- und Lüftungswärmeverluste kleiner. Mit der Absenkung der Raumlufttemperatur um 1 K können Einsparungen beim Heizwärmebedarf in Höhe von ca. 6 % erzielt werden.

Der von den meisten Menschen als angenehm empfundene, temperaturabhängige Behaglichkeitsbereich konnte durch umfangreiche Messungen ermittelt werden (Abb. C 2.3). Raumlufttemperatur und mittlere Innenoberflächentemperatur haben einen etwa gleich großen Einfluss auf die Entwärmung und somit auf das Behaglichkeitsempfinden des Menschen. Bei Gebäuden mit einem guten Wärmeschutz kann durch die höheren Innenoberflächentemperaturen – bei gleicher Behaglichkeit – die Raumlufttemperatur erheblich niedriger sein. Bei einer geringeren Raumlufttemperatur sind

Die Qualität des Wärmeschutzes basiert auf den thermischen Eigenschaften der eingesetzten Baustoffe und Bauteile sowie deren Dimensionierung. In der kalten Jahreszeit existiert über die Gebäudehülle ein stetiger Wärmefluss von innen nach außen. Der Begriff »Dämmung« beschreibt die Hauptfunktion von Wärmedämmstoffen, den Wärmestrom durch die Bauteilschichten zu verringern. Die teilweise noch geläufige Bezeichnung »Isolierung« impliziert Undurchdringlichkeit und sollte im Zusammenhang mit Dämmstoffen nicht verwendet werden. Wärmeleitfähigkeit Der Abfluss von Wärme erfolgt durch Leitung, Strahlung und Konvektion. Als bauphysikalische Maßeinheit fasst die Wärmeleitfähigkeit

30

C 2.3

Vakuum-IsolationsPaneel VIP

transparente Wärmedämmung TWD

IR-Absorbermodifiziertes EPS

Zellulosefaser

Schafwolle

expandierter Kork

Holzwolle-Platte WW Holzwolle-Mehrschichtplatte WW-C Kokosfaser

Holzfaserdämmplatte WF

Hanffasern

Getreidegranulat

Flachs

Baumwolle

Holz, Fichte

PS-Hartschaum EPS PS-Extruderschaum XPS PU-Hartschaum PUR

Polyesterfaser

Vermikulite

25

expandierte Perlite Blähton

20

Wärmedämmziegel

15

Schaumglas

2

/m W 2 0, U= 0

W

10

Mineralwolle

2 K 2 K 2 K /m /m /m W W 5 0 5 0, =1, =1, U U= U

K

15

Dämmstoffdicke s [cm]

20

20

Kalzium-Silikat

19 °C behaglich

zum Erreichen eines Wärmedurchgangswiderstands von 0,3 W/m 2K

25

C 2.4

133

Dämmen und Dichten

C 2.5 Anwendungsgebiete von Wärmedämmungen nach DIN V 4108-10, Tabelle 1 C 2.6 Differenzierung von bestimmten Produkteigenschaften nach DIN V 4108-10, Tabelle 2 Anwendungsgebiet

Kurzzeichen

Anwendungsbeispiele

Decke, Dach

DAD DAA DUK DZ DI DEO DES

Außendämmung von Dach oder Decke, vor Bewitterung geschützt, Dämmung unter Deckungen Außendämmung von Dach oder Decke, vor Bewitterung geschützt, Dämmung unter Abdichtungen Außendämmung des Daches, der Bewitterung ausgesetzt (Umkehrdach) Zwischensparrendämmung, zweischaliges Dach, nicht begehbare aber zugängliche oberste Geschossdecken Innendämmung der Decke (unterseitig) oder des Daches, Dämmung unter Sparren/Tragkonstruktion, abgehängte Decke usw. Innendämmung der Decke oder Bodenplatte (oberseitig) unter Estrich ohne Schallschutzanforderungen Innendämmung der Decke oder Bodenplatte (oberseitig) unter Estrich mit Schallschutzanforderungen

Wand

WAB WAA WAP WZ WH WI WTH WTR

Außendämmung der Wand hinter Bekleidung Außendämmung der Wand hinter Abdichtung Außendämmung der Wand unter Putz Dämmung von zweischaligen Wänden, Kerndämmung Dämmung von Holzrahmen- und Holztafelbauweise Innendämmung der Wand Dämmung zwischen Haustrennwänden mit Schallschutzanforderungen Dämmung von Raumtrennwänden

Perimeter

PW PB

außenliegende Wärmedämmung von Wänden gegen Erdreich (außerhalb der Abdichtung) außenliegende Wärmedämmung unter Bodenplatte gegen Erdreich (außerhalb der Abdichtung) C 2.5

¬ [W / mK] die drei Wärmetransportmechanismen zusammen. Dabei gilt: je niedriger die Wärmeleitfähigkeit, um so besser die Wärmedämmwirkung eines Baustoffs. Metalle sind aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften mit bis zu 400 W / mK besonders leitfähig, VakuumIsolations-Paneele erreichen mittels Luftleere (Thermoskannenprinzip) Tiefstwerte zwischen 0,004 und 0,008 W / mK. Die bisher gültige Einteilung von Wärmedämmstoffen in Wärmeleitfähigkeitsgruppen (z.B. WLG 035 oder WLG 040) wurde mit Einführung der europäischen Produktnormen abgelöst. Die Kennzeichnung erfolgt gemäß DIN 4108-4 mit dem so genannten Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit, dessen Angabe in 1-mW-Stufen möglich ist (z.B. ¬ = 0,028 W / mK). Wärmedurchgangskoeffizient Der U-Wert ist die bauphysikalische Maßeinheit für den Wärmedurchgangskoeffizienten von Bauteilen und wird in W / m2K angegeben. Unterschiedliche Konstruktionen lassen sich so hinsichtlich ihrer Wärmedämmeigenschaften direkt vergleichen. Ein niedriger U-Wert bedeutet einen geringen Wärmestrom durch Bauteile und somit verringerte Wärmeverluste (U = Unit of Heat Transfer). Wo gut wärmeleitende Bauteile (z.B. thermisch nicht getrennte Betonplatten von Balkonen) die gedämmte Außenhülle durchdringen, treten stofflich bedingte Wärmebrücken auf. Neben erhöhten Wärmeverlusten besteht die Gefahr von Schimmelbildung durch anfallende Kondensationsfeuchte. Spezifische Wärmekapazität DIN 4108-2 enthält Empfehlungen für den Wärmeschutz im Sommer, um auch bei hohen Außentemperaturen ein behagliches Raumklima sicherzustellen. Wärmespeichernde Baustoffe tragen dazu bei, die tageszeitlichen, wit134

terungs- und nutzungsbedingten Temperaturschwankungen auszugleichen. Die spezifische Wärmekapazität c gibt das Speichervermögen eines Baustoffs an. Aufgrund ihres geringen Gewichts verfügen Dämmstoffe meist nur über eine geringe Wärmespeicherfähigkeit. Schwere Dämmstoffe wie Holzfaserdämmplatten (Rohdichte > 100 kg / m3) können in Bereichen, die zur Überhitzung neigen (z.B. ausgebaute Dachräume), den sommerlichen Wärmeschutz durch ihr höheres Speichervermögen verbessern. Feuchteschutz

Wärme- und Feuchteschutz von Gebäuden stehen in enger Wechselbeziehung. Wasser besitzt bei 15 °C mit ¬ = 0,598 W / mK eine rund 25-mal höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft (¬ = 0,024 W / mK). Der Einschluss von Wasser verringert somit die Wärmedämmfähigkeit von Baustoffen erheblich. Darüber hinaus kann Feuchtigkeit in Bauteilen zu Korrosion, Schimmelpilzbildung und Frostschäden führen. Bei organischen Dämmstoffen trägt Wasser zur Zersetzung und Zerstörung der Baustoffe bei. Besonders im Winter besteht zwischen beheizten Innenräumen und der kalten Außenluft ein Dampfdruckgefälle. Durch die Wasserdampfdiffusion von innen nach außen kann sich im Innern von Außenwänden und Dächern Kondenswasser bilden (auch Tauwasser genannt). Dämmstoffe, die als Kerndämmung bei zweischaligen Wänden verwendet werden, müssen über die ganze Dicke hydrophob (wasserabweisend) sein. Wasserdampfdiffusion Der μ-Wert gibt den Diffusionswiderstand eines Stoffes an und besitzt keine Einheit. Nach DIN 4108-4 sind beispielsweise Dämmstoffe aus Mineralwolle (μ = 1) sehr diffusionsoffen, Schaumglas hingegen ist praktisch dampfdicht (μ = 100 000). Bei der Planung von Außenbau-

teilen sollte der Diffusionswiderstand der einzelnen Bauteilschichten von innen nach außen abnehmen. Die Menge des ein- und ausdiffundierenden Wassers und somit eine eventuelle Gefährdung der Dämmstoffe lassen sich mit dem »Glaserverfahren« (DIN 4108-3) überprüfen. Schallschutz

In Bezug auf schalldämmende Eigenschaften unterscheidet man im Hochbau zwischen Dämmstoffen für den Luft- und den Trittschallschutz. Zur Verbesserung des Luftschallschutzes von Leichtbauwänden oder Hohlräumen eignen sich besonders weiche Faserdämmstoffe mit einem hohen Strömungswiderstand, d.h. beim Durchgang durch die Fasern reduziert sich die Schallenergie (Luftdruckschwankungen) durch Umwandlung in Bewegungsenergie. Dämmstoffe für den Trittschallschutz (z.B. unter schwimmend verlegten Estrichen) sind immer elastisch und müssen eine möglichst geringe dynamische Steifigkeit aufweisen, um die eingeleitete Stoßenergie abzufangen und in möglichst geringem Umfang an die Bodenplatte weiterzuleiten. Brandschutz

Dämmstoffe eignen sich auch für den vorbeugenden baulichen Brandschutz, um Bauteile vor zu schneller Erwärmung zu schützen. Die meisten anorganischen Dämmstoffe gehören zur Baustoffklasse A (nicht brennbar), organische Dämmstoffe hingegen zur Baustoffklasse B (brennbar). Gesundheits- und Umweltschutz

Auch wenn Dämmstoffe in der Regel keinen direkten Kontakt mit der Raumluft haben, so sollten sie dennoch möglichst wenig gesundheitsgefährdende Schadstoffe (z.B. Formalde-

Dämmen und Dichten

Produkteigenschaften

Kurzzeichen Beschreibung

Beispiele

Druckbelastbarkeit

dk dg dm dh ds dx

keine Druckbelastbarkeit geringe Druckbelastbarkeit mittlere Druckbelastbarkeit hohe Druckbelastbarkeit sehr hohe Druckbelastbarkeit extrem hohe Druckbelastbarkeit

Hohlraumdämmung, Zwischensparrendämmung Wohn- und Bürobereich unter Estrich nicht genutztes Dach mit Abdichtung genutzte Dachflächen, Terrassen Industrieböden, Parkdeck hoch belastete Industrieböden, Parkdeck

Wasseraufnahme

wk wf wd

keine Anforderungen an die Wasseraufnahme Wasseraufnahme durch flüssiges Wasser Wasseraufnahme durch flüssiges Wasser oder Diffusion

Innendämmung im Wohn- und Bürobereich Außendämmung von Außenwänden und Dächern Perimeterdämmung, Umkehrdach

Zugfestigkeit

zk zg zh

keine Anforderungen an die Zugfestigkeit geringe Zugfestigkeit hohe Zugfestigkeit

Hohlraumdämmung, Zwischensparrendämmung Außendämmung der Wand hinter Bekleidung Außendämmung der Wand unter Putz, Dach mit verklebter Abdichtung

schalltechnische Eigenschaften

sk sg sm sh

keine Anforderungen an schalltechnische Eigenschaften Trittschalldämmung, geringe Zusammendrückbarkeit mittlere Zusammendrückbarkeit Trittschalldämmung, erhöhte Zusammendrückbarkeit

alle Anwendungen ohne schalltechnische Anforderungen schwimmender Estrich, Haustrennwände schwimmender Estrich, Haustrennwände schwimmender Estrich, Haustrennwände

Verformung

tk tf tl

keine Anforderungen an die Verformung Dimensionsstabilität unter Feuchte und Temperatur Verformung unter Last und Temperatur

Innendämmung Außendämmung der Wand unter Putz, Dach mit Abdichtung Dach mit Abdichtung C 2.6

hyd, Styrol, Isocyanat, Phenol; siehe Schadstoffe, S. 268) enthalten. Die Diskussion über die Humantoxizität von Zusatzstoffen (Flammschutzmittel bei organischen Dämmstoffen, Insektizide bei einigen organischen Dämmstoffen aus natürlichen Rohstoffen) ist noch im Gange. Zur Produktion von Schaumkunststoffen kommen heute meist Pentan (reiner Kohlenwasserstoff) oder CO2 zum Einsatz. Der Gebrauch von FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoff) und teilhalogenierten HFCKW ist seit 1995 bzw. 2002 europaweit untersagt. Alternativ verwenden einige Hersteller chlorfreie HFKW, deren Verbot derzeit erörtert wird. Durch die nachweisliche Gesundheitsgefährdung von Asbest-Faserstäuben im Innenraum gerieten auch künstliche Mineralfasern (KMF) in den Verdacht, über ein kanzerogenes Potenzial zu verfügen. Aus diesem Grund hat die Dämmstoffindustrie 1995 die Produktion von Mineralwolle auf nicht lungengängige Faserdicken umgestellt (Kanzerogenitätsindex KI ≥ 40) bzw. bei Steinwolle die Biobeständigkeit verringert. Wie bei allen Faserdämmstoffen ist bereits in der Planungsphase sicherzustellen, dass keine Fasern in der Raumluft freigesetzt werden. Anwendung Die harmonisierten Dämmstoff-Normen DIN EN 13168 −13171 legen als reine Produktnormen Eigenschaften und Kennzeichnung fest. Die Anwendungsgebiete von Wärmedämmungen (Abb. C 2.5) sowie die Differenzierung von bestimmten Produkteigenschaften (Abb. C 2.6) sind in der DIN V 4108-10 national geregelt. Die Typenkurzzeichen setzen sich jeweils aus dem Anwendungsgebiet (z.B. WAA = Außendämmung der Wand hinter Abdichtung)

und der Produkteigenschaft (z.B. dh = hohe Druckbelastbarkeit) zusammen. Gemäß ihrer Liefer- und Einbauform unterscheidet man Platten, Matten, Filze, Stopfwolle, Schüttungen und Ortschäume. Wärmedämmstoffe sollten aus bauphysikalischer Sicht möglichst auf der Kaltseite der Konstruktion eingebaut werden. Um die Transmissionswärmeverluste von Altbauten mit denkmalgeschützter Fassade zu reduzieren, besteht hier allerdings oft nur die Möglichkeit zur Innendämmung. Dadurch reduziert sich die Temperatur der Wandkonstruktion auf der Kaltseite und die Gefahr des Tauwasserausfalls im Bauteil steigt erheblich. Innendämmungen erfordern in der Regel eine äußerst sorgfältig zu verarbeitende Dampfbremse bzw. -sperre auf der Rauminnenseite (siehe S. 145). Darüber hinaus sind Wärmebrücken im Bereich von Wand- und Deckenanschlüssen praktisch nicht zu vermeiden. Ein Dampfdiffusionsnachweis ist bei Innendämmungen unerlässlich. Bei der Auswahl des geeigneten Dämmstoffs sollten die baukonstruktiven Rahmenbedingungen, die technischen Regeln und die jeweiligen Anforderungen berücksichtigt werden: • allgemeine Anforderungen: Abmessungen, Rohdichte, Beschaffenheit (Struktur, Kanten, Farbe etc.) • Festigkeit: Druckfestigkeit oder Druckspannung bei 10 % Stauchung, Dauerdruckspannung, Zugfestigkeit, Haftfestigkeit von Schäumen • Formbeständigkeit bei Wärme- und Kälteeinwirkung: Dimensionsstabilität • Wärmeschutz: Wärmeleitfähigkeit, Wärmedurchlasswiderstand, Wärmespeicherfähigkeit • Feuchteschutz: Wasserdampfdurchlässigkeit, Hydrophobie, Wasseraufnahme

• Schallschutz: dynamische Steifigkeit, Strömungswiderstand • Brandschutz: Baustoffklasse, obere Temperaturanwendungsgrenze • Gesundheit- und Umweltschutz • Dauerhaftigkeit: Alterungsbeständigkeit, Beständigkeit bei hoher Luftfeuchte, thermische Stabilität, UV-Beständigkeit • Wirtschaftlichkeit Befestigung

Unabhängig von der Dämmstoffwahl unterscheidet man folgende Befestigungsarten: • lose: keine feste mechanische Verbindung, z.B. geschüttet, gestopft, eingeblasen, lose verlegt • punktuell: dauerhaft punktuell oder linienförmig befestigt, z.B. genagelt, geschraubt, gedübelt, geklebt • flächig: vollflächig kraftschlüssige Verbindung, z.B. geklebt (Klebemörtel, Bitumen), angemörtelt Recycling

Die Befestigungsart hat einen entscheidenden Einfluss auf die spätere Wiederverwendbarkeit der Dämmstoffe. Lose eingebaute Dämmstoffe lassen sich meist sehr gut, flächig befestigte Dämmstoffe nicht wieder verwenden. Die technischen Möglichkeiten des Materialrecyclings sind weiter entwickelt als die derzeit übliche Praxis. In der Regel werden mineralische Dämmstoffe deponiert, organische Dämmstoffe thermisch verwertet. Dämmstoffe Die technischen Kennwerte von Dämmstoffen in Abb. C 2.7 stellen Richtwerte dar; im konkreten Fall sind diese mit den tatsächlichen Pro135

Dämmen und Dichten

Dämmmaterialien

Rohdichte

BemessungsDampfdiffusionswert der Wärme- widerstandszahl µ leitfähigkeit [W / mK] [–]

Baustoffklasse / Brennbarkeitsklasse 1

anorganisch, aus synthetischen Rohstoffen Kalzium-Silikat 115 – 290 Glaswolle / Steinwolle 12 – 250 Schaumglas (CG) 100 – 150

0,045 – 0,070 0,035 – 0,050 0,040 – 0,060

2 / 20 1/2 prakt. dampfdicht

A1 – A2 / bis A1 A1 – B1 / bis A1 A1 / A1

anorganisch, aus natürlichen Rohstoffen expandierte Perlite (EPB) Blähton Vermikulite (Blähglimmer)

60 – 300 260 – 500 60 – 180

0,050 – 0,065 0,090 – 0,160 0,065 – 0,070

2/5 2 2/3

A1 – B2 / bis A1 A1 / A1 A1 / A1

organisch, aus synthetischen Rohstoffen Polyesterfaser Polystyrol-Hartschaum (EPS) Polystyrol-Extruderschaum (XPS) Polyurethan-Hartschaum (PUR)

15 – 45 15 – 30 25 – 45 ≥ 30

0,035 – 0,045 0,035 – 0,040 0,030 – 0,040 0,025 – 0,035

1 20 / 100 80 / 250 30 / 100

B1–2 / bis B B1 / bis B B1 / bis B B1 – 2 / bis B

[kg / m3]

organisch, aus natürlichen Rohstoffen Baumwolle Flachs Getreidegranulat Hanffasern Holzfaserdämmplatte (WF) Holzwolleplatte (WW) Holzwollemehrschichtplatte (WW-C) Kokosfaser expandierter Kork (ICB) Schafwolle Zellulosefaser

20 – 60 0,040 – 0,045 1/2 25 0,040 – 0,045 1/2 105 – 115 0,050 n.b. 20 – 70 0,040 – 0,045 1/2 45 – 450 0,040 – 0,070 1/5 360 – 570 0,065 – 0,090 2/5 stark abhängig vom Schichtaufbau 50 – 140 0,045 – 0,050 1/2 80 – 500 0,040 – 0,055 5 / 10 20 – 80 0,035 – 0,040 1/2 30 – 100 0,035 – 0,040 1/2

»innovative« Dämmstoffe (organisch / anorganisch) IR-Absorber-modifiziertes EPS 15 – 30 4 transparente Wärmedämmung (TWD) Vakuum-Isolations-Paneel (VIP) 150 – 300

0,032 0,02 – 0,1 3 0,004 – 0,008

20 / 100 prakt. dampfdicht prakt. dampfdicht

B1–B2 / bis B B1–B2 / bis B B2 / bis D B2 / bis D B2 / bis D B1 / bis B B1–B2 / bis B B1–B2 / bis B B1–B2 / bis B B1–B2 / bis B B1–B2 / bis B

Norm

Produktformen

2

Platte Platte, Vlies, Stopfwolle Platte, Schüttung

DIN EN 13162 DIN EN 13167

DIN EN 13169 DIN EN 14063 2

2

DIN EN 13163 DIN EN 13164 DIN EN 13165

2 2 2 2

DIN EN 13171 DIN EN 13168 DIN EN 13168 DIN 18165-1/-2 DIN EN 13170 2 2

B1 / bis B

DIN EN 13163

4

2

B2 / bis D

Platte, Schüttung Schüttung Schüttung

Vlies Platte Platte Platte, Ortschaum

Matte, Filz, Stopfwolle, Einblasware Platte, Matte, Filz, Stopfwolle Einblasware, Schüttung Platte Platte Platte Platte Matte, Filz, Stopfwolle Schüttung, Platte Matte, Filz, Stopfwolle Einblasware, Platte

Platte Paneele Paneele

1

Die angegebenen Brennbarkeitsklassen stellen Richtwerte dar. Sie sind mit den tatsächlichen Produktdaten abzugleichen. Dämmstoff bauaufsichtlich zugelassen. Das Dämmmaterial nutzt die statische Dämmwirkung sowie solare Gewinne; Die hier dargestellten Werte sind inklusive solarer Gewinne über eine Heizperiode in Deutschland gemittelt. Es kann je nach Klima und Ausrichtung der Dämmung zu starken Unterschieden kommen. 4 Je nach Ausgangsmaterial werden TWD-Dämmstoffe den Baustoffklassen A1 bis B 3 zugeordnet. C 2.7 2 3

duktdaten der Hersteller abzugleichen. Im Folgenden wird eine Auswahl an Dämmstoffen vorgestellt.

chermaßen über sehr gute Wärme- und Schalldämmeigenschaften. Sie sind diffusionsoffen und gelten aufgrund ihrer Fäulnis- und Witterungsbeständigkeit als sehr dauerhaft. Die Mineralwolle (MW) aus Glas- oder Steinwolle Dämmplatten müssen jedoch vor hoher FeuchIn Deutschland haben Mineralfaserdämmstoffe tigkeit geschützt werden, da sich sonst ihre mit etwa 60 % den größten Marktanteil. Hinsicht- Dämmwirkung und Festigkeit erheblich redulich Rohstoffbasis und Faserbindung unterschei- ziert. det man zwischen Glas- und Steinwolle. Glaswolle (Abb. C 2.8 a) besteht in der Regel Anwendung aus Recyclingglas (Masseanteil ca. 50 %), • Wärme-, Luftschall-, Trittschall- und BrandQuarzsand, Feldspat, Natriumkarbonat und schutz in nahezu allen Bereichen Kalkstein. Zusätzlich sind 3–9 % Bindemittel aus Kunstharzen (meist Phenolformaldehydharze) Schaumglas (CG) Ähnlich wie bei der Glasherstellung werden bei und ca. 1 % Hydrophobisierungsmittel auf Silider Produktion von Schaumglas (CG = Cellular kon- oder Mineralölbasis enthalten. Steinwolle (Abb C 2.8 b) wird hauptsächlich aus Glas; Abb. C 2.8 c) die Rohstoffe Quarzsand, Feldspat, Kalzium- und Natriumkarbonat bei Naturstein (z.B. Diabas, Basalt und Dolomit) etwa 1400 °C zu Rohglas geschmolzen. Als hergestellt, aber auch Ziegel- und BauxitbeRohstoffbasis kann der Anteil an Recyclingglas standteile aus Produktionsabfällen können enthalten sein. Der Anteil an Binde- und Hydropho- rund ein Drittel der Gesamtmasse betragen. Nach dem Abkühlen wird das Glas zu Glaspulbisierungsmitteln ist im Vergleich zu Glaswolle etwas geringer. Aus 1 m3 Naturstein lassen sich ver zermahlen, Kohlenstoff als Treibmittel zugesetzt (daher die dunkelgraue Farbe) und erneut etwa 100 m3 Steinwolle erzeugen. Bei der Hererhitzt. Die Oxidation des Kohlenstoffs bewirkt stellung werden die Roh- und Zusatzstoffe bei 1300 –1500 °C geschmolzen, die Schmelze zer- die Bildung von Gasblasen, die das flüssige fasert und anschließend unter Zugabe des Bin- Gemisch aufschäumen. Aufgrund seiner geschlossenen, gasundurchdemittels weiterverarbeitet. lässigen Zellstruktur ist Schaumglas praktisch Mineralische Faserdämmstoffe verfügen glei136

dampfdicht, vollkommen wasserunempfindlich und formbeständig. Daher wird es hauptsächlich bei erdberührten oder besonders druckbeanspruchten Bauteilen eingesetzt. Da Schaumglas in der Regel bitumenverklebt eingebaut wird, ist eine Rückgewinnung kaum möglich. Anwendung • Perimeterdämmung und Dämmung unter lastabtragenden Gründungsplatten • Wärmedämmung stark druckbeanspruchter Flächen (z.B. Industrieböden, Parkdecks) • Innendämmung • Kerndämmung • Flach- und Gründächer Kalzium-Silikat-Dämmplatten

Kalzium-Silikat-Dämmplatten sind erst seit kurzer Zeit auf dem Markt erhältlich (auch unter der Bezeichnung Mineralschaum) und bieten eine Alternative zu den bisher üblichen Dämmstoffen bei Wärmedämmverbundsystemen. Sie bestehen aus den Rohstoffen Quarzsand, Kalkhydrat, Zement und einem hydrophob wirkenden Verfestiger zusammen; bei Platten für den Innenausbau werden etwa 10 % Zellulose zugesetzt. Ähnlich wie bei Porenbeton erfolgt die Herstellung (Porenbildung, Erhärtung und Trocknung) in Härtekesseln, so genannten Autoklaven. Kal-

Dämmen und Dichten

zium-Silikat-Dämmplatten sind sehr diffusionsoffen, tragen durch ihre Wasseraufnahmefähigkeit zur Regulierung der Raumluftfeuchte bei und lassen sich auch als Innendämmung von Außenwänden einsetzen. Für die Außenanwendung wird die Wasseraufnahme durch Hydrophobierung auf ≤ 5 % reduziert. Wird der Dämmstoff in einer mineralischen Wandkonstruktion eingesetzt, kann das Bauteil als Ganzes entsorgt werden. Durch die höhere Rohdichte wirken Kalzium-Silikat-Dämmplatten bei der Klopfprobe deutlich massiver als übliche Wärmedämmverbundsysteme.

Polystyrol-Hartschaum (EPS)

Polystyrol (Abb. C 2.8 e) wird bereits seit den 1950er-Jahren im Bauwesen angewendet und besitzt in Deutschland den zweithöchsten Marktanteil. Bei der Herstellung von EPS entstehen durch Polymerisation aus dem Rohstoff Styrol (aus Erdöl oder Erdgas gewonnen) unter Zugabe eines leicht flüchtigen Treibmittels (Pentan) 0,1–2 mm große EPS-Perlen. Nach Trocknung und Zwischenlagerung wird das Granulat in Vorschäumgeräten bei Temperaturen von ca. 100 °C mit Wasserdampf erhitzt, auf das 20–50-fache seines Ausgangsvolumens expandiert und kontinuierlich zu Platten Anwendung geschäumt. Der Anteil an reinem EPS-Rezyklat • Außen- und Innendämmung von Wänden kann in Abhängigkeit vom Einsatzbereich bis • Brandschutzkonstruktionen zu 40 % betragen. Polystyrol-Hartschaum verrottet nicht, versprödet jedoch unter direkter Sonneneinstrahlung Expandierte Perlite (EPB) Perlite (Abb. C 2.8 d) gehören zu einer Gruppe (nicht UV-beständig) und ist nicht beständig von wasserhaltigen, glasigen Gesteinen vulkani- gegen Lösemittel. Durch den vergleichsweise schen Ursprungs. Beim Expandiervorgang wer- hohen Dampfdiffusionswiderstand ist bei den gemahlene Rohperlite kurzfristig auf etwa Innendämmungen bereits in der Planung 1000 °C bis zum zähflüssigen Zustand erhitzt. sicherzustellen, dass anfallendes Tauwasser Das eingeschlossene, verdampfende Wasser wieder verdunsten kann. Es sind jedoch auch bläht die Körner bis zum 20-fachen ihres diffusionsoffenere EPS-Produkte erhältlich. AufUrsprungsvolumens auf. Durch Hydrophobiegrund seiner Temperaturempfindlichkeit (obere rung mit Silikonen oder Ummantelungen mit Temperaturanwendungsgrenze 75–85 °C) lässt Bitumen oder Naturharzen können die Baustoff- sich der Baustoff nicht mit Heißbitumen verkleeigenschaften den späteren Anwendungen ent- ben oder unter Gussasphalt einsetzen. sprechend beeinflusst werden. Perliteschüttungen mit Hydrophobierung sind wenig feuchteAnwendung empfindlich, diffusionsoffen und unverrottbar. • Wärmedämmung in nahezu allen Bereichen Expandierte Perlite, auch Blähperlite genannt, • Trittschalldämmung sind in Abhängigkeit von der Ummantelung Polystyrol-Extruderschaum (XPS) brennbar oder nicht brennbar. Durch Zugabe von Bindemitteln sowie anorgaDie chemische Zusammensetzung von Polystynischen und organischen Faserzuschlägen kön- rol-Extruderschaum (Abb. C 2.8 f) entspricht nen Blähperlite zu Perlitedämmplatten (EPB = annähernd der von Polystyrol-Hartschaum. Expanded Perlite Board) weiterverarbeitet werPS-Granulat wird in einem Extruder (»Schneden. ckenkneter«) aufgeschmolzen, durch Zugabe eines Treibmittels aufgeschäumt und zu einem Anwendung kontinuierlichen Schaumstoffstrang geformt. • Leichtzuschlag für Beton und Mörtel Als Treibmittel kommt seit einigen Jahren über• Kerndämmung wiegend Kohlendioxid anstelle von FCKW oder • Wärme- und Trittschalldämmung HFCKW zum Einsatz. Nach der Herstellung • Ausgleichsschüttung unter Estrichen erfolgt ein Gasaustausch zwischen CO2 und • Schüttdämmung von Dächern und Holzder Umgebungsluft, womit die XPS-Platten als balkendecken Zellgas nunmehr Luft enthalten. XPS nimmt nur wenig Wasser auf und ist sehr druckfest. Es besitzt einen hohen DiffusionswiBlähton Der heimische Ton wird im Tagebau gewonnen derstand, ist nicht UV-beständig und nicht lösemittelfest. Die obere Temperaturanwenund danach für etwa ein Jahr abgelagert. Bei dungsgrenze liegt bei 75 °C. der Weiterverarbeitung durchläuft der zerkleinerte Rohstoff zuerst einen Drehofen, wo er im Anwendung Gegenstromverfahren trocknet und anschlie• Perimeterdämmung und Dämmung unter ßend bei ca.1200 °C durch die Verdampfung lastabtragenden Gründungsplatten des gebundenen Wassers aufgebläht wird. Blähton ist resistent gegen Verrottung und stark • Wärmedämmung stark druckbeanspruchter Flächen (z.B. Industrieböden, Parkdecks) druckbelastbar. Die Wärmedämmeigenschaften • Umkehrdächer (ca. 0,09 W / mK) sind im Vergleich zu anderen • Dämmung von Wärmebrücken (Betonstürze, Dämmstoffen als eher gering einzuordnen. Iso-Körbe) Anwendung Polyurethan-Hartschaum (PUR) • Leichtzuschlag für Beton und Mörtel PUR-Hartschaum (Abb. C 2.8 g) erreicht unter • Ausgleichsschüttung unter Estrichen den marktüblichen Dämmstoffen die besten • Wärmedämmung von Decken

a

b

c

d

e

f

g

C 2.8

C 2.7 physikalische Kennwerte ausgewählter Dämmstoffe C 2.8 Dämmstoffe (Auswahl) a Glaswolle b Steinwolle c Schaumglas d expandierte Perlite e Polystyrol-Hartschaum f Polystyrol-Extruderschaum g Polyurethan-Hartschaum

137

Dämmen und Dichten

Dämmwerte. Seine Hauptbestandteile sind Diphenylmethandiisocyanat (MDI), Polyetherund / oder Polyesterpolyol; letztere können aus Rohöl oder nachwachsenden Rohstoffen (z.B. Zuckerrüben, Mais, Kartoffeln) hergestellt werden. PUR-Hartschaum entsteht durch Vermischen und chemische Reaktionen der flüssigen Komponenten unter Zugabe von Pentan oder CO2 als Treibmittel. Je nach Produktionsweise können Dämmplatten ohne Deckschichten (Blockschaumplatten), mit flexiblen (Bandschaumplatten) oder starren Deckschichten (Sandwichelemente) hergestellt werden. PUR-Platten mit einer beidseitigen Aluminiumkaschierung sind dampfdicht und erreichen (produktabhängig) ¬-Werte von 0,025 W / mK. Neben den Hartschaumplatten ist auch PUR-Ortschaum erhältlich. Er besteht aus ähnlichen Ausgangsmaterialien und dient dem Ausschäumen von Hohlräumen auf der Baustelle. PUR ist nicht UV-beständig, jedoch unverrottbar und im Vergleich zu Polystyrol heißbitumensowie lösemittelbeständig.

a

b

c

Anwendung • Aufsparrendämmung • Flachdächer • Wärmedämmung stark druckbeanspruchter Flächen (z.B. Industrieböden, Parkdecks) • Wärmedämmung unter schwimmenden Estrichen • Sandwichpaneele • Ausschäumen von Hohlräumen (Ortschaum)

d

gen Schichtaufbau von Holzwolle und Dämmstoff (z.B. Mineralfaser, EPS, PUR). Holzwollemehrschichtplatten genügen im Gegensatz zu den Holzwolleplatten heutigen Dämmstandards. Anwendung • verlorene Schalung • unterseitige Dämmung von Keller- oder Tiefgaragendecken • Dämmung von Wärmebrücken (z.B. Deckenstirnseiten) Holzfaserdämmplatten (WF)

Als Ausgangsstoff für die Herstellung von Holzfaserdämmplatten (WF = Wood Fibre; Abb. C 2.9 b) dient Schwachholz (z.B. Fichte, Tanne und Kiefer) oder Restholz der Sägeindustrie. Die Hölzer werden zerkleinert, mit Wasser zu einer Masse vermischt, auf 2 % Restfeuchte getrocknet und zu Platten geschnitten. Die Bindung beruht in der Regel auf der Verfilzung der Fasern und der Verklebungsfähigkeit der holzeigenen Inhaltsstoffe (Lignin). Einige Hersteller geben außerdem in geringen Mengen Aufbereitungsmittel (Aluminiumsulfat, Paraffin, Leim) zu, um den Bindungsprozess zu unterstützen. Grundsätzlich können poröse und zur Verbesserung der Feuchtebeständigkeit bituminierte Holzfaserplatten unterschieden werden. Holzfaserplatten sind hygroskopisch, relativ diffusionsoffen, winddicht und verfügen über eine hohe Wärmespeicherfähigkeit. Beim Rückbau können sie wiederverwendet, nicht bituminierte Platten auch kompostiert werden.

Holzwolleplatten (WW)

Holzwolleplatten, früher auch Holzwolleleichtbauplatten (HWL-Platten) genannt, bestehen aus langfaserig aufgehobelten Resthölzern (meist Fichte). Unter Verwendung von mineralischen Bindemitteln (Magnesit oder Zement) wird das Holzwolle-Bindemittel-Gemisch unter hohen Temperaturen gepresst und anschließend getrocknet. Eine zusätzliche Vorbehandlung der Späne mit Magnesiumsulfat dient als Schutzimprägnierung gegen Schädlingsbefall. Zementgebundene Platten (graue Farbe) sind stärker wassersaugend als magnesitgebundene (beige Farbe). Holzwolleplatten besitzen eine gute Wärmespeicherfähigkeit, wirken diffusionsoffen und können zur Schallabsorption beitragen.

e

f

Anwendung • verlorene Schalung • Innenausbau / schallabsorbierende Verkleidung • Putzträger g C 2.9

138

C 2.9 Dämmstoffe (Auswahl) a Holzwollemehrschichtplatte b Holzfaserdämmplatte c expandierter Kork d Baumwolle e Zellulosefaser f IR-Absorber-modifizierter Polystyrol-Dämmstoff g Vakuum-Isolations-Paneel

Holzwollemehrschichtplatten (WW-C)

Holzwollemehrschichtplatten (Abb. C 2.9 a) bestehen im Kern aus Hartschaum- oder Mineralfaserdämmung und einer einschichtigen (Zweischichtplatte) oder beidseitigen (Dreischichtplatte) Deckschicht aus mineralisch gebundener Holzwolle. Die Eigenschaften resultieren aus dem jeweili-

Anwendung • Aufdach- und Zwischensparrendämmung, auch zur Begrenzung loser Dämmstoffe • Wärmedämmung von Wänden, Decken und Fußböden • Trittschalldämmung Korkerzeugnisse

Korkdämmstoffe bestehen aus der Rinde der Korkeiche, die vor allem in Portugal, Spanien und Algerien vorkommt. Die Jungschälung kann erstmals nach 25–30 Jahren, anschließend etwa alle 10 Jahre erfolgen, ohne den Baum zu gefährden. Kork ist daher nur eingeschränkt verfügbar und relativ kostenintensiv. Je nach Herstellungsverfahren unterscheidet man verschiedene Produkte. Bei der Produktion von Backkork wird die Rinde zu Korkgranulat zermahlen und unter Zufuhr von ca. 370 °C heißem Wasserdampf unter Druck gebacken. Der Kork expandiert um 20–30 % seines Volumens und das frei werdende Harz bindet das Granulat zu Blöcken (ICB = Insulation Cork Board; Abb. C 2.9 c). Presskork entsteht, indem das zermahlene Korkgranulat unter hohem Druck zu Blöcken gepresst und anschließend in Platten gesägt wird. Imprägnierter Kork enthält zusätzliche Bindemittel (z.B. Bitumen); Korkschrot wird ohne weitere Zusätze durch mechanische Zerkleinerung der Rinde gewonnen.

Dämmen und Dichten

Alle Korkerzeugnisse haben relativ gute Wärmedämmeigenschaften bei gleichzeitig hoher Wärmespeicherfähigkeit. Anwendung • Wärme- und Trittschalldämmung unter schwimmenden Estrichen oder schwimmend verlegten Holzböden • Dämmung leichter Trennwände und Holzbalkendecken • Korkschrot als Schüttdämmstoff (Hohlraumdämpfung, Dächer) Schafwolle

Schafwolle stammt meist aus Mitteleuropa, teilweise auch aus Übersee (z.B. Neuseeland). Die Rohwolle enthält etwa 40 % Wollfett, Schmutz und Schweiß, die in der Wäscherei mit Kernseife und Soda entfernt werden. Einige Hersteller erhöhen durch Zugabe von 1–2 Masseprozent den Mottenschutz; Borsalzzusätze in der Größenordnung von 1 Masseprozent dienen als Brandschutzmittel. Nach dem Kardieren (Rauen und Kämmen) der Wolle wird diese zu dünnen Vliesen verarbeitet, übereinander geschichtet und zu Dämmmatten vernadelt. Bei der Produktion anfallende Feinwolle kann als Stopfwolle oder für Dichtungszöpfe verwendet werden. Schafwolle ist diffusionsoffen und stark hygroskopisch. Die Fasern können ohne Beeinträchtigung der Dämmwirkung bis zu 33 Masseprozent Feuchtigkeit aufnehmen und wieder abgeben. Anwendung • Wärmedämmung von Sparrendächern • Dämmung leichter Trennwände und Holzbalkendecken • Trittschalldämmung • Stopfdämmung und Hohlraumdämpfung Baumwolle

Baumwolldämmmatten (Abb. C 2.9 d) werden zu etwa gleichen Teilen aus Rohbaumwolle und Schnittresten der Textilindustrie hergestellt. Rohbaumwolle besteht aus 90 % Zellulose, Baumwollwachs und Pektin. Bei der Herstellung werden die Rohstoffe aufgekämmt, mechanisch gereinigt und mit Zusätzen aus Borsalzen versehen (Schädlingsbekämpfung, Brandschutz). Anschließend erfolgt die Weiterverarbeitung zu dünnen Vliesen, die übereinander geschichtet zu Dämmmatten vernadelt werden. Der Baustoff verfügt über gleichzeitig sehr gute Wärme- und Schallschutzeigenschaften. Die Diskussion, ob Baumwolle als nachwachsender Rohstoff auch gleichzeitig ein ökologisch sinnvoller Dämmstoff ist, dauert an. Bei der Ökobilanzierung stehen der relativ niedrigen Herstellungsenergie die langen Transportwege gegenüber, unberücksichtigt bleiben die Umweltauswirkungen von Dünger und Pflanzenschutzmitteln. Einige Hersteller nutzen als Rohstoffbasis handgepflückte Baumwolle, die meist keinen Pestizideinsatz erfordert.

Anwendung • Wärmedämmung von Sparrendächern • Dämmung leichter Trennwände und Holzbalkendecken • Stopfdämmung und Hohlraumdämpfung Flachs

Die heimische Flachspflanze (auch als Lein bekannt) wächst ca. 1–1,20 m hoch, hat eine relativ kurze Vegetationszeit und benötigt in der Regel keine Dünge- und Pflanzenschutzmittel. Bei der Gewinnung von Langfasern für die Textilindustrie (Leinen) fallen als Nebenprodukt Kurzfasern für Flachsdämmstoffe an. Die getrockneten und gerösteten Kurzfasern werden kardiert und zu dünnen Vliesen verarbeitet. Nach der Zugabe von Borsalzen (Brandschutz) erfolgt je nach Hersteller die Bindung der aufgeschichteten Vliese durch Verklebung mit Kartoffelstärke oder mittels Einweben von Stützfasern aus Polyester. Flachsdämmstoffe sind diffusionsoffen und verfügen über sehr gute Wärme- und Schallschutzeigenschaften. Anwendung • Wärmedämmung von Dächern und Decken • Trittschalldämmung • Stopfdämmung Zellulosefaser

Bei den Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen haben Zellulosefaserprodukte den derzeit größten Marktanteil. Als Ausgangsmaterial dient Altpapier – beispielsweise Tageszeitungen mit nachweislich bleifreier Druckerschwärze, Abfall- und Restpapier. Zellulosefaserflocken (Abb. C 2.9 e) und -platten unterscheiden sich bezüglich Herstellungsverfahren und Anwendungsgebieten. Bei der Produktion von Zelluloseflocken wird das Altpapier in einem mehrstufigen Bearbeitungsprozess zerkleinert und zur Verbesserung der Brandschutzeigenschaften mit bis zu 20 Masseprozent Borsalz mechanisch vermengt. Bei der Herstellung von Zellulosefaserplatten werden nach der Zerfaserung des Altpapiers und der Vermengung mit Borsalz Stützfasern (Jute oder Polyolefine) und Bindemittel (Ligninsulfonat) zugegeben. Zur Hydrophobierung dienen Aluminiumsulfat und Tallöl. Zellulosefasern haben sehr gute Wärmedämmeigenschaften, sind hygroskopisch und diffusionsoffen. Das Material ist dauerhaft und wird bereits seit den 1920er-Jahren in Skandinavien und den USA eingesetzt. Nur die Verarbeitung durch geschulte und lizenzierte Fachbetriebe gewährleistet eine setzungssichere, hohlraumfreie Verarbeitung der Zelluloseflocken. Zur Wiederverwendung lassen sich die Flocken mit geringem Aufwand absaugen. Anwendung • Wärmedämmung von Sparrendächern und Holzbalkendecken • Dämmung leichter Trennwände • Hohlraumdämpfung

Innovative Dämmstoffe Die derzeit rasante Entwicklung und Erprobung hocheffizienter Dämmstoffe resultiert aus den gestiegenen Anforderungen an den Wärmeschutz und den immer größeren Dämmstoffdicken. Basierend auf industrieller Forschung und Entwicklung wird die Leistungsfähigkeit bereits bekannter Materialien durch neuartige Kombinationen und neue Effekte ständig gesteigert (siehe Die Entwicklung innovativer Materialien, S. 28). So ermöglichen etwa in die Matrix von Polystyrol-Schaumstoff eingebrachte InfrarotAbsorber (Abb. C 2.9 f) bis zu 25 % dünnere Schichtdicken (siehe Abb. C 2.4, S. 133). Die (noch) vergleichsweise hohen Marktpreise innovativer Dämmstoffe sind gegenüber dem erheblichen Flächengewinn und neuen Gestaltungsmöglichkeiten (schlankere Bauteile) abzuwägen. Bei Sanierungsmaßnahmen ermöglichen Hochleistungsdämmstoffe auch bei geringen Aufbauhöhen (z.B. Grenzbebauung, Anschlüsse an Fenster, geringe Dachüberstände) zeitgemäße U-Werte. Vakuum-Isolations-Paneele (VIP)

Nachdem sich Vakuum-Isolations-Paneele (Abb. C 2.9 g) bereits seit den 1970er-Jahren in Kühl- und Tiefkühlgeräten bewährt haben, wurden in jüngster Vergangenheit erste Versuchs- und Demonstrationsprojekte im Bauwesen erfolgreich realisiert. Im Vergleich zu konventionellen Dämmstoffen ist die Wärmeleitfähigkeit um den Faktor 5–10 geriner. VIPs bestehen aus einem druckbelastbaren Kernmaterial, das in Vakuumkammern in gasdichte Verbundfolien eingeschweißt wird. Neben Fasern und offenzelligen Schäumen wird heute meist pyrogene Kieselsäure als Füllmaterial eingesetzt, da diese aufgrund ihrer extrem kleinen Hohlräume (100 nm) die geringsten Anforderungen an die Dichtigkeit der Hülle stellt. Der anfängliche Gasdruck beträgt 1–5 mbar und steigt pro Jahr um ca. 2 mbar. Die Dichtigkeit hat einen entscheidenden Einfluss auf die Dauerhaftigkeit und Wärmeleitfähigkeit von VIPs: • 0,004 W / mK bei < 5 mbar Gasdruck • 0,008 W / mK bei < 100 mbar Gasdruck • 0,020 W / mK belüftet Durch die Verwendung von Aluminiumfolien oder mehrlagigen, metallisch bedampften Kunststoffhochbarrierefolien gilt eine Dauerhaftigkeit von 30 bis 50 Jahren als gesichert. Anwendung • Wärmedämmung als Unterbau einer Fußbodenheizung • Innendämmung mit Vorsatzschale aus Gipskartonplatten • Brüstungselemente für Pfosten-Riegel-Fassaden • WDVS, im Verbund mit 35 mm XPS-Putzträgerplatten als Schutzschicht 139

Dämmen und Dichten

1

2 3 4

1 2 3

1 2 3

5 6 Solarstrahlung

1 Massivholz Fichte 80 mm 2 Holzweichfaserplatte 22 mm 3 Vakuumdämmung 40 mm 4 Kompriband umlaufend 5 Lattung Schichtholz 40/45 mm 6 Holzweichfaserplatte 7 Dreischichtplatte 22 mm

1 2 3 4 5 6

Wärmestrahlung

a

Glas Verschattungselement TWD Glas Absorber Mauerwerk

1 2 3

b

Glas Paneel im Wärmeleitbetrieb Mauerwerk

1 2 3

Glas Paneel im Dämmbetrieb Mauerwerk

C 2.10

C 2.11

C 2.12

Planungshinweise Um U-Werte ≤ 0,15 W / m2K, d.h. Passivhausstandard zu erreichen, sind bei konventionellen Dämmstoffen Gesamtwanddicken von über 500 mm üblich. In einem Pilotprojekt von Lichtblau Architekten konnte mittels einer tragenden Massivholzwand und austauschbaren VIP U-Werte von 0,14 W / m2K erzielt werden – bei einer Wanddicke von nur 192 mm (Abb. C 2.10). Dadurch ergibt sich ein Flächengewinn von etwa 15 m2 (bezogen auf die Wohnfläche von 265 m2 ). Folgendes ist bei der Planung zu beachten:

luzente TWD-Elemente ähneln in ihrer Erscheinung geätzten oder sandgestrahlten Verglasungen (Abb. C 2.13). Durch die Streuwirkung der TWD-Struktur bieten sie den Vorteil, Tageslicht blendfrei und gleichmäßig in größere Raumtiefen zu verteilen. In der Ausführung als Dreifachverglasung mit einer eingelegten, 8 mm dicken Kapillarplatte lassen sich U-Werte von 0,8 W / m2K erreichen. • Massivwandsystem: Bei der Kombination von TWD-Elementen und Speichermasse wird die auftreffende Solarstrahlung an der meist schwarz beschichteten Außenseite der Wand (Absorber) in Wärme umgewandelt und phasenverschoben an die raumseitige Wandoberfläche geleitet (Abb. C 2.11). Durch die Umkehr des Wärmeflusses bei solarer Einstrahlung lassen sich pro Quadratmeter TWD in der Jahresbilanz (in Abhängigkeit vom TWD-System, Ausrichtung, Verschattung etc.) Gewinne von 50 bis 150 KWh / m2a erzielen. • thermisch entkoppelte Systeme: Konvektiv-und Hybridsysteme sind durch regelbare Schichten aus Luft oder Wasser von der Speicherwand entkoppelt. Diese Systeme befinden sich noch im Entwicklungsstadium.

umgewandelt und über das massive Mauerwerk zeitverzögert an die Innenräume weitergeleitet (Abb. C 2.12). Im Dämmbetrieb schützt das Element gleichermaßen vor Wärmeverlusten und sommerlicher Überhitzung. Die Umschaltung erfolgt durch Anlegen einer elektrischen Spannung, welche die Druckverhältnisse des Glasfaserkerns beeinflusst und somit die Wärmeleitfähigkeit um den Faktor 40 verändert.

• vorgegebene Größen (meist 1 x 0,5 m): Die Platten können nicht zugeschnitten werden, Sondermaße sind zeit- und kostenintensiv. • Schutz des Vakuums: Die Platten bedürfen einer zwängungsfreien Befestigung, keine Beschädigung der Dämmebene (z.B. Nägel) während der Bau- und Nutzungsphase. • Wärmebrücken: Luft ist im Vergleich zu VIP ein guter Wärmeleiter, Fugen und Durchdringungen sind konsequent zu minimieren. • Es gibt bisher keine baurechtliche Zulassung. Transparente Wärmedämmung (TWD)

Transparente Wärmedämmung ermöglicht die Reduktion von Transmissionswärmeverlusten opaker Außenwände bei gleichzeitig hoher Solartransmission und wirkt darüber hinaus bei transluzenten Fassaden als Tageslichtelement. Als Dämmmaterial kommen in der Regel Hohlkammerstrukturen (Kapillaren, Waben) aus Glas oder Kunststoff (PMMA, PC) zum Einsatz. Alternativ sind auch Kartonwaben aus Recyclingpapier oder mikroporöse Aerogel-GranulatFüllungen erhältlich. Die TWD-Materialien werden zum Schutz vor Witterung, Staub und mechanischer Beschädigung meist in den Luftzwischenraum von Wärmeschutzverglasungen sowie zwischen Profilgläser oder Stegplatten eingebaut. Funktionsprinzipien Generell unterscheidet man drei unterschiedliche TWD-Systeme: • Direktgewinnsystem: In Pfosten-Riegel-Fassaden integrierte, trans-

C 2.10 Massivholz-Außenwandkonstruktion mit auswechselbaren Vakuum-Isolations-Paneelen C 2.11 TWD-Element mit Verschattung und Temperaturprofil C 2.12 schaltbare Wärmedämmung (SWD) a im Wärmeleitbetrieb (Heizperiode und Sonne) b im Dämmbetrieb (zu allen anderen Zeiten) C 2.13 Rathausgalerien, Innsbruck (A) 2002, Dominique Perrault C 2.14 Ökobilanzdaten von Dämmungen und Abdichtungen

Zum Schutz vor sommerlicher Überhitzung müssen TWD-Systeme mit einem effektiven Sonnenschutz ausgestattet sein. Neben motorisch betriebenen Folienrollos werden auch manuell (saisonal) angebrachte Abdeckbleche verwendet. Bauliche Maßnahmen (z.B. Dachüberstände, Balkone) können bedingt zum Sonnenschutz beitragen, reduzieren allerdings ganzjährig die solaren Gewinne. Schaltbare Wärmedämmung (SWD)

Schaltbare Wärmedämmung basiert auf den Erkenntnissen von VIP und TWD und wurde in einem ersten Pilotprojekt realisiert. Die Fassadenelemente lassen sich je nach Bedarf vom hochdämmenden Zustand mit U-Werten von 0,2 bis 0,3 W / m2K in einen Solarkollektor mit deutlich höherer Wärmeleitfähigkeit und einem U-Wert von 10 W / m2K schalten. An sonnigen, aber kalten Wintertagen (Wärmebetrieb) wird die auftreffende Solarstrahlung in Wärme C 2.13

140

Dämmen und Dichten

Dämmungen Schichtaufbau * Datenherkunft siehe Ökobilanzierung, S. 100

PEI Primärenergie nicht ern. [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP Sommersmog [kg C2H4 eq]

511

17

28

0

0,70

0,0062

0,022

405

12

21

0

0,50

0,0049

0,016

349

13

17

0

0,18

0,013

0,011

15

0,24

1,1

0

0,0060

0,00041

0,0010

89

68

0,8

0

0,038

0,0036

0,0050

436

79

19

0

0,13

0,0083

0,020

1030

29

49

0

0,35

0,014

0,015

96

3,7

16

0

0,061

0,0044

0,0030

74

1,4

5,4

0

0,037

0,0038

0,0050

187

2,1

11

0

0,20

0,0074

0,012

33

1,7

1,8

0

0,012

0,00074

0,0010

PEI Primärenergie nicht ern. [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP Sommersmog [kg C2H4 eq]

94

3,4

5,8

0

0,040

0,0029

0,0030

373

1,1

6,4

0

0,042

0,0044

0,015

10

0,2

0,8

0

0,0030

0,00035

0

312

35

20

0

0,23

0,010

0,015

294

5,6

7,4

0

0,091

0,0038

0,020

Platten expandiertes Polystyrol (EPS) EPS-Platte, λ = 0,040 W / m2K, ρ = 25 kg / m3, 120 mm Kleber Polyvinylacetat (PVAC) extrudiertes Polystyrol (XPS) XPS-Platte, λ = 0,040 W / m2K, ρ = 20 kg / m3, 120 mm Kleber Polyvinylacetat (PVAC) Polyurethan PUR PUR-Platte, λ = 0,035 W / m2K, ρ = 20 kg / m3, 100 mm Kleber Polyvinylacetat (PVAC) Backkork ICB* Backkorkplatte, λ = 0,040 W / m2K , 120 mm Klebemörtel Holzwollemehrschichtplatte WW-C, verlorene Schalung* WW-C-Platte, λ = 0,040 W / m2K, ρ = 30 kg / m3, 125 mm magnesiagebunden, innenseitig Mineralfaser Holzfaserdämmplatte WF* WF-Platte, λ = 0,040 W / m2K, ρ = 160 kg / m3, 120 mm Klebemörtel Schaumglas CG, Perimeterdämmung* Schaumglas, λ = 0,040 W / m2K, ρ = 100 kg / m3, 120 mm Kleber Bitumen Kalzium-Silikat-Platte Kalzium-Silikat, λ = 0,045 W / m2K, ρ = 115 kg / m3, 140 mm Klebemörtel Vliese Mineralwollevlies Mineralwollevlies, λ = 0,040 W / m2K, ρ = 20 kg / m3, 120 mm Tellerdübel Polyamid Schüttungen Perliteschüttung Blähperlite, λ = 0,065 W / m2K, ρ = 100 kg / m3, 160 mm (auf Bodenplatte) Zelluloseschüttung Zellulose, λ = 0,040 W / m2K, ρ = 50 kg / m3, 120 mm (zwischen TJI-Holzträgern) Abdichtungen Schichtaufbau * Datenherkunft siehe Ökobilanzierung, S. 100 Spachtelmassen Reaktionsharzabdichtung Epoxidmörtel, 2 mm Voranstrich Epoxid kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtung (KMB) Schutzbahn Kunststoffnoppenbahn (HDPE) Bitumenemulsion, 3 mm mineralische Dichtungsschlämme Dichtungsschlämme Zementbasis, 2 mm Voranstrich Wasserglas Dichtungsbahnen PVC-Bahn, einlagig PVC-Folie, 2 mm Polyethylenvlies, 0,5 mm Bitumenbahn, einlagig Bitumenbahn (G 200 S4), 4 mm Bitumenvoranstrich C 2.14

141

Dämmen und Dichten

C 2.16

C 2.15

Dichten Das Dichten von Fugen, Flächen oder Anschlüssen von Bauteilen schützt das Gebäude vor eindringendem Wasser, vor unkontrolliertem Entweichen warmer Innenraumluft durch die Gebäudehülle nach außen und vor Eindringen kalter Luft nach innen. Eine schadhafte oder unvollständige Dichtung von Fugen und Flächen kann zu substanziellen Bauschäden führen und den Heizenergiebedarf erheblich erhöhen. Jedes Gebäude besitzt eine Vielzahl von Fugen, die Toleranzen ausgleichen und eine zwängungsfreie Bewegung der Bauteile aufgrund von temperaturbedingten Längenänderungen ermöglichen. Darüber hinaus stellen Fugen ein oberflächenprägendes Gestaltungsmittel dar. Sie gliedern einzelne Bauteile und ganze Flächen und spiegeln geometrische sowie konstruktive Ordnungen wider. Luftdichtheit

Luft kann bis zum Sättigungsdruck, d.h. bis zum Erreichen des Taupunkts Wasserdampf aufnehmen; bei Überschreiten kondensiert das Wasser. Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte. Kühlt warme Luft ab, steigt die relative Luftfeuchte. Wird der Taupunkt erreicht, fällt Tauwasser im Bauteil aus. Dieses fördert Pilzwachstum, trägt zum Faulen von Holzbauteilen bei und mindert den Dämmwert der Wärmedämmung. Die über undichte Stellen von außen eindringende kalte Luft trägt Fasern, Pilze und Sporen aus den Bauteilen in die Innenraumluft. Dies kann Beschwerden bei den Nutzern verursachen, die unter dem Begriff »Sick Building Syndrom« zusammengefasst werden. Die Feuchteschäden an Gebäuden durch Tauwasserausfall entstehen primär durch unkontrollierte Luftundichtheiten und Konvektion, weniger durch Wasserdampfdiffusion. Nur ca. 1 % der Wasserdampfmenge gelangt infolge Dampfdruckausgleichs zwischen Innen- und Außenraum durch die Außenwand. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass nur richtiges – ggf. auch mit Anlagentechnik gesteuertes – Lüften den hygienisch notwendigen und energiesparenden Luftwechsel gewährleistet. 142

Blower-Door-Messung Undichtheiten in der Gebäudehülle werden mit Hilfe der Blower-Door-Messung festgestellt und lokalisiert. Diese sollte bei Neubauten noch vor dem Einbau von Innenwand- und Deckenverkleidungen, aber mit Fenstern, Türen, Dichtschicht und Innenputz durchgeführt werden. Bei dem Verfahren wird anstelle einer Außentür ein dicht eingebauter Ventilator eingesetzt, der im Gebäude eine Druckdifferenz (Unterdruck) zum Außenraum von 50 Pa erzeugt. Durch Leckagen in der Gebäudehülle strömt Luft nach, die von dem Blower-Ventilator abgesaugt wird. Der gemessene Luftvolumenstrom entspricht dem durch Undichtigkeiten in der Gebäudehülle verursachten Leckagestrom (in m3 / h). Wird dieser Wert durch das Gebäudevolumen geteilt, erhält man die Luftwechselrate. Sie darf nach EnEV 2002 bei Gebäuden mit mechanischer Lüftungsanlage nicht höher als 1,5 pro Stunde sein, bei Passivhäusern darf sie den Wert von 0,6 nicht übersteigen. Werden die Werte überschritten, können mit Messgeräten lokale Undichtigkeiten gefunden werden. Man unterscheidet zwischen Undichtheiten der Außenbauteile und Fugendichtheit von Fenstern und Außentüren. Beide tragen auch zur Verschlechterung des Luftschallschutzes bei. Schon in der Entwurfsphase sollte die konstruktive Ebene der luftdichten Schicht sorgfältig geplant werden mit dem Ziel, Oberflächen und Fugen dauerhaft dicht zu konstruieren. Dabei sind vor allem Durchdringungen der luftdichten Schicht z.B. durch Sanitär- und Elektroinstallationen oder Tragwerk als potenzielle Schwachstellen zu berücksichtigen.

C 2.17

Fugendichtung Verformungen von Bauteilen werden z.B. durch Setzung, temperaturbedingte Längenänderung oder Schwinden verursacht. Bei unsachgemäßer Ausführung entstehen Risse. Um diese Vorgänge zu kontrollieren und um Schäden zu vermeiden, wird die wirksame Bauteillänge durch geplante Fugen unterbrochen. Konstruktiv unterscheidet man folgende Fugenarten: Arbeitsfugen Arbeitsfugen, auch Pressfugen genannt, sind starre Fugen. Sie resultieren aus dem Bauprozess, z.B. beim Betonieren von Bauteilen, die nicht in einem Arbeitsgang erstellt werden können. Zwischen Fundament und Wänden entstehen immer Arbeitsfugen, die durch den Anpressdruck der Wand und eine durchlaufende Armierung weitgehend dicht sind. Jedoch bilden sich an diesen Stellen oft Schwindrisse. Eine eingeplante Scheinfuge vereinfacht ein nachträgliches Dichten des Risses, da sie Raum für Dichtstoffe vorsieht. Dehnfugen Dehnfugen ermöglichen großen Bauteilen horizontale Bewegungen. Um eine unkontrollierte Rissbildung im Bauwerk zu vermeiden, verlaufen sie vertikal über die gesamte Gebäudehöhe bis oberhalb des Fundaments, z.B. bei Wandbauteilen aus Stahlbeton oder einer Vormauerschale aus Ziegel. Dehnfugen, die mit Fugendichtstoffen gegen Regen und Spritzwasser abgedichtet sind, stellen im Sinne der Bautechnik keine Abdichtung dar. Eine solche wird nach DIN 18 195 nur mit Dichtungsbahnen oder Bitumendickbeschichtungen erreicht.

Wasserdichtheit

Flächige Bauwerksabdichtungen verhindern das Eindringen von Wasser in das Gebäude. Dafür steht eine Vielzahl von Werkstoffen zur Verfügung, die kombiniert werden können. Neben der abdichtenden Eigenschaft sollten sie auch Risse überbrücken können, sodass bei sich bewegenden Rissen oder Fugen die Dichtheit der Fläche erhalten bleibt. Fugendichtungen ergänzen die Bauwerksabdichtung.

Setzfugen Gebäudeteile mit unterschiedlicher Gesamtlast üben ungleiche vertikale Belastungen auf die Gebäudesohle aus. Setzfugen ermöglichen dies zwängungsfrei, sie trennen auch die entsprechenden Fundamente. Konstruktionsfugen Bei Bauteilen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, z.B. bei Fensteranschlüs-

Dämmen und Dichten

a

a

b

C 2.15 Konstruktionsfugen von Stahlbetonfertigteilen, Bürogebäude, München (D) 2003, Amann & Gittel C 2.16 Dehnfuge, Konstruktionsfuge C 2.17 Material- und Raumübergänge durch Fugen getrennt, Museum für moderne Kunst, Kanazawa (J) 2005, Sejima Nishizawa C 2.18 Fugenausbildung mit Dichtstoffen a Dehnfuge b Konstruktionsfuge bei Fensteranschlag C 2.19 thermoplastische Fugenbänder a außen liegend b innen liegend

C 2.18

sen, nehmen Konstruktionsfugen temperaturbedingte Längenänderungen und Maßtoleranzen auf. Sie können gleichzeitig Dehn- oder Setzfugen sein. Wartungsfugen Als Wartungsfugen bezeichnet man Fugen, die starken chemischen oder physikalischen Einflüssen ausgesetzt sind. Sie müssen leicht zugänglich sein, um regelmäßig überprüft und ggf. erneuert werden zu können. Fugen ohne besondere Anforderungen können offen gelassen werden. Andere Fugen erfordern eine Abdichtung. Je nach Fugenart und Anforderung kommen verschiedene Dichtungsmaterialien zum Einsatz. Sie sichern die Fuge zugluftdicht bis wasserdicht und gliedern sich in folgende Gruppen: • Fugendichtstoffe (spritzbar, knetbar) • Fugenbänder • Dichtbänder, Dichtprofile Fugendichtstoffe, Dichtprofile und Dichtbänder zum Eindrücken, Einstecken und Ankleben eignen sich nicht als alleinige Fugendichtung bei drückendem Wasser. Fugendichtstoffe

Spritzbare Dichtstoffe müssen standfest sein, gut an den zwei Fugenflanken haften (ggf. in Verbindung mit haftverbessernder Grundierung, so genanntem Primer), beständig bei wechselnden klimatischen und mechanischen Belastungen sein (Rückstellvermögen und Dehnverhalten), eine klebefreie Oberfläche aufweisen und verträglich mit angrenzenden Baustoffen sein. Sie eignen sich auch für unebene Fugenflanken. Nach DIN 18 540 sollen Fugendichtstoffe nicht nachträglich beschichtet werden, weil die zu erwartende Verformung des Dichtstoffs meist größer ist als die Elastizität des Beschichtungsstoffs. Als Folge bilden sich Risse und der Beschichtungsfilm blättert ab. Dennoch werden Dichtstoffe in der Praxis aus gestalterischen Gründen beschichtet. Chemisch reaktive Dichtstoffe, z.B. Silikon-

b

C 2.19

dichtstoffe, vernetzen sich unter Einwirkung von Luftfeuchtigkeit und spalten Moleküle ab. Physikalisch trocknende Dichtstoffe, z.B. Butyldichtstoffe, verdunsten Lösemittel oder Wasser und verfestigen sich auf diese Weise. Bei nicht reaktiven Dichtstoffen bleibt der Zustand des Stoffs während und nach dem Einbau gleich. Je nach Verformungscharakteristik unterscheidet man zwischen plastischen und elastischen Dichtstoffen. Die zulässige Gesamtverformung (ZGV) liegt bei bis zu 25 %. Fugenausbildung Nach DIN 18 540 besteht eine Fuge aus zwei Fugenflanken, nach Möglichkeit mit gefasten Kanten und tragfähigem Untergrund. Rundes Hinterfüllmaterial begrenzt die Fugentiefe und verhindert eine Dreiflankenhaftung des Dichtstoffs (Abb. C 2.18). Um die Verformbarkeit der Fuge sicherzustellen, besteht das Hinterfüllmaterial aus verrottungsfestem und geschlossenzelligem Schaumstoff. Nur wenn Fugenbreite und Dicke des Fugendichtstoffs in einem Verhältnis von ca. 2 : 1 stehen (z.B. 20 : 10 mm), bleibt die Fuge dauerhaft dicht. Der eingebrachte Fugendichtstoff haftet durch Andrücken und Abglätten an den Fugenflanken. Die Dichtstoffe sind aus Kartuschen spritzbar oder als plastische Masse knetbar. Für Dehn- und Arbeitsfugen, die mit dem Erdreich in Berührung kommen, gelten höhere Anforderungen, die in DIN 18 195-8 zusammengefasst sind. Silikondichtstoffe Silikondichtstoffe härten chemisch-reaktiv unter Einwirkung von Luftfeuchtigkeit elastisch aus. Als Abspaltungsprodukt fallen je nach System Essigsäure, Amine oder Alkohole an. Sie reagieren sauer, neutral oder basisch und müssen mit dem Untergrund verträglich sein. Teilweise begleitet Geruch den Härtungsvorgang. Silikondichtstoffe haften im Innen- und Außenbereich sehr gut auf glatten, mineralischen Untergründen wie Glas und Keramik, aber auch auf Aluminium und Beschichtungen. Anwendungsgebiete liegen im Sanitärbereich, bei Anschlussfugen, Terrassen und Balkonen. Sie sind in vielen Farben erhältlich.

Polyurethandichtstoffe Polyurethandichtstoffe härten chemisch-reaktiv unter Abspaltung von Kohlendioxid in einen zähelastischen Zustand aus. Sie dienen der Abdichtung von Tiefgaragen, Parkdecks und Abwasserleitungen – also Stellen, die sehr gute Hafteigenschaften und Chemikalienbeständigkeit erfordern. Polyurethandichtstoffe werden auch als elastischer Klebstoff verwendet. MS-Polymerdichtstoffe Der reaktive Dichtstoff haftet auf einer Vielzahl von Untergründen und vereint die Eigenschaften von Silikon- und Polyurethandichtstoffen. Er ist UV-beständig, lösemittelfrei, geruchsneutral und meist ohne Vorbehandlung auch bei feuchten Fugenflanken verarbeitbar. Viele Beschichtungsstoffe haften auf dem Dichtstoff, auch lösemittelhaltige. Acrylatdichtstoffe Dichtstoffe auf Basis von Acrylat-Dispersionen weisen ein plastisches Verformungsverhalten auf. Durch das Verdunsten des Dispersionswassers schrumpfen Acrylatdichtstoffe um bis zu 20 %. Sie haften auf mineralischen und metallischen Untergründen sowie Kunststoffen. Die in vielen Farbtönen erhältlichen Acrylatdichtstoffe werden für starre Fugen (Scheinfugen, Arbeitsfugen) eingesetzt. Sie lassen sich mit geeigneten Beschichtungsstoffen überdecken. Polysulfiddichtstoffe 2K-Polysulfiddichtstoffe härten chemisch-reaktiv und weisen ein elastisches Verformungsverhalten auf. Während des Erhärtens spalten sie geruchsintensive Schwefelverbindungen ab. Polysulfiddichtstoffe werden für Außenwandfugen oder als Sekundärdichtung bei der Isolierglasherstellung verwendet. Sie haften auf einer Vielzahl von Baustoffen wie Putz, Holz, Kunststoff und Metall. Butyldichtstoffe Butyldichtstoffe basieren auf Butylkautschuk und haften auf den meisten Untergründen. Sie sind dauerhaft klebrig und werden in Form von Bändern oder Streifen z.B. im Metallbau eingesetzt. Lösemittelhaltige Butyldichtstoffe lassen 143

Dämmen und Dichten

Werkstoffe für Fugendichtung

Dichtstoffe (spritzbar, knetbar)

Fugenbänder Synthesekautschuk

Silikon (SI)

• sauer, neutral, alkalisch (Abspaltungsprodukte)

Polyurethan (PUR)

• 1-k, 2-k

MS-Polymer

• 1-k

Polyvinylchlorid (PVC)

Acrylat (AY)

• lösemittelhaltig, dispergiert

Polyethylen (PE)

• Elastomer-Fugenband profiliert, unprofiliert plastisch selbstklebend elastisch nicht selbstklebend

• Schaumstoff Hinterfüllmaterial (Profile)

• 1-k, 2-k

Butylkautschuk (IIR)

• lösemittelhaltig, lösemittelfrei

Bentonit, EPDM

• Quellband

Leinöl

• trocknend (Kitt)

Stahl

• Fugenblech

Verbundwerkstoff

• Verpressschlauch

Fugenbänder

Fugenbänder aus PVC und Synthesekautschuk werden dort eingesetzt, wo die maximal zulässige Gesamtverformung spritzbarer Dichtstoffe überschritten wird oder eine einwandfreie Haftung nicht gegeben ist. Thermoplastische und elastomere Fugenbänder werden bei geplanten Dehn- und Arbeitsfugen in Ortbetonkonstruktionen fest einbetoniert. Sie überbrücken die entstehenden Anschlussfugen wasserdicht. Man unterscheidet außen- und innenliegende Fugenbänder (Abb. C 2.19). Alternativ können auch aufquellende Dichtprofile in Arbeitsfugen eingelegt werden. Bei WU-Beton werden steife Fugenbleche in Arbeitsfugen eingesetzt, wenn wenig Fugenbewegung zu erwarten ist. Dichtbänder

Zu den Dichtbändern zählen Hinterlegebänder aus PVC für Arbeitsfugen sowie Profile aus Synthesekautschuk für Regen- und Windsperren. Mit elastischen Dichtbändern aus Elasto-

meren oder weichen PU-Kunststoffschäumen erreicht man abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit der Fugenflanken und der Kompression der Dichtbänder eine Dichtheit von zugluft- bis wasserdicht. Zwischen beweglichen Bauteilen wie Fenstern und Türen werden Dichtprofile eingesetzt, die auch den Luftschall dämmen. Flächendichtung Horizontale und vertikale Abdichtungen schützen das Bauwerk vor Feuchtigkeit. Querschnittsabdichtungen zwischen Fundament und Wand aus ein- oder mehrlagigen Bitumendichtungsbahnen verhindern eine Durchfeuchtung der Wand durch kapillar aufsteigendes Wasser. Senkrechte Schutzschichten an der Außenwand erdberührter Bauteile müssen entsprechend der in DIN 18 195 aufgeführten Lastfälle mit den vorgesehenen Baustoffen abgedichtet sein. Bauwerksabdichtung

Bauwerksabdichtungen gegen Wasser sind in DIN 18 195-4–7 in folgende Einsatzgebiete gegliedert:

C 2.21

144

Polyurethan (PUR)

• Schaumstoffband getränkt auf Acrylharz-Basis, vorkomprimiert • Band mit Aluminiumfolie • einseitig, zweiseitig klebend • profiliert

Silikon (SI)

• Profile

Ethylen-PropylenDien-Kautschuk (EPDM)

• Profile

• thermoplastisches Fugenband

Polysulfid

sich in Fugen spritzen und benetzen den Untergrund gut.

Dichtbänder / Dichtprofile

C 2.20

ckendem Wasser. Klebemassen dienen dem Verkleben von Dichtungsbahnen mit dem Untergrund. Flexible Dichtschlämmen Dichtschlämme wird gegen Bodenfeuchtigkeit, nicht drückendes Wasser und aufsteigende Feuchte aufgetragen. Bei flexiblen Dichtschlämmen besteht das Bindemittel aus polymermodifiziertem Zement, das vor Ort zur Schlämme gemischt wird. Die Schlämmschichtdicke beträgt mindestens 2 mm und kann kleine Risse überbrücken. Bitumendickbeschichtungen Ein- und zweikomponentige kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtungen (KMB) bestehen aus einer Bitumen-Kunststoff-Emulsion und zementhaltigem Pulver. Im Spachteloder Spritzverfahren sollen sie mindestens zweilagig aufgetragen werden. Unverrottbare Vlieseinlagen überbrücken Risse. KMB halten Bodenfeuchtigkeit, aufstauendes Sickerwasser und nicht drückendes Wasser ab, z.B. auf Deckenflächen und in Nassräumen.

• Abdichtung gegen Bodenfeuchte, z.B. bei Bodenplatten oder Kellerwänden • Abdichtung gegen nicht drückendes Wasser, z.B. durch Niederschlag, Sickerwasser oder Spritzwasser auf Dächern, Fußböden und Wandflächen in Nassräumen • Abdichtung gegen von außen drückendes Wasser, z.B. bei Bauwerksteilen unterhalb des Grundwasserspiegels • Abdichtung gegen von innen drückendes Wasser, z.B. bei Schwimmbecken oder Speicherbecken für Trinkwasser

Dichtungsbahnen Die Verarbeitung von Bitumen-, Polymerbitumen-, Kunststoff- und Kautschukbahnen ähnelt der Verlegung von Dachbahnen. Die Werkstoffe erfüllen ähnliche Aufgaben und werden im Kapitel Gebäudehülle beschrieben (siehe S. 125ff.). Sie sichern bei drückendem Wasser die Dichtheit. Kalottengeriffelte Metallbänder verstärken die Abdichtung bei starker Beanspruchung. Abdichtungen von erdberührten Bauteilen müssen vor mechanischer Beanspruchung geschützt sein, z.B. durch eine außenliegende Wärmedämmung, Dränplatten oder Noppenplatten.

Bitumenhaltige Deckaufstrichmittel Bitumenhaltige Deckaufstrichmittel werden als Heißaufstriche und Klebemassen verarbeitet. Heißaufstriche bestehen aus Destillations- oder Oxidationsbitumen, oft mit Füllstoffen aus Fasern oder Gesteinsmehlen versehen. Sie sorgen für Witterungsbeständigkeit und Schlagfestigkeit. Ihr Einsatzgebiet liegt bei nicht drü-

Flüssigabdichtungen Flüssigabdichtungen eignen sich zur Abdichtung z.B. von Dächern und Wannen, vor allem bei geometrisch komplexen Bauteilen. Flüssigabdichtungen auf Basis von flexiblen ungesättigten Polyesterharzen, flexiblen Polymethylmethacrylaten und flexiblen Polyurethanharzen härten reaktiv nach der Mischung ihrer Kompo-

Dämmen und Dichten

Werkstoffe für Flächendichtung

Werkstoffe für Bauwerksabdichtungen gegen Wasser

Werkstoffe zur flächigen Luftdichtung

Werkstoffe zur flächigen Winddichtung

• Polyethylen (PE) • auf Polyamid-Basis, feuchteadaptiv • Polyvinylchlorid (PVC) • Aluminium (Al)

Bahnen

• Unterspannbahnen, diffusionsoffen aus PE gewebeverstärkt

Pappen

• Bitumenpappe

Papiere / Pappen

• beschichtet, imprägniert

Platten

• Holzfaserdämmplatten (WF) • geschäumte Dämmplatten

• Kunststoff-Dichtungsbahnen (auch kaltselbstklebend KSK) • Kautschuk-Dichtungsbahnen (auch mit Selbstklebeschicht) • Flüssigabdichtungen

Platten

• Gipsbauplatten mit verspachtelten Fugen • Aufsparrendämmung mit Nut-undFeder-Verbindung und Aluminiumkaschierung

Metall

• kalottengeriffelte Metallbänder

Putz

Zement

• Dichtschlämmen starr / flexibel

Bitumen

• Voranstrichmittel • Klebemassen, Deckaufstrichmittel • Asphaltmastix, Gussasphalt • Bitumen-, Polymerbitumenbahnen • kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtung (KMB)

Folien

Kunststoff

nenten oder durch Luftfeuchtigkeit. Sie werden aufgestrichen, gerollt oder gespritzt. Zur Rissüberbrückung und Armierung dienen eingearbeitete Kunststofffaservliese. Zusammen ergeben sie einen Verbund mit dem Untergrund. Die Dicke der mindestens zweischichtig ausgeführten Abdichtung muss wenigstens 1,5 mm betragen, bei genutzten Dachflächen mindestens 2 mm. Mit der Europäisch Technischen Zulassung gemäß ETAG 005 wird die Brauchbarkeit von flüssig aufzubringenden Dachabdichtungen in Leistungsstufen gegliedert. Sie geht von einer (anwendungsabhängigen) Dauerhaftigkeit von bis zu 25 Jahren aus. Flüssig zu verarbeitende Abdichtungsstoffe im Verbund mit Fliesen und Platten Polymermodifizierter Zement, Abdichtungsstoffe auf Basis von Polymerdispersionen und flexibel formulierte Reaktionsharze auf Epoxidoder Polyurethanbasis bilden die Dichtschicht für einen Abdichtungsverbund mit Fliesen und Platten. Dieser Verbund eignet sich je nach Beanspruchungsklasse (I – IV) für Böden und Wände in Küchen, Sanitärräumen, Balkonen und lebensmittelverarbeitenden Betrieben. Die vollflächige Verbindung von Dichtschicht und Untergrund – teilweise mit rissüberbrückenden Gewebeeinlagen – sowie dem darauf aufgetragenen Dünnbettklebstoff mit den Fliesen oder Platten bietet eine dreifache Sicherheit gegen Undichtigkeit. Luftdichtung, Winddichtung

Bei Luft- und Winddichtung wird zwischen innen- und außenliegenden Schichten unterschieden. Einige Dämmmaterialien müssen vor Luftdurchströmungen geschützt werden, damit die volle Dämmwirkung gewährleistet ist. In Dachkonstruktionen eingebaute Unterspannbahnen z.B. übernehmen u.a. die Funktion, den Wind von der Dämmung fern zu halten. Mit überlappenden, verklebten Stößen liegen sie außen vor der Dämmung und stellen Winddichtheit her. Die bezüglich Stoßausbildung, Befestigung und Anschlüssen mit höheren Verarbeitungsanforderungen belegte Luftdichtung befindet sich in der Regel auf der warmen Innenseite der Konstruktion.

Diffusionsoffen, diffusionsdicht Je nach Konstruktionsart wird Dampfdurchlässigkeit oder -undurchlässigkeit gefordert. Nach DIN 4108-3 gelten Bauteilschichten mit einer wasserdampfdiffusionsäquivalenten Luftschichtdicke sd ≤ 0,5 m als diffusionsoffen, mit sd ≥ 1500 m als diffusionsdicht und dazwischen als diffusionshemmend. Entsprechend können die Begriffe Winddichtung, Dampfsperre und Dampfbremse zugeordnet werden. In den meisten Fällen (Holzbau, Dächer) werden diffusionshemmende Schichten verwendet. Grundsätzlich sollte der Aufbau von innen nach außen immer diffusionsoffener werden, damit außenliegende Schichten einen möglichen Feuchtetransport nicht behindern. Dampfbremsende Schichten müssen luftdicht ausgeführt werden. Umgekehrt werden Luftdichtungen je nach Material gleichzeitig als dampfbremsende Schicht eingesetzt. Verlegung Bei massiven Außenwänden stellt in der Regel die vollflächig verputzte Innenseite die Luftdichtung her. Bei Leichtbaukonstruktionen wird diese durch Folien oder Platten gewährleistet. Die Schwachstellen bei allen Konstruktionen liegen in den Anschlüssen der luftdichtenden Schichten untereinander und an andere Bauteile; dort entstehen häufig Leckagen. Sie vermeidet man bei einer Foliendichtung durch eine mindestens 100 mm breite Überlappung und eine zusätzliche Abdichtung mit gewebeverstärktem Klebeband (kein Teppich- oder Paketklebeband). Pappen und Papiere als Wind- oder Luftdichtung klebt man, ähnlich wie Tapeten, auf Innenverkleidungen. Im Sparrenbereich können sie durch Ausbildung eines doppelfalzförmigen Stoßes angeklammert werden. Dichtungsbänder, Fugendichtstoffe und Anpressleisten stellen die luftdichte Fügung der Flächendichtungen mit anderen Bauteilen her. Zusätzlich zu Folien und Pappen gibt es Wärmedämmsysteme mit hohem Wasserdampfdiffusionswiderstand. Bei präziser Verarbeitung sind hier weder Dampfsperre noch Unterspannbahn erforderlich. Ihre Nut-und-FederVerbindungen müssen luftdicht verklebt werden.

C 2.22

C 2.20 systematische Darstellung von Werkstoffen für Fugendichtung C 2.21 Verlegung einer diffusionshemmenden Folie C 2.22 systematische Darstellung von Werkstoffen für Flächendichtung C 2.23 physikalische Kennwerte Dichtstoffe C 2.24 physikalische Kennwerte Flächendichtung

Dichtstoff

Verformungsart

zul. Ge- Dauersamtver- haftigformung keit [a]

[%] Leinölkitt Ölkitt, vergütet Butyl Acrylat Polyurethan Polysulfid Silikon

– 0 plastisch ≤2 plastisch ≤5 plastisch / elastisch 5 – 20 elastisch 10 – 25 elastisch 10 – 25 elastisch 15 – 25

allgemein 10 – 25 (Mittel 12)

C 2.23

Flächendichtung

Folien Aluminiumfolie PE-Folie PVC-Folie Polyamidfolie

Wasserdampfdiffusionswiderstand [-]

sd-Wert

[mm]

[m]

prakt. dampfdicht ≥ 0,05 > 1500 30 000 0,25 100 20 000 0,25 30 nicht konstant – 2,8 / 0,21

Bahnen Polymer-Bitumen 2 21 500 PE-C 30 000 PVC-P 20 000 EPDM 60 000 PIB 250 000 ECB 90 000 CSM 25 000 Beschichtungen KMB; 1-komp. KMB; 2-komp. Gussasphalt Reaktionsharze Zementputz WU-Beton C45 / 55

Materialdicke

2000 4000 prakt. dampfdicht 20 000 25 100

5 1,2 1,2 1,2 1,5 1,5 1,2

86 36 24 120 225 135 30

4 4 ≥ 15 1,5 20 200

8 16 > 1500 30 0,5 200

1

Der Wasserdampfdiffusionswiderstand ist abhängig von der Luftfeuchte; Werte gelten für 50 und 80 % relative Luftfeuchte. 2 Als Beispiel wurde eine Dachbahn PYE-PV 200 S4 gewählt. C 2.24

145

Installationen

C 3.1

Die Entwicklung der neuzeitlichen flächendeckenden Gebäudetechnik begann in der zweiten Hälfte des 19. Jh. Zwar sind bereits aus der Antike Wasserleitungen und Kanalisationen zur Ver- und Entsorgung von Städten bekannt, diese wurden aber als öffentliche Einrichtungen erbaut (z.B. Brunnenanlagen in Rom) und versorgten nur in wenigen Fällen Privathäuser. In Deutschland entstand 1856 in Hamburg die erste öffentliche Kanalisation, die Privathaushalte an das Abwassernetz anschloss. Danach wurden öffentliche Trinkwassernetze gebaut. Anfang des 20. Jh. gab es die ersten komplexen Gebäudeinstallationen für Trinkwasser und Abwasser in mehrgeschossigen Gebäuden. Mit steigenden Anforderungen an die Gebäudetechnik entwickelte sich im Laufe der Zeit auch die Versorgung mit elektrischem Strom und Medien sowie die Ausrüstung von Gebäuden mit Lüftungs- und Klimaanlagen. Seit Anfang der 1980er-Jahre existieren Systeme zur computergesteuerten Regelung von komplexen Haustechnikinstallationen. Grundlagen

C 3.1

Inmos Microprocessor Factory, Newport (GB) 1987, Richard Rogers C 3.2 Anwendungsgebiete von Materialien für die Trinkwasserinstallation C 3.3 Anwendungsgebiete von Materialien für die Gebäudeentwässerung und Abwasserinstallation C 3.4 Anwendungsgebiete von Materialien für die Heizungsinstallation

146

Die installierte Gebäudetechnik von Zu- und Abwasserleitungen, Heizungsanlagen und Elektroinstallationen stellt bei einem massiv gebauten Einfamilienhaus mit 120 m2 Wohnfläche und einer Standardausstattung an Haustechnik ca. 2,5 % der Gesamtmasse eines Gebäudes dar. Selbst bei hochinstallierten Bauten wie Labors oder Krankenhäusern wird ein Anteil von 6 % nicht überschritten. Somit ist das Potenzial an Materialeinsparung bei der Haustechnik gering, hoch ist jedoch ihr Einfluss auf Investitionsvolumen und laufende Kosten. Darüber hinaus bereitet die Integration haustechnischer Installationen hinsichtlich Entsorgung und Wiederverwertung Schwierigkeiten. Deshalb ist eine organisierte und präzise Planung von haustechnischen Systemen unerlässlich – die sparsamste Installation ist diejenige, welche durch eine fundierte Planung überflüssig wird.

Da Installationen einem kürzeren Austauschzyklus als tragende Bauteile unterliegen, sollten sie so ausgebildet werden, dass sie wechselnden Ansprüchen genügen und leicht austauschbar sind. Dafür werden horizontale und vertikale Hauptleitungsstränge gebündelt in Schächten geführt. Für den energiesparenden Betrieb ist eine kurze Leitungsführung insbesondere für Heizung und Warmwasser anzustreben. Schacht- und Vorwandinstallationen haben gegenüber eingebauten Leitungsführungen den Vorteil, dass sie im Bedarfsfall ausgewechselt werden können, ohne in die Gebäudestruktur eingreifen zu müssen. Bei Sanierung oder Abbruch können in Vorwandinstallationen und Schächten verlegte Installationen eines Gebäudes vollständig entfernt und sortenrein recycelt werden. Bei der Entscheidung für ein Material oder Installationssystem spielen folgende Kriterien eine Rolle: • chemische und physikalische Einflüsse des transportierten Mediums • chemische und physikalische Einflüsse aus dem Umfeld der Installation • Anfälligkeit für Inkrustrationen • Wartungsmöglichkeiten • potenzielle umwelt- oder gesundheitsschädigende Einflüsse des Materials bei der Herstellung, Benutzung und Entsorgung • Anpassungsfähigkeit an neue Nutzeransprüche • Schallschutz / Brandschutz • Kosten • Einbauart und Verlegung • Zeitbedarf für die Verlegung • Ökobilanz der Materialien • ästhetische Anforderungen Im Folgenden sollen nur Wasserver- und -entsorgung, Heizungs-, Lüftungs- / Klima- und Elektroinstallationen betrachtet werden, während Sondergebiete der Haustechnik wie z.B. Fahrtreppen oder Fahrstühle, Abfallentsorgungsanlagen sowie Sonderanwendungen für spezielle Bauten (z.B. Krankenhäuser) an dieser Stelle unberücksichtigt bleiben.

Installationen

Trinkwasserinstallationen Trinkwasser ist das wichtigste Lebensmittel des Menschen. Alle Anlagenteile, die mit Trinkwasser in Berührung kommen, dürfen dessen Zusammensetzung nach EU-Gesetzgebung unter keinen Umständen beeinflussen. Dies gilt vom Wasserversorgungsunternehmen über das öffentliche und private Leitungsnetz bis zur Entnahmestelle des Trinkwassers. Alle Installationsmaterialien und deren Verbindungsmittel müssen für einen Dauerdruck von ca. 5 bar aus dem öffentlichen Leitungsnetz und für Druckspitzen von bis zu 10 bar (Pn10) zugelassen sein. Zwei wesentliche Faktoren beeinflussen die Tauglichkeit und Haltbarkeit eines Materials für die Trinkwasserinstallation: Wasserhärte und pH-Wert. Die Wasserhärte beschreibt den Anteil von Magnesium- und Kalziumkarbonat (Kalk) im Wasser. Je höher dieser Anteil, umso anfälliger sind Trinkwasserinstallationen für Inkrustrationen, die zu Druckverlusten bis hin zu Verstopfungen im Leitungsnetz führen können. Bei einem neutralen pHWert von 7 ist keine Materialeinschränkung zu beachten. Jede stärkere Verschiebung aus dem neutralen Bereich bewirkt eine erhöhte Reaktivität des Wassers, was einen schädlichen, meist korrosiven Einfluss auf Rohrmaterialien haben kann. Die nach europäischer Gesetzgebung für Trinkwasser zugelassenen pH-Werte liegen zwischen 6,5 und 9,5. Weitere Faktoren sind in Abb. C 3.2 miteinander verglichen. Metallrohre

Rohre aus Metall erreichen eine hohe Dauerhaftigkeit. Trotz geringer Wanddicke sind sie sehr stabil und resistent gegen mechanische Einflüsse, was die Montage einfach gestaltet. In Abhängigkeit von den jeweiligen Bedingungen muss die Korrosionsanfälligkeit berücksichtigt werden. Bei Nachinstallationen von Metallrohren im Bestand ist darauf zu achten, dass nur gleiches Material oder nichtmetallische Werkstoffe verwendet werden, sonst kann aufgrund der unterschiedlichen Elektronegativitäten verschiedener Metalle ein galvanisches Element entstehen, das u.U. zu schneller Korrosion führt. Verzinktes Stahlrohr Verzinkte Stahlrohre sind als nahtlose oder geschweißte Stahlrohre innen und außen verzinkt. Da sich Kadmium und Zink aus der Rohrbeschichtung lösen, sollten sie nur bis zu einer Temperatur von 60 °C eingesetzt werden, um eine erhöhte Belastung des Trinkwassers mit Metallionen zu vermeiden. Verzinkte Stahlrohre sind nur für Trinkwasser mit neutralem bis leicht basischem pH-Wert geeignet, ein saures Milieu würde die Auflösung der Zinkschicht beschleunigen. Fachgerecht und sauber verarbeitet sind die Rohre lange haltbar, sofern die Korrosionsschutzschicht nicht zerstört wird. Durch den hohen Verlegeaufwand ist ihre Anwendung stark eingeschränkt.

Edelstahlrohr Edelstahlrohre werden wie verzinkte Stahlrohre als nahtlose oder geschweißte Rohre hergestellt. Sie sind bei allen Trinkwasserzusammensetzungen äußerst korrosionsresistent. Edelstahl wirkt geschmacksneutral und verändert das Trinkwasser nicht. Er ist sehr haltbar und kann nach der Nutzungsdauer recycelt werden. Bei der Verlegung im Erdreich sind Edelstahlrohre von außen gegen Korrosion zu schützen. Kupferrohr Kupferrohre sind nach den heute gültigen Bestimmungen der Trinkwasserverordnung (TwVO 2001) für die Installation von Trinkwasserleitungen nur noch für pH-Werte > 7,4 zugelassen. Bei Werten > 7,0 darf die Konzentration von organischem Kohlenstoff im Trinkwasser (TOC-Wert) den Wert von 1,5 mg / l nicht überschreiten. Treten höhere Wasserstoffionenkonzentrationen im Wasser auf, kann sich Kupfer im Leitungswasser lösen und in hohen Konzentrationen in den menschlichen Organismus gelangen. Da die Wasserversorgungsunternehmen über die Dauerhaftigkeit einer Hauswasserinstallation keine gleichbleibende Trinkwasserqualität hinsichtlich des pH-Werts garantieren können, wird empfohlen, Kupferrohr für die Trinkwasserversorgung nicht mehr einzusetzen. Bei einer bestehenden Kupferinstallation ist zu prüfen, ob eine gebäudeinterne Wasseraufbereitung installiert werden sollte, die den pH-Wert reguliert, um gesundheitliche Beeinträchtigungen zu vermeiden. Kupfer ist ein wertvoller Rohstoff, der problemlos recycelt werden kann. Die unkomplizierte und preisgünstige Verlegung ist ein weiterer Vorteil. Bleirohr Bleirohre sind schon seit Jahrzehnten für Neuinstallationen verboten. Ihre Gesundheitsgefährdung macht ihre Entfernung aus Gebäuden zwingend notwendig. Kunststoffrohre

Aufgrund des geringen Gewichts lassen sich Rohre aus Kunststoff einfach verarbeiten und verlegen, müssen aber häufiger an der Unterkonstruktion befestigt werden als Metallrohre, da sie weniger steif sind. Sie sind nicht elektrisch leitfähig und deshalb unempfindlich gegen Streuströme. Wegen ihrer glatten Oberfläche neigen Kunststoffrohre kaum zu Inkrustrationen im Leitungsquerschnitt; sie haben einen geringen Durchflusswiderstand und wenig Geräuschentwicklung. Sie sind chemisch widerstandsfähig und können in allen pH-Wert-Bereichen von Trinkwasser eingesetzt werden. Ungiftigkeit und eine geringe Beeinträchtigung der Wasserqualität stellen weitere Vorteile dar. Kunststoffrohre sind jedoch gegen mechanische Beanspruchungen empfindlicher als metallische Rohre und werden bei niedrigen Temperaturen spröde. Nachteilig ist auch ihre

erheblich größere Wärmeausdehnung, die eine entsprechende Verlegung erfordert, um eine Geräuschentwicklung durch Knacken der Leitungen zu vermeiden. Kunststoffe können zur Verbindung von stumpfen Rohrenden geklebt oder verschweißt werden. Dabei kommen aber gesundheitsschädliche Substanzen zum Einsatz oder es entstehen durch den Schmelzprozess schädliche Dämpfe. Deshalb haben sich auf dem Markt mechanische Verbindungsmittel (Schraub-, Klemmoder Pressfittings) durchgesetzt, auch aufgrund ihrer Haltbarkeit und Zuverlässigkeit. Weil Kunststoffe von Bakterien besiedelt werden, enthalten manche Trinkwasserrohre keimtötende Metallsalze. Dass die Salze Einfluss auf die Trinkwasserqualität haben, wurde noch nicht nachgewiesen. Unbehandelte Rohre müssen lichtundurchlässig und verdeckt verlegt sein, um eine Bakterienbesiedlung zu vermeiden. Rohre aus Kunststoff gehören der Baustoffklasse B (brennbar) an. Sie sind kürzer haltbar als metallische Leitungen, müssen für eine Zulassung jedoch eine Haltbarkeit von mindestens 50 Jahren nachweisen. Rohr aus hartem Polyethylen (PE-HD) High-Density-Polyethylen (Polyethylen hoher Dichte) kann nur für die Kaltwasserinstallation verwendet werden, deshalb wird es überwiegend für die Erdverlegung im öffentlichen Netz und im Hausanschlussbereich eingesetzt. PEHD-Rohre lassen sich leicht verarbeiten. Der im Trinkwasser mit durchschnittlich 3 g / l enthaltene Sauerstoff zerstört unter bestimmten Bedingungen die Molekülketten des Polymers. Dies wird durch Beimischen von Antioxidantien (z.B. mehrkernige Phenole) verhindert. Die UVBeständigkeit wird durch Beigabe von Ruß verbessert, der den Kunststoff zugleich schwarz einfärbt. Rohr aus vernetztem Polyethylen (PE-X) Bei vernetztem Polyethylen sind die Eigenschaften gegenüber den anderen Polyethylenwerkstoffen verbessert. Es besitzt eine erhöhte Schlagfestigkeit und weist höhere zulässige Biege- und Zugspannungen sowie Druckfestigkeiten auf. Weil die Zeitstandfestigkeit des Materials höher ist, wird es für Rohre mit besonders hohen Biegeanforderungen eingesetzt. PE-X ist temperaturstabil und gleichermaßen für Warm- und Kaltwasserinstallationen geeignet. Die Polyethylenrohre werden auch als Rohr-inRohr-System angeboten. Dabei liegt das wasserführende Rohr (PE-X) in einem gewellten Schutzrohr aus PE-HD, das für Warmwasserleitungen auch mit einem Vollwärmeschutz geliefert wird. Rohr aus Polyvinylchlorid (PVC) PVC ist ein hochentwickelter Kunststoff mit nahezu idealen technischen Eigenschaften – aus ökologischer und brandschutztechnischer Sicht aber problematisch. Für die Trinkwasser147

Installationen

installation wird der Kunststoff hauptsächlich als nachchloriertes PVC-C eingesetzt. Dieses weist eine Temperaturbeständigkeit bis 100 °C auf und darf für Kalt- und Warmwasserleitungen eingesetzt werden. PVC-U, auch PVC-Hart genannt, ist ein weichmacherfreier Kunststoff. Er darf maximal bis zu einer Temperatur von 45 °C eingesetzt werden und wird deshalb nur für die Wasserentsorgung verwendet.

erführende Innenrohr kann aus unterschiedlichen Kunststoffen hergestellt werden (PE-HD, PE-X, PB, PP). Es ist in ein stabilisierendes, geschweißtes Aluminiumrohr eingebettet, welches wiederum von einer Schutzschicht aus Kunststoff ummantelt wird (PE-X, PB, PP). Diese Rohrleitungen vereinen die Vorzüge von Kunststoff- und Metallleitungen. Der innen und außen liegende Kunststoff ist korrosions- und inkrustationsfrei sowie resistent gegen Chemikalien. Aluminium ist diffusionsdicht und sorgt für eine hohe Formbeständigkeit und eine geringe Wärmeausdehnung. Die Rohre haben ein geringes Gewicht und sind einfach zu verlegen, da sie sehr stabil und gleichzeitig biegsam sind.

Rohr aus Polypropylen (PP) Polypropylen wird in der Installationstechnik hauptsächlich in Form des Random-Copolymers PP-R eingesetzt. Die Materialeigenschaften entsprechen in etwa denen von Polyethylen, wobei PP-R hitzebeständiger ist und deshalb auch für Warmwasserinstallationen verwendet werden darf. Zudem ist es härter als PE und kommt vornehmlich bei Objektanschlüssen und Verteilungen zum Einsatz.

Verbindungsteile für Kunststoffrohre

Verbindungsteile (Fittings) für Kunststoffrohre bestehen aus Metall, PP-R, PVC-C, Polyphenylsulfon (PPSU) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF). Allgemein gilt, dass bei Rohren aus PP-R, PB und PVC-C die Fittings in der Regel aus dem gleichen Material wie das Rohr hergestellt werden. PE-X-Rohre und Verbundrohre werden entweder mit Metallfittings oder mit Fittings aus PPSU oder PVDF verbunden.

Unter Verbundrohren versteht man mehrschichtige Rohrleitungen, deren Schichten fest miteinander verbunden sind. Das wass-

Verbundwerkstoff Verbundrohr DVGW W 542

Verbindungsart 2

Einsatzbereich pH-Wert

Gewicht d~20 mm

Wärmeaus- Dauerdehnungs- haftigkoeffizient keit 7

Recycling- Baustofffähigkeit klasse 9

[-]

[kg /m]

[mm /mK]

[a]

6,5 – 9,5

0,7

0,0118

80 –100

•

A1

Gebäude

Kunststoff nachchloriertes Polyvinylchlorid DIN 8079; DIN 8080 vernetztes Polyethylen DIN 16 892; DIN 16 893; DVGW W 544 Polyethylen hart DIN 19 533; DIN 8074; DIN 8075; DVGW W 320 Polypropylen DIN 8077; DIN 8078; DVGW W 544; DIN 8078; DVGW W 544

Verlegungsbereich Erdreich

Metall Edelstahl DIN 2463; DVGW W 541; DIN EN ISO 1127; DIN 17 455; DIN 17456 Stahl, schmelztauchverzinkt 3, 4 DIN 2440; DIN 2441; DIN 2460; DIN EN 10 255; DIN EN 10 240; DIN EN 10 220 Kupfer DIN EN 1057; DVGW GW 392; DVGW W 544

Anwendungsgebiet

Messingarmaturen Das mechanisch hoch beanspruchbare Messing darf für Armaturen laut Trinkwasserverordnung 2001 neben Kupfer und Zink maximal 3 % Blei enthalten. Durch Pressen bzw. Schmieden hergestellte Bauteile zeichnen sich im Gegensatz zu den gegossenen Bauteilen durch ein dichtes, homogenes Gefüge aus. Die Oberflächen von Messingbauteilen können sehr glatt bearbeitet werden, was Fließgeräusche und -widerstände gering hält und eine einfache Polierbehandlung, eine galvanische Beschichtung (z.B. Verchromung) oder eine Pulverbeschichtung erlaubt.

warm

technische Regel

Kurzbezeichnung

Wasserarmaturen und Zähler bestehen zum Großteil aus Metallen. Daneben kommen aber für die mechanischen Teile im Innern oft auch Kunststoffe wie PP und Dichtungsmaterialien wie EPDM zum Einsatz. Der Anteil dieser Materialien ist so gering, dass er keinen nennenswerten Einfluss auf die Trinkwasserqualität hat. Für neuere Dichtungssysteme in Armaturen wird verstärkt Keramik verwendet, weil Keramik das Trinkwasser nicht belastet und haltbarer ist als Kunststoff.

kalt

Materialien für Trinkwasserinstallationen

stecken pressen schrauben klemmen schweißen löten kleben

Verbundrohr

Armaturen

V2A / V4A

•

•

•1

•

• • • •

Fe (Zn)

•

•

•1

•

• •5 •

• •

7,0 – 8,0

1,5

0,0118

40 – 60

•

A1

Cu

•

•

•

• • •

•

> 7,4 6

0,59

0,0166

40 – 60

•

A1

PVC-C

•

•

•

• •

6,5 – 9,5

0,33

0,07–0,08

70 – 90

B1

PE-X

•

•

•

•

• •

6,5 – 9,5

0,25

0,2

70 – 90

B2 8

PE-HD

•

• •

6,5 – 9,5

0,17

0,2

40 – 60

B2 8

PP

•

•

6,5 – 9,5

0,45

0,12

60 – 80

B2 8

PE-X /Al / PE-X PE-HD / Al / PE-X / PP / Al/PP

•

6,5 – 9,5

0,2 – 0,5

0,025 – 0,03 40 – 60

•

•

•

•

•

•

• •

•

•

• • • •

–

B2 8

1

Nur mit zusätzlicher Korrosionsschutzschicht. Bei Kunststoffrohren werden Schraub-, Press- und Klemmverbindungen mit speziellen Fittings nach DVGW W 534 ausgeführt. 3 Zinküberzug gemäß DIN 50 930-6; eventuell auch mit zusätzlichen Korrosionsschutzüberzügen aus Bitumen oder Kunststoff nach DIN 2445. 4 Nicht hinter kupfernen Bauteilen installieren. 5 Rohrgewinde müssen DIN 2999-1 entsprechen. 6 Nur verwendbar, wenn der pH-Wert mind. bei 7,4 oder höher liegt bzw. wenn der pH-Wert 7,0 – 7,4 beträgt und der TOC-Wert 1,5 mg / l nicht überschreitet. 7 Die Dauerhaftigkeit von Rohrsystemen wird weniger vom Material als vielmehr von der Sorgfältigkeit der Installationsausführung beeinflusst. 8 Nur mit Flammschutzausrüstung kann B1 (schwer entflammbar) erreicht werden. 9 Aufgrund noch unzureichender Prüfungsrichtlinien für Rohrleitungen nach DIN EN 13501-1 erfolgt die Klassifizierung weiterhin nach DIN 4102. 2

148

C 3.2

Installationen

Abwasserinstallationen Abwasserrohre müssen in der Gebäudeinstallation für eine Wassertemperatur von bis zu 95 °C bzw. 45 °C für den Einsatz als Grundleitung geeignet und bei einem Überdruck von 0,5 bar dauerhaft gas- und wasserdicht sein. Die Innenwandungen der Rohre sowie die Anschlussverbindungen und Übergänge dürfen Ablagerungen, Verkrustungen und Verstopfungen nicht begünstigen. Obgleich Kunststoffrohre aufgrund ihres geringeren Gewichts leichter zu verlegen sind, muss bei der Gebäudeinstallation immer der mangelhafte Schallschutz dieser Rohre mit in Betracht gezogen werden.

Verchromung Als Endbeschichtung von Armaturen, Anschlüssen und Abdeckblenden wird vor allem im sichtbaren Bereich Chrom eingesetzt, weil es

Kunststoff Polyvinylchlorid hart DIN V 19 534 nachchloriertes Polyvinylchlorid DIN 19 538 Polyethylen hart DIN 19 535 DIN 19 537 Polypropylen DIN V 19 560

Verbindungsart

•

•

•

•

GGG

•

•

•

•

•

•2

•

•

•

Fe

•

•

•

•

•

•2

•

•

•

[kg / m]

[a]

Recyclingfähigkeit

Baustoffklasse 4

Manschette

•1

Dauerhaftigkeit 5

Steckmuffe

•

Gewicht d~100 mm

Drainageleitung

im Gebäude

•

Standrohr

im Erdreich

STZ

im Freien

im Baukörper

Regenwasserleitung

Sammelleitung

Grundleitung

Lüftungsleitung

Metall duktiles Gusseisen DIN 19 522 Stahl, schmelztauchverzinkt DIN 19 530; DIN 2440; DIN 2448 Zinkblech DIN 18 461; DIN EN 612 Kupferblech DIN 18 461; DIN EN 612 Stahlblech; schmelztauchverzinkt DIN 18 461; DIN EN 612; DIN 2440; DIN 2458 Aluminiumblech DIN 18 461; DIN EN 612

Anwendungsgebiet Schmutzwasserleitung

Fallleitung

Keramik Steinzeug DIN 1230; DIN EN 295

Kurzbezeichnung

Steinzeugrohr Steinzeugrohre (STZ) sind keramische Erzeugnisse, die auf der Innenseite und meist auch

Anschlussleitung

technische Regel

Gusseisernes Rohr Gusseiserne Rohre kommen als Duktilgussrohre zum Einsatz, die aufgrund ihrer Herstellung stabiler, flexibler und auch korrosionsbeständiger sind als früher benutzte Graugussrohre. Sie werden als Muffenrohre gesteckt verlegt

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12

>100

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8,5

50 –100

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A1

> 100

•

A1

Schweißmuffe

Edelstahlarmaturen Armaturen in Sanitärräumen werden auch aus Edelstahl hergestellt. Die aufwändige Bearbeitung macht sie teurer als Armaturen aus Kupfer-Zink-Legierungen.

Materialien für Abwasserinstallationen

auf der Außenseite glasiert sind. Diese Oberflächenbehandlung macht sie äußerst resistent gegen alle Abwasserinhaltsstoffe. Steinzeugrohre werden hauptsächlich zur Erdverlegung (Grundleitung, Kanalanschluss) benutzt, da sie im Gebäude aufgrund von Gewicht und Bruchgefahr nur schwer zu verlegen sind. Meist werden sie als Steckmuffenrohre mit Lippenring- und Kompressionsdichtungen aus Elastomeren verwendet; sie können auch als muffenlose Rohre mit Spannhülsen und Elastomereinlage verbunden werden. Steinzeugrohre haben eine sehr lange Dauerhaftigkeit. Sie werden auch als geschlitzte Sicker- und Dränrohre eingesetzt. Eine gesundheitliche oder eine Umweltgefährdung geht von diesem Material weder bei der Herstellung noch bei der Anwendung aus. Die Rohre können nach ihrer Verwendung geschreddert und als Bauschutt verfüllt werden.

einen hervorragenden Korrosionsschutz bietet. Beim notwendigen Polieren und Putzen von verchromten Armaturen kann Feinstaub in die Luft oder in das Abwasser gelangen und die Umwelt belasten.

Lötverbindung

Rotgussarmaturen Ähnlich dem Messing ist Rotguss eine Legierung aus Kupfer, Zinn (bis 11 %), Zink (bis 9 %), Blei (bis 7 %) und Nickel (bis 2,5 %). Rotgussbauteile können nur durch Gießen hergestellt werden. Daher haben sie eine raue Oberfläche, u.U. mit Seigerungen, Lunkern und Poren. Diese können zu Ausfällen bei mechanischer Belastung, zu starken Fließgeräuschen und zu Dichtigkeitsproblemen führen. Rotguss wird vor allem für größere, massive Armaturen verwendet. Bei der Installation zusammen mit Metallleitungen verhalten sich Rotguss und Messing korrosionsneutral. Die wertvollen Legierungen lassen sich gut recyceln.

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4,0–6,3

A1

Zn

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1,6

230

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A1

Cu

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1,8

~50

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A1

Fe (ZN)

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1,7

> 100

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A1

Al

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1,6

50 –100

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A1

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1,4

> 100

B1

•

1,4

> 100

B1

1,3

> 100

B2 3

1,4

> 100

B2 3

PVC-U

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PVC-C

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PE-HD

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PP

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1

Nur dünnwandig und mit glatten Enden. Nur mit zusätzlicher Korrosionsschutzschicht. Nur mit Flammschutzausrüstung kann B1 (schwer entflammbar) erreicht werden. 4 Aufgrund noch unzureichender Prüfungsrichtlinien für Rohrleitungen nach DIN EN 13 501-1 erfolgt die Klassifizierung weiterhin nach DIN 4102. 5 Die Dauerhaftigkeit von Rohrsystemen wird weniger vom Material als vielmehr von der Sorgfältigkeit der Installationsausführung beeinflusst. 2 3

C 3.3

149

Installationen

oder als muffenlose Rohre (SML) mit Spannhülsen verbunden. Die Verbindungsdichtungen werden je nach Abwasserqualität aus EPDM, Chlor-Butadien-Kautschuk (CR) oder anderen Elastomeren ausgeführt. Gusseiserne Rohre werden sowohl im Gebäude als auch für die Erdverlegung verwendet. Die Innenwandungen sind geglättet, um Inkrustrationen vorzubeugen. Die Rohre sind kochwasserfest, formstabil, stoß-, schlag- und abriebfest und nicht brennbar. Je nach Anforderung an die chemische Resistenz werden die Rohre auf der Innen- oder Außenseite mit Kunststoffen (z.B. PUR) oder einer Verzinkung beschichtet. Durch die Entkopplung des Körperschalls an allen Dichtungsverbindungen und ihr hohes Eigengewicht haben sie gute Schallschutzeigenschaften, jedoch ist ihre Verlegung aufwändig. Stahl- / Edelstahlrohr Verzinkte Stahlrohre können für alle Entwässerungsinstallationen eingesetzt werden. Sie sind innen und außen durch eine Schmelztauchverzinkung sowie innen zusätzlich durch eine Kunstharzbeschichtung vor Korrosion geschützt. Da sie relativ dünnwandig (ca. 2 mm) mit Muffen hergestellt werden, sind sie leichter zu verlegen als gusseiserne Rohre. Im Erdreich ist ein zusätzlicher Korrosionsschutz erforderlich. Edelstahlrohre werden nur für sehr aggressive Abwässer in Spezialanwendungen (z.B. im medizinischen und industriellen Bereich) eingesetzt.

Dennoch sollten bei der Badausstattung auch Materialbeschaffenheiten wie Empfindlichkeit gegen Kratzer und Schläge, Oberflächengüte, Reinigungseigenschaften und Haltbarkeit berücksichtigt werden. Die meisten Sanitärobjekte werden aus Keramik hergestellt. Die Oberfläche ist durch eine Glasur veredelt und sehr lange haltbar, aber schlagempfindlich. Aus kaltgeformtem Stahlblech hergestellte Sanitärobjekte werden mit einem Emailleüberzug vor Korrosion geschützt. Die Oberflächen sind sehr resistent und haltbar, bei Beschädigungen jedoch beginnt der Stahl zu rosten. Sanitärobjekte aus Edelstahl sind korrosionsbeständig und sehr widerstandsfähig. Sie werden in Bereichen mit extremen Beanspruchungen eingesetzt, wo es um Kratz- und Schlagunempfindlichkeit (Vandalismussicherheit) geht. Kunststoff wird bei Sanitärobjekten als durchgefärbtes PMMA verwendet. Es ist relativ schlagunempfindlich, die Oberfläche jedoch anfällig für Kratzer. Durch seine geringe Wärmeleitfähigkeit fühlt sich die Oberfläche im Gegensatz zu Keramik oder Stahl warm an. Glas ist wegen seiner Sprödigkeit ein empfindlicher Werkstoff, aber sehr oberflächenresistent und lässt sich gut reinigen. Im Sanitärbereich wird es vor allem als Einscheibensicherheitsglas bei Duschabtrennungen verwendet, aber auch für Waschbecken. Heizungsinstallationen

Rohr aus hartem Polyvinylchlorid (PVC-U) PVC-U wird aufgrund seiner geringen Temperaturbeständigkeit bis zu 45 °C fast ausschließlich für die erdverlegte Abwasserführung verwendet. Die Rohre werden, entsprechend der Ausführung von PP-Rohren, hauptsächlich als Muffenrohre hergestellt. Für die Gebäudeverlegung werden auch Systeme mit verklebten Überschiebmuffen eingesetzt.

Heizungsinstallationen können prinzipiell mit allen Materialien durchgeführt werden, die auch für die Warmwasserinstallation geeignet sind. Dabei entfallen die Anforderungen an die Qualitätserhaltung des geführten Mediums, da es sich nicht um Trinkwasser handelt. Je nach gewähltem Heizungssystem müssen die verwendeten Materialien bis 110 °C wärmebeständig sein. Alle Leitungen, Verbindungen und Armaturen müssen – wie Trinkwasserleitungen – einem Prüfdruck von 10 bar standhalten. Da der Heizungskreislauf geschlossen ist und kein regelmäßiger Wasseraustausch stattfindet, stellt die Innenkorrosion der Rohrleitungen und Heizkörper ein untergeordnetes Problem dar. Der für die Korrosion hauptsächlich verantwortliche, gelöste Sauerstoff im Heizungswasser ist nach kurzer Betriebsdauer gebunden, sodass der Materialangriff stoppt. Darüber hinaus wird empfohlen, das verwendete Heizungswasser alkalisch einzustellen, um die Korrosion insgesamt zu reduzieren. Werden für die Heizungsinstallation Kunststoffrohre verwendet, sollten diese sauerstoffdiffusionsdicht sein, andernfalls setzt durch eindringenden Sauerstoff ein Korrosionsprozess an Metallteilen ein.

Sanitärobjekte

Stahlrohr (schwarz = unverzinkt)

Waschbecken, Toiletten und Badewannen sind grundlegende Gestaltungselemente von Sanitärräumen. Deshalb ist die Materialwahl im Wesentlichen eine ästhetische Entscheidung.

Bei Heizungsinstallationen kann ungeschützter Stahl in Form von geschweißten oder nahtlosen Rohren eingesetzt werden. Diese sind preisgünstig und erreichen Dauerhaftigkeiten wie

Rohr aus Polypropylen (PP) Wegen ihrer hohen Chemikalienbeständigkeit werden Rohre aus Propylen vor allem in der Abwasserentsorgung eingesetzt. Die Rohre haben einseitig eine Muffe, die mit Roll- oder Doppellippendichtungen aus EPDM ausgestattet ist. Rohr aus Polyethylen (PE-HD) Rohrleitungen aus PE-HD werden für die Gebäudeentwässerung und für erdverlegte Rohre verwendet. Sie entsprechen in Art und Ausführung den Muffenrohren aus PP. Neben den Muffenverbindungen werden die Rohre auch stumpf aneinander geschweißt.

andere Rohrmaterialien. Stahlrohre werden meist für größere Rohrquerschnitte verwendet, deren Verbindungen geschweißt werden. Kommen verzinkte Stahlrohre zum Einsatz, sollten diese mit Verbindungsmuffen verarbeitet werden (siehe S. 147). Kupferrohr

Kupfer ist das am weitesten verbreitete Material für Heizungsrohre. Es lässt sich leicht und schnell verarbeiten, da es biegsam ist. Die Rohre können gelötet oder mit speziellen Fittings verpresst werden. Kupfer ist resistent gegen Beschädigungen und wird auch ab Werk mit einer Schutzhülle aus PVC oder mit einer Dämmungsummantelung geliefert. In diesem Fall müssen nur noch die Verbindungen nachgedämmt werden. Kunststoffrohr

Die Werkstoffe Polybuten (PB), Polypropylen (PP-R) und vernetztes Polyethylen (PE-X) eignen sich aufgrund ihrer Temperaturstabilität für Heizungssysteme. Bei der Verlegung ist ihre stärkere Temperaturdehnung zu beachten. Da PB und PP-R sauerstoffdurchlässig sind, muss bei diesen Materialien aus dem Gesamtsystem heraus entschieden werden, ob sie verwendet werden können. Werden Flächenheizungen (Wand, Fußboden) eingesetzt, die ebenfalls aus Kunststoff hergestellt sind, kann kein Korrosionsproblem auftreten. Es müssen dann aber auch alle anderen Anlagenteile (Kessel, Speicher, Ventile etc.) korrosionsunempfindlich sein. Verbundrohr

Die im Abschnitt Trinkwasser erläuterten Vorzüge der Verbundrohre kommen gerade bei der Heizungsinstallation zum Tragen. Durch den Aluminiummantel sind sie sauerstoffdicht und weisen geringere Wärmedehnungen auf als reine Kunststoffrohre. Rohrdämmung

Heizungsleitungen müssen wie Warmwasserleitungen gedämmt werden, um Wärmeverluste zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden vorgefertigte Dämmschalen – angepasst auf den Außendurchmesser der Rohre – verwendet, z.B. Kunststoffschäume aus Polyisocyanurat, PUR, PE-Schaum, Polystyrol oder Gummi. Mineralfaserdämmstoffe eignen sich vor allem bei erhöhten Brandschutzanforderungen. In der Regel sind die Schalen von Kunststoff- oder Metall ummantelt, z.B. mit PVC, PP, PE, Aluminiumfolie bzw. -blech oder verzinktem Stahlblech. Lüftungs- und Klimainstallationen

150

Rohre für Raumlufttechnische Anlagen (RLTAnlagen) müssen je nach Betriebsdruck der Anlage luftdicht sein, um Druckverluste bei der Verteilung zu vermeiden und die Luft

Installationen

gezielt transportieren zu können. Die verwendeten Materialien dürfen keine gasförmigen, flüssigen oder festen Stoffe an die transportierte Luft abgeben, um eine Gesundheitsgefährdung auszuschließen. Ihre Innenoberflächen sollen Staubablagerungen möglichst verhindern. Dem Brandschutz kommt für die Ausführung und Materialwahl beim Durchtritt durch Begrenzungen von Brandabschnitten eine erhebliche Bedeutung zu.

Neben Stahl und Kunststoff finden in Sonderfällen auch Beton bzw. Mauerwerk bei großen Lüftungsquerschnitten über längere Distanzen oder Steinzeugrohre und Glas für Spezialgebiete wie z.B. Laborabzüge Verwendung. Zum variablen Anschluss von Luftauslässen an Rohre mit einem großen Querschnitt werden meist flexible Rohre oder Spiralschläuche aus Glasfasern, Kunststoff, Aluminium oder Elastomer eingesetzt. Sie können Bautoleranzen ausgleichen, sind aber aufgrund ihrer Materialität und Beschaffenheit nicht zur Überbrückung von Brandabschnitten geeignet.

Stahlblechkanal

Verzinktes Stahlblech hat glatte Oberflächen, ist korrosionsgeschützt und gut zu reinigen. Es ist nicht brennbar, bietet jedoch keinen Feuerwiderstand. Für Lüftungsleitungen aus Stahlblech kommen runde (spiralgefalzte Kanäle), rechteckige oder flachovale Querschnitte infrage. Um Schwingungen und Geräuschentwicklungen zu vermeiden, werden ebene Seitenteile von Lüftungskanälen bombiert, d.h. durch ausgekreuzte Kantungen flächenstabilisiert. In besonderen Fällen, in denen mit stark belasteter, aggressiver Abluft zu rechnen ist, kann alternativ auch Edelstahl- oder Aluminiumblech eingesetzt werden.

Elektroinstallationen Elektrokabel

Elektroleitungen übernehmen die Stark- und Schwachstromverteilung im Gebäude. Der metallische Leiter, meist Kupfer, ist mit einer Isolierung und einem weiteren Schutzmantel umhüllt. Die Isolierung muss einen dauerhaften Schutz des stromführenden Leiters gewährleisten, um Personen- und Sachschäden durch elektrischen Schlag oder Brandentzündung zu vermeiden. Im Rahmen der europäischen Normung wurde eine einheitliche Benennung von StarkstromElektroleitungen eingeführt. Dabei werden auch Isolier- und Mantelwerkstoff benannt. Als Isolier- und Mantelmaterial wird in der Regel Weich-PVC verwendet, da es sehr gute Eigenschaften hinsichtlich Funktionsfähigkeit, Dauerhaftigkeit und Verarbeitung aufweist. PVC

Kurzbezeichnung

pressen

schrauben

klemmen

schweißen

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Fe (Zn)

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Cu

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Kunststoff Polypropylen PP DIN 4728; DIN 8078; DIN 8079 Polybuten PB DIN 4727; DN 16 968; DIN 16 969 vernetztes Polyethylen PE-X DIN 4729; DIN 16 892; DIN 16 893 Verbundwerkstoff Verbundrohr DIN 4726

PE-X / Al / PE-X PE-HD / Al / PE-X PP / Al / PP

stecken

•

Wand

•

Decke

Fe

Fußboden

Radiatoren

Metall Stahl DIN 2448; DIN 2458; DIN 1626; DIN 1629; DIN 17 175; DIN 17 177 Stahl, schmelztauchverzinkt entsprechend Stahl Kupfer DIN EN 1057

Verbindungsart 1

Niedertemperatur

technische Regel

Anwendungsgebiet

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•

Schutzrohr und Kabelkanal

Zur Aufputzverlegung werden Schutzrohre und Kabelkanäle hauptsächlich aus PVC angeboten. Alternativ sind jedoch auch andere Kunststoffe wie PE-HD erhältlich ebenso wie Stahlblech (verzinkt, lackiert), Edelstahl oder Aluminium. Schalter und Stecker

Bedienelemente für Elektroinstallationen werden aus verzinktem Stahlblech mit Isolierungseinlagen aus verschiedenen harten Kunststoffen gefertigt. Die Abdeckblenden werden meist aus durchgefärbtem oder beschichtetem ABS-Kunststoff hergestellt, aber auch aus Glas oder Metall.

Sauerstoffdichtigkeit kleben

Kunststoffe wie PVC, PE und PP sind brennbar und können somit nur in kleineren Gebäuden oder innerhalb von Brandabschnitten verwendet werden. Die Werkstoffe sind sehr resistent gegen aggressive Gase und Dämpfe, aber relativ teuer und nur für kleinere Lüftungsquerschnitte verfügbar.

löten

Kunststoffkanal

Materialien für Heizungsinstallationen

ist durch die hohen Beigaben an chlorierten Halogenen flammwidrig und wird der Baustoffklasse B1 zugeordnet. Gegen dieses Material sprechen die Brandfolgewirkungen sowie die Herstellungs- und Entsorgungsproblematik. Alternativ zu PVC als Dämmmaterial können verschiedene halogenfreie Kunststoffe (PP, PE-LD, PE-X und Ethylenvinylacetat EVAC), Natur- bzw. synthetischer Kautschuk (z.B. EPDM) oder Silikonkautschuk verwendet werden. Diese sind jedoch normal entflammbar, was wiederum ein Brandrisiko darstellt. Dem kann alternativ zu den halogenhaltigen Flammschutzmitteln auch mit dem Zusatz von mineralischen Füllstoffen begegnet werden; dadurch verlieren die Leitungen jedoch an Flexibilität und Biegsamkeit.

• •

Wärme- Recycling- Dauerausdeh- fähigkeit haftignungskeit 3 koeffizient [mm /mK]

Baustoffklasse 4

[a]

•

0,0118

•

50 –70

A1

•

0,0118

•

60 – 80

A1

•

0,0166

•

60 – 80

A1

0,12

50 –70

B2 5

0,12

50 –70

B2 5

•2

0,2

50 –70

B2 5

•

0,025 – 0,03

60 – 80

B2 5

–

1

Bei Kunststoffrohren werden Schraub-, Press- und Klemmverbindungen mit speziellen Fittings nach DVGW-W 534 ausgeführt. Annähernd sauerstoffdicht. 3 Nach DVGW-Prüfung mit 70 °C und 10 bar Dauerbetrieb; die Dauerhaftigkeit von Rohrsystemen ist weniger vom Material als vielmehr von der Sorgfältigkeit der Installationsausführung beeinflusst. Sie verlängert sich bei niedrigeren Drücken und Temperaturen. 4 Aufgrund noch unzureichender Prüfungsrichtlinien für Rohrleitungen nach DIN EN 13 501-1 erfolgt die Klassifizierung weiterhin nach DIN 4102. 5 Nur mit Flammschutzausrüstung kann B1 schwer entflammbar erreicht werden. 2

C 3.4

151

Wände

C 4.1

Wände definieren Räume. Die deutsche Sprache verwendet die Begriffe Wand und Mauer, um zwischen der Betrachtung der Oberfläche (Wand) und dreidimensionaler Bauteile (Mauer) zu unterscheiden. Abb. C 4.2 zeigt die prinzipiellen Möglichkeiten von Wandkonstruktionen.

berücksichtigt nicht industrielle Bauweisen, etwa die Betonbauweise oder verschiedene Bausysteme. Nach heutigem Stand der Technik lassen sich folgende Untergruppen unterscheiden (Abb. C 4.3):

Klassifizierungen Wände unterscheidet man in tragend, aussteifend und nicht tragend. Ringanker, Unter- und Überzüge können Bestandteile von Wänden sein; sie nehmen Kräfte aus Dach- oder Deckenkonstruktionen auf.

• Massivbauweise - massive homogene Wände - massive modulare Wände - massive lineare Bauweisen

• Als tragend bezeichnet man eine Wand, die mehr Gewicht in den Baugrund abträgt als ihr Eigengewicht. • Aussteifende Wände übernehmen Beanspruchungen des Bauwerks, die aus Wind-, Verkehrslasten usw. entstehen. • Nicht tragende Wände teilen den Innenraum entsprechend seiner Nutzung und leisten keinen Beitrag zur Statik des Gebäudes. Zwei unterschiedliche Denkansätze prägen die Architektur hinsichtlich der Konstruktion von Wänden: einerseits die Herstellung einer massiven Wand durch Mauerwerk, d.h. durch geometrische Schichtung von (kleinteiligen) Elementen (nach Gottfried Semper: Stereotomie). Beim anderen Prinzip wird die Raumgrenze durch Füllen einer Konstruktion gebildet (nach Semper: Tektonik). Diese Unterscheidung

C 4.1

C 4.2

C 4.3

Mauer aus 13 000 farbigen Ölfässern mit 26 m Höhe und 68 m Breite, Gasometer Oberhausen (D) 1999, Christo & Jeanne-Claude materialunabhängige Prinzipien von Wandkonstruktionen: a homogene Wand b Mauerwerkswand c Fachwerkwand d Wand aus linearen Elementen / Schichten e Wandbekleidung f Sandwichkonstruktion g Ständerwand systematische Darstellung von Bauweisen und Materialien für Wände

a

b

c

d

• Systembauweise - kleinteilige Systembauweise - großformatige Systembauweise • Skelettbauweise - einschichtige Wände - mehrschichtige Wände Anforderungen und Eigenschaften von Wänden Bei der Auswahl der Wandkonstruktion und ihres Materials müssen viele Aspekte berücksichtigt werden: Die primäre Entwurfsentscheidung befasst sich mit der Abgrenzung des Raums und der Festlegung der Öffnungen für Zugang, Licht und Luft. Wände können opak, transparent oder transluzent sein. Die Geometrie bestimmt die Verteilung der Lasten (punktweise, konzentriert oder linear) und die Anforderungen an die Druckfestigkeit des Materials. Mögliche statische oder dynamische Verformungen anderer Bauteile wie Decken oder

e

f

g C 4.2

152

Wände

Massivbauweisen

homogen Natursteine Lehm

modular

linear

kleinteilig

Stampflehm

einschichtig

Lehmplatten

Mauerziegel Kalksandsteine

Gips

Wandbauplatten Ortbeton

Dämmziegel

Porenbetonelem.

Holzblockbau

Perliteplatten Gipsplatten

Betonbausysteme

Fertigteilwände

Holzbausysteme

Tafelbauweisen

Holzfachwerk

Holzwerkstoffpl.

Paneele

Sandwichelemente

Stahlfachwerk

Bleche usw.

Metall Glasbausteine

Ziegeltafeln

Gipsdielen

Leichtbetonsteine

Holz

mehrschichtig Natursteinplatten

Lehmsteine u.a.

mineralische Stoffe

Glas

großformatig

Skelettbauweisen

Naturwerksteine

keramische Stoffe

Beton

Systembauweisen

Profilglaswände

Faserzementpl.

Pfosten-Riegel-K. C 4.3

Fundamente ebenso wie etwaige Einflüsse durch Erdbebengefährdung können die Materialwahl für Wände beeinflussen. Darüber hinaus sollten zu integrierende technische Installationen berücksichtigt werden. Material und Konstruktion sollten den Einbau und nach Möglichkeit auch den Austausch dieser meist kurzlebigeren Bauteile ermöglichen. In Abhängigkeit von der geplanten Nutzung kommen der Wand bauphysikalische Aufgaben zu, z.B. Schalldämmung, Wärmeschutz, Absorptionsvermögen, Dampfdurchlässigkeit oder Feuerwiderstandsfähigkeit. Sicherheitstechnische Überlegungen können den Aufbau einer Wand, hygienische Anforderungen die Gestaltung der Wandoberflächen bestimmen. Der Bauprozess selbst stellt weitere Anforderungen an die Baustoffwahl. Das maximale Eigengewicht und die Dimensionierung beeinflussen die Herstellung und den Transport der Wandbauteile, was sich wiederum auf die Bauzeit und die Kosten auswirkt. Planungsstrategien Um komplexe Anforderungen an eine Wand zu erfüllen, lassen sich zwei prinzipielle Ansätze unterscheiden: Beim additiven Vorgehen ergänzen sich die spezifischen Schichten von Materialien, die jeweils Einzelleistungen übernehmen und in der Summe alle gewünschten Eigenschaften aufweisen. Der Arbeitsschwerpunkt liegt dabei in der konstruktiven Durchbildung von Anschlusspunkten, Fügungen und Details. Wird die Wand bekleidet oder beschichtet, ergeben sich unabhängige Gestaltungsmöglichkeiten der Wandoberflächen bezüglich Anschlüssen, Oberflächenstruktur und Oberflächenbehandlung. Bei der integrierten Vorgehensweise hingegen vereinfachen sich im Idealfall Details und Fügungen durch die Leistungsfähigkeit eines Materials, das die Summe aller Anforderungen erfüllt. Das Hauptaugenmerk liegt vielmehr auf der sorgfältigen Auswahl des geeigneten Materials. Die Sichtbarkeit von konstruktiven Bauteilen ist stets mit einem hohen Anspruch an die Planung verbunden: Fugenbild, Installationen, Einbauten etc. müssen von Anfang an berücksichtigt werden.

Massive homogene Wände

Wände aus Sichtbeton

derverwendung der Konstruktionsteile und Oberflächen lässt sich der hohe Schalungsaufwand relativieren. Dies gilt vor allem für Stahlschalungen, die sich auch zur Herstellung von Fertigteilen in größeren Stückzahlen eignen. Die Formbarkeit des Stahlbetons im Herstellungsprozess erlaubt es, der Wand weitere Funktionen zuzuweisen. Betonwände können nicht nur tragend oder nicht tragend ausgebildet sein, sondern mit entsprechender Bewehrung auch Unterzüge von Geschossdecken darstellen. Stahlbeton kann durch eine einheitliche Oberfläche sehr unterschiedliche Funktionen in Einklang bringen. Auch wenn die tragenden Elemente sichtbar belassen werden, erschließt sich die Logik der Konstruktion nicht im Detail, da die Anordnung der Bewehrung unsichtbar bleibt. Installationen können bereits in die Schalung eingelegt oder durch Aussparungen vorgesehen werden, sodass sich eine Bearbeitung nach Fertigstellung der Wand erübrigt. Es liegt nahe, weitere Ausbaumaterialien einzusparen und Beton sichtbar zu lassen. Im Gegensatz zu Sichtmauerwerk sind alle Maße frei wählbar. Es erscheint daher unkompliziert, ein homogenes Bauwerk aus Sichtbeton zu erstellen, die Planung und Ausführung präziser Oberflächen erfordert jedoch eine genaue Kenntnis des Herstellungsprozesses (siehe Gebäudehülle, S. 112). Oberflächenbearbeitung und Schalungsmaterial bestimmen die Erscheinung der Betonoberflächen. Der Spielraum variiert von spiegelnd glatten bis zu plastischen, rauen Oberflächen. Allgemein gilt: Je glatter die Oberfläche, desto heller erscheint der Beton.

Beton gilt als ein kostengünstiger Baustoff, der jedoch zur Erstellung von Wänden aufwändige Schalungen benötigt. Deshalb gibt es eine Reihe von Strategien zur Vereinfachung. Die Römer gossen Beton zwischen Ziegelwände, die Schalung diente zugleich als fertige Oberfläche. Die heute häufig verwendeten Holzschalungen stellen gleich mehrere bautechnische Anforderungen: Die Stabilität der Schalung gegenüber dem Druck der Füllung bestimmt die maximale Höhe eines Betonierabschnitts. Ebenso ist der Raum für das Einfüllen und Verdichten des Materials durch die Schalung begrenzt. Durch möglichst häufige Wie-

Schalung Sichtbetonoberflächen spiegeln stets Struktur, Befestigungsmittel und Fugen der verwendeten Schalung wider. Gängige Materialien für die Schalung sind Holz, Holzwerkstoffe und Stahl. Aber auch Glas, Faserzementplatten und Kunststoffe eignen sich prinzipiell. Ob es sich um sägeraues oder gehobeltes Holz oder um glatte, beschichtete Holzwerkstoffplatten handelt, bleibt stets ablesbar. In Abhängigkeit von den Eigenschaften des Schalungsmaterials werden weitere Maßnahmen wie z.B. die Behandlung mit Wachsen oder Ölen nötig, um

Wände vor Ort aus einer formbaren Masse herzustellen, bietet diverse Vorteile: neben der freien Formbarkeit vor allem die leichte Handhabung und die Anpassung der Wanddicke an statische und andere Erfordernisse. Geeignete Materialien sind Beton und Stampflehm. Dabei erhält die Wand ihre Form durch Einfüllen des Materials in eine Schalung, die nach Aushärtung oder Trocknung des Baustoffs entfernt wird. Die Schalung ist eine nur zu diesem Zweck errichtete ephemere Konstruktion. Bleibt die Schalung bestehen, spricht man von verlorener Schalung. Massive homogene Wände eignen sich wegen ihrer meist hohen Festigkeit als tragende Wände und dienen selten nur der Raumtrennung. Stampflehmwände

Im Vergleich zu anderen Baustoffen benötigen Stampflehmwände herstellungsbedingt größere Wanddicken (ab etwa 400 mm). Wärmeleitfähigkeit und Wärmespeicherfähigkeit von Stampflehm entsprechen in etwa den Werten von gebrannten Steinen gleicher Rohdichte. Die Unregelmäßigkeiten des Herstellungsprozesses wie Schichthöhen oder Veränderungen in der Materialzusammensetzung bleiben an den sichtbaren Oberflächen ablesbar, haptische und optische Reize können durch eine weitere Bearbeitung der Oberfläche als Relief gesteigert werden (Abb. C 4.4).

153

Wände

die gewünschte Qualität sicherzustellen. Abgesehen vom selbstverdichtenden Beton erfordert das Betonieren von Wänden mehrere Arbeitsabschnitte für das Rütteln des Betons. Beim Einbringen der Schichten entstehen leichte Veränderungen der Farbe und damit erkennbare Füllschichten. Eine mögliche Gliederung der Betonierabschnitte erfolgt durch Leisten, die in der Regel für die Abdichtung der Schalungsecken verwendet werden. Scharfkantige Betonwände erfordern aufwändige Abdichtungsmaßnahmen, damit die Kanten nicht »ausbluten«. Diese müssen während der Bauphase zusätzlich gegen mechanische Beschädigungen geschützt werden. C 4.4

C 4.5

C 4.6

Oberflächenbearbeitung Durch die Wahl des Schalmaterials sowie durch eine Behandlung vor oder nach dem Aushärten ergeben sich weitere Gestaltungsmöglichkeiten (siehe Gebäudehülle, S. 112, Abb. C 1.23): • Schalungen: - Brettschalungen - Schaltafeln mit Kunstharzoberfläche - Stahlschalungen - Kunststoffschalungen - Strukturmatrizen • Bearbeitung des noch nicht erhärteten Betons: - Abziehen - Aufrauen - Flügelglätten - Rillen - Besenstrich - Vakuumieren • Bearbeitung des erhärteten Betons: - Auswaschen - Abspitzen - Sandstrahlen - Säuern - Stocken - Schleifen - Polieren - Versiegeln

Eigenschaften Beton hat eine hohe Wärmespeicherkapazität 154

Nachhaltigkeit Sichtbetonoberflächen sind sehr dauerhaft. Andererseits ist die Nutzung durch ihre unveränderbare Lage stark eingeschränkt. In Innenräumen bildet sich an handberührten Flächen sowie durch die Reinigung der Fußböden im Sockelbereich eine dunkle Patina, die mit Hochdruckstrahlern und speziellen Reinigungsmitteln entfernt werden kann. Massive modulare Wände Das Prinzip, handliche Elemente zu Mauern zu fügen, ist eine der ältesten Bautechniken. Ausgehend von vorgefundenen Bruchsteinen entwickelten sich in der Antike Techniken zur Bearbeitung der Natursteine zu planebenen und fügbaren Quadern. Mit den künstlich hergestellten Ziegeln, deren Handhabung und Eigenschaften durch Formen und Brennen optimiert werden können, steht ein sehr leistungsfähiges Halbzeug für den Bau von Wänden zur Verfügung. Die Bauindustrie bietet inzwischen ein breites Angebot von Steinprodukten auf Basis mineralischer Baustoffe an. Die Anforderung an die Tragfähigkeit bestimmt die Art der Fügung und die erforderlichen Bindemittel. Wände aus Mauerwerk weisen allgemein gute Schalldämmeigenschaften auf und sind nicht brennbar.

Wände aus keramischen Baustoffen Bis zur Mitte des 19. Jh. standen lediglich Naturwerksteine und homogen gebrannte Ziegel zur Verfügung, die der Maurer mit einer Hand halten konnte, während er mit der anderen den Mörtel auftrug. Die Ziegelformate leiten Ankerlöcher sich vom Dünnformat (DF) oder vom NormalforUnabhängig vom Schalungsmaterial benötigt mat (NF) ab. Ein Ziegel-Vollklinker im Normaldie Schalung zusätzliche Verankerungen, die format wiegt etwa 4 kg. Infolge der technischen ein Ausbeulen der Schalung durch den Druck Entwicklung und Anforderungen des Wärmedes Betons verhindern. Die Ankerlöcher bleiben schutzes werden heute großformatige, strangnach Abbau der Schalung sichtbar. Sie können gepresste Ziegel (Lochziegel) angeboten, mit Mörtel verspachtelt, mit Stopfen verschiede- deren Hohlräume den Wärmedurchgang und ner Materialien (z.B. Faserzement, Kunststoff das Gewicht reduzieren und somit größere Foretc.) verschlossen oder offen gelassen werden. mate erlauben. Weitere Optimierungen für den Vielfach bilden die Ankerlöcher, deren gleichför- Wärmeschutz stellen Steine für Außenwände miges Erscheinungsbild exakter Planung dar, die mit Nut- und Federverbindungen mörbedarf, die charakteristische Struktur der Sicht- telfreie Stoßfugen ermöglichen und deren Hohlbetonoberflächen. räume mit Dämmstoff gefüllt sind. Einfärbung Pigmente oder spezielle Zementsorten können zur Aufhellung oder Einfärbung des Zements verwendet werden (siehe Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln, S. 58, Abb. B 3.14).

C 4.7

und Wärmeleitfähigkeit. Sichtbetonwände bieten sich als Wärmespeicher im Innenraum an. Betonoberflächen in Innenräumen werden wegen ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit jedoch in der Regel als kühl empfunden.

Wände aus mineralisch gebundenen Steinen Ungebrannte Steine aus Leichtbeton, Porenbeton, Kalksandstein und Gips benötigen im Vergleich zu Ziegeln bei der Herstellung weniger Primärenergie. Ihr Abbruchmaterial kann in der Regel deponiert werden. Kalksandsteine sind in der Produktion wiederverwendbar, d.h. sie eignen sich zum Recycling. Durch eine ausge-

Wände

reifte Fertigungstechnik sind diese Steine sehr maßhaltig und im Dünnbett mit mörtelfreien Stoßfugen versetzbar. Mauerwerksverbände Die Maßordnung des Bauwesens bildet die Grundlage für die Fügung der Steine zum tragenden Mauerwerk. Für die unterschiedlichen Wanddicken gibt es verschiedene Prinzipien. Bei großformatigen Steinen oder Wänden geringer Dicke bietet sich der Läuferverband an, bei dem die Steinbreite der Wanddicke entspricht. Er ist für verputzte Wände ohne besondere Anforderungen üblich. Folgende Verbände eignen sich für Sichtmauerwerk größerer Wanddicken mit kleinen Steinen:

unregelmäßigem Mauerwerk fügen sich unterschiedliche Formate und Steinhöhen zu Schichten. Quadermauerwerk besteht aus Steinen gleicher Abmessungen. Unabhängig davon kann die Sichtfläche mechanisch bearbeitet werden. Das Kapitel Naturstein (siehe S. 42) beschreibt diverse Oberflächenbehandlungen. Die Steinschichten eines Natursteinmauerwerks sollten entsprechend DIN 1053 und 18 332 gefügt werden. Wände aus Lehmsteinen

Durch den Einsatz von Steinen unterschiedlicher Farben oder Oberflächen ergeben sich vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten, die auf der geometrischen Ordnung des Mauerwerks aufbauen. Abb. C 4.7 zeigt eine Möglichkeit, durch Versetzen der Steine aus der Wandachse eine plastische Oberfläche zu erzielen.

Der Rohstoff Lehm wird u.a. in Form von Rohlingen für die Ziegelproduktion (so genannten Grünlingen), erdfeucht gepressten Lehmsteinen und Leichtlehmsteinen angeboten. Sie weisen vergleichbare Formate wie Ziegel auf. Lehmsteinwände haben wegen ihres hohen Eigengewichts gute Schalldämmeigenschaften. Sie vermögen Feuchtigkeitsschwankungen der Raumluft durch Sorption zu regulieren und bieten deshalb ein angenehmes Raumklima. Leichtlehmsorten erreichen entsprechend ihrer Zuschläge günstigere Wärmedämmwerte als Stampflehm. Lehmsteine werden mit Lehmmörtel oder Kalkmörtel vermauert, sie sind in allen gängigen Formaten herstellbar. Die leichte Bearbeitbarkeit von Lehmwänden bietet ein großes Potenzial an mechanischen Oberflächengestaltungen. Lehm lässt sich jederzeit mit Wasser zu einem weiterverarbeitbaren Baustoff aufbereiten (siehe Lehmbaustoffe, S. 46).

Wände aus Natursteinen

Wände aus Mauerziegeln

Für Wände aus Natursteinen bietet die große Bandbreite an Steinsorten, Formaten und Oberflächenbehandlungen eine nahezu unbegrenzte Auswahl an Oberflächen. Unbehauene oder nur teilweise bearbeitete Steine sind ebenso einsetzbar wie gesägtes und poliertes Material (Abb. C 4.6). Man unterscheidet Findlingsmauerwerk aus unbehauenen, rundlichen Feldsteinen von Bruchsteinmauerwerk aus unregelmäßigen Steinen, die aus dem Steinbruch gewonnenen werden. Sind die horizontalen Flächen (Lagerflächen) bearbeitet, spricht man von Schichtmauerwerk. Je nach Bearbeitungstiefe unterscheidet man verschiedene Qualitäten. Hammerrechtes Mauerwerk besitzt nur ungefähr orthogonale Steinoberflächen. Bei

Das Angebot an Ziegeln bietet eine große Bandbreite an Formaten und Eigenschaften. Für Sichtmauerwerk eignen sich Vollsteine, Klinker und Verblender. Für verputzte Wände werden häufig stranggepresste Ziegel eingesetzt, deren große Formate und bessere Wärmedämmeigenschaften hier von Vorteil sind. Planziegel werden werkseitig auf das exakte Maß geschliffen. Beim Vermauern mit Dünnbettmörtel werden höhere Druckspannungen zugelassen als bei vergleichbaren Mauerziegeln. Besonders schalldämmend wirken Planziegel mit großen Kammern, die nach dem Aufmauern geschossweise mit Beton verfüllt werden. Für die jeweiligen Ziegelformate und Typen sind Form- und Passsteine erhältlich, die Sonderfälle

• Im Binder- oder Kopfverband entspricht die Steinlänge der Mauerdicke. • Für den Blockverband werden Läufer- und Binderschichten wechselweise gelegt. • Beim Kreuzverband sind die Läuferschichten im Vergleich zum Blockverband zueinander versetzt.

C 4.8

bezüglich Form (Laibung, Winkel), Funktion (Rollladen, Sturz, Ringanker) oder Bautechnik (Höhen- und Längenausgleich) berücksichtigen. Eigenschaften Sichtmauerwerk aus Ziegeln wird, entsprechend seiner häufigsten Anwendung, meist mit Außenraum assoziiert. Da es sich auch für den Innenraum anbietet, eignet es sich gut als optische Verbindung zwischen Innen- und Außenraum. Die lebhafte Struktur der gemauerten Wand kommt besonders bei großen Flächen zur Geltung. Die Ablesbarkeit des Bauprozesses in einer seit Jahrtausenden praktizierten Form verleiht Wänden aus Ziegel-Sichtmauerwerk einen gewissen archaischen Charakter. Vollziegel und Klinker haben gute Wärmespeicher- und Wärmeleitfähigkeiten. So kann an heißen Tagen die durch die Wärmespeicherfähigkeit bedingte kühlere Oberflächentemperatur zu einem angenehmen Raumklima beitragen. Sichtmauerwerk aus Lochziegeln, deren Lochseite zum Raum hin offen bleibt, eignen sich bei entsprechender Materialwahl und / oder Hinterfütterung mit schallabsorbierendem Material zur Raumschalldämpfung in Vortragsräumen, Konzertsälen oder Sakralräumen (Abb. C 4.8). Nachhaltigkeit Sichtmauerwerk aus Ziegeln ist sehr dauerhaft. Die meist porösen Oberflächen bilden auch in

C 4.4 Lehmwand, Catalina Haus, Arizona (USA) 1998, Rick Joy C 4.5 Sichtbetonwand mit verspachtelten Ankerlöchern, Museum Georg Schäfer, Schweinfurt (D) 2000, Volker Staab C 4.6 Natursteinmauerwerk, Therme in Vals (CH) 1996, Peter Zumthor C 4.7 Ornament durch Versetzen von Steinen, Haus Wolf, Aggstall (D) 2000, Hild und K. C 4.8 Ziegelmauerwerk eines Industriebaus, Hoechst AG Verwaltung, Frankfurt am Main (D) 1924, Peter Behrens C 4.9 Städtische Galerie, Marktoberdorf (D) 2001, Bearth + Deplazes C 4.9

155

Wände

Innenräumen eine angenehme Patina, die den Pflegeaufwand minimiert. Eine Reinigung ist mit Wasserstrahlverfahren und evtl. chemischen Zusätzen möglich. Zahlreiche Umnutzungsbeispiele von Industriebauten des 19. Jh. belegen die Chance, die der Erhalt solcher Oberflächen bietet (Abb. C 4.9). Wände aus Leichtbetonsteinen

Zur Gruppe der Leichtbetonsteine gehören zementgebundene Steine mit Zuschlagstoffen aus Blähton, Blähschiefer und Bims. Bimsbetonsteine Die Kurzbezeichnungen LBH bzw. LBG stehen für die haufwerksporige bzw. geschlossenporige Struktur des Leichtbetonprodukts. Fertigteile aus Leichtbeton sind in der Regel geschlossenporig, Mauersteine offenporig. Bimsbeton lässt sich leicht bearbeiten, sägen und bohren. Übliche Wanddicken von 95 mm leisten mindestens 120 Minuten Feuerwiderstand. Vollsteine werden in Steinhöhen von 115 und 238 mm hergestellt, Hohlblöcke in den Formaten 8 –20 DF, d.h. bis zu 490 ≈ 300 ≈ 238 mm. Bei der Vermauerung mit Dünnbettmörtel kommen so genannte Planblöcke und Plansteine mit geschliffenen Oberflächen für geringere Fugendicken zum Einsatz. Auch für mörtelfreie Verbindungen der Lagerfuge (Trockenmauerwerk) existieren passende Steinformate. Vollsteine aus Bimsbeton eignen sich wegen ihrer hohen Rohdichte von bis zu 2,0 kg / dm3 auch für schalldämmende Trennwände. Die hohe Maßhaltigkeit ermöglicht eine Vorfertigung großformatiger Planelemente für die Erstellung kompletter Gebäude. Funktionssteine für Anschläge, Stürze, Rollläden, Deckenränder usw. ergänzen das Angebot. Blähleichtbetonsteine Blähton hat ähnliche Eigenschaften wie Bimsbeton, auch das Produktangebot ist vergleichbar. Um Blähton herzustellen, wird Ton bei etwa 1200 C gebrannt. Für die dabei entweichenden organischen Bestandteile des Tons ist eine Abluftaufbereitung erforderlich. Die Blähtonkugeln sind druckfest, gut wärmedämmend und leicht.

Wände aus Hüttensteinen

Hüttensteine sind Mauersteine aus granulierter Hochofenschlacke und mineralischen Bindemitteln. Sie sind in frostbeständiger und nichtfrostbeständiger Qualität erhältlich. Man unterscheidet: • Hütten-Vollsteine (HSV) • Hütten-Lochsteine (HSL) • Hütten-Hohlblocksteine (HHbl) Wände aus Porenbeton

Porenbeton eignet sich wegen seiner guten Wärmedämmeigenschaften zur Herstellung von Innen- und Außenwänden. Auch tragende Bauteile können aus Porenbeton errichtet werden. Wärmespeicherkapazität und Gewicht sind relativ gering. Porenbeton gleicht Feuchtigkeitsschwankungen der Raumluft aus, ist wasser- und feuerbeständig. Verarbeitung Porenbeton ist leicht zu verarbeiten. Steine können auf der Baustelle mit der Handsäge zugeschnitten werden, die Vorfertigung großformatiger Bauelemente ist weit verbreitet. Planungshinweise Porenbetonsteine werden in vier Festigkeitsklassen angeboten. Gemäß DIN 4165 setzt sich die Steinbezeichnung aus der Porenbetonnorm, dem Kürzel für den Produktnamen, der Festigkeitsklasse, der Rohdichteklasse und den Maßen zusammen, z.B. DIN 4165-PP (Porenbeton-Planstein) 2– 0,4 –499 ≈ 300 ≈ 249. Verblendplatten, Planplatten und Planblöcke können von Hand versetzt werden, Großblockmauersteine dagegen nur mit technischen Hilfsmitteln. Die Verbindung der maßhaltigen Steine, Blöcke und Platten erfolgt in der Regel mit Dünnbettmörtel, Stoßfugen mit Nut- und Feder ermöglichen auch mörtelfreie Verbindungen. Geschosshohe, tragende Elemente erlauben eine schnelle Montage. Sie müssen durch Ringanker aus Beton gesichert werden. Porenbetonprodukte müssen künftig der Norm DIN EN 771 entsprechen. Sichtflächen in Porenbeton sind nur im Innenraum möglich. Wegen ihrer porösen und für mechanische Beschädigungen anfälligen

Oberflächen empfiehlt es sich jedoch auch hier, die Wände zu beschichten (z.B. mit Putz). Wände aus Kalksandsteinen (KS)

Die Abmessungen von Kalksandsteinen entsprechen der Maßordnung für Ziegel (DIN 106). Beispielsweise ist DIN 106-KS-R-121,8 -4 DF die Bezeichnung eines Kalksandsteins, für die Verwendung mit Dünnbettmörtel (R = Nut- und Feder-Stein), 12 bezeichnet die Festigkeitsklasse und 1,8 die Steinrohdichte. Das Format wird wie bei Ziegeln in Vielfachen von DF angegeben. Kalksandsteine eignen sich wegen ihrer relativ glatten Oberfläche für Sichtmauerwerk. Sie sind normalerweise hellgrau bis weiß, können aber durch Zuschläge andere Farbtönen erhalten. Bei der Verarbeitung von Sichtmauerwerk aus Kalksandstein muss auf den Schutz der empfindlichen Kanten geachtet werden. Gipswandbauplatten

Gipswandbauplatten nach EN 12 859 sind im Gegensatz zu den vorgenannten Steinen nicht als tragende Wände zugelassen. Als nicht brennbarer und gut schalldämmender Baustoff bieten sie sich aber für viele Bereiche an. Sie sind platzsparend, leicht versetzbar, hoch dampfdurchlässig und verbessern durch ihr Sorptionsverhalten das Raumklima. Für die Aufnahme von Installationen und Leitungen ist das Material leicht zu bearbeiten, es wird deshalb häufig auch für Vorsatzschalen vor Installationsschächten verwendet. Die Industrie bietet Wandbauplatten in drei verschiedenen Rohdichten und in Dicken von 50, 70, 80 und 100 mm an, ein übliches Format beträgt 666 ≈ 500 mm. Die Platten besitzen Nut- und Federkanten, die miteinander verklebt werden. Nach dem Spachteln der Fugen entstehen planebene Oberflächen, die sich unverputzt als Untergrund für Tapeten und Beschichtungen eignen. Glassteinwände

Mit Glassteinen lassen sich lichtdurchlässige Wände mauern. Der Lichtdurchlassgrad beträgt ca. 80 %, eingefärbt weniger. Standardgrößen liegen bei 150 ≈ 150 und 300 ≈ 300 mm, die Tiefe beträgt 80 –100 mm.

C 4.10 Systembauweise mit Dämmsteinen C 4.11 Systembauweise mit vorgefertigten Holzmodulen C 4.12 Glassteinwand, Academy of Arts and Architecture, Maastricht (NL) 1993, Wiel Arets C 4.13 gebogene Profilglaswand, Verwaltungsgebäude, Erlangen (D) 2002, Wulf & Partner C 4.14 Lärchenholzschalung, Rheinisches Landesmuseum, Bonn (D) 2003, Herrmann + Bosch C 4.15 Detail einer Fachwerkwand, Eifel (D) C 4.10

156

C 4.11

Wände

Glasbausteine haben einen luftgefüllten Hohlraum und erreichen Dämmwerte von ca. 1,5 – 3,2 W / m2K. Die Mörtelfugen stellen hinsichtlich des Wärmeschutzes eine Schwachstelle dar, deshalb werden auch mörtelfreie Verbindungstechniken angeboten. Glasbausteine sind bis zu 60 Minuten feuerbeständig, sie behindern jedoch nicht die Wärmestrahlung. Sie sind schalldämmend und können keine tragende Funktion übernehmen. Nur die sorgfältige Ausbildung von Bewegungsfugen und gleitenden Anschlüssen gewährleistet, dass Wände aus Glasbausteinen zwängungsfrei bleiben. Die hohe Lichtdurchlässigkeit ohne Durchsicht erlaubt den Einsatz von Glasbausteinen auch in Situationen, die keine Fenster zulassen. Sortenreines Glas kann in den Herstellungsprozess wieder eingeschmolzen werden. Die Lebensdauer einer Glassteinwand wird lediglich durch die Mörtelfugen begrenzt. Massive lineare Bauweisen Lineare Bauelemente lassen sich horizontal oder vertikal zu Wandelementen fügen. Die vertikale Fügung mit raumhohen Elementen ist üblich, horizontale Fügungen sind eher selten. Wände aus Gipsplatten-Wandbaufertigtafeln

Die nach der Vornorm prEN 13 915 definierten, raumhohen vorgefertigten Gipsplatten-Wandbaufertigtafeln heißen vereinfacht auch Gipsdielen. Eigenschaften und Anwendungen sind vergleichbar mit denen von Gipswandbauplatten (siehe S. 156). Holzblockbauwände

Gehobelte, sägeraue Holzbalken oder geschälte Rundholzstämme verbinden sich durch Ausklinken der Stämme und Ineinanderlegen an den Raumecken. Da der Verband und die Deckenkonstruktion die Spannweite des Holzes berücksichtigen müssen, sind Raumbreiten bis ca. 4,50 m üblich. Holzblockbauwände haben eine vergleichsweise grobe Ästhetik. Die vorindustriell geprägte Bauweise wird heute nur noch selten verwendet. Profilglaswände

Eine preisgünstige Alternative zu Flachglas für transluzente, nicht tragende Wände ist Profilglas (Abb. C 4.13). Die verschiedenen Typen erfasst DIN 1249 Teil 5. Sie unterscheiden sich in der Breite der Stege und der Höhe der Flansche. Üblicherweise werden Längen bis 7 m hergestellt. Profilgläser mit Drahteinlage erfüllen die Anforderungen an Splitterschutz und Ballwurfsicherheit. Profilbauglas ist in verschiedenen Farbtönen, als Weißglas und als vorgespanntes Glas erhältlich (siehe Glas, S. 86). Der Einbau erfolgt in der Regel mit Aluminiumprofilen, in welche die Elemente eingestellt sind. Die Vertikalfugen werden mit Silikon geschlossen. Demontage und Wiederverwendung der so gefügten Wände sind möglich.

Kleinteilige Systembauweisen Die Industrie bietet eine Reihe von Systemen an, mit denen Wände wie Mauerwerk gefügt werden können. Meist handelt es sich um leichte, stapelbare Hohlkörper, die je nach Anforderung verfüllt werden und sich somit für den Selbstbau eignen. Speziell geformte Hohlkörper aus Polystyroldämmstoff können mittels Nut-und-Feder-Verbindungen zusammengesetzt werden (Schalungssteine). Der durchgehende Hohlraum wird mit Beton verfüllt. Sie eignen sich zur Erstellung von Gebäuden ohne Schalung. Es werden alle für das System notwendigen Elemente für Gebäudecken, Fensterlaibungen etc. vorgefertigt. Ein anderes System aus Holzelementen bildet durch die Verbindung von vorgefertigten Holzkästen eine oberflächenfertige Wand. Außenwände können auf dieser Basis mit schüttfähigen Dämmstoffen ergänzt werden. Die Gebäudeerstellung erfolgt weitgehend ohne Werkzeug. Für die Elementherstellung kommen Vollholz und Holzwerkstoffplatten in Betracht. Die verschiedenen Produkte aus Ziegel- oder Leichtbetonsteinen, deren Hohlräume Dämmstoffe enthalten, zählen zu den kleinteiligen Systemen für Außenwände mit Wärmeschutzanforderungen. Die Stoßfugen dieser Ziegel werden als Nut- und Feder-Verbindungen ausgeführt, um Wärmeverluste über die Fugen zu minimieren.

C 4.12

C 4.13

Großformatige Systembauweisen Konstruktive Überlegungen bestimmen im Wesentlichen die Entscheidung für die Erstellung von Wänden mit Bausystemen aus Betonfertigteilen, in Holzfertigbauweise oder mit Großziegeln. Die Materialeigenschaften unterscheiden sich nicht signifikant von bereits beschriebenen Bauweisen. Ein Beispiel für ein System mit Großziegelwänden ist die Hotelfachschule in Nivilliers (siehe Beispiel 19, S. 245ff.). Holztafelbau und Holzrahmenbau ermöglichen ebenfalls die Vorfertigung großer Elemente, die mit Holzwerkstoffen beplankt werden. Diese Wandaufbauten werden im Abschnitt Mehrschichtige Wände verglichen (siehe S. 158).

C 4.14

Brettlagenholz oder Dickholz

Die Verleimungstechnik ermöglicht effiziente Massivbauweisen aus Holz. Aus Brettseitenware entstehen durch kreuzweises Verleimen Brettsperrholzbauteile mit Materialdicken von 50 bis 300 mm und Formaten bis 4,80 ≈ 20 m. Die massiven Wandbauteile bieten gegenüber der Holzblockbauweise aus Vollholz viele Vorteile: Schwinden und Rissbildung werden weitgehend vermieden, die Materialdicke kann reduziert und die Wände können zur Aussteifung des Gebäudes hinzugezogen werden. Die millimetergenaue Vorfertigung gebäudehoher Wände verkürzt die Bauzeit erheblich. Trotz des hohen Materialbedarfs ist die BauweiC 4.15

157

Wände

C 4.16 Skelettbau mit freistehender Trennwand Villa Tugendhat, Brünn (CZ) 1930, Ludwig Mies van der Rohe C 4.17 systematische Darstellung von Beplankungen und Bekleidungen von Wänden C 4.18 Furnierschichtholz, Pavillon »grüne Universität« IGA, Stuttgart (D) 1993, Cheret und Bozic C 4.19 Wandbekleidung mit gebogenen Sperrholzplatten, Nord LB, Magdeburg (D) 2003, Bolles und Wilson C 4.20 Treppenraum aus MDF, Kunstmuseum Winterthur (CH) 1998, Gigon + Guyer

C 4.16

se durch die Verwendung kostengünstiger, minderwertiger Bretter wirtschaftlich. Die Oberflächen sind als Sichtflächen für einfache Bauten geeignet; in Zukunft sind hochwertigere Oberflächen zu erwarten, die den Einsatzbereich erweitern werden (Abb. C 4.14).

Der aus dem Schiffsbau stammende Begriff »Beplankung« bezeichnet eine mittragende oder aussteifende Platte. Bekleidungen dagegen sind akustisch oder brandschutztechnisch wirksame oder optische Abschlüsse ohne aussteifende Funktion. Wände mit tragender Funktion

Einschichtige Wände Wände, die tragende stabförmige Elemente in Wanddicke enthalten, stellen den Übergang zur Skelettbauweise dar. Die Wandfläche wird durch Füllung der Zwischenräume (einschichtig) oder durch Beplankung (mehrschichtig) der tragenden Bauteile hergestellt. Die häufigste Anwendung dieser Bauweise ist die traditionelle Holzfachwerkbauweise mit einer flächenbündigen Füllung aus Mauerwerk, Lehm oder mineralischen Steinen. Fachwerkkonstruktionen mit Traggliedern aus Stahl oder Beton entsprechen nicht den heutigen Anforderungen an den Wärmeschutz, sie benötigen einen mehrschichtigen Wandaufbau. Holzfachwerke werden in der Regel für ganze Gebäude – also auch für die Außenwände – konzipiert. Seit Inkrafttreten der Wärmeschutzverordnung gilt, dass der Wärmedurchgang bei massiven Holzbauteilen ebenfalls mit Dämmschichten reduziert werden muss, d.h. sichtbares Holzfachwerk kann seither nur noch für Innenwände eingesetzt werden. Als Füllmaterialien eignen sich neben Ziegeln und mineralische gebundenen Steinen besonders die leicht zu bearbeitenden Lehmbaumaterialien. Die hohe Kapillarität von Lehm wirkt feuchtigkeitsregulierend: Sie verhindert eine zu hohe Feuchtigkeit im Holz und schützt somit die Konstruktion. Mehrschichtige Wände Die Verbreitung der Bauweisen mit stabförmigen Tragelementen hat die Entwicklung und Vielfalt mehrschichtiger Wandaufbauten entscheidend gefördert. Hierbei unterscheidet man zwischen Wänden mit tragender, aussteifender und solchen mit nicht tragender Funktion. 158

Zu den Wänden mit tragender Funktion zählen alle Wandkonstruktionen mit Tragelementen zwischen den beiden Wandoberflächen, z.B.: • Holzständerbauweise • Holzrahmenbauweise • Holztafelbauweise Bei der Holzständerbauweise kommt dem raumabschließenden Material keine tragende Funktion zu. Die Aussteifung erfolgt z.B. durch diagonal verlaufende Winkel, Bleche oder Metallbänder. Neben Verschalungen aus Brettern bieten eine Vielzahl industriell hergestellter Platten diverse Möglichkeiten, Wände zu bekleiden und ihnen so individuelle Eigenschaften zu verleihen. Die Rahmenbauweise erfordert in der Regel eine Beplankung der Wand, welche die Horizontalkräfte des Bauwerks überträgt. Hierfür eignen sich Holzwerkstoffplatten. Bei der Tafelbauweise übernimmt die Beplankung auch einen Teil der Abtragung der Vertikallasten. Dieser Anforderung entsprechen Tafeln aus Brettlagenholz, Mehrschichtplatten und Furnierschichtholz. Wände mit nicht tragender Funktion

Die Reduzierung der vertikal tragenden Elemente auf frei stehende Stützen ermöglicht im Skelettbau die Einteilung der Räume unabhängig von Deckenspannweiten. Die Tragstruktur löst sich von der Raumbegrenzung, die nun mit nicht tragenden Wänden völlig frei gestaltet werden kann. Ludwig Mies van der Rohes Deutscher Pavillon in Barcelona oder die Villa Tugendhat in Brünn sind Beispiele für eine konsequente Umsetzung dieses Prinzips (Abb. C 4.16). Die Skelettbauweise in Stahl, Stahlbeton oder Holz bietet neben der freien Grundrissgestaltung Vorteile der Flexibilität und verkürzter Bauzeiten.

Herstellung

Grundgerüst mehrschichtiger Wände ist in der Regel ein Holz- oder Metallständerwerk. Holzständer besitzen meist die Dimension der Wanddicke. Bei Metallständerkonstruktionen bildet ein umlaufendes U-Profil das Grundgerüst, in das die so genannten Ständer in regelmäßigen Abständen eingestellt werden. Anforderungen

Zur Bekleidung und Beplankung von Wänden steht eine große Vielfalt von Materialien zur Verfügung. Auswahlkriterien sind u.a: • konstruktive Anforderungen: - tragend - aussteifend - nicht tragend • bauphysikalische Anforderungen: - Schallschutz - Feuchteschutz - Wärmeschutz - Brandschutz - Raumakustik • funktionale Anforderungen: - mechanischer Schutz - Einbauten von Installationen • gestalterische Anforderungen: - Oberflächennivellierung - Verkleidung von Installationen - Farbe - haptische Qualität Wegen ihres geringen Gewichtes und ihrer Wirtschaftlichkeit werden in der Baupraxis häufig Wände aus mineralisch gebundenen Platten verwendet. Eine 115 mm dicke Trennwand aus Gipsplatten wiegt ca. 25 kg / m2, eine gleich starke massive Wand dagegen ca. 140 kg / m2. Raumteilungen sind somit durch leichte Trennwände unabhängig von der statischen Tragfähigkeit der Decke möglich. Die Standsicherheit wird nach DIN 4103 gewährleistet, welche die biegefeste und unverschiebliche Ausführung vorschreibt. Durch die Wahl ihrer Komponenten – Ständer, Dämmschicht und Bekleidung – lassen sich die Wände unterschiedlichen Anforderungen anpassen:

Wände

Vollholz

Brettschalungen (Nut und Feder)

Lagenholz

Verbundplatten

Holzspanplatten

Dreischichtplatten

Stabsperrholz (ST)

Langspanholz

Fünfschichtplatten

Stäbchensperrholz (STAE)

OSB-Platten

Blockholzplatten

Spanplatten (P)

Furnierschichtholz (FSH)

Strangpressplatten (ES)

Bau-Furniersperrholz (BFU)

Strangpressröhrenplatten (ET)

Holzfaserplatten

mineralisch gebundene Platten

mitteldichte Faserplatten (MDF)

gipsgebundene Spanplatten

poröse Faserplatten (SB)

zementgebundene Spanplatten

mittelharte Faserplatten (MBL / MBH)

Faserzementplatten

harte Faserplatten (HB)

Gipsfaserplatten

Lehmplatten

Leichtlehmplatten

Gipsplatten Zementfaserplatten Perliteplatten

C 4.17

Schallschutz Einfache Anforderungen an den Schallschutz werden durch Füllung des Hohlraums mit Dämmstoffen erreicht. Sind die beiden Wandschalen auf getrennten Unterkonstruktionen montiert, verbessern sich die Schalldämmeigenschaften erheblich. Häufige Schwachstellen bilden Fugen und Anschlüsse an flankierende Bauteile, die deshalb besonders sorgfältig gemäß DIN 4109 ausgebildet werden müssen. Brandschutz Beplankungen aus mineralisch gebundenen Platten sind feuerbeständig. Je nach Schichtaufbau lassen sich damit Feuerwiderstandsklassen (gemäß DIN 4102-2) von F 30 bis F 90 erreichen. Installationsmöglichkeiten Wegen der leichten Rückbaumöglichkeit eignen sich mehrschichtige Wände zur Abtrennung von Installationsschächten. Die leicht zu bearbeitenden Beplankungsmaterialien erlauben auch einen nachträglichen Einbau. Mechanischer Schutz Die Anschlüsse an tragende Bauteile, z.B. an Decken aus Beton, müssen deren Verformungsverhalten berücksichtigen, damit die nicht tragenden Wände nicht beschädigt werden. Eine gleitende Ausbildung der Deckenanschlüsse soll sicherstellen, dass keine Lasten aus der Konstruktion in die Wände eingeleitet werden.

C 4.18

Bekleidung / Oberflächennivellierung Mit mineralisch gebundenen Platten beplankte Wände eignen sich nach Spachteln der Fugen direkt für den Auftrag von Beschichtungsstoffen oder Tapeten. Sie erscheinen optisch wie massive Bauteile, weisen jedoch im Vergleich geringere Ausführungstoleranzen auf. In Altbauten bekleidet man deshalb die Wände häufig ohne Unterkonstruktion, um Unebenheiten mit geringem Aufwand zu korrigieren. Damit keine unansehnlichen Risse durch Bauwerksbewegungen oder Klimaschwankungen entstehen, muss auf eine sachgerechte Ausführung der Plattenstöße und Anschlüsse geachtet werden. Beplankungen und Bekleidungen aus Holz und Holzwerkstoffen

Holzwerkstoffplatten können die Holzkonstruktion mittragen und aussteifen. Lediglich MDFPlatten sowie Holzfaserdämmplatten sind für solche Anwendungen nicht zugelassen. Einen Sonderfall stellen hochfeste Multiplexplatten aus Buchenholz (BFU-BU) dar, deren Herstellungskosten den Einsatz für tragende Bauteile jedoch selten rechtfertigen. Je nach Einsatzbereich der Holzwerkstoffplatten muss die Qualität den Holzwerkstoffklassen entsprechen (siehe Holz und Holzwerkstoffe, S. 72). Vollholz Die Verbindung von Brettern zu einer geschlossenen Wandoberfläche erfolgt über Nut-und

C 4.19

Feder-Verbindungen oder stumpf gestoßene Rechteckprofile. Ein Gestaltungsmerkmal ist die Ausbildung von Längsfugen, die zusammen mit der angefrästen oder lose eingelegten Feder die Struktur der Beplankung bestimmen. Als Sichtoberflächen eignen sich gehobelte und geschliffene Bretter. Die Befestigung erfolgt sichtbar oder verdeckt. Holzwerkstoffe Holzwerkstoffe werden bevorzugt für Beplankungen im Holzbau eingesetzt. Bleiben Bekleidungen aus Holzwerkstoffplatten sichtbar, so müssen entsprechend den maximalen Abmessungen (siehe Holz und Holzwerkstoffe, S. 72, Abb. B 6.16) Stoßfugen in der Planung berücksichtigt werden. Stoßfugen können stumpf, mit Nut und Feder oder durch Überblatten ausgebildet sein. Da die Kanten von Mehrschichtplatten in ihrer Qualität den Oberflächen entsprechen, können sie sichtbar bleiben. Die Kanten von Baufurniersperrholz und von Furnierschichtholz besitzen durch die eng liegenden Furnierschichten einen besonderen Reiz und werden daher auch als gestalterisches Mittel genutzt. Die Oberflächen der Platten bestehen aus Vollholz oder Furnier minderer Qualität. Für den Einsatz als Akustikbekleidungen ermöglichen CNC-Fräsen nahezu beliebige Lochungen und Schlitzstrukturen. Abb. C 4.18 zeigt ein Beispiel mit Wänden aus sichtbarem Furnierschichtholz.

C 4.20

159

Wände

Verbundplatten Verbundplatten finden überwiegend im Innenausbau und im Möbelbau Verwendung und werden häufig mit hochwertigen Furnieren versehen. Die Kanten furnierter Platten benötigen aus optischen Gründen einen Anleimer, z.B. aus Vollholz.

beschichtet werden. So lassen sich fugenlose Flächen herstellen, die mit Beschichtungsstoffen versehen eine puristische Raumwirkung entfalten (Abb. C 4.21). Um ein homogenes Erscheinungsbild von Wänden und Decken aus mineralisch gebundenen Platten dauerhaft zu gewährleisten, müssen die Fugen sachgerecht geplant und ausgeführt werSpanplatten den. Anschlüsse an andere Bauteile erfolgen mit Spanplatten dienen in der Regel als Träger für einer elastischen Fuge, damit die LängenändeFurniere oder robuste Beschichtungen, z.B. aus rungen der Baustoffe durch Temperatur und Melaminharz oder Schichtstoff aus harzgetränk- Luftfeuchte keine Risse erzeugen. Häufig entsteten, gepressten Papieren (HPL=High-pressure- hen durch mechanische Belastungen oder laminate). Unbehandelte Kanten der Spanplatdurch unzulässige Klimaschwankungen wähten sind porös und stoßempfindlich. Sie dienen rend der Bauphase Risse in den gespachtelten häufig als aussteifende Beplankungen, als Plattenstößen. Die Stöße können mit FugendeckBekleidung von Wänden und Decken sowie für streifen (mit Glasfaserbewehrung) überdeckt Trennwände. Beidseitig beschichtete oder werden, um eine Rissbildung zu vermeiden. Weil beplankte Strangpressröhrenplatten mit durchsich die Plattenstöße in der Fläche besonders brochener Oberfläche (LRD) werden für Akustik- bei Streiflicht auch im beschichteten Zustand bekleidungen hergestellt. LMD bezeichnet eine abzeichnen, kommt der Verspachtelung besonsolche stranggepresste Platte ohne Hohlräume. dere Aufmerksamkeit zu. Nach einem Normentwurf unterscheidet man vier Qualitätsstufen: Holzfaserplatten Die Grundverspachtelung (Q 1) verlangt das Mitteldichte Faserplatten (MDF) bietet der Markt Schließen der Fugen und der Löcher der Befestiin mehreren Farbtönen an. Die Kanten weisen gungsmittel. Bei der Standardverspachtelung geringe Strukturunterschiede zur strapazierfähi- (Q 2) werden die Übergänge so weit eingeebnet, gen, dichten Oberfläche auf, d.h. diese Platten dass ein Tapezieren mit Raufaser oder ein Putzeignen sich ohne Kantenschutz für Wände und auftrag möglich ist. Um sichtbare Plattenkanten Möbel. Abb. C 4.20 zeigt einen Treppenraum bei Streiflicht auszuschließen, reichen selbst mit sichtbaren mitteldichten Faserplatten. großflächiges Spachteln und nachträgliches Verschleifen (Sonderverspachtelung Q 3) nicht aus. Wandbekleidungen aus mineralisch gebundenen Erst die Stufe Q 4 verlangt ein vollständiges Platten Spachteln und Schleifen der Oberfläche und Mit Ausnahme der Gipsplatte können diese Plat- garantiert einen geeigneten Untergrund für ten im Holzbau mittragend und aussteifend ein- Beschichtungsstoffe, glatte Tapeten und hochgesetzt werden. Überwiegend finden sie jedoch wertige Oberflächen. Verwendung als Bekleidung von nicht tragenGipsgebundene Spanplatten den Trennwänden, als Trockenputz und – wegen ihrer guten Brandschutzeigenschaften – Gipsgebundene Flachpressplatten eignen sich als mittragende und aussteifende Beplankung als Ummantelung von Bauteilen. Die Platten von Wandtafeln für Holzhäuser in Tafelbauart werden auf die Unterkonstruktion genagelt, (siehe Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln, geschraubt oder geklammert und können mit S. 61). Ansetzmörtel auf massive Wände geklebt werden. Fliesen und keramische Beläge lassen sich Zementgebundene Spanplatten mit Dünnbettklebern direkt aufbringen. Zementgebundene Flachpressplatten (EN 634) eignen sich als Brandschutzbekleidung, FurnierFugenbehandlung träger und als Trägerplatte für Fliesen (siehe Nach Verspachteln der Fugen können die PlatBaustoffe mit mineralischen Bindemitteln, S. 61). ten ohne weitere Oberflächenbehandlung

Faserzementplatten Mit diesen witterungsbeständigen Platten lassen sich im Außen- wie im Innenbereich sehr dauerhafte Wandoberflächen herstellen. Farbige Flächen können auch mit unbehandelten Platten hergestellt werden, da es eine breite Auswahl von mit Pigmenten und anderen Zuschlägen durchgefärbte Platten gibt. Gipsplatten Gips- und Gipsfaserplatten machen den größten Anteil an Beplankungen von Wand- und Deckenkonstruktionen aus. Im Vergleich zu massiven Wänden fühlen sich Wandoberflächen aus Gipsplatten wärmer an, weil die geringe Gesamtmasse sich schnell erhitzt. Gipsplatten eignen sich dazu, ohne großen Aufwand mit verschiedenen Unterkonstruktionen aus Holz, Metallprofilen oder auch als Trockenputz ebene Wandflächen herzustellen. Als Unterkonstruktion sind Metallprofile nach DIN EN 14 195 weit verbreitet. DIN 18 181 bzw. in Zukunft DIN EN 14 566 beschreibt die Mindestabstände für Metallprofile. Bei der üblichen Längsbefestigung beträgt der maximal zulässige Abstand beispielsweise 625 mm. Die empfohlenen Abstände hängen von der Befestigungsrichtung und der Plattendicke ab. Zusätzliche Bekleidungen durch geklebte mineralisch gebundene Platten oder keramische Beläge müssen bereits in der Unterkonstruktion berücksichtigt werden. Bei mehrlagigen Beplankungen versetzt man die Plattenfugen gegeneinander. Die Auswahl der Plattentypen für Wandbekleidungen hängt von den Anforderungen an Brandschutz, Feuchtigkeit und Festigkeit ab. Zementfaserplatten Zementfaserplatten sind derzeit noch nicht genormt. Sie können als mittragende Schicht in Holzbauten oder – mit bauaufsichtlicher Zulassung – als temporärer Witterungsschutz eingesetzt werden. Perlitebauplatten Perlitebauplatten sind im Gegensatz zu Gipsplatten wasser-, frost- und witterungsbeständig und eignen sich daher gut als Vorsatzschalen in Nassräumen (siehe Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln, S. 61). Sie müssen an den eigens dafür vorgesehenen Löchern verschraubt werden, ein spezieller Klebstoff schließt die Fugen. Leichtlehmbauplatten

Leichtlehmbauplatten sollten mit dem Untergrund (Unterkonstruktionen oder massive Wände) verschraubt sein. Ansonsten können sie wie andere Trockenbauplatten verarbeitet werden. Ihre Oberfläche erhält in der Regel eine Putzbeschichtung (siehe Lehmbaustoffe, S. 47). C 4.21 Bekleidungen mit Gipsplatten, Sammlung Frieder Burda, Baden-Baden (D) 2004, Richard Meier C 4.22 Ökobilanzdaten von Wänden, Wand- und Deckenbekleidungen C 4.21

160

Wände

Massive Wände Schichtaufbau * Datenherkunft siehe Ökobilanzierung, S. 100

PEI Primärenergie nicht ern. [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP Sommersmog [kg C2H4 eq]

650

83

45

0,000010

0,21

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0,010

96

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0,012

0,0011

0,0010

410

14

65

0

0,25

0,018

0,013

247

5,1

26

0

0,092

0,0076

0,0070

517

14

56

0

0,13

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0,030

186

2,5

8,9

0

0,037

0,0036

0,0050

599

12

79

0

0,15

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0,011

182

179

-5,9

0

0,064

0,0076

0,013

PEI Primärenergie nicht ern. [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP Sommersmog [kg C2H4 eq]

97

50

1,2

0

0,030

0,0034

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84

2,0

-0,2

0

0,022

0,0028

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239

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8,9

0

0,034

0,0035

0,0040

40

281

-26

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0,015

0,0018

0,0050

177

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-23

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0,0069

0,032

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-9,7

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0,018

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0,0020

40

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-9,7

0

0,018

0,0018

0,0020

Massive homogene Wände Stahlbeton Stahlbeton (C 25 / 35), 2 % Stahlanteil (FE 360 B), 200 mm Massive modulare Wände Lehmstein* Lehmstein luftgetrocknet, ρ = 1400 kg / m3, 240 mm Lehmmörtel Porenbetonstein Porenbetonstein (PPW 4– 0,6 NuF), 240 mm Mauermörtel MG III Bims-Leichtbetonstein Bims-Leichtbetonstein (VBL 2), 240 mm Mauermörtel MG III Kalksandstein Kalksandstein (KSL 12 / 1,4) 240 mm Mauermörtel MG II Gipsdiele Gipsdiele, 100 mm Gipsmörtel MG IV Hochlochziegel Hochlochziegel (HLz 12 / 1,2), 240 mm Mauermörtel MG II Ständerwände Holzständerwand Gipsplatte (Typ A), 12,5 mm Holzständer, 80 ≈ 40 mm Mineralwolle, 40 mm Gipsplatte (Typ A), 12,5 mm Wand- und Deckenbekleidungen Schichtaufbau * Datenherkunft siehe Ökobilanzierung, S. 100 Mineralische Bekleidungen Gipsplatte* Gipsplatte (Typ A), 12,5 mm geschraubt, Randanschluss Nadelschnittholz Lehmbauplatte Lehmfeinputz, Jutegewebe, 4 mm Lehmbauplatte, 20 mm Holzunterkonstruktion geschraubt, 24 mm Glaswand Glaswand (ESG SSK 3), 8 mm Acrylverfugung Holzbekleidungen Holzverschalung Holzverschalung (Fichte NuF), 19,5 mm geschraubt Furniersperrholz Furniersperrholz, 22 mm geschraubt Oriented Strand Board* OSB-Platte, 19 mm geschraubt Spanplatte* Spanplatte P1, 19 mm geschraubt

C 4.22

161

Decken

C 5.1

Decken überspannen Räume und bilden gleichzeitig den Fußboden für das darüber liegende Geschoss. Die Untersicht der Decke bestimmt wesentlich die Wirkung des Raums. Gottfried Semper verwies auf den textilen Ursprung des Wortes »Decke«: die schützende Decke ist damit ein Symbol für die Überhöhung eines Ortes (Baldachin). In der Entwicklung der Deckenbauweisen zeigt sich die erweiterte Verfügbarkeit von Materialien und Konstruktionsarten besonders deutlich. Vor der Industrialisierung gab es zur Herstellung von Geschossdecken prinzipiell zwei Möglichkeiten: das Gewölbe aus Stein, welches als Massivbaukonstruktion eine große Konstruktionshöhe benötigt und die Verwendung von Holzbalken, die horizontal den Raum von Wand zu Wand überspannen. Die letztgenannte Konstruktionsart ist bis weit ins 20. Jh. die vorherrschende. Die Länge der verfügbaren Hölzer begrenzt die Raumtiefe stützenfreier Holzbalkendecken, die Druckfestigkeit des Materials die Dimension von Gewölben. Massiv- und Skelettbauweise werden im 20. Jh. durch effiziente Systeme der Beton-, Stahl-, und Mischkonstruktionen erweitert. Stahl und Stahlbeton ermöglichen große Spannweiten bei geringer Konstruktionshöhe. Besonders die Einführung zweiachsig tragender Betondecken veränderte die Architektur wesentlich. Le Corbusiers Eisenbeton-Skelett-System Domino für mehrgeschossige Bauten nimmt 1914 die heute weit verbreitete Skelettbauweise vorweg.

C 5.1 C 5.2 C 5.3 C 5.4

MUSAC Museum, León (E) 2005, Mansilla y Tuñón Übersicht Decken und Böden systematische Darstellung von Konstruktionsprinzipien für Decken Beispiele von Massivdeckenbauweisen a Kassettendecke b Hohlkörperdecke c Profilblechverbunddecke d Verbundflachdecke e Spannbetonhohlplatten f Massivbalkendecke

6

7

1

2

3

Im Holzbau ermöglichen Holzwerkstoffe und die Leimholztechnik größere Spannweiten. Die Auswahl des Materials der Decken beeinflusst wegen ihres großen Anteils an der Baumasse ganz wesentlich die ökologische Bilanz von Gebäuden. Sichtbare Konstruktionen stellen eine Herausforderung dar, sowohl konstruktiven Belangen als auch der gestalterischen Bedeutung der Decken zu entsprechen. Standsicherheit Ausschlaggebend für die Baustoffwahl bei Decken ist im Hinblick auf die Standsicherheit der Konstruktion zunächst die mögliche Spannweite der gewählten Baustoffe. In der Regel kommt den Decken auch die Aufgabe zu, die Horizontalkräfte, z.B. aus Windlasten, Lotabweichungen und Erdbeben auf die aussteifenden Wände weiterzuleiten. Grundsätzlich müssen Bauhöhe, Materialaufwand und Eigengewicht der Konstruktion gegeneinander abgewägt werden. Dabei sollte das Eigengewicht der Konstruktion in angemessenem Verhältnis zur Nutzlast stehen. Die Optimierung der Decken bezüglich der genannten Parameter – auch in Bezug auf ihre Wirtschaftlichkeit – lässt eine Vielzahl von Lösungen zu. Die Steifigkeit einer Decke ist zu beachten, um Schäden an Trennwänden aufgrund der Durchbiegung oder des Schwingungsverhaltens bei sehr dünnen Decken zu vermeiden. In Abhängigkeit von ihrem Einsatzbereich im Gebäude entstehen darüber hinaus Anforde-

5

4

1 2 3 4 5 6 7

Geschosstrenndecke Kellerdecke Boden gegen Erdreich, unbeheizt Boden gegen Erdreich, beheizt Decke gegen unbeheizten Dachraum Dachfläche Decke gegen Außenluft (von unten) C 5.2

162

Decken

Massivbaudecken

Holzdecken

zweiachsig tragend

Ortbeton Stahlbetonflachdecken Pilzdecken Kassettendecken Hohlkörperdecken Glas-Stahlbetondecken

teilvorgefertigt Stahl-Beton-Verbundflachdecken

einachsig tragend

Ortbeton

teilvorgefertigt

Rippendecken Spannbetonhohlplatten Trägerrostdecken

rungen bezüglich Wärme-, Schall- und Brandschutz. Abb. C 5.2 zeigt die Unterscheidung von Decken und Bodenplatten in Gebäuden. Wärmeschutz und Wärmespeicherfähigkeit In der Regel benötigen Deckenkonstruktionen, die gegen den Außenraum abschließen, eine Dämmschicht. Wegen ihrer Größe und Masse beeinflussen Decken durch ihre Wärmespeicher- und Sorptionsfähigkeit maßgeblich das Raumklima. In energieeffizienten Gebäuden werden sie gezielt zur Wärmespeicherung eingesetzt. Die Bauteilaktivierung ermöglicht mittels bauteilintegrierten, wasserführenden Registern die Steuerung der Oberflächentemperatur der Decken und damit die Temperierung der Räume. Schallschutz Einen guten Schutz gegen Luftschallübertragung bieten massive (schwere) Decken. Leichte Deckenkonstruktionen wie z.B. im Holzbau sollten mehrschichtig ausgeführt sein, um die Tritt- und Luftschallübertragung zwischen übereinander liegenden Räumen zu dämpfen. Höhere Trittschallanforderungen benötigen meist eine schwimmende Lagerung des Fußbodenbelags (siehe Fußböden, S. 171).

Filigrandecken Stahlverbunddecken Massivbalkendecken Stahlsteindecken preußische Kappendecken Pi-Platten mit Ortbetonergänzung

vorgefertigt Montagedecken Plattenbalkendecken Porenbetonplatten Betonbalkendecken

Holzbalkenbauweise

Holzelementbauweise

Dübelbaumdecken Kreuzbalkendecken Balkendecken Einschubdecken HolzbalkenZiegeldecken

Brettstapeldecken Brettsperrholzdecken Kastenelementdecken Holzelementdecken Schichtholzrippendecken

der Dachdecken müssen Deckenkonstruktionen 90 Minuten der Feuereinwirkung widerstehen. Nur wenn die oberste Geschossdecke bei Wohngebäuden weniger als 7 m über der Geländeoberkante liegt, gelten geringere Anforderungen. Unterscheidung nach Tragwirkung Bestimmendes Unterscheidungsmerkmal der verschiedenen Konstruktionsweisen ist die Tragwirkung der Decken. Zweiachsig tragende Systeme, auch als Flachdecken bezeichnet, können punktweise gestützt werden. Einachsig tragende Syteme sind linienförmig gelagert. Bei beiden Deckenkonstruktionen kann je nach Ausführung die Unterseite eben sein oder sichtbare Tragglieder abbilden. Die Übergänge zwischen den Konstruktionsprinzipien sind jedoch fließend. Eine weitere Gliederung erfolgt nach dem Grad der Vorfertigung sowie den Materialien.

Holzverbundbauweise Vollholzverbunddecken HolzbalkenVerbunddecken

C 5.3

Estrich gelten ab einer Mindestdicke von 100 mm als feuerbeständig. Die Überdeckung der Bewehrung muss DIN 4102 entsprechen. Der Schallschutz von massiven Betondecken gegen Luftschallübertragung erhöht sich mit zunehmender Bauteilmasse. Ebene Deckenuntersichten erleichtern die Planung von Installationen und Trennwandanschlüssen. Die Optimierung von Schalungsaufwand zu Materialeinsatz (Beton) führt zu einer Vielfalt an Deckenkonstruktionen. Generell ist das Erstellen von Schalungen aufwändig, weshalb deren Vereinfachung bzw. effektive Ersatzmaßnahmen zentrales Ziel der Rationalisierung sind. Möglichkeiten stellen wiederverwendbare Schalungssysteme dar sowie alle Arten der Vorfertigung. Ortbetondecken

Zu den zweiachsig tragenden Ortbetondecken zählen Stahlbetonflachdecken, Pilzdecken, Kassettendecken, Hohlkörperdecken und GlasStahlbetondecken.

Zweiachsig tragende Decken

Brandschutz Bezüglich der Brandschutzanforderungen an Decken unterscheidet man Geschossdecken von Keller- und Dachdecken. Mit Ausnahme

Häufig fällt die Wahl bei Deckenkonstruktionen auf Beton, weil dieses Material vielfältige Lösungen für die Ausbildung der Decken bietet und sehr dauerhaft ist. Bei Flachdecken kann mithilfe der Bewehrung die gewünschte Tragfähigkeit ohne sichtbare Dimensionsänderungen angepasst werden (z.B. bei unregelmäßiger Stützung der Decken). Betondecken ohne

Stahlbetonflachdecken Diese Flachdecken können ohne Unterzüge direkt auf den Stützen gelagert werden. Flachdecken benötigen zwar mehr Bewehrung als Unterzugdecken, sparen aber andererseits Kosten durch die einfache Schalung. Die Installationsführung erfolgt weitgehend ungehindert, lediglich bei der Anordnung von Aussparungen sind Mindestabstände zu den Stüt-

a

b

c

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e

f C 5.4

163

Decken

zen einzuhalten. Aufgrund des zweiachsigen Tragverhaltens besteht die Möglichkeit, Stützen unabhängig von einem linearen Raster anzuordnen und große, frei geformte Deckenausschnitte herzustellen (Abb. C 5.5). Die Deckendicke kann in Abhängigkeit der Grundrissgeometrie etwa mit 1 / 30 bis 1 / 35 der Spannweite abgeschätzt werden. Sollen Trennwände auf der Decke errichtet werden, gelten höhere Anforderungen, um eine ausreichende Steifigkeit zu gewährleisten (Trennwandzuschlag). Das Einlegen von Installationen (z.B. Kühlregister für die Bauteilaktivierung, Leuchtengehäuse oder Elektroverkabelungen) in die Deckenplatten ist im Zuge ihrer Herstellung leicht möglich, ein nachträglicher Einbau dagegen aufwändig. Pilzdecken Pilzdecken sind punktweise, auf Stützen gelagerte Flachdecken mit konischen Stützenköpfen. Der höhere Schalungsaufwand bietet sich für größere Spannweiten und / oder größere Lasten an, wenn die Durchstanzwirkung der Stütze zu groß wird und eine größere Deckenstärke aus anderen Gründen nicht möglich ist. Die Installationsführung ist durch die oben breiter werdende Stütze und entsprechend erforderliche Abstände von Durchbrüchen eingeschränkt. Kassettendecken Kassettendecken sind in zwei Richtungen lastabtragend. Die Abstände der Rippen in beiden Achsrichtungen betragen 300 –1500 mm. Bei großen Abständen ergibt sich eine der Trägerrostdecke vergleichbare Tragwirkung. Voraussetzung für das Erreichen großer Spannweiten ist der kraftschlüssige Verbund der Rippen mit der Platte. Die aufwändige Deckenuntersicht lässt sich mit Schalungssystemen effizient realisieren. Meist sind die Felder der Kassettendecke quadratisch oder rechteckig, aber auch Dreiecke sind möglich (Abb. C 5.4 a). Hohlkörperdecken Unterseitig ebene Hohlkörperdecken mit einer ungerichteten Tragwirkung sind die bisher so genannten Bubbledeck-Konstruktionen. Das

C 5.5

164

Eigengewicht von Flachdecken mit größeren Spannweiten reduziert sich durch den Einbau von kugelförmigen Hohlkörpern aus Kunststoff, die beim Betonieren durch die Bewehrung in Position gehalten werden (Abb. C 5.4 b). Vorteilhaft sind die große Biegesteifigkeit und die vergleichsweise kostengünstige Herstellung auf der Baustelle. Glas-Stahlbetondecken Glas-Stahlbetondecken stellen einen Verbund zwischen formgepressten Gläsern und dem Beton her. Die Glassteine werden von einem Betonrost ähnlich der Kassettendecke gehalten. Beide Achsrichtungen des Rostes benötigen eine Bewehrung (Abb. C 5.7). Teilvorgefertigte Decken (zweiachsig)

Zweiachsige Decken lassen sich insofern vorfertigen, als dass anstelle der Bewehrung deckengleich Stahlprofile einbetoniert werden. Stahl-Beton-Verbundflachdecken Stahlprofile teilen die Decke sichtbar in Felder ein und übernehmen die Kräfte im Bereich der Stützstreifen. Meist handelt es sich um Sonderprofile. Die Stützen sind unter den Profilen angeordnet. Verbundflachdecken ermöglichen bei gleicher Deckendicke größere Spannweiten als Stahlbeton und haben ebene Deckenuntersichten (Abb. C 5.4 d). Einachsig tragende Decken Diese Decken übersetzen das Tragprinzip der Holzbalkendecke in die Massivbauweise. Die Optimierung zwischen Mehraufwand für Schalungen, Unterzüge etc. und Materialeinsatz hat auch hier zu einer Vielzahl von Lösungen geführt. Die verschiedenen Deckentypen unterscheiden sich in Materialien, Geometrien und Vorfertigungsgraden. Ortbetondecken

Für größere Spannweiten werden häufig einachsig tragende Decken aus Ortbeton eingesetzt. Ziel dieser Konstruktionen ist ein geringeres Eigengewicht, das in der Regel einen höheren Schalungsaufwand mit sich bringt.

C 5.6

Stahlbetonrippendecken Eine Decke mit parallelen Unterzügen im Abstand von ca. 300 –700 mm bezeichnet man als Rippendecke. Das Zusammenwirken der konzentrierten Bewehrung im Unterzug mit dem flächigen Beton in der Druckzone bei gleicher Deckenhöhe führt im Vergleich zu Stahlbeton-flachdecken zu geringerem Gewicht und ermöglicht größere Spannweiten bis ca. 15 m. Die Fertigung vor Ort erfolgt mit wiederverwendbaren Stahlschalungen oder Kunststoffformen. Spannbetonhohlplatten Das Einlegen von gerichteten Hohlkörpern (z.B. Pappröhren) dient der Material- und Gewichtseinsparung bei Decken mit großen Spannweiten. Meistens werden diese Decken vorgespannt und vorgefertigt. Bei gleichem Gewicht können wegen des höheren Querschnitts und der Vorspannung größere Spannweiten realisiert werden als mit Stahlbetonflachdecken. Teilvorgefertigte Decken (einachsig)

Für die Rationalisierung des Bauablaufs bieten sich Decken an, die Ortbeton nur zur Vervollständigung benötigen. Die kürzeren Trocknungs- und Aushärtungszeiten und die im Vergleich zu vollständig vorgefertigten Decken geringeren Transportkosten machen diese Systeme wirtschaftlich. Teilvorgefertigte Decken benötigen meist keine Schalung. Filigrandecken Filigrandecken beschränken sich auf die Vorfertigung der Zugzone der Decken. Aufbeton und obere Bewehrungslage werden vor Ort aufgebracht. Die Bauweise verbindet damit die Vorteile einer verlorenen Schalung und die einer durch die Vorfertigung ebenen, meist hochwertigen Deckenuntersicht. Die Decke wirkt aussteifend, sie unterscheidet sich von der massiven Ortbetondecke durch deutlich sichtbare Fugen. Stahlverbunddecken Man unterscheidet Verbundwirkungen der Primärkonstruktion (Stahlträgerverbund) von solchen der Sekundärkonstruktionen (Profilblechverbunddecken). Die beiden Bauweisen können auch kombiniert werden.

C 5.7

Decken

Stahlträgerverbund (Primärkonstruktion) Leistungsfähige Decken mit geringer Konstruktionshöhe entstehen, wenn Stahlunterzüge und Decken nicht additiv gestapelt werden, sondern – ähnlich den Stahlbetonrippendecken – im Verbund wirken. Die Verbundwirkung zwischen den Stahlträgern und der darüberliegenden Betonplatte erfolgt über Kopfbolzendübel, Verbundleisten oder ähnliche Verbindungsmittel, die auf den Trägern aufgeschweißt werden. Stahlblechverbund (Sekundärkonstruktion) Stahltrapezbleche mit Bewehrung, die in die Sicken eingelegt wird, stellen ein effektives Deckensystem auf Stahl- oder Holzträgern dar. Das Blech dient als verlorene Schalung und kann an den Trägern in verschiedenen Höhenlagen angeschlossen werden (Abb. C 5.4 c). Speziell profilierte Stahltrapezbleche können die untere Bewehrungslage ersetzen. Besondere Profilierungen oder Prägungen in der Blechfläche lassen eine Verbundwirkung entstehen. Übliche Trapezbleche leisten im Verbund bis zu 60 Minuten Feuerwiderstand, Einzelnachweise bestätigen bis 90 Minuten. Manche Hersteller bieten durch eine Kombinaton von Verbundbauweisen für Primär- und Sekundärkonstruktion Produkte mit einer besonders geringen Konstruktionshöhe an. Massivbalkendecken, Stahlsteindecken u.a. Diese Decken setzen sich aus folgenden Bestandteilen zusammen: • tragende Deckenbalken • (mit-)tragende oder nicht tragende Füllungen (aus verschiedenen Materialien) • evtl. Aufbeton Je nach Vorfertigungsgrad der Träger und Füllungen ergeben sich unterschiedliche Tragwirkungen, die durch Aufbeton und Bewehrung bis hin zur Wirkung einer Rippendecke reichen. Entsprechend dem Ortbetonanteil variieren Bauzeiten und Feuchtigkeitseintrag in das Gebäude. Als Träger kommen vorgefertigte Massivbalken (über die gesamte Konstruktionshöhe), Stahlleichtträger oder (ausbetonierte) Ziegelhohlbalken in Betracht (Abb. C 5.4 f). Ein Vorteil dieser Decken sind die ebenen Deckenuntersichten. Ziegelhohlbalken in Kombination mit Deckenziegeln erzeugen beispielsweise eine einheitliche Untersicht. Als mögliche »Zwischenbauteile« eignen sich des Weiteren Leichtbeton, Porenbeton, Blähton, Bims usw. Stahlsteindecken können auch vollständig vorgefertigt werden. Die Steine werden auf einer ebenen Fläche zusammengesetzt, die Fugen erhalten eine Bewehrung und werden anschließend mit Beton verfüllt. Preußische Kappendecken Im Gebäudebestand findet man häufig Decken mit schlanken Stahlträgern und einer Füllung aus flach gewölbtem Mauerwerk. Die Schubkräfte aus dem Druckbogen werden von Feld

zu Feld und über die Auflasten aufgenommen. Hauptsächlich wirtschaftliche Gründe verdrängten diese Deckenart zugunsten der kostengünstigeren Betondecken. Vorgefertigte Decken

Vorgefertigte Decken kommen wie teilvorgefertigte meist ohne Schalung aus und ermöglichen kurze Bauzeiten. Montagedecken Vollplatten aus Beton können bis ca. 6 ≈ 3,6 m vorgefertigt und auf der Baustelle montiert werden. Die Fugen in Decken werden mit Ortbeton ausgefüllt. Für die Gebäudeaussteifung ist es notwendig, die Bewehrung an den Fugen zu verschweißen. Werden diese Platten auf Stahlträgern verlegt, übernehmen Schrauben, Kopfbolzendübel in der Fuge oder Verzahnungen der Plattenkanten die schubfeste Verbindung. Plattenbalkendecken Bei großen Spannweiten sind Plattenbalkendecken leistungsfähige Systeme, insbesondere wenn sie (im Spannbett) vorgespannt werden. Um eine optimale Ausnutzung des Materials zu erreichen, sollte die Nulllinie zwischen Zugund Druckzone gerade noch in der Platte liegen. Die Betonindustrie bietet eine Reihe von Standardabmessungen an. Für eine bessere Handhabung sind in der Regel zwei Balken je Platte vorgesehen. Pi-Platten haben zwei parallele, von den Längskanten zurückversetzte Träger, während diese bei Trog- (oder U-)Platten die Platten abschließen. Die typische Breite liegt wegen der Transportmöglichkeiten bei 2,40 m. Porenbetonplatten Für vorgefertigte Platten aus Porenbeton gilt DIN 4223. Der Bemessung liegen die Anforderungen an Brandschutz, Verkehrslast und Stützweite zugrunde. Die übliche Überdeckung von Betonstahlmatten mit 10 mm Beton genügt der Anforderung bis F 60. Die maximalen Abmessungen betragen 8 ≈ 0,75 m. Als aussteifende Platten können Produkte mit Zulassungsbescheid verwendet werden, andere benötigen einen Aufbeton. Die Wärmespeicherfähigkeit ist verhältnismäßig gering. Holzdecken Nachdem seit den 1950er-Jahren Betonkonstruktionen Holzbalkendecken im Wohnungsbau fast vollständig vom Markt verdrängt haben, bietet heute die Industrie eine Reihe von Systemen aus Holzwerkstoffen an, die sich zu präzisen und leistungsfähigen Bauteilen fügen lassen. Neben dem Argument der Nachhaltigkeit sind als Vorteile die einfache Verarbeitung und der positive Einfluss des Sorptionsverhaltens auf das Raumklima zu nennen. Als Nachteile gelten das Brandverhalten und die geringe Schalldämmwirkung. Massive Holzbalken können durch geringe Mehrdicken gegenüber den

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b

c

d

e

f C 5.8

C 5.5 Sichtbetondecke, Casa Vieja, Santiago de Chile (RHC) 2003, Mathias Klotz C 5.6 Rippendecke in Dreiecksgeometrie, Yale Art Gallery, New Haven (USA)1958, Louis Kahn C 5.7 Glassteindecke, Einfamilienhaus, München (D)1998, Karl + Probst C 5.8 Übersicht Holzdeckenkonstruktionen a Kreuzbalkendecke b Brettstapeldecke c Brettsperrholzdecke d Holzelementdecke e Kastenelementdecke f Schichtholzrippendecke

165

Decken

Deckensystem

übliche Aufbauhöhen [mm]

spezifisches WärmeGewicht durchgangswiderstand [kg / m3] [m2K / W]

Wasserdampf- Beitrag diffusionszur Schallwiderstand dämmung [–]

120 – 180 120 – 320 187,5 – 500 350 – 900 120 – 400 90 – 290

290 – 440 270 – 375 180 – 430 280 – 620 210 – 580 125 – 470

0,05 – 0,08 0,05 – 0,08 0,03 – 0,05 0,03 – 0,05 0,67 – 0,77 0,13 – 0,36

80 / 130 ≥ 100 000 70 / 150 70 / 150 5 / 10 5 / 10

120 – 180 85 – 155 40 – 90

0,61 – 0,71 0,71 – 1,18 0,46 – 0,74

2 90 / 220 5

übliche gerichtet Spannweite Einfeldträger [m]

ungerichtet

Möglichkeit der Auskragung

Notwendigkeit e. Schalung

•

zweiachsig einachsig zweiachsig

•

Massivbaudecken Stahlbetonflachdecke Trapezblechverbunddecke Betonrippendecke Plattenbalkendecke Hohlplattendecke Stahlsteindecke

• •

6–9 2 – 5,8 6 – 12 bis 14 8 – 11,5 bis 6,5

• • • • •

4 – 6,5 bis 6 6 – 10

• • •

• •

Holzdecken Holzbalkendecke, massiv gefüllt 140 – 200 Brettstapeldecke 120 – 216 Holzhohlkastendecke 120 – 320

–

einachsig einachsig einachsig C 5.9

C 5.9 Deckenkonstruktionen im Vergleich C 5.10 Verlegung einer Schichtholzrippendecke, Mensa der Offiziersschule des Heeres, Dresden (D) 1998, Auer + Weber C 5.11 Kuppel des Kunsthistorischen Museums, Wien (A) 1891, Gottfried Semper und Karl Freiherr von Hasenauer C 5.12 Rasterdecke, Verwaltung der ehemaligen British Petrol, Hamburg (D) 1971, Kraemer und Sieverts C 5.13 Profilholzdecke, Auditorium der Universität AIbanez, Santiago de Chile (RHC) 2002, Jose Cruz Ovalle C 5.14 gelochte Akustikdecke aus Gipsplatten, Polizeiund Feuerwache, Berlin (D) 2004, Sauerbruch Hutton

statisch notwendigen Dimensionen die gewünschte Feuerwiderstandsdauer erreichen. Der durchschnittliche Querschnittsverlust im Brandfall beträgt etwa 0,8 mm / min. Brandschutzanforderungen können aber auch durch Beplankung mit Gipsplatten oder Gipsfaserplatten erreicht werden. Eine Verbesserung des (Luft- und Tritt)Schalldämmmaßes wird durch Beplankung mit biegeweichen Schalen, schweren Auflagen in Verbindung mit schwimmendem Estrichen (Fertigestrich) und Füllungen der Balkenzwischenräume mit Dämmstoffen oder Schüttungen erreicht. Auch konstruktive Verbesserungen an Auflagern und Fugen sind geeignet, Holzdecken die geforderten Trittschalldämmeigenschaften zuzuweisen. Holzbalkendecken

Holzbalkendecken aus Vollholzquerschnitten sind bis ca. 6,50 m Spannweite wirtschaftlich, größere Spannweiten werden mit Brettschichtholz, unterspannt oder in Kombination mit Holzwerkstoffen überbrückt. Bei massiven Wandkonstruktionen liegen die Balken in Mauerwerksnischen auf. Bei nicht fachgerechter Ausführung, durch schadhaftes Mauerwerk oder durch Wassereinbruch kann es zu Schäden an den Balkenköpfen kommen. Fachgerechte Auflager sichern die Belüftung der Balkenköpfe und schützen den Auflagerpunkt von unten, z.B. durch eine Bitumendichtungsbahn. Balkendecken Mit Vollholzbalken im Abstand von 500 bis 800 mm und einer genagelten, 24 – 50 mm dicken Lage Dielenbretter lässt sich die einfachste gerichtete Konstruktion einer Decke herstellen. Zusätzliche Luft- und Trittschalldämmmaßnahmen sind empfehlenswert. Einschubdecken Hier erhält die Balkendecke unterseitig zwischen den Balken einen weitere Schicht aus Holzbrettern, Holzwerkstoffen oder auch C 5.10

166

Hohlziegeln (Holzbalkenziegeldecke). Weil dieses Material über ein anderes Eigenschwingungsverhalten als die obere Schicht verfügt, verbessert sich der Schallschutz, durch Einfüllen einer schweren Schüttung die Luftschalldämmung. Das Einlegen von Porenbetonsteinen kann auch bestehende Holzbalkendecken akustisch und thermisch aufwerten. Holzelementdecken

Gemeinsam von Industrie und Ingenieuren entwickelte Elemente aus Vollholz, Leimholz und Holzwerkstoffen bieten eine große Auswahl für effiziente Deckenbauweisen. Leimholzbauteile rechtfertigen den höheren Bearbeitungsaufwand gegenüber Vollholz nicht nur wegen der möglichen größeren Abmessungen, sondern auch durch geringere Schwindmaße, geringere Rissanfälligkeit und höhere Festigkeiten. Kreuzbalkendecken Kreuzbalken weisen eine sehr gute Festigkeit und geringe Verwindung auf. Die Deckenunterseite kann sichtbar bleiben. Fertigdeckenelemente sind in Abmessungen von bis zu 12 m Länge und 600 mm Breite erhältlich (Abb. C 5.8 a). Brettstapeldecken Vorgefertigte Elemente aus senkrecht stehenden, maschinell vernagelten oder verleimten Brettern werden mit Dübeln zu Deckenflächen verbunden. Die Bauweise erlaubt es, Bretter minderer Qualität tragend einzusetzen. Ein Höhenversatz der Bretter erzeugt bei gleichem Eigengewicht größere Spannweiten, aber auch größere Konstruktionshöhen (Abb. C 5.8 b). Brettsperrholzdecken (Dickholz) Das kreuzweise verleimte Brettsperrholz wird in seinen Abmessungen durch die Presswerkzeuge bestimmt. In der Regel sind Platten bis 2,50 m Breite und bis 25 m Länge erhältlich. Die zweiachsig tragfähige Platte löst auch komplizierte Auflagersituationen unregelmäßiger Grundrisse und lässt nahezu beliebige Aus-

Decken

schnitte zu. Mit geringen Konstruktionshöhen von 80 bis 120 mm lassen sich Spannweiten von bis zu 5 m erreichen (Abb. C 5.8 c). Holzelementdecken, Brettsystemdecken Die flächigen Elemente der Holzelementdecke entstehen durch kreuzweise Verbindung von massiven Leimholzbalken und -platten, die leicht größere Spannweiten überbrücken (Abb. C 5.8 d). Mit schubfesten Verbindungen können diese Decken für die Gebäudeaussteifung genutzt werden. Eine bessere Schalldämmwirkung erreicht man durch Verfüllen der Hohlräume. Kastenelementdecken Die Elemente bestehen aus je vier zu einem Rechteckquerschnitt verleimten Brettern, sie werden untereinander mit Nut und Feder zu Deckenplatten verbunden (Abb. C 5.8 e). Für Spannweiten von ca. 4 bis 8 m sind Deckenstärken von etwa 120 bis 320 mm notwendig. Typische Elementbreiten sind 195 bis 1000 mm. Die Hohlräume können als Lüftungskanäle genutzt werden. Holzelementdecken mit Brettschichtholzbalken Auf eine 1,80 m breite Dreischichtplatte werden parallel angeordnete Brettschichtholzbalken aufgeleimt. Deckendicken von 310 bis 830 mm und Elementlängen bis ca. 25 m erlauben weit gespannte Dachflächen für Sporthallen u.Ä. Perforierte Platten weisen vergleichbare Tragwirkungen auf und können mit entsprechenden Akustikauflagen die Raumakustik verbessern. Schichtholzrippendecken Die bis zu 23 m langen und 1,80 m breiten Furnierschichtholzplatten werden mit aufgeleimten Rippen des gleichen Materials zu leistungsfähigen Platten, die relativ große Spannweiten ermöglichen. Mit einer Bauhöhe von 170 mm kann man so mehr als 5 m überspannen (Abb. C 5.10). Bei geeigneter Verbindung mit der Hauptkonstruktion können Schichtholzrippendecken die Gebäudeaussteifung übernehmen. Auskragungen in Längsrichtung sind gut möglich, Aussparungen erfordern jedoch eine sorgfältige Planung.

zu vermeiden. Brettstapeldecken mit versetzten Brettern errzielen durch die Verzahnung der Oberflächen eine Verbundwirkung zwischen Beton und Holz. Die Decken erreichen gute Stabilitätswerte und Schalldämmeigenschaften. Unterdecken Gestaltete Decken historischer Gebäude hatten stets die Aufgabe, den Raum hervorzuheben, d.h. zu repräsentieren (Abb. C 5.11). Ihrer Gestaltung wurde höchste Aufmerksamkeit geschenkt und handwerkliche Spitzenleistungen erbracht. Heute ist die Untersicht einer Decke in einfachen Gebäuden meist nur das Resultat der notwendigen konstruktiven Maßnahmen. Durch die technischen Entwicklungen rückt die Gebäudetechnik weiter in den Vordergrund, sodass Deckenbekleidungen primär die profane Aufgabe zukommt, Raum für Installationen zur Verfügung zu stellen. Hinzu kommen je nach geometrischen Bedingungen, Oberflächen und Nutzung raumakustische Anforderungen. Verdeckt die Bekleidung eine Holzoder Stahlkonstruktion oder Lüftungsleitungen anderer Funktionsbereiche, müssen zudem Brandschutzanforderungen eingehalten werden. Neben allen für die Wandbekleidung tauglichen Materialien (Holzwerkstoffplatten und mineralisch gebundene Platten) und solchen, die sich besonders für Deckenbekleidungen eignen (mineralisch gebundene Deckenplatten), werden heute auch Halbzeuge, Systeme und Produkte für diverse weitere Anforderungen angeboten. Nach ihrer Konstruktionsweise unterscheidet man:

C 5.11

C 5.12

• fugenlose Unterdecken • Unterdecken aus elementierten Platten • Paneeldecken • Lamellendecken • Rasterdecken • Wabendecken • Pyramidendecken • Spanndecken C 5.13

Holz-Beton-Verbunddecken

Fugenlose Unterdecken

Verbundbauweisen aus Holz und Beton kombinieren den Vorteil der hohen Deckensteifigkeiten von Betonbauten mit den einfachen Verbindungstechniken der Holzbauweise. Betonverbund ist auf Holzbalken-, Kreuzbalken- und Brettstapeldecken möglich. Die Schubkräfte übertragen Holz-Beton-Verbunddübel, die ins Holz geschraubt und deren Überstände in Beton eingegossen werden. Diese Technik eignet sich auch gut zur Verstärkung bestehender Decken, ist jedoch arbeitsintensiv in der Herstellung. Das Langzeitverhalten der Verbundmaterialien bedarf besonderer Aufmerksamkeit, um spätere Schäden durch Schwinden oder Kriechen

Glatte ebene Flächen können wie bei den Wandbekleidungen aus mineralisch gebundenen Platten hergestellt werden. Die Platten werden an eine Unterkonstruktion geschraubt, entweder direkt befestigt oder davon abgehängt. Durch Verspachteln der Fugen und einen Anstrich entsteht eine fugenlose Untersicht. Heizungs-, Lüftungs-, Sanitär- und Beleuchtungselemente können problemlos integriert werden. Darüber hinaus leisten diese Decken einen Beitrag zum Brandschutz der Geschossdecke. Gelochte Platten beeinflussen die Raumakustik. Es gibt ein breites Angebot an Platten mit regelmäßigen und unregelmäßigen Lochbildern, die – mit Dämmstoffen C 5.14

167

Decken

C 5.15 Beispiele für Bauweisen von Akustikdecken a Mineralfaserplatte b Holzwolleleichtbauplatte c geschlitze Röhrenspanplatte d putzbeschichtete Mineralfaserplatte e Leichtspanakustikplatte mit poröser Beschichtung f Holzpaneel mit glatten Kanten und Schallschluckmaterial g perforierte Metallkassette h Gipslochplatte (mit Putz) i Paneel mit Faservlieskaschierung und Schallschluckmaterial C 5.16 Decke aus Maschendraht, Kantine des VitraDesign-Museums, Weil am Rhein (D) 1989, Frank Gehry C 5.17 Lichtkonstruktion, Messestand, Mailand (I) 2003 C 5.18 Ökobilanzdaten von Decken

a

d

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b

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c

f

i C 5.15

hinterlegt – raumakustisch wirksam sind. Durch sorgfältiges Verspachteln der Plattenstöße ergeben sich fugenlose Flächen, die sich auch für die Gestaltung geometrisch komplizierter Situationen eignen (Abb. C 5.14). Rabitzdecken Eine Sonderform der fugenlosen Deckenbekleidung sind Rabitzdecken, benannt nach ihrem Erfinder, dem Berliner Maurermeister Karl Rabitz. Nach DIN 4121 handelt es sich um hängende Drahtputzdecken. Rippenstreckmetall wird von der Decke abgehängt und mit Gips verputzt. Bei elastischer Aufhängung eignen sich diese Decken für hohe raumakustische Anforderungen, wie z.B. Konzertsäle (Philharmonie, Berlin 1963, Hans Scharoun). Unterdecken aus elementierten Platten

Elementierte Deckensysteme bieten den Vorteil, dass sie mit fertig gestellten Oberflächen angeliefert werden können, so die Bauzeit verkürzen und auch nachträglich leicht den Zugang zur Gebäudetechnik im Deckenhohlraum ermöglichen. Zu solchen Systemen gehören Kassettendecken und Fertigplattendecken. Mineralfaserplatten und faserfreie mineralisch gebundene Platten Bei hohen Temperaturen gewonnene Steinfasern werden mit Wasser und organischen Bindemitteln zu einer Masse gerührt, die anschließend durch Walzen zu einer Platte geformt wird. Als übliche Dicke gelten 15 mm, aber auch 20 mm und mehr sind herstellerabhängig erhältlich. Die Platte wird einbaufertig geliefert und kann mit farbiger Beschichtung oder einer anderen Oberfläche aus Metall, Kunststoff oder textilen Materialien versehen sein. Die Standardformate sind Vielfache von 300 und 312,5 mm (Abb. C 5.15 a). Unterschiedliche Kantenausformungen erlauben es, die Platten in sichtbare oder verdeckte Profile einzuhängen. Die Platten sind feuchtigkeitsempfindlich und je nach Ausführung in nicht brennbarer oder schwer entflammbarer Qualität erhältlich. Wegen ihres hohen Schallabsorptionsgrades eignen sie sich gut zur Raumschalldämpfung. Nachträgliche Beschichtungen (z.B. unfachmännisch angebrachte Beschichtungsstoffe) 168

können die akustische Wirkung beeinträchtigen. Faserfreie mineralisch gebundene Deckenplatten sind der Mineralfaserplatte ähnliche Produkte aus Gemischen von Perlit, Vermiculit, Ton, Stärke und Zellulose. Kalzium-Silikat-Dämmplatten eignen sich zur Raumschalldämmung. Metallunterdecken Stahl- und Aluminiumbleche können zu Kassetten geformt und in Haltesysteme eingehängt werden. Die Deckenuntersicht erscheint geschlossen oder offen. Die Metallbearbeitung eröffnet ein breites Feld verschiedener Oberflächen wie Lochbleche, Streckmetalle, Metallgewebe und Metallschäume (z.B. aus Aluminium). Häufig werden die Bleche zu wannenförmigen Kassetten gekantet. Sind diese mit so genannten Akustikvliesen hinterlegt, leisten sie zusammen mit perforierten Metalloberflächen ein hohes Maß an Schallabsorption (Abb. C 5.15 g). Viele Produkte sind auf der Sichtseite beschichtet. Die empfindlichen Beschichtungsoder Metalloberflächen müssen vor dem Einbau geschützt werden (z.B. durch eine Folienbeschichtung). Holzwerkstoffplatten Decken mit Holzfurnieren erzeugen einen besonders hochwertigen Raumeindruck. In der Regel werden Holzwerkstoffplatten als Furnierträger eingesetzt. Für eine Verbesserung der Raumakustik kommen geschlitzte Röhrenspanplatten (LRD) mit Furnier oder anderen Deckschichten, aus Leisten zusammengesetzte Elemente und perforierte oder mit Schlitzen versehene Platten in Betracht. Andere Produkte aus MDF-Platten weisen sich im Durchmesser verändernde, von beiden Seiten gefräste Löcher auf. Diese Platten wirken für spezifische Frequenzbereiche raumschalldämpfend und bieten sich daher für den Einsatz in Hörsälen und ähnlichen Nutzungen an. Holzwolleplatten eignen sich durch ihr geringes Gewicht als Unterdecke. Sie werden häufig in Verkehrsbauten wie Parkhäusern o.Ä. als Schalldämmplatte eingesetzt. Ihre unbehandelten Oberflächen wirken rau.

Deckenbekleidung aus Kunststoffen Moderne Materialbearbeitungstechnologien machen es möglich, Platten aus Kunststoffen (z.B. PMMA) unsichtbar zu perforieren. Diese transparenten oder transluzenten Platten sind raumschalldämpfend. Paneel- und Lamellendecken

Decken aus linearen Elementen dienen als optischer Abschluss, können jedoch durch Hinterlegen mit Schalldämmplatten über die Zwischenräume die Akustik verbessern. Bei vertikal angeordneten Paneelen mit großen Zwischenräumen spricht man von Lamellendecken. Der größere Öffnungsanteil erhöht die Wirkung der Dämmstoffe, diese bleiben jedoch, je nach Blickwinkel, von unten sichtbar. Holzpaneele Als Deckenpaneele eignen sich Profilbretter aus Vollholz und Holzwerkstoffen. Offene Fugen können akustisch wirksam sein. Geschlitzte Brettkanten und Dämmstoffe im Hohlraum verbessern die Akustik (Abb. C 5.13 und Abb. C 5.15 e und f). Paneeldecken aus Metall Einfache Herstellungs- und Montagevorgänge der Metallpaneele, die im Vergleich zu Kassetten nur an zwei Kanten bearbeitet werden müssen, machen diesen Deckentyp besonders ökonomisch. Installationen über den Paneelen bleiben zugänglich, da sich die Paneele aus speziellen Halterungen ohne Werkzeug lösen lassen. Wenn als Material Lochbleche eingesetzt werden, wirken sie auch als Akustikdecken, da die absorbierende Oberfläche größer sein kann als die einer horizontal abgehängten Decke. Rasterdecken

Offene Decken aus kleinen Modulen, die sich endlos ohne sichtbare Fugen in zwei Richtungen zusammenfügen lassen, heißen Rasterdecken. Als Werkstoffe für solche Decken verwendet man üblicherweise Metalle und Pressholzteile. Diese Decken sind licht-, luft- und schalldurchlässig (Abb. C 5.12).

Decken

C 5.16

C 5.17

Wabendecken

Pyramidendecken

Räume mit hoher Schallbelastung wie Verkaufsräume oder Produktionshallen werden häufig mit Wabendecken ausgestattet. Meist handelt es sich um vertikal angeordnete Platten, die in mehrere Richtungen verlaufen und somit eine größere schallabsorbierende Oberfläche bieten als ebene oder Lamellendecken mit vergleichbarer Grundfläche. Es werden sowohl nach oben offene Systeme als auch Systeme mit abgeschlossenen Feldern angeboten. Als Materialien eignen sich besonders Mineralfaserplatten oder perforierte Metallkassetten.

Großmaßstäbliche, dreidimensionale Deckenelemente werden aus vorgefertigten Teilen zu Pyramiden zusammengesetzt, die auf einem tragenden Raster aufliegen. Auch diese Decken verbessern durch ihre große Oberfläche die Raumakustik. Die komplizierte Geometrie schränkt die Auswahl von Leuchten, Lüftungsauslässen etc. auf systemkonforme Produkte ein. Spanndecken und Folien

Folien eignen sich dazu, über größere Spannweiten ohne Unterkonstruktion ebene Flächen herzustellen. Bruchteile von Millimetern dick, können sie durch Verschweißen von Bahnen zu

großen Flächen gefügt werden. Auch geometrisch komplizierte Raumsituationen sind durch Zuschnitte zu bewältigen. ETFE-Folien sind schwer entflammbar (B 1) und recycelbar. Sie sind in vielen Farben und verschiedenen Glanzqualitäten erhältlich. Die Folien sind hygienisch, antistatisch und auch in Feuchträumen einsetzbar (siehe Kunststoff, S. 94). Eine mögliche Mikroperforierung verbessert zusammen mit dahinter angeordneten Absorptionsflächen die Raumakustik. Darüber hinaus können Folien mit hoher Lichtdurchlässigkeit kombiniert mit geeigneten Leuchtmitteln auch als Lichtdecken eingesetzt werden (Abb. C 5.17).

Unterdecken Schichtaufbau * Datenherkunft siehe Ökobilanzierung, S. 100

PEI Primärenergie nicht ern. [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP Sommersmog [kg C2H4 eq]

Holzwolleplatte

110

381

-28

0

0,034

0,0029

0,0080

136

109

-5,8

0

0,052

0,0044

0,0050

56

1,3

4,5

0

0,020

0,0013

0,0020

97

50

1,2

0

0,030

0,0034

0,0060

56

0,8

3,3

0,0000014

0,013

0,0014

0,0010

375

14

22

0

0,12

0,0080

0,013

Holzwolleplatte mineralisch gebunden, 25 mm Unterkonstruktion Holzlattung, 24 mm Flachpressplatte* Flachpressplatte Eiche furniert, 19 mm Unterkonstruktion U-Profile Stahl verzinkt, 40 mm Mineralfaservlies, 40 mm Kalzium-Silikat-Platte Kalzium-Silikat-Platte, 20 mm Unterkonstruktion U-Profile Stahl, 50 mm Gipsfaserplatte Gipsfaserplatte, 12,5 mm Unterkonstruktion Holzlattung, 24 mm Putzdecke Gipsputz, 15 mm Unterkonstruktion Schilfrohrmatte, 5 mm Paneeldecke, Stahl Stahlblechkassette gelocht, 0,88 mm Stahlträger U-Profil Bandraster 840 mm, 7,5 mm Mineralfaserplatte, 40 mm kaschierte PE-Folie C 5.18

169

Fußböden

C 6.1

Die Oberflächen und der Aufbau von Fußböden sind mitentscheidend für die wahrgenommene Qualität eines Raumes. Sie haben komplexe technische Aufgaben zu erfüllen: Schallschutz, Wärmeschutz, Brandschutz, Schutz vor Feuchtigkeit und Wasser sowie andere bauphysikalische Aufgaben. Die vielfältigen Anforderungen führen meist zu einem mehrschichtigen Aufbau von Fußböden. Nach ihren Funktionen kann man folgende Schichten unterscheiden:

C 6.1 C 6.2

170

romanisches Fußbodenmosaik Fußbodenkonstruktionen a Verbundestrich b Estrich auf Trennschicht c schwimmender Estrich d Heizestrich e Hohlraumboden f Trockenestrich

• Tragschicht Die Eigenschaften des Untergrunds, seine Bauweise und die Lage im Gebäude beeinflussen den weiteren Fußbodenaufbau (siehe Decken, S. 162). • Ausgleichsschicht Rohbautoleranzen über die in DIN 18 202 hinaus zulässigen Maße erfordern Ausgleichsschichten wie z.B. Trockenschüttungen oder Ausgleichsestriche, da die darüber liegenden Schichten in ihren Dicken gleichmäßig ausgeführt werden müssen. • Gefälleschicht In Nassräumen führen Gefälle zum Bodeneinlauf. Gefälleestriche oder -dämmschichten auf der Rohdecke sollten 1,5 – 2 % Gefälle haben, um auch bei Rohbautoleranzen und Verformungen einen Wasserabfluss zu gewährleisten. • Abdichtungen Für Böden gibt es vier unterschiedliche Funktionen des Feuchtigkeitsschutzes (siehe Dämmen und Dichten, S. 144): - gegen Bodenfeuchtigkeit - gegen nichtdrückendes Wasser - gegen drückendes Wasser von außen - gegen drückendes Wasser von innen • Dämmschichten Dämmschichten in Fußbodenaufbauten dienen der Wärmedämmung von auskragenden Deckenplatten oder von Bodenplatten gegen Erdreich, in erster Linie jedoch der Trittschalldämmung. Diese wird in übereinander liegenden Räumen durch ein Zusammenwirken der Deckenkonstruktion, Unterdecke und der Dämmschichten zwischen Rohdecke und Estrich bestimmt. In speziellen Fällen genügen weich federnde Bodenbeläge den Anforderungen der Trittschalldämmung, sofern

sichergestellt ist, dass diese in der Nutzungsphase nicht gegen akustisch weniger wirksame ausgetauscht werden. An einer Reduzierung der Luftschallübertragung ist die Tragschicht durch Rohdichte und Stärke wesentlich beteiligt, bei mehrschaligen Konstruktionen sind es Maßnahmen unterhalb der Rohdecke (z.B. biegeweiche Deckenschalen) oder schwimmende Estriche. DIN 4109 beschreibt für die meisten Nutzungen die akustischen Mindestanforderungen an die Deckenkonstruktion. Bei Böden gegen Erdreich oder Außenraum werden zusätzliche Dämmschichtstärken für den Wärmeschutz vorgesehen (siehe Decken, S. 162). • Trennschichten Trennlagen aus Papier oder Folien stellen sicher, dass Estrichmörtel nicht in darunter liegende Dämmschichten eindringt und es zu unerwünschten chemischen Reaktionen zwischen Estrich und Konstruktion kommt. • lastverteilende Schicht Estriche oder Fertigteilestriche auf einer Dämmung erfüllen die Funktion einer lastverteilenden Platte und schützen die darunter liegende Dämmschicht. • Nutzschicht Die Nutzschicht (Bodenbelag) schließt den Fußbodenaufbau zum Innenraum ab und muss – je nach Anforderung – diverse Eigenschaften aufweisen. Estriche Der vom lateinischen Wort astracum (= Pflaster) abgeleitete Begriff steht für eine dünne Schicht des Fußbodenaufbaus direkt auf dem Untergrund, einer Trennlage oder Dämmschicht. Diese Schicht dient zum Erreichen einer vorgegebenen Höhenlage, als geeigneter Untergrund für einen Bodenbelag oder als Nutzschicht. Die Estrichdicke soll sicherstellen, dass die Schicht ausreichend tragfähig ist und keine Spannungsrisse durch Schwinden, Temperatureinwirkung oder Punktlasten auftreten. Für Estriche und deren Bezeichnung gilt DIN EN 13 813. So beschreibt CT-C 25 F 4 S 45 beispielsweise einen Zementestrich (CT) mit

Fußböden

Druckfestigkeit von 25 N / mm2 und Biegezugfestigkeit von 4 N / mm2, S steht für schwimmende Verlegung und 45 bezeichnet die Nenndicke in Millimeter (Abb. C 6.3). Estrichkonstruktionen

Nach der Bauweise unterscheidet man: • Verbundestrich • Estrich auf Trennschicht • Estrich auf Dämmschicht • Estriche mit Installationsmöglichkeiten: - Heizestrich - Hohlraumboden - Fertigteil- oder Trockenestrich Verbundestrich Verbundestriche sind mit der Tragschicht kraftschlüssig verbunden (Abb. C 6.2 a). Sie finden in Industriegebäuden, Nebenräumen und als Gefälleestrich Anwendung. Der Verbund muss gewährleisten, dass Formänderungen des Untergrundes nicht zu Rissen oder Ablösungen führen. Fugen sind nur an Durchdringungen wie Stützen, Bauwerksfugen und an den Rändern erforderlich. Estrich auf Trennschicht Eine Trennschicht aus Folie oder Pappe unter dem Estrich bewirkt, dass Formänderungen der Decke den Bodenbelag nicht belasten (Abb. C 6.2 b). Insbesondere für Balkone oder Böden mit hoher Belastung werden Estriche auf Trennschicht eingesetzt. Estrich auf Dämmschicht Ein Estrich auf Dämmschicht bleibt auf seiner Unterlage beweglich, weshalb diese Bauweise auch als schwimmender Estrich bezeichnet wird (Abb. C 6.2 c). Die Estrichplatten tragen alle Auflasten und dynamischen Belastungen flächig ab. Um eine ausreichende Biegezugfestigkeit der Estrichplatte zu gewährleisten, sind Mindeststärken vorgeschrieben, die auch von den Eigenschaften der Dämmschicht abhängen. Da alle Schichten des Fußbodenaufbaus in gleichmäßiger Dicke ausgeführt werden sollen, sind Rohrleitungen in einer gebundenen Ausgleichsschicht zu verlegen (d.h. keine losen Schüttungen). Für Dämmschichten gilt, dass bei mehrlagiger Ausführung die Lage mit geringster Druckfestigkeit zuunterst liegt. Eine Dämmschicht verringert die Luftschallübertragung um ca. 6 dB, die Trittschallübertragung je nach Dämmschichtstärke zwischen 12 und 30 dB und verbessert die Wärmedämmung. Heizestrich Als Heizestriche bezeichnet man Fußbodenaufbauten, in deren Estrichschicht Warmwasserrohre verlegt sind. Die erforderliche Estrichdicke ergibt sich aus der Estrichnenndicke zuzüglich dem Rohrdurchmesser. Je nach geplanter Lage der Rohre müssen nach DIN 18 560-2 weitere Überdeckungsmaße eingehalten werden. Die thermischen Spannungen des

Estrichs beschränken die Feldgrößen auf ca. 40 m2 und das Seitenverhältnis auf maximal 1: 2. Größere Räume benötigen geeignete Fugen, die meist im Bodenbelag aufgenommen werden müssen. Bei anderen Konstruktionen sind die Rohre in der Dämmschicht verlegt, ein Mörtel- oder Trockenestrich bildet die Tragschicht. In Situationen mit geringer Aufbauhöhe, z.B. im Gebäudebestand, kommen vermehrt auch so genannte Flächenheizsysteme zum Einsatz, die Warmwasser in Hohlprofilplatten geringer Dicke aus Kunststoff oder Aluminium führen. Auf andere Heizmedien wie Luft (Hypokaustenheizung) oder elektrisch beheizte Platten kann in diesem Rahmen nicht weiter eingegangen werden. Installationsboden Hochinstallierte Gebäude oder bauteilaktivierte Decken, die den Einbau von Unterdecken einschränken, erfordern die Anordnung von Teilen der Gebäudeinstallation im Fußbodenaufbau. Hohlraumböden und Doppelböden erlauben zudem den leichten Austausch und das Nachrüsten. Kurze Nutzungszyklen und sich häufig verändernde Anforderungen liegen z.B. in Rechenzentren vor. Hier kommen Doppelböden, Hohlraumböden und Installationskanäle im Estrich zum Einsatz. Fugen und Randstreifen Die Formänderung der Bauteile durch Austrocknung, Temperaturänderung und Belastung erfordern eine sorgfältige Ausbildung der Anschlüsse und Fugen schwimmender Estriche. Die Planung der Estrichfugen in Anordnung und Bauweise verantwortet der Architekt. Estrichfugen können in vier verschiedenen Arten eingeteilt werden:

den vor der Verlegung von Bodenbelägen mit Kunstharz verschlossen und sind für die aufzubringenden Fußbodenbeläge bedeutungslos. Bewehrung Eine Bewehrung der Estriche soll Risse verhindern, sie hat keinen Einfluss auf die Tragfähigkeit. Baustahlmatten und Stahlgittermatten begrenzen die Ausbreitung von Rissen und verhindern eventuell auftretenden Höhenversatz. Sie dürfen in Fugen nicht durchlaufen. Faserbewehrungen werden eingesetzt, um Schwindrisse zu verringern. Zur Zeit gibt es keine verbindliche Festlegung über die Notwendigkeit von Bewehrungen.

a

b

c

• Gebäudetrennfugen • Bewegungsfugen • Randfugen • Scheinfugen Spezielle Profile aus Kunststoff oder Metall dienen zur Fugenherstellung. Gebäudetrennfugen müssen im Estrich ausgebildet werden, damit Gebäudebewegungen nicht zu Rissen im Estrich oder Bodenbelag führen. Bewegungsfugen teilen den Estrich in Felder, die entsprechend Beanspruchung, Belagmaterial und Raumgeometrie sicherstellen, dass keine Spannungsrisse entstehen. Randfugen sind zu allen aufgehenden Bauteilen erforderlich. Randstreifen aus Kork oder anderen Dämmstoffen gewährleisten, dass an den Anschlüssen keine Zwängungen mit den aufgehende Bauteilen entstehen. Wird für den Bodenbelag ein Mörtel oder Klebstoffauftrag benötigt, sollten die Randstreifen soweit überstehen, dass die Anschlussfugen nicht versehentlich verfüllt werden. Scheinfugen sollen vermeiden, dass sich in der Erhärtungsphase Schwindrisse bilden. Sie wer-

d

e

f C 6.2

171

CT – CA MA

2000 2000 – 2200 2100 1600 – 2300 400 – 1600 2100 – 2300 1100

– n.b.

– 5,5 – 7

≥ 100 000 10 000

n.b. n.b.

A1 A1 B1; B1 – C-s1 A2; B1 – C-s1 B1; B1 – C-s1

6,2–7,5 6 1,5 – 2,4 5,0 – 7,1 2, 6 5,8 – 7,2 6 n.b.

10 / 20 5 /10

0,015 0,025–0,03

A2; B1-s1 A2; B1-s1

50 /100 15/35

0,035 1 0,006

B2; D-s2 A1

[kg / m3]

zulässige Druckfestigkeit [N / mm2]

zulässige Biegezugfestigkeit [N / mm2]

15 – 55

2,5 – 3,5

Naß- und Mörtelestriche Zementestrich Terrazzo, zementgebunden Kalziumsulfatestrich Magnesiaestrich Steinholzestrich Gussasphaltestrich Kunstharzbeschichtung

AS SR

20 – 60 35 – 55 3 30 – 50 12 – 20 12 – 35 20 – 30 2 – 10

Trockenestriche Gipsfaserplatte Gipsplatte

– –

20 – 25 25

1000 –1250 850 –1100

18 –30 6 3,5 6

Oriented Strand Board (OSB) Ziegelplattenestrich

– –

19 – 38 20 – 50

600 – 700 2000

1,5 – 2,5 6 n.b.

15 – 45 5 – 50

2,5 – 4,5 2,5 – 4,5

Wasserdampfdiffusionswiderstand [–]

15 / 35 15 / 35 15 / 35

Wärmeausdehnungskoeffizient [mm / mK]

Baustoffklasse / Brennbarkeitsklasse

0,012

A1

0,008 – 0,016 0,008

•

• •

Trittschallverbesserung

Rohdichte

Eignung f. Fußbodenheizung

Kurzbezeich- übliche nung nach AufbauDIN EN 13 813 höhe [mm]

antistatisches Verhalten

Estriche

als Nutzschicht geeignet

Fußböden

• • 4

• • •

• •

4 4

•

• •

5 5

• •

• •

5

•

1

Da bei Holzwerkstoffen die thermische Dehnung im Verhältnis zu Schwindprozessen nicht maßgeblich ist, ist an dieser Stelle das Schwindverhalten in Prozent je 1 % Luftfeuchteänderung angegeben. 2 Die Biegezugfestigkeit ist abhängig von der Richtung der Kartonbeschichtung; die angegebenen Werte gelten parallel zur Faserrichtung (Werte quer zur Faserrichtung: 0,2 – 0,3). 3 Die Aufbauhöhe eines zementgebunden Terrazzoestrich liegt bei 35 – 55 mm; die eigentliche Terrazzoschicht beträgt allerdings nur 20 – 30 mm. 4 Bei konstruktivem Schutz. 5 Mit zusätzlichen Wärmeleitblechen. 6 Herstellerangaben C 6.3

Verlegetechniken Je nach Einbautechnik unterscheidet man zwischen kellenverlegbarem und selbstnivellierendem Estrich. Kellenverlegbarer Estrich wird im Raum verteilt, bevor er abgezogen, verdichtet (durch Glättstab oder Glättbrett) und geglättet wird. Selbstnivellierender Estrich ist beim Einbringen flüssiger und benötigt kein Abziehen. Estricharten

Zur Estrichherstellung eignen sich verschiedene Bindemittel. Dementsprechend unterscheidet man (DIN EN 13 813): • Zementestrich • Kalziumsulfatestrich (Anhydritestrich) • Magnesiaestrich • Gussasphaltestrich • Kunstharzestrich Weitere Estricharten wie Trockenestrich, Hohlraumböden etc. sind nicht genormt. Estriche können nach einer Oberflächenbehandlung auch direkt als Nutzfläche dienen, wie z.B. Hartstoffestriche, Steinholzestriche und Terrazzo. Zementestrich (CT) Zementestriche sind die meist verwendeten Estricharten. Sie sind kostengünstig und für viele Einsatzzwecke, auch im Außenbereich, geeignet. Die Kornzusammensetzung von Zementmörtel für Estriche wird entsprechend der vorgesehenen Estrichdicke eingestellt. So ist für die üblicherweise ca. 40 mm dicken Estriche ein Größtkorn von 8 mm zugelassen. Der Estrich soll möglichst dicht und mit geringem WasserZement-Wert ausgeführt werden (siehe Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln, S. 57). Zementestriche sind in der Regel erst nach sie172

Hartstoffestrich Nutzschichten für Industrieböden bestehen häufig aus Zementestrich mit Zuschlägen aus Metall, Steinen oder Karbid. Sie erreichen Druckfestigkeiten von bis zu 65 N / mm2.

Kalziumsulfatestrich (CA) Einen Estrich auf Kalziumsulfatbasis bezeichnete man bislang auch als Anhydritestrich. Kalziumsulfatestriche müssen sofort nach dem Mischen verarbeitet werden. Frisch eingebaut sind sie nach fünf Tagen belastbar. Die Ausführung ist unter 5 C unzulässig. Aufgrund des langsameren Abbindeprozesses im Vergleich zum Zementestrich erreichen sie hohe Festigkeiten und weisen geringes Schwindverhalten auf. Diese Estriche sind feuchtigkeitsempfindlich und dürfen nicht im Außenbereich oder in Nassräumen mit Gefälle und Bodeneinlauf eingesetzt werden. Die Ausführung in erdberührten Räumen erfordert eine zusätzliche Abdichtungsmaßnahme. Häufig werden Kalziumsulfatestriche als Fließestriche eingesetzt. Sie erlauben eine fugenlose Verlegung selbst großer Estrichflächen, sind leicht und schnell mit Maschinen zu verarbeiten und benötigen keinen Arbeitsaufwand zum Verdichten oder Glätten. Ein oberflächenfertiger Boden kann ähnlich wie bei Terrazzo durch Abschleifen hergestellt werden. Abb. C 6.4 d zeigt einen solchen Estrich mit Ziegelzuschlag.

Terrazzo Ein oberflächenfertiger Zementestrich aus Weißzement, weißen und farbigen Zuschlägen wie Marmor, Porphyr, Tuff und Farbpigmenten wird Terrazzo genannt. Der hohe Zementanteil des Terrazzomörtels führt zu stärkerem Schwindverhalten, weshalb Terrazzoböden in Felder mit ca. 2 m Seitenlänge eingeteilt werden. Das Eigengewicht der ca. 20–30 mm dicken Schicht beträgt ca. 48 kg / m2 . Terrazzo muss mindestens zweimal geschliffen werden und ist somit ein aufwändiger, aber sehr dauerhafter Bodenbelag (Abb. C 6.4 a).

Magnesiaestrich (MA) Auch aus einem Gemisch aus Magnesiumoxiden und Magnesiumchloridlösungen werden mit weiteren Zuschlagstoffen Estriche hergestellt. Hierfür kommen Sand und Bims sowie organische Zuschläge wie z.B. Sägespäne, Kork, Gummi, Textilfasern und Papiermehl in Betracht. Die schnelle Reaktionszeit erfordert eine sofortige Verarbeitung. Magnesiaestriche eignen sich für großflächige, fugenlose, hochbelastbare Verbundestriche (Festigkeiten bis 80 N / mm2), wie sie im Industriebau benötigt werden. Die Verarbeitung muss über 5 °C erfol-

ben Tagen belastbar; sie benötigen verhältnismäßig lange Trocknungszeiten, da sie nur nach oben austrocknen können. Bei zu schneller Trocknung besteht die Gefahr, dass sich die Ränder verwölben (aufschüsseln), weshalb diese Estriche mit Folien abgedeckt werden müssen, um den Trocknungsvorgang zu kontrollieren. Grundsätzlich gilt: Je länger der Austrocknungsvorgang dauert, desto geringer ist die Gefahr von Schwindrissen. Der Feuchtigkeitsgehalt von Zementestrich muss vor Verlegen von empfindlichen Bodenbelägen geprüft werden, da das Aufbringen eines Belags erst nach Erreichen des für den jeweiligen Belag maximal zulässigen Feuchtigkeitsgehalts erlaubt ist. Spezielle Bindemittel ermöglichen kürzere Trocknungszeiten. Zementestriche können nur in abgeschlossenen Gebäuden bei Temperaturen über 5 °C ausgeführt werden.

Fußböden

gen. Magnesiaestriche sind nach zwei Tagen begehbar und nach fünf Tagen belastbar, jedoch nicht wasserbeständig und daher nicht für Feuchträume und Außenbereiche geeignet. Im Innenbereich werden sie durch Leinöl und Wachs geschützt. Einen großen Vorteil bietet ihre elektrische Leitfähigkeit. Theoretisch lassen sich Magnesiaestriche in den Rohstoffkreislauf zurückführen, in der Praxis werden sie jedoch zusammen mit anderen mineralischen Baustoffen deponiert. Steinholzestrich Magnesiaestriche können durch Zuschläge wie Sägespäne eine Rohdichte < 1600 kg / m3 erreichen. In Dicken von 12 bis 20 mm beträgt das Flächengewicht etwa 22 – 36 kg / m2. Die Eigenschaften der Steinholzestriche wie z.B. Wärmeleitfähigkeit, Trocknungszeit und Festigkeit lassen sich durch das Mischungsverhältnis beeinflussen. Trotz vieler Vorteile werden Steinholzestriche derzeit kaum angewendet. Sie sind fußwarm, schalldämmend, elastisch und ihre widerstandsfähige Oberfläche eignet sich als Nutzbelag. Mit geringem Aufwand lassen sich Farbpigmente beimischen. Gussasphaltestrich (AS) Bitumen eignet sich als Bindemittel für feinkörnige Zuschläge wie Steinmehl, Sand, Splitt und evtl. Kies, die im Gegensatz zu anderen Zuschlagstoffen bei Estrichen getrocknet sein müssen. Der Bindemittelanteil liegt bei 8 % anstelle von etwa 16 % bei Zementestrichen. Die klimatische, chemische und mechanische Widerstandsfähigkeit ist von der jeweiligen Mischung abhängig, die Angaben über die Nutzung, Temperaturbelastung und Druckbelastung berücksichtigt. Gussasphalt zeigt auch im eingebauten Zustand thermoplastisches Verhalten, hohe Punktlasten können also ggf. Druckstellen und Verformungen hinterlassen. Die Klassifizierung von Gussasphaltestrichen erfolgt deshalb nach Härteklassen, die Eindringtiefen eines definierten Stempels angeben. Den vier Härteklassen zugeordnet sind Einsatzbereiche: GE 10 und GE 15 für beheizte Räume, GE 15 und 40 für unbeheizte Räume sowie GE 40 und GE 100 für Räume mit niedrigen Temperaturen. Für Estriche auf Dämmschichten gelten deshalb Mindestanforderungen an die Druckfestigkeit. Die Einbautemperatur von ca. 250 °C stellt besondere thermische Anforderungen an darunter liegende Dämmschichten. Geeignet sind Mineralfasern, Kork, Perlite, Schaumglas und bituminierte Holzfaserdämmplatten. In Randbereichen besteht die Gefahr, dass Trittschalldämmungen nachgeben. Deshalb wird eine Randverstärkung empfohlen, um Verformungen in dieser Zone zu vermeiden. Dies wird in der Regel durch einen Verzicht auf die Trittschalldämmung im Randbereich realisiert. Gussasphaltestriche bieten Vorteile für den Bauablauf, da sie keine mechanische Verdichtung erfordern und witterungsunabhängig ver-

arbeitet werden können. Sie sind bereits nach 2 – 3 Stunden belastbar, nach dem Abkühlen belegereif und benötigen keine Fugen. Gussasphaltestriche sind wasserunempfindlich, wasserdicht, dampfdicht und schwer entflammbar (B 1). Eine optionale Zugabe von Graphitstaub bewirkt die elektrische Leitfähigkeit des Estrichs und verhindert somit elektrostatische Aufladungen. Gussasphaltestriche erreichen gute Trittschalldämmwerte und sind vollständig wiederverwendbar. Entgegen der häufig vertretenen Meinung bestehen weder in der Verarbeitung noch in der Nutzungsphase bekannte Gefahren oder Belastungen der Umwelt (Abb. C 6.4 c).

a

b

Kunstharzestrich (SR) Estriche mit Kunstharz als Bindemittel und Quarzzuschlag eignen sich für stark belastete Industrieböden. Epoxid-, Polyester-, Methacrylat- oder Polyurethanharze werden in einer Schichtdicke von 5 bis 10 mm aufgebracht. Zuschläge sind Quarzkörner, aber auch Pigmente zur Farbgestaltung. Kunstharzestriche können nach sieben Tagen voll belastet werden. Sie sind praktisch dampfdicht und leicht zu reinigen. Anforderungen an Trittsicherheit erfüllen Mischungen mit größeren Körnern. Die rauen Oberflächen erfordern spezielle Reinigungsmaschinen. Eine elektrische Leitfähigkeit ist durch Beimischen von Graphit realisierbar. Anwendungsbereiche sind Produktionshallen, Schlachthöfe, Laborgebäude und vieles mehr. Sortenrein sind Kunstharze wiederverwendbar, in der Praxis ist die Trennung des Materials wegen der geringen Schichtdicke unwirtschaftlich (Abb. C 6.4 e). Lehmestrich Lehmestriche und Stampflehmböden gehören zu den ältesten Estricharten, die ohne Belag verwendet werden. Wegen ihrer guten Feuchtigkeitsregulierung eignen sie sich für Dachböden, Keller, Räume zur Lebensmittellagerung und Getränkelager. Für die Herstellung wird Lehm mit Wasser und organischen Zuschlägen wie Häcksel, Spreu oder Kuhhaaren gut durchmischt und festgestampft. Die vergleichsweise geringen Festigkeiten lassen sich durch Beimischen von Rinderblut und Asche in der obersten Schicht erhöhen. Fertigteilestrich / Trockenbauweise Zur trockenen und witterungsunabhängigen Herstellung von Estrichen stehen Bauplatten verschiedener Bauarten zur Verfügung. Diese so genannten Fertigteilestriche haben den Vorteil, dass die Trocknungszeiten entfallen. Sie sind nach dem Einbau sofort nutzbar, und Bodenbeläge können unmittelbar verlegt werden. Wird die Nutzschicht nicht auf dem Untergrund verklebt, können die Estrichplatten in den Rohstoffkreislauf zurückgeführt werden. Die Verlegung der Platten erfolgt mit versetzten Stößen, z.B. auf Schüttung oder Dämmstoffen,

c

d

e

f

C 6.4

C 6.3 physikalische Kennwerte von Estricharten C 6.4 Estricharten: a Terrazzo b Steinholzestrich c Gussasphaltestrich als Nutzschicht d Kalziumsulfatestrich mit Ziegelzuschlag e Kunstharzestrich f Zementestrich

173

Fußböden

schwimmende Estriche Schichtaufbau * Datenherkunft siehe Ökobilanzierung, S. 100

PEI Primärenergie nicht ern. [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP Sommersmog [kg C2H4 eq]

203

3,8

18

0

0,076

0,0073

0,0070

71

2,2

5,8

0

0,026

0,0018

0,0010

443

5,1

11

0

0,064

0,0069

0,013

211

3,6

14

0

0,038

0,0035

0,013

81

1,6

11

0

0,022

0,0013

0,0020

138

10

8,2

0

0,055

0,0061

0,0080

71

88

-8,3

0

0,029

0,0026

0,0050

Naß- / Mörtelestriche Zementestrich Zementestrich (CT 20-S 50), 50 mm Bitumenpapier, 0,2 mm Mineralfaserdämmung, 20 / 15 mm Kalziumsulfatestrich Kalziumsulfatestrich (CA 20-S 50), 50 mm Bitumenpapier, 0,2 mm Mineralfaserdämmung, 20 / 15 mm Gussasphaltestrich Gussasphaltestrich, 25 mm Bitumenpapier, 0,2 mm Kokosplatte, 10 mm Magnesiaestrich Magnesiaestrich (MA CT C 50-V 25 F), 25 mm Mineralfaserdämmung 25 / 20 mm Trockenestriche Ziegelplatte Ziegelplatte, Fliesenkleber, 20 mm Mineralfaserdämmung 25 / 20 mm Gipsfaserplatte Gipsfaserplatte, zweilagig, 20 mm Mineralfaserdämmung, 25 / 20 mm Spanplatte* Spanplatte (P1) verleimt, 19 mm Mineralfaserdämmung, 20 / 15 mm Polyethylenvlies (PE), 1 mm

C 6.5

aber auch auf alten Bodenbelägen. Wegen der geringen Aufbauhöhe eignen sie sich zur bauphysikalischen Verstärkung und Sanierung bestehender Böden. Trockenestriche verbessern den Schallschutz von Decken um bis zu 28 dB. In Abb. C 6.3 sind weitere Eigenschaften dargestellt. Als Materialien eignen sich: • Holzspanplatten • Holzfaserverbundplatten • Gipsplatten • Gipsfaserplatten • Verbundplatten aus Gips- und Dämmstoffen Spanplatten Spanplatten für Trockenestriche weisen umlaufende Nut-und-Feder-Profile für die dichte Verlegung auf, die sicherstellen sollen, dass nach dem Verleimen oberflächenbündige Plattenstöße entstehen. Möglich sind Dicken von 10 bis 70 mm, die Mindestdicke bei normalen Verkehrslasten liegt bei 19 – 22 mm. Die Ausführung normt DIN 68 771. Die Verlegung kann auf vorhandenem Altboden, auf Lagerhölzern oder auf einer Trockenschüttung, z.B. aus Perlite, erfolgen. Der Einsatzbereich kunstharzgebundener Platten beschränkt sich auf Räume mit geringer Feuchtigkeitsbeanspruchung. Die schwereren, zementgebundenen Platten sind beständig gegen Feuchtigkeitseinwirkung und gehören der Baustoffklasse B 2 (schwer entflammbar) an. 174

Beim Einbau auf Holzbalkendecken dürfen keine dampfdichten Folien verwendet werden, die die Dampfdiffusion durch die Konstruktion behindern und zur Beschädigung der Holzbalkenlage führen könnten. Gips- und Gipsfaserplatten Diese Produkte für Trockenestriche werden dreilagig verklebt mit einem Stufenfalz und einer breiten Überlappung angeboten. Die Dicke der Platten liegt zwischen 20 und 25 mm. Die Vorteile dieser Platten gegenüber den Spanplatten sind neben der höheren Maßbeständigkeit bessere Schalldämmwerte aufgrund des höheren Eigengewichts und die Baustoffklasse A 2 (nicht brennbar). Die Verarbeitung ähnelt der von Spanplatten. Häufig sind diese Platten direkt mit einer Dämmschicht verbunden. Trockenestrich aus Ziegelplatten Ziegelplatten mit Sichtqualität bietet der Baustoffhandel als 20 mm dicke Volltonplatten und als 40 – 50 mm starke, längsgelochte Tonplatten an. Die Verlegung von Ziegelplatten erfolgt schwimmend auf einer Dämmschicht mit Nut und Feder und einer Verklebung. Die dickeren Platten sind für eine Verlegung im Dickbett oder auf Sand bestimmt. Sie eignen sich aufgrund ihrer temperatur- und feuchtigkeitsausgleichenden Eigenschaften besonders für Lagerräume.

Schwingböden Für besondere Einsatzbereiche wie Sportflächen und Tanzböden werden Holzdielen als Unterboden elastisch auf der Unterkonstruktion gelagert. Man unterscheidet flächenelastische Böden auf orthogonalen Bretterlagen von punktelastischen Böden auf Schaumstoffen. Bodenbeläge Materialität, Bild, Textur und Farbe des Bodenbelags beeinflussen die Raumwahrnehmung erheblich. Neben funktionalen Überlegungen bestimmt das gestalterische Konzept die Auswahl. Optik und Schalldämmwirkung tragen erheblich zum subjektiven Wertempfinden einer angenehmen Raumatmosphäre bei. Die optische Auswahl des Bodenbelags kann verschiedenen Konzepten folgen. Solche, die Wand, Boden und Decke wie aus einem Guss erscheinen lassen, stehen kontrastreichen Material- und / oder Farbzusammenstellungen gegenüber. Häufig bilden Wände und Decke einen neutralen Hintergrund für die Einrichtung durch den Nutzer. Einheitliche Bodenbeläge verdeutlichen räumliche Zusammenhänge z.B. zwischen Innen- und Außenräumen, verschiedene Beläge in einem Raum definieren unterschiedliche Nutzungszonen. Besondere Aufmerksamkeit kommt der Wahl der Oberflächenbehandlung zu. Glänzende Beläge ändern ihre optische Erscheinung bei schräg einfallendem

Fußböden

zementgeb. Estr. • Hartestriche • Terrazzo

Wärmeableitung / Fußwärme Der Verlust von Wärme des menschlichen Körpers durch Kontakt zu Fußbodenoberflächen von Bauteilen wird als mangelnde Fußwärme bezeichnet. Bodenbeläge teilt man je nach Messwert in drei Klassen ein:

Ziegelestrich oberflächenfertige Estriche

I = besonders fußwarm II = ausreichend fußwarm III = nicht mehr ausreichend fußwarm

C 6.5 Ökobilanzdaten von Estrichen C 6.6 Marmorfußboden, Santa Maria della Salute, Venedig (I) 1683, Baldassare Longhena C 6.7 systematische Darstellung von Bodenbelägen

Tageslicht durch Spiegelung im Vergleich zu matten, rauen Belagsoberflächen. Den vielfältigen Anforderungen steht eine große Palette an Materialien, Produkten und Produktvarianten hinsichtlich Farbe, Qualität, Struktur und anderen Eigenschaften gegenüber (Abb. C 6.7). Zu den üblichen Parametern der Baustoffwahl kommt eine Reihe weiterer, fußbodenspezifischer Anforderungen hinzu. Konstruktion Erste Vorgaben erfolgen durch den Gebäudebestand oder die Planfestlegungen. Eigengewicht und Aufbauhöhe müssen mit der Druckfestigkeit und damit der Tragfähigkeit des Untergrunds sowie den Rahmenbedingungen des Raums wie z.B. Anschlusshöhen vereinbar sein. Weitere Bedeutung kommt dem Unterboden zu. Fußbodenheizungen, Hohlraum- und Doppelböden sind nicht mit jedem Belag kombinierbar. Um Schäden durch Restfeuchte aus Betondecken und Estrichen zu vermeiden, müssen Handwerker vor der Verlegung von Bodenbelägen eine Überprüfung des Restfeuchtegehalts des Untergrunds vornehmen. Bauphysik Feuchte-, Schall- und Wärmeschutzanforderungen schränken die Wahl des Bodenbelags ein. Vergleichende Werte zeigt Abb. C 6.20 (siehe S. 184).

• Klasse 1 bezeichnet so genannte antistatische Bodenbeläge; d.h. Personen, die diese Beläge begehen, erreichen maximal eine Aufladung von 2,0 KV. Diese Anforderung gilt für alle Räume mit elektronischen Geräten (auch Wohnräume). • Klasse 2 ist erforderlich, um in Räumen mit empfindlichen Geräten Schäden zu vermeiden. Man bezeichnet die geeigneten Bodenbeläge als ableitfähig. • Klasse 3 erreichen besonders ableitfähige Böden, die in Operationssälen, Forschungseinrichtungen und Produktionsräumen aus Sicherheitsüberlegungen (Schutz von Leben, Geräten, Explosionsschutz) erforderlich sind. In der Baupraxis muss beachtet werden, dass die Beläge auch mit geeigneten Klebstoffen auf leitfähigen Voranstrichen verlegt werden. Eingeklebte Kupferbänder stellen die Ableitung evtl. auftretender Spannungen über einen herzustellenden Potenzialausgleich sicher. Nutzung Im Zusammenhang mit der Nutzung von Bodenbelägen bestehen Vorschriften an Hygiene, Arbeitsschutz (Trittsicherheit), elektrische Leitfähigkeit und vieles mehr.

Kunstharzbeschichtung

Natursteine Werksteine und Platten

zementgeb. Werksteine bitumengeb. Platten

harte Bodenbeläge

Keramik

Ziegel Steinzeug Steingut Spaltplatten Klinkerplatten Terrakotta Glasfliesen Verbundglas

Glas und Metall

Bleche Prägebleche etc. Gitterroste

Holz- und Holzwerkstoffe

Dielen Parkett Hirnholzparkett Mosaikparkett Tafelparkett Fertigparkett OSB-Platten Sperrholzplatten

Träger- und Schichtstoffplatten

elastische Bodenbeläge

C 6.6

Elektrostatisches Verhalten Beim Begehen eines isolierenden Bodenbelags entstehen an Personen elektrische Aufladungen, die beim Berühren geerdeter Metallflächen wie Türklinken, Geländern und auch Computern zu unangenehmen Entladungen führen. Raumluftfeuchtigkeit, Material des Schuhwerkes und Kleidung beeinflussen diesen Vorgang. Empfindliche elektronische Geräte können durch die entstehenden hohen Spannungen in ihrer Funktion gestört werden. Bodenbeläge nach DIN 54 346 unterschied man bisher hinsichtlich ihrer elektrostatischen Eigenschaften in drei Klassen:

Gussasphalt Stampflehm

aus natürlichen Rohstoffen

aus künstlichen Rohstoffen

natürliche Fasern textile Bodenbeläge

Im Unterschied zur Wärmeeindringzahl wurde bisher nach DIN 52 614 als Messwert die abgeleitete Wärmemenge während einer bzw. zehn Minuten von einer auf 33 C temperierten Oberfläche gemessen. Über die physikalisch messbare Größe hinaus ist die Fußwärme ein Faktor der – auch subjektiv empfundenen – Gesamtbehaglichkeit eines Raums. Bei Bodenbelägen, die als besonders fußwarm empfundenen werden, kann sich bereits bei 1– 2 C niedrigeren Raumlufttemperaturen ein Behaglichkeitsgefühl einstellen.

Holzestriche

Laminat

Gummi Kork Kautschuk Linoleum Leder

PVC

Sisal Kokos Jute Seegras Binsen Raffia Baumwolle Wolle Haargarn

synthetische Fasern

Acryl Nylon Polyester Polypropylen Polyamid C 6.7

175

Fußböden

Gleit- und Trittsicherheit Die Berufsgenossenschaften Deutschlands stellen Mindestanforderungen an Bodenbeläge zur Trittsicherheit (BGR 181). Parameter sind die Oberflächenbeschaffenheit (Klassen R 9 – R 13) und der Verdrängungsfaktor von Flüssigkeiten (Klassen V 2 – V 10). Beispielsweise müssen Bodenbeläge in Großküchen der Anforderung R 13 V 4 genügen. R 13 bedeutet, dass eine Person auf einer im Winkel von über 35  geneigten Fläche bei Normbedingungen noch Halt findet. V 4 heißt, dass ein Flüssigkeitsvolumen von 4 cm3 / dm2 in der Oberflächenstruktur aufgenommen wird, ohne einen durchgängigen Feuchtigkeitsfilm zu bilden. Für Barfußbereiche (z.B. in Schwimmbädern) werden drei Klassen (A – C) unterschieden. C bezeichnet die höchste Sicherheitsanforderung. Stuhlrollen Produktdatenblätter zu Bodenbelägen enthalten stets Angaben über die Eignung für Büroräume mit Stuhlrollen. Rollenmaterial und Bodenbelag müssen aufeinander abgestimmt sein. Der Rollentyp W mit weichem Rollenmaterial ist für harte Bodenbeläge vorgesehen, Rollentyp H mit harten Rollen entsprechend für weiche Beläge. Raumklima Bodenbeläge können das Raumklima stark beeinflussen. Die Materialien, Klebstoffe sowie Pflege- und Reinigungsmittel müssen mit Sorgfalt ausgewählt werden, um Schadstoffbelastungen für die Nutzer weitgehend auszuschließen. Nachhaltigkeit Bodenbeläge sind hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Dementspechend spielen bei der Auswahl die Strapazierfähigkeit und die Verschleißwerte eine zentrale Rolle. Eine Einteilung nach Beanspruchungsklassen erfolgt nach DIN für die verschiedenen Belagsgruppen (Abb. C 6.20). Bodenbeläge sollten sich bei Sonneneinstrahlung nicht verfärben. Veränderungen in der Materialstruktur durch mechanische Belastungen und Feuchtigkeits-

a

b

oder Temperaturschwankungen können Fugen entstehen lassen (Parkett) oder Spannungsrisse hervorrufen. Wegen der Notwendigkeit regelmäßiger Pflege über die gesamte Lebensdauer sind die Kosten für den Unterhalt bei manchen Bodenbelägen höher als die Investitionskosten. Harte Bodenbeläge Natursteine, keramische Beläge sowie Werksteine, aber auch Beläge aus Glas, Metall, Holz- und Holzwerkstoffen gehören zu den harten Bodenbelägen. Das große Angebot an künstlich hergestellten Platten differenziert sich nach Bindemitteln: Zement, Kunstharz, Bitumen und Ton (Keramik). Platten aus mineralisch gebundenen Werkstoffen für Fußbodenbeläge können in einer 15–20 mm dicken Mörtelschicht (Dickbett) verlegt werden. Es darf keine überflüssige Feuchtigkeit in den Bauteilen verbleiben, da sie in Kombination mit dem alkalischen Mörtel manche Steinbestandteile löst und unschöne Verfärbungen hervorruft. Das Verlegen im Dünnbett erfordert maßhaltigere Plattendicken und einen präziseren Untergrund, der meist durch eine Ausgleichsschicht hergestellt wird. Diese Verlegeart eignet sich auch für Trockenestriche. Die Auswahl des Mörtels / Klebstoffs erfolgt in Abhängigkeit von Nutzungsbereich, Untergrund und Beanspruchung.

Natursteine sind in einer großen Vielfalt verfügbar. Da sie bei gleicher Zusammensetzung je nach Herkunft unterschiedliche Strukturen und Farben aufweisen können, führt der Handel sie meist unter Produktnamen, was die Übersicht erschwert. Eigenschaften Wegen ihrer hohen Verschleißfestigkeit fällt die Wahl auf Natursteinbeläge immer dann, wenn bei starker Beanspruchung eine lange Lebensdauer die hohen Kosten relativiert. Besondere Bedeutung kommt der Oberflächenbehandlung zu (Abb. C 6.9 a und b). Diese beeinflusst Abrieb- und Rutschfestigkeit. Die Bandbreite geht von porösen Steinen mit rauen Oberflächen (z.B. Sandstein) bis zu glatten, polierten Marmor- oder Granitflächen. Die Eignung eines Steins und seiner Oberflächenbehandlung für einen bestimmten Einsatzbereich muss durch Prüfzeugnisse nach DIN nachgewiesen werden. Sedimentgesteine mit porösen, unversiegelten Oberflächen sind empfindlich gegen Flüssigkeiten wie z.B. Fette, Wein etc. Bei Säuren (Essig) kann es auch zu chemischen Reaktionen kommen, die zu Verfärbungen führen. Es empfiehlt sich, entsprechende Prüfzeugnisse anzufordern. Einige Steine wie Quarzit, Sandstein und Gneis weisen hohe Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Alle Natursteine gehören zur Baustoffklasse A1 (nicht brennbar). Natursteinbeläge empfindet man als fußkalt. Wegen ihrer hohen Wärmeleit- und Wärmespeicherfähigkeit eignen sie sich besonders für Fußbodenheizungen. Natursteinbeläge ohne Dämmschichten leisten keinen Beitrag zur Trittschalldämmung.

Fugen Das Verfüllen von Stein- und Plattenbelägen mit einem feinen Zementmörtel darf nicht zu früh erfolgen. Eine Austrocknungszeit von 7 bis 14 Tagen sollte eingeplant werden. Verfärbungsempfindliche Steine benötigen schnell härtende Mörtel. Größe, Raster und Fugenrichtung bestimmen maßgeblich die Optik harter Bodenbeläge. Ein Verlegeplan, der auch die Anschlüsse an aufgehende Bauteile überprüft, ist – besonders bei nicht orthogonalen Zuschnitten – unabdingbar.

Planungshinweise Dünne, plangeschliffene Platten mit etwa 10 mm Dicke können wie Fliesen im Dünnbett verlegt werden. Meist werden jedoch Platten in Dicken von 20 bis 50 mm mit Formaten bis 300 ≈ 600 mm angeboten, die ein Mörtelbett benötigen. Wegen der geringen Zugspannung nimmt die Plattendicke mit der Größe zu. Da bei der Herstellung größerer Formate mehr Materialausschuss entsteht, steigen die Kosten hierfür überproportional. Die Verfugung von Plattenstößen erfolgt mit einem Zementmörtel

c

C 6.8 Verlegebeispiele a polygonaler Verband b unregelmäßiger Rechteckverband konstanter Breite c quadratischer Verband mit Streifengliederung d quadratische Platten im Raster C 6.9 Beispiele harter Bodenbeläge a Naturstein (grob) b Naturstein (fein bearbeitet) c Betonwerkstein d kunstharzgebundener Stein e Gussasphaltplatten f Klinker g Fliesen h Glasfliesen

d C 6.8

176

Naturwerkstein

Fußböden

und Quarzsand. Die Beimischung von Steinmehl oder Farbpigmenten gleicht die Fugenfarbe an das Material des Belags an. Manche Reinigungsmittel greifen Steinbestandteile wie Kalk an. Den Empfehlungen des Lieferanten kommt daher große Bedeutung zu. Bei Außenanwendungen und in Eingangsbereichen muss besonders auf die chemische Resistenz gegen Säuren und gelöste Salze geachtet werden.

und säurefest sowie Terrazzo-Asphaltplatten, die die Eigenschaften der Betonwerksteine mit denen der Gussasphaltplatten verbinden. Besonders wegen ihrer hohen Widerstandsfähigkeit gegen chemische Einwirkungen, mineralische Öle, Fette, Benzin etc. eignen sich diese Beläge aus Gussasphaltplatten für Messe- und Industriegebäude. Gussasphaltbeläge benötigen einen Schutz gegen aufsteigende Feuchtigkeit. Sie sind witterungsbeständig und frostsicher (Abb. C 6.9 e).

a

Zementgebundene Platten und Steine

Betonwerke fertigen aus großen Blöcken Platten und Steine (Betonwerksteine), die nach der Erhärtung gesägt und geschliffen werden (Abb. C 6.9 c). Das Bindemittel ist Zement. Die Vielfalt der Produkte entsteht durch die große Auswahl an Zuschlagstoffen, z.B. Natursteine, Kies, Pigmente, Glas etc. Glaszuschläge haben in der Vergangenheit bei nicht sachgerechter Ausführung zu Schäden geführt. Neben dem so genannten Einschichtverfahren werden auch zweischichtige Elemente im Pressverfahren hergestellt, die dann eine Sichtfläche mit aufwändigeren Zuschlagstoffen aufweisen können. Oberflächenbehandlung und Eigenschaften gleichen denen des Betons bzw. der Zuchlagstoffe. Übliche Formate sind 250 ≈ 250 ≈ 22 mm, 300 ≈ 300 ≈ 27 mm und 500 ≈ 500 ≈ 50 mm, größere Formate als Sonderfertigung sind möglich. Die Verlegung erfolgt meist im Dickbett. Diese Platten sind eine preisgünstige Alternative zu Natursteinen, sie eignen sich auch für die Verlegung auf Fußbodenheizungen.

Keramische Platten

Steingut und Steinzeug, keramische Spaltplatten, Bodenklinkerplatten und Riemchen bilden die Gruppe der keramische Beläge (Abb. C 6.9 f). Feinkeramische Fliesen und Platten Standardware ist von 100 ≈ 100 mm bis 300 ≈ 900 mm erhältlich, Sonderanfertigungen auch größer, Steinzeug und Glas schon ab 10 ≈ 10 mm. Steingutfliesen sind nur bedingt rutschfest und nicht frostbeständig. Steinzeug dagegen weist einen dichteren Scherben auf, der sich auch ohne Glasur als Bodenbelag eignet. Glasuren werden in vier Verschleißgruppen eingeteilt. An Schuhen haftende Sandkörner können jedoch alle glasierten Oberflächen verkratzen, weshalb sie sich bei hoher Beanspruchung nicht eignen.

Grobkeramische Bodenbeläge Spaltplatten werden im Strangpressverfahren hergestellt. Übliche Formate betragen Kunstharzgebundene Platten 240 ≈ 115 mm und 194 ≈ 94 mm. Spaltriemchen sind schmaler, z.B. 240 ≈ 52 mm oder Die Produkte bestehen aus Kunstharzen und Steingranulat. Die Herstellung der Platten erfolgt 240 ≈ 73 mm. Bodenklinker werden im Flachdurch Schneiden des in großen Blöcken ausge- pressverfahren hergestellt. Neben quadratischen Formaten auf Basis des 300 mm-Moduls härteten Materials. Die Oberfläche der etwa gibt es viele Produkte, deren Maße sich nicht in 15 – 20 mm dicken Platten wird poliert. Sie gleidie Modulordnung einfügen. chen optisch den Betonwerksteinplatten, manche sehen auch Natursteinen (insbesondere Eigenschaften und Planungshinweise Konglomeratgesteinen) zum Verwechseln ähnKeramische Beläge sind sehr widerstandsfähig lich (Abb. C 6.9 d). Die Eigenschaften des Binund dauerhaft. Sie sind nicht brennbar (Baudemittels ermöglichen dünnere Plattendicken als bei Betonwerksteinen. Es gibt große Formate stoffklasse A1), thermisch beständig, haben ein gutes Wärmespeichervermögen und verrotten bis 1800 ≈ 3800 mm ebenso wie Formteile für Waschbereiche etc. Die Oberflächen sind weni- nicht. Bei Verwendung im Außenbereich müssen frostbeständige Produkte gewählt werden. ger widerstandsfähig als die vergleichbarer Natursteine. Meist sind die Produkte nicht frost- Als Verlegetechnik kommen Dünn- oder Dickbett in Betracht. Keramikfußböden eignen sich beständig und gehören zur Baustoffklasse B1 gut für eine Verlegung auf Fußbodenheizungen. (schwer entflammbar). Als preisgünstige Alternative zu Natursteinen Gestaltungsmöglichkeiten besitzen sie nahezu identische Eigenschaften, Das Fugennetz ist neben der Plattenoberfläche jedoch eine geringere chemische Resistenz ein wichtiges Gestaltungsmerkmal. gegen Säuren, Fleckentferner und Ähnliches. Die Erstellung von Fliesenplänen erfolgt mit Bitumengebundene Platten dem Ziel, Raster, Anschnitte und Einbauten zu Gussasphaltplatten bietet der Baustoffhandel in koordinieren und keine kleinteiligen Verschnitte ähnlichen Formaten wie zementgebundene Plat- zu erzeugen, die optisch und technisch nachten an. Die Eigenschaften können durch Einstel- teilig sind. Die Verlegung kann diagonal oder orthogonal, mit eingelegten Bändern, Friesen, lung der Mischungsverhältnisse denen von Mustern und vielem mehr erfolgen. Mit gerinGussasphaltestrichen entsprechen (siehe gem Aufwand sind individuelle Gestaltungen S. 173). Das Angebot umfasst drei Arten von und Strukturen möglich. Hochdruckasphaltplatten: Standard, mineralöl-

b

c

d

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f

g

h

C 6.9

177

Fußböden

a

b

Bodenbeläge aus Holz und Holzwerkstoffen Bis ins 20. Jh. wurden Holzbalkendecken überwiegend mit Dielenböden belegt. Die dafür vielfach verwendeten weichen Nadelhölzer sind weniger strapazierfähig als Harthölzer mit ihrer dauerhaft nutzbaren Oberfläche. Alle Holzfußböden zeichnen sich durch ihre angenehmen fußwarmen Oberflächen und guten hygienischen Eigenschaften aus. Holzfußböden benötigen nur einen geringen Pflegeaufwand. Zu den Vorteilen des nachwachsenden Rohstoffs siehe Holz und Holzwerkstoffe, S. 75. Gestaltungsmöglichkeiten

Holzbodenbeläge können aufgrund ihrer vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten eine große Spanne unterschiedlicher Raumatmosphären erzeugen. Parameter für die optische Erscheinung sind Wahl der Holzart, Format, Verlegetechnik und Oberflächenbehandlung. Holzwahl Die Holzart bestimmt zunächst die Erscheinung des Fußbodenbelags (siehe Holz und Holzwerkstoffe, S. 69). Eine qualitative Auswahl der Hölzer erfolgt bei Parkett nach ihrer Holzstruktur. Bei Eichenparkett bezeichnet »exquisit« beispielsweise die sorgfältigste Auslese gleichmäßiger Hölzer, »rustikal« enthält lebhafte Farbunterschiede und »standard« liegt dazwischen. Musterflächen verdeutlichen den Unterschied in der Gesamterscheinung eines Bodenbelags. Herkunft Aus ökologischen Gründen sollten heimische Hölzer bevorzugt gegenüber exotischen Holzarten ausgewählt werden. Das FSC-Zertifikat gewährleistet – auch für Produkte aus Übersee – die Einhaltung der Regeln einer nachhaltigen Holzwirtschaft. Formate Je nach Vollholzanteil und Größe der Holzstäbe des fertigen Produkts lassen sich die Holzbodenbeläge in folgende Gruppen einteilen: • Dielen • Parkett

c

d

• Mosaikparkett • Fertigparkett • Holzpflaster Laminatböden besitzen keine Vollholzanteile und werden im Anschluss an die Holzbodenbeläge auf Seite 179 behandelt. Dielen Dielen sind Vollholzzuschnitte, meist in Raumbreite verlegt. Die Dielenlängen betragen bis zu 6 m und die Dielenbreiten bis zu 350 mm (Abb. C 6.12 a). Bei einer Verlegung auf Lagerhölzern und Dämmstreifen wird konstruktiv kein Estrich benötigt. Dielenböden sind von so genannten Landhausdielen zu unterscheiden. Letztere Bezeichnung steht für einen mehrschichtigen Holzwerkstoff entsprechend den so genannten Fertigparkett-Produkten (s.u.). Massivparkett Massivparkett gibt es als Stab- und Tafelparkett bis 22 mm Dicke. Stabparkett bezeichnet ringsum genutete Stäbe, die mit einer Feder zu einer Fläche verleimt werden. Parkettriemen sind wechselseitig mit Nut- und Feder versehen. Tafelparkett wird bereits zu größeren Einheiten von bis zu 1 ≈ 1 m – entsprechend dem geplanten Verlegemuster – verleimt. Verschiedene Hölzer können auf der Tafel zu aufwändigen Mustern kombiniert sein (Abb. C 6.12 c und d). Auf glatten Untergründen wird Parkett vollflächig verklebt; auf einer schwimmenden Unterkonstruktion aus Holz oder Holzwerkstoffen (Blindboden) kann Parkett in der Nut genagelt werden. Die Möglichkeiten der Verlegung sind vielfältig: Schiffsboden, englischer Verband, Würfel- und Flechtmuster bilden orthogonale Muster. Bautoleranzen können bei diesen Belägen zu spitzwinkligen Anschnitten führen. Fischgrät, Doppelfischgrät und Französisch-Fischgrät sind im Winkel von 45  zu den begrenzenden Wänden verlegt. Zu den Tafelparkettarten gehören Felderboden, Dreistab mit Würfel, Mittelfriesparkett, Spießeck und Winkelfriestafeln.

e

C 6.10

Mosaikparkett / Hochkantlamellenparkett Kleinere Parkettstäbe mit 8 mm Dicke entsprechen prinzipiell dem 10 mm Massivparkett. Die Stablängen sind auf maximal 165 mm begrenzt. Die auf Netzpapier gelieferten Flächen bestehen z.B. aus vier Feldern mit je fünf Stäben, die verlegt das charakteristische Würfelmuster bilden. Das sehr widerstandsfähige Hochkantlamellenparkett entsteht durch hochkant gestellte Mosaikstäbe mit einer Nutzschicht von 18 bis 24 mm (Abb. C 6.12 e und f). Fertigparkett Um Schwinden der Hölzer und aufgehende Parkettfugen zu vermeiden, werden mehrschichtige Aufbauten von Parkettstäben angeboten. Meist handelt es sich um drei kreuzweise verleimte Schichten. Es werden sowohl einzelne Parkettstäbe hergestellt als auch größere Elemente (zur einfachen Verlegung), die mehrere Stäbe der Nutzschicht zusammenfassen. Die Nutzschicht besteht aus Hartholz mit mindestens 2 mm Dicke, die darunter liegenden Schichten aus Nadelholz oder Holzwerkstoffen. Die Gesamtdicke beträgt in der Regel 15 mm. Die Oberflächenbehandlung geschieht

a

10 mm Massivparkett Das dünnere Material eignet sich als Alternative zu Massivparkett für Sanierungen oder b

178

f

anstelle von Belägen ähnlicher Dicke (Fliesen). Ein Netzgewebe oder Papier hält die 10 mm starken Parkettstäbe lose zusammen, um das vollflächige Verkleben auf dem Untergrund zu erleichtern. Der fertige Belag lässt sich von Stabparkett optisch nicht unterscheiden.

Fußböden

Formate von Holzböden C 6.10 Verlegebeispiele von Parkett a Schiffsboden b Verband c Fischgrät d Würfelparkett e Flechtmuster f Tafelparkett C 6.11 Maße von Holzfußböden C 6.12 Parkettarten a Schiffsbodendielen b Fischgrätparkett c Tafelparkett d Intarsienparkett e Mosaikparkett, würfelförmig f Mosaikparkett, leiterartig g Holzpflaster h Bambusparkett im Schiffsverband

Dielenboden (Massiv-)Parkett

Dicke der Nutzschicht [mm]

– 14 – 22

Dicke des Materials [mm]

sichtbares Format, max. [mm]

15,5 – 40

bis 6000 ≈ 175

14 – 22

bis 600 ≈ 80

Mosaikparkett

8

8

bis 165 ≈ 25

10 mm Massivparkett

10

10

n.b.

Hochkantlamellenparkett

18 – 24

18 – 24

130 –160 ≈ 8

Holzpflaster

22 – 60

22 – 60

138 ≈ 69

Fertigparkett

3–8

7 – 26

650 ≈ 50, 300 –1200 ≈ 60

Landhausdiele (wie Fertigparkett)

3–8

7 – 26

bis 3000 ≈ 200

10 –12

10 – 12

2500 ≈ 1250

≤2

7 – 10

1208 ≈ 194

OSB-Belag Furnierboden

C 6.11

werkseitig, eine Nachbearbeitung auf der Baustelle ist nicht möglich. Die Verlegung erfolgt schwimmend auf einer Trittschalldämmung, kraftschlüssig verklebt oder verdeckt genagelt. Holzpflaster Die Verlegung von scharfkantigen Klötzen mit robuster Hirnholzoberfläche erfolgt direkt auf dem Untergrund (Abb. C 6.12 g). Angeboten werden Hölzer wie Kiefer, Lärche, Fichte oder Eiche in Dicken von 22 bis 80 mm. Man unterscheidet zwei Beanspruchungsklassen: GE für gewerbliche Nutzung, RE für repräsentative Nutzung. Herstellung und Verarbeitung Holzbodenbeläge werden industriell gefertigt. Das getrocknete und grob zugeschnittene Holz wird je nach Belagsart entsprechend mit weiteren Schichten verleimt und / oder für die Verlegung vorbereitet. Mit Ausnahme von Fertigparkett erfolgt die Oberflächenbehandlung von Holzfußböden erst nach ihrem Einbau. Beläge aus Vollholz werden nach dem Einbau zu einer planebenen Oberfläche geschliffen und erhalten anschließend eine Schutzbehandlung. Dieser Vorgang ist während der Nutzungsphase durch Abschleifen mehrmals wiederholbar. Bei erdreichberührten Decken ist unter Holzbodenbelägen eine Abdichtung gegen Feuchtigkeit nötig. An aufgehenden Bauteilen erfordern schwimmende Holzbodenbeläge eine Bewegungsfuge.

Oberflächen Durch Versiegeln, Wachsen oder Imprägnieren erhalten Holzoberflächen einen Schutz gegen Feuchtigkeit und Schmutz. In Betracht kommen Beschichtungsstoffe z.B. auf Basis von Acrylharzdispersion, Alkydharz, 2K-Systeme auf Polyurethanharzbasis oder aus pflanzlichen und tierischen Ölen und Wachsen (siehe Oberflächen und Beschichtungen, S. 195f.). Holzfußböden bleiben lange ansehnlich, kleine Dellen und Kratzer gelten in der Regel als angenehme Gebrauchsspuren. Eigenschaften Obwohl Holz grundsätzlich zur Baustoffklasse B 2 gehört, erreichen manche Holzbeläge wie z.B. Eichenparkett die Baustoffklasse B1 (siehe Abb. C 6.20). Das hygroskopische Verhalten von Holz trägt im eingebauten Zustand zur Regulierung des Raumklimas bei. Parallel mit der Veränderung der relativen Raumluftfeuchtigkeit stellt sich die Holzfeuchte ein. Die vom Holz aufgenommene Feuchtigkeit führt zu Dimensionsänderungen, die bei starken Schwankungen des Raumklimas sichtbare Fugen im Bodenbelag zur Folge haben.

diese aufgrund ihrer Brinellhärte sehr gut für Bodenbeläge eignen und interessante Oberflächen aufweisen (Abb. C 6.12 h). Bambus Die Bambuspflanze gehört botanisch zu den Gräsern, nicht zu den Hölzern. Durch das schnelle Wachstum wird sehr viel Biomasse produziert. Die hervorragenden Materialeigenschaften wie z.B. geringes Gewicht, hohe Belastbarkeit auf Druck, Zug und Biegung sowie eine relativ leichte Bearbeitbarkeit empfehlen Bambus als Baustoff. Bambusparkett ist sehr dauerhaft und härter als Eiche oder Ahorn. Schichtstoffböden / Laminat

Anwendung Die gebräuchlichsten Holzarten sind Eiche, Buche, Ahorn, Erle, Esche, Kirsche, Lärche und Fichte. Zu den weniger bekannten gehören Bambus, Kokospalme und Olive, obwohl sich

Schichtstoffböden bilden eine eigene Gruppe von Bodenbelägen. Meist sind ihre Oberflächen Nachbildungen von Holzbodenbelägen (Abb. C 6.13). Die Nutzschicht besteht aus HPL-Schichtstoffplatten (HPL = High Pressure Laminate). Eine Schicht aus transparentem Melaminharz schützt das bedruckte Dekopapier. Der Plattenkern setzt sich aus mehreren gepressten Schichten Papier und Kunstharz zusammen. Trägermaterial ist meist eine Holzwerkstoffplatte. In Betracht kommen Holzfaserplatten, Spanplatten oder MDF. Eine Gegenzugschicht auf der Unterseite verhindert ein Verziehen der Platte. Vollständig aus HPL aufgebaute Produkte sind feuchtigkeitsbeständig

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C 6.12

179

Fußböden

(Volllaminat). Wegen der geringen Dicke von 7 mm werden Laminatböden häufig bei Sanierungen verwendet. Laminatböden sind sehr verschleißfest, jedoch nicht antistatisch und – außer Volllaminat – empfindlich gegen Feuchtigkeit. Folien schützen Laminat gegen Feuchtigkeit aus Dampfdiffusion und Restfeuchte aus mineralischen Baustoffen. Die Verlegung erfolgt schwimmend oder kraftschlüssig auf dem Untergrund. Manche Produkte weisen speziell geformte Kanten auf, die eine leimfreie Verlegung ermöglichen, weil sie kraftschlüssig in die angrenzenden Platten einrasten. Da kleine Niveauunterschiede an den Elementlängsfugen im Gegenlicht sichtbar werden, verlegt man Laminat in Richtung des Lichteinfalles. Laminatböden können nicht saniert oder repariert werden.

dämmwirkung (siehe S. 134). Korkbodenbeläge gibt es in zwei Ausführungen, als Korkparkett und als Korkfertigparkett. Korkparkett wird vollflächig mit dem Unterboden verklebt. Hinweise zur Verklebung geben die TKB-Merkblätter 3 – 7. Korkfertigparkett wird demgegenüber schwimmend verlegt. Die Dicken von Korkbelägen liegen meist bei 4 mm, in seltenen Fällen bei bis zu 8 mm. Ohne eine geeignete Oberflächenbehandlung (Versiegeln oder Wachsen) würde Kork sehr schnell verschmutzen. Dagegen sind PVCbeschichtete Korkbeläge pflegeleicht, benötigen keine weitere Oberflächenbehandlung und entsprechen den Anforderungen für Stuhlrollen. Reinigung und Pflege erfolgen mit einem Staubsauger und / oder durch Wischen mit einem feuchten Tuch. Als Dämmstoffe finden Korkbeläge eine sinnvolle Weiterverwertung. Kautschuk, Synthesekautschuk (Gummi)

Elastische Bodenbeläge Als elastische Bodenbeläge bezeichnet man alle Beläge aus künstlichen oder natürlichen Werkstoffen, die eine dichte glatte Oberfläche bieten. Viele Arten werden in 2 m breiten Bahnen angeboten (Bahnenware), andere sind als quadratische Fliesen auf dem Markt. Für die verbreitete vollflächige Verklebung eignen sich Dispersions-, Lösungsmittel-, Kontakt- und Reaktionsharzklebstoffe. Elastische Bodenbeläge werden bezüglich ihrer Widerstandsfähigkeit gemäß EN 685 klassifiziert. Die Hauptgruppen 21– 23 eignen sich für Wohnnutzungen, 31– 34 für Gewerbe- und öffentliche Bauten sowie 41– 43 für Industriegebäude. Brandkennziffern differenzieren das Brandverhalten der Produkte (DIN EN 13 501-1): Bei »5.2« z.B. steht die erste Ziffer für die Baustoffklasse (5 = schwer entflammbar), die zweite Ziffer bezeichnet die Rauchbildung (2 = mittlere Rauchentwicklung). Kork

Zu den großen Vorteilen von Korkfußböden zählen Gehkomfort und Behaglichkeit (Abb. C 6.14 b). Das Kapitel Dämmen und Dichten behandelt Fragen der Tritt- und Luftschall-

C 6.13

180

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Naturkautschuk vom tropischen Gummibaum wird heute kaum mehr in Reinform angeboten. Synthetischen Kautschuk gewinnt man aus Rohöl in ca. 20 verschiedenen Varianten. Für Bodenbeläge werden verschiedene Arten von Kautschuk – auch Naturkautschuk – gemischt. Durch Vulkanisation entsteht aus Rohmaterial ein dauerelastisches Polymer. Übliche Abmessungen für Bahnenware sind 2 m, für Fliesen 500 ≈ 500 mm. RAL RG 806 legt die Güterichtlinien für Beläge dieser Art fest. Kautschukbeläge sind verschleißfest, dauerelastisch, schmutzabweisend, zigarettenglutbeständig, chemisch beständig, rutschhemmend und antistatisch, öl- und fettbeständig sowie frei von chemischen Schadstoffen. Kautschuk ist leicht zu verarbeiten und eignet sich aufgrund seiner hohen Strapazierfähigkeit sowie guten Trittschalldämmung (Verbesserung von 8 bis 20 dB) gut für öffentliche Räume (Abb. C 6.14 c). Manche Produkte sind UVbeständig und auch in Außenbereichen verwendbar. Für Eingangszonen und Fußabstreifer eignen sich Produkte aus Kautschukstreifen in Aluprofilen oder Gummiwabenmatten. Kautschukbeläge gehören der Baustoffklasse B1 an, übliche Dicken betragen 2–5 mm.

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Linoleum

Linoleum (lateinisch linum = Lein; oleum = Öl) ist ein künstlich hergestelltes Produkt aus nachwachsenden Rohstoffen (Abb. C 6.14 a). Die Erfindung im Jahr 1863 durch den Engländer Frederick Walton markiert den ersten künstlichen Bodenbelag. Über lange Zeit beherrschte Linoleum den Markt für elastische Bodenbeläge, bevor es Mitte des 20. Jh. zunehmend von PVC verdrängt wurde. Herstellung Um Linoleum herzustellen, wird Leinöl oxidiert und mit Kolophonium (oder Kiefernharz) als natürlichem Härter versetzt; das Mischungsverhältnis beträgt etwa 4 :1. Dieses Bindemittel wird mit Holz- und Gesteinsmehl (Kreide) sowie zu etwa gleichen Anteilen mit Korkpulver vermengt, das für Elastizität und Isolierfähigkeit verantwortlich ist. Pigmente färben die Masse ein. Das Rohmaterial wird in mehreren Durchgängen über Rollen auf ein Gewebe (Jute oder Glasfaser) gepresst, einige Wochen bei hohen Temperaturen in der Trockenkammer getrocknet und anschließend zu Bahnen oder Fliesen zurechtgeschnitten. Oberfläche Die Eigenfarbe von Linoleum ist beigebraun mit einer melierten Färbung. Durch Pigmentzusätzen reicht das Angebot von pastell bis zu intensiven Tönen mit verschiedenen Strukturen. Die Oberfläche ist matt. Der so genannte Reifegilb erscheint vorübergehend als Folge des Aushärtungsprozesses und wird besonders auf hellen Oberflächen sichtbar. Nach einigen Stunden bei Tageslicht verschwindet diese Färbung jedoch. Verarbeitung Vor der Verarbeitung muss Linoleum temperiert werden, da es in der Länge schrumpft und in der Breite wächst. Linoleum sollte auf einem trockenen, ebenen Untergrund wie z.B. Spanoder Sperrholzplatten, Estrichen oder Beton verlegt werden. Wegen möglicher Fäulnisbildung an der Rückseite, darf kein Wasser an den Nahtstellen eindringen. Betonböden, die das Erdreich berühren, benö-

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C 6.14

Fußböden

tigen eine Feuchtigkeitssperre. Größere Unebenheiten im Estrich sollten in jedem Falle ausgebessert werden, damit das Linoleum nicht bricht. Unebenheiten des Untergrundes fallen besonders bei unifarbenen Belägen im Gegenlicht auf, weshalb vor Verlegung meist vollflächig gespachtelt wird. Die dickeren Qualitäten des Linoleums können jedoch kleine Fehler im Untergrund ausgleichen. Wenn das Jutegewebe Wasser aufsaugt und sich dehnt ehe die Klebung wirksam ist, kann sich der Linoleumbelag an den Nähten aufwölben (aufschüsseln). Oberflächenbehandlung Gemusterte und unifarbene Linoleumbeläge sind in der Regel schon vom Hersteller mit einem matten Pflegefilm – meist einer Acryldispersion – beschichtet. Da der Schutzfilm die Oberfläche teilweise verschließt, lässt sich der Belag leicht reinigen. Die Linoleumhersteller empfehlen deshalb keine speziellen Maßnahmen oder Mittel zur Oberflächenbehandlung. Anwendung Linoleum kann in allen Innenräumen verlegt werden und eignet sich wegen seiner antibakteriellen Eigenschaften auch für stark strapazierte Bereiche wie z.B. Krankenhäuser, Schulen und Sporthallen. Für Feuchträume empfiehlt sich Linoleum als Bodenbelag nicht. Der Belag kann problemlos staubfrei gehalten werden und ist daher aus medizinischer Sicht günstig für das Umfeld von Asthmatikern (Abb. C 6.14 a). Korklinoleum Ähnliche Eigenschaften wie Linoleum weist Korklinoleum auf. Es ist durch Zusatz von gröberem Korkmehl in der Linoleumdeckmasse elastischer und trittschalldämmender als Linoleum und bietet darüber hinaus mehr Fußwärme. PVC

PVC-Beläge bestehen aus einer homogenen Polyvinylchloridschicht, die mit diversen Zusatzstoffen (u.a. Weichmachern und Füllstoffen wie Kreide) spezifische Eigenschaften erreicht (Abb. C 6.14 d). Die Beläge sind chemikalienbeständig, rutschhemmend, strapazierfähig, alterungsbeständig und kostengünstig. Sie sind leicht zu verarbeiten und ermöglichen durch Verschweißen der Fugen sogar wasserdichte Oberflächen. Das elektrostatische Verhalten reicht je nach Produkt- und Klebstoffeigenschaften von isolierend über antistatisch bis elektrisch leitfähig. Dieser pflegeleichte Boden eignet sich auch für erhöhte Hygienebedingungen, z.B. in Krankenhäusern. PVC-Beläge werden aufgrund ihrer thermoplastischen Eigenschaft durch Zigarettenglut beschädigt. Wenn PVC in Brand gerät, entsteht Salzsäure, die Beton und Stahl korrodierend angreift und schädliche Dämpfe (CO, Dioxine, PAK) freisetzt. PVC-Produkte gehören zur Baustoffklasse B1 (schwer ent-

flammbar). Geschreddert und aufbereitet können bis zu einem Anteil von 70 % des Materials in einem Bodenbelag Wiederverwendung finden, der faktische Wiederverwendungsanteil ist jedoch gering. Die Materialdicke beträgt nur 1– 2,5 mm. Obwohl PVC-Beläge deutlich verbessert wurden, sind sie nicht unumstritten. Als ungefährliche Weichmacher verwendet man epoxidiertes Sojaöl. Vorteilhaft für die Umweltbilanz sind der geringe Reinigungsaufwand und die hohe Dauerhaftigkeit. Gestaltungsmöglichkeiten PVC-Beläge imitieren in bestimmten Ausführungsarten andere Materialien wie Naturstein, Keramik, Metalle etc. Im Angebot sind unzählige Muster, Farben und Strukturen. Die Gestaltungsmöglichkeiten erscheinen unbegrenzt, ständig kommen neue Oberflächen hinzu. Zu aktuellen Entwicklungen von PVC-Belägen gehören Oberflächen mit dreidimensionalen Effekten.

C 6.15

CV-Beläge Geschäumte Bodenbeläge haben unter der Nutzschicht eine weichere Schicht aus PVC (CV-Belag, Cushioned Vinyl). Sie weisen bessere Trittschalldämmwerte auf. Polyolefine

Auf der Suche nach einem Ersatz für PVCBeläge kamen Anfang der 1990er-Jahre Produkte aus Polyethylen, Polybuten und Polypropylen auf den Markt. Diese Beläge können mit wasserlöslichen Klebstoffen verlegt werden, sie benötigen keine Weichmacher. Aufgrund der den PVC-Produkten ähnlichen Eigenschaften gelten sie als Alternative (Abb. C 6.14 e). Obwohl ihre Ökobilanz bessere Werte aufweist, ist ihr Marktanteil noch gering. Nahtverschluss elastischer Bodenbeläge

Aus Gründen der Hygiene und besseren Optik sowie für eine Beanspruchung durch Stuhlrollen werden die Fugen elastischer Beläge verschweißt (PVC mit einer PVC-Schnur, für Linoleum und Polyolefine gibt es spezielles Fugenmaterial).

C 6.16

C 6.13 Laminat C 6.14 elastische Bodenbeläge a Linoleum b Kork c Kautschuk d PVC e Polyolefinbelag C 6.15 interaktiver Lichtboden C 6.16 thermosensitiver Polyesterbelag C 6.17 Linoleum als Wand und Bodenbelag, Modeladen, New York (USA) 2000, Choi-Campagna Design

Ausblick

Bodenbeläge erfahren Entwicklungen, die ihren Komfort, Pflegeaufwand und die Widerstandsfähigkeit weiter optimieren. Eine kleine Auswahl innovativer Produkte soll dies verdeutlichen. SAF (= Shock Absorbing Foam) SAF bezeichnet einen hochgradig elastischen Polyesterschaum. Ursprünglich für medizinische Anwendungen entwickelt, zeigt Abb. C 6.16 das Material im Einsatz als Bodenbelag. Hier ist eine 25 mm Schicht aus SAF auf einen 100 mm dicken PU-Schaum aufgebracht. Die Eindrucktiefe bei Belastung wird von der Impulsstärke und der Temperatur beeinflusst. Ein Mensch hinterlässt eine Spur, bis sich das Material rückgestellt hat. C 6.17

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Fußböden

Interaktiver Lichtboden Beim interaktiven Lichtboden handelt es sich um eine Sandwichkonstruktion. Oberste Schicht ist ein elastischer Kunststoff, Zwischenschicht eine undurchsichtige Flüssigkeit, als Tragschicht verwendet man Glas. Eine unterseitige Lichtquelle ist immer dann erkennbar, wenn der Belag genutzt wird, also Flüssigkeit verdrängt und das Licht damit sichtbar wird. Bis der Ausgangszustand des Belages wieder erreicht ist, bleiben die Schritte des Betretenden sichtbar (siehe Abb. C 6.15).

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Textile Bodenbeläge Teppiche galten ursprünglich als handgefertigte Luxusgegenstände, die ausschließlich repräsentative Räume schmückten – auch als Wandbehang. Im 18. Jh. stellte man bereits maßgefertigte Teppiche her, eine Entwicklung, die in England einen neuen Trend auslöste: Räume wurden nicht mehr mit Tapeten gestaltet, sondern mit stark gemusterten Teppichen. Im 19. Jh. begann die industrielle Produktion vollflächiger Teppichböden, die in der zweiten Hälfte des 20. Jh. mit der Verwendung von Kunstfasern eine beschleunigte Entwicklung erlebte. Das Angebot an industriell gefertigten textilen Bodenbeläge umfasst heute Naturfasern, Kunstfasern sowie Mischgewebe. Als textilen Bodenbelag bezeichnet man ein Produkt mit einer Nutzschicht aus textilen Faserstoffen, das sich zum Belegen eines Fußbodens eignet. Die Nutzschicht nennt man Flor- oder Polschicht. Die Qualität eines textilen Belags definiert sich im Wesentlichen über Material, Menge und Verarbeitung des Flors. Fußwärme, gute Tritt- und Raumschalldämmung sowie Komfort und Behaglichkeit zeichnen textile Bodenbeläge aus. Andererseits verschmutzen sie leicht und benötigen bei Einwirkung von Flüssigkeiten (Wein, Öl) aufwändige Reinigungsmaßnahmen. Im Handel wird hinsichtlich Qualität, Strapazierfähigkeit und Ökonomie eine große Vielfalt angeboten. Farbe, Muster und Textur steigern diese Vielfalt zu einem nahezu unüberschaubaren Angebot. Eigenschaften Textile Bodenbeläge werden nach EN 1307 vom Hersteller geprüft. Dieser erfasst Angaben zu Gewicht, Noppenzahl, Nutzschichtdicke, Fasermaterial, Gebrauchsverhalten sowie physikalische Kennwerte und erstellt Angaben zum Gebrauch für den Kunden. Textile Bodenbeläge unterscheidet man nach DIN EN 1307 in vier Beanspruchungsklassen: 1 = gering, 2 = normal, 3 = stark, 4 = extrem. In hochfrequentierten Eingangsbereichen sind textile Bodenbeläge wegen der Verschmutzung und der daraus resultierenden, begrenzten Lebensdauer nicht zu empfehlen. Die Lebensdauer eines Textilbelags hängt stark von der so genannten Polrohdichte ab. Die Polrohdichte ist ein Rechenwert: Polschichtgewicht dividiert 182

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durch Polschichtdicke. Je höher der Wert, desto höher ist die Dichte in der Nutzschicht des Belags. Der Gehkomfort wird nach DIN EN 1307 in so genannten Komfortklassen LC 1–5 erfasst. Beim Begehen können elektrostatische Aufladungen entstehen. Eine Verbesserung der elektrostatischen Eigenschaften kann durch chemische Beschichtung erreicht werden, dauerhafter sind eingewebte Metallfäden aus Edelstahl, Kupfer oder Garnen mit Kohlenstoffanteilen. Textile Bodenbeläge gehören grundsätzlich zur Baustoffklasse B 2 (normal entflammbar). Nach Prüfergebnissen erfolgt jedoch eine weitere Differenzierung für textile Bodenbeläge (T) in T-a, T-b und T-c. Die günstigste Klasse T-a entspricht der Baustoffklasse B1 (schwer entflammbar), T-c ungefähr B 3 (leicht entflammbar). Weitere Eignungsangaben erleichtern die Wahl des optimalen Produkts. So sind Angaben zur Feuchtraumbeständigkeit, Lichtechtheit, Stuhlrollen- und Treppenraumeignung üblich.

ware (Bouclé) sind die Enden geschlossen (Abb. C 6.18 d und C 6.19 b). Nadelvliesbeläge weisen eine Nutzschicht aus einem verfestigten Vlies aus Fasern auf (Abb. C 6.18 b). Als Trägermaterial für den Flor dienen Naturfasern wie Jutegewebe oder synthetische Vliese.

Aufbau (Struktur) Die Benennung von textilen Belägen erfolgt neben ihrem Ausgangsmaterial nach ihrer Struktur und ihrer Rückenausrüstung. Man unterscheidet Flachteppiche von Florteppichen (Vlies, Velours und Bouclé). Flachteppiche Flachteppiche werden auf Webstühlen hergestellt (Abb. C 6.18 a und C 6.19 a). Kette und Schuss bilden eine relativ dünne Nutzschicht, eine weitere Schicht (Rücken) kann den Komfort erhöhen. Als Material wählt man meist pflanzliche Naturfasern wie Kokos, Sisal oder Jute. Florteppiche Florteppiche haben einen so genannten Flor als Nutzschicht. In ein Trägermaterial eingewoben, bildet der Flor eine dichte, elastische Schicht aus Fadenstücken, deren Fasern nach oben stehen. Bei Velours sind die Garnfäden geschnitten, die Oberfläche besteht aus offenen Enden (Abb. C 6.18 c und C 6.19 c). Bei Schlingen-

C 6.18

Rückenmaterial Für das Rückenmaterial kommen Schaumstoffbeschichtungen, synthetische Vliesstoffe, Polyurethan- oder Latexbeschichtungen und Jutegewebe in Betracht. Bei Veloursware übernimmt das Rückenmaterial auch die Befestigung des Florfadens. Vliesrücken steigern den Gehkomfort, weiche Schaumstoffe sind jedoch nicht für Stuhlrollen geeignet. Für Verwaltungsgebäude empfiehlt es sich, Ware mit einem so genannten Zweitrücken aus Textilgewebe zu wählen. Diese Beläge lassen sich auch nach dem Verkleben wieder vollständig vom Untergrund lösen, Schaumrücken dagegen hinterlassen häufig Rückstände, deren Entfernung aufwändig ist. Herstellungsverfahren Im Webverfahren liegen drei Fadengruppen längs und zwei quer zur Produktionsrichtung. Die Bindekette zieht den längs gerichteten Florfaden auf die beiden quer liegenden Schüsse oberhalb und unterhalb der ebenfalls längs geführten Füllkette. Mechanisch erfolgt das Weben mithilfe von so genannten Zugruten. Sind diese stumpf, bleibt die Schlinge des Flors erhalten, es entsteht Bouclé-Ware. Velourware erhält man durch Messerkanten an den Zugruten. Das Tufting-Verfahren legt die Schlingen durch Nähen auf ein Trägermaterial, auf dessen Unterseite dann eine Schlinge entsteht. Eine dauerhafte Verbindung ist nur mit einer Rückenbeschichtung gesichert. Schlingenflorware besteht aus einem durchlaufenden Faden. Werden die Schlingen geschnitten, entsteht analog zum Velours so genannte Schnittflorware. Ein großer Vorteil dieses Verfahrens ist der bis zu 20-mal schnellere und damit kostensenkende Produktionsvorgang. Das Nadelvliesverfahren verbindet und verdichtet locker übereinanderliegende Vliese mithilfe von Nadeln zu einem sehr strapazierfähigen

Fußböden

Bodenbelag. Balken mit Nadeln stechen dazu mit hoher Geschwindigkeit in das vorbereitete Vlies, Widerhaken verkreuzen die Vliesschichten untereinander und mit dem Trägergewebe. Imprägniermittel verfestigen den Faserverbund weiter. Kugelgarn besteht aus unzähligen Faserkugeln, die eine reliefartige und sehr robuste Nutzschicht bilden (Abb. C 6.19 f). Weitere Verfahren wie Wirken, Beflockung, Pressen, Kleben usw. werden hier nicht näher beschrieben. Verlegetechniken Meist werden Teppichböden vollflächig mit dem Untergrund verklebt. Zuvor muss die Restfeuchtigkeit von Beton oder Estrichen geprüft werden. Beläge mit Schaumstoffrücken können nur durch Zerstörung vom Untergrund gelöst werden. Neue Klebstoffe sollen am Teppichbelag haften bleiben und den Austausch erleichtern. Lose Verlegung Kleinere Flächen können auch lose verlegt oder mit doppelseitigen Klebebändern fixiert werden. Durch die Nutzung, Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen kommt es jedoch leicht zu Aufbeulungen. Für den Objektbereich, insbesondere für Doppelböden, eignen sich so genannte SL-Fliesen, die aufgrund des schweren Rückenmaterials lose verlegt werden können und auf diese Weise die Zugänglichkeit des Doppelbodens sicherstellen. Verspannen Mit Nagelleisten ist es möglich, Teppiche zu verspannen. Diese Nagelleisten werden dicht an der Wand auf stabilem Untergrund befestigt, die Teppiche dann mit hoher Spannung in die Nägel eingehängt. Die Beläge sollten für diese Verlegeart einen stabilen Zweitrücken aus Gewebe aufweisen. Als Unterbelag kommt ein ca. 6 mm dickes Vlies zum Einsatz. Für eine Verlegung auf Fußbodenheizungen eignet sich diese Methode wegen der Dämmwirkung des Unterbelags nicht. Das Verspannen ermöglicht ein wesentlich einfacheres Auswechseln des Belags, der Komfort und die Lebensdauer des Teppichs verbessern sich erheblich (bis zu 50 % länger). Es handelt sich um eine umweltfreundliche Technik, da Befestigungsmittel und Filzunterlage wiederverwendet werden können.

Naturfasern

Naturfaserteppiche unterteilen sich in Teppiche auf der Basis von pflanzlichen und von tierischen Rohstoffen. Allgemein gilt für alle Naturfaserbeläge, dass mit höherem Komfortwert eine geringere Widerstandsfähigkeit einhergeht. Zudem sind die Teppiche mit höherem Komfortwert weniger widerstandsfähig als vergleichbare mit synthetischen Fasern – vermutlich die Ursache für ihren geringen Marktanteil. Für Konservierungszwecke, zur Optimierung des Anschmutzverhaltens und zum Schutz gegen Motten und anderes Ungeziefer erhalten Naturfasererzeugnisse häufig chemische Oberflächenbeschichtungen, die auf der Faser haften, während der Nutzung jedoch abgerieben werden. Pflanzenfasern Teppiche aus Pflanzenfasern wie Hanf, Sisal, Kokos, und Jute werden überwiegend als flachgewebte Ware angeboten (Abb. C 6.19 e). Baumwollfasern dagegen eignen sich auch als Flor, der im Unterschied zu anderen Belägen nicht elastisch ist, jedoch eine angenehme Haptik aufweist. Die Teppiche sind widerstandsfähig und ohne Mottenschutz erhältlich. Fasern tierischer Herkunft Teppiche aus Tierprodukten wie Haaren und Seide werden hier der Vollständigkeit halber genannt. Tierhaare wie Wolle, Kamelhaar etc. haben ein sehr gutes Sorptionsvermögen. Beimischungen zur Wolle, z.B. aus Ziegenhaaren, steigern die Widerstandsfähigkeit des Belags. Wolle Wollteppiche bietet der Handel in zwei Qualitäten an: Schurwolle ist vom Schaf durch Scheren gewonnen, Reißwolle ist eine wieder verwendete Wolle. Schurwollprodukte besitzen eine hohe Elastizität, sind schmutzunempfindlich und schwer entflammbar. Das hohe Feuchteabsorptionsvermögen von Wolle wirkt sich günstig auf das Raumklima aus. Beimischungen von Kunstfasern erhöhen die Widerstandsfähigkeit von Wollteppichen (Abb. C 6.19 d). Ein internationales Gütesiegel ist das »Wollsiegel«, das für die Nutzschicht eine Herstellung aus 100 % Schurwolle garantiert.

C 6.18 Struktur von Teppichen a Flachteppich b Vliesteppich c Velours d Schlingenware C 6.19 textile Bodenbeläge a Flachteppich (Nadelvlies) b Schlingenware (Bouclé) c Velours d Wollteppich e Sisal f Kugelgarn

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Synthetische Fasern

Reinigung und Pflege Teppichböden lassen sich mit Bürsten und Staubsaugern reinigen. Zu intensiveren Sondermaßnahmen gehören Schaumbehandlungen und Reinigungen durch Spezialfirmen. Die Verschmutzung ist je nach Farbton, Farbintensität und Muster des Teppichs deutlicher oder weniger deutlich zu erkennen. Fasermaterial und Struktur beeinflussen ebenfalls die Reinigungsfrequenz. Menschen mit Allergien gegen Hausstaub wird von textilen Bodenbelägen allgemein abgeraten.

Synthetische Fasern sind Kunststoffprodukte von Rohölerzeugnissen. Sie können in der Regel keine Feuchtigkeit aufnehmen. Dies hat den Vorteil, dass sie gegen Verschmutzungen durch Getränke und ähnliches widerstandsfähig sind. Mechanische Aufbereitungsmaßnahmen der zunächst glatten Fasern verbessern die haptische Qualität und die Verschmutzungsresistenz; Beschichtungen der Fasern verbessern die elektrostatischen Eigenschaften sowie das Anschmutzverhalten oder sollen vor Verbleichen des Materials schützen.

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verfügbare Beanspruchungsklasse

Naturstein Granit Marmor Travertin Schiefer Betonwerkstein

10 – 30 10 – 30 10 – 30 10 –15 12 – 50

Mörtel, Dünnbettmörtel 2600–2800 2600–2900 2400–2500 2700–2800 2200–2400

26–84 26–87 24–75 27–36 26–120

2,8 3,5 2,3 2,2 1,6 – 2,1

10 000 10000 200/250 800 /1000 70 /150

A1/Afl A1/Afl A1/Afl A1/Afl A1/Afl

DIN EN 14 157-1– 4 (für Natursteinfliesen unter 12 mm Dicke)

Tonkeramik Steinzeugfliesen Steingutfliesen Spaltplatten Bodenklinker

7–15 5–9 8 – 11 10 – 40

Mörtel, Dünnbettmörtel 2000–2400 2000 2000–2400 Rüttelverlegung, 2000–2200 Schlämmen

14–36 10–18 16–26 20–88

1,0 1,0 1,0 –1,05 0,96 – 1,2

100 / 500 1 100 / 500 1 100 / 500 1 1501

A1/Afl A1/Afl A1/Afl A1/Afl

DIN 14 411-1– 5 glasierte Fliesen

Holzböden Vollholzdielen Stabparkett Mosaikparkett Lamellenparkett Fertigparkett Laminatboden

15 – 40 14 – 22 8 – 10 10 – 25 7 – 26 7 –11

genagelt, schwimmend genagelt, verklebt verklebt verklebt verklebt, schwimmend verklebt, schwimmend

430–760 430–760 430–760 430–760 740 800

6–30 6–17,5 3,5–7,5 4–17 5–19 6–9

0,09–0,21 0,09–0,21 0,09–0,21 0,09–0,21 0,15 0,17

40 bis B1/ Bfl-s1bis Efl 40 bis B1/ Bfl-s1bis Efl 40 bis B1/ Bfl-s1bis Efl 40 bis B1/ Bfl-s1bis Efl 50 /400 bis B1/ Bfl-s1bis Efl 1000 / 2500 4 bis B1 / Bfl-s1bis Efl

elastische Bodenbeläge Kork 2–6 Kautschuk 2–5 Linoleum 2–5 PVC 2–3 Polyolefine 2–3

verklebt, schwimmend vollfl. / punktuell verklebt vollfl. / punktuell verklebt vollfl. / punktuell verklebt vollfl. / punktuell verklebt

400 – 500 1200 1000 –1200 1700 1500 –1700

1–3 2–6 2–6 3–5 3–5

0,065–0,07 0,17–0,64 0,08–0,17 0,10–0,25 0,23–0,25

20 /40 10 000 800 /1000 10 000 10 000

bis B1/ Bfl-s1bis Efl DIN EN 685; 21–23, 31–34, B1/ Bfl-s1 bis Cfl-s1 41– 43 bis B1/ Cfl-s1 bis Efl bis B1/ Bfl-s1 bis Efl bis B1/ Bfl-s1 bis Efl

textile Bodenbeläge Teppichböden Nadelvlies

vollfl. / punktuell verklebt 200 gespannt 200

1–2 1

0,06 0,54

5 5

bis B1/ Bfl-s1 bis Efl DIN EN 13071, bis B1/ Bfl-s1 bis Ef 2, 2+, 3, 4

5–8 5–6

• • • • •

– – – – –

Eignung f. Fußbodenheizung

[mm]

Rohdichte Flächen- Wärmeleit- WasserBaustoffklasse / gewicht fähigkeit dampfBrennbarkeitsdiffusions- klasse widerstand [kg / m3] [kg / m2] [kW / m2K] [–]

Trittschallverbesserung

übliche übliche Aufbau- Befestigung höhe

Wärmeableitung (Fußwärme)

Bodenbeläge

antistatisches Verhalten [EN 1815]; Grenzspannung kV < 2,0

Fußböden

• • • • • • • • • •

• • • • •

nicht genormt; je nach Holzart • sehr unterschiedlich • • • DIN EN 14354; 21–23, 31–33 • DIN EN 13329; 21–23, 31–33

• • • • • •

• • •

•

• •3 •3

–

•3 •3 •3 •3 •3

• •

•

•

2 2

• •

1

Die Werte gelten für Keramik im Verbund; einzeln z.B. Steinzeugfliese 12 000; Steingutfliese 10 000. 2 mit Träger 3 Bei Verwendung einer Fußbodenheizung ist auf vollflächige Verklebung mit dem Untergrund zu achten. 4 Werte gelten für das einzelne Laminatpaneel ohne Fugen.

Polyamidfasern (PA) Die meistverbreitete Faser weist ein hohe Verschleißfestigkeit bei geringer Verschmutzung und gutes Regenarationsvermögen auf. Sie kann durch Kohlenstoff in der Faser zu antistatischen Belägen aufgerüstet werden. Aufgrund ihrer hohen Widerstandsfähigkeit werden so genannte Sauberlaufteppiche für Eingangsbereiche aus Polyamidfasern gefertigt.

granulats wird mit hohem Druck durch eine Düse gepresst, die Fäden durch extremes Ziehen in ihrer Länge vervielfacht. Die Fasern sind zunächst für die Verarbeitung zu glatt. Sie erhalten deshalb in der Aufbereitung eine Textur und werden dann zum Garn versponnen. Eine Einfärbung kann in jeder Phase der Teppichherstellung erfolgen.

C 6.20 C 6.20 Kennwerte von Bodenbelägen C 6.21 Polyamidteppichboden mit fluoreszierender Beschichtung, »Shining Islands«, Möbelmesse Köln (D) 2002, Nether C 6.22 Ökobilanzdaten von Bodenbelägen

Mischgewebe

Polyacrylnitrilfasern (PAN) Diese Faser hat ähnliche haptische Eigenschaften wie Wolle, ist jedoch abriebfester. Polyesterfasern (PES) Polyesterfasern bieten neben hoher Widerstandsfähigkeit eine glänzende Oberfläche. Die Feuchtigkeitsaufnahme ist gering. Polypropylenfasern (PP) Polypropylenfasern sind feuchtigkeitsabstoßend und UV-stabil, also auch für Außenbereiche und Feuchträume geeignet. Das Regenerationsvermögen ist gering, sodass diese Faser bevorzugt bei Faservliesen angewendet wird. Garnherstellung Eine Schmelze des entsprechenden Kunststoff-

Grundsätzlich können alle Garne in beliebigen Mischungen für die Teppichherstellung eingesetzt werden. Da sich die Eigenschaften proportional zum Mischungsverhältnis einstellen, sind Optimierungen leicht zu erreichen. Je nach Einsatzgebiet werden z.B. Naturfasern mit widerstandsfähigeren Synthetikfasern gemischt oder Synthetikfasern erreichen durch Beimischen von Naturfasern eine angenehmere Haptik. Ausblick

Textile Bodenbeläge können durch Farbbeschichtungen und strukturelle Maßnahmen an der Faser einen dreidimensionalen Eindruck erzeugen. Abb. C 6.21 zeigt ein Beispiel für Synthetikfasern mit fluoreszierenden Eigenschaften. C 6.21

184

Fußböden

Bodenbeläge Schichtaufbau * Datenherkunft siehe Ökobilanzierung, S. 100

PEI Primärenergie nicht ern. [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP DauerSommerhaftigkeit smog [kg C2H4 eq] [a]

16

0,7

1,0

0

0,0050

0,00041

0,0010

70 – 100

43

1,1

3,5

0

0,015

0,0016

0,0020

70 – 100

137

3,2

14

0

0,043

0,0051

0,052

40 – 80

162

5,1

5,3

0

0,053

0,0044

0,0080

40 – 80

66

447

-42

0

0,026

0,0030

0,14

20 – 50

79

174

-13

0

0,041

0,0035

0,0050

20 – 50

84

487

-44

0

0,033

0,0036

0,10

20 – 50

74

311

-27

0

0,033

0,0033

0,057

20 – 50

91

54

-2,6

0

0,037

0,0028

0,0050

10 – 15

24

29

-0,4

0

0,011

0,0014

0,0020

15 – 40

702

15

21

0

0,19

0,016

0,078

15 – 40

22

54

-5,2

0

0,010

0,0022

0,11

15 – 40

118

23

9,9

0

0,066

0,0059

0,0070

15 – 30

164

33

3,3

0

0,047

0,0038

0,10

5 – 15

39

27

-1,1

0

0,011

0,00081

0,082

5 – 12

225

5,2

7,3

0

0,079

0,0077

0,027

5 – 12

Naturstein Kalkstein* Kalksteinplatten 305 / 305 mm, verfugt MG III, 10 mm Dünnbettmörtel, 3 mm Schiefer* Schieferplatten 300 / 300 mm, verfugt MG III, 20 mm Mörtelbett MG II, 12 mm Keramische Bodenbeläge Cotto Cotto-Platten geölt 300 / 300 mm, verfugt MG III, 15 mm Mörtelbett MG II, 12 mm Fliesen glasiert* Fliesen glasiert 100 / 200 mm, verfugt MG III, 8 mm Dünnbettmörtel, 3 mm Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe Langstabparkett Langstabparkett Buche geölt, 22 mm Kleber Alkydharzbasis Mosaikparkett Mosaikparkett Eiche versiegelt, 8 mm Kleber Alkydharzbasis Holzdielen Holzdielen Lärche geölt, genagelt, 19,5 mm Lagerholz, 80 / 80 mm Schüttung Korkschrot, 50 mm Fertigparkett Fertigparkett Buche, 15 mm Kleber PUR-Basis Laminat Laminat Melaminharzbeschichtung, 8 mm Kleber, PUR-Basis Polyethylenvlies (PE) Elastische Bodenbeläge Linoleum Linoleumbahn, 2,5 mm Kleber Polyvinylacetat (PVAC) Kautschuk Kautschukbahn ohne Einlage synthetisch, 4,5 mm Kleber PUR-Basis Kork gewachst Korkplatten gewachst, 6 mm Kleber Latexbasis PVC PVC-Bahn, 2 mm Kleber Polyvinylacetat (PVAC) Textile Bodenbeläge Teppich, Sisal natur Teppich Sisal natur, Naturlatexrücken, 6 mm Kleber Alkydharzbasis Teppich, Schurwolle Teppich Schurwolle, Schlinge, 6 mm Jutefilz Kleber Polyvinylacetat (PVAC) Teppich, vollsynthetisch Teppich Schnittflor, Schaumrücken, 7 mm Kleber Polyvinylacetat (PVAC) C 6.22

185

Oberflächen und Beschichtungen

Oberflächen als Grenze von Materialien zur Umwelt regen die Sinne des Menschen an. Zunächst dominiert die visuelle Wirkung der Oberfläche. Sie ist von der Oberflächenstruktur abhängig, die z.B. glatt, glänzend, rau, wellig oder mit Ornamenten versehen sein kann. Durch einfallendes Licht, Farbe und Reflexion kann ein Gegenstand oder ein Gebäude schwer bis entmaterialisiert erscheinen. Zusätzliche haptische, akustische, manchmal auch olfaktorische Sinneswahrnehmungen, die ein Material auslöst, beeinflussen die Qualität eines Gegenstands über seinen konstruktiven und funktionalen Nutzen hinaus. Die Oberflächen der Gebäudehülle sind starken Beanspruchungen ausgesetzt. Klimatische und umweltbedingte Einflüsse verändern sie im Laufe der Zeit ebenso wie die Spuren des täglichen Gebrauchs. Einige Materialien besitzen die Qualität zu altern und Patina anzusetzen, andere bedürfen regelmäßiger Erneuerung oder Pflege, um nicht zu verfallen. Soweit keine alterungsbeständigen oder Patina ansetzenden Baustoffe verwendet werden, hängt die Dauerhaftigkeit und somit der Sachwerterhalt der Materialien von den Instandhaltungszyklen der Beschichtungen ab, die sie schützen. Beschichtungen verlängern unsichtbar die Dauerhaftigkeit oder verändern die Eigenschaften von Materialien. Sie veredeln den Untergrund, indem sie das Materialtypische hervorheben, oder sie schützen ihn deckend.

Oberfläche die Wirkung der Architektur maßgeblich. Im alten Ägypten und später in Griechenland wurden Skulptur und Architektur mit symbolhafter Farbgebung versehen. Im antiken Rom ahmten plastische Putz- oder Stuckschichten Marmor- und Ziegelverkleidungen nach. Im Barock inszenierte man das Zusammenspiel von Architektur, Malerei, Plastik und Ornament. Der Klassizismus, die Gegenbewegung zu Spätbarock und Rokoko, war zurück zur Antike gewandt. In dieser Epoche ging man, ideologisch motiviert, von der »weißen Antike« aus. Weiß stand als Metapher für Ehrlichkeit und Reinheit in der Architektur. In den 1920er- und 1930er-Jahren galten reine, weiße Beschichtungen als Ideal, um nicht von der formalen und konstruktiven Bauidee abzulenken. Zur gleichen Zeit nutzte Bruno Taut Farbe als preiswertes Gestaltungsmittel. Indem er ihr eine symbolische und emotionale Bedeutung beimaß, bewirkte er eine neue soziale Identifikation mit dem Gebäude. Der Polychromie zugewendet, äußerte sich Le Corbusier: »Die Farbe in der Architektur, ein ebenso kräftiges Mittel wie der Grundriss und der Schnitt. Oder besser: Die Polychromie, ein Bestandteil des Grundrisses und des Schnittes selbst.« Farbe

Flüssige oder pastöse Beschichtungsstoffe und Putze werden ein- oder mehrlagig aufgetragen und bilden ein auf den Untergrund abgestimmtes Schutzsystem. Zugemischte Pigmente und Füllstoffe aus Gesteinsmehlen tragen zur farbigen Gestaltung bei. Obwohl Beschichtungen nur einen geringen Anteil der Baukosten eines Gebäudes ausmachen, bestimmt die gestaltete

Das Wort Farbe ist mehrdeutig und wird im allgemeinen Sprachgebrauch, aber auch von Fachleuten für unterschiedliche Sachverhalte verwendet. Daraus ergeben sich viele Missverständnisse. DIN 5033 definiert Farbe als Sinnesempfindung. Sie ist damit keine physikalische Eigenschaft von Gegenständen. Trotzdem bezeichnen Technik und Handwerk Beschichtungsstoffe als Farben (z.B. Lackoder Dispersionsfarbe). Diese und ähnliche Bezeichnungen sind unscharf und deshalb als Fachbegriffe ungeeignet. Farbe sehen

C 7.1 C 7.2 C 7.3 C 7.4

Weißes Licht besteht aus elektromagnetischer Strahlung der Wellenlängen von 380 bis 780 nm. Isaak Newton zerlegte 1705 das weiße Licht systematisch mithilfe eines Glasprismas in seine einzelnen Wellenlängen, das Spektrum. Daraus resultieren die monochromatischen Spektralfarben Violettblau, Cyanblau, Grün, Gelb und Orangerot. Beide Enden des Spektrums weisen visuelle Ähnlichkeiten auf, sodass sie zusammengefügt einen Farbkreis bilden. Alle weiteren Farben werden aus den Spektralfarben gemischt, Magentarot beispielsweise durch das Übereinanderblenden von Orangerot und Violettblau. Erst wenn die Lichtstrahlen in das Auge des Menschen treffen und im Gehirn einen Farbreiz auslösen, kann der Betrachter die Farben benennen und ins Verhältnis zueinander setzen.

Torres de Satélite, Mexiko-Stadt (MEX) 1957, Luis Barragán NCS-Farbkörper mit Farbdreieck NCS-Farbkreis Kloster La Tourette, Eveux-sur-Arbresle (F) 1960, Le Corbusier C 7.1

186

Oberflächen und Beschichtungen

Zwei grundlegende Erscheinungsformen von Farbe führen zur Farbempfindung des Menschen: Selbstleuchtende Farben erzeugen den Farbreiz, indem das farbige Licht einer Strahlungsquelle direkt oder durch einen Filter in das Auge gelangt. Körperfarben lösen einen Farbreiz aus, wenn ein Teil des Lichts an der Oberfläche eines Gegenstands reflektiert wird und dann auf die Netzhaut trifft. Ein Gegenstand, der alles Licht absorbiert, erscheint schwarz. Die Farbwirkung von Körperfarben steht immer in Bezug zu anderen Farben und hängt zudem von der Farbe des auftreffenden Lichts ab. Farbe mischen

Durch Mischen von zwei oder mehreren Farben entsteht eine neue Farbe. Prinzipiell unterscheidet man zwei Mischarten: Die additive Farbmischung geschieht durch Mischen von Farblichtern. Die additiven Grundfarben dafür sind Violettblau, Grün und Orangerot. Die subtraktive Farbmischung erfolgt durch Körperfarben in Form von Pigmenten oder Farbstoffen. Aus den Grundfarben Gelb, Magentarot und Cyan läßt sich jede beliebige Farbe mischen. Beide Mischarten bilden einen Zusammenhang, denn zwei additive Grundfarben ergeben gemischt eine subtraktive Grundfarbe und umgekehrt; Orangerot und Grün z.B. ergeben Gelb, aus den subtraktiven Grundfarben Gelb und Blau entsteht die additive Grundfarbe Grün. Farbsysteme

Der Mensch kann ca. 10 Millionen Farben unterscheiden. Um sie eindeutig und nachvollziehbar zu beschreiben, zieht man im Allgemeinen drei Kennwerte zur Charakterisierung der Farbempfindung heran: Farbton, Helligkeit und Sättigung. Der Farbton ergibt sich aus der Lage im Spektrum oder im definierten Farbkreis. Die Helligkeit einer Farbe bezeichnet ihre Leuchtstärke. Die Sättigung beschreibt die Farbigkeit des Farbtons in Bezug auf seine Helligkeit. Diese drei Kennwerte bilden die Basis für verschiedene Farbsysteme, dreidimensional dargestellt in Farbkörpermodellen, z.B. im NCS-Farbkörper (Abb. C 7.2). Die Modelle arbeiten mit einer Auswahl von Farbmustern und Zahlencodes, die annähernd einer gleichmäßigen Abstufung im Farbkörper entsprechen. Für den Architekten bilden die herstellerunabhängigen Farbsysteme das wichtigste Kommunikationsmittel zur Verständigung mit Bauherr, Ausführendem und Hersteller. Im Folgenden werden einige gängige Farbsysteme mit ihrer unterschiedlichen Art und Weise der Farbtonbeschreibung vorgestellt.

C 7.2

C 7.3

baut sich der halbkugelförmige Farbkörper auf. Zum DIN-Farbton (T) kommt die DIN-Sättigungsstufe (S): 0 (unbunt) bis 6 (bunt), sowie die Dunkelstufe (D): 0 (weiß) bis 10 (schwarz). Das Farbkennzeichen T : S : D im DIN-Farbsystem lautet beispielsweise 21: 4 : 3 und ist ein heller Grünton.

Mischverhältnis, sondern auf der visuellen Bewertung. Daher wird es branchenübergreifend angewendet. Auf dem 40-teiligen NCSFarbkreis (Horizontalschnitt in der Mitte des Farbkörpers) verteilen sich die Grundfarben Gelb (Y), Rot (R), Blau (B) und Grün (G) auf seine Quadranten (Abb. C 7.3). Der vertikale Schnitt durch den Farbkörper bildet ein Dreieck mit Weiß (W), Schwarz (S) und einem Farbton des Farbkreises. Dazwischen liegen die verschiedenen Nuancen (Abb. C 7.2). Die Bezeichnung eines Farbtons basiert auf dem Bezug zu den sechs Grundfarben. 20 50 R10B bedeutet: 20 % Schwarzanteil, 50 % Buntanteil vom Buntton des Farbkreises, in diesem Fall Rot mit 10 % Blauanteil.

RAL-Farbsammlung, RAL-Farbsystem Die klassische RAL-Farbsammlung beinhaltet voneinander unabhängige Farben, die mit einem willkürlichen vierstelligen Zahlencode und einem beschreibenden Namen versehen sind, z.B. RAL 3000 Feuerrot. Das RAL-Farbsystem dagegen enthält 1688 messtechnisch ermittelte Farben. Sie positionieren sich in einem Farbkörper, geordnet nach dem Winkel des Farbtons im Farbkreis, der Helligkeit und der Sättigung in Prozent. Die drei Kennwerte bilden eine siebenstelligen Zahlenkombination, z.B. RAL 190 70 40. Natural Colour System (NCS) Beim NCS-System basieren die Positionen der 1950 Farben nicht auf einem festgelegten

Farbräume (CMYK, RGB) Für Design, grafische Anwendungen und zur Erstellung von Druckerzeugnissen ergänzen z.B. die Pantonefarben die Grundfarben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz des CMYK-Farbraums. Auf Bildschirmen leuchten die Lichtfarben des RGB-Farbraums, die additiv aus Rot, Grün und Blau gemischt werden.

DIN-Farbsystem Die Körperfarben im 24-teiligen Farbkreis sind empfindungsgemäß in gleichen Abständen festgelegt. Die Nummerierung beginnt bei Gelb mit 1 und geht über Rot (7), Blau (16) und Grün (22) zurück nach Gelb. Darüber C 7.4

187

Oberflächen und Beschichtungen

Bindemittel für Putzmörtel

organische Bindemittel

Putze für Sonderzwecke

anorganische Bindemittel

Leichtputz

Schlämmputz

Wärmedämmputz

Magnetputz

Sanierputz

Strahlenschutzputz

Reinacrylatpolymere

Gips

Akustikputz

Styrol-Acrylatpolymere

Anhydrit

Brandschutzputz

Vinylacetat-Copolymere

Luftkalk hydraulischer Kalk

Putz als Latentwärmespeicher

Zement

Opfer- / Kompressenputz

Lehm / Ton

Sperrputz

Silikonharz

Wärmedämmverbundsystem

Silikate C 7.5

Putze Putz übernimmt funktionale und gestaltprägende Aufgaben an Außen- und Innenflächen von Gebäuden. Er soll mechanischen und klimatischen Beanspruchungen standhalten, den Putzgrund vor Zerstörung durch Wasser und Frost schützen und Feuchtigkeitsanreicherungen im und am Bauteil verhindern. Mit der Stärke der Wassereinwirkung steigen im Allgemeinen auch die Anforderungen an den Putz. Was den Untergrund (Substrat) betrifft, beeinflussen Festigkeit, Schwind- und Rissverhalten, Saugfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit die Auswahl des jeweils geeigneten Putzsystems. Stoffkomponenten

Ein- oder mehrlagig an Wänden und Decken aufgetragener Putzmörtel erreicht erst nach dem Verfestigen am Bauteil seine geforderten Eigenschaften. Diese hängen von den Stoffkomponenten insbesondere der Bindemittel, deren Mengenverhältnis und der Art der Verfestigung ab: • Mineralische Bindemittel, mineralische Putze und deren Mischungen werden in DIN V 18 550 genannt. Zu den mineralischen Bindemitteln zählen Baukalk, Zement, Baugips, Anhydritbinder, Putz- und Mauerbinder. Lehm, Silikat und andere Bindemittel finden ungenormt ebenfalls Verwendung als Putzmörtel (Abb. C 7.5). • Organische Bindemittel in Form von dispergierten oder gelösten Polymerisatharzen ergeben zusammen mit Füllstoffen Beschichtungen mit putzartigem Aussehen; sie werden auch Kunstharzputze genannt. • Mineralische und organische Zuschläge unterscheiden sich in ihrem Gefüge und bilden, abhängig von Korngröße und Putzweise, charakteristische Oberflächenstrukturen. Nicht enthalten sein dürfen Bestandteile, die Druckfestigkeit und Dichtheit negativ beeinflussen oder zu Abplatzung, Verfärbung und Ausblühung führen – z.B. abschwemmbare und quellbare Stoffe, Salze, Säuren und Schwefelverbindungen. • Das Anmachwasser steuert die Viskosität, 188

• •

•

•

die Verarbeitungseigenschaften und die Verfestigung. Beigemischte Faserstoffe wirken einer möglichen Rissbildung entgegen. Lichtechte, kalk- und zementbeständige Pigmente färben den Putz ein. Putze mit dunkler Oberfläche erfahren eine stärkere thermische Beanspruchung als helle, insbesondere bei Bauteilen mit hoher Wärmedämmung und hoher Sonneneinstrahlung. In Gipsputzmörtel eingemischte Latentwärmespeicher (Phase Changing Materials PCM), z.B. in Form von mikroverkapselten Paraffinen, tragen zur passiven Gebäudekühlung bei. Zusatzmittel bestimmen – ähnlich wie bei Beton – Fließverhalten, Abbindezeit, Haftung und Dichtheit des Putzmörtels bzw. des verfestigten Putzes.

Lieferformen

Werkmörtel liefert der Hersteller gebrauchsfertig in verarbeitbarer Konsistenz an die Baustelle. Pulverförmige Werktrockenmörtel aus Silo oder Papiersack werden vor der Verarbeitung mit der angegebenen Menge Wasser vermischt. Nur noch selten erfolgt die Zusammenstellung der einzelnen Stoffkomponenten zu Baustellenmörtel vor Ort. Klassifizierung nach DIN 18 550 und EN 998-1

DIN 18 550 verknüpft die bauphysikalischen Eigenschaften von Werkmörtel eng mit dem Bindemitteltyp. So werden den Putzmörtelgruppen MG P I bis MG P V entsprechende Bindemittel und Mischungsverhältnisse zugeordnet. Einsatzgebiete lassen sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Festigkeit und Wasserdampfdiffusionsfähigkeit definieren. EN 998-1 ersetzt u.a. die Putzmörtelgruppen durch eine Klassifizierung nach Druckfestigkeit (CS I bis CS V), kapillarer Wasseraufnahme (W 0, W 2, W 3) und Wärmeleitfähigkeit (T 1, T 2). Sie führt neue Kurzzeichen für Putzmörtelarten nach Eigenschaft und Verwendungszweck ein. Diese neue Klassifizierung weist Überschneidungen bei den Druckfestigkeitswerten auf, Bindemittel werden nicht genannt. Daher kann der Anwender nicht von der Klassi-

C 7.6

fizierung auf entsprechende Stoffkomponenten schließen und ein folgerichtiges Putzsystem aufbauen. Um diesen Mangel zu beheben, ist im April 2005 die Vornorm DIN V 18 550 (aufbauend auf der alten DIN 18 550) erschienen. Sie berücksichtigt beide Normungen, stellt Putzmörtelgruppen der neuen Klassifizierung gegenüber und nennt in diesem Zusammenhang Bindemittel und Anwendungsgebiete (Abb. C 7.10). Die nachfolgenden Aussagen beziehen sich auf DIN V 18 550. Anwendungsbereiche

Entsprechend der Lage im Bauwerk und der daraus resultierenden Beanspruchungen unterscheidet man Außenputz und Innenputz. Außenputz Die mittlere Dicke des meist zweilagigen Außenputzes beträgt 20 mm (einlagig 15 mm). Bei normaler klimatischer Beanspruchung kann der Putz als Bindemittel Kalkhydrat enthalten (MG P I, MG P II). Bei ungünstiger Bewitterung sollte der Putz wasserabweisende Eigenschaften besitzen (MG P II, Zusatzmittel, weitere Beschichtung). Im Sockelbereich und unter der Erdoberfläche werden feste, kaum saugende Zementmörtel (MG P III) verwendet. Innenputz Innenputze für Wände und Decken werden bei normaler Luftfeuchtigkeit in der Regel mit Putzmörtel der Gruppen MG P IV und MG P V einlagig in 15 mm Dicke ausgeführt. Sie bilden eine ebene, saugfähige, wasserdampfdurchlässige Schicht, die auch als Untergrund für Beschichtungen und Tapeten dient. Putzsysteme

Unter einem Putzsystem versteht man den Untergrund und die darauf abgestimmten Putzlagen. Grundsätzlich sollte die Druckfestigkeit der Putzschichten nach außen hin abnehmen und nicht höher als die des Untergrunds sein. Der Untergrund nimmt so Spannungen bei temperaturbedingtem Schwinden und Quellen auf, ohne Rissbildung oder Abscheren des Putzes zu verursachen. Die diffusionsäquivalente Luftschichtdicke sd darf den Wert 2,0 m bei keinem Putz überschreiten.

Oberflächen und Beschichtungen

Putzgrund / Putzträger Die vielfältigen Baustoffe von Ziegelmauerwerk, Porenbeton, Holz, Faser- und Dämmplatten bis hin zu Altputz erfordern eine entsprechende Oberflächenbeschaffenheit (Rauigkeit, Saugfähigkeit, Tragfähigkeit), damit der aufgetragene Putz mit dem Untergrund einen dauerhaften Verbund eingeht. Eignen sich die Untergründe aufgrund von Unebenheit, geringer Haftfähigkeit und Festigkeit nicht für einen direkten Putzauftrag, wird ein flächiger Putzträger am tragenden Bauteil befestigt, z.B. Drahtgewebe, Ziegeldrahtgewebe, Rippenstreckmetall, Schilfrohrmatten, Kunststoff- oder Glasfasergewebe. Für Ecken, Laibungen und Übergänge zu anderen Baustoffen werden Putzschienen eingesetzt. Sie schützen die Kanten, stellen ein Richtmaß für die Putzdicke und eine Hilfe zur Herstellung einer planen Oberfläche dar. Unter- / Oberputz Der Unterputz gleicht Unebenheiten des Untergrunds aus und stellt im Außenbereich den geforderten Feuchtigkeitsschutz sicher. Er nimmt Spannungen auf, ohne zu reißen. Der Oberputz besitzt im Außenbereich je nach Beanspruchungsgruppe wasserhemmende bis wasserabweisende Eigenschaften mit dem Ziel, Feuchtigkeit aus Niederschlag nicht in die unteren Putzschichten dringen zu lassen. Gleichzeitig soll Wasserdampf von innen nach außen gelangen, damit das Bauteil schnell austrocknet. Der Oberputz prägt das Gebäude durch seine Farb- und Oberflächenstruktur (siehe S. 191). Per Hand oder mit Putzmaschinen erfolgt das Aufbringen des Putzmörtels, per Hand das Verziehen. Die vorausgegangene Lage muss fest und trocken sein, um die Haftung der nächsten sicherzustellen und Schwindrisse zu vermeiden.

Kalkputze eignen sich für fast alle saugenden Untergründe. Sie binden Schadstoffe aus der Luft, wirken desinfizierend und sind diffusionsoffen. Geringe Mengen an Polymerdispersionen und Zement (Kalkzementmörtel) beschleunigen die Erhärtung und führen zu wasserhemmenden Eigenschaften. Beigemischter Gips erhöht die Festigkeit des Putzes (Abb. C 7.8). Zementputz

Zementmörtel (GM P III) werden in Bereichen angewendet, wo hohe Feuchtigkeitsresistenz gefordert ist, z.B. an Kellerwänden und im Sockelbereich. Rückseitige Feuchtigkeit vom Untergrund löst jedoch den Zementputz ab. Auch Putzflächen mit hoher mechanischer Beanspruchung und Waschputz werden mit dem festen, starren Zementputz ausgeführt. Für Innenräume eignen sie sich wegen der geringen Sorptionsfähigkeit nur bedingt. Beigegebener Kalk (Zementkalkmörtel) verbessert Elastizität, Dampfdurchlässigkeit und Wasseraufnahmefähigkeit. Lehmputz

Lehmmörtel besteht aus Tonmineralien, Wasser und feinem Sand. Er eignet sich als Unterputz und Innenputz. Während der Verfestigung verdunstet das Wasser und verringert das Volumen. Tierhaar- oder Pflanzenfasern als Füllstoff verhindern mögliche Schwundrisse. Lehmmörtel bindet nicht ab, allein der Wassergehalt bestimmt den Grad der Verfestigung. Lehmmörtel haftet gut und lässt sich modellierend verarbeiten. Durch seine hohe Wasseraufnahmefähigkeit entsteht ein angenehmes Innenraumklima. Im Außenbereich schützen Zusätze oder Oberputze der MG P II und MG P III den Lehmputz vor Feuchtigkeitseinwirkung. Verschiedene Zuschläge und Pigmente ermöglichen eine vielfältige Gestaltung.

Gipsputz

Aus Baugips nach EN 13 279 entsteht durch Mischung mit Wasser, Sand und Kalk in unterschiedlichen Masseanteilen Gipsmörtel, Gipssandmörtel, Gipskalkmörtel oder Kalkgipsmörtel (MG P IV). Für Innenräume verwendet man hauptsächlich einen einlagigen, sehr gut haftenden Spritzputz. Gipsputz reguliert die Luftfeuchtigkeit im Innenraum, ist aber nicht feuchteresistent und eignet sich daher nicht für Feuchträume. Bei sehr hohen Temperaturen (z.B. bei Bränden) verliert Gipsputz (Baustoffklasse A) das molekular gebundene Wasser und verbraucht dabei Wärmeenergie. Das entstandene Halbhydrat wirkt wärmedämmend als Brandschutz.

C 7.7

Putz auf Basis von Polymerdispersionen

Beschichtungsstoffe mit putzähnlichem Aussehen werden im allgemeinen Sprachgebrauch Kunstharzputze oder pastöse Putze genannt. Sie bestehen aus dispergierten oder gelösten Polymerisatharzen als Bindemittel sowie organischen oder anorganischen Füllstoffen mit überwiegendem Kornanteil > 0,25 mm. Den Putzmörtel liefert der Hersteller gebrauchsfertig. DIN V 18 550 teilt die Putze nach Anforderungen in P Org 1 (für Außen- und Innenputze) und P Org 2 (für Innenputze) ein. Die Vorteile von polymerisatharzgebundenen Putzmörteln liegen bei guter Haftung (für viele Untergründe geeignet), geringer Rissanfälligkeit, dünnen Schichten (2–6 mm), unzähligen Farbtönen und Schlagregendichtheit. Um die Kalkputz DIN EN 459-1 gliedert Baukalke in Luftkalke und Hafteigenschaften weiter zu verbessern, benötigen sie eine zuvor auf den Untergrund applizierhydraulische Kalke. Sie stellen das wichtigste mineralische Bindemittel für Putze dar. Putze mit te Grundbeschichtung. Polymerisatharzgebundene Putzmörtel werden bei WärmedämmverLuftkalk (MG P I) erhärten mit Wasser und CO2 bundsystemen und auch auf schon vorhandeaus der Luft und sind danach wetterbeständig. Putze mit hydraulischem Kalk (MG P II) erhärten nen mineralischen Putzen als Oberputz verwendet. Je nach Korngröße und Putzweise entsteauch unter Wasser. Im Vergleich zu Luftkalken hen Oberflächenstrukturen wie bei mineralibesitzen sie eine höhere Festigkeit und Widerschem Kratz-, Reibe- oder Spritzputz. standsfähigkeit gegen Feuchtigkeit.

C 7.8 C 7.5 systematische Darstellung von Bindemitteln für Putzmörtel C 7.6 systematische Darstellung von Putzen für Sonderzwecke C 7.7 plastische Fassadengestaltung, Wohnhaus, Wien (A) 2003, Rüdiger Lainer C 7.8 Kalkputz in verschiedenen Putzweisen, Bernhardskapelle, Owen (D) 2002, Hans Klumpp C 7.9 Bruchsteinmauerwerk und Beton, weiß beschichtet, das »gelbe Haus«, Flims (CH) 2001, Valério Olgiati

C 7.9

189

Oberflächen und Beschichtungen

Putze für Sonderzwecke Die folgenden Putze werden für bestimmte Anwendungsgebiete verarbeitungsfertig im Werk hergestellt (Abb. C 7.6). Ihre Zusammensetzung wird nicht durch einen eigenschaftgebenden Bindemitteltyp bestimmt, vielmehr resultieren die Eigenschaften aus dem Zusammenspiel der ausgewählten Stoffkomponenten. Technische Merkblätter geben Hinweise bezüglich Schichtaufbau, Wasserzugabe, Verarbeitungszeit und -temperatur. Leichtputz

Als Leichtputz bezeichnet man mineralisch gebundene Putzmörtel der Mörtelgruppen MG P I und MG P II mit einer Trockenrohdichte von 600 bis 1300 kg / m3, mineralischen oder organischen Zuschlägen und porigem Gefüge. Die leichten Zuschläge beeinflussen Wärmeleitfähigkeit, Druckfestigkeit und E-Modul. Der Leichtputz ist in Hinblick auf Festigkeit und Verformungsfähigkeit abgestimmt auf die Eigenschaften von wärmedämmendem Mauerwerk aus Porenbeton, porösen Ziegeln oder Leichtbeton. Brandschutzputz

Unterliegen bestimmte Bauteile einem höheren Brandschutz, können sie mit einem Brandschutzputz versehen werden. Die Feuerwiderstandsdauer hängt vom Putzmörtel und seiner Dicke ab. Gipsputz (MG P IV) enthält chemisch gebundenes Wasser, das bei Erwärmung frei wird und so das Bauteil temporär kühlt und die Brandausbreitung verlangsamt. Mörtel der Putzmörtelgruppe MG P II können nicht brennbare, poröse, wärmedämmende Zuschläge enthalten, z.B. Perlite oder Vermiculite, die ebenfalls ein temperaturbedingtes Versagen von Stahlbauteilen verzögern. Der Putzmörtelklasse nach DIN V 18 550

Akustikputz

Ebenso wie bestimmte Wand- und Deckenbekleidungen wirkt Akustikputz schallabsorbierend auf die Raumakustik. Häufig werden Spritzputze auf hydraulischer Bindemittelbasis mit porösen Zuschlägen verwendet. Die daraus resultierende Struktur besitzt eine geringe Stoßfestigkeit. Der absorbierte Frequenzbereich des Schalls kann durch unterschiedliche Systemaufbauten gesteuert werden. Er lässt sich z.B. auf massiven Untergründen oder auf Holzwolleplatten auftragen. Sanierputz

Sanierputz wird angewendet, um feuchtes, salzhaltiges Mauerwerk trockenzulegen. Der sehr große Luftporengehalt (> 40 Vol. %) ermöglicht das Auskristallisieren der Salze im Putz, während der Wasserdampf nach außen verdunstet, ohne Ausblühungen zu verursachen. Ein Sanierputz von 20 mm Dicke lagert ca. 2 – 6 kg Salz pro Quadratmeter ein. Der WTA (wissenschaftlich-technischer Arbeitskreis für Denkmalschutz und Bauwerkssanierung) definiert Sanierputz allgemein als Werktrockenmörtel zur Herstellung von Putzen mit hoher Porosität und Wasserdampfdurchlässigkeit bei gleichzeitig stark verminderter kapillarer Leitfähigkeit. Im Merkblatt 2-2-91 des WTA ist er näher spezifiziert. Zum vollständigen Aufbau von Sanierputz gehören Spritzbewurf, Grundputz, Sanierputz und Oberputz, wobei während des Mischvorgangs physikalische oder chemische Luftpo-

Wärmedämmputz

Neben seinen schützenden und gestaltgebenden Eigenschaften verbessert Wärmedämmputz bei einschaligen Konstruktionen zusätzlich die Wärmedämmung. Er besteht aus einem wasserhemmenden, wärmedämmenden Unterputz und einem wasserabweisenden Oberputz. Nach DIN V 18 550 gelten Putze mit einem Rechenwert der Wärmeleitzahl ¬ ≤ 0,2 W / mk als Wärmedämmputz. Er wird mit mineralischen Leichtzuschlägen oder expandiertem Polystyrol und mineralisch gebundenem Werkmörtel hergestellt (Trockenrohdichte ρ < 0,6 kg / dm3). Die Schichtdicke des mehrlagig aufgebrachten Unterputzes liegt zwischen 30 und 80 mm. Der Oberputz aus MG P I oder MG P II ist 8 – 15 mm dick. Aufgrund der dünnen Deckschicht kann die Festigkeit höher liegen als

[-]

Innen- und Außenputz für geringe Beanspruchung; mit Zusatzmittel Zement: Außenputz wasserhemmend / -abweisend Innenputz für übliche Beanspruchung; mit Zusatzmittel Zement: Außenputz wasserhemmend

> 2,0 > 2,0 > 2,0 mit ZM < 0,5

20 20 20–30

Mörtel mit hochhydrauli- 2,5 schem Kalk oder mit Putz- und Mauerbinder Kalkzementmörtel 2,5

Innenputz mit erhöhter Abriebfestigkeit einschließlich Feuchträume; mit Zusatzmittel Zement: Außenputz wasserabweisend

< 2,0

20–30

Außenputz mit erhöhter Abriebfestigkeit

< 0,5

15–35

Kellerwandaußenputz, Außensockelputz

0,5

50

b

Zementmörtel mit Zusatz 10 von Kalkhydrat Zementmörtel 10

Kellerwandaußenputz, Außensockelputz

0,5

50

P IV

a b c d

Gipsmörtel Gipssandmörtel Gipskalkmörtel Kalkgipsmörtel

2 2 2 2

Innenputz, entspricht Maschinengipsputz, Haftputzgips, Fertigputzgips Innenputz Innenputz Innenputz

5,0–15,0 ca. 18,0 5,0–15,0 5,0–15,0

8–10 8–10 5–6 5–6

PV

a b

Anhydritmörtel Anhydritkalkmörtel

2 2

Innenputz Innenputz

n.b. n.b.

n.b. n.b.

P Org 1

Kunstharzputz, alkalibeständig

-

Innen- und Außenputz auf tragfähigen, festen, mineralischen und kunststoffvergüteten Untergründen, wasserabweisend

0,1

100

P Org 2

Kunstharzputz

-

Innenputz

0,1

50–200

P II

a

b P III

a

1 1 1

In Gips- oder Zementmörtel für den Innenbereich eingemischt, kappen mikroverkapselte PCM (Phase Changing Materials) sommerliche Temperaturspitzen. Eine 30 mm dicke Putzschicht mit 30 % PCM erreicht ein Wärmespeichervermögen, das dem von 180 mm Beton entspricht. Den Bereich des Phasenübergangs, in dem die Energieaufnahme der Paraffinkapseln stattfindet, kann man beeinflussen. Er liegt üblicherweise zwischen 23 und 26 °C. Die gespeicherte Energie wird durch Nachtlüftung wieder abgeführt. Teilweise ist eine Kopplung mit aktiver Bauteilkühlung möglich. PCM tragen ohne Mehrgewicht zur thermischen Speichermasse bei, sie ersetzen jedoch nicht die Wärmedämmung.

[kg / m2min0,5]

Luftkalkmörtel Wasserkalkmörtel Mörtel mit hydraulischem Kalk

übliche Einsatzgebiete

Putz als Latentwärmespeicher

Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl

a b c

Mindestdruckfestigkeit nach 28 Tagen; Güteprüfung [N / mm 2]

renbildner die Rohdichte der zement- oder trasskalkhaltigen Putzmörtel erheblich verringern.

Wasseraufnahmekoeffizient / w-Wert

PI

Putzmörtelart

Putz muss gut auf dem Untergrund haften, bei glatten Oberflächen helfen Putzträger. Grundsätzlich liegen die Putzdicken für Unter- und Oberputz insgesamt zwischen 15 und 65 mm. Bei Stahlstützen können Feuerwiderstandsklassen bis F 180-A erreicht werden.

C 7.10

190

Oberflächen und Beschichtungen

C 7.10 Putzmörtelklassen nach DIN V 18 550 C 7.11 Klassifizierung der Eigenschaften von Festmörtel nach DIN EN 998-1 C 7.12 Oberflächenstrukturen von Putz a gefilzter Putz b gekämmter Putz c Scheibenputz d Reibeputz, waagerecht e Spritzputz f Kratzputz g Waschputz h Sgraffito

Mörteleigenschaften nach DIN EN 998

Kategorien

Werte

Druckfestigkeit nach 28 Tagen [N / mm2]

CS I CS II CS III CS IV

0,4–2,5 1,5–5,0 3,5–7,5 ≥6

kapillare Wasseraufnahme [kg / m2min0,5]

W0 W1 W2

– ≤ 0,4 ≤ 0,2

Wärmeleitfähigkeit [W / mK]

T1 T2

≤ 0,1 ≤ 0,2

a

C 7.11 b

beim weichen wärmedämmenden Unterputz, da dieser Spannungen vom Untergrund nicht überträgt. Das gesamte Putzsystem muss so angepasst sein, dass kapillar aufgenommene Feuchtigkeit den Dämmwert nicht mindert. Wärmedämmverbundsysteme

Hersteller bieten aufeinander abgestimmte Komponenten als komplette Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) an. Sie dürfen nicht mit anderen Komponenten gemischt werden, da sonst die Gewährleistung verloren geht. Ein Wärmedämmverbundsystem wird hauptsächlich eingesetzt, wenn der Wärmeschutz eines Gebäudes erhöht werden soll, z.B. bei Altbausanierungen, oder wenn bei Mischkonstruktionen Spannungen nicht übertragen und Materialwechsel rissfrei überbrückt werden sollen. WDVS verbessern den Regenschutz der Außenwand und beseitigen Wärmebrücken. Sie tragen sich selbst und nehmen Windlasten auf. WDVS bestehen aus vier Schichten: • • • •

Klebstoff Wärmedämmung Putz mit Bewehrungsschicht Deckschicht

Verarbeitung Der Klebstoff verbindet Dämmstoff und Untergrund kraftschlüssig miteinander. Je nach Tragfähigkeit des Untergrunds, Höhe der Windlasten und Art des Dämmstoffs verankern zusätzlich Tellerdübel und Halteleisten aus Aluminium oder Kunststoff die Wärmedämmung. Temperaturbeständige, maßhaltige, feuchteunempfindliche Dämmelemente erfüllen die Anforderungen für WDVS, z.B. Polystyrol-Hartschaum, Polystyrol-Extruderschaum, Holzwolleplatten und Mineralwolle (siehe Dämmen und Dichten, S. 135ff.). Das in die 3 – 4 mm dicke Bewehrungsschicht eingebettete Glasgewebe nimmt Schwindkräfte und thermisch bedingte Kräfte ebenso auf wie von außen einwirkende mechanische Beanspruchungen. Die dünne Deckschicht aus mineralischem oder organischem Putz leistet den erforderlichen Wetterschutz.

Oberflächenstrukturen von Putz Die Oberflächenbehandlung des aufgebrachten Putzmörtels bezeichnet man als Putzweise. Regionale Unterschiede und die Vielfalt früherer Zeit verlieren sich aufgrund großtechnisch produzierter Putzmörtel. Neben der Putzweise und dem Duktus des Handwerkers beeinflussen auch Größe und Art der Zuschläge sowie Pigmentierung die Struktur des Oberputzes. Geglätteter und gefilzter Putz Mit Glättkelle oder Schwammscheibe verreibt man die Oberfläche des erhärtenden Putzmörtels. Es entsteht eine feine, dichte Struktur (Abb. C 7.12 a). Eine erhöhte oberflächliche Bindemittelanreicherung kann zu Schwindrissen führen. Kammartige Werkzeuge hinterlassen gerichtete Strukturen (Abb. C 7.12 b). Geriebener Putz Indem die Oberfläche direkt nach dem Mörtelauftrag verschoben wird, entstehen durch abgestimmte Korngrößen, Werkzeugoberflächen und Konsistenz des Mörtels bewegungsabhängige Putzstrukturen (Abb. C 7.12 d).

c

d

e

Spritzputz Mit mehrmaligem maschinellen Aufspritzen eines feinkörnigen und dünnflüssigen Mörtels erreicht man eine fein reliefierte Oberfläche. Diese kostengünstige Technik wird auch bei Akustikputzen eingesetzt (Abb. C 7.12 e). f

Kratzputz Wenn der Mörtel eine bestimmte Festigkeit erreicht hat, wird mit Nagelbrett oder Ziehklinge die Oberfläche so bearbeitet, dass sich bei geeignetem Kornaufbau große Körner herauslösen lassen (Abb. C 7.12 f). Waschputz Im Gegensatz zum Kratzputz bleibt nach dem Auswaschen der oberflächlichen Bindemittelschlämme die grobe Körnung der Zuschlagstoffe wie Kies oder farbige Glasstücke erhalten (Abb. C 7.12 g).

g

Sgraffito Aus mehreren durchgefärbten Putzmörtellagen h

C 7.12

191

Oberflächen und Beschichtungen

einzelnen Bestandteile des Beschichtungsstoffs die richtige Wahl für den spezifischen Untergrund. Im allgemeinen Sprachgebrauch werden Beschichtungsstoffe auch als Farbe, Lack oder Anstrich bezeichnet. Diese Begriffe geben die Eigenschaften und Funktionen von Beschichtungsstoffen jedoch nur unscharf wieder. EN 971-1 definiert allgemeine Fachausdrücke. Bindemittel

C 7.13

C 7.14

werden durch Abkratzen der oberen Lagen die darunterliegenden Schichten sichtbar. Herausgearbeitete Bilder und Ornamente gestalten die Bauteiloberfläche als farbiges Relief (Abb. C 7.12 h).

Jahren, Bindemittel für verschiedene Aufgaben und Untergründe im Innen- und Außenbereich herzustellen.

Stuccolustro Die dem Stuckmarmor ähnliche Oberfläche wird aus vier Schichten Kalkputz hergestellt. Die beiden oberen Schichten enthalten Marmorpulver. Nach dem Verfestigen glättet man die Oberfläche mit erwärmter Kelle und Wachs. Beschichtungen In prähistorischer Zeit, lange bevor Bauwerke zum Schutz oder für kultische Zwecke errichtet wurden, benutzte man Beschichtungsstoffe aus Fett und Ruß oder farbigen Erden, um Höhlen und Kultgegenstände künstlerisch zu verzieren. Die ersten Beschichtungen bestanden aus einem Bindemittel und farbgebenden Pigmenten. Zum Schutz und zur Gestaltung von Gebäuden wurde seit ca. 4000 v.Chr. Kalk mit Wasser vermischt und auf mineralische Untergründe aufgebracht. Verschiedene Stoffe wie Öle, Fette, Harze von Pflanzen, Knochenleim und tierische Eiweiße wurden bis zur Industrialisierung als fixierende Bindemittel eingesetzt. Dabei standen die Verbesserung der Witterungsbeständigkeit und die Verträglichkeit mit dem Untergrund im Mittelpunkt. Beständige und leuchtende Farbmittel blieben aufgrund ihres geringen Vorkommens kostbar, sodass Farbe auch Prestigecharakter erhielt. Der Maler selbst mischte nach überlieferter Rezeptur die Beschichtungsstoffe je nach Bedarf in geringen Mengen.

Aufgaben von Beschichtungen

Die Hauptfunktionen von Beschichtungen gemäß EN 971 liegen in folgenden Bereichen: • Gestaltung des Untergrunds, um ihn durch Farbe, Glanz und Oberflächenstruktur zu verändern oder wiederherzustellen • Erhaltung, um den Ursprungszustand des Untergrunds bezüglich der o.g. Aspekte so lange wie möglich zu bewahren • Schutz, um Wasser, atmosphärische, chemische, biologische, mechanische oder andere Einwirkungen vom Untergrund fernzuhalten Häufig übernimmt ein Beschichtungssystem alle drei Aufgaben gleichermaßen. Um den Wert eines Bauteils und seine Funktionsfähigkeit aufrechtzuerhalten, muss es instand gehalten werden. Da die applizierten Beschichtungen meistens eine deutlich geringere Dauerhaftigkeit aufweisen als die zu schützenden oder zu gestaltenden Bauteile und Gegenstände, kommt ihnen eine große ökologische und ökonomische Bedeutung zu. Je nach Art der Beschichtung kann diese leicht erneuert werden oder eine Instandsetzung des ganzen Bauteils mit sich bringen. Die geringere Dauerhaftigkeit liegt u.a. an dem unmittelbaren Kontakt der Beschichtung mit der Umwelt, aber auch an der Dauerhaftigkeit der Stoffkomponenten selbst, deren Verträglichkeit mit dem Untergrund und der Verarbeitung auf der Baustelle. Stoffkomponenten

Ende des 19. Jh. wurde ein Bindemittel auf Wasserglasbasis für Fassadenbeschichtungen entwickelt, das eine hohe Dauerhaftigkeit über Jahrzehnte hinweg aufwies. Anfang des 20 Jh. bot die chemische Industrie mit den leuchtenden und stabilen organischen Azofarbmitteln eine preiswerte Alternative zu den anorganischen Pigmenten. Mit den Fortschritten in der Kunststoffindustrie gelang es in den 1950er192

Beschichtungsstoffe bestehen im Wesentlichen aus Bindemitteln, Lösemitteln, Pigmenten, Füllund Hilfsstoffen (Abb. C 7.15). Je nach Art und Masseanteil der einzelnen Komponenten in dem komplexen Gemisch des Beschichtungsstoffs variiert seine Funktion und Wirkungsweise. Aufgrund der unterschiedlichen Rezepturen der Hersteller erleichtert das Wissen über die

Bindemittel stellen die zentrale, eigenschaftgebende Stoffkomponente dar. Als nicht flüchtige Komponente sorgen sie für die Haftung der Beschichtung auf dem Untergrund mittels Adhäsion, und sie verbinden die enthaltenen Feststoffteilchen wie Pigmente oder Füllstoffe durch Kohäsion miteinander. Nach dem Auftragen (Applikation) ändern die Bindemittel physikalisch oder chemisch ihren Zustand. Man definiert sie nach Stoffgruppen (Abb. C 4.19): Anorganische Bindemittel Zu den anorganischen Bindemitteln zählen: • Kalk • Zement • Kaliumwasserglas (Silikat) Organische Bindemittel Ihre technische Entwicklung hängt eng mit der Kunststoffindustrie zusammen, die eine Vielzahl von chemischen Produkten anbietet. Um den Überblick zu erleichtern, erfolgt hier eine grundsätzliche Einteilung: • Naturstoffe: pflanzliche und tierische Harze und Öle, z.B. Kolophonium, Schellack, Stärke und Leinöl • modifizierte Naturstoffe: Leinölfirnis, Zitrusöle und Chlorkautschuk • synthetische Stoffe: Sie stellen heute den Hauptanteil der organischen Bindemittel; dazu gehören z.B. Alkydharze, Acrylharze, Copolymerisate, Polyester, Silikonharze, Bitumen und Chlorkautschuk. Lösemittel

Flüchtige organische Stoffkomponenten (VOC) (siehe Glossar, S. 269) lösen andere Stoffe – in diesem Fall Bindemittel – ohne sie chemisch zu beeinflussen. Sie sorgen für die entsprechende Viskosität und Fließeigenschaften. Aufgrund ihres niedrigen Siedepunkts verflüchtigen sie sich während der Verarbeitung und gelangen in die Umwelt. Daher ist auf deren Toxizität zu achten, entsprechende Vorkehrungen für die Verarbeitung sind zu treffen. Die MAK-Liste (maximale Arbeitsplatzkonzentration) enthält hierzu Richtwerte und Verarbeitungsvorschriften. Lösemittel gliedern sich in die Gruppen der Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ester und Ketone: • Zu den aliphatischen Kohlenwasserstoffen gehören z.B. Petrolether, Normalbenzin,

Oberflächen und Beschichtungen

Das Umweltbundesamt in Deutschland befürwortet VOC-arme Beschichtungsstoffe und vergibt den »Blauen Engel«, wenn der Gehalt an organischen Lösemitteln unter 10 % liegt und weitere Bedingungen erfüllt sind (z.B. schadstoff-, konservierungsstoffarm).

Dispergierer, Stabilisator, Schaumverhinderungsmittel, Biozid, Sikkativ (Trockenstoff), Weichmacher, UV-Absorber. Im Einzelnen sind die Raum- und Umweltbelastungen dieser Stoffe zu prüfen.

Stoffkomponenten

Klassifizierung von Beschichtungsstoffen In der Regel gelangen Beschichtungsstoffe verarbeitungsgerecht in flüssigem Zustand auf die Baustelle. Diesen erreicht man grundsätzlich auf zwei Arten, die wiederum die Verarbeitung und die Eigenschaften der fertigen Beschichtung beeinflussen:

Applikation

Bindemittel

Acrylharz

Lösemittel / Wasser

dispergiert in Wasser

Pigmente

Chromtitangelb

Füllstoffe

Kaolin

Hilfsstoffe

z.B. Dispergierer Topfkonservierer

Beschichtungsstoff

auf Polymerdispersionsbasis

Phasenübergang Beschichtung C 7.15

Lösung

Füllstoffe

Beigegebene Gesteinsmehle, z.B. aus Kaolin oder Feldspat, verleihen der Beschichtung Masse und Härte. Sie füllen Poren und kleine Unebenheiten. Zusätzlich erhöhen z.B. Polyamid- und Mineralfasern die Rissfestigkeit. Hilfsstoffe

Weitere chemische Stoffe verbessern die Haltbarkeit und die Anwendbarkeit, indem sie z.B. für eine bestimmte Viskosität sorgen; außerdem beeinflussen sie – trotz geringem Masseanteil – das spätere Aussehen der Beschichtung. Die Bezeichnungen der Hilfsstoffe spiegeln ihre Funktionen wider: Topfkonservierer, Emulgator, Netzmittel,

b

c

C 7.16

a

b

c

C 7.17

Dispersion

Wasserverdünnbare Beschichtungsstoffe (Dispersionen) bestehen aus einer wässrigen Phase und darin als Suspension fein verteilten flüssigen Bindemitteltropfen. Pigmente und Füllstoffe verteilen sich im Wasser. Dispersionen sind kostengünstig und umweltfreundlich, außerdem unproblematisch bei Transport, Lagerung und während der Verarbeitung. Feuchte Untergründe lassen sich gut benetzen. Allerdings besitzt die Dispersion während der Verarbeitung keine ausreichende Regenfestigkeit und benötigt zur Trocknung Temperaturen über 5 °C. Das Eindringvermögen ist wegen der größeren Bindemittelteilchen geringer. Die Verarbeitung erfordert in der Regel mehr Aufmerksamkeit als bei lösemittelhaltigen Produkten. Obwohl im allgemeinen Sprachgebrauch von Dispersionsfarbe oder Dispersionslackfarbe die Rede ist, sollte fachlich eine konkrete, nachvollziehbare Benennung erfolgen: z.B. Dispersionen auf Basis von Polymerbindemitteln (Acrylharz, Alkydharz etc.).

100

0

1K-Beschichtungsstoff

Die beiden letzten Gruppen machen den Großteil der heute verwendeten Pigmente aus.

a

Lasurmittel

• Natürliche anorganische Pigmente (Erdfarben, Gesteinsmehle) wie Kreide, Ocker, Umbra sind toxikologisch unbedenklich, lichtecht und witterungsbeständig. • Natürliche organische Pigmente wie Indigo verfügen über eine geringe Licht- und Wetterechtheit. In umgewandelter Form wird Indigo auch als Farbstoff verwendet. • Synthetisch hergestellte anorganische Pigmente aus Oxiden von Titan, Eisen, Chrom und Zink weisen gute chemische Resistenz, hohe Lichtechtheit und Deckkraft, aber nur geringe Brillanz auf. Sie eignen sich für fast alle Beschichtungsstoffe und Untergründe. • Für synthetisch hergestellte organische Pigmente bilden fossile Rohstoffe die Basis. Der großen Farbenvielfalt und Brillanz stehen die oft beschränkte Licht- und Wetterechtheit gegenüber. Auch muss auf negative Wechselwirkungen mit Bindemittel und Untergrund geachtet werden.

C 7.13 2K-Beschichtung auf Sperrholz, Flagship-Store, New York (USA) 2003, Asymptote C 7.14 Bodenbeschichtung auf Epoxidharzbasis, Umspannwerk Mitte, Salzburg (A) 1995, Bétrix & Consolascio C 7.15 Zusammensetzung von Beschichtungen C 7.16 Lichtdurchlässigkeit von Beschichtungsstoffen a deckend b lasierend c transparent C 7.17 Wirkungsweisen von Beschichtungsstoffen a Imprägnierung b Grundierung c Beschichtung C 7.18 Anteile der Stoffkomponenten bei unterschiedlichen Beschichtungssystemen

Imprägniermittel

Farbmittel ist der Überbegriff für unlösliche Pigmente und lösliche Farbstoffe. Bei Beschichtungsstoffen übernehmen ausschließlich Pigmente die Farbgebung. Zudem können sie den Untergrund vor UV-Strahlung und Korrosion schützen. Vier Gruppen von Pigmenten lassen sich unterscheiden:

In Lösung gebrachte Bindemittel liegen sehr homogen, molekular verteilt in flüchtigen, organischen Lösemitteln vor. In dieser Bindemittellösung schwimmen Pigmente und Füllstoffe. Auf schwierigen Untergründen haften sie besser als Dispersionen, weil das Eindringvermögen und die Benetzungsfähigkeit aufgrund kleinerer Molekülteilchen höher ist. Feuchte oder geringe Temperaturen während der Trocknungsphase beeinflussen den Vorgang unwesentlich. Die fertige Beschichtung weist eine hohe Dichte und Widerstandsfähigkeit gegenüber Einwirkungen von außen auf. Durch Verdunsten werden teilweise ökologisch oder arbeitshygienisch bedenkliche Lösemittel freigesetzt, sodass der Gesetzgeber die Verwendung dieser Stoffe stark einschränkt oder verbietet, z.B. bei aromatischen Kohlenwasserstoffen. Langfristig werden lösemittelfreie Beschichtungsstoffe angestrebt. Neu entwickelte polymere Rohstoffe erlauben die Überführung von z.B. Acryl- oder Alkydharzen in den wassergelösten Zustand. Die fertige Beschichtung unterscheidet sich nicht von konventionellen Produkten.

Masseanteile in %

Pigmente

2K-Beschichtungsstoff

Lösungsbenzin und Testbenzin. • Aromatische Kohlenwasserstoffe (z.B. Benzol) dürfen wegen nachgewiesener kanzerogener Wirkung nicht mehr eingesetzt werden. • Glykole werden vor allem bei wasserverdünnbaren Beschichtungsstoffen als Lösemittel verwendet. • Ester (z.B Methylacetat) und Ketone (z.B. Aceton) bilden weitere Gruppen.

Bindemittel Füllstoff

Pigment Lösemittel C 7.18

193

Oberflächen und Beschichtungen

Bindemittel für Beschichtungsstoffe organische Stoffe

Kolophonium Kopal Damar

Harze tierischen Ursprungs: Schellack pflanzliche / tierische Leime: Stärke Gelatine Eiweiß (Kasein) pflanzliche / tierische Öle:

synthetische Stoffe

Zellulosenitrat

Alkydharze

(Co-)Polymerisate:

Leinölfirnis

Acrylharze

Citrusöl Kolophonium-Glyzerinester

Polyester ungesättigt

Chlorkautschuk

Epoxidharze

Vinylacetat Vinylchlorid Butadien Styrol Acrylat

Zement Kaliumwasserglas (Silikat)

Polyurethane Chlorkautschuk

Triglyzeride: Leinöl Sojaöl Wachse

Cyclokautschuk Silikone Bitumen

Verfilmung, Verfestigung, Trocknung

Im flüssigen Zustand liegt das Bindemittel des Beschichtungsstoffs gelöst oder dispergiert vor, um den Untergrund vollständig zu benetzen, lose Partikel zu binden, in die Poren des Baustoffes einzudringen und eine gleichbleibende Schichtdicke zu erhalten. Nach der Applikation erfolgt der Phasenübergang in den festen Gebrauchszustand auf zwei verschiedene Arten. Aus dem Beschichtungsstoff wird die Beschichtung: • Die physikalische Verfestigung und Verfilmung geschieht durch Verdunsten des Lösemittels bzw. des Emulsionswassers bei Dispersionen. • Die chemische Vernetzung und Verfilmung des Bindemittels vollzieht sich oxidativ (Härtung) mit Luftbestandteilen oder reaktiv zwischen zwei Bindemittelkomponenten. Oft treten beide Verfestigungsarten gemeinsam auf; Kaliumwasserglas z.B. erhärtet, indem Wasser verdunstet und CO2 aus der Luft aufgenommen wird. Ob ein Film gebildet wird, hängt von der Art des Bindemittels ab. Beschichtungssystem

Um die gewünschte Wirkung der Beschichtung auf dem entsprechenden Untergrund zu erzie-

C 7.20

194

Kalkhydrat

modifizierte Naturstoffe

Naturstoffe pflanzliche Harze:

anorganische Stoffe

C 7.19

len, erfolgt der Aufbau in mehreren Schichten, die – aufeinander abgestimmt – unterschiedliche Funktionen übernehmen: • Die Grundierung sorgt für den Haftverbund (Adhäsion) des Beschichtungssystems mit dem Untergrund, indem sie lose Partikel bindet und die Saugfähigkeit herabsetzt. • Die (Zwischen-)Beschichtung ist so auf die Grundierung abgestimmt, dass sie den Haftverbund (Kohäsion) unter den Schichten gewährleistet. Sie kann deckend und farbgebend sein; mit ihr erreicht man geforderte Schichtdicken und eine gleichmäßige Oberfläche. • Die Deckbeschichtung schützt die darunter liegenden Schichten vor Einwirkungen von außen und legt den Glanzgrad fest. Dünn aufgetragen trocknen die Schichten besser. Um eine geforderte Schichtdicke und eine entsprechende Dauerhaftigkeit des Systems zu erreichen, bedarf es daher mehrerer Schichten. Eigenschaften wie die Art der Ablagerung am Untergrund, die Zusammensetzung des Beschichtungsstoffs, Verfestigungsart und Lichtdurchlässigkeit bilden einen funktionellen Zusammenhang, der sich in folgender Klassifizierung niederschlägt:

C 7.21

Imprägniermittel Das Imprägniermittel enthält einen hohen Anteil Lösemittel oder Wasser und wenig Bindemittel. Ohne Pigmente und Füllstoffe dringt es kapillar in die Poren des Baustoffs ein und bildet eine dünne Schicht. Als Grundierung haben Imprägniermittel die Aufgabe, die Saugfähigkeit des Untergrunds zu verringern und ihn chemisch zu neutralisieren. Mit Wirkstoffen versehen, übernehmen sie schützende Funktionen. Auf fertigen Oberflächen wie Putz, Sichtbeton, Mauerwerk oder Holz wirken Imprägniermittel mit Silikonharz als Bindemittel wasserabweisend (hydrophob). Lasurmittel Der erhöhte Bindemittelanteil sorgt für eine Verfilmung der Oberfläche und lässt sie transparent erscheinen. Der geringe Prozentsatz an Pigmenten hat eine UV-schützende Wirkung, der Untergrund scheint in der Regel jedoch durch. Für biozid ausgerüstetes und mit unterschiedlichen Bindemittelanteilen versehenes Holz im Außenbereich variieren Schichtdicke und bauphysikalische Eigenschaften der Lasurmittel. 1K-Beschichtungsstoff Der Einkomponenten-Beschichtungsstoff enthält ca. 50 % nichtflüchtige Stoffe, die nach der

C 7.22

Oberflächen und Beschichtungen

physikalischen oder chemischen Verfestigung eine deckende Schutzschicht auf der Bauteiloberfläche bilden. Ein größerer Feststoffgehalt führt zu den so genannten High-Solids mit weniger als 15 % flüchtigen Bestandteilen. 2K-Beschichtungsstoff Zwei flüssige Bindemittel reagieren als Stammund Härterkomponente zu einem äußerst widerstandsfähigen Film. Lösemittel setzten die Viskosität verarbeitungsgerecht herab.

tigen Füllstoffen und dem kalkhaltigen Untergrund. Es entsteht eine harte, lichtechte und witterungsbeständige Schicht mit hoher Diffusionsfähigkeit, die auch nach wiederholtem Auftragen kaum abnimmt. Wegen ihrer Alkalität wirken Silikatbeschichtungen keimtötend. In Verbindung mit der geringen Neigung zum Kreiden erscheint die Oberfläche über Jahrzehnte sauber. Der Beschichtungsstoff eignet sich vor allem für Fassaden. Alte Beschichtungen lassen sich gut mit dem gleichen Beschichtungsstoff renovieren, jedoch nicht mit filmbildenden Beschichtungen.

Beschichtungsstoffe Üblicherweise werden Beschichtungsstoffe nach dem Bindemitteltyp eingeteilt, da dieser die charakteristischen Eigenschaften des daraus resultierenden Beschichtungssystems maßgeblich bestimmt.

Polymerisatharze

Den 1K-Beschichtungsstoff auf Wasserglasbasis erhält man gebrauchsfertig. Er ist eine Weiterentwickung des 2K-Beschichtungsstoffs. Hinzugefügte Kunststoffdispersionen verbessern Verarbeitung, Haftung und Elastizität. Untergründe und Aushärtungsvorgang gleichen sich. Die Diffusionsfähigkeit ist allerdings geringer.

Kalkhydrate

Kalkhydrat (Ca(OH)2), in Wasser eingemischt, erhärtet durch Verdunsten des Wassers und durch Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft zu Kalziumkarbonat (Kalkstein; CaCO3). Der Vorgang ist umkehrbar und daher ökologisch vorteilhaft. Geringe Mengen anderer Bindemittel wie Polymerdispersionen oder Kasein verbessern die geringe Witterungsbeständigkeit. Kalkhydrat kann nur geringe Mengen an Pigmenten binden, dies erlaubt in der Regel nur Pastellfarbtöne. Beschichtungsstoffe auf Basis von Kalkhydrat finden auf mineralischen Untergründen Anwendung. Sie zeichnen sich durch eine hohe Diffusionsfähigkeit aus und lassen sich leicht überarbeiten. Allerdings sind sie im Außenbereich sehr wartungsintensiv und nicht besonders widerstandsfähig. Silikate

Der 2K-Beschichtungsstoff besteht aus dem Bindemittel Kaliumwasserglas (K2SiO3 ) als Fixativ für anorganische, wasserglasbeständige Pigmente und Füllstoffe. Die Mischung der Komponenten mit Wasser findet kurz vor der Verarbeitung statt. Auf mineralischen, verkieselungsfähigen Untergründen reagiert der Beschichtungsstoff mit dem Kohlendioxid der Luft, den kalkhal-

zu den landläufig genannten (Kunststoff-)Dispersionsfarben. Die Filmbildung erfolgt physikalisch durch Verdunsten der wässrigen Phase, die Beschichtung klebt am Untergrund. Der Vorteil von Beschichtungsstoffen auf Acrylharzbasis liegt in der leichten Verarbeitbarkeit, den vielen Gestaltungsmöglichkeiten und Einsatzgebieten. Je nach Bindemittelkombination und beigegebenem Lösemittel variiert die Oberfläche von dehnbar zu zäh und schlagfest. Die Wasserdampfdiffusion nimmt mit der Anzahl der Schichten ab.

Alkydharze

Fettsäuren reagieren mit Glycerin zu Alkydharz. In Lösemittel oder neuerdings in Wasser gelöst, bildet es die Grundlage für eine Vielzahl von Beschichtungsstoffen, deren weitere Komponenten fast beliebig gewählt werden können. Auch besteht die Möglichkeit, die Eigenschaften durch Kombination mit anderen Bindemitteln zu verändern. Im allgemeinen Sprachgebrauch werden Beschichtungsstoffe auf Alkydharzbasis als Bautenlacke bezeichnet. Nach dem schnellen Verdunsten des Lösemittels reagieren sie oxidativ mit dem Luftsauerstoff und bilden einen Film. Der Hauptanwendungsbereich liegt bei maßhaltigen Holzbauteilen und im Korrosionsschutz für Eisen und Stahl. Für zementgebundene Baustoffe erweisen sie sich als ungeeignet, da hinzukommendes Wasser zur Verseifung führt. Verarbeitung und Instandhaltung funktionieren einfach.

Die Kombinationen der polymeren Bindemittel (z.B. Acrylate, Styrol, Vinylacetate, Polyvinylchlorid) liegen gelöst in Lösemittel vor. Durch ihre geringe Molekülgröße dringen sie tiefer in den Untergrund ein als in Wasser dispergierte Bindemittel. Beim Verdunsten des Lösemittels bilden sie einen dichten Film. Anspruchsvolle Untergründe aus Beton (wegen geringer CO2-Durchlässigkeit), mineralische Untergründe und feuerverzinkte Stahlteile lassen sich durch diese widerstandsfähige Beschichtung sehr gut schützen. Epoxidharze / Polyurethanharze

Das Bindemittel Acrylharz liegt in dispergiertem Zustand in Wasser vor. Mit anorganischen Pigmenten versehen, bildet der Beschichtungsstoff das am meisten eingesetzte System auf mineralischen Untergründen im Außenbereich. Er zählt

Der 2K-Beschichtungsstoff besteht aus der Stammkomponente Epoxid- oder Polyurethanharz (in Lösemittel gelöst) und einer Härterkomponente. Kurz vor der Verarbeitung werden beide Teile in entsprechendem Verhältnis gemischt. Die chemische reaktive Erhärtung lässt nur einen begrenzten Verarbeitungszeitraum (Topfzeit) zu. Einsatzgebiete sind neben der industriellen Beschichtung Holzoberflächen im Innenbereich und Betonbodenflächen. Der hohen Widerstandsfähigkeit gegen mechanische und chemische Einflüsse stehen eine geringe Dampfdurchlässigkeit und Feuchtigkeitsempfindlichkeit bei mineralischen Untergründen sowie Vergilbungsneigung im Außenbereich gegenüber. 2K-Beschichtungssysteme auf Polyurethanharzbasis weisen gegenüber Epoxidharzen bessere Werte auf bezüglich Zähigkeit, Widerstandsfähigkeit, UV-Beständigkeit und universeller Eignung auf vielen stark beanspruchten Oberflächen im Innen- und Außenbereich.

a

b

Acrylharze

C 7.19 systematische Darstellung der Bindemittel für Beschichtungsstoffe C 7.20 Polyurethanharz-Beschichtung, Wohnhaus, Wien (A) 2002, Querkraft C 7.21 Coil-Coating auf Stahlblech, Wohnhaus, Pomponne (F) 2002, Marin, Trottin C 7.22 lasierende Beschichtung auf Holz hinter Gussglas, Kindergarten, Reutlingen (D) 2001, Ackermann, Raff C 7.23 Wohnhaus, Pessac (F) 1936, Le Corbusier a kein konstruktiver Fassadenschutz, vernachlässigte Instandhaltungsmaßnahmen b sanierter Zustand C 7.23

195

Oberflächen und Beschichtungen

Beschichten in Abhängigkeit vom spezifischem Zustand des Beschichtungsstoffs

flüssiger Zustand

Schmelztauchen

körniger oder pulverförmiger Zustand

• für Werkstücke ohne geschlossene Hohlräume, Beschichtungsstoff läuft ab • verzinken, verzinnen von Drähten, Blechen, Profilen

Anstreichen Lackieren

(siehe Applikationsverfahren)

Beschichten durch Gießen

z.B. bei Bodenversiegelung

Putzen Verputzen

(siehe Putze / Putzweisen)

Wirbelsintern

erfordert heißes Werkstück, damit sich die gesprühte duroplastische Pulverschicht vernetzt

elektrostatisches Beschichten

durch elektrisches Feld zwischen Sprühorgan und Metallteil verteilen sich die Partikel gleichmäßig

plastischer Zustand

Spachteln

ionisierter Zustand

galvanisches Beschichten

(siehe Korrosionsschutz)

Beschichten durch Beschichtungsstoff thermisches Spritzen (Metall, Keramik) wird beim spritzen geschmolzen

chemisches Beschichten

Silikonharze

Leistungsmerkmale

Durchlässigkeit für Wasser (w)

Silikonharze sind in Wasser dispergiert und mit einer geringen Menge an organischen Lösemitteln und Kunststoffdispersionen versehen. Der Beschichtungsstoff trocknet durch Wasserverdunstung und – ähnlich den Silikaten – durch Reaktion mit alkalischem Untergrund. Beschichtungen auf Basis von Silikonharzen besitzen elastomeren Charakter sowie eine hohe thermische und chemische Widerstandsfähigkeit. Sie sind stark wasserabweisend, aber dampfdurchlässig und werden auch als Imprägnierung angewendet. Ihre Qualität schwankt herstellerabhängig, da keine Norm die Mengenanteile der Inhaltsstoffe festlegt.

Der w-Wert sagt aus, wie viel Wasser während In EN 1062 werden die Beschichtungsstoffe (für 24 Stunden Regen (z.B. auf eine Fassade) mineralische Untergründe und Beton) in Leisdurch eine Beschichtung pro Quadratmeter tungsgruppen eingeteilt, unabhängig vom Bindringt. Nach der Einheit kg / m2h0,5 bedeutet ein demittel. Im Mittelpunkt stehen die bauphysikali- w-Wert von 1,0, dass der Untergrund ca. 5 l schen Eigenschaften, die ein Beschichtungsstoff Wasser aufnimmt, bei 0,1 ein Zehntel. Gute aufweisen muss, um die geforderten Funktionen Beschichtungen besitzen niedrige w-Werte, für den entsprechenden Untergrund zu erfüllen. d.h. sie lassen wenig Wasser an den UnterDie in der Norm genannten Kennwerte sind für grund. alle Untergründe von Bedeutung:

Naturharze (Öle, Wachse)

Es gibt sehr unterschiedliche Naturharze aus tierischen und pflanzlichen Ölen, Harzen und Wachsen, z.B. Leinöl, Kopalharz oder Bienenwachs. Diese Bindemittel werden in Kombination und oft in chemisch modifizierter Form angewendet. Selten unterstützen Lösemittel die Verarbeitungsfähigkeit. Die Einsatzgebiete und Eigenschaften variieren stark entsprechend den Stoffkomponenten. Obwohl Produktbezeichnungen wie »Bio-« oder »Natur-« gesunde Inhaltsstoffe implizieren, können so bezeichnete Beschichtungsstoffe aufgrund ihres chemischen Aufbaus ebenso gesundheitsgefährdende Stoffe enthalten wie konventionelle Produkte.

C 7.24

Kohlendioxid-Durchlässigkeit (sd CO2)

• Glanz (G): glänzend, mittlerer Glanz, matt • Trockenschichtdicke E: in fünf Klassen ≤ 50 bis > 400 μm • Korngröße (S): fein, mittel, grob, sehr grob ≤ 100 bis > 1500 μm • Wasserdampf-Diffusionsstromdichte (V): niedrig, mittel, hoch, ≤ 15 bis > 150 g / m2d • Durchlässigkeit für Wasser (W): niedrig, mittel, hoch • Rissüberbrückung (A): 0 bis > 2500 μm • Kohlendioxid-Durchlässigkeit (C)

Kohlendioxid neutralisiert die korrosionsschützende basische Umgebung der Bewehrungsstähle im Beton. Ist die CO2-Durchlässigkeit der Beschichtung gering (der sd-Wert (CO2) hoch), so wirkt sie als Karbonisationsbremse. Herstellerdatenblätter müssen die o.g. Kennwerte auflisten. Alle qualitativen Aussagen, die nur Tendenzen vorgeben, müssen mit Zahlen belegt sein. Nassabriebbeständigkeit

Die o.g. Kennwerte geben Aufschluss darüber, ob sich bestimmte Beschichtungsstoffe für einen Untergrund eignen. Dies wird anhand beispielhafter Parameter deutlich. Trockenschichtdicke (µm)

Schichtdicken und Oberflächenstruktur richten sich nach den Herstellerangaben und hängen vom Applikationsverfahren ab. Sie beeinflussen ihrerseits die bauphysikalischen Eigenschaften, denn teilweise vergrößert sich der Diffusionswiderstand mit Zunahme der Schichtdicke.

EN 13 300 für wasserhaltige Beschichtungsstoffe für Wände und Decken im Innenbereich legt u.a. die Nassabriebbeständigkeit in fünf Klassen fest. Klasse 1 besitzt die höchste Beständigkeit. Die Norm ersetzt DIN 53 778, in der die Wasch- bzw. Scheuerbeständigkeit definiert war. Anwendung

Vor dem Beschichten ist es erforderlich, den Zustand des Untergrunds zu begutachten. Wasserdampf-Diffusionsstromdichte (V) Vom Ergebnis hängen weitere Maßnahmen und Der V-Wert in g / m2d (auch Verdunstungsrate die Wahl des Beschichtungssystems ab. Die genannt) gibt an, wie viel Wasserdampf pro Prüfung am Bauteil zeigt, ob die Festigkeit ausQuadratmeter innerhalb von 24 Stunden bei reicht, sich auf der Oberfläche rissige, grobpo23 °C durch die Beschichtung diffundiert. Je rige Bereiche, Rost oder alte, schlecht haftengrößer der V-Wert, desto besser ist die Wasser- de Schichten befinden. Konstruktive Mängel dampfdiffusion, d.h. der V-Wert bemisst die Aus- und zu hohe Feuchtigkeit im Bauteil machen trocknungsgeschwindigkeit des Untergrunds ein Beschichten unwirksam. durch das Beschichtungssystem. Diese ist deutlich langsamer als die kapillare WasseraufnahUntergrundvorbereitung me. Die Beschichtung stellt dann ein gutes Ziel jeder Untergrundvorbereitung ist es, einen Feuchteregulativ dar, wenn eine Austrocknung tragfähigen und beschichtungsgerechten des Bauteils erreicht wird. Zustand des Untergrunds zu erreichen. C 7.25

196

Oberflächen und Beschichtungen

Folgende Verfahren tragen die Substanz mechanisch ab: Flammstrahlen, Hochdruckwasserstrahlen, Fräsen, Druckluft-Trockenstrahlen, Kugelstrahlverfahren, Feuchtestrahlen, aber auch Abbürsten und Schleifen. Die chemische Vorbehandlung beinhaltet chemisches Reinigen mit Säuren und Netzmitteln, die danach abgespült und neutralisiert werden. Teilweise versieht die Industrie Stahl- und Kunststoffhalbzeuge mit Fertigungsbeschichtungen, die entfernt werden müssen, ebenso die bei Kalkputzen entstehenden Sinterschichten. Abgetragene Rückstände, die mit festen Strahlmitteln vermischt sind, müssen getrennt und fachgerecht entsorgt werden. Zur Untergrundvorbehandlung gehören haftvermittelnde und untergrundfestigende Grundierungen. Applikationsverfahren

Vor Ort und in der Werkstatt wird die Beschichtung im flüssigen Zustand manuell mit Pinsel, Rolle, Bürste, Schwamm oder gießend aufgetragen. Spritzgeräte verbessern beim Druckluftund Airless-Spritzen die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke und vermeiden werkzeugspezifische Oberflächenstrukturen. Eine wichtige Rolle spielt auch die Position des Bauteils; bei vertikalen Applikationen muss die Viskosität des Beschichtungsstoffs höher sein als bei horizontalen. Neben den handwerklichen stehen auch industrielle Verfahren zur Verfügung: Das Spritzen in abgeschlossenen Räumen mit Absaugvorrichtungen verhindert eine zu starke Lösemittelexposition des Verarbeiters (z.B. in der Automobilindustrie). Beim Pulverbeschichten wird an das Bauteil elektrische Spannung angelegt und lösemittelfreier Beschichtungsstoff aufgebracht (Abb. C 7.24). Beim Duplexverfahren werden Metallteile zuerst feuerverzinkt und dann beschichtet. Bei Heizkörpern z.B. entfällt dadurch eine Beschichtung vor Ort. Damit wird die Qualität verbessert, Lösemittelemissionen werden vermieden. Untergrundspezifische Beschichtungsstoffe Eisen, Stahl

Bei der atmosphärischen Korrosion reagiert Eisen (Fe) mit Sauerstoff (O2) im Medium Wasser zu Eisenoxid (Fe2O3). In der Umwelt enthaltene Schadstoffe oder Salze (z.B. am Meer) beschleunigen das Rosten. Der wichtigste Schutz für Stahloberflächen ist das Beschichten. Obwohl polymere Stoffe einen dichten Film ausbilden, diffundieren Wasser und Sauerstoff. Daher sind weitgehende Maßnahmen notwendig wie Verzinkung oder chemische Passivierung. Allen Verfahren geht eine konstruktive Planung voraus, die Spalten und Fugen im Bauteil vermeidet, gerundete Kanten und Schweißnähte vorsieht und Kontaktkorrosion durch andere Metalle ausschließt.

Chemische Passivierung Die chemische Passivierung leistet die Grundbeschichtung, da nur sie Kontakt mit dem Stahl hat. Dabei wird das Korrosionsschutzpigment Zinkstaub als Opferanode eingesetzt (kathodisch wirkend). Da Zink in der elektrochemischen Spannungsreihe tiefer liegt als Stahl, erfolgt eine elektrochemische Neutralisation, sodass zwischen Stahl und der Umgebung keine Reaktion stattfindet. Zinkphosphatpigmente üben eine passivierende Wirkung aus. Umweltgefährdende Rostschutzpigmente wie Bleimennige sind in Deutschland verboten. Die teilweise in Wasser dispergierten oder in Lösemittel gelösten Bindemittel Epoxid-, Acryl- und Alkydharz sowie Polyurethan und Chlorkautschuk bilden den schützenden Film. Zwischen- und Deckbeschichtungen halten Korrosionsstimulatoren von Grundierung und Stahloberfläche fern. Abhängig von der Korrosionsbelastung nach DIN EN ISO 12 944 (C1 unbedeutend bis C5 sehr stark) variiert die Trockenschichtdicke des Gesamtsystems von 160 bis 320 μm.

C 7.26

Verzinkung Je nach Verzinkungsart ist die schützende Zinkschicht unterschiedlich dick. Im Laufe der Jahre korrodiert sie und verringert sich. Die Dauerhaftigkeit hängt von der Aggressivität der Umwelteinflüsse ab. Man unterscheidet drei Arten der Verzinkung: • Die Stückverzinkung (Feuerverzinkung) erfolgt im auf ca. 450 °C erhitzten Zinkbad durch kurzzeitiges Eintauchen und erzeugt mit bis zu 100 μm die widerstandsfähigste Schicht. • Die Bandverzinkung mit anschließender polymerer Deckschicht (Coil-Coating) wird für viele Stahlblechhalbzeuge eingesetzt. • Das Prinzip der galvanischen Verzinkung beruht auf elektrochemischer Abscheidung des als Ion gelösten Zinks am Bauteil. Nach Entfernen der fertigungsbedingten Oxidschicht kann beim Duplexsystem eine zusätzliche polymere Deckschicht aufgebracht werden, welche die Dauerhaftigkeit der verzinkten Bauteile erhöht. Dafür eignen sich physikalisch trocknende Bindemittel auf Acrylharzbasis ebenso wie 2K-Beschichtungen auf Epoxid- und Polyurethanharzbasis.

C 7.27

C 7.24 systematische Darstellung des Fertigungsverfahrens Beschichten in Anlehnung an DIN 8580 C 7.25 pulverbeschichtete, hochglänzende, gekrümmte Metalloberfläche C 7.26 goldfarben pigmentierte Holzbeschichtung, Totenstube, Vrin (CH) 2002, Gion Caminada C 7.27 hydrophobierte Betonfassade, Betriebsgebäude, Ebermannsdorf (D) 2003, Francoise-Hélène Jourda C 7.28 Kalkbeschichtung im mediterranen Raum

Holz, Holzwerkstoffe

Holzfenster und -türen sind maßhaltige Bauteile aus sorgfältig ausgewähltem Holz. Tragkonstruktionen, Außenwandbekleidung und Schalungen gelten als nichtmaßhaltige Holzbauteile. Hier können Schwindrisse und Werfen auftreten, ebenso bei der vorher aufgebrachten Beschichtung. Mit Imprägnierungen, die tief in den Untergrund eindringen, wird die kapillare Wasseraufnahme verhindert. C 7.28

197

Oberflächen und Beschichtungen

Konstruktiver Holzschutz Die Priorität im Außenbereich liegt beim konstruktiven Holzschutz. Die Holzauswahl, die richtige Holzfeuchte beim Einbau, Dachüberstand, allseitige Belüftung, Abdeckung horizontaler, dem Wetter ausgesetzter Flächen, ausreichender Abstand vom Erdreich und die Vermeidung von stehendem Wasser erhöhen die Dauerhaftigkeit. Einen Befall durch holzzerstörende Insekten verhindern konstruktive Maßnahmen allerdings nicht. Nicht behandeltes, der Witterung ausgesetztes Holz wird durch den Feucht-Trocken-Wechsel und die UV-Strahlung grau. Wenn das Bauteil weitgehend vor Regen geschützt ist, entsteht kein konstruktiver Mangel; das Holz altert und setzt Patina an. Chemischer Holzschutz Beim chemischen Holzschutz unterscheidet man zwischen Tiefenschutz (mit einer Penetration von mehreren Zentimetern), Randschutz (mit einer Eindringtiefe von einigen Milimetern) und Oberflächenschutz. Für Tiefen- und Randschutz stehen Kesseldruck-, Thermoimprägnier- und Tränkverfahren zur Verfügung. Der Oberflächenschutz baut sich in der Regel aus einer Grundbeschichtung (Haftverbund, Verminderung der Saugfähigkeit), einer Zwischen- und einer Deckbeschichtung auf. Die Kanten der Holzteile sollen gebrochen (leicht gefast) sein, damit der Beschichtungsstoff auch dort einen gleichmäßigen Film ausbildet. Für den Oberflächenschutz eignen sich wasserbasierende Beschichtungsstoffe mit Acrylharz-Bindemittel. Ihre thermoplastischen Eigenschaften erhöhen aber den Instandsetzungsaufwand. Alkydharze lassen sich besser renovieren, sie sind in der Verarbeitung jedoch anspruchsvoller. Folgende Faustregeln gelten für die Instandhaltungsintervalle der Beschichtungen auf Holz:

lung. Holzinhaltsstoffe und das hygroskopische Verhalten unterschiedlicher Holzsorten beeinflussen ihrerseits die Dauerhaftigkeit der Beschichtung. Grundsätzlich erfordert ein Holz mit niedriger natürlicher Dauerhaftigkeit auch kürzere Instandhaltungsintervalle. Holzbauteile im Innenbereich mit geringer Beanspruchung benötigen keinen chemischen Holzschutz. Mineralische Untergründe

Die mineralischen Untergründe gliedern sich in mineralische Putze nach DIN V 18 550 und weitere Putze, Kalksandstein, keramische Baustoffe, Naturstein, Beton, Porenbeton, zementgebundene und gipsgebundene Platten. Bei mineralisch gebundenen Baustoffen unterscheiden sich hydraulische (Kalk) und hochhydraulische Bindemittel (Zement) von nicht hydraulischen Bindemitteln (Luftkalk, Gips). Der unterschiedliche Erhärtungsvorgang und die bauphysikalischen Eigenschaften der Stoffe bestimmen das Beschichtungssystem. Die Beschichtungen für Fassaden aus Mauerwerk, Beton und Putz sind in wässrige Systeme (auf Basis von Kalk, Silikat-, Silikonharzbindemitteln und polymeren Dispersionen) und lösemittelhaltige Systeme (auf Polymerisatharzbasis) gegliedert. Putz Kalkreiche Putze der Mörtelgruppe P I erhärten durch Aufnahme von Kohlendioxid sehr langsam. Diffusionsoffene Beschichtungen auf Silikat- oder Silikonharzbasis unterstützen diesen Vorgang. Bei Putzmörtelgruppe P II und P III

können auch polymere Dispersionen eingesetzt werden. 2K-Silikatbeschichtungen eignen sich nicht für gipshaltige Putze der Mörtelgruppe P IV, da bei diesem Untergrund die Verkieselungsreaktion des Beschichtungsstoffs nicht erfolgt. Beton Der Witterung ausgesetzte, hochwertige Stahlbetonbauteile brauchen nur wenig Schutz, da mit zunehmender Druckfestigkeit des Betons Abriebfestigkeit und Dichtheit steigen. Der Bewehrungsstahl ist durch das basische Milieu des Betons vor Korrosion geschützt. Säuren aus der Umwelt, die in wässrigem oder gasförmigem Zustand in weniger hochwertigen Beton eindringen können, senken den pH-Wert und heben die Schutzwirkung auf (Karbonisation). Feine Risse in der Zugzone des Stahlbetons bieten zusätzliche Eindringmöglichkeiten. Um die Karbonisation zu verhindern und Risse zu überbrücken, kann junger Beton mit Acrylharz, Bitumen oder Epoxidharz beschichtet werden, weil ihre Oberflächenhaftung sehr gut ist. Später, zur Betoninstandsetzung, besteht die Möglichkeit, hydrophobierende Imprägnierungen auf Silikonharzbasis zu applizieren – vorausgesetzt, die Porenstruktur des Betons erlaubt eine Penetration. Für gestaltende, deckende oder lasierende Beschichtungen werden Systeme auf Acrylharz- oder Copolymerisatbasis verwendet. Aluminium

Bauteile aus Aluminium werden wegen ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Dauerhaf-

• Deckend aufgetragene Beschichtungen verhindern die Photo-Oxidation von Lignin im Holz besser als lasierende. • Dunkle Farbtöne tragen zu hoher Erwärmung und Ausdehnung des Holzes bei. • Hydrophobe Beschichtungen verhindern eine schnelle Änderung der Holzfeuchte. • Holzwerkstoffe erfordern einen diffusionsdichten Kantenschutz, um ein Quellen oder Delaminieren der einzelnen Werkstoffschichten zu verhindern. Schichtdicke und Pigmentierungsgrad stellen bedeutende Parameter für die Dauerhaftigkeit dar – Pigmente etwa absorbieren UV-Strah-

C 7.29 unterschiedliche Glanzgrade und Untergründe, van Royen Apartment, London (GB) 1986, John Pawson C 7.30 Kennwerte und mögliche Anwendungsgebiete (Richtwerte) von Beschichtungsstoffen C 7.29

198

Oberflächen und Beschichtungen

•

•

•

•

Leim

nein

80 – 150

mittel

•

Acrylat, dispergiert

nein

100 – 5000

hoch

1

Naturharz

teilweise

< 100

Öl

teilweise

1000 – 5000

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

2

hoch

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Alkydharz

ja

12 000 – 25 000

sehr hoch

•

•

•

•

2K-Epoxidharz

ja

10 000 – 40 000

sehr hoch

•

•

•

•

Polyurethanharz

ja

25 000 – 35 000

sehr hoch

Silikonharz

teilweise

50 – 600

hoch

Polymerisatharz

ja

100 –1500

sehr hoch

2

•

•

• •

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

• •

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

sehr hoch

2

•

•

Polyolefine (PE, PP)

•

•

Polycarbonat (PC)

hoch hoch

•

Polymethacrylat (PMMA)

60 – 800 40 – 150

• 2

Polystyrol (PS)

nein nein

•

unges. Epoxidharz (EP)

•

1K-Silikat, dispergiert 2K-Silikat

2

Aminoplaste (UF, MF, PF)

•

Polyvinylchlorid (PVC)

•

Kunststoffe

Aluminium

•

Stahl, verzinkt

Gipsputz

gering

Metalle Gipsplatte, Papier, Tapete

Zementputz

< 100

Holz

Holzwerkstoffe

mineralische Werkstoffe

Kalkputz

nein

Anwendungsgebiete nach Untergrund

Stahl

Abriebfestigkeit

• Innen- und Außenbereich • nur im Innenbereich bedingt geeignet 1 nicht lösungsmittelhaltig; die Werte für lösemittelhaltige Naturharzbeschichtungen liegen deutlich höher 2 mit entsprechender Grundierung

Kalk

Brandschutzbeschichtung

Massivholz

Wasserdampfdiffusionswiderstand

Aufgaben erfüllen. Wichtig dabei ist, das Gesamtsystem vom Untergrund zur Deckschicht zu betrachten, damit nicht eine gewünschte Eigenschaft unzählige bauphysikalische Schwierigkeiten verursacht.

DIN 4102-1 beurteilt Baustoffe nach ihrer Brennbarkeit und ihrem Verhalten im Brandfall und teilt sie in Baustoffklassen ein: A 1 (nicht brennbar) bis B 3 (leicht entflammbar; siehe Glossar, S. 265f.). Entsprechend der Vorschriften bzw. der realen Gefährdung müssen zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, um Bauteile vor Feuer zu schützen, z.B. mit feuerhemmenden Brandschutzbeschichtungen. Sie bestehen aus wässrigen Dispersionen auf Polymerbasis oder Lösungen von Acrylatharzen mit oder ohne Pigmente. Dämmschichtbildende Zusatzstoffe aus einer Kohlenstoffquelle, einem Katalysator und einem Treibmittel bewirken den feuerhemmenden Effekt. Die Trockenschichtdicke auf dem Bauteil beträgt 200 – 2000 μm. Steigt die Umgebungstemperatur auf über 200 °C, reagieren die Zusatzstoffe und schäumen auf. Eine poröse (temporär wärmedämmend), kohlenstoffhaltige, bis zu 50 mm dicke Schicht schützt das Bauteil für einen bestimmten Zeitraum. Mit einer zugelassenen Brandschutzbeschichtung können Holz- und Holzwerkstoffe im Innenbereich von normal entflammbar (B 2) nach schwer entflammbar (B 1) verbessert werden. Tragenden Bauteilen aus Beschichtungen für Sonderzwecke Stahl im Innen- und Außenbereich verleiht die Neue Technologien ermöglichen die Herstellung Beschichtung die Feuerwiderstandsklassen F 30 und F 60 nach DIN 4102-2. komplexer Beschichtungsstoffe, die spezielle

Faserzement

lösemittelhaltig

Kunststoffe benötigen technisch nur in Ausnahmefällen einen Oberflächenschutz, z.B. bei geringer Lichtbeständigkeit oder um die chemische und klimatische Widerstandsfähigkeit zu verbessern. Häufig werden Kunststoffbauteile jedoch aus optischen Gründen beschichtet. Durch die Vielfalt der Produkte lässt sich auf der Baustelle der Kunststofftyp nicht ohne weiteres feststellen, davon aber hängt die Wahl des Beschichtungssystems ab. Das Beschichten von Kunststoff ist schwierig, da die glatte, dichte Oberfläche keine Polarität besitzt, sodass eine ausreichende Adhäsion der Grundierung mit dem Untergrund fehlt. Hinzu kommen elektrostatische Aufladungen, die Staub anziehen, Trennmittel von der Herstellung und das Migrieren von Hilfsstoffen, die eine dauerhafte Beschichtung behindern. Aus diesen Gründen kommt der Untergrundvorbereitung eine große Bedeutung zu, die grundsätzlich nur bei industrieller Fertigung zufriedenstellend ist. Die drei Beschichtungslagen bestehen aus einer 2K-Grundierung auf Polyurethanbasis und der Zwischen- und Deckbeschichtung aus zweikomponentigen Acryl- oder Polymerisatharzen. Der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient von Kunststoff erfordert in der Regel helle Farbtöne, da sich die Bauteile sonst zu stark verformen würden.

Beton

Beschichtungsstoff nach Bindemittel

Kunststoff

Anhydritputz

tigkeit in vielen Bereichen eingesetzt, z.B. als Fassadenprofil, Fenster und Außenwandbekleidung. Metallblankes Aluminium verhält sich unempfindlich gegenüber Luftsauerstoff und Feuchtigkeit, indem es rasch eine dichte Oxidschicht ausbildet. Durch anodische Oxidation im Werk entsteht auf der Oberfläche eine gleichmäßigere und verstärkte Oxidschicht im Vergleich zur nicht gesteuerten Oxidation, die zudem farblich beeinflusst werden kann. Das Eloxal (elektrisch oxidiertes Aluminium) schimmert in metallenen Farben von Silber bis zu dunklen Bronzetönen. In der Regel bedarf es keiner weiteren Oberflächenbeschichtung. Bei Renovierungen kann dies jedoch sinnvoll sein. Auch gestalterische Gründe können für eine klare oder deckende Beschichtung des Aluminiums sprechen. Dazu wird im Werk eine Pulverbeschichtung auf Polyurethanharzbasis auf das Eloxal aufgebracht. Die Haftung dafür ist nicht von vornherein gegeben. Um eine entsprechende Rauigkeit zu erreichen, muss der Untergrund mit feinem, festen Strahlmittel trockengestrahlt oder geschliffen, gespült und mit Lösemittel gereinigt werden. Zwei oder drei aufeinander abgestimmte Beschichtungslagen stellen den Oberflächenschutz sicher. Die filmbildende Grundierung besteht aus Beschichtungsstoffen auf Acryl-, Polymerisat- oder Alkydharzbasis. Zwischenund Deckbeschichtung können die gleichen Bindemittel enthalten. Bei stärkerer Beanspruchung wird Epoxidharz angewendet. Polyurethanharze sorgen für einen sehr hohen Schutz gegenüber Chemikalien und Witterung.

•2 2

•

2

• 2

•

•2 •

2

•

2

• C 7.30

199

Oberflächen und Beschichtungen

C 7.31 Hydrophobierung

Im Allgemeinen verhalten sich Baustoffoberflächen zu Wasser hydrophil (wasseranziehend), abhängig vom Randreibungswinkel des Wassers zum Baustoff. Liegt dieser unter 90 °, wird die Flüssigkeit kapillar angesaugt. Auf die Baustoffoberfläche applizierte hydrophobe (wasserabweisende) Substanzen dringen ihrerseits in die Kapillaren ein und vergrößern den Randreibungswinkel auf über 90 °. Sie verhindern so eine Benetzung mit Wasser und ein Aufsaugen. Das auftreffende Wasser perlt ab und spült Schmutzpartikel weg, die nicht anhaften können. Hydrophobierende Behandlungen finden auf der Bauteiloberfläche in Form von Imprägnierungen statt. Sie halten nur einige Jahre, dann müssen sie erneuert werden. Mauerwerk wird mit hydrophoben Injektionsmitteln trockengelegt, die eine horizontale Abdichtung bewirken. Hydrophobierungen verschließen die Poren des Bauteils nicht, sie sind wasserdampfdurchlässig und nicht druckwasserbeständig. Sie verhindern das Vergrauen von Holzoberflächen nicht, da sie transparent sind und UV-Strahlung durchlassen. Wässrige und lösemittelhaltige Systeme basieren hauptsächlich auf siliziumorganischen Verbindungen. Anti-Graffiti-Beschichtung

Anti-Grafitti-Beschichtungen bewirken, dass Verunreinigungen an Oberflächen nicht mehr haften. Neben Ablagerungen aus der Atmosphäre sollen aufgesprühte Graffiti leicht zu entfernen sein. Das Gesamtsystem dafür besteht aus einer ein- oder mehrschichtigen Prophylaxebeschichtung mit Grundierung und Trennschicht, einem chemischen Reiniger, der die Verschmutzung anlöst und einem Heißwasser-Hochdruck-Reinigungsgerät, das die Substanzen abspült. Um das Abspülen zu ermöglichen, wird mit der Anti-Graffiti-Beschichtung eine unpolare Oberfläche ausgebildet. Dies erreicht man mit Beschichtungsstoffen, in der Regel auf Basis von fluorhaltigen Polymerisaten, die ähnlich funktionieren wie die Beschichtung in einer Teflonpfanne. Der Film des Beschichtungsstoffs ist klar und kratzfest. 200

C 7.33

C 7.32

Tapeten und Spannstoffe Werkstoffe zur Wandbekleidung dienen in erster Linie der Gestaltung. Sie unterstützen darüber hinaus die Schallabsorption und können wärmedämmend wirken. In der Renaissance wurden Leder oder Stoffe mit Stangen und Leisten verspannt, ab dem 19. Jh. Papiertapeten mit Gemäldeimitationen ganzflächig aufgeklebt. Zu den Wandbekleidungswerkstoffen zählen Tapeten, Wandbeläge aus Kunststoff oder Kork sowie strukturgebende Unterlagen für Beschichtungen und Spannstoffe (Abb. C 7.34). Da Tapeten und Spannstoffe große Flächen im Innenbereich bedecken, üben sie durch ihr Diffusions- und Sorptionsverhalten einen großen Einfluss auf das Raumklima aus. Daher müssen sie, wie Beschichtungen auch, auf das Gesamtsystem Wand abgestimmt sein, um dessen Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. Bis auf deklarierte Ausnahmen sind Tapeten im Handel als Eurorolle mit den Maßen 10,05 ≈ 0,53 m erhältlich. Neben definierten Kennzeichen für Anfertigungs- und Verarbeitungseigenschaften sind folgende Merkmale relevant: • Polymere Zusätze erhöhen die Nassreißfestigkeit. • Eine Behandlung mit fungiziden Stoffen schützt vor Schimmelbildung. • Wasch- und Scheuerbeständigkeit erreicht man durch Imprägniermittel. • Eine spezielle chemische Ausrüstung macht Tapeten schwer entflammbar. • Kunststoff in und auf Tapeten verringert die Diffusionsfähigkeit. Papiertapeten

Einlagige unbedruckte Papiertapeten ohne Zusätze stellen die emissionsärmsten und diffusionsoffensten Wandbeläge dar. Mit einer Prägung wirken sie optisch wie Kunststofftapeten. Raufasertapeten

Raufasertapeten aus ein oder zwei Papier-

schichten enthalten einen hohen Anteil Altpapier. Gleichmäßig verteilte Fasern aus Holz oder Altpapier liegen zwischen den Schichten oder sind direkt in die Papiermasse eingebettet. Kunststofftapeten

Auf einem Papier- oder Kunststoffträger ist eine ganzflächig geschäumte, geformte oder glatte Kunststoffschicht aufgebracht. Wegen möglicher Schimmelbildung unter der Tapete sind Kunststofftapeten teilweise fungizid ausgerüstet. Sie besitzen ein schlechtes Diffusionsverhalten (Abb. C 7.32). Klebstoffe für Tapeten

Tapetenkleister basiert in der Regel auf Methylzellulose, alternativ auf Stärke. Für die meisten Tapeten auf trockenem, saugfähigem Untergrund reicht deren Klebewirkung aus. Für Kunststoff-, Textil- und Strukturtapeten werden Spezialkleister auf Methylzellulosebasis mit dispergiertem Polyvinylacetat verwendet. Sie verringern die Diffusionsfähigkeit und verschlechtern das Raumklima. Spannstoffe

Bei der indirekten Methode erfolgt die Befestigung von Spannstoffen durch Heften, Nageln oder Kleben an den Untergrund. Es entsteht kein Zwischenraum, die Vorbereitung des Untergrunds ist Voraussetzung. Bei der direkten Methode ermöglicht ein verzugfreies Spannen des Stoffes mit Spannleisten eine verdeckte Befestigung und leichtes Abnehmen zu Reinigungszwecken. Diese mit Wandabstand angebrachten Stoffe tragen positiv zur Raumakustik bei. Dekors

In den 1970er-Jahren kamen als Gegenreaktion zur Funktionalität der Raufasertapete Tapeten mit floralen und großen geometrischen Dessins in plakativen Farbtönen auf den Markt. Heute entwickeln junge Designer neue Konzepte der Wandbekleidung wie die »Single Tapete« (Abb. C 7.31) oder die thermosensible »Clubtapete«, die bei Temperaturschwankungen unterschiedliche Motive entstehen lässt.

Oberflächen und Beschichtungen

Tapeten

Papiertapete Relieftapete Prägetapete Strukturpapier Fondtapete Wandbildtapete

Raufasertapete fein / mittel / grob eine oder zwei Papierschichten

Kunststofftapete

Textiltapete

Glasfasertapete

Trägermaterial: • Papier • Kunststoff

Trägermaterial: • Papier • Schaumkunststoff • synthetisches Vlies

Deckmaterial: • geschäumter Kunststoff

Deckmaterial: • Glasfasergewebe feuerfest, Deckmaterial: teilweise mit Polymerisat• Gewebe, Gewirke harzen gebunden • Synthetik- / Kunststofffasern

weitere Tapeten Velourstapete Metallfolientapete Naturwerkstofftapete

Trägermaterial: • Papier • keines

Spannstoffe C 7.31 C 7.32 C 7.33 C 7.34

Wandbildtapete »Single Tapete« Kunststofftapete Textiltapete systematische Darstellung von Tapetenund Spannstoffarten C 7.35 Ökobilanzdaten von Putzen und Beschichtungsstoffen

Textlien

Kunststoffe

Synthetik- / Kunststofffasern z.B. Baumwolle, Leinen, Seide, Polyester

Folien, Membranen z.B. PE, PVC, ETFE

Gewebearten z.B. Satin, Velours, Filz, Molton

C 7.34

Putze und WDVS Schichtaufbau * Datenherkunft siehe Ökobilanzierung, S. 100

PEI Primärenergie nicht ern. [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP Sommersmog [kg C2H4 eq]

Kalkzementputz innen, zweilagig*

110

1,8

7,2

0

0,071

0,0040

0,0050

97

1,5

5,9

0

0,065

0,0033

0,0040

237

3,4

16

0

0,22

0,0083

0,012

561

24

31

0

0,53

0,0095

0,024

PEI Primärenergie nicht ern. [MJ]

PEI Primärenergie erneuerbar [MJ]

GWP Klimagase [kg CO2 eq]

ODP Ozonabbau [kg R11 eq]

AP Versauerung [kg SO2 eq]

EP Überdüngung [kg PO4 eq]

POCP DauerSommerhaftigkeit smog [kg C2H4 eq] [a]

2,0

0,01

0,22

0

0,00010

0,000010

0,000010

5

7,3

1,4

0,26

0

0,0030

0,00028

0,0010

20 – 25

4,8

1,4

0,13

0

0,0020

0,00023

0,0010

15

4,6

0,14

0,15

0

0,0010

0,000060

0,00010

10

36

1,5

1,9

0

0,021

0,0016

0,0010

15 – 35

Kalkzementmörtel P II gerieben, 15 mm Grundierung Gipsputz innen, zweilagig* Gipsputz glatt, 15 mm Grundierung Wärmedämmputz Kalkzementputz mit Blähperlitezuschlag, 50 mm Grundierung Wärmedämmverbundsystem (WDVS) Kalkzementputz mit Glasvliesarmierung, 3 mm EPS, λ = 0,035 W / m2K, ρ = 30 kg / m3, 100 mm Kleber UF-Basis, 3,2 mm Beschichtungen Schichtaufbau, Schichtdicken gemäß EN 1062 * Datenherkunft siehe Ökobilanzierung, S. 100 Mineralische Beschichtungen, außen Kalkbeschichtung Kalkhydratbeschichtung Grundierung Silikatbeschichtung 1K 1K-Silikatdispersion Grundierung Organische Beschichtungen, außen Alkydharzbeschichtung Alkydharzlack Grundierung Acrylbeschichtung Dickschichtlasur Acrylbasis Grundierung PUR-Beschichtung (Estrichversiegelung) 2K-Polyurethanbeschichtung (PUR) Grundierung C 7.35

201

Teil D

Abb. D

ETFE-Kissen auf leichter Stahlkonstruktion, Eden Project, St. Austell (GB) 2001, Nicholas Grimshaw & Partners

Gebaute Beispiele im Detail

01

Marte.Marte; Aussegnungshalle in Batschuns

(A)

Lehm

02

Hans-Jörg Ruch; Erweiterung einer Berghütte in Pontresina

(CH)

Holz

03

Perraudin Architectes; Weinlager in Vauvert

(F)

Naturstein

04

Simon Ungers mit Matthias Altwicker; Ferienhaus in Ithaca

(USA) Leichtbetonstein

05

MADA s.p.a.m.; Wohnhaus in Lantian Xian

(VRC) Naturstein

06

Future Systems; Wohnaus in Pembrokeshire

(GB)

Gründach

07

Lacaton Vassal; Wohnhaus in Floirac

(F)

Kunststoff

08

Ruben Anderegg; Wohnhaus in Meiringen

(CH)

Putz

09

Snozzi + Vacchini; Wohnbebauung in Maastricht

(NL)

Ziegel

10

Arte Charpentier & Abbès Tahir; Metrostation in Paris

(F)

Glas

11

NIO architecten; Bushaltestelle in Hoofddorp

(NL)

Kunststoff

12

Edward Cullinan; Werkhalle für ein Freilichtmuseum in Sussex

(GB)

Holz

13

Kengo Kuma; Museum Hiroshige Ando in Batoh

(J)

Holz

14

Tezuka; Naturwissenschaftliches Museum in Matsunoyama

(J)

Metall

15

NOX / Lars Spuybroek; Kulturzentrum in Lille

(F)

Membranen

16

Hascher Jehle Architektur; Kunstmuseum in Stuttgart

(D)

Glas

17

Allmann Sattler Wappner; Dienstleistungszentrum in Ludwigshafen (D)

18

Riegler Riewe; Institutsgebäude der TU Graz

(A)

Beton

19

Tectône; Hotelfachschule in Nivilliers

(F)

Ziegelelemente

20

Jean-Marc Ibos et Myrto Vitart; Feuerwache in Nanterre

(F)

Metall

21

Dietz Joppien; Dienstleistungsgebäude in Frankfurt am Main

(D)

Leichtbeton

22

MVRDV; Erweiterung eines Krankenhauses in Veldhoven

(NL)

Glas

23

Assmann Salomon und Scheidt; 110 kV Schaltanlage in Berlin

(D)

Naturstein

24

Sauerbruch Hutton; Polizei- und Feuerwache in Berlin

(D)

Glas

25

Schweger + Partner; Tribünenüberdachung in Hamburg

(D)

Membranen

Glasfliesen

203

Lehm

Aussegnungshalle Batschuns, A 2001

Architekten: Marte.Marte, Weiler Mitarbeiter: Robert Zimmermann, Alexandra Fink, Stefan Baur, Davide Paruta Tragwerksplanung: M+G, Feldkirch Baukunst Lehm: Martin Rauch, Schlins

Der Friedhof der Pfarrkirche St. Johannes – in den 1920er-Jahren von Clemens Holzmeister erbaut – wurde erweitert und um eine kleine Totenkapelle ergänzt. Über einen Durchgang gegenüber der Kirche gelangt man in den neu angelegten Bereich. Die bekieste Fläche wird von einer breiten, niedrigen Mauer aus Stampflehm umfasst, die hangwärts zu einer Wand für Urnengräber emporwächst. Sie reicht nicht ganz bis an die Einfriedung des alten Friedhofs heran, auch die externe Zugangsrampe aus Beton hält respektvoll Abstand. An der zur Straße gewandten Ecke, mit den Mauern verwachsen, schließt der schlichte, kubische Baukörper der Totenkapelle das Ensemble ab und wirkt als Gegenpol zum Kirchenbau. Eine breite, asymmetrisch gesetzte Tür aus geschliffenem Eichenholz gewährt Einlass in den völlig leeren Raum. Eine Seitenwand wird durch ein Glasband vom Boden abgehoben und scheint zu schweben. Durch einen Lichtschlitz im Dach fällt Streiflicht auf die Rückwand, in die vertikal ein Kantholz aus Eiche eingelegt ist, welches zusammen mit der Struktur der Lehmlagen eine Kreuzform suggeriert. Die klare, geometrische Form und die formale Strenge der Anlage stehen im Kontrast zu den lebendigen, warmen Oberflächen des Stampflehms. Das verwendete Baumaterial Lehm stammt direkt aus der Baugrube. Es wurde in einer Aufbereitungsanlage mit Ziegelsplitt und Tonmineral erdfeucht vermischt und in 120 mm hohen Lagen in die Schalung verfüllt. Die mechanische Stabilität wird durch das Verdichten der einzelnen Lagen mit Handmaschinen erreicht, der Baustoff bleibt frei von chemischen Zusätzen. Die Mauerkronen werden von einer trasskalkgebundenen Platte vor Regen geschützt. Die Erosion der bewitterten Außenflächen wird durch eine gewisse Überdimensionierung der Lehmbauteile kompensiert. Dass der Lehmbau sich trotz des arbeitsintensiven Bauprozesses gegen eine Betonvariante durchsetzen konnte, war nicht zuletzt durch die Mitarbeit engagierter Gemeindemitglieder möglich. º

204

l‘architecture d‘aujourd‘hui 346, 2003 Detail 06 / 2003

c

b

c e a

e a

d d

b

aa

bb

Beispiel 01

Lageplan Maßstab 1:1250 Grundriss • Schnitte Maßstab 1:200 Vertikalschnitte Maßstab 1:20

8 9

10 11 12 13

1 2 3 4 5

Stahlblech 3 mm Rinne Kupferblech 2 mm Isolierverglasung ESG 8 + SZR 12 + ESG 6 mm Stahlblech 2 mm an Glas geklebt Kies 40 mm Abdichtung zweilagig Holzdreischichtplatte 19 mm Kantholz 80/50/50 mm, dazwischen Hinterlüftung Holzdreischichtplatte 40 mm Lehmbauplatte 20 mm 6 Leuchte 7 Stampflehm 450 mm

14 15 16

17 18 19

Stahlbetonriegel 205/120 mm Kantholz Eiche 80/80 mm, symbolisiert mit horizontalen Linien der Lehmschichten ein Kreuz Stampfbeton eingefärbt wie Lehm Stahlbetonträger 300/200 mm Türblatt Eiche 2≈ 24 mm Türschwelle Eiche massiv auf Stahlrohr ¡ 200/100/7 mm Edelstahlblech 240/10 mm Abdichtung Stampflehmboden 120 mm Schaumglasgranulat verdichtet 100 mm kapillarsperrende Schüttung gegen aufsteigende Feuchtigkeit Stahlträger aus Flachstahl ¡ 380/15 mm und 2x Flachstahl ¡ 180/20 mm, geschweißt Floatglas 8 mm in Stahlblechrahmen geklebt Stahlprofil L 215/150/10 mm

3 1

4

2

5

5

6

7

8 6

7

11

12

9

19 17

18 16

16 13

19 14 10 cc

15 dd

15 ee

205

Holz

Erweiterung einer Berghütte Pontresina, CH 2003

Architekt: Hans-Jörg Ruch, St. Moritz Mitarbeiter: Sacha Michael Fahrni, Stefan Lauener, Alan Abrecht, Velia Jochum Tragwerksplanung: Beat Birchler, Silvaplana

Die Tschiervahütte ist eine von rund 150 Berghütten des Schweizer Alpen-Clubs und liegt inmitten imposanter Gipfel auf 2583 m Höhe. Die geplante Erweiterung erwies sich als schwierige Aufgabe, weil neben dem Bauherrn auch diverse Behörden wie die Natur- und Heimatschutzkommission ein Mitspracherecht hatten. Von ihrem Konzept der bewussten Gegenüberstellung von Alt und Neu konnten die Architekten jedoch alle Beteiligten überzeugen. Sie beließen die bestehende Hütte weitgehend in ihrem Zustand und ergänzten sie um einen Anbau, der sich mit seiner klaren kubischen Form und seiner hölzernen Fassade selbstbewusst von dem steinernen Altbau absetzt. Wie um den grandiosen Ausblick einzufangen, kragt er neugierig über die vorgelagerte Stützmauer aus und begrenzt eine windgeschützte Terrasse. Durch das neue Treppenhaus konnten die feuerpolizeilichen Anforderungen erfüllt und die Eingriffe in den Bestand auf ein Minimum reduziert werden. Zwar kann die Tschiervahütte nach wie vor nur 100 Gäste beherbergen, der Komfort hat sich jedoch wesentlich verbessert: Die Schlafstellen sind breiter, die Küche ist geräumiger, und der Essraum im Anbau bietet zusätzliche Sitzplätze. Nicht nur aus gestalterischen Gründen fiel die Wahl für das Konstruktionsmaterial auf Holz. Die abgeschiedene Lage in den Bergen erforderte es, möglichst viele Teile vorzufertigen und in kurzer Zeit vor Ort zu montieren, um die Kosten für den aufwändigen Transport per Hubschrauber sowie für die Energie- und Wasserversorgung auf der Baustelle gering zu halten. Der Anbau wurde zweischalig konstruiert; die äußere Schale aus Stahlstützen und eingeschobenen Lärchenholzbohlen schützt das Haus vor Lawinen. Vorfabrizierte Wandelemente in Holztafelbauweise und Brettstapeldecken bilden die innen liegende Tragstruktur. Durch die teilweise sichtbare Konstruktion und die eigens entworfenen Massivholzmöbel dominiert das Material Holz auch im Innenraum. º

206

Hochparterre 01– 02 / 2004 Wallpaper 06 / 2004

aa

a b b

c

a

c

bb

Beispiel 02

1

2

Grundrisse • Schnitte Maßstab 1:500 Horizontalschnitt • Vertikalschnitt Maßstab 1:20

3

3

4

4

5

6

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1 d

2

d

3 4

5 7

5

6

7

8

cc

8

Attikaabschluss Flachstahl ¡ 240/10 mm Stahlprofil fi 120 Abdichtung Polymerbitumenbahn beschiefert, zweilagig Gefälledämmung Polystyrol-Hartschaum 240 –120 mm Dampfsperre Brettstapeldecke 260 mm Holzfenster mit Isolierverglasung VSG Stahlstützen HEA 160 feuerverzinkt, im UG verdübelt mit Betonwand, Zwischenlage EPDM 20 mm Holzbekleidung Lärchenbohlen 80/160 mm sägerau Holzlattung Lärche 50/60 mm sägerau Luft- und Entwässerungsschicht 80 mm Abdichtung OSB-Platten 18 mm Wärmedämmung Mineralwolle 180 mm zwischen Holzrahmen 80/180 mm Dampfsperre Gipsfaserplatten 2x 15 mm, gespachtelt und gestrichen Linoleum mit Trittschallhinterlegung Holz-Beton Verbunddecke F 60 gespachtelt, aus Überbeton 75/95 mm und Brettstapelelementen 125/145 mm Holzriemenparkett Lärche 27 mm, Nut und Feder, gehobelt und geölt, Ausgleichsschicht Holzfaserdämmplatte 30 mm Mineralfaserdämmung 10 mm Trennlage PE-Folie Stahlbeton 160 mm keramische Platten 15 mm Heizestrich 55 mm Trennlage PE-Folie Wärmedämmung Polystyrolhartschaum 100 mm Bitumenanstrich Stahlbeton 120 mm

207

Naturstein

Weinlager Vauvert, F 1999

Architekten: Perraudin Architectes, Lyon Gilles Perraudin Tragwerksplanung: François Marre, Lyon

Für die Lagerung von Wein ist die Forderung nach möglichst konstanten, nicht zu hohen Temperaturen der bestimmende Parameter. Den Architekten gelang es, dieses Ziel unter Verwendung natürlicher Baumaterialien und allein durch Nutzung natürlicher Klimatisierung zu erreichen. Eine Folge von Lager- und Büroräumen gruppiert sich um einen Innenhof und bildet einen kompakten, quadratischen Baukörper. Die im Verhältnis zum umbauten Raum kleinen Außenflächen reduzieren den Einfluss der Außentemperatur auf das Klima im Innern. Die 52 cm dicken, massiven Außenwände sorgen für die notwendige Speichermasse, um eine hohe thermische Trägheit des Gebäudes zu erreichen. Sie nehmen tagsüber anfallende Wärme auf und entladen sich nachts, unterstützt durch den frischen Seewind. Auch das begrünte Dach ist als Klimapuffer konzipiert. Die hohe Substratschicht speichert Regenwasser, das später wieder verdunstet und für Kühlung sorgt. Der verwendete Muschelkalk stammt aus einem nur etwa 30 km entfernten Steinbruch; er ist von mittlerer Härte und hat eine Rohdichte von 1800 kg / m3. Er wird direkt aus dem Fels gesägt. Dabei entstehen zunächst große Blöcke im Format von 105 ≈ 105 ≈ 210–260 cm, die für das Weinlager lediglich einmal in der Mitte geteilt wurden. Je zehn dieser 2,5 t schweren Blöcke wurden per Lastwagen auf die Baustelle transportiert und mithilfe eines Mobilkrans trocken aufeinander geschichtet. Eine ca. 50 mm dicke Mörtelschicht dient lediglich der Herstellung einer planen Ebene. Die einfache Bauweise ermöglichte einen schnellen Bauablauf. Drei Mann benötigten zum Bau der aus ca. 300 Blöcken bestehenden Mauern kaum einen Monat. Die hohen Materialkosten konnten durch den geringen Bearbeitungsaufwand und den kurzen Bauprozess ausgeglichen werden. Die Dauerhaftigkeit einer solchen Konstruktion zeigt sich für alle Welt sichtbar an einem Bauwerk, das vor 2100 Jahren mit Steinen aus demselben Abbaugebiet errichtet wurde – dem Pont du Gard in Nimes. º

208

Detail 06 / 1999

a

a

Beispiel 03

2

1

3 Isometrien ohne Maßstab Grundriss Maßstab 1:500 Vertikalschnitt Maßstab 1:20 Isometrie Ecke ohne Maßstab

4

1

5

6

2 3 4 5 6 7 8 9

7

11 12 13 14

Vegetation Substrat 200 mm Wurzelschutzbahn Abdichtung Bitumendachbahn 5 mm Schalung Sperrholz 19 mm Drainage Kiesbett Abdeckung Aluminiumblech 2 mm Randpfette 100/240 mm Polycarbonat-Stegplatte 10 mm Holzbalken 100/240 mm Kalksandsteinblock 1050/2100/520 mm Holzfenster mit Isolierverglasung VSG 2x 5 mm Plattenbelag Betonwerkstein 20 mm Verbundestrich 30 mm Faserbeton 100 mm Gitterrost bituminöse Beschichtung Sauberkeitsschicht 50 mm Wasserbecken Faserbeton 50 mm

8

9

10

11

12

13

aa

209

Leichtbetonstein

Ferienhaus a

Ithaca (New York), USA 2000

Architekten: Simon Ungers, Köln mit Matthias Altwicker, New York Baufirma: Bruno Schickel Construction, New York Tragwerksplanung: Peter Novelli, Ithaca

b

d

b

e

d

e a

Das in Neuengland, rund 300 km nordwestlich von New York gelegene Ferienhaus ist vollständig aus Bimsbetonsteinen gemauert, ein billiges, einfaches Material, das in den USA vor allem für den Bau von Kellern verwendet wird. Einfach, aber keineswegs gewöhnlich ist das 6 ≈ 7 ≈ 7 m messende Haus, das der Architekt für sich baute. Mit viel Bedacht sind in den unverputzten grauen Kubus einige wenige Öffnungen unterschiedlicher Größen und Proportionen gesetzt, keine sollte die Fassade dominieren. Die dunkelgrau beschichteten Stahlfenster und -türen wirken wie Farbflächen in einem minimalistischen Gemälde, nicht einmal die Anordnung der Entwässerungsöffnung wurde dem Zufall überlassen. Alle Anschlüsse sind so reduziert wie möglich ausgebildet, sodass sogar die Fensterbrüstungen ohne Abdeckbleche auskommen. Einfachheit bestimmt auch die Anordnung der Räume auf rund 90 m2 Grundfläche: Im Erdgeschoss liegen Garage, Atelier und ein kleines Büro. Eine Holztreppe führt ins Obergeschoss, ein offener Raum mit Bad, Kochzeile, Wohn-, Ess- und Schlafbereich, mit einem niedrigen Bücherregal als Raumteiler. Eine 3,30 ≈ 2,40 m große Fensterfläche bietet vom Küchenbereich einen großzügigen Ausblick in die Natur. Eichenparkett und Einbaumöbel aus Birkensperrholz schaffen eine behagliche Atmosphäre. Auf der Ostseite führt eine dunkelgraue Stahltreppe auf die ca. 40 m2 große Dachterrasse, die sich hinter einer hoch gezogenen Attika versteckt. Von hier aus kann man wie auf einem Hochsitz Füchse und Rehe in der weitläufigen Hügellandschaft beobachten. º db 08 / 2001

aa

210

bb

Beispiel 04

1

1

2

2

3

3

10

4 5

5 Grundriss Erdgeschoss • Schnitte Maßstab 1:200 Vertikalschnitt • Schnitt Entwässerung Dach • Schnitt Eingangstür Maßstab 1:20

Attikaabdeckung Flachstahl ¡ 200/50 mm Brüstungsstein massiv mit Gefälle Holzdielen 50 mm auf Lattung Dichtungsbahn EPDM Wärmedämmung druckfest im Gefälle ≥ 100 mm Furniersperrholz 16 mm Holzträger Å 406/38 mm Holzleiste 20/10 mm Gipsfaserplatte 12,5 mm 4 Balkenschuh 5 Ringanker Bimsbetonstein, mit Beton ausgegossen und bewehrt 6 Aluminiumfenster thermisch getrennt, mit Isolierverglasung 7 Parkett 19 mm Estrich mit Fußbodenheizung 32 mm Trennlage Furniersperrholz 19 mm Holzträger Å 305/38 mm Holzleiste 20/10 mm Gipsfaserplatte 12,5 mm abgehängt 8 Bimsbeton 203 mm Dampfsperre Kantholz, dazwischen Wärmedämmung 90 mm Gipsfaserplatte 12,5 mm 9 Estrich mit Fußbodenheizung 45 mm Trennlage Stahlbeton 45 mm Abdichtung Kiesbett 10 Dachentwässerung Stahlblech gekantet 11 Stahltür thermisch getrennt, wärmegedämmt

8

dd

1 2 3

6

7

2

5

8

7

8

5

11

9

cc

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211

Naturstein

Wohnhaus Lantian Xian, VRC 2003

Architekten: MADA s.p.a.m., Shanghai Mitarbeiter: Qingyun Ma, Weihan Chan, Peter Knutson, Yinghui Wang, Satoko Saeki, James Macgill

In der Nähe des ca. 1500 km nordöstlich von Peking gelegenen Ortes Lanian baute der Architekt ein Wohnhaus für seinen Vater. Entstanden ist ein introvertiertes kubisches Gebäude, das traditionelles und modernes Bauen verbindet. Als konstruktives Gerüst dienen 40 ≈ 40 cm messende Stahlbetonstützen und -träger, in einem Raster von 4,80 bzw. 1,40 m angeordnet. Die dazwischen liegenden Felder sind außen mit Kieseln ausgefacht – einem Material, das normalerweise für Umfassungsmauern von Feldern und Gründstücken verwendet wird. Stein für Stein sammelten Dorfbewohner und Bauherr im Bett des nahe gelegenen Flusses und sortierten diese nach Farbigkeit, Größe und Form. Jede Wand erhielt ihre eigene Textur und Farbschattierung, die zudem abhängig von Wetter und Lichtverhältnissen variiert. Die Steine sind in Beton eingegossen, der über Stahlanker an den tragenden Stützen befestigt ist. Reduziert, aber nicht kühl wirkt der Innenraum, den die sichtbar belassenen Betonstützen strukturieren. Naturfarbene Tafeln aus geflochtenem Bambus, die in der Region üblicherweise als Betonschalung dienen, bekleiden Fußböden, Decken und Wände. Die Räume im südlichen Teil – ein offener Wohn- und Essbereich, darüber Arbeits- und Schlafzimmer – öffnen sich durch eine raumhohe Verglasung zu einem Innenhof hin. Die feinen Farb- und Texturnuancen der Steinwände, der graue Sichtbeton und ein kühlendes Wasserbecken schaffen eine meditative Atmosphäre. Nach Norden hin sind Küche, Bad und Gästezimmer angeordnet. Eine 4 m hohe Mauer umfasst Haus, Innenhof und ein schmales Schwimmbecken daneben. Nur wenige geschosshohe, durch Schiebe- und Klappläden aus Bambus verschließbare Fenster öffnen sich zu der umliegenden grünen Hügellandschaft.

a

c

b

c

b

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º

212

Architectural Record 12 / 2003 A+U 12 / 2003 The Phaidon Atlas of Contemporary World Architecture. London 2003

bb

Beispiel 05

1 Grundrisse • Schnitte Maßstab 1:200 Vertikalschnitt Maßstab 1:20 1

2 2

4

Kies 40 mm Wärmedämmung 50 mm Abdichtung Kunststoffbahn PVC Stahlbeton 100 mm Installationsraum 140 mm Abhangdecke Bambus poliert 15 mm Flusskiesel farbig sortiert, in Beton eingegossen 325 mm verlorene Schalung Bambus 10 mm Dampfsperre Wärmedämmung 50 mm Bambus poliert 15 mm

3 4

5 6 7

Verankerung Stahlprofil fi 160 Sonderprofil ∑ Bambus poliert 15 mm Sperrholz 10 mm Kantholz 40/40 mm Stahlbeton 100 mm Installationsraum 285 mm Abhangdecke Bambus poliert 15 mm Träger Stahlbeton 400/400 mm Klappladen, beidseitig mit Bambusplatten beplankt Stahlfenster

3

5

6

7

cc

213

Gründach

Wohnhaus Pembrokeshire, GB 1994

Architekten: Future Systems, London Tragwerksplanung: Techniker, London

Nur 25 m vom Rand der Klippen entfernt, bietet das Haus einen Ausblick über die St. Bride‘s Bucht an der walisischen Küste. Es ersetzt einen militärischen Beobachtungsposten an gleicher Stelle, der bereits zum Cottage umfunktioniert worden war. Das Gebäude nimmt sich gegenüber der Natur so weit wie möglich zurück, das Dach und die angeschütteten Seitenwände verwachsen mit der Graslandschaft zu einer fast organischen Form. Der rückwärtige Eingang liegt versteckt hinter einer kleinen Kuppe, nur zur Seeseite hin tritt das Gebäude durch eine elliptische Verglasung in Erscheinung, die wie ein Auge über die Landschaft blickt. Diese sorgt nicht nur für gute Lichtverhältnisse über die gesamte Breite des Hauses, sondern bietet allen Räumen den Ausblick auf das Meer. Die beiden Schlafzimmer an den seitlichen Enden sind jeweils durch eine frei eingestellte Sanitärzelle vom zentralen Wohnraum abgetrennt, die Küchenzeile ist in eine dieser Zellen integriert. Alle Möbel entstanden nach Entwürfen der Architekten; die Sitzlandschaft, um den offenen Kamin gruppiert, bildet das Zentrum des Hauses. Auf einer vor Ort gegossenen Fundamentplatte wurden Stützmauern aus Betonsteinmauerwerk errichtet. Auf einem Ringträger aus Stahl liegt die gesamte Dachkonstruktion auf, im Innenraum sind keine weiteren Stützen notwendig. Das Dach besteht aus einer lackierten Furnierschichtholzplatten beplankten Stahlskelettkonstruktion, deren Form an eine umgekehrte Tragfläche erinnert. Die Nasszellen, ebenfalls aus lackiertem Sperrholz, wurden einschließlich aller Anschlüsse vorgefertigt. Beheizt wird das Haus über in die Bodenplatte integrierte, elektrische Heizelemente. Das Gründach und die erdberührten Seitenwände sorgen über das gesamte Jahr für ein ausgeglichenes Raumklima. Die feingliedrigen Fassaden sind doppelt verglast, die Belüftung erfolgt über Bullaugen, die aus der Schiffbauindustrie stammen. º

214

l‘architecture d‘aujourd‘hui 324, 1999 A+U 346, 1999 Field, Marcus: Future Systems. London 1999

aa

a

b

a

b

Beispiel 06

1

2

3

4

Grundriss • Schnitte Maßstab 1:500 Vertikalschnitt Maßstab 1:20 1

2 3

4 5

Vegetation Substrat 75 mm Abdichtung Kunststoffbahn PVC Schalung Sperrholz 24 mm Holzfachwerk 50/50 mm Wärmedämmung 120 mm Dampfsperre Schalung Sperrholz lackiert 24 mm Randträger Stahlrohr Ø 120 mm Aluminiumfenster mit Isolierverglasung mit runden Öffnungselementen, Aluminium Pfosten-Riegel-Konstruktion Aluminium thermisch getrennt Bodenbelag Fliesen 15 mm Estrich 40 mm Trennlage PE-Folie Wärmedämmung 70 mm Abdichtung Bitumenbahn Stahlbeton 150 mm

5

bb

215

Kunststoff

Wohnhaus Floirac, F 1993

Architekten: Anne Lacaton & Jean Philippe Vassal, Paris Mitarbeiter: Sylvain Menaud Tragwerksplanung: C.E.S.M.A., Bordeaux

aa

bb

Für eine vierköpfige Familie mit knappem Budget entstand in einem Vorort von Bordeaux dieses ebenso einfache wie ungewöhnliche Einfamilienhaus. Auf quadratischem Grundriss bildet eine einfache Stahlkonstruktion das Grundgerüst. Zur einen Hälfte mit Faserzementwellplatten bekleidet, zur anderen mit transparenten Polycarbonat-Wellplatten, teilt sich das Gebäude klar in zwei Hälften. Im zur Straße gewandten, geschlossenen Teil befinden sich die ganzjährig bewohnbaren Räume des Hauses, die durch in den Metallrahmen eingestellte Holzelemente gedämmt sind. Treppe und Nassbereiche sind kompakt in einem Kern untergebracht. Dieser trennt im Erdgeschoss Garage und Wohnraum, im Obergeschoss die beiden Zimmer. Zur Straße hin ist die äußere Hülle aus Faserzementplatten dank zahlreicher Klappläden und Tore sehr variabel und kann den jeweiligen Bedürfnissen bezüglich Licht, Transparenz, Schutz und Privatsphäre angepasst werden. Der nach Osten orientierte, zweigeschossige Wintergarten ist unbeheizt, wirkt jedoch im Winter als thermische Pufferzone. In der Übergangszeit lässt sich der Wohnbereich durch Öffnen der Klapp- und Faltelemente in den Wintergarten erweitern. Im Sommer sorgen eine Beschattungsvorrichtung und große Lüftungsklappen am First für angenehme Klimaverhältnisse, bei geöffneten Toren wird der Übergang zwischen Garten und Innenraum fließend. º

2G 21, 2002

b d d

a

a

c c b

216

Beispiel 07

7 1 1

2

3

8 4 5

Grundrisse • Schnitte Maßstab 1:500 Vertikalschnitt • Horizontalschnitt Maßstab 1:20

e

e 1

2 3 4

5 6 6 7

8

Wellplatten Faserzement Stahlprofil 150/120 mm Träger Stahlprofil IPE 140 Wärmedämmung 2≈ 80 mm Unterdecke Furniersperrholz 19 mm Regenrinne Stahlblech gekantet, verzinkt Eckprofil Faserzement Wellplatten Faserzement Unterkonstruktion Stahlrohr | 90/90 mm Stütze Stahlprofil IPE 200 Paneel aus: Baufurniersperrholz 8 mm Wärmedämmung 30 mm Baufurniersperrholz 8 mm Bodenbelag (Teppich) Stahlbeton vorgefertigt 80 mm Träger Stahlprofil IPE 200 Unterdecke Furniersperrholz 19 mm Stahlbeton 150 mm, geglättet und beschichtet Wellplatten Polycarbonat transparent Stahlprofil 150/120 mm Stahlprofil IPE 140 Wellplatten Polycarbonat transparent Unterkonstruktion Stahlrohr | 90/90 mm Stahlprofil IPE 140

cc

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4

ee 3

8

217

Putz

Wohnhaus Meiringen, CH 2005

Architekt: Ruben Anderegg, Meiringen Tragwerksplanung: Stämpfli und Zbinden, Interlaken

aa

Die kleine Gemeinde Meiringen liegt im Haslital, etwa 30 km östlich von Interlaken im Berner Oberland. Wie in vielen Alpenregionen gilt auch hier der Blockbau aus Holz als traditionelle Bauform. Mit seinem klaren, fast kubischen Baukörper mit prismatisch eingeschnittenem Dach setzt sich das am Ortsrand gelegene Einfamilienhaus in seiner Materialität, aber auch durch eine reduzierte Formensprache bewusst von der umgebenden Bebauung ab. Ein Carport, ebenso wie die Gartenmauer aus Sichtbeton, schließt an den grau verputzen Baukörper an und verbindet sich mit dem eingeschnittenen Eingangsbereich, der durch einige Stufen vom Straßenniveau abgesetzt ist. Im Innern bildet der offene Wohnraum das zentrale Element. Küche, Ess- und der sich nach oben öffnende Wohnbereich gehen ineinander über. Große, querformatige Fenster auf beiden Ebenen sowie ein Lichtschlitz im Dach schaffen zu jeder Tageszeit eine helle Atmosphäre. Das kleine Büro im Untergeschoss wird über einen abgesenkten, bekiesten Hof großzügig belichtet. Dieser ist auch über eine Treppe zwischen Carport und Gartenmauer erreichbar und macht so eine externe Erschließung des Arbeitsraums möglich. Das Gebäude fällt vor allem durch seine ungewöhnliche Oberflächenstruktur auf, durch die sich der Baukörper in den Kontext der rauen Berglandschaft einfügt. Die einschaligen Wände aus Porenbeton wurden dazu mit einem Grundputz versehen, den man über Nacht abtrocknen ließ. Tags darauf wurde eine zweite Putzschicht desselben Putzes aufgebracht und noch vor der Durchhärtung mit der Kelle horizontal abgekratzt. Dadurch ist eine lebendige Struktur entstanden, die an die Haut eines Elefanten erinnert und dem Wohnhaus seinen Namen gibt.

b

a

c

c

d d

b

218

bb

a

Beispiel 08

5

1 3

dd

2

3 4

Schnitte • Grundrisse Maßstab 1:400 Vertikalschnitt Maßstab 1:20 1

2

Abdichtung Kunststoffbahn Schalung OSB Platten 24 mm Sparrenlage Wärmedämmung Steinwolle 200 mm Stahlbeton 200 mm Aluminiumfenster thermisch getrennt mit Isolierverglasung

3

4

5

Außenputz gekratzt, zweilagig Mauerwerk Porenbeton 300 mm Innenputzputz gestrichen 15 mm Hochkantparkett 16 mm Estrich 60 mm Trennlage Wärmedämmung 60 mm Stahlbeton 200 mm Wärmedämmung Steinwolle 100 mm Außenputz gekratzt, zweilagig Oberlicht Isolierverglasung aus ESG + VSG

cc

219

Ziegel

Wohnbebauung Maastricht, NL 2003

Architekten: Snozzi + Vacchini, Locarno Mitarbeiter: Mario Ferrari, Wilfried Schmidt, Anne Javet, Isabelle Valazza

Das Wohngebäude ist Teil des neu entstandenen Stadtviertels Céramique, das auf dem Gelände einer abgerissenen Keramikfabrik errichtet wurde. Der stark von traditionellen städtebaulichen Konzepten geprägte Masterplan beschrieb die der Bebauung zugedachte stadträumliche Funktion mit dem Begriff Stoa, griechisch für Säulenhalle. Der Name ist geblieben, die ursprünglich vorgesehene Durchlässigkeit jedoch stark reduziert. Der siebengeschossige, fast 300 m lange Riegel begleitet den öffentlichen Park am Ufer der Maas und wirkt an dieser exponierten Stelle gleichsam als Rückgrat wie als Aushängeschild des Stadtviertels. Eine Reihe von Durchgängen, die zwei Geschosse hoch in das Gebäude eingreifen, verhindern die völlige Abschottung des dahinter liegenden Areals vom Flussufer. Im Rhythmus der Passagen gliedern Höhenversprünge und Rücksprünge die Fassade; Fenster und Loggien gleichen Formats wechseln sich gruppenweise ab. Durch Einschnitte und Versprünge variiert auch die Grundfläche je Geschoss; auf diese Weise entstanden viele unterschiedliche Wohnungstypen. Das tragende Stahlbetonskelett ist mit einer Ziegelschale verkleidet, mit welcher der Architekt den Bezug zum traditionellen holländischen Bauen herstellt. Sie verleiht dem Gebäude eine fein strukturierte Oberfläche, zu welcher der Sichtbeton des Sockelbereichs und der Gartenmauern angenehm kontrastiert. º

Das Bauzentrum / Baukultur 01 / 2003

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b

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220

Beispiel 09

Grundrisse Erdgeschoss, 3. Obergeschoss • Schnitt Maßstab 1:500 Vertikalschnitt Maßstab 1:20

1

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1 2

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4

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Attikaabschluss: Stahlbetonfertigteil Kies 100 mm Dachdichtung Bitumenbahn zweilagig Wärmedämmung 100 mm Dampfsperre Gefälleestrich Stahlbeton 240 mm Innenputz 15 mm Stahlprofil ∑ 200/100/10 mm Sturz: Stahlbetonfertigteil Aluminiumfenster schwarz mit Isolierverglasung Fensterbank Betonwerkstein hellgrau auf Stahlprofil ∑ 200/100/10 mm

7

Vormauerschale Klinker 240/115/53 mm Luftschicht 40 mm Wärmedämmung 80 mm Mauerwerk 240 mm Innenputz 15 mm 8 Holzleibung 9 Holzfensterbank 10 Bodenbelag 10 mm Estrich 50 mm Trennlage Trittschalldämmung 20 mm Wärmedämmung 30 mm Stahlbeton 250 mm 11 Betonfertigteil abgehängt, Klinker 240/115/53 mm

8 5

9 6 7

10

11

bb

221

Glas

Metrostation Paris, F 2003 a

Architekten: Arte Charpentier & Abbès Tahir, Paris Mitarbeiter: Pierre Clément, Minh Tran, Grégoire Mussat, Alain Jacquet, Frédérique Crozet, Philippe Normier, Philippe Almon Tragwerksplanung: RFR, Paris

b b a

Auf dem Pariser Place de Rome mit ehrwürdigen Häusern aus dem späten 19. Jh. steht ein dynamischer, linsenförmiger Bau aus Glas und Edelstahl, der den Haupteingang zu der Metrostation St. Lazare markiert. Unter dem Glasdach führen Treppen, ein Aufzug und eine Rolltreppe in den lichtdurchfluteten Untergrund. Zwei riesige elektrisch betriebene, mit Lamellen bekleidete Edelstahltüren geben tagsüber den Zugang frei, nur nachts schließen sie sich. Die komplexe Geometrie der 15 m breiten und bis zu 4 m hohen Linse entstand aus der Überlagerung einer Kugel mit einem Torus. Der Anschluss an den Boden verläuft schräg, da das Terrain leicht abfällt. Elf Längs- und neun Querbögen aus v-förmigen Edelstahlprofilen geben der Konstruktion ihre in zwei Richtungen gebogene Form. Sie sind auf einen ellipsenförmigen Edelstahlring geschweißt, der in einer Betonplatte verankert ist. Speziell angefertigte Formteile, ebenfalls aus Edelstahl, verbinden die Träger an ihren Kreuzungspunkten. Dass die Profile schlank ausgebildet werden konnten, ist Edelstahlseilen im oberen Bereich der Linse zu verdanken, die einen Teil der Gesamtlast aufnehmen und die Konstruktion außerdem gegen Windkräfte aussteifen. Das gesamte Tragwerk wurde in hoher Präzision von einer Firma für Luftfahrttechnik vorgefertigt, in sieben Einzelteilen auf die Baustelle gebracht und dort montiert. Die Glashaut besteht aus 108 unterschiedlichen, doppelt gewölbten Scheiben aus Weißglas (VSG). Die Glaselemente kleben umlaufend auf flachen Edelstahlrahmen, die punktuell durch spezielle Gelenkstücke mit den darunter liegenden Trägern verbunden sind. 25 mm breite Silikonfugen dichten die Stöße der Glaselemente ab und trennen diese voneinander, sodass im Fall einer Beschädigung nur eine Scheibe auszutauschen ist. º

l‘architecture d‘aujourd‘hui 352, 2004 Techniques + architecture 472, 2004

aa

222

Beispiel 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Weißglas VSG zweifach gewölbt 2x 10 mm Glashalteprofil Edelstahl matt ¡ 40/6 mm Strangpressprofil v-förmig Edelstahl matt Abdeckblech Edelstahl Edelstahlprofil fi 15/10 mm, punktuell angeordnet Entwässerungsrinne mit Abdeckung Gitterrost Edelstahl Edelstahlkasten geschweißt, ellipsenförmig umlaufend Dichtung EPDM Leuchte Silikondichtung auf Silikonprofil Fixierungslasche für Glasprofil Gelenk zur Aufnahme von Toleranzen Schweißplatte Edelstahl

1 3

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1

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13

4 5

7

6 3

8

9

4 bb

Axonometrie Kuppel ohne Maßstab Schnitt Maßstab 1:200 Vertikalschnitt Maßstab 1:20 Axonometrie Knotenpunkt ohne Maßstab Detail Glashalterung Maßstab 1:5

223

Kunststoff

Bushaltestelle Hoofddorp, NL 2003

Architekten: NIO architecten, Rotterdam Mitarbeiter: Henk Bultstra, Mirjam Galjé, Hans Larsen, Maurice Nio, Jaakko van 't Spijker Tragwerksplanung: Ingenieursbureau Zonneveld, Rotterdam Engiplast, Middelburg

Aufgeständerte Schnellstraßen, ein Bahndamm, Reihenhäuser, ein Krankenhaus – Niemandsland am Ortseingang des holländischen Hoofddorp, einem Vorort von Amsterdam. Ausgerechnet eine Bushaltestelle der städtischen Verkehrsbetriebe schafft es, hier Identität zu stiften: ein eigenwilliger, schmutzig weiß schimmernder »Blob«, der wie gestrandet auf einer Verkehrsinsel liegt und mal an ein schlängelndes Meerestier, dann wieder an einen von Wasser und Sand ausgewaschenen Stein erinnert. Elegant sind lang geschwungene Öffnungen in den Körper eingeschnitten – sie wurden von den Architekten anhand von Blickbezügen und Lauflinien entwickelt. In höhlenartigen Einbuchtungen sind Sitzbänke, Leuchten, Abfalleimer und ein Schaukasten eingelassen. Auch ein kleiner Pausenraum für die Busfahrer befindet sich in der Gebäudeskulptur. Der Bau wirkt zwar massiv und schwer, ist tatsächlich aber sehr leicht, denn er besteht komplett aus Polystyrolschaum. Er setzt sich aus fünf vorgefertigten Teilen zusammen, die in der Werkstatt von einer computergesteuerten Maschine gefräst wurden und anschließend eine Beschichtung aus transparentem Polyesterharz erhielten. Auf der Baustelle wurden die einzelnen Elemente zusammengeklebt und mit einer weiteren 5–7 mm dicken Schicht Polyesterharz besprüht, die vor der Witterung und Vandalismus durch Fußtritte, Zigaretten usw. schützen soll. 2 m tiefe Betonfundamente verankern den leichten Baukörper im Boden. Trotz – oder gerade wegen – eines sehr niedrigen Budgets von 1 Millionen Euro, mit dem eine Haltestelle in konventioneller Bauweise nicht zu realisieren gewesen wäre, ist hier nicht nur ein ungewöhnliches Gebäude entstanden, sondern zugleich die mit 50 ≈ 10 ≈ 5 m größte Konstruktion aus Polystyrolschaum weltweit. º

amc 141, 2004 l’ARCA 194, 2004 Architectural Review 12 / 2003 A+U 01/2005

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224

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Beispiel 11

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c

1

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Türrahmen Stahl, am Fundament befestigt Türblatt Vollholz 40 mm mit Polyesterharzbeschichtung 5–7 mm Festverglasung Aluminiumfenster mit Isolierverglasung Polystyrolschaum mit Polyesterharzbeschichtung 5–7 mm Beton poliert, anthrazit gestrichen 70 mm

2

3 4

5

6 7 8 9

Schnitt • Grundriss Maßstab 1:500 Horizontalschnitt • Vertikalschnitt Maßstab 1:20 Tür • Fenster Maßstab 1:20 Schnitte Sitzbänke Maßstab 1:20

Beton 70 mm Trennlage Wärmedämmung 210 mm Abdichtung Stahlbeton 300 mm Sockel Stahlbeton Furniersperrholz 4x 18 mm Verklebung Polyesterharz Betonplatten 35 mm Sandbett 140 mm Abdichtung Stahlbeton 300 mm

4

4

9

7

7

6

dd

ee

225

Holz

Werkhalle für ein Freilichtmuseum Sussex, GB 2002

Architekt: Edward Cullinan, London Mitarbeiter: Ted Cullinan, Steve Johnson, Robin Nicholson, John Romer Tragwerksplanung: Buro Happold, Bath

Die Werkhalle ergänzt ein Freilichtmuseum für traditionelle Holzhäuser in Sussex. In der 48 m langen, bis zu 16 m breiten und bis zu 12 m hohen Halle bauen Zimmerleute die an anderer Stelle abgetragenen Exponate originalgetreu wieder zusammen. Die lang gezogene, über drei Hochpunkte gewölbte Gitterschale aus Holz – die erste Großbritanniens – steht auf einem massiven Sockelgeschoss. Architekt, Ingenieur und Zimmerer entwickelten das Konstruktionsprinzip in enger Zusammenarbeit. Anders als bei bisherigen Konstruktionen, bei denen die Gitterschale als Matte auf dem Boden vormontiert und dann hochgestemmt wurde, nutzten die Planer hier die Erdanziehungskraft: Die Gittermatte wurde auf einem Gerüst in 7 m Höhe zusammengefügt und erst durch die kontrollierte Demontage des Gerüsts geformt. Die Konstruktion setzt sich aus vier Schichten sich kreuzender, dünner Eichenlatten zusammen, die besonders flexibel sind, da sie aus frisch geschlagenem, ungetrocknetem Holz bestehen. Die patentierten Knotenverbindungen sind im Raster von 1 m, an den besonders belasteten Stellen im Abstand von 50 cm angeordnet. Simple Stahlknoten aus drei Platten und vier Schrauben verbinden die einzelnen Latten. Die mittlere Platte besitzt auf jeder Seite einen Stahlstift, der die beiden mittleren Holzlatten in der Geometrie des Gitters fixiert. Die zwei außen liegenden Stahlplatten führen die beiden äußeren Hölzer während der Montage und dienen danach zu ihrer Fixierung. Sobald die Konstruktion ihre endgültige Form erreicht hat, wird der Knoten durch Festziehen der Schrauben stabilisiert. Weitere in Quer- und Längsrichtung verlaufende, von oben aufgeschraubte Leisten steifen die Konstruktion aus; zudem dienen sie als Unterkonstruktion für die Fassadenbekleidung aus unbehandelten Zedernholzlatten. º

Detail 05 / 2001 l‘architecture d‘aujourd‘hui 342, 2002

Grundriss • Schnitte Maßstab 1:500 Querschnitt Dach Maßstab 1:20 aa

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a

c

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b

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226

a

Beispiel 12

1

2 3

4

5

6

cc

1

2

Stehfalzdeckung Abdichtung Furniersperrholz 12 mm Wärmedämmmung 25 mm Dampfsperre Schalung Zeder 12/100 mm Träger Douglasie 50/125 mm

3 4 5 6

Träger Douglasie 100/320 mm Paneel Polycarbonat im Aluminiumrahmen 16 mm Querrippe Eiche 2x 35/50 mm Gitterschale aus Eichenlatten 4x 35/50 mm

dd

227

Holz

Überlappungspunkte Maßstab 1:10 Isometrie Knotenpunkt ohne Maßstab 1 2 3

4 5

6

Edelstahlschrauben mit Muttern Ø 8 mm Querrippe Eiche 35/50 mm Klemmplatte Stahl verzinkt ¡ 105/105/8 mm, in stark beanspruchten Bereichen mit aufgeschweißter Gewindestange zur Fixierung der Querrippen Gitterschale Eichenlatte 35/50 mm Klemmplatte Stahl verzinkt ¡ 105/105/8 mm, oben und unten aufgeschweißte Gewindestange Ø 6 mm Klemmplatte Stahl verzinkt ¡ 105/105/8 mm

7

Oberlicht: Paneel Polycarbonat im Aluminiumrahmen, verschraubt auf Längsrippe 8 Querrippe Eiche 35/50 mm 9 Längsrippe Eiche zur Befestigung der Verkleidung 10 Schalung Zeder 18 mm Konterlattung Eiche atmungsaktive Folie, zweilagig Wärmedämmung Dampfsperre Gitterschale aus Eichenlatten 4x 35/50 mm

1

7

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9 3

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5

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228

Beispiel 13

Museum Hiroshige Ando Batoh, J 2000

Architekten: Kengo Kuma, Tokio Ando Architecture Design Office, Tokio Mitarbeiter: S. Oshio, S. Yasukouchi, T. Yada, H. Nakamura, Y. Sakano, T. Goto, Ryusuke Fujieda design team, Ando Architects – M. Nakatsu, T. Shibata Tragwerksplanung: Aoki Structural Engineers, Tokio

a a

b b

In der Geburtsstadt des Künstlers, etwa eine Autostunde nördlich von Tokio, entstand ein Museum, das Hiroshige Ando gewidmet ist, einem der berühmtesten Meister des Ukiyoe. Diese japanische Kunstform stellt Naturphänomene wie Licht, Wind, Regen und Nebel in abstrakter Form dar. Das Verfahren, solch veränderliche und komplexe Erscheinungen bildlich festzuhalten, wurde beim Konzept des Gebäudes aufgegriffen. Inmitten der baumreichen Umgebung entstand durch die dicht und gleichmäßig angeordneten, nur 30 mm dicken Hölzer die archetypische Form eines Hauses. Gleich einem Schleier umgeben die Holzlamellen das langgestreckte Gebäude. Die subtile Hülle zieht den Baukörper zusammen, ihr Spiel mit Transparenz, Licht und Material lässt Assoziationen zu dem Phänomen der Wolken entstehen – einer Anhäufung feinster Wassertropfen, die allein durch ihr verdichtetes Auftreten zu einer sichtbaren, aber sich ständig verändernden Erscheinung werden. Die Bäume der Umgebung spiegeln sich in der Fassade und lassen die hinter den Zedernholzlatten liegenden, rahmenlosen Glasflächen erahnen. Die Gestalt von umschlossenen Volumen innerhalb dieser durchlässigen Gebäudehülle ist nicht direkt fassbar, da sich die Raumgrenzen je nach Lichteinfall und -stimmung optisch unterschiedlich darstellen. Hinter der Konstruktion der auf Stahlprofilen offen verlegten Holzlamellen befinden sich Glasfelder, gedämmte Betonwände, Metalldächer, Glasoberlichter oder offene Durchgänge. Sonnenstand und Wetter folgend, ändert sich ständig das Maß an Transparenz und Farbigkeit, die Zedernholzhülle wird zum durchlässigen Filter. Auch im Inneren des Gebäudes wirkt trotz zahlreicher fest umschlossener Räume das Spiel mit Glasflächen, traditionellen Raumteilern aus Papier und massiven Wänden auf reizvolle Weise irritierend. Die gedeckten Farben der naturbelassenen Materialien schaffen eine kontemplative, fast melancholische Atmosphäre. Erst im Kern des Gebäudes findet sich der Besucher schließlich in künstlich erhellten Räumen den lichtempfindlichen Exponaten aus der Edozeit gegenüber. º

Schittich, Christian (Hrsg.): Gebäudehüllen. München / Basel 2001 229

Holz

Grundriss Maßstab 1:1000 Vertikalschnitt Fassade verglast • Vertikalschnitt Fassade massiv Maßstab 1:20 Querschnitt Dachoberlicht Maßstab 1:20

6 7 8 9 10 11 12 13

1 2 3 4 5

14 15 16 17 18

Stahlrohr verzinkt Ø 17,3 mm Zedernholzlatten 30/60 mm Stahlprofil ∑ 30/30/3 mm Stahlprofil ∑ 70/50/6 mm Dachträger Stahlprofil Å 400/200/10 mm

Auflager Holzlatten Stahlprofil Z 100/55/6,5 mm Gewindestange Ø 10 mm Welldrahtglas auf Stahlprofilen verlegt Querträger Stahlprofil Å 400/200/10 mm Oberlichtstreifen ESG Firstverbindung Stahlsteg Firstträger Stahlprofil Å 160/80/5 mm abgehängte Decke Zedernholzlatten 30/60 mm Glashalterung Stahlprofil ∑ 90/70/6 mm Glaswand ESG Bodenschiene Stahlprofil fi Natursteinplatten 1200/240 mm Flachstahl verzinkt ¡ 10/40 mm

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4

11

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2

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13 5

2

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230

17

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Beispiel 13

19 20

21

20

Stahlrohr | 200 mm Zedernholzlatten 30/60 mm auf Stahlprofilen Stehfalzdeckung Stahlblech verzinkt Abdichtung Bitumendachbahn Wärmedämmung Polystyrol-Hartschaumplatten 35 mm harte Holzfaserplatte zementgebunden 20 mm Zedernholzlatten 30/60 mm auf Stahlprofilen Stehfalz-Stahlblechelemente verzinkt Abdichtung Bitumenbahn Wärmedämmung Hartschaum 30 mm harte Holzfaserplatte zementgebunden 18 mm Stahlbeton 200 mm Gipsplatten gestrichen

10

13 cc 20 9 6

21

17

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231

Metall

Naturwissenschaftliches Museum Matsunoyama, J 2002

Architekten: Takaharu und Yui Tezuka, Tokio Masahiro Ikeda, Tokio Mitarbeiter: Masafumi Harada, Ryuya Maio, Hirofumi Ono, Makoto Takei, Hiroshi Tomikawa

In der Region um das Mikunigebirge, ca. 200 km nördlich von Tokio gelegen, türmt sich der Schnee oft über fünf Meter hoch – nicht ohne Grund ist die Gegend auch als »Schneeland« bekannt. Nur der 34 m hohe Aussichtsturm ist dann von dem Museum zu sehen; das 160 m lange, schlangenförmige Hauptgebäude mit Ausstellungsräumen, einem Veranstaltungssaal, Café und Forschungseinrichtungen liegt wie ein U-Boot unter den Schneemassen verborgen. An hohen Schneewänden vorbei gelangt der Besucher zum Eingang. Innen leitet ein mäandernder Weg durch das Museum, dessen Form an die Wanderpfade der umliegenden Wälder erinnert. Jeweils an den Knickpunkten des Gebäudes geben raumhohe Panoramafenster Gelegenheit, das Ausstellungsthema – die umliegende Natur – unmittelbar zu erleben. Um die Schneelasten von bis zu 1,5 t / m2 aushalten zu können, besteht die Gebäudehülle aus 6 mm dicken, wetterfesten Stahlblechplatten mit einer rötlich braun oxidierten Oberfläche, die vor Ort auf einem Tragwerk aus Stahlstützen und -trägern verschweißt wurden. Dazu holte man ein Gutachten einer Spezialfirma für Bootsbau ein. Ähnlich einer Thermoskanne setzt sich die Gebäudehülle aus zwei konstruktiv voneinander getrennten Schichten zusammen. Bei Temperaturen um –20 °C im Winter und bis zu 45 °C im Sommer dehnt sich die äußere Stahlhaut in horizontaler Richtung bis zu 20 cm aus. Diese Längenänderung wird durch die bewegliche Lagerung der Stahlstützen auf den Fundamenten aufgenommen. Nur an drei Punkten ist das Tragwerk fixiert, sodass das Gebäude immer wieder in seine Ausgangsposition zurückfindet. Die auf einer separaten Unterkonstruktion montierten Wände aus Gipsplatten bleiben von den Bewegungen der äußeren Hülle unberührt. Im Zwischenraum zirkuliert Luft – warme im Winter, kalte im Sommer –, die den Innenraum gleichmäßig temperiert. º

232

Architectural Review 08 / 2004 Detail 04 / 2005 domus 875, 2004

a

a b

b

Beispiel 14

1

Isometrie ohne Maßstab, Ausdehnung des Stahltragwerks unter Temperatureinwirkung Grundriss Maßstab 1:1000 Vertikalschnitt Maßstab 1:20

2

1

10

11 4

12

1 13

2 3 4 5

6

Stahlblech oxidiert 6 mm Wärmedämmung Polyurethan 70 mm Stahlprofil ∑ 50/50/6 mm Stahlprofil Å 340/250 mm Entlüftung Stahlprofil Å 350/175 mm raumhohe Verglasung: Stahlfenster oxidiert ∑ 140/120/6 mm mit Scheibe aus PMMA 75 mm Frostschutz-Abdeckung: Stahprofil oxidiert ∑114/37/3,2 mm

8

7 Belüftung 8 Sichtbeton beschichtet 150 mm 9 Stahlprofil Å 300/150 mm 10 Stahlprofil Å 125/125 mm 11 Entrauchungsklappe 12 Gipsplatte 2≈ 12 mm verschieblich befestigt 13 Stahlprofil H 350/350 mm 14 verschiebliches Auflager 15 Ankerschraube Ø 20 mm 16 Installationsraum

3

5

7 6

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9

14 16 bb

233

Membranen

Kulturzentrum Lille, F 2004

Architekten: NOX / Lars Spuybroek, Rotterdam Mitarbeiter: Florent Rougemont, Loïc Gestin, Chris Seung-Woo Yoo, Kris Mun, Ouafa Messaoudi, Estelle Depaepe, Bernhard Frodl, Josef Glas Tragwerksplanung: Maning, Villeneuve d‘Ascq

Die Auszeichnung als »Kulturhauptstadt Europas 2004« nutzte die Stadt Lille zur Umgestaltung einer alten Spinnerei in ein Kulturzentrum. Das Gebäudeensemble im lebendigen Stadtviertel Wazemmes beherbergt Veranstaltungsräume, Ausstellungsflächen, Ateliers, Künstlerwohnungen, ein türkisches Bad und eine Brauerei. Die alten Gebäude wurden so weit wie möglich erhalten und renoviert. Lediglich die ehemalige Fabrikhalle wurde um ein Drittel gekürzt und stattdessen in ihrer Verlängerung ein Neubau errichtet, der sich in Kubatur und Maßstab an seine Umgebung anpasst. Er birgt einen großen multifunktionalen Veranstaltungssaal, in dem bis zu 750 Besucher Platz haben. Konzerte, Theateraufführungen und Modeschauen finden hier statt. Die Formensprache der geschwungenen Wege und Grünbereiche des ebenfalls neu geschaffenen Platzes vor dem Gebäude wird im vollständig verglasten Foyer wieder aufgenommen, wo skulptural geformte, bunt gefärbte Körper aus Gips den Besucher in das Innere des ansonsten introvertierten Baus locken. Aus größerer Distanz zeigt lediglich die Fassade, dass hier etwas Besonderes stattfindet. Eine geschwungene Hülle aus Edelstahlgewebe umgibt den glänzend schwarz gestrichenen Betonbau an den Längsseiten. In die über die Dachkante hinausgezogene Wellenform sind ovale Löcher geschnitten. Je nach Blickwinkel sind die im Raster von 1,50 m angeordneten, geschwungenen Träger aus verzinktem Stahl sichtbar, von denen keiner dem anderen gleicht. Jeweils ein Rasterfeld ist mit einem Streifen aus Edelstahlgewebe bekleidet. Je nach Wetterlage und Perspektive variiert der Charakter der Fassade: Mal glänzt sie in der Sonne, mal scheint sie undurchsichtig und geschlossen, dann wieder transparent und durchscheinend; bei Nacht ist sie durch Strahler auf der Innenseite des Metallgewebes beleuchtet. º

234

A+U 09 / 2004 l‘architecture d‘aujourd‘hui 353, 2004

a a

Beispiel 15

1 b

1

2

b 4

3

2

4

1

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5

3 bb

6 Grundriss Erdgeschoss Maßstab 1:500 Isometrie ohne Maßstab Horizontalschnitt • Vertikalschnitt Maßstab 1:50

5 6

1

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2 3 4

Stahlprofil verzinkt pulverbeschichtet HEA 120 Stahlprofil verzinkt pulverbeschichtet HEA 180 Spiralgewebe Edelstahl Träger aus Stahlblech gebogen verzinkt 280/10 mm

8

Stahlrohr | 50/50/4 mm Stahlbeton 220 mm Luftraum 20 mm Metallständer, dazwischen Wärmedämmung 100 mm Gipsplatte 2x 13 mm Metallständer 40 mm Gipsplatte schwarz 13 mm Abdichtung zweilagig Wärmedämmung 80 mm Dampfsperre Stahlbeton 120 mm Unterdecke 60 mm Stahlbeton poliert 200 mm Wärmedämmung 100 mm

8

aa

235

Membranen

1

2

3

6

5

4

4 10 5 7 6

7

10

9

cc

Horizontalschnitt • Vertikalschnitt Maßstab 1:10 Spiralgewebe Vertikalschnitt • Ansicht Maßstab 1:1

1 2 3 4

Stahlrohr verzinkt Ø 60/8 mm Befestigungsschwert Stahl Stahlprofil HEA 120 Fassadenträger Stahlblech gebogen verzinkt 280/10 mm 5 Spiralgewebe aus Flachband und Rundstangen Edelstahl 6 Befestigungshaken für Spiralgewebe 7 Klemmprofil 8 Stahlrohr verzinkt pulverbeschichtet | 50/50/4 mm 9 Stahlseil zur Aussteifung 10 Verbindungsplatte Trägerstoß 11 Spiraldraht Edelstahl 1,5 mm, Wicklungsweite 8,4 mm 12 Führungsstange Edelstahl

236

11 12

9 c

c 8

8

Beispiel 16

Kunstmuseum Stuttgart, D 2004

Architekten: Hascher Jehle Architektur, Berlin Projektleiter: Thomas Kramps, Beate Leidner, Arndt Sänger, Eberhard Veit Tragwerksplanung: Werner Sobek, Stuttgart mit Fichtner Bauconsult, Stuttgart

aa

Lange war das zentral in der Stuttgarter Fußgängerzone gelegene Grundstück ein städtebauliches Problem. Die im Krieg entstandene Baulücke an der Königstraße war nie geschlossen worden. An ihre Stelle kam der »Kleine Schlossplatz«, ein mit einer Betonplatte überdeckelter Verkehrstunnel. Mehrere Provisorien und vier städtebauliche bzw. architektonische Wettbewerbe folgten, aus denen im Jahr 1999 schließlich der Entwurf für das Museum der städtischen Kunstsammlung hervorging. Das Bauwerk nutzt den inzwischen stillgelegten Straßentunnel für den Hauptteil der insgesamt 4900 m2 großen Ausstellungsfläche. Oberirdisch schließt ein 29 ≈ 29 ≈ 26 m messender Glaskubus die Lücke. Er birgt einen mit Naturstein verkleideten Kern mit weiteren Ausstellungsräumen sowie im obersten Geschoss ein Restaurant mit Blick auf den Schlossplatz und die umliegenden Hänge. Das Glasdach lagert auf justierbaren Stahlkreuzen, die auf einem biegesteifen Trägerrost aus verschweißten Stahlprofilen und 4 m langen (als Nebenträger fungierenden) Glasschwertern verschraubt sind. Der Trägerrost ruht auf zwölf Stahlstützen. An den Trägern sind vertikale Fassadenstützen aus gefrästen T-Stahlprofilen aufgehängt, unterstützt von 60 mm dicken Glaspfosten zur Windaussteifung. Sie sind vertikal verschiebbar an den Geschossdecken befestigt, um thermische Längenänderungen aufnehmen zu können. Die verwendeten Weißglasscheiben ermöglichen dem Besucher farbneutrale transparente Ein- und Ausblicke. Damit die gläserne Fassade großflächig erscheint, sind die Längskanten der 4,10 ≈ 2,50 m messenden Elemente eingeschliffen und nehmen die äußeren Deckleisten flächenbündig auf. Trotz der vollständigen Verglasung gelangen nur ca. 25 % der auftreffenden Energiestrahlung ins Innere des Gebäudes. Dazu tragen eine Sonnen- und eine Wärmeschutzbeschichtung sowie die mit Argon gefüllten Scheibenzwischenräume bei, ferner die sich nach oben hin auflösende Bedruckung mit horizontalen Streifen. º

b a

b a

Schnitt • Grundriss 3. Obergeschoss Maßstab 1:1250

Bauwelt 46 / 2004 Intelligente Architektur 47, 2004

237

Glas

1

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3

4

c

c

5

6

7

Horizontalschnitt Ecke Maßstab 1:20 Vertikalschnitt Maßstab 1:20 Vertikalschnitt obere Ecke Maßstab 1:5

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7

11

6

238

5

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Beispiel 16

12 18

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13 5

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20 6

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2 3 4 5 6

Isolierverglasung Weißglas ESG 15 mm mit Sonnenschutzbeschichtung + SZR Argon 16 mm + VSG aus TVG 10 + TVG 12 mm mit Wärmeschutzbeschichtung Aluminiumprofil mit Fassadenheizband Aufständerung aus Stahlstäben | 40/40 mm mit 4x seitlich angeweißtem Flachstahl Glasträger Weißglas VSG aus TVG 8 + 3x TVG 12 + TVG 8 mm, h= 350 mm Pressleiste Aluminium flächenbündig 60 mm Isolierverglasung Weißglas VSG aus TVG 10 + TVG 8 mm mit Sonnenschutzbeschichtung und Bedruckung + SZR Argon 16 mm + ESG 10 mm mit Wärmeschutzbeschichtung

16

7 8

9 10 11

17

Fassadenstütze Weißglas VSG aus TVG 8 + 3x TVG 12 + TVG 8 mm, t= 300 mm Glasplatten 8 mm Ausgleichsspachtelung 4 mm Heizestrich 70 mm Stahlbeton variiert in der Dicke Sonnenschutz mit seitlichen Führungsseilen Isolierverglasung Weißglas VSG aus ESG 10 + TVG 8 + SZR Argon 16 + ESG 10 mm Basalt 40 mm Mörtelbett 30 mm Heizestrich 80 mm Stahlbeton variiert in der Dicke

12 13 14 15 16 17 18 19 20

Klappe für Lüftung und RWA Flachstahl ¡ 100/15 mm zur Aussteifung auf Motorseite Leitungen Multifunktionslamellen Ø 76 mm Dachträger Stahlprofil geschweißt aus je 2x Flachstahl ¡ 330/25 mm und ¡ 450/20 mm Dachträger Stahlprofil geschweißt aus je 2x Flachstahl ¡ 25/500 mm und ¡ 150/25 mm Multifunktionslamellen für Heizung, Kühlung, Verschattung und Schallabsorption Taubenschutz Edelstahl Abdeckblech Edelstahl geschliffen 2 mm Eckhalterung aus 3x Flachstahl verschweißt

239

Glasfliesen

Dienstleistungszentrum Ludwigshafen, D 2003

Architekten: Allmann Sattler Wappner, München Mitarbeiter: Marion Kalmer Melanie Becker, Christof Killius, Thomas Meusburger, Ulf Rössler Tragwerksplanung: Werner Sobek, Stuttgart

Das Brunckviertel, eine in den 1930er-Jahren entstandene Arbeitersiedlung, befindet sich in direkter Nachbarschaft zu den Produktionsstätten der BASF, getrennt nur durch eine stark befahrene Ausfallstraße. An dieser Achse entstand das neue Dienstleistungszentrum der firmeneigenen Wohnungsunternehmen und der Betriebskrankenkasse. Von der Straße aus nimmt man zunächst einen 160 m langen Gebäudeteil wahr, der in starkem Kontrast zur umgebenden kleinteiligen Bebauung steht. Dieser beherbergt Neben- und Konferenzräume und schützt sowohl den angrenzenden Park als auch die sensibleren Bereiche des Gebäudes vor Straßenlärm. Gleichzeitig verbindet er fünf dreigeschossige Büromodule, zwischen denen begrünte Atrien und eingeschossige Eingangshallen liegen. Großflächige Verglasungen brechen die monolithisch wirkende Fassade auf und geben den Blick in das Gebäude sowie auf den dahinter liegenden Park frei. Das Wechselspiel von Massivität und Transparenz wird erweitert durch diffuse Reflexionen in der mit Glasfliesen verkleideten Fassade. Deren rückseitige Emaillierung bewirkt ein irisierendes Farbenspiel der Gebäudehülle, das an die Oberfläche von Perlmutt erinnert und ein je nach Lichtstimmung wechselndes, verschwommenes Bild der Umgebung zeichnet. Die 48 ≈ 48 mm großen Fliesen kamen als 300 ≈ 300 mm große Verbände auf Trägernetzen vorfixiert auf die Baustelle und wurden auf hinterlüfteten, armierten Trägerplatten aus Blähglasgranulat verklebt. Eine Befestigung direkt auf den Stahlbetonwänden war aus wärmeschutztechnischen Gründen nicht möglich, zudem haben Glasfliesen und Beton ein unterschiedliches thermisches Ausdehnungsverhalten. Die im Abstand von 1,5 m nötigen, 2 mm breiten Dehnfugen wurden farblich angeglichen und besandet, um eine vollständig gleichmäßige Oberflächenstruktur zu erreichen. º

Baumeister 03 / 2004 Detail 10 / 2004

aa

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240

b

Beispiel 17

2 3

Lageplan Maßstab 1:4000 Schnitte • Grundriss Maßstab 1:1500 Vertikalschnitt • Horizontalschnitt Maßstab 1:20

1

Kies 50 mm Abdichtung 3 mm Wärmedämmung Hartschaum im Gefälle ≥ 70 mm Dampfsperre bituminöser Anstrich Stahlbeton 320 mm

4 5 6 7

Regenabweisprofil Edelstahl Glasfliesen rückseitig emailliert, 48/48/8 mm, Fugenmaterial weiß Armierungsputz auf Glasfasergewebe 2 mm Fassadenplatte Blähglasgranulat 12 mm Tragprofil Aluminium T 200/40/3 mm Hinterlüftung 165 mm Wärmedämmung 100 mm Stahlbeton 300 mm Wandhalter Aluminium ∑ 160/45/3 mm Stahlprofil ∑ 200/100/10 mm Kantenschutzprofil Edelstahl Pfosten-Riegel-Konstruktion

8 9 10 11

12 13

aus Flachstahl wasserdurchströmt zur integrierten Heizung / Kühlung ¡ 2≈ 200/10 mm und 2≈ 50/10 mm Stahlfenster mit Isolierverglasung Gitterrost Stahl 40 mm Stahlprofil ∑ 200/100/10 mm, auf 185 mm geschnitten Teppichboden 5 mm Holzwerkstoffplatte 40 mm Holzwerkstoffplatte gipsgebunden mit Gewebeeinlage 18 mm Hohlraumbodenständer Stahlbeton 320 mm Vor-/ Rücklauf Fassadenheizung /-kühlung Stahlprofil ∑ 150/150/12 mm

2

3 1

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5 6 7 8

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7 10

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241

Beton

Institutsgebäude TU Graz, A 2000

Architekten: Riegler Riewe, Graz Mitarbeiter: Manuela Müller, Fritz Moßhammer, Ulrich Huhs, Andreas Allerberger Tragwerksplanung: Stefan Rock, Graz

Die Institutsgebäude für Informations- und Elektrotechnik verzichten auf jeglichen Bezug zu ihrer gesichtslosen Nachbarschaft aus unterschiedlichen Wohn- und Universitätsbauten. Sie bilden eine eigene, introvertierte Kleinstadt aus dicht stehenden, längs gerichteten Betonriegeln, die über Brücken, Stege und interne »Straßen« auf allen Ebenen vernetzt sind und in deren Zwischenräumen sich verschiedene Räume und Plätze formieren. Jeder der dreigeschossigen Baukörper gliedert sich in Längsrichtung in zwei Gebäudehälften, die über einen 4 m breiten Luftraum verbunden sind. Um die Öffnungen in der Fassade frei anordnen zu können, ist diese konstruktiv vom Tragwerk getrennt. Die innen gedämmten Stahlbetonscheiben sind vorgehängt und an den Deckenplatten verankert. Durch einen besonderen Umgang mit Material und Struktur erreichten die Architekten, dass die Anlage als Einheit wirkt. So wurden beim Gießen des Ortbetons gebrauchte und künstlich aufgeraute Schaltafeln verwendet, um die Oberfläche ungleichmäßig und roh wirken zu lassen. Zudem wurde der graue Zement durch 3 % schwarzes Pigment eingefärbt und ungleichmäßig damit vermischt, sodass die Farbe des Betons in verschiedenen Grautönen variiert. Das Material Beton setzt sich in den Erschließungszonen des Außenbereichs als Bodenbelag fort und lässt so die Grenzen zwischen innen und außen verschwimmen. Auch bei den stark frequentierten Verkehrsflächen im Gebäudeinneren dominieren rohe Materialien: Sichtbetonwände, Terrazzo, verzinkte Stahltüren. Die Trennwände zwischen Büro- und Gangzone erhielten keine Farbzusätze, damit die Räume heller wirken. Neben ihrer tragenden Funktion erfüllen sie die hohen Anforderungen an Schall- und Brandschutz; ferner bieten sie aufgrund ihrer Speichermasse wärmetechnische Vorteile. º

242

Bauwelt 13 / 2002

Beispiel 18

1

2

3 4 Grundriss 1. Obergeschoss Maßstab 1:2000 Vertikalschnitt Südfassade Maßstab 1:20

5 6

1 2

7 8 9

8

10

Attikaabdeckung Metallblech Kies 80 mm Vlies Wärmedämmung Polystyrol extrudiert 120 mm Abdichtung Polymerbitumenbahn 2x 4 mm Voranstrich Gefälleestrich 30 –130 mm Stahlbeton 220 mm 3 Aluminiumfenster thermisch getrennt mit Festverglasung 4 bewegliches Lichtlenkpaneel: Aluminiumblech 3 mm Wärmedämmung 65 mm Aluminiumblech 3 mm 5 Leuchte 6 Stahlbeton schwarz pigmentiert 200 mm Bitumenklebemasse 5 mm Wärmedämmung Schaumglas 80 mm Ausgleichslattung 20 mm MDF 15 mm 7 Sonnenschutz außen liegend 8 Aluminiumblech 3 mm 9 Aluminiumfenster thermisch getrennt mit Isolierverglasung 10 Kabelkanal 11 Lamellenparkett Buche 20 mm Estrichbeton 80 mm Trennlage PE-Folie Trittschalldämmung 20 mm Wärmedämmung EPS 40 mm Bitumenklebemasse 5 mm Wärmedämmung Schaumglas 60 mm Abdichtung bituminöse Beschichtung 10 mm Stahlbeton 350 mm Sauberkeitsschicht 80 mm

11

243

Beton

2

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3

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7

Nordfassade • Fenster mit innen liegendem Sonnenschutz Vertikalschnitt • Horizontalschnitt Maßstab 1:5

4

1 2 3

5

Befestigungswinkel Sonnenschutz innen liegend Dampfsperre

6

Laibung: Aluminiumblech 3 mm Lattung 22 mm Schaumglas 65 mm Bitumenklebemasse 10 mm Aluminiumfenster mit Isolierverglasung Führungsschiene Sonnenschutz

1

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3

5

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7

244

4

Beispiel 19

Hotelfachschule Nivilliers, F 2000

Architekten: Sabri Bendimérad und Pascal Chombart de Lauwe, tectône, Paris Mitarbeiter: Yann Rault Tragwerksplanung: BECIP, Beauvais

In einem kleinen Park am Rande des Dörfchens Nivelliers, ca. 10 km von Beauvais liegen ein Schloss aus dem 19. und ein Jagdpavillon aus dem 18. Jh. In diese Anlage wurde eine Hotelfachschule mit zugehörigen Unterkünften integriert. Die beiden Wohneinheiten bieten Platz für je zwölf Personen und befinden sich in den Randbereichen des Grundstücks. Die Schule hingegen schließt im rechten Winkel an das Schloss an und definiert einen Hof, der durch eine 200-jährige Zeder in seiner Mitte akzentuiert wird. Die zum Hof gewandte Erschließungszone der einhüftigen Anlage ist vollständig verglast und setzt sich deutlich vom Bestand ab. Für die äußeren Fassaden und die Unterkunftsgebäude hingegen wurden Ziegelelemente eingesetzt, die mit dem rotbraunen Ziegelmauerwerk der historischen Gebäude harmonieren. Die monolithischen Hohlziegel bedürfen keiner weiteren Oberflächenbeschichtung und ermöglichen eine schnellere und günstigere Bauausführung als herkömmliche Ziegel. Basiselemente mit einer Kerndämmung aus PolyurethanHartschaum und spezielle Verbindungsteile für Ecken, Stürze und Brüstungen bilden ein modulares System, das meist bei landwirtschaftlichen und industriellen Großbauten zum Einsatz kommt. Die Standardhöhen variieren von 250 bis 280 cm, die Breite beträgt jeweils ein Vielfaches des Grundmoduls von 15 cm, in diesem Fall 30 bzw. 60 cm. Daraus ergibt sich ein flexibles Fassadenraster, in welchem die Öffnungen frei platzierbar sind. Die Verankerung der Ziegel in Fundament und Deckenplatte erfolgt mittels Bewehrungseisen in den inneren Ecken, die wahlweise bereits integriert sind oder vor Ort mit Zement vergossen werden. Die äußerste Hohlraumschicht der Ziegelelemente wird zur Hinterlüftung der bewitterten Oberfläche verwendet und dient dem Abtransport von eventuell anfallendem Kondensat in der Dämmebene. Die Ziegel kragen daher etwas über die Deckenplatten aus, um eine ungehinderte Luftzirkulation zu gewährleisten. º

l‘architecture d‘aujourd‘hui 329, 2000 Detail 04 / 2001

Lageplan Maßstab 1:2500 Grundrisse Maßstab 1:600

b b

a a

245

Ziegelelemente

4 Horizontalschnitt • Vertikalschnitt Maßstab 1:20 1 2 3 4

5

Ziegelelement 300/600/2500 mm mit Kerndämmung 50 mm Spanplatte 19 mm Holzfenster 50 mm mit Isolierverglasung Stahlblechpaneel mit Wärmedämmung Polyurethan-Hartschaum 65 mm Pfettensparren 200/80 mm Wärmedämmung 160 mm Dampfsperre Gipsplatte 10 mm Sturz Stahlbeton 150/280 mm

6

Spanplatte 19 mm Lattung 20/40 mm Windpappe Wärmedämmung 120 mm Dampfsperre Ziegelelement 150 mm Fliesen 7 Betonstein 160 mm 8 Holzfenster Kiefer 200 mm mit Isolierverglasung 9 Wellblech 30 mm 10 Stahlprofil IPE 140 11 Stahlrohr Ø 120 mm

2

1

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246

5

Beispiel 19

2

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8 11

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247

Metall

Feuerwache Nanterre, F 2004

Architekten: Jean-Marc Ibos et Myrto Vitart, Paris Mitarbeiter: Marie-Alix Beaugier, Stéphane Bara, Agnès Plumet Tragwerksplanung: Khephren Ingénierie, Arcueil

Die Feuerwache in dem Pariser Vorort Nanterre ist vor allem eins: effizient. Innerhalb einer Minute müssen die Einsatzmannschaften von jeder beliebigen Stelle der Wache aus in den Innenhof gelangen können. Diese Vorgabe bestimmt die Organisation des Gebäudes: Um den 55 ≈ 35 m messenden zentralen Hof legt sich ein U-förmiger, zweigeschossiger Bau mit Einsatzzentrale, Fahrzeughalle, Werkstätten und einer Sporthalle im Erdgeschoss sowie Schlaf- und Büroräumen im Obergeschoss. Über der Querseite dieses Gebäudesockels erhebt sich ein ca. 67 m langer, fünfgeschossiger Riegel mit Wohnungen für die Familien der Feuerwehrleute. Abgesetzt durch ein schwarz gestrichenes, eingerücktes Zwischengeschoss, scheint er trotz seiner Massivität gleichsam zu schweben. Zwei gebäudehohe Einschnitte mit Balkonen gliedern den Baukörper zum Hof hin. Die Drei-, Vier- und Fünfzimmerwohnungen sind um drei Haupterschließungen herum angeordnet. Hier führen neben Aufzügen und Treppen die für eine Feuerwache unabdingbaren Rutschstangen nach unten. Auch die Fassadenmaterialien mussten vor allem funktionalen Kriterien genügen. Sie sollten robust, dauerhaft und einfach zu pflegen sein. Die Architekten wählten daher Metall: Hochglänzend polierte, silbrig spiegelnde Trapezblechplatten aus Edelstahl umhüllen die eigentliche Feuerwache. Durch ihre Dicke von 2 mm können sie fast jedem mechanischen Angriff standhalten. Horizontale Fensterbänder sind wie zufällig, tatsächlich aber den Nutzungserfordernissen folgend, über die Fassade verteilt. Der Wohnriegel hingegen ist mit matt eloxiertem, kupferfarbenem Aluminiumwellplatten bekleidet. Die bündig in der Fassade liegenden, raumhohen Fensterrahmen aus Aluminium nehmen den Kupferton auf. Ein Großteil der Glasscheiben ist als Sonnenschutz in einem bräunlichen Goldton verspiegelt. Für ein warmes Licht in den Wohnräumen sorgen zwischen einige Fensterscheiben gelegte PVCFolien in Gelb, Rot oder Orange – den Farben des Feuers. º

248

l‘architecture d‘aujourd‘hui 354, 2004 Techniques + architecture 473, 2004

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Beispiel 20

7 Grundriss • Schnitte Maßstab 1:10000 Horizontalschnitt • Vertikalschnitt Fenster Südfassade 2.– 6. Obergeschoss Maßstab 1:10

1

Wellplatte Aluminium, kupferfarben 16/76 mm Abdichtung Aluminiumprofil zur Befestigung ∑ 100/50/4 mm Hinterlüftung 60 mm Wärmedämmung 100 mm Stahlbeton 210 mm

Befestigung Stahlprofil ∑ 150/75/6 mm Lüftungsschlitz Wärmedämmung Mineralwolle 30 mm Aluminiumfenster mit Isolierverglasung, nach außen öffnend, Rahmen kupferfarben, Glasscheiben außen goldfarben verspiegelt 6 Abschlussblech kupferfarben 7 Faltladen Holz weiß 22 mm 8 Rahmen Flachstahl ¡ 40/10/5 mm verschweißt 9 Abdeckblech Stahl verzinkt 10 Stahlrohr verzinkt | 50/50/3 mm 11 Parkett Eiche geklebt Stahlbeton 210 mm

9

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8

1

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1

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9

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249

Metall

1

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2

4

5

6

Vertikalschnitt Erdgeschoss • 1. Obergeschoss Maßstab 1:10

1

2 3

Sicherungsstange: Edelstahlstab Ø 20 mm auf Edelstahlprofil { 80/30/5 mm Regenrinne Edelstahl Eckelement 500/500 mm Trapezblech Edelstahl 56 mm, auf Gehrung verschweißt

4

Trapezblech Edelstahl 56 mm, befestigt mit Edelstahlschrauben Hinterlüftung 44 mm Wärmedämmung Schaumglas 80 mm Stahlbeton 200 mm 5 Stahlrahmen umlaufend 6 Aluminiumklappfenster verspiegelt 7 Befestigung Stahlprofil verzinkt ∑ 100/80/8 mm auf Stahlprofil ∑ 100/50/6 mm 8 Lufteinlass Edelstahlblech geschlitzt 9 Edelstahlprofil durchlaufend 10 Silikonfuge

7

8

9

ee

250

Beispiel 21

Dienstleistungsgebäude Frankfurt am Main, D 2004

Architekten: Dietz Joppien, Frankfurt am Main / Potsdam Mitarbeiter: Matthias Schönau (Projektleiter) Torsten Herzog, Thomas Kahmann, Christian Haber, Joachim Stephan, Nicole Weinbrecht, Sandra Große, Sahra Wolff Tragwerksplanung: TPK, Frankfurt am Main

a

d b d a b

Der »unerforschte Frankfurter Osten«, ein Industriegebiet mit ungeordnet gewachsener Bebauung, gab dem von verschiedenen Mietern genutzten Büro- und Veranstaltungsgebäude seinen Namen »U.F.O.«. Entsprechend andersartig gibt sich der Baukörper, ein introvertierter fünfgeschossiger Monolith mit dreieckigem Grundriss. Ein einziges Fensterformat perforiert seine straßenseitige Sichtbetonfassade in strengem Raster. Lediglich die zur Straßenkreuzung hin gelegene Ecke öffnet sich auf einer Höhe von 8 m und lockt mit einer rot leuchtenden Rampe nach innen. Die 42 m breite, bogenförmige Öffnung wird stützenfrei von der als Vierendeel-Träger wirkenden Fassade überbrückt. Von der Rampe aus führt ein Eingang in den Veranstaltungsbereich im Erdgeschoss, ein anderer in die Obergeschosse mit den Büroräumen, die um einen dreieckigen Innenhof angeordnet sind. Laubengänge erschließen die unterschiedlich großen Gewerbeeinheiten, die nur mit Installationskernen ausgestattet vermietet wurden. Raumaufteilung und Ausbaumaterialien bestimmten die Nutzer selbst. Die tragenden Innenwände und die Innenseiten der straßenseitigen Wände sind weitgehend in Sichtbeton belassen. Die Außenwände unterstreichen die monolithische Erscheinung des Gebäudes. Sie bestehen aus 50 cm dickem Leichtbeton, der ohne Wärmedämmung auskommt. Die Architekten verzichteten vollständig auf Dehnfugen, weitgehend auf Durchankerlöcher und gaben alle Betonier- und Arbeitsfugen sowie sämtliche Aussparungen vor. Jeder Betonierabschnitt wurde direkt auf den vorhergehenden aufgebracht, sodass die Fugen dazwischen zurücktreten und eine durchgehende Fläche entsteht. Zudem haben eine leicht saugende Schalung aus groben Spanplatten sowie eine aufwändige Nachbehandlung zu der leicht strukturierten und rissfreien Oberfläche beigetragen: Für eine gleichmäßige Austrocknung des Betons wurde er drei Wochen lang durch eine aufgesprühte, sich unter UV-Licht zersetzende Folie feucht gehalten. º

Lageplan Maßstab 1:5000 Schnitt Maßstab 1:1000

DBZ 10 / 2004 aa

251

Leichtbeton

1 2 8

3

1

4

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5

6

Vertikalschnitt • Horizontalschnitt Straßenfassade Vertikalschnitt Laubengangfassade über Durchfahrt Maßstab 1:20

7

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6

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Beispiel 21

9 10 1 2 3

Leichtbeton 500 mm Notüberlauf Kies 100 mm Abdichtung Polymerbitumenbahn zweilagig Wärmedämmung 140 mm Gefälledämmung Dampfsperre Leicht-/ Stahlbeton 300 mm 4 Leichtbeton / Stahlbeton, Übergang fließend ineinander gegossen 5 Bodenbelag variabel 30 mm Estrich 45 mm Trennlage Trittschalldämmung 35 mm Leicht-/ Stahlbeton 300 mm 6 Stahlfenster mit Isolierverglasung 7 Bodenbelag variabel 30 mm Estrich 40 mm Trennlage Hohlraumbodenplatten 18 mm Dampfsperre Hohlraumbodenständer Wärmedämmung 120 mm Leicht-/ Stahlbeton 300 mm 8 Trennwandanschluss optional 9 Gehwegplatten anthrazit 400/400/50 mm Mörtelbett 35 mm Drainmatte 20 mm Abdichtung zweilagig Wärmedämmung 100 mm Leicht-/ Stahlbeton 300 mm 10 Laubengang WU-Leichtbeton, Beschichtung / Abdichtung Epoxidharz 11 Geländerpfosten aus gekantetem Blech zusammengesetzt 60/75 mm, auf Fußplatte geschweißt, Oberfläche feuerverzinkt, mit Stahlseilnetz bespannt 12 Betonwerkstein orange pigmentiert 80 mm Sandbett 90 mm Dränschicht 40 mm Abdichtung Polymerbitumenbahn mehrlagig 20 mm Dämmung 120 mm Dampfsperre Stahlbeton 30 mm

6

5

11 7

12

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253

Glas

Erweiterung eines Krankenhauses Veldhoven, NL 2002

Architekten: MVRDV, Rotterdam Winy Maas, Jacob van Rijs, Nathalie de Vries Mitarbeiter: Anet Schurink, Duzan Doepel, Jeroen Zuidgeest, Ebami Tom, Ulrika Connheim, Pieter Kleinmann Glaskonstruktion: Gakon B.V., Wateringen

Das »Gewächshaus« ist ein Erweiterungsbau eines Krankenhauses im holländischen Veldhoven. Es bietet Räumlichkeiten, in denen die Patienten die eigentliche Klinik mit ihren langen Fluren und dem Geruch von Desinfektionsmitteln für einige Zeit vergessen können. Vier unterschiedlich große, eingestellte Boxen mit einem Auditorium, Besprechungsräumen, Büros und einem Informationszentrum sind in dem Glashaus verteilt. Dazwischen ergeben sich Plätze, die – von Bäumen beschattet – als Aufenthaltsbereiche genutzt werden. Der östlich gelegene Platz gehört zu einem Restaurant. Seitlich führen Treppen auf die als Terrassen ausgebildeten Dächer der Boxen, von denen man auf die Kronen der 6 m hohen, aus Florida importierten Olivenbäume sieht. Aus Kostengründen wählten die Architekten als Gebäudehülle eine standardisierte Gewächshauskonstruktion mit einem Tragwerk aus Stahlstützen im Raster von 4,00 ≈ 3,50 m und Fachwerkträgern aus geschweißten Stahlprofilen. Die Seitenwände sind isolierverglast, das Dach decken transparente Polycarbonatplatten. Die Be- und Entlüftung der Halle erfolgt über Öffnungsflügel im Firstbereich und in der oberen Hälfte der Seitenwände. Eine Fußbodenheizung in den Boxen sorgt dafür, dass deren Innenräume ganzjährig voll beheizt sind, während das Gewächshaus eine Zwischentemperaturzone darstellt. Ein unterhalb des Polycarbonatdachs montierter textiler Sonnenschutz schützt im Sommer vor Überhitzung. Die aus Kalksandstein gemauerten Kuben sind wie der Fußboden mit einer besonderen Oberflächenbehandlung versehen: Auf eine Grundierung und eine Zwischenbeschichtung wurde eine dicke Schicht aus weißem Polyurethanharz aufgesprüht, die beim Erhärten breite Risse bildet und dabei die darunter liegende, hellgraue Zwischenbeschichtung sichtbar macht. Eine transparente Siegelschicht schützt die Struktur. Diese so genannte krakelierte Oberfläche soll an die ausgetrocknete, rissige Erde südlicher Länder erinnern. º

254

proarchitectura 02 / 2004

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Beispiel 22

1

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5

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12 6

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Schnitt • Grundriss Maßstab 1:500 Vertikalschnitt Maßstab 1:5

9

1

10

11

PolycarbonatDreistegplatte transparent 16 mm 2 Abdichtung PVC 3 Regenrinne AluminumStrangpressprofil 4 Dichtung EPDM 5 Träger Stahlprofil fi 70/70/4 mm 6 Fassadenriegel Stahlprofil fi 80/50/3 mm 7 Isolierverglasung ESG 4 + SZR 8 + ESG 4 mm 8 Fassadenriegel Stahlrohr ¡ 80/50/3 mm 9 Lüftungsflügel 10 Anpressprofil PVC 50 mm 11 Stütze Stahlrohr ¡ 200/100/8mm 12 Fachwerkträger

bb

255

Naturstein

110 kV Schaltanlage Berlin, D 1999

Architekten: Assmann Salomon und Scheidt, Berlin Mitarbeiter: Frank Kasprusch, Burkhart von Franqué Tragwerksplanung: Hildebrand und Sieber, Berlin Bauherr: BEWAG, Berlin

Die Schaltanlage der städtischen Stromversorgung im Berliner Stadtteil Friedrichshain irritiert durch ihren Maßstab. Alles ist größer als in der vorwiegend gründerzeitlichen Bebauung der Nachbarschaft: Der viergeschossige Bau umfasst nahezu einen kompletten Häuserblock von über 60 m Länge, das Erdgeschoss misst 6 m in der Höhe, die Türen und Fenster 5 bzw. 2,50 m. Nicht zuletzt trägt die vollständig mit großformatigen grauen Basaltplatten verkleidete Fassade zu der strengen Ausstrahlung bei. Trotzdem wirkt das Gebäude nicht abweisend. Durch sieben geschosshohe, schartenartige Öffnungen im Erdgeschoss – von den Architekten als »kleine Neugierden« bezeichnet – kann der Passant sehen, was ihm normalerweise verborgen bleibt: die riesige Schaltanlage. Alle Öffnungen sind frei komponiert und verleihen dem Gebäude Plastizität. Ein haushoher, langer Schlitz betont das Treppenhaus, während die quer liegenden, nischenartigen Fenster in unterschiedlichen Winkeln schräg in die Fassade einschneiden und tiefe Schlagschatten erzeugen. Die Fassadenbekleidung läuft bis in die schrägen Laibungen hinein, die kürzere Seite der im Grundriss dreieckigen Öffnung wird von einer Verglasung geschlossen. Nachts setzt eine hinter den Fenstern liegende Beleuchtung die steinerne Skulptur in Szene. Nicht zuletzt trägt das Fassadenmaterial dazu bei, dass die Flächen trotz ihrer Größe keineswegs monoton erscheinen. Der leicht geschliffene Basalt aus der Eiffel changiert in unterschiedlichen Grautönen und Strukturen. Die Platten verlaufen in 50 cm hohen Bändern in unregelmäßigem, »wildem« Verband und variieren in drei verschiedenen Längen zwischen 110, 130 und 150 cm. º

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Bauwelt 13 / 2000 db 07 / 2000 de Architect 06 / 2002

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Beispiel 23

1

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Grundrisse 3. Obergeschoss • Erdgeschoss • Schnitt Maßstab 1:500 Vertikalschnitte Maßstab 1:20 1 2

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7

9

Traganker Edelstahl Kies Abdichtung Wärmedämmung 160 mm Gefälleestrich Stahlbeton 220 mm 3 Basaltlava geschliffen 40 mm Hinterlüftung 30 mm Wärmedämmung Mineralfaser 80 mm Stahlbeton 250 mm 4 Halteanker Edelstahl 5 Structural Glazing aus ESG 8 mm auf Aluminiumrahmen 6 Aluminiumfenster thermisch getrennt mit Isolierverglasung, 6 + SZR 16 + 6 mm 7 Türkranz Stahlbeton 8 Türverblendung Aluminiumlamellen 9 Aluminiumtür, thermisch getrennt, gedämmt 65 mm 10 Bodenaufbau Treppenhaus: Betonwerkstein 30 mm Mörtelbett 20 mm Zementestrich 55 mm Abdichtung Sohlplatte Stahlbeton 1000 mm

8

10

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Glas

Polizei- und Feuerwache Berlin, D 2004

Architekten: Sauerbruch Hutton, Berlin Matthias Sauerbruch, Louisa Hutton, Jens Ludloff, Juan Lucas Young Mitarbeiter: Sven Holzgreve, Jürgen Bartenschlag (Projektleitung); Lara Eichwede, Daniela McCarthy, Florian Völker (Bauleitung); Marcus Hsu, Konrad Opitz (Wettbewerb) Tragwerksplanung: Arup, Berlin Inmitten einer innerstädtischen Brache an der Spree liegt die Polizei- und Feuerwache für das Regierungsviertel. Der Neubau ergänzt ein Gebäude aus dem 19. Jh., den einzig verbliebenen Bau des ehemaligen Zollhofs auf dem Güterbahnhof Moabit. An die Brandwand des Altbaus angedockt, nutzt der Riegel dessen einhüftigen Seitenflügel zur Erschließung. Im Erdgeschoss finden die Einsatzfahrzeuge Platz. Die oberen zwei Verwaltungsgeschosse sind mit Bändern aus bunten Glasschuppen verkleidet. Die einzelnen Scheiben sind mit einem rückseitigen Siebdruck in 24 verschiedenen Rot- und Grüntönen unterschiedlicher Helligkeit versehen. Der daraus komponierte Farbverlauf des 74 m langen Riegels changiert spannungsreich von der Dominanz der einen Farbe zur andern. Dabei wird sowohl ein Bezug zur jeweiligen Nutzung – rot für die Feuerwehr, grün für die Polizei – als auch zum Ziegel des preußischen Verwaltungsbaus bzw. zu den umliegenden Grünflächen hergestellt. Die einzelnen Gläser sind auf einer Unterkonstruktion aus Aluminium befestigt und vor den Fenstern der inneren Schale als öffenbare Lamellen ausgeführt. Im geschlossenen Zustand als Sonnenschutz dienend, tauchen sie die weiß beschichteten Innenräume in farbiges Licht, sind sie geöffnet, ist hingegen kaum eine Färbung spürbar. º

a

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Detail 10/2004

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258

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Beispiel 24

1

6 7

2

8

9

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3 4

5

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cc

Grundrisse • Schnitte Maßstab 1:750 Horizontalschnitt Glaslamellenfassade Maßstab 1:20

4 5

1 2

6 7 8

3

oberer Glashalter Aluminium beschichtet Glaslamelle ESG 8 mm, Rückseite Siebdruck farbig unterer Glashalter Aluminium beschichtet

Ankerschiene Wärmedämmung Mineralfaser, schwarz kaschiert 120 mm Stahlbeton 250 mm Kalkgipsputz 15 mm Konsole Aluminium beschichtet Aluminiumrohr beschichtet | 40/60 mm Glaslamelle beweglich VSG aus 2≈ 6 mm TVG, Rückseite Siebdruck farbig

9 10 11 12 13

Glashalter beweglich Aluminium beschichtet Schubstange Edelstahlrohr Ø 16 mm zur Steuerung der Öffnungslamellen Halteprofil für Öffnungslamellen, Aluminium beschichtet Holzfenster mit Isolierverglasung 6 + SZR 16 + 6 mm Glaslamelle gebogen ESG 8 mm, Rückseite Siebdruck farbig

259

Glas

1

2

3 4 5 6 7 Vertikalschnitt Glaslamellenfassade Maßstab 1:20 8

1 2

9

3 4 5 10 6 7 8

11 c

c 12

9 10 11 12 13 14 15 16

oberer Glashalter Aluminium beschichtet Glaslamelle ESG 8 mm, Rückseite Siebdruck farbig unterer Glashalter Aluminium beschichtet Ankerschiene Wärmedämmung Mineralfaser, schwarz kaschiert 120 mm Stahlbeton 250 mm Kalkgipsputz 15 mm Konsole Aluminium beschichtet Aluminiumrohr beschichtet | 40/60 mm Glaslamelle beweglich VSG aus 2≈ 6 mm TVG, Rückseite Siebdruck farbig Glashalter beweglich Aluminium beschichtet Schubstange Edelstahlrohr Ø 16 mm zur Steuerung der Öffnungslamellen Halteprofil für Öffnungslamellen, Aluminium beschichtet Holzfenster mit Isolierverglasung 6 + SZR 16 + 6 mm Antriebseinheit für Öffnungslamellen Trockenputzdecke abgehängt, Unterkonstruktion aus Stahlprofilen fi Antriebseinheit für Falttore Falttor gedämmt, beplankt mit Aluverbundpaneelen

13

15

14

16 dd

260

Beispiel 25

Tribünenüberdachung Hamburg, D 1997

Architekten: Schweger + Partner, Hamburg Mitarbeiter: Paul J. Schüler Marc Bogaczynski, Jutta Dülsen, Volker Petters, Gerhard Vester Tragwerksplanung: Sobek + Rieger, Stuttgart

Die Tennisanlage am Hamburger Rothenbaum wurde mit einer flexiblen Dachkonstruktion überbaut, um vor allem bei großen Turnieren von der Witterung unabhängig zu sein. Der Charakter einer Freiluftveranstaltung sollte jedoch erhalten bleiben. Die separat vom Bestand errichtete, über mehr als 100 m frei gespannte Seilkonstruktion gliedert sich in zwei Bereiche: einen 17 m breiten Ring als permanente Tribünenüberdachung und eine 63 m große, bei Bedarf verschließbare Öffnung. Bei beiden Elementen besteht die Dachhaut aus transluzentem, 1,2 mm dickem, PVC-beschichtetem Polyestergewebe. Die im äußeren Randbereich von der Primärkonstruktion abgehängten Dachelemente hingegen sind mit transparenter Fluorkunststofffolie bespannt, um eine bessere Belichtung zu erreichen. Die Konstruktion folgt im Wesentlichen dem Speichenradprinzip. Der äußere Druckring aus Stahlrohren ist über 36 Seilpaare mit dem inneren Zugring verbunden. Dieser setzt sich aus einem oberen und unteren Seilbündel zusammen, die über Luftstützen gespreizt werden. Von dort laufen die Speichenseile weiter zum asymmetrisch angeordnetem Zentralknoten, unter dem die faltbare Membran aufgehängt ist, ohne das Spielfeld durch ihren Schattenwurf zu beeinträchtigen. Diese kann mittels synchron verfahrender Laufwagen innerhalb von fünf Minuten aufgefaltet werden. Bei geschlossenem Dach erfolgt die Entwässerung über eine an den unteren Knotenpunkten der Luftstützen befestigte Regenrinne, aus der das Wasser mittels Tauchpumpen nach außen abgeführt wird. Im geöffneten Zustand wird die zusammengefaltete Dachhaut durch eine transparente Überdachung aus PMMA vor eindringendem Schmutz und Wasser geschützt. º

Dachaufsicht im geschlossenen Zustand • Schnitt Maßstab 1: 2000

Koch, Klaus-Michael (Hrsg.): Bauen mit Membranen. München / Berlin / London / New York 2004 DBZ 01 / 1999 Baumeister 04 / 2002 Schulitz, Helmut C. u.a.: Stahlbau Atlas. München / Basel 1999 aa

261

Membranen

2

4 3 1

5

6

11

12

7

10 9

8

262

Beispiel 25

15

c

c

13

14

16

bb

Isometrie oberer Knoten ohne Maßstab Vertikalschnitte • Horizontalschnitt Maßstab 1:50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13

14 15 16

Stahlseil Ø 87 mm Ringseile 4x Ø 58 mm Umlenkrolle Obergurt Seilbinder, Stahlseil Ø 70 mm Luftstütze Stahlrohr 323,9 x 17,5 mm Stahlseil Ø 16 mm Stahlseil Ø 79 mm Regenrinne Ringseile 4x Ø 79 mm Stahlseil Ø 9 mm Untergurt Seilbinder, 2x Stahlseil Ø 37 mm Fahrantrieb Zentralnabe, Stahlblech ¡ 50 mm Augblech ¡ 40 mm Ring Stahlblech ¡ 40 mm innere Membran, Polyestergewebe 1,2 mm, PVC-beschichtet, gefalteter Zustand

cc

263

Glossar: Physikalische Stoffkenngrößen

Physikalische Stoffkenngrößen Karsten Tichelmann, Patrik Jakob

Mechanische Kenngrößen Rohdichte ρ [kg / m3, kg / dm3] Die Rohdichte ist das volumenbezogene Gewicht eines trockenen Baustoffs einschließlich Poren und Zwischenräumen (Masse pro Volumen). Bei bestimmten Baustoffgruppen, z.B. Beton und Mauerwerk, werden Rohdichteklassen zur Definition der Materialeigenschaften wie Festigkeit oder Wärmeleitfähigkeit verwendet. Die Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von der Rohdichte verschiedener Baustoffe ist in DIN 4108-4 und DIN EN 12524 tabellarisch zusammengefasst. Wichte γ (spezifisches Gewicht) [kN / m3] Das spezifische Gewicht eines Körpers bezeichnet das Verhältnis von Gewichtskraft zu Volumen. Im Unterschied zur Dichte bezieht sich die Wichte auf die Gewichtskraft, nicht auf die Masse, d.h. Dichte und spezifisches Gewicht unterscheiden sich um den Faktor der Fallbeschleunigung g = 9,81 N / kg. Druckfestigkeit fc [N / mm2] Die Druckfestigkeit definiert die maximal aufnehmbare Spannung eines Werkstoffs bei einer Druckbeanspruchung. Sie wird aus dem Quotienten der maximal aufnehmbaren Druckkraft und dem Ausgangsquerschnitt der Werkstoffprobe bestimmt.

Widerstandsmoment des Querschnitts der Werkstoffprobe bestimmt. Die Normung sieht je nach Werkstoff verschiedene Prüfungen zur Ermittlung der Biegezugfestigkeit vor. Spaltzugfestigkeit βSZ [N / mm2] Das Spaltzugverfahren ist eine Methode zur indirekten Bestimmung der Zugfestigkeit von Gesteinen und Baustoffen mit hydraulischen Bindemitteln. Im Gegensatz zur direkten Zugfestigkeit wird ein zylindrischer Körper einer zunehmenden Druckbeanspruchung ausgesetzt, welche Zugspannungen senkrecht zur Druckspannung erzeugt. Überschreiten diese die Kohäsion (Zusammenhangskräfte zwischen Atomen bzw. Molekülen), tritt der Bruch ein. . Elastizitätsmodul E (Young’s Modulus) [N / mm2] Der Elastizitätsmodul ist ein Materialkennwert, der den Zusammenhang zwischen Spannung und Verformung (meist Dehnung) bei mechanischer Beanspruchung eines festen Körpers beschreibt. Er ist als Steigung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens innerhalb des elastischen Bereichs definiert. Der Zahlenwert des Elastizitätsmoduls ist um so größer, je mehr Widerstand ein Material seiner Verformung entgegensetzt. Ein Material mit hohem EModul ist also steif, ein Material mit niedrigem E-Modul weich.

Zugfestigkeit ft [N / mm2] Unter Zugfestigkeit versteht man die maximal aufnehmbare Spannung eines Werkstoffs bei einer Zugbeanspruchung. Sie wird aus dem Quotienten der maximal aufnehmbaren Zugkraft und dem Ausgangsquerschnitt der Werkstoffprobe bestimmt.

Bruchdehnung εB [-] Die Bruchdehnung ist ein Werkstoffkennwert, der angibt, um wie viel Prozent sich ein Material plastisch verformen lässt, bevor es zum Bruch des Festkörpers kommt. D.h. der Zusammenhalt eines Festkörpers wird unter der Wirkung von äußeren Kräften aufgehoben, z.B. durch Zerstörung des inneren Gefüges oder durch Aufhebung des molekularen Verbunds.

Biegezugfestigkeit fm [N / mm2] Die Biegezugfestigkeit ist die maximal aufnehmbare Spannung eines Prüfkörpers bei einer Biegebeanspruchung im Zustand des Versagens. Sie wird aus dem Quotienten des maximalen Biegemoments und dem

Mohs-Härte HM [-] die Mohs’sche Härteskala ist eine relative, zehnstufige Härteskala (Ritzhärte), bei der das nächst härtere Mineral das vorhergehende weichere Mineral ritzt (Abb. E 1.1). Die Skala reicht von 1 (Talk) bis 10 (Diamant).

Mohs-Härte

Referenzmineral

absolute Härte

Bemerkungen

1

Talk

0,03

mit Fingernagel schabbar

2

Halit

1,25

mit Fingernagel ritzbar

3

Kalzit

4,5

mit Kupfermünze ritzbar

4

Fluorit

5

mit Messer leicht ritzbar

5

Apatit

6,5

mit Messer noch ritzbar

6

Orthoklas

7

Quarz

120

8

Topas

175

9

Korund

10

Diamant

37

mit Stahlfeile ritzbar ritzt Fensterglas

härtestes natürlich vorkommendes Mineral; nur von sich selbst ritzbar E 1.1

264

Vickers-Härte HV [N / mm2] Beim Verfahren nach Vickers wird eine vierseitige, regelmäßige Diamantpyramide mit einem Winkel von 136 ° zwischen den gegenüberliegenden Flächen in die Oberfläche des Werkstoffs gedrückt. Wie die Brinell-Härte ergibt sich die Vickers-Härte aus dem Quotient der Prüfkraft und der Eindruckfläche. Druck p [Pa] Der Druck p ist eine physikalische Zustandsgröße und wird in Pascal angegeben. Der Luftdruck ist der hydrostatische Druck der Luft. Er bezeichnet die Gewichtskraft der Luftsäule, die über einer Fläche oder einem Körper steht. In einem Vakuum ist diese Gewichtskraft nicht vorhanden.

Thermodynamische Größen Schmelzpunkt TSM [°C] Unter Schmelzpunkt oder Schmelztemperatur versteht man die Temperatur, bei der ein Stoff schmilzt, d.h. vom festen in den flüssigen Aggregatzustand übergeht. Siedepunkt TS [°C] Als Siedepunkt bzw. Siedetemperatur oder Kochpunkt bezeichnet man die Temperatur, bei der ein Stoff siedet, d.h. sein Dampfdruck gleich dem äußeren Druck ist und er vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht. Wärmeleitfähigkeit λ [W / mK] Die Wärmeleitfähigkeit ist eine spezifische Stoffeigenschaft. Sie gibt den Wärmestrom an, der bei einem Temperaturunterschied von 1 K durch eine 1 m2 große und 1 m dicke Schicht eines Stoffs geht. Je kleiner die Wärmeleitfähigkeit, umso besser ist das Dämmvermögen. Der λ-Wert bezieht sich als Laborwert auf trockene Baustoffe.

1000 140 000

Brinell-Härte HB [N / mm2] Die Härteprüfung nach Brinell wird bei weichen bis mittelharten Metallen wie unlegiertem Baustahl oder Aluminiumlegierungen, bei Holz und bei Werkstoffen mit ungleichmäßigem Gefüge, z.B. Gusseisen, angewendet. Dabei wird eine Stahl- oder Hartmetallkugel mit einer festgelegten Prüfkraft in die Oberfläche des Werkstoffs gedrückt. Nach Brinell misst man die bleibende Eindruckfläche, die durch eine vorgegebene Belastung erzeugt wird. Die Brinell-Härte ergibt sich aus dem Quotient der Prüfkraft und der Eindruckfläche.

Spezifische Wärmekapazität c [J / kgK] Die spezifische Wärmekapazität gibt die benötigte Wärmemenge an, um 1 kg eines Stoffes um 1 K zu erwärmen. Mithilfe der spezifischen Wärmekapazität lassen sich Aussagen treffen, ob sich ein Stoff besser oder schlechter als Wärmespeicher eignet. Je größer der Zahlenwert für c, desto größere Wärmebeträge lassen sich in der gleichen Stoffmasse speichern.

Glossar: Physikalische Stoffkenngrößen

Wärmespeicherfähigkeit QSP [Wh / m2K] Die Wärmespeicherfähigkeit gibt Auskunft über die Fähigkeit von Baustoffen Wärme zu speichern. Sie errechnet sich aus dem Produkt der spezifischen Wärmekapazität c, der Rohdichte ρ und der Dicke d des betrachteten Baustoffs (QSP= c ≈ ρ ≈ d). In der Regel haben Materialien mit hohem Dämmwert eine geringere Speicherfähigkeit als Materialien mit schlechtem Dämmwert. Eine hohe Speicherfähigkeit wirkt sich positiv auf das Raumklima aus, da sie Temperaturspitzen ausgleichen kann und damit zu hohe Temperaturschwankungen vermeiden hilft. Thermischer Längenausdehnungskoeffizient α [K-1] Der thermische Längenausdehnungskoeffizient gibt an, um welchen Betrag sich ein fester Körper im Verhältnis zur gesamten Länge bei einer Temperaturänderung im baupraktischen Bereich (in der Regel - 50 °C bis + 80 °C) von 1 K vergrößert oder verkleinert. Wärmedurchgangskoeffizient U (U-Wert) [W / m2K] Der U-Wert definiert jene Wärmemenge, welche durch 1 m2 eines Bauteils hindurchgeht, wenn der Temperaturunterschied der beiderseits angrenzenden Luftschichten 1 K beträgt und dabei die Wärmeübergangswiderstände zwischen Luftschichten und Bauteilmaterial berücksichtigt werden. Der U-Wert ist zur Ermittlung der Transmissionswärmeverluste erforderlich. Wärmedurchgangswiderstand R [m2K / W] Der Wärmedurchgangswiderstand setzt sich aus dem Wärmedurchlasswiderstand eines Bauteils und den Wärmeübergangswiderständen innen und außen zusammen. Er ist der Kehrwert des Wärmedurchgangskoeffizienten.

Hygrische Stoffeigenschaften

Wasseraufnahmekoeffizient w [kg / m2 h0,5] Der Wasseraufnahmekoeffizient ist eine Maßzahl zur Beschreibung des Wasseraufnahmevermögens von Baustoffen und Beschichtungen, die mit flüssigem Wasser in Kontakt stehen. Durch regelmäßiges Wiegen der betreffenden Proben erhält man eine Kurve für die Wasseraufnahme in Abhängigkeit von der Eintauchzeit. Alternativ wird oft der w24-Wert angegeben, d.h. die ermittelte Wasseraufnahme nach 24-stündigem Eintauchen. Volumenbezogener Feuchtegehalt Ψ [-] Der volumenbezogene Feuchtegehalt ist die prozentuale Angabe des Quotienten aus dem Volumen des verdampfbaren Wassers und dem Volumen des betrachteten Stoffs. Letzteres kann entweder auf den feuchten oder trockenen Zustand bezogen werden. Daher muss der Bezug bei der Angabe des jeweiligen Feuchtegehalts mit aufgeführt werden. Massebezogener Feuchtegehalt u [-] Der massebezogene Feuchtegehalt ist die prozentuale Angabe des Quotienten aus der Masse des verdampfbaren Wassers und der Masse des betrachteten Stoffs. Letztere kann entweder auf den feuchten oder trockenen Zustand bezogen werden. Daher muss der Bezug bei der Angabe des jeweiligen Feuchtegehalts mit aufgeführt werden. Ausgleichsfeuchte [-] (bei 20 °C und 65 % relativer Luftfeuchte) Die gemessene Materialfeuchte zeigt an, wie viel Wasser in Prozent in einem Material vorhanden ist. Ändert sich das umgebende Klima, ändert sich auch der Wassergehalt. Die Materialfeuchte bei 20 °C und 65 % relativer Luftfeuchte, die sich nach einer gewissen Zeit einstellt, wird als Ausgleichsfeuchte bezeichnet. Quell- und Schwindmaß ε [-] Das Quell- und Schwindmaß gibt die prozentuale Volumenänderung des unbelasteten Materials während der Wasseraufnahme bzw. der Austrocknung an. Dabei wird angenommen, dass der Quell- bzw. der Schwindvorgang durch eventuell im Material wirkende Spannungen nicht beeinflusst wird. Bei inhomogenen Werkstoffen wie Holz ist eine Unterscheidung in die drei Hauptrichtungen zu berücksichtigen: tangential, radial zu den Jahresringen und parallel zur Holzfaser.

Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl µ [-] Das Maß für die Dampfdichtheit eines Baustoffs ist die Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl. Sie ist eine Vergleichszahl, die angibt, um wie viel der Widerstand gegen Wasserdampfdiffusion einer Schicht größer ist als in einer gleich dicken Luftschicht. Der Wasserdampfdiffusionswiderstand vieler Baustoffe variiert mit der Änderung von Temperatur und Feuchte. Hieraus resultiert ein unterer und oberer Grenzwert der Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl (z.B. Vollziegel: μ = 5 / 10).

Brandschutztechnische Eigenschaften

Wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke sd (sd-Wert) [m] Die Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl berücksichtigt – ähnlich wie die Wärmeleitfähigkeit – als reine Materialkenngröße noch keine Schichtdicken des Baustoffs. Erst die Multiplikation mit der Dicke des Bauteils stellt den Bezug zum Diffusionswiderstand des Bauteils her, der als diffusionsäquivalente Luftschichtdicke bezeichnet wird (sd = d ≈ μ).

Baustoffklasse [A–B], Brennbarkeitsklasse [A–F] Für die Entstehung und Ausbreitung von Feuer spielt die Brennbarkeit eines Baustoffes eine wesentliche Rolle. DIN 4102-1 teilt Baustoffe entsprechend ihrem Brandverhalten in Baustoffklassen ein. Zur Baustoffklasse A gehören die nicht brennbaren Baustoffe. Baustoffe der Klasse A1 müssen in ihrer Zusammensetzung vollständig unbrennbar sein, während Baustoffe der Klasse A2 in geringem Maße brennbare Bestandteile enthalten dürfen.

Die Klasse B der brennbaren Baustoffe gliedert sich in schwer entflammbare (B1), normal entflammbare (B2) und leicht entflammbare (B3) Baustoffe. Die europäische Normung (DIN EN 13 501-1) unterscheidet für nicht brennbare Baustoffe die Brennbarkeitsklassen A1 und A2. Die brennbaren Baustoffe sind in die Klassen B bis F gegliedert. Das europäische Klassifizierungssystem regelt zusätzlich zum Brandverhalten die Brandnebenerscheinungen. Jeweils drei Klassen mit Angaben zur Rauchentwicklung (smoke release rate: s1, s2, s3) und zur brennenden Abtropfbarkeit (d0, d1, d2) sind festgelegt. Die Klassifizierung kann nach nationaler bzw. europäischer Norm erfolgen (Abb. E 1.2). Im Buch wird wegen noch nicht vollständiger Harmonisierung auf DIN 4102 zurückgegriffen.

Akustische Stoffkenngrößen Längenbezogener Strömungswiderstand r [kPa s / m2] Der längenbezogene Strömungswiderstand ist eine von der Schichtdicke unabhängige Materialeigenschaft für einen schallabsorbierenden Baustoff. Speziell für die Hohlraumdämmung darf der längenbezogene Strömungswiderstand nicht zu gering sein (> 5 kPa s / m2), damit Schallwellen gut absorbiert werden. Schallabsorptionsgrad αs [-] Bei Schwingungen in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern wird ein Teil der Bewegungsenergie irreversibel in Wärme umgewandelt. Diesen Vorgang nennt man Absorption. Der Schallabsorptionsgrad bezeichnet das Verhältnis aus nicht reflektierender und auftreffender Schallenergie. Bei vollständiger Absorption ist αs = 1, bei vollständiger Reflexion ist αs = 0. Der Schallabsorptionsgrad eines Schallabsorbers ist frequenzabhängig und wird mit Terzbandfiltern im Frequenzbereich von 100– 5000 Hz bestimmt. Dynamische Steifigkeit s [MN / m2] Als dynamische Steifigkeit wird der Widerstand einer Feder gegen eine Wechselkrafteinwirkung bezeichnet. Im Allgemeinen ist die dynamische Steifigkeit größer als die Steifigkeit unter statischer Krafteinwirkung. Bei schalldämmenden Systemen wird die Feder z.B. aus dem eingeschlossenen Luftpolster zwischen zwei abdeckenden Schalen oder der elastischen Dämmschicht unter einer Estrichplatte gebildet.

Chemische Stoffeigenschaften pH-Wert [-] Der pH-Wert ist ein Maß für den »Säuregrad« eines Baustoffs. Er entspricht dem negativen dekadischen Logarithmus der Konzentration der H3O+-Ionen. Der neutrale pH-Wert liegt bei 7, Säuren und alkalische Stoffe befinden sich dann im Gleichgewicht. Je niedriger der pHWert, umso größer ist der Säuregehalt eines Baustoffs.

265

Glossar: Physikalische Stoffkenngrößen

Elektrische Stoffeigenschaften Elektrische Leitfähigkeit κ [m / Ω mm2] Die Fähigkeit von Stoffen Strom zu leiten wird durch die Zahl und Beweglichkeit der freien Ladungsträger bestimmt. Die elektrische Leitfähigkeit fester Körper hat bei Raumtemperatur die Variationsbreite von 24 Zehnerpotenzen. Diese Variationsbreite führt zur Einteilung in drei elektrische Stoffklassen: Leiter (Metalle), Halbleiter (z.B. Silizium) und Nichtleiter (Isolatoren, z.B. Keramik) Die elektrische Leitfähigkeit ist der Kehrwert des spezifischen Widerstands.

Optische Stoffgrößen

Reflexionsgrad (Lichtreflexion) ρ [-] Der Reflexionsgrad ist der Anteil des auf eine Oberfläche auftreffenden Lichts, welcher von dieser in die Umgebung zurückreflektiert wird. Bei sehr glatten Oberflächen, z.B. bei Spiegeln, wird Licht einheitlich reflektiert, sodass der Einfallswinkel immer dem Ausfallswinkel entspricht (spiegelnde Reflexion). Wird das Licht in mehrere Richtungen gestreut, spricht man von einer diffusen Reflexion. Emissivität (Emissionsverhältnis) ε [-] Die auf einen Körper fallende Strahlung wird reflektiert, absorbiert oder transmittiert. Ein Körper, der alle auf ihn treffende Strahlung absorbiert, wird »schwarzer Körper« genannt. Technische Oberflächen absorbieren verschiedene Wellenlängen unterschiedlich stark, sie werden als farbige Körper bezeichnet. Mit der Emissivität wird die Wärmeabstrahlung einer Oberfläche im Verhältnis zu einem »schwarzen Körper« bei gleicher Temperatur bezeichnet. Eine geringe Emissivität bedeutet geringe Wärmeabstrahlung.

Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) g [-] Der g-Wert ist der Gesamtenergiedurchlassgrad im Bereich der Wellenlängen von 300–2500 nm. Die Größe ist für klimatechnische Berechnungen notwendig und wird in Prozent ausgedrückt. Der Gesamtenergiedurchlassgrad setzt sich zusammen aus der direkten Transmission von Solarstrahlung sowie aus der Wärmeabgabe der im Glas absorbierten Anteile in Form von Wärmestrahlung und Konvektion nach innen.

Farbwiedergabe (Farbwiedergabeindex) Ra [-] Die Farbwiedergabe wird durch die spektrale Verteilung des Lichts bestimmt. Der Farbwiedergabeindex beschreibt die Eigenschaften, die anhand einer Bezugslichtquelle und diverser Testfarben ermittelt werden. Je höher der Wert für Ra, desto geringer ist die Abweichung der unter der betreffenden Lichtquelle visuell wahrgenommen Körperfarbe von der der Bezugslichtquelle, z.B. des Tageslichts.

bauaufsichtliche Benennung

nicht brennbar schwer entflammbar

kein brenn. Abfallen / Abtropfen

Optische Dichte (Extinktion) E [-] In der Optik ist die Extinktion oder optische Dichte ein Maß für die Abschwächung einer Strahlung (z.B. Licht) in einem Medium. Mit I0 als einfallende Strahlung und I als ausfallende Strahlung (nach dem Durchqueren des Mediums) definiert sich die Extinktion E wie folgt: E = -Ig (I / I0). Die Extinktion ist der negative dekadische Logarithmus des Transmissionsgrades.

kein Rauch

Transmissionsgrad τ [-] Bei der Raumausleuchtung spielt die Transmission der sichtbaren Strahlung (Tageslicht) mit Wellenlängen von 380–780 nm durch transparente Bauteile eine entscheidende Rolle. Als Kennwert wird der Lichttransmissionsgrad angegeben. Dieser drückt den direkt durchgelassenen, sichtbaren Strahlungsanteil im Bereich der Wellenlängen des sichtbaren Lichtes bezogen auf die Hellempfindlichkeits des menschlichen Auges aus. Der Lichttransmissionsgrad angegeben in Prozent ergibt sich aus dem Quotient der einfallenden und ausfallenden Strahlung nach Durchqueren des transparenten Baustoffs.

Zusatzforderungen

Brennbarkeitsklasse nach DIN EN 13501-1

Baustoffklasse nach DIN 4102-1

• • •

• • •

A1 A2 – s1 d0 B, C – s1 d0

A1 A2

• •

B, C – s3 d0 B, C – s1 d2 B, C – s3 d2 D – s3 d0 E D – s3 d2 E – d2 F

B1

normal entflammbar

leicht entflammbar

•

B2

B3 E 1.2

266

Kenngrößen für Beton Nennfestigkeit βWN [N / mm2] Grundlage für die Ermittlung der Nennfestigkeit ist die Druckfestigkeit von Würfeln mit einer Kantenlänge von 20 cm nach 28 Tagen Normlagerung. Die Druckfestigkeit βW28 eines jeden Würfels muss mindestens der Nennfestigkeit βWN entsprechen. Aufgrund der Nennfestigkeit erfolgt die Einstufung in die zugehörige Betonfestigkeitsklasse. Festigkeitsklasse [-] Für die Betonfestigkeitsklassen nach Euro Code 2 gilt eine Doppelbezeichnung, z.B. C 20 / 25. Die erste Zahl bezeichnet die 5 %-Fraktile der Druckfestigkeit eines 30 cm langen Zylindern mit 15 cm Durchmesser, sie ist für die Bemessung maßgebend. Die zweite Zahl bezeichnet die Druckfestigkeit von Würfeln mit 15 cm Kantenlänge. Die 5 %-Fraktile gibt den Wert der Druckfestigkeit an, den die betrachteten Proben mit einer Wahrscheinlichkeit von 5 % unterschreiten. Eignungsprüfung Vor dem Einbau des Betons wird überprüft, ob die geforderten Eigenschaften des Frisch- und Festbetons mit der beabsichtigten Betonzusammensetzung tatsächlich erreicht werden. Dabei müssen die Verhältnisse auf der Baustelle wie z.B. Einbauverfahren und Temperatur berücksichtigt werden. Grundsätzlich werden Konsistenz, Frischbeton-Rohdichte und Druckfestigkeit geprüft, bei Beton B II zusätzlich der w / z-Wert (Wasserzementwert). Alle Prüfungen müssen bei einer Frischbetontemperatur zwischen 15 und 22 °C durchgeführt werden. Um das Ansteifen zu kontrollieren, wird die Konsistenz 10 und 45 Minuten nach Wasserzugabe bestimmt. Bei Verwendung von Transportbeton erfolgt die Eignungsprüfung direkt in der Prüfstelle des Transportbetonwerks. Güteprüfung Während des Betoneinbaus muss eine Güteprüfung den Nachweis erbringen, dass die Zusammensetzung des Betons den Anforderungen entspricht und die geforderten Eigenschaften fortlaufend erzielt werden. Die Güteprüfung bezieht sich dabei auf die Eigenschaften des Frisch- und Festbetons. Zement, Zuschläge und Zusätze – die Ausgangsstoffe des Betons – sind güteüberwacht, d.h. sie unterliegen einer Eigen- und Fremdüberwachung. Bei Transportbeton ist eine Kontrolle der Ausgangsstoffe nicht notwendig, da dies bereits in der Prüfstelle des Transportbetonwerks geschieht. Die einzelnen Betonproben müssen für jeden Probekörper und für jede Prüfung der Konsistenz und des w / z-Wertes aus unterschiedlichen Mischerfüllungen gleichmäßig über die Zeit des Betonierens verteilt entnommen werden. DIN 1048 beschreibt das Prüfverfahren sowie die Herstellung und Lagerung der Probekörper.

Glossar: Physikalische Stoffkenngrößen

Kenngrößen für Bitumen Nadelpenetration [1 / 10 mm] Die Nadelpenetration (Nadeleindringtiefe) beschreibt die Bitumenhärte und gibt die Eindringtiefe einer Nadel mit einem Durchmesser von 1,01 mm bei 25 °C unter einer Auflast von 1,0 N während 5 s Belastungszeit in 1 / 10 mm an. Erweichungspunkt Ring und Kugel [°C] Die Erweichungspunkttemperatur wird gemessen, wenn die Bitumenfüllung eines Rings eine definiert große Verformung durch einen Erwärmungsvorgang unter der Belastung einer Stahlkugel erlitten hat. Brechpunkt nach Fraaß [°C] Als Brechpunkt nach Fraaß wird diejenige Temperatur bezeichnet, bei der eine auf ein Stahlplättchen aufgeschmolzene Bitumenschicht unter festgelegten Bedingungen bei gleichmäßiger Abkühlung bricht oder Risse bekommt, wenn diese gebogen wird.

Kenngrößen für Glas Biegefestigkeit von Glas [N / mm2] Die Biegefestigkeit von Glas ist kein Materialkennwert, ihr Messwert wird durch die Beschaffenheit der Oberflächen beeinflusst. Oberflächenverletzungen führen zu einer Größe

Einheit

Minderung der Biegefestigkeit. Daraus folgt, dass der Begriff Biegefestigkeit nur statistisch über einen zulässigen Wert der Bruchwahrscheinlichkeit definiert werden kann. Bei vorgegebener Spannung hängt die Bruchwahrscheinlichkeit von der Größe der auf Zug beanspruchten Oberfläche und der Dauer der Beanspruchung ab. Temperaturbeständigkeit von Glas [°C] Unter der Temperaturbeständigkeit von Verglasungen fasst man die thermischen Eigenschaften von Gläsern zusammen. Dies ist zum einen die maximale Gebrauchstemperatur von vorgespannten Gläsern ϑmax sowie die Beständigkeit gegen Temperaturdifferenzen Δϑ über die Scheibenfläche. Die bekannten Richtwerte, die auch in verschiedenen Normen niedergelegt sind, resultieren aus Erfahrungen; ein allgemein anerkanntes, praxisgerechtes Prüfverfahren gibt es zurzeit nicht.

Kenngrößen für Metall Elektrochemische Spannungsreihe [-] In der elektrochemischen Spannungsreihe sind Stoffe nach der Stärke ihres Bestrebens angeordnet, Elektronen abzugeben (Reduktionsmittel) bzw. aufzunehmen (Oxidationsmittel). Stoffe, die ein großes Bestreben zur Elektronenabgabe haben (z.B. Natrium), werden mit negativem Vorzeichen

weitere Einheiten

10-24

zepto

z

10-21

atto

a

10-18

f

10-15

piko

p

10-12

nano

n

10-9

Wichte γ

[N / m3]

–

γ = ρ ≈ gErde

Volumen

[cm3]

Temperatur Grad Celsius [°C]

Länge

Fläche

Meter [m]

Quadratmeter [m2]

Mohs’sche Härteskala Klassifizierung des Brandverhaltens physikalische Einheiten und ihre Umrechnung Umrechnungsfaktoren für SI-Vorsätze

y

ρ = γ / gErde

Pascal [Pa]

E 1.1 E 1.2 E 1.3 E 1.4

yokto

–

Druck

Dehngrenze RP [N / mm2] Als Dehngrenze eines Werkstoffs bezeichnet man diejenige mechanische Spannung, die bei einer nichtproportionalen Dehnung zu einer bestimmten plastischen Verformung führt. Die 0,01 %-Dehngrenze bezeichnet man als technische Elastizitätsgrenze. Daneben werden in der Anwendung üblicherweise die 0,2 %-Dehngrenze (RP 0,2) oder die 1 %-Dehngrenze (RP 1,0) bestimmt.

SI-Vorsätze

[kg / m3]

Joule [J]

Streckgrenze Re [N / mm2] Die Streckgrenze gibt die Grenze an, bis zu der duktile Werkstoffe bei einachsigem und momentenfreiem Zug ohne bleibende plastische Verformung gestreckt werden können. Bei Überschreiten der Streckgrenze kehrt das Material nach Entlastung nicht mehr in die ursprüngliche Form zurück, d.h. es verbleibt eine plastische Probenverlängerung. Für technische Werkstoffe wird in der Regel nicht die Streckgrenze, sondern die 0,2 %-Dehngrenze RP 0,2 angegeben.

Beziehung zwischen den Einheiten

Dichte ρ

Energie

dargestellt, Stoffe mit einem großen Bestreben Elektronen aufzunehmen (z.B. Chlor) erhalten ein positives Vorzeichen.

gErde = 9,81 N / kg

Zeichen

Faktor

Wattsekunde [Ws] Kilowattstunde [kWh] Kalorie [cal] Elektronenvolt [eV] Steinkohleeinheit [SKE]

1 J = 1 Ws 1 J = 2,778 ≈ 10-7 kWh 1 J = 0,239 ≈ cal 1 J = 6,242 ≈ 1018 eV 1 J = 3,412 ≈ 10-7 SKE

femto

mikro

μ

10-6

Bar [bar] Atmosphäre [atm] Pfund pro Quadratzoll [psi]

1 Pa = 10-5 bar 1 Pa = 9,87 ≈ 10-6 atm 1 Pa = 145 ≈ 10-6 psi

milli

m

10-3

zenti

c

10-2

dezi

d

10-1

Liter [l] US Barrel [bbl] UK Barrel [bbl] US Gallonen [gal] UK Gallonen [gal]

1000 cm3 = 1 Liter 1 Liter = 6,290 ≈ 103 US-bbl 1 Liter = 6,285 ≈ 103 UK-bbl 1 Liter = 0,264 US-gal 1 Liter = 0,220 UK-gal

deka

da

101

hekto

h

102

kilo

k

103

mega

M

106

Kelvin [K] Grad Fahrenheit [°F]

TCelsius = TKelvin -273,15 TCelsius = (TFahrenheit -32) / 1,8

giga

G

109

tera

T

1012

Inch [in] Fuß [ft]

1 m = 39,370 in 1 m = 3,281 ft

peta

P

1015

exa

E

1018

Square inch [in2] Square foot [ft2]

1 m2 = 1550 in2 1 m2 = 10,764 ft2

zetta

Z

1021

yotta

Y

1024

E 1.3

E 1.4

267

Glossar: Schadstoffe

Schadstoffe Alexander Rudolphi

Durch zahlreiche öffentliche Meldungen über gesundheitliche Beeinträchtigungen, z.B. durch Holzschutzmittel oder Asbest, sind Schadstoffe in den letzten Jahrzehnten in das Bewusstsein der Bauherren und Nutzer gerückt und zu einem wichtigen Planungsaspekt für Architekten geworden. Die geläufigsten Schadstoffe finden sich in Altbauten und unterliegen national unterschiedlichen Verbotsregelungen. Einige Biozide wie DDT oder PCP wurden in den westeuropäischen und skandinavischen Ländern schon in den 1960er-Jahren verboten, während sie in den osteuropäischen Ländern und der ehemaligen UdSSR bis in die 1990er-Jahre eingesetzt wurden. Selbst Gefahrstoffe wie Asbest, deren Verwendung in Europa und den USA in den 1980er-Jahren stark eingeschränkt wurde, werden in Osteuropa und vor allem in den Entwicklungsländern sowie in China im Baugewerbe heute noch eingesetzt. Gleiches gilt für PAK mit dem kanzerogenen Stoff BaP als Leitkomponente, die in Westeuropa bis in die 1960erJahre in Bodenklebern, Holzschutzmitteln oder Asphaltbelägen enthalten waren. Diese Stoffe wurden in den 1980er-Jahren problematisiert und in den 1990er-Jahren in den westlichen Industrieländern in Bauprodukten weitgehend ausgeschlossen. Häufig finden sich bestimmte Schadstoffe sehr ländertypisch und zeitbezogen. So wurden in der ehemaligen DDR Phenole und Kresole als Reststoffe aus der chemischen Industrie als Bindemittel in Bodenbeschichtungen und Leichtestrichen eingesetzt. Der Umgang mit Altbauten erfordert daher eine exakte standort- und altersbezogene Analyse der vorhandenen Substanz. Dabei ist insbesondere auf die länderspezifisch unterschiedlichen Bewertungs- und Beseitigungsregeln zu achten. Im Unterschied zu erkannten und zumeist gesetzlich eingeschränkten Schadstoffen zeichnen sich moderne Risikostoffe dadurch aus, dass schädliche Wirkungen zwar vermutet, aber noch nicht nachgewiesen sind. Sie unterliegen daher (noch) keinen Einschränkungen und sind in zahlreichen Bauprodukten enthalten. Risikostoffe sind daher vor allem bei Neubaumaßnahmen zu beachten. Ein typischer Vertreter dieser Gruppe ist Naphtalin. Ursprünglich eine verbreitete Haushaltschemikalie, wurde der Einsatz in Leimen und Holzwerkstoffen in den letzten Jahrzehnten in der Bundesrepublik nach und nach begrenzt. Aktuelle Neubewertungen des kanzerogenen Potenzials in der EG werden hier zu weiteren Beschränkungen führen, wobei der Schadstoff nach wie vor eingesetzt wird. Veränderte Bewertungen sind auch durch die 1998 eingeführte europäische Biozid-Produkte-Richtlinie (BPR 98 / 8 / EG) zu erwarten. Mit dieser Richtlinie wurden u.a. alle Hersteller von Bauprodukten zur Deklaration von Bioziden in Holzschutzmitteln oder Konservierungsstoffen aufgefordert. Auch diese Biozide unterliegen zurzeit einer Neubewertung, d.h. es ist mit einzelnen neuen Verboten zu rechnen. Arsen Im reinen Zustand ein metallisch grauer, ungiftiger Feststoff, wurde Arsen in der besonders toxischen dreiwertigen Form von Arsen(III)oxid (Arsenik, Arsentrioxid) als

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Pestizid, in Form von Kupferarsenit zur Schädlingsbekämpfung und als Insektizid in Holzschutzmitteln eingesetzt. Die Verwendung von Arsensalzen (Arsenaten) ist seit 1963 in Deutschland verboten, von Arsenverbindungen allgemein seit 1974. In der EU wurde die Verwendung seit 1967 bis zur letzten Anpassung 2003 durch eine EU-Richtlinie eingeschränkt. Asbest Asbest ist eine Sammelbezeichnung für faserige Minerale aus Magnesiumsilikat, Eisen-, Kalzium-, Aluminium- und Siliziumdioxid. Je nach chemischer Zusammensetzung werden drei Hauptformen unterschieden: Fasern aus Serpentin (Chrysotil), aus Amphibolen (Actinolit, Amosit, Anthophyllit, Tremolit) und aus Hornblende. Asbest erwies sich im Bauwesen zunächst als hervorragender Baustoff mit wünschenswerten Eigenschaften (unbrennbar, chemisch beständig, elektrisch und thermisch isolierfähig, elastisch und zugfest). Aus diesem Grund ist es in Altbauten aus der Zeit zwischen 1950 und 1990 häufig anzutreffen, vor allem als Brandschutz oder Faserbewehrung. Die größte praktische Bedeutung für Bauprodukte hat Chrysotil. Die toxische Wirkung beruht auf der Geometrie der mineralischen Fasern, so genannten lungengängigen Fasern von 5–500 μm Länge und 1–3 μm Dicke (WHO-Definition). Diese sind in der Lungenflüssigkeit nicht löslich und verursachen Lungenkrebs (Asbestose). Nach der Asbestverordnung 1991 sind Einfuhr, Anwendung und Produktion in der Bundesrepublik weitgehend verboten. Werden in betroffenen Gebäuden Abbruch-, Sanierungs- oder Instandsetzungsarbeiten (ASI-Arbeiten) durchgeführt, müssen zum Schutz der Arbeiter, der Bevölkerung und der Umwelt gesetzliche Bestimmungen der Gefahrstoffverordnung (TRGS 519) eingehalten werden. Schwach gebundene Anwendungen wie z.B. Rohrummantelungen, Dichtungen oder Brandschutzmatten werden darin kritischer bewertet als fest gebundene Anwendungen wie Putze oder faserverstärkte Zementprodukte wie Dachund Wandplatten, Rohre und Bodenplatten. Biozide Als Sammelbezeichnung umfassen Biozide (Pestizide) unter anderem Fungizide (Gifte gegen Pilze), Herbizide (Gifte gegen Pflanzen) und Insektizide (Gifte gegen Hautflügler). Sie werden zur Bekämpfung tierischer und pflanzlicher Schädlinge z.B. in Holzschutzmitteln, Textilbelägen, zum Schutz gegen Schimmelbefall oder als Konservierungsstoffe in Dispersionsbeschichtungen eingesetzt. DDT Dichlordiphenyldichlorethan, ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen mit den Beiprodukten DDD und DDE, ist ein synthetisches Insektizid, das heute noch in vielen Ländern verwendet wird. In Deutschland ist es allerdings seit 1972 durch das Gesetz über den Verkehr mit DDT verboten. DDT wirkt überwiegend ökotoxisch (umweltschädigend) auf Boden-, Luft- und Wasserlebewesen. Für den Menschen wurden chronische Gesundheitsschäden beobachtet. Die Substanzen können zu Lungenödemen führen und Leber, Nieren, Herz, Knochenmark sowie das Nervensystem schädigen. Im Bauwesen wurde DDT als Wirkstoff in ∫ Holzschutzmitteln eingesetzt. Dioxine, Furane Dioxine und Furane beschreiben eine in der Natur weit verbreitete Gruppe organischer Verbindungen mit einem zweifachen Benzolringsystem mit zusätzlichen Sauerstoffverbindungen. Umgangssprachlich werden mit Dioxinen ca. 75 teilweise hochgiftige polychlorierte (und polybromierte) Dibenzodioxine (PCDD) bezeichnet. Entsprechend werden mit Furanen polychlorierte (und polybromierte) Dibenzofurane (PCDF) benannt. In der Dioxin-Verordnung wurden 1993 in Deutschland Grenzwerte für 17 dieser Substanzen festgelegt. Im Bauwesen ergibt sich eine Gefährdung hauptsächlich bei der Entstehung und Beseitigung von belasteten Brandrückständen, wenn die Halogene Chlor und Brom als Additive in Kunststoffen (z.B. als Flammschutzmittel) beteiligt waren. Das Risiko kann nur durch die Vermeidung entsprechender Produkte reduziert werden.

FCKW Fluorchlorkohlenwasserstoffe rufen eine massive ozonschädigende Wirkung hervor. Das Herstellen, Inverkehrbringen und in bestimmten Fällen die Verwendung einiger FCKW wurde in Deutschland 1991 durch die FCKWHalon-Verbotsverordnung untersagt. FCKW werden als Treibmittel für Dämmschäume und als Kühlmittel eingesetzt. Die Verordnung beschränkt sich jedoch auf 17 Stoffe wie z.B. Trichlorfluormethan (R11), Dichlordifluormethan (R12) oder Chlortrifluormethan (R 13). Dort nicht berücksichtigte technisch verwendete Stoffe wie H 1201 Halon oder R 134a FCKW besitzen jedoch ebenfalls das 6300- bzw. 3300-fache Treibhauspotenzial im Vergleich zu CO2 und sollten daher gemieden werden. Das Entsorgen FCKW-haltiger Kühlsysteme darf nur durch zertifizierte Fachfirmen erfolgen. FCKW-haltige Kältemittel mit einem Massegehalt von mehr als 1 % dürfen nicht mehr verwendet werden. Bereits eingebaute FCKWhaltige Dämmaterialien müssen jedoch nicht entfernt werden. Allerdings ist bei der Entsorgung darauf zu achten, dass sie in manchen Regionen in Deutschland als besonders überwachungsbedürftiger Abfall eingestuft werden und gesondert entsorgt werden müssen. Formaldehyd Das farblose Gas mit der chemischen Bezeichnung Methanal ist eine einfache Verbindung aus Kohlen-, Sauer- und Wasserstoff. Der zu den ∫ VOC gehörende Stoff ist sehr reaktionsfreudig, riecht stechend und ist leicht löslich in Wasser. Der Kontakt mit Formaldehyd führt beim Menschen zu Symptonen wie Augenreizungen, Bronchialproblemen und Kopfschmerzen. Im Bauwesen ist der Einsatz von Formaldehyd vor allem als Bindemittel in Holzwerkstoffplatten bekannt, aus denen es noch nach 20 Jahren ausgasen kann. Des Weiteren wird es für Kunstharze, Beschichtungen oder chemische Zusätze, z.B. in Fließestrichen, verwendet. Aufgrund der massiven und häufigen Krankheitsbilder ist der Formaldehydgehalt in neuen Holzwerkstoffplatten in Deutschland durch die Chemikalien-Verbotsverordnung von 1996 und die Formaldehyd-Richtlinie (DIBt-Richtlinie 100) begrenzt. Für Raumluftwerte in Aufenthaltsbereichen gelten folgende Richtwerte: • Richtwert des BGA / UBA 1977 / 1990: 0,1 ppm (entspricht 120 μg / m3) • Sanierungszielwert: 0,05 ppm (entspricht 60 μg / m3) Holzschutzmittel Organische Holzschutzmittel enthalten Pestizide und Fungizide. Die wichtigsten gesundheitlichen Belastungen treten durch ∫ PAK, ∫ DDT, ∫ PCP, Lindan oder Xylasan auf, deren Verwendung in Deutschland heute verboten ist. Moderne organische Schutzmittel enthalten spezifischer wirkende Substanzen wie Propiconazol, Dichlofluanid oder Flufenoxuron. Holzschutzsalze enthalten überwiegend Borsalze und Borate sowie Kupfer- und Chromsalze. Insgesamt werden ca. 60 unterschiedlich toxische Substanzen verwendet. Natürlich sind auch die modernen Schutzmittel gesundheitsgefährdend; die Risiken unkontrollierter Schäden sind jedoch bei sorgfältiger, bestimmungsgemäßer Anwendung deutlich geringer als in der Vergangenheit. Alte Schutzbehandlungen sind grundsätzlich zu analysieren und zu bewerten. Die Belastungen sind regional sehr unterschiedlich; in der ehemaligen DDR und in osteuropäischen Ländern werden Belastungen in Dachstühlen bis zu 10 000 mg (= 10 g) DDT pro Kilogramm Holzsubstanz an der Oberfläche gefunden. KMF Künstliche mineralische Fasern werden aus Gesteinsoder Glasschmelzen hergestellt. In größeren Mengen werden sie vor allem im Brand-, Schall- und Wärmeschutz eingesetzt. Ähnlich wie Asbest enthielten KMFProdukte bis etwa 1995 abgespaltene Fasern einer kritischen Abmessung (Durchmesser: < 3 μm, Länge: > 5 μm, Verhältnis Länge / Durchmesser: > 3), die in die Lungenbläschen eindringen und Krebs sowie andere Lungenerkrankungen hervorrufen. Verstärkt wird dieses Risiko durch Fasern, die sich in der Lungenflüssigkeit nicht auflösen und sich mit der Zeit anreichern können. KMFFasern mit diesen Eigenschaften werden in Deutschland

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durch die Gefahrstoffverordnung seit 1995 als krebserregende Stoffe eingestuft (TRGS 905). Die Bewertung erfolgt anhand der Biobeständigkeit (Löslichkeit), die u.a. durch die Rezeptur der Schmelzen beeinflusst wird. Als Maß wurde der so genannte Kanzerogenitätsindex KI eingeführt. Stoffe mit einem • KI < 30 gelten als krebserzeugend, • KI 30–40 stehen unter Verdacht auf krebserzeugendes Potenzial, • KI > 40 werden als nicht krebserzeugend eingestuft. Bei KMF-Produkten aus der Zeit vor 1995 muss immer von krebserzeugenden Eigenschaften ausgegangen werden. Beim Umgang mit diesen KMF sind die länderspezifischen Arbeitsschutzregelungen zu beachten. MKW Mineralkohlenwasserstoffe bezeichnen die Gruppe der aus Erdöl oder Kohle gewonnenen flüssigen Destillationsprodukte. Ölbelastungen (Diesel, Heizöl, Schmieröl) in Wohngebäuden sind schon aus hygienischen Gründen nicht erwünscht, und bei Kontaminationen jüngeren Datums kommt es zu starken Geruchsexpositionen. Außerdem führen ölbelastete mineralische Bauteile zu enormen baulichen Schwierigkeiten, da Öl Materialien trennt und somit die Haftung zerstört. Als unbedenklich gilt ein MKW-Gehalt von weniger als 100 mg pro Kilogramm Baustoff. Ab einer Belastung von 1000 mg / kg Öl im Baustoff handelt es sich bei einem Abriss um besonders überwachungsbedürftige Bauabfälle. Ölbelastete Bauteile oder Materialien sollten grundlegend aus Innenräumen entfernt werden. MVOC Microbial volatile organic compounds sind flüchtige bioorganische Verbindungen – Alkohole, Ketone, Ester und aromatische Verbindungen – aus dem Stoffwechsel von Pilzen, u.a. aus Schimmelpilzen. Vor allem in Innenräumen werden MVOC belastende Effekte für die Gesundheit zugeschrieben. Die MVOC-Spektren vieler Schimmelpilze sind noch nicht abschließend untersucht. Ein Sanierungs- und Handlungsbedarf ergibt sich jedoch bereits aufgrund der mit dem Vorkommen von MVOC zwangsläufig verknüpften Anwesenheit von Schimmelpilzen. PAK Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe sind eine Gruppe von mehr als 100 Einzelverbindungen, die bei der Erhitzung bzw. Verbrennung von organischen Materialien unter Sauerstoffmangel entstehen, etwa durch Auto-

abgase oder industrielle Prozesse. Sie treten nie als Einzelstoffe, sondern immer in Form komplexer Gemische auf. Messungen in Feststoffen umfassen in der Regel 16 einzelne PAK, die von der amerikanischen Umweltbehörde EPA festgelegt wurden; als Leitstoff gilt das BaP (Benzo-a-pyren). In hohen Konzentrationen sind PAK meist in Produkten enthalten, die unter Verwendung von Steinkohlenteeren, - ölen und -pechen hergestellt werden. Dazu gehören Carbolineen, Asphalt-Fußbodenplatten und Teerkleber. Auch Bitumen, das durch eine schonende Aufbereitung von Erdöl entsteht, enthält PAK – allerdings nur in Spuren, sofern keine Mischung mit Teer vorliegt. Als besonders kritisch sind Anstriche auf Teerölbasis zur Abdichtung (Basisabdichtung, Nassräume, Dächer), teerölgetränkte Pappen (Dachpappen, Isolationspappen für Starkstromkabel und Heizungsrohre), Kleber für Parkett, Gussasphalt sowie Holzschutzmittel einzustufen. Zahlreiche PAK wirken nachweislich krebserzeugend, mutagen, immuntoxisch, lebertoxisch und schleimhautreizend. PCP Pentachlorphenol, eine Verbindung aus der Gruppe der Chlorphenole, ist im Normalzustand ein farbloser Feststoff und wirkt fungizid. Bis es 1989 in Deutschland verboten wurde, fand es in Desinfektions- und ∫ Holzschutzmitteln Verwendung. In anderen Ländern wird es in der Textilund Kosmetikindustrie immer noch eingesetzt. PCP wirkt ökotoxisch. Für den Menschen ist eine Toxizität beobachtet, aber noch nicht abschließend bewertet. Die Substanzen können zu Lungenödemen führen sowie Leber, Nieren, Herz und Knochenmark schädigen. Zudem sind sie neurotoxisch. PCB Polychlorierte Biphenyle, eine Gruppe von 209 chemischen Verbindungen aus Biphenyl und Chlor (so genannte PCB-Kongenere), werden seit ca. 1929 künstlich hergestellt. Wegen ihrer technisch interessanten Eigenschaften – schwer entflammbar, beständig und widerstandsfähig gegen Säuren und Laugen – wurden sie vielfältig verwendet, z.B. als elektrische Isolatoren in Transformatoren und Kondensatoren, als Weichmacher in Kunststoffen, in Dichtungsmaterialien für Gebäudedehnfugen sowie in Hydraulikanlagen. Die Produktion und Verwendung von PCB wurde nach schweren Massenvergiftungen (1968 Japan, 1969 Taiwan) 1989 in Deutschland mit wenigen Ausnahmen verboten (PCB-Verbotsverordnung, heute Gefahrstoffverordnung). Die Verwendung PCB-haltiger Kondensatoren wurde allerdings erst 2000 grundsätzlich untersagt, sodass sie auch in moderneren Gebäuden zu

finden sind. Bis spätestens 2011 müssen PCB und PCBhaltige Geräte bis auf wenige Ausnahmen beseitigt werden. Radon Radon ist ein Edelgas mit ausschließlich radioaktiven Isotopen. Als Zwischenprodukt der Zerfallsreihen von Uran und Radium tritt es natürlicherweise aus dem Boden aus und dringt von unten in Gebäude ein. Vor allem in neueren, aus Gründen der Energieeinsprung besonders dicht gebauten Häusern reichert sich das Radon in der Raumluft an und kann Lungenkrebs verursachen. Die Bodenbelastungen sind geographisch sehr unterschiedlich; sie können in Deutschland einem Radonkataster des Bundesamts für Strahlenschutz entnommen werden. Betroffene Gebäude müssen von unten entsprechend mit einer radondichten Kunststoff- oder Bitumenbahn abgedichtet werden. Bei einer Raumbelastung von mehr als 250 Bq / m3 sollten Schutzmaßnahmen ergriffen werden. Dabei sind die Kellergeschosse zu den Obergeschossen dichter abzuschließen und separat zu belüften. VOC Volatile organic Compounds sind lösliche (und damit emissionsfähige) organische Substanzen. Nach ihrem Siedepunkt unterscheidet man verschiedene Gruppen: • VVOC (very volatile organic compounds): 0–50 °C • VOC: 50–250 °C • SVOC (semi volatile organic compounds): 250–380 °C • TVOC (total volatile organic compounds): Summe aller Gruppen Damit werden alle Substanzen von leicht flüchtigen organischen Lösemitteln bis zu schwer flüchtigen Weichmachern aus Kunststoffen, Fettsäuren usw. berücksichtigt. Bei dem üblichen Messvorgang werden ca. 160–180 Einzelsubstanzen ausgewertet. Die Gruppeneinteilung der TVOC erfolgt entsprechend der chemischen Stoffgruppenbezeichnungen (Abb. E 2.1). Nach einer Empfehlung des Umweltbundesamts in Deutschland soll für die Gesamtkonzentration von TVOC im Innenraum ein Wert unter 0,3 mg / m3 Raumluft angestrebt werden. In neu erstellten Gebäuden sollte die TVOC-Konzentration im ersten Jahr 1–2 mg / m3 nicht überschreiten. Davon ausgenommen sind einzelne Substanzen innerhalb der VOC, die einer spezifischen Regelung durch die Empfehlungen zu Richtwerten für die Innenraumluft (RWI-Werte) der Innenraumluft-Kommission in Deutschland unterliegen – z.B. Naphtalin, Styrol, Toluol oder Dichlormethan.

VOC – Substanzklasse

häufigste Emissionsquellen

Aliphaten

alle lösemittelhaltigen Produkte wie Lacke und Kleber; Testbenzin und Verdünner; Reinigungsmittel, Teppichböden, Isoaliphaten in Naturharzlacken

Aromaten

lösemittelhaltige Produkte wie Nitro-, Kunstharzlacke und Kleber; Verdünner, Teppichböden

Styrol

Dämmstoffe, Beschichtungen auf Basis ungesättigter Polyesterharze, Teppichböden, Lacke

Heterocyclen

Kunstharzlacke, Lösemittel, Teppichböden

Halogenkohlenwasserstoffe

Abbeizer, Treibmittel in Dämmstoffen

Terpene

Holz, Holzwerkstoffe, Naturharz-, Alkydharz-, Einbrennlacke

Aldehyde

trocknende Öle, Alkydharze, Linoleumbodenbeläge

Formaldehyd

Holzwerkstoffe, Lacke, Harnstoff-Formaldehydschäume, Dämmstoffe, Spachtelmassen, Möbel, Textilien

Ketone

Produkte auf Wasser- und auf Lösemittelmittelbasis wie Lacke, Kleber und Abbeizer

Alkohole und Ester einwertiger Alkohole

Produkte auf Wasser- und auf Lösemittelmittelbasis wie Lacke, Kleber und Abbeizer; PUR-Schäume, Reparaturspachtelmassen

Glykole

Produkte auf Wasserbasis wie Acryllacke, Kleber, Fugendichtungsmaterialien; Einbrennlacke, Holzbeizen, Dispersionsfarben, als Weichmacherzusätze in verschiedenen in Kunststoffen, Holzbeizen

Pyrrolidonderivate

Abbeizer, Lacke, Wasserlacke

trimere Isobutene

Teppichböden (Schaumrücken), alle kautschukhaltigen Produkte

Phthalate

Weichmacher in Latexfarben, Farben, Kleber, Lacke, Weich-Bodenbeläge, Teppichböden, Kunststoffen

Biozide

Holzschutzmittel, Naturstoffbeläge, Leder, Teppichböden

Flammschutzmittel

Teppichböden, textile Ausstattungen, Brandschutzanstriche E 2.1

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Verordnungen, Richtlinien, Normen

Verordnungen, Richtlinien, Normen Die EU hat für eine Anzahl von Produkten Richtlinien erlassen, um insbesondere Sicherheit und Gesundheit der Anwender zu gewährleisten. Diese Richtlinien müssen in den Mitgliedsstaaten in verbindliche Gesetze und Verordnungen umgesetzt werden. Die Richtlinien selbst enthalten keine technischen Details, sondern nur verbindliche grundlegende Anforderungen. Die technischen Werte dafür sind in zugeordneten technischen Regeln und in Form von europaweit harmonisierten Normen (EN-Normen) festgelegt. Allgemein stellen technische Regeln Arbeitshinweise und Hilfsmittel für den Arbeitsalltag dar. Sie sind keine Rechtsvorschriften, sondern geben Entscheidungshilfen, bilden eine Richtschnur für einwandfreies technisches Vorgehen und / oder konkretisieren Inhalte von Verordnungen. Grundsätzlich steht die Anwendung der technischen Regeln jedermann frei. Erst wenn diese in Gesetzen, Verordnungen oder Vorschriften vorgesehen sind, werden sie rechtsverbindlich (z.B. im Baurecht) – oder wenn vertraglich die Verbindlichkeit einzelner Normen zwischen den Vertragspartnern festgelegt wird. Zu den technischen Regeln gehören u.a. DIN-Normen, VDI-Richtlinien und die als Regeln der Technik bezeichnenten Werke (z.B. Technische Regeln für Gefahrstoffe TRGS). Die Normen unterscheiden sich in Produkt-, Anwendungs- und Prüfnormen. Oftmals beziehen sie sich nur auf eine spezifische Material- oder Produktgruppe. Diesen Normen liegen entsprechende Prüf- und Rechenmethoden für die jeweiligen Materialien zugrunde. Grundsätzlich gilt immer die neueste Version einer Norm, die dem Stand der Technik entsprechen soll. Eine neue oder überarbeitete Norm wird in Form eines Normentwurfs öffentlich zur Diskussion gestellt, um später als Norm verabschiedet zu werden. Welchen Ursprung und Einflussbereich eine Norm hat, lässt sich aus ihrer Bezeichnung ersehen: DIN plus Zählnummer (z.B. DIN 4108) besitzt überwiegend nationale Bedeutung (Entwürfe werden mit »E« und Vornormen mit »V« gekennzeichnet). Bei DIN EN plus Zählnummer (z.B. DIN EN 572) handelt es sich um die deutsche Ausgabe einer europäischen Norm, die unverändert von der europäischen Normungsorganisation CEN übernommen wurde. Bei DIN EN ISO (z.B. DIN EN ISO 18 064) spiegelt sich der nationale, europäische und weltweite Einflussbereich wider. Auf Grundlage einer Norm der internationalen Normungsorganisation ISO wurde eine europäische Norm erarbeitet, die als DIN-Norm übernommen wurde. Bei DIN ISO (z.B. DIN ISO 21 930) handelt es sich um eine unveränderte Übernahme einer Norm der ISO als nationale Norm. Die nachfolgende Zusammenstellung ist eine Auswahl von Verordnungen, Richtlinien und Normen, die den Stand der Technik für Baustoffe und Baustoffanwendungen widerspiegelt (September 2005).

Teil A

Material und Architektur

Der kritische Weg zur nachhaltigen Bauweise SIA Dokumentation D 0123 – Hochbaukonstruktion nach ökologischen Gesichtspunkten. SIA Dokumentation D 0200 SNARC – Systematik zur Beurteilung der Nachhaltigkeit von Architekturprojekten für den Bereich Umwelt. 2004 SIA 480 Wirtschaftlichkeitsrechnung für Investitionen im Hochbau. 2004 Kriterien für die Auswahl von Baustoffen DIN EN ISO 14 040 Umweltmanagement. Ökobilanz. Prinzipien und allgemeine Anforderungen. 1997-8 DIN EN ISO 14 041 Umweltmanagement. Ökobilanz. Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens sowie Sachbilanz. 1998-11 DIN EN ISO 14 042 Umweltmanagement. Ökobilanz. Wirkungsabschätzung. 2000-7

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DIN EN ISO 14 043 Umweltmanagement. Ökobilanz. Auswertung. 2000-7 ISO 21 930: Sustainable Building – Environmental Declaration of Building Products ISO 21 931: Sustainable Building – Assessment of Impact from Buildings ISO 21 932: Buildings and constructed Assets – Terminology related to Sustainability DIN 276 Kosten im Hochbau. 1993-6 DIN EN 13 829 Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden. Bestimmung der Luftdurchlässigkeit von Gebäuden. 2001-1 DIN EN ISO 10 211 Wärmebrücken im Hochbau. Wärmeströme und Oberflächentemperaturen. 1995-11 DIN EN ISO 7730 Gemäßigtes Umgebungsklima. Ermittlung des PMV und des PPD und Beschreibung der Bedingungen für thermische Behaglichkeit. 1995-9 SIA 180 Wärme- und Feuchteschutz im Hochbau. 1999 DIN V ENV 13 419 Bauprodukte. Bestimmungen der Emission von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC). 1999-10 ISO / TC / 59

Teil B

Baustoffeigenschaften

Naturstein DIN 4108 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden. 2003-7 DIN EN 12 524 Wärme- und feuchteschutztechnische Eigenschaften. Tabellierte Bemessungswerte. 2000-7 Lehmbaustoffe DIN 4022-3 Baugrund und Grundwasser. Benennen und Beschreiben von Boden und Fels. Schichtenverzeichnis für Bohrungen. 1982-5 DIN 52 611 Bestimmung des Wärmedurchlasswiderstandes von Bauteilen. 1991-1 DIN 52 612 Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit mit dem Plattengerät. Wärmedurchlasswiderstand. 1979-9 Keramische Baustoffe DIN 105 Mauerziegel. 1984-5 DIN 4172 Maßordnung im Hochbau. 1955-7 DIN 278 Tonhohlplatten (Hourdis) und Hohlziegel. 1987-9 DIN 4159 Ziegel für Decken und Vergusstafeln. Statisch mitwirkend. 1999-10 DIN 4160 Ziegel für Decken. Statisch nicht mitwirkend. 2000-4 DIN EN 539 Tondachziegel für überlappende Verlegung. 1998-7 DIN EN 295 Steinzeugrohre und Formstücke sowie Rohrverbindungen für Abwasserleitungen und -kanäle. 1999-5 DIN EN 14 411 Keramische Fliesen und Platten. 2004-3 DIN 18 156 Stoffe für keramische Bekleidungen im Dünnbettverfahren. 1980-7 DIN 4108 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden. 2003-7 Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln DIN 1168 Baugipse. 1986-1 DIN EN 459 Baukalk. 2002-2 DIN EN 197 Zement. 2004-8 DIN EN 13 279 Gipsbinder und Gipstrockenmörtel. 1998-7 DIN EN 206-1 Beton. Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität. 2001-7 DIN 4226 Gesteinskörnungen für Beton und Mörtel. 2001-7 DIN EN 934 Zusatzmittel für Beton, Mörtel und Einpressmörtel. Betonzusatzmittel. 2005-6 DIN EN 12 878 (Norm-Entwurf) Pigmente zum Einfärben von zement- und / oder kalkgebundenen Baustoffen. 2003-12 DIN 1045 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton. 2001-7 DIN 1053 Mauerwerk. 1996-11 DIN EN 771 Festlegungen für Mauersteine. 2005-5 DIN V 106 Kalksandsteine. 2003-2 DIN 398 Hüttensteine. 1976-6

DIN V 4165 Porenbetonsteine, Plansteine und Planelemente. 2003-6 DIN 4166 Porenbeton-Bauplatten und Porenbeton-Planbauplatten. 1997-10 DIN V 18 152 Vollsteine und Vollblöcke aus Leichtbeton. 2003-10 DIN V 18 153 Mauersteine aus Beton (Normalbeton). 2003-10 DIN EN 520 Gipsplatten. Begriffe, Anforderungen und Prüfverfahren. 2005-3 DIN EN 12 859 Gips-Wandbauplatten. 2001-11 DIN 18 181 (Norm-Entwurf) Gipsplatten im Hochbau. 2004-8 DIN V 18 550 Putz und Putzsysteme. 2005-4 DIN EN 998-1 Festlegungen für Mörtel im Mauerwerksbau. Teil 1 Putzmörtel. 2003-9 DIN EN 998-2 Festlegungen für Mörtel im Mauerwerksbau. Teil 2 Mauermörtel. 2003-9 DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen. 1998-5 Bitumenhaltige Baustoffe DIN EN 12 597 Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel. Terminologie. 2001-1 DIN EN 12 591 Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel. Anforderungen an Straßenbaubitumen. 2000-4 DIN 1995-4 (Norm-Entwurf) Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel. Anforderungen an die Bindemittel. Teil 4: Kaltbitumen. 2005-1 DIN 18 195 Bauwerksabdichtungen. 2000-8 DIN 52 130 Bitumen-Dachdichtungsbahnen. 1995-11 DIN 52 131 Bitumen-Schweißbahnen. 1995-11 DIN 52 132 Polymerbitumen-Dachdichtungsbahnen. 1996-5 DIN 52 133 Polymerbitumen-Schweißbahnen. 1995-11 DIN 52 143 Glasvlies-Bitumendachbahn. 1985-8 DIN 18 190-4 Dichtungsbahnen für Bauwerksabdichtung. Dichtungsbahnen mit Metallbandeinlage. 1992-10 Holz und Holzwerkstoffe DIN EN 350 Dauerhaftigkeit von Vollholz. 1994 DIN EN 338 Bauholz für tragende Zwecke. Festigkeitsklassen DIN EN 1912 Bauholz für tragende Zwecke. Festigkeitsklassen. Zuordnung von visuellen Sortierklassen und Holzarten. 1998-8 DIN 4074-2 Bauholz für Holzbauteile. Gütebedingungen für Baurundholz (Nadelholz). 1958-12 DIN 4074-3 Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit. 2003-6 DIN 1052 Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken. 2004-8 DIN EN 13 986 Holzwerkstoffe zur Verwendung im Bauwesen. 2005-3 DIN EN 312 Spanplatten. 2003-11 DIN EN 622 Faserplatten Anforderungen. 1997-8 DIN EN14 755 (Norm-Entwurf) Spanplatten nach dem Strangpressverfahren (Strangpressplatten). DIN EN 13 171 / A1 Wärmedämmstoffe für Gebäude. Werkmäßig hergestellte Produkte aus Holzfasern (WF).2004-8 DIN 68 800-2 Holzschutz. Teil 2: Vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau. 1996-5 DIN 68 800-3 Holzschutz. Teil 3: Vorbeugender chemischer Holzschutz. 1990-4 DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen. 1998-5 DIN EN 13 501 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten. 2002-6 Metall DIN EN 10 027 (Norm-Entwurf) Bezeichnungssysteme für Stähle. 2001-8 DIN EN 10 025 Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen. 2005-2 DIN EN 1179 Zink und Zinklegierungen. Primärzink. 2003-9 DIN EN 485-2 Aluminium und Aluminiumlegierungen. Teil 2: mechanische Eigenschaften. 2004-9 Glas DIN 1249 Flachglas im Bauwesen. 1986-9 DIN EN 572 Glas im Bauwesen. Basiserzeugnisse aus

Verordnungen, Richtlinien, Normen

Kalk-Natronsilikatglas. 2004-9 DIN EN 13 022 (Norm-Entwurf) Glas im Bauwesen. Geklebte Verglasung. 2003-4 DIN EN 14 449 (Norm-Entwurf) Glas im Bauwesen. Verbundglas und Verbundsicherheitsglas. 2002-7 DIN EN ISO 10 077 (Norm-Entwurf) Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen. Berechnungen des Wärmedurchgangskoeffizienten. Kunststoff DIN EN ISO 1043 Kunststoffe. Kennbuchstaben und Kurzzeichen. 2002-6 DIN ISO 1629 Kautschuk und Latices. Einteilung und Kurzzeichen. 2004-11 DIN EN ISO 18 064 Thermoplastische Elastomere. Nomenklatur und Kurzzeichen. 2005-5 DIN 16 780 Kunststoff-Formmassen. 1988-1 DIN 7726 Schaumstoffe. 1982-5 DIN EN 923 Klebstoffe. Benennungen und Definitionen. 1998-5 DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen. 1998-5 MAK-Werte Maximale Arbeitsplatzkonzentration und biologische Arbeitsstofftoleranzwerte. Deutsche Forschungsgesellschaft DFG. Weinheim Technische Richtlinien für Gefahrstoffe (TRGS). Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit. 2004-3 Ökobilanzierung DIN EN ISO 14 040 Umweltmanagement. Ökobilanz. Prinzipien und allgemeine Anforderungen. 1997-8 DIN EN ISO 14 041 Umweltmanagement. Ökobilanz. Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens sowie Sachbilanz. 1998-11 DIN EN ISO 14 042 Umweltmanagement. Ökobilanz. Wirkungsabschätzung. 2000-7 DIN EN ISO 14 043 Umweltmanagement. Ökobilanz. Auswertung. 2000-7

Teil C

Baustoffanwendungen

Gebäudehülle DIN 1053 Mauerwerk. 1996-11 DIN V 18 153 Mauersteine aus Beton (Normalbeton). 2003-10 DIN 18 516-1 Außenwandbekleidungen, hinterlüftet. Teil 1: Anforderungen, Prüfgrundsätze. 1999-12 DIN 18 516-3 Außenwandbekleidungen, hinterlüftet. Teil 3: Naturstein. 1999-12 DIN 18 516-4 Außenwandbekleidungen, hinterlüftet. Teil 4: Einscheibensicherheitsglas. 1990-2 DIN 1249 Flachglas im Bauwesen. 1986-9 DIN EN 13 022 (Norm-Entwurf) Glas im Bauwesen. Geklebte Verglasung. 2003-4 TRAV Technische Richtlinie für die Verwendung von absturzsichernden Verglasungen. 2003-1 TRLV Technische Richtlinie für die Verwendung von linienförmig gelagerten Verglasungen. 1998-9 DIN EN 350 Dauerhaftigkeit von Vollholz. 1994 DIN 68 800-3 Holzschutz. Teil 3: Vorbeugender chemischer Holzschutz. 1990-4 DIN 17 440 Nichtrostende Stähle. 2001-3 DIN 18 338 VOB Dachdeckungs- und Dachabdichtungsarbeiten. 2002-12 DIN 68 119 Holzschindeln. 1996-9 DIN EN 12 326 Schiefer und andere Natursteinprodukte für überlappende Dachdeckungen und Außenwandbekleidungen. 2004-11 DIN EN 539 Tondachziegel für überlappende Verlegung. 1998-7 DIN EN 1304 Dachziegel und Formziegel. 2005-7 DIN EN 490 Dach und Formsteine aus Beton für Dächer und Wandbekleidungen. 2005-3 DIN EN 494 Faserzementwellplatten und dazugehörige Formteile für Dächer. 1999-7 DIN EN 534 Bitumenwellplatten. 1998-10 DIN EN 485-2 Aluminium und Aluminiumlegierungen. Teil 2: mechanische Eigenschaften. 2004-9

DIN EN 988 Zink und Zinklegierungen. Anforderungen an gewalzte Flacherzeugnisse für das Bauwesen. 1996-8 DIN EN 1172 Kupfer und Kupferlegierungen. Bänder und Bleche für das Bauwesen. 1996-10 DIN 18 807 Trapezprofile im Hochbau. Stahltrapezprofile. 1987-6 DIN 18 195 Bauwerksabdichtungen. 2000-8 DIN 18 531 Dachabdichtungen: Begriffe, Anforderungen, Planungsgrundsätze. 1991-10 DIN EN 13 967 Abdichtungsbahnen. Kunststoff- und Elastomerbahnen für die Bauwerksabdichtung gegen Bodenfeuchte und Wasser. 2005-3 DIN EN 13 969 Abdichtungsbahnen: Bitumenbahnen für die Bauwerksabdichtung gegen Bodenfeuchte und Wasser. 2005-2 DIN 7864 Elastomer-Bahnen für Abdichtungen. 1984-4 DIN 16 729 Kunststoffdachbahnen und Kunststoffdichtungsbahnen aus Ethylencopolymerisat-Bitumen (ECB) mit Gewebeeinlage. 1984-9 DIN 16 730 Kunststoffdachbahn aus weichmacherhaltigem Polyvinylchlorid (PVC-P) nicht bitumenverträglich. 1986-12 DIN 16 731 Kunststoffdachbahn aus Polyisobutylen (PIB), einseitig kaschiert. 1986-12 DIN 16 737 Kunststoffdachbahnen und Kunststoffdichtungsbahnen aus chloriertem Polyethylen (PE-C) mit Gewebeeinlage. 1986-12 DIN 16 935 Kunststoffdichtungsbahnen aus Polyisobutylen (PIB). 1986-12 DIN 16 937 Kunststoffdichtungsbahnen aus weichmacherhaltigem Polyvinylchlorid (PVC-P) bitumenverträglich. 1986-12 DIN 52 128 Bitumendachbahnen mit Rohfilzeinlage. 1977-3 DIN 52 129 Nackte Bitumenbahnen. 1993-11 DIN 52 130 Bitumen-Dachdichtungsbahnen. 1995-11 DIN 52 131 Bitumen-Schweißbahnen. 1995-11 DIN 52 132 Polymerbitumen-Dachdichtungsbahnen. 1996-5 DIN 52 133 Polymerbitumen-Schweißbahnen. 1995-11 DIN 18 190-4 Dichtungsbahnen für Bauwerksabdichtung. Dichtungsbahnen mit Metallbandeinlage. 1992-10 DIN 52 141 Glasvlies als Einlage für Dach- und Dichtungsbahnen. 1980-12 DIN 60 000 Textilien. Grundbegriffe. 1969-1 DIN 4108 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden. 2003-7 DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen. 1998-5 DIN EN 13 501 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten. 2002-6 Dämmen und Dichten DIN EN 14 063 Wärmedämmstoffe für Gebäude. 2004-11 DIN EN 13 162 Wärmedämmstoffe für Gebäude. Werkmäßig hergestellte Produkte aus Mineralwolle (MW). 2001-10 DIN EN 13 163 Wärmedämmstoffe für Gebäude. Werkmäßig hergestellte Produkte aus expandiertem Polystyrolschaum (EPS). 2001-10 DIN EN 13 164 Wärmedämmstoffe für Gebäude. Werkmäßig hergestellte Produkte aus extrudiertem Polystyrolschaum (XPS). 2001-10 DIN EN 13 165 Wärmedämmstoffe für Gebäude. Werkmäßig hergestellte Produkte aus Polyurethanhartschaum (PUR). 2005-2 DIN EN 13 167 Wärmedämmstoffe für Gebäude. Werkmäßig hergestellte Produkte aus Schaumglas (CG). 2001-10 DIN EN 13 168 Wärmedämmstoffe für Gebäude. Werkmäßig hergestellte Produkte aus Holzwolle (WW). 2001-10 DIN EN 13 169 Wärmedämmstoffe für Gebäude. Werkmäßig hergestellte Produkte aus Blähperlit (EPB). 2001-10 DIN EN 13 170 Wärmedämmstoffe für Gebäude. Werkmäßig hergestellte Produkte aus expandiertem Kork (ICB). 2001-10 DIN EN 13 171 Wärmedämmstoffe für Gebäude. Werk-

mäßig hergestellte Produkte aus Holzfasern (HF). 2001-10 DIN EN 18 165 Faserdämmstoffe für das Bauwesen. 2001-9 DIN EN 13 171 / A1 Wärmedämmstoffe für Gebäude. Werkmäßig hergestellte Produkte aus Holzfasern (WF). 2004-8 DIN 18 195 Bauwerksabdichtungen. 2000-8 DIN 18 540 Abdichtung von Außenwandfugen im Hochbau mit Fugendichtstoffen. 1995-2 DIN EN 26 927 Fugendichtstoffe. Begriffe. 1991-5 DIN 52 460 Fugen- und Glasabdichtungen. 2000-2 DIN 7865 Elastomer-Fugenbänder zur Abdichtung von Fugen in Beton. 1982-2 DIN 18 541 (Norm-Entwurf) Fugenbänder aus thermoplastischen Kunststoffen zur Abdichtung von Fugen in Ortbeton. 2005-3 ETAG 005 Leitlinie für eine europäische technische Zulassung für flüssig aufzubringende Dachabdichtungen. DIN EN 14 891 (Norm-Entwurf) Flüssig zu verarbeitende Abdichtungsstoffe im Verbund mit Fliesen und Plattenbelägen. 2004-5 DIN 4108 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden. 2003-7 Installationen DIN 1988 Technische Regeln für Trinkwasserinstallationen (TRWI). 1988-12 DIN EN 806-1 Technische Regeln für Trinkwasserinstallationen. Teil 1: Allgemeines. 2001-12 DIN EN 806-2 Technische Regeln für Trinkwasserinstallationen. Teil 2: Planung. 2005-6 DIN EN 12 056 Schwerkraftentwässerungsanlagen innerhalb von Gebäuden. DIN EN 752 Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden. DIN 18 015 Elektrische Anlagen in Wohngebäuden. DIN 1946 Raumlufttechnik. Wände DIN EN 771 Festlegungen für Mauersteine. 2005-5 DIN V 106 Kalksandsteine. 2003-2 DIN 18 332 VOB Naturwerksteinarbeiten. 2002-11 DIN V 4165 Porenbetonsteine Plansteine und Planelemente. 2003-6 DIN 4103 Nichttragende innere Trennwände. 1988-11 DIN EN 520 Gipsplatten. Begriffe, Anforderungen und Prüfverfahren. 2005-3 DIN 18 181 (Norm-Entwurf) Gipsplatten im Hochbau. 2004-8 DIN EN 12 859 Gips-Wandbauplatten. 2001-11 DIN EN 13 915 Gipsplatten und Wandbaufertigtafeln. DIN EN 14 566 (Norm-Entwurf) Mechanische Befestigungsmittel für Gipsplattensysteme. 2002-11 DIN EN 14 195 Metallprofile für Unterkonstruktionen für leichte, nichttragende Trennwände und Wand- und Deckenbekleidungen mit Gipsplatten. 2201-7 DIN EN 13 986 Holzwerkstoffe zur Verwendung im Bauwesen. 2005-3 DIN EN 312 Spanplatten. 2003-11 DIN EN 622 Faserplatten Anforderungen. 1997-8 DIN EN14 755 (Norm-Entwurf) Spanplatten nach dem Strangpressverfahren (Strangpressplatten). DIN 68 762 Spanplatten für Sonderzwecke im Bauwesen. 1982-3 DIN 1249 Flachglas im Bauwesen. 1986-9 DIN EN 12 725 Glas im Bauwesen. Wände mit Glassteinen. 1997-4 DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen. 1998-5 DIN 4109-10 (Norm-Entwurf) Schallschutz im Hochbau. Teil 10: Vorschläge für einen erhöhten Schallschutz von Wohnungen. 2000-6 Decken DIN 1045 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton. 2001-7 DIN 4223 Vorgefertigte bewehrte Bauteile aus dampfgehärtetem Porenbeton. 2003-12 DIN 68 762 Spanplatten für Sonderzwecke im Bauwesen. 1982-3

271

Verordnungen, Richtlinien, Normen / Literatur

DIN 4121 Hängende Drahtputzdecken. 1987-7 DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen. 1998-5 Fußböden DIN 18 560 Estriche im Bauwesen. 2004-4 DIN EN 13 813 Estrichmörtel und Estrichmassen. 2003-1 DIN 18 560-2 Estriche im Bauwesen. Teil 2: Estriche und Heizestriche auf Dämmschichten (schwimmende Estriche). 2004-4 DIN EN 13 756 Holzfußböden. Terminologie. 2003-4 DIN EN 13 329 Laminatböden. 2000-9 DIN 68 771 Unterböden aus Holzspanplatten. 1973-9 DIN EN 14 354 Holzwerkstoffe. Furnierte Fußbodenbeläge. 2005-3 DIN EN 14 085 Elastische Bodenbeläge. 2003-5 DIN EN 14 041 Elastische, textile und Laminat-Bodenbeläge. 2005-2 DIN EN 685 (Norm-Entwurf) Elastische, textile und Laminat-Bodenbeläge. 2005-5 DIN EN 1307 Textile Bodenbeläge. Einstufung von Polteppichen. 2005-5 DIN 51 130 Prüfung von Bodenbelägen. Bestimmung der rutschhemmenden Eigenschaft. 2004-6 DIN 18 202 Toleranzen im Hochbau. 1997-4 DIN 4109-10 (Norm-Entwurf) Schallschutz im Hochbau. Teil 10: Vorschläge für einen erhöhten Schallschutz von Wohnungen. 2000-6 Oberflächen und Beschichtungen DIN V 18 550 Putz und Putzsysteme. 2005-4 DIN EN 998-1 Festlegungen für Mörtel im Mauerwerksbau. Teil 1 Putzmörtel. 2003-9 DIN EN 459 Baukalk. 2002-2 DIN EN 13 279 Gipsbinder und Gipstrockenmörtel. 1998-7 DIN 18 558 Kunstharzputze. 1985-1 DIN EN 971-1 Lacke und Anstrichstoffe. Fachausdrücke und Definitionen für Beschichtungsstoffe. 1996-9 DIN 18 363 VOB Maler und Lackierarbeiten. 2002-12 DIN 55 945 Lacke und Anstrichstoffe. Fachausdrücke und Definitionen für Beschichtungsstoffe und Beschichtungen. 1999-7 DIN EN 1062 Beschichtungsstoffe. Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für mineralische Substrate und Beton im Außenbereich. 2004-8 DIN EN ISO 12 944 Beschichtungsstoffe. Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme. 1998-7 EN 13 300 Beschichtungsstoffe. Wasserhaltige Beschichtungsstoffe und Beschichtungssysteme für Wände und Decken im Innenbereich. DIN EN ISO 12 572 Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Baustoffen und Bauprodukten. Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit. 2001-9 MAK-Werte Maximale Arbeitsplatzkonzentration und biologische Arbeitsstofftoleranzwerte. Deutsche Forschungsgesellschaft DFG. Weinheim DIN 8580 Fertigungsverfahren. 2003-9 DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen. 1998-5

Literatur

Allgemein Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen (Hrsg.): ECOBIS 2000 – Ökologisches Baustoffsystem des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen und der Bayerischen Architektenkammer, mit Unterstützung des Bayerischen Staatsministeriums für Landesentwicklung und Umweltfragen, CDROM. Berlin 2000 Deplazes, Andrea (Hrsg.): Architektur konstruieren. Vom Rohmaterial zum Bauwerk. Ein Handbuch. Basel / Boston / Berlin 2005 Hiese, Wolfram; Backe, Hans: Baustoffkunde für Ausbildung und Praxis. Düsseldorf 2001 ibk Institut für das Bauen mit Kunststoffen e.V.: Bauen mit Kunststoffen. Berlin 2002 Herzog, Thomas u.a.: Fassaden Atlas. München / Basel 2004 Neumann, Dietrich; Weinbrenner, Ulrich: Frick / Knöll Baukonstruktionslehre 1. Stuttgart / Leipzig / Wiesbaden 2002 Neumann, Dietrich; Weinbrenner, Ulrich: Frick / Knöll Baukonstruktionslehre 2. Stuttgart / Leipzig / Wiesbaden 2004 Sambeth, Burkhard (Hrsg.) u.a.: Baustoffe und Ökologie. Bewertungskriterien für Architekten und Bauherren. Tübingen / Berlin 1996 Schmitz, Robert: Baustoffkunde für Praktiker. Duisburg 2002 Schneider, Klaus-Jürgen (Hrsg.): Bautabellen fürArchitekten. Düsseldorf 2001 Scholz, Wilhelm; Hiese, Wolfram: Baustoffkenntnis. München 2003 Schulze Darup, Burkhard: Bauökologie. Wiesbaden / Berlin 1996 Schwarz, Jutta: Ökologie im Bau. Entscheidungshilfen zur Beurteilung und Auswahl von Baumaterialien. Bern / Stuttgart / Wien 1998 Stark, Jochen; Wicht, Bernd: Geschichte der Baustoffe. Weimar 1995 Volland, Karlheinz: Einblicke in die Baustoffkunde für Architekten. Düsseldorf 1999 Vollenschaar, Dieter; Wendehorst, Reinhard: Baustoffkunde. Hannover 2004 Weidinger, Hans: Patina. Neue Ästhetik in der zeitgenössischen Architektur. München 2003 Wendehorst, Reinhard; Wetzell, Otto: Bautechnische Zahlentafeln. Stuttgart 2002 Weston, Richard: Material, Form und Architektur. Stuttgart 2003

Teil A Teil E

Anhang

Physikalische Stoffkenngrößen DIN 4108 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden. 2003-7 DIN EN 12 524 Baustoffe und -produkte. Wärme- und feuchteschutztechnische Eigenschaften. Tabellierte Bemessungswerte. 2000-7 Eurocode 2 EC2 DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen. 1998-5 DIN EN 13 501 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten. 2002-6 Schadstoffe Biozid-Produkte-Richtlinie BPR 98 / 98 / EG Gefahrstoffverordnung TRGS 519 (Technische Regeln für Gesundheit und Sicherheit): Asbestsanierung Chemikalien Verbotsverordnung ChemVerbotsVO 1996 Formaldehyd-Richtlinie: DIBt-Richtlinie 100 TRGS 905: Verzeichnis krebserregender, erbgutverändernder oder fortpflanzungsgefährdender Stoffe

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Material und Architektur

Der kritische Weg zur nachhaltigen Bauweise Bundesministerium für Bauwesen und Raumordnung, im Auftrag des Bundesamtes für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen (Hrsg.): Leitfaden Nachhaltiges Bauen. Berlin 2001 Bundesamt für Energie (BFE) und Koordinationsgruppe Ökologisch Bauen (köb) (Hrsg.): Konzept elektronischer Bauteilkatalog. Bern 2003 eco-bau (Hrsg.): Ökologisch Bauen – Merkblätter nach Baukostenplan (BKP) für Ausschreibungen. Bern 2005 GISBAU – Gefahrstoff-Informationssystem der Berufsgenossenschaften der Bauwirtschaft: WINGIS, integriert in ECOBIS – Ökologisches Baustoffinformationssystem. Berlin 2000 Intep – Integrale Planung; Bayerische Hypo- und Vereinsbank (Hrsg.): Gesundes Büro – Leitfaden für die Realisierung von nachhaltigen und gesunden Bürogebäuden, München 2002 Intep – Integrale Planung u.a. (Hrsg.): Sanierung von Wohnungsbauten – Leitfaden zum ImmoPass für die nachhaltige Sanierung von Wohnbauten, München 2001

Intep – Integrale Planung; ifib Institut für Industrielle Bauproduktion: LuZie – Lebenszyklusbezogene Einbindung der Zielplanung und des Zielcontrolling in den Integralen Planungsprozess; Forschungsprojekt im Rahmen des Förderprogramms EnSan des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit. München / Karlsruhe 2004 Intep – Integrale Planung u.a. (Hrsg.): SIA Dokumentation D 0123 – Hochbaukonstruktionen nach ökologischen Ge-sichtspunkten. Zürich 1995 Intep Integrale Planung u.a. (Hrsg.): SIA Dokumentation D 0152 – Instrumente für ökologisches Bauen im Vergleich – Ein Leitfaden für das Planungsteam. Zürich 1998 Koordinationsgruppe Nachhaltigkeit, Schweizer Ingenieur- und Architektenverein (SIA) (Hrsg.): SIA Dokumentation D 0164 – Kriterien für nachhaltige Bauten. Zürich 2002 Marmé / Seeberger: Der Primärenergiegehalt von Baustoffen. In: Bauphysik 5/1982 und 6/1982 Schweizer Ingenieur- und Architektenverein (SIA) (Hrsg.): SIA Dokumentation 0200 – SNARC – Systematik zur Beurteilung der Nachhaltigkeit von Architekturprojekten für den Bereich Umwelt. Zürich 2004 Schweizer Ingenieur- und Architektenverein (SIA) (Hrsg.): SIA Empfehlung 112/1 – Nachhaltiges Bauen – Hochbau. Zürich 2005 Schweizer Ingenieur- und Architektenverein (SIA) (Hrsg.): SIA Empfehlung 493 – Deklaration ökologischer Merkmale von Bauprodukten. Zürich 1997 Schweizer Ingenieur- und Architektenverein (SIA) (Hrsg.): SIA Dokumentation D 093 – Deklaration ökologischer Merkmale von Bauprodukten nach SIA 493 – Erläuterung und Interpretation. Zürich 1997 Zwiener, Gerd u.a.: Ökologisches Baustoff-Lexikon – Daten, Sachzusammenhänge, Regelwerke. Heidelberg 2003 Gebäudelabel: ECO-BAU: www.eco-bau.ch MINERGIE: www.minergie.ch LEED: www.usgbc.org BREEAM: www.breeam.org TOTAL QUALITY: www.argetq.at EDV-Tools: Bauteilkatalog: LEGEP: OGIP: VITRUVIUS: SNARC: ECOBIS: WINGIS:

www.bauteilkatalog.ch www.sirados.de/c.php/Produkte/ Legoe-Bausoftware/legep.rsys ? www.the-software.de/Ogipl.html www.vitruvius.ch www.eco-devis.ch www.byak.de/aktuelles/aktuelles_ digpub_ecobis.html www.gisbau.de

Nachschlagewerke: Leitfaden Nachhaltiges Bauen: www.bbr.bund.de/ bauwesen/nachhaltigbauen/ download/leitfaden.pdf SIA D0123: www.sia.ch BKP-Merkblätter: www.eco-devis.ch ECO-DEVIS: www.eco-devis.ch Die Entwicklung innovativer Materialien Arch+ 172, 2004 Lefteri, Chris: Kunststoff – Material, Herstellung, Produkte. Ludwigsburg 2002 Stattmann, Nicola: Handbuch Material Technologie. Ludwigsburg 2003 Stattmann, Nicola: Ultra Light – Super Strong, Neue Werkstoffe für Gestalter. Basel / Boston 2003 Zijlstra, Els: future materials for architecture & design, Materia 2002

Teil B

Baustoffeigenschaften

Naturstein Bruckner, Heinrich; Schneider, Ulrich: Naturbaustoffe. Düsseldorf 1998 Dernie, David: Neue Steinarchitektur. Stuttgart 2003

Literatur

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Teil C

Baustoffanwendungen

Gebäudehülle (Fassade) Arbeitsgemeinschaft Holz e.V. in Zusammenarbeit mit dem HOLZABSATZFONDS, Absatzförderungsfonds der deutschen Forst- und Holzwirtschaft: Außenbekleidungen mit Holzwerkstoffplatten. München 2001 Archilles, Andreas u.a.: Glasklar. München 2003 Bauberatung Zement: Schalung für Beton Bauberatung Zement: Sichtmauerwerk aus Beton (Normalbeton) Baus, Ursula; Siegele Klaus: Holzfassaden: Konstruktion, Gestaltung, Beispiele. Stuttgart 2000 Behling, Sophia; Behling, Stefan: Glas – Konstruktion und Technologie in der Architektur. München / London / New York 1999

273

Literatur

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274

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Abbildungsnachweis

Abbildungsnachweis

Allen, die durch Überlassung ihrer Bildvorlagen, durch Erteilung von Reproduktionserlaubnis und durch Auskünfte am Zustandekommen des Buches mitgewirkt haben, sagen die Autoren und der Verlag aufrichtigen Dank. Sämtliche Zeichnungen in diesem Werk sind eigens angefertigt. Fotos, zu denen kein Fotograf genannt ist, sind Architektenaufnahmen, Werkfotos oder stammen aus dem Archiv der Zeitschrift DETAIL. Trotz intensiven Bemühens konnten wir einige Urheber der Abbildungen nicht ermitteln, die Urheberrechte sind jedoch gewahrt. Wir bitten in diesen Fällen um entsprechende Nachricht. Die Zahlen beziehen sich auf die Abbildungsnummern.

Teil A

Material und Architektur

A

Manfred Hegger, Kassel (D)

Die Oberfläche in der zeitgenössischen Architektur A 1.1 Christian Schittich, München (D) A 1.2 Georges Fessy, Paris (F) A 1.3 Ralph Richter / Architekturphoto, Düsseldorf (D) A 1.4 Shigeo Ogawa, Tokio (J) A 1.5–6 Daniel Malhão, Lissabon (P) A 1.7 Christian Richters, Münster (D) A 1.8 Richard Glover / view, London (GB) A 1.9 Margherita Spiluttini, Wien (A) Der Architekt als Baustoffscout A 2.1 NASA, Washington DC (USA) A 2.2 Cabot International GmbH, Zug (CH) A 2.3–4 Jürgen Mayer H., Berlin (D) A 2.5 Daria Scagolia / Stijn Brakkee, Rotterdam (NL) A 2.6–7 Maurice Nio, Rotterdam (NL) A 2.8 OMA, Rotterdam (NL) A 2.9-10 Phil Meech / OMA, Rotterdam (NL) A 2.11 Christiane Sauer, Berlin (D) Der kritische Weg zur nachhaltigen Bauweise A 3.2–4 Ludwig Steiger, München (D) Kriterien für die Auswahl von Baustoffen A 4.3 Royalty-Free / Corbis, Düsseldorf (D) A 4.4 Mattieu Paley / Corbis, Düsseldorf (D) Die Entwicklung innovativer Materialien A 5.9-12 BASF AG, Ludwigshafen Gefühlte Optik – Material und Haptik im Gestaltungsprozess A 6.1–3 frog design europe GmbH, Herrenberg (D) A 6.4 Apollinaris & Schweppes GmbH, Hamburg (D) A 6.5 frog design europe GmbH, Herrenberg (D) A 6.6 Apple Computer Inc. A 6.7–9 frog design europe GmbH, Herrenberg (D) A 6.10 Allianz Arena GmbH, München (D)

Teil B

Baustoffeigenschaften

B

Manfred Hegger, Kassel (D)

Naturstein B 1.1 Avenue Images / Index Stock / Thomas Winz, Hamburg (D) B 1.2 Karlheinz Oster, Mettmann (D) B 1.3 Werner Lang, München (D) B 1.4 Paul Raftery / view / artur, Köln (D) B 1.5 Royalty-Free / Corbis (D) B 1.6 Richard Weston, Cardiff (GB) B 1.7 David Dernie, Cambridge (GB) B 1.9 Jens Lindhe, Kopenhagen (DK) Lehmbaustofffe B 2.1 James McGoon, Portland (USA) B 2.2–3 mittleres Trockenschwindmaß von Baulehmen

nach früherer Lehmbaunorm DIN 18 952-2 B 2.4 ILEK Universität Stuttgart (D) B 2.5 Markus Tretter, Lindau (D) B 2.6 Paul Oliver: Dwellings. London (GB) 2003, S. 96 B 2.7 Richard Weston, Cardiff (GB) B 2.9 Bruno Klomfar, Wien (A) B 2.10 a Claytec e. K., Viersen-Boisheim (D) B 2.10 c Andreas Gabriel, München (D) B 2.10 d–f Franz Volhard, Darmstadt (D) Keramische Baustoffe B 3.1 Keld Helmer-Petersen, Kopenhagen (DK) aus: Richard Weston: Material, Form und Architektur. Stuttgart 2003, S. 228 B 3.2 Vicente del Amo, Montevideo (ROU) B 3.3 Manfred Hegger, Darmstadt (D) B 3.4 Siegfried Layda, Wiesbaden aus: Bernhard Buderath:Peter Behrens Umbautes Licht. München 1990, S. 30 B 3.5 Petersen Tegl Egernsund A / S, Broager (DK) B 3.7-8 Wienerberger Ziegelindustrie GmbH, Hannover (D) B 3.9 Girnghuber GmbH, Marklkofen (D) B 3.11 Klaus Kinold, München (D) B 3.13 Advertise / Fotofinder B 3.14 Manuel Zoller, München (D) B 3.15 Hans-Georg Esch, Hennef-Sieg (D) B 3.17 Rob t’ Hart, Rotterdam (NL) B 3.18 Jari Jetsonen, Helsinki (FIN) Baustoffe mit mineralischen Bindemitteln B 4.1 Roland Halbe / artur, Köln (D) B 4.2 Araldo de Luca / Corbis, Düsseldorf (D) B 4.3 Michel Denance / Archipress / artur, Köln (D) B 4.5 Hisao Suzuki, Barcelona (E) B 4.7 Klaus Frahm / artur, Köln (D) B 4.8 Paul Raftery / view / artur, Köln (D) B 4.12 Felix Borkenau / artur, Köln (D) B 4.14 Werner Huthmacher / artur, Köln (D) B 4.15 Hannes Henz, Zürich (CH) B 4.17 Steffi Lenzen, München (D) B 4.18 a-b ARGE Holz, Düsseldorf (D) B 4.18 c Friedemann Zeitler, Penzberg (D) B 4.18 d Knauf AG, Iphofen (D) B 4.21 Patrik Engquist, Stockholm (S) B 4.22 Margherita Spiluttini, Wien (A) Bitumenhaltige Baustoffe B 5.1 NYNAS Bitumen, Zaventem (B) B 5.4 AKG Images, Berlin (D) B 5.5 Archiv Stuttgarter Nachrichten / Hörner (D) B 5.7 Imperbel Group, Lot (B) B 5.9 Initiative Pro Keller e.V., Friedberg (D) B 5.10 A. J. McCormack & Son, Culcheth (GB) Holz und Holzwerkstoffe B 6.1 Moreno Maggi, Rom (I) B 6.2 U. Pfistermeister, Artelshofen (D) B 6.3 Klammet / mediacolors B 6.6 Adam Woolfitt / Corbis, Düsseldorf (D) B 6.7 P. Sessner, München (D) B 6.8 Eduard Hueber, New York (USA) B 6.9–10 Dr. Grosser, Holzforschung TU München (D) B 6.12 Hans-Joachim Heyer, Werkstatt für Fotografie Universität Stuttgart (D) B 6.14 a Holzabsatzfonds, Bonn (D) B 6.18 Holzabsatzfonds, Bonn (D) B 6.21–22 Anne Bousema, Rotterdam (NL) Metall B 7.1 B 7.3

Jörg Hempel / artur, Köln (D) Schapowalow / Bildagentur Huber / Fantuz Olimpio B 7.4 PictureNet / Corbis, Düsseldorf (D) B 7.5 artur / Dieter Leistner, Mainz (D) B 7.7 a Alcan Singen GmbH, Singen (D) B 7.7 b Heike Werner, München (D) B 7.7 c Mevaco GmbH, Schlierbach (D) B 7.7 d–e Heike Werner, München (D) B 7.7 f V. Carl Schröter, Hamburg (D) B 7.7 g–h Gebr. Kufferath GmbH & Co. KG, Düren (D) B 7.7i Stappert Spezial-Stahl Handel GmbH, Düsseldorf (D)

B 7.7 j B 7.7 k B 7.7 l B 7.9 B 7.11 B 7.12 B 7.13 B 7.14 B 7.15 B 7.16 B 7.18 B 7.18

Reynaers GmbH Aluminium Systeme, Gladbeck Christian Schittich, München (D) Hansa Metallwerke AG, Stuttgart (D) Bettmann / Corbis, Düsseldorf (D) Avenue Images / Index Stock / Mark Dyball Jochen Helle / artur, Köln (D) David Franck, Ostfildern (D) Sandro Vannini / Corbis, Düsseldorf (D) Jochen Helle / artur, Köln (D) Wolfram Janzer / artur, Köln (D) James Leynse / Corbis, Düsseldorf (D) Roland Halbe / artur, Köln (D)

Glas B 8.1 B 8.4 B 8.5 B 8.7 B 8.8 B 8.11 B 8.13 B 8.15

Marquardt Architekten, Stuttgart (D) Dennis Gilbert / view / artur, Köln (D) Richard Weston, Cardiff (GB) Christian Kandzia, Stuttgart (D) Richard Weston, Cardiff (GB) Dennis Gilbert / view / artur, Köln (D) Owen Franken / corbis, Düsseldorf (D) Werner Sobek Ingenieure, Stuttgart (D)

Kunststoff B 9.1 Frank Kaltenbach, München (D) B 9.2 Zanotta spa, novas Milanese (I) B 9.3 aus: Dieter Bogner: Haus Rucker-Co. Klagenfurt 1992, S. 20 B 9.4 Vincent Monthiers, Paris (F) B 9.6 Michael Reisch, Köln (D) B 9.8 Paul Ott, Graz (A) B 9.9 Roland Halbe / artur, Köln (D) B 9.10 ILEK Universität Stuttgart (D) B 9.11 Swissfiber AG, Zürich (CH) B 9.12 Constantin Meyer, Köln (D) B 9.14 Lucio Blandini / Institut für Leichtbau, Entwerfen und Konstruieren, Universität Stuttgart (D) B 9.15 Roger Ressmeyer / Corbis, Düsseldorf (D) B 9.17 a Bettmann / Corbis, Düsseldorf (D) B 9.17 b Torsten Seidel, Berlin (D)

Teil C

Baustoffanwendungen

C

Manfred Hegger, Kassel (D)

Gebäudehülle C 1.1 Alexander Beck, Frankfurt / Main (D) C 1.4 Araldo de Luca / Corbis, Düsseldorf (D) C 1.5 aus: Werner Hofmann, Udo Kultermann: Baukunst unserer Zeit. Essen 1969, S. 161 C 1.8 Jochen Helle / artur, Köln (D) C 1.9 Bill Timmermann, Phoenix (USA) C 1.10 Christian Kandzia, Stuttgart (D) C 1.12 Balthazar Korab, Minneapolis (USA) C 1.17 a Helene Binet, London (GB) aus: Peter Zumthor Works. Basel 1998, S. 57 C 1.17 b Theo Ott Holzschindeln GmbH, Ainring (D) C 1.17 c Ignacio Martinez, Hard (A) C 1.17 d Ruedi Walti, Basel (CH) C 1.17 e Sampo Widmann, München (D) C 1.17 f Helene Binet, London (GB) aus: Peter Zumthor Works. Basel (CH) 1998, S.42 C 1.17 g Heinrich Helfenstein, Zürich (CH) C 1.17 h Christian Richters, Münster (D) C 1.17 i Christian Cerliani, Zürich (CH) C 1.17 j Michael Awad, Toronto (CDN) C 1.20 a Frank Kaltenbach, München (D) C 1.20 b Jan Bitter, Berlin (D) C 1.20 c Jean Luc Deru, Liege (B) C 1.20 d Christian Richters, Münster C 1.20 e David Dernie, Cambridge (GB) C 1.20 f Stefan Müller-Naumann / artur, Köln (D) C 1.22 a Manfred Hegger, Kassel (D) C 1.22 b Hisao Suzuki, Barcelona (E) C 1.22 c Dieter Leistner / artur, Köln (D) C 1.22 d Reinhard Goerner / artur, Köln (D) C 1.23 a–b Friedbert Kind-Barkauskas u.a.: Beton Atlas. München / Düsseldorf 2001, S. 67 C 1.23 c Verlag Bau+Technik, Düsseldorf (D) C 1.23 d–e Dyckerhoff AG, Wiesbaden (D) C 1.23f Verlag Bau+Technik, Düsseldorf (D)

275

Abbildungsnachweis

C 1.23 g Dyckerhoff AG Wiesbaden (D) C 1.23 h Friedbert Kind-Barkauskas u.a.: Beton Atlas. München / Düsseldorf 2001, S. 75 C 1.27 a Klaus Kinold, München (D) C 1.27 b Christoph Kreutzenbeck, Wuppertal (D) C 1.27 c Frank Kaltenbach, München (D) C 1.27 d Ruedi Walti, Basel (CH) C 1.27 e Klemens Ortmeyer / architekturphoto, Düsseldorf C 1.27 f Bruno Klomfar, Wien (A) C 1.27 g aus: Robert McCarter: Frank Lloyd Wright. London (GB) 1997, S. 174 C 1.27 h Arjen Schmitz, Maastricht (NL) C 1.27 i Manuel Zoller, München (D) C 1.27 j Stefan Müller, Berlin (D) C 1.29 a Bitter Bredt Fotografie, Berlin (D) C 1.29 b KlausFrahm / artur, Köln (D) C 1.29 c Paul Raftery / view / artur, Köln (D) C 1.29 d Katsuhisa Kida, Tokio (J) C 1.29 e Embacherwien, Wien (A) C 1.29 f Gert Walden, Wien (A) C 1.32 a Richard Weston, Cardiff (GB) C 1.32 b Dennis Gilbert / view / artur, Köln (D) C 1.32 c Paul Smoothy, London (GB) C 1.32 d Frank Kaltenbach, München (D) C 1.33 Jan Bitter, Berlin (D) C 1.36 a Werner Sobek Ingenieure, Stuttgart (D) C 1.36 b aus: Friedrich Grimm: Energieeffizientes Bauen mit Glas. München 2004, S. 55 C 1.36 c Margherita Spiluttini, Wien (A) C 1.36 d Bruno Klomfar, Wien (A) C 1.36 e Christian Richters, Münster (D) C 1.36 f Frank Kaltenbach, München (D) C 1.37 Manfred Hegger, Kassel (D) C 1.40 Delugan + Meissl, Wien (A) C 1.45 René van Zuuk, Almere (NL) C 1.46 a H. Müller / F1online, Frankfurt / Main (D) C 1.46 b Rathscheck Schiefer- und Dachsysteme KG, Mayen (D) C 1.46 c Iko Dachschindeln GmbH, Coswig (D) C 1.46 d Manuel Zoller, München (D) C 1.46 e Eternit-Werke L. Hatschek AG, Vöcklabruck (A) C 1.46 f Braas GmbH, Oberursel (D) C 1.46 g–h Manuel Zoller, München (D) C 1.51 Britta Frenz, Düsseldorf (D) C 1.54 re-natur GmbH, Ruhwinkel (D) C 1.55 ZinCo GmbH, Unterensingen (D) C 1.56 nach: Koch, Klaus-Michael: Bauen mit Membranen. München 2004 C 1.57 Oliver Heissner, Hamburg (D) C 1.58 Serge Du Pasquier, Préverenges (CH) C 1.60 Hans Neudecker, Leutkirch (D) C 1.61 Peter Kneffel / picture alliance / dpa Dämmen und Dichten C 2.1 aus: Sophia u. Stefan Behling: Sol Power. München 1996, S. 19 C 2.8 Frank Kaltenbach, München (D) C 2.9 a Frank Kaltenbach, München (D) C 2.9 b Holzabsatzfonds, Bonn (D) C 2.9 c–e Frank Kaltenbach, München (D) C 2.9 f Dirk Funhoff / BASF AG, Ludwigshafen (D) C 2.9 g Frank Kaltenbach, München (D) C 2.13 Roland Halbe / artur,Köln (D) C 2.15 Christian Richters, Münster (D) C 2.16 Richard Weston, Cardiff (GB) C 2.17 Ludwig Abache, London (GB) C 2.21 Fa. Isover, Mannheim (D) Installationen C 3.1 Manfred Hegger, Kassel (D) Wände C 4.1 Wolfgang Volz / laif, Köln (D) C 4.4 Wayne Fuji aus: Rick Joy: Deserts works, New York (USA) 2002, S.156 C 4.5–6 Zooey Braun / artur, Köln (D) C 4.7 Hild und K, München (D) C 4.8 Ralph Feiner, Chur (CH) C 4.9 Roland Halbe / artur, Köln (D) C 4.10 Gisoton Baustoffwerke GmbH, Aichstetten (D) C 4.11 Steko Holz-Bausysteme AG, Uttwil (CH) C 4.12 Kim Zwarts, Maastricht (NL)

276

C 4.13–14 Roland Halbe / artur, Köln (D) C 4.15 Olaf Heil, Dortmund (D) C 4.16 Karin Hessmann / artur, Köln (D) C 4.18 Cheret und Bozic, Stuttgart (D) C 4.19 Roland Halbe / artur, Köln (D) C 4.20 Richard Weston, Cardiff (GB) C 4.21 Klaus Frahm / artur, Köln (D) Decken C 5.1 C 5.5 C 5.6 C 5.7 C 5.10 C 5.11 C 5.12 C 5.13 C 5.14 C 5.16 C 5.17

Roland Halbe / artur, Köln (D) Roland Halbe / artur, Köln (D) G. E. Kidder-Smith / Corbis, Düsseldorf (D) Karl + Probst Architekten, München (D) Volker Auch-Schwelk, Stuttgart (D) Erika Koch / artur, Köln (D) Felix Borkenau / artur, Köln (D) Roland Halbe / artur, Köln (D) Christoph von Haussen / artur, Köln (D) Klaus Frahm / artur, Köln (D) Ciro Marini / Attilio Terragni

C 7.22 C 7.23

Brigida Gonzalez, Stuttgart (D) aus: Richard Weston: Material Form und Architektur. Stuttgart 2003, S. 66 und 118 C 7.25 DaimlerChrysler Media Services C 7.26 Christian Richters, Münster (D) C 7.27 Daniel Sumesgutner, Dortmund (D) C 7.28 Travel Ink / Visum C 7.29 Ian Dobbie, London (GB) C 7.31 Berlintapete / Radomski C 7.32–33 Manuel Zoller, München (D)

Teil D

Gebaute Beispiele im Detail

S. 202 S. 204 S. 205 S. 206, 207 S. 208, 209 unten S. 210, 211

Böden C 6.1 C 6.4 a C 6.4 b C 6.4 c C 6.4 d C 6.4 e C 6.4 f C 6.6 C 6.9 a

Royalty-Free / Corbis, Düsseldorf (D) Reinhard Goerner / artur, Köln (D) Florian Lichtblau,München (D) Welke GmbH, Christinendorf (D) Rüdiger Krisch, Tübingen (D) Raderschall Architekten, Köln (D) Welke GmbH, Christinendorf (D) Todd Gipstein / Getty Images Elizabeth Whiting, London (GB) aus: Elizabeth Wilhide: Holz, Glas & Co. Stuttgart / München 2002, S. 57 C 6.9 b Volker Auch-Schwelk, Stuttgart (D) C 6.9 c DASAG GmbH & Co. KG, Neuwied (D) C 6.9 d Manuel Zoller, München (D) C 6.9 e DASAG GmbH & Co. KG, Neuwied (D) C 6.9 f ARGE Pflasterklinker e.V. Bonn (D) C 6.9 g Manuel Zoller, München (D) C 6.9 h Richard Weston, Cardiff (GB) C 6.12 a–c Bembé Parkett, Bad Mergentheim (D) C 6.12 d Manuel Zoller, München (D) C 6.12 e–g Bembé Parkett, Bad Mergentheim (D) C 6.12 h Holzbaumarkt PgmbH, Büllingen (B) C 6.13 a–b Tarkett AG, Frankenthal (D) C 6.13 c Haro GmbH, Stephanskirchen (D) C 6.13 d Freudenberg Bausysteme KG, Weinheim (D) C 6.13 e Tarkett AG, Frankenthal (D) C 6.14 Tarkett AG, Frankenthal (D) C 6.15–16 aus: Edwin van Onna: Material World. Basel 2003, S. 25 und 61 C 6.17 David Joseph, New York (USA) C 6.19 a Tarkett AG, Frankenthal (D) C 6.19 b–c Vorwerk Teppichwerke GmbH & Co. KG, Hameln (D) C 6.19 d–e DEKOWE Schürholz Teppichfabrik GmbH, Dorsten (D) C 6.19 f Fabromont AG, Schmitten (CH) C 6.21 Eberhard Weible / Entwurf: Regine Schumann, Köln (D) Oberflächen und Beschichtungen C 7.1 Alberto Moreno Guzman / Barragan Foundation, Birsfelden (CH) C 7.2–3 NCS Colour Centre, Berlin (D) C 7.4 Palladium Fotodesign, Köln (D) C 7.7 Gert Walden, Wien (A) C 7.8 Hans Klumpp, Stuttgart (D) C 7.9 Valerio Olgiati, Zürich (CH) C 7.12 a Irene Meissner, München (D) C 7.12 b Alexander Reichel, Kassel (D) C 7.12 c Joachim Raab, Frankfurt / Main (D) C 7.12 d Irene Meissner, München (D) C 7.12 e Weber Broutin, Köln (D) C 7.12 f–g Joachim Raab, Frankfurt / Main (D) C 7.12 h Manuel Zoller, München (D) C 7.14 Betrix & Consolascio, Erlenbach (CH) C 7.16–18 Vollenschaar, Dieter; Wendehorst, Reinhard: Baustoffkunde. Hannover 2004, S. 816, 818, Abb. 11.2, 11.3, 11.5 C 7.20 Herta Hurnhaus, Wien (A) C 7.21 Luc Boegly / Archipress, Paris (F)

S. 214, 215 S. 216, 217 S. 218, 219 S. 220, 221 S. 222, 223 links S. 223 rechts S. 224 S. 225 oben, Mitte S. 229–232 S. 233 S. 237 S. 238 S. 239 S. 240, 241 S. 242, 243 oben S. 243 unten S. 244 S. 245 S. 248–250 S. 251, 252 oben S. 252 unten, 253 S. 254, 255 S. 256, 257 S. 258, 259 S. 260 oben S. 260 unten

Manfred Hegger, Kassel (D) Ignacio Martinez, Hard (A) Bruno Klomfar, Wien (A) Filippo Simonetti, Brunate (I) Serge Demailly, Saint Cyr Sur Mer (F) Eduard Hueber / archphoto, New York (USA) Richard Davies, London (GB) Philippe Ruault, Nantes (F) Christina Kaufmann, Bern (CH) Jean Michel Landecy, Genf (CH) Didier Boy de la Tour, Paris (F) Jan Meyer, Paris (F) Ralf Richter / architekturphoto, Düsseldorf (D) Hans Pattist, Krimpen ad Yssel (NL) Shinkenchiku-sha, Tokio (J) Katsuhisa Kida, Tokio (J) Roland Halbe / artur, Köln (D) Brigida Gonzalez, Stuttgart (D) Roland Halbe / artur, Köln (D) Jens Passoth, Berlin (D) Thomas Jantscher, Colombier (CH) Paul Ott, Graz (A) Thomas Jantscher, Colombier (CH) Serge Demailly, Saint Cyr Sur Mer (F) Georges Fessy, Paris (F) Robert Metsch, Offenbach (D) Eibe Sönnecken, Darmstadt (D) Rob t’ Hart, Rotterdam (NL) Werner Huthmacher, Berlin (D) Bitter Bredt Fotografie, Berlin (D) Christian Schittich, München (D) Bitter Bredt Fotografie, Berlin (D)

Autoren und Verlag danken den nachfolgend genannten Personen für ihre fachliche Beratung und Unterstützung: Dr. Andreas Becht, Tübingen Marc Binder, PE Europe GmbH, Leinfelden-Echterdingen Dr. Jürgen Demeter, BASF, Ludwigshafen Markus Dietz, Fachgebiet Entwerfen und Tragwerksentwicklung, TU Darmstadt Joost Hartwig, Darmstadt Dr. Frank Heinlein, Werner Sobek Ingenieure GmbH, Stuttgart Verena Klar, Tübingen Holger König, LEGEP, Dachau Johannes Kreißig, PE Europe GmbH, Leinfelden-Echterdingen Reiner Krug, Deutscher Naturwerksteinverband e.V., Würzburg Klaus Niemann, Henkel Bautechnik GmbH, WOLFIN Bautechnik, Wächtersbach Florian Lang, Lang+Volkwein Architekten und Ingenieure, Darmstadt Guido Ludescher, Mayr + Ludescher Beratende Ingenieure, Stuttgart Margit Pfundstein, BASF, Ludwigshafen Adolf Rosenkranz, Schönau Michael Wichmann, Henkel Bautechnik GmbH, WOLFIN Bautechnik, Wächtersbach

Sachregister

Sachregister

1K- / 2K-Beschichtungsstoff ∫ 194f. A Abdichtung ∫ 144 Ablagerungsgestein (Sedimentit) ∫ 40 Abwasserinstallation ∫ 149 Acrylatdichtstoff ∫ 143 Acrylharz ∫ 195 Adhäsion ∫ 96 Aerogel ∫ 14 Akustikputz ∫ 190 Alkohole ∫ 269 Alkydharz ∫ 195 Aluminium ∫ 81 Anhydrit ∫ 55 Anisotropie ∫ 68 Anti-Graffiti-Beschichtung ∫ 200 Argon ∫ 88, 237 Armatur ∫ 148f. aromatische Verbindungen ∫ 193, 269 Asbest ∫ 268 Ausblühung ∫ 51 Ausgleichsfeuchte ∫ 265 Ausgleichsschüttung ∫ 137 Außenputz ∫ 188 Außenwandbekleidung ∫ 107 B Balkendecke ∫ 166 Bambus ∫ 179, 212 Basalt ∫ 41, 256 Bau-Furniersperrholz ∫ 73 Baulehm ∫ 45ff. Baumwolle ∫ 139 Baurundholz ∫ 71 Bauschnittholz ∫ 71, 109 Bausoftware ∫ 19 Baustahl, Wetterfester ∫ 81, 115, 232f. Baustoffklasse ∫ 265 Bauwerksabdichtung ∫ 125, 144 Bauwerksschutz ∫ 63 Bauxit ∫ 81 begehbare Dächer ∫ 127f. Behaglichkeitsindex ∫ 26 beschichtetes Gewebe ∫ 130 Beschichtung ∫ 192ff. Beschichtungsstoff ∫ 195f. Beschichtungssystem ∫ 194 Beton ∫ 58ff., 242ff. Betondachstein ∫ 123 Betondeckung ∫ 59 Betonfertigteil ∫ 59, 100, 112 Betonstein ∫ 61 Betonwerksteinplatte ∫ 113 Betonzuschlag ∫ 56 Bewehrung ∫ 58 Biberschwanzziegel ∫ 121, 123 Biegefestigkeit ∫ 264 Biegezugfestigkeit ∫ 264 Bimsbetonstein ∫ 156, 210 Biozid ∫ 268 Bitumen ∫ 62 Bitumenbahn ∫ 64, 125 Bitumendickbeschichtung ∫ 144 Bitumenschindeldeckung ∫ 123 Bitumen-Wellplatte ∫ 124 Blähglasgranulat ∫ 116, 241 Blähton ∫ 137 Blei ∫ 82 Bleiglas ∫ 86 Bohle ∫ 70 Borsilikatglas ∫ 86 Bouclé ∫ 182 Brandschutzbeschichtung ∫ 199 Brandschutzglas ∫ 87 Brandschutzputz ∫ 190 Brennbarkeitsklasse ∫ 265 Brettlagenholz ∫ 73, 157 Brettschichtholz ∫ 72

Brettstapeldecke ∫ 166, 206 Brinell-Härte ∫ 264 Bronze ∫ 83 Bruchdehnung ∫ 264 Butyldichtstoff ∫ 143 C Cadmiumtelluridzelle ∫ 118 chemische Passivierung ∫ 197 D Dach ∫ 120 Dachabdichtung ∫ 120, 125ff. Dachbegrünung ∫ 128 Dachdeckung ∫ 121ff. Dachziegel ∫ 51f., 123, Dämmschale ∫ 150 Dämmstoff ∫ 132 Deckbeschichtung ∫ 194 Decke ∫ 162ff. Deckenziegel ∫ 51 Dehngrenze ∫ 264 Destillationsbitumen ∫ 62 Dichlordiphenyltrichlorethan (DDT) ∫ 268 dichroitische Beschichtung ∫ 87 Dichtband ∫ 144 dichten ∫ 142 Dichtungsbahn ∫ 64f., 125ff. 144 Dickbettverlegung ∫ 53 Dickholz ∫ 157 Diffusion ∫ 145 Dioxin ∫ 268 Dispersion ∫ 193 Dreischeiben-Wärmeschutzglas ∫ 116 Dreischichtplatte ∫ 73 Druckfestigkeit ∫ 264 Dünnbettmörtel ∫ 57f. Dünnbettverlegung ∫ 53 Duobalken ∫ 71 Duodach ∫ 125 Duroplast ∫ 92 dynamische Steifigkeit ∫ 265 E Edelgasfüllung ∫ 88 Edelstahl ∫ 80, 248ff. Edelstahlgewebe ∫ 234ff. Edelstahlrohr ∫ 147, 150 Eignungsprüfung ∫ 264 Einkomponentenklebstoff ∫ 97 Einscheibensicherheitsglas (ESG) ∫ 87 Eisen ∫ 79 Eisenmetall ∫ 79 Elastizitätsmodul ∫ 264 Elastomer ∫ 91 elektrische Leitfähigkeit ∫ 266 elektrochemische Spannungsreihe ∫ 147, 264 elektrochromes Glas ∫ 89 Elektroinstallation ∫ 151 Elektrostahlverfahren ∫ 80 elektrostatisches Verhalten ∫ 175 Eloxal ∫ 199 Emaillierung ∫ 87, 240 Emissivität ∫ 88, 266 End of Life (EOL) ∫ 99 Energiebilanz ∫ 22f. Engobe ∫ 49 Entspiegelung ∫ 87 Epoxidharz (EP) ∫ 95, 195 Ergussgestein (Vulkanit) ∫ 40 Erstarrungsgestein (Magmatit) ∫ 40 Erweichungspunkt ∫ 266 Estrich ∫ 170ff. Estrichmörtel ∫ 57 extrudieren ∫ 93 F Falzdeckung ∫ 114 Farbe ∫ 186f. Farbsystem ∫ 187 Farbwiedergabe ∫ 266 Faserbeton ∫ 59 Fasern tierischer Herkunft ∫ 183 Fasern, synthetisch ∫ 183

Fasern, künstliche mineralische (KMF) ∫ 268 Faserplatte ∫ 74 Faserverbundkunststoff ∫ 95 Faserzementdeckung ∫ 123 Faserzementplatte ∫ 61, 113, 160 Faserzementtafel ∫ 113 Faserzement-Wellplatte ∫ 124, 216 Fassadenplatte ∫ 39, 113 Feinkeramik ∫ 49f. Fertigparkett ∫ 178 Fertigteilestrich ∫ 173 Festigkeitsklasse ∫ 264 Filigrandecke ∫ 164 Fitting ∫ 148 Flachdach ∫ 125 Flachkollektor ∫ 118 Flachs ∫ 139 Flachteppich ∫ 182 Flammschutzmittel ∫ 151 flexible Dichtschlämme ∫ 144 Fliese ∫ 53, 111, 240 Fließmittel ∫ 58 Floatglas ∫ 86 Floatglasverfahren ∫ 84 Florteppich ∫ 182 Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW) ∫ 268 fluorhaltige Polymerisate (PTFE / ETFE) ∫ 94 Flüssigabdichtung ∫ 144 Folie ∫ 126, 130, 145 Folienkissen ∫ 130 Formaldehyd ∫ 268 Formgussmauer ∫ 110 Formsperrholz ∫ 73 Fünfschichtplatte ∫ 73 Fugenausbildung ∫ 142ff. Fugendichtstoff ∫ 142 Fugenglattstrich ∫ 51 Fugenvergussmasse ∫ 65 Furan ∫ 268 Furnier ∫ 74f. Furnierschichtholz ∫ 73 Furnierstreifenholz ∫ 73 Fusing ∫ 87 Fußboden ∫ 170ff. G Gabione ∫ 110 galvanische Verzinkung ∫ 197 Ganggestein (Mikroplutonit) ∫ 40 Gasfüllung ∫ 88 Gesamtenergiedurchlassgrad ∫ 266 Gesteinsart ∫ 41 Gesteinsgruppe ∫ 40 Gesteinskörnung ∫ 56f. Gewebe ∫ 129f. GFK-Wellplatte ∫ 115 Gips ∫ 54 Gipsfaserplatte ∫ 61, 174 gipsgebundene Spanplatte ∫ 160 Gipsplatte ∫ 60, 160, 174 Gipsputz ∫ 189 Gipswandbauplatte ∫ 156 Gitterschale ∫ 226ff. Glas ∫ 83ff., 222f., 237ff., 254f., 258ff. siebbedruckt ∫ 258ff. Spider ∫ 118 Glasdachstein ∫ 86 Glasfaser ∫ 86 Glasfliese ∫ 86, 240f. Glaskeramik ∫ 86 Glaslamelle ∫ 258ff. Glasstein ∫ 116, 156 Glasträger ∫ 238 Glasur ∫ 49, 53 Glaswolle ∫ 135f. Gleitsicherheit ∫ 176 Granit ∫ 41 Grauguss ∫ 80 -rohr ∫ 149 gravieren ∫ 87 Grobkeramik ∫ 49f.

Grundierung ∫ 194 Grünling ∫ 47 Grünspan ∫ 82 Gussaspaltestrich (AS) ∫ 173 Gussasphalt ∫ 65 Gusseisen ∫ 79 gusseisernes Rohr ∫ 149 Gussglas ∫ 86 Gussstahl ∫ 79 Güteprüfung ∫ 264 H Haptik ∫ 32ff. Hardcoating ∫ 88 harte Faserplatte (HB) ∫ 74 Hartstoffestrich ∫ 172 Haustechnik ∫ 146 Heat-Soak-Test ∫ 87, 116 heißluftschweißen ∫ 127 Heizestrich ∫ 171 Heizwert ∫ 99 Hochofenprozess ∫ 79 Hochofenzement ∫ 56 Hochvakuumbitumen ∫ 62 Hohlkörperdecke ∫ 164 Hohlpfanne ∫ 123 Hohlraumboden ∫ 253 holographisch-optische Elemente (HOE) ∫ 88 Holz ∫ 66ff., 206f., 226ff., 229ff. Bodenbelag ∫ 178 Festigkeit ∫ 68 Trocknung ∫ 69 Holzarten ∫ 67, 69ff. Holz-Beton-Verbunddecke ∫ 167 Holzelementdecken ∫ 167 Holzfaserdämmplatte (WF) ∫ 74, 138 Holzfaserplatte ∫ 74, 160 Holzfeuchte ∫ 68 Holzpflaster ∫ 179 Holzschindel ∫ 109, 121f. Holzschutz ∫ 75 chemisch ∫ 198 konstruktiv ∫ 198 Holzschutzmittel ∫ 268 Holztafelbauweise ∫ 206 Holzwerkstoffe ∫ 72ff. Holzwerkstoffklasse ∫ 109 Holzwerkstoffplatte ∫ 109, 168 Holzwolleplatte (WW) ∫ 138 horizontale Verglasung ∫ 116 Hüttenstein ∫ 60f., 156 Hydratation ∫ 56 hydrophob ∫ 95 Hydrophobierung ∫ 200 I Imprägniermittel ∫ 194, 198 Industriebitumen ∫ 63ff. Innendämmung ∫ 136 Innenputz ∫ 188 Installationsboden ∫ 171 Isolierverglasung ∫ 88 J Jahresring ∫ 67 K Kabelkanal ∫ 151 kalandrieren ∫ 93 Kaliumwasserglas ∫ 192 Kalk ∫ 55, 189 Kalkhydrat ∫ 195 Kalkputz ∫ 189 Kalksandstein ∫ 60f., 156 Kalkstein ∫ 41 Kaltverklebung ∫ 125 Kalzium-Silikat-Dämmplatten ∫ 136 Kalziumsulfatestrich ∫ 172 Kantholz ∫ 70 Karbonisation ∫ 198 Kassettendecke ∫ 164 Kastenelementdecke ∫ 167 Kautschuk ∫ 180 Kautschukbahn ∫ 126f. keramische Baustoffe ∫ 48ff. keramische Beläge ∫ 52f.

277

Sachregister

Kerndämmung ∫ 111, 136, 245ff. Kernholzarten ∫ 67 Ketone ∫ 269 Klebstoffe ∫ 96f. Klinker ∫ 50, 220f. Kohäsion ∫ 96 Kompaktdach ∫ 125 Konstruktionsvollholz ∫ 71 Konvektion ∫ 88 Korkerzeugnisse ∫ 138, 180f. Korrosion ∫ 78, 147, 197 korrosionsbeständiger Stahl ∫ 80 Korrosionsschutz ∫ 78, 114, 197 Kratzputz ∫ 191, 218f. Kreuzbalken ∫ 71 Krypton ∫ 88 Kunstharzestrich ∫ 173 Kunststoff ∫ 15, 90ff., 216f., 224f. -bahn ∫ 126f. -rohr ∫ 147, 150 aus nachwachsenden Rohstoffen ∫ 96 Füllstoff ∫ 92 Recycling ∫ 93 Synthese ∫ 90 Verstärkungsstoff ∫ 92 Weichmacher ∫ 92 Zusatzstoff ∫ 92 Kupfer ∫ 82 -rohr ∫ 147, 150 Kupferindiumdiselenidzelle ∫ 118 Kupferlegierung ∫ 83 L Laminat ∫ 179 Langspanholz (LSL) ∫ 74 Lasurmittel ∫ 194 Latentwärmespeicher ∫ 30, 59, 188, 190 Laubholz ∫ 67, 69, 71 Lehmbaustoffe ∫ 44ff. Lehmestrich ∫ 173 Lehmmörtel ∫ 47 Lehmputz ∫ 189 Lehmstein ∫ 47, 155 Leichtbeton ∫ 251ff. Leichtbetonstein ∫ 60f., 156, 210f. Leichthochlochziegel ∫ 50 Leichtlehm ∫ 46 Leichtlehmbauplatte ∫ 160 Leichtmetall ∫ 77 Leichtmörtel ∫ 57f. Leichtputz ∫ 190 Leichtzuschlag ∫ 57, 137 Leim ∫ 97 Lichtlenkung ∫ 89 Lichtreflexion ∫ 266 Lignin ∫ 68, 75 Linoleum ∫ 180 Linz-Donauwitzer-Verfahren ∫ 80 Lochziegel ∫ 50 Lösemittel ∫ 192 löten ∫ 79 Lotuseffekt ∫ 87 Low-E-Beschichtung ∫ 88 Luftdichtheit ∫ 142 Luftkalk ∫ 55, 189 Lüftungskanal ∫ 151 M Magmatit ∫ 40 Magnesiabinder ∫55 Magnesiaestrich (MA) ∫ 172 Makromolekülstruktur ∫ 91 MAK-Werte ∫ 93 Marmor ∫ 41 massebezogener Feuchtegehalt ∫ 265 Massivparkett ∫ 178 Mauermörtel ∫ 57 Mauerwerk, zweischalig ∫ 111 Mauerziegel ∫ 49ff., 155 MDF-Platten ∫ 74 Membran ∫ 129f., 234ff., 261ff. Messerfurnier ∫ 74 Messing ∫ 83

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Metall ∫ 76ff., 232f., 248ff. -gewebe ∫ 234ff. -rohr ∫ 147 Metallbanddeckung ∫ 124 Metallunterdecke ∫ 168 Metamorphite ∫ 40 Mineralfaserplatte ∫ 168 mineralisch gebundene Platte ∫ 60, 115, 168 mineralische Bindemittel ∫ 54ff., 188 Mineralwolle (MW) ∫ 135f. Mischgewebe ∫ 184 mittelharte Faserplatte (MBL / MBH) ∫ 74 Mohs-Härte ∫ 264 Mönch- und Nonneziegel ∫ 121 Mondglasverfahren ∫ 84 Monomer ∫ 90 Montagedecke ∫ 165 Mörtel ∫ 57f. Mörtelgruppe ∫ 57 N Nachhaltigkeit ∫ 18ff. Nadelvlies ∫ 182 Nadelholz ∫ 67, 69, 71 Nasslehmverfahren ∫ 45 Naturasphalt ∫ 65 Naturfaser ∫ 183 Naturharz ∫ 196 Naturkautschuk ∫ 90 Naturstein ∫ 38ff., 155, 212f., 256f. -platten ∫ 110 Oberflächenbearbeitung ∫ 42 Naturwerkstein ∫ 110, 176 Nennfestigkeit ∫ 264 Neusilber ∫ 83 Nichteisenmetall ∫ 77 Nietung ∫ 114 Normalglas ∫ 85 Normalmörtel ∫ 57 O Oberputz ∫ 189 Ökobilanz ∫ 23ff., 98ff. optische Dichte ∫ 266 Opus Caementitium ∫ 54 organische Bindemittel ∫ 188, 192 Ortbeton ∫ 112, 242 OSB-Platte ∫ 74 Oxidationsbitumen ∫ 62 Ozonzerstörungspotenzial ∫ 99 P Patina ∫ 82 Pentachlorphenol (PCP) ∫ 269 Perimeterdämmung ∫ 136 Perlite, expandierte (EPB) ∫ 137 Perlitebauplatten ∫ 61, 160 Pfosten-Riegel-Fassade ∫ 117 Phase Changing Materials (PCM) ∫ 30f., 59, 188, 190 pH-Wert ∫ 266 Phenolharz ∫ 90 phototropes Glas ∫ 89 Photovoltaik ∫ 118 Pigment ∫ 57, 193, 198 Pilzdecke ∫ 164 Planziegel ∫ 50, 155 Platten ∫ 47, 53 stranggepresst ∫ 53 trockengepresst ∫ 53 bitumengebunden ∫ 177 keramisch ∫ 177 kunstharzgebunden ∫ 177 zementgebunden ∫ 177 Plattenbalkendecke ∫ 165 Plusdach ∫ 125 Plutonit ∫ 40 PMV-Index ∫ 23, 26 Polyaddition ∫ 91 Polyamidfasern (PA) ∫ 184 Polycarbonatplatte ∫ 254 Polycarbonat-Wellplatte ∫ 216 polychlorierte Biphenyle (PCB) ∫ 269 Polyesterfasern ∫ 184

Polyestergewebe, PVC-beschichtet ∫ 261ff. Polyesterharz ∫ 16, 224 Polyethylen (PE) ∫ 94, 147, 150 Polykondensation ∫ 91 Polymerbitumenbahn ∫ 64 Polymer ∫ 90 Polymerisatharz ∫ 195 Polymerisation ∫ 91 polymermodifizierte Bitumen (PmB) ∫ 62 Polymethylacrylat (PMMA) ∫ 94 Polyolefine ∫ 94, 181 Polypropylen (PP) ∫ 94, 148, 150, 184 Polystyrol (PS) ∫ 94 -Extruderschaum (XPS) ∫ 137 -Hartschaum (EPS) ∫ 16, 29f., 137 Polysulfiddichtstoff ∫ 143 Polysiloxane ∫ 95 Polyurethan ∫ 15f. Polyurethandichtstoffe ∫ 143 Polyurethan-Hartschaum (PUR) ∫ 137 Polyurethanharz ∫ 195 Polyvinylbutyralfolie (PVB) ∫ 87 Polyvinylchlorid (PVC) ∫ 94, 147, 150, 181 polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) ∫ 269 Porenbeton ∫ 156 -platte ∫ 165 -stein ∫ 60f. poröse Faserplatten (SB) ∫ 74 Portlandzement ∫ 56 Pressdachziegel ∫ 52 Pressglas ∫ 86 Pressleisten ∫ 117 preußische Kappendecke ∫ 165 Primärenergiegehalt (PEI) ∫ 98 Profilbauglas ∫ 117 Profilblech ∫ 114 Profilbrett ∫ 109 Profilglas ∫ 86, 157 Putz ∫ 188ff., 218f. Oberflächenstruktur ∫ 191 Putzgrund ∫ 189 Putzmörtel ∫ 57 Putzmörtelgruppe ∫ 188 Putzsystem ∫ 188f. Putzträger ∫ 189 Putzweise ∫ 191 Puzzolan ∫ 55 PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) ∫ 88 Q Quarzglas ∫ 86 Quell- und Schwindmaß ∫ 265 Quellschweißen ∫ 127 R Rabitzdecke ∫ 168 Radon ∫ 269 Randverbund ∫ 88 Rasterdecke ∫ 168 Raufasertapete ∫ 200 Rauspund ∫ 114 REA-Gips ∫ 55 Recycling ∫ 24f. Recyclingfähigkeit ∫ 148f. 151 Recyclingpotenzial ∫ 99 Reet ∫ 121 Reetdeckung ∫ 122 Reflexionsgrad ∫ 266 Regeldachneigung ∫ 122 Reifholzarten ∫ 67 Retrolamelle ∫ 89 Rohdichte ∫ 264 Roheisen ∫ 79 Rohrdämmung ∫ 150 rotationsformen ∫ 93 Rotguss ∫ 83 S Sachbilanz ∫ 98 Sägefurnier ∫ 74 Sandstein ∫ 41

Sandwichpaneel ∫ 138 Sanierputz ∫ 190 Sauerstoffdiffusion ∫ 150 Schadstoff ∫ 21, 268f. Schafwolle ∫ 139 Schälfurnier ∫ 75 Schallabsorptionsgrad ∫ 265 Schallschutz ∫ 149 schaltbare Wärmedämmung (SWD) ∫ 140 Schalung ∫ 58, 154 Schaumglas ∫ 86, 136 Scheibenzwischenraum ∫ 88 Schichtholzrippendecke ∫ 167 Schichtstoffplatte ∫ 179 Schiefer ∫ 41, 123 Schindeldeckung ∫ 114 Schmelzpunkt ∫ 264 schmieden ∫ 79 Schüttung ∫ 46, 137 Schweißbahn ∫ 64 schweißen ∫ 79, 125 Schwermetall ∫ 77 Schwingboden ∫ 174 Sedimentit ∫ 40 Seilfassade ∫ 117 selbstreinigendes Glas ∫ 87 Setzfuge ∫ 142 Shock Absorbing Foam (SAF) ∫ 182 Sichtbeton ∫ 112, 251ff. Sichtmauerstein ∫ 112f. Siebdruck ∫ 87 Sieblinie ∫ 57 Siedepunkt ∫ 265 Silikat ∫ 192, 195 Silikatschaum ∫ 14 Silikondichtstoff ∫ 143 Silikondichtung ∫ 222f. Silikon (SI) ∫ 95 Silikonharz ∫ 196 Siliziumzelle ∫ 118 sintern ∫ 49, 52 Softcoating ∫ 88 Solarthermie ∫ 118 Sonnenschutz ∫ 89 Sonnenschutzglas ∫ 88, 116 Spaltplatte ∫ 111 Spaltzugfestigkeit ∫ 264 Spannbetonhohlplatte ∫ 164 Spanndecke ∫ 169 Spannstoff ∫ 200 Spanplatte (P) ∫ 73f., 160, 174 Speichermasse ∫ 208, 242 spezifische Wärmekapazität ∫ 265 Splintholzarten ∫ 67 spritzgießen ∫ 93 Spritzputz ∫ 191 Sputtering ∫ 88 Stabsperrholz ∫ 73 Stäbchensperrholz ∫ 73 Stahl ∫ 80 Stahlbetondecke ∫ 163f. Stahlblechverbund ∫ 165 Stahllegierung ∫ 80 Stahlrohr ∫ 147, 150 Stahlsteindecke ∫ 165 Stahlträgerverbund ∫ 165 Stampfbeton ∫ 205 Stampflehm ∫ 46, 204f. standardisierte Produktdeklaration ∫ 98 Stegplatte ∫ 115 Stehfalz ∫ 114, 124, 127 Stehfalzdeckung ∫ 227 Steinholzestrich ∫ 173 Steinwolle ∫ 135f. Steinzeugrohr ∫ 52, 149 Strangdachziegel ∫ 52 Strangpressplatten ∫ 74 Strangpressröhrenplatte (ET) ∫ 74, 160 Straßenbaubitumen ∫ 63 Streckgrenze ∫ 77, 264 Strohlehm (Faserlehm) ∫ 46 Strömungswiderstand ∫ 265

Sachregister / Personenregister

Structural Sealant Glazing (SSG) ∫ 117 Structural Veneer Lumber (SVL) ∫ 73 Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) ∫ 95 Substratschicht ∫ 208, 125 Syntheseverfahren ∫ 91 T Tapete ∫ 200f. Tauwasser ∫ 142 teilvorgespanntes Glas ∫ 87, 116 Temperguss ∫ 80 Terrazzo ∫ 172 textile Bodenbeläge ∫ 182ff. Beanspruchungsklassen ∫ 182 Komfortklassen ∫ 182 Rückenmaterial ∫ 182 thermische Behaglichkeit ∫ 133 thermischer Längenausdehnungskoeffizient ∫ 265 thermosensitive Materialien ∫ 15 Thermoplast ∫ 91 thermotropes Glas ∫ 89 Tiefengestein (Plutonit) ∫ 40 Titanzink ∫ 82 Ton ∫ 48 -mineral ∫ 49 -schiefer ∫ 41 Transmission ∫ 88 Transmissionsgrad ∫ 266 transluzenter Beton ∫ 17 transluzente Wärmedämmung (TWD) ∫ 140 Trapezblech ∫ 248 Treibhauspotenzial (GWP) ∫ 99 Trinkwasserinstallation ∫ 147 Trittschalldämmung ∫ 137 Trittsicherheit ∫ 176 Trockenestrich ∫ 174 U Überdüngungspotenzial (EP) ∫ 99 umformen ∫ 93 Umkehrdach ∫ 125 Umwandlungsgestein (Metamorphit) ∫ 40 Unterdecke ∫ 167 Untergrundvorbereitung ∫ 196 Unterputz ∫ 189 V Vakuum-Isolations-Paneel (VIP) ∫ 30, 139 Vakuumkollektor ∫ 118 Velours ∫ 182 Verbindungsteile für Kunststoffrohre ∫ 148 Verblendmauerwerk ∫ 111 Verbundestrich ∫ 171 Verbundrohr ∫ 148, 150 Verbundsicherheitsglas (VSG) ∫ 87, 116, 222 verdrillen ∫ 79 verfugen ∫ 51 Verglasung adaptiv ∫ 89 F-Verglasung ∫ 88 G-Verglasung ∫ 88 gasochrom ∫ 89 Überkopf- ∫ 116 Vertikal- ∫ 116 Versauerungspotenzial (AP) ∫ 99 Versprödung ∫ 91 Verzinkung ∫ 197 Vickers-Härte ∫ 264 Vlieseinlage ∫ 126 Vliesrücken ∫ 182 Volatile Organic Compounds (VOC) ∫ 269 Vollholz ∫ 108 Vollholzprodukte ∫ 71f. volumenbezogener Feuchtegehalt ∫ 265 vorgefertigte Decken ∫ 165 Vormauerblock ∫ 113 Vormauerschale ∫ 110 Vormauerstein ∫ 113

Vorwandinstallation ∫ 146 Vulkanit ∫ 40 W walzen ∫ 79 Wandbauplatte ∫ 61 Wände ∫ 152ff. Massivbauweise ∫ 152 Mauerwerksverband ∫ 155 Sichtmauerwerk ∫ 155 Skelettbauweise ∫ 152 Systembauweise ∫ 152 Wärmeausdehnung ∫ 147f., 151 Wärmedämmputz ∫ 190 Wärmedämmung ∫ 29f., 137 Wärmedämmverbundsystem (WDVS) ∫ 191 Wärmedurchgangskoeffizient ∫ 265 Wärmedurchgangswiderstand ∫ 265 Wärmeleitfähigkeit ∫ 265 Wärmeleitung ∫ 88 Wärmeschutzglas ∫ 116 Wärmeschutz-Isolierglas ∫ 88 Wärmespeicherfähigkeit ∫ 265 Wartungsfuge ∫ 143 Wasseraufbereitung ∫ 147 Wasseraufnahmekoeffizient ∫ 265 Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl ∫ 265 wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke ∫ 265 Wasserdichtheit ∫ 142 Wasserzementwert ∫ 56 Weißglas ∫ 86, 222f., 237ff. Wellerlehm ∫ 46 Wellplatten ∫ 115, 248ff. Werkfrischmörtel ∫ 57 Werkmörtel ∫ 188 Wichte ∫ 264 Winddichtung ∫ 26, 145 winkelselektive Beschichtung ∫ 89 Wirkungsbilanz ∫ 98 Wolle ∫ 183 X Xenon ∫ 88 Z Zellulose ∫ 68, 75 Zellulosefaser ∫ 139 Zement ∫ 56 Zementestrich ∫ 172 Zementfaserplatte ∫ 160 zementgebundene Spanplatte ∫ 160 Zementputz ∫ 189 Ziegel ∫ 220f., 245ff. Zink ∫ 82 Zugfestigkeit ∫ 264 Zweischeiben-Wärmeschutzglas ∫ 116

Personenregister A Aalto, Alvar ∫ 53 Ackermann + Raff ∫ 195 Ackermann und Partner ∫ 130, 66 Allmann Sattler Wappner ∫ 240f. Anderegg, Ruben ∫ 218f. Ando Architecture Design Office ∫ 229ff. Ando, Tadao ∫ 58f. Architektengemeinschaft Marschwegstadion ∫ 129 Arets, Wiel ∫ 156 Arte Charpentier (+ Abbès Tahir) ∫ 222f. ASP Schweger + Partner ∫ 261ff. Aspdin, Joseph ∫ 54 Assmann Salomon und Scheidt ∫ 256f.

Asymptote ∫ 193 Auer + Weber ∫ 166 B b & k + ∫ 92 Barragan, Luis ∫ 186 Baumschlager Eberle ∫ 66 Bearth + Deplazes ∫ 155 Behnisch + Partner ∫ 87, 90, 106 Behrens, Peter ∫ 155, 48 Belidor, Bernard Forest ∫ 54 Bendimérad, Sabri ∫ 245ff. Bétrix & Consolascio ∫ 193 Bicheroux, Max ∫ 84 Bienefeld, Heinz ∫ 51 Blandini, ,Lucio ∫ 96 Bolles und Wilson ∫ 158 Burham, Daniel ∫ 78 C Calatrava, Santiago ∫ 57 Caminada, Gion ∫ 197 Charreau, Pierre ∫ 84 Cheret und Bozic ∫ 158 Chombart de Lauwe, Pascal ∫ 245ff. Christo & Jeanne-Claude ∫ 152 Claessen Koivisto Rune ∫ 60 Colburn, Irving ∫ 84 Cruz Ovalle, Jose ∫ 166 Cullinan, Edward ∫ 226ff. D Delugan + Meissl ∫ 120 Design Antenna ∫ 87 Dieste, Eladio ∫ 48 Dietz Joppien ∫ 251ff. E Eliasson, Olafur ∫ 44 EM2N (Mathias Müller, Daniel Niggli) ∫ 59 Esslinger, Marc ∫ 32ff. F Formalhaut ∫ 104 Fourcault, Emile ∫ 84 Füeg, Franz ∫ 38 Funhoff, Dirk ∫ 28ff. Future Systems ∫ 214f. G Garcia-Abril, Antón ∫ 95 Gaztelu, Jaime (Ana Fernandez) ∫ 54 Gehry, Frank ∫ 83, 14, 168 Gigon + Guyer ∫81, 84, 158 Gobbe, Emile ∫ 84 Graft ∫ 181 Grand, Pascal ∫ 129 Grimshaw, Nicholas ∫ 76 Gropius, Walter ∫ 84 H Häring, Hugo ∫ 104 Hascher Jehle ∫ 237ff. Hasenauer, Karl Freiherr von ∫ 166 Haus-Rucker-Co ∫ 90 Hegger Hegger Schleiff ∫ 48, 95, 118 Herrmann + Bosch ∫ 156 Herzog & de Meuron ∫ 60, 83, 106, 130, 34 Hild und K ∫ 155 Holzmeister, Clemens ∫ 204 I Ibos + Vitart ∫ 248ff. Ibos, Jean Marc ∫ 248ff. Ikeda, Masahiro ∫ 232f. J Johnson, Philip ∫ 84 Jourda + Perraudin ∫ 118 Jourda, Françoise ∫ 197, 208f. Joy, Rick ∫ 106, 155, 44 K Kahn, Louis ∫ 54, 165 Karl + Probst ∫ 165 Klotz, Matthias ∫ 165 Klumpp, Hans ∫ 189 Koolhaas, Rem ∫ 14, 115 Korteknie & Stuhlmacher ∫ 75 Kraemer und Sieverts ∫ 166 Kuma, Kengo ∫ 229ff.

L Lacaton & Vassal ∫ 90, 216f. Lainer, Rüdiger ∫ 189 Larsen, Henning ∫ 41 Le Corbusier ∫ 54, 57, 186, 195 Longhena, Baldassare ∫ 175 Loos, Adolf ∫ 122, 38 Losonczi, Aron ∫ 17 M MADA s.p.a.m. 212f. ∫ Mansilla y Tuñon ∫ 162 Marin + Trottin ∫ 195 Marquardt Architekten ∫ 84 Marte.Marte 204f. ∫ Mayer H., Jürgen ∫ 14f., 81 Meier, Richard ∫ 160 Mies van der Rohe, Ludwig ∫ 62, 83, 84, 158, 18 Ming Pei, Ieoh ∫ 88 MVRDV ∫ 53, 254f. N NIO ∫ 224f. Nio, Maurice ∫ 16 NL architects ∫ 14f. NOX (Lars Spuybroek) 234ff. O Olbrich, Joseph Maria ∫ 76 Olgiati, Valerio ∫ 189 Otto, Frei ∫ 90, 95 P Palladio, Andrea ∫ 104 Pawson, John ∫ 198 Perraudin, Gilles ∫ 208f. Perrault, Dominique ∫ 140 Perret, Auguste ∫ 54 Piano, Renzo ∫ 83, 38 Pilkington, Alastair ∫ 84 Q Querkraft ∫ 195 R Reitermann + Sassenroth ∫ 46 Riegler Riewe ∫ 242ff. Rogers, Richard ∫ 81 Rubio, Justo Garcia ∫ 57 Ruch, Hans-Jörg ∫ 206f. Rudolphi, Alexander ∫ 22ff. S Sauer, Christiane ∫ 14ff. Sauerbruch Hutton Architekten ∫ 116, 166, 258ff. Schultes, Axel ∫ 58 Semper, Gottfried ∫ 166 Snozzi + Vacchini ∫ 220f. Sobek, Werner ∫ 88, 96 Splitterwerk ∫ 95 Staab, Volker ∫ 155 Steiger, Peter ∫ 18ff. Suuronen, Matti ∫ 96 T Tahir, Abbès ∫ 222f. Team Extasia ∫ 95 Tectône (Sabri Bendimérad und Pascal Chombart de Lauwe) ∫ 245ff. Tezuka, Takaharu und Yui ∫ 232f. Trucco, Jacomo Matteo ∫ 54 U Ungers, Simon ∫ 210f. Utzon, Jørn ∫ 48, 53 V Vitart, Myrto ∫ 248ff. W Wandel Hoefer Lorch Hirsch ∫ 59, 83 Wright, Frank Lloyd ∫ 54, 109, 113 Wulf & Partner ∫ 156 Z Zumthor, Peter ∫ 87, 155 Zuuk, René van ∫ 122

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Die Erarbeitung der Ökobilanzierung war nur durch eine Unterstützung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt möglich.

Autoren und Verlag danken den folgenden Unternehmen für die Förderung der Publikation:

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