Grundlagen der Bautechnik

Jens Krass | Bärbel Mitransky | Gerhard Rupp Grundlagen der Bautechnik

Aus dem Programm

Berufliche Bildung

Herausgegeben von: Dietrich Richter, Studiendirektor a. D.

Vieweg+Teubner entwickelte kompakte Lehr-/Fachbücher für die Ausbildung in den Bauhaupt- und -nebenberufen. Diese Bücher beinhalten die Technologie der aktuellen Lehrpläne in Anlehnung an die jeweiligen Lernfelder mit einer Unterteilung in handlungsorientierte und praxisbezogene Bereiche. Berechnungen und Zeichnungen, die sich aus dem technischen Zusammenhang ergeben, enthalten entsprechende Verweise auf die beiden Abschnitte Zeichnungen und Fachmathematik, in denen das dazugehörige Wissen vermittelt wird. In einem einleitenden Abschnitt sind historische, berufliche, betriebliche oder allgemeintechnische Zusammenhänge dargestellt. Sie helfen interessierten Schülern beim Selbststudium , aber auch bei der nachfolgenden Vertiefung. Das neue Konzept der Verzahnung von Technologie, Fachmathematik und -zeichnung in einem umfassenden Werk unterstützt optimal das handlungskompetente und damit praxisrelevante Lernen. Nicht zuletzt erlaubt die Zusammenführung der Lehrinhalte in EIN Lehrbuch das besonders günstige Preis-/Leistungsverhältnis.

www.viewegteubner.de

Jens Krass | Bärbel Mitransky | Gerhard Rupp

Grundlagen der Bautechnik Mit 718 Abbildungen und 49 Tabellen STUDIUM

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar.

StR Jens Krass, Berufbildende Schule Idar-Oberstein OStR Gerhard Rupp, Berufsbildende Schule Idar-Oberstein OStR Dipl.-Ing. Bärbel Mitransky, Schleswig

1. Auflage 2009 Alle Rechte vorbehalten © Vieweg +Teubner | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2009 Lektorat: Dipl.-Ing. Ralf Harms | Sabine Koch Vieweg +Teubner ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media. www.viewegteubner.de Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Umschlaggestaltung: KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg Technische Redaktion: Dipl.-Vw. Annette Prenzer Druck und buchbinderische Verarbeitung: Krips b.v., Meppel Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Printed in the Netherlands ISBN 978-3-8351-0053-4

Vorwort Das vorliegende Grundstufenbuch des Berufsfeldes Bautechnik umfasst die Lerninhalte des 1. Ausbildungsjahres der Bauberufe (Hoch-, Tief- und Ausbauberufe). Grundlage ist der Rahmenlehrplan der die Lerninhalte nach Lernfeldern gliedert: Lernfeld 1: Einrichten einer Baustelle

Lernfeld 2: Erschließen und Gründen eines Bauwerkes

Lernfeld 6:

Lernfeld 3:

Beschichten und Bekleiden eines Baukörpers

Lernfelder des 1. Ausbildungsjahres des Berufsfeldes Bautechnik

Mauern eines einschaligen Baukörpers

Lernfeld 5: Herstellen einer Holzkonstruktion

Lernfeld 4: Herstellen eines Stahlbetonbauteils

VI

Vorwort

Ausgangspunkt der Ausarbeitungen ist die Hinführung zur Vermittlung notwendiger Kompetenzen (Handlungskompetenz, Methodenkompetenz, Sozialkompetenz) und fachlicher Kenntnisse. Am Anfang der jeweiligen Lernfelder stehen die Zielformulierungen und die Inhalte. So kann sich der Schüler einen ersten Eindruck über das verschaffen, was von ihm zu erarbeiten ist. In jedem Lernfeld ist ein kleines übersichtliches Projekt vorgestellt. Zur Erarbeitung dieser Projektarbeit ist dieses in mehrere Lernsituationen aufgeschlüsselt. So können an einer kleinen Einheit die vom Lehrer gewünschten Kompetenzen und Kenntnisse erarbeitet werden. Bestimmte Lernsituationen werden sich in den verschiedenen Lernfeldern auch wiederfinden. Wann und durch welche Lernsituationen bestimmte Kompetenzen und Kenntnisse vermittelt werden, liegt in der Verantwortung des Pädagogen. Dies unterliegt auch den temporären Bedingungen. Die zur Erarbeitung notwendigen Informationen finden sich in den nachfolgenden Abschnitten der Lernfelder. Am Ende eines Lernfeldes ist nochmals eine Projektaufgabe formuliert. Sie soll dazu dienen, dem Schüler die Möglichkeit zu geben, an einer kleinen komplexen Aufgabe das Erlernte nochmals zu vertiefen. Dazu dienen auch die den einzelnen Abschnitten zugeordneten Aufgaben und Übungen. Alle Informationen bezüglich der am Bau verwendeten Baustoffe sind im Abschnitt „Baustoffe“ zusammengefasst. Das vereinfacht auch die Vorbereitung auf Prüfungen. Die zeichnerischen Grundlagen korrespondieren mit den Inhalten der entsprechenden Lernfelder und lassen vermehrt selbständiges Lernen zu. Daneben werden Grundlagen bezüglich Baugeschichte, Umweltschutz, Fachmathematik, Bauchemie, Bauphysik und im Bauzeichnen vermittelt. Eine Vielzahl von Tabellen, Übersichten, Zeichnungen und Fotos unterstützen das Erarbeiten des Fachwissens. Die Veränderungen durch die Europäisierung, durch neue Erkenntnisse und Konstruktionen sowie durch ökologische Gesichtspunkte stellen einen neuen Anspruch an die Auszubildenden und die Ausbilder und wurden entsprechend berücksichtigt. Die Fachbücher für die Fachstufen der Maurer, Beton- und Stahlbetonbauer, Straßenbauer und Stuckateure bauen auf dem Grundlagenbuch auf und stehen im Verlag zur Verfügung. Wir danken allen Kolleginnen und Kollegen, Firmen, Architekten und Verbänden, die uns bei der Arbeit unterstützt haben.

März 2009

Die Autoren

Inhaltsverzeichnis 1

2

Grundlagen ......................................................................................................................... 1 1.1

Baugeschichte ........................................................................................................... 1

1.2

Bauhandwerk und Bauindustrie ................................................................................ 4

1.3

Ausbildungsverordnung in der Bauwirtschaft .......................................................... 5

1.4

Bauplanung ............................................................................................................... 7

1.5

Unfallverhütung, Arbeits- und Gesundheitsschutz ................................................... 9

1.6

Umweltschutz.......................................................................................................... 12

Bauausführung ................................................................................................................. 25 2.1

Lernfeld 1 Einrichten einer Baustelle...................................................................... 25 2.1.1 Allgemeines ................................................................................................. 25 2.1.2 Bebauungsplan und Lageplan...................................................................... 29 2.1.3 Gebäudeabsteckung ..................................................................................... 29 2.1.4 Erstellen eines Baustelleneinrichtungsplans ................................................ 32 2.1.5 Baugeräte ..................................................................................................... 35 2.1.6 Ver- und Entsorgungsanlagen...................................................................... 38 2.1.7 Baustellensicherung ..................................................................................... 39

2.2

Lernfeld 2 Erschließen und Gründen des Bauwerks............................................... 44 2.2.1 Anforderungen an Fundamente ................................................................... 47 2.2.2 Baugrund...................................................................................................... 49 2.2.3 Baugrube...................................................................................................... 56 2.2.4 Erdarbeiten................................................................................................... 59 2.2.5 Gründungen ................................................................................................. 62 2.2.6 Herstellen von Streifenfundamenten............................................................ 65 2.2.7 Hausentwässerung/Wasserver- und entsorgung .......................................... 66

2.3

Lernfeld 3 Mauern eines einschaligen Baukörpers ................................................. 75 2.3.1 Wandarten und deren Aufgaben .................................................................. 79 2.3.2 Maßordnung im Hochbau ............................................................................ 80 2.3.3 Mauerverbände für einschalige Wände ....................................................... 86 2.3.4 Herstellen von Mauerwerk........................................................................... 99

VIII

Inhaltsverzeichnis

2.3.5 Baustoffbedarf ........................................................................................... 108 2.3.6 Feuchtigkeitsschutz.................................................................................... 112 2.4

Lernfeld 4 Herstellen eines Stahlbetonbauteils ..................................................... 116 2.4.1 Bautechnische Grundlagen ........................................................................ 118 2.4.2 Planung und konstruktive Besonderheiten................................................. 119 2.4.3 Schalungsbau ............................................................................................. 120 2.4.4 Bewehrung ................................................................................................. 126 2.4.5 Betonstahl .................................................................................................. 127 2.4.6 Bewehrungsplan......................................................................................... 132 2.4.7 Einbau der Bewehrung............................................................................... 134 2.4.8 Betonierarbeiten......................................................................................... 135 2.4.9 Ausschalen ................................................................................................. 137

2.5

Lernfeld 5 Herstellen einer Holzkonstruktion....................................................... 139 2.5.1 Holzverbindungen...................................................................................... 142 2.5.2 Werkzeuge und Maschinen für die Holzbearbeitung................................. 147 2.5.3 Holzkonstruktionen.................................................................................... 156 2.5.4 Ermittlung des Holzbedarfs ....................................................................... 172

2.6

Lernfeld 6 Beschichten und Bekleiden eines Baukörpers..................................... 178 2.6.1 Putzarbeiten ............................................................................................... 180 2.6.2 Trockenbaukonstruktionen ........................................................................ 189 2.6.3 Estriche ...................................................................................................... 192 2.6.4 Fliesenarbeiten ........................................................................................... 198 2.6.5 Abdichtungen............................................................................................. 203

3

Baustoffe.......................................................................................................................... 213 3.1

Natürliche Steine ................................................................................................... 213 3.1.1 Entstehung und Einteilung der Natursteine ............................................... 214 3.1.2 Eigenschaften und Verwendung der Natursteine....................................... 218

3.2

Künstliche Steine .................................................................................................. 220 3.2.1 Arten, Maße, Formate ................................................................................ 220 3.2.2 Der Mauerziegel......................................................................................... 223 3.2.3 Kalksandsteine ........................................................................................... 229 3.2.4 Hüttensteine ............................................................................................... 235 3.2.5 Leichtbetonsteine ....................................................................................... 236 3.2.6 Betonsteine aus Normalbeton nach DIN V 18153-100 ............................. 240 3.2.7 Porenbetonsteine ........................................................................................ 243

Inhaltsverzeichnis

3.3

Bindemittel............................................................................................................ 246 3.3.1 Baugips ...................................................................................................... 246 3.3.2 Baukalke .................................................................................................... 254 3.3.3 Zement ....................................................................................................... 258 3.3.4 Putz- und Mauerbinder .............................................................................. 264 3.3.5 Calciumsulfatbinder (Anhydritbinder)....................................................... 265

3.4

Gesteinskörnungen................................................................................................ 266 3.4.1 Arten .......................................................................................................... 266 3.4.2 Anforderungen an die Gesteinskörnung .................................................... 267

3.5

Mörtel.................................................................................................................... 272 3.5.1 Mörtelbestandteile ..................................................................................... 272 3.5.2 Mörtelgruppen ........................................................................................... 274 3.5.3 Mörtelherstellung....................................................................................... 278

3.6

Estrich ................................................................................................................... 280 3.6.1 Allgemeines ............................................................................................... 280 3.6.2 Konstruktionsarten..................................................................................... 281 3.6.3 Estricharten ................................................................................................ 283

3.7

Beton ..................................................................................................................... 285 3.7.1 Begriffsbestimmung und Gliederung......................................................... 285 3.7.2 Einfluss des Wasserzementwertes (w/z-Wert)........................................... 293 3.7.3 Betoneigenschaften.................................................................................... 295 3.7.4 Expositionsklassen..................................................................................... 297 3.7.5 Zusammensetzung des Betons ................................................................... 299 3.7.6 Bestellung und Abnahme........................................................................... 301 3.7.7 Betonherstellung ........................................................................................ 301 3.7.8 Verarbeiten des Betons .............................................................................. 302 3.7.9 Nachbehandlung des Betons...................................................................... 303

3.8

Metalle .................................................................................................................. 304 3.8.1 Eisen .......................................................................................................... 304 3.8.2 Stahl ........................................................................................................... 307 3.8.3 Baustahl ..................................................................................................... 308 3.8.4 Betonstahl (Kurzzeichen „BSt“) ................................................................ 310 3.8.5 Aluminium ................................................................................................. 315 3.8.6 Kupfer ........................................................................................................ 317 3.8.7 Blei............................................................................................................. 318 3.8.8 Zink............................................................................................................ 320

IX

X

Inhaltsverzeichnis

3.8.9 Korrosion ................................................................................................... 322 3.9

Stahlbeton.............................................................................................................. 327 3.9.1 Voraussetzungen für die Verbundwirkung von Stahl und Beton .............. 327 3.9.2 Kräfte im Stahlbetonbalken ....................................................................... 331 3.9.3 Grundlagen der Bewehrungsführung......................................................... 333 3.9.4 Herstellen der Bewehrung.......................................................................... 336

3.10

3.11

Betonschalungen ................................................................................................... 340 3.10.1

Aufgaben einer Schalung ........................................................................ 340

3.10.2

Schalungselemente.................................................................................. 341

3.10.3

Vor- und Nachbereitung der Schalung.................................................... 348

Bauholz ................................................................................................................. 350 3.11.1

Ökosystem Wald ..................................................................................... 350

3.11.2

Wachstum des Holzes ............................................................................. 351

3.11.3

Aufbau des Holzes .................................................................................. 353

3.11.4

Holzfehler................................................................................................ 355

3.11.5

Europäische Hölzer ................................................................................. 359

3.11.6

Technische Eigenschaften von Bauholz.................................................. 360

3.11.7

Handelsformen von Bauholz................................................................... 367

3.11.8

Holzschädlinge........................................................................................ 369

3.11.9

Holzschutz............................................................................................... 372

3.11.10 Holzwerkstoffe........................................................................................ 378 3.12

3.13

3.14

3.15

Bitumen ................................................................................................................. 380 3.12.1

Herstellung und Arten von Bitumen ....................................................... 380

3.12.2

Eigenschaften von Bitumen .................................................................... 382

3.12.3

Prüfungen von Bitumen .......................................................................... 382

3.12.4

Produkte und Anwendung....................................................................... 384

Kunststoffe ............................................................................................................ 387 3.13.1

Eigenschaften und Verwendung ............................................................. 388

3.13.2

Technologie der Kunststoffe ................................................................... 388

3.13.3

Kunststoffarten........................................................................................ 394

Keramische Fliesen und Platten ............................................................................ 399 3.14.1

Feinkeramische Fliesen ........................................................................... 400

3.14.2

Grobkeramische Platten .......................................................................... 404

Nichtkeramische Platten und Beläge..................................................................... 407 3.15.1

Natursteinplatten ..................................................................................... 407

3.15.2

Betonwerksteinplatten............................................................................. 408

XI

Inhaltsverzeichnis

3.15.3 3.16

3.17 4

Betonpflastersteine.................................................................................. 411

Bauplatten ............................................................................................................. 413 3.16.1

Gipsplatten (DIN EN 520) ...................................................................... 413

3.16.2

Gips-Wandbauplatten (EN 12859) ......................................................... 420

3.16.3

Holzwolle-Leichtbauplatten (HWL) ....................................................... 423

Dämmstoffe........................................................................................................... 424

Mathematische Grundlagen .......................................................................................... 431 4.1

Berechnen von Längen, Höhen, Breiten ............................................................... 431 4.1.1 Grundlagen ................................................................................................ 431 4.1.2 Übungsaufgaben ........................................................................................ 432

4.2

NN-Höhen in der Bautechnik ............................................................................... 433

4.3

Maßstabsrechnen................................................................................................... 434 4.3.1 Grundlagen ................................................................................................ 434 4.3.2 Umrechnungen........................................................................................... 435 4.3.3 Aufgaben.................................................................................................... 435

4.4

Ermitteln und Berechnen von Winkeln................................................................. 436

4.5

Rechnen mit Neigungen........................................................................................ 438 4.5.1 Grundlagen ................................................................................................ 438 4.5.2 Übungsaufgaben ........................................................................................ 439

4.6

Berechnen von Flächen......................................................................................... 440 4.6.1 Grundlagen ................................................................................................ 440 4.6.2 Längen und Flächen................................................................................... 440 4.6.3 Viereckige Flächen .................................................................................... 441 4.6.4 Dreieckige Flächen .................................................................................... 442 4.6.5 Runde Flächen ........................................................................................... 444 4.6.6 Zusammengesetzte Flächen ....................................................................... 445

4.7

Berechnen von Volumen....................................................................................... 447 4.7.1 Grundlagen ................................................................................................ 447 4.7.2 Quader und Würfel .................................................................................... 448 4.7.3 Prisma und Zylinder................................................................................... 449 4.7.4 Spitze stumpfe Körper ............................................................................... 451

4.8

Lehrsatz des Pythagoras........................................................................................ 452

4.9

Ermitteln von Material- und Baustoffbedarf......................................................... 454

XII

Inhaltsverzeichnis

5

Zeichnerische Grundlagen............................................................................................. 461 5.1

Lageplan................................................................................................................ 463 5.1.1 Lageplan, im Original Maßstab 1 : 500 ..................................................... 465 5.1.2 Baustelleneinrichtung ................................................................................ 467 5.1.3 Entwässerungsplan..................................................................................... 469

5.2

Fundamentplan für Streifenfundamente................................................................ 471 5.2.1 Fundamentplan – Grundriss....................................................................... 473 5.2.2 Baugrube mit einer 60° Böschung und Streifenfundament........................ 475 5.2.3 Schnitt durch das Fundament mit aufgehendem Mauerwerk..................... 477 5.2.4 Schalung auf Baugrubensohle.................................................................... 479

5.3

Einschaliges Mauerwerk ....................................................................................... 481 5.3.1 Grundriss und Schnitt ................................................................................ 483 5.3.2 Grundriss mit Möblierung.......................................................................... 485 5.3.3 Grundrisse eines Erdgeschosses und eines darüber liegenden Dachgeschosses ......................................................................................... 487 5.3.4 Grundriss und Schnitt des Kellergeschosses.............................................. 489 5.3.5 Grundriss, Schnitt und Ansicht eines Hauses ............................................ 491 5.3.6 Einfache räumliche Darstellung: Kavalierperspektive............................... 493 5.3.7 Perspektivische Darstellung: Kavalierperspektive..................................... 495

5.4

Stahlbetonbau........................................................................................................ 497

5.5

Holzbau: Isometrie ................................................................................................ 501 5.5.1 Holzbau: Fachwerkwand, Holzverbindungen............................................ 505 5.5.2 Holzbau Fachwerkträger............................................................................ 506 5.5.3 Holzbau Fachwerkträger, im Original Maßstab 1 : 100............................. 507 5.5.4 Holzbau: Dächer, Sparrendach .................................................................. 509 5.5.5 Holzbau: Dächer, Pfettendach ................................................................... 511

5.6 6

Fliesenbeläge......................................................................................................... 513

Bauphysik........................................................................................................................ 517 6.1

SI-Basiseinheiten................................................................................................... 517 6.1.1 Masse ......................................................................................................... 518 6.1.2 Gewichtskraft............................................................................................. 518

6.2

Dichte, Rohdichte, Schüttdichte............................................................................ 520

6.3

Kräfte und Lasten.................................................................................................. 522 6.3.1 Gleichgewicht der Kräfte ........................................................................... 523 6.3.2 Beanspruchung von Bauteilen durch Lasten.............................................. 524

Inhaltsverzeichnis

6.4

Spannung, Festigkeit............................................................................................. 525

6.5

Kohäsion, Adhäsion, Kapillarität.......................................................................... 528 6.5.1 Kohäsion ...................................................................................................... 528 6.5.2 Adhäsion .................................................................................................... 528 6.5.3 Kapillarität ................................................................................................. 529

6.6

Wärme................................................................................................................... 530 6.6.1 Temperatur................................................................................................. 530 6.6.2 Wärmeausdehnung .................................................................................... 531 6.6.3 Wirkungen von Wärme.............................................................................. 532

6.7

Schall..................................................................................................................... 536 6.7.1 Grundlagen ................................................................................................ 536 6.7.2 Schallausbreitung....................................................................................... 538 6.7.3 Konstruktiver Schallschutz ........................................................................ 539

7

Bauchemie ....................................................................................................................... 541 7.1

Chemische Grundlagen ......................................................................................... 541 7.1.1 Was ist Chemie? ........................................................................................ 541 7.1.2 Stoffe und ihre Verbindungen ................................................................... 541

7.2

Wasser................................................................................................................... 542 7.2.1 Chemischer Aufbau und Aggregatzustand ................................................ 542 7.2.2 Dichteanomalie .......................................................................................... 543

7.3

Säuren ................................................................................................................... 544

7.4

Laugen................................................................................................................... 546

7.5

pH-Wert ................................................................................................................ 546

7.6

Salze ...................................................................................................................... 547

7.7

Korrosion .............................................................................................................. 549

Anhang: Tabellen ...................................................................................................................... 553 Literaturverzeichnis .................................................................................................................. 561 Sachwortverzeichnis .................................................................................................................. 563

XIII

1 Grundlagen 1.1 Baugeschichte Auf die Frage, weshalb die Menschen in grauer Vorzeit angefangen haben zu bauen, gibt es eine einleuchtende Antwort. Sie brauchten, wenn sie keine geeigneten Höhlen fanden, Schutz vor Wind, Regen, Kälte und vor Tieren, und sie lernten, Hindernisse zu überbrücken, indem sie einfache Brücken erfanden. Wobei die einfachste Lösung bestehend aus Seitenwänden und Balken, die zum Dach wurden, zugleich auch prinzipiell eine Brückenkonstruktion ist.

Bild 1.1 Überdecken von Öffnungen: Balken auf zwei Stützen

In den Anfängen wurden dazu die in der Natur vorkommenden Baustoffe benutzt, das waren Holz, Natursteine und Lehm. Zunächst verwendete man sie unbearbeitet, später wurden sie behauen oder der Lehm zu Ziegeln gebrannt (1.16). Bis zur Zeitenwende nutzten die Baumeister aller Frühkulturen diese Technik der Konstruktion aus senkrechten Stützen oder Mauerwerk und waagerechten Balken (1.17). Römerzeit Während des römischen Weltreiches, das etwa bis 400 n. Ch. dauerte, gelang den Baumeistern eine Bahn brechende Erfindung: man erfand den Rundbogen. Mit der Bogenbauweise war es möglich, größere Spannweiten zu überbrücken und mit der Aneinanderreihung von mehreren Bögen wurden große Brücken (Viadukt), Wasserleitungen (Aquädukt), Hallenbauten (Basilika), Kuppelbauten (z. B. Pantheon) und freistehende Doppeltheater (Amphitheater, z. B. das Kolosseum) möglich (1.18 und 1.19). Diese neue Art des Bauens gelangte mit den römischen Legionären nach Mitteleuropa (berühmte römische Stadtgründungen sind Trier und Köln) und neben den sonst hier üblichen Häusern aus Holz und Lehm wurden bald Klöster, Kirchen, Burgen, Stadtmauern aus Natursteinen und Ziegeln nach römischem Vorbild gebaut (1.20 und 1.21). Romanik Etwa ab 1000 n. Ch. wurden nach der Christianisierung in Mitteleuropa als große Projekte vor allem Klöster und Kirchen gebaut. Die großen Dome von Speyer, Worms und Hildesheim sind das Ergebnis eines immer gekonnteren Umgangs mit den Möglichkeiten des Rundbogens. Statt Holzbalkendecken konnte man jetzt Gewölbe bauen (1.22).

2

1 Grundlagen

1

Bild 1.2 Kreuzgratgewölbe: zwei Tonnen kreuzen sich unter 90°

Gotik Aber der Rundbogen hatte seine Grenzen. Bei großen Spannweiten wurde die Bauhöhe sehr groß, da der Rundbogen ein Halbkreis ist, und je höher der Bogen desto größer die Gefahr des Auseinanderbrechens. Man konnte das nur bis zu einer gewissen Größe verhindern, in dem man sehr schwere Mauern und Pfeiler dagegen setzte.

Bild 1.3 Bogenkonstruktion mit Pfeiler: bei größer werdendem Pfeilerabstand nimmt die Höhe zu

Ab etwa 1200 lösten die Baumeister und Steinmetzen dieses einschränkende Problem, indem sie zwei Bogensegmente gegeneinander setzten. Es entstand der Spitzbogen. Bild 1.4 Sitzbogenkonstruktion: man zeichne zwei gleichgroße sich überschneidende Kreise. Die Bogensegmente unterhalb des Schnittpunktes ergeben den Spitzbogen.

Dieses Prinzip ermöglichte eine leichtere Bauweise. Die schweren Wände wurden durch fein gegliederte Pfeiler ersetzt. Dazwischen konnte man großflächige farbige Glasfenster einbauen. Durch die Konstruktionsweise waren auch bei verschiedenen Spannweiten gleiche Scheitelhöhen möglich. So wurde aus dem quadratischen Grundriss des Kreuzgratgewölbes der rechteckige des Kreuzrippengewölbes (1.23 und 1.24 und 1.26).

3

1.1 Baugeschichte

1

Bild 1.5 Kreuzrippengewölbe: über einem rechteckigen Grundriss können sich mit Hilfe der Spitzbogenkonstruktion zwei gleich hohe aber unterschiedlich breite Spitztonnen kreuzen

In Nordeuropa, wo man keine geeigneten Natursteine vorfand, haben Maurer diese gotischen Kathedralen mit sehr großer Kunstfertigkeit aus gebrannten Ziegeln erbaut (Backsteingotik 1.25). Renaissance Ab etwa 1500 erstarkte auch in Mitteleuropa das Bürgertum, durch die großen Entdecker (z. B. Columbus), durch internationale Handelsschifffahrt, durch den Aufstieg der Naturwissenschaften stellten sich jetzt ganz neue Bauaufgaben wie Rathäuser, Bürgerhäuser, Universitäten, Schulen, Handelshäuser, Herrenhäuser. Da durch die Beschäftigung mit den Gesetzen der Natur die Gedanken der Naturphilosophien der Antike wieder belebt wurden (Renaissance = renaissance, fr. = Wiedergeburt) bediente man sich auch in der Baukunst wieder griechisch-römischer Bauelemente, wie Säulen und Giebeldreiecke (1.27 und 1.28). Barock Aus dieser Zeit (ab etwa 1600) sind uns vor allem prächtige Schlösser und prunkvolle Kirchen und Klöster wie auch Stadtpaläste erhalten geblieben. Im Prinzip hat sich sowohl in dieser Zeit als vier Jahrhunderte danach an der Art der Baukonstruktion nichts Wesentliches geändert. Säulen, Pfeiler, gerades Gebälk mit und ohne Giebeldreieck, Rundbogen (1.29). Vor allem ab der Mitte des 18. Jahrhunderts war der Rückgriff auf die Architektur der Antike besonders Stil prägend. In Anlehnung an die klassische Antike nennt man diese Periode ÄKlassizismus³ mit klaren strengen Formen, häufig aber auch mit einer Tendenz zur Monumentalität (1.30). In der Folge waren die Bauten mal schlicht und streng, mal pompös und scheinbar dekorativ, hatten gerade oder geschwungene Fassaden, alle Stilelemente wurden bis zum Ende des 19. Jahrhunderts in immer neuen Variationen verwendet. Und auch heute nehmen die Architekten immer wieder Anleihen aus dem großen Fundus der Baugeschichte. Ab dem Ende des 19. Jahrhunderts änderten sich drei Dinge wesentlich. Durch die Industrialisierung veränderte sich die Gesellschaft, hatten die Menschen nun andere Bedürfnisse. Man baute jetzt Fabriken, Bahnhöfe, Mietshäuser aber auch Wohnsiedlungen für Arbeiter, Schulen, Theater und moderne Verwaltungsgebäude (1.31).

4

1

1 Grundlagen

Die zweite Änderung betrifft das Baumaterial. Stahl und Stahlbeton waren das geeignete Material für die modernen Zweckbauten. Besonders der Stahlbeton erlaubte bis dahin nicht da gewesene freie Formen (1.32, 1.33 und 1.34). Und drittens brachte die Industrialisierung auch Maschinen für das Baugewerbe, u.a. Ziegelpressen, Mörtel- und Betonmischer, Lastkräne, Kleinkräne für großformatige Steine. Aber bei allen modernen Errungenschaften zum Bauen gehören damals wie heute in erster Linie die Kreativität der Architekten und das verantwortungsvolle, fach- und werkgerechte Umsetzen der Ideen durch die Bauausführenden zu einem gelungenen Bauwerk.

1.2 Bauhandwerk und Bauindustrie Die Bauwirtschaft ist ein wichtiger Faktor in der Volkswirtschaft und ist ein Gradmesser für die Wirtschaftslage. Geht es einer Volkswirtschaft gut, wird auch viel gebaut, was dann auch wieder zu Beschäftigung in benachbarten Wirtschaftszweigen (Baunebengewerbe) führt, und es steigt die Nachfrage nach Gebrauchsgütern. Das gilt gleichermaßen für private wie auch öffentliche Bauherren. Umgekehrt bewirkt nachlassende Bautätigkeit eine negative Kettenreaktion, die dann eine ohnehin geschwächte Volkswirtschaft noch stärker belastet. Das Baugewerbe gliedert sich in zwei Bereiche

Bild 1.6 Übersicht über die Gliederung des Baugewerbes

Diese Bauaufgaben werden einmal von Bauhandwerk zum anderen von der Bauindustrie übernommen. Zum Bauhandwerk gehören überwiegend kleinere und mittlere Betriebe. Das sind meistens reine Maurer- oder reine Zimmererbetriebe. Es gibt aber auch Handwerksbetriebe, die beide Gewerke anbieten, ebenso wie Unternehmer für Straßen- und Ausbauarbeiten. Zunehmend kooperieren auch kleine Handwerksbetriebe, die dann vom Hochbau über die Sanitär- und Elektroinstallation und den Ausbau viele Gewerke anbieten können, was für alle Beteiligten, vor allem aber den Bauherren fachliche wie zeitliche Absprachen erleichtert.

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1.3 Ausbildungsverordnung in der Bauwirtschaft

Die Bauhandwerker sind organisiert:

1

auf Bundesebene

Zentralverband des Deutschen Baugewerbes

Deutschen Handwerkskammertag

auf Landesebene

Landesfachverband

Arbeitsgemeinschaft der Handwerkskammern

im Regierungsbezirk

Handwerkskammer

auf Kreisebene

Kreishandwerkerschaft Innung

Bild 1.7 Das Organisationsprinzip das Bauhandwerks

In einer Innung sind also selbstständige Handwerker eines Berufes (z. B. Fliesenlegerinnung) oder mehrerer ähnlicher Berufe (Bauinnung aus Maurern, Zimmerern, eventuell auch Straßenbauern) zusammengeschlossen. Zur Bauindustrie gehören größere Betriebe, deren Hauptbetätigungsfeld umfangreiche Bauvorhaben im Hochbau, Straßen- und Ingenieurbau sind. Die Unternehmer der Bauindustrie sind zusammengeschlossen: auf Bundesebene

Hauptverband der Deutschen Bauindustrie

Deutscher Industrie- und Handelstag

auf Landesebene

Landesfachverband

Arbeitsgemeinschaft der Industrieund Handelskammern

im Regierungsbezirk

Industrie- und Handelskammer

Bild 1.8 Das Organisationsprinzip der Bauindustrie

Die Unternehmer sind in der Industrie- und Handelskammer und in der Handwerkskammer Mitglied durch Gesetz, also Zwangsmitglied, nicht aber in den Verbänden der Bauindustrie und des Handwerks, also z. B. in der Innung. So sind viele Bauhandwerksbetriebe nicht Mitglied der Bauinnung. Diese Fachverbände beraten die Unternehmen in Fachfragen des jeweiligen Berufes, sie regeln Fragen der Betriebsführung und der Berufsausbildung.

1.3 Ausbildungsverordnung in der Bauwirtschaft Seit 1974 haben sich aus arbeitsorganisatorischen Gründen in der Bauwirtschaft die Anforderungen an die Baufacharbeiter verändert. Neue Materialien, veränderte Arbeitsweisen, Sicherheit, Gesundheits- wie auch Umweltschutz haben dazu beigetragen, die Ausbildungsordnungen durch entsprechende Lernziele zu aktualisieren. Die neue Ausbildungsverordnung wurde mit zahlreichen Sachverständigen des Hauptverbandes der Deutschen Bauindustrie, des Zentralverbandes des Deutschen Baugewerbes und der Industriegewerkschaft Bauen- Agrar- Umwelt entwickelt. Parallel dazu wurde ein Rahmenlehrplan für den Berufsschulunterricht entwickelt.

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Die Ausbildungsdauer soll vorzugsweise drei Jahre betragen, es werden aber zunehmend häufiger Ausbildungsverträge abgeschlossen, die nach zwei Jahren mit der Prüfung zum Facharbeiter enden. Die gleiche Prüfung gilt als Zwischenprüfung für Auszubildende mit einem dreijährigen Ausbildungsvertrag. Die Ausbildung in der Bauwirtschaft erfolgt in zwei Stufen (Stufenausbildung) Abschlussprüfung

Straßenwärter/in

Spezialausbildung

Straßenbauer/in

Schwerpunkte: Architektur Ingenieurbau Tief- StraßenLandschaftsbau

Beton- und Stahlbetonbauer/in

Beton- und Terrazzohersteller/in

Rohrleitungsbauer/in

Feuerungs- und Schornsteinbauer/in

Stuckateur/in

Kanalbauer/in

Bauwerksabdichter/in

Fliesen-, Plattenund Mosaikleger/in

Gleisbauer/in

Baustoffprüfer/in

Brunnenbauer/in

Estrichleger/in

Hochbaufacharbeiter/in Bauplanung

Hochbau

Wärme-, Kälte-, SchallschutzIsolierer/ Isoliermonteur/in Ausbaufacharbeiter/in

Ausbau mit Schwerpunkten

Tiefbaufacharbeiter/in

Tiefbau

Zwischen bzw. Abschlussprüfung Fachausbildung

Im ersten Ausbildungsjahr erfolgt die berufliche Grundbildung. Es werden in der Berufsschule gleich lautende Ausbildungsinhalte für alle Bauberufe in der Stufenausbildung vermittelt. Die praktische Grundbildung erfolgt in den Ausbildungsbetrieben, in den Werkstätten der beruflichen Schulen und in überbetrieblichen Ausbildungsstätten. Die ÜAZ haben die Aufgabe, die Spezialisierung der Betriebe auszugleichen und zu ergänzen.

Zwischenprüfung oder Abschlussprüfung (BGS)

Die Grundbildung kann auch in der Berufsfachschule (BFB) oder während eines Berufsgrundbildungsjahr (BGJ) erlangt werden.

Grundausbildung

2. Jahr:

Zimmerer/in

Fachstufe I

Maurer/in

3. Jahr: Fachstufe II

Wasserbauwerker/in

Bauzeichner/in

1. Jahr: Grundstufe

1

1 Grundlagen

Bild 1.9 Organisation der Stufenausbildung

Die Ausbildungsbetriebe und die Berufsschule erfüllen einen gemeinsamen Bildungsauftrag in der dualen Berufsausbildung. Die Berufsschule arbeitet als gleichberechtigter Partner mit den anderen an der Berufsausbildung Beteiligten zusammen. Sie hat zum Ziel einerseits die berufliche Grund- und Fachbildung andererseits eine Erweiterung der allgemeinen Bildung. Die überbetrieblichen Ausbildungsstätten sind notwendig zur Unterstützung und Ergänzung der betrieblichen Ausbildung. Die Ausbildung auf der Baustelle richtet sich in erster Linie nach dem vorhandenen Auftragsbestand und nach der Spezialisierung der Betriebe und erschwert so die nach lernmethodischen Gesichtspunkten ausgerichtete Ausbildung. Die Sozialpartner in der Bauwirtschaft verfolgen als gemeinsames Ziel der Berufsausbildung, den Auszubildenden zur Ausübung einer qualifizierten beruflichen Tätigkeit zu befähigen.

1.4 Bauplanung

Die ausgebildeten Gesellen und Facharbeiter sollen die ihnen übertragenen Aufgaben selbstständig planen, selbstständig durchführen und selbstständig kontrollieren können. Die Weiterbildung innerhalb der Bauindustrie zu Polieren und Schachtmeistern geschieht in Zusammenarbeit mit der Industriegewerkschaft Bauen-Agrar-Umwelt, den Innungen, den Kreishandwerkerschaften, Kammern und Fachverbänden. An Fachschulen für Bautechnik mit Schwerpunkten im Hoch- oder Tiefbau, Baubetrieb und Bauerneuerung kann man sich nach zweijähriger Praxiserfahrung zum staatlich geprüften Bautechniker/in weiterbilden. Der Bauhandwerker kann nach dreijähriger Gesellenzeit und freiwilligem Besuch von Vorbereitungslehrgängen oder einer Meisterschule vor dem Prüfungsausschuss der Handwerkskammer die Meisterprüfung ablegen.

1.4 Bauplanung Die Bauplanung hat zum Ziel, ein Bauvorhaben gedanklich zu entwickeln, um es in Plänen und Berechnungen darzustellen. Bauherren, Architekten, Ingenieure, Baufirmen und die staatliche Bauaufsicht müssen zusammenarbeiten, um vor und während der Bautätigkeit alle Fragen in technischer, wirtschaftlicher, organisatorischer und rechtlicher Hinsicht zu klären. Die baurechtlichen Bestimmungen werden vom Bund, den Ländern und Gemeinden erlassen. Das sind Gesetze, die in Baugesetzbüchern und Bauordnungen zusammengefasst sind. Sie regeln die städtebauliche Planung, die Bebauung in einem Gemeindegebiet, die Sanierung und den Denkmalschutz. Die technischen Grundlagen sind Ausführungsverordnungen und Normen (technische Regelwerke) sowie Prüfzeugnisse. Sie dienen der Sicherheit von Menschen und Bauwerken und der Qualitätssicherung im bautechnischen Bereich, vor allem auch bei der Bauausführung. Die Phasen der Bauplanung Die Gesamtmaßnahme eines Bauprojekts gliedert sich zum einen in die Phase der eigentlichen Bauplanung zum anderen in die Phase der Bauausführung. ± Im Flächennutzungsplan wird die städtebauliche Entwicklung einer Gemeinde festgelegt. Darin werden die zur Verfügung stehenden Flächen in Wohnbauflächen, gewerbliche Flächen, Grünflächen und Verkehrsflächen eingeteilt. ± Der Bebauungsplan wird aus dem Flächennutzungsplan entwickelt und enthält Informationen über die Art und das Maß der Bebauung, die Bauweise, die Grundstückszuschnitte, über öffentliche Flächen und Umweltschutzanlagen in einem Baugebiet. ± Die Entwurfsplanung eines Bauwerks erfolgt durch Architekten und Ingenieure. In Lageplan (M 1:500), Grundrissen, Schnitten, Ansichten, Entwässerungsplänen (M 1:100) und Ausführungsplänen (M 1:50) wird ein Gebäude gedanklich entwickelt. ± Das Baugenehmigungsverfahren wird mit dem Einreichen des Bauantrages eingeleitet. Bestandteil des Bauantrages sind die Pläne des Architekten, die Berechnungen der Ingenieure (Statiker) und eine Baubeschreibung. Es endet mit der Baugenehmigung durch die Baurechtsbehörde. Ohne diese Genehmigung darf mit der Bauausführung nicht begonnen werden. ± Ein notwendiger Bestandteil der Bauplanung ist die Baukostenplanung. Die Gesamtkosten setzen sich zusammen aus den Kosten für das Baugrundstück die Erschließung die Erstellung des Bauwerks die Geräte (z. B. Einsatz von Kränen, Baggern, Pumpen etc.)

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1

1 Grundlagen

die Außenanlagen eventuell zusätzliche Maßnahmen die Baunebenkosten ± Bei der Ausschreibung und Vergabe von Bauleistungen, die die sog. VOB (Verdingungsordnung für Bauleistungen) regelt, unterscheidet man drei Arten: a) Öffentliche Ausschreibung b) Beschränkte Ausschreibung c) Freihändige Vergabe Öffentliche Auftraggeber sind mit begründeten Ausnahmen an a und b gebunden, private Bauherren bevorzugen b oder auch c. In allen Fällen geben mehrere oder bei c auch nur ein Unternehmen ein Angebot ab, nach Prüfung der Angebote wird ein Unternehmen mit der Ausführung beauftragt. ± Die Umsetzung der Bauplanung beginnt mit der Baustelleneinrichtung, der Absperrung und Sicherung der Baustelle, der Einrichtung vorschriftsmäßiger Unterkünfte und Sanitäranlagen. Es folgen die Einsatzplanung der Bauarbeiter und der Baumaschinen, die rechtzeitige Lieferung der Baumaterialien und deren Lagerung, Installation der Elektroanlagen. Alle Planungsschritte sind in einem Bauzeitenplan erfasst.

Bild 1.10 Ausschnitt aus einem Bauzeitenplan

1.5 Unfallverhütung, Arbeits- und Gesundheitsschutz

Ein wichtiges Ereignis während des Baufortschritts ist das Richtfest. Wenn ein Haus durch den Zimmermann gerichtet ist, d.h. nachdem der Dachstuhl errichtet worden ist, wird eine Richtkrone oder ein Richtbaum auf dem First befestigt. Dazu spricht ein Zimmerer die Taufrede, das sind alte Handwerkssprüche verbunden mit guten Wünschen für das Haus und seine zukünftigen Bewohner.

Bild 1.11 Ein Zimmerer spricht den Richtspruch

1.5 Unfallverhütung, Arbeits- und Gesundheitsschutz Das Arbeiten auf Baustellen führt häufig zu mehr oder weniger schweren Unfällen, da auf den Baustellen, die ja nur kurzfristig die Arbeitsplätze darstellen, die Arbeitsgeräte, Gerüste, Kräne, Aufzüge etc. oft nur behelfsmäßig erstellt werden können. Hinzu kommen die Lagerung der verschiedensten Baumaterialien auf engstem Raum, ungünstige Wetterbedingungen und in zunehmenden Maße auf Großbaustellen auch Verständigungsprobleme durch Sprachschwierigkeiten. Die Bauberufsgenossenschaft der Bauwirtschaft (BG Bau), die 2005 durch den Zusammenschluss mehrerer Hochbauberufsgenossenschaften mit der Tiefbauberufsgenossenschaft entstanden ist, hat in Zusammenarbeit mit Vertretern der Arbeitgeber, der Arbeitnehmer, der staatlichen Gewerbeaufsicht und mit Wissenschaftlern die Unfallverhütungsvorschriften erarbeitet. Sie regeln Einrichtung, Anordnung und Maßnahmen auf der Baustelle ebenso wie das Verhalten der Beschäftigten, um Arbeitsunfälle zu vermeiden: ± Gefährliche Arbeiten dürfen nur von zuverlässigen und geeigneten Personen ausgeführt werden. ± Maschinen und Geräte darf nur bedienen und warten, wer dazu ausgebildet und berechtigt ist, die jeweiligen Bedienungsanweisungen sind zu beachten.

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1

1 Grundlagen

± Schutzvorrichtungen müssen benutzt werden. Fehlende Schutzvorrichtungen und Mängel sind zu melden. ± Nur stehende und abgeschaltete Maschinen sind zu reinigen. ± Der Aufenthalt im Gefahrenbereich von Maschinen, Baggern, Kränen ist nicht erlaubt. In Lasthebevorrichtungen dürfen keine Personen befördert werden. ± An Maschinen ist eng anliegende Kleidung, auf der Baustelle ist ein Schutzhelm und sind Schutzschuhe zu tragen. Bei Arbeiten mit Funken- oder Splitterflug oder ätzenden Flüssigkeiten ist auch eine Schutzbrille vorgeschrieben. Bei gesundheitsschädlicher Staubentwicklung, Gasen oder Dämpfen müssen Atemschutzgeräte getragen werden. ± Alkohol ist auf der Baustelle verboten, Rauchverbote sind einzuhalten. ± Öffnungen im Rohbau sind abzudecken und abzusperren. Bei Gerüsten und Treppen ist gegen Abstürzen ein Seitenschutz vorzusehen. ± Es ist darauf zu achten, dass keine Mängel an elektrischen Leitungen vorliegen oder entstehen können. Überwacht werden diese Vorschriften durch ± Technische Aufsichtsbeamte der Berufsgenossenschaft. Die Berufsgenossenschaft ist der Zusammenschluss von selbständigen Bauunternehmern und Träger der beruflichen Unfallversicherung. ± Sicherheitsbeauftragte, das sind Mitarbeiter eines Betriebes, die von der Berufsgenossenschaft dafür ausgebildet werden. ± Arbeitgeber, Betriebsleiter, Sicherheitsingenieure und Meister. Sie werden in besonderen Schulungen zur Unfallverhütung ausgebildet. ± Spezielle Plakate, Merkblätter, Aufkleber, Ton- und Bildmaterial sorgen für Aufklärung. Das richtige Verhalten bei Unfällen kann wesentlich dazu beitragen, dass Leben gerettet werden kann. Es ist sofort Hilfe oder ein Arzt herbei zu holen. Zur Vermeidung weiterer Unfälle ist die Unfallstelle abzusichern. Es müssen ausreichend Erste Hilfe-Verbandskästen zur Verfügung stehen, deren Inhalt zu warten und zu ergänzen ist. Sinnvoll ist es für jeden Arbeitnehmer, wie auch für die Autofahrer, einen Erste-Hilfe-Kurs zu absolvieren. Eine Verletzung ist dem Arbeitgeber zu melden. Aufgaben der Berufsgenossenschaft 1. Prävention: Arbeitsunfälle und Berufskrankheiten sowie arbeitsbedingte Gesundheitsgefahren vermeiden. 2. Rehabilitation: Nach Eintritt von Arbeitsunfällen oder Berufskrankheiten die Gesundheit und Leistungsfähigkeit der Versicherten wieder herstellen. 3. Entschädigung: Versicherte oder hinterbliebene Angehörige durch Geldleistungen entschädigen

1.5 Unfallverhütung, Arbeits- und Gesundheitsschutz

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Bild 1.12 Maßnahmen zur Unfallverhütung

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1 Grundlagen

1

Bild 1.13 Aufgaben der Berufsgenossenschaft

Bild 1.14 Gefahrensymbole

1.6 Umweltschutz Der Umweltschutz ist notwendig, um die natürliche Umwelt zu erhalten und zu sichern, um Boden, Luft, Wasser, Pflanzen und Tiere vor den Nachteilen der menschlichen Eingriffe in die Natur zu schützen und schon entstandene Schäden zu begrenzen oder zu beseitigen. Heute sind die wichtigsten Umweltprobleme die Klimaveränderung und die Verknappung der Ressourcen (Kohle, Erdöl, Erdgas, Uran). Die globalen Umweltprobleme sind nur Länder übergreifend zu lösen, aber jeder kann und muss durch konkretes Handeln vor Ort zum Umweltschutz beitragen.

1.6 Umweltschutz

Luft:

Wasser:

Boden:

Lärm:

Die Verbrennung von Kohle, Öl und Gas ist die Hauptursache der Luftverschmutzung. Sie ruft durch die Erderwärmung eine Klimaveränderung hervor mit Ausbreitung der Wüsten und Steppen, zunehmenden Stürmen, Überschwemmungen, Zerstörung der Ozonschicht und damit verbunden die größere Gefahr der UVStrahlung, durch die eine Zunahme der Hautkrebserkrankungen festgestellt wird. Die Schadstoffe in der Luft führen weiterhin zu Atemwegserkrankungen bei Mensch und Tier und zu saurem Regen, der die Pflanzen und auch die Bauwerke zerstört. In Deutschland gibt es eine Reihe von Gesetzen und Verordnungen, die die Industrie, z. B. bei der Herstellung von Zement, dazu verpflichtet, durch Einbau von geeigneten Filteranlagen, den Ausstoß von gefährlichen Verbrennungsprodukten zu verhindern oder zu reduzieren. Statt Verbrennungsanlagen wie Gas- oder Ölheizung werden in Gebäuden zunehmend auch alternative Energien zum Heizen und zur Bereitung von Warmwasser eingesetzt, wie Sonnen- und Windenergie. Eine Energieeinsparverordnung verpflichtet die Hauseigentümer zu umfassenden Wärmedämmmaßnahmen und zu energiesparenden Heizungsanlagen. In Kühl- und Klimaanlagen dürfen ebenso wie in Sprayflaschen oder in Verdünnern (z. B. in Leimen in der Holz verarbeitenden Industrie) keine schädigenden Kohlenwasserstoffverbindungen mehr verwendet werden, da speziell diese die Ozonschicht schädigen. In den Industriestaaten wird das Grund- und Oberflächenwasser, also das Süßwasser, das zum Trinken geeignet ist, durch oft unzureichend geklärte Abwässer aus Industrie und Haushalten, sowie mit Pestiziden und Düngemitteln aus der Landwirtschaft belastet. In Deutschland müssen alle Abwässer, bevor sie wieder in den natürlichen Wasserkreislauf eingeleitet werden, in Klärwerken gereinigt werden. Auch im Baubetrieb fallen Stoffe an, die nicht in den Boden und damit in das Grundwasser gelangen dürfen. Das sind Reste von Bautenschutz- und Betonzusatzmitteln, Öl, Benzin und Reinigungsmitteln. Leere Behälter oder nicht verbrauchte Reste müssen bei bestimmten Sammelstellen für Sondermüll abgegeben werden. Man kann Brauchwasser durch gezielte Maßnahmen auch sofort wieder in den Fertigungsprozess einbeziehen, um den Verbrauch des teuren Trinkwassers zu NichtTrink-Zwecken zu senken. Ein Beispiel ist die Verwendung des Wassers, mit dem man in Fertigbetonwerken z. B. die Betonmischer säubert, das man zum Anmachen von Frischbeton verwendet. Sinnvoll wäre es außerdem, in Haushalten das reine Trinkwasser vom Brauchwasser für Bäder und Garten zu trennen. Vor allem durch die intensive Landwirtschaft, aber auch durch den sauren Regen (s.o.), durch den Einsatz von Unkrautvernichtungsmitteln auf Wegen und Plätzen aller Art wird der Boden belastet, er Äversalzt³. Und durch die starke Überbauung des Bodens (Städte, Siedlungen, Verkehrsbauten), durch schwere Maschinen wird der Boden so verdichtet, dass die Bodenfunktion beeinträchtigt wird. Der Lärm in unserer Umwelt, verursacht durch Motoren auf den Straßen, den Baustellen und in Fabriken, Rollgeräusche, Dauermusikberieselung in Kaufhäusern, Geschäften aller Art, im Auto, durch Kopfhörer beim Laufen, Sonnenbaden, Fahrrad fahren, in Discotheken erzeugt einen Lärmpegel, der bisweilen nicht nur als lästig und störend empfunden wird, sondern der auch gesundheitsschädigend sein kann. Bei dem Lärmpegel unterscheidet man zwischen dem Lärm, der von einer Geräuschquelle ausgesandt wird (Emissionspegel) und dem Lärm, der z. B. auf ein Gebäude auftrifft oder in einem Raum entsteht (Imissionspegel). Die Berechnung dieser Pegel wird durch die Richtlinien für den Lärmschutz geregelt. Bei Über-

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1

1 Grundlagen

schreitung der festgelegten Grenzwerte müssen Maßnahmen getroffen werden, die vor allem den Imissionspegel verringern. Dazu gehören auf der Baustelle ggf. das Tragen eines Gehörschutzes (vorgeschrieben ab 85 Dezibel, 100 Dezibel entsprechen dem Lärm eines Presslufthammers), der Einbau von Schallschutzgläsern in Fenstern, das Errichten von Lärmschutzwällen, die neben Fahrbahnen aufgeschüttet werden. Sie benötigen jedoch viel Platz. Deswegen und auch auf Brücken werden dann Lärmschutzwände aufgestellt. Aber kein Gesetz kann verhindern, dass sich vor allem junge Menschen durch zu laute Musik in Discos und durch die Kopfhörer ihre Gehörorgane schädigen. Ohrenärzte warnen weltweit vor irreparablen Schäden, d.h. vor zunehmender Hörschwäche und Taubheit im jugendlichen Alter. Tiere und Pflanzen: Von den heute auf der Welt vorkommenden Tieren und Pflanzen sind weltweit mindestens ein Drittel vom Aussterben bedroht. Die Hauptgründe sind die Zerstörung, Verkleinerung und Veränderung der Lebensräume und die Einförmigkeit in der Land- und Forstwirtschaft. Monokulturen zerstören die Artenvielfalt. Die artenreichen Tropenwälder, die auch einen wichtigen Faktor für das Klima darstellen, müssen vor dem Abholzen geschützt werden. Dem Irrglauben, dem Nashörner, Walfische, Reptilien, Elefanten, Wildvögel, Tropenfische und mehr, zum Opfer fallen muss durch Aufklärung und Bildung begegnet werden. Allein in Deutschland stehen bis zu einem Viertel der Tierarten in den ÄRoten Listen³. Das sind Auflistungen der bedrohten und schon ausgestorbenen Tier- und Pflanzenarten. Von den Pflanzenarten sind rund ein Drittel in den ÄRoten Listen³ verzeichnet. Mit der Errichtung von Schutzgebieten versucht man dieser Entwicklung Einhalt zu gebieten. Etwa 2 % der Landfläche Deutschlands wurde in den letzten Jahren unter Schutz gestellt, als Naturschutzgebiete, Naturwaldreservate, Wildschutzgebiete, Nationalparks und Landschaftsschutzgebiete. In Deutschland gibt es ein umfangreiches Umweltrecht, es gibt Gesetze ± zur Luftreinhaltung ± zur Raumplanung, in der u.a. auch das Maß der Überbauung festgelegt wird ± zur Umwelthaftung ± Recycling, der Wiederaufbereitung und Wiederverwendung von Rohstoffen aus Abfällen und verbrauchten Endprodukten. In der VOB/C, DIN 18299 werden die Betriebe verpflichtet, diese Arbeiten als unbezahlte Nebenleistung zu erbringen ± zur Produktnormung und die ± Umweltverträglichkeitsprüfung (seit 1990)

Bild 1.15 Lärmschutzwände

1.6 Umweltschutz

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Bild 1.16 Lehmziegelbauten in Babylon, 1. Jh.v.Ch.

Bild 1.17 Löwentor in Mykene, 13. Jh. v.Ch.

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1 Grundlagen

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Bild 1.18 Colosseum, Rom, 1. Jh.

Bild 1.19 Pantheon, Rom, 2. Jh.

1.6 Umweltschutz

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Bild 1.20 Tiberbrücke, Rom, 1. Jh.

Bild 1.21 Pont du Gard, Aquädukt bei Nimes, 1.Jh.

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1 Grundlagen

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Bild 1.22 St. Michael, Hildesheim, 1033

Bild 1.23 Südfassade der Kathedrale zu Reims, Anfang 13. Jh.

1.6 Umweltschutz

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Bild 1.24 Innenansicht der Kathedrale zu Reims, Anfang 13. Jh.

Bild 1.25 Backsteingotik: Marien Kirche in Lübeck, 13. Jh.

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1 Grundlagen

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Bild 1.26 Glasrosette des Kathedrale in Reims, Anfang 13. Jh.

Bild 1.27 Pazzikapelle, Florenz, 15. Jh.

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1.6 Umweltschutz

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Bild 1.28 Fachwerkhäuser in Quedlinburg, um 1650

Bild 1.29 Schloss Versailles , 17. Jh.

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1 Grundlagen

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Bild 1.30 Neue Wache in Berlin, 1816/17

Bild 1.31 Bauhaus Dessau, 1925/26

1.6 Umweltschutz

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Bild 1.32 Notre-Dame-du-Hant, Wallfahrtskirche in Ronchamp, 1950-55

Bild 1.33 Philharmonie, Konzerthaus in Berlin, 1960-63

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1 Grundlagen

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Bild 1.34 Sony-Center, Berlin 1995±2000

Bildquellennachweis ± Engelmann, Schädlich, ÄDie Bauhausbauten in Dessau³, Verlag für Bauwesen GmbH: Bild 1.31 ± Karl Baedeker Verlag, HB Bildarchiv, D 73760 Ostfildern: Bild 1.25 ± ÄRichtfest³, Privatbesitz Timo Kux: Bild 1.11 ± restliche Bilder: Verfasserin

2 Bauausführung

2.1 Einrichten einer Baustelle Zielformulierung Das sind die Erwartungen an Sie: - Kenntnisse über Bauvorschriften - Auswahl geeigneter Baustelleneinrichtungsgegenstände nach Vorgabe - Kenntnis der zeichnerischer Darstellung der Baustelleneinrichtungsgegenstände - Bestimmen der erforderlichen Arbeitsvorbereitungen - Kenntnisse im Umgang mit dem Turmdrehkran - Festlegen des Arbeitsablaufs - Festlegen der Baustellenentsorgung - Auswahl geeigneter Baustellensicherungsmaßnahmen - Kenntnisse im Zeichnungslesen - Arbeitssicherheit auf Baustellen - Verhalten bei Unfällen

Inhalte: - Maßstäbe - Pythagoras - Bebauungsplan - Lageplan - Gebäudeabsteckung - Bauvorschriften - Bauordnung - Bauantrag - Arbeitsvorbereitung - Bestandteile der Baustelle - Baustelleneinrichtungsgegenstände - Baugeräte - Abfallentsorgung - Baustellensicherung - Verkehrszeichen - Absperrgeräte - Warnleuchten - Schraffuren - Arbeitssicherheit

2.1.1 Allgemeines Für die Bauausführung des zweigeschossigen Gebäudes auf dem im Lageplan dargestellten Grundstück in Abbildung 2.1.1 sind lange vor dem eigentlichen Baubeginn viele Planungen abgeschlossen, um einen reibungslosen und zeitlich geplanten Ablauf zu gewährleisten. Eine gewissenhafte Arbeitsvorbereitung beinhaltet auch die Planung der Baustelleneinrichtung unter Beachtung gesetzlicher Vorgaben zur Arbeitssicherheit und der Unfallverhütung aller am Bau Beteiligten, unter Beachtung öffentlicher Verkehrssicherheit, die durch den Baustellenbetrieb nicht beeinträchtigt werden darf.

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2 Bauausführung

2

Bild 2.1.1 Lageplan, im Original Maßstab 1:500, vgl. 5.1

2.1 Einrichten einer Baustelle

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2

Bild 2.1.2 Lageplan M 1:500, vgl. 5.1.2

Projektaufgabe 2.1.1 Das geplante nicht unterkellerte Wohngebäude auf dem Grundstück Nr. 3 in der Bahnhofstraße soll gebaut werden. Ihr Bauunternehmen hat den Auftrag erhalten, die Baustelleneinrichtung zu planen und umzusetzen. Eine Möglichkeit der Baustelleneinrichtung zeigt Abb. 2.1.2. Die Bahnhofstraße ist eine innerörtliche Straße mit mäßigem Verkehrsaufkommen, die zulässige Höchstgeschwindigkeit beträgt 50 km/h. Der Straßenverlauf ist für Verkehrsteilnehmer übersichtlich.

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2

2 Bauausführung

Lernsituation 1: Planungsgrundlagen Erstellen Sie eine Übersicht, die alle wesentlichen Bestandteile des Lageplans enthalten soll. Nehmen Sie auch geeignete Internet-Suchmaschinen zu Hilfe, um Ihre Übersicht zu vervollständigen. Lernsituation 2: Gebäudeabsteckung Das Gebäude in der Bahnhofstraße Nr. 3 soll dem Lageplan entsprechend abgesteckt werden. Hierzu sind das Grundstück und das Gebäude in einem geeigneten Maßstab auf ein DIN A 3Zeichenpapier, anschließend auf einer großen Plakatwand, die für die weitere Baustelleneinrichtung dient, einzumessen. Lernsituation 3: Baustelleneinrichtung Planen Sie die gesamte Baustelleneinrichtung und ermitteln Sie die für Sie relevanten Baustelleneinrichtungsgegenstände für das Bauvorhaben in der Bahnhofstraße 3! Hierzu stellen Sie zuerst übersichtlich dar, welche Baustelleneinrichtungsgegenstände Sie benötigen werden, wofür diese verwendet werden und in welcher zeitlichen Abfolge Sie diese benötigen. Insbesondere die gewählte Position des Turmdrehkranes ist logisch zu begründen. Die Baustelle ist mit Wasser (Hydrant) und mit Strom (Baustromverteiler) einzurichten. Beide Anschlüsse sind am nördlichen Grundstücksrand nahe des Gehweges zu finden. Fertigen Sie aus Papier oder Pappe die jeweiligen Einrichtungsgegenstände maßstäblich an und positionieren diese auf dem Baustelleneinrichtungsplan. Begründen Sie Ihre Lösung. Probieren Sie mehrere praktikable Lösungsansätze aus. Berechnen Sie die gesamte Grundstücksfläche, die bebaute Fläche des Grundstückes sowie die restlichen Freiflächen. Lernsituation 4: Unfallverhütungsmaßnahmen Machen Sie sich mit den gültigen Unfallverhütungsvorschriften der Bau-Berufsgenossenschaft und der Tiefbau-Berufsgenossenschaft vertraut. Nutzen Sie hierzu geeignete Suchmaschinen im Internet! Stellen Sie übersichtlich heraus, wo Gefahren auf der Baustelle lauern und wie Sie durch geeignete Vorsichtsmaßnahmen Gefahren minimieren können. Für den Baustelleneinrichtungsplan der Baustelle in der Bahnhofstraße 3 erarbeiten Sie detaillierte Unfallverhütungsmaßnahmen. Lernsituation 5: Baustellensicherung Klären Sie die Verantwortlichkeiten einer ordnungsgemäßen Baustellensicherung. Auch hier kann das Internet hilfreich sein. Erstellen Sie für die Baumaßnahme in der Bahnhofstraße 3 einen Baustellensicherungsplan. Denken Sie hierbei auch an Verkehrssicherungseinrichtungen. Lernsituation 6: Arbeitssicherheit Stellen Sie übersichtlich mögliche Unfallschwerpunkte auf der Baustelle heraus und beschreiben Sie, wie diese möglicherweise vermeidbar sein können. Lernsituation 7: Kriterienkatalog Erstellen Sie einen Kriterienkatalog zur Bewertung/Beurteilung der Arbeitsergebnisse.

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2.1 Einrichten einer Baustelle

2.1.2 Bebauungsplan und Lageplan Für ein Baugebiet besteht ein Bebauungsplan, der meist im Maßstab 1:1000 oder 1:5000 dargestellt wird. Er richtet sich nach gültigen gesetzlichen und verwaltungsrechtlichen Vorgaben. Diese legen beispielsweise fest, welche bauliche Nutzung vorgeschrieben ist; Wohngebiet, Gewerbegebiet oder Mischgebiet, dort sind Wohn- und Gewerbegebäude gleichermaßen zu finden. Auch können Freiflächen auf dem Grundstück, Dachformen und -neigungen, Grenzabstände und vieles mehr verbindlich vorgeschrieben sein. Es können hier auch Baulinien, Höhenlage des Geländes und der Gebäude, Zufahrtswege, Ver- und Entsorgungsleitungen oder Ausgleichspflanzungen etc. eingezeichnet sein. Der schriftliche Teil beinhaltet u.a. Bezeichnungen der Grundstücke, Baulasten oder Baubeschränkungen, Grundflächenzahl, Geschossflächenzahl.

2.1.3 Gebäudeabsteckung Vor Beginn der Bauarbeiten müssen die Maße des Gebäudegrundrisses entsprechend dem Lageplan auf dem Grundstück exakt eingemessen und abgesteckt werden. Ausgehend von den Grundstücksgrenzen werden die genauen Abstände (aus dem Lageplan) aller Gebäudeecken von den Grundstücksgrenzen aus durch das örtliche Vermessungsamt, einen vereidigten Vermessungsingenieur, den Architekten oder den Bauunternehmer eingemessen. Einzelarbeiten sind: Grenzsteine freilegen, Errichten der Fluchtlinie, Rechte Winkel erstellen, Einmessen der Längen, Sichern der Messpunkte, Kontrollmessungen der Diagonalen.

2,90

G2 H2

P2 8,75

G1 H1 17,00

P1 7,50

Bild 2.1.3 Einmessen 1

Beispiel Grundstückseckpunkt P1: Ausgehend vom Eckpunkt P1 soll der Punkt G1 sowie der Punkt G2 horizontal mit dem Maßband eingemessen werden (Abb. 2.1.3). Aus dem Lageplan ergeben sich die in 2.1.3 gezeigten Abmessungen. Alternativ und heute üblich sind elektronische Messverfahren wie in Abb. 2.1.4 zu sehen.

2

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2 Bauausführung

2

Bild 2.1.4 Einmessen Beispiel, elektr. Messverfahren

Gebäudeecke G1: – Von P1 Hilfspunkt H1 mit l = 7,50 m markieren. – Von H1 aus 2,90 m rechtwinklig abtragen; man erhält den Gebäudeeckpunkt G1. Gebäudeecke G2: – Von P1 Hilfspunkt H2 mit l = 7,50 m + 17,00 m markieren. – Von H2 aus 2,90 m rechtwinklig abtragen; man erhält den Gebäudeeckpunkt G2. Zur Kontrolle kann man von einem anderen Grundstückseckpunkt ausgehend, die Gebäudeeckpunkte G1 und G2 einmessen, die jeweiligen Messpunkte müssen exakt übereinstimmen. Gebäudeecke G1: Kontrollmessung von P2 aus:

Bild 2.1.5 Einmessen Beispiel

31

2.1 Einrichten einer Baustelle

Gebäudeecke G2: – Von P2 Hilfspunkt H2 mit l = 8,70 m markieren. – Von H2 aus 3,00 m rechtwinklig abtragen; man erhält den Gebäudeeckpunkt G2. – Von P2 Hilfspunkt H1 mit l = 8,70 m + 17,00 m markieren. – Von H1 aus 3,00 m rechtwinklig abtragen; man erhält den Gebäudeeckpunkt G1. Mit allen anderen Gebäudeeckpunkten ist genauso zu verfahren. Ist das Gebäude eingemessen, werden die Abmessungen mit denen im Lageplan verglichen, sie müssen übereinstimmen. Nun ist das Gebäude auf Rechtwinkligkeit zu überprüfen (vgl. 4. Mathematische Grundlagen). Die eingemessenen Gebäudeeckpunkte bilden Grundlage für das Schnurgerüst in Lernfeld 2. In Abb. 2.1.5 ist ein handschriftlicher Aufriss einer Gebäudeeinmessung zu sehen. Bild 2.1.6 zeigt einen Ausschnitt eines Vermessungsplanes.

Bild 2.1.6 Gebäudeabsteckung

Übungen 1. Messen Sie das Gebäude auf der Parzelle 75/9 ein. Maßstab und Maße sind der Zeichnung 2.1.1 zu entnehmen und umzurechnen. Zeichnen Sie das Gelände und die Gebäude in einem geeigneten Maßstab auf ein DIN A3-Zeichnblatt. 2. Berechnen Sie für die Parzelle 75/9: die Größe der Gebäude in m2, die Grundstücksgröße in m2, die prozentuale Freifläche des Grundstücks.

2

32

2 Bauausführung

2.1.4 Erstellen eines Baustelleneinrichtungsplans 2.1.4.1 Arbeitsvorbereitung

2

Alle Maßnahmen vor dem tatsächlichen Beginn der Bauarbeiten werden als Arbeitsvorbereitung bezeichnet. Es wird geplant und dafür gesorgt, dass Arbeitskräfte, Baustoffe, Maschinen und Geräte rechtzeitig in erforderlicher Menge und Zahl am richtigen Ort verfügbar sind. Jedes Bauwerk benötigt eine eigene, gut durchdachte Arbeitsvorbereitung, da die örtlichen Baustellenbedingungen unterschiedlich sind (vgl. Kapitel 1.4). 2.1.4.2 Planen der Baustelleneinrichtung Im Gegensatz zu fest installierten Betriebsstätten – z. B. ein Fertigbetonteilwerk – ist die Baustelle ein kurzzeitiger Fabrikationsbetrieb (Abb.2.1.7a). Infolge des Baufortschrittes ändern sich tagtäglich die baulichen Gegebenheiten. Die am Bauwerk beteiligten Firmen und Personen lösen sich nach Erreichen ihres Teilzieles ab. Das neu Geschaffene dient zunächst als Arbeitsplatz wo die Beschäftigten sicher aber auch möglichst rationell miteinander arbeiten sollen.

Bild 2.1.7a Baustelleneinrichtung Beispiel

Um einen möglichst wirtschaftlichen aber auch sicheren Bauablauf zu gewährleisten, muss deshalb sorgfältig vorgeplant werden. Insbesondere gilt es, dort wo unterschiedliche Gewerke ineinander greifen, einen möglichst ungestörten Bauablauf zu gewährleisten. Dazu dient auch die geplante Baustelleneinrichtung.

33

2.1 Einrichten einer Baustelle Baustelleneinrichtungsgegenstand

Zeichnerische Darstellung

Platzbedarf auf der Baustelle 2

Aushub, Oberboden

≥6m

Unterkunft, Magazin

≥6m

Toilette

2m

Turmdrehkran

≥ 16 m , 4 × 4, Ausleger ca. 25 m

Mörtelsilo

4m

Zimmer platz. Kreissäge

6m

Baustrom

1m

Hydrant

––

Abfall; Schuttmulde

≥4m

Bauzaun

––

Böschung

––

Befestigter Fahrweg

––

Baustoffe

je nach Bedarf, Bewehrung

2

2

2

2

2

2

2

2

je nach Bedarf, Schalung je nach Bedarf, Steine

Bild 2.1.7b Übersicht Baustelleneinrichtung

Das Einrichten der Baustelle muss sorgfältig durchdacht werden, denn die Lage des zu errichtenden Gebäudes ist durch den Planer vorgegeben und der zur Verfügung stehende Lager- und Arbeitsplatz während der Bauzeit auf dem verbleibenden Grundstück in vielen Fällen kaum vorhanden. Für diese Arbeiten wird der Baustelleneinrichtungsplan gezeichnet. Die Baufirma entscheidet, welche Baugeräte und Einrichtungsgegenstände zum Einsatz kommen. Die örtlichen Gegebenheiten, Straßenverhältnisse und die Ver- und Entsorgungsmöglichkeiten fließen in die Einrichtungsplanung mit ein. Einzuplanen sind u.a. Sozial- und Sanitärräume (Aufenthaltsräume, Toiletten, Arbeitsräume), Magazine für Baustoffe und Geräte, Ver- und Entsorgungsanlagen (Baustromverteiler, Hydrant und Kanalanschluss, Abfallentsorgung), Lagerflächen für Baustähle, Mauersteine, Aushub,

34

2

2 Bauausführung

Schalmaterial, Arbeitsflächen für Stahl- und Holzarbeiten, Transport- und Verkehrswege, Stellund Arbeitsfläche des Turmdrehkran. Abb. 2.1.7b zeigt wichtige Bestandteile der Baustelleneinrichtung mit deren zeichnerischen Darstellung und deren Platzbedarf. Erschließung Die Erschließung der Baustelle ermöglicht einen reibungslosen Verkehr zur, auf und von der Baustelle. Der Anschluss der Baustelle (Abb. 2.1.1) an das öffentliche Verkehrsnetz (hier Bahnhofstrasse) muss so angelegt sein, dass der fließende Verkehr möglichst wenig beeinträchtigt wird. Die Ausfahrt ist ausreichend zu kennzeichnen und zu sichern, Verschmutzungen von Baufahrzeugen auf Verkehrswegen sind umgehend zu entfernen. Befinden sich Baustellen direkt an öffentlichen Verkehrswegen (Fußgängerwege, Strassen), ist eine Sicherung der Baustelle durch Absperrbänder oder durch Bauzäune notwendig. Je nach Auflage der zuständigen Verkehrsbehörde wird eine Verkehrsregelung durch Verkehrsschilder oder Ampelanlagen notwendig. Lagerflächen Die Lagerplätze sind ausreichend groß zu bemessen und sollten möglichst außerhalb des ständigen Arbeitsbereiches sein. Sie müssen sich vor allem im Schwenkbereich des Kranes befinden oder mit LKW leicht anfahrbar sein. Zu achten ist auf trockene, ebene und tragfähige Lagerflächen. Der Abstand zwischen dem Bauwerk und den Lagerplätzen muss so groß sein, dass die Beschäftigten nicht durch herabfallende Gegenstände gefährdet werden. Lagerflächen sind notwendig für: Mutterbodenaushub wird sorgfältig abgetragen und in so genannten „Mieten“ gesondert gelagert. Es handelt sich hierbei um einen fruchtbaren bindigen Boden mit organischen Bestandteilen, lebenden Keimen, Insekten, Pilzen und Bakterien. Alle diese Bestandteile sind wichtige Ressourcen für die Pflanzen- und Tierwelt; diese Grundlage des Lebens ist besonders zu schützen. Betonstahl wird geliefert als Stabstahl, Körbe, Profilstäbe, Matten. Betonstahl wird auf Kanthölzern abgelegt und ist vor Verschmutzung mit öligen Stoffen (Schalöl) zu schützen. Schalmaterial ist im Schwenkbereich es Kranes zu lagern. Schalmaterial und Rüstzeug (Bretter, Bohle, Kanthölzer, Rundhölzer, Schaltafeln) werden nach Abmessung getrennt gelagert. Getrennt nach Verwendungszweck findet die Lagerung von Schalelementen und Großflächenschalungen statt. Mauersteine werden in der Regel auf Paletten angeliefert und übereinander gestapelt. In der Regel werden Mauersteine abschnittweise geliefert, d.h. je nach Baufortschritt wird rechtzeitig nachgeordert, da Mauersteine einen großen Lagerplatzbedarf haben. Mauersteine sind getrennt nach ihren Arten, Formaten und Druckfestigkeitsklassen trocken zu lagern. Bearbeitungsflächen für Holz- und Stahlarbeiten sind vorzusehen. Zur Holzbearbeitung gehört z. B. das Herstellen von Schalelementen, als Arbeitsgeräte werden Kreissäge, in manchen Fällen Bandsäge, Hobelmaschine und Werkbank benötigt. Geräte sind vor unbefugtem Benutzen und vor Witterung zu schützen. Stahl wird getrennt nach Durchmessern gelagert, bereits gebogene Bewehrungsteile werden ihren Positionen entsprechend geordnet. Es werden Biegetische und Schneideinrichtungen zur Stahlbearbeitung benötigt. Bearbeitungsflächen müssen im Schwenkbereich des Kranes liegen. Übungen 1. Weshalb ist eine gewissenhafte Baustelleneinrichtungsplanung notwendig? 2. Beschreiben Sie, weshalb es oft zu einem gestörten Bauablauf kommen kann.

2.1 Einrichten einer Baustelle

3. Fertigen Sie eine Tabelle mit den gebräuchlichen Baustelleneinrichtungsgegenständen, deren kalkulierter Platzbedarf und deren zeichnerischen Darstellung an. 4. Suchen Sie im Internet Baustelleneinrichtungspläne und überprüfen diese hinsichtlich der zeichnerischen Darstellung. Drucken Sie einige Pläne aus und besprechen die Baustelleneinrichtung in der Klasse. 5. Für welche Gegenstände sind Lagerflächen vorzusehen?

2.1.5 Baugeräte 2.1.5.1 Baukran Für den waagerechten und senkrechten Transport werden im Hochbaubereich vorwiegend Turmdrehkrane (Abb. 2.1.8) eingesetzt. Bei kleineren Baustellen genügt i.d.R. ein einzelner Kran, bei größeren Baustellen ist es erforderlich mehrere Kräne einzusetzen. Der Baukran ist damit eines der wichtigsten Baugeräte auf der Baustelle. Wichtig ist, dass die ausgewählten Kräne über eine ausreichende Tragfähigkeit und Reichweite verfügen. Sie können stationär oder auf Gleisen fahrbar eingesetzt werden.

Bild 2.1.8 Baukran, Baustelle

Die Wirtschaftlichkeit des Kraneinsatzes hängt im Wesentlichen von seiner Aufstellzeit ab. Für moderne Schnellaufbaukräne wie in Abb. 2.1.9 beträgt das Aufstellen nur einige Stunden, bei sehr kurzen Kraneinsätzen kommen auch Fahrzeugkrane zum Einsatz.

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2

36

2 Bauausführung

2

Bild 2.1.9 Schnellaufbaukran

Der Aufstellbereich des TDK ist so zu wählen, dass Sicherheitsabstände zu Bauwerk, Baugrube, Gerüsten und evtl. elektrischen Freileitungen gewährleistet werden (Abb. 2.1.10). Grundsätzlich ist Personenbeförderung strikt untersagt, sowie das Gerät vor unbefugtem Betreten und Bedienen zu sichern.

Bild 2.1.10 TDK, Sicherheitsabstände

Regeln für Anschläger: – sicheren Standplatz wählen – niemals unter die Last stellen – Last sicher anschlagen – Neigungswinkel von Seilen, Ketten und Bändern < 60° – Tragfähigkeit von Lastaufnahmeeinrichtungen und Kran beachten

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2.1 Einrichten einer Baustelle

– Kranführer eindeutige Kommandos durch Handzeichen, Zurufe oder Sprechfunk geben – stets Kopf-, Fuß- und Handschutz tragen – beschädigte Lastaufnahmeeinrichtungen aussondern Sicherheitsabstände zu elektrischen Freileitungen: Abhängig von der Nennspannung in KV ist für einen gefahrlosen Kranbetrieb ein ausreichender Sicherheitsabstand unbedingt einzuhalten! In Tabelle 2.1.11 sind die Abstände in Abhängigkeit von der Nennspannung angegeben: Tabelle 2.1.11 Abstände TDK Stromleitung, Tabelle Nennspannung (KV) ≤1 > 1 – 110 > 110 – 220 > 220 – 380

Abstand (m) 1 3 4 5

2.1.5.2 Kranwerkzeug Auf der Baustelle sind eine Vielfalt an Materialien und Bauteilen zu bewegen, entsprechend gibt es eine Vielzahl von Werkzeugen und Transportgefäße 2.1.12, die einen sicheren Transport der Güter gewährleisten. Neben Sicherheitslasthaken und genormten Seilverbindungen, Ketten, sind die häufigsten Lastaufnahmemittel wie Container, Steinkörbe, Steingabel und Betonkübel zu nennen.

Bild 2.1.12 TDK, Fördermittel, Kranwerkzeug

2.1.5.3 Betonpumpen Auf kleineren Baustellen kommen aus wirtschaftlichen Gründen vor allem Autobetonpumpen zum Einsatz, deren Verteilermast bis zu 50 m in horizontaler Richtung reicht. Damit sind auch schwer zugängliche Stellen auf der Baustelle erreichbar. Hier bietet sich der Einsatz von Trans-

2

38

2 Bauausführung

portbeton an, so dass keine weiteren Geräte zum Einbringen des Betons auf der Baustelle benötigt werden. Bei der Baustelleneinrichtungsplanung muss genügend Stellfläche auf der Baustelle für die Autobetonpumpe eingeplant werden.

2

2.1.5.4 Aufenthaltsräume Tagesunterkünfte, Waschgelegenheit und WC-Anlagen sind an Baustellen, wo voraussichtlich mehr als 4 Personen länger als 1 Woche ständig tätig sind, Pflicht (Arbeitsstättenverordnung §§ 45-49). Hinzu kommt die Möglichkeit Speisen und Getränke zu erwärmen. Der Umfang der aufzustellenden Einrichtungen ist abhängig von der Zahl der Beschäftigten und der Bauzeit. Des Weiteren sind Räumlichkeiten zu berücksichtigen für die Bauleitung, für die Lagerung von Baustoffen, Geräten und Werkzeugen. Mitunter sind auch Flächen für Wohn- und Schlafcontainer bereitzustellen. Wichtig ist, die Unterkünfte so aufzustellen, dass sie sich während des Baubetriebes nicht im Schwenkbereich des Kranes befinden. Übungen 1. Erklären Sie, weshalb der Turmdrehkran eines der wichtigsten Baugeräte darstellt. 2. Nach welchen Kriterien ist der Aufstellbereich des TDK zu wählen? 3. Welche Regeln hat ein Anschläger am TDK unbedingt zu beachten? 4. Weshalb ist ein Sicherheitsabstand zwischen TDK und Strom führenden Freileitungen einzuhalten? 5. Stellen Sie übersichtlich in einer Tabelle die verschiedenen Bedingungen für Aufenthaltsräume auf Baustellen dar! 6. Ermitteln Sie den Bedarf an für Sie relevanten Baustelleneinrichtungsgegenständen. Begründen Sie ihre Auswahl. 7. Zeichnen Sie im Maßstab 1:100 auf DIN A 3 den Lageplan für das Flurstück 75/14 inklusive aller Baustelleneinrichtungsgegenstände. Bemaßen und beschriften Sie nach DIN. 8. Berechnen Sie für das Bauvorhaben in der Bahnhofstraße Nr. 3 die Grundflächenzahl.

2.1.6 Ver- und Entsorgungsanlagen Rechtzeitig vor Beginn der Bauarbeiten ist die Versorgung der Baustelle mit elektrischem Strom, Wasser mitunter auch Flüssiggas in die Wege zu leiten. Muss die Baugrube entwässert werden, ist das Einleiten des anfallenden Wassers in die öffentliche Entwässerung oder in einen Vorfluter mit den zuständigen Behörden abzuklären. Befinden sich Freileitungen in Baustellennähe ist auf einen ausreichenden Sicherheitsabstand zu achten. Bei unbekannter Spannung sind grundsätzlich mindestens 5,0 m Abstand einzuhalten. Vorsorgliche Schutzmaßnahmen sind: Abdeckungen (Isolierungen), Abschrankungen, Abschalten oder Verlegen. Elektrische Anlagen dürfen nur von zugelassenen Fachkräften installiert werden. Notwendig ist mindestens 1 Baustromverteiler nach VDE (Verband Deutscher Elektrotechniker). Die Steckdosen müssen mit einer FI-Schutzeinrichtung (Fehlerstrom-Schutzschalter) ausgerüstet sein. Auf Baustellen dürfen nur zugelassene Gummischlauchleitungen verwendet werden. Die Leitungen sind vor Beschädigung (z. B. durch Überfahren mit LKW) durch Hochlegen oder Abdecken mit Bohlen zu schützen. Sie dürfen jedoch nicht eingegraben werden. Baustellenleuchten müssen schutzisoliert und regengeschützt sein. Gebrochene oder fehlende Schutzgitter müssen sofort ersetzt werden. Zur Beheizung von Unterkünften werden mitunter ortsfeste Flüssiggasanlagen aufgestellt. Hierbei ist entsprechend der UVV (Unfallverhütungsvorschriften) „Gase“ eine besondere Schutzzone einzurichten und zu kennzeichnen.

2.1 Einrichten einer Baustelle

39

Bauschutt ist entsprechend den behördlichen Vorgaben getrennt zu entsorgen, z. B. Wertstoffe, mineralischer Bauschutt, Baustellenmischabfälle, Sondermüll. Dies geschieht am rationellsten gleich auf der Baustelle. Es sind deshalb an gut zugänglicher Stelle in Bauwerksnähe die entsprechenden Entsorgungsbehälter (Container) bereitzustellen. Gesetzliche Vorgaben variieren in verschiedenen Stadt- und Landkreisen sowie in den einzelnen Bundesländern. Grundsätzlich gilt für die Entsorgung auf der Baustelle: Abfälle, die nicht entstehen, brauchen auch nicht entsorgt zu werden. Alle Produktionsabläufe sind schon während der Planung auf unnötiges Abfallaufkommen hin zu untersuchen!

2

Tabelle 2.1.13 Entsorgung von Materiellen auf der Baustelle BE, Übersicht Wertstoffe

- Papier - Pappe - Kartonagen - unbehandeltes Holz - Metalle - Styropor - ...

Mineralische Abfälle - Künstliche Steine - Natürliche Steine - Putze - Beton - Fliesen - Spachtelreste - ...

Mischabfälle nicht verwertbarer Restmüll - behandeltes Holz verschmutztes Papier, Pappe, Folie - Verbundbaustoffe - Gipskartonplattenkaschierte Dämmstoffe - ...

Sondermüll - Farben und Lacke - Lösemittel - Verdünnungsmittel - Kunstharzputze - Altöl - Holzschutzmittel - asbesthaltiges Material - ...

Übungen 1. Welche Sicherheitsmaßnahem müssen bei Freileitungen im Arbeitsbereich getroffen werden? 2. Welche Sicherheitsvorschriften sind beim Umgang mit Strom einzuhalten! Beschreiben Sie ausführlich. 3. Welche Abfälle fallen auf Ihrer Baustelle an? Planen Sie die dafür vorgesehenen Entsorgungsmöglichkeiten und ermitteln Sie den Platzbedarf.

2.1.7 Baustellensicherung Baustellen sind durch den Bauunternehmer ausreichend bei Tag und bei Nacht zu kennzeichnen und zu sichern. Die auf der Baustelle arbeitenden Menschen sind durch den Verkehr auf angrenzenden Straßen gefährdet. Eine umfassende Sicherung der Baustelle ist notwendig, um – die auf der Baustelle arbeitenden Menschen zu schützen, – einen reibungslosen und ungestörten Baustellenablauf zu gewährleisten, – Verkehrsteilnehmer rechtzeitig die Baustelle zu signalisieren, – den Verkehr zügig an der Baustelle vorbei zu leiten. Die Straßenverkehrsbehörde ist für jede Verkehrsregelung zuständig, die aufgrund des Baustellenbetriebs notwendig wird. Vor Aufnahme der Bauarbeiten ist der Bauunternehmer verpflichtet, die Sicherung von Baustellen gemäß der Anordnung der Straßenverkehrsbehörde vorzunehmen. Der Anordnung liegen zugrunde: die Straßenverkehrsordnung (StVO), die Richtlinien für die Sicherung von Arbeitsstellen an Straßen sowie die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Sicherungsarbeiten auf Arbeitsstellen an Straßen (ZTV-SA 97). Für Schäden als Folge von Unfällen aufgrund unzureichender Baustellensicherung haftet der Bauunternehmer. In den Vertragsunterlagen heißt es sehr häufig: „Der Auftragnehmer haftet allein für die Sicherheit des Verkehrs während der Bauzeit“.

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2

2 Bauausführung

Baustellen sind mindestens zu sichern durch: Verkehrszeichen: Sie müssen den Anforderungen der StVO entsprechen. Sie müssen sauber, rückstrahlend, evtl. beleuchtet sein, gut sichtbar aufgestellt und dauerhaft standfest positioniert sein (Bild 2.1.14).

Bild 2.1.14 Vk-Zeichen StVO

Absperrgeräte: Die wichtigsten Absperrgeräte sind Leitbake, Leitkegel, Absperrschranke sowie die fahrbare Absperrtafel (Abb. 2.1.15). Sie dienen der Warnung, Absperrung und Führung des Verkehrs.

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2.1 Einrichten einer Baustelle

2 Bild 2.1.15 Absperrgeräte

Warnleuchten: Absperrgeräte müssen bei Dunkelheit gut sichtbar sein. Dies wird durch hell leuchtende Warnleuchten sichergestellt (Abb. 2.1.16). Bei Absperrung einzelner Fahrstreifenteile oder ganzer Fahrstreifen sind pro Fahrstreifen mindestens 3 gelbe Warnleuchten auf Absperrgeräten anzubringen, bei Sperrung der gesamtem Fahrbahn sind mindestens 5 rote Warnleuchten auf der Absperrschranke anzubringen.

Bild 2.1.16 Warnleuchte, Absperrband

Zur Verkehrssicherung sind Regelpläne, nach denen Arbeitsstellen abgesichert werden, in den Richtlinien für die Sicherung von Arbeitsstellen an Straßen (RSA) zu finden. Ein Beispiel für eine innerörtliche Baustelle zeigt Abbildung 2.1.17.

Bild 2.1.17

Innerörtliche Baustelle

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2 Bauausführung

2

Übungen 1. Wer ist für die ordnungsgemäße Sicherung der Baustelle zuständig und verantwortlich? 2. Weshalb ist eine umfassende Baustellensicherung notwendig? 3. Wer haftet für Unfälle und Ereignisse, die auf Grund fehlender oder unzureichender Baustellensicherung auftreten? 4. Welche Anforderungen werden an Verkehrszeichen gestellt? 5. Die Richtlinien für die Sicherung von Arbeitsstellen an Straßen (RSA) beschreiben standardisierte Verkehrssicherungssituationen nach sog. Regelplänen. Recherchieren Sie im Internet nach geeigneten Vorlagen zur Sicherung ihrer Straßenbaustelle in der Bahnhofstraße. Projektaufgabe Situationsbeschreibung: Auf dem Grundstück Nr. 11 in der Brentanostraße (2.1.18) soll ihr Bauunternehmen entsprechend den Angaben des Lageplans das zu bauende Gebäude einmessen sowie die Baustelleneinrichtung planen und umsetzen. Die Brentanostraße im Wohngebiet als innerörtliche Straße mit geringem Verkehrsaufkommen beschrieben, die zulässige Höchstgeschwindigkeit beträgt 50 km/h. Der Straßenverlauf ist für Verkehrsteilnehmer übersichtlich. Wählen Sie entsprechend der Vorgaben sinnvoll und gewissenhaft die ihrer Meinung nach notwendigen Baustelleneinrichtungsgegenstände und Verkehrssicherungsmaßnamen. Folgende Baustelleneinrichtungsgegenstände stehen mindestens zur Verfügung: Dixi 1,50 × 1,50, TDK, Ausleger 20 m, 4,00 × 300, Oberboden 6,00 × 2,50, Container 3,00 × 2,00, Wagen Bauleitung/Personal 2,50 × 6,00, Schalung/Bewehrung 4,00 × 6,00.

Bild 2.1.18 Lageplan

2.1 Einrichten einer Baustelle

Ihr Arbeitsauftrag: Stellen Sie eine Übersicht zusammen, die alle notwendigen Informationen zu der Ihnen übertragenen Aufgabe enthält. Überlegen Sie, in welchen sinnvollen Arbeitsschritten Sie die gestellte Aufgabe bewältigen. Fertigen Sie einen geeigneten und vollständigen Lageplan für die geplante Baumaßnahme an, wählen Sie einen üblichen Maßstab. Begründen Sie die Notwendigkeit einer gewissenhaften Arbeitsvorbereitung. Stellen Sie übersichtlich heraus, welche Arbeiten hierzu gehören. Beschreiben Sie in sachlogischer Reihenfolge das Einmessen des Gebäudes auf dem Grundstück. Weisen Sie mathematisch nach, dass das Gebäude rechtwinklig ist. Die Grundstücksfläche sowie die Grundfläche des Gebäudes sind in m2 zu berechnen. Ermitteln Sie den verbleibenden Platz (in m2 und %) für Ihre Baustelleneinrichtung. Ermitteln Sie den Bedarf an für Sie relevanten Baustelleneinrichtungsgegenständen. Begründen Sie ihre Auswahl. Begründen Sie den Ihrer Meinung nach sinnvollen Standplatz des Turmdrehkranes, beachten Sie hierbei Sicherheitsabstände sowie das Erreichen aller Baustelleneinrichtungsgegenstände. Zeichnen Sie im Maßstab 1:100 auf DIN A 3 den Lageplan für das Flurstück 65/15 inklusive aller Baustelleneinrichtungsgegenstände. Bemaßen und beschriften Sie nach DIN. Die Baustelle ist mit Wasser (Hydrant) und mit Strom (Baustromverteiler) einzurichten. Wählen Sie geeignete Standorte und erklären Sie weshalb dies geeignete Standorte sind. Überlegen Sie, welche Abfallprodukte auf der Baustelle zu entsorgen sind. Fertigen Sie dazu eine Liste an. Klären Sie die Verantwortlichkeiten einer ordnungsgemäßen Baustellensicherung. Erstellen Sie einen Baustellensicherungsplan. Denken Sie hierbei auch an Verkehrssicherungseinrichtungen. Gruppenprojekt (zusätzlich nach Bedarf) Alternative Baustelleneinrichtung In Kleingruppen zu 3 bis 5 Personen ist die Baustelle Nr. 11 in der Brentanostraße (alternativ Bahnhofstraße Nr. 3) im Planausschnitt 2.1.19 auf Tischgröße zu zeichnen. Der Maßstab ist selbst zu wählen. Maße sind den vorhandenen Lageplänen zu entnehmen und umzurechnen. Die Baustelleineinrichtungsgegenstände sowie Verkehrssicherungsgegenstände können aus Papier im gewählten Maßstab hergestellt werden. So können Sie mit Ihren Kollegen viele Varianten ausprobieren und diskutieren. Richten Sie die Baustelle ein; positionieren Sie die Ihrer Meinung nach wichtigen Baustelleneinrichtungsgegenstände und sichern Sie die Baustelle sowie die Straße entsprechend gesetzlicher Vorgaben ab! Begründen Sie Ihre Entscheidung! Die Baustelleineinrichtungsgegenstände sowie Verkehrssicherungsgegenstände können aus Papier im gewählten Maßstab hergestellt werden. So können Sie mit Ihren Kollegen viele Varianten ausprobieren und diskutieren. Richten Sie die Baustelle ein; positionieren Sie die Ihrer Meinung nach wichtigen Baustelleneinrichtungsgegenstände und sichern Sie die Baustelle sowie die Straße entsprechend gesetzlicher Vorgaben ab! Begründen Sie Ihre Entscheidung!

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2

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2 Bauausführung

Planausschnitt

Bre

2

nta

nas

tras

se

65 15

Bild 2.1.19

Planausschnitt

2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks Zielformulierung Das sind die Erwartungen an Sie: - Kenntnisse über Boden- und Felsklassen - Unterscheidung bindiger und nicht bindiger Böden und deren technologischer Eigenschaften - Kenntnisse über Gründungsarten - Wissen um den Lastabtrag in Fundamenten und Baugrund - Planen einer Baugrube - Umgang mit den Unfallverhütungsvorschriften - Mengenermittlung von Erdmassen - Arbeitsplanung zur Fundamentherstellung - Grundkenntnisse der Hausentwässerung - Zeichnerische Darstellung von Baugruben und Fundamenten - Erstellen eines Kriterienkataloges zur Beurteilung der Arbeitsergebnisse

Inhalte: - Baugrund - Eigenlasten, Verkehrslasten - Fundamente - Flachgründungen - Tiefgründungen - Bodenpressung - Oberboden - Einteilung der Böden - Oberbodenlagerung - Bindiger und nicht bindiger Boden - Mechanische Beanspruchung des Baugrundes - Baugrube - Schnurgerüst - Arbeitsraum - Böschungen und Böschungsneigungen - Böschungssicherungen - Erdarbeiten und Geräte - Bodenaushub - Wasserversorgung - Wasserentsorgung - Grundleitung - Schmutz- und Regenwasser - PVC-KG-Rohr - Anschlusskanal - Verlegen der Grundleitung - Dränung

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2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks

+8.00

+6.00 3 +3.00

± 0.00 1

+0.26 2

Schnitt A-A 9.99

Essen 16.40m2

A

A Wohnen

27.10m2 5

Arbeiten 10.80m2

Küche 10.40m2

16.99

4

Flur 2.40m2 WC/ DU 3.80m2

Gast 7.60m2

Grundriss

Ausschnitt

Bild 2.2.1 Grundriss und Schnitt, im Original Maßstab 1:100, vgl. 5.3.1 und 5.3.2

2

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2

2 Bauausführung

Projektaufgabe 2.2.1 In Abbildung 2.2.1 sind der Grundriss sowie der Schnitt eines unterkellerten, eingeschossigen Wohnhauses dargestellt. Für das geplante Gebäude soll in einem ersten Arbeitsschritt die Baugrube hergestellt werden sowie in weiteren Arbeitsschritten die Fundamente mit der Bodenplatte errichtet werden. Der vorhandene Boden wurde nach der Bodenuntersuchung der Bodenklasse 5 zugeordnet. Das Kellergeschoss ist nicht als Wohnraum geplant. Die Haus- und Grundstücksentwässerung wird als Trennsystem ausgeführt. Lernsituation 1: Planen von Fundamenten Fertigen Sie eine Übersicht über die verschiedenen Gründungsarten an und verdeutlichen Sie wo diese hauptsächlich einsetzbar sind. Erklären Sie auch, welche Aufgaben Fundamente haben. Begründen Sie, welche Fundamentart für das geplante Haus am sinnvollsten ist. Welche Gründungsart könnten Sie alternativ vorschlagen? Lernsituation 2: Baugrund Erstellen Sie eine Übersicht über die verschiedenen Boden- und Felsklassen mit ihren technologischen Eigenschaften. Für den Boden des geplanten Wohnhauses erarbeiten Sie alle notwendigen Bodenkennwerte sowie Anforderungen und stellen diese übersichtlich dar (Frostverhalten, Setzungsverhalten, Tragverhalten, …). Die Lastabtragung der Fundamente in den Baugrund stellen Sie in einer geeigneten Skizze dar und erklären, wie die Lasten in den Baugrund geleitet werden. Überprüfen Sie, ob der Baugrund zur Herstellung der geplanten Fundamentart geeignet ist. 1 2 3 4 5 6 7 8

Maßzahlen auf Maßlinien Maßhilfslinie mit Maßbegrenzung Fundamentaußenkanten (Gebäudekanten) mit Rasterlinien in der Draufsicht Streifenfundament im Schnitt Sichtbare und unsichtbare Bauteilkanten Angabe der Schnittführung Höhenangaben im Schnitt Schraffur zur Kennzeichnung von Stahlbeton

Bild 2.2.2 Haus, Schnitt, Draufsicht

Lernsituation 3: Baugrube Planen Sie die notwendigen Arbeitsschritte zur Herstellung der Baugrube. Begründen Sie ihre Festlegungen und Arbeitsschritte. Bestimmen Sie für die jeweiligen Arbeitsschritte auch den Einsatz geeigneter Maschinen sowie beachten Sie bei ihrer Planung die Unfallverhütungsvorschriften der BG Bau. Die Einrichtung des Schnurgerüstes ist zeichnerisch in der Draufsicht und Ansicht darzustellen und zu erklären. Zeichnen Sie einen Schnitt durch die Baugrube mit allen erforderlichen Bestandteilen. Der Erdaushub ist zu ermitteln. Lernsituation 4: Gründungen Machen Sie sich mit den verschiedenen Gründungsarten vertraut. Erarbeiten Sie eine Übersicht nach folgenden Kriterien:

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2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks

Gründungsart

Funktionsprinzip

Zeichnerische Darstellung

Anwendung

…

…

…

…

Für die geplante Gründungsart tragen Sie Informationen zusammen, auch unter Einbeziehung des Internet, weshalb diese Gründung hier sinnvoll erscheint. Erstellen Sie eine Sammlung von Bildern und Zeichnungen, die Baustellen mit solchen Gründungen darstellen. Der Bauherr möchte wissen, weshalb bei seinem Gebäude keine Fundamentplatte hergestellt wird. Fertigen Sie für den Bauherrn eine Übersicht des geplanten Fundamentes mit allen Bezeichnungen an und erklären Sie ihm, weshalb diese Gründungsart zum Einsatz kommt. Lernsituation 5: Herstellen von Streifenfundamenten Stellen Sie die auszuführenden Arbeiten zur Herstellung der geplanten Gründungsart in einer Übersicht zusammen. Hier kann es sinnvoll sein, die Übersicht auf einem großen Plakat anzufertigen und dies im Klassenraum aufzuhängen. Ergänzen Sie die Arbeitsschritte durch geeignete zeichnerische Darstellungen. Entscheiden Sie anhand des vorhandenen Bodens ob die Fundamentgräben einzuschalen sind und begründen Sie ihren Lösungsansatz. Lernsituation 6: Hausentwässerung/Wasserver- und Entsorgung Erarbeiten Sie für die Baumaßnahme eine mögliche Hausentwässerung. Wählen Sie geeignete Rohrmaterialien für die Grundleitung aus und legen die Reihenfolge ihrer Arbeiten fest. Lernsituation 7: Kriterienkatalog Erstellen Sie einen Kriterienkatalog zur Bewertung / Beurteilung der Arbeitsergebnisse.

2.2.1 Anforderungen an Fundamente Wenn ein Gebäude wie zum Beispiel ein Einfamilienhaus oder eine Garage hergestellt werden soll, muss dieses sicher und dauerhaft auf dem Baugrund stehen können. Die Verbindung des Gebäudes mit dem Baugrund stellen die Fundamente dar. Alle Eigenlasten und Verkehrslasten (siehe Bauphysikalische Grundlagen) eines herzustellenden Gebäudes müssen dauerhaft sicher und setzungsfrei auf den Baugrund, sehr oft direkt der anstehende Boden, übertragen werden. Dies kann nur gewährleistet werden, wenn eine dem Baugrund entsprechende Gründungsart gewählt wird. Der häufigste Fall im Wohnungsbau stellen die in Abbildung 2.2.2 dargestellten Streifenfundamente dar. Streifenfundamente gehören zu den Flachgründungen, d.h. die Lasten, die die Wände in die Fundamente weiterleiten, werden unmittelbar auf den tragfähigen Untergrund übertragen. Hierdurch werden die Bodenschichten zusammengedrückt, der Boden verdichtet, es kommt zu Setzungen. Diese Setzungen des Bodens sind möglichst gering zu halten und auf eine möglichst große Aufstandsfläche des Baugrundes zu verteilen. Daher weisen die Streifenfundamente des Fundamentplans einen rechteckigen Querschnitt auf, deren Breite in der Regel größer ist, als das aufgehende Mauerwerk, um eine geeignete Standfläche für die Wände zu sichern. Die geeignete Standfläche (Breite des Fundamentes) ist abhängig von den auf ihnen ruhenden Lasten und von der Tragfähigkeit des Bodens. Voraussetzung für die Verwendung dieser Fundamente ist eine gleichmäßige Belastung. Dies ist bei Wänden der Fall. Wie viel Last die verschiedenen Böden aufnehmen können, zeigt Tab 2.2.3.

2

48

2 Bauausführung

Tabelle 2.2.3 Bodenpressung

2

Zulässige Bodenpressung in MN / m2 Fels Nichtbindige Böden Gemischtkörnige Böden Bindige Böden

1,00–4,00 0,20–0,70 0,15–0,50 0,09–0,40

Hieraus lassen sich verschiedene Parameter berechnen: Die vorhandene Bodenbelastung (Bodenpressung) wird aus dem Verhältnis von den übertragenen Lasten (Auflasten) zur Auflagerfläche ermittelt. Zur Berechnung der erforderlichen Auflagerfläche des Fundamentes wird das Verhältnis von Auflast zur zulässigen Bodenpressung berechnet (2.2.4).

σ =

F ⎡ MN ⎤ A ⎢⎣ m 2 ⎥⎦

F = Auflast A = Auflagerfläche σ = Bodenpressung, Spannung

Allgemein bleibt festzuhalten: Je größer die zulässige Bodenpressung, desto kleiner wird die Auflagerfläche des Fundaments. Je kleiner die zulässige Bodenpressung, desto größer wird die Auflagerfläche des Fundaments. Beispiel: Eine Außenwand überträgt 150 kN auf 1 m Länge auf ein Streifenfundament. Die zulässige Bodenpressung des bindigen Bodens beträgt 0,3 MN/m2. Die herzustellende Fundamentbreite ist zu berechnen. Aerf = F/σzul, A = l · b, b = F/σzul · l, b = 150 kN/(300 kN/m2 · 1,00m) = 0,50 m Übungen 1. Erklären Sie, weshalb Fundamente benötigt werden. 2. Ihr Chef möchte wissen, was Eigenlasten und Verkehrslasten sind. Fertigen Sie ihm eine übersichtliche Darstellung an. 3. In Zeichnung 2.2.2 sehen Sie einige Angaben, die Sie erklären sollen: 1 Benennen Sie die Maße in m und cm. 2 Wie breit ist das Streifenfundament? 3 Aus welchem Material wird das Fundament hergestellt? 4 Was bedeuten die dargestellten Pfeile? 4. Was verstehen Sie unter dem Fachbegriff Bodenpressung? 5. Eine Außenwand (b = 0,50 m) überträgt auf einer Länge von 1 m eine Last von 275 kN auf das Streifenfundament. Berechnen Sie die vorhandene Druckspannung, welche auf den Baugrund einwirkt. 6. Weshalb sind für die verschiedenen Böden unterschiedliche zulässige Bodenpressungen zu erwarten? Begründen Sie ihre Antwort! 7. Zeichnen Sie im Maßstab 1:20 einen Schnitt durch ein Streifenfundament für ein nicht unterkellertes Gebäude, ein Streifenfundament für ein unterkellertes Gebäude. Denken Sie an Böschungen, Böschungsneigungen.

49

2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks

2.2.2 Baugrund Entstehung Der Baugrund ist der natürliche gewachsene Boden, auf dem das Bauwerk errichtet werden kann. Die Beschaffenheit des Baugrundes ist abhängig von der Art des Festgesteins, welches im Laufe von Jahr Millionen durch Einflüsse von Wind, Temperatur, Druck, Wasser etc. in unterschiedlicher Intensität und zeitlicher Dauer zu den verschiedensten Böden verwittert ist (2.2.5). Böden werden unterschieden nach ihren stofflichen Bestandteilen in organische und anorganische Böden (2.2.6). Organischer Boden ist als Baugrund ungeeignet. Er besteht in der Regel aus fruchtbarem Gemenge an humösen Bodenarten sowie organischen Beimengungen. Hierunter fallen Bakterien, Pilze, Insekten und Pflanzen, die eine wichtige Grundlage für die Pflanzen- und Tierwelt und somit auch für den Lebensraum des Menschen dar. Aus diesem Grund muss dem Oberboden besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. da die darin enthaltenen Bestandteile, Humus und Torf in der Hauptsache, Organische Böden weisen eine nur geringe Tragfähigkeit auf, die sich durch weitere Zersetzung der organischen Bodenbestandteile weiter vermindert. Geeignet sind anorganische Böden, die auch als mineralische Böden bezeichnet werden. Die Beschaffenheit des Baugrundes

Festgestein

Boden Verwitterung abhängig von : dem Ausgangsgestein der Dauer der Verwitterung

Bild 2.2.5 Verwitterung

Boden anorganisch

organisch

Fels Ton Kies Sand

Torf Humus

geeigneter Baugrund

ungeeigneter Baugrund

Bild 2.2.6 organische-, anorganische Böden

Einteilung der Böden Anorganische Böden werden nach ihrer Korngröße und nach DIN 18300 in verschiedene Bodenund Felsklassen eingeteilt. Korngröße Unterschieden werden Böden in Blöcke, Steine, Kies, Sand, Schluff und Ton. Meistens sind diese verschiedenen Bestandteile aber nicht in Reinform, sondern als Gemisch der verschiedenen Bestandteile vorhanden. Die Benennung erfolgt dann nach dem am stärksten vorhandenen Bestand-

2

50

2 Bauausführung Bodenart

2

Kurzzeidren

Korngröße

0,002 mm

Ton

CL (Clay)

Schluff

Si (Silt)

0,002...0,06mm

Sand

Sa (Sand)

0,06...2mm

Kies

Gr (Grant)

Steine Blöcke

Co (Cobble) Bo (Boulder)

zeidun Oasstellung

2...63mm

> 63 mm

Bild 2.2.7 Einteilung der Bodenarten nach Korngröße

teil. Zum Beispiel ist Lehm ein Gemenge aus Sand, Schluff und Ton, Kiessand ein Gemenge aus Kies und Sand. Abbildung 2.2.7 zeigt die Einteilung der Bodenarten, deren Korngrößenverteilung sowie die zeichnerische Darstellung. Boden- und Felsklassen Mineralische Böden werden in 7 Boden- und Felsklassen eingeteilt, je nach Arbeitsaufwand, der beim Lösen und Bewegen der jeweiligen Bodenart der erforderlich ist. Der Bodenklasse 1, dem Oberboden, muss besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. In der Regel ist dieser Boden Mutterboden, hierbei handelt es sich um einen fruchtbaren bindigen Boden, der hauptsächlich aus Humus sowie organischen Bestandteilen besteht. Darin enthalten sind sich zersetzende Pflanzenund Tierreste, lebende Keime, Weichtiere und Insekten, Bakterien und Pilze. Diese gilt es als Lebensraum zu schützen und zu erhalten. Der Oberboden muss behutsam abgetragen und vom Baufeld entfernt und getrennt gelagert werden. Er darf nicht mit anderen Böden gemischt oder verunreinigt werden. Abbildung 2.2.8 zeigt eine mögliche Lagerung in sog. Oberbodenmieten.

< 1.50

Mulde

ca 3.00

Bild 2.2.8 Oberbodenmiete

Die Übersicht 2.2.9 zeigt die Boden- und Felsklassen nach DIN 18 300 sowie die zum Einsatz kommenden Aufbruch- und Ladegeräte.

51

2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks Klasse 1

Bezeichnung und Beschreibung Oberboden oberste Schicht des Bodens, Humus und Lebewesen

2

Fließende Bodenarten Flüssiger bis breiiger Boden mit hohem Wassergehalt, geben kaum Wasser ab Leicht lösbare Bodenarten Nichtbindige bis schwachbindige Sande, Kiese, Kies-SandGemische mit einem Steinanteil von höchstens 30% mit Korngrößen über 63 mm Mittelschwer lösbare Bodenarten Gemische aus Sand, Kies, Ton, Schluff mit mehr als 15% Korngröße unter 0,06 mm. Bindige Böden, weich bis halbfest mit einem Steinanteil vom maximal 30% mit Korngrößen größer 63 mm Schwer lösbare Bodenarten Bodenarten entsprechend Klassen 3 und 4, mit einem Steinanteil größer 30% und Korngrößen größer 63 mm. Plastische Tone, weich bis halbfest je nach Wassergehalt. Leicht lösbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten mit innerem mineralischem Zusammenhalt, brüchig, weich, verwittert. Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit sehr fester Konsistenz. Schwer lösbarer Fels Felsarten mit hoher Festigkeit, nur geringe Verwitterung, kaum Brüchigkeit

3

4

5

6

7

Aufbruch- / Ladegeräte Schaufellader, Planierraupe Bagger

2 Bagger, Laderaupe, Schaufellader Bagger, Laderaupe

Bagger, Starke Laderaupe

Bagger

Sprengung, Kompressor, Aufbruchhammer

Bild 2.2.9 Boden- u. Felsklassen DIN 18 300

Bindiger und nichtbindiger Boden Bindige Böden bestehen aus Lehm, Ton und Schluff. Die einzelnen Körner dieser Böden haften aneinander, man spricht hier von innerem Zusammenhalt der Bodenbestandteile. Je mehr Feinanteile ein solcher Boden hat, desto bindiger ist er. Jedoch ändert sich die Konsistenz mit ab- oder zunehmendem Wassergehalt. Hierzu im Abschnitt Frostverhalten und mechanische Beanspruchung mehr. Im Baustellenalltag sind durch einfache Handversuche bindige Böden im feuchten Zustand erkennbar. Lehm in der Handfläche gerieben ist sandig, Schluff hingegen erscheint eher mehlig und lässt sich relativ leicht von der Handfläche lösen. Ton im Reibeversuch lässt sich nur mäßig von der Handfläche lösen und wirkt seifig. Nichtbindige Böden wie Sand oder Kies weisen keinen oder einen nur sehr geringen Feinkornanteil auf und haben keinen inneren Zusammenhalt. Die unterschiedlich großen Körner berühren sich gegenseitig, haften aber nicht aneinander. Mechanische Beanspruchung des Baugrundes In Lernsituation 1 haben Sie bereits kennen gelernt, dass die Fundamente des Bauwerkes die Lasten (Druckspannungen) an der Fundamentsohle möglichst gleichmäßig in den Baugrund übertragen. Vereinfacht kann angenommen werden, dass die Druckverteilung in einem Winkel von ca. 45° erfolgt. In der Wirklichkeit verteilt sich der Druck unterhalb der Fundamente in annähernd kreisförmigen Linien (ähnlich einer Zwiebel) mit in der Tiefe abnehmender Druckspannung. Diese kreisförmigen Linien stellen Bereiche gleich großer Druckspannungen dar, auch Isobaren genannt. Die Belastungen auf den Baugrund am Übergang Fundamentsohle zum Baugrund entsprechen 100%. Dies bedeutet, dass die gesamten Druckspannungen des Fundamentes

52

2 Bauausführung

und der darüber liegenden Bauwerke komplett über diese Grenzfläche in den Baugrund weitergeleitet werden. In einer Tiefe, die etwa der dreifachen Fundamentbreite als Last übertragende Fläche entspricht, sind kaum noch Druckspannungen auf den Baugrund spürbar. Die Belastung auf den tragfähigen Baugrund nimmt mit der Tiefe ab (2.2.10).

2 b F

ca.60%

ca. 3b

ca. b ca. 2b

100%

45° ca.40%

Bild 2.2.10 Druckzwiebel

ca.20%

Werden zwei Gebäude zu dicht nebeneinander errichtet, kann es zu Druckspannungsüberlagerungen kommen (2.2.11), der Boden sich setzen. Wird der Baugrund dadurch überlastet, kann es zu unkontrollierten Setzungen kommen, das Bauwerk kann dann seitlich abgleiten. Man spricht dann von Grundbruch (2.2.12). a Nr.1

Abstand a ist zu gering Nr.2

Uberlagerung der Druckspannungen von Gebäude Nr.1 und Nr.2 doppelte Belastung des Baugrundes

Bild 2.2.11 Überlagerung der Druckspannungen Grundbruch

53

2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks

Nr.1

Hebung Nr.2

2 Bild 2.2.12 Grundbruch

Tragverhalten Bindige und nichtbindige Böden unterscheiden sich sehr deutlich bezüglich ihres Tragverhaltens. Die Tragfähigkeit eines bindigen Bodens ist abhängig vom Wassergehalt. Je höher der Wassergehalt, desto weicher ist der Boden, seine Tragfähigkeit nimmt dadurch immer mehr ab. Wasser wirkt wie ein Schmierfilm, der die einzelnen Körner dieses Bodens gegeneinander leichter beweglich macht. Bei Druckbelastung können die einzelnen Körner leichter ausweichen. Ist der bindige Boden trocken, so ist seine Tragfähigkeit sehr hoch, jedoch bei Wassereinwirkung wird dieser Boden rasch als Baugrund ungeeignet. Bindige Böden müssen als geeigneter Baugrund gegen Feuchtigkeit und Durchnässen dauerhaft geschützt werden. Demgegenüber ist bei nichtbindigen Bodenarten die Tragfähigkeit nicht abhängig vom Wassergehalt. Die Tragfähigkeit solcher Böden beruht auf der inneren Reibung der einzelnen Körner untereinander. Nass oder trocken ist bei nichtbindigen Böden kein Unterschied im Tragverhalten festzustellen. Setzungsverhalten Bedingt durch den relativ hohen Wasseranteil setzen sich bindige Böden lange und andauernd. Durch Druckbelastung des Bodens, wie beispielsweise unser Fundament, wird das Wasser aus den einzelnen Bestandteilen des Bodens herausgedrückt. Dies geschieht langsam und über längere Zeit, da der feinkörnige Boden in nur geringem Maße wasserdurchlässig ist (2.2.13). Bei nichtbindigem Boden werden bei Druckbelastungen die einzelnen Körner direkt aneinander geschoben und enger zusammengedrückt. Dies geschieht schnell und gleichmäßig, die Setzungen sind sehr klein (2.2.14). F Bindiger Boden H2O

H 2O H2O

H2O F

Bauphase

Wasser wird langsam und andauernd bei Belastung aus dem Boden gepresst

lange Zeit nach Bauphase

Bild 2.2.13 Setzungen bindiger Böden

54

2 Bauausführung

F Nicht bindiger Boden

2

Bauphase

einzelne Körner werden bei Belastung sofort aneinander geschoben

F

kurze Zeit (sofort) nach Bauphase

Bild 2.2.14 Setzungen nichtbindiger Böden

Frosteinwirkung Bindige und nichtbindige Böden zeigen unterschiedliches Frostverhalten. Dieses ist abhängig von dem Hohlraumgehalt, der Korngrößenverteilung sowie dem Wassergehalt des Bodens. Böden werden hinsichtlich ihrer Frostempfindlichkeit in drei Klassen unterschieden. Tabelle 2.2.15

Frostempfindlichkeit von Böden

Klasse F1 F2

Frostempfindlichkeit keine gering bis mittel

F3

hoch

Bodenarten nichtbindiger Boden wie Sand und Kies gemischtkörnige Böden wie Gemische aus Schluff, Lehm, Kies, Sand, stark plastische Tone bindiger Boden wie leicht plastischer Ton und Schluff

Bei gemischtkörnigen Böden, insbesondere aber bei bindigen Böden ist der Wassergehalt recht hoch. Durch Witterungseinflüsse im Winter wie z. B. Frost kann das Wasser in diesen Böden gefrieren. Die in diesen Böden enthaltenen kleinen Kapillaren (vgl. Bauphysikalische Grundlagen) sorgen dafür, dass Wasser aus der Tiefe bis an die Frostgrenze hochgedrückt wird und dort gefriert. Dadurch bilden sich aus den mit Wasser gefüllten Hohlräumen Eislinsen (2.2.16), eine Volumenvergrößerung tritt auf, der Boden kann sich etwas anheben. Beim Auftauen werden diese von der Oberfläche her wieder weich, sind aber mit Wasser gesättigt. Die Folge davon ist ein teilweises oder komplettes Versagen der Tragfähigkeit. Bindige Böden sind immer frostgefährdet! Abhilfe kann dadurch erreicht werden, dass die Fundamente in frostfreien Tiefen gegründet werden, das sind allgemein ca. 80 … 120 cm. Alternativ kann eine Schicht aus nichtbindigem Boden eingebracht werden, um die Kapillarwirkung in dem bindigen Boden zu unterbinden (2.2.17). Interessant sind auch die möglichen kapillaren Steighöhen einiger Bodenarten: Kies bis ca. 5 cm Sand bis ca. 60 cm Schluff bis ca. 2,50 … 3,00 m Ton bis ca. 8,00 … 10,00 m

55

2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks

Eislinsen Eislinsen, gefroren aufsteigendes Kapillarwasser

80-120mm

Frostfreie Zone Frostzone

Volumenvergrößerung durch Eislinsenbildung Hebung des Bodens

2

F

Eislinse

Wasser

H 2O Winter

Frühjahr ohne Frost

Hebung

Senkung

Bild 2.2.16 Eislinsenbildung

Kies Kapillarität endet feinkörniger Boden

H 2O

Bild 2.2.17 Maßnahmen gegen Kapillarität

Übungen 1. Erklären Sie, was unter organischen Böden zu verstehen ist. Sind diese Böden als Baugrund geeignet? Begründen Sie ihre Antwort. 2. Was versteht man unter Lehm? 3. Klären Sie, was mineralische Böden sind. 4. Wie viele Boden- und Felsklassen gibt es nach DIN 18300? 5. Oberboden ist ein wertvoller Boden. Erklären Sie, wie dieser Boden behandelt werden muss hinsichtlich Lagerung und Lebensraum für Tiere und Pflanzen. 6. Welcher Unterschied besteht zwischen bindigen und nicht bindigen Böden? 7. Bindige Böden lassen sich auf der Baustelle sehr einfach und mit wenig Aufwand prüfen. Beschreiben Sie, wie man das macht. 8. Welche Aufbruch- und Ladegeräte sind zum Lösen eines Bodens der Bodenklasse 4 notwendig? 9. Erklären Sie, wie die Druckverteilung vom Fundament in den Baugrund weitergeleitet wird. 10. Was versteht man unter Grundbruch? 11. Frosteinwirkungen auf den Baugrund können für das Gebäude gefährlich werden. Stellen Sie dar, was bei Frost mit den verschiedenen Bodenarten geschieht. Welche Folgen kann die Frosteinwirkung auf das Gebäude haben? 12. Die kapillaren Steighöhen der einzelnen Böden sind sehr unterschiedlich. Geben Sie diese möglichen Steighöhen für Kies, Ton und Schluff an.

56

2 Bauausführung

2.2.3 Baugrube

h

2

60° 1

b Schnitt durch eine Baugrube

3

t=2,50m

2

Für das unterkellerte Gebäude ist eine zusammenhängende Baugrube (Abbildung 2.2.18) bis zur Unterkante Kellerfußboden auszuheben. Das Einmessen der Baugrube erfolgt inklusive Gebäude, Arbeitsraum und Böschungsbreite. Die Messpunkte werden gut sichtbar eingepflockt (Abbildung 2.2.19) sowie anschließend ein Schnurgerüst eingerichtet (2.2.20), welches für die Arbeiten bis hin zum Rohbau die Lage und Höhe der Gebäudeecken und Gebäudefluchten sichert. Zu den Außenmaßen des Gebäudes kommen noch der Arbeitsraum sowie die Böschung des Geländes hinzu. Dieser Platzbedarf ist auf dem Grundstück notwendig, um die Baugrube ausheben zu können.

4

>50 5

Bild 2.2.18

Detail Böschungswinkel, Arbeitsraum Fundament

Baugrube mit 60° Böschung, vgl. 5.2.2

57

2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks

Schnitt A-A A

2

A

Bild 2.2.19 Eingepflockte eingemessene Baugrube

Bild 2.2.20 Schnurgerüst

Der Arbeitsraum ist der Raum zwischen Außenwand und Böschungsfuß. Er dient zum Ein- und Ausschalen sowie zur Ausführung aller erforderlicher Arbeiten wie beispielsweise das Mauern der Außenwände, das Abdichten oder das Dämmen der Kelleraußenwände. Der betretbare Arbeitsraum muss mindestens 50 cm breit sein. Werden die Außenwände in Betonbauweise hergestellt, werden auf jeder Seite für die Schalung, die den Arbeitsraum einengt, weitere 15 cm zugegeben. Die schrägen Wände der Baugrube werden je nach Baugrundbeschaffenheit ab einer Tiefe von 1,25 m abgeböscht oder bei geringen Platzverhältnissen auch verbaut. DIN 4124 legt die entsprechenden Böschungswinkel in Abhängigkeit der Bodenarten fest (Abbildung 2.2.21). b >= 0,58h

h

h

b >= 0,18h

h

b >= h

a)

b)

c)

Bild 2.2.21 Böschungswinkel

58

2 Bauausführung

Schnurgerüst

Lot

Arbeitsraum

2

Böschungsbreite

Baugrubentiefe t (2,50m)

Böschungskopf

Böschung

60° Böschungswinkel

Böschungsfuß

Fundamentgraben Baugrabensohle

Bild 2.2.22 Schnitt Baugrube u. Böschung

Abbildung 2.2.22 zeigt im Schnitt die Baugrube mit Fundamentgraben sowie Arbeitsraum, Böschung und Schnurgerüst. Beispiel: Für eine 2,25 m tief auszuhebende Baugrube (Abbildung 2.2.23) aus halbfestem, bindigen Boden mit etwa 15% Steinanteil ist die Böschungsbreite incl. Arbeitsraum zu berechnen. Der Boden entspricht der Bodenklasse 4, der Böschungswinkel ergibt sich zu 60°. Böschungsbreite: b60 = 0,58 · 2,25 m = 1,305 m Arbeitsraum: 0,50 m Hieraus ergibt sich ein Maß von 1,805 m Baugruben bergen erhöhtes Unfallrisiko. Es ist besonders darauf zu achten, dass der Absturz von Personen verhindert wird, indem Böschungen ordnungsgemäß durch Bauzäune gesichert werden.

59

2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks

Böschungs- Arbeitsbreite raum

2,25

2

60° 1,305 1,805

0,50

Bild 2.2.23 Böschungsbreite, Beispiel

Übungen: 1. Erklären Sie, was ein Schnurgerüst ist und wozu es gebraucht wird. 2. Was bezeichnet man als Arbeitsraum? 3. Welche Mindestbreite weist ein solcher Arbeitsraum auf? 4. Böschungen müssen gesichert werden. Erstellen Sie eine Übersicht über die verschiedenen Böschungssicherungsmaßnamen. Erkundigen Sie sich auch im Internet (z. B. BG BAU) über genaue Vorschriften, die Sie einhalten müssen. 5. Fertigen Sie in einem geeigneten Maßstab für die Projektaufgabe 2.2.1 ein Schnurgerüst in der Draufsicht und im Schnitt an. Die Baugrube ist vollständig zu zeichnen.

2.2.4 Erdarbeiten Bevor die Erdarbeiten zur Herstellung der Baugrube beginnen können, sollen vorhandener Bewuchs (Hecken, Bäume etc.) vor möglichen Beschädigungen geschützt bzw. wenn notwendig, gerodet sowie notwendige Zufahrten zu dem Grundstück eingerichtet werden. Dem Oberboden (vgl. Abschnitt 2.2.2 Baugrund) muss besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Es ergeben sich folgende Regeln beim Umgang mit Oberboden (= Mutterboden): Oberboden wird vor Beginn aller Erdarbeiten vom Baufeld entfernt, er darf auch nicht mit anderen Böden gemischt werden. Oberboden muss gesondert in so genannten Oberbodenmieten gelagert werde. Abbildung 2.2.8 zeigt eine fachgerechte Lagerung des Oberbodens. Der Boden darf keiner künstlichen Verdichtung ausgesetzt werden, um den Lebensraum für Lebewesen nicht zu gefährden. Mieten sind auf Dauer vor Austrocknen, Auswaschen und Durchfrieren durch geeigneten Bewuchs (Ansaat von Lupinen und Klee) zu schützen. Durch diese Maßnahmen kann dieser wertvolle Boden später wieder eingesetzt werden. Der Aushub der Baugrube erfolgt durch Maschinen, für flache Baugruben können Radlader oder Laderaupen eingesetzt werden. Bei dem unterkellerten Gebäude des Projektes beispielsweise kommen Hydraulik-Raupenbagger oder Hydraulik-Mobilbagger mit gummibereiften Rädern mit Tieflöffeln zum Einsatz (2.2.24). Zum Abtransport von Erdreich werden LKW eingesetzt. Welche Maschinen zum Einsatz kommen ist abhängig von der Tiefe sowie der Beschaffenheit des Bodens und der Befahrbarkeit des Baugeländes. Bei den Erdarbeiten ist zu achten, dass die Gründungssohle nicht durch Befahren aufgelockert wird, dies kann später zu Setzungen an Fundamen-

60

2 Bauausführung

2

Bild 2.2.24 Erdbaumaschinen

ten und Gebäude führen. Ebenso ist die Baugrube vor Durchnässung zu schützen, man kann dies beispielsweise durch ein Aufbringen von Folien erreichen. Während der Aushubarbeiten ist die jeweilige Aushubtiefe zu kontrollieren. Es ist auch darauf zu achten, dass das Schnurgerüst nicht verschoben bzw. beschädigt wird; dies führt dann zu falschen Maßen und Höhen der Baugrubensohle. Baugruben sind unfallgefährdet. Wenn man sich vor Augen führt, dass 1 m3 Erdreich eine Masse von annähernd 1800 kg aufweist, wird deutlich, mit welchen Gefahren hier zu rechnen ist. Jede ordnungsgemäß abgeböschte Baugrube kann plötzlich ihre Standfestigkeit verlieren, die Ursachen hierfür sind vielfältig und oft nicht ohne weiteres erkennbar. Zu nennen sind hier Schwankungen im Grundwasserspiegel, Witterungseinflüsse, Erschütterungen des Baugrundes durch Maschinen und Verkehr sowie statische Belastungen am Rand der Baugrube (z. B. Lagerung von Material). Insbesondere sind die Bestimmungen der Bau Berufsgenossenschaften zu beachten, um die Standsicherheit der Baugrube zu gewährleisten und die Unfallgefahr zu minimieren. Abbildung 2.2.25 zeigt Sicherheitsabstände am Rand der Baugrube.

> 60 cm

Baugrube

α

lastfreier Schutzstreifen Lasten, Aushub

abhängig von der Bodenart

Bild 2.2.25 Sicherheitsabstände an Baugruben

Erdaushub wird nach m3 abgerechnet, die Massen im eingebauten Zustand ermittelt. Hier bleiben Auflockerungen des Bodens unberücksichtigt, sind jedoch beim Transport relevant. Der aufgelockerte Boden vergrößert sein Volumen. Zur Massenermittlung des Erdaushubes kann näherungsweise gerechnet werden. Ein Beispiel verdeutlicht das.

61

2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks

5,99

1,30

7,99

ß

Bild 2.2.26 Baugrube, in der Draufsicht und im Schnitt

Für die in Abbildung 2.2.26 dargestellte Baumaßnahme ist der Erdaushub (Bodenklasse 4. steifer bindiger Boden) zu ermitteln. Lösungsweg: Böschungswinkel: Bodenklasse 4 entspricht einem Böschungswinkel von 60° b = 0,58 · t b = 0,58 · 1,30 m Arbeitsraum: mind. 50 cm auf jeder Seite der Baugrubensohle Aushubkörper: Der Aushubkörper entspricht einem Keilstumpf. Vereinfacht kann man näherungsweise sein Volumen berechnen: V = [(Grundfläche + Deckfläche) : 2] · Höhe V = [(AGrund + ADeck) : 2] · h Abmessungen: Zu den Abmessungen der Grundfläche wird jeweils die Breite des Arbeitsraumes addiert: lGrund = 7,99 m + 2 · 0,50 m = 8,99 m bGrund = 5,99 m + 2 · 0,50 m = 6,99 m Die Abmessungen der Deckfläche ergeben sich, wenn zu den Abmessungen der Grundfläche die jeweiligen Böschungsbreiten addiert werden. lDeck = 8,99 m + 2 · (0,58 · 1,30 m) = 10,50 m bDeck = 6,99 m + 2 · (0,58 · 1,30 m) = 8,50 m Flächen: AGrund = 8,99 m · 6,99 m = 62,84 m2 ADeck = 10,50 m · 8,50 m = 89,25 m2 Aushubvolumen: V = (62,84 m2 + 89,25 m2):2 · 1,30 m = 98,86 m3 Übungen 1. Welche Vorarbeiten sind vor den Erdarbeiten auf dem Baugrundstück zu erledigen? 2. Wie wird der Oberboden gelöst, transportiert und gelagert? 3. Weshalb ist die ausgehobene Baugrube vor Durchnässung zu schützen? 4. Welche Masse hat ein m3 Erdreich ungefähr? 5. Eine 2,45 m tiefe Baugrube soll für ein geplantes Gebäude (l = 9,99 m, b = 5,01 m) ausgehoben werden. Bodenklasse 5 ist anzunehmen. Berechnen Sie den gesamten Aushub in m3 incl. Oberbodenabtrag. Zeichnen Sie in der Draufsicht und im Schnitt die Baugrube auf ein DIN A 3 Zeichenkarton. Wählen Sie einen geeigneten Maßstab. 6. Bei einer Baugrube, deren Boden als Bodenklasse 3 klassifiziert wurde, ist die Böschungsbreite b bei einer Tiefe von 1,25 m zu berechnen. 7. Ein LKW kann 9 m3 Erdreich laden, auf der Baustelle lagern 236,90 m3 Erdreich. Wie viele LKW-Fahrten müssen Sie kalkulieren?

2

62

2 Bauausführung

2.2.5 Gründungen

F1

F2

0,50

(m)

Fläche

Klein

1, 00

F1=F2

1, 00

2

Als Gründung versteht man das Herstellen von Fundamenten, die die Lasten des Bauwerks sicher und gleichmäßig auf den Baugrund weiterleiten. Hierbei müssen die Fundamente so dimensioniert werden, dass alle auftretenden Lasten schadlos und setzungsfrei auf den Baugrund übertragen werden können. Dies ist nur möglich, wenn die Fundamente eine ausreichend große Fläche aufweisen, die die Lasten gleichmäßig auf den Baugrund verteilen kann (Abbildung 2.2.27).

0,80 Fläche

GROß

Belastung Baugrund

Belastung Baugrund

GROß

Klein

Bild 2.2.27 Gründungen

Ein praktisches Beispiel stellt eine Leiter dar, die auf dem Boden bei Last einsinkt. Legt man ein Holzbrett unter, vergrößert man die Aufstandfläche und somit die Belastung für den Baugrund. Die Leiter sinkt nicht ein. Setzungen entstehen, wenn der Baugrund nicht ausreichend tragfähig ist; d.h. wenn die Lasten, die auf ihn einwirken zu groß sind. Setzungen, vor allem wenn sie ungleichmäßig sind, können zu Rissen im Mauerwerk führen. Die Art der Gründung ist hauptsächlich abhängig von der Beschaffenheit des Baugrundes und von der Größe der auftretenden Lasten. Hierbei unterscheidet man zwischen Flachgründungen und Tiefgründungen. Reicht tragfähiger Baugrund bis in die Baugrubensohle, werden die Lasten durch Flachgründungen übertragen. Wenn die Tragfähigkeit des Baugrunds unmittelbar unter dem Bauwerk zu gering ist, um Lasten sicher zu übertragen, werden kommen Tiefgründungen zum Einsatz. Die Lasten werden so durch Pfähle in ausreichend tragfähigem, tiefer gelegenem Baugrund geleitet. Tiefgründungen sind in ihrer Ausfertigung zeitintensiv und teuer.

63

2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks

2.

1.

m1

m1

Draufsicht

2

Draufsicht Z. B.Holzbrett

Auflager Fläche

Auflagerfläche

Klein

GROß

Bild 2.2.28 Beispiel Leiter

Flachgründungen Streifenfundamente (Abbildung 2.2.29) sind die im Hausbau am häufigsten verwendeten Fundamente. Sie sind vergleichsweise preiswert und schnell herzustellen. In der Regel werden diese Fundamente unbewehrt ausgeführt, bei größerer Lastübertragung und zu erwartenden ungleichen Setzungen im Baugrund sind sie bewehrt. Die Bewehrung erhöht die Steifigkeit der Fundamente.

Bild 2.2.29 Streifenfundament

Stahlbetonstütze

Einzelfundament, bewehrter Beton

Bild 2.2.30 Einzelfundament

64

2 Bauausführung

geplantes Gebäude

2 Plattenfundament

Bild 2.2.31 Plattenfundament

Einzelfundamente (Abbildung 2.2.30) sind immer bewehrt und werden beispielsweise für einzelne Stützen und Pfeiler in Hallen-Skelettbauweise verwendet. Plattenfundamente (Abbildung 2.2.31) sind stets bewehrt und werden eingesetzt, wenn die Tragfähigkeit des Baugrunds bei Streifenfundamenten nicht ausreicht. Die Fundamentplatte stellt eine Vergrößerung der Aufstandsfläche dar. Tiefgründungen Eine sehr häufig ausgeführte Art der Tiefgründung ist die Pfahlgründung (Abbildung 2.2.32). Stehende Pfähle reichen durch den nicht tragfähigen Baugrund direkt auf tragfähigen Boden. Die Pfahlspitzen übertragen in der Hauptsache die Bauwerkslasten in den Baugrund. Ein sehr geringer Teil der Lasten wird durch Reibung am Pfahlumfang an den Baugrund übertragen. Schwebende Pfähle werden nicht bis auf den tragfähigen Baugrund gesenkt, die Lasten werden ausschließlich durch Reibung des zusammengepressten Bodens am Pfahlumfang abgetragen (Mantelreibung Pfahl – Baugrund). Mögliche Setzungen sind bei schwebenden Pfählen nur sehr ungenau vorherseh- und berechenbar. Daher ist diese Art der Tiefgründung, wenn möglich, zu meiden. Pfahlgründungen werden je nach Baustellensituation in Ortbetonbauweise oder als Fertigteilpfähle eingebracht.

Bild 2.2.32 Pfahlgründung

Übungen 1. Was versteht man unter einer Gründung? 2. Fertigen Sie eine Übersicht über die verschiedenen Gründungsarten an nach folgenden Kriterien: Bezeichnung, Verwendungszweck, Lastabtragung, zeichnerische Darstellung (Schnitt). 3. In welchem Fall können Bauwerkslasten setzungsfrei in den Baugrund abgeleitet werden?

65

2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks

4. Erklären Sie, welche Unterschiede zwischen einer stehenden und einer schwebenden Gründung bestehen. 5. Von welchen Gegebenheiten hängt die Art der Gründung ab? 6. Wo werden Einzelfundamente hauptsächlich eingesetzt?

2

2.2.6 Herstellen von Streifenfundamenten Grundlage zur Herstellung des Fundaments ist der Fundamentplan. Er gibt Auskunft über die Art des Fundaments sowie dessen Abmessungen, wenn notwendig, sollte eine Schnittdarstellung des Fundaments mit aufgehendem Mauerwerk incl. aller Maße und benötigter Tiefen in Bezug auf die Geländeoberkante vorhanden sein. Abbildung 2.2.33 zeigt eine Mauerecke des Fundamentplans sowie eine Schnittdarstellung.

Fundamentplan (Ausschnitt) Breite des aufgehenden Mauerwerks

Breite/Tiefe des Fundaments

40

40/80

Baugruben-Sohle

65

15 16

9,89

40

Bild 2.2.33 Auszug Fundamentplan

Fundamentgräben in standfestem Boden können senkrecht nach Maß ausgehoben werden, die Seitenwände des Bodens begrenzen beidseits die Fundamente. Ist kein standfester Boden vorhanden, müssen die Fundamentgräben eingeschalt werden. Arbeitsweise: Auf der Baugrubensohle werden der Verlauf der Fundamentgräben markiert sowie die Höhen, dem Fundamentplan entsprechend, abgetragen. Die Gräben werden sorgfältig und möglichst maßgenau ausgebaggert (wenn notwendig Ausschachtung bzw. Feinarbeiten durch Handaushub) und der Erdaushub abtransportiert. Beidseits des Fundamentgrabens werden nach Plan (Höhenangabe wichtig) Kanthölzer oder Bretter aufgestellt und mit Erdnägeln oder Pflöcken befestigt (Abbildung 2.2.34). Vorgesehene Aussparungen für Hausanschlüsse sind entsprechend einzumessen und durch geeignete Schalungen in den Fundamentgräben herzustellen. Nach diesen Arbeiten sollten die geforderten Abmessungen der Fundamentgräben mit den Maßen des Fundamentplans nochmals verglichen werden. Eventuelle Fehler lassen sich ohne großen Aufwand korrigieren.

66

2 Bauausführung

2

1 Baugrabensohle

2 Bild 2.2.34 Arbeitsschritte Aushub von Fundamenten

Fundamentgraben

Sind die Fundamente unbewehrt, kann der Beton eingebracht werden. Werden Fundamente bewehrt, muss auf der Fundamentsohle eine etwa 5 cm dicke Sauberkeitsschicht aus Beton eingebracht werden, um die Bewehrung vor Verschmutzung zu schützen. Diese Schicht ermöglicht es auch die erforderlichen Abstandhalter für die Bewehrung standsicher aufzusetzen. Für das Einfamilienhaus des Projekts sind die Fundamente unbewehrt. Das Einbringen des Betons erfolgt durch Betonpumpe, Betonmischer, Krankübel oder Schubkarre. Danach ist der Beton durch Rütteln (Rüttelflasche) oder Stampfen, je nach Konsistenz, zu verdichten sowie die Oberfläche mit einer Abziehlatte zu ebnen (Abbildung 2.2.35).

Abziehlatte

Bild 2.2.35 Abziehen der Fundamente

Übungen 1. Was ist dem Fundamentplan alles zu entnehmen? 2. Beschreiben Sie in einzelnen Arbeitsschritten die Herstellung von Streifenfundamenten in standfestem Boden. 3. Wodurch unterscheidet sich das Herstellen der Fundamente bei standfestem und nicht standfestem Boden? 4. Welche Maßnahmen müssen Sie nach dem Einbringen des Betons in die Fundamentgräben ergreifen? 5. Weshalb ist der Beton nach dem Einbringen zu verdichten?

2.2.7 Hausentwässerung/Wasserver- und entsorgung Bei der Planung und Ausführung der Gründung muss an die Wasserversorgung und Entsorgung des Bauwerks gedacht werden. Unter der Wasserversorgung eines Gebäudes versteht man die Zuführung von Trinkwasser aus dem öffentlichen Leitungsnetz zu den jeweiligen Verbrauchern (Küche, Bad, WC, Waschmaschine usw.) durch geeignete Leitungen aus Guss, Stahl oder Stahlbeton. Durch den Gebrauch des Wasser wird dieses verschmutzt und damit zu Schmutzwasser, welches zu der Kläranlage abgeleitet werden muss. Dort wird das Schmutzwasser gereinigt und dem natürlichen Wasserkreislauf zugeführt. Entsorgt werden müssen alle an einem Gebäude anfallenden Wässer. Hierzu zählt auch Regenwasser, man nennt dieses Wasser Oberflächenwasser, und Dränwasser, Sickerwasser, wel-

67

ches an der Gründungssohle des Gebäudes durch Versickerung anfällt. Sicker- und Regenwasser sind in der Regel sauber, so dass diese Wässer direkt an anderem Ort in das Erdreich versickern können. Die anfallenden Wässer werden über Grundleitungen in das örtliche Abwassernetz eingeleitet. Abbildung 2.2.36 zeigt einen Entwässerungsplan mit Bezeichnungen.

2

6 2, 85 3 ,27 4 ,9

2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks

1

6

67 12

4 ,36

6,5

5

4,5

75 9

3,2

8

9 56 21,

5

75 13

5

7

3

75 14 4

2

6

W

EG

A

75 17 54 5 Bild 2.2.36 Entwässerungsplan

68

2

2 Bauausführung

Für die Einleitung gibt es zwei Verfahren: Das Mischsystem vereint Schmutz-, Regen- und Sickerwasser zu einer Sammelleitung, die zur Kläranlage führt. Man benötigt hier nur eine Leitung, die bautechnische Ausführung ist unkompliziert und recht preiswert herzustellen. Die anfallende Menge an vermischtem Schmutzwasser ist groß, denn Regen- und Sickerwasser werden durch das anfallende Schmutzwasser verunreinigt und bedürfen der Reinigung. Zwar wird das Schmutzwasser durch die sauberen Wässer verdünnt, die zu klärende Menge wird mehr. Aus umweltschutztechnischen Gründen ist das Mischsystem heute nicht mehr zeitgemäß. Wenn Schmutzwasser sowie Regen- und Sickerwasser getrennt abgeführt werden, bezeichnet man dies als Trennsystem. Hier fallen nur geringere Mengen an Schmutzwasser in der Kläranlage an. Hierdurch werden die Umweltbelastungen (Verringerung der mengenmäßigen Belastung durch Schmutzwasser) ebenso wie die Kosten zum Reinigen des Wassers minimiert. Jedoch sind höhere Kosten beim Bau und der Unterhaltung des Leitungsnetzes zu kalkulieren; zwei getrennte Leitungsnetze sind notwendig. Abbildung 2.2.37 zeigt das Misch- und Trennsystem.

SW-Leitung

Mischsystem zur Kläranlage

Trennsystem SW-Leitung RW-Leitung

Kläranlage

Fluss

Bild 2.2.37 Misch- und Trennsystem

Zur Ableitung der Wässer werden hauptsächlich Kunststoffrohre (Dränung und Grundleitung) zur Haus- und Grundstücksentwässerung eingesetzt, Anschlusskanäle sehr oft auf Grund ihrer großen Durchmesser auch als Beton- und Stahlbetonrohre ausgeführt. Steinzeugrohre wurden früher fast ausschließlich für Anschlusskanäle und Grundleitungen verwendet, treten jedoch auf Grund ihrer Bruchhäufigkeit beim Einbau und bei Setzungen durch Kunststoffrohre in den Hintergrund.

2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks

69

2.2.7.1 Rohrmaterialien Die für Ein- und Mehrfamilienhäuser verwendeten gebräuchlichsten Abwasserrohre bestehen aus Kunststoff. Jedoch werden je nach Einsatzzweck auch Rohre aus Beton, Faserbeton sowie Steinzeug verwendet. Bild 2.2.38 zeigt verschiedene Rohrmaterialien.

Bild 2.2.38 Stz, Beton, KG-Rohre

Kunststoffrohre Hier werden zur Herstellung als Kanalgrundleitung Kunststoffrohre aus PVC verwendet. Sie werden als PVC-KG-Rohre bezeichnet (Kanal-Grundleitung), weisen orange-braune Färbung auf. Im Gegensatz zu den für Fallleitungen eingesetzten grauen PVC-Rohren weisen die KG-Rohre bestimmte technologische Eigenschaften auf, die zur Eignung im Erdreich als Kanalgrundleitung vorgesehen sind (2.2.40). KG-Rohre sind chemisch sehr beständig, leicht verarbeitbar und aufgrund ihrer geringen Rohdichte sehr leicht. Die Rohre sind mit sog. Muffen versehen, die mit einem Dichtring versehen sind, um ein müheloses Ineinandersetzen (mit Gleitmittel) zweier Rohre zu ermöglichen. Diese Rohre lassen sich sehr leicht mit einer Säge ablängen und sind somit an jede Länge anpassbar. Abgesägte Rohre werden an ihren Enden angefast, um ein müheloses Einpassen zu gewährleisten. Nennweiten DN 100 bis DN 400 für Grundleitungen sind die Regel. Bogenstücke, Abzweige, Reinigungsstücke (Abb. 2.2.40) sind als Formstücke verwendbar.

2

70

2 Bauausführung

2

Bild 2.2.39 Schema einer Grundleitung

Bild 2.2.40 KG-Rohre, versch. Formstücke

2.2.7.2 Grundleitung und Anschlusskanal Der Entwässerungsplan (Abb. 2.2.36) legt die Haus- und Grundstücksentwässerung fest. Die Leitungsführung der Grundleitung, die Abwasserart sowie alle wichtigen Leitungsteile sind durch Symbole und Zeichen gekennzeichnet. Beim Herstellen der Grundleitung gelten im Allgemeinen folgende Arbeitsschritte: Die Maße der einzelnen Leitungsstränge werden entsprechend des Entwässerungsplans auf der Baugrubensohle abgesteckt und durch Sprühfarbe gekennzeichnet. Anfangs- und Endhöhen sollen korrekt durch Nivellieren festgelegt werden, um das geforderte Gefälle der Grundleitung sicherzustellen. Allgemein gelten für Grundleitungen und Anschlusskanäle Gefälle zwischen 1 – max. 5 %, meist werden Misch- und Schmutzwasserleitungen in 1 – 2 % Gefälle ausgeführt. Die jeweiligen Gefälle sind dem Entwässerungsplan zu entnehmen (Abb. 2.2.41). Die Aushubtiefe und –breite der Rohrleitungsgräben (Abb.2.2.42) sind abhängig von den verwendeten Rohrmate-

2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks

71

2

Bild 2.2.41 Schnitt Hausentwässerung Grundleitung

>15

OK Gründungssohle

Verfüllung Rohrleitung Sandbettung Bild 2.2.42 Rohrleitungsgraben, prinzipieller Aufbau

Δh

rialien und Querschnitten zuzüglich des einzubauenden Rohrauflagers aus Splitt, Kies oder Sand (ca. 10 cm). Die Grabensohle wird mit ungefährem Gefälle angelegt. Vor dem eigentlichen Verlegen der Rohre werden Gefälle und Richtung durch Spannen einer Schnur festgelegt und sorgfältig überprüft. Die Rohrauflager sind sorgfältig herzustellen. Die Rohre werden, beginnend vom tiefsten Punkt ausgehend gegen die Fließrichtung verlegt. Um eine gleichmäßige Spannungsverteilung im Rohr zu gewährleisten, muss besonders darauf geachtet werden, dass in der Bettung keine Punkt- und Linienlasten auftreten; der Rohrschaft soll satt aufliegen, die Muffe liegt frei. Etwa ¼ des Rohrumfangs soll eingebettet sein. Vor dem Einfügen des nächsten Rohres sind Rohrmuffe und Rohrende mit Gleitmittel zu bestreichen. Nach der Verlegung jedes Rohres sollte das geforderte Gefälle überprüft werden (Abb. 2.2.43). Anschließend werden die verlegten Rohre mit Sand angeschrägt und leicht verdichtet, der Rohrleitungsgraben verfüllt und lagenweise verdichtet. Sämtliche Rohröffnungen wie Anschlüsse usw. werden verschlossen und die gesamte Rohrleitung einer Dichtigkeitsprüfung unterzogen.

Gefälle

Bild 2.2.43 Lage der Rohre im Sandbett, Gefälleüberprüfung

72

2 Bauausführung

2.2.7.2 Dränleitung Eine Dränung (Abb. 2.2.44) soll Sickerwasser und evtl. um das Gebäude anstehendes Grundwasser vom Gebäude aufnehmen und wegleiten.

2

1% 1%

1%

GOK Schnitt (Prinzipdarstellung)

Nicht bindiger Boden, Auffüllung

Fitterschicht Dränrohr

Bild 2.2.44 Ausschnitt Dränung Haus 2.2.36

Die Sickerwässer gelangen durch den aufgefüllten, nichtbindigen Boden nach unten in die Filterkiesschicht. Diese Schicht bezeichnet man auch als Dränschicht. In dieser Schicht sind um das gesamte Gebäude Dränrohre mit Gefälle eingebaut. Dränrohre bestehen aus geschlitzten oder gelochten Kunststoffrohren (Abb. 2.2.45). Diese führen das anfallende Sickerwasser schnellstmöglich vom Gebäude weg (vgl. Misch- und Trennsystem). Das Gefälle der Dränleitung beträgt üblicherweise 1,00 %, muss je nach Erfordernissen zwischen 0,5 % und 2,0 % betragen.

73

2.2 Erschließen und Gründen des Bauwerks

2

Bild 2.2.45 Dränrohre

Übungen: 1. Erklären Sie, was unter dem Begriff Wasserversorgung zu verstehen ist. 2. Welche Aufgabe hat eine Kläranlage? Erkundigen Sie sich bei ihrem örtlichen Wasserverund Entsorger sowie im Internet, welche Möglichkeiten der Abwasserreinigung es gibt. 3. Stellen Sie das Misch- und das Trennsystem nach ihren Vor- und Nachteilen übersichtlich dar. 4. Welche Rohrmaterialien können für eine Grundleitung prinzipiell verwendet werden? 5. Klären Sie folgenden Begriff: PVC-KG-Rohr. Welche Eigenschaften weisen diese Rohre auf? 6. Erstellen Sie eine Übersicht, wie Sie die Grundleitung des Gebäudes herstellen. 7. In welchem Gefälle sollen Grundleitungen verlegt werden? 8. Wozu muss eine Dränung um das unterkellerte Gebäude angelegt werden? Projektaufgabe Die Abbildung 2.2.46 zeigt ein Grundstück an einer innerstädtischen Straße. Das Gefälle der Hauptentwässerungsleitung in der Straße geht nach Norden. Die Bauflucht zur Straße beträgt 5,00 m. Der Grenzabstand zu den Nachbargrundstücken beträgt je 3,00 m. Der Boden ist bindig und stark lehmhaltig. Für die Gründung sind Streifenfundamente vorgesehen.

74

2 Bauausführung

N 18,50

4,50

5,00

2 9,24 PVC DN 100 WC

21,00

10,99

PVC DN 100

Kontrollschacht ø1,50

6,00

2%

STR

ASS

E

Auszug, M1:200 Lageplan

Bild 2.2.46 Projektaufgabe

Ihr Arbeitsauftrag: Zur Erschließung und Gründung des Kiosks „Papershop“ stellen Sie übersichtlich auf Plakat dar, welche Arbeiten auszuführen sind. Planen Sie die erforderliche abgeböschte Baugrube unter Berücksichtigung der vorhandenen Bodenarten. Wählen Sie einen geeigneten Böschungswinkel und begründen Ihre Wahl. Zeichnen Sie in einem geeigneten Maßstab in der Draufsicht die Baugrube mit Böschungen sowie dem Gebäudegrundriss. Fertigen Sie auch einen Schnitt durch die Baugrube an und richten Sie das Schnurgerüst ein.

75

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

Berechnen Sie die auszuhebenden Erdmassen und wählen Sie einen geeigneten Lagerplatz. Beschreiben Sie die besondere Behandlung des Oberbodens und erklären Sie, weshalb dieses notwendig ist. Erklären Sie dem Bauherrn, welche Eigenschaften der anstehende Boden hat; welche Auswirkungen dies auf die Ausführung der Fundamente hat. Erklären Sie ihm, das Tragverhalten, das Setzungsverhalten sowie die Eigenschaften dieser Böden bei einwirkendem Frost und Nässe. Für die geplante Fundamentausführung berechnen Sie den Erdaushub. Fertigen Sie maßstäbliche Zeichnungen der Fundamente im Schnitt an und fertigen Sie den Fundamentplan an. Stellen Sie übersichtlich dar, wie die Fundamente sowie die Bodenplatte hergestellt werden. Berechnen Sie die einzubauende Menge an Beton für Fundamente und Bodenplatte. Regen- und Schmutzwasser werden getrennt abgeführt. Entwickeln Sie einen möglichen Entwässerungsplan für die Baumaßnahme. Stellen Sie diesen auch zeichnerisch dar. Wählen Sie hierzu geeignete Rohrmaterialien und erklären Sie deren technologischen Eigenschaften und Besonderheiten. Überlegen Sie, ob bei Ihrer Baumaßnahme eine Dränage verbaut werden sollte. Schreiben Sie Ihre Gedanken und Lösungsansätze auf und klären Sie in der Klasse die verschiedenen Ansätze.

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers Zielformulierung Das sind die Erwartungen an Sie: - Kenntnisse über künstliche Steine - Kenntnisse über Mauermörtel - Kenntnisse von Mauerverbänden mit klein- undmittelformatigen Steinen - Anlegen von Maueröffnungen - Planen von Abdichtungsmaßnahmen nicht unterkellerter Gebäude - Fachgerechte Auswahl geeigneter Abdichtungsstoffe - Erstellen einer Materialliste - Ermitteln des Baustoffbedarfs - Zeichnerische Darstellung von Verbänden - Auswahl geeigneter Arbeitsgerüste - Erstellen eines Kriterienkataloges zur - Beurteilung der Arbeitsergebnisse - ....

Inhalte: - Herstellung, Eigenschaften, Verwendung künstlicher Mauersteine - Herstellung, Eigenschaften, Verwendung von Baukalk - Mauermörtel - Mörtelgruppen - Maßordnung im Hochbau - Mauerverbände - Wandarten und deren Aufgaben - Abdichtungsstoffe - Arbeitsgerüste - Baustoffbedarf - Ausführungszeichnungen - Aufmaßskizzen - Isometrische Darstellungen - ...

Projektaufgabe 1 In den Abbildungen 2.3.1 sind Grundrisse, Schnitt und Ansicht eines 1½-geschossigen Wohnhauses dargestellt. Die Außenwände werden mit großformatigen Steinen erstellt. Zur Verbesserung der Wärmedämmung wird außen ein WDVS aufgebracht. Die 24er-Innenwände werden mit kleinformatigen Steinen als Sichtmauerwerk erstellt, die 11,5er Innenwände aus großformatigen Bauplatten. Die Außenwände und die 11,5er-Wände erhalten einen Gipsputz. Die Wandhöhe beträgt 2,875 m (Oberkante Deckenbalken). Die Fenster erhalten keine Rollladenkästen. Das

2

76

2 Bauausführung

Gebäude ist nicht unterkellert. Die Fundamente sind frostfrei zu gründen. Bodenklasse 3. Allgemeine Bodenfeuchtigkeit. +8,00

2 +6,00

+3,21

+3.01

+0,26 ±0,00

24

3,135

N

1,49 24

885 1,26

1,865

2,24 115

76 99 885 74 1,26 1,26 115 2,135 1,76

115 4,885 2,01 24

1,115 885 1,26 3,01 24

24

7,615

Bild 2.3.1 a) Grundriss und Schnitt eines Wohnhauses

11,49

885 1,74

Arbeiten

2,01

1,115 885 1,135 1,01

4,49

2,635

A

Gast 24

24

1,99

1,26

Küche

2,01

1,385

B Wohnen

24

5,26

1,115 76

24

885

3,74

Essen

2,135

1,385 835 1,24 2,01

1,26 3,635

24

1,74

2,635

24

3,76

1,26

24

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

77

2

Bild 2.3.1 b) Dachgeschossgrundriss und perspektivische Darstellung

78

2 Bauausführung

Lernsituation 1: Mauersteine Machen Sie sich kundig über die Arten von künstlichen Mauersteinen. Erstellen Sie eine Tabelle nach folgendem Muster (DIN-A4-Querformat):

2

Mauerstein

Bestandteile

Erhärtung

Steinarten

Eigenschaften

Verwendung

Mauerziegel ...

...

...

...

....

...

Internetadresse von Herstellern ....

Bestimmen Sie für die Außenwände, die 24er- und die 11,5er-Innenwände eine geeignete Steinart und das Steinformat. Begründen Sie Ihre Auswahl und geben Sie die normgerechte Bezeichnung an. Geben Sie auch die technischen Eigenschaften der Steine entsprechend den Herstellerangaben an. Lernsituation 2: Mauermörtel Erstellen Sie eine MindMap zu dem Überbegriff Mauermörtel. Berücksichtigen Sie dabei: Bindemittel, Aufgaben, Mörtelgruppen und deren Besonderheiten, Mörtelherstellung, Mörtelausbeute, Mörtelarten, gesundheitliche Gefahren. Legen Sie sich auf eine geeignete Mörtelart fest. Begründen Sie Ihre Auswahl und geben Sie die normgerechte Bezeichnung an. Geben Sie auch die technischen Eigenschaften des Mörtels entsprechend den Herstellerangaben an. Was gilt es bei Verarbeitung des Produktes entsprechend dem Sicherheitsdatenblatt zu berücksichtigen? Lernsituation 3: Maßordnung im Hochbau Machen Sie sich vertraut mit der Maßordnung im Hochbau. Erklären Sie die Begrifflichkeiten: Achtelmeter, Kopfmaß, Baurichtmaß, Baunennmaß, Außenmaß, Öffnungsmaß, Anbaumaß, Schichthöhe, Dicke der Lagerfuge. Lernsituation 4: Verbandsarten Sie sollen für die 24er-Innenwände - die als Sichtmauerwerk zur Ausführung kommen - den Mauerverband festlegen. Zeichen Sie für den gewählten Verband die notwendigen Schichten in der Draufsicht und der Ansicht für die Detailpunkte Maueranschluss mit Türanschluss (Detail A) und Mauerecke (Detail B). Lernsituation 5: Abdichtungsmaßnahmen Planen Sie die notwendigen Abdichtungsmaßnahmen für das Gebäude. Begründen Sie Ihre Festlegungen. Bestimmen Sie die notwendigen Abdichtungsmaterialien (Materialbezeichnung, Produktbezeichnung, Hersteller). Welche Verarbeitungs- und Sicherheitshinweise gibt der Produkthersteller an? Zeichnen Sie dazu den Schnitt mit allen erforderlichen Bestandteilen. Bemaßen, benennen und schraffieren Sie die Zeichnung. Erstellen Sie eine Sammlung von Bildern (aus Fachzeitschriften, selbst gemachten Aufnahmen, ...) die Feuchtigkeitsschäden an Gebäuden zeigen. Lernsituation 6: Arbeitsgerüst Für das Erstellen der Außenwände soll ein Bockgerüst zum Einsatz kommen. Machen Sie sich kundig über die fachgerechte und sichere Aufstellung und Nutzung eines solchen Gerüstes. Fassen Sie die Vorschriften zur Benutzung des Bockgerüstes übersichtlich zusammen.

79

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

Lernsituation 7: Materialliste Erstellen Sie für die Maßnahme „Erstellen der 24er-Innenwände“ eine Materialliste. Machen Sie detaillierte Angaben zu den verwendeten Baustoffen (Material, normgerechte Bezeichnung, Hersteller, Produktnummer, Menge). Listen Sie alles tabellarisch auf. Lernsituation 8: Arbeitsablauf Beschreiben Sie stichwortartig den Arbeitsablauf Innenwände“.

der Maßnahme „Erstellen der 24er-

Lernsituation 9: Kriterienkatalog Erstellen Sie einen Kriterienkatalog zur Bewertung/Beurteilung der Arbeitsergebnisse.

2.3.1 Wandarten und deren Aufgaben Die in einem Bauwerk vorhandenen Wände haben alle ganz bestimmte Funktionen und Aufgaben wahrzunehmen. Dies sind z. B.: Lasten aufnehmen, Aussteifung, Wärmedämmung, Schalldämmung, Witterungsschutz, Brandschutz, Raumbegrenzung, Sichtschutz, Feuchtigkeitsaustausch, Ästhetik ... Grundsätzlich kann man Außen- und Innenwände unterscheiden. Wesentlicher ist aber die Einteilung in: – Tragende Wände, – Aussteifende Wände, – Nicht tragende Wände, – Brandwände (Abbildung 2.3.2)

Aussteifende Wand

Nichttragende Wand Brandwand auch Tragende Wand

Tragende Wände

Aussteifende Wand

Bild 2.3.2 Wandarten in einem Grundriss – Reihenbebauung

2

80

2

2 Bauausführung

Tragende Wände haben neben ihrer Eigenlast auch Lasten aus dem Gebäude heraus zu übernehmen. Dies sind einerseits vertikale Belastungen, z. B. aus Decken, Dachkonstruktionen, Gebäudeausstattung, Personen und andererseits auch horizontale Belastungen, z. B. Windruck, Erddruck, Wasserdruck, Stossbelastungen etc. Tragende Wände können sowohl Außen- wie auch Innenwände sein. Aussteifende Wände haben in erster Linie die Aufgabe, die tragenden Wände auszusteifen. So wird vermieden, dass diese Wände ausknicken infolge der hohen Auflast bzw. eingedrückt werden infolge von Wind- oder Erddruck. Die aussteifenden Wände tragen also wesentlich zur Stabilität des Bauwerkes bei. Nichttragende Wände sind solche, die nicht durch Auflasten zusätzlich belastet werden. Sie haben nur ihr Eigengewicht zu tragen. Es sind in aller Regel Raumtrennwände mit Wanddicken unter 24 cm. Brandwände haben im Falle eines Brandes die Aufgabe ein Übergreifen des Feuers auf Nachbarwohnungen bzw. Nachbargebäude zu verhindern. Sie bestehen aus nicht brennbaren Materialien und teilen größere Gebäude in Brandabschnitte ein. Im Brandfall dürfen sie ihre Stand- und Tragfestigkeit nicht verlieren, dadurch sichern sie den Fluchtweg. Die Dicke von Brandwänden beträgt ≥ 24 cm, unter bestimmten Bedingungen auch 17,5 cm (besondere Zulassung). Maßgeblich sind die jeweiligen Landesbauordnungen der einzelnen Bundesländer.

Wind

a)

b)

c)

Bild 2.3.3 Funktionen von Wänden: a) tragende, b) aussteifende, c) nicht tragende Wand

Übungen 1. Besorgen Sie sich einen Grundriss ihrer Schule. Kennzeichnen Sie diese Wände entsprechend ihrer Funktion nach obiger Einteilung. 2. Fertigen Sie zu ihrer häuslichen Wohnung eine Grundrissskizze an. Überlegen Sie, welche Wände tragend, nicht tragend und aussteifend sind. 3. Überlegen Sie, welche Anforderungen Sie an die häuslichen Raumtrennwände stellen. Werden diese von Ihnen formulierten Anforderungen auch von den Wänden erfüllt?

2.3.2 Maßordnung im Hochbau Aus der Maßordnung für den Hochbau ergeben sich die grundlegenden Abmessungen von Gebäuden und Bauteilen. Die Beachtung dieser Maßordnung führt zu einer wirtschaftlichen Bauweise. Die unterschiedlichen Formate der Mauersteine lassen sich unter Berücksichtigung dieser Vorgaben sinnvoll miteinander kombinieren. Andere Bauteile, z. B. Fenster und Türen, Betonfertigteile etc., lassen sich in ihrer Standardausführung ohne zusätzlichen Aufwand in den Baukörper einfügen.

81

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

Baunormzahlen Ausgangsgröße ist die Längeneinheit 1,00 m (100 cm). Durch die Teiler 4, 8 12, 16 entstehen vier Reihen von Richtmaßen. Jeder Teiler zerlegt die Länge 1,00 m (100 cm) in gleiche Abschnitte (Tabelle 2.3.4). Die sich ergebenden Abmessungen sind Grundlage für die Bemaßung unserer Gebäude (= Baurichtmaß). Die Norm legt als Basisgröße das Achtelmeter (= 1 am = 12,5 cm) fest. Dies entspricht dem Kopfmaß (= Steinbreite von 11,5 cm + Fugendicke von 1 cm) (Abbildung 2.3.5). Tabelle 2.3.4 Baunormzahlen Reihe Teiler Maßsprung

NF 115

Ausgangsmaße im Rohbau B C 8 12

A 4 100 cm 4

100 cm 8

100 cm 12

= 25 cm

= 12 ½ cm

= 8 /3 cm

115

125

125

=1 Kopf

=1 Kopf

100 cm 16

= 6¼ cm

NF

NF 1

1

D 16

1

115 125

Bild 2.3.5 Kopfmaß

Für die normgerechte Planung verwendet der Architekt Baurichtmaße. Die Maßangaben in den Entwurfszeichnungen sind jeweils ein Vielfaches von 12,5 cm (Abbildung 2.3.1). Dies sind allerdings theoretische Maße. Beispiele für Baurichtmaße sind: 25 cm, 37,5 cm, 50 cm, 62,5 cm, 75 cm, 87,5 cm, 1,00 m 2,50 m, 10,00 m.

2

82

2 Bauausführung

N

115 2.385

3.51 1.24 1.01 1.26

115

2.135 1.26

A

Ansicht von Nord -Ost

1.01 615 76 615 1.01 1.26 1.26 5 115 1.51 11 1.385

2.135

2.74

1.51

865

49

4.365

4.365 30

2.885

1.01 1.24 1.26 115 3.01 30

30

1.74

3.365

1.01 1.26

7.86

A

30

30

30

2.76

2

6.615 Grundriss im Original M 1:100 +4,80

+3,00

±0,00

Schnitt A-A

Bild 2.3.6 Ausführungsplan mit Baunennmaßen (Auszug)

Für die Bauausführung werden Ausführungspläne (Werkpläne) gezeichnet. Das sind die Baupläne die Sie auf der Baustelle benötigen. Bei den Maßangaben handelt es sich um die zu mauernden Maße (Abbildung 2.3.6). Sie ergeben sich aus den Baurichtmaßen unter Berücksichtigung der tatsächlich vorhandenen Fugen. Das es sich um die genauen Bauabmessungen handelt, werde diese als Baunennmaße bezeichnet. Beispiele für Baunennmaße sind (das entsprechende Bau-

richtmaß steht in der Klammer): 11,5 cm, 13,5 cm (12,5 cm), 24 cm, 26 cm (25 cm), 36,5 cm, 38,5 cm (37,5 cm), 49cm, 51 cm (50 cm), 86,5 cm, 88,5 cm (87,5 cm), 99 cm, 1,01 m (1,00 m), 1,49 m, 1,51 m (1,50 m), 9,99 m, 10,01 m (10,00 m). Abbildung 2.3.7 verdeutlicht diesen Zusammenhang. Wir unterscheiden dabei das Außenmaß, das Innenmaß (auch Öffnungsmaß) und das Anbaumaß (auch Vorsprungmaß).

2

1,00 V

875 V

76 Ö

115 A

99 A 4,375 V V

885 Ö

74 A

V Ö 3,115

A

975

HWR

V

A

125 885 V Ö

A

24 A

A

115

50 V

885

Dusche

885 Ö

875

Flur

75 V

50 V

24

76 Ö

A

83

24

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

Bild 2.3.7 Außenmaß, Innenmaß, Anbaumaß

Außenmaß: Anzahl der Köpfe x 12,5 cm – 1 Fuge (= 1 cm) (es ist immer eine Fuge weniger vorhanden als Anzahl Köpfe) Außenmaße ergeben sich bei der Bemaßung von: Pfeilern, Wanddicken, Gebäudeaußenmaßen. Innenmaß: Anzahl der Köpfe x 12,5 cm + 1 Fuge (= 1 cm) (es ist immer eine Fuge mehr vorhanden als Anzahl Köpfe) Innenmaße ergeben sich bei der Bemaßung von: Öffnungen von Fenstern und Türen, Rauminnenmaßen. Anbaumaß: Anzahl der Köpfe × 12,5 cm (es sind so viele Fugen vorhanden wie Köpfe) Anbaumaße ergeben sich bei der Bemaßung von: Mauervorlagen (z. B. Maß von einer Raumecke bis zur ersten Fensterkante), Mauerhöhen. Mauerhöhen berechnen sich aus der Addition der einzelnen Schichthöhen. Eine Schicht setzt sich zusammen aus der Steinhöhe + der Lagerfuge (Abbildung 2.3.8). Das Nennmaß einer Schichthöhe ist stets ein Baurichtmaß. Die Dicke der Lagerfuge ist dabei abhängig von der Steinhöhe (Steinformat). Bei der Berechnung der Lagerfugendicke kann man von einer Schichthöhe von 25 cm ausgehen (Abbildung 2.3.9).

84

Steinhöhe

Schichthöhe

Steinhöhe

Schichthöhe

Fuge

Fuge

2

Fuge

2 Bauausführung

Bild 2.3.8 Schichthöhe

Bild 2.3.9 Genormte Steinhöhen im Baurichtmaß 25 cm

Die Dicke der Lagerfuge eines NF-Steines ergibt sich dann wie folgt: [25 cm – 3 × 7,1 cm (3 × Steinhöhe)] : 3 (Anzahl der Lagerfugen) = 1,23 cm. Daher ergibt sich für einen NF-Stein eine Schichthöhe von: 7,1 cm (Steinhöhe) + 1,23 cm (Lagerfugendicke) = 8,33 cm. Die Berechnung der Schichtdicken von den anderen Formaten erfolgt entsprechend. Die Abbildung 2.3.10 zeigt die Anzahl der Schichten bis zu einer Mauerhöhe von 1,00 m.

85

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

2

Bild 2.3.10 Anzahl der Schichten bis 1,00 m Mauerhöhe

Übungen: 1. Berechnen Sie für die in Abbildung 2.3.1 dargestellten Baurichtmaße die Anzahl der Köpfe. 2. Berechnen Sie für den dargestellten Teilgrundriss in Abbildung 2.3.12 die angegebenen Achtelmeter (Köpfe) in Baunennmaße um. 3. Stellen Sie fest, welche Lagerfugendicke bei DF-, 2DF-, und großformatigen Steinen (z. B. 12 DF) einzuhalten sind. 4. Ermitteln Sie die Anzahl Schichten, für die in Abbildung 2.3.1 angegeben Mauerhöhen (Wand, Brüstung, Fenster, Tür): a) für NF-Steine; b) für 3 DF-Steine; c) für großformatige Steine 5. Sie stehen mit ihrem Chef vor dem Giebel des dargestellten Hauses (Abbildung 2.3.11) und erkennen sofort, dass dieser mit einem Mauerziegel im Format 24 DF erstellt wurde. Ihr Chef fordert sie auf, die Abmessungen des Giebels zu benennen. Sie kontern, und sagen ihm nach kurzem Nachdenken auch noch die Fläche des Giebels in m2.

Bild 2.3.11 Giebel eines Wohnhauses

86

2 Bauausführung

2 Bild 2.3.12 Teil eines Hausgrundrisses mit Mauermaßen in Achtelmeter (Köpfen)

2.3.2 Mauerverbände für einschalige Wände Bei den Mauersteinen unterscheidet man kleinformatige, mittelformatige und großformatige Steine. Zu den kleinformatigen gehören die Formate DF und NF. Sie können problemlos mit einer Hand erfasst und verlegt werden (sogenannte Einhandsteine). Zu den mittelformatigen Steinen werden die Formate 2 DF und 3 DF gezählt. Auch diese gelten als Einhandsteine. Wobei die 3 DF-Steine – wegen ihrer größeren Breite – mit einem Griffschlitz versehen sind. Dies erleichtert das Handhaben des Steins. Zu den großformatigen Steinen kann man alle Formate ab 6 DF zählen. Um Überbelastungen beim Verarbeiten der Mauersteine und damit eventuelle Gesundheitsschäden zu vermeiden, sind bei den Mauersteinen Grenzwerte einzuhalten. Einhand-Mauersteine der Formate NF und 2 DF dürfen bei einer Greifspanne der Hand von 7,5 bis 11,5 cm maximal 6 kg wiegen. 3 DF und 4 DF-Steine mit Griffhilfen und einer Greifspanne der Hand von 4 bis 7,5 cm maximal 7,5 kg. Bei den Zweihand-Mauersteinen darf das Gewicht 25 kg nicht übersteigen. Mauersteine die schwerer als 25 kg sind, sind mit Versetzgeräten zu verarbeiten (Abbildung 2.3.13).

Bild 2.3.13 Versetzgerät

87

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

Steinschichten und Fugen Mauern errichtet man durch schichtenweises Verlegen von Steinen in Mauermörtel. Je nach Lage eines Steines zur Mauerflucht unterscheidet man Läufer (Abbildung 2.3.14) und Binder (Abbildung 2.3.15). Die Läufer liegen mit der Längsseite (Läuferseite), die Binder mit der Breitseite (= Kopfseite) zur Mauerflucht. Mauerschichten bestehen entweder nur aus Läuferschichten, nur aus Binderschichten oder aus einer Kombination von beiden. Dabei sind die Begrifflichkeiten entsprechend Abbildung 2.3.16 zu unterscheiden. Die Lagerfuge ist die Fuge, auf dem der Stein im Mörtel aufliegt. Die Dicke ist abhängig vom Steinformat (siehe Abschnitt zuvor). Die Stoßfuge wird gebildet durch das Aneinanderstoßen zweier Kopfflächen bzw. zweier Läuferflächen. Die Fugendicke beträgt 1 cm. Von einer Schnittfuge spricht man, wenn z. B. bei einer 36,5er-Wand eine Fuge durch die ganze Wanddicke hindurchgeht. Längsfugen sind Stoßfugen die sich zwischen zwei Läuferreihen oder zwischen einer Läufer- und Binderreihe ergeben. Sie verlaufen parallel zur Mauerflucht.

Bild 2.3.14 Legen einer Läuferreihe

Bild 2.3.15 Legen einer Binderreihe

Bild 2.3.16 Läuferschicht, bestehend aus äußerer Läuferreihe und innerer Binderschicht

Neben den Läufer- und Binderschichten gibt es für besondere Maßnahmen (z. B. beim Sichtmauerwerk) auch Roll- und Grenadierschichten. Bei der Rollschicht (Abbildung 2.3.17) sieht man den Kopf des Steines in der Ansicht hochkant stehen. Rollschichten werden häufig bei Mauerabdeckungen verwendet (Abbildung 2.3.18). Bei der Grenadierschicht (Abbildung 2.3.19) erscheint die Längsseite (Läuferseite) in der Ansicht. Grenadierschichten werden gerne bei Stürzen über Fenster- und Türöffnungen hergestellt (Abbildung 2.3.20).

2

88

2 Bauausführung

2

Bild 2.3.17 Rollschicht

Bild 2.3.18 Rollschicht

Bild 2.3.19 Grenadierschicht

Bild 2.3.20 Grenadierschicht als Fenstersturz

Verbandsarten Damit eine Mauer voll funktionstüchtig ist, muss aus statischer Sicht einiges beachtet werden. Die Verbindung der einzelnen Mauersteine erfolgt zum Ausgleich von Unebenheiten und zur Verbesserung der Haftung und des Verbundes mit Mörtel. Der Mörtel kann zwar die Steine zusammenhalten, doch für die Kraftübertragung ist er nicht geeignet. Deshalb ist im Verband zu mauern. Durch einen Mauerverband werden die Lasten und Kräfte nicht nur senkrecht, sondern gleichmäßig auf den ganzen Mauerwerksquerschnitt verteilt (Abbildung 2.3.21). Dadurch verringert sich die Belastung pro Flächeneinheit deutlich. Der Mauerverband stellt sicher, dass die Stoß- und Längsfugen der unmittelbar übereinanderliegenden Steinschichten nicht zur Deckung kommen. Dies wird sichergestellt durch das Überbindemaß. Das Mindest-Überbindemaß (ü) ist abhängig von der Steinhöhe. Es beträgt ü ≥ 0,4 h (h = Steinhöhe), mindestens aber 4,5 cm. Abbildung 2.3.22 verdeutlicht diese Aussage. Stoßfugenüberdeckungen (Fuge auf Fuge) sind in Wandabschnitten zwischen Mauerenden nicht zulässig. Läuferverband (Abbildung 2.3.23). Alle Schichten sind Läuferschichten aus je einer Läuferreihe. Die Stoßfugen übereinanderliegender Schichten sind um die halbe Steinlänge gegeneinander versetzt (mittiger Verband). Bei Sichtmauerwerk kann das Überbindemaß auch ¼-Stein betragen (schleppender Verband). Das Überbindemaß beträgt regelmäßig eine halbe Steinlänge. Der Maueranfang beginnt abwechselnd mit einem ganzen bzw. halben Stein. Alle Steinformate (auch

89

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

Großformate und Bauplatten) können im Läuferverband gemauert werden. Die Wanddicke ist dann jeweils gleich der Steinbreite.

2

Bild 2.3.21 Lastverlauf a) ohne Verband, b) im Verband –> 4

,5 c m

–> 4

,5 cm

cm ,5

>– 4

Bild 2.3.22 Überbindemaß

a)

b)

Bild 2.3.23 Läuferverband a) 11,5er-Wand, b) 30er-Wand

90

2

2 Bauausführung

Binderverband (Abbildung 2.3.24). Alle Schichten bestehen aus Binderschichten. Die Stoßfugen übereinanderliegender Schichten sind um die halbe Steinbreite gegeneinander versetzt. Die Überbindung beträgt regelmäßig eine halbe Steinbreite. Der Binderverband ist anwendbar für Wanddicken, die gleich der Steinlänge sind. Klein- und mittelformatige Steine ergeben demnach Wanddicken von 24 cm. Der Maueranfang beginnt in der 1. Schicht mit einem ganzen Binder und in der 2. Schicht mit 2 Läufern aus ¾-Steinen. Auch großformatige Steine können im Binderverband vermauert werden. Blockverband (Abbildung 2.3.25). Läufer- und Binderschichten wechseln regelmäßig ab. Begonnen wird mit einer Binderschicht. Die Stoßfugen aller Läuferschichten liegen übereinander, ebenso die aller Binderschichten (Läufer über Läufer, Binder über Binder). Übereinanderliegende Läufer und Binder bilden Blöcke; sie überbinden in Längsrichtung der Mauer um ¼-Stein. Die Überbindung ist regelmäßig ¼-Stein. Steine in DF, NF oder 2 DF können im Blockverband gemauert werden. Er ist ausführbar bei Wanddicken ≥ 24 cm.

Bild 2.3.24 Binderverband

Bild 2.3.25 Blockverband

91

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

Kreuzverband (Abbildung 2.3.26). Läufer- und Binderschichten wechseln wie beim Blockverband regelmäßig ab. Alle Binderschichten liegen übereinander. Begonnen wird mit einer Binderschicht. Die 2. Schicht wird als Läuferschicht um ½-Kopf gegenüber der Binderschicht versetzt angeordnet. Als 4. Schicht folgt wieder eine Läuferschicht, die um 1 Kopf gegenüber der 1. Läuferschicht versetzt wird. So entstehen die charakteristischen Kreuze aus zwei übereinanderliegenden Bindern und dem dazwischenliegenden Läufer. Das Überbindemaß beträgt regelmäßig ¼Stein. Bei einer Mauerdicke ≥ 36,5 cm liegen Läufer und Binder in derselben Schicht. In der Maueransicht sieht man jedoch weiterhin das gewohnte Bild.

Bild 2.3.26 Kreuzverband

Gerades Mauerende Darunter versteht man Wandenden, die lotrecht hochgeführt werden (z. B. dort wo Türen oder Fenster eingeplant sind). Solche Endverbände müssen meist mit Teilsteinen ausgeführt werden. Um diese Teilsteine kenntlich zu machen, werden sie in der Zeichnung besonders hervorgehoben (Abbildung 2.3.27).

Bild 2.3.27

Kennzeichnung von Teilsteinen a) Dreiviertel-Stein b) Halber-Stein

c) Viertel-Stein

2

92

Verbandsregeln - Mauerwerk aus Steinen kleinformatigen Steinen (DF, NF, 2 DF) Mauerende des mittigen Läuferverbandes (Abbildung 2.3.28). Eine Schicht beginnt mit einem ganzem, die folgende mit einem halben Stein. Mauerende des Binderverbandes (Abbildung 2.3.29). Eine Schicht beginnt mit einem ganzen Binder, die folgende mit zwei Läufer-Dreiviertelsteinen.

Bild 2.3.28 Mauerende im Läuferverband

Bild 2.3.29 Mauerende im Binderverband

Mauerende des Block- und Kreuzverbandes. Um Fugendeckung zu vermeiden, sind viele Dreiviertelsteine erforderlich. Dies kann verringert werden, wenn man Fugendeckungen in geringem Umfang am Schichtende in Kauf nimmt. Keinesfalls darf allerdings die Fugendeckung an der Maueraußenfläche auftreten. Aus Abbildung 2.3.30 ergeben sich die zulässigen Fugendeckungen bei Endverbänden. 1/2 Stein 1/2 Stein 1/2 Stein 1/2 Stein

2

2 Bauausführung

Bild 2.3.30 Zulässige Stoßfugenüberdeckung im Innern von Endverbänden

Abbildung 2.3.31 zeigt die Regelbilder zum Verband für das gerade Mauerende im Block- und Kreuzverband. Beim Verband mit Dreiviertelsteinen (a) beginnt die Binderschicht mit 2 BinderDreiviertelsteinen. Ausnahme: die 24er-Wand beginnt mit einem ganzen Binder. die Läuferschicht beginnt mit so vielen Läufer-Dreiviertelsteinen, wie die Wand halbe Steine (am) dick ist. Die Regelfuge der Läuferschicht liegt stets ¾-Stein, die der Binderschicht ½-Stein vom Schichtende entfernt. (Die Regelfuge ist die erste Schnittfuge nach dem Mauerende.) Bei der Ausführung (b) mit Viertelsteinen liegt die Regelfuge der Binderschicht ¾-Stein, die der Läuferschicht 1 Stein vom Schichtende entfernt. Die 3. Ausführung (c) ist nur möglich ist, wenn die Wand aus 2 DF gemauert wird. Die Regelfugen beider Schichten liegen vom Schichtende ebenso weit entfernt wie bei (b). Es entstehen keine Fugendeckungen.

93

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers Mauerende mit Dreiviertelsteinen

Wanddicke 24 cm

Läuferschicht

Viertelsteinen

3 DF Steinen 1) 2 DF 2 DF

Binderschicht

3 DF

Regelfuge

Läuferschicht

Wanddicke 36,5 cm Binderschicht

2 DF Fugendeckung

3 DF

Bild 2.3.31 Regelbilder zum Verband für das gerade Mauerende im Block- und Kreuzverband

Bei einem Mauerstück ergibt sich der Kreuzverband, wenn man in jeder 2. Läuferreihe neben der ersten Schnittfuge an beiden Schichtenden abwechselnd einen ganzen oder einen halben Stein legt (Abbildung 2.3.32). Ausnahme bei 24 cm dicken Wänden legt man statt des halben Steins einen ganzen Binder.

Bild 2.3.32 Mauerstück im Kreuzverband

Lässt sich die Mauerlänge nicht durch ganze, sondern nur durch halbe Achtelmeter teilen, ist der umgeworfene Verband anzuwenden. Dann hat die Binderschicht an einer Stelle ein Läuferschichtende, die Läuferschicht dagegen ein Binderschichtende (Abbildung 2.3.33).

2

94

2 Bauausführung

2

Bild 2.3.33 Mauerstück im umgeworfenen Verband

- Mauerwerk aus mittelformatigen Steinen Mauerende des Läuferverbandes (Abbildung 2.3.34). Die Schichten bestehen aus nebeneinanderliegenden Läuferreihen. In der ersten Schicht beginnt man mit ganzen Läufersteinen. Beim Überbindemaß von ½-Stein muss die zweite Schicht mit Steinen 2 DF in Binderrichtung beginnen.

Bild 2.3.34 Gerades Mauerende für den Läuferverband mittelformatiger Steine

Mauerecke, Mauerstoß, Mauerkreuzung Zusammentreffende Mauern müssen ineinander greifen und gut miteinander verbunden werden. Um dies zu gewährleisten binden die Schichten abwechselnd durch. Zuerst werden grundsätzlich die Mauerecken abgetreppt hochgemauert (Abbildung 2.3.35). Dann wird zur Mitte hin weiter gemauert. Bei Mauerstoß und Mauerkreuzung erfolgt das Einbinden durch Verzahnung. Die auftreffende Mauer wird nicht oder nur zum Teil mit der Hauptmauer hochgemauert. Die beste Lösung ist das Abtreppen (Abbildung 2.3.36a). So können beim späteren Weitermauern die An-

95

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

schlussfugen problemlos vermörtelt werden. Möglich ist auch die Verzahnung (Abbildung 2.3.36 b, c). Dies führt aber beim späteren Vermörteln zu Problemen. Diese Möglichkeit ist für aussteifende und tragende Wände nicht zugelassen.

2

Bild 2.3.35 Anlegen der Mauerecken

Bild 2.3.36 Mauerausschnitt a) mit Abtreppung b) mit stehender Verzahnung

c) mit Lochverzahnung

Verbandsregeln für Mauerecke, -stoß und -kreuzung aus Steinen DF, NF, 2 DF – Mittiger Läuferverband (Abbildung 2.3.37) a) Die Schichten binden abwechselnd durch b) An der Mauerecke liegen stets ganze Steine. Bei Mauerstoß und Mauerkreuzung liegen in der durchgehenden Schicht zwei Dreiviertelsteine am Maueranschluss.

96

2 Bauausführung

2

Bild 2.3.37 Regelbilder für Mauerecke, -stoß und -kreuzung im mittigen Läuferverbund

Bild 2.3.38

Regelbilder zum Verband für Mauerecke, -stoß und -kreuzung

97

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

– Block- oder Kreuzverband (Abbildung 2.3.38) a) Die Schichten gehen abwechselnd durch; die durchgehende Schicht ist die Läuferschicht. b) Die Binderschicht stößt stumpf an, d.h. das Schichtende wird nicht als gerades Mauerende, also nicht mit Dreiviertelsteinen ausgebildet. c) Für nicht stumpfe Schichtenden gelten die Regeln für das gerade Mauerende. d) Die Regelfuge der Läuferschicht liegt ¼- bzw. ¾-Stein von der Innenecke entfernt. Auffallendstes Merkmal für einen Verbandsfehler ist die Kreuzfuge. Zwei von einer Innenecke ausgehende Stoßfugen bilden in ihrer Verlängerung ein Kreuz (Abbildung 2.3.39) – die Fugenüberdeckung in der folgenden Schicht ist unvermeidbar. Grundregel ist, dass die Regelfuge der durchbindenden Schicht den vorgeschriebenen Abstand aus der Mauerecke hat.

Bild 2.3.39 Kreuzfuge! Fehler bei der Verbandslösung

Verband mit mittelformatigen Steinen (Abbildung 2.3.40 bis 2.3.43) Die Regelfuge der durchbindenden Schicht liegt je nach Schichtart und Steinart ¼- bzw. ¾- Stein oder ½-Stein von der Mauerecke entfernt.

Bild 2.3.40 Rechtwinklige Mauerecke im Läuferverband aus mittelformatigen Steinen a) mit Schnittfugen b) mit versetzten Stoßfugen

Bild 2.3.41 Rechtwinklige Mauerecke im Binderverband aus mittelformatigen Steinen

2

98

2 Bauausführung

2

Bild 2.3.42 Rechtwinkliger Mauerstoß aus mittelformatigen Steinen a) und b) Läuferverband, c) Binderverband

Bild 2.3.43 Rechtwinklige Mauerkreuzung aus mittelformatigen Steinen im Läuferverband

Bild 2.3.44 Rechtwinkliger Mauerstoß

Bild 2.3.45 Rechtwinklige Mauerkreuzung

99

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

Übungen: 1. Wie funktioniert ein Mauerverband? 2. Wodurch unterscheiden sich Block- und Kreuzverband voneinander? 3. Wann kommt der umgeworfene Verband zur Anwendung? 4. Worauf ist beim Verband von Mauerecke, Mauerstoß und Mauerkreuzung zu achten, dass es nicht zur Fugendeckung kommt? 5. Nennen Sie die Verbandsregeln für Mauerecke, Mauerstoß und Mauerkreuzung 6. Legen Sie den Verband für eine 24 cm dicke und 1,49 m lange Mauer aus Steinen in NF im Kreuzverband a) nach den Regeln für den Verband mir Dreiviertelsteinen, b) für den Verband mit Viertelsteinen. c) Zeichnen Sie vier Schichten in der Draufsicht und 6 Schichten in der Ansicht. Maßstab 1 : 10 cm. 7. Legen und zeichnen Sie den Verband für eine 24 cm dicke und 1,365 m lange Mauer aus NFSteinen im Blockverband. 8. Legen Sie 5 Schichten zu einem rechtwinkligen Mauerstoß mit Abtreppungen nach Abbildung 2.3.43. 36,5er-Wand mit 2 DF-Steinen im Kreuzverband; 24er-Wand mit 3 DF-Steinen im Binderverband. 9. Legen Sie 5 Schichten zu einer rechtwinkligen Mauerkreuzung mit Abtreppungen nach Abbildung 2.3.45. 30er-Wand mit 2 DF- und 3 DF-Steinen im Läuferverband; die beiden anderen Wände mit Steinen im Format 2 DF. 10. Zeichnen Sie nach Abbildung 2.3.46 2 Schichten Draufsicht und 6 Schichten Ansicht im Kreuzverband (NF). Maßstab 1:20 – m,cm. Bemaßen Sie die erste Schicht in Nennmaßen.

Bild 2.3.46 Teil eines Hausgrundrisses

2.3.3 Herstellen von Mauerwerk Werkzeuge – Die dreieckige Kelle (Abbildung 2.3.47 a, b) ermöglicht durch ihre Blattform und die Griffstellung das Aufbringen, Verteilen und Abstreichen des Mörtels bei geringer Beanspruchung des Handgelenks. – Die viereckige Kelle (Abbildung 2.3.48 a, b) findet Verwendung teils zum Mauern, teils zum Verputzen (regional unterschiedlich). Die Blattlänge beträgt 18 bis 20 cm. Die Griffachse soll parallel zur Unterlage verlaufen, wenn Griff und Spitze aufliegen. – Der Mauerhammer (Abbildung 2.3.49 a, b) eignet sich besonders zum Schlagen von Teilsteinen. Ein guter Hammer besitzt eine scharfe Schneide mit einem Schneidewinkel von 60°. Die Masse des Maurerhammers sollte ca. 700 g betragen. Wichtig ist ein rissefreier, gut angepasster und feststehender Stiel. – Der Mauerfäustel (Abbildung 2.3.50) mit einer Masse von 1000 bis 1500 g wird benötigt zum Ausstemmen von Schlitzen und Aussparungen. Auch hier ist auf einen rissefreien, gut angepassten und feststehenden Stiel zu achten. – Die Meißel werden für Stemmarbeiten benötigt. Sie sollten aus hochwertigem Werkzeugstahl bestehen und eine Schutzkappe besitzen. Meißel gibt es in unterschiedlichen Schneidformen.

2

100

2

2 Bauausführung

– Das Senklot (Abbildung 2.3.51) benutzt man zum Prüfen der lotrechten (senkrechten) Richtung. – Die Wasserwaage (Abbildung 2.3.52) dient zum Prüfen der lot- und waagerechten Richtung. Sie besteht aus hochwertigem Holz, Kunststoff oder Leichtmetall. Sie gibt es in unterschiedlichen Längen. Wasserwaagen sollten regelmäßig auf ihre Funktion hin überprüft werden. Zur Prüfung richtet man diese auf einer ebenen Unterlage genau auf Waage ein und markiert darauf ihre Lage mit dem Bleistift. Nach dem Umschlagen (Drehen des Schaftes um 180°) setzt man sie wieder auf die gleiche Stelle. Die Waagelibelle ist in Ordnung, wenn die Anzeige der ersten Anzeige entspricht. – Das Richtscheit aus langfaserigem Holz oder Leichtmetall dient zusammen mit der Wasserwaage zum Übertragen von Höhen – Die Mauerschnur aus Textilfaser oder Kunststoff wird eingesetzt beim Herstellen fluchtgerechter Mauerschichten – Ein Bauwinkel aus Holz oder Metall wird benötigt zum Anlegen rechter Winkel (z. B. beim Anlegen einer rechtwinklig abgehenden Wand). – Die Schichtmaßlatte (Abbildung 2.3.53) bzw. der Schichten-Meterstab ist ein hilfreiches Werkzeug zum Überprüfen der gemauerten Schichten.

a)

Bild 2.3.47

a) Dreieckige Mauerkelle mit geschwungener Angel b) Prüfen der dreieckigen Kelle

b)

b)

a)

Bild 2.3.49

a) Rheinischer Maurerhammer

Bild 2.3.48 a) Viereckige Kelle mit gerader Angel b) Prüfen der viereckigen Kelle

b) Berliner Maurerhammer

101

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

2

Bild 2.3.50 Maurerfäustel

Bild 2.3.52 Libelle einer Wasserwaage

Bild 2.3.51 Senklot

Bild 2.3.53 Schichtmaßlatte

Arbeitsplatz Für jeden Maurer wird ein Mörtelkübel so aufgestellt, dass ein Abstand zur zu mauernden Wand von ca. 60 cm besteht. Die Mauersteine befinden sich bei einem Rechtshändler links vom Mörtelkübel, damit der Maurer sie „zur Hand“ hat, also mit der linken Hand leicht greifen kann. Die Werkzeuge und Geräte liegen griffbereit und so neben dem Mörtelkübel, dass sie beim Arbeiten nicht hindern (Abbildung 2.3.54). Der Arbeitsplatz sollte sich stets in einem aufgeräumten Zustand befinden. Dies gewährleistet ein sicheres Arbeiten und mindert die Unfallgefahren. Die schon angelieferten Steinpakete sollten so gelagert sein, dass nur noch kurze Wege bis zum Verarbeitungsstelle zu machen sind. Lange Transportwege auf der Baustelle oder das vielleicht erforderliche Umsetzen von Steinpaketen auf der Bodenplatte würden ansonsten den Bauablauf stören. Die Folienverpackung der Steinpakete sollte so lange verbleiben, bis die Steine zur Verarbeitung kommen. So werden diese vor unnötiger Durchfeuchtung infolge Regen geschützt. Die Folie ist nach dem Abziehen vom Steinpaket in den dafür vorgesehenen Container zu bringen.

102

2 Bauausführung

2 Bild 2.3.54 Arbeitsplatz beim Mauern

Arbeitsgerüst Gerüste sind vorübergehend errichtete Baukonstruktionen, an die hohe bau- und sicherheitstechnische Anforderungen gestellt werden. Grundsätzlich können Bauunternehmen die Gerüste in eigener Regie aufstellen. Wegen der ständig steigenden Sicherheitsvorschriften und aus wirtschaftlichen Erwägungen überlässt man es mehr und mehr speziellen Gerüstbaufirmen, besonders das Aufstellen der großen und schwierigen Gerüste. Für den hier einzurichtenden Arbeitsplatz benötigt man ein Arbeitsgerüst. Diese haben außer den beschäftigten Personen und ihren Werkzeugen auch das jeweils für die Arbeiten erforderliche Material zu tragen. Ein oft eingesetztes Gerüst für solche Maßnahmen ist das Bockgerüst (Abbildung 2.3.55). Die Gerüstböcke bestehen aus Holz, Stahl oder Aluminium mit einem Gerüstbelag aus Holzbohlen. Bockgerüste aus Holz dürfen nur aus zimmermannsmäßig abgebundenen Holzböcken (Abbildung 2.3.56) und nicht aus genagelten Hilfskonstruktionen hergestellt sein. Sie müssen standsicher aufgestellt, untereinander verstrebt und es können höchstens 2 Böcke übereinander gestellt werden. Damit sind sie bis zu einer Höhe von 4,00 m zugelassen. Ab 2,00 m ist ein dreiteiliger Seitenschutz erforderlich. Dieser besteht aus einem Geländerholm, einem Zwischenholm und einem Bordbrett (Abbildung 2.3.57). Der Seitenschutz soll auch verhindern, dass Material oder Werkzeug herunter fällt. Der Bockabstand ist abhängig von der Gerüstbelastung, darf aber keinesfalls größer als 2,75 m betragen. Liegen mehrere Belagbohlen nebeneinander, müssen sie so dicht verlegt werden, dass kein Zwischenraum entsteht. Die Bohlen dürfen weder wippen noch „wandern“. Als Aufstiege sind Anlegeleitern geeignet, die den Gerüstbelag ≥ 1 m überragen müssen, da sonst kein sicherer Aus- oder Abstieg zum/vom Arbeitsplatz möglich ist.

Bild 2.3.55 Bockgerüst

Bild 2.3.56 Gerüstbock aus Holz

103

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

2

Bild 2.3.57 Dreifacher Seitenschutz

Arbeitsablauf Zunächst müssen die Wandfluchten den Planvorgaben entsprechend auf der Bodenplatte gekennzeichnet werden. Die gilt insbesondere für die Gebäudeecken, da hier mit dem Mauern begonnen wird. Nach dem Festlegen der Gebäudeeckpunkte empfiehlt es sich eine Kontrollmessung über die Diagonalen vorzunehmen (Pythagoras!). Mit einem Nivelliergerät sollte nun festgestellt werden, welcher Punkt im Bereich der markierten Fläche der Höchste ist. Dieser Punkt ist Ausgangshöhe für das nachfolgende Versetzen der Steine.

Bild 2.3.58 Befestigen der Fluchtschnur

Grundsätzlich wird mit dem Versetzen der Steine an den Mauerecken bzw. an den Mauerenden begonnen (Abdichtungsbahn nicht vergessen). Zunächst einmal bis zu einer Höhe von ca. 1,0 m. Die Ecken bzw. Enden werden lotrecht und maßgenau hochgemauert und abgetreppt. Zur Kontrolle wird mit der Wasserwaage, auch mit dem Lot ständig kontrolliert. Das Einhalten der Schichthöhe kann mit der Schichtmaßlatte festgestellt werden. Die gemauerten Ecken und Enden dienen dann zum Befestigen der Fluchtschnur (Abbildung 2.3.58). Die Fluchtschnur wird über die in den Fugen eingebrachten Nägeln befestigt und gespannt. Die Schnur verläuft in ihrer Höhe nun genau in der Flucht der zu mauernden Schicht. Sie gibt somit die Oberkante der zu mauernden Schicht vor. Ein minimaler Abstand – etwa Kellenblattstärke – zwischen Schnur und Mauerschicht gewährleistet, dass die Schnur immer in ihrer korrekten Lage verbleibt. Nun kann der

104

2 Bauausführung

Mittelbereich der Wand gemauert werden. Mit Hilfe der Wasserwaage wird auch hier laufend kontrolliert. Die Fluchtschnur wird bei jeder neu zu verlegenden Schicht entsprechend umgelegt. Dieser Ablauf – beginnend mit dem Hochmauern der Wandecken bzw. Wandenden - wiederholt sich nun wieder, bis die endgültige Höhe erreicht ist.

2

Arbeitsgang beim Mauern Beim Mauern von klein- bzw. mittelformatigen Steinen wird die Arbeitsweise „einmal Mörtel und Stein“ bevorzugt. Beim Mauern mit großformatigen Steinen wird man eher mit Hilfe eines Mörtelschlittens den Mörtel für eine ganze Schicht aus einmal aufbringen (Reihenverlegung). Beim Mauern ergeben sich so fünf Arbeitstakte: 1. Stein greifen (Abbildung 2.3.59). Der Stein wird mir der linken Hand gegriffen. Bei DF-, NF- und 2 DF-Steinen werden diese mit der Hand an den beiden Läuferflächen gefasst, bei 3 DF-Steinen greifen die Finger in den Griffschlitz. 2. Stoßfugenmörtel aufbringen (Abbildung 2.3.60). Erforderliche Menge Mörtel mit der Kellespitze aufnehmen und diesen an der Stirnseite links und rechts abstreichen, die angelegt werden soll. Um ein gutes Haften des Mörtels zu ermöglichen sind trockene und saugende Steine anzunässen, weil sie sonst dem Mörtel das zum Abbinden erforderliche Wasser entziehen. Bei sehr nassen Steinen bildet das Wasser eine störende Trennschicht zwischen Stein und Mörtel. Der Stein saugt sich nicht mehr fest, sondern „schwimmt“ auf dem Mörtelbett. Deshalb sind die Steine bei regnerischem Wetter abzudecken. 3. Lagermörtel aufbringen (Abbildung 2.3.61). Den Stein wird weiter mit der linken Hand gehalten. Mit der Kelle wird so viel Mörtel aufgenommen, wie zur Bettung des Steines erforderlich ist. Den Mörtel aufziehen und in passender Dicke verteilen. Achtung: Die Lagerfugen sind vollfugig zu mauern! Das Mörtelbett wird gegen einen schon verlegten Stein abgesetzt, damit sich der Mörtel beim Andrücken ausbreiten kann. Sonst würde der bereits verlegte Stein aus der Flucht gedrückt (Abbildung 2.3.62a). Das Mörtelbett einer halbsteindicken Wand entspricht Abbildung 2.3.62b. So können sich die beiden Mörtelhöcker nach beiden Seiten ausbreiten. Bei einem in der Mitte überhöhten Mörtelbett wird der Stein wackeln. 4. Stein betten (Abbildung 2.3.63). Der sich in der linken Hand befindliche Stein wird mit seiner Lagerfläche auf das Mörtelbett aufgelegt und eingedrückt. Gleichzeitig an den Vorgängerstein herangeschoben und ausgerichtet. 5. Hervorquellenden Mörtel abstreifen (Abbildung 2.3.64). Um den überstehenden Mörtel sauber abzuschneiden, wird die Kelle so gehalten, dass diese mit der Unterseite einen spitzen Winkel mit dem Mauerwerk bildet. Der Mörtel rutscht auf dem schräg gehaltenen Kellenblatt vom Mauerwerk weg und verschmiert somit die Steine nicht.

Bild 2.3.59 Stein greifen

Bild 2.3.60 Stoßfugenmörtel aufbringen

Bild 2.3.61 Lagerfugenmörtel auftragen

105

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

2

Bild 2.3.62a Mörtelbett eines Läufers (Wanddicke 24 cm)

Bild 2.3.63 Stein betten

Bild 2.3.62b Mörtelbett einer halbsteindicken Wand

Bild 2.3.64 Hervorquellenden Mörtel abstreifen

Ist die Herstellung von Teilsteinen (Viertel-, Halb- oder Dreiviertelsteine) notwendig, können diese geschlagen werden. Dazu benutzt man den Maurerhammer. Besser ist es allerdings die Steine mit einer Säge zu schneiden (Abbildung 2.3.65).

Bild 2.3.65 Steinsäge

106

2 Bauausführung

Öffnungen

2

Maueröffnungen für Fenster und Türen werden mit Stürzen hergestellt. Für Tür- und Fensteröffnungen werden im allgemeinen Flachstürze mit eingelegter Betonstahlbewehrung eingesetzt (Abbildung 2.3.66). Sie sind so hergestellt, dass sie sowohl in der Höhe (7,1 cm und 11,3 cm), wie auch in der Breite (11,5 cm und 17,5 cm) mit den Normmaßen der Mauersteine harmonisieren. Flachstürze werden wie die Mauersteine auch in einem Mörtelbett verlegt. Zu beachten ist, ob der Statiker für die seitlichen Auflager nicht Steine einer höheren Festigkeitsklasse vorgeschrieben hat. Dies geht allerdings aus den Ausführungsplänen eindeutig hervor. Flachstürze werden in Längen bis zu 3,0 m angeboten. Bei Längen über 1,25 m ist bei der Herstellung eine Unterstützung, bei Längen über 2,50 m sind mind. zwei Unterstützungen vorzusehen. Der Vorteil der

Bild 2.3.66 Flachsturz (Beim Verlegen Markiermarke beachten)

Bild 2.3.67 Ortbetonsturz

107

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

Flachstürze liegt darin, dass sie sich bei relativ geringer Eigenlast mühelos und ohne zusätzliches Hebegerät einbauen lassen. Im Gegensatz zum Ortbetonbalken entfallen die Schalungs-, Bewehrungs- und Betonierarbeiten. Für größere Öffnungen werden Ortbetonstürze hergestellt (Abbildung 2.3.67, näheres siehe Lernfeld 4). Schutzmaßnahmen Frisch hergestelltes aber auch bereits abgebundenes Mauerwerk ist unbedingt vor ungünstigen Witterungseinflüssen zu schützen (Abbildung 2.3.68).

* * * * * * * * * * * * *

a) bei Regen

b) im Winter

Bild 2.3.68 Witterungsschutz einer Wand

Schutz vor Nässe: – noch nicht abgebundene Mörtelfugen werden ausgewaschen, – der Mauermörtel wird überwässert, – das Mauerwerk wird mehr oder weniger durchnässt. Es besteht also die Notwendigkeit - vor allem bei starken Regenfällen oder bei Dauerregen - das Mauerwerk durch Abdecken mit Folien zu schützen. Notwendiges Nachverfugen, Festigkeitsverluste des Mörtels, und durchnässte Steine werden dadurch auf einfache Art und Weise vermieden. Zu bedenken ist, dass die Austrocknungsphase des Mauerwerks ansonsten übermäßig lang ausgedehnt wird. Das Mauerwerk muss trocken gewohnt werden. Dies erfordert auch einen erheblichen höheren Energieeinsatz. Möglicherweise ergeben sich auch Gesundheitsgefahren durch Schimmelbildung. Schutz vor Hitze und Zugluft: – dem Mörtel wird zu schnell das Wasser entzogen – das Abbindeverhalten des Bindemittels wird beeinträchtigt – der Haftverbund zwischen Mörtel und Stein wird beeinträchtigt Auch hier können durch Abdecken mit Folien oder leichtes Benässen negative Folgen wie starkes Schwinden des Mörtels, Absanden der oberen Mörtelschicht und damit Festigkeitsverluste vermieden werden. Trockene Steine sollten vor dem Vermauern angenässt werden (ca. eine Stunde vorher gründlich vornässen).

2

108

2

2 Bauausführung

Schutz vor Frost: – das Abbindeverhalten des Bindemittels im Mörtel wird verhindert oder verzögert – der Haftverbund zwischen Mörtel und Stein wird beeinträchtigt – das Wasser im Fugenmörtel gefriert Sollte die Gefahr bestehen, dass durch einen plötzlichen Temperatureinbruch der Fugenmörtel durch Frost in Mitleidenschaft gezogen wird, ist das Mauerwerk durch wärmedämmende Matten zu schützen. Dies gilt auch bei der Verwendung von Mörtel, der sich auch bei niedrigen Temperaturen verarbeiten lässt. Noch besser: Bei Außentemperaturen unter 5 °C sollte nicht mehr gemauert werden. Es dürfen auch keine gefrorenen Baustoffe zur Verwendung kommen. Auf gefrorenem Mauerwerk darf nicht weitergemauert werden! Der Einsatz von Frostschutzmitteln oder Salzen zum Auftauen ist nicht zulässig. Hier besteht die Gefahr, dass chloridhaltige Salze ins Mauerwerk eindringen und dieses sowie Stahleinlagen im Beton schädigen. Sind durch Frost Mauerwerksteile beschädigt worden (fehlender Haftverbund, poröser Fugenmörtel), sind diese vor dem nächsten Arbeitsgang zu beseitigen. Übungen 1. Stellen Sie eine Liste der Werkzeuge zusammen, die Sie bei ihren alltäglichen Arbeiten verwenden. Beschreiben sie deren Funktion und Verwendungsgebiete. 2. Erstellen Sie Regeln, über die Beschaffenheit eines Maurerarbeitsplatzes am Beispiel für die hier vorgesehene Maßnahme. 3. Welche Vorgaben sind beim Erstellen eines Bockgerüstes einzuhalten? 4. Formulieren Sie Verhaltensregeln für die Benutzung und den Aufenthalt auf Arbeitsgerüsten. Informieren Sie sich diesbezüglich bei ihrer Berufsgenossenschaft. 5. Beschreiben Sie das korrekte Einmessen der Wände auf der Bodenplatte 6. Beschreiben Sie das Erstellen einer Außenwand. Ausgangssituation: Die Lage der Wände haben Sie soeben eingemessen und markiert. Material und Werkzeug steht bereit. 7. In welche Schritte kann man den eigentlichen Arbeitsablauf beim Mauern (vom Aufnehmen des Steines bis zu seiner endgültigen Fixierung) mit kleinformatigen Steinen gliedern? 8. Vor welchen Witterungseinflüssen ist das Mauerwerk zu schützen. Benennen Sie entsprechende Maßnahmen.

2.3.4 Baustoffbedarf Zur Berechnung der erforderlichen Mengen an Mauersteinen und Mörtel werden Tabellen verwendet. In diesen ist bereits die benötigte Menge, bezogen auf 1 m2 bzw. 1 m3 Wand, eingerechnet worden. Dies erleichtert die Berechnung wesentlich. Der erforderliche Zuschlag für Verschnitt und Verlust ist bereits in den Tabellen berücksichtigt. Wann nach m2 und wann nach m3 abgerechnet wird, ist wie folgt geregelt: – Mauerwerk bis 11,5 cm Wanddicke wird immer in m2 gerechnet. – Mauerwerk > 11,5 cm bis ≤ 36,5 cm wahlweise in m2 oder m3. – Mauerwerk > 36,5 cm in m3. Die Wandhöhe wird immer gerechnet von Oberfläche Rohdecke bis Unterfläche Rohdecke. Bei sich kreuzenden oder einbindenden Wänden wird die dickere Wand durchgemessen. Beispiel: Für die Außen- und Innenwände der dargestellten Garage (Abbildung 2.3.69) soll die Anzahl der benötigten Mauersteine sowie die benötigte Menge an Trockenmörtel (Anzahl der Säcke, 1 Sack = 30 kg) festgestellt werden. Es wird Sichtmauerwerk hergestellt. Die Außenwände werden im Kreuzverband, die Innenwand als mittiger Läuferverband hergestellt. Das Steinformat ist 2 DF. Die Stürze über den Öffnungen werden der Einfachheit halber ignoriert.

109

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

2

Bild 2.3.69 Grundriss einer Garage

Lösung: Zuerst erfolgt die Einteilung der Wände in einzelne Abschnitte. Dies ist wichtig, da so eine häufig vorkommende Doppelberechnung der Gebäudeecken vermieden wird. So entstehen 5 Wandabschnitte (Abbildung 2.3.70). Grundsätzlich werden bei der Berechnung die Öffnungen zunächst Übermessungen.

Bild 2.3.70 Einteilung der Wände für die Berechnung mit Benennung

110

2

2 Bauausführung

1. Schritt: Berechnung des Mauerwerksvolumen bzw. der Mauerwerksfläche 24er-Wände in m3 Wand 1: VW1 = 8,99 m ⋅ 2,50 m ⋅ 0,24 m = 5,394 m3 Wand 2: VW2 = wie Wand 1 = 5,394 m3 Wand 3: VW3 = 3,51 m ⋅ 2,50 m ⋅ 0,24 m = 2,106 m3 Wand 4: VW4 = wie Wand 3 = 2,106 m3 Abzug Fenster und Tor Fenster 1: VF1 = 1,26 m ⋅ 1,26 m ⋅ 0,24 m = – 0,381 m3 Fenster 2: VF2 = wie Fenster 1 = – 0,381 m3 Tor: VT = 2,51 m ⋅ 2,2,6 m ⋅ 0,24 m = – 1,361 m3 V = 12,877 m3 2 11.5er-Wand in m Wand 5: AW5 = 3,51 m ⋅ 2,50 m = 8,78 m2 Abzug Tür AT = 0,885 m ⋅ 2,01 m = – 1,78 m2 A = 7,00 m2 2. Schritt: Tabellenwerte ermitteln (Tabelle 2.3.71) Steinbedarf für 24er-Wand laut Tabelle Mörtelbedarf für 24er-Wand laut Tabelle Steinbedarf für 11,5er-Wand laut Tabelle Mörtelbedarf für 11,5er-Wand laut Tabelle Tabelle 2.3.71

> 275 Steine/m3 > 204 l/m3 > 33 Steine/m2 > 19 l/m2

Baustoffbedarf (Steine und Mörtel) für Maurerarbeiten

Baustoffbedarf (Steine und Mörtel) für Mauerwerk 2 Wanddicke Steinformat je m Wand (in cm) l x b x h (in cm) Steine (Stück) DF (24 x11,5 x 5,2) 66 11,5 NF (24 x 11,5 x 7,1) 50 2 DF (24 x 11,5 x 11,3) 33 17,5 3 DF (24 x 17,5 x 11,3) 33 NF (24 x 11,5 x 7,1) 99 2 DF (24 x 11,5 x 11,3) 66 24,0 3 DF (24 x 17,5 x 11,3) 45 4 DF (24 x 24 x 11,3) 33 8 DF (24 x 24 x 23,8) 16 2 DF (24 x 11,5 x 11,3) 33 30,0 3 DF (24 x 17,5 x 11,3) 33 5 DF (30 x 24 x 11,3) 32 NF (24 x 11,5 x 7,1) 148 36,5 2 DF (24 x 11,5 x 11,3) 99 6 DF (36,5 x 24 x 11,3) 32

3

Mörtel (in l) 29 26 19 28 64 49 42 39 20 60 50 101 80 62

je m Wand Steine (Stück) ---188 412 275 185 137 69 112 112 112 406 271 90

3. Schritt: Bedarf an Mauersteinen und Mörtel 24er-Wand: 12,877 m3 ⋅ 275 Steine/ m3 > 3.542 Steine > 2.627 l Nassmörtel 12,877 m3 ⋅ 204 l/m3 11,5er-Wand: 7,00 /m2 ⋅ 33 Steine/m2 > 231 Steine 7,00 /m2 ⋅ 19 l/m2 > 133 l Nassmörtel Σ > 3.773 Steine Σ > 2.760 l Nassmörtel

Mörtel (in l) ---160 265 204 175 164 99 198 160 276 220 190

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

4. Schritt: Anzahl der Säcke Trockenmörtel Die Ergiebigkeit des Mörtels ist aus dem Prospekt des Mörtelherstellers zu ersehen: Für unser Beispiel nehmen wir an: 1 Sack von 30 kg hat eine Ergiebigkeit von 19 l Nassmörtel. Anzahl der Säcke Trockenmörtel: 2.760 l : 19 l > 146 Es sind also zu bestellen: > 3.773 Steine 2 DF > 146 Säcke Mauermörtel, MG II Übungen 1. Wie viele Steine und wie viel Liter Mörtel sind für 185,0 m2 11,5er-Mauerwerk a) mit NFSteinen und b) mit 2 DF-Steinen erforderlich? 2. In einer Ausschreibung sind für 24er-Wände 187 m3 Mauerwerk in 4 DF-Steinen ausgeschrieben. Wie viele Steine und wie viel Liter Mörtel müssen angeliefert werden? Was versteht man unter einer Ausschreibung? 3. Berechnen Sie für die dargestellten Räumlichkeiten (Abbildung 2.3.72) den Stein- und Mörtelbedarf. Alle Wände werden mit 3 DF-Steinen gemauert. Die Außenwand ist im Blockverband zu mauern. Kann die Innenwand auch im Blockverband oder muss diese im umgeworfenen Verband gemauert werden? Begründen Sie Ihre Aussage.

Bild 2.3.72 Abstellräume

4. Für den dargestellten Erdgeschossgrundriss (Abbildung 2.3.73) sind die erforderlichen Mengen an Mauersteinen und Mauermörtel (Anzahl Säcke, 1 Sack = 30 kg) zu ermitteln. Zur Verwendung kommen 2 DF- und 3 DF-Steine. Die Wandhöhe beträgt 2,75 m.

111

2

112

2 Bauausführung

2

Bild 2.3.73 Erdgeschossgrundriss

2.3.5 Feuchtigkeitsschutz Um Mauerwerk vor Durchfeuchtung zu schützen, sind notwendige Schutzmaßnahmen vorzunehmen. Durchfeuchtetes Mauerwerk führt: – zu massiven Schäden an den verbauten Baustoffen (Mauerwerk wird durch Frosteinwirkung zerstört, Stahl rostet, Putze verlieren ihre Festigkeit (Bild 2.3.74), Plattenbeläge lösen sich vom Untergrund, Holz fault, Anstriche blättern ab, Tapeten lösen sich von der Wand …), – zu gesundheitlichen Beeinträchtigen bei den Hausbewohnern (Schimmelbildung) und – zu erhöhten Betriebskosten (die Wärmedämmung wird verschlechtert, die Heizkosten steigen). Im Folgenden werden die üblichen Abdichtungsmaßnahmen behandelt, die bei nicht unterkellerten Gebäuden durchzuführen sind. Diese Maßnahmen umfassen den Einbau waagerechter und senkrechter Sperrschichten. Maßgeblich für die richtige Anordnung der waagerechten Sperrschichten ist die Lage der Erdgeschossdecke. Befindet sich deren Oberkante so weit über der Erdgleiche, dass sie oberhalb des

113

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

2

Bild 2.3.74 Feuchtigkeitsschaden an einem Sockel

Spritzwasserbereichs liegt (≥ 30 cm), genügt eine, ansonsten sind zwei waagerechte Sperrschichten auszuführen. Aus den Abbildungen 2.3.75 a, b ist ersichtlich wie die Sperrschichten bei einem nicht unterkellerten Gebäude anzuordnen sind. Die erste Lage wird unmittelbar auf die Bodenplatte verlegt. Es handelt sich um eine besandete Bitumenbahn o.ä. die in den Mörtel eingebettet wird. Die Bitumenbahn ragt beidseitig über das Mauerwerk hinaus. Liegt diese Schicht nicht mindestens 30 cm über der Erdgleiche ist eine zweite waagerechte Sperrschicht notwendig. Diese wird mindestens 30 cm über der Oberkante Erdreich in die nächstfolgende Lagerfuge eingebaut. Um das Eindringen von Feuchtigkeit in den über der Bodenplatte befindlichen Fußbodenaufbau (Estrich) zu verhindern, ist unterhalb der Bodenplatte eine kapillarbrechende Schicht, Korngröße 8/16, von ≥ 20 cm einzubauen. Der Filter unterbindet durch den hohen Hohlraumgehhalt den kapillaren Transport der vorhandenen Bodenfeuchtigkeit hin zur Bodenplatte. Der Filter wird mit einer PEFolie abgedeckt. Sie verhindert das Eindringen von Zementbrei in den Filter. Ansonsten könnte die Funktion des Filters beeinträchtigt werden.

a) Die OK Erdgeschossdecke liegt ≥ 30 cm über der Erdgleiche Bild 2.3.75

b) Die OK Erdgeschossdecke liegt im Spritzwasserbereich

Lage der Sperrschichten bei nicht unterkellerten Gebäuden

114

Grundsätzlich empfiehlt es sich, die Bodenplatte vollflächig mit bituminösen Bahnen abzuschweißen. Die senkrechte Abdichtung reicht von der Fundamentoberkante bis zur oberen waagerechten Sperrschicht. Im erdberührten Bereich kann diese Maßnahme als Anstrich oder als Dickbeschichtung erfolgen. Aus optischen Gründen erfolgt die senkrechte Sperrschicht oberhalb der Erdgleiche nicht durch solche Maßnahmen. Hier kann eine Verklinkerung erfolgen oder Sperrputz aufgebracht werden. Um eine Verschmutzung des Sockelbereiches durch Spritzwasser zu vermeiden, empfiehlt es sich in diesem Bereich einen ca. 50 cm breiten Kiesstreifen als Spritzwasserschutz anzulegen. Um ein geschlossenes System zu erhalten, ist es notwendig, dass die senkrechten und waagerechten Sperrschichten miteinander verbunden werden. Außen wird die senkrechte Sperrschicht an die beiden Waagrechten, innen die vollflächig auf die Bodenplatte aufgeklebte oder verschweißte Dichtungsbahn an die erste waagerechte Sperrschicht angeschlossen. Übungen: 1. Durch welche Maßnahmen kann im Sockelbereich ein geeigneter Feuchtigkeitsschutz hergestellt werden? 2. Welche Materialien können für die waagerechte, welche für die senkrechten Sperrschichten verwendet werden? 3. Die Oberkante der Erdgeschossdecke eines unterkellerten Gebäudes liegt: a) 15 cm, b) 40 cm über der Erdgleiche, Wie viele waagerechte Sperrschichten sind jeweils anzuordnen und wo sind diese einzubauen? 4. Welche Funktion hat die Filterschicht unter der Bodenplatte zu erfüllen? Wie kann diese vor dem Eindringen von Zementbrei beim Gießen der Bodenplatte geschützt werden? 5. Zeichnen Sie den Schnitt durch den Fußpunkt eines nicht unterkellerten Gebäudes entsprechend Abbild 2.3.76. Angaben: Fundamentbreite 50 cm, Mauerwerk 36,5 cm, Filter 20 cm, Bodenplatte 20 cm, Wärmedämmung 6 cm, Estrich 7 cm. Frostfreie Gründung. Bestimmen Sie alle Materialien. Bemaßen, benennen und schraffieren Sie normgerecht. Fassadenputz Mauerwerk Sockelputz

waagerechte Sperrschicht

>30

2

2 Bauausführung

Dichtungsschlämnte

Estrich Folie Wärmedämmung waagerechte Sperrschicht Bodenplatte Folie Filter

Filter Fundament (rostfrei gegründet)

Bild 2.3.76

Abdichtungsmaßnahmen bei einem nicht unterkellerten Gebäude

115

2.3 Mauern eines einschaligen Baukörpers

Projektaufgabe 2 Die Abbildungen 2.3.77 zeigen ein Garten-Sommerhaus (Grundriss, Schnitt, Ansicht). Die Außenwände sollen mit mittelformatigen Steinen als Sichtmauerwerk hergestellt werden. Die Innenseite der Außenwände sowie alle Innenwände erhalten einen Gipsputz. Die Decken werden mit Holzpaneelen verkleidet. Die Wandhöhe beträgt 3,00 m (Oberkante Deckenbalken). Die Fenster erhalten keine Rollladenkästen. Die Fundamente sind frostfrei zu gründen. Die Oberkante Erdreich liegt 12 cm unterhalb des Fertigfußbodens. Bodenklasse 4. Allgemeine Bodenfeuchtigkeit. Sonstige fehlende Maße (Dicke der Bodenplatte, Bodenaufbau ...) legen Sie bitte selbst fest. N

115 2.385

3.51 1.24 1.01 1.26

1.01 615 76 615 1.01 1.26 1.26 115 1.51 1151.385

2.135

A

3.365

4.365 30

2.885

115

1.01 1.24 1.26 3.01 30

30

1.74

2.76

115

2.135 1.26

2.74

1.51

865

49

4.365

1.01 1.26

7.86

A

30

30

30

6.615 Grundriss im Original M 1:100 +4.80

+3.00

±0.00

Schnitt A-A

Bild 2.3.77 Garten-Sommerhaus – Grundriss und Schnitt

Siehe hierzu auch Bild 2.6.47b – Ferienhaus, Ansichten

2

116

2

2 Bauausführung

Arbeitsauftrag: – Bestimmen Sie die zu verwendenden Steine für die Außen- und Innenwände. Benennen Sie Formate und Steinarten. Begründen Sie Ihre Auswahl und Festlegung. – Bestimmen Sie auch den für das gewählte Mauerwerk geeigneten Mörtel. Geben Sie die normgerechte Bezeichnung an. Beschreiben Sie dessen Eigenschaften. – Schlagen Sie für das Sichtmauerwerk einen Mauerwerksverband vor. Zeichnen Sie diesen Verband für die nördliche Ecke des Gebäudes in der Draufsicht und in der Ansicht mit Fensteranschluss. – Beschreiben Sie die erforderlichen Abdichtungsmaßnahmen gegen Boden- und aufsteigende Feuchtigkeit. Bestimmen Sie dazu auch die notwendigen Materialien (bestellfertig). Fertigen sie eine Schnittdarstellung an, um die Abdichtungsmaßnahmen zu verdeutlichen (maßstabsgerecht). – Erstellen Sie eine Werkzeug- und Geräteliste. – Erstellen Sie eine Materialliste (tabellarisch; Bedarf an Steinen, Mörtel ...). – Beschreiben Sie stichwortartig den Arbeitsablauf. – Überprüfen sie die Maßnahme hinsichtlich des von Ihnen erstellten Kriterienkataloges zur Beurteilung der Arbeitsergebnisse. Nennen Sie besondere Schwerpunkte auf die es zu achten gilt. – Beschreiben Sie Ihre sicherheits-, gesundheits- und umweltschutzrelevanten Überlegungen. Worauf ist jeweils zu achten?

2.4 Herstellen eines Stahlbetonbauteils Zielformulierung Das sind die Erwartungen an Sie: – Kenntnisse bautechnischer Grundlagen – Kenntnisse statischer Grundlagen – Wissen um den Kräfteverlauf im Bauteil – Anforderungen an Holzschalungen – Herstellen einer Holzschalung – Wissen um fachgerechte Bewehrungsführung und deren Einbau – Kenntnisse über Eigenschaften und Kennzeichnung des Betonstahl – Lesen des Bewehrungsplans – Erstellen einer Stahlliste – Grundlegende Kenntnisse der Betoneigenschaften – Wissen um fachgerechtes Einbringen und Nachbehandeln des Beton – Kenntnisse fachgerechten Ausschalens des Bauteils

Inhalte: – Stahlbeton – Statische Grundlagen – Anforderungen an Schalungen – Schalungsarten – Schalungsträger – Schalungsstützen – Verbindungsmittel – Betonstahl, Verbundwirkung – Lage, Form, Aufgabe der Bewehrung – Betonstahlliste – Bewehrungsplan – Betonverarbeitung – Betonverdichtung – Expositionsklassen – Bewehrungseinbau – Abstandhalter

Projektaufgabe 2.4.1 Die Abbildung 2.4.1 zeigt in der Ansicht sowie in der Draufsicht einen Stahlbetonbalken, der die Fensteröffnung des Raumes überdeckt. Der Balken (Sturz) ist in Stahlbeton auszuführen, eine besondere wärmedämmende Ausführung ist nicht vorgesehen. Das Gebäude erhält ein Wärmedämmverbundsystem (WDVS). Die einzubauenden Fensterflächen sind ohne Rolladenkästen vorgesehen.

117

2.4 Herstellen eines Stahlbetonbauteils

A

365

B

A

2

2.135

B

24

3.635

24

Stahlbetonsturz in der Ansicht im Original Maßstab 1:50

Bild 2.4.1 Balken auf 2 Stützen

Lernsituation 1: Stahlbetontechnologie Erstellen Sie eine übersichtliche Darstellung (MindMap) zu dem Überbegriff Stahlbeton. Denken Sie an die geschichtliche Entwicklung dieses Baustoffes und berücksichtigen Sie bei ihren Recherchen die technologischen Eigenschaften bezüglich Druck- und Zugspannungen, Wärmedehnzahlen, Werkstoffkennwerten beider Verbundstoffe Beton und Stahl. Lernsituation 2: Herstellen einer Schalung Für den Betonbalken fertigen Sie eine systemlose Brettschalung aus Holz an. Erklären und zeichnen Sie, aus welchen Bestandteilen diese Schalung besteht und welche Aufgaben diese Bestand-

118

2 Bauausführung

teile haben. Stellen Sie übersichtlich heraus, welche Anforderungen an diese Schalung gestellt werden. Entwerfen Sie einen Bauablaufplan zur Erstellung der Schalung. Entscheiden Sie, welche Hölzer Sie einsetzen. Fertigen Sie eine Holzliste an. Zeichnen Sie für die Projektaufgabe die Schalungskonstruktion in einem geeigneten Maßstab auf ein DIN-A4-Zeichenblatt.

2

Lernsituation 3: Bewehrung Machen Sie sich vertraut mit den technologischen Grundlagen der Bewehrungsführung. Erklären Sie, welche Aufgaben die einzelnen Bewehrungsteile haben. Wählen Sie für den Betonbalken den Betonstahl nach Durchmesser, Menge und Einbaulage und geben Sie seine normgerechte Bezeichnung an. Zeichnen Sie in einem geeigneten Maßstab den notwendigen Bewehrungsplan und erstellen Sie die Stahlliste. Der Arbeitsablauf beim Bewehrungseinbau ist in tabellarischer Form mit allen notwendigen Details anzufertigen. Erklären und beschreiben Sie die einzelnen Arbeitsschritte detailliert. Lernsituation 4: Betoneinbau Machen Sie sich vertraut mit den Besonderheiten bei den Betonierarbeiten des Balkens. Planen Sie den Arbeitsablauf. Berechnen Sie die zu bestellende Menge an Beton und denken Sie an das Verdichtungsmaß. Erklären Sie, worauf beim Einbau und der Verdichtung des Frischbetons zu achten ist. Wählen und begründen Sie geeignete Verdichtungsmaßnahmen. Was versteht man unter Nachbehandlung des Betons und welche geeigneten Maßnahmen ergreifen Sie? Lernsituation 5: Arbeitsablauf Für die gesamte Maßnahme erstellen Sie stichwortartig den Arbeitsablauf. Lernsituation 6: Kriterienkatalog Erstellen Sie einen Kriterienkatalog zur Bewertung/Beurteilung der Arbeitsergebnisse.

2.4.1 Bautechnische Grundlagen Was ist Stahlbeton? Unter diesem Baustoff versteht man den konstruktiven Verbund zweier Baustoffe, Beton und Stahl, die sich durch ihre technologischen und physikalischen Eigenschaften in bautechnischer Hinsicht sehr gut ergänzen. Man spricht hier von dem Verbund aus Beton uns Bewehrungsstahl. Durch den Verbund beider Materialien können Bauteile, die durch Zugkräfte und Druckkräfte belastet werden, ausreichend tragfähig konstruiert und gestaltet werden. Ganz kurz gesagt nimmt der Beton die Druckkräfte, die Bewehrung im Beton die Zugkräfte auf. Die Voraussetzungen für das Zusammenwirken des Verbundbaustoffes Stahlbeton sowie die Grundlagen der Bewehrungsführung finden Sie in Kapitel 3.8. Beton und vor allem Stahlbeton ist heute ein vielseitiger Baustoff, der vor allem im Hoch- und Tiefbau Anwendung findet. Brücken, Straßen, Türme, Hochhäuser, Stützmauern, Fundamente, Treppen, Decken, Pfeiler, Stürze über Öffnungen sind prägende Beispiele der Beton- und Stahlbetontechnologie der heutigen Zeit (Abbildung 2.4.2).

2.4 Herstellen eines Stahlbetonbauteils

119

2

Bild 2.4.2 Stahlbetonbauteile

2.4.2 Planung und konstruktive Besonderheiten Dort, wo sich in Wänden größere Öffnungen befinden (Fenster, Türen) und größere Spannweiten zu überbrücken sind, müssen die Lasten der aufgehenden Wände, Lasten darüber liegender Decken und Lasten von Dächern durch den Sturz über der Öffnung aufgenommen und über seine beiseitigen Auflager in die Wände weitergeleitet werden. Am Beispiel des Fenstersturzes aus Stahlbeton kann dieses verdeutlicht werden (Abbildung 2.4.1.) Vereinfacht kann man ihn als Balken auf zwei Auflagerstützen betrachten. Zur Planung gehören Kenntnisse der Statik (siehe Kap. Bauphysikalische Grundlagen; Gleichgewicht der Kräfte, Spannungszustand). Der Statiker berechnet anhand der auftreffenden Lasten auf

120

2

2 Bauausführung

den Fenstersturz und der Spannweite dessen Querschnitt, die Größe und die Lage der Bewehrung sowie die erforderliche Festigkeit des einzubringenden Betons. Entsprechend dieser Berechnungen und Konstruktionszeichnungen wird unser Bauteil vor Ort auf der Baustelle für dieses Bauprojekt (in der Regel Werkfertigung bei einer Vielzahl von Gleichteilen; vgl. einer Serienproduktion) hergestellt. Der hier einzubauende Sturz weist an seiner Außenseite eine Dämmung auf. Diese kann aus Styrodur, Polystyrolschaumplatten oder anderen geeigneten Materialien ausgeführt werden. Hierfür ist die geringe Wärmedämmfähigkeit des dichten Betons verantwortlich. Bedingt durch seine hohe Rohdichte (Tab. Betonrohdichten) und seine sehr geringe Anzahl an wärmedämmenden Luftporen kann die warme Innenluft ohne großen Widerstand durch das Bauteil nach außen gelangen. Dies führt zu hohen Wärmeverlusten im Winter und in der Folge zu einem vermehrten und unnötigen Einsatz fossiler Brennstoffe sowie zur möglichen Schimmelbildung aufgrund von Wärme- bzw. Kältebrücken. Die an der Grenzschicht zwischen warmer Luft von innen und kalter Luft von außen einzubauende Wärmedämmung hindert die warme Innenluft nach außen zu gelangen. Beton ist unter gestalterischen Gesichtspunkten ein vielfältiger Baustoff, der mittels Schalung in jede erdenkliche Form gebracht werden kann und immer, gleich welcher Form, große Lasten übertragen kann. Übungen 1. Erklären Sie, weshalb Beton und Stahl zusammen als Stahlbeton in der Bautechnik eingesetzt werden kann. 2. Vergleichen Sie in geeigneten Tabellenbüchern oder im Internet die Wärmedehnzahlen von Stahl und Beton, erarbeiten und erklären Sie die Zusammenhänge. 3. Welche Kräfte nehmen die beiden Werkstoffe auf?

2.4.3 Schalungsbau Zur Herstellung des Stahlbetonsturzes auf der Baustelle (Ortbetonbauweise) ist eine Hilfskonstruktion, meist aus Holz, notwendig, die dem frischen Beton die gewünschte und maßgenaue Form sowie das endgültige Aussehen nach der Erhärtung des Betons gibt. Diese Umhüllung des Baukörpers nennt man Schalung. Sie ist ein Hilfsmittel, deren Herstellung Sorgfalt erfordert, sie muss auf das jeweilige Bauteil abgestimmt und angefertigt werden. Neben den Tür- und Fensterstürzen werden an einem Haus in der Regel Schalungen benötigt für Fundamente, Pfeiler, Decken und Wände aus Stahlbeton. Schalungen erfüllen bis zur Erhärtung des Betons auch eine wichtige statische Funktion. Ein m3 Beton entspricht etwa 2300 kg Masse, die die Schalung aufnehmen muss, ohne dass die Konstruktion versagt. Erst nach der Betonerhärtung und nach dem Ausschalen des Bauteils ist es möglich, dieses zu belasten. Anforderung an Schalungen Der eingebrachte Beton übt seitlich auf die Schalung einen Druck aus, er nimmt von der Betonoberkante zur Tiefe hin zu. Bei niedrigen Bauteilen (Balken) ist der seitliche Druck relativ klein. Je höher ein Bauteil (Pfeiler, Wand) ist, desto größer wird der seitliche Druck auf die Schalung im unteren Bereich der Schalung. Abbildung 2.4.3 verdeutlicht den Zusammenhang.

121

2.4 Herstellen eines Stahlbetonbauteils

2

Bild 2.4.3 Betondruckzunahme mit der Tiefe

Neben dem Schalungsdruck muss die Schalungskonstruktion Lasten und Erschütterungen standhalten, die während der Betonier- und Verdichtungsarbeiten einwirken. Sie entstehen durch das Einbringen des Betons, durch Änderungen der Schüttgeschwindigkeit, durch Verlagerung der Schütteinrichtung, durch Schwingungen der Innenrüttler, durch Arbeiter, die den eingebrachten Beton verteilen und verdichten. Sind Schalungen formstabil und in ihrer Lage unverschieblich hergestellt, gelten die an sie gestellten Anforderungen als erfüllt. Schalungsarten Vorgefertigte Schalungselemente sind heute in vielen Bereichen Stand der Technik. Man spricht hier von Systemschalungen, die die herkömmliche Schalungstechnik ablöst, zeigt Abbildung 2.4.4. Trotzdem findet man vor allem auf kleineren Baustellen und kleineren individuellen Bauteilen die herkömmliche Brettschalung. Im direkten Vergleich weisen herkömmliche Schalungen Nachteile auf: sie sind handwerklich zeit- und personalaufwendig herzustellen, ein Großteil des eingesetzten Holzmaterials ist nur einmalig zu gebrauchen, da es auf die für Bedürfnisse dieses Bauteil ausgelegt ist.

Bild 2.4.4 Systemschalungen

122

2

2 Bauausführung

Herkömmliche Brettschalungen bestehen aus Bohlen, Brettern und Kanthölzern, die durch zimmermannsmäßige Verbindungen passgenau auf die Bauteilabmessungen auf der Baustelle hergestellt werden. Systemschalungen sind industriell vorgefertigte Elemente, deren einzelnes Zusammenfügen unendlich viele Einsatzmöglichkeiten im Schalungsbau ermöglichen. Die Verbindungsteile sind lösbar und immer wieder verwendbar. Daher sind Systemschalungen schnell einsetzbar, rasch wieder in seine Einzelteile zerlegt und wieder einsetzbar. Elemente der Brettschalung Die Brettschalung in Abbildung 2.4.5 besteht allgemein aus einer Schalhaut, dem Schalungsträger, den Schalungsstützen sowie einer Vielzahl an Verbindungsmitteln.

Bild 2.4.5 Brettschalung in perspekt. Darstellung

123

2.4 Herstellen eines Stahlbetonbauteils

Schalhaut Die Schalhaut wird unmittelbar vom Frischbeton berührt, sie gibt dem Frischbeton die Form und dem Festbeton die Oberflächenbeschaffenheit. Je nach Anforderungen an die Betonoberfläche sind verschiedene Materialien für die Schalhaut einsetzbar. Um eine besonders glatte Oberfläche oder eine besondere Struktur zu erlangen (z. B. Matrize für eine gleichmäßige Holzmaserung) finden Schalungskonstruktionen mit Kunststoffoberfläche Anwendung (Sichtbeton). Stahl eignet sich ebenfalls und kann sehr gut vorgefertigt werden. Auf Holz- oder Stahlrahmen werden Stahlbleche in einer Dicke von ca. 1 ... 4 mm befestigt. Am häufigsten findet sich auf der Baustelle Holz als Schalhautmaterial, da Holz sehr einfach bearbeitbar und kostengünstig ist. Allen Schalhautmaterialien gemein sind die Anforderungen, die an sie gestellt werden. Sie müssen maßgenau herstellbar sein. Der Frischbeton darf nicht durch die Schalhaut hindurchtreten, sie muss dicht sein. Beim Ausschalen muss gewährleistet werden, dass keinerlei Schalungsreste mit dem Beton verbunden sind (vgl. Kap. 2.4.7, Trennmittel). Die Schalbretter aus Holz sind in der Regel aus Nadelhölzern (Tanne, Fichte) hergestellt. Deren Oberfläche kann je nach Verwendungszweck sägerau belassen werden oder auch gehobelt eingesetzt werden. Sägeraue Bretter lassen sich allerdings schlechter ausschalen, die Betonoberfläche weist die Struktur des Holzes auf. Gehobelte Bretter ermöglichen eine sehr glatte Betonoberfläche und lassen sich gut ausschalen. Allerdings sind diese Bretter in der Anschaffung teurer. Schalungsträger Schalungsträger dienen dazu, auf die Schalhaut einwirkende Kräfte (Eigenlasten der Konstruktion, Masse des Betons) verformungsfrei aufzunehmen. Die Ausführungen der Schalungsträger sind vielfältig, die gebräuchlichsten Ausführungen bestehen aus Kanthölzern sowie Holzträgern, die entweder als Vollwand- (Abb. 2.4.6) oder Fachwerkträger (Abb. 2.4.7) ausgeführt sind. Seltener anzutreffen sind Schalungsträger aus Metall.

Bild 2.4.6 Vollwand-Schalungsträger

Bild 2.4.7 Fachwerk-Schalungsträger

Vollwand- und Fachwerkträger können bei geringem Eigengewicht sehr hohe Kräfte aufnehmen und sind daher sehr leicht zu handhaben, sind aber relativ teuer in der Anschaffung, dafür aber bei etwas Pflege sehr lange haltbar. Abmessungen: Prinzipiell gibt es Holzträger in beliebigen Längen. Transportmöglichkeiten und die Handhabung auf der Baustelle begrenzen aber die Lieferlängen. Je nach Hersteller variieren die Höhen der Träger zwischen ca. 20 und 40 cm.

2

124

2

2 Bauausführung

Schalungsstützen Heute sind Schalungsstützen in der Regel als Stahlrohrstützen aus Metall ausgeführt. Diese Konstruktionsweise ist einfach auf verschiedene unterschiedliche Höhen einstellbar bzw. ausziehbar (mittels Gewindeschrauben und Stellmuttern), sehr schnell ein- und ausbaubar sowie langlebig, daher wirtschaftlich (Abbildung 2.4.8). Um beim Einbau der Stützen Standsicherheit zu gewährleisten, können je nach Hersteller montierbare oder ausklappbare Stative verwendet werden oder sog. Verschwertungsklammern (Aussteifen) zwischen den einzelnen Stützen eingebaut werden.

Bild 2.4.8 Schalungsstützen

Bild 2.4.9 Schalungsunterkonstruktion

Eine verschiebesichere Aufnahme und somit eine sichere Abtragung von Lasten der Unterkonstruktion der Schalung (Abbildung 2.4.9) wird gewährleistet durch – eine nagelbare Kopfplatte – eine Kreuzgabel – eine Kopfgabel (Abbildung 2.4.10).

125

2.4 Herstellen eines Stahlbetonbauteils

Vollwandträger

2

Jochholz Stahlstütze Bild 2.4.10 Schalungsunterkonstruktionen

Verbindungsmittel Alle Schalungsteile müssen so miteinander verbunden sein, dass sie während des Betonierens, Verdichtens und Erhärtens nicht ihre Lage verändern und ihre festgelegte Form behalten. Bei der Balkenschalung werden heute zunehmend zur Verspannung der Seitenschalung Spannschlösser eingesetzt, diese Konstruktion kann den seitlichen Druck auf die Schalung vorzüglich aufnehmen (Abbildung 2.4.11).

Schraubverschluss

Abstandhalter

Keilverschluss

Unterlagsplatte Ankerstab UnterstützungsKonstruktion Schalungsbretter bzw. a) Schalungsplatten Zug

Hüllrohr als Abstandhalter

Keil 20 mm) ist ein Unterbau mit Gipsplattenstreifen erforderlich (Bild 2.6.16c). Auf diese werden dann die Gipsplatten aufgeklebt. Das Ansetzen der Platten erfolgt zu zweit. Die Platten werden angehoben, an die Wand gedrückt und mit einem Richtscheit ausgerichtet (Bild 2.6.17). Beim Anbringen an die Wand ist darauf zu achten, dass die Platten einen Abstand von ca. 10 mm vom Boden haben sollen. Dies wird sichergestellt durch untergelegte Plattenstücke. Dies ist erforderlich, um punktuelle Belastungen der Platten durch Bodenunebenheiten auszuschließen.

Bild 2.6.16 Befestigung von Gipsplatten: a) mit Batzen aus Ansetzgips, b) im Dünnbettverfahren, c) mit Gipsplattenstreifen

190

2 Bauausführung

2

Bild 2.6.17 Versetzen der Gipsplatten: a) Ansetzen, b) Ausrichten

Alternativ können die Gipsplatten auch auf einer Unterkonstruktion aus Dachlatten oder Metallprofilen an der Wand befestigt werden. Wir sprechen dann von „Vorsatzschalen“. Die Vorsatzschale (Bild 2.6.18) erhält eine einseitige Beplankung mit Gipsplatten. Zur Verbesserung des Wärmeschutzes können die Räume zwischen der Unterkonstruktion mit Dämmstoffen ausgefüllt werden. Eine zweilagige Beplankung – es werden zwei Lagen Gipsplatten übereinander angebracht – verbessert den Schallschutz der Wandkonstruktion.

Bild 2.6.18 Vorsatzschale

Mit Gipsplatten können auch Dachschrägen und Decken verkleidet werden. Auch hier können sowohl Dachlatten wie auch Metallprofile als Unterkonstruktion zur Anwendung kommen (Bild 2.6.19).

Bild 2.6.19 Gipsplatten auf Metallprofilen in einer Dachschräge

Übungen: 1. Was versteht man unter Wandtrockenputz? 2. Welche Vorteile hat der Wandtrockenputzes gegenüber dem Nassputz? 3. Nach welchen Verfahren können die Gipsplatten an der Wand befestigt werden? 4. Beschreiben Sie den Arbeitsablauf zur Herstellung von Wandtrockenputz. Der Ansetzgips wird batzenförmig aufgetragen. 5. Was versteht man unter einer Vorsatzschale?

2.6 Beschichten und Bekleiden eines Baukörpers

6. Zeichnen Sie einen Schnitt durch eine Wand mit Wandtrockenputz. Der Ansetzgips wurde batzenförmig aufgetragen. Deuten Sie die Wand nur an. Maßstab 2 : 1. Benennen, schraffieren und bemaßen Sie normgerecht. 7. Zeichnen Sie einen Schnitt durch eine Wand mit einer Vorsatzschale. Die Gipsplatten - doppelte Beplankung - sind auf einer Holzlattung 30/50 befestigt. Deuten Sie die Wand nur an. Maßstab 1 : 1. Benennen, schraffieren und bemaßen Sie normgerecht. 8. Wie viel m2 Gipsplatten werden für den Wandtrockenputz nach Bild 2.6.20 benötigt? 9. Die Außenwände (alle 36,5er Wände) der dargestellten Räumlichkeiten nach Bild 2.6.21 sollen eine Vorsatzschale erhalten. Die Konstruktion erfolgt auf Metallprofilen. Erstellen Sie dazu eine Materialliste. Die notwendigen Materialmengen pro m2 entnehmen Sie bitte den Herstellerprospekten.

Bild 2.6.20 Wohnraum

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2

192

2 Bauausführung

2

Bild 2.6.21 Eigentumswohnung

2.6.3 Estriche DIN 18560 fordert für alle Estrichkonstruktionen: „Ein Estrich muss in jeder Schicht in Dicke, Rohdichte und mechanischen Eigenschaften möglichst gleichmäßig sein und eine ebene Oberfläche aufweisen“. Ausführung eines Zementestrichs Die Herstellung eines Estrichs kann in folgende Schritte gegliedert werden: – Vorbereitende Arbeiten – Unterbau – Einbau des Estrichs – Nachbehandeln Vorbereitende Maßnahmen. Um der Norm gerecht zu werden, ist es wichtig, zuerst die Beschaffenheit des Untergrunds zu prüfen. Der Untergrund muss eben (siehe Ebenheitstoleranzen nach DIN 18202), sauber und fest sein. Unebenheiten, wie z. B. punktuelle bzw. flächige Erhöhungen müssen so weit dies möglich ist, beseitigt werden. Ansonsten ist ein Ausgleichsestrich bzw. eine Ausgleichsschüttung vorzusehen. Der Untergrund muss natürlich staubfrei und von Rückständen vorhergehender Arbeiten frei sein. Notfalls muss durch Strahlen, Fräsen oder mit einem Hochdruckreiniger die verunreinigte Stelle bis auf den sauberen Betongrund gereinigt werden. Gerade beim Verbundestrich ist darauf zu achten, dass die Oberfläche tragfähig und fest ist. Sind Absandungen festzustellen, sind die schadhaften Flächen zu korrigieren.

193

2.6 Beschichten und Bekleiden eines Baukörpers

Zu den vorbereitenden Arbeiten gehört auch das Anbringen eines Meterrisses. Dies geschieht mit einer Schlauchwaage oder einfacher mit einem Baulaser. Von dieser Höhenmarkierung aus, wird dann die vorgesehene Estrichhöhe eingemessen. Vorhandene Bauwerksfugen sollten an den Wänden markiert werden. So lassen sich diese nach dem Einbau des Estrichs problemlos auffinden. Jetzt gilt es auch schon an die Nachbehandlung zu denken. Zum Schutz gegen Sonneneinstrahlung sollten die Fenster abgehangen werden. Einbauten sind durch Abkleben mit Folie zu schützen. Unterbau Verbundestrich: Um eine optimale Verbindung zum Untergrund herstellen zu können, empfiehlt es sich grundsätzlich eine Haftbrücke aufzubringen.. Dabei sind die Herstellervorschriften die auf dem Gebinde abgedruckt sind, unbedingt zu beachten. Nach dem Ablauf der Standzeit kann dann der Estrich eingebracht werden. Estrich auf Trennschicht: Als erstens ist der Randdämmstreifen lückenfrei zu verlegen und zu befestigen. Dies geschieht durch Nageln, besser Kleben. Die Höhe des Randdämmstreifens ist so zu wählen, dass er um einige Zentimeter über die Fertighöhe des Estrichs hinausragt. Als nächstes erfolgt das Verlegen der Trennschicht. Diese überdeckt auch den Randdämmstreifen. Die Überlappung der einzelnen Bahnen beträgt mind. 100 mm. Die Folien müssen faltenfrei verlegt werden, da sonst möglicherweise Risse infolge Querschnittsveränderungen im Estrich entstehen können. Bei Fließestrich sind die Überlappungen zur Vermeidung gegen Aufschwimmen und Verrutschen abzukleben, besser zu verschweißen. Bei verschweißbaren Abdichtungen gelten die besonderen Vorschriften der Produkthersteller. Estrich auf Dämmschicht: Auch hier wird zunächst der Randdämmstreifen eingebaut. Besondere Sorgfalt ist im Eckbereich erforderlich. Dort dürfen sich keine Hohlräume (Ausrundungen) bilden. Der Randstreifen muss um einige Zentimeter über die vorgesehene Estrichfertighöhe hinaus ragen (Bild 2.6.22). Sonst besteht die Gefahr, dass beim Herstellen des Estrichs oder beim Verlegen der Fliesen durch Estrichmörtel bzw. Fliesenkleber Schallbrücken entstehen. Der überstehende Teil wird nach dem Verlegen und Ausfugen der Fliesen bündig abgeschnitten. Danach erfolgt der Einbau der Dämmung. Dabei ist auf lückenlose Verlegung zu achten. Zu empfehlen ist die zweilagige, fugenüberlappende Verlegung. Die Dämmung muss press an die Randdämmstreifen herangeführt werden. Es folgt das Auslegen der Folie, wie oben beschrieben. Aufgabe der Folie ist es, das Eindringen von Feuchtigkeit in die Dämmschicht zu verhindern. Dadurch würde deren Dämmwirkung verschlechtert und möglicherweise Schallbrücken entstehen. Wird Fließestrich hergestellt, ist auf eine unbedingte Dichtigkeit der Folienüberlappung zu achten. Zur Höhenfixierung sind Nivellierböckchen (Bild 2.6.23) aufzustellen und einzumessen.

Bild 2.6.22

Ausbildung des Randstreifens

Bild 2.6.23

Nivellierböckchen zur Höhenbestimmung

2

2 Bauausführung

194

2

Bild 2.6.24 Fließestrichsilo

Bild 2.6.25 Glättmaschine für Estrich

Einbau des Estrichs. Um die vorgesehene Estrichhöhe genau einzuhalten werden Lehren, auf denen später der Estrich abgezogen wird, eingebaut. Diese werden vom Meterriss aus herunter gemessen und mit der Wasserwaage einnivelliert. Danach kann der plastische Mörtel eingebracht werden. Der Estrichmörtel wird dabei durch Pumpen über Schläuche an Ort und Stelle befördert. Die Estrichmischung wird in einer Estrichmaschine zusammengemischt, wobei das Material (Zement, Gesteinskörnung, Zusätze) von Hand in die Maschine eingebracht wird. Alternativ bietet sich auch die Möglichkeit an, die Mischung aus einem Silo mit anhängender Mischeinrichtung vollautomatisch herzustellen (Bild 2.3.24). Der Estrich wird verdichtet (Stampfer, Rüttelbohle) und auf den Lehren abgezogen. Nach dem Abziehen können die Lehren entfernt und der frei werdende Raum verfüllt werden. Mit einem Reibebrett wird die Oberfläche abgerieben und anschließend geglättet. Das Glätten kann auch maschinell durchgeführt werden (Bild 2.6.25). Dies darf nicht dazu führen, dass dadurch eine Bindemittelanreicherung an der Estrichoberfläche erfolgt. Folge einer solchen wäre, die Bildung einer Sinterschicht (eine dünne, sehr harte Schicht), die sich später infolge unterschiedlicher Spannungen vom restlichen Estrich ablösen würde. Beim Herstellen von zementgebundenem Fließestrich ist zunächst die Verarbeitungskonsistenz einzustellen (Bild 2.6.26). Die Mischung wird über einen Schlauch an Ort und Stelle gepumpt und dort möglichst gleichmäßig verteilt. Es ist stets in Richtung der Folienüberlappung zu arbeiten (Bild 2.6.27). Um den Estrich zu entlüften und zu homogenisieren, wird er anschließend zweimal mit einer Schwabbelstange in senkrecht zueinander liegenden Richtungen durchgearbeitet (Bild 2.6.28). Häufigeres Schwabbeln führt zur Sedimentation des Mörtels.

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2.6 Beschichten und Bekleiden eines Baukörpers

2

Bild 2.6.26 Überprüfen der Estrichkonsistenz

Bild 2.6.27 Arbeitsrichtung beim Einbringen von Fließestrich

Bild 2.6.28 Schwabbelstange

Fugen. Nach der Begehbarkeit des Estrichs sind die notwendigen Scheinfugen herzustellen. Diese durchschneiden den Estrich höchstens bis zur Hälfte seiner Dicke. Es sind Sollbruchstellen die einer unkontrollierten Rissbildung vorbeugen. Vor dem Aufbringen des Schlussbelages werden diese mit Kunstharz oder ähnlichem verschlossen. Die Fugenanordnung ist dem Fugenplan zu entnehmen. Bewegungsfugen durchschneiden den Estrich im Ganzen. Sie ermöglichen es dem Estrich sich zu bewegen, also Spannungen aufzunehmen ohne dabei selbst zu reißen. Randfugen sind beispielsweise Bewegungsfugen. Nachbehandlung. Zementestriche müssen vor zu schnellem Feuchtigkeitsverlust geschützt werden. Deshalb ist der Estrich vor Zugluft und direkter Sonneneinstrahlung zu schützen. Die Fenster sollten in den ersten Tagen nach dem Einbringen des Estrichs geschlossen bleiben. So bleibt über

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2

2 Bauausführung

diese Zeit eine ausreichend hohe Luftfeuchtigkeit in den Räumen vorhanden. Falls Sonnenstrahlen unmittelbar auf den Estrich auftreffen können, sind die Fenster zu verdunkeln. Lokale Erwärmung und dadurch bedingte verstärkte Austrocknung führt zu Schwinden, Schüsseln und Rissbildung. Das vorzeitige Austrocknen des Estrichs kann auch durch das Aufsprühen eines Nachbehandlungsmittels verhindert werden. Auf der Oberfläche von Zementfließestrichen entsteht durch das Schwabbeln eine dünne Zementhaut. Diese Schicht ist durch Fegen, Bürsten oder Anschleifen zu beseitigen. Maßgebend sind allerdings die Angaben des Produktherstellers. Zementestriche sind i.d.R. nach 3 Tagen begehbar, nach 7 Tagen belastbar und nach 28 Tagen voll benutzbar. Übungen 1. Welche Forderungen stellt die DIN 18560 an Estriche? 2. Welche Maßnahmen gehören zu den vorbereitenden Arbeiten bei der Herstellung eines Estrichs? 3. Auf eine Stahlbetondecke soll zur besseren Verbindung mit dem aufzubringenden Verbundestrich eine Haftbrücke aufgetragen werden. Benennen Sie ein entsprechendes Produkt (konkrete Produktbezeichnung). Geben Sie dazu an: Verbrauch, Eigenschaften, Untergrundbeschaffenheit, Verarbeitungshinweise, Sicherheitshinweise, Entsorgung. 4. Beschreiben Sie für einen Estrich auf Dämmschicht die Vorgehensweise bei der Herstellung des Unterbaus. Welche Fehler sind bei der Ausführung immer wieder festzustellen? Zu welchen Problemen führen diese? 5. Welche Aufgaben haben die einzelnen Bestandteile des Unterbaus eines Estrichs auf Dämmschicht? 6. Beschreiben Sie die einzelnen Schritte bezüglich des Estrichseinbau: Herstellung der Mischung, Einbringverfahren, Einbau, Oberflächenbehandlung. 7. Zeichnen Sie in einem geeigneten Maßstab auf ein DIN-A4-Blatt den Wandanschluss eines Estrichs auf Dämmschicht. Vorgaben: Stahlbetondecke (nur andeuten), Randdämmstreifen, Dämmung 5 cm, Folie, Estrichdicke 8 cm. Benennen (genaue Angabe des Produktes), schraffieren und bemaßen Sie normgerecht. 8. Die Garage nach Bild 2.6.29 soll einen Verbundestrich erhalten. Berechnen Sie: a) die Estrichfläche in m2, b) die Estrichdicke an der Garagenrückwand (Dicke am Garagentor 30 mm), Gefälle 0,5 %, c) den Estrichbedarf in m3 und t. Berücksichtigen Sie für Verdichtung und Verlust 5 % Mehrbedarf, d) den Bedarf an Haftbrücke in Liter. 9. Der skizzierte Raum (Bild 2.6.30) soll einen Estrich auf Trennschicht erhalten. Berechnen Sie: a) den Bedarf an Folie (für die Überlappung und das Hochziehen im Bereich des Randdämmstreifens berücksichtigen Sie einen Mehrbedarf von 15 %), b) die erforderliche Menge an Estrich in m3 und t (Mehrbedarf für Verdichtung und Verlust 6 %), c) die erforderliche Länge Randdämmstreifen in m. 10. Für den dargestellten Erdgeschossgrundriss eines Wohnhauses (Bild 2.6.31) ist eine Materialliste für die Herstellung eines Estrichs auf Dämmschicht zu erstellen: Randdämmstreifen in m; Folie in m2; Dämmung in m2; Estrich in t (Dicke 7 cm).

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2.6 Beschichten und Bekleiden eines Baukörpers

2

Bild 2.6.29 Grundriss einer Garage

Bild 2.6.30 Grundriss eines Kellerraumes

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2 Bauausführung

9,47 365

2

24

4,26 1,51

1,51

1,24

2,47

1,26

99

1,26

365

365

2,615

365

4,51

5

2,74 6,135 3,01 365

5,865

13,855

2,00 1,89 1,37

1,51

24

25

15×17,5/28

1,51 1,26

1,40 1,45

24

2,25

3,635 3,855

90 1,

2,49

5,65

2,375 83 2,

95

1,26

1,51

2,49 1,01 2,07 2,49

67 2,

24

1,01

47 2,

12,49

83 2,

1,76

24

4,135

1,51 1,26

alle Innentüren 88 / 2,01 alle Schrägen 45°

625 24

5,15 1,375

3,01 2,01

99

2,76 365

365

365

24 51 1, 6 2 1, 99 1,

1,24

3,125

8,365

Bild 2.6.31 Erdgeschossgrundriss

2.6.4 Fliesenarbeiten Fliesenplan. Grundlage aller Fliesenarbeiten ist ein Fliesenplan. Das sorgfältige und bewusste Festlegen der Flieseneinteilung bestimmt das Erscheinungsbild der Arbeit maßgeblich. Neben allgemeinen Anforderungen an die geflieste Fläche, wie fluchtrecht, lotrecht, bündig, eben und an die Fugen, wie waagerecht, senkrecht, winklig, parallel, gleichmäßig, gilt auch, dass der Fliesen-

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2.6 Beschichten und Bekleiden eines Baukörpers

belag geometrischen Ansprüchen gerecht werden muss. Geometrie bedeutet hier vor allem, es wird Wert auf symmetrische Verlegung gelegt. Symmetrie bewirkt bei Menschen ein Gefühl der Harmonie und des Ausgleichs. Symmetrisch geflieste Wände haben an den beiden Wandenden gleich große Ausgleichstreifen. Asymmetrisch, und damit störend wirkt eine Fläche die nur auf der einen Wandseite einen Ausgleichstreifen aufweist (Bild 2.6.32). Auch die Größe der Ausgleichstreifen wirkt sich auf das Erscheinungsbild positiv oder negativ aus. Ausgleichstreifen kleiner als eine Fliesenhälfte werden als störend empfunden. Deshalb gilt, dass Ausgleichstreifen immer größer als die Hälfte einer Fliese sein sollen (Bild 2.6.33a). Bei Pfeilern, Vorlagen und Nischen ordnet man den Ausgleichsstreifen meist in der Mitte an (Bild 2.6.33b). Die Symmetrie lässt sich durch Ausmessen oder probierendes Auslegen erzielen.

Bild 2.6.32 Asymmetrisch geflieste Wandfläche

a) Bild 2.6.33

b)

c)

Symmetrisch geflieste Wandflächen: a) Symmetrieachse liegt in einer Stoßfuge, b) Symmetrieachse liegt ebenfalls in einer Stoßfuge, aber zu schmale Ausgleichsstreifen, c) Symmetrieachse liegt in der Fliesenmitte

Um eine Optimierung des Erscheinungsbildes zu erreichen, berücksichtigt der Fliesenplan auch die Einbindung von Armaturen. Diese sollten entweder in einem Fugenkreuz oder in der Fliesenmitte liegen. Verlegen von Wandfliesen. Vor dem Verlegen der Fliesen ist der Untergrund auf seine Eignung hin zu überprüfen. Dies geschieht, wie in Abschnitt 2.6.1 beschrieben. Danach wird die Wand entsprechend dem Fliesenplan eingeteilt (Meterriss, Symmetrieachse). Fliesen können im – Dünnbettverfahren und im – Dickbettverfahren verlegt werden. Dickbettverfahren. Bei dieser Arbeitsweise wird die Fliese in ein Mörtelbett aus Zementmörtel gelegt. Die Dicke des Mörtelbettes beträgt ca. 15 mm, mindestens aber 10 mm. Ein vorheriges Verputzen der zu fliesenden Wand ist nicht erforderlich. Bei Bedarf kann ein Spritzbewurf aufgebracht werden (gleichmäßigeres Saugverhalten, verbesserte Haftung). Die Verlegung muss vollflächig erfolgen. Hohlstellen dürfen nicht vorhanden sein. Die Mörtelmischung wird entweder selbst zusammen gestellt oder es wird Fertigmörtel verwendet. Das Mischungsverhältnis für selbst erstellten Mörtel beträgt 1:5. Zur Verwendung kommt Normzement CEM und gemischtkörnige Gesteinskörnung mit einer Korngröße bis zu 4 mm. Die Zementart richtet sich nach dem Anwendungsbereich. So wird CEM I wegen seines hohen Kalkgehaltes und der Gefahr von Aus-

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2

2 Bauausführung

blühungen nur im Innenbereich eingesetzt. Für den Außenbereich und für Beläge aus Natursteinen kann CEM II/A-P, CEM II/B-P oder auch CEM III/A bzw. CEM III/B zur Anwendung kommen. Diese Zemente haben einen geringen Kalkanteil und neigen nicht zu Ausblühungen. Der fertig angemischte Mörtel wird auf die Plattenrückseite aufgetragen. Die Fliese wird mit dem rückseitigen Mörtel schräg an die Wand angesetzt und angedrückt. Durch Anklopfen mit dem Stiel der Fliesenkelle auf die Fliese erfolgt das genaue Justieren und Ausrichten der Fliese sowie das Verdichten des Mörtelbettes. Darüber hinaus bewirkt das leichte Anklopfen auf die Fliese auch eine Bindemittelanreicherung auf der Fliesenrückseite. Die Verbindung der Fliese mit dem Mörtel wird dadurch optimiert. Überquellender Mörtel wird abgestrichen und entfernt. Werden saugfähige Fliesen verarbeitet, z. B. Steingut oder Irdengut, muss die Fliese vor dem Aufbringen des Mörtels kurz in Wasser eingetaucht werden. Dadurch wird verhindert, dass dem Mörtel allzu schnell das Wasser entzogen wird. Eine feste und innige Verbindung zwischen Mörtel und Fliese wäre sonst nicht möglich. Dünnbettverfahren. Die Verbindung zwischen Fliese und Wandfläche erfolgt mit: – hydraulisch erhärtendem Dünnbettmörtel – Dispersionsklebstoff (kunstharzgebunden) oder – Epoxidharzklebstoff. Die hydraulisch erhärtenden Dünnbettkleber bestehen aus Quarzsand und Zement. Dazu kommen Zusätze um bestimmte Eigenschaften (Wasserrückhaltevermögen, Elastizität, besseres Klebvermögen) zu erreichen. Die Erhärtung erfolgt hydraulisch (siehe Zemente). Sie sind wasser- und frostbeständig, starr bis flexibel (abhängig von der Menge der zugesetzten Kunststoffe). Sie können sowohl innen wie auch außen eingesetzt werden (Herstellerangaben beachten). Für Verklebungen auf Holz, Kunststoffen, Metallen und Fliesen sind sie nicht geeignet. Dispersionsklebstoffe enthalten Quarzsand, Gesteinsmehl und Polyvinylacetat oder Acrylharz. Das Abbinden erfolgt durch Wasserabgabe (da eine Dispersion vorliegt). Diese Kleber sind sehr haftfähig, flexibel, aber nur bedingt wasser- und frostbeständig (Herstellerangaben beachten). Verwendet werden sie im Innenbereich. Die Epoxidharzklebstoffe bestehen aus einem Epoxid- oder Polyurethanharz und einem Härter. Die Verklebung erfolgt durch chemische Vernetzung. Sie sind äußerst haftfähig, flexibel, wasser- und frostbeständig. Verwendet werden diese Kleber im Innen- und Außenbereich, insbesondere für chemisch beständige Verklebungen. Ansonsten für alle Untergründe. Grundlage für eine saubere Fliesenverlegung im Dünnbettverfahren ist ein absolut ebener Untergrund. Das heißt, die zu fliesende Wand muss zuvor verputzt werden. Um eine entsprechend gerade, wellenfreie Oberfläche zu erhalten, werden auf die Wand Putzlehren (Putzleisten, Bild 2.6.5) gesetzt, auf denen der Putz abgezogen wird. Die Putzoberfläche muss etwas angeraut sein, damit der Dünnbettmörtel optimal haften kann.

Bild 2.6.34 Fliesen in Dünnbettmörtel: a) Zahnspachtel, b) durchgekämmter Kleber

2.6 Beschichten und Bekleiden eines Baukörpers

Es werden drei verschiedene Verfahren unterschieden: – Floating-Verfahren: Der Klebemörtel wird auf den Fliesengrund aufgezogen. Mit einer Kelle wird der entsprechend den Herstellerangaben angemischte Kleber auf die Wand aufgezogen und mit einer Zahnspachtel (Bild 2.6.34a) durchgekämmt (Bild 2.6.34b). Dabei ist ein Anstellwinkel von 45° bis 60° einzuhalten. .Die Rillentiefe der Zahnspachtel richtet sich nach der Beschaffenheit der Fliesenrückseite (Verarbeitungsvorschriften des Kleberherstellers beachten). Die Fliesen werden anschließend in die noch frische Kleberschicht eingeschoben, justiert und kräftig angedrückt. Dieses Verfahren kommt sowohl bei Wand- wie auch bei Bodenfliesen zur Anwendung. – Buttering-Verfahren: Der Klebemörtel wird nur auf die Fliesenrückseite aufgetragen. Mit einer Kelle wird die benötigte Klebermenge auf die Fliesenrückseite aufgebracht und mit einer Zahnspachtel durchgekämmt. Dieses Verfahren kommt zur Anwendung bei schmalen Sockelfiesen, bei Fliesen deren Rückseite uneben ist sowie bei Flächen die schlecht zugänglich sind. – Floating-Buttering-Verfahren: Der Fliesenkleber wird sowohl auf die Wand wie auch auf die Fliesenrückseite aufgebracht. Sinn der Maßnahme ist es, eine hohlraumfreie und damit frostsichere Verlegung zu erreichen. Dieses Verfahren kommt in erster Linie im Außenbereich zur Anwendung, bei der Verklebung von Spaltplatten und Grobkeramik mit stark profilierter Rückseite und bei Natursteinplatten. Ausfugen. Das Ausfugen der Fliesen kann erst vorgenommen werden, nach dem der Kleber ausreichend ausgehärtet und überschüssiges Wasser verdunstet ist. Der Ausfugmörtel wird entsprechend den Angaben des Produktherstellers angemischt, mit einem Fuggummi auf die plattierte Fläche aufgebracht und unter leichtem Druck verstrichen. Überschüssiges Material wird entfernt. Nach dem der Fugmörtel etwas angezogen hat, erfolgt das erste Waschen. Der Fugmörtel wird dabei weiter verteilt und die Fugen vollständig gefüllt und geglättet. Danach wischt man die Fliesen mehrmals mit einem feuchten aber nicht nassen Schwamm ab. Das Fugenbild muss nun gleichmäßig ausgebildet, porenfrei und saubere und scharfe Kanten aufweisen. Nach dem Abtrocknen wird der verbliebene Bindemittelschleier mit einem weichen Lappen beseitigt (Bild 2.6.35).

Bild 2.6.35

Wandfliesen Verlegen von Bodenfliesen. Bei der Auswahl von Bodenfliesen ist deren besondere Beanspruchung zu berücksichtigen. Der Verschleiß glasierter Fliesen ist abhängig von der Frequentierung und der Sauberkeit der Schuhsohle. Dort wo viel Schmutz (Staub, Granulat, Tausalz etc.) über die Schuhsohle mit in die Wohn-, Arbeits- und Geschäftsräume eingebracht wird, werden Fliesen entsprechend stark beansprucht. Um die Belastung zu reduzieren, können Matten oder Schuhabstreifer hilfreich sein. In Wohnräumen sollte das Tragen von Straßenschuhen – und das schon aus

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2 Bauausführung

hygienischen Gründen – tabu sein. Um die für die vorliegende Belastung richtige Fliese auswählen zu können, gibt es die 5 Beanspruchungsgruppen nach DIN EN 154 (siehe Abschnitt 3.15). Bodenfliesen können auf einen Estrich im Dünnbettverfahren aber auch unmittelbar in den frischen Estrich verlegt werden. Das Dünnbettverfahren entspricht den unter Wandfliesen beschriebenen Verfahren. Beim Verlegen in den noch frischen und bereits eben abgezogenen Estrich muss zunächst eine Haftschicht hergestellt werden. Ein bloßes Auflegen der Fliesen auf den frischen Estrich ergibt keine ausreichende Haftung. Die Haftschicht kann gebildet werden: – durch Pudern mit Zement, – Aufbringen einer feinkörnigen Zementmörtelschlämme (MV 1:1), – Aufbringen einer Haftschlämme aus feinkörnigem Zementmörtel + Zugabe von hydraulischem Dünnbettmörtel. In diese Haftschicht werden dann die Fliesen eingelegt. Das Verfugen erfolgt wie bereits zuvor beschrieben.

Bild 2.6.36 Bodenbelag

Übungen 1. Begründen Sie die Erstellung eines Fliesenplanes. 2. Auf welche Aspekte ist bei der Erstellung eines Fliesenplanes zu achten? 3. Beschreiben Sie das Verlegen von Fliesen nach dem Dickbettverfahren. 4. Was bewirkt das Anklopfen der Fliese mit dem Kellenstiel? 5. Was würde geschehen, wenn saugfähige Fliesen vor dem Verlegen nicht kurz gewässert würden? 6. Fassen Sie tabellarisch Arten, Eigenschaften, Verwendung und Aushärtung der Dünnbettkleber zusammen. 7. Wie wird die Wand für das Verlegen von Fliesen im Dünnbettmörtel vorbereitet? 8. Beschreiben Sie die möglichen Verfahren zur Verlegung in Dünnbettmörtel. Geben Sie auch an, wann diese Verfahren jeweils zur Anwendung kommen. 9. Wie erfolgt das Ausfugen der Fliesen? 10. Durch welche Maßnahmen kann man die Beanspruchung von Bodenfliesen mindern? 11. Wie viel m2 Fliesen sind nach Bild 2.6.1 für den Flur, die Diele, den HWR und die Küche zu bestellen? Berücksichtigen Sie einen Verschnitt von 7 %. 12. Für das WC im Erdgeschoss unserer Projektaufgabe (Bild 2.6.1) sollen Sie einen Fliesenplan erstellen. Legen Sie die Fliesengrößen (Boden, Wand) selbst fest. Benennen Sie den Herstel-

2.6 Beschichten und Bekleiden eines Baukörpers

ler, geben Sie die Produktnummer, die Abriebklasse und die gewählte Farbe an. Die Lage der Sanitärarmaturen können Sie selbst bestimmen. 13. Wie viel m2 Boden- und Wandfliesen sind für das WC zu bestellen. Verschnitt 5 %. 14. Die Terrasse nach Bild 2.6.1 soll einen Fliesenbelag erhalten. Die Fliesengröße beträgt 30 × 30 cm (Koordinierungsmaß). a) Welche Fliesen sind für die Terrasse geeignet? Begründen Sie Ihre Auswahl. b) Wie viel m2 Fliesen sind zu bestellen? Verschnitt 4 %. c) Erstellen sie einen Fliesenplan. Machen Sie einen Alternativvorschlag.

2.6.5 Abdichtungen Bauwerke sind nach DIN 18195 waagerecht und senkrecht gegen Bodenfeuchtigkeit abzudichten. Die Begründung dieser Festlegung liegt darin, dass Bauteile durch eindringende Feuchtigkeit in ihren bauphysikalischen Eigenschaften verändert, zerstört und letztendlich dadurch auch die Tragfähigkeit des Gebäudes in Frage gestellt wird. Hinzu kommen gesundheitliche Beeinträchtigungen der Bewohner. Die DIN unterscheidet zwischen: – Abdichtungen gegen Bodenfeuchtigkeit – Abdichtungen gegen nicht drückendes Wasser – Abdichtungen gegen drückendes Wasser. Die hier beschriebenen Maßnahmen berücksichtigen Abdichtungen gegen Bodenfeuchtigkeit und nicht drückendes Wasser für unterkellerte Gebäude. Unterschieden wird dabei zwischen waagerechten und senkrechten Abdichtungen. Die waagerechten Abdichtungen verhindern das kapillare Aufsteigen von Feuchtigkeit, z. B. aus den Bereichen unterhalb der Bodenplatte oder auch im Spritzwasserbereich (Sockelbereich). Die senkrechten Sperrschichten verhindern das Eindringen von Feuchtigkeit in die erdberührten Außenwände. Bei unterkellerten Gebäuden sind zwei Sperrschichten einzubauen. Die untere etwa 10 cm über dem Kellerfußboden (Bild 2.6.37 a, praktischer jedoch besser gleich auf der Bodenplatte, wenn diese ganz abgedichtet wird), die obere ≥ 30 cm über der Erdgleiche (Bild 2.6.37 b). Die Unterseite der Kellerdecke muss dabei mindestens 5 cm über der oberen Sperrschicht liegen. Liegt diese Sperrschicht jedoch im Spritzwasserbereich, ist eine dritte waagerechte Sperrschicht oberhalb des Spritzwasserbereiches notwendig (Bild 2.6.38). Liegt nicht bindiger oder schwach bindiger Boden unter der Bodenplatte vor, genügt es im Allgemeinen eine ≥ 20 cm dicke kapillarbrechende Schicht einzubauen. Bei bindigem Boden empfiehlt es sich neben dem Einbau einer kapillarbrechenden Schicht die gesamte Bodenplatte abzudichten. Die bessere Lösung ist in jedem Fall, unabhängig von der vorhandenen Bodenart, die Bodenplatte vollflächig abzudichten. Die waagerechten Sperrschichten sind grundsätzlich und unbedingt mit den senkrechten Sperrschichten zu verbinden.

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2 Bauausführung

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Bild 2.6.37 Anordnung der Sperrschichten bei unterkellerten Gebäuden, wenn die Kellerdecke außerhalb des Spritzwasserbereiches liegt.

Bild 2.6.38 Anordnung der Sperrschichten bei unterkellerten Gebäuden, wenn die Kellerdecke im Spritzwasserbereich liegt.

Die senkrechten Sperrschichten haben die Aufgabe, die Kelleraußenwände vor dem Eindringen von einsickerndem Wasser aus Regen und Schnee, vor Schichtenwasser und Bodenfeuchtigkeit zu schützen. Die senkrechten Sperrmaßnahmen reichen von der Fundamentoberkante bis zur obersten waagerechten Sperrschicht. Dazu ist es zunächst erforderlich auf einen sauberen und festen Untergrund zu achten. Die Fugen müssen vollfugig ausgebildet sein. Relativ glattes Mauerwerk, wie z. B. Mauerwerk aus Kalksandsteinen, bedarf keiner weiteren Vorbereitung. Mauerwerk aus Betonsteinen wird wegen seiner rauen und porigen Oberfläche mit einem Zementputz überzogen. Auf diese Untergründe kann dann die Abdichtung aufgetragen werden. Üblicherweise geschieht dies heute mit Dickbeschichtungen (Abschnitt 3.12; Bild 2.6.39). Die Auftragsdicke richtet sich nach den Herstellerangaben. Im Übergang zum Fundament wird eine kleine Hohlkehle ausgebildet (Bild 2.6.40). So kann Wasser unmittelbar zur Drainage geleitet werden, ohne dass es sich in der Ecke anstaut. Vor die Sperrschicht werden Dränplatten gestellt. Es handelt sich dabei entweder um porige Baustoffe (Bild 2.6.41) oder um dichte Bahnen mit Noppenstruktur (Bild 2.6.42). Sie haben die Aufgabe anfallendes Wasser von der Wand fernzuhalten, dies unmittelbar zur Drainage zu leiten und die Abdichtung vor mechanischer Beschädigung zu schützen. Hat diese Schutzschicht auch wärmedämmende Aufgaben zu übernehmen, spricht man von Perimeterdämmung.

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2.6 Beschichten und Bekleiden eines Baukörpers

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Bild 2.6.39 Dickbeschichtung

Bild 2.6.40 Hohlkehlausbildung im Übergang von der Wand zum Fundament

Bild 2.6.41 Dränageplatte aus Polystyrol

a) Bild 2.6.42 Dränageplatte: a) Noppenbahn

b) b) im eingebauten Zustand

Als wichtige Ergänzung der Abdichtungsmaßnahmen ist es erforderlich, das anfallende Wasser möglichst rasch vom Gebäude wegzuleiten. Dies geschieht durch Dränagerohre (Bild 2.6.43), die als Ringleitung (Bild 2.6.44a) um das ganze Haus verlegt werden. Sie bestehen aus schlagzähem PVC-U und weisen eine Vielzahl von Schlitzen auf, durch die das Wasser in das Rohr eindringen kann. Damit Dränrohre nicht verschlammen, sind sie mit einer filterstabilen Kiesschicht oder mit einer filterstabilen Abdeckung der Kiespackung mit Polyestervlies zu umgeben. Filterstabil bedeutet, die Kiespackung darf sich im Laufe der Zeit nicht mit Feinstanteilen zusetzen. Die Rohre gibt es auch mit einer Umhüllung aus Kokosfasern. Drainagen müssen kontrollierbar und spülbar

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2 Bauausführung

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Bild 2.6.43 Dränagerohr

Bild 2.6.44 Ringdränage: a) Anordnung,

b) im eingebauten Zustand mit Prüf- und Spülschacht

Bild 2.6.45 Abdichtung eines unterkellerten Gebäudes

2.6 Beschichten und Bekleiden eines Baukörpers

sein. Deshalb ist bei jedem Richtungswechsel, z. B. an Gebäudeecken, ein Spül- und Kontrollschacht von ≥ 300 mm einzubauen (Bild 2.6.44 b). Die Ringleitung liegt neben dem Fundament und wird an den Regenwasserkanal angeschlossen. Um ein sicheres Abfließen des Wassers zu gewährleisten, sollte ein Mindestgefälle von 0,5 % eingehalten werden. Die Abläufe der Kellerlichtschächte werden unmittelbar mit dem Dränagerohr verbunden. Übungen: 1. Durch welche Maßnahmen wird das Eindringen von Bodenfeuchtigkeit in die Gebäudehülle verhindert? 2. Was versteht man unter einer kapillarbrechenden Schicht? Welche Materialien werden dafür verwendet? 3. Wo liegen bei einem nicht unterkellerten Gebäude die waagerechten Sperrschichten? 4. Wie kann ein nicht unterkellertes Gebäude im Bereich der Bodenplatte vor anstehender Bodenfeuchtigkeit geschützt werden? 5. Nennen Sie Materialien die für die waagerechten Abdichtungen zur Anwendung kommen. 6. Welchen Sinn macht es, über die kapillarbrechende Schicht eine PE-Folie zu verlegen? 7. Nennen Sie Möglichkeiten, wie der Sockelbereich gegen eindringende Feuchtigkeit geschützt werden kann. 8. Welche waagerechten Sperrschichten sind bei unterkellerten Gebäuden vorzusehen? 9. Was versteht man unter einer Dickbeschichtung? Welche gesundheitsrelevanten Maßnahmen sind bei der Verarbeitung von Dickbeschichtungen zu beachten? 10. Beim Verfüllen der Baugrube besteht die Gefahr, dass die Abdichtung beschädigt wird. Nennen Sie Möglichkeiten um dies zu vermeiden. Welche Materialien können dazu verwendet werden? 11. Beschreiben Sie die Funktion einer Ringdränage. 12. Zeichnen Sie den Schnitt durch eine Kelleraußenwand mit allen erforderlichen Abdichtungsmaßnahmen. Benennen Sie alle Teile. Machen Sie Materialempfehlungen. 13. Bild 2.6.46 zeigt einen Kellergeschossgrundriss. Ermitteln Sie: a) Wie viel m2 Bodenplatte sind abzudichten? Für die Überlappung rechnen Sie 5 % hinzu. b) Wie viel Meter waagerechte Sperrschichten sind einzubauen? Für die Überlappung rechnen Sie 3 % hinzu. c) Wie viel kg Dickbeschichtung müssen geliefert werden (Auftragsdicke 6 mm)? Die Dickbeschichtung wird bis zur Erdgleiche ausgeführt. d) Um wie viel cm liegt die Dränleitung in der unteren rechten Ecke tiefer als im Höchstpunkt oben links. Das Gefälle beträgt 0,5 %. e) Zeichnen Sie den Schnitt maßstabsgerecht und ergänzen Sie die Zeichnung mit den erforderlichen Maßnahmen für die Gebäudeabdichtung. Die Wände bestehen aus Mauerwerk, Betonsteine, 24 DF.

207

2

208

2 Bauausführung

2

Bild 2.6.46 Kellergeschossgrundriss

Projektaufgabe 2 Für das in den Abbildungen 2.6.47 dargestellte Ferienhaus sollen die Innen- und Außenputzarbeiten zur Ausführung kommen. Die Außenwände bestehen aus Porotonsteinen, die Innenwände aus Leichtbeton-Bauplatten. Die Geschossdecke ist eine Holz-Balkendecke. Die Decken sollen verkleidet, die Wände verputzt werden. Das Bad wird raumhoch gefliest. Bestimmen Sie: a) die Art der Deckenbekleidung, b) die Putzart für die einzelnen Räume (nur Erdgeschoss), c) die Putzart, Struktur und Farbe für den Außenputz. Benennen Sie dazu alle erforderlichen Materialien (normgerechte Bezeichnung). Begründen Sie Ihre Auswahl. Zeichnen Sie einen Schnitt durch die Decke und die Außenwand entsprechend der von Ihnen getroffenen Vorgaben. Benennen Sie alle Bestandteile und schraffieren Sie normgerecht.

2.6 Beschichten und Bekleiden eines Baukörpers

209

2

Bild 2.6.47a Ferienhaus, Grundriss und Schnitt

210

2 Bauausführung

2

Bild 2.6.47b Ferienhaus, Ansichten

2.6 Beschichten und Bekleiden eines Baukörpers

Ermitteln Sie für den Innen- und Außenputz die erforderlichen Mengen an Putzmörtel. Geben Sie an, wie viel Säcke des jeweiligen Putzes bestellt werden müssen (die notwendigen Informationen können Sie aus den Produktunterlagen der Hersteller entnehmen): a) Innenputz (nur Wohnraum, Küche und Schlafzimmer) b) Außenputz – Unterputz c) Außenputz – Oberputz Beschreiben Sie den Arbeitsablauf für die Herstellung der Deckenbekleidung. Projektaufgabe 3 Für das in den Abbildungen 2.6.47 dargestellte Ferienhaus sollen die Estrich- und Fliesenarbeiten zur Ausführung kommen. Die Außenwände bestehen aus Porotonsteinen, die Innenwände aus Leichtbeton-Bauplatten. Das Bad wird raumhoch gefliest. In der Küche, dem Flur und dem Bad werden Bodenfliesen verlegt. Bestimmen Sie: a) die Estrichart (Erdgeschoss, Kellergeschoss), b) die Fliesenarten und deren Verlegetechnik. Benennen Sie dazu alle erforderlichen Materialien (normgerechte Bezeichnung). Begründen Sie Ihre Auswahl. Zeichnen Sie einen Schnitt durch die Erdgeschossdecke mit dem Estrich, um den von Ihnen gewählten Aufbau zu verdeutlichen. Benennen Sie alle Bestandteile und schraffieren Sie normgerecht. Zeichnen Sie für die Außenwandseite den Fliesenplan. Ermitteln Sie: a) wie viel m2 Wand- und Bodenfliesen herzustellen sind. b) wie viel m2 Estrich im Erdgeschoss herzustellen sind. Beschreiben Sie den Arbeitsablauf für die Herstellung des Estrichs. Projektaufgabe 4 Für das in den Abbildungen 2.6.47 dargestellte Ferienhaus sollen die Abdichtungsmaßnahmen geplant werden. Die Erdgeschossaußenwände bestehen aus Porotonsteinen, die Kelleraußenwände aus großformatigen Kalksandsteinen (12 DF). Beim Boden handelt es sich um die Bodenklasse 3. Es liegt allgemeine Bodenfeuchtigkeit vor. Beschreiben Sie die fachgerechte Anordnung der Abdichtungsmaßnahmen gegen Bodenfeuchtigkeit. Bestimmen Sie dazu auch die erforderlichen Materialien. Fertigen Sie eine maßstabsgerechte Zeichnung an, die alle Abdichtungsmaßnahmen verdeutlichen. Benennen, bemaßen und schraffieren Sie normgerecht. Ermitteln Sie: Erstellen Sie für die Maßnahme eine komplette Materialliste. Darin erscheinen alle Materialien möglichst mit Produktbezeichnung des Herstellers oder die normgerechte Bezeichnung, die Berechnungsgröße, der Bedarf pro Einheit (m2, m ...), der Gesamtbedarf, die Menge in Verpackungseinheiten.

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2

212

2

2 Bauausführung

Bildquellennachweis – Bau Berufsgenossenschaften, 60389 Frankfurt am Main, 2008: Bilder 2.1.10 und 2.1.12 – Bau Berufsgenossenschaften 60389 Frankfurt am Main, 2007, Heft Hochbauarbeiten S. 8: Bild 2.2.25 – Knauf Gips KG, Iphofen: Bilder 2.6.8 und 2.6.9 – Metabowerke GmbH, 72602 Nürtingen: Bilder 2.5.32; 2.5.34; 2.5.38 – Potain, Manitowoc Crane Group, Ecully, France: Bild 2.1.9 – STIHL AG & Co. KG, 71336 Waiblingen: Bild 2.5.33

3 Baustoffe 3.1 Natürliche Steine Werden Bausteine aus denen in der Natur vorkommenden natürlichen Gesteinen gewonnen, sprechen wir von natürlichen Bausteinen. Um sie als Bausteine verwenden zu können, müssen diese in aller Regel noch bearbeitet werden. Beim Betrachten eines Natursteins stellen wir gleich fest, dass es sich nicht um ein homogenes Material handelt. Sie bestehen aus kristallisierten Verbindungen oder Gemischen. Diese natürlichen Verbindungen verschiedener Elemente bezeichnet man als Mineral. Ein Mineral ist jeder chemisch einheitliche, feste, natürlich entstandene Stoff. Mineralien sind die Grundlage unserer Natursteine. Wichtige, bei unseren natürlichen Gesteinen vorkommenden Mineralien sind: Quarz, Feldspat, Glimmer, Hornblende, Kalkspat, Dolomitspat, Gipsspat, Schwefelkies. Tabelle 3.1.1 nennt Mineralien mit ihren wichtigsten Merkmalen und Kennzeichen. Mineralien aus Verbindungen mit Silizium und Sauerstoff bilden ca. 9/10 der Gesteinsmassen. Zur Unterscheidung und Beschreibung der Gesteinsmerkmale haben sich die in Abb. 3.1.2 erläuterten Begriffe bewährt. Tabelle 3.1.1 Mineralien – Merkmale/Kennzeichen, Verwendung Mineral

Merkmale

Verwendung

Quarz (SiO2)

farblos-weißlich, glasglänzend mit dem Messer nicht ritzbar, säurebeständig; wetterbeständig

Kalksandsteine, Quarzsand für Beton/Mörtel, Glas,

Feldspat (Silikate)

trübweiß/gelblich/rötlich, glasglänzend, gut spaltbar, mit dem Messer kaum zu schaben, nicht wetterbeständig, verwittert zu Ton

Steingut, Steinzeug

Hornblende (MgSiO3)

dunkelgrün-schwarz, mit dem Messer nicht schab- aber ritzbar, wetterbeständig,

Glimmer (Silikat)

farblos oder schwarz, glänzend, in dünne Blättchen spaltbar, mit dem Messer leicht zu schaben, elastisch und biegsam

Wärmedämmstoff, Zusatz für Putze

Kalkspat (CaCO3)

farblos-schwach gefärbt, mit dem Messer leicht zu schaben, wetterbeständig, nicht säurebeständig (braust mit Salzsäure stark auf), gut spaltbar

Zementherstellung, Baukalke, Kalksandsteine

Dolomitspat (MgCO3)

weißlich, mit dem Messer schwer zu schaben, sonst wie Kalkspat

wie Kalkspat

Gipsspat (CaSO4 · 2H2O)

weiß-grau, auch rosa, mit Fingernagel ritzbar, nicht wetterbeständig, nicht säurebeständig

Baugipse, Zementherstellung, Gipskartonbauplatten

214

3 Baustoffe

Tabelle 3.1.2 Begriffe zur Beschreibung von Gesteinsmerkmalen

3

blasig dicht glasig oolithisch porphyrisch porig schiefrig sandsteinartig schlammartig trümmerartig

von kugeligen Hohlräumen durchsetzt Mineralien sind mit dem bloßen Auge nicht erkennbar Mineralien sind unter dem Mikroskop nicht erkennbar aus erbsengroßen Kügelchen zusammengesetzt in einer dichten Grundmasse befinden sich Einsprenglinge oder auch größere Kristalle von feinzelligen Hohlräumen durchsetzt Mineralien sind geschichtet angeordnet verkittetes Gefüge aus sandkorngroßen Gesteinstrümmern verkittetes Gefüge aus staubfeinen Gesteinstrümmern mindestens haselnussgroße Gesteinstrümmer sind von feinkörnigem Gestein verkittet (ähnlich Beton)

3.1.1 Entstehung und Einteilung der Natursteine Erstarrungsgesteine Ein Beispiel für die direkte Beobachtung der Gesteinsbildung sind Vulkanausbrüche. Magma glutflüssige Gesteinsschmelze – bricht aus der Erdrinde hervor. Zum Teil wird das Magma (auch Asche) herausgeschleudert, zum anderen Teil quillt es über den Kraterrand oder verbleibt im Krater (Abb.3.1.3). Je nach dem wie schnell das Magma abkühlt - und das ist bestimmend für die späteren Eigenschaften des Materials – unterscheiden wir: Tiefengesteine: Diese erstarren in den tieferen Bereichen des Kraters. Das Magma kühlt nur sehr langsam ab. Die Mineralien haben ausreichend lange Zeit vollständig zu kristallisieren und damit ein gleichmäßiges Gesteinsgefüge aufzubauen. Beispiele für solche Gesteine sind: Granit, Syenit, Diorit und Gabbro. Die Struktur von Granit zeigt Abb.3.1.4. Ganggesteine: Ein Teil des Magmas dringt in seitliche Gänge, Spalten und Risse ein. Es kühlt dort rasch ab. Dadurch verbleibt den Mineralien keine Zeit vollständig auszukristallisieren. Ganggesteine erkennt man an der dichten, glasigen Grundmasse in die Einsprenglinge eingebunden sind. Beispielhaft kann hier auf den Porphyr hingewiesen werden (Abb.3.1.5). Ergussgesteine: Der glühenden Gesteinsmasse (Lava) die über den Kraterrand quillt, verbleibt keine Zeit Kristalle auszubilden. Die Abkühlung schreitet zu schnell voran. Das erkaltete Gesteinsgefüge ist glasig bis dicht. Beispiele für solche Gesteine sind: Basalt, Diabas, Trachyt. Sind Gase eingeschlossen, bildet sich poriges Gestein aus (Basaltlava, Abb.3.1.6).

Bild 3.1.3 Entstehung der Erstarrungsgesteine

215

3.1 Natürliche Steine

3 Bild 3.1.4 Granit

Bild 3.1.5 Porphyr

Bild 3.1.6 Basaltlava

Auswurfgesteine: Diese bilden sich aus den herausgeschleuderten vulkanischen Aschen. Kennzeichen ist ihre blasige bis poröse Struktur und die sehr geringe Rohdichte. Beispiele: Bims und Tuff. Tabelle 3.1.7 nennt Erstarrungsgesteine, deren Farbe/Gefüge, Eigenschaften und Verwendung. Die Eigenschaften von Erstarrungsgesteinen sind im Wesentlichen geprägt von der Abkühlgeschwindigkeit der Ausgangsmasse.

216

3 Baustoffe

Tabelle 3.1.7 Erstarrungsgesteine: Farbe/Gefüge, Eigenschaften und Verwendung Erstarrungsgestein Granit (Feldspat, Quarz, Glimmer)

3

Farbe/Gefüge weißlich/grau, gelb-rötlich, gesprenkelt, körnig

Eigenschaften schwer, hart, dicht, druckfest, polierfähig, schwer zu bearbeiten wetterbeständig Syenit dunkelgrau bis schwarz, wie Granit, Feldspat mit viel Horn- körnig aber nicht so spröde, weiblende oder Augit cher, leichter zu bearbeiten Porphyr meist rötliche Grundmas- hart, dicht, druckfest, se mit hellen polierfähig, Einsprenglingen wetterbeständig Basalt blaugrau bis schwarz, schwer, hart, spröde, kaum feinsplittrige Bruchfläche zu bearbeiten, wetterbeständig, säurebeständig Bims hellgrau, schaumig, sehr leicht, rau, porös scharfkantig wärmedämmend

Verwendung Mauerwerk, Stufen, Randsteine, Natursteinpflaster, Zuschläge (Schotter/Splitt) wie Granit

wie Granit

Zyklopenmauerwerk, Ufermauern, Böschungen, Zuschläge (Schotter/Splitt) Mauersteine, Wärmedämmputze, Zuschlag für Leichtbeton

Ablagerungsgesteine (Sedimentgesteine) Infolge Verwitterung (Hitze, Frost, Wasser, Wind, Abb.3.1.8) werden die an der Eroberfläche befindlichen Gesteine zerstört (chemisch, mechanisch). Dabei werden die Mineralien zerkleinert (z. B. Quarz), umgewandelt (Glimmer, Feldspat) oder gehen in Lösung über (Gipsspat, Kalkspat). Es bildet sich aus den Überresten neues Gemenge. Feldspat und Glimmer bilden sich zu Ton; kommt Quarz dazu bildet sich Lehm. Die Verwitterungsprodukte werden je nach Größe durch Wind und Wasser unterschiedlich weit transportiert und abgelagert Diese lockeren Ablagerungen (lose Trümmergesteine wie Kies, Sand, Löß, Ton) werden im Laufe Zeit durch Überlagerungen verdichtet und verfestigt. Dort wo lose Trümmergesteine mit gelösten Mineralien (Gips, Kalk) zusammen kommen, erfolgt eine Verkittung. Wir sprechen von verkitteten Trümmergesteinen (klastische Gesteine) infolge chemischer Reaktion (Abb.3.1.9). Neben Gips und Kalk wirken als Bindemittel auch Kieselsäure, Eisen und Ton. Beispiele für solche Ablagerungsgesteine sind die verschiedenen Sandsteinarten (kieselig, tonig, kalkig, mergelig), Grauwacke, Konglomerate,

Bild 3.1.8 Verwitterung von Gesteinen

217

3.1 Natürliche Steine

Bild 3.1.9 Verkittetes Trümmergestein

Tonschiefer. Zu den Ablagerungsgesteinen gehören auch die Ausscheidungsgesteine. In großen Wassermassen (Meer, Seen) gelöste Mineralien (Gips, Kalk) werden infolge Übersättigung des Wassers (das Wasser verdunstet nach und nach) ausgeschieden (=Ausfällung) und am Meeresgrund abgelagert. So entstehen beispielsweise Kalkstein und Gipsstein (Abb.3.1.10). Bei Sedimenten pflanzlichen und tierischen Ursprungs – Muschelkalk, Kohle – handelt es sich um organogene Ablagerungsgesteine.

Bild 3.1.10 Entstehung von Gipsstein und Kalkstein

Tabelle 3.1.11 nennt Ablagerungsgesteine, deren Farbe/Gefüge, Eigenschaften und Verwendung. Die für uns bedeutsamen sind die Ausscheidungsgesteine und Trümmergesteine. Umwandlungsgesteine (metamorphe Gesteine) Tabelle 3.1.11 Ablagerungsgesteine: Farbe/Gefüge, Eigenschaften und Verwendung Ablagerungsgestein Farbe/Gefüge Sandstein Farbe vom Bindemittel abhängig: weiß-grau-gelbgrün-braun-rot, gebundene Quarzkörner Grauwacke grau, sandsteinartig, durch Bindemittel gebundene Mineralien und Gesteinstrümmer, dichtes Gefüge Tuffe weiß-gelb-grau, gleichmäßig körnig, auch porphyrisch, porös Kalkstein

Gipsstein

Eigenschaften sehr unterschiedliche Härten, mergelige meist minderwertig, kieselige wetterbeständig, gut bearbeitbar Eigenschaften vom Bindemittel abhängig, sehr hart, schwer zu bearbeiten

weich, bruchfest, gut bearbeitbar, wärmedämmend, wetterbeständig, nachträglich erhärtend weißlich-grau, rötlich-braun, braust mit Salzsäure auf, dichtes, feinkörniges Gefü- dicht und fest, polierbar, ge nicht feuerbeständig (CO2 entweicht) weiß-grau, rosa, kristallileicht zu bearbeiten, nicht nisch körnig, schön geadert wetterbeständig

Verwendung Mauerwerk, Platten und Stufen, Verblender Kleinpflaster, Schotter, Splitt, Randsteine Wärmedämmung, Bruchsteinmauern, Verkleidungen (Travertin) Mauerwerk, Kalk- und Zementherstellung Rohstoff für die Gipsherstellung

3

218

3

3 Baustoffe

Bei gebirgsbildenden Vorgängen werden die Gesteine gewaltigen Kräften und hohen Temperaturen ausgesetzt. Dabei werden die Gesteine unter extremem Druck und Hitze umgewandelt (umgeprägt). Die Gesteine werden ganz oder teilweise geschmolzen und kristallieren wieder. Dabei verändern sich die Mineralstruktur und das Gesteinsgefüge. Die Struktur ist überwiegend länglich bis plattig. Es entsteht eine schieferähnliche Schichtung. Umwandlungsgesteine werden deshalb auch als kristalline Schiefer bezeichnet. Die Umwandlung kann auch durch chemische Reaktion stattfinden. In Tabelle 3.1.12 sind einige Beispiele aufgeführt, aus welchen Gesteinen die verschiedenen Umwandlungsgesteine entstanden sind, sowie deren Eigenschaften und Verwendung. Abb.3.1.13 zeigt zusammenfassend Entstehung und Arten der Gesteine. Tabelle 3.1.12 Umwandlungsgesteine und deren Ausgangsgesteine Ausgangsgestein

Umwandlungsgestein

Granit Tonstein Kalkstein Sandstein Basalt

Gneis Tonschiefer Marmor Quarzit Bauxit

Bild 3.1.13 Natursteine – Entstehung

3.1.2 Eigenschaften und Verwendung der Natursteine Maßgebend für die Verwendung der Natursteine sind deren Eigenschaften. Wie schon im Vorhergehenden deutlich wurde, sind die Eigenschaften sehr unterschiedlich. Für die bautechnischen Erfordernisse sind folgende Punkte besonders aussagekräftig: Die Rohdichte beeinflusst die Wasseraufnahmefähigkeit, Frostbeständigkeit, Tragfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit.

219

3.1 Natürliche Steine

Hohe Rohdichte bedeutet: – geringe Wasseraufnahme und damit gut Frostbeständigkeit – hohe Tragfähigkeit (Druckfestigkeit) – schlechte Wärmedämmung Das Gefüge beeinflusst die Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Bearbeitbarkeit, Oberflächengestaltung. Poröses Gefüge bedeutet: – gute Wärmedämmung – geringe Festigkeit – nicht geeignet für Verkleidungen etc. Die Zusammensetzung beeinflusst die Härte, Witterungsbeständigkeit, Farbe, Säurebeständigkeit. Z. B. Granit: – hoher Quarzgehalt ist Gewähr für hohe Härte – je mehr Feldspat um so farbintensiver – mit zunehmendem Glimmeranteil verschlechtert sich die Verwitterungsbeständigkeit Die Härte beeinflusst die Tragfähigkeit, Verarbeitbarkeit, Abriebfestigkeit. Große Härte bedeutet: – gut belastbar – schlecht zu bearbeiten – hoher Abnutzungswiderstand (verschleißfest) Die Farbe beeinflusst ästhetische Gesichtspunkte; wichtig für die Raumgestaltung, Gestaltung von Fußgängerzonen aber auch als Zusatz für Putze. So vielfältig wie die Eigenschaften sind, so vielfältig sind auch die Einsatzgebiete der Natursteine. Tabelle 3.1.14 nennt einige Verwendungsbereiche und dafür geeignete Natursteine.

Tabelle 3.1.14 Verwendungsbereiche für Natursteine Verwendungsbereich

geeignete Natursteine

Kellermauerwerk

dichte Steine Granit, Syenit, Diorit, Basalt, Quarzit porige Steine Sandstein, Tuffstein, Porphyr, Grauwacke alle lagerhaft zu bearbeiteten Steine: Sandsteine, Kalksteine, Marmor

aufgehendes Mauerwerk Werksteine (das sind vom Steinmetz handwerksgerecht behauene Steine) Treppenstufen Bodenplatten Natursteinverkleidungen Pflaster

hohe Abriebfestigkeit: Granit, Gneis, Porphyr, Basaltlava, Sandstein, Marmor, Schiefer hohe Abriebfestigkeit: Jurakalk (Solnhofener Platten), Marmor, Wesersandstein, Schiefer unbedingt frostbeständig: Granit, Gneis, Marmor, Schiefer hohe Abriebfestigkeit, hoch belastbar: Granit, Syenit, Gabbro, Diorit, Grauwacke, Basalt

Randsteine (Bordsteine) Zuschlagstoffe

hoch belastbar: Granit, Basaltlava, Grauwacke, harte Sandsteine alle harten und mittelharten Gesteine: Granit, Syenit, Diorit, Gabbro, Porphyr, Basalt, Grauwacke

Künstliche Steine Bindemittel

Bims, Tuff, siehe auch Zuschlagstoffe Gipsstein, Kalkstein, Ton

3

220

3 Baustoffe

Fragen 1. 2. 3. 4.

3

5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

Was versteht man unter Mineralien? Nennen Sie wichtige Mineralien und deren Eigenschaften. Beschreiben Sie das Entstehen eines Vulkanausbruchs. Wodurch unterscheiden sich die Erstarrungsgesteine (Tiefengestein, Ganggestein, Ergussgestein, Auswurfgestein), hinsichtlich a) der Entstehung, b) der Struktur? Wovon sind die Eigenschaften der Erstarrungsgesteine im Wesentlichen abhängig? Wie entstehen Ablagerungsgesteine? Unterscheiden Sie zwischen losem Trümmergestein und verkittetem Trümmergestein. Beschreiben Sie die Entstehung von Gips- und Kalkstein. Beschreiben Sie die Entstehung von Umwandlungsgesteinen. Was ist kennzeichnend für die Struktur von Umwandlungsgesteinen? Beschreiben Sie den Unterschied zwischen Gneis und Granit. Inwiefern beeinflusst a) die Rohdichte die Frostbeständigkeit, b) ein poröses Gefüge die Wärmeleitfähigkeit, c) ein hoher Quarzanteil die Härte, d) große Härte die Verschleißfestigkeit von Natursteinen? Welche Eigenschaften sollen Natursteine aufweisen? Nennen Sie Verwendungsbereiche für Natursteine. Geben Sie beispielhaft mindestens zwei dafür geeignete Natursteine an. Welche Natursteine kommen in Ihrer Heimat vor? Für welche Zwecke werden diese verarbeitet? Wo in Ihrem persönlichen Umfeld (zu Hause, im Dorf, in der Stadt, an der Schule etc.) sind Natursteine verarbeitet worden?

3.2 Künstliche Steine 3.2.1 Arten, Maße, Formate Künstliche Bausteine werden aus natürlichen und/oder künstlichen Ausgangsstoffen hergestellt. Während die natürlichen Bausteine in ihren Eigenschaften nicht zu verändern sind, können die künstlichen Bausteine speziell auf bestimmte Anforderungen hin hergestellt werden. So kann die Festigkeit der Steine beliebig variiert werden, sie können auf die Anforderungen des Wärmeschutzes, des Schallschutzes oder des Brandschutzes hin, mit entsprechenden Eigenschaften versehen werden. Formen, Farben und Strukturen können problemlos angepasst werden. Die Einteilung der künstlichen Bausteine erfolgt grundsätzlich in zwei Gruppen, die gebrannten und die ungebrannten künstlichen Bausteine. In Tabelle 3.2.1 sind entsprechend dieser Gliederung die dazugehörigen genormten künstlichen Bausteine aufgelistet. Tabelle 3.2.1 Übersicht über die genormten künstlichen Bausteine Gebrannte Bausteine aus Ton und Lehm erhalten ihre Festigkeit durch Brennen Mauerziegel Klinker

Ungebrannte Bausteine aus mineralischen Zuschlägen, + hydraulischen Bindemitten, + eventuell Zusätze Festigkeit durch chemische und/oder physikalische Reaktion Kalksandstein Hüttenstein Leichtbetonstein Betonstein Porenbetonstein

221

3.2 Künstliche Steine

Tabelle 3.2.2 Ermittlung der Steinlänge, -breite und -höhe

Steinlänge Steinbreite Steinhöhe

Baunormzahl in cm 25 25/2 25/3 25/4

– – – – –

Fuge in cm 1 1 1,23 1,05

= = = = =

Steinmaß in cm 24 11,5 7,1 5,2

Tabelle 3.2.3 Steinformate und deren Kurzzeichen

Durch die Maßordnung im Hochbau (DIN 4172) sind die Abmessungen der künstlichen Bausteine erfasst. Infolge der Rationalisierung im Mauerwerksbau wurde bereits im Jahr 1871 der Reichsformatstein definiert (12 cm × 12 cm × 6,5 cm). Das heutige Ausgangsformat entwickelte sich aus den Baunormzahlen, es ist das DF (Dünnformat) mit den Abmessungen 240 × 115 × 52 (Länge/ Breite/Höhe in mm). Die Mauersteine sind so bemessen, dass ihre Maße im Verband den Baunormzahlen entsprechen. Dabei sind die Fugen und Toleranzen zu berücksichtigen. So ergeben sich, beispielhaft in Tabelle 3.2.2 dargestellt, die Steinlänge, Steinbreite und Steinhöhe. Das ist die Ausgangsgröße für alle anderen weiteren Formate. In diesen Abmessungen ist der Fugenanteil bereits berücksichtigt. Tabelle 3.2.3 zeigt übliche Formate mit ihren Abmessungen. Die Zahlen vor der Formatbezeichnung geben nicht das vielfache Formatvolumen an, sondern wie viele Steine vom Format DF notwendig sind, um das gleiche Mauerwerksvolumen herzustellen (Abbildung 3.2.4).

DF

DF

DF

DF

DF

DF

DF

DF

Bild 3.2.4 Vergleich 8 DF-Stein mit 8 DF-Steinen mit Fugen

3

222

3

3 Baustoffe

Die Formate können gegliedert werden in kleinformatige, mittelformatige und großformatige Steine (Abbildung 3.2.3). Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit (Zeitersparnis) und Qualitätsverbesserung (Reduzierung des Fugenanteils) werden großformatige Steine bevorzugt vermauert. Aus Gründen der Rationalisierung (Arbeiten mit Versetzgeräten) ist man bei diesen Formaten immer mehr davon abgekommen, die früher übliche Stoßfuge (Abbildung 3.2.5 a, b) zu erstellen. Grundsätzlich werden unterschieden: – Steine mit Knirschvermauerung (Abbildung 3.2.5 c) haben an den Stirnseiten Mörteltaschen, die mit Mörtel verfüllt werden. Dies bedingt, dass die Steine gegenüber dem Ausgangsformat ca. 5 mm länger sein müssen. – Steine mit Nut- und Federsystem (Abbildung 3.2.5 d, e) haben an den Stirnseiten eine Verzahnung. Die Steine werden press aneinander gestoßen, eine Vermörtelung erfolgt nicht. Deshalb müssen diese Steine gegenüber dem Ausgangsformat ca. 7-9 mm länger sein. – Plansteine für Dünnmörtelverlegung Die Steine werden nicht mehr mit üblichem Mauermörtel vermauert, sondern mit einem speziellen, sehr feinkörnigen Kleber miteinander verbunden. Die Steine sind 9 mm größer zu bemessen wie das Ausgangsformat.

Bild 3.2.5 Fugenausbildungen: a) mit herkömmlich vermörtelter Stoßfuge, b) mit 2 stirnseitigen Nuten (Griffhilfen) und je 2 Mörtelrandstreifen als Stoßfuge c) mit 1 Stirnseitennut als Mörteltasche, die Steine werden knirsch aneinander gestoßen d) mit einfacher Nut-Feder-Verbindung als mörtelfreie Stoßfuge e) mit mehrfacher Nut-Feder-Verbindung (Labyrinthverzahnung als unvermörtelte Stoßfuge)

Die genormten Steinmaße sind so gewählt, dass sich Steine unterschiedlicher Formate miteinander kombinieren lassen. Abbildung 3.2.6 verdeutlicht den Zusammenhang der Formate. Mauersteine werden entsprechend der EN 771 nach ihrer Druckfestigkeit in zwei Kategorien eingeteilt: – Kategorie I umfasst Mauersteine mit einer vom Hersteller angegebenen Druckfestigkeit. Die Wahrscheinlichkeit des Nichterreichens dieser Festigkeit darf nicht über 5 % liegen. – Kategorie II sind die Mauersteine zugeordnet, die das Vertrauensniveau der Kategorie I nicht erreichen

3.2 Künstliche Steine

223

Bild 3.2.6 Zusammenhang der Steinhöhenmaße, Vorzugsgrößen schraffiert

Fragen 1. Welche Vorteile haben künstliche Steine gegenüber den natürlichen Steinen? 2. Beschreiben Sie die Möglichkeiten der Stoßfugenausbildung. Welche Folgen hat dies für die Steinabmessungen? 3. Welche Formate werden als kleinformatige, als mittelformatige und als großformatige bezeichnet? 4. Nennen Sie die Abmessungen für die genannten Formate: DF – NF – 2 DF – 10 DF – 16 DF – 24 DF 5. Welche Vorteile haben großformatige Steine gegenüber kleinformatigen? 6. Wie lassen sich die unterschiedlichen Formate miteinander kombinieren? 7. EN 771 unterteilt Mauersteine in zwei Kategorien. Erklären Sie die Zuordnung.

3.2.2 Der Mauerziegel Ausgangsmaterial zur Herstellung von Mauerziegeln und Klinkern sind ausgesuchte Tone und Lehme. Bei der Herstellung von hochwärmedämmenden Ziegeln ist eine zusätzliche Porosierung notwendig. Dies wird erreicht durch die Zugabe von Sägemehl. Sollen Keramikklinker hergestellt werden, ist besonders hochwertiger, dicht brennender Ton erforderlich. Ton und Lehm werden im Übertagebau abgebaut, in das Ziegelwerk transportiert und dort aufbereitet. Das heißt, es müssen unerwünschte Bestandteile – z. B. Kalkteilchen, Salze – entfernt bzw. neutralisiert werden. Die Ausgangsmassen werden im Kollergang und Walzwerk zerkleinert, in festgelegten Verhältnissen vermischt, befeuchtet und bis zur endgültigen Verarbeitung zwischengelagert. In dieser Zeit kann das Rohmaterial homogenisieren. Zu fettes Gemenge wird mit mineralischem Zuschlagstoff gemagert. Die so aufbereitete Rohmasse wird Vakuumstrangpressen zugeführt und dort durch Entlüften verdichtet. Eine Schnecke transportiert das steifplastische Gemenge zum Pressenausgang. Dort befindet sich ein Kerneinsatz (das Mundstück), durch dessen spezielle Lochanordnung der geformte Strang aus der Presse tritt und seine vorgesehene Form erhält. Ein Abschneider teilt den Strang in die gewünschten Formate. Der so hergestellte Rohling ist ca. 7–10 % größer als das Steinendmaß, da beim nachfolgenden Trocknen und Brennen die Ziegelmasse schwindet (schrumpft). Um ein zu schnelles Austrocknen zu vermeiden, werden die Rohlinge in Trockenkammern je nach Format und Rohdichte 1 bis 3 Tage bei Temperaturen bis zu 100°C vorgetrocknet. Es wird ihnen ein Teil des Wassers entzogen. Die sich auf feuerbeständigen Wagen befindlichen Rohlinge durchfahren nach dem Vortrocknen den bis zu 200 m langen Tunnelofen. Dort werden sie bei Temperaturen von ca. 1000° innerhalb von 30 bis 45 Stunden gebrannt. Der Tunnelofen ist gegliedert in eine Vorwärmzone, die eigentliche Brennzone und die Abkühlzone. Damit soll verhindert werden, dass die Rohlinge bzw. die gebrannten Ziegel schockartig erhitzt bzw. abgekühlt werden, was unweigerlich infolge hoher Spannungen zu Rissen führen würde. Werden Klinker hergestellt, müssen diese beim Brennen die Sintergrenze1) erreichen. 1)

Sintern: Wenn die Rohlinge auf über 1400°C erhitzt werden, beginnen die Kristalle zu erweichen und an den Berührungsflächen zusammenzuschmelzen. Dadurch verringert sich der Porenraum, der Scherben wird dicht und erreicht eine sehr hohe Festigkeit. Aus diesem Grunde sind Klinker sehr frostbeständig.

3

224

3 Baustoffe

Nach dem keramischen Brand liegt der Ziegel in seinem endgültigen Nutzungszustand vor. Das Brennen bewirkt, dass das Hydratwasser vollständig ausgetrieben wird und eine wasserbeständige Verbindung aus Aluminiumoxid und Siliciumoxid (Al203 · 2Si02) entsteht. Die typisch rote Farbe des Ziegels ergibt sich während des Brennvorgangs. Dort wird das im Ton enthaltene braune Eisenhydroxid Fe(OH)2 in Eisenoxid Fe2O3 umgewandelt. Bei gelben Ziegeln überwiegt der kalkreiche Tonmergel. Abbildung 3.2.7 zeigt in einer Übersicht den Herstellungsablauf.

3

Bild 3.2.7

Herstellungsablauf der Mauerziegel Nach der Brutto-Trockenrohdichte (das ist die Ziegelrohdichte des trockenen Ziegels mit Lochungen und Poren) unterscheidet EN 771-1 zwei Gruppen von Ziegeln: – LD-Ziegel sind Mauerziegel mit niedriger Brutto-Trockenrohdichte (≤ 1000 kg/m3) für die Verwendung in geschütztem Mauerwerk. Unter geschütztem Mauerwerk versteht man Mauerwerk, das gegen eindringendes Wasser geschützt ist. Es gibt die Rohdichteklassen: 0,6 – 0,7 – 0, 8 – 0,9 – 1,0. – HD-Ziegel sind Mauerziegel für ungeschütztes Mauerwerk, sowie Mauerziegel mit hoher Brutto-Trockenrohdichte (> 1000 kg/m3) für die Verwendung in geschütztem Mauerwerk. Es gibt die Rohdichteklassen: 1,2 – 1,4 – 1,6 – 1,8 – 2,0 – 2,2 – 2,4. Die Ziegelarten können eingeteilt werden in Vollziegel (Mz), Hochlochziegel (Hlz), und Langlochziegel (Llz). Die DIN unterscheidet dabei unterschiedliche Lochungsarten (Tabelle 3.2.9). Vollziegel (Mz) sind HD-Ziegel, sie können ungelocht (Abbildung 3.2.8) oder gelocht hergestellt werden. Bei gelochten Vollziegeln sind die Lochungen senkrecht zur Lagerfläche angeordnet. Der Lochanteil bezogen auf die Lagerfläche beträgt max. 15%. Vollziegel können für alle tragenden und nichttragenden Innen- und Außenwände eingesetzt werden.

Bild 3.2.8

Vollziegel

225

3.2 Künstliche Steine

Tabelle 3.2.9 Lochungsarten Ziegelart

HD-Ziegel

LD-Ziegel

Planziegel

Lochungsart – A B C A B C W WDz – A B

Gesamtlochquerschnitt in % der Lagerfläche ≤ 15 > 15 und ≤ 50 > 15 und ≤ 50 ≤ 50 > 15 und ≤ 55 > 15 und ≤ 55 > 15 und ≤ 50 ≤ 55 ≤ 50 ≤ 15 > 15 und ≤ 52 > 15 und ≤ 52

Einzellochquerschnitt 2 in cm ≤6 ≤ 2,5 ≤6 ≤ 16 ≤ 2,5 ≤6 ≤ 16 ≤6 ≤6 ≤6 ≤6 ≤6

Grifflöcher/ Mörteltasche

Die Gesamtfläche der etwaigen Grifflöcher und Mörteltaschen darf max. 12,5 % der Lagerfläche betragen, der Querschnitt des einzelnen Griffloches max. 50 cm2.

Hochlochziegel (Hlz) sind LD- oder HD-Ziegel, sie werden mit unterschiedlichen Lochungen und Lochformen (Abbildung 3.2.10) angeboten. Es gibt sie in den Lochungsarten A, B, C und W.

Bild 3.2.10

Hochlochziegel Leichthochziegel (Hlz) sind LD- oder HD-Ziegel, mit einer Rohdichte von 0,55 bis max. 1,0 kg/dm3 (Abbildung 3.2.11). Sie werden unter Zusatz von Porenbildnern, die in die Rohmasse eingearbeitet werden, gebrannt. Beim Brennen verflüchtigen sich diese Zusätze, zurück bleibt eine Vielzahl von Mikroporen (Abbildung 3.2.12). Als Leichthochlochziegel W sind sie hochwärmedämmend und vor allem für Außenwände geeignet. Die Anzahl der Lochreihen ist für diese Ziegelart nach DIN V 105-100, Tabelle 2 festgelegt.

Bild 3.2.11 Leichthochlochziegel

Bild 3.2.12 Mikroporen bei einem Leichthochlochziegel

Leichtlanglochziegel (LLz) (Abbildung 3.2.13) sind LD-Ziegel die vorzugsweise für tragende und nichttragende Innenwände verwendet. Es sind meist großformatige Steine mit einem Lochanteil > 15 % bezogen auf die Querschnittsfläche.

3

226

3 Baustoffe

3

Bild 3.2.13 Leichtlanglochziegel: a) für teilvermörtelte Stoßfugen, b) für unvermörtelte Stoßfugen

Vormauerziegel (VHlz, VMz) sind HD-Ziegel die eine hohe Dichtigkeit aufweisen. Sie sind frostbeständig und deshalb geeignet für zweischaliges Mauerwerk als Sichtmauerwerk. Klinker (KHLz, KMz) sind an der Oberfläche gesinterte HD-Ziegel deren Wasseraufnahmefähigkeit auf unter 7% herabgesetzt ist. Sie gelten deshalb als frostbeständig und hochdruckfest (Mindestdruckfestigkeit 28 N/mm2). Hochfeste Ziegel und Klinker müssen mind. die Druckfestigkeitsklasse 36 N/mm2 aufweisen. Verwendet werden Klinker für hochbelastete Pfeiler sowie Sichtmauerwerk. Keramikklinker (KHK, KK) sind HD-Ziegel. Sie werden aus sehr hochwertigen Tonen hergestellt. Ihre Wasseraufnahmefähigkeit liegt bis etwa 6%. Sie sind besonders widerstandsfähig gegen aggressive Stoffe (säure- und laugenbeständig) und mechanische Beanspruchungen. Zusätzliche Anforderungen sind: hohe Oberflächen-Ritzhärte, Farb- und Lichtbeständigkeit, eine Läufer- und eine Kopfseite muss rissfrei sein. Keramikklinker haben eine Druckfestigkeit von mind. 60 N/mm2. Mauertafelziegel (HLzT) sind Ziegel, die für die Herstellung von Mauertafeln nach DIN 1053 T4 verwendet werden (bewehrtes Mauerwerk). Die Steinlängen der Mauertafelziegel betragen 247, 297, 373 oder 495 mm. Wärmedämmziegel sind LD-Ziegel mit der Lochungsart WDz, mit erhöhten Anforderungen an die Wärmedämmung. Formziegel weichen von der üblichen Quaderform ab. Sie werden für spezielle Anwendungen (schiefwinklige Mauerecken, gemauerte Sohlbänke, Zierschichten etc.) hergestellt. Handformziegel sind HD-Ziegel mit einer unregelmäßigen Oberfläche. Sie werden speziell für Sichtmauerwerk hergestellt. Formziegel und Handformziegel haben keine Kurzzeichen. Füllziegel (Bild 3.2.14) weisen eine besondere Lochung auf, die mit Beton oder Mörtel verfüllt werden.

Bild 3.2.14 Füllziegel (Schallschutzziegel)

227

3.2 Künstliche Steine

Planziegel weisen eine besonders hohe Maßhaltigkeit hinsichtlich der Steinhöhe auf. Es gibt diese als Planvollziegel (PMz) und als Planhochlochziegel (PHLz) in der Lochung A und B. Sperrschicht Ziegel sind Mauerziegel, die, im Verband in zwei Schichten mit wasserabweisendem Mörtel vermauert, aufsteigender Feuchtigkeit widerstehen. Neben den hier aufgeführten Ziegelprodukten gibt es eine Vielzahl weiterer: Deckenziegel, Tonhohlplatten (Hourdis), Dachziegel, Formziegel für Abdeckungen, vorgehängte Fassaden, Radialziegel, Dränrohre, Flachstürze etc. Eigenschaften der Ziegel und Klinker: – frei von gesundheitsschädlichen Substanzen – feuerbeständig – wärmespeichernd – gut/hoch wärmedämmend (Hochlochziegel, Leichtziegel) – gut wasserdampfdurchlässig (nicht Klinker) – säure- und laugenbeständig – gut druckfest (Klinker hochdruckfest) – recycelbar (als Zuschlag) – frostbeständig (Klinker) – nicht saugend (Klinker) Tabelle 3.2.15 a Kurzzeichen der Mauerziegel Kurzzeichen Mz HLz VMz VHLz KMz KHLz KK KHK

Benennung Vollziegel Hochlochziegel Vormauer-Vollziegel Vormauer-Hochlochziegel Vollklinker Hochlochklinker Keramikvollklinker Keramikhochlochklinker

Tabelle 3.2.15 b Maße von HD und LD-Ziegeln Länge in mm

Breite in mm Höhe in mm LD-Ziegel 90 115 175 52 145 347 71 175 307 113 240 372 155 300 432 175 365 497 238 425 490 HD-Ziegel 90 90 115 115 145 145 52 175 175 71 240 240 113 300 300 155 365 365 175 425 425 238 490 490 Ziegel dürfen auch in den Breiten 60/70/80/100/150/200/225/250//275 mm und den Längen 190/210/290/390 mm hergestellt werden.

3

228

3 Baustoffe

Bei der Güteüberwachung wird die Qualität des Produkts stichprobenartig untersucht. Abbildung 3.2.16 zeigt Beispiele für mögliche Ziegelfehler und deren Überprüfung. Überprüft wird auch die Qualität und Zusammensetzung der Rohstoffe und die zugesagten Eigenschaften des Endprodukts (Wärmedämmung, Schalldämmung, Frostbeständigkeit, Druckfestigkeit ...). Zur Unterscheidung der Druckfestigkeit ist jeder 200. Stein, bei Ziegeln ≥ 10 DF jeder 50. Stein farblich gekennzeichnet. Dies erleichtert an der Baustelle die Kontrolle, die richtige Zuordnung und Verwendung (Abbildung 3.2.17).

3

Tabelle 3.2.16 Ziegelfehler und deren Überprüfung Fehler unzulässige Maßabweichung Formfehler Risse

Überprüfung Sichtprobe Messen Sichtprobe Klangprobe (heller Klang! O.K) Sichtprobe Sichtprobe Bruchprobe mit Sichtprobe

Absprengungen Salzausblühungen ungleichmäßiges Gefüge

Tabelle 3.2.17 a Druckfestigkeitsklassen von Mauerziegeln und deren Farbkennzeichnung Druckfestigkeitsklasse1)

farbliche Kennzeichnung

4 6 8 10 12 16 20 28 36 48 60

blau rot

1) 2)

2) 2)

ohne 2)

gelb braun 1 violetter Streifen zwei schwarze Streifen zwei schwarze Streifen entspricht jeweils N/mm2 Kennzeichnung erfolgt durch Aufstempelung der Druckfestigkeitsklasse in schwarzer Farbe

Tabelle 3.2.17 b Rohdichteklassen von Mauerziegeln Rohdichteklasse entspricht kg/dm3

Ziegelart

0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4

LD-Ziegel HD-Ziegel Wärmedämmziegel

– – ×

× – ×

– – ×

× – ×

– – ×

× – ×

– – ×

× – ×

– – ×

× – ×

– × –

– × –

– × –

– × –

– × –

– × –

– × –

Die normgerechte Kurzbezeichnung für einen Mauerziegel, mit der Druckfestigkeit 12 N/mm2, der Rohdichte 1,8 kg/dm3 im Normalformat (240 × 115 × 71) erfolgt so: Ziegel DIN 105 – Mz 12 – 1,8 – NF Ein Hochlochziegel mit der Lochung A, der Druckfestigkeitsklasse 6 N/mm2, der Rohdichte 0,7 kg/dm3 im 10 DF-Format (240 × 300 × 238), für 30er Mauerwerk wird so dargestellt: Ziegel DIN 105 – HlzA 6 – 0,7 – 10 DF (300)

3.2 Künstliche Steine

229

Fragen 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

Aus welchen Rohstoffen werden Mauerziegel und Klinker hergestellt? Beschreiben Sie die Herstellung des Mauerziegels. Warum müssen die Rohlinge vorgetrocknet werden? Was versteht man unter der Sintergrenze? Wie kommt es, dass die einen Ziegel rot sind, andere gelb? Für welches Mauerwerk werden vorzugsweise Leichthochlochziegel verwendet? Begründen Sie Ihre Aussage. Nennen Sie Eigenschaften und Verwendungsbereiche des Mauerziegels. Nennen Sie Eigenschaften und Verwendungsbereiche der Klinkerarten. Worin bestehen die Unterschiede zwischen Klinker, Ziegel und Leichthochziegel hinsichtlich Herstellung, Festigkeit, Rohdichte und bauphysikalischem Verhalten? Wie kann auf der Baustelle die Qualität eines Mauerziegels überprüft werden? Worauf beruht die unterschiedliche Rohdichte zwischen Klinker und Leichthochlochziegel? Warum ist ein Klinker, nicht aber der übliche Mauerziegel (Mz) frostbeständig? Beschreiben Sie den Unterschied zwischen LD- und HD-Ziegeln. Benennen Sie die Ziegelarten mit den Kurzbezeichnungen: Mz; VMz; HLz; LLz; VHLz; KMz; KK; KHK; KHLz Erklären Sie die Kurzzeichen (Benennung, Einheiten, Abmessungen): a) Ziegel DIN 105-Mz 12-1,8-2DF; b) Ziegel DIN 105-HLzW 6-0,7-15DF(300); c) Ziegel DIN 105-KK 60-2,2-NF Um welche Formate handelt es bei den Abbildungen: 3.2.10; 3.2.11; 3.2.13?

3.2.3 Kalksandsteine Ausgangsmaterial für die Herstellung von Kalksandsteinen ist Branntkalk (CaO) und Quarzsand mit hohem Kieselsäuregehalt (Silikatsand). Beide Komponenten werden in einem Mischungsverhältnis von 1:12 bis 1:15 in einem Mischer zusammengeführt (eventuell Zugabe von Zusätzen und Farbstoffen) und unter Wasserzugabe intensiv gemischt. Dabei löscht der Kalk vollständig ab. Der Kalk reagiert mit dem zugesetzten Wasser zu Kalkhydrat (Ca(OH)2). Bei dieser Reaktion wird Wärme freigesetzt, es entstehen Temperaturen bis zu 80 °C. Dieser Vorgang dauert ca. 45 Minuten. Über Förderbänder wird das Gemisch in eine Form eingebracht und mit hydraulischen Pressen verdichtet. Damit erhalten die Steine ihre endgültige Form und die gewünschten Abmessungen, das Material schwindet nicht mehr. Bei Temperaturen von ca. 200 °C werden die Rohlinge unter Dampfdruck in Dampf-Härtekesseln (Autoklaven) gehärtet. Der Vorgang dauert etwa 4–6 Stunden. Das Härten unter Dampfdruck bewirkt, dass die einzelnen Sandkörner miteinander verkittet werden, es entsteht eine chemische Verbindung: Calcium-Silikat-Hydrat (Abbildung 3.2.18).

3

230

3 Baustoffe

3

a)

b) Bild 3.2.18 Herstellung von Kalksandsteinen: a) Stationen der KS-Herstellung, b) Produktionsschema

231

3.2 Künstliche Steine

Steinarten (Abbildung 3.2.19).

a)

b)

KS-Vollstein (KS) (Abbildung 3.2.19 a): Lochanteil bis zu 15 % der Lagerfläche möglich; ohne Nut- und Federsystem; Formate: DF, NF, 2DF, 3DF, 5DF; ab 3DF mit Griffhilfen. Kalksandvollsteine können für alle tragenden und nichttragenden Innen- und Außenwände verwendet werden.

KS-Lochsteine (KS L)(Abbildung 3.2.19 b):Lochanteil 15 % bis 50 % der Lagerfläche; ohne Nut- und Federsystem; Formate 2DF, 3DF, 5DF; ab 3DF mit Griffhilfen, geeignet für alle Wandarten KS-Blocksteine (KS): Lochanteil >15% der Lagerfläche; Formate 4DF, 10DF, 16DF, mit Griffhilfen.

c)

d)

KS-Hohlblocksteine (KS L) (Abbildung 3.2.19 c): Lochanteil 15% bis 50 % der Lagerfläche, KS L: ohne Nut- und Federsystem, Formate: 10DF, 12DF KS L-R: mit Nut- und Federsystem, Formate:6DF-16DF Blocksteine und Hohlblocksteine sind geeignet für alle tragenden und nichttragenden Innen- und Außenwände.

KS-Bauplatten (KS P) (Abbildung 3.2.19 d) werden angeboten als Voll-, Loch-, Block- und Hohlblockstein. Aufgrund ihrer erhöhten Ebenheit der Lagerflächen und der Steinhöhe können sie mit Dünnbettmörtel verklebt werden.

e)

f)

KS-Planelemente: (Abbildung 3.2.19 e) Lochanteil bis zu 15 % der Lagerfläche möglich; komplette Bausätze; ohne Bindung an ein Rastermaß, Standardgröße 998 × 449 × 115-300. Sie können wie Plansteine mit Dünnbettmörtel verklebt werden. Die Planelemente gibt es in den Ausführungen: – ohne Längsnut und ohne Lochung (KS XL), – mit Längsnut und ohne Lochung (KS XL-N), – ohne Längsnut mit Lochung (KS XL E).

KS-Bauplatte (KS RP): (Abbildung 3.2.19 f) für nichttragende Innenwände, mit einem umlaufendem Nut-FederSystem

3

232

3 Baustoffe

3

g)

h)

i)

j)

k)

Bild 3.2.19 Steinarten: a-k KS-Sonderformate: (Flachstürze, U-Schalen, Installationssteine, Ecksteine (Abbildungen 3.2.19 g – j), Fasensteine, Schallschlucksteine Neben den genannten Steinarten bietet die Kalksandsteinindustrie eine Vielzahl weiterer Produkte an: KS-Yali: Wärmedämmstein, für Außenwände KS-Quadro (3.2.19 k): Systemsteine (1/1 – 3/4 – 1/2), ermöglichen Maßketten im 12,5 cm-Raster. Die Steinbezeichnungen sind zusammenfassend in Tabelle 3.2.20 dargestellt.

233

3.2 Künstliche Steine

Die Steinbezeichnungen sind zusammenfassend in Tabelle 3.2.20 dargestellt. Tabelle 3.2.20 Kurzzeichen für Kalksandsteine Kurzzeichen KS KS L KS-R KS-L-R KS-R P KS L-R P KS Vm KS VmL KS Vb KS-VbL KS XL-PE KS XL-RE KS-P KS-F

Benennung Vollsteine Lochsteine KS-R-Steine (Nut-Feder-System, h ≤ 123 mm) KS-R-Blocksteine (Nut-Feder-System, h > 123 mm) KS-R-Hohlblocksteine (Nut-Feder-System, h > 123 mm) KS-R-Plansteine (Nut-Feder-System, h ≤ 123 mm) KS-R-großformatige Plansteine (Nut-Feder-System, h > 123 mm) KS-R-Plan-Hohlblocksteine (Nut-Feder-System, h > 123 mm) KS-Vormauerstein (Vollsteine) KS-Vormauersteine (Lochsteine) KS-Verblender (Lochsteine) KS-Planelemente (Nut-Feder-System, h > 123 mm) KS-Rasterelemente (Nut-Feder-System, h > 123 mm) H ≥ 498 mm KS-XL-Planelemente (Nut-Feder-System) KS XL-Rasterelemente (Nut-Feder-System) KS-Bauplatten (Nut-Feder-System) KS-Fasensteine (Nut-Feder-System)

Tabelle 3.2.21 Druckfestigkeitsklassen von Kalksandsteinen nach EN 771-2 (Auszug) Druckfestigkeitsklasse 5 7,5 10 15 20 25 35 45 60 75

Normierte Druckfestigkeit in N/mm2 5,0 7,5 10,0 15,0 20,0 25,0 35,0 45,0 60,0 70,0

Kennzeichnung blau rot rot keine 2 grüne Streifen gelb braun violett 2 schwarze Streifen 3 schwarze Streifen

Die Druckfestigkeitsklassen der Kalksandsteine sowie deren Kennzeichnung ergeben sich aus Tabelle 3.2.21. Tabelle 3.2.22 verdeutlicht die Klassifizierung der Brutto-Trockenrohdichte mit deren Spannbreite nach EN 771-2.

3

234

3 Baustoffe

Tabelle 3.2.22 Rohdichteklassen von Kalksandsteinen nach EN 771-2 Brutto-Trockenrohdichte 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4

3

Spannbreite in kg/m3 ≤ 500 505 bis 600 605 bis 700 705 bis 800 805 bis 900 905 bis 1.000 1.010 bis 1.200 1.210 bis 1.400 1.410 bis 1.600 1.610 bis 1.800 1.810 bis 2.000 2.010 bis 2.200 > 2.200

Eigenschaften der Kalksandsteine sind: – sehr maßgenau – scharfkantig – planebene Oberfläche – gleichmäßiges Gefüge – hohe Festigkeit – gut wärmespeichernd – frei von gesundheitsschädlichen Substanzen – langsame Wasseraufnahme und -abgabe – frostbeständig (Vormauersteine, Verblender) – sehr gut wärmedämmend (KS-Yali) – gut schalldämmend Zum Erkennen der Steinfestigkeitsklasse auf der Baustelle ist jeder 200.-Stein entsprechend einer Druckfestigkeitsklasse farblich gekennzeichnet (Tabelle 3.2.21). Die Kurzbezeichnung für einen Kalksandstein als Lochstein mit der Druckfestigkeit 12 N/mm2, der Steinrohdichte 1,4 kg/dm3 und dem Format 2DF (240 × 115 × 113) ist so: Kalksandstein DIN V106 – KS L-R – 12 – 1,4 – 8DF Ein Kalksandstein als Loch- und Hohlblockstein für Dünnbettmörtelverlegung mit der Druckfestigkeit 20 N/mm2, der Rohdichte 1,8 kg/dm3 und dem Format 6 DF (248 × 175 × 249) für eine 17,5er Wand wird so bezeichnet: Kalksandstein DIN 106 – KS – R(P) – 20 – 1,8 – 6DF(175) Fragen 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Aus welchen Ausgangsstoffen werden Kalksandsteine hergestellt? Beschreiben Sie die Herstellung des Kalksandsteins. Welche Anforderungen werden an den KS-Vormauerstein gestellt? Welche Anforderungen haben KS-Verblender zu erfüllen? Nennen Sie Eigenschaften der KS-Steine. Warum dürfen Kalksandsteine vom LKW nicht abgekippt werden? Benennen Sie Kalksandsteine mit den Kurzbezeichnungen: KS, KS L, KS R(P), KS PE, KS L-R, KS Vb, KS Vm L

235

3.2 Künstliche Steine

8. Erläutern Sie die Kurzzeichen (Benennung, Einheiten, Abmessungen): – Kalksandstein DIN 106 – KS 12 – 1,2 – 3DF – Kalksandstein DIN 106 – KS L-R 20 – 1,6 – 5DF

3.2.4 Hüttensteine Das Nebenprodukt Hochofenschlacke das bei der Roheisenerzeugung anfällt, ist wesentlicher Rohstoff für die Herstellung von Hüttensteinen. Gekörnte Hochofenschlacke und ein hydraulisches Bindemittel (Kalk oder Zement) werden innig zu einem Mörtel gemischt, in Formen eingebracht und in Hochdruckpressen, bei Drücken über 200 bar, verdichtet. Die Füll- und Presszeit sowie der Pressdruck sind von den jeweiligen Materialverhältnissen abhängig. Anschließend werden die Rohlinge an der Luft, unter Dampfdruck im Härtekessel (Abbildung 3.2.23) oder kohlensäurehaltigen Abgasen gehärtet. Hüttensteine können auch in den Farben rot, gelb, grün und braun eingefärbt werden. Genormt sind Hüttensteine in DIN 398. Es werden an Arten im Wesentlichen unterschieden: – Hütten-Vollstein HSV: Lochanteil max. 25 % der Lagerfläche; ab 3DF mit Griffhilfen; Formate DF bis 5 DF. – Hütten-Lochstein HSL: Lochungen sind oben geschlossen, die Löcher müssen in mindestens 3 Reihen über die Lagerfläche gleichmäßig verteilt sein; ab 3DF mit Griffhilfen; Formate DF bis 5 DF – Hütten-Hohlblockstein HHbl: es handelt sich um großformatige, fünfseitig geschlossene Mauersteine; Lochungen sind oben geschlossen und gleichmäßig über die Lagerfläche anzuordnen; Reihenverlegung möglich; Formate 6 DF bis 20 DF.

Bild 3.2.23 Herstellung von Hüttensteinen

Daneben gibt es noch: – Vormauer-Hütten-Lochstein VHSL: frostbeständig – Vormauer-Hütten-Vollsteine VHSV: frostbeständig Die Abmessungen und Lochungen entsprechen denen der Kalksandsteine. Die Druckfestigkeit liegt zwischen 6 und 28 N/mm2, die Rohdichte im Bereich 1,4 bis 2,6 kg/dm3. Zur Unterscheidung der Druckfestigkeit bei Anlieferung auf die Baustelle ist jeder 200.-Stein entsprechend seiner Druckfestigkeitsklasse farblich gekennzeichnet. Hüttensteine werden in den Formaten DF bis 20 DF angeboten. Aufgrund ihres hohen Widerstandes gegen angreifende Stoffe werden Hüttensteine vorzugsweise im Tiefbau aber auch im Hochbau (Kellermauerwerk, Brandwände, Sichtmauerwerk) eingesetzt.

3

236

3

3 Baustoffe

Eigenschaften von Hüttensteinen sind: – sehr maßgenau – planebene Oberfläche – winkelrecht – hohe Festigkeit – luftschalldämmend – wärmespeichernd – frostbeständig – hoher Feuerwiderstand (bis F 360) – gleichmäßiges Gefüge – geringe Wasseraufnahme Die Kurzbezeichnung für einen Hütten-Lochstein mit der Druckfestigkeit 12 N/mm2, der Rohdichte 1,6 kg/dm3 und dem Format 3 DF (240 × 175 × 113) ist so: Hüttenstein DIN 398 – HSL – 12 – 1,6 – 3DF Fragen 1. 2. 3. 4. 5.

Aus welchen Ausgangsmaterialien werden Hüttensteine hergestellt? Beschreiben Sie die Herstellung von Hüttensteinen. Welche Steinarten werden bei den Hüttensteinen unterschieden? Nennen Sie Eigenschaften und Anwendungsgebiete von Hüttensteinen. Erklären Sie die Kurzbezeichnung: Hüttenstein DIN 398 – HHbl – 10 – 1,4 – 12 DF

3.2.5 Leichtbetonsteine Mauersteine aus Leichtbeton bestehen aus porigen, mineralischen Zuschlägen (Blähschiefer, Naturbims, Hüttenbims, Ziegelsplitt, Tuff, Blähton) und hydraulischen Bindemitteln (Zemente nach DIN EN 197-1). Zusatzstoffe (Branntkalk, Gesteinsmehl, Trass, Steinkohlenflugasche, anorganische Farbstoffe) und Zusatzmittel können beigegeben werden. Die Herstellung der Steine (Abbildung 3.2.24) erfolgt durch sorgfältiges Mischen der Ausgangsstoffe mit sich anschließendem Formen und Verdichten. Die Erhärtung erfolgt durch Lagerung an der Luft. Die Lagerung in mit Dampf beheizten Hallen beschleunigt den Erhärtungsprozess. Nach spätestens 28 Tagen Lagerung muss die geforderte Festigkeit erreicht sein. Danach können die Steine verarbeitet werden.

Bild 3.2.24 Herstellungsablauf der Leichtbetonsteine

DIN V 18 152-100/EN 771-3 unterscheidet folgende Steinarten – Vollsteine (V) (Abbildung 3.2.25 a) sind Mauersteine mit einer Höhe von 52 mm bis 240 mm, ohne Luftkammern und ohne Griffhilfen zur Vermauerung mit Normal- oder Leichtmauermörtel. Die Kennzeichnung der Druckfestigkeitsklassen erfolgt entweder durch Nuten oder Farbstreifen. Steinbezeichnungen: V 2, V 4, V 6, V 8, V 12 (Die Zahl hinter der Steinbezeichnung bezieht sich auf die Druckfestigkeitsklasse)

3.2 Künstliche Steine

237

3 Bild 3.2.25 Leichtbetonsteine: a) Vollstein (V); b) Vollblock S (Vbl S) mit Grifflöchern; c) Vollblock S (Vbl S), mit Schlitzen

– Vollblöcke (Vbl) werden ohne Kammern (Abbildung 3.2.25 b) mit einer Höhe von ≤ 238 mm hergestellt. Steinbezeichnungen: Vbl 2, Vbl 4, Vbl 6, Vbl 8, Vbl 12. Vollsteine und Vollblöcke sind für alle tragenden und nichttragenden Innen- und Außenwände geeignet. Die Vermauerung erfolgt mit Normal- oder Leichtmauermörtel. Die Vollblöcke gibt es in den Formaten 5 DF bis 24 DF, in den Systemlängen 250/310/375/500 mm und den Breiten 150/175/200/240/300/365/425/490 mm. – Vollblöcke S (Vbl S) (Abbildung 3.2.25 c) haben Schlitze senkrecht zur Lagerfläche, wobei die Anzahl der Schlitze je nach Steindicke zwischen 2 und 7 beträgt. Sollhöhe ≤ 238 mm. Die Schlitzbreite beträgt max. 11 mm. Der Schlitzanteil darf 10 % der Lagerfläche nicht überschreiten. Druckfestigkeits- und Rohdichteklassen sowie Formate wie Vbl. Steinbezeichnungen: Vbl S 2, Vbl S 4, Vbl S 6, Vbl S 8, Vbl S 12. Wegen ihrer guten Wärmedämmeigenschaften sind Vollblöcke S insbesondere für Außenwände geeignet. Die Vermauerung erfolgt mit Normal- oder Leichtmauermörtel. – Vollblöcke SW (Vbl SW) haben Schlitze entsprechend den Vbl S. Sollhöhe ≤ 238 mm. Im Unterschied zu diesen weisen sie besondere Wärmedämmeigenschaften auf. Dies wird erreicht durch Anforderungen hinsichtlich der Zuschläge nur Naturbims (NB) bzw. Blähton (BT) oder ein Gemisch davon, der Form (Schlitze müssen mit einer Abdeckung abgeschlossen und gleichmäßig über den Querschnitt verteilt sein) und der Maße. Die Steinbezeichnungen sind entsprechend den Druckfestigkeitsklassen: Vbl SW 2, Vbl SW 4, Vbl SW 6. Vollblöcke SW sind hervorragend geeignet für alle Außenwände, an die hohe Anforderungen bezüglich des Wärmeschutzes gestellt werden. Die Vermauerung erfolgt mit Leichtmauermörtel. Für die verschiedenen Steinarten der Leichtbetonsteine gelten die Kurzzeichen nach Tabelle 3.2.26. Tabelle 3.2.26 Kurzzeichen für Leichtbetonsteine nach DIN 18152 Kurzzeichen Benennung V Vollstein Vbl Vollblock ohne Schlitze Vbl S Vollblock mit Schlitzen Vbl SW Vollblock mit Schnitzen und besonderen Wärmedämmeigenschaften Vbl-P Plan-Vollblock ohne Schlitze Vbl S-P Plan-Vollblock mit Schlitze Vbl SW-P Plan-Vollblock mit Schlitzen und besonderen Wärmedämmeigenschaften V Vollstein V-P Plan-Vollstein N+F = Bei Stoßfugenausbildung mit Nut und Feder ist die Kennzeichnung SN = Es ist eine Stirnseitennut vorhanden Die Zuschläge betreffend gilt: NB Zuschlag aus Naturbims BT Zuschlag aus Blähton BT/NB Zuschlaggemisch aus Blähton und Naturbims

238

3

3 Baustoffe

– Plan-Vollblock (Vbl-P) weisen eine besonders hohe Maßhaltigkeit in der Steinhöhe und Ebenheit in der Lagerfläche auf. Sie sind geeignet zur Verklebung mit Dünnbettmörtel. Sollhöhe ≤ 249 mm. Die Plan-Vollblöcke sind ohne Schlitze. – Plan-Vollblock Vbl S-P, mit Schlitzen. Sollhöhe ≤ 249 mm. Verklebung mit Dünnbettmörtel. – Plan-Vollblock Vbl SW-P, mit Schlitzen. Sollhöhe ≤ 249 mm. Sie werden ausschließlich aus Naturbims (NB) oder Blähton (BT) oder einem Gemisch aus beiden hergestellt (NB/BT). Verklebung mit Dünnbettmörtel. – Plan-Vollblock (V-P), das ist ein Mauerstein ohne Kammern und ohne Schlitze. Sollhöhe ≤ 249 mm. Verklebung mit Dünnbettmörtel. – Hohlblocksteine aus Leichtbeton (Hbl) Bei den Hohlblocksteinen aus Leichtbeton handelt es sich um fünfseitig geschlossene, großformatige Mauersteine (Zweihandsteine). Beim Vermauern sind die Öffnungen nach unten gerichtet, so dass oben eine ebene, geschlossene Fläche zum Auftragen des Mörtels vorhanden ist. Die Lochreihen sind symmetrisch in 1 bis 6 Reihen angeordnet. Sie dienen in erster Linie der Massenersparnis aber auch der Wärmedämmung. Entsprechend der Anzahl der Lochreihen sprechen wir von 1-, 2-, 3-, 4-, 5- und 6-Kammer-Hohlblocksteinen (Abbildung 3.2.27). Die Druckfestigkeitsklassen ergeben sich aus der Tabelle 3.2.30. In Abbildung 3.2.31 sind die Formate und Abmessungen dargestellt. Die Kennzeichnung der Druckfestigkeitsklassen erfolgt anhand von Nuten bzw. mittels Farbstreifen. Die Kopfseiten sind ausgebildet mit Mörteltaschen (die zu vermörteln sind), mit Nut-Feder-System (mörtelfrei) oder glatt (vollfugig zu vermauern).

Bild 3.2.27

6-K-Hohlblockstein Tabelle 3.2.28 Rohdichteklassen von Leichtbetonsteinen Rohdichteklasse 0,451) 0,501) 0,551) 0,601) 0,651) 0,701) 0,801) entspricht jeweils kg/dm3 0,90 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 1) = Rohdichteklassen für Vollblöcke Vbl SW

239

3.2 Künstliche Steine

Tabelle 3.2.29 Druckfestigkeitsklassen für Leichtbetonsteinen Druckfestigkeitsklassen 2 4 6 entspricht jeweils N/mm2 8 12 201) 1) nur Vollblöcke V und V-P und Vollblöcke Vbl und Vbl-P

3

Tabelle 3.2.30 Kennzeichnung der Druckfestigkeitsklassen von Hohlblöcken Druckfestigkeitsklasse

Anzahl der Nuten

Farbkennzeichen

2 grün 4 1 blau 6 2 rot 1) keine Farbe. 8 12 3 schwarz 20 gelb 28 braun 36 violett 48 2 schwarze Streifen 1) Aufstempelung der Druckfestigkeitsklasse in schwarzer Farbe

Tabelle 3.2.31 Form, Format und Maße der Hohlblöcke (Hbl) Form

Format

Maße Länge in mm

1K Hbn 12 DF 495 2K Hbn 9 DF 370 16 DF 495 2K Hbn 3K Hbn 12 DF 370 4k Hbn 8 DF 245 2K Hbn 20 DF 495 3K Hbn 15 DF 370 4K Hbn 10 DF 305 5K Hbn 3K Hbn 24 DF 495 4K Hbn 18 DF 370 5K Hbn 12 DF 245 6K Hbn 5K Hbn 16 DF 245 6K Hbn Alle Maße gelten für Knirschverlegung. Die Höhe 175 mm ist auch möglich.

Breite in mm

Höhe in mm

175 240

240 238 365

490

Die normgerechte Kurzbezeichnung für einen Vollstein aus Leichtbeton der Steinfestigkeitsklasse 6 N/mm2, der Rohdichteklasse 1,2 kg/dm3 in der Größe 240 × 115 × 113 ist so: Vollstein DIN V18152 – V 6 – 1,2 – 2 DF – 240/115/113 Ein Vollblock aus Leichtbeton mit Schlitzen, mit der Druckfestigkeit 2 N/mm2, der Rohdichte 0,7 kg/dm3 in der Größe 495 × 240 × 238 für 24er-Mauerwerk wird so dargestellt: Vollblock DIN V18152 – Vbl S 2 – 0,7 – 16 DF (240)

240

3

3 Baustoffe

Handelt es sich um einen Vollblock aus Leichtbeton mit Schlitzen, der die besonderen Anforderungen hinsichtlich des Wärmedämmschutzes erfüllt, mit der Druckfestigkeit 2 N/mm2, der Rohdichte 0,5 kg/dm3 in der Größe 495 × 300 × 238 mit Nut- und Federausbildung der Stoßfuge, dann wird so geschrieben: Vollblock DIN V18 152-Vbl SW 2-0,50-20 DF 497/300/248-N+F Neben den genannten Mauersteinen stellt die Leichtbetonindustrie eine Vielzahl weiterer Produkte her, z. B. U-Steine, Schalungssteine, Formsteine für Schornsteine, Stürze, Rollladenkästen, Dachplatten, Fassadenplatten, Decken, Leichtmörtel, die als Ergänzung zu den Mauersteinen dienen. Eigenschaften der Leichtbetonsteine sind: – maßgenau – poröse Oberfläche – winkelrecht – gleichmäßiges Gefüge – leicht bearbeitbar – wassersaugend – nicht frostbeständig – gute Putzhaftung – wärmedämmend/hochwärmedämmend Fragen 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Aus welchen Materialien werden Leichtbetonsteine hergestellt? Welche Zuschläge dürfen für die Herstellung von Leichtbetonsteinen verwendet werden? Beschreiben Sie die Herstellung von Leichtbetonsteinen. Welche Arten von Leichtbetonsteinen nach DIN 18152 gibt es? Nennen Sie Unterschiede zwischen Vollsteinen (V) und Vollblöcken (Vbl). Wodurch unterscheiden sich Vollblöcke S (Vbl S) von Vollblöcken S-W (Vbl SW)? Welche Arten von Hohlblocksteinen aus Leichtbeton (Hbl) gibt es? Welche Möglichkeiten der Stirnseitenausbildung für Hohlblocksteine (Hbl) sind möglich?

3.2.6 Betonsteine aus Normalbeton nach DIN V 18153-100 Ausgangsstoffe für Betonsteine sind haufwerkporige und gefügedichte mineralische Zuschläge (Sand, Kies, Brechsand, Splitt ...) und hydraulische Bindemittel (Zemente nach DIN EN 197-1). Die Zugabe von Zusatzstoffen (Baukalk, Gesteinsmehl, Trass, Flugasche) und Zusatzmitteln ist möglich. Das Herstellungsverfahren entspricht dem der Leichtbetonsteine. DIN V 18153-100 unterscheidet an Steinarten: Hohlblöcke (Hbn) sind großformatige, fünfseitig geschlossene Mauersteine mit einer Sollhöhe von ≤ 238 mm. Die Stirnseiten können ebenflächig, mit Mörteltaschen und/oder mit Nut-FederAusbildung sein. Die Anzahl der Kammern ist abhängig von der Steinbreite. Sie können durchgehend oder versetzt angeordnet werden. Es gibt 1- 2-, 3-, 4-, 5- und 6-Kammersteine. Griffhilfen sind möglich. Tabelle 3.2.33 nennt die Formen, Formate und Maße der Hohlblöcke (Hbn). Vollblöcke (Vbn) sind Mauersteine ohne Kammern mit einer Sollhöhe von ≤ 238 mm. Der Querschnitt darf durch Grifflöcher bis 15 % der Lagerfläche gemindert werden. Die Stirnseiten können wie die der Hbn beschaffen sein. Vollblöcke werden mit Normalmörtel vermauert. Vollsteine (Vn) sind Mauersteine ohne Kammern mit einer Sollhöhe von max. 240 mm. Griffhilfen wie Vbn. Die Vermauerung erfolgt mit Normalmörtel.

241

3.2 Künstliche Steine

Bild 3.2.32

Betonstein Vormauersteine (Vm) sind Mauersteine ohne Kammern, deren Sichtfläche (Läuferseite) eben, bruchrau oder werksteinmäßig ausgebildet ist. Griffhilfen sind zulässig (wie Vbn). Die Sollhöhe beträgt ≤ 238 mm. Sie müssen frostbeständig sein. Vermauert werden sie mit Normalmörtel. Tabelle 3.2.33 Form, Formate und Maße der Hohlblöcke (Hbn) nach DIN 18153 Form

Format

1K Hbn 1K Hbn 2K Hbn

2K Hbn 3K Hbn 4K Hbn

3K Hbn 4K Hbn 5K Hbn 4K Hbn 5K Hbn 6K Hbn

8 DF 12 DF 9 DF 16 DF 12 DF 10 DF 8 DF 20 DF 15 DF 10 DF 18 DF

Länge in mm 495 495 370 495 370 305 245 495 370 245 370

12 DF

245

16 DF

245

Maße Breite in mm 115

Höhe in mm

175 240 238 300

365

490

Alle Maße gelten für Knirschverlegung. Die Höhe 175 mm ist auch möglich. Vormauerblöcke (Vmb) sind Mauersteine mit Kammern. Es gibt sie in den Formen A (Länge 190 mm), B (Länge 240 oder 290 mm) und C (Länge 490 mm). Die Abmessungen ergeben sich aus Tabelle 3.2.34. Die Sichtfläche ist eben oder werksteinmäßig, die Stirnseiten entweder ebenflächig oder mit Stirnseitennuten (Mörteltaschen) ausgebildet. Die Druckfestigkeits- und Rohdichteklassen entsprechen denen der Vm, ebenso die Formate. Sie müssen frostbeständig sein. Tabelle 3.2.34 Abmessungen von Vormauerblöcken Länge in mm 190 240 290 490

Breite in mm 90 100 115 140 190 240

Höhe in mm 175 190 238

Plan-Hohlblöcke (Hbn-P) sind Mauersteine ohne Kammern und Schlitze. Die Sollhöhe beträgt 249 mm. Vermauert werden sie mit Dünnbettmörtel. Plan-Vollblock (Vbn-P) haben ebenfalls keine Kammern und Schlitze und eine Sollhöhe von 249 mm. Die Vermauerung erfolgt dementsprechend auch mit Dünnbettmörtel.

3

242

3 Baustoffe

Plan-Vollstein (Vn-P) entspricht in der Beschreibung der Hbn-P. Die Kurzbezeichnungen für Betonsteine aus Normalbeton ergeben sich aus Tabelle 3.2.35. Tabelle 3.2.35 Kurzbezeichnungen für Betonsteine aus Beton

3

Kurzzeichen Benennung Vn Vollstein aus Beton Hbn Hohlblock aus Beton Vbn Vollblock aus Beton Tbn T-Hohlblock aus Beton Vm Vormauerstein aus Beton Vmb Vormauerblock aus Beton Die Form betreffend bei Vormauerblöcken A Länge 190 mm B Länge 240 und 290 mm C Länge 490 mm

Die Eigenschaften der Betonsteine aus Normalbeton sind: – maßgenau – poröse Oberfläche – winkelrecht – hohe Festigkeit – schwer (hohe Rohdichte) – gleichmäßiges Gefüge – gute Putzhaftung – schalldämmend – frostbeständig (Vm, Vmb) Die Kennzeichnung der Steine erfolgt durch Nuten oder Farbstreifen. Jedes Steinpaket bzw. jeder 50. Stein ist so zu kennzeichnen. Die normgerechte Kurzbezeichnung für einen Vierkammer-Hohlblockstein, der Druckfestigkeitsklasse 4 N/mm2, der Rohdichteklasse 1,4 kg/dm3 und der Größe 370 × 300 × 238 ist so: Hohlblock DIN 18153-4K Hbn 4-1,4-15 DF-300 Ein Vollblock in der Druckfestigkeitsklasse 28 N/mm2, der Rohdichteklasse 2,4 kg/dm3 und der Größe 245 × 300 × 238 wird so dargestellt: Vollblock DIN 18153-Vbn 28-2,2-10 DF-300 Bezeichnung eines Vollsteins der Druckfestigkeitsklasse 20, der Rohdichteklasse 2,0 und der Größe 240 × 490 × 115: Vollstein DIN V 18153-Vn-P 20-2,0-4 DF-240/115/123 Bezeichnung eines Vormauersteins der Druckfestigkeitsklasse 36 N/mm2, der Rohdichteklasse 2,4 kg/m3, der Größe 240 × 115 × 52: Vormauerstein DIN V 18153-Vm 36-2,0-240/115/52 Ein Vormauerblock der Form B, in der Druckfestigkeitsklasse 48 N/mm2, der Rohdichteklasse 2,4 g/dm3, der Größe 240 × 115 × 238 wird so dargestellt: Vormauerblock DIN 18153-Vmb B 48-2,4-4 DF Neben den genannten, genormten Mauersteinen aus Leichtbeton und Beton, gibt es bauaufsichtlich zugelassene Mauersteine aus Leicht- und Normalbeton. Diese gibt es auch als Leicht- oder Normalbetonsteine mit Zwischenschichten oder Einlagen aus schwerentflammbaren Schaumkunststoffen (Bild 3.2.36).

243

3.2 Künstliche Steine

Bild 3.2.36 Betonstein mit innen liegender Wärmedämmung

Fragen 1. Wodurch unterscheiden sich Leichtbetonsteine und Betonsteine aus Normalbeton hinsichtlich der Ausgangsstoffe? 2. Welche Arten von Betonsteinen aus Normalbeton werden unterschieden? 3. Welche Formen von Hohlblöcken aus Beton (Hbn) gibt es? 4. Wodurch unterscheiden sich Hohlblöcke aus Beton (Hbn), Vollblöcke aus Beton (Vbn) und Vollsteine aus Beton (Vn)? 5. Beschreiben Sie den Unterschied zwischen Vormauersteinen aus Beton (Vm) und Vormauerblöcken aus Beton (Vmb). 6. Nennen Sie Eigenschaften der Betonsteine aus Normalbeton. 7. Erläutern Sie die Kurzzeichen: Hbn, Vbn, Vn, Vm, Vmb, Tbn, 8. Erklären Sie Kurzzeichen (Benennung, Einheiten, Abmessungen): – Hohlblock DIN 18153-5K Hbn 12-1,8-15 DF-300 – Vollblock DIN 18153-Vbn 20-2,0-18 DF-365 – Vormauerstein DIN 18153-Vm 48-2,4-6 DF

3.2.7 Porenbetonsteine Die Rohstoffe für die Herstellung von Porenbetonsteinen sind kieselsäurehaltige Stoffe (z. B. quarzhaltiger Sand als mineralischer Zuschlag), Zement und/oder Kalk als Bindemittel, porenbildende Stoffe (z. B. Aluminiumpulver als Treibmittel) und eventuell Zusatzstoffe.

Bild 3.2.37 Schematischer Ablauf einer Fertigung von Porenbetonsteinen

3

244

3

3 Baustoffe

Herstellung (Abbildung 3.2.37). Der Quarzsand wird zunächst in großen Mühlen mehlfein gemahlen. Das Bindemittel, mitunter auch geringe Anteile von Anhydrit, werden beigegeben. Das Gemenge wird unter Zugabe von Aluminiumpulver als Porosierungsmittel in einem Mischer zu einer wässrigen Suspension gemischt und in Gießformen gefüllt. Das Wasser reagiert unter Wärmeentwicklung mit dem Kalk. Das Aluminiumpulver reagiert mit dem alkalischen Wasser. Dabei wird Wasserstoff freigesetzt. Der Wasserstoff treibt die Mischung auf und hinterlässt beim Entweichen Poren mit einem Durchmesser von 0,5 bis 1,5 mm (Abbildung 3.2.38). Nach dem Versteifen wird der Rohblock der Form entnommen und mit Stahldrähten geschnitten. Um die endgültige Festigkeit zu erzielen und ein späteres schwinden zu vermeiden werden die geschnittenen Rohblöcke in Härtekesseln (Autoklaven) bei Sattdampf-Atmosphäre gehärtet. Dies geschieht bei Temperaturen von ca. 190 °C und 12 bar Druck innerhalb von 6 bis 12 Stunden. Danach hat der Porenbetonstein seine endgültigen Eigenschaften erreicht. Das Herstellen von Aussparungen und besonderen Profilierungen kann sowohl vor als auch nach der Autoklavierung erfolgen.

Bild 3.2.38 Porenbeton – eine geschlossenzellige Struktur mit dünnen Zellwänden

Es werden unterschieden: a) Porenbeton-Plansteine (PP), b) Porenbeton-Planelemente (PPE). Porenbetonsteine nach EN 771-4 passen nicht in NF-Klassifizierung, da sie im Dünnbettverfahren verlegt werden. Deshalb werden bei der Benennung nicht die NF-Werte, sondern die Steinabmessungen in mm und immer in der Reihenfolge Länge, Breite und Höhe angegeben. Die Stirnseiten können glatt, mit Nut- und Feder oder auch profiliert ausgebildet sein. Porenbetonsteine weisen eine Mindestdruckfestigkeit von 1,5 N/mm2 auf. Die üblichen Druckfestigkeitsklassen ergeben sich aus Tabelle 3.2.39. Tabelle 3.2.39 Druckfestigkeiten und Rohdichten von Porenbetonsteinen Kurzbezeichnung

Druckfestigkeitsklasse Rohdichteklassen N/mm2 kg/dm3 Porenbeton-Plansteine (PP) PP2 2 0,35 – 0,40 – 0,45 – 0,50 PP4 4 0,55 – 0,60 – 0,65 – 0,70 – 0,80 PP6 6 0,65 – 0,70 – 0,80 PP8 8 0,80 – 0,90 –1,00 Porenbeton-Planelemente (PPE) PPE2 2 0,35 – 0,40 – 0,45 – 0,50 PPE4 4 0,55 – 0,60 – 0,65 – 0,70 – 0,80 PPE6 6 0,65 – 0,70 – 0,80 PPE8 8 0,80 – 0,90 –1,00 Die Mindestdruckfestigkeit beträgt 1,5 N/mm2

245

3.2 Künstliche Steine

Die Plansteine (PP) sind großformatige Vollsteine mit einer Länge von 249 mm bis 624 mm, einer Breite von 115 mm bis zu 500 mm und einer Höhe von 124 mm bis 249 mm. Die Planelemente (PPE) können bis zu einer Länge von 1499 mm, einer Breite bis 500 mm und einer Höhe bis 624 mm hergestellt werden. Großformatige Bauteile werden mit Minikränen versetzt. Übliche Abmessungen der Steine ergeben sich aus Tabelle 3.2.40. Tabelle 3.2.40 Abmessungen von Porenbetonsteinen Abmessungen in mm Porenbeton-Plansteine (PP) Länge Breite 115 120 125 249 150 299 175 312 200 324 240 332 250 374 300 399 365 499 375 599 400 624 500 Porenbeton-Planelemente (PPE) 115 125 499 150 599 175 624 200 749 240 999 250 1124 300 1249 365 1374 375 1499 400 500

3 Höhe

124 149 164 174 186 199 249

374 499 599 624

Tabelle 3.3.41 Kennzeichnung von Porenbetonsteinen Druckfestigkeitsklasse1) farbliche Kennzeichnung 2 grün 4 blau 6 rot 8 ohne1) 1) Kennzeichnung erfolgt durch Aufstempelung der Festigkeitsklasse und Rohdichteklasse in schwarzer Farbe.

Plansteine und Planelemente werden vorzugsweise für Außenmauerwerk eingesetzt. Durch ihre einfache Bearbeitung eignen sie sich auch für das Ausfachen von Fachwerk und für die Untermauerung von Badewannen u.ä. Da Porenbetonsteine stark wassersaugend sind, sind die Steine bei Anlieferung an die Baustelle und während der Lagerungsphase dort, vor Nässe zu schützen. Sie sollten sinnvoller Weise in der angelieferten Verpackung bis zur Verarbeitung verbleiben. Die Kennzeichnung der Steine erfolgt durch Stempelung an jedem 10.Stein. Eigenschaften von Porenbetonsteinen sind: – maßgenau – geringe Rohdichte

246

3

3 Baustoffe

– hoch wärmedämmend – feinkörnig – feinporig – wassersaugend – gute Putzhaftung – nicht frostbeständig – gut wasserdampfdurchlässig – lassen sich sägen, fräsen, bohren – nicht brennbar Die normgerechte Kurzbezeichnung erfolgt in der Reihenfolge: – Benennung – DIN-Haupt-Nr. – Steinart – Festigkeitsklasse – Rohdichteklasse – Abmessungen (Länge/Breite/Höhe in mm) Ein Porenbeton-Blockstein der Druckfestigkeit 4 N/mm2, der Rohdichte 0,7 kg/dm3 und den Steinabmessungen 499 × 300 × 249 wird so dargestellt: Porenbeton-Planstein DIN 4165-PP 4-0,7-499 × 300 × 249 Fragen 1. 2. 3. 4. 5.

Aus welchen Rohstoffen werden Porenbetonsteine hergestellt? Beschreiben Sie die Herstellung von Porenbetonsteinen? Warum werden Porenbetonsteine unter Dampfdruck gehärtet? Wodurch unterscheiden sich Porenbeton-Plansteine (PP) von Porenbeton-Planelementen (PPE)? Erläutern Sie die Kurzbezeichnung (Benennung, Einheiten, Abmessungen): PorenbetonPlanstein DIN 4165-PP 2-0,5-499 × 300 × 249 6. Warum sind Porenbetonsteine beim Transport und beim Lagern auf der Baustelle vor Feuchtigkeit zu schützen? 7. Nennen Sie Anwendungsbereiche für Porenbetonsteine.

3.3 Bindemittel Bindemittel haben die Aufgabe, im Mörtel und Beton die Zuschläge miteinander zu verbinden. Die am häufigsten verwendeten Bindemittel Gips, Kalk und Zement werden im trockenen, pulvrigen Zustand an die Baustelle geliefert. Wird dem Bindemittel dort Wasser beigegeben, sprechen wir vom Bindemittelleim. Wasser kommt dabei u.a. die Aufgabe zu, das Bindemittel zum Reagieren zu bringen. Der Erhärtungsvorgang kann physikalischer und/oder chemischer Art sein. Die Eigenschaften der Bindemittel werden maßgeblich von den verwendeten Rohstoffen und dem Herstellungsverfahren bestimmt.

3.3.1 Baugips Rohstoffe für die Herstellung der Baugipse sind: – Gipsstein (wie z. B. Alabaster, Fasergips (Abbildung 3.3.1) und Anhydritstein, als natürliches Gestein (Sedimentgestein), und – synthetischer Gips, der als Nebenprodukt bei der Rauchgasentschwefelung anfällt.

247

3.3 Bindemittel

3 Bild 3.3.1 Fasergips

Chemisch gesehen handelt es sich bei Gipsstein um Calciumsulfat-Dihydrat (CaSO4 · 2H2O). Das heißt, an ein Molekül Calciumsulfat (CaS04) sind zwei Moleküle Kristallwasser (2H2O) gebunden (siehe Abschnitt Chemische Grundlagen). Beim Anhydrit und beim synthetischen Gips handelt es sich um wasserfreien Gips (CaSO4). Herstellung. Naturgips und Naturanhydrit werden in Steinbrüchen über Tage bzw. im Untertagebau abgebaut. In Brecheranlagen wird das Grobgestein zerkleinert und homogenisiert. Das so aufbereitete Material wird anschließend bei Temperaturen zwischen 120 und 900 °C gebrannt. Das Brennen geschieht im direkt befeuerten Drehofen (Abbildung 3.3.2), im außenbeheizten Großkocher (Abbildung 3.3.3) oder auf dem Rostband (Abbildung 3.3.4). Das Brennverfahren richtet sich nach dem Verwendungszweck. So werden niedrig gebrannte Gipse (120 – 180 °C) im Drehofen bzw. Großkochern, Hochbrandgipse (300 – 900 °C) auf dem Rostband hergestellt.

Bild 3.3.2 Herstellung von Gips im Drehofen 1 Brecher 6 Entstaubungsmaschine 1 2 Grobmühle 7 Silo 3 Aufgabesilo 8 Feinmühle 4 Feuerung 9 Windsichter 5 Drehofen 10 Verteilerschnecke

11 12 13 14

Fertigsilo Austragschnecke Absackmaschine zur Fertigung von Gipsbauteilen und Spezialgipsen

248

3 Baustoffe

3

Bild 3.3.3 Herstellung von Gips im Großkocher

Bild 3.3.4 Herstellung von Gips auf dem Rostband 1 Brecher 4 Rostband 7 Umgaskanal 2 Klassieranlage 5 Brennhaube 8 Abgaskanal 3 Aufgabesilos 6 Feuerung 9 Kratzförderer

10 Feinmühle 11 Silo und Absackmaschine

Brennen von Gips auf dem Rostband. Beim Brennen nach dem Rostbandverfahren wird das Rohmaterial zunächst in Brecheranlagen zerkleinert (Korngröße max. 80 mm), in bis zu drei Fraktionen sortiert und in Aufgabesilos eingelagert. Als unterste Lage wird auf das Rostband die kleinste Kornfraktion aufgegeben, darauf die mittlere und obenauf das Grobkorn (siehe Querschnittsdarstellung). Durch diese Anordnung wird sichergestellt, dass das Material weitgehend gleichmäßig entwässert wird. Das Band durchläuft den Brennraum, wobei die Heizgase (ca.900 °C) von oben nach unten das Materialbett erhitzt. Am Ende des Rostbandes wird der gebrannte (teilentwässerte) Gips abgeworfen, mittels eines Kratzförderers über ein Brecherwerk einer Mühle zugeführt, dort feingemahlen und anschließend abgepackt oder in Silos eingelagert. Das Brennen in der Drehofenanlage erfordert das Zerkleinern des Ausgangsmaterials auf eine Korngröße von max. 25 mm. Über ein Aufgabesilo wird der aufbereitete Gipsstein dem Drehofen

249

3.3 Bindemittel

zugeführt. Durch die leichte Neigung des Ofens und die ständige Drehbewegung wird das Brenngut kontinuierlich nach unten transportiert. Die Temperatur beträgt in Brennernähe ca. 800 °C, am Ofenausgang ca. 150 °C. Mit Förderschnecken wird das gebrannte (entwässerte) Material einer Mühle zugeführt, dort feingemahlen und anschließend abgepackt oder in Silos eingelagert. Arten von Gipsbindern und Gips-Trockenmörteln nach EN 13279-1. Tabelle 3.3.5 zeigt die Arten von Gipsbindern und Gips-Trockenmörteln nach DIN EN 13279-1. Tabelle 3.3.5 Arten von Gipsbindern und Gips-Trockenmörteln Benennung Gipsbinder Gipsbinder zur Direktverwendung oder Weiterverarbeitung (Trockenpulver-Produkte) Gipsbinder zur Direktverwendung auf der Baustelle Gipsbinder zur Weiterverarbeitung, z. B. für Gips-Wandbauplatten, Gipsplatten etc.

Kurzzeichen A – – –

Gips- Trockenmörtel Gips-Putztrockenmörtel gipshaltiger Putztrockenmörtel Gipskalk-Putztrockenmörtel Gipsleicht-Putztrockenmörtel gipshaltiger Leicht-Putztrockenmörtel Gipskalkleicht-Putztrockenmörtel Gips-Trockenmörtel für Putz mit erhöhter Oberflächenhärte

B B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7

Gips-Trockenmörtel für besondere Zwecke Gips-Trockenmörtel für faserverstärkte Gipselemente Gips-Mauermörtel Akustik-Gips-Trockenmörtel Wärmedämmputz-Gips-Trockenmörtel Brandschutz-Gips-Trockenmörtel Dünnlagenputz-Gips-Trockenmörtel

C C1 C2 C3 C4 C5 C6

DIN EN 13279-1 gibt für die Arten von Gipsbindern und Gips-Trockenmörteln folgende Hinweise: – Gipsbinder: besteht aus Calciumsulfat in verschiedenen Hydratphasen. – Gips-Trockenmörtel: (Werktrockenmörtel) gilt als Oberbegriff für alle Arten von GipsPutztrockenmörtel, gipshaltigen Putztrockenmörtel und Gipskalk-Putztrockenmörtel, die in Gebäuden verwendet werden. – Gips-Putztrockenmörtel: besteht aus mindestens 50 % Calciumsulfat als Hauptbindemittel und maximal 5 % Baukalk. Der Hersteller kann Zusatzstoffe und Zuschläge beimischen. – Gipshaltiger Putztrockenmörtel: besteht aus weniger als 50 % Calciumsulfat als Hauptbindemittel und maximal 5 % Baukalk. Der Hersteller kann Zusatzstoffe und Zuschläge beimischen. – Gipskalk-Putztrockenmörtel: sind Gips-Putztrockenmörtel oder gipshaltige Putztrockenmörtel mit mehr als 5 % Baukalk. Der Hersteller kann Zusatzstoffe und Zuschläge beimischen. – Gipsleicht-Putztrockenmörtel: sind Gips-Trockenmörtel wie zuvor beschrieben, die entweder anorganische Leichtzuschläge (z. B. geblähte Perlite) oder organische Leichtzuschläge enthalten. Der Hersteller kann Zusatzstoffe und Zuschläge beimischen. – Gips-Putztrockenmörtel für Putze mit erhöhter Oberflächenhärte: durch Beimischung besonderer Zuschläge erreicht man eine erhöhte Oberflächenhärte des Putzes – Gips-Trockenmörtel für faserverstärkte Gipselemente: zur Produktion und zum Zusammenbau von faserverstärkten Gipselementen. – Gips-Mauermörtel: Mörtel für nicht tragende Wände und Trennwände – Akustikputz-Gips-Trockenmörtel: zur Verbesserung der Raumakustik – Wärmedämmputz-Gips-Trockenmörtel: für Wärmedämmputze

3

250

3 Baustoffe

– Brandschutzputz-Gips-Trockenmörtel: für Brandschutzputze – Dünnlagen-Gips-Trockenmörtel: für Putze in Schichtdicken von 3 bis 6 mm Die Brenntemperatur und damit die Menge des ausgetriebenen Kristallwassers ist entscheidend für die Eigenschaften und Anwendungsbereiche der Gipsbinder. Tabelle 3.3.6 zeigt in einer Übersicht die Baugipse nach DIN 1168 (die zur Zeit auch noch Gültigkeit besitzt) und gibt Hinweise auf deren Herstellung, nennt Merkmale und Anwendungsgebiete

3

Tabelle 3.3.6 Übersicht über die genormten Baugipse nach DIN 1168 Gipssorte Herstellung Baugipse ohne werkseitig beigemischte Zusätze Stuckgips Brennen im Drehofen bei 120 – 180 °C zu Halbhydrat

Putzgips

Fertigputzgips Haftputzgips

Maschinenputzgips

Ansetzgips

Fugengips

Spachtelgips

Merkmale

Verwendung

Versteifungsbeginn innerhalb von 8 – 25 Minuten, kurze Bearbeitungszeit

Innenputz, Stück-, Formund Rabitzarbeiten, zur Herstellung von Gipsbauplatten, zur Herstellung von Baugipsen mit werkseitig beigemischten Zusätzen Brennen auf dem Rostband Versteifungsbeginn frühestens Innenputz als Handputz, bis ca. 600 °C zu Halbhydrat nach 3 Minuten, etwas längere Rabitzarbeiten, Produktimit löslichem Anhydrit Verabreitungszeit als Stuckon von Baugipsen mit gips durch Anhydritanteil werkseitig beigemischten Zusätzen Baugipse mit werkseitig beigemischten Zusätzen langsame Versteifung (>25’), Innenputze Druckfestigkeit >2,5 N/mm2 langsame Versteifung (> 25’), einlagige Innenputze auf mit Stellmittel zur besseren schwierigem Putzgrund Haftung, Druckfestigkeit >2,5 N/mm2 langsame Versteifung (> 25’), Innenputz mit PutzmaStuckgips bzw. Putzgips mit Stellmittel ermöglichen ein schinen Stellmittel zur Erzielung kontinuierliches maschinelles bestimmter Eigenschaften Verarbeiten, Druckfestigkeit (beeinflusst werden: > 2,5 N/mm2 Konsistenz, langsame Versteifung (> 25’), zum Ansetzen von GipsHaftvermögen, erhöhtes Wasserrückhalteplatten (WandVerarbeitungszeit, Trockenputz) Wasserrückhaltevermögen,) vermögen, gute Haftung auf Gipsplatten und Zugabe von Füllstoffen Druckfestigkeit >6,0 N/mm2, Schließen von Fugen bei (Perlite, Sand) langsame Versteifung (>25’), Gipsplatten erhöhtes Wasserrückhaltevermögen Druckfestigkeit >3,0 N/mm2, Verspachteln von Gipsetwas schnelleres Versteifen platten und sonstigen als Fugengips, erhöhtes Was- ebenen Flächen (z. B. serrückhaltevermögen Porenbeton)

Erhärten des Gipses. Gips wird fachgerecht angemacht, in dem das Gipspulver in das Anmachwasser eingestreut wird. Wird Wasser auf das Gipspulver geschüttet, verklumpt der Gips. Das richtige Mischungsverhältnis (der Wassergipswert) richtet sich nach den Herstellerangaben, dass auf der Gipstüte angegeben ist. Das Erhärten des Gipses (Abbildung 3.3.7) beginnt mit dessen Versteifen. Der Gips nimmt das beim Brennen ausgetriebene Kristallwasser wieder auf. Dies ist ein rein physikalischer Vorgang. Unter Wärmeabgabe beginnt der Gips zu kristallisieren (Abbildung 3.3.8). Dabei dehnt er sich um ca. 1-Vol. % aus. Es kommt zur Verfilzung der nadelförmigen Kristalle. Die Gipskristalle bewirken durch das Verkrallen untereinander die Festigkeit des Gipses. Bereits erstarrte Gipsmörtelreste die sich auf Werkzeugen, in Maschinen oder im Mörtel-

251

3.3 Bindemittel

gefäß befinden, beschleunigen den Erhärtungsprozess. Beschleunigend wirken auch hohe Lufttemperaturen und das Anmachen mit warmen Wasser. Zu vermeiden sind während der Kristallisationsphase Zugluft und direkte Sonneneinstrahlung. Bei diesen Verhältnissen wird dem Gips zu schnell Feuchtigkeit entzogen, die Kristallisation kann dann nicht mehr vollständig erfolgen. Die Folge ist unzureichende Festigkeit. Wird Gips in der anfänglichen Kristallisationsphase immer wieder durchgerührt (bearbeitet), erfolgt „totrühren“. Der Kristallisationsprozess wird abgebrochen, der Gips erhärtet nicht mehr. Keinesfalls darf Gips mit hydraulischen Bindemitteln (Zement, hydraulische Kalke, Mischbinder) gemischt werden.1) Gipsstein (Dihydrat) CaSO4 · 2H2O (Rohdichte ca. 2,3 kg/dm3) bei etwa 120 bis 180°

Brennen (Abgabe von Kristallwasser)

Stuckgips (Halbhydrat) CaSO4 · ½H2O etwa 75 % des Kristallwassers sind ausgetrieben

bei etwa 300 bis 700°

Putzgips (Mehrphasengips: Anhydrit II und III) CaSO4 etwa 90 % des Kristallwassers sind ausgetrieben

Anmachen (Zugabe von Anmachwasser) + nH2O↓ Gipsbrei CaSO4 · nH2O (etwa 30 bis 55 Masse-%) Versteifen Kristallisation (Dehydration) (Abgabe des Überschusswassers 15 bis 40 Masse-%) mH2O↑ Gipsstein (Dihydrat) CaSO4 · 2H2O (Rohdichte etwa 0,8 bis 1,6 kg/dm3 einschließlich evtl. Zuschläge)

Bild 3.3.7 Kreislauf des Gipses

Bild 3.3.8

Kristalline Struktur des Gipses 1)

Beim Einwirken von Gips auf Zement kommt es zum Sulfattreiben. Dabei bilden sich nadelförmige Kristalle im Zement, die unter starker Volumenvergrößerung das Bindemittel zerstören. Dies ist auch dann der Fall, wenn auf noch frischen Zementputz Gips aufgetragen wird. Es darf in diesem Fall immer nur auf ausreichend erhärteten Zementputz (auch Beton) vergipst werden.

3

252

3

3 Baustoffe

Eigenschaften von Gips. Gips ist wasserlöslich. Legt man ein Stück erhärteten Gips für einige Tage in Wasser, das täglich erneuert wird, stellt man fest, dass der Gipsstein an seiner Oberfläche weich und schmierig wird. Sein Volumen verringert sich. Gipskristalle gehen in Lösung mit Wasser. Gips löst sich also unter ständiger Feuchtigkeitseinwirkung auf. Er ist demnach nicht geeignet für Bauteile, die der Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Gips ist feuchtigkeitsregulierend. Die porige Struktur des Gipses begünstigt das Einlagern von Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft (bis zu 40 Masse-%), die bei sinkender Umgebungsfeuchtigkeit wieder abgegeben wird. Gipsputze wirken sich demnach positiv auf die physiologische Behaglichkeit von Menschen in Wohnräumen aus, in dem sie überschüssige Luftfeuchtigkeit aufnehmen und bei trockener Raumluft an diese die Feuchtigkeit wieder abgeben. Gips fördert die Rostbildung. Infolge des eingelagerten Wassers und des Schwefelgehalts im Gips, wird die Rostbildung begünstigt. Deshalb dürfen nur verzinkter oder lackierter Stahl (Nägel, Rippenstreckmetall, Drahtgewebe ...) in Gips eingebettet bzw. eingeschlagen werden. Gips wirkt feuerhemmend (Abbildung 3.3.9). Im Gips eingelagertes und kristallin gebundenes Wasser bewirken einen hervorragenden Brandschutz. Bei Hitzeeinwirkung bildet sich infolge des verdampfenden Wassers ein schützender Wasserdampfschleier vor dem Bauteil. Das verdampfte Wasser hinterlässt viele kleine Poren. Diese Poren wirken wärmedämmend. Sie verhindern, dass sich die hinter dem Gips befindlichen Bauteile rasch aufheizen. Gipsbauteile, insbesondere Gipsplatten und Gipsbauplatten werden deshalb bevorzugt für Verkleidung feuergefährdeter Konstruktionen (Stahlträger, -stützen ...) verwendet. Ohne besonderen Nachweis gelten 1,5 cm dicke Gipsputze bereits als feuerhemmend.

Bild 3.3.9 Brandschutz mit Gipsplatten

Gips dehnt sich aus. Beim Anmachen von Gips mit Wasser, wird die durch das Brennen zerstörte kristallin, nadelförmige Struktur wieder aufgebaut. Dies führt zu einer geringfügigen Volumenvergrößerung des Gipses. Dies ist der Grund dafür, dass Gipsputze nicht mit Sand gemagert werden müssen. Gipsputze bestehen aus einem homogenen, feinkörnigen Baustoff. Deshalb können Gipsputze glatt abgezogen werden. Das geringfügige Quellen des Gipses ist auch von Vorteil beim Setzen von Dübeln. Die Volumenvergrößerung lässt mit dem in Bild 3.3.10 dargestellten Ausdehnungsmessgerät nachweisen.

253

3.3 Bindemittel

Gips ist gut haftfähig. Gipsputze zeichnen sich aus durch eine besondere gute Haftfähigkeit. Dies wirkt sich positiv aus, beim Verputzen von glatten und schlecht saugenden Putzgründen. Dieses Verhalten ist u.a. darauf zurückzuführen, dass der feinkörnige Gips in die vorhandenen Poren des Putzgrundes eindringt und sich dort infolge der Volumenvergrößerung fest verkrallt.

3

Bild 3.3.10 Ausdehnungsmessgerät

Fragen: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Aus welchen Rohstoffen werden Baugipse hergestellt? Beschreiben Sie die Herstellung von Baugips. Wodurch unterscheidet sich Gipsstein von Anhydritstein? Nennen Sie die Baugipssorten nach DIN 1168 und deren Anwendungsgebiete. Weshalb kann Gips nicht für Außenputze verwendet werden? Wie erfolgt das Anmachen von Gips? Was geschieht beim Versteifen des Gipses? Warum ist Gips in der Kristallisationsphase vor Zugluft und direkter Sonneneinstrahlung zu schützen? Warum darf Gips nicht mit hydraulischen Bindemitteln vermischt werden? Worauf beruhen die formulierten Gipseigenschaften: a) feuchtigkeitsregulierend; b) rostfördernd, c) feuerhemmend, d) dehnt sich aus, e) gut haftfähig, f) wasserlöslich? Was geschieht, wenn der Kristallisationsprozess durch ständiges Rühren oder zu langes Bearbeiten des Gipses gestört wird? Welche Angaben befinden auf dem Gipssack bzw. auf dem Lieferschein (Bild 3.3.11)?

a)

Bild 3.3.11

b)

Gipssack a) Produktbezeichnung b) Verarbeitungshinweise c) Gefahrenhinweise

c)

254

3 Baustoffe

3.3.2 Baukalke Rohstoffe für die Herstellung von Baukalken sind: – Kalkstein (CaCO3, Calciumcarbonat, Abbildung 3.3.12) – Dolomitstein (CaCO3, MgCO3) – Kalkmergel.

3

Bild 3.3.12 Kalkstein

Herstellungsablauf Die Rohstoffe werden in Steinbrüchen über Tage bzw. im Untertagebau abgebaut und aufbereitet. Das heißt, sie werden in Brecheranlagen zerkleinert, gewaschen (von Verunreinigungen befreit) und gesiebt. Bei Temperaturen von ca. 900 °C werden die Kalksteine im Schachtofen gebrannt. Die Brenntemperatur liegt also unterhalb der Sintergrenze. Beim Brennen verliert der Kalkstein 44% an Masse (weil Kohlendioxid (CO2) entweicht), es bildet sich Branntkalk (CaO). Es handelt sich hier um einen chemischen Vorgang (siehe Abschnitt Bauchemie). Dabei wird dem Branntkalk eine genau dosierte Menge Wasser zugeführt (Trockenlöschen). Es entsteht Löschkalk (Ca(OH)2). Dabei vergrößert sich sein Volumen bis zum 2,5-fachen. Der Kalk ‘gedeiht’. Wichtig ist, dass alle Kalkteilchen mit dem Wasser chemisch reagiert haben. Ist dies nicht der Fall, kann der Kalk später unter Volumenzunahme nachlöschen und den Putz absprengen. Nach dem Löschen wird der Löschkalk getrocknet, feingemahlen und abgepackt. Abbildung 3.3.13 verdeutlicht die Vorgänge. Erhärtung. Auf der Baustelle wird der Kalk mit Sand und Wasser zu Mörtel angemacht. Die Erhärtung erfolgt, in dem der angemachte Kalk aus der Umgebungsluft Kohlendioxid aufnimmt und gleichzeitig das Überschusswasser abgibt. Es bildet sich wieder das Ausgangsprodukt Kalkstein (Calciumcarbonat, CaCO3). Wir sprechen hierbei von Carbonaterhärtung (Lufterhärtung) oder Carbonatisierung. Kalk ist beim Erhärten also unbedingt auf das in der Luft enthaltene Kohlendioxid

Bild 3.3.13 Herstellungsablauf von Baukalk

255

3.3 Bindemittel

3

Bild 3.3.14 Kreislauf des Kalkes

angewiesen. Eine Erhärtung unter Luftabschluss ist nicht möglich. Weil in der Luft nur sehr geringe Mengen an CO2 vorhanden sind (ca. 0,03 %), dauert der Erhärtungsvorgang sehr lange. Grundsätzlich werden unterschieden: – Luftkalke und – Hydraulische Kalke. Luftkalk wird hergestellt aus möglichst reinem Kalkstein oder Dolomitstein. Der Name weist darauf hin, dass diese Kalkarten nur an der Luft erhärten. Kennzeichen der Luftkalke sind die Carbonaterhärtung, eine heftige Löschreaktion, verbunden mit einer Volumenvergrößerung bis zum 2,5-fachen der Ausgangsmasse und eine mäßige Druckfestigkeit (ca. 1 N/mm2). Der karbonatisierte Kalk ist nach dem Aushärten sehr widerstandsfähig gegen Witterungseinflüsse und im Wasser praktisch unlösbar. Problematisch wird es dort, wo Schwefeldioxid (aus Luftverschmutzung durch Industrie, Heizungsanlagen, Autos) in Verbindung mit Wasser den karbonatisierten Kalk angreift und in nicht wasserbeständiges Calciumsulfat (Gips) umsetzt (Abbildung 3.3.15). Luftkalke werden verwendet im Mörtel für aufgehendes Mauerwerk (allerdings nicht für dichte Steine), Innenputz, Anstriche und im Zusatz zu Zementmörtel. Luftkalkmörtel sind sehr geschmeidig und bleiben auch nach dem Erhärten – wegen ihrer geringen Festigkeit – sehr elastisch. Luftkalke sind der Weißkalk und der Dolomitkalk. CaCO3 Calciumkarbonat

+

SO2 Schwefeldioxid

+

2 H2O Wasser

+

2 O2 Sauerstoff

→

CaSO4 · 2 H2O Calciumsulfat Wasser (Gips)

CO2↑ + Kohlendioxid

Bild 3.3.15 Umwandlung von Kalkstein in Gipsstein

Hydraulisch erhärtende Kalke erhärten nach anfänglicher Carbonaterhärtung auch unter Luftabschluss weiter. In den Rohstoffen dieser Kalke befinden sich hydraulische Stoffe (Hydraulefaktoren), die mit Wasser auch unter Luftabschluss erhärten. Dies sind Bestandteile des Tons: (Siliciumoxid (SiO2), Eisenoxid (Fe2O3), Aluminiumoxid (Al2O3)), die sich im Rohstoff Kalkmergel befinden. Hydraulische Stoffe (wie z. B. Trass, Hüttensand) können auch beigemischt werden. Es handelt sich dabei nicht um Bindemittel, sondern um Stoffe, die durch Anreger wie Kalkhydrat oder Zement ihr latent vorhandenes Erhärtungsvermögen aktivieren. Ohne Anreger können diese hydraulischen Stoffe nicht erhärten. Die hydraulische Erhärtung kann jedoch nur erfolgen, wenn ausreichende Feuchtigkeit vorhanden ist. Der Mörtel ist deshalb auch nach dem Erstarren noch einige Tage feucht zu halten. Die Dauer der Carbonaterhärtung (2-7 Tage) ist abhängig vom Anteil der im Kalk enthaltenen Hydraulefaktoren. Kennzeichen der hydraulischen Kalke sind neben

256

3

3 Baustoffe

der oben beschriebenen Eigenart ihr träges Löschverhalten mit mäßiger Volumenvergrößerung (je größer der Anteil an Hydraulefaktoren, desto geringer die Volumenvergrößerung) und Druckfestigkeiten bis zu 15 N/mm2. Sie werden verwendet zur Herstellung von Putz- und Mauermörtel bei erhöhten Anforderungen an die Druckfestigkeit. Als Putzmörtel auch in Feuchträumen sowie für Außenputze. Sie sind chemisch unempfindlicher als Luftkalke. Hydraulische Kalke werden auch als hydraulisch gebundene Tragschichten und zur Bodenverbesserung bzw. Bodenverfestigung im Straßenbau eingesetzt. Hydraulisch erhärtende Kalke sind der Wasserkalk, der hydraulische Kalk der hochhydraulische Kalk und der Romankalk. Abbildung 3.3.16 benennt die üblichen Baukalke, ihre Ausgangsprodukte, die Eigenschaften und die Verwendung. Tabelle 3.3.16 Übersicht über die Baukalke Kalkart

Rohstoffe

Eigenschaften

Verwendung

Luftkalke Weißkalk 70 Weißkalk 80 Weißkalk 90

möglichst reiner Kalkstein

kräftig löschend, quillt bis zum 2,5-fachen, Schüttdichte 0,3 bis 0,6

Dolomitkalk 80 Dolomitkalk 85

möglichst reiner Dolomitstein

träger löschend und weniger aufquellend als Weißkalk, sonst wie Weißkalk Schüttdichte 0,4 bis 0,6

Hydraulischer Kalk 2 Natürlicher hydraulischer Kalk 2

mergeliger Kalkstein tonhaltige oder kieselsäurehaltige Kalksteine

aufgehendes Mauerwerk, Innenputz Anstriche, Zusatz zu Zementmörtel

Hydraulisch erhärtende Kalke

Hydraulischer Kalk 3,5 Kalksteinmergel oder Kalkstein mit zusätzlichen Hydraulefaktoren Natürlicher hydrautonhaltige oder kiesellischer Kalk 3,5 säurehaltige Kalksteine Hydraulischer Kalk 5 Kalksteinmergel oder Kalkstein mit zusätzlichen Hydraulefaktoren Natürlicher hydrautonhaltige oder kiesellischer Kalk 5 säurehaltige Kalksteine

träger löschend als Dolomitkalk, quillt bis zum 2-fachen, schwach hydraulisch, Schüttdichte 0,4 bis 0,8 zerfällt beim Löschen nicht vollständig, muss gemahlen werden, Schüttdichte 0,5 bis 0,9

aufgehendes Mauerwerk, Kellermauerwerk, Innenputz, Außenputz Grundmauern, Natursteinmauerwerk, Putz in Feuchträumen

nur teilweise löschfähig, muss gemahlen werden, Schüttdichte 0,6 bis 1,0

wie vor, aber auch für hochbelastetes Mauerwerk

Luftkalke dürfen, hydraulisch erhärtende Kalke dürfen nicht mit Gips zusammen verarbeitet (vermischt) werden. Handelsformen. Die Industrie bietet Baukalke als ungelöschte und gelöschte Arten an. Ungelöschte Baukalke müssen vor der Verarbeitung nach den Anweisungen des Lieferwerkes gelöscht werden. Gelöschte Kalke können im Anlieferungszustand zu Mörtel verarbeitet werden. Unterschieden werden: – Stückkalk ist grobkörniger oder stückiger, gebrannter, ungelöschter Kalk. – Feinkalk ist feingemahlener, gebrannter, ungelöschter Kalk. – Kalkteig ist eine Aufschlämmung von gelöschtem Kalk (eingesumpfter Kalk) – Kalkhydrat ist im Trockenverfahren gelöschter, pulverförmiger Kalk

257

3.3 Bindemittel

Verarbeitungshinweise. Bei der Verarbeitung sind grundsätzlich die Angaben des Herstellers zu beachten. Bei Feinkalk und Stückkalk sind zur Sicherstellung der Raumbeständigkeit die Einsumpfdauer bzw. die Mörtelliegezeit anzugeben. Unter Einsumpfdauer versteht man die Zeit, die der Kalk nach dem Löschen mindestens eingesumpft sein muss, bevor er mit Zuschlägen zu sofort verarbeitbarem Mörtel angemacht werden darf. Die Mörtelliegezeit gibt an, wie lange der angemachte Mörtel liegen muss, bevor er verarbeitet werden darf. Kalkhydrat ist im Anlieferungszustand verarbeitbar. Hydraulische Kalke sind ebenfalls im Anlieferungszustand verarbeitbar. Anzugeben ist allerdings die Zeit, wie lange der Mörtel nach dem Anmachen verarbeitet werden darf, bevor die chemische Reaktion der hydraulischen Bestandteile mit Wasser einsetzt. Achtung: Gelöschter Kalk wirkt stark ätzend! Neben den Händen sind insbesondere die Augen gefährdet. Handschutz und Augenschutz tragen!

Bild 3.3.17 Kalksack

Kennzeichnung. Außer Stückkalk und Kalkteig erfolgt die Anlieferung der Baukalke in Papiersäcken (Bild 3.3.17) oder im Silo. Bei Baukalken, die in Säcken oder im Silo angeliefert werden sind folgende Angaben zu machen: – Baukalkart – Normgerechte Bezeichnung – Handelsform – Verwendungszweck – Verarbeitungsanweisung – Bruttogewicht – CE Konformitätszeichen – Sicherheitshinweise Fragen 1. 2. 3. 4.

Aus welchen Rohstoffen werden Baukalke hergestellt? Beschreiben Sie die Herstellung von Baukalk. Erklären Sie die Begriffe: a) Branntkalk, b) Löschkalk, c) Carbonaterhärtung Wie wirken sich ungelöschte Kalkteilchen im Putzmörtel aus?

3

258

3

3 Baustoffe

5. Beschreiben Sie die Unterschiede zwischen Luftkalken und hydraulisch erhärtenden Kalken hinsichtlich Zusammensetzung, Eigenschaften und Erhärtungsverlauf. 6. Für welche Arbeiten werden Luftkalke und hydraulisch erhärtende Kalke eingesetzt? 7. Warum dürfen hydraulisch erhärtende Kalke nicht mit Gips vermischt werden? 8. Erklären Sie die Begriffe: a) Stückkalk, b) Feinkalk, c) Kalkteig, d) Kalkhydrat. 9. Was versteht man unter Mörtelliegezeit und Einsumpfdauer? 10. Welche Angaben muss der Lieferschein aufweisen, wenn Kalk im Silo angeliefert wird?

3.3.3 Zement Rohstoffe für die Zementherstellung sind Kalkstein und Ton. Im Gegensatz zu den vorgenannten Bindemitteln – Gips, Anhydrit, Kalk – ist Zement ein künstlicher Baustoff, der so in der Natur nicht vorkommt. Zement ist nach DIN EN 197-1 ein feingemahlenes, hydraulisches Bindemittel, das mit Wasser angemacht, an der Luft und unter Wasser (unter Luftabschluss) erhärtet.

Bild 3.3.18 Herstellungsablauf von Zement

Herstellung (Abbildung 3.3.18). Nach dem Abbau der Rohstoffe erfolgt zunächst deren Aufbereitung. Darunter versteht man: zerkleinern in Brecheranlagen, feinmahlen und inniges mischen der Ausgangsstoffe. Das so hergestellte Gemisch wird als Rohmehl bezeichnet. Wichtig ist, dass das Mengenverhältnis Kalkstein : Ton (ca. 3:1) genau aufeinander abgestimmt ist. Jedes Kalkteilchen muss an die im Ton enthaltenen Hydraulefaktoren gebunden werden (Abbildung 3.3.19). Freier Kalk löscht bei Zugabe von Wasser und vergrößert dabei sein Volumen Dies führt zu Absprengungen im Mörtel. Zu wenig Kalk führt zu geringerer Festigkeit. Das Rohmehl wird in einem kontinuierlichen Prozess dem Drehrohrofen (Durchmesser ca. 5 m, Länge bis 200 m, Abbildung 3.3.20) zugeführt. Dort wird das Rohmehl bis zur Sintergrenze (ca. 1450 °C) gebrannt.

259

3.3 Bindemittel

3 Bild 3.3.19 Genau aufeinander abgestimmte Anteile von Kalkstein und Ton sind Grundlage für die Herstellung von Zement

Bild 3.3.20 Drehrohrofen

Durch die ständige Drehbewegung des leicht geneigten Drehrohrofens wird das Rohmehl immer weiter transportiert. Es bilden sich kleine, sehr harte Kügelchen aus. Das Brennprodukt heißt Portlandzementklinker (Abbildung 3.3.21). Dieser wird in einer Kühltrommel auf ca. 100 °C abgekühlt und im Zementklinkerlager zwischengelagert. Nun erfolgt das Feinmahlen in Rohrmühlen. Zur Regulierung des Erstarrungsverhaltens des Zements wird bis zu 5 Masse-% Gipsstein oder Anhydrit beigemengt. Ohne diesen Zusatz ist der Zement ein Schnellerstarrer. Je nach dem, welche Zementart hergestellt werden soll, werden weitere Zuschläge wie z. B. Hüttensand, Puzzolan, Flugasche, gebrannter Ölschiefer oder Kalkstein hinzugegeben und mitgemahlen. Die Mahlfeinheit ist entscheidend für die Zuordnung in die Zementfestigkeitsklassen. Je feiner gemahlen wird, desto reaktionsfreudiger ist Zement. Zemente, die sehr fein gemahlen sind, erreichen wesentlich höhere Anfangsfestigkeiten.

Bild 3.3.21 Portlandzementklinker

260

3 Baustoffe

3

Bild 3.3.22 Verfestigungsvorgänge beim Zement

Erhärtung. Zement erstarrt und erhärtet infolge chemischer Verbindungen mit Wasser. Es bilden sich dabei kristalline Hydrate, welche das Gemenge zu einem festen, weitgehend homogenen Gefüge verkitten. Der chemische Vorgang wird als Hydratation bezeichnet, bei der Wärme freigesetzt wird (siehe Abschnitt Chemische Grundlagen). Der Erhärtungsverlauf ist auch temperaturabhängig. Hohe Lufttemperaturen beschleunigen, niedrige verlangsamen den Erstarrungs- und Erhärtungsprozess. Wesentlich ist, dass während des Erhärtungsprozesses ausreichende Feuchtigkeit zur Verfügung stehen muss. Zementmörtel und Beton sind deshalb in dieser Phase immer feucht zu halten. Feuchtigkeitsmangel führt zu erheblichen Festigkeitsverlusten. Vom Anmachen des Zementleims (Zement + Wasser) bis hin zum Erhärten lassen sich drei Phasen unterscheiden (Abb.3.3.22): – 1. Phase: Verarbeitungsphase. Anmachen des Zementleims bis zum Erstarrungsbeginn. Diese Zeit steht für die Verarbeitung zur Verfügung. Mit Beginn des Erstarrens darf der Mörtel bzw. Beton nicht mehr bearbeitet werden, da sonst das sich bildende Gefüge zerstört wird. – 2. Phase: Erstarrungsphase. Erstarrungsbeginn frühestens nach 1 Std. (45 Min. bei der Festigkeitsklasse 52,5) und Erstarrungsende spätestens nach 12 Std. Ein Bearbeiten ist nicht mehr zulässig, die Verfestigung setzt ein. Der Erstarrungsbeginn und das Erstarrungsende werden wesentlich beeinflusst von der Zementart und der Lufttemperatur. Die Überprüfung des Zeitpunktes erfolgt im Labor mit dem Nadelgerät (Abbildung 3.3.23). – 3. Phase: Erhärtungsphase. Mit dem Erstarrungsende beginnt die Erhärtungsphase, die sich bei optimalen Verhältnissen (ausreichende Mengen an Feuchtigkeit) über Jahre hinzieht. Unter der Anfangsfestigkeit versteht man die Druckfestigkeit nach 2 bzw. 7 Tagen. Die Normfestigkeit nach DIN 1164 muss nach 28 Tagen erreicht sein. In der anfänglichen Erhärtungsphase müssen bereits Maßnahmen eingeleitet werden, den Mörtel bzw. Beton nachzubehandeln, das heißt, ihn vor Feuchtigkeitsverlusten durch Zugluft oder starke Sonneneinstrahlung etc. zu schützen.

261

3.3 Bindemittel

3

Bild 3.3.23 Nadelgerät zur Bestimmung der Zementerhärtung

Zementarten (Tabelle 3.3.24). DIN EN 197-1 unterscheidet die Zementarten nach ihren Hauptbestandteilen. Danach gibt es grundsätzlich 5 Hauptzementarten: – CEM I = Portlandzement – CEM II = Portlandkompositzemente – CEM III = Hochofenzemente (Bild 3.3.26) – CEM IV = Puzzolanzement – CEM V = Kompositzement Tabelle 3.3.24 Zementarten nach DIN EN 197-1 (Normalzementarten, Auswahl) Hauptzementart

Bezeichnung

Kurzzeichen

CEM I

Portlandzement

CEM I CEM II/A-S CEM II/B-S CEM II/A-P CEM II/B-P CEM II/A-V CEM II/A-T CEM II/B-T CEM II/A-LL CEM II/A CEM II/B CEM IV/A CEM V/A

Portlandhüttenzement Portlandpuzzolanzement CEM II

Portlandflugaschezement Portlandschieferzement Portlandkalksteinzement

CEM III

Hochofenzement

CEM IV CEM V

Puzzolanzement Kompositzement

Tabelle 3.3.25 Kurzzeichen für besondere Zementbestandteile Kurzzeichen

Bedeutung

A B K S P V W T L/LL

hoher Anteil an Portlandzementklinker niedriger Anteil an Portlandzementklinker Portlandzementklinker Hüttensand natürliche Puzzolane kieselsäurereiche Flugasche kalkreiche Flugasche gebrannter Schiefer Kalkstein

262

3 Baustoffe

3

Bild 3.3.26 Zementsack

Portlandzement enthält keine weiteren Hauptbestandteile, sondern ausschließlich Portlandzementklinker. Die Portlandkompositzemente bestehen aus mind. zwei Hauptbestandteilen. Die Benennung beinhaltet alle Hauptbestandteile. So enthält der Portlandflugaschezement als Hauptbestandteile neben dem Portlandzementklinker (K) auch Flugasche (V) und Hüttensand (S). Hochofenzemente bestehen aus Portlandzementklinker und Hüttensand. Das Kurzzeichen ‘A’ steht für einen hohen, das Kurzzeichen ‘B’ für einen niedrigen Portlandzementklinkeranteil. Zementarten mit niedriger Hydratationswärme (mit geringer Wärmeentwicklung beim Erstarren) erhalten den Kennbuchstaben ‘LH’, solche mit einem hohen Sulfatwiderstand den Kennbuchstaben ‘HS’. Als Hinweis auf die Anfangsfestigkeit ist entweder Buchstabe N oder Buchstabe R anzugeben. In Tabelle 3.3.28 sind für die verschiedenen Zementarten, typische Eigenschaften und Anwendungsbeispiele aufgelistet. Zementfestigkeitsklassen/Kennzeichnung (Abbildung 3.3.27). Die Mindestdruckfestigkeiten der Normzemente entsprechen den Angaben auf den Zementtüten bzw. den Angaben auf dem Siloanheftblatt. Die von der Norm geforderten und vom Hersteller garantierten Festigkeiten müssen nach 28 Tagen erreicht sein. Neben der 28-Tage-Festigkeit sind auch die 2- bzw. 7-TageAnfangsfestigkeiten zu erreichen. Die 28-Tage-Festigkeit darf in den Festigkeitsklassen 32,5, 32,5R, 42,5 und 42,5R (‘R’ steht für rapid = schnell, diese Zemente erreichen eine höhere Anfangsfestigkeit) um maximal 20 N/mm2 überschritten werden. Tabelle 3.3.27 Festigkeitsklassen, Erstarrungsbeginn und Kennfarben von Zement nach Norm Festigkeitsklasse N/mm2 32,5 N 32,5 R 42,5 N 42,5 R 52,5 N 52,5 R

Druckfestigkeit Anfangsfestigkeit Normfestigkeit Erstarrungsbeginn 2 Tage 7 Tage 28 Tage – > 16 > 32,5 < 52,5 > 10 – > 60 > 10 – > 42,5 < 62,5 > 10 – > 30 – > 52,5 – > 45 > 30 –

Farbe der Zementtüte hellbraun grün rot

Farbe des Aufdruckes schwarz rot schwarz rot schwarz weiß, gelb, orange

Zur besseren äußeren Unterscheidung sind die Zemente unterschiedlicher Festigkeitsklassen verschiedenfarbig abgepackt. Die normgerechte Bezeichnung für einen Portlandzement der Festigkeitsklasse 32,5 mit hoher Anfangsfestigkeit wird so vorgenommen: Zement DIN EN 197-1 CEM I 32,5 R Ein Portlandflugaschezement der Festigkeitsklasse 42,5 mit normaler Anfangsfestigkeit wird so kurzbezeichnet: Zement DIN EN 197-1 CEM II/B 42,5 N Ein kalkarmer Hochofenzement der Festigkeitsklasse 32,5 mit normaler Anfangsfestigkeit, niedriger Hydratationswärme und hohem Sulfatwiderstand erhält die Kurzbezeichnung: Zement DIN EN 197-1 CEM III/B 32,5 N/LH

263

3.3 Bindemittel

Eigenschaften und Verwendung. Grundsätzlich können Zemente aufgeteilt werden in kalkarme (niedriger Portlandzementklinkeranteil) und kalkreiche (hoher Portlandzementklinkeranteil). Kalkreiche Zemente wie der Portlandzement (CEM I) bewirken durch den hohen Anteil an Calciumhydroxid (Ca(OH)2), das bei der Erhärtungsreaktion zwischen Zement und Wasser gebildet wird, eine alkalische Umgebung die einen besonders guten Korrosionsschutz (Rostschutz) der Stahleinlagen im Stahlbeton gewährleistet. Eine weitere Eigenschaft kalkreicher Zemente ist die bei der Hydratation entstehende hohe Wärmeentwicklung. Dies führt zu schnell ansteigenden Zementfestigkeiten. Bei kalkarmen Zementen, wie z. B. dem Hochofenzement (CEM III/B), tritt eine geringe Wärmeentwicklung auf. Solche Zemente sind gut geeignet für die Herstellung von Massenbeton. Dadurch werden übermäßige Spannungen im Beton infolge hoher Temperaturen vermieden. Hochofenzement mit hohem Anteil an Hüttensand besitzt eine gute chemische Beständigkeit gegen sulfathaltiges Wasser. Tabelle 3.3.28 zeigt Eigenschaften und Anwendungsbeispiele der Normzemente bezogen auf die Festigkeitsklasse 32,5 R. Tabelle 3.3.28 Eigenschaften und Anwendungsbeispiele der Normzemente bezogen auf die Festigkeitsklasse 32,5 R Zementart

Wichtigste Festigkeitsklassen

CEM I Portlandzement

32,5 R 42,5 R 42,5 N 52,5 R

CEM II/A-S Portlandhüttenzement

32,5 R 42,5 R 42,5 N 32,5 R 32,5 N

CEM II/B-P Portlandpuzzolanzement

CEM II/A-V Portlandflugaschezement

32,5 R

CEM II/A-T Portlandölschieferzement CEM II/A-L Portlandkalksteinzement

32,5 R

CEM II/B-SV Portlandflugaschezement CEM III/B Hochofenzement

32,5 R

32,5 R

32,5 R 42,5 R

Eigenschaften und Anwendungsbeispiele (Hinweis: Bei den höheren Festigkeitsklassen ist die Mahlfeinheit, der Wasseranspruch, das Wasserrückhaltevermögen und die Hydratationswärme größer, die Verarbeitungszeit und die Nachbehandlung kürzer, der Einfluss niedriger Temperatur auf die Erhärtung geringer als beim Z 32,5 R der jeweiligen Zementsorte.) schnelle Erhärtung, hohe Frühfestigkeit, mäßige Nachhärtung, geringe Erhärtungsverzögerung bei niedriger Temperatur, langsame Karbonatisierung, höhere Hydratationswärme, als Luftporenbeton hoher Frost-Tausalz-Widerstand, kurze Nachbehandlungsdauer, kürzere Verarbeitungszeit für alle üblichen Anforderungen im Beton- und Stahlbetonbau, für Putz- und Mauermörtel entspricht weitgehend dem Portlandzement

langsame Erhärtung, geringe Frühfestigkeit, gute Nachhärtung, längere Erhärtungsverzögerung bei niedrigen Temperaturen, schnelle Karbonatisierung, vermehrter Wasseranspruch, größeres Wasserrückhaltevermögen, gute Verarbeitbarkeit, längere Verarbeitungszeit, längere Nachbehandlungsdauer, geringe Neigung zu Ausblühungen für Mörtel zum Verlegen von Plattenbelägen, Verfugen von Sichtmauerwerk langsame Erhärtung, geringe Frühfestigkeit, gute Nachhärtung, geringe Erhärtungsverzögerung bei niedrigen Temperaturen, schnellere Karbonatisierung, geringer Wasseranspruch, gute Verarbeitbarkeit, längere Verarbeitungszeit, längere Nachbehandlungsdauer für alle Betonwaren, Leichtbetonwände mit haufwerksporigem Gefüge vergleichbar mit dem Portlandzement, jedoch etwas größerer Wasseranspruch schnelle Erhärtung, hohe Frühfestigkeit, fast keine Nachhärtung, geringe Erhärtungsverzögerung bei niedrigen Temperaturen, langsame Karbonatisierung, geringe Hydratationswärme, als Luftporenbeton hoher Frost-TausalzWiderstand, geringer Wasseranspruch, gute Verarbeitbarkeit, kurze Nachbehandlungsdauer, kürzere Verarbeitungszeit für alle üblichen Anforderungen im Beton. und Stahlbetonbau, bei FrostTausalz-Angriff (LP-Beton), Betonwaren vergleichbar mit dem Portlandflugaschezement

langsame Erhärtung, geringe Frühfestigkeit, gute Nachhärtung, längere Erhärtungsverzögerung bei niedrigen Temperaturen, schnelle Karbonatisierung, niedrige Hydratationswärme, mäßiger Frost-Tausalz-Widerstand, längere Nachbehandlungsdauer, längere Verarbeitungszeit bei Sulfatangriff, im Bereich des Tief- und Wasserbaus

3

264

3

3 Baustoffe

Viele Nichteisenmetalle werden vom frischen Zementmörtel angegriffen. Es sind deshalb angrenzende Bauteile wie z. B. Aluminiumfenster, Zinkeinfassungen oder Bleiverglasungen besonders zu schützen (siehe Bauchemie: Abschnitt Laugen). Zement wird hauptsächlich verwendet als Bindemittel im Beton und Mörtel, aber auch als Zusatz in Klebern und Injektionsmörteln. Prüfungen. Die Zementprüfungen erfolgen in Eigen- und Fremdüberwachung. Baustellenprüfungen sind nicht erforderlich. Nach der Norm sind folgende Eigenschaften zu überprüfen: – Mahlfeinheit – Erstarrungsbeginn und -ende – Raumbeständigkeit – Druckfestigkeit – Hydratationswärme Fragen: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

13. 14.

15.

Aus welchen Rohstoffen wird Zement hergestellt? Beschreiben Sie die Herstellung von Portlandzement. Erklären Sie die Begriffe: a) Hydratation, b) Zementleim, c) Zementstein Warum wird dem Portlandzementklinker beim Feinmahlen Gipsstein zugesetzt? Warum benötigt Zement während des Erhärtungsprozesses Feuchtigkeit. Beschreiben Sie die 3 Phasen vom Anmachen des Zements bis zur endgültigen Erhärtung. In welche 5 Hauptgruppen gliedert DIN EN 197-1 die Normzemente? Welche weiteren Hauptbestandteile können dem Zement neben dem Portlandzementklinker zur Erzielung besonderer Eigenschaften beigemischt werden? Wofür stehen die Kurzzeichen A, B, LH, HS, R? In welche Druckfestigkeitsklassen gliedert DIN EN 197-1 die Zemente? Auf der Baustelle sehen Sie die im Folgenden genannten Zementsäcke liegen. Welcher Festigkeitsklasse sind sie zugeordnet? a) grüne Grundfarbe, rote Aufschrift, b) hellbraune Grundfarbe, schwarze Aufschrift, c) rote Grundfarbe, weiße Aufschrift Nennen Sie anhand der folgenden Kurzbezeichnungen die Zementart, die Hauptbestandteile, die Druckfestigkeitsklasse und besondere Eigenschaften: a) – Zement DIN EN 197-1 CEM II/A-V 42,5 R, b) Zement DIN EN 197-1 CEM II/A-L 52,5 R, c) Zement DIN EN 197-1 CEM III/B 32,5 LH/HS, d) Zement DIN EN 197-1 CEM I Für welche Aufgabengebiete sind kalkarme bzw. kalkreiche Zemente geeignet? Es sollen die im Folgenden genannten Bauteile hergestellt werden. Welche Zementart würden Sie empfehlen? a) Staudamm (massiges Bauteil), b) Kelleraußenwand (Einfamilienhaus), c) Stahlbetondecke (die Schalung wird dringend anderweitig benötigt), d) Stahlbetondecke (es wird bei niedrigen Temperaturen betoniert), e) Spannbetonfertigteile, f) Tragschicht. Besorgen Sie sich einen Zementsack. Überprüfen Sie, welche Angaben dort abgedruckt sind. Erklären Sie deren Bedeutung.

3.3.4 Putz- und Mauerbinder Der in der EN 413-1 genormte Putz- und Mauerbinder – Kurzzeichen „MC“ – besteht aus Portlandzementklinker und anorganischen Stoffen (mineralische Stoffe, Baukalk, Füllstoffe, anorganische Pigmente). Zusätze – Mahlhilfen, Luftporenbildner etc. – können zugegeben werden. Aufgabe der Füllstoffe ist es, der Schwindneigung entgegen zu wirken, den Mörtel geschmeidiger und den Putz elastischer zu machen. Das Zugeben von organischen Pigmenten ist nicht erlaubt. Die Erhärtung erfolgt hydraulisch. Es handelt sich um ein werkmäßig hergestelltes Bindermittel. Putz- und Mauerbinder gibt es in den Arten MC 5, MC 12,5, MC 12,5X und MC 22,5X. Der Kennbuchstabe „X“ weist darauf hin, dass das Produkt keinen Luftporenbildner enthält. Die Zugabe von Luftporenbildnern verbessert bei den Arten MC 5 und MC 12,5 die Verarbeitbarkeit

265

3.3 Bindemittel

und erhöht das Wasserrückhaltevermögen. Die Druckfestigkeitsklassen ergeben sich aus Tabelle 3.3.29. Die normgerechte Bezeichnung für einen Putz- und Mauerbinder ist z. B.: „Putz- und Mauerbinder EN 413-1 MC 22,5X“. Zur Anwendung kommen Putz- und Mauerbinder bei Innenund Außenputzen sowie bei Mauerarbeiten. Tabelle 3.3.29 Druckfestigkeitsklassen von Putz- und Mauerbinder Art MC 5 MC 12,5 MC 12,5X MC 22,5X

Druckfestigkeit nach 28 Tagen in N/mm2 ≥ 5 bis ≤ 15 ≥ 12,5 ≤ 32,5 ≥ 12,5 ≤ 32,5 ≥ 22,5 bis ≥ 42,5

Bild 3.3.30 Putz- und Mauermörtelsack

Fragen: 1. 2. 3. 4. 5.

Aus welchen Bestandteilen besteht Putz- und Mauerbinder? Was bewirkt die Zugabe von Luftporenbildnern? Welche Arten vom Putz- und Mauerbinder kennt die EN 413-1? Erklären Sie die Kurzbezeichnung: EN 413-1 MC 12,5X. Überlegen Sie! Putz- und Mauerbinder enthält als Bindemittel Zement. Für welche Anwendungsbereiche als Putzmörtel könnte er eingesetzt werden? 6. Benennen und erklären Sie die Angaben die auf dem Putz- und Mauerbindersack aufgedruckt sind.

3.3.5 Calciumsulfatbinder (Anhydritbinder) Aus wasserfreiem Calciumsulfat (CaSO4, natürlichem Anhydritgestein (NAT) oder synthetischem Anhydrit (SYN)) wird Calciumsulfatbinder hergestellt. Es handelt sich also um ein nicht hydraulisches Bindemittel. Calciumsulfat fällt in großen Mengen bei der Rauchgasentschwefelung an oder auch bei der Herstellung von Flusssäure. Im Unterschied zu Gips fehlen dem Calciumsulfat zwei Moleküle Wasser: – Calciumsulfat-Dihydrat (Gips): Ca SO4 · 2H2O – Calciumsulfat: Ca SO4 Calciumsulfat wird auch als „Wasserfreies Calciumsulfat“ bezeichnet. Wird diesem Wasser zugegeben entsteht das Reaktionsprodukt Gips. Im Unterschied zu einem Stuck- oder Putzgips mit einem sehr niedrigen Festigkeitsniveau entsteht bei der Reaktion von Calciumsulfat mit Wasser ein hochfester Gips. Da der feingemahlene Anhydrit allein nicht reaktionsfähig ist, werden ihm als Anreger

3

266

3 Baustoffe

basische Stoffe, z. B. Baukalk oder/und salzartige Stoffe, z. B. Sulfate beigemischt. Der Anregerstoff kann auch getrennt angeliefert werden. Dieser wird dann auf der Baustelle dem Mörtel beigegeben. Anwendungsgebiete sind die Herstellung von Estrichen, Putzen und Bauplatten. Die Verarbeitungstechniken entsprechen denen der Baugipse. Anhydritbinder dürfen nicht mit anderen Bindemitteln gemischt werden. Sie dürfen, wie Baugipse, nicht an Bauteilen verwendet werden, die dauernder Feuchtigkeit ausgesetzt sind.

3

Achtung: Wegen möglicher Treibgefahr dürfen Anhydritbinder verschiedener Markenbezeichnungen und Hersteller untereinander nicht vermischt werden!

Bild 3.3.31 Anhydritbindersack

Fragen: 1. 2. 3. 4. 5.

Was sind die Ausgangsstoffe für Anhydritbinder? Was versteht man unter einem nicht hydraulischen Bindemittel? Was unterscheidet Gips von Calciumsulfat? Weshalb muss dem Anhydritbinder ein Anregerstoff zugegeben werden? Wo dürfen Anhydritbinder nicht verarbeitet werden?

3.4 Gesteinskörnungen 3.4.1 Arten Gesteinskörnungen werden zur Herstellung von Mörtel und Beton benötigt. Es sind ungebrochene und/oder gebrochene Körner aus natürlichen und/oder künstlichen Stoffen. Sie bilden im Mörtel bzw. Beton das tragende Gerüst. Grundsätzlich unterscheidet man mineralische und organische Zuschlagstoffe. Untergliedert wird nach Gesteinskörnungen mit dichtem und porigem Gefüge, nach natürlichen und künstlichen Ausgangsstoffen, nach gebrochen oder ungebrochen. (Tabelle 3.4.1 und Abbildung 3.4.2). DIN EN 12620 bezeichnet Gesteinskörnungen entsprechend Tabelle 3.4.3.

267

3.4 Gesteinskörnungen

Tabelle 3.4.1 Zuschlagarten: mineralisch – organisch – natürlich – künstlich – dicht –porig

dicht porig

mineralische organische natürlich künstlich natürlich künstlich aus Gruben, Hüttensand, HochofenKunststoffgranulate Flüssen, Seen stückschlacke, Metallund Steinbrüchen schrott aus Gruben und Perlite, Blähton, BlähZellulosefasern, Holzexpandiertes Polystyrol, Steinbrüchen, glimmer, geblähte späne, Holzwolle Kunststofffasern z. B. Bims, Tuff Schmelzflüsse

a)

b)

c)

d)

Bild 3.4.2 Gesteinskörnungen: a) Sand, b) Kies, c) Splitt 8–16, d) Schotter 0–32 Tabelle 3.4.3 Gesteinskörnungen: Einteilung nach der Korngröße (DIN EN 12 620) Gesteinskörnung mit Kleinstkorn Größtkorn in mm in mm 0 0,125 0 ≤4 ≥2 ≥4 0 ≥4

normgerechte Bezeichnung Füller feine Gesteinskörnung grobe Gesteinskörnung Korngemisch

bisherige Bezeichnung Füller(Gesteinsmehl) Sand/Brechsand Kies/Splitt/Schotter Kiessand/Splittbrechsand

3.4.2 Anforderungen an die Gesteinskörnung Weil die Eigenschaften der Gesteinskörnungen wesentlich auch die Eigenschaften des Mörtels und des Betons bestimmen, müssen sie bestimmte Anforderungen erfüllen:

3

268

3 Baustoffe

Festigkeit: Die Gesteinskörnung muss mindestens eine so hohe Festigkeit aufweisen, wie sie vom Mörtel bzw. Beton gefordert wird. Die Eigenfestigkeit kann überprüft werden durch Ritzen mit einem Messer oder durch einen leichten Hammerschlag. Schädliche Bestandteile: Der Anteil an abschlämmbaren Bestandteile (z. B. Ton, Lehm) die an der Gesteinskörnung haften und damit eine innige Verbindung zwischen Gesteinskörnung und Zementleim verhindern oder in Knollenform vorliegen, dürfen die Werte nach Tabelle 3.4.4 nicht überschreiten. Die Überprüfung erfolgt anhand des Absetzversuches.

3

Tabelle 3.4.4 Gehalt an abschlämmbaren Bestandteilen nach Norm Korngruppe 0/4, 0/4 0/8, 2/4, 2/8 0/16, 0/25, 4/8, 4/16 8/16, 8/25, 16/25, 16/32

Maximaler Gehalt an abschlämmbaren Bestandteilen in Gew.-% 5,0 4,0 3,0 2,0

Absetzversuch: In ein Messglas von 1000 cm3 Inhalt werden 500 g Gesteinskörnung und ca. 750 cm3 Wasser gegeben und kräftig durchgeschüttelt. Nach 20 und nach 40 Minuten wird nochmals kräftig durchgeschüttelt. Das Messglas wird nun ohne nachfolgende Erschütterung abgestellt. Nach einer Stunde wird die Schichtdicke der abschlämmbaren Bestandteile, die sich über der mit dem Auge erkennbaren ‘scharfen’ Feinsandschicht gebildet hat, an Ort und Stelle abgelesen. Der prozentuale Anteil kann nach der Formel 0, 6 × I × 100 = 0,12 × I in Masse-% berechnet werden. 500

Darin bedeuten: 0,6 = Dichte der trockenen abschlämmbaren Bestandteile in g/cm3 (nach DIN 4226 T3) I = abschlämmbare Bestandteile (Ablesewert) in cm3 500 = Zuschlagmenge in g Das Ergebnis eines Abschlämmversuches zeigt Abbildung 3.4.5.

Bild 3.4.5 Absetzversuch

Neben den abschlämmbaren Bestandteilen können auch organische Verunreinigungen störend wirken. Durch Stoffe organischen Ursprungs, wie z. B. Mutterboden kann der Erhärtungsprozess des Bindemittels beeinträchtigt werden. Mit Hilfe des Natronlaugeversuches können organische Stoffe nachgewiesen werden. Natronlaugeversuch: In eine weithalsige, verschließbare Klarglasflasche (d = 65 – 70 mm, V = 250 – 300 cm3) mit Messmarken bei 130 und 200 cm3, wird bis zur ersten Markierung (130 cm3) Gesteinskörnung eingefüllt (Größtkorn 4 mm). Bis zur zweiten Messmarke (200 cm3) wird nun

269

3.4 Gesteinskörnungen

3%ige Natronlauge aufgefüllt. Die Flasche wird verschlossen, kräftig durchgeschüttelt und abgestellt. Nach 24 Stunden wird die Färbung der Flüssigkeit festgestellt. Bei farbloser bis gelber Flüssigkeit sind keine wesentlichen Mengen organischer Stoffe vorhanden. Rötliche bis schwarze Verfärbung deutet auf erhebliche Mengen organischer Stoffe hin. Die Gesteinskörnung würde dann nicht den Anforderungen gerecht werden (Abbildung 3.4.6). Außer abschlämmbaren und organischen Bestandteilen können auch quellfähige Stoffe (Holzreste, kohleartige Stoffe ...), erhärtungsstörende Stoffe (zuckerähnliche Stoffe, Salze ...), Schwefelverbindungen etc. störend wirken. Sollte der Verdacht bestehen, dass solche Stoffe im Zuschlag enthalten sind, muss eine Eignungsprüfung vorgenommen werden.

Bild 3.4.6 Natronlaugeversuch

Gesteinszusammensetzung: Die Gesteinszusammensetzung beeinflusst die Festigkeit, das Schwindverhalten und den Zementleimverbrauch. Angestrebt wird ein hohlraumarmes Gemisch. Deshalb soll die Kornzusammensetzung gemischtkörnig sein. Gemischtkörnige Gesteinskörnungen weisen den geringsten Hohlraumgehalt auf, benötigen am wenigsten Bindemittel und gewährleisten die Raumbeständigkeit des Mörtels bzw. des Betons. Kornzusammensetzung mit sehr viel Feinkorn oder sehr viel Grobkorn benötigen mehr Bindemittel und begünstigen Schwindrisse (Abbildung 3.4.7). Eine günstige Kornverteilung zeigt Abbildung 3.4.8. Die Gesteinsgrößenverteilung wird anhand des Siebversuchs ermittelt. Der Prüfsiebsatz besteht aus Einzelsieben mit Maschenweiten von 0,25/0,5/1/2/4/4/16/31,5/63 mm (Abbildung 3.4.9). Das Ergebnis eines Siebversuchs wird als „Ist“-Sieblinie festgehalten und durch Vergleich mit der Normsieblinie beurteilt (Abbildung 3.4.10). Die Norm kennt 4 Siebliniendiagramme, die sich hinsichtlich des Größtkorns unterscheiden: 0/4 mm, 0/16 mm, 0/32 mm, 0/63 mm. Die Sieblinien A, B und C begrenzen Bereiche: Der Bereich (3) wird als günstig, (4) als brauchbar bezeichnet. Die Abbildung 3.4.11 verdeutlicht die Zusammensetzung der Bereiche A, B und C. Ungünstige Kornverteilungen liegen im Bereich (1) (zu grob) und (5) (zu fein). In Abbildung 3.4.12 sind die genormten Sieblinien dargestellt.

Bild 3.4.7 Bei gleichem Volumen weist viel feines Korn eine erheblich größere Oberfläche auf wie das entsprechende größere Korn

Bild 3.4.8 Günstige Kornverteilung

3

270

3 Baustoffe

3

Bild 3.4.9 Siebliniensatz

Bild 3.4.10 „Ist-Sieblinie“

Bild 3.4.11 Nach Korngruppen getrennte Gesteinskörnungen der Sieblinien A 32, B 32 und C 32. Der Sandanteil nimmt von A nach C zu

271

3.4 Gesteinskörnungen

3

Bild 3.4.12 Sieblinien: a) 0/8; b) 0/16, c) 0/32, d) 0/63

Gesteinsform: Die Gesteinskörner sollen möglichst gedrungen (rund bis würfelig) sein. Sie sind günstiger einzustufen als platte und splitterförmige. Gedrungene Körner benötigen wegen ihrer kleineren Oberfläche und der geringeren Hohlräumigkeit weniger Zementleim. Sie lassen sich auch besser verarbeiten und verdichten. Als ungünstig werden Kornformen eingestuft mit einem Verhältnis Länge: Dicke (nicht Breite) > 3:1. Ihr Anteil ist im Zuschlag >4 mm auf max. 50% begrenzt. Gesteinskörnungen mit rauer Oberfläche verbinden sich inniger mit dem Zementleim wie glattflächige Körner. Die Kornform kann durch Augenschein, aber auch mit der Kornformschieblehre festgestellt werden (Abbildung 3.4.13).

Bild 3.4.13 Kornformschieblehre

272

3 Baustoffe

Frostbeständigkeit: Die Gesteinskörnung muss entsprechend dem vorgesehenen Zweck ausreichend beständig gegen Frost sein. Insbesondere gilt dies für Außenbauteile im Wasser- und Straßenbau. Ungünstig sind hier stark saugende und porige Gesteinskörnungen einzustufen. Das Wassersaugvermögen lässt sich am einfachsten durch Aufbringen weniger Wassertropfen auf die Kornoberfläche nachweisen. Die Frostbeständigkeit lässt sich nachweisen durch Frost-Tau-Wechsel. Fragen:

3

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

Nach welchen Gesichtspunkten können Gesteinskörnungen eingeteilt werden? Nennen Sie a) künstliche und b) natürliche Gesteinskörnungen. Welche Anforderungen werden an Gesteinskörnungen gestellt? Welche schädlichen Bestandteile können in der Gesteinskörnung enthalten sein? Wie wirken sich die unterschiedlichen schädlichen Bestandteile im Mörtel bzw. Beton aus? Was kann mit dem Natronlaugeversuch überprüft werden? Welchen Einfluss hat die Kornzusammensetzung auf den Mörtel bzw. Beton? Warum werden gemischtkörnige Gesteinskörnungen angestrebt? Warum benötigen Gesteinskörnungen mit sehr viel Feinkorn mehr Bindemittel als gemischtkörnige? Mit welchem Versuch wird die Kornzusammensetzung überprüft? Welche Bedeutung haben die Normsieblinien? Warum sind runde, gedrungene Gesteinskörnungen günstiger einzustufen als plattige? Warum sind raue Gesteinskörnungen günstiger als glatte? Nennen Sie Gesteinskörnungen die frostbeständig sind.

3.5 Mörtel 3.5.1 Mörtelbestandteile Mörtel ist ein Gemenge aus Bindemittel, Gesteinskörnen und Wasser. Bei Bedarf können auch Zusatzmittel und Zusatzstoffe beigegeben werden. Bindemittel haben die Aufgabe, die Gesteinskörner miteinander zu verbinden. Vorzugsweise werden Zement, Baukalk und Gips verwendet (siehe Kapitel 3.3). Die Gesteinskörner bilden das tragende Gerüst des Mörtels. Da Bindemittel wie Kalk oder Zement wegen ihrer starken Schwindneigung allein nicht verarbeitet werden können, müssen diese durch Gesteinskörner gemagert werden. Gesteinskörner gewährleisten somit die Raumstabilität des Mörtels. Des Weiteren beeinflussen die Gesteinskörner bezüglich ihrer Form, der Größe und der Korngrößenzusammensetzung auch die Struktur des Mörtels. Zur Herstellung von Mörtel werden gemischtkörnige, natürliche Gesteinskörnungen bis zur Korngröße 4 mm verwendet (siehe Kapitel 3.4). Wasser wirkt physikalisch als Gleitmittel – Verringerung des Gleitwiderstandes zwischen den Gesteinskörnungen – und chemisch als Ausgangsstoff für den Ablauf der Erhärtungsreaktion im Bindemittel. Grundsätzlich ist jedes in der Natur vorkommende Wasser – Grundwasser, Regenwasser, Moorwasser, Quellwasser und nicht durch Industrieabwässer verschmutztes Fluss- und Bachwasser – zur Mörtelherstellung geeignet. In der Regel wird jedoch Leitungswasser verwendet. Nicht geeignet sind Wässer in denen Säuren, Sulfate, zucker-, öl- oder fetthaltige Stoffe enthalten sind. Bestehen Bedenken hinsichtlich der Wasserbeschaffenheit, kann das Wasser zunächst nach Farbe, Geruch, Geschmack und auf Schaumbildung beurteilt werden. Eventuell ist eine Eignungsprüfung (Erstarrungsversuch nach DIN EN 197) durchzuführen. Mörtelzusätze können die Eigenschaften des Frischmörtels wie auch des Festmörtels verändern. Wir unterscheiden dabei Zusatzstoffe und Zusatzmittel. Grundsätzlich gilt, dass sie das Abbinden

273

3.5 Mörtel

und Erhärten des Bindemittels nicht bzw. nur in dem vorgesehenen Maße beeinflussen sowie die Festigkeit und Beständigkeit des Mörtels, den Korrosionsschutz der Putzbewehrung und des Putzträgers nicht beeinträchtigen. Zusatzstoffe sind fein aufgeteilte, pulvrige Stoffe – Farbpigmente, Trass, Gesteinsmehl u.a. – die bestimmte Mörteleigenschaften – Konsistenz, Verarbeitbarkeit, Festigkeit, Dichtigkeit, Beständigkeit, Farbe beeinflussen (Abbildung 3.5.1). Tabelle 3.5.1 Betonzusatzstoffe ... sind fein verteilte Stoffe, die bestimmte Eigenschaften des Betons verbessern oder solche ermöglichen. EN 206-1 unterscheidet zwei Typen: Typ I: nahezu inaktive Zusatzstoffe Bezeichnung Herkunft/Wirkung/Verwendung Gesteinsmehl z. B. Kalksteinmehl keine hydraulischen Eigenschaften; bewirken eine Verbesserung der Sieblinie und damit der Verarbeitbarkeit Farbpigmente meist mineralische Farnpigmente; zur Herstellung von farbigem Beton; sie müssen lichtecht und stabil im Zementstein sein Typ II: puzzolanische oder latent hydraulische Zusatzstoffe (Puzzolane reagieren bei Wasserzugabe mit Calciumhydroxid festigkeitsbildend) Trass vulkanisches Gestein; besitzt puzzolanische Eigenschaften;

macht den Beton geschmeidiger

Steinkohleflugasche

Silikastaub

feinkörniger Verbrennungsrückstand von Kohlenstaub in Kraftwerken; besitzt puzzolanische Eigenschaften; verbessern die Verarbeitbarkeit; reduzieren den Wasseranspruch entsteht bei der Herstellung von Siliciummetall; zeichnet sich durch extrem hohe Feinheit aus; besitzt puzzolanische Eigenschaften; bewirkt eine deutliche Verbesserung des Verbundes zwischen Zementstein und Gesteinskörnung; ermöglicht einen hochfesten Zementstein; für hochfesten Beton

Zusatzmittel sind Zusätze (flüssig oder pulvrig), die die Mörteleigenschaften durch chemische und/oder physikalische Wirkung beeinflussen und in geringer Menge zugegeben werden (Abbildung 3.5.2) Tabelle 3.5.2 Betonzusatzmittel ... sind flüssige oder pulverförmige Stoffe, die die Eigenschaften des Frisch- und/oder Festbetons durch chemische und/oder physikalische Wirkung beeinflussen. Bezeichnung Kurz- Farbkenn- Wirkung Einsatzgebiete zeichen zeichen Betonverflüssiger BV gelb vermindern den Wasseranserleichtert das Verdichten; pruch; verbessern die Verarbeit- verbessert die Pumpbarkeit; barkeit erleichtert das Einhalten des w/z-Wertes Fließmittel FM grau vermindern den WasseransHerstellung von Fließbeton; pruch; verbessern die Verarbeit- erleichtert das Einhalten des barkeit w/z-Wertes; Luftporenbildner LP blau bildet gleichmäßig verteilte Poerhöht den Frost- und Tauren; salzwiderstand; verbessert die Verarbeitbarkeit Dichtungsmittel DM braun unterbindet die Kapillarität; wirkt verbessert die Dichtigkeit wasserabweisend (hydrophob) Verzögerer VZ rot verzögert das Erstarren des Ze- für Massenbeton; für Transmentes; reduziert die Wärmeent- portbeton; betonieren bei wicklung warmer Witterung Erstarrungsbeschleuniger BE grün wirkt erstarrungsbeschleunigend für Spritzbeton; für Reparaturbeton; bei niedrigen Außentemperaturen

3

274

3 Baustoffe

3.5.2 Mörtelgruppen

3

Der Mauermörtel verbindet die Mauersteine kraftschlüssig miteinander, gleicht Maßabweichungen der Mauersteine aus, verteilt die Belastungen gleichmäßig auf das Mauerwerk, gleicht Verformungen infolge Erschütterungen sowie Temperaturdehnungen aus und gewährleistet einen ausreichenden Feuchtigkeits-, Schall- und Wärmeschutz im Fugenbereich. (Abbildung 3.5.3). Die Bindemittel für Mauermörtel sind Zement und Kalk. DIN 1053 unterscheidet drei Mauermörtelgruppen (Tabelle 3.5.4 a). Für die Benennung maßgeblich, ist das enthaltene Bindemittel. So umfasst die Mörtelgruppe I die Mörtel die nur Kalk als Bindemittel enthalten. Mörtelgruppe II und IIa – Kalkzementmörtel – enthalten die Bindemittel Kalk und Zement. Die Mörtelgruppe III und IIIa umfasst die Zementmörtel. Hier darf nur Zement als Bindemittel zur Verwendung kommen. Durch die Mörtelklassen – Kurzzeichen „M“ – wird die Druckfestigkeitsklasse deklariert. Es gibt die in Tabelle 3.5.4 b dargestellten Mörtelklassen. Weitere charakteristische Eigenschaften von Mauermörtel sind: Verbundfestigkeit, Wasseraufnahme, Wasserdampfdurchlässigkeit, Trockenrohdichte, Wärmeleitfähigkeit, Brandverhalten und Dauerhaftigkeit.

Bild 3.5.3 Aufgaben des Mauermörtels Tabelle 3.5.4 a Mauermörtelgruppen Mörtelgruppe

Bezeichnung

I

Kalkmörtel

II IIa

Kalkzementmörtel

Mindestdruckfestigkeit in N/mm2 keine Anforderung ≥ 2,5 ≥ 5,0

Eigenschaften

Verwendung

gut elastisch, mäßige Festigkeit, sehr gut verarbeitbar noch elastisch, gute Festigkeit, gut verarbeitbar

unbeastete Wände; tragende Wände bis 2 Vollgeschosse bei Wanddicke ≤ 24 cm alle tragenden Bauteile, außer Pfeiler, Gewölbe und bewehrtes Mauerwerk alle tragenden Bauteile

III ≥ 10,0 starr, hohe Festigkeit, Zementmörtel weniger gut verarbeitbar IIIa ≥ 20,0 Die Zugabe von Zusatzmittel und Zusatzstoffen ist möglich.

Tabelle 3.5.4 b Mörtelklassen nach EN 998-2 (Mauermörtel) Klasse M1 M 2,5 M5 M 10 M 15 M 20 Druckfestigkeit in 1 2,5 5 10 15 20 N/mm2 1) „d“ bedeutet eine vom Hersteller angegebene Druckfestigkeit, die höher als 25 N/mm2 ist.

Md d1)

Die Mörteleigenschaften sind, soweit sie für das entsprechende Produkt zutreffend sind, auf der Verpackung bzw. dem Lieferschein oder einem Datenblatt des Herstellers anzugeben. Auf der Verpackung sind u.a. auch anzugeben die Normbezeichnung, der Name des Herstellers, das Her-

275

3.5 Mörtel

stellungsdatum (bzw. ein entsprechender Code), die Mörtelart, die Verarbeitbarkeitszeit, der Chloridgehalt und Verarbeitungshinweise (Abbildung 3.5.5). Abbildung 3.5.6 zeigt beispielhaft die Angaben für eine CEKennzeichnung. Bild 3.5.5 Mörteltüte

3

Tabelle 3.5.6 Beispiel für eine CE-Kennzeichnung von Mauermörtel

Mauermörtel werden untergliedert in: Normalmörtel, Leichtmörtel und Dünnbettmörtel. Normalmörtel sind baustellengefertigte Mörtel oder Werkmörtel mit Gesteinskörner nach Tabelle 3.4.1 und einer Trockenrohdichte ≥1,5 kg/dm3. Bindemittel sind Zement, Kalk oder PM-Binder. Die Mischungsverhältnisse ergeben sich aus Abbildung 3.5.7 Werden andere Mischungsverhältnisse gewählt, sind Eignungsprüfungen durchzuführen. Tabelle 3.5.7 Mischungsverhältnisse und Verwendung für Normalmörtel in Raumteilen Mörtelgruppe Mörtelklasse I M1 II M 2,5 IIa M5 III M 10 M 15 IIIa M 20

Luftkalk 1 – – 2 – – 1 –

Hydraulischer Hydra- Zement Sand Verwendung Kalk 2 und 3,5 ulischer (lagerfeucht) Kalk 5 – – – 3 ≤ 2 Geschosse 1 – – 3 d ≥ 24 cm – 1 – 4,5 – – 1 8 alle Wandstärken 2 – 1 8 – 1 – 3 wie vor, aber nicht gleichzeitig mit – – 1 6 Mörtelgruppe II (Verwechslungsgefahr) – 2 1 8

–

–

–

1

4

–

–

–

1

4

wie vor, aber auch Pfeiler, Gewölbe und bewehrtes Mauerwerk wie vor, aber nur nach Eignungsprüfung

276

3 Baustoffe

Leichtmörtel sind Werk-Trocken- oder Werk-Frischmörtel mit niedriger Trockenrohdichte (< 1,5 kg/dm3) zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit und damit zur Verbesserung des Wärmedämmvermögens der Wand. Leichtmörtel enthält insbesondere Leichtzuschläge nach DIN 4226 T2 wie z. B. Bims, Blähton, Blählimmer, Perlite oder Polystyrolkügelchen (Bild 3.5.8). Leichtmauermörtel sind nicht zulässig für stärker beanspruchte Bauteile. Nach der Größe der Wärmeleitfähigkeit werden sie angeboten in den Gruppen LM 21 und LM 36.

3

a)

b)

c)

d)

Bild 3.5.8 Leichtzuschläge a) Bims, b) Blähton, c) Blähglimmer, d) Perlite

Bild 3.5.9 Aufbringen von Dünnbettmörtel

Dünnbettmörtel sind Werk-Trockenmörtel mit einem Größtkorn von 1 mm. Als Bindemittel wird Zement eingesetzt. Sie enthalten grundsätzlich Zusatzmittel und Zusatzstoffe. Sie sind nicht zu-

277

3.5 Mörtel

lässig für Gewölbe und Mauersteine mit Maßabweichungen von > 1 mm. Verwendung finden sie bei der Verlegung von Plansteinen (Abbildung 3.5.9) und beim Ansetzen von Fliesen. Putzmörtel. Unter Putzmörtel versteht man ein auf Wänden und Decken ein- oder mehrlagig in bestimmter Dicke aufgetragenen Belag, deren endgültige Eigenschaften nach der Verfestigung am Baukörper erreicht werden. Neben der Oberflächengestaltung der Baukörper (Abbildung 3.5.10) und als Träger von Beschichtungen übernehmen Putze wichtige bauphysikalische Aufgaben: Feuchtigkeitsschutz, Regenschutz, Brandschutz, Wärmeschutz, Schallschutz.

3

Bild 3.5.10 Putz als Oberflächengestaltung

Putzmörtel enthalten Gesteinskörnungen bis 4 mm Korngröße. Bindemittel sind Zement, Kalk, Baugips, Anhydritbinder und Putz- und Mauerbinder. In Abhängigkeit von der Art des Bindemittels ordnet die DIN V 18550 die Putzmörtel in die Putzmörtelgruppen P I bis P IV ein. (Abbildung 3.5.11). Die Druckfestigkeitsanforderungen für Putzmörtel sind in der EN 998-1 in die Kategorien CS I bis CS IV gegliedert (Tabelle 3.5.12). Tabelle 3.5.11 Putzmörtelgruppen Mörtelgruppe PI

Bezeichnung Kalkmörtel

Bindemittel

Eigenschaften

Luftkalke und sehr gut verarbeitbar, sehr geschmeidig, Hydraulische Kalke gut atmungsfähig, gut wasserdampfdurchlässig, gut elastisch, stark saugend, Luftkalke: geringe Festigkeit, neigt zum Schwinden Druckfestigkeit CS I 0,4 bis 2,5 N/mm2 P II KalkzementLuftkalke, Hydrau- gut verarbeitbar, gut geschmeidig, atmörtel lische Kalke, Zemungsfähig, wasserdampfdurchlässig, mente elastisch, schwach saugend, gute Festigkeit, neigt zum Schwinden Druckfestigkeit CS II 1,5 bis 5,0 N/mm2 P III Zementmörtel Zemente schlechter verarbeitbar, kaum atmungsfähig, relativ wasserdampfdicht, relativ starr, kaum saugend, hohe Festigkeit, neigt zum Schwinden Druckfestigkeit CS III 3,5 bis 7,5 N/mm2 P IV Gipsmörtel Gipse, Kalke sehr gut verarbeitbar, sehr geschmeidig, Gipshaltige gut atmungsfähig, gut wasserdampfMörtel durchlässig, gut elastisch, saugfähig, gute Festigkeit, dehnt sich leicht aus, feuchtigkeitsempfindlich Druckfestigkeit CS IV ≥ 6 N/mm2 Die Zugabe von Zusatzmittel und Zusatzstoffen ist möglich.

Verwendung Innenputz Außenputz Luftkalke: Anstriche

Innenputz (Feuchträume), Außenputz

Sockelputz, Kellerwandaußenputz

Innenputz, nicht für Feuchträume geeignet

278

3 Baustoffe

Tabelle 3.5.12 Druckfestigkeitskategorien für Putzmörtel Kategorie Festigkeitswerte in N/mm2 1) CS I 0,4 bis 2,5 CS II 1,5 bis 5,0 CS III 3,5 bis 7,5 CS IV ≥ 6,0 1) Druckfestigkeit nach 28 Tagen

3

Neben diesen mineralischen Putzmörteln gibt es noch Kunstharzputze. Dabei handelt es sich im eigentlichen Sinne um Beschichtungsstoffe. Diese werden als verarbeitungsfertige Mischungen angeboten: P Org 1 für Außen- und Innenputz, P Org 2 für Innenputz.

3.5.3 Mörtelherstellung Nach dem Ort der Mörtelherstellung unterscheidet man Baustellenmörtel und Werkmörtel. Baustellenmörtel wird unmittelbar auf der Baustelle hergestellt. Aus den getrennt angelieferten Gesteinskörnungen und den Bindemitteln wird die Mörtelmischung nach den bekannten Mischungsverhältnissen zusammengestellt. Voraussetzung ist, dass die Bindemittel trocken und vor Witterungseinflüssen geschützt und die Gesteinskörnungen sauber gelagert werden können. Das Abmessen der Bindemittel und Gesteinskörnungen erfolgt auf der Baustelle nach Raumteilen mit Messzylindern oder Eimern (Schaufeln sind wegen der sehr unterschiedlichen Schaufelfüllungen kein geeignetes Abfüllmaß). Dies gewährleistet in Verbindung mit dem innigen Durchmischen der Mörtelstoffe das Erreichen der geforderten Druckfestigkeiten. Mit den heute üblichen Mörtelmischern (Abbildung 3.5.13) wird bei Einhaltung der Mindestmischdauer eine gleichmäßig und intensiv durchgemischte, kellengerechte Mörtelmischung erreicht.

Bild 3.5.13 Mörtelmischer als Freifallmischer

Beim Mischen von Gesteinskörnung und Bindemittel mit Wasser verringert sich das Volumen der Ausgangsmenge (Bindemittel + Gesteinskörnung), weil vom Wasser gleitfähig gewordene Feinstbestandteile die vorhandenen Hohlräume ausfüllen. Wir sprechen dabei vom Einmischungsfaktor bzw. von der Mörtelausbeute. Die Mörtelausbeute liegt zwischen 60 und 75 % (Abbildung 3.5.14). Die in den Tabellen angegebenen Mischungsverhältnisse sind so gewählt, dass der Bindemittelleim ‘optimiert’ wird. Alle Zuschlagkörner werden vom Bindemittelleim umhüllt, das Schwinden des Mörtels beim Erhärten wird minimiert. Wird mehr Bindemittel zugegeben, ergeben sich ‘fette’ Mörtel. Die einzelnen Gesteinskörner berühren sich nicht mehr. Folgen sind: Schwindrisse und Festigkeitsverluste. Wird der Bindemittelanteil reduziert, ergeben sich ‘magere’

3.5 Mörtel

279

Mörtel. Die Gesteinskörner werden nicht mehr ausreichend miteinander verkittet. Folgen sind: Absanden, Festigkeitsverluste, starkes Wassersaugen. Baustellenmörtel hat heute fast keine Bedeutung mehr. Aus wirtschaftlichen Gründen (hoher Lohnkostenanteil), Qualitätsgründen (Beimischung schädlicher Bestandteile, ungenaue Dosierung) und oftmals auch wegen der beengten Verhältnisse auf der Baustelle, hat sich der Werkmörtel durchgesetzt.

3

Bild 3.5.14 Mörtelausbeute

Bild 3.5.15 Einteilung der Werkmörtel

Werkmörtel (Abbildung 3.5.15) ist der in einem Werk zusammengesetzte und gemischte Mörtel. Wesentlicher Vorteil gegenüber dem Baustellenmörtel ist die gleichbleibende Mörtelqualität und die ständige Güteüberwachung. Die Eigen- und Fremdüberwachung gewährleisten, dass nur geeignete Gesteinskörnungen Verwendung finden, die geforderten Mischungsverhältnisse nach Gewichtsteilen eingehalten und eventuelle Zusätze oder Zusatzstoffe korrekt dosiert werden. Die DIN unterscheidet: – Werk-Trockenmörtel als ein Gemisch das trocken und lose, in Papiersäcken, Containern oder Silos auf die Baustelle geliefert und dort durch Zugabe einer vom Hersteller genau angegebenen Wassermenge durch Mischen mit dafür geeigneten Mischern verarbeitungsfertig gemacht wird. Bei Lieferung in Gebinden, unter Voraussetzung einer trockenen und witterungsgeschützten Lagerung, können Werk Trockenmörtel vier Wochen gelagert werden.

280

3

3 Baustoffe

– Werk-Vormörtel (Werk-Nassmörtel) als ein Gemisch aus Gesteinskörnungen, Luft- und Wasserkalk als Bindemittel und eventuelle Zusätze, das auf der Baustelle durch Zugabe von Wasser und möglicherweise zusätzlichem Bindemittel seine endgültige Zusammensetzung erhält und mittels Mischer verarbeitungsfertig gemacht wird. Die Anlieferung ist so durchzuführen, dass ein Entmischen des Mörtels während der Fahrt und eine Beeinträchtigung durch Witterungseinflüsse ausgeschlossen sind. – Werk-Frischmörtel (Abbildung 3.5.16) ist ein in verarbeitbarer Konsistenz angelieferter gebrauchsfertiger Mörtel. Die Mörtelmischung wird mit dem Anmachwasser im Werk durchgemischt und in dafür geeigneten Fahrzeugen zur Baustelle transportiert. Ein Entmischen während der Fahrt und des Entleerens darf nicht erfolgen.

Bild 3.5.16 Werkfrischmörtel

Fragen 1. Aus welchen einzelnen Komponenten wird Mörtel hergestellt? 2. Welche Aufgaben haben im Mörtel: a) das Bindemittel, b) die Gesteinskörnung, c) das Anmachwasser? 3. Warum werden dem Mörtel Zusatzstoffe und/oder Zusatzmittel beigemischt? 4. Nennen Sie Beispiele für Zusatzstoffe und Zusatzmittel. 5. Welche Aufgaben kommen dem Mauermörtel im Mauerverband zu? 6. Welche Bindemittel werden für Mauermörtel eingesetzt? 7. Unterscheiden Sie zwischen Normalmörtel, Leichtmörtel und Dünnbettmörtel. 8. Nach welchen Gesichtspunkten werden die Mörtel zu Mörtelgruppen zusammengefasst? 9. Wodurch unterscheiden sich die Mörtelgruppen II und IIa voneinander? 10. Welche Bindemittel kommen für Putzmörtel zur Anwendung? 11. Welche Aufgaben haben: a) der Innenputz, b) der Außenputz? 12. Nennen Sie Eigenschaften und Anwendungsgebiete der Mörtelgruppen: P II, P III, P IV. 13. Warum darf Gipsmörtel nicht für Außenputz und soll Zementmörtel nicht für Innenputz verwendet werden? 14. Welche Nachteile haben Baustellenmörtel gegenüber Werkmörtel? 15. Unterscheiden Sie zwischen Werkvormörtel, Werkfrischmörtel und Werk-Trockenmörtel.

3.6 Estrich 3.6.1 Allgemeines In einer früheren Ausgabe der DIN 18560 wurde Estrich so definiert: „Estrich ist ein auf einen tragenden Untergrund oder auf einer zwischenliegenden Trenn- oder Dämmschicht hergestelltes

281

3.6 Estrich

Bauteil, das unmittelbar als Boden nutzfähig ist oder mit einem Belag, gegebenenfalls frisch in frisch, versehen werden kann.“ Für die Ausführung von Estrichen gelten die Bestimmungen: – der DIN 18560 Estriche im Bauwesen und – der DIN EN 13813 Estrichmörtel und Estrichmassen – die VOB, Teil C, DIN 18353 – die Verarbeitungsrichtlinien und technischen Vorschriften der Hersteller Estriche lassen sich einteilen nach: – der Konstruktion: ● Verbundestrich (Kurzzeichen V) ● Estrich auf Trennschicht (Kurzzeichen T) ● Estrich auf Dämmschicht (Kurzzeichen S) – dem eingesetzten Bindemittel: ● Zementestrich (Kurzzeichen CT = Cementitous screed)) ● Calsiumsulfatestrich (Kurzzeichen CA = Calciumsulfat screed)) ● Magnesiaestrich (Kurzzeichen MA = Magnesite screed)) ● Gussasphaltestrich (Kurzzeichen AS = Asphalt screed)) ● Kunstharzestrich (Kurzzeichen SR = Synthetic resin screed)) Wichtigste Kenngrößen für Estriche sind die Druckfestigkeitsklassen nach DIN EN 18813, Kurzzeichen „C“ (aus dem engl. „Compression“ = Druck-) und die Biegezugfestigkeit, Kurzzeichen „F“ (aus dem engl. „Flexural“ = Biege-). Die entsprechenden Klassen zeigt Tabelle 3.6.1). Tabelle 3.6.1 Druck- und Biegezugfestigkeitsklassen für Estrichmörtel nach DIN 13813 Klasse Druckfestigkeitsklasse in N/mm2

C5 5

Druckfestigkeitsklassen für Estrichmörtel C7 C12 C16 C20 C25 C30 C35 C40 7 12 16 20 25 30 35 40

C50 50

C60 60

C70 70

C80 80

Klasse Biegezufestigkeitsklasse in N/mm2

F1 1

Biegezugfestigkeitsklassen für Estrichmörtel F2 F3 F4 F5 F6 F7 F10 F15 2 3 4 5 6 7 10 15

F20 20

F30 30

F40 40

F50 50

3.6.2 Konstruktionsarten Verbundestrich (V). Kennzeichen ist ein fester Verbund mit dem tragenden Untergrund. Hergestellt wird er bei Baumaßnahmen ohne Anforderungen an den Schall-, Wärme- und Feuchtigkeitsschutz, wie z. B. Abstellräume, Industriebauten, Garagen (Bild 3.6.2). Des weiteren dort wo große Lasten auftreten. Die Estrichdicke sollte aus fertigungstechnischen Gründen nicht weniger als das Dreifache des Größtkorns der Gesteinskörnung betragen (DIN 18560-3). Die Festigkeitsklasse ist von der Art der Nutzung und der Beanspruchung abhängig. Für Estriche mit Belag gilt ≥ C20/F3, ohne Belag ≥ C25/F4. Estrich auf Trennschicht (T). Bei dieser Art wird ein kraftschlüssiger Verbund zwischen Untergrund und Estrich, wie er beim Verbundestrich vorhanden ist, durch eine Trennschicht unterbunden (Bild 3.6.3). Als Trennschicht verwendet man Polyethylenfolie, kunststoffbeschichtetes Papier, bitumengetränktes Papier, Rohglasvlies o.ä. Aufgabe der Trennschicht ist es, unterschiedliche Verformungen des Baukörpers und des Estrichs auszugleichen. Nach DIN 18560-4 soll die Estrichnenndicke bei einschichtigem Aufbau 35 mm bei Zementestrichen, 30 mm bei Calciumsul-

3

282

3 Baustoffe

3 Bild 3.6.2 Verbundestrich: 1 Estrich, 2 Wand, 3 Decke

Bild 3.6.3 Estrich auf Trennschicht: 1 Wand, 2 Decke, 3 Randdämmstreifen mit Folie, 4 Fließestrich, 5 Bitumenpapier

fat- und Magnesiaestrichen, 25 mm bei Gussasphaltestrichen und 15 mm bei Kunstharzestrichen nicht unterschreiten. Die DIN EN 18813 gibt als Festigkeitsklasse an: bei Calciumsulfatestrich und Zementestrich ≥ F4 mit und ohne Belag, bei Magnesiaestrich ≥ F 4 wenn mit Belag und ≥ F7 wenn ohne Belag. Estrich auf Dämmschicht (S). Dieser Estrich ist bekannt unter der Bezeichnung „schwimmender Estrich“. Er ist weder mit dem tragenden Untergrund noch mit den seitlich anschließenden Bauteilen direkt verbunden (Bild 3.6.4). Er kann sich frei bewegen. Eingesetzt wird er vor allem zur Trittschall- und Wärmedämmung. Obligatorisch also in Wohnräumen. Die Estrichdicke ist abhängig von der Nutzlast bzw. der lotrechten Einzellast und der Zusammendrückbarkeit der Dämmschicht (DIN 18560-2).

Bild 3.6.4 Estrich auf Dämmschicht (schwimmender Estrich) 1 Wand, 2 Decke, 3 Randdämmstreifen mit Folie, 4 Estrich, 5 Bitumenpapier, 6 Dämmschicht

Die Dicke von Estrichen richtet sich nach der Art des Estrichs und dem jeweiligen Verwendungszweck. In Abhängigkeit von der Nenndicke gibt DIN 18560-1 die in Tabelle 3.6.5 genannten Mindestdicken vor. Tabelle 3.6.5 Estrichdicken nach DIN 18560-1 Nenndicke 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 a)

Estrichdicke in mm kleinster Einzelwert ≥ a) ≥ a) ≥ 15 ≥ 20 ≥ 25 ≥ 30 ≥ 35 ≥ 40 ≥ 45 ≥ 50 ≥ 60 ≥ 70

Mittelwert ≥ 10 ≥ 15 ≥ 20 ≥ 25 ≥ 30 ≥ 35 ≥ 40 ≥ 45 ≥ 50 ≥ 60 ≥ 70 ≥ 80

Diese Werte sind im Einzelfall zu vereinbaren Bei der Prüfung der Dicke dürfen die Werte der zweiten und dritten Spalte nicht unterschritten werden.

283

3.6 Estrich

3.6.3 Estricharten Zementestrich (CT) Die Ausgangsmaterialien sind Normzement nach DIN EN 197-1, gemischtkörnige Gesteinskörnungen und Anmachwasser. Zusatzstoffe und -mittel können beigegeben werden. Die Oberfläche von Zementestrichen kann geglättet, abgerieben oder mit geriffelten Walzen profiliert werden. Zementestriche sind allen Belastungen gewachsen, neigen jedoch zum Schwinden und damit zur Rissebildung. Zementestriche gelten als fußkalt (gute Wärmeableitung). Übliche Druckfestigkeitsklassen für Zementestriche liegen zwischen 15 und 55 N/mm2. Die normgerechte Bezeichnung für einen Zementestrich ist: Estrich DIN 18560 CT-C25-F5-T-40 oder EN 13813 CT-C50-F6 Dabei bedeuten: – Estrich DIN 18560 = Normverzeichnis nach DIN – EN 18813 = Normverzeichnis nach europäischer Norm – CT = Zementestrich – C25 Druckfestigkeitsklasse (25 N/mm2) – F5 = Biegezugfestigkeitsklasse (5 N/mm2) – T = Estrich auf Trennschicht – 40 = Nenndicke 40 mm Calciumsulfatestrich (CA), (Anhydritestrich, Bild 3.6.6) besteht aus Anhydritbinder (synthetischer oder natürlicher Anhydrit = wasserfreier Gips), gemischtkörnigen Gesteinskörnungen (0 bis 8 mm) und Anmachwasser. Zusätze können beigemischt werden (Herstellerangaben beachten!). Die Oberfläche kann abgerieben oder geglättet werden. Nässen ist nicht zulässig. Anhydritestriche sind feuchtigkeitsempfindlich. Er ist deshalb nicht geeignet für Feuchträume. Vorteilhaft sind seine Raumbeständigkeit (kein Schwinden, ohne Dehnfugen bis zu 1000 m2 große Fläche einbaubar), seine kurze Trocknungszeit, die frühzeitige Begehbarkeit (nach 2 Tagen) und Belastbarkeit (nach 5 Tagen) sowie seine günstige Wärmeleitzahl (fußwarm). Die üblichen Druckfestigkeitsklassen liegen im Bereich 20 bis 40 N/mm2.

Bild 3.6.6 Einbau eines Calciumsulfatestrichs

3

284

3

3 Baustoffe

Die normgerechte Bezeichnung ist: Estrich DIN 18560 CA – C20 – F4 – S 40 Magnesiaestrich (MA) besteht aus kaustischer Magnesia (natürlich vorkommendes Magnesiumkarbonat, Magnesit), Füllstoffen (Papier-Korkmehl, Quarzsand, Weichholzspäne, Textilfasern, künstliche Hartsttoffe) und einer wässrigen Lösung (Magnesiumchlorid). Zusätze können beigemengt werden (Herstellerangaben beachten!). Magnesiaestrich ist auch bekannt unter der Bezeichnung „Steinholzestrich. Dieser Name resultiert aus dem Zumischen von Holzmehl oder Holzspänen. Solche Estriche sind leicht, fußwarm aber auch sehr feuchtigkeitsempfindlich. Bei Magnesiaestrichen gilt als charakteristische Größe die Oberflächenhärte, Kurzzeichen „SH“ (aus dem engl. Surface Hardness = Oberflächenhärte) in N/mm2. Es gibt die Klassen SH30-SH 40-SH 50-SH70-SH 100-SH 150-SH200. Magnesiaestriche werden nur von Spezialfirmen ausgeführt. Gussasphaltestrich (AS) Es handelt sich um einen thermoplastischen Baustoff, der aus einem Gemisch von Bitumen, Sand, Splitt und Steinmehl besteht, also ohne Wasserzugabe hergestellt wird. Er ist besonders für Feuchträume geeignet, ist gieß- und streichbar und braucht nicht verdichtet zu werden. Weitere Kennzeichnen sind: wird heiß eingebaut, gut fußwarm, geringe Schallübertragung, fugenlos herstellbar, vollständig belast- und begehbar nach dem Auskühlen. Die Bauzeiten lassen sich durch die Verwendung von Gussasphaltestrichen merklich verkürzen. Charakteristische Größe bei den Gussasphaltestrichen ist die Eindringtiefe einer genormten Nadel in einen Prüfkörper (Nadelpenetration), Kurzzeichen „IC“ (aus dem engl. Indentation = Eindringen) in der Einheit 0,1 mm. Es gibt die Härteklassen IC10-IC15-IC 40-IC 100. Das heißt, je größer die Zahl, desto weicher der Gussasphalt. Die Ausführung kann nur von speziell dafür eingerichteten Betrieben durchgeführt werden. Bei Kunstharzestrichen (SR) handelt es sich in der Regel um Epoxidharzestriche die nur in Sonderfällen zur Anwendung kommen. Vorteil: kurze Trocknungszeiten, hoch belastbar, wasserbeständig. Problematisch sind die in der Estrichmischung enthaltenen Härter. Praktisch haben diese Estriche keine Bedeutung. Übungen: 1. Was versteht die DIN unter einem Estrich? 2. Nach welchen Gesichtspunkten lassen sich Estrich einteilen? Untergliedern Sie. 3. Wichtige Kenngrößen bei den Estrichen sind die Druck- und Biegzugfestigkeit. Nennen Sie die entsprechenden Kurzzeichen. Wofür stehen diese Buchstaben? 4. Skizzieren Sie den Aufbau der genannten Estrichkonstruktionen als Schnittdarstellung (Boden-Wandanschluss). Benennen Sie alle Bauteile, schraffieren Sie normgerecht und benennen Sie alle Teile. Geben Sie auch an, wo diese Estriche bevorzugt eingebaut werden und deren Kennzeichen. a) Verbundestrich b) Estrich auf Trennschicht c) Estrich auf Dämmschicht 5. Nennen Sie die Zusammensetzung und die Eigenschaften der genannten Estriche. a) Zementestrich b) Anhydritestrich c) Gussasphaltestrich 6. Erklären Sie die Kurzbezeichnungen: – Estrich DIN 18560-CA-F4-S 40 – Estrich DIN 18560-AS-IC 15-T 25 – EN 13813 MA-C50-F10-SH 150 – EN 13813 CT-C20-F4

285

3.7 Beton

3.7 Beton Beton ist ein künstlicher Stein, der aus einem Gemisch von Bindemittel (Zement), Gesteinskörnung und Wasser, gegebenenfalls auch Betonzusatzmitteln und -zusatzstoffen hergestellt wird (Abbildung 3.7.1). Als Bindemittel wird ausnahmslos Zement verwendet. Das Wasser-ZementGemisch ergibt Zementleim. Dieser hat die Aufgabe, die Gesteinskörnung miteinander zu verbinden. Erhärtet Zementleim, bildet sich Zementstein. Der Zementgehalt hat Einfluss auf die Festigkeit, die Frostbeständigkeit, die Witterungsbeständigkeit und den Korrosionsschutz der Stahleinlagen. Als Gesteinskörnung werden natürliche und künstliche, porige und dichte Arten eingesetzt (siehe Abschnitt 3.4). Die Zusammensetzung der Gesteinskörnung beeinflusst die Eigenschaften des Fest- und Frischbetons. Die Anforderungen an das Anmachwasser entsprechen den Forderungen nach Abschnitt 3.5.1.

Bild 3.7.1 Betonzusammensetzung

3.7.1 Begriffsbestimmung und Gliederung Betone können nach unterschiedlichen Gesichtspunkten gegliedert werden (Tabelle 3.7.2). Tabelle 3.7.2 Gliederung nach der Trockenrohdichte – Leichtbeton – Normalbeton – Schwerbeton nach der Festigkeitsklasse – Normalbeton – Schwerbeton – Hochfester Beton nach dem Erhärtungszustand – Frischbeton – Festbeton nach dem Herstellungsort – Baustellenbeton – Transportbeton nach dem Einbringungsort – Ortbeton – Betonfertigteile nach der Bewehrung – schlaffe Bewehrung – Spannbeton nach der Konsistenz – steifer Beton

– plastischer Beton – weicher Beton – fließfähiger Beton nach dem Einbauverfahren – Pumpbeton – Schüttbeton – Ausgussbeton – Spritzbeton nach der Verdichtung – Stampfen – Rütteln – Stochern – Pressen – Schleudern nach der Oberflächenbeschaffenheit – Sichtbeton – Waschbeton – Strukturbeton nach den Anforderungen – Standardbeton – Beton nach Eigenschaften – Beton nach Zusammensetzung

3

286

3 Baustoffe

Tabelle 3.7.3 Einteilung des Betons nach der Trockenrohdichte Betonart Leichtbeton Normalbeton Schwerbeton

3

Rohdichte in kg/m3 ≥ 2800 bis ≤ 2000 > 2000 bis ≤ 2600 > 2600

Gesteinskörnungen Bims, Blähton, Blähschiefer, Hüttenbims Sand, Kiese, Splitt Schwerspat, Magnetit, Hämatit, Stahlschrott

Leichtbetone haben eine Rohdichte von ≤ 2,0 kg/dm3. Das geringe Gewicht resultiert aus einem hohen Porenanteil infolge poriger Zuschläge wie z. B. Bims. Blähton, Blähschiefer (gefügedichter Leichtbeton) und/oder durch die Porigkeit des Betongefüges (haufwerksporiger Leichtbeton). Es können dem Beton auch porenbildende Stoffe beigemischt werden. Leichtbeton ist genormt in DIN 4219. Normalbeton umfasst den Rohdichtebereich > 2,0 kg/dm3 bis < 2,6 kg/dm3. Dieser wird aus dichten Gesteinskörnungen wie Sand, Kies oder Splitt hergestellt. Er ist der am meisten verwendete Beton mit hoher Druckfestigkeit und dichtem Gefüge. Schwerbeton hat eine Rohdichte von ≥ 2,6 kg/dm3. Schwerstzuschläge sind z. B. Schwerspat, Magnetit, Hämatit, Stahlschrot. Schwerbeton wird verwendet für Abschirmbeton (z. B. Reaktorbau). Festigkeitsklassen Beton wird in 16 Festigkeitsklassen (Tabelle 3.7.4) angeboten, gegliedert in Normal- und Schwerbeton sowie hochfester Beton. Eine übliche Festigkeitsklasse ist beispielsweise C 20/25. Dabei bedeutet: „C“ = concrete (aus dem englischen für Beton), „20“ = Druckfestigkeit in N/mm2 (gemessen an Prüfzylindern), „25“ = Druckfestigkeit in N/mm2 (gemessen an Prüfwürfeln). Tabelle 3.7.4 Festigkeitsklassen des Betons Druckfestigkeitsklassen Mindestdruckfestigkeit Mindestdruckfestigkeit an Zylindern an Zylindern fck, cyl fck, cyl 2 2 in N/mm in N/mm C8/10 8 10 C12/15 12 15 C16/20 C20/25 C25/30 C30/37 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60 C55/67 C60/75 C70/85 C80/95 C90/105 C100/115

16 20 25 30 35 40 45 50 55 60 70 80 90 100

20 25 30 37 45 50 55 60 67 85 75 95 105 115

Hinweise

nur für unbewehrte Betone Normal- und Schwerbeton

auch für bewehrte Betone

Hochfester Beton

Erhärtungszustand Frischbeton ist einbau- und verarbeitungsfähiger Beton. Festbeton bereits erhärteter Beton. Bereits eingebauter und fertig verdichteter Beton wird so lange das Erstarren des Zementes nicht merklich eingesetzt hat als grüner Beton bezeichnet.

3.7 Beton

Herstellungsort Nach dem Herstellungsort unterscheidet man Baustellenbeton und Transportbeton. Unter Baustellenbeton versteht man Beton der im Baustellenbereich hergestellt wird. Zum Baustellenbeton wird auch Beton gezählt, der auf einer Nachbarbaustelle – nicht Bauhof – desselben Unternehmens bzw. einer Arbeitsgemeinschaft hergestellt wird. Als benachbart gilt eine Luftlinienentfernung von ca. 5 km. Bei Transportbeton wird unterschieden zwischen fahrzeuggemischtem und werkgemischtem Beton. Der fahrzeuggemischte Transportbeton wird während der Fahrt oder nach dem Eintreffen auf der Baustelle im Mischfahrzeug gemischt. Der werkgemischte wird im Transportbetonwerk fertig gemischt und dann zur Baustelle transportiert. Einbringungsort Grundsätzlich wird unterschieden zwischen Ortbeton und Betonfertigteilen. Ortbeton nimmt als Frischbeton auf der Baustelle bereits seine endgültige Lage im Baukörper ein (z. B. ein an Ort und Stelle hergestellter Betonpfeiler oder ein Stahlbetonsturz). Betonfertigteile werden dagegen in Betonwerken fabrikmäßig hergestellt, zur Baustelle transportiert und dort eingebaut (Abbildung 3.7.5).

Bild 3.7.5 Betonfertigteile

Bewehrung Da Beton nur auf Druck beansprucht werden darf, in vielen Bauteilen aber auch Zugkräfte auftreten (Decke, Sturz, Unterzug), stellen wir Stahlbeton her. Dazu wird eine Bewehrung aus Betonstahl eingebaut. Schlaff bewehrter Beton (Stahlbeton) enthält Betonstabstahl bzw. Betonstahlmatten. Der Betonstahl wird dabei nach den Vorgaben des Statikers im Bauteil verlegt (Abbildung 3.7.6). Nach dem Verlegen erfolgt keine weitere Bearbeitung des Betonstahls. Spannbeton unterscheidet sich vom Stahlbeton zum einen dadurch, dass sehr hochfeste Stähle verarbeitet werden und zum anderen, dass der Stahl, bevor er die ihm zugedachte Belastung aufnimmt, vorgespannt wird. Dadurch werden Druckspannungen in das Bauteil eingeleitet, die den auftretenden Zugspannungen entgegenwirken. Spannbetonstähle werden als Einzeldrähte und als Litzen (gebündelte Einzelstäbe) angeboten (Abbildung 3.7.7).

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3

288

3 Baustoffe

3 Bild 3.7.6 Schlaffe Bewehrung

Bild 3.7.7 Spannstahl (Verankerungsplatte)

Bild 3.7.8 Ausbreitversuch

Betonkonsistenz Die Konsistenz ist ein Maß für die Verarbeitbarkeit und Verdichtbarkeit des Frischbetons. Die Wahl der Betonkonsistenz richtet sich nach den Verarbeitungsbedingungen auf der Baustelle (z. B. Transportmittel) bzw. am Bauteil (Bauteilabmessungen, Bewehrungsführung, Verdichtungsmöglichkeiten). Wichtige Größen sind das Ausbreitmaß F in mm (Ausbreitversuch Abbildung 3.7.8) und das Verdichtungsmaß C (Abbildung 3.7.9). Das Ausbreitmaß umfasst 6 Bereiche von F1 bis F6, das Verdichtungsmaß 4 Bereiche von C0 bis C3 (Tabelle 3.7.10).

289

3.7 Beton

Bild 3.7.9 Bestimmen des Verdichtungsmaßes Tabelle 3.7.10 Konsistenzbereiche Konsistenz

Zustand

sehr steif

erdfeuchter Beton, loser Zusammenhalt, krümelig innerer Zusammenhalt schwach fließend

steif plastisch weich sehr weich fließfähig sehr fließfähig

läuft leicht auseinander

Ausbreitmaß F in mm

Verdichtungsmaß C

F1 > ≤340

C1 > 1,45 bis 1,16

F2 > 340 bis 410 F3 > 420 bis 480 F4 > 490 bis 550 F5 > 560 bis 620 F6 > ≥630

C2 > 1,25 bis 1,11 C3 > 1,10 bis 1,04

C0 > ≥1,46

Einbauverfahren Darunter versteht man das Einbringen des Frischbetons zur endgültigen Formgebung in die Schalung. Dies muss vor dem Ansteifen des Betons geschehen. Ein Entmischen ist dabei zu vermeiden. Beim Pumpverfahren handelt es sich um das heute übliche Verfahren (Abbildung 3.7.11). Dabei wird der Frischbeton mittels Pumpen durch Rohr- oder Schlauchleitungen unmittelbar zur Einbaustelle befördert. Zur Vermeidung von Verstopfungen ist auf die richtige Konsistenz und einen ausreichenden Mehlkorngehalt zu achten.

Bild 3.7.11 Pumpen von Beton

Beim Schüttverfahren wird haufwerksporiger, unbewehrter Beton als Leichtbeton ohne besonderes Verdichten in die Schalung eingebracht.

3

290

3

3 Baustoffe

Bei der Herstellung von Beton nach dem Ausgussverfahren wird zunächst die Gesteinskörnung in die Schalung eingebracht. Anschließend werden die vorhandenen Hohlräume mit fließfähigem Zementmörtel durch verpressen ausgefüllt. Dieses Verfahren eignet sich besonders beim Unterwasserbeton. Beim Spritzverfahren wird der Beton in einer überdruckfesten Rohr- oder Schlauchleitung zur Einbaustelle gefördert und dort aufgespritzt (Abbildung 3.7.12). Infolge des hohen Drucks wird der Beton gleichzeitig hoch verdichtet. Man unterscheidet das Trockenspritzverfahren (Wasserzugabe an der Spritzdüse) und das Nassspritzverfahren (Förderung der feuchten Betonmischung). Zur Verbesserung der Haftung an senkrechten und überhängenden Spritzflächen und der Reduzierung des Rückpralls werden flüssige oder pulverförmige Betonzusatzmittel (Beschleuniger, Stabilisierer) beigegeben.

Bild 3.7.12 Spritzbeton

Verdichtung Die Betonverdichtung ist notwendig um die erforderliche Betonqualität zu erreichen. Dabei gilt es, die im Frischbeton vorhandenen Luftporen auf ein Minimum zu reduzieren. Je geringer der Luftporenanteil, desto höher wird später die Festigkeit des Festbetons sein. In Abhängigkeit von der Einbauart und der Konsistenz ist die Art der Betonverdichtung zu wählen. Stampfen: Dabei wird der Beton durch Druckstöße verdichtet. Dies ist nur möglich bei Betonen der Bereiche C0, C1/F1. Wegen der nur mäßigen Tiefenwirkung soll die zu verdichtende Schicht max. 15 cm betragen. Zur Verwendung kommen metallene Handstampfer bzw. Kant- oder Rundhölzer.

Bild 3.7.13 Innenrüttler

291

3.7 Beton

Rütteln: Das Rütteln ist die übliche Art der Betonverdichtung. In Abhängigkeit von Form und Abmessung des Bauteils auch der Bewehrungsführung ist der dafür geeignete Rüttler zu wählen. Es werden unterschieden: Innenrüttler, Oberflächenrüttler und Schalungsrüttler. Der Innenrüttler (Abbildung 3.7.13) wird in den Frischbeton eingetaucht. Durch mechanische Schwingungen erfolgt das Verdichten. Bei dicht liegender Bewehrung sind Rüttellücken vorzusehen. Die Berührung der Bewehrung ist zu vermeiden. Der Oberflächenrüttler (meist im Straßenbau eingesetzt) wird auf den Frischbeton aufgesetzt. Auch hier erfolgt die Verdichtung über mechanische Schwingungen. Schalungsrüttler (Abbildung 3.7.14) werden außen an der Schalung befestigt. Sie übertragen die mechanischen Schwingungen über die Schalung in den Beton. Voraussetzung: Die Schalung muss sehr stabil sein. Die Betonverdichtung durch Rütteln erfolgt vorzugsweise bei Betonen der Konsistenzbereiche F2/C2.

Bild 3.7.14 Außenrüttler (Schalungsrüttler)

Stochern: Hierbei wird der Beton mit Latten o.ä. derart durchgearbeitet, dass die in ihm eingeschlossenen Luftblasen entweichen. Das Stochern ist anwendbar bei Betonen der Konsistenzbereiche F3/C3, F4, F5, F6. Pressen: Erdfeuchter Beton (KS) wird mit Hilfe von Pressen verdichtet. Dabei erreicht man eine sehr hohe Grünstandsfestigkeit. Das heißt, das Betonteil kann sofort ausgeschalt werden. Dieses Verfahren wird nur in Betonwerken zur Herstellung von Betonsteinen, Betondachsteinen etc. eingesetzt. Schleudern: Hohlkörper wie z. B. Betonrohre, Maste oder Pfähle lassen sich mit Hilfe der Zentrifugalkraft verdichten. Dabei wird über eine rotierende Hohlkörperform Beton in die Schalung eingebracht. Die schweren Teile des plastischen bis weichen Betons werden an die Schalung geschleudert, Überschusswasser läuft nach innen ab. Dadurch erzielt man Betone mit einem Wasserzementwert von ca. 0,3! Oberflächenbeschaffenheit Sichtbeton hat gestalterische Funktionen zu erfüllen. Die Betonoberfläche kann auf verschiedene Arten gestaltet werden: Gestaltung ohne nachträgliche Bearbeitung. Der Schalungsabdruck (z. B. bei Brettschalung) bleibt sichtbar (Abbildung 3.7.15). Strukturbeton ist das Ergebnis einer gezielten Formgebung der Betonoberfläche mittels Schalung (Abbildung 3.7.16).

Bild 3.7.15 Gestaltung durch Brettschalung

3

292

3 Baustoffe

a)

3

b)

Bild 3.7.16 Gestaltung durch Strukturschalung

Gestaltung durch frühzeitige Bearbeitung, z. B. durch Auswaschen (Waschbeton, Abbildung 3.7.17). Dabei wird entweder sofort nach Herstellung des Betons oder bei tragenden Bauteilen nach dem Ausschalen die vorhandene Zementhaut mit Wasser entfernt, so dass in der Oberfläche die Gesteinskörnung teilweise freigelegt wird. Um ein vollständiges Abbinden des Zementleims bei erst möglichem späteren Ausschalen zu verhindern, wird der Erhärtungsvorgang durch Vorbehandlung der Schalung mit einem Verzögerer hinausgezögert.

Bild 3.7.17 Gestaltung durch Auswaschen (Waschbeton)

Gestaltung durch nachträgliche Bearbeitung (Flammstrahlen, Sandstrahlen, Schleifen, Polieren, Kröneln, Scharrieren, Spitzen, Stocken). Anforderungen Standardbeton ist ein Normalbeton in den Druckfestigkeitsklassen C 8/10, C 12/15 oder C 16/20 ohne Zusätze und nur in Expositionsklassen X0, XC1 und XC2. Die Norm gibt dafür Randbedingungen – z. B. den Mindestzementgehalt – vor. Verantwortlich für die Einhaltung der Normvorgaben ist der Betonhersteller. Beton nach Eigenschaften beschreibt einen Beton bei dem der Betonhersteller die Zusammensetzung selbst entwirft, also ohne Normvorgaben handelt. Der Betonhersteller ist für die Einhaltung der geforderten Eigenschaften und weiteren Anforderungen verantwortlich. Beton nach Zusammensetzung stellt der Hersteller nach Vorgabe durch den Planer entsprechend dessen Vorstellungen zusammen. Der Planer gibt detailliert an, welche Ausgangsstoffe in welcher Menge zu verwenden sind. Der Hersteller ist für die korrekte Zusammenstellung der Mischung, der Planer für die Einhaltung der geforderten Frisch- und Festbetoneigenschaften verantwortlich. Fragen 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Definieren Sie den Begriff ‘Beton’. Welche Bedeutung kommt dem Zement im Beton zu? Was versteht man unter ‘Zementleim’ und ‘Zementstein’? Welche Grenzwerte gelten für die Gliederung der Betone hinsichtlich der Rohdichte? Welche Gesteinskörnungen werden für Normalbeton eingesetzt? Wie wird die Druckfestigkeit des Betons festgestellt? Erläutern Sie die Begriffe ‘Frischbeton’, ‘Festbeton’, ‘Ortbeton’, ‘Baustellenbeton’ und ‘Transportbeton’. 8. Nennen Sie die Konsistenzbereiche des Frischbetons. 9. Beschreiben Sie den Zustand des Frischbetons hinsichtlich der Konsistenzbereiche.

293

3.7 Beton

10. Mit welchen Verdichtungsgeräten kann der Frischbeton unter Berücksichtigung der Konsistenzbereiche verdichtet werden? 11. Beschreiben Sie den Ausbreitversuch. 12. Nach welchen Verfahren kann Frischbeton eingebaut werden? 13. Beschreiben Sie das Verdichten des Betons durch Rütteln (Arten, Wirkungsweise). 14. Was soll durch das Verdichten des Frischbetons erreicht werden? 15. Auf welche Art und Weise kann die Betonoberfläche gestaltet werden? 16. Unterscheiden Sie zwischen „Standardbeton“, „Beton nach Eigenschaften“ und „Beton nach Zusammensetzung“

3.7.2 Einfluss des Wasserzementwertes (w/z-Wert) Der w/z-Wert (Massenverhältnis von Wassergehalt w und Zementgehalt z) ist die bestimmende Größe für die wesentlichen Betoneigenschaften. Zement bindet chemisch und physikalisch ca. 40% seiner Masse an Wasser. Darüber hinaus zugegebenes Wasser führt zur Bildung von Kapillarporen im Zementstein (Abbildung 3.7.18). Verdeutlicht wird dies durch die beiden Abbildungen 3.7.19 (REM-Aufnahmen). Ideal ist daher ein w/z-Wert von 0,4. Als günstig sind w/z-Werte bis 0,7 einzustufen. Werte darüber hinaus sind ungünstig.

Bild 3.7.18 Einfluss des w/z-Wertes auf Beschaffenheit und Dichte des Zementsteins Bild 3.7.19 a Gefüge von Zementstein aus Portlandzement 32,5 F, w/z = 0,30, Hydratationsdauer 1 Tag Bild a verdeutlicht wie bei einem w/z-Wert von 0,3! bereits nach 1 Tag Hydratation die Zementkornoberfläche mit einem dichten Besatz von Hydratationsprodukten überzogen ist. Sie nehmen nun den Raum ein, den zuvor das Anmachwasser inne hatte.

3

294

3 Baustoffe

Bild 3.7.19 b Gefüge von Zementstein aus Portlandzement 32,5 R, w/z-Wert 0,80, Hydratationsdauer 12 Tage In Bild b handelt es sich um einen Zementstein mit einem w/z-Wert von 0,8. Sehr gut ist zu erkennen, dass lange, faserige Kristalle von den einzelnen Zementkörnern durch den wassergefüllten Raum aufeinander zu und dann ineinander wachsen und so den relativ großen Abstand zwischen den Körnern überbrücken. Es verbleiben aber immer noch viele Poren.

3

Bild 3.7.20 Einfluss des w/z-Wertes auf wichtige Frisch- und Festbetoneigenschaften

Um den Wasserbedarf genau bestimmen zu können, muss bei der Berechnung des Zugabewassers auch die Eigenfeuchte (Kernfeuchte + Oberflächenfeuchte) der Gesteinskörnung berücksichtigt werden. Abbildung 3.7.20 verdeutlicht den Einfluss des w/z-Wertes auf wichtige Frisch- und Festbetoneigenschaften. Wie sehr die Betondruckfestigkeit vom w/z-Wert beeinflusst wird, zeigt das Diagramm 3.7.21. Für die Praxis bedeutet dies, dass der vorgegebene w/z-Wert nicht überschritten werden darf. Bei der Anlieferung von Transportbeton darf deshalb auf der Baustelle auch kein Wasser zur besseren Verarbeitung des Betons beigemischt werden. Fragen 1. 2. 3. 4.

Was versteht man unter dem ‘w/z-Wert’? Aus welchen einzelnen Faktoren setzt sich das Zugabewasser zusammen? Wie wirkt sich ein hoher w/z-Wert (>0,7) auf die wesentlichen Betoneigenschaften aus? Mitunter sieht man, dass bei Anlieferung von Transportbeton auf der Baustelle dem Beton Wasser beigemischt wird. Ist dies zulässig? Wie wirkt sich dies auf die Betonqualität aus?

295

3.7 Beton

3

Bild 3.7.21 Zusammenhang zwischen Betondruckfestigkeit, Festigkeitsklasse des Zements und Wasserzementwert

3.7.3 Betoneigenschaften Verarbeitbarkeit Wichtigste Eigenschaft des Frischbetons ist dessen Verarbeitbarkeit. Die Verarbeitbarkeit umfasst das Befördern, Einbauen und Verdichten des Betons. Kenngröße ist die Konsistenz. Diese wird mit dem Verdichtungsversuch bzw. dem Ausbreitversuch überprüft. Wie sich der Beton jedoch tatsächlich verarbeitet lässt, erweist sich oftmals erst beim Einbau des Betons. Wie sich die Komponenten Zementleimmenge, Kornzusammensetzung und Kornform der Zuschläge zusammen verhalten, wird erst dann deutlich. Bestehen diesbezüglich Bedenken, sollte eventuell ein Fließmittel verwendet werden. Das Ende der Verarbeitbarkeit ist bei plastischen und weichen Betonen erreicht, wenn sich die Eintauchstelle beim Herausziehen des Innenrüttlers nicht mehr schließt. Druckfestigkeit Die hohe Druckfestigkeit ist die wichtigste Eigenschaft des Festbetons. Sie wird beeinflusst von der Festigkeitsklasse des Zements, dem Wasserzementwert, der Haftung zwischen Gesteinskörnung und Zementleim und dem Verdichtungsgrad. Die Druckfestigkeit des Festbetons kann bei günstiger Lagerung über Jahre hinweg zunehmen. Die Druckfestigkeit wird an 28 Tage alten, normgerecht gelagerten Probekörpern ermittelt. Dies geschieht mit speziellen Druckpressen (Abbildung 3.7.22). Im Gegensatz zur Druckfestigkeit weist Beton nur eine sehr geringe Biegezugfestigkeit auf.

296

3

3 Baustoffe

Wasseraufnahmefähigkeit Für bestimmte Baumaßnahmen – Trinkwasserbehälter, Staudamm, Gebäudeteile im Grundwasserbereich – ist es unerlässlich, die Wasseraufnahmefähigkeit auf ein Minimum zu beschränken. Es muss ein möglichst wasserdichter Beton hergestellt werden. Dies wird erreicht durch sorgfältige Auswahl und Zusammensetzung der Gesteinskörnungen, die zweckmäßige Zementart, einen kleinen w/z-Wert, eine optimale Verdichtung und der Zugabe von Betonzusatzmitteln (DM, BV). Dadurch wird sichergestellt, dass der Anteil an Kapillarporen auf ein unbedenkliches Maß begrenzt bleibt.

Bild 3.7.22 Druckpresse

Frostbeständigkeit Beton der im dauerfeuchten Zustand häufigen Frost-Tau-Wechseln ausgesetzt ist, muss einen hohen Frostwiderstand aufweisen. Die Gefügezerstörung erfolgt durch das Gefrieren des Wassers, das in den Kapillarporen enthalten ist. Wirksamste Maßnahme ist auch hier, den Beton so dicht wie möglich herzustellen. Die Zuschläge müssen unbedingt frostbeständig sein. Die Eignungsprüfung kann mittels Frost-Tau-Wechsel nachgewiesen werden. Dabei werden Prüfkörper in regelmäßigem Abstand eingefroren und wieder aufgetaut. Erweiterte Schutzmaßnahmen sind besondere Schutzanstriche. Wärmedämmung Wegen seiner relativ hohen Rohdichte (ρ = 2,4 kg/dm3) ist Normalbeton ein guter Wärmeleiter. Er ist deshalb für Wärmedämmmaßnahmen nicht einsetzbar. Dagegen kann Leichtbeton (ρ < 2,0 kg/dm3) auch diesbezüglich verwendet werden. Wärmespeicherung Betone können, bedingt durch die hohe Rohdichte, Wärme sehr gut speichern und diese bei Bedarf an die Raumluft wieder abgeben. So können Heizungssysteme in Betonwände mit integriert werden. Schalldämmung So negativ wie sich die hohe Rohdichte des Betons bei der Wärmedämmung auswirkt, bewirkt sie bezüglich der Luftschalldämmung hervorragendes. Die Schwingungsenergie der Schallwellen kann Wände aus Normal- und Schwerbeton – wegen ihrer großen Masse – kaum in Schwingung versetzen. Umso besser wird allerdings bei Betondecken der Trittschall (Körperschall) übertragen. Hier sind deshalb besondere Maßnahmen zum Schutz der dort wohnenden Menschen erforderlich. Form- und Raumbeständigkeit Beton hat eine gute Form- und Raumbeständigkeit. Infolge des Austrocknens des Zementsteins können oberflächennahe Schwindrisse auftreten, die durch eine sorgfältige Zusammensetzung und Nachbehandlung vermieden werden können. Bei zu früher Belastung des Bauteils können Formveränderungen eintreten, die als Kriechen bezeichnet werden. Formveränderungen infolge Temperaturveränderungen sind unvermeidbar. Mit Dehnfugen kann solchen Problemen entgegengewirkt werden. Dauerhaftigkeit Beton ist bei einer auf den Verwendungszweck abgestimmten Zusammensetzung und Herstellung ein dauerhafter Baustoff. Voraussetzung ist allerdings, dass bei der Zusammensetzung und Her-

297

3.7 Beton

stellung die Umweltbedingungen berücksichtigt werden, denen das Bauteil später ausgesetzt ist. Zu unterscheiden sind: trockene oder feuchte Umgebung, Gefahren aus Frost- und Tausalzangriffen, korrosionsfördernde Einflüsse (Gase, Säuren, Laugen) usw. (Abbildung 3.7.23). Fragen 1. Wie kann man das Ende der Verarbeitbarkeit des Betons feststellen? 2. Welche Faktoren beeinflussen ganz wesentlich die Druckfestigkeit des Betons? 3. Wie wird die Betondruckfestigkeit überprüft? 4. Durch welche Maßnahmen kann ein möglichst wasserdichter Beton hergestellt werden? 5. Durch welche Maßnahmen können Frostschäden am Beton vermieden werden? 6. Wie wirkt sich die relativ hohe Rohdichte des Normalbetons bezüglich Wärmedämmung, Wärmespeicherung und Schalldämmung aus? 7. Welche Arten von Formveränderungen können bei Betonen auftreten? 8. Welche Einflüsse wirken sich negativ auf die Dauerhaftigkeit des Betons aus?

Bild 3.7.23 Betonabsprengungen infolge Korrosion

3.7.4 Expositionsklassen Die im Abschnitt zuvor angesprochene Dauerhaftigkeit von Beton ist im Wesentlichen von den Umweltbedingungen abhängig. In die Norm sind deshalb die Expositionsklassen eingeführt worden. Maßgebliche Kriterien sind dabei die Korrosions- und Angriffsrisiken denen der Beton in der eingebauten Situation ausgesetzt ist. Die Expositionsklassen gliedern sich in 7 Klassen. Diese sind in bis zu 4 weitere Klassen untergliedert. Die Kennzeichnung der Klassen erfolgt durch zwei Großbuchstaben. Der erste Buchstabe ist immer ein „X“. Der zweite Buchstabe weist dann auf eine bestimmte Umweltbedingung hin: „XO“ (ohne Angriffsrisiko) „XC“ (C = Carbonation, Beanspruchung durch Karbonatisierung), „XD“ (D = Deicing, Beanspruchung durch Chloride aus Taumittel), „XS“ (S = Seawater, Beanspruchung durch salzhaltige Meerluft), „XF“ (F = Freezing, Beanspruchung durch Frost mit und ohne Taumittel), „XA“ (A = Attack, Beanspruchung durch chemische Mittel), „XM“ (M = Mechanical Abrasion, Beanspruchung durch Verschleiß). Die Klassifizierungen berücksichtigen Angriffe auf den Beton selbst sowie Angriffe auf die Bewehrung des Betons. Die Festlegung der Expositionsklasse durch den Verfasser der Betonzusammensetzung bestimmt die Mindestdruckfestigkeitsklasse des Betons, die Betonzusammensetzung (w/z-Wert, Mindestzementgehalt, Zementart, Auswahl der Gesteinskörnung und eventueller Zusatzmittel bzw. -stoffe), die Dicke der Betondeckung der Bewehrung sowie auch die Nachbehandlungsdauer. Tabelle 3.7.24 zeigt die Expositionsklassen nach der Norm. Fragen: 1. Welche weiteren Betoneigenschaften werden durch die Festlegung der Expositionsklasse bestimmt? 2. Nach welchen Gesichtspunkten sind die Expositionsklassen gegliedert?

3

298

3 Baustoffe

3. Welche Expositionsklasse könnte bei den genannten Beispielen zur Verwendung kommen: a) Innenbauteil; b) Gartenstützwand; c) Stütze einer Brücke die im Wasser steht; Brückenbauteil neben der Fahrbahn; d) Treppe in einer Fußgängerzone; e) Betonfahrbahn Tabelle 3.7.24 Expositionsklassen

3

Klasse

Umweltbedingungen

XO

Kein Korrosions- oder Angriffsrisiko Zuordnung: bei Beton ohne Bewehrung in nicht betonangreifender Umgebung alle , Fundamente ohne Bewehrung C8/10 außer XF, XA, XM Innenbauteile ohne Bewehrung Bewehrungskorrosion durch Karbonatisierung Zuordnung: wenn Beton mit Bewehrung der Luft und Feuchtigkeit ausgesetzt ist trocken oder ständig nass Bauteile in Innenräumen, übliche Luftfeuchtig- C16/20 keit nass, selten trocken Gründungsbauteile mäßige Feuchte Bauteile, zu denen die Außenluft häufig oder C20/25 ständig Zugang hat (Hallen, Bäder) wechselnd nass und Bauteile außen, mit direkter Beregnung C25/30 trocken Bewehrungskorrosion durch Chloride, außer Meerwasser Zuordnung: wenn Beton mit Bewehrung chloridhaltigem Wasser, auch Taumittel ausgesetzt ist, ausgenommen Meerwasser mäßige Feuchte Bauteile im Sprühnebelbereich von C25/30 mit LP1) C30/37 Verkehrsflächen Einzelgaragen nass, selten trocken Bauteile, die chloridhaltigen Industrieabwässern C30/37 mit LP1) C35/45 ausgesetzt sind wechselnd nass und Brückenteile mit häufiger Spritzwasserbeanstrocken pruchung Bewehrungskorrosion durch Chloride aus Meerwasser Zuordnung: wenn Beton mit Bewehrung Chloriden aus Meerwasser oder salzhaltiger Luft ausgesetzt ist salzhaltige Luft, ohne Außenbauteile in Küstennähe C25/30 mit LP1) C30/37 unmittelbaren Kontakt mit Meerwasser unter Wasser Bauteile in Hafenanlagen, die ständig unter C30/37 mit LP1) C35/45 Wasser liegen Tidebereiche, Spritzwas- Kaimauern in Hafenanlagen ser- und Sprühnebelbereich Frostangriff mit und ohne Taumittel Zuordnung: bei erheblichen Belastungen aus Frost- und Tauwechsel mäßige Wassersättigung, Außenbauteile C25/30 ohne Taumittel mäßige Wassersättigung, Bauteile im Sprühnebel- oder Spritzwasserbe- C25/30 mit LP1) C35/45 mit Taumittel reich von taumittelbehandelten Verkehrsflächen, soweit nicht XF4Bauteile, im Sprühnebelbereich von Meerwasser hohe Wassersättigung, offene Wasserbehälter, ohne Taumittel Bauteile in der Wasserwechselzone von Süßwasser hohe Wassersättigung, mit Tausalz behandelte Verkehrsflächen, C30/37 mit LP1) mit Taumittel überwiegend horizontale Bauteile im Spritzwasserbereich von taumittelbehandelten Verkehrsflächen, Räumerlaufbahnen von Kläranlagen, Meerwasserbauteile in der Wechselwasserzone

XO

XC XC1 XC2 XC3 XC4

XD XD1 XD2 XD3

XS XS1 XS2 XS3

XF XF1 XF2

XF3 XF4

Beispiel

Mindestdruckfestigkeitsklasse

299

3.7 Beton Klasse

Umweltbedingungen

Beispiel

Mindestdruckfestigkeitsklasse

Betonangriff durch chemischen Angriff Zuordnung: bei chemischem Angriff durch natürliche Böden, Grundwasser, Meerwasser, Abwasser XA1 chemisch schwach ang- Behälter von Kläranlagen, C25/30 reifende Umgebung nach Güllebehälter Tab. 2 DIN 1045-2 XA2 chemisch mäßig angrei- Betonbauteile, die mit Meerwasser in VerbinC30/37 mit LP1) fende Umgebung nach dung kommen, Bauteile, in betonangreifenden C35/45 Tab. 2 DIN 1045-2 und Böden Meeresbauwerke XA3 chemisch stark angreiIndustrieabwasseranlagen mit chemisch angreifende Umgebung nach fenden Abwässern, Tab. 2 DIN 1045-2 Futtertische der Landwirtschaft, Kühltürme mit Rauchgasableitung Betonangriff durch Verschleißbeanspruchung Zuordnung: bei erheblichen mechanischen Belastungen XM1 mäßige Verschleißbean- tragende oder aussteifende Industrieböden mit C25/30 mit LP1) C30/37 spruchung Beanspruchung durch luftbereifte Fahrzeuge XM2 starke Verschleißbeantragende oder aussteifende Industrieböden mit C30/37 mit LP1) spruchung Beanspruchung durch luft- oder vollgummibe- C30/372) C35/45 reifte Gabelstapler XM3 sehr starke Verschleißbe- tragende oder aussteifende Industrieböden mit C35/452) anspruchung Beanspruchung durch elastomer- oder stahlrol- C30/37 mit LP1,2) lenbereifte Gabelstapler, mit Kettenfahrzeugen häufig befahrene Oberflächen, Wasserbauwerke in geschiebebelasteten Gewässern, z. B. Tosbecken 1) Mit Luftporenbildner möglich, wenn gleichzeitig XF; 2) Hartstoffe nach DIN 1100

XA

XM

3.7.5 Zusammensetzung des Betons In DIN 1045 ist die Verantwortlichkeit für die Festlegung und Herstellung des Betons klar geregelt (Tabelle 3.7.25). Dies gilt für alle Betonarten. Dabei kann es auch sein, dass eine Person alle Funktionen übernimmt. Tabelle 3.7.25 Verantwortliche und Verantwortungsbereiche Verfasser Hersteller

Verwender

Verantwortlicher Person oder Stelle (Architekt, Ingenieur), die die Betonqualität festlegt Person oder Stelle (Transportbetonwerk, Bauunternehmer), die den Beton herstellt Person oder Stelle (Unternehmer, Bauleiter), die den Beton einbaut

Verantwortungsbereich Anforderungen an den Frisch- und Festbeton festlegen, Expositionsklasse bestimmen, Erstellen der Leistungsbeschreibung Konformitätskontrolle: Überprüfen der einzelnen Betonbestandteile sowie der Betonzusammensetzung Produktionskontrolle: Überwachung der Betonherstellung Qualitätskontrolle: Eigen- und/oder Fremdüberwachung der geforderten Frisch- und Festbetoneigenschaften Überprüfen auf sachgerechte Lieferung (Lieferschein überprüfen), sachgerechter Transport auf der Baustelle, fachgerechter Einbau

Unterschieden werden: Standardbeton, Beton nach Eigenschaften und Beton nach Zusammensetzung. Zum Standardbeton zählen die Betone der Festigkeitsklassen C 8/10, C 12/15 und C 16/20. Aber nur für die Expositionsklassen X0 (Bauteile ohne Bewehrung und ohne Korrosions- und Angriffsrisiko), XC1 (bewehrte Bauteile in Innenräumen) und XC2 (bewehrte Bauteile als Grün-

3

300

3 Baustoffe

dungsbauteile). Betonzusatzstoffe und Betonzusatzmittel dürfen diesen Betonen nicht zugemischt werden. Der Mindestzementgehalt entsprechend Tabelle 3.7.26 ist dabei einzuhalten. Vorlaufende Prüfungen sind nicht erforderlich. Bei der Betonzusammensetzung kann der Verfasser auf seine eigenen Erfahrungen oder auf Betonrezepte zurückgreifen. Standardbeton kann nach DIN 1045-2 auch auf der Baustelle hergestellt werden.

3

Tabelle 3.7.26 Mindestzementgehalt für Standardbeton bei Zementfestigkeitsklasse 32,5 und einem Größtkorn von 31,5 mm Mindestzementgehalt in kg/m3 Festbeton bei der Konsistenz steif (C1, F1) plastisch (C2, F2) weich (C3, F3) C8/10 210 230 260 C12/15 270 300 330 C16/20 290 320 360 Der Mindestzementgehalt muss vergrößert werden um: – 10 % bei einem Größtkorn von 16 mm – 20 % bei einem Größtkorn von 8 mm Der Mindestzementgehalt kann verringert werden um: – bis zu 10 % bei Zement der Festigkeitsklasse 42,5 Betonfestigkeitsklasse

Betone nach Zusammensetzung werden üblicherweise werkmäßig hergestellt. Der Verfasser berücksichtigt bei seinen Vorgaben die grundlegenden Anforderungen für diesen Beton (Übereinstimmung mit der DIN EN 206-1 und DIN 1045-2, Zementart und Festigkeitsklasse, Zementmenge, w/zWert, Art, Größtkorn und Kategorie der Gesteinskörnung, Art und Menge der Zusatzmittel und Zusatzstoffe). Des Weiteren legt er auch die zusätzlichen Anforderungen (besondere Anforderungen an die Gesteinskörnungen, Frischbetontemperatur, sonstige technische Anforderungen) fest. Der Hersteller ist verpflichtet den Beton nach diesen Vorgaben zu erstellen. Er ist nur für die Bereitstellung des Betons, nicht jedoch für dessen Eigenschaften. verantwortlich. Der Verwender führt auf der Baustelle die erforderlichen Prüfungen durch. Er bestätigt, dass alle geforderten Betoneigenschaften mit dem gelieferten Beton erreicht werden (Konformitätsnachweis). Betone nach Eigenschaften werden ebenfalls durchweg werkmäßig hergestellt. Der Verfasser legt unter Berücksichtigung der baulichen Erfordernisse die notwendigen Betoneigenschaften (Expositionsklasse, Druckfestigkeitsklasse, Konsistenzklasse, Größtkorn der Gesteinskörnung, Rohdichteklasse) und der zusätzlichen Anforderungen (Zementart, Festigkeitsentwicklung, verzögertes Ansteifen, Wärmeentwicklung, Wassereindringwiderstand) fest. Solche Betone werden entweder aufgrund von Langzeiterfahrung oder einer vorherigen Prüfung hergestellt. Der Verwender muss auf der Baustelle die vorgeschriebenen Prüfungen vornehmen (Überprüfen des Lieferscheins, Konsistenzbestimmung, Frischbetonrohdichte, Gleichmäßigkeit des Betons, Druckfestigkeit sowie weitere geforderte Eigenschaften). Daneben sind im Bautagebuch die Lufttemperatur (Minimum, Maximum), die Witterungsverhältnisse (Regen, Sonne), die vollzogenen Bauabschnitte bzw. Bauteile sowie die Art und Dauer der Nachbehandlung festzuhalten. Je nach dem welcher Überwachungsklasse (Tabelle 3.7.27) der Beton zugeordnet ist, bedarf es neben der Tabelle 3.7.27 Überwachungsklassen Merkmal Überwachungsklasse 1 Überwachungsklasse 2 Überwachungsklasse 3 Festigkeitsklasse für ≤ C 25/30 ≥ C 30/37 ≥ C 55/67 Normal- und Schwerbeton und ≤ C 50/60 Expositionsklassen X0, XC, XF1 XS, XD, XA, XM, XF2, XF3, XF4 – besondere – für Betone mit besonderen – Betoneigenschaften Eigenschaften (z. B. wasserundurchlässiger Beton, Strahlenschutzbeton)

3.7 Beton

301

Eigenüberwachung auch einer Fremdüberwachung (anerkannte Überwachungsstelle). Die Überprüfung der Frisch- und Festbetoneigenschaften für Betone bzw. Expositionsklassen nach Überwachungsklasse 1 kann vom Bauunternehmer durchgeführt werden. Bei Beton der Überwachungsklassen 2 und 3 ist die zusätzliche Überwachung durch eine dafür anerkannte Überwachungsstelle erforderlich (Fremdüberwachung). Bei mehreren zutreffenden Überwachungsklassen ist die höchste maßgebend. Baustellen, auf denen Beton der Überwachungsklassen 2 und 3 eingebaut wird, sind entsprechend zu kennzeichnen. Fragen: 1. Welche Betone dürfen als Standardbeton hergestellt werden? 2. Wie hoch ist der Mindestzementgehalt für einen Standardbeton C 16/20, F2? 3. Welche Verantwortung trägt der Hersteller und der Verwender bei Beton nach Zusammensetzung? 4. Wer muss bei Beton nach Eigenschaften die vorgeschrieben Prüfungen durchführen? Welche Gegebenheiten sind während des Betonierens festzuhalten und ins Bautagebuch einzutragen? 5. In welche Überwachungsklasse sind die genannten Betone/Expositionsklassen eingeordnet? C 30/37; XC; XD2; C 60/75

3.7.6 Bestellung und Abnahme Neben den zuvor bereits genannten Festlegungen hat der Verwender mit dem Hersteller das Lieferdatum, die Lieferzeit, die genaue Betonmenge und die Abnahmegeschwindigkeit zu vereinbaren. Besonderheiten der Baustelle, die die Beweglichkeit oder Benutzung der Transportbetonfahrzeuge beieinträchtigen (maximales Fahrzeuggewicht, beschränkte Durchfahrtshöhen u.ä.) sind ebenfalls mitzuteilen. Von wesentlicher Bedeutung ist die rechtzeitige Übergabe und Kontrolle des Lieferscheins. Die Kontrolle des Lieferscheins durch den verantwortlichen Bauleiter stellt sicher, dass der gelieferte Beton auch der für diese Baustelle bestellte Beton ist. Dieser weist unter anderem aus: Name des Transportbetonwerks, Datum und Zeit des Beladens, Kennzeichen des Fahrzeugs, Name der Baustelle, Betonmenge in m3, Zeitpunkt der Anlieferung, des Entladebeginns und das Ende des Entladens. Bei Betonen nach Eigenschaften ist zusätzlich u.a. anzugeben: Druckfestigkeitsklasse, Expositionsklasse, Konsistenzklasse, Zementart, Größtkorn der Gesteinskörnung. Da der Hersteller den Verwender über mögliche Gesundheitsgefahren bei der Verarbeitung von Frischbeton aufmerksam machen muss, kann auf dem Lieferschein auch ein entsprechender Hinweis erscheinen. Frischbeton wird als reizend „Xi“ eingestuft. Fragen: 1. Welche Angaben haben Sie als Verwender dem Betonhersteller mitzuteilen? 2. Warum muss der zuständige Bauleiter bei einer Betonlieferung den Lieferschein kontrollieren? 3. Nennen Sie wesentliche Angaben, die auf dem Lieferschein stehen müssen. 4. Begründen Sie, warum es von Bedeutung ist den Zeitpunkt der Betonlieferung, den Entladebeginn und das Entladende festzuhalten.

3.7.7 Betonherstellung Bei der Herstellung auf der Baustelle werden die einzelnen Bestandteile nicht volumenmäßig in einem Mischungsverhältnis (z. B. 1:6:0,6 in der Reihenfolge Zement, Gesteinskörnung, Wasser) zusammengebracht, sondern nach Masseteilen, d.h. die einzelnen Bestandteile werden abgewogen. Die Herstellung von Beton als Baustellenbeton ist eher die Ausnahme. Dazu erforderlich ist eine dafür geeignete Mischmaschine. Die wesentlichen Mischsysteme sind der Trommelmischer,

3

302

3 Baustoffe

3 Bild 3.7.28a Trommelmischer

Bild 3.7.28b Trog- bzw. Tellermischer

(3.7.28) der Trog- und der Tellermischer (Abbildung 3.7.29). Die Mischer werden angeboten von 75 l bis 2.000 l Nenninhalt. Die einzelnen Bestandteile für die Herstellung der Betonmischung sind in ausreichender Menge und Qualität bereitzuhalten. Zement muss so gelagert werden, dass er vor Feuchtigkeit geschützt ist, da bereits durch die Aufnahme von Luftfeuchtigkeit die Abbindereaktion des Zements eingeleitet wird. Die Gesteinskörnung sollte auf einer sauberen Unterlage abgelagert werden, so dass eine Verunreinigung, z. B. mit Mutterboden nicht erfolgen kann. Bei getrennt angelieferten Kornfraktionen ist auf eine sorgfältige Trennung zu achten. Als Zugabewasser wird üblicherweise Leitungswasser verwendet. Durch das Mischen sollen Zementleim und Gesteinskörnung gleichmäßig verteilt und alle Gesteinskörner mit Zementleim umhüllt werden.

3.7.8 Verarbeiten des Betons Die Verarbeitungszeit des Betons wird vom Erstarrungsverhalten des Zements bestimmt (≤ 1 Stunde). Baustellenbeton sollte deshalb unmittelbar nach dem Mischen, Transportbeton nach Anlieferung verarbeitet werden. Bei warmer Witterung sollte die Verarbeitung (einbauen + verdichten) innerhalb ½ Stunde, bei kühler Witterung innerhalb 1 Stunde abgeschlossen sein. Sind längere Verarbeitungszeiten erforderlich oder wird bei heißer Witterung betoniert, empfiehlt sich die Zugabe eines Erstarrungsverzögerers (VZ). In der kalten Jahreszeit wird das Erstarren des Betons durch niedrige Temperaturen verzögert. Das Betongefüge kann durch Frosteinwirkung zerstört werden. Deshalb sind Mindesttemperaturen des Frischbetons einzuhalten (Tab.3.7.29). Dies kann unterstützt werden durch die richtige Zementwahl (kalkreiche Zemente entwickeln viel Wärme), Herstellen des Betons mit warmem Wasser und/oder vorgewärmten Zuschlägen (gefrorene Gesteinskörnungen dürfen nicht verarbeitet werden!), möglichst kleiner w/z-Wert (erhöht die Frühfestigkeit). Tabelle 3.7.29 Mindesttemperaturen des Frischbetons Lufttemperatur + 5 °C bis – 3 °C < – 3 °C

Mindesttemperatur des Frischbetons + 5 °C allgemein + 10 °C bei einem Zementgehalt < 240 kg/m3 und bei NW-Zementen + 10 °C diese Temperatur soll mind. 3 Tage gehalten werden

Das Fördern des Betons geschieht bei Transportbeton mit den Mischfahrzeugen direkt bis zur Baustelle und dort mittels Rutschen, Kran-Kübel, Bandförderer oder Betonpumpen zur Einbaustelle. Bei Baustellenbeton mittels Fördergeräten wie Japaner, Karren, Kran-Kübel, Bandförderer

303

3.7 Beton

zum Einbauort. Bei der Wahl der Fördergeräte ist darauf zu achten, dass ein Entmischen ausgeschlossen ist. Fallhöhen >1 m sind zu vermeiden. Bei größeren Fallhöhen sind Fallrohre, die den Beton zusammenhalten, zu verwenden. Vor dem Einbringen des Betons in die Schalung ist diese nochmals auf ihre Standfestigkeit hin zu überprüfen, von losen Materialien zu reinigen und eventuell vorzunässen. Die Schüttgeschwindigkeit – vor allem bei Stützen und Wänden – ist von der Tragfähigkeit der Schalung abhängig. Sie sollte jedoch 2 m/Std. nicht überschreiten. Der Schalungsdruck ist dabei abhängig von den Frischbetoneigenschaften wie Rohdichte, Konsistenz, Erstarrungszeit, Verdichtungsart. Der Beton sollte in möglichst gleichmäßig dicken Schichten eingebracht werden. Die Schütthöhe ist abhängig von der gewählten Verdichtungsart. Durch das Verdichten des Betons werden Luftblasen aufgelöst, der Beton erhält das gewünschte porenarme, dichte Gefüge. Zur Verwendung kommen die in Abschnitt 3.7.1 beschriebenen Verdichtungsgeräte.

3.7.9 Nachbehandlung des Betons Im Anschluss an das Verdichten – nach dem Erstarren – ist es von besonderer Bedeutung, den Beton vor schädigenden Einflüssen zu schützen. Um die gewünschte Betonqualität zu erreichen muss dem Zementstein zur vollständigen Hydratation ausreichende Feuchtigkeit zur Verfügung gestellt werden. Deshalb ist der Beton vor starker Sonneneinstrahlung und Zugluft zu schützen. Ebenso – vor allem in der anfänglichen Erhärtungsphase – vor heftigem Regen (das Bindemittel könnte ausgeschwemmt werden) und Frosteinwirkungen. Des Weiteren vor Schwingungen und Erschütterungen (z. B. durch Baufahrzeuge, Bohrgeräte) die das Betongefüge beeinträchtigen könnten. Frühzeitige Belastungen können Formveränderungen (Kriechen) hervorrufen. Die Mindestdauer der Nachbehandlung ist abhängig von der Expositionsklasse, der Oberflächentemperatur und der Festigkeitsentwicklung des Betons. Tabelle 3.7.30 nennt Möglichkeiten der Nachbehandlung und deren Dauer. Tabelle 3.7.30 Möglichkeiten der Nachbehandlung Schutz vor ...

mögliche Nachbehandlung

– gleichmäßiges Feuchthalten durch Aufsprühen von Wasser – abdecken mit Folien (nicht bei Sichtbeton) – aufsprühen eines Nachbehandlungsfilms Feuchtigkeitsverlust (Achtung: der Verbund zu später aufzubrindurch hohe Tempegenden Schichten kann gestört werden) raturen – bedecken mit feuchten Matten, Sand oder Sägemehl – Schalung möglichst lange belassen und Feuchthalten – abdecken mit wärmedämmenden Matten – Luftschicht ausbilden durch auf Abstand Frost verlegte Folie

heftigem Regen

– abdecken mit Folien

Erschütterungen

– in der unmittelbaren Nähe des Bauteils nicht mit stark vibrierenden Maschinen und Geräten arbeiten – schwere Baufahrzeuge nur mit Abstand passieren lassen

mögliche Folgen bei fehlen- Dauer der der Nachbehandlung Maßnahme

– – – –

verminderte Druckfestigkeit absanden der Oberfläche Rissebildung ≥ 7 Tage verminderter Korrosionsschutz der Bewehrung

– Abblätterung der Betonoberfläche – gestörte Erhärtungsreaktion – Gefügezerstörung – auswaschen des Bindemittels – absanden der Oberfläche – Veränderung des w/z-Wertes mit den damit verbundenen Qualitätseinbußen – Festigkeitsverluste – Gefügezerstörung

bis die Festigkeit > 5 N/mm2 beträgt oder die Betontemperatur 3 Tage lang > 10 °C war bis zur vollständigen Erstarrung

ca. 18 h

3

304

3 Baustoffe

Fragen: 1. 2. 3. 4.

3

5. 6. 7. 8. 9. 10.

Warum muss Zement unbedingt trocken gelagert werden. Auf was ist beim Mischen besonders zu achten? Von welchen Faktoren wird die Verarbeitungszeit des Betons bestimmt? Durch welche Maßnahmen kann in der kalten Jahreszeit die Betontemperatur des Frischbetons erhöht werden? Worauf ist beim Fördern von Beton insbesondere zu achten? Wozu dienen Fallrohre (Hosenrohre)? Welche Bedeutung kommt der Nachbehandlung des Betons zu? Nennen Sie Maßnahmen, um den Beton vor Feuchtigkeitsverlust zu schützen. Welche Folgen können eintreten, wenn dem Beton in der anfänglichen Erhärtungsphase durch starke Sonneneinstrahlung, Zugluft etc. Wasser entzogen wird? Durch welche Maßnahmen kann der Beton in der anfänglichen Erhärtungsphase vor schädlichen Frosteinwirkungen geschützt werden?

3.8 Metalle Ausgangsmaterial für die Metallgewinnung sind Erze. Als Erze werden solche Gesteine bezeichnet, die sich wirtschaftlich für die Metallgewinnung lohnen. Am wirtschaftlichsten sind deshalb solche Erze, die einen möglichst hohen Metallgehalt aufweisen. Für die Eisengewinnung gilt als unterste Grenze 20%, bei Kupfer 0,5%. Selten liegen die Metalle in den Erzen in reiner Form (metallisch) vor. Meist handelt es sich um chemische Verbindungen mit nicht metallhaltigem Gestein (taubes Gestein). Deshalb werden die Erze zunächst aufbereitet. Sie werden in einen verhüttbaren Zustand überführt. In der Aufbereitung wird das taube Gestein so weit wie möglich entfernt, eine für die Verhüttung günstige chemische Verbindung erzeugt und die optimale Stückgröße für den Verhüttungsprozess hergestellt.

3.8.1 Eisen Mit ca. 5 Masse-% ist Eisen nach Aluminium das zweithäufigste Metall in der Erdrinde. Es gehört zu den Schwermetallen. Die Rohdichte beträgt 7,87 kg/dm3. In der Bundesrepublik Deutschland gibt es nur geringe Eisenerzvorkommen, die zu dem einen relativ geringen Eisengehalt aufweisen. Wir sind auf Lieferungen aus dem Ausland angewiesen (Tabelle 3.8.1). Tabelle 3.8.1 Eisenerze – Arten, Herkunft Erzart Magneteisenstein (Magnetit) Roteisenstein (Hämatit) Brauneisenstein (Limonit) Spateisenstein Siderit) Eisenkies (Pyrit)

Chemische Bezeichnung Fe3O4

Farbe stahlgrau

Eisengehalt in % 60 – 70

Fe2O2

braunrot

40 – 60

Fe2O3 H2O

braun

25 – 45

FeCO3

graubraun

25 – 40

FeS2

gelbbraun

40 – 50

Herkunft Schweden, Norwegen, Russland Deutschland (Siegerland), Spanien, USA, Ukraine Deutschland (Lahn, Dill, Thüringen), Frankreich (Lothringen) Deutschland (Sieg, Harz,), Österreich, Ungarn Deutschland (Harz, Bayern), Spanien, Russland

3.8 Metalle

305

Die Eisenerze werden vor der Einbringung in den Hochofen aufbereitet: – Entfernen des tauben Gesteins auf mechanischen Wege, z. B. durch Magnetscheider – Nichtoxidische Erze werden vor der Reduktion in Oxide überführt (z. B. durch Rösten) – Feinkörnige oder pulverförmige Erze werden gesintert (zusammen gebacken) und anschließend brikettiert, pelletiert oder agglomeriert – Grobkörnige Erze werden auf die gewünschte Größe in Brecheranlagen zerkleinert.

3

Bild 3.8.2 Schematische Darstellung über die Vorgänge im Hochofen

Die Roheisengewinnung durch Reduktion wird im Hochofen durchgeführt (Abbildung 3.8.2). Diesen Vorgang nennt man Verhüttung, d.h. dem Eisenerz wird der Sauerstoff entzogen. Dazu ist es notwendig, dass ausreichend hohe Temperaturen erzeugt werden und Reduktionsmittel zur Verfügung stehen. Des Weiteren muss die Schlacke gebunden werden. Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden Koks und Zuschläge – in der Regel Kalkstein – beigegeben. Der Koks hat in diesem Prozess drei Aufgaben zu erfüllen: – Brennstoff (zur Erzielung der erforderlichen Schmelztemperatur), – Reduktionsmittel (Binden des Sauerstoffs) und – Aufkohlungsmittel (C bildet mit Fe Eisencarbid (Fe3C), wodurch zugleich der Schmelzpunkt des Eisens herabgesetzt wird). Aufgabe der Zuschläge ist es: – den Schmelzpunkt des tauben Gesteins herabzusetzen, – die Schlacke zu binden und – die Zusammensetzung des Roheisens zu beeinflussen. Der Hochofen wird von der Gicht aus mit Koks und Möller (aufbereitete Mischung aus Eisenerz und Zuschlägen) beschickt. Der Koks wird durch die im unteren Schachtteil eingeblasene Heißluft (Wind) verbrannt. Dabei bildet sich Kohlenmonoxid – als das wesentliche Reduktionsmittel. Die Reduktion der Eisenoxide durch Kohlenmonoxid wird als indirekte (stufenweise), die durch den fein verteilten Kohlenstoff als direkte Reduktion bezeichnet. Infolge der Reduktion wird das

306

3

3 Baustoffe

Eisen porös. Es nimmt im Bereich der Kohlungszone Kohlenstoff auf. Dadurch sinkt der Schmelzpunkt des Eisens um ca. 300 °C. Das Eisen schmilzt und wird flüssig. Es nimmt Silicium, Mangan, Schwefel und Phosphor auf. Das flüssige Eisen sammelt sich im unteren Bereich des Hochofens (dem Gestell). Je nach dem ob der Mangangehalt oder der Siliciumgehalt überwiegt unterscheidet man weißes und graues Roheisen (Tab.3.8.3). Der Kohlenstoffgehalt liegt im Bereich von 3 – 5%. Die Zuschläge bilden bei ca. 900 °C Calciumoxid (Branntkalk), das sich mit den Gesteinsbestandteilen des Erzes zu der flüssigen Hochofenschlacke verbindet. Wegen der geringen Rohdichte schwimmt die Schlacke auf dem Roheisen. Die beim Verbrennungsprozess entstehenden Gase – Gichtgase – werden unterhalb der Glocke abgezogen, gefiltert und zur Aufheizung der Verbrennungsluft genutzt. Die weitere Verwendung von Roheisen und Hochofenschlacke ergibt sich aus den Tabellen. 3.8.4 und 3.8.5. Tabelle 3.8.3 Eigenschaften des weißen und grauen Roheisens Weißes Roheisen manganhaltig (2 bis 3 %) geringe Mengen an Silicium ρ = 7,5 bis 7,8 kg/dm3 hart und spröde weiße Bruchfläche schnelle Abkühlung Kohlenstoff liegt als Eisenkarbid vor Weiterverarbeitung zu Stahl und Temperguss

Graues Roheisen siliciumhaltig (2 bis 4 %) geringe Mengen an Mangan ρ = 7,1 bis 7,3 kg/dm3 weich und zäh graue Bruchfläche langsame Abkühlung Kohlenstoff liegt als Graphit vor Weiterverarbeitung zu Grauguss

Tabelle 3.8.4 Verwendung des Roheisens Produkt Formgebung Weißes Roheisen Stahl gießen, (Kohlenstoffgehalt < 1,7 %) walzen

Eigenschaften

Verwendung Betonstahl, Baustahl

Temperguss (Eisengießen, Kohlenstoff-Gusswerkstoff spanabhebende der wärmebehandelt wird) Bearbeitung

hohe Zugfestigkeit, elastisch, warm- und kaltverformbar, zerspanbar, nicht härtbar, legierbar gut gießbar, hohe Zähigkeit, schlagunempfindlich, schweißbar, gut zerspanbar

Graues Roheisen Grauguss gießen, (Eisen-Kohlenstoffspanabhebende Legierung mit 2 bis 5 % C) Bearbeitung

gut korrosionsbeständig, hoch druckfest, gering zugfest, spröde, nicht schmiedbar, legierbar

Rohre, Abdeckplatten, Kanaldeckel

Schlösser, Schlüssel, Beschläge, Fittinge

Tabelle 3.8.5 Verwendung der Hochofenschlacke Produkt Hochofenstückschlacke Hüttensand Hüttenbims Hüttenwolle

Herstellung Die Hochofenschlacke kühlt langsam ab und erstarrt blasenfrei zu größeren Brocken. Im Schotterwerk wird sie dann auf die gewünschte Korngröße zerkleinert: Die glutflüssige Schlacke wird mit Wasser abgeschreckt und zerspringt (granuliert) zu feinem, glasigen Hüttensand: Die glutflüssige Schlacke wird auf die Oberfläche eines dünnen Wasserfilms aufgebracht. Dabei schäumt das Material auf. Entsteht durch nochmaliges Aufschmelzen von langsam erstarrter Schlacke und nachfolgendem Zerfasern im Schleuderverfahren oder Verblasen im Düsenverfahren.

Eigenschaften sehr hart

Verwendung Schotter und Splitt im Straßen- und Gleisbau, Pflastersteine

sehr scharfkörnig, latent hydraulisch

CEM II und CEM III, Hüttensteine

porig, leicht, wärmedämmend wärme- und schalldämmend

Betonzuschlag (Leichtzuschlag), Leichtbetonsteine Als Matten, Platten oder Schnüre für Wärme- und Schalldämmung

3.8 Metalle

307

Fragen 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Aus welchen Elementen setzen sich die Eisenerze zusammen? Welche Bedingungen sind Voraussetzung für den Hochofenprozess? Welche Bestandteile werden in den Hochofen eingebracht? Beschreiben Sie den Aufbau (Konstruktion) eines Hochofens. In welche Zonen kann der Hochofen untergliedert werden? Welche Aufgaben haben a) der Koks, b) die Zuschläge im Hochofenprozess? Wozu wird Heißluft in den Hochofen eingeblasen? Erklären Sie die Begriffe: a) Möller, b) Reduktionsmittel, c) indirekte Reduktion, d) direkte Reduktion 9. Nennen Sie Eigenschaften und Verwendung von weißem und grauem Roheisen. 10. Welche Eigenschaften haben: a) Stahl, b) Temperguss, c) Grauguss? 11. Beschreiben Sie die Herstellung: a) der Hochofenstückschlacke, b) von Hüttensand, c) von Hüttenbims, d) der Hüttenwolle. Nennen Sie dazu jeweils Verwendungsbeispiele.

3.8.2 Stahl Stähle werden untergliedert in – unlegierte Stähle, das sind z. B. Baustähle, Betonstähle und – legierte Stähle. Unlegierte Stähle sind alle Eisenlegierungen mit einem Kohlenstoffgehalt bis 2,06 %. Sie werden auch als Massenstahl oder Flussstahl bezeichnet. Handelt es sich um legierten Stahl, beträgt der Fe-Gehalt mindestens 50 %. Legierungsbestandteile sind z. B. Chrom, Nickel, Molybdän, Wolfram, Kohlenstoff oder Vanadium. Durch Zugabe solcher Elemente werden bestimmte Eigenschaften – Zugfestigkeit, Härte, Korrosionsbeständigkeit, Elastizität – verbessert. Herstellung. Das Roheisen lässt sich im vorliegenden Zustand für die Herstellung von Bau- oder Betonstahlprodukten nicht verwenden. Dies liegt am hohen Kohlenstoffgehalt sowie an Verunreinigungen durch Phosphor und Schwefel. Diese Bestandteile lassen sich durch herausbrennen entfernen. Diesen Vorgang nennt man Frischen. Das neue Produkt heißt Stahl. Bei allen Verfahren zur Stahlerzeugung wird dem flüssigen Roheisen Sauerstoff zugeführt. Der Sauerstoff dient dabei als Oxidationsmittel. Die beiden heute üblichen Verfahren sind: – Sauerstoffaufblasverfahren (LD-Verfahren): Flüssiges Roheisen und Schrott werden in den Konverter (Kippofen) eingefüllt. Eine Lanze wird über der Schmelze in einem bestimmten Abstand justiert und Sauerstoff aufgeblasen. Der Blasvorgang dauert ca. 15 bis 18 Minuten. Es entsteht ein sehr intensiver Verbrennungsvorgang bei dem die unerwünschten Bestandteile verbrannt werden. Die dabei entstehenden festen Abfallprodukte (Schlacken) werden mittels Kalk gebunden. Nach dem Blasvorgang wird die Zusammensetzung der Schmelze analysiert und entsprechend der gewünschten Stahlqualität die erforderlichen Legierungsbestandteile hinzugegeben. Zur Kühlung der durch die Reaktion stark erhitzten Schmelze wird Schrott nachgefüllt. Anschließend werden die Schlacke in die Schlackenpfanne und der fertige Stahl in die Gießpfanne abgegossen (Abbildung 3.8.6). – Elektrostahlverfahren: Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung sehr hochwertiger Stahlsorten. Es ist besonders auch dafür geeignet, Metallschrott einzuschmelzen. Wesentlich ist dabei, dass neben dem Sauerstoff als zusätzliche Wärmeenergie elektrischer Strom verwendet wird. Dies schließt Verunreinigungen aus. Die Temperatur der Schmelze kann genau eingestellt werden. Beim Lichtbogenofen springt ein Lichtbogen von den Kohlestäben auf die Schmelze über und schmilzt infolge der sehr hohen Temperaturen das Material ein (Abbildung 3.8.7). Da der von den Kohleelektroden erzeugte Lichtbogen Temperaturen bis zu 3.500 °C erzeugt, können

3

308

3 Baustoffe

Sauerstofflanze in Blasstellung

3

Einsatz: Roheisen + Schrott

Gießplanne

Schlackenpfanne

Füllen

Blasen

Abgießen der Schlacke

Abgießen des Stahls

Bild 3.8.6 Stahlherstellung nach dem Sauerstoffaufblasverfahren

Stromzufuhr

Einsatz: Roheisen + Schrott + Legierungsstoffe

Kohleelektroden Schwenkbarer Deckel Konverter

Stahlpfanne

Schlackenpfanne

Bild 3.8.7 Stahlherstellung im Lichtbogenofen

auch schwer schmelzbare Legierungsstoffe wie Wolfram und Molybdän eingeschmolzen werden. Beim Induktionsofen erzeugt der in der Induktionsspule fließende Hochfrequenzstrom Wirbelströme im Stahlbad. Die Schmelze wird erhitzt und innig durchgemischt. Das Elektroverfahren ist insbesondere geeignet für die Herstellung von Werkzeug- und Edelstählen.

3.8.3 Baustahl Hierbei handelt es sich um unlegierten Massenstahl. Die Baustähle werden entsprechend ihrer Zugfestigkeit in die Stahlsorten St 33 bis St 70 eingeteilt (Abbildung 3.8.8). Für ihre Verwendung ist die Zugfestigkeit entscheidend. Diese nimmt mit steigendem C-Gehalt zu, gleichzeitig nehmen

309

3.8 Metalle

aber Zähigkeit, Umformbarkeit und Schweißeignung ab. Baustähle sind warm und kalt zu bearbeiten, schweißbar aber nicht härtbar. Die Formgebung von Baustahl erfolgt durch Gießen, Walzen, Ziehen, Schmieden oder Strangpressen. Nach der Querschnittsform unterscheidet man Flacherzeugnisse und Profilerzeugnisse (Abbildung 3.8.9). Tabelle 3.8.8 Allgemeine Baustähle nach DIN EN 10025 (DIN 17100) Kurzbezeichnung S 185

alte Bezeichnung St 33

Zugfestigkeitsbe- Streckgrenzenbereich reich in N/mm2 N/mm2 290 – 510 175 – 185

S 235 J2

St 37-3

340 – 470

215 – 235

S 275 JR S 275 JO E 295

St 44-3 St 44-3U St 50-2

410 – 560

245 – 275

470 – 610

265 – 295

Verwendung für untergeordnete Bauteile z. B. Handlauf für einfache Beanspruchung z. B. Hebel, Achse für mittlere Beanspruchung z. B. Kran, Stahlbau für höhere Beanspruchungen z. B. Stifte für hochbeanspruchte Bauteile z. B. Wellen

E 335 St 60-2 570 – 710 305 – 335 E 360 St 70-2 670 – 830 335 – 360 Bezeichnung von Baustahl St-37-3: – St = Baustahl – 44 = Mindestzugfestigkeit in N/mm2 – 3 = Gütegruppe (1 = allgemeine Anforderungen; 2 = höhere Anforderungen; 3 = Sonderanforderungen)

Bild 3.8.9 Für das Bauwesen wichtige Halbzeugformen

3

310

3

3 Baustoffe

Fragen 1. Warum kann Roheisen in der vorliegenden Zusammensetzung nicht für Bau- und Betonstahl verwendet werden? 2. Beschreiben Sie die beiden angeführten Verfahren zur Stahlherstellung. 3. Welche Eigenschaften werden durch die Zugabe von Legierungsbestandteilen bei der Stahlherstellung verbessert? 4. Erklären Sie die Kurzbezeichnung: a) S 235 J2; b) Winkel DIN 1028 – 60 × 6; c) I-Träger DIN 1025 – I 300 – U St 37-2; d) I-Träger DIN 1025 – IPB 300 – U St 37-2 5. Nennen Sie Beispiele für die Verwendung der in Abbildung 3.8.9 aufgelisteten Profilerzeugnisse.

3.8.4 Betonstahl (Kurzzeichen „BSt“) Eigenschaften. Für den Einsatz im Stahlbetonbau ist die Zugfestigkeit des Stahls die entscheidende Größe. Diese wird festgestellt in Zugversuchen. Ein Stück Stabstahl wird in die Halterungen einer Zugprüfmaschine eingespannt (Abbildung 3.8.10) und auf Zug beansprucht (gestreckt) bis es zum Bruch kommt.

Bild 3.8.10 Zugversuch mit zunehmender Einschnürung bis zum Bruch

Bild 3.8.11 SpannungsDehnungsDiagramm

311

3.8 Metalle

Über eine Schreibvorrichtung wird das Verhalten des Stahls – Größe der aufgebrachten Kraft in Abhängigkeit zur Längenänderung (Dehnung) – aufgezeichnet. Das Schaubild bezeichnet man als Spannungs-Dehnungs-Diagramm (Abbildung 3.8.11). Betonstähle und -drähte nach DIN 488 sind schweißgeeignet und können auch auf der Baustelle schweißtechnisch miteinander verbunden werden. Herstellungsverfahren. Betonstahl kann hergestellt werden: – warmgewalzt, ohne Nachbehandlung, – warmgewalzt und aus der Walzhitze wärmebehandelt, – kaltverformt durch Verwinden oder Recken der warmgewalzten Ausgangsprodukte (Bild 3.8.12).

Bild 3.8.12 oben: ursprünglicher Stab; unten: kaltverformter Betonstabstahl

Warmgewalzte Betonstähle (Kurzzeichen „WR“, mit Sonderrippung „WRS“) erhalten ihre technischen Eigenschaften infolge ihrer chemischen Zusammensetzung oder durch zusätzliche Wärmebehandlung. Bei den kaltverformten (Kurzzeichen „KR“) erreicht man durch das Recken oder Verwinden Gefügeveränderungen. Dabei werden Streckgrenze und Zugfestigkeit erhöht, die Dehnwerte herabgesetzt. Betonstahl wird in zwei Duktilitätsklassen angeboten: „A“ und „B“. „A“ umfasst die Betonstähle mit normaler, „B“ mit hoher Duktilität (Tabelle 3.8.13). Unter Duktilität versteht man dabei den Dehnungsbereich den der Stahl umfasst, ohne dass er bricht. Betonstabstähle nach DIN 488 sind hochduktil (B). Bei den Betonstählen in Ringen sind warmgewalzte Stähle (WR) hochduktil und kaltverformte (KR) normalduktil (B). Tabelle 3.8.13 Duktilität von Betonstählen Kategorie Normale Duktilität (A) Hohe Duktilität (B) ft/fy (Rm/Re) = Verhältnis Zugfestigkeit zu Streckgrenze εsu(Agt) = Dehnung bei Höchstkraft

ft/fy (Rm/Re) 1,05 1,08

εsu(Agt) 2,5 % 5,0 %

Sorteneinteilung. Betonstahl wird als: – Betonstabstahl (S), – Betonstahlmatte (M) und – Bewehrungsdraht hergestellt. Betonstabstahl (S) wird in Stäben für die Einzelstabbewehrung angeboten. Übliche Nenndurchmesser und deren technischen Eigenschaften zeigt Tabelle 3.8.14. Die Oberfläche von Betonstabstahl ist gerippt. Dadurch erreicht man einen besseren Haftverbund im Beton. Kaltverwundener Betonstahl weist immer Längsrippen auf (Bild 3.8.12). Betonstabstahl gibt es in Längen bis zu 15 m und einem Nenndurchmesser von 6 bis 40 mm. Betonstabstahl gibt es auch als aufgespulten kernlosen Ring (Abbildung 3.8.15).

3

312

3 Baustoffe

Tabelle 3.8.14 Betonstabstahl B St 500 S Nenndurchmesser in mm Nennquerschnitt in cm2 Nenngewicht in kg/m

3

6,5 0,332 0,261

7 0,385 0,302

7,5 0,442 0,347

8 0,503 0,395

8,5 0,567 0,445

Nenndurchmesser in mm 11 12 14 16 Nennquerschnitt in cm2 0,950 1,130 1,540 2,010 Nenngewicht in kg/m 0,746 0,888 1,210 1,580 Länge der Betonstähle 12 bis 15 m, Sonderlängen bis 31 m Betonstahl in Ringen wird üblicherweise bis ds 14 mm

20 3,140 2,470

25 4,910 3,850

28 6,160 4,830

32 40 8,040 12,570 6,310 9,860

a)

5 0,196 0,154

5,5 0,238 0,187

b)

6 0,283 0,222

9 0,636 0,499

10 0,785 0,617

Bild 3.8.15 Betonstabstahl: a) als Stab, b) als kernloser Ring

Die Kurzbezeichnung für einen Betonstabstahl erfolgt so: BSt 500 S(A), bzw. IV S(A) Dabei bedeutet: BSt = Betonstahl 500 = Mindeststreckgrenze in N/mm2 S = Stabstahl (A) = normale Duktulität IV = Kurzzeichen für Betonstahl mit der Mindeststreckgrenze 500 N/mm2 Betonstahlmatten (M) bestehen aus sich kreuzenden Stäben, die werkseitig durch Punktschweißung scherfest miteinander verbunden sind (Abbildung 3.8.16). Der Stababstand ist über die Mattenlänge und Mattenbreite hinweg konstant. Die Längsabstände können im Abstand von

Bild 3.8.16 Schematische Darstellung der Herstellung von Betonstahlmatten

313

3.8 Metalle

50 mm, die Querabstände von 25 mm frei gewählt werden. Die Nenndurchmesser betragen 4–12 mm. Auch hier ist die Oberfläche zur besseren Kraftübertragung gerippt. Grundsätzlich unterscheiden wir bei den Matten Tragstäbe und Verteilerstäbe bzw. Montagestäbe. Die Tragstäbe weisen die größere Querschnittsfläche auf. Ihre Aufgabe ist es die Hauptspannungen im Bauteil aufzunehmen. Die Verteilerstäbe sind zum einen Montagestäbe für die Tragstäbe, zum anderen helfen sie mit die Lasten im Bauteil zu verteilen. Die Stäbe können als Einzelstäbe oder Doppelstäbe angeordnet sein. Für die statischen Berechnungen werden die Querschnittsflächen der Tragstäbe herangezogen. Tabelle 3.8.19 zeigt die Abmessungen und weiteren Angaben von Betonstahlmatten. Die Kurzbezeichnung „R 257 A“ erklärt sich so: R = Matte mit rechteckigen Feldern; 257 = Querschnittsfläche aller Tragstäbe in mm2 auf 1 m Mattenlänge; A = Duktilitätsklasse. Es werden folgende Mattenarten unterschieden: Lagermatten, Listenmatten und Vorratsmatten. Lagermatten sind standardisierte normalduktile oder hochduktile Betonstahlmatten mit festgelegten Abmessungen und festgelegtem Aufbau. Sie können direkt ab Lager geliefert werden. Unterschieden werden: Q-Matten (Abbildung 3.8.17). Diese haben Tragstäbe in Längs- und Querrichtung mit jeweils gleichem Querschnitt. Es ergeben sich also quadratische Maschenfelder. Die Stababstände betragen 150 mm. Q-Matten werden deshalb für zweiachsig gespannte Bauteile eingesetzt. R-Matten (Abbildung 3.8.18): Die Tragstäbe befinden sich nur in Längsrichtung. Die Verteilerstäbe (Querstäbe) haben eine wesentlich geringere Querschnittsfläche (ca. 1/5) und liegen weiter auseinander. Die Maschenfelder sind rechteckig. Randeinsparungen sind beidseitig an je zwei Längsstäben. R-Matten werden für einachsig gespannte Bauteile verwendet. Beim Verlegen ist darauf zu achten, dass die Verlegerichtung eingehalten wird, da ja nur in Längsrichtung der erforderliche Stahlquerschnitt vorhanden ist. Als Randsparmatten weisen Lagermatten im mittleren Mattenbereich Doppelstäbe auf. Im Randbereich liegen die 2 oder 4 äußeren Stäbe als Einzelstäbe. Da Matten in der Regel gestoßen bzw. überlappt verlegt werden, vermeidet man dadurch, dass zu viel Stahl eingebaut wird (Abbildung 3.8.21).

Bild 3.8.17 Q-Matte

Bild 3.8.18 R-Matte

3

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3 Baustoffe

Bild 3.8.19 Lagermatten – Abmessungen

3

Die Kennzeichnung der Typen des Lagermattenprogramms erfolgt durch: – Art der Lagermatte, R- und Q-Matte – Angabe der Stahlquerschnittsfläche je Meter in cm2/m – Angabe der Duktilitätsklasse Mattenaufbau Querschnitt Gewicht Länge Stabdurchmesser –––– StababMattenje je RandeinspaAnzahl der längs quer InnenRandbezeichnung Breite stände Matte m2 rung Längsrandstäbe bereich bereich (Randeinsparung) [m] [mm] [mm] [mm] [cm2/m] [kg] [kg] 150 6,0 1,88 Q 188 A 32,4 3,01 nein 150 6,0 1,88 5,00 150 7,0 2,57 Q 257 A –––– 44,1 4,10 nein 150 7,0 2,57 2,15 150 8,0 3,35 Q 335 A 57,7 5,37 nein 150 8,0 3,35 150 6,0 d 6,0 4 3,77 Q 377 A 67,6 5,24 ja 6,00 100 7,0 3,85 –––– 150 7,0 d 7,0 4 5,13 2,15 Q 513 90,0 6,98 ja 100 8,0 5,03 150 6,0 1,88 R 188 A 26,2 2,44 nein 250 6,0 1,13 5,00 150 7,0 2,57 R 257 A –––– 32,2 3,00 nein 250 6,0 1,13 2,15 150 8,0 3,35 R 335 A 39,2 3,65 nein 250 6,0 1,13 150 6,0 d 6,0 2 3,77 R 377 A 46,1 3,57 ja 6,00 250 6,0 1,13 –––– 150 7,0 d 7,0 2 5,13 2,15 R 513 A 58,6 4,54 ja 250 6,0 1,13 Der Buchstaben „d“ beim Stabdurchmesser Innenbereich kennzeichnet einen Doppelstab. Doppelstäbe sind nur in Längsrichtung möglich.

a) Bild 3.8.20 Lagermatten, ausgesuchte Beispiele

b)

315

3.8 Metalle

Bild 3.8.21 Randsparmatten vermeiden Stahlverschwendung im Überdeckungsbereich a) Dünnstäbe, b) Einfachstäbe

Listenmatten sind Betonstahlmatten, die nach individuellen Anforderungen konstruiert werden. Länge, Breite, Stabdurchmesser und Stababstand können nach statischen und konstruktiven Gesichtspunkten frei gewählt werden. Die Anordnung der Mattenstäbe ist rasterfrei möglich. Dadurch lassen sich beliebige Stababstände realisieren. Listenmatten können mit normal- oder hochduktilen Materialeigenschaften geliefert werden. Vorratsmatten sind standardisierte, hochduktile oder normalduktile Betonstahlmatten. Mit diesen ist es möglich die Vorteile der Lagermatten und der Listenmatten miteinander zu verbinden. Durch die Standardisierung ergeben sich kürzere Lieferzeiten. Fragen 1. Welche technische Eigenschaft ist maßgebend für die Verwendung von Betonstahl im Verbundbaustoff Stahlbeton? 2. Beschreiben Sie das Spannungs-Dehnungs-Diagramm. Welche Aussagen lässt dies zu? 3. Nach welchen Herstellungsverfahren wird Betonstahl hergestellt? 4. Was versteht man unter „Duktilität“? Welche Klassen gibt es für Betonstähle? 5. Weshalb sind dem Betonstabstahl Rippen aufgeprägt? 6. Sie sehen auf der Baustelle Betonstabstahl liegen. Auf einem anhängendem Begleitzettel steht die Bezeichnung: BSt IV S (A). Erklären Sie die Kurzbezeichnung. 7. Welche Funktion haben die Trag- und Verteilerstäbe einer Betonstahlmatte? 8. Beschreiben Sie den Unterschied zwischen Q- und R-Matten (Aufbau, Verwendung) 9. Welchen Sinn macht es, Randsparmatten bei der flächigen Verlegung zu verwenden? 10. Beschreiben Sie die Betonstahlmatte „Q 377 A (Erklären der Kurzbezeichnung, Abmessungen, Stabdurchmesser, Querschnitt der Stäbe, Gewicht, Randeinsparung)? 11. Was sind Listenmatten?

3.8.5 Aluminium Aluminium ist mit einem Anteil von 8% an der Erdrinde das am häufigsten vorkommende Metall. Es kommt in der Natur nicht gediegen, sondern nur als Oxid bzw. Hydroxid – vermischt mit anderen Mineralien wie z. B. Feldspat, Glimmer, Ton – vor. Aluminium wird aus dem Erz Bauxit – ein Verwitterungsprodukt aus tonhaltigem Kalk-Silikatgestein – gewonnen, das hauptsächlich im Tropengürtel der Erde gefunden wird. Herstellung. Die Aluminiumgewinnung basiert in der ersten Stufe auf dem chemischen Herauslösen von Aluminiumhydroxid (Al(OH)3) aus dem Bauxit und dem Austreiben des darin gebundenen Wassers (Kalzinieren). Ergebnis ist Aluminiumoxid (Al2O3). Als Abfallprodukt entsteht feinkörniger Rotschlamm, der als Füllstoff im Asphalt, als Zementzusatz oder als Flockungsmittel verwendet werden kann. In der zweiten Stufe wird das Aluminiumoxid zu metallischem Aluminium reduziert. Dies geschieht elektrolytisch. Der elektrische Ofen für die Schmelzelektrolyse

3

316

3

3 Baustoffe

(Abbildung 3.8.22) besteht aus einer metallenen Wanne als Kathode, die mit Kohlenstoffsteinen ausgekleidet ist. Die Stromzuführung erfolgt über die in die Wanne absenkbaren Kohleelektroden (Anode). Zur Zerlegung der Tonerde ist noch ein Elektrolyt notwendig, der den Schmelzpunkt der Tonerde senkt. Dies ist Kryolith (Aluminiumnatriumfluorid). Der Schmelzpunkt wird so von ca. 2050°C auf ca. 1000°C abgesenkt. Das flüssige Aluminium scheidet sich am Wannenboden ab und wird anschließend durch einen Vakuumtiegel abgesaugt und in Herdöfen auf die gewünschte Temperatur gebracht. Hier können auch gewünschte Legierungsbestandteile (z. B. Mangan, Magnesium, Silicium, Kupfer) beigegeben werden. Die Formgebung erfolgt durch Gießen oder Strangziehen.

Bild 3.8.22 Elektrolyse

Eigenschaften. Aluminium zählt zu den Leichtmetallen. Es ist weich, dehnbar und lässt sich gut bearbeiten. Bei Gerüsten oder anderen Tragwerken macht sich die geringere Masse gegenüber Stahlkonstruktionen besonders bemerkbar. Aluminium ist auch sehr gut witterungsbeständig, da es sich an der Luft mit einer zwar recht dünnen, aber doch sehr dichten und beständigen Oxidschicht überzieht. Nach Beschädigung der Oxidschicht bildet sich diese wieder neu. Diese natürliche Oxidschicht kann auch künstlich erzeugt werden – Eloxalverfahren. Dies ist eine Kurzbezeichnung für elektrisch oxidiertes Aluminium. Die so erzeugte Schicht ist wesentlich dicker (20 μm) wie die natürliche Oxidschicht (0,2 μm). Sie ist sehr verschleißfest, sehr hart und sehr gut witterungsbeständig. Die Eloxalschicht ist farblos, kann aber auch eingefärbt werden. Weitere Eigenschaften ergeben sich aus Tabelle 3.8.23. Verwendung. Aluminium wird am Bau ausnahmslos als Al-Legierung eingesetzt (Tabelle 3.8.24). Weitere Anwendungsgebiete sind: Dampfsperrschichten, Feuchtigkeitssperren, Schalungen, Leitern, Gerüste etc. Zu beachten ist, dass Aluminium von Säuren und Laugen angegriffen und zerstört wird. Deshalb müssen Aluminiumteile vor frischem Kalk- und Zementmörtel und Beton geschützt werden. Dies kann durch sorgfältiges Abdecken mit einer Kunststofffolie oder durch Aufstreichen eines Abziehlackes geschehen. Bei Verbindungen/Kontakt mit anderen Metallen ist die elektrochemische Spannungsreihe zu beachten (siehe Abschnitt Korrosionsschutz).

317

3.8 Metalle

Tabelle 3.8.23 Eigenschaften und Merkmale von Aluminium – – – – – – – – – – – – – – –

silberweiß geringe Dichte ρ = 2,7 kg/dm3 Schmelzpunkt 660 K weich gießbar gut bearbeitbar sehr dehnbar α = 23,5 × 10–6 1/K gut kalt verformbar gut schweißbar weich- und hartlötbar bildet an der Luft eine Oxidschicht nicht beständig gegenüber Säuren und laugen korrosionsbeständig leitet den elektrischen Strom Zugfestigkeit: gegossen 90 – 120 N/mm2; hart gewalzt 150 – 230 N/mm2

Tabelle 3.8.24 Verwendung von Aluminiumlegierungen Legierung Al Mg Si0,5 Al MG Si1 Al Mg1 Al Mg3 Al Mn1

Eigenschaft sehr gut witterungsbeständig sehr gut eloxierbar hohe Festigkeiten eloxierbar sehr witterungsbeständig Festigkeit steigt mit zunehmendem Mg-Gehalt Zugfestigkeit etwas besser wie Reinaluminium sehr witterungsbeständig nicht eloxierbar

Verwendung Für tragende Konstruktionen Bauprofile Fenster und Türen Bleche für Wandverkleidungen Bedachungen Dächer in Küstennähe bevorzugt für handwerkliche Verarbeitung (Biegearbeiten, Schweißen) Dacheindeckungen und Wandverkleidungen

Fragen 1. Aus welchem Grundstoff wird Aluminium hergestellt? 2. Beschreiben Sie stichwortartig die Herstellung von Aluminium. 3. Nennen Sie Eigenschaften von Aluminium. 4. Weshalb wird Aluminium künstlich eloxiert? 5. Warum werden überwiegend Alu-Legierungen verwendet? 6. Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Aluminium am Bau. 7. Von welchen Stoffen wird Aluminium angegriffen?

3.8.6 Kupfer Herstellung. Kupfer wird aus Kupfererz hüttentechnisch gewonnen. Eigenschaften (Tabelle 3.8.25). Neben Silber besitzt Kupfer die beste elektrische Leitfähigkeit aller Metalle. Die Festigkeit ist relativ gering. Kupfer lässt sich gut bearbeiten (verformen) ist sehr weich und dehnbar. Gegenüber äußeren Einflüssen (Witterung, Korrosion) und den meisten Säuren (Salzsäure, Schwefelsäure) ist Kupfer sehr beständig. Jedoch nicht gegenüber Salpetersäure und Mineralwasser. Zu erkennen ist es an seiner rotglänzenden Farbe. Ist Kupfer über längere Zeit der Luft ausgesetzt, bildet sich eine dunkle, sehr fest haftende Oxidschicht, die schützend wirkt. Bei Einfluss von Kohlenstoffdioxid und Wasser (Luftfeuchtigkeit) entsteht die Patina – das grüne basische Kupfercarbonat (CuCO3 → Cu(OH)2). Kommt Kupfer in Verbindung mit Essigsäure, entsteht der sehr giftige Grünspan (Kupferacetat). Bei Verbindungen/Kontakt mit anderen Metallen ist die elektrochemische Spannungsreihe zu beachten.

3

318

3 Baustoffe

Tabelle 3.8.25 Eigenschaften und Merkmale von Kupfer – – – – – – – – – – – – – – –

3

rotglänzend hohe Dichte ρ = 8,9 kg/dm3 Schmelzpunkt 1083 K sehr weich sehr gut formbar gut dehnbar α = 16,5 × 10–6 1/K gut kaltverformbar weich- und hartlötbar schweißbar beständig gegenüber Laugen wird von Säuren angegriffen bildet an der Luft eine Oxidschicht korrosionsbeständig sehr gut stromleitend Zugfestigkeit: warmgewalzt 200 – 300 N/mm2, kaltverfestigt bis 600 N/mm2

Verwendung. Im Baubereich kommen neben dem reinen Kupfer vielfach Kupfer-Legierungen zur Anwendung. Solche Legierungen sind Kupfer-Zinn (Bronze), Kupfer-Zink (Messing), Kupfer-ZinnZink (Rotguss) und Kupfer-Nickel-Zink (Neusilber). Durch die Legierungszusätze wird hauptsächlich die Festigkeit, Härte und Gießbarkeit verbessert. Wegen seiner geringen Zugfestigkeit kann Kupfer nicht für konstruktive Aufgaben verwendet werden. Frischer Kalk- und Zementmörtel greift Kupfer nicht an. Die sehr gute Witterungsbeständigkeit prädestiniert Cu für die Verwendung von Dacheindeckungen, Wandverkleidungen, Regenfallrohre und Dachrinnen, des weiteren für Elektroleitungen, Wasserleitungen, Heiz- und Kühlsysteme und für Dichtungsbahnen mit Kupferfolieneinlage. Aus Cu-Zn-Legierungen werden Armaturen, Beschlagteile und Schrauben hergestellt. Fragen 1. Aus welchem Grundstoff wird Kupfer hergestellt? 2. Nennen Sie Eigenschaften von Kupfer. 3. Wie reagiert Kupfer a) unter Einfluss von Kohlendioxid und Wasser, b) unter Einfluss von Essigsäure? 4. Nennen Sie wichtige Kupfer Legierungen. 5. Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Kupfer am Bau. 6. Von welchen Stoffen wird Kupfer angegriffen?

3.8.7 Blei Herstellung. Blei wird aus Bleierz – das in Verbindung mit anderen metallhaltigen Mineralien vorliegt – herausgelöst. Dies geschieht in einem mehrstufigem Prozess (Abbildung 3.8.26). Zunächst wird das Bleierz aufbereitet (floatieren1 mit anschließendem Sinterrösten2). Das Sinter1

Floation = Ein Verfahren zum Herauslösen metallhaltiger Bestandteile aus dem geförderten Mischgut. Dabei wird das Material zunächst zerkleinert und fein zermahlen. In der Floation wird das Mahlgut im einfachsten Falle in Wasser unter Zugabe von Reagenzien aufgeschlämmt und mit Luft durchgast. Metallhaltiges Material wird mit Luftbläschen behaftet und steigt nach oben. Bei metallfreiem Material ist dies nicht der Fall, es sinkt wegen seiner Schwere nach unten. Nun können die einzelnen metallhaltigen Minerale in einem Schaum entnommen werden. Sie werden dann noch eingedickt und getrocknet. 2 Rösten = Unter Rösten versteht man die Oxidation sulfidischer Erze. Dabei werden im Schachtofen die schwefelhaltigen (sulfidischen), bleihaltigen Vorstoffe unter Einsatz von Luftsauerstoff in Bleioxide und gasförmiges Schwefeldioxid überführt. Es findet auch eine physikalische Veränderung statt, in dem die feinkörnigen Flotationsprodukte ein stückiges, poröses Agglomerat bilden. Die Oberflächen der einzelnen Körner schmelzen an und verkleben miteinander (Sinterrösten). Eine direkte Berührung mit kalk- oder zementhaltigen Baustoffen kann im Beisein von Wasser zur Korrosion führen, wenn das Wasser Alkalien aus dem Mörtel oder Beton herauslöst.

3.8 Metalle

319

3

Bild 3.8.26 Fließschema der Bleiherstellung

produkt ist das Ausgangsprodukt für den darauf folgenden Verhüttungsprozess im Schachtofen. Das so gewonnene Rohblei wird in einer mehrstufigen Raffination von Beimengungen befreit. Eigenschaften (Tabelle 3.8.27). Reines Blei ist sehr korrosionsbeständig (bildet an der Luft eine schützende Oxidschicht), sehr weich und lässt sich gut be- und verarbeiten. Es besitzt eine geringe Festigkeit, Härte und Elastizität. Von den bauüblichen Metallen ist es das Schwerste (ρ = 11,34 kg/dm3). Tabelle 3.8.27 Eigenschaften und Merkmale von Blei – – – – – – – – – – – – – – – – –

bläulich-weiß Schnittfläche silbern sehr hohe Dichte ρ = 8,9 kg/dm3 Schmelzpunkt 327 K sehr weich sehr gut formbar sehr gut dehnbar α = 29,0 × 10–6 1/K lötbar schweißbar unbeständig gegen Laugen (Mörtel, Beton) wird von Salpeter- und Essigsäure angegriffen weiches Wasser mit viel CO2 greift Blei an bildet an der Luft eine Oxidschicht witterungsbeständig sehr gut gießbar sehr giftig Zugfestigkeit 15–20 N/mm2

320

3

3 Baustoffe

Seine Farbe ist bläulich-weiß, die Schnittfläche silberweiß und stark glänzend. Blei ist gegenüber Schwefel- und Salzsäure und in hartem Wasser sehr beständig, nicht dagegen in weichem Wasser mit viel CO2. Leicht löslich allerdings in Salpeter- und lufthaltiger Essigsäure. Deshalb dürfen Fugen von Bleiblech nicht mit Dichtstoffen auf Essigsäurebasis geschlossen werden. Frischer Kalk- oder Zementmörtel greift Blei immer an. Gemeinsam mit Zink weist Blei die größte Wärmedehnung auf (α = 29,0 × 10–6/K). Blei und Bleiverbindungen sind giftig. Bei Verbindungen/Kontakt mit anderen Metallen ist die elektrochemische Spannungsreihe zu beachten. Verwendung. Bleibleche (Dacheindeckungen, Kaminverwahrungen (Bild 3.8.28), Dachfensteranschlüsse, sonstige Anschlüsse im Dachbereich wie Grate, Kehlen Rinnen, selbstklebende Bleche für den Schall- und Strahlenschutz), Bleirohre (hohe Drucksicherheit, einfache Verarbeitung, einfache Reparatur), Bleifolien (Sperrfolien gegen Feuchtigkeit und Chemikalien, in Schalldämpfungselementen, Abschirmung gegen schwache Röntgenstrahlung), Bleiwolle (zur dauerhaften Befestigung von Bleiblechanschlüssen), Bleidraht (zum Schweißen von Bleiblechen), Bleimennige (Rostschutzpigment). Bleilegierungen sind Hartblei (mit 7 % Sb) und Weichlot (mit 7-10 % Sn).

Bild 3.8.28 Bleiverwahrung an einem Schornstein

Fragen 1. 2. 3. 4. 5.

Beschreiben Sie in Stichworten die Herstellung von Blei. Erklären Sie die Begriffe a) floatieren, b) rösten. Nennen Sie Eigenschaften von Blei. Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Blei am Bau. Von welchen Stoffen wird Blei angegriffen?

3.8.8 Zink Herstellung. Zink wird aus Zinkerz (z. B. Zinkblende) gewonnen. Weitgehend durchgesetzt hat sich das nasse (elektrolytische) Verfahren. Dabei wird die geröstete Zinkblende oder karbonatisches Zinkerz zunächst mit Schwefelsäure ausgelaugt (unreine ZnSO4-Lösung) und anschließend gereinigt (reine ZnSO4-Lösung, Rückstände sind: Cu, Co, Cd). Danach erfolgt die Elektrolyse (Abscheidung an Al-Kathoden). Eigenschaften. Zink ist ein bläulich-weißes Metall, das neben Blei die größte Wärmedehnzahl aufweist (α = 29,0 × 10–6 1/K). Es lässt sich walzen, schweißen, löten und gut gießen. Bei Raumtemperatur ist es hart und spröde. Bei Temperaturen zwischen 100 und 150 °C wird es dehnbar und lässt sich sehr gut verformen. In diesem Temperaturbereich kann es auch zu Blechen ausgewalzt oder zu dünnen Fäden gezogen werden. An feuchter Luft überzieht sich Zink mit einer

321

3.8 Metalle

schützenden, dichten, festhaftenden Oxidschicht (Zinkhydroxidcarbonat (ZnCO3 × Zn(OH)2). Zink löst sich leicht in Säuren, langsam in Alkalilaugen. Dabei bildet sich Wasserstoff und Zinkchlorid (ZnCl2), ein sehr hygroskopisches Pulver. Die wässrige Lösung des Zinkchlorids wird als Lötwasser zur Reinigung von Lötstellen oder als Flussmittel beim Feuerzinken verwendet. Wegen seiner Empfindlichkeit gegenüber Laugen, auch gegenüber feuchtem Gips sind hier besondere Schutzmaßnahmen zu treffen. Auch dort wo Zink mit feuchtem Holz in Berührung kommt (Bildung von Gerbsäure), korrodiert das Metall. Bei Verbindungen/Kontakt mit anderen Metallen ist die elektrochemische Spannungsreihe zu beachten. In Tabelle 3.8.29 sind die Eigenschaften und Merkmale von Zink zusammengefasst. Tabelle 3.8.29 Eigenschaften und Merkmale von Zink – – – – – – – – – – – – – – –

bläulich-weiß mit starkem Glanz sehr hohe Dichte ρ = 7,13 kg/dm3 Schmelzpunkt 419 K spröde sehr dehnbar α = 29,0 × 10–6 1/K lötbar schweißbar unbeständig gegenüber Laugen (Mörtel, Beton) unbeständig gegenüber Säuren unbeständig gegenüber feuchtem Gips die Beständigkeit in Wasser nimmt mit abnehmender Wasserhärte ab bildet an der Luft eine Oxidschicht witterungsbeständig gut gießbar Zugfestigkeit: gegossen 30 N/mm2, gepresst 110 N/mm2

Verwendung. Zinkblech wird verwendet für Dacheindeckungen, Dachrinnen (Abbildung 3.8.30), Fallrohre, Dachfenstereinfassung, Kaminverwahrung und Abdeckungen. Von großer Bedeutung ist Zink als Korrosionsschutzmittel für Stahlteile: Feuerverzinken3, galvanische Verzinkung4. Achtung: Zinkdämpfe sind gesundheitsschädlich! Wichtigste Legierung ist Titanzink. Dabei handelt es sich um eine Zink-Kupfer-Titan-Legierung. Dadurch wird die Festigkeit erhöht, die Wärmedehnung um ca. ¼ reduziert und die Dauerstandfestigkeit wesentlich verbessert.

Bild 3.8.30 Zinkrinne mit Fallrohr 3 4

Beim Feuerverzinken wird der gereinigte und gebeizte Stahlgegenstand in die mit geschmolzenem Flussmittel (Zink + Ammoniumchlorid) bedeckte Zinkschmelze bei 430–450 °C eingetaucht. Die galvanische Verzinkung geschieht durch elektrolytische Abscheidung von Zink.

3

322

3 Baustoffe

Fragen 1. 2. 3. 4. 5.

3

Nennen Sie Eigenschaften von Zink. Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Zink am Bau. Was versteht man unter Feuerverzinken? Welche Vorteile bietet die Legierung Titanzink gegenüber Zink? Von welchen Stoffen wird Zink angegriffen?

3.8.9 Korrosion Der Begriff „Korrosion“ stammt von dem lateinischen Wort „corrodere“ = zernagen. Unter Korrosion versteht man also die Zerstörung von Werkstoffen infolge chemischer Reaktionen mit den Umgebungsstoffen. Die Ursache der Metallkorrosion liegt im Bestreben der Metalle durch Verbindung mit Sauerstoff und Wasser von einem energiereichen in einen energiearmen Zustand zu wechseln. Nicht alle Korrosionsformen sind schädlich. Verschiedene Metalle (Al, Cu, Pb) werden erst nach der Bildung einer Korrosionsschicht (Oxidschicht) witterungsbeständig. Die zerstörende Korrosion tritt auf als flächenabtragende Korrosion (Abbildung 3.8.31a), lokale Korrosion (Lochfraß, Abbildung 3.8.31b) und als Risskorrosion. Grundsätzlich unterscheiden wir „chemische Korrosion“ und „elektrochemische Korrosion“.

Bild 3.8.31 Korrosionsarten: a) flächenabtragende Korrosion, b) lokale Korrosion (Lochkorrosion), c) Risskorrosion

Chemische Korrosion. Diese Art der Korrosion beruht in der Regel auf dem im Wasser vorhandenen Sauerstoff. Deshalb spricht man auch von Sauerstoffkorrosion. Das liegt daran, dass das Sauerstoffpotential positiver ist als das der meisten Metalle. Die Metalle (z. B. Eisen oder Stahl) reagieren mit dem Sauerstoff meist gleichmäßig (Flächenkorrosion). Die gebildete Korrosionsschicht aus Oxiden und Metallhydroxiden ist porös – sie ist mit einer Volumenvergrößerung verbunden. Der Druck korrodierender Stähle im Beton kann so groß werden, dass die Betonüberdeckung abgesprengt wird (Abbildung 3.8.32). Die Korrosionsneigung der Metalle wird erhöht, durch die Anwesenheit von

323

3.8 Metalle

säurehaltigem Wasser (z. B. infolge schadstoffhaltiger Luft, Autoabgase), von Basen (z. B. basische Feuchtigkeit aus einer Betondecke, Abbildung 3.8.33) oder Salzen (z. B. gelöste Salze im Mauerwerk). Die Korrosionsgeschwindigkeit nimmt auch mit zunehmender Temperatur zu. Allgemein gilt: Bei einer Temperaturerhöhung um 10°C verdoppelt bis verdreifacht sich die Reaktionsgeschwindigkeit.

3

Bild 3.8.32 Abgesprengter Beton infolge Korrosion der Bewehrung

Bild 3.8.33 Korrosion infolge aufsteigender basischer Feuchtigkeit

Elektrochemische Korrosion. Diese Art der Korrosion entsteht durch die Bildung galvanischer Elemente (siehe Abschnitt Chemische Grundlagen). Elektrochemische Korrosion tritt ein, wenn an die Berührungsstelle zweier verschiedener Metalle (z. B. ein Kupferblech wurde mit verzinkten Nägeln befestigt) eine Elektrolytlösung gelangt (wir sprechen von Kontaktkorrosion). Dies kann Luftfeuchtigkeit sein, aber auch eine Säure, Base oder eine Salzlösung. Es entsteht ein galvanisches Element. Das unedlere Metall (im Beispiel verzinkter Nagel) geht in Lösung (Ionen werden freigesetzt). Wasserstoffionen werden zum Kupferblech gedrängt (Abbildung 3.8.34). Es fließt ein Elektronenstrom. Es kommt zur Zerstörung des unedleren Metalls. Die Spannung, die die verschiedenen Metalle aufweisen, sind in der elektrochemischen Spannungsreihe festgehalten (siehe Abschnitt Chemische Grundlagen). Metalle, die sich

324

3 Baustoffe

leicht oxidieren lassen, werden als unedle Metalle bezeichnet (z. B. Al, Zn, Fe). Metalle, die sich schwer oxidieren lassen, werden als edle Metalle bezeichnet (z. B. Cu, Ag, Au). Wichtig ist aber auch das Flächenverhältnis Anode zur Kathode. Je größer die Kathode im Verhältnis zur Anode ist, umso größer ist das Ausmaß der Korrosion (Abbildung 3.8.35).

3

Bild 3.8.34 Korrosion infolge falscher Materialwahl

Bild 3.8.35 Korrosion bei unterschiedlichen Metallen in Abhängigkeit vom Verhältnis Anode : Kathode

Es ist aber nicht zwingend notwendig, dass sich zwei Metalle unmittelbar berühren. Mitunter genügt es bereits, dass in Fließrichtung des Wassers zuerst das edlere Metall kommt (Abbildung 3.8.36). Man spricht hierbei von Korrosion durch edlere Kationen (edleres Kation ist H+ aus der Säure). Voraussetzung ist allerdings, dass eine ausreichend große Fläche des edleren Metalls vorhanden ist.

Bild 3.8.36 Korrosion durch edlere Kationen

325

3.8 Metalle

Korrosionsschutz. Dem Korrosionsschutz kommt eine große volkswirtschaftliche Bedeutung zu. Es müssen jährlich viele Milliarden Euro aufgebracht werden, um zum einen Schäden vorzubeugen und zum anderen schadhafte Konstruktionen wieder in Ordnung zu bringen (z. B. Sanierung vieler Brückenbauwerke). Grundsätzlich kann der Korrosionsschutz der Metalle mittels konstruktiver Maßnahmen und/oder durch aufzubringende Schutzschichten erreicht werden. Konstruktive Maßnahmen. Zu diesen gehören: – Nur gleiche oder elektrochemisch ähnliche Metalle miteinander verarbeiten (Spannungsreihe beachten). Sollte dies nicht möglich sein, dann die beiden Metalle durch neutrale Materialien voneinander trennen (Abbildung 3.8.37).

Bild 3.8.37 Unterbrechung des direkten Kontaktes durch Unterlegen einer Kunststoffscheibe

– Fachgerechte Anordnung/Verarbeitung. Werden an einem Bauwerk verschiedene Metalle übereinander angeordnet, so ist zu beachten, dass das Metall mit dem niedrigsten Normalpotential (das unedlere Metall) oberhalb anzuordnen ist. Eine Bleidachfläche kann in eine Kupferrinne, nicht aber in eine Zinkrinne entwässert werden. Regenwasser das von einer Kupferdachfläche über eine Bleiverwahrung (Kamineinfassung) fließt, gefährdet das Blei. – Fernhalten korrosionsfördernder Stoffe bzw. sofortiges und vollständiges Ableiten von Feuchtigkeit. – Vermeiden von Schwitzwasserbildung. – Schmutzablagerungen vermeiden (Feuchtigkeitsstau). – Fugen materialgerecht schließen (z. B. bei Bleiblechen keine essigsäurehaltigen Dichtstoffe verwenden). – Ummanteln. Mittels metallischer oder nichtmetallischer Überzüge kann Metall vor Korrosion geschützt werden. Diese Überzüge müssen fest anhaftend, dicht und dauerhaft sein. Metallische Überzüge werden durch Tauchen (z. B. Feuerverzinken), Spritzen oder Galvanisieren aufgebracht. Bei metallischen Überzügen ist das elektrochemische Verhalten von Schutzmetall und Grundmetall zu beachten. Wird z. B. bei verzinkten Stahlbauteilen die Zinkschicht zerstört und es kommt Feuchtigkeit hinzu, so ist Zink gegenüber dem Stahl nach der Spannungsreihe negativ

Bild 3.8.38 Korrosion des Überzugmetalls

3

326

3 Baustoffe

(Zink -0,76 V, Stahl -0,44 V). Folge: Der Zinküberzug wird zerstört (Abbildung 3.8.38). Bei einem verzinnten Stahlbauteil ist die Situation anders. Hier ist der Stahl gegenüber dem Zinn nach der Spannungsreihe negativ (Zinn -0,7 V). Folge: Der Stahl rostet. Die Korrosion erfolgt unter dem Überzugmetall, bis dieses infolge der Volumenvergrößerung des Rostes abgedrückt wird (Abbildung 3.8.39).

3

Bild 3.8.39 Korrosion des Grundmetalls

Nichtmetallische Überzüge sind Anstrichstoffe (z. B. Bleimennige), Öle, Fette, Kunststoff- und Emaillebeschichtungen (Abbildung 3.8.40). Voraussetzung ist, dass die Oberflächen sehr sorgfältig von allen losen und haftungsverhindernden Bestandteilen befreit werden (abbürsten, abschleifen, sandstrahlen, flammstrahlen). Denkbar sind auch Teer- und Bitumenaufstriche. Aluminium wird vorzugsweise durch Eloxieren vor Korrosion geschützt.

Bild 3.8.40 Beschichtung von Stahlblech mit Kunststoff

Betonstahl im Beton wird geschützt durch die alkalische Umgebung die vor allem bei kalkreichen Zementen (CEM I) entsteht. Eine Gefährdung der Stahleinlagen tritt ein, wenn Kohlensäure das Calciumhydroxid (Ca(OH)2) in Calciumcarbonat (CaCO3) umwandelt (siehe Tab. 3.9.2). Grundsätzlich ist jedoch Zement ein vorzüglicher Korrosionsschutz für Stahlbauteile. Um zu verhindern, dass Chloride (z. B. Magnesiumchlorid liegt im Seesand vor) die Korrosion der Bewehrung fördern, ist der Chloridgehalt im Betonzuschlag auf 0,04-Masse-% begrenzt. Ebenso können Sulfide im Beton (z. B. Schwefelkies) korrosionsfördernd wirken. Sulfide wandeln sich mit Luft und Wasser in Sulfate um und geben dabei Schwefelsäure ab. Gegen Sulfatangriff wirken Zemente mit hohem Sulfatwiderstand (Kurzzeichen HS). Die Betonbewehrung kann aber auch durch Zuführen von Elektronen (kathodischer Korrosionsschutz) geschützt werden. Bekannt ist dieses Verfahren z. B. vom Schutz von Tankanlagen. Dabei wird die Metallkorrosion durch Zufuhr von Elektronen von einer Gleichstromquelle verhindert. Dieses Verfahren ist aber eine seltene Ausnahme.

3.9 Stahlbeton

327

Fragen 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

Was versteht man unter Korrosion? Worin liegt die Ursache von Korrosion? Beschreiben Sie die drei Korrosionsarten. Worauf beruht die chemische Korrosion? Durch welche Stoffe wird die Korrosionsneigung der Metalle noch erhöht? Nennen Sie Beispiele für chemische Korrosion. Worauf beruht die elektrochemische Korrosion? Wie ist die elektrochemische Spannungsreihe aufgebaut. Wie groß ist der Spannungsunterschied folgender Metalle?: a) Aluminium – Eisen, b) Kupfer – Eisen, c) Blei – Zink, d) Kupfer – Aluminium Für eine Dacheindeckung ist Kupferblech vorgesehen. Die Kaminverwahrung soll mit Bleiblech ausgeführt werden. Ist die gewählte Materialwahl hinsichtlich Korrosionsgefahr in Ordnung? Begründen Sie ihre Aussage. Nennen Sie konstruktive Maßnahmen bezüglich des Korrosionsschutzes. Wie erfolgt das Aufbringen metallischer Schutzschichten? Ein Stahlblech wurde verzinkt. Die Zinkschicht später beschädigt. Welches Metall wird infolge Korrosion angegriffen? Begründen Sie ihre Aussage. Nennen Sie nichtmetallische Schutzschichten. Weshalb schützt Zement die Stahleinlagen im Beton vor Korrosion? Wodurch kann dieser Schutz (Frage 15.) aufgehoben werden?

3.9 Stahlbeton Da Beton zwar eine sehr gute Druckfestigkeit besitzt, jedoch nur sehr geringe Biegezugkräfte aufnimmt, ist er ungeeignet für Bauteile bei denen größere Spannweiten zu überbrücken sind (z. B. Decke, Fenstersturz, Brücke). Der Franzose Josef Monier kam 1845 bei der Herstellung von Gartenbänken und Bänken aus Beton, auf den Gedanken, Eisen mit einzubauen (sogenannter Eisenbeton). Daraus entwickelte sich die Stahlbetontechnologie. Stahlbeton ist also ein Verbundbaustoff aus Stahl und Beton. Dabei ergänzen sich die beiden Baustoffe hinsichtlich ihrer wichtigsten Eigenschaft: Beton ist hoch druckfest, Stahl hoch zugfest. Der Beton nimmt demnach die Druck-, der Stahl die Zugkräfte auf.

3.9.1 Voraussetzungen für die Verbundwirkung von Stahl und Beton Voraussetzung für die Tragfähigkeit des Baustoffs Stahlbeton ist ein dauerhafter und fester Verbund von Stahl und Beton. Drei Bedingungen müssen dazu erfüllt sein: Eine feste Haftung zwischen Beton und Stahl. Dadurch können die im Bauteil auftretenden Biegezugkräfte vom Beton auf die Stahleinlagen übertragen werden. Dies wird sichergestellt durch Mindestzementanteile und einen maximalen w/z-Wert. Durch gerippte oder profilierte Stähle wird der Verbund noch verbessert. Eine raue Stahloberfläche (infolge anrosten) wirkt sich positiv, loser Rost und Verschmutzungen negativ auf die Verbundwirkung aus. Des Weiteren werden die Stäbe an ihren Enden durch Aufbiegungen, Haken, Winkelhaken, Schlaufen oder angeschweißte Querstäbe fest im Beton verankert.

3

328

3

3 Baustoffe

Annähernd gleiche Temperaturdehnung von Beton und Stahl. Sie ergibt sich durch die fast gleiche Temperaturdehnzahl5 beider Stoffe. Wesentlich unterschiedliche Temperaturdehnzahlen würden verschieden große Längenänderungen von Beton und Stahl bewirken, mit der Folge, dass die Verbundwirkung aufgehoben würde. Vollständiger Korrosionsschutz der Stahleinlagen im Beton. Der Korrosionsschutz der Bewehrung ist abhängig von: – den Umweltbedingungen denen das Bauteil ausgesetzt ist, – der Betonzusammensetzung, – der Betonüberdeckung und – der Nachbehandlung. Durch die Bestimmung der Expositionsklasse berücksichtigt der Verfasser die Umweltbedingungen in denen sich das Bauteil befindet. Dies wirkt sich auch auf die Betonzusammensetzung aus. So sind entsprechend der Expositionsklasse der W/z-Wert und der Mindestzementgehalt festgelegt (Tabelle 3.9.1). Damit wird auch sichergestellt, dass die geforderten Betoneigenschaften eingehalten werden (siehe Abbildungen 3.7.18 und 3.7.20). Tabelle 3.9.1 Maximaler Wasserzementwert und Mindestzementgehalt für die Expositionsklassen mit Bewehrungskorrosion Expositionsklasse XC1 XC2 XC3 XC4 XD1 XD2 XD3 XS1 XS2 XS3

Betondruckfestigkeitsklasse

max. w/z-Wert

C16/20

0,75

240

C20/25 C25/30 C30/37

0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,55 0,50 0,45

260 280 300

C35/45 C30/37 C35/45

Mindestzementgehalt in kg/m3

320 300 320

Die vollständige Ummantelung der Stahleinlagen mit Zementleim ist ein sehr wirksamer Rostschutz. Er bewirkt im Beton eine stark alkalische Umgebung (pH-Wert ≈ 12,5). Der Rostschutz entsteht durch die Abspaltung von Kalkhydrat (Calciumhydroxid) bei der Bildung des Zementsteins (Hydratation). Allerdings nimmt die Alkalität im äußeren Berech des Bauteils mit der Zeit von außen nach innen ab. Die Kohlensäure (H2CO3), die sich aus dem Kohlendioxid der Luft und der Luftfeuchtigkeit bildet, neutralisiert den alkalischen Bereich. Der pH-Wert sinkt auf etwa 9 ab. Dabei wird das Calciumhydroxid durch die Kohlensäure in Calciumkarbonat umgewandelt (Abbildung 3.9.2). Der durch die alkalische Wirkung vorhandene Korrosionsschutz der Stahleinlagen wird durch die Umwandlung zu Kalkstein aufgehoben. Diesen Vorgang nennt man Karbonatisierung. Es handelt sich um einen nichtaufzuhaltenden, aber auch sehr langwierigen Prozess. Die Karbonatisierungsgeschwindigkeit verläuft nicht gleichbleibend (linear) sondern verlangsamt sich im Laufe der Zeit. Ungünstig wirken sich relative Luftfeuchtigkeiten von 50 bis 70 %, erhöhte CO2-Konzentrationen und erhöhte Temperaturen aus. Der Vorgang der Karbonatisierung kann eingeschränkt werden durch die Herabsetzung des w/z-Wertes, eine Erhöhung des Zementgehaltes, eine gute Betonverdichtung sowie eine möglichst lange Nachbehandlungsdauer. Vorteilhaft sind auch Beschichtungen mit einem hohen Diffusionswiderstand gegen CO2.

5

Temperaturdehnzahl (αT) = Längenänderung infolge Temperaturveränderung bei 1K Temperaturdifferenz αT Beton = 10 × 10–6 oder 0,010 mm/m⋅K; αT Stahl = 12 × 10–6 oder 0,012 mm/m⋅K

329

3.9 Stahlbeton H2O Wasser (Luftfeuchtigkeit) Ca(OH)2 Calciumhydroxid alkalische Rektion

+

CO2 Kohlendioxid (aus der Luft)

H2CO3 Kohlensäure

+

H2CO3 Kohlensäure

CaCO3 + 2H2O Kalkstein Wasser neutrale Reaktion

Bild 3.9.2 Umwandlung von Calciumhydroxid in Calciumkarbonat Der durch die alkalische (basische) Wirkung vorhandene Korrosionsschutz der Stahleinlagen im Stahlbeton, wird durch die Umwandlung in Kalkstein aufgehoben. Diesen Vorgang bezeichnet man als Karbonatisierung.

Um die Stahleinlagen zu schützen schreibt die DIN 1045 eine Mindestbetondeckung vor. Die Betondeckung (Abbildung 3.9.3) hat neben dem Schutz der Bewehrung vor Korrosion auch die Aufgabe die Stahleinlagen im Brandfall vor Brandeinwirkungen (Hitze) zu schützen. Das Nennmaß der Betondeckung cnom (in mm) ergibt sich aus der Mindestbetondeckung cmin (in mm) plus dem Vorhaltemaß Δc (in mm): cnom = cmin + Δc. Das Vorhaltemaß ist ein reiner Sicherheitswert. Dadurch sollen baustellenbedingte Toleranzen berücksichtigt werden. Es ist abhängig von der Expositionsklasse und beträgt im allgemeinen 15 mm, bei der Expositionsklasse XC1 10 mm. Das Verlegemaß cv entspricht dem Nennmaß der Betondeckung cnom und beschreibt den Abstand von der Betonoberfläche bis zum äußersten Radius des Bewehrungsstabes. Es ist gleichzeitig das Maß für die Abstandhalter. Tabelle 3.9.4 benennt die Mindestwerte der Betondeckung in Abhängigkeit von den Expositionsklassen.

Bild 3.9.3 Betondeckung. Verlegemaß nom cv der Bewehrung

3

330

3 Baustoffe

Tabelle 3.9.4 Mindestwerte der Betondeckung in Abhängigkeit von den Expositionsklassen und dem Stabdurchmesser Expositionsklasse

XC1

3 XC2, XC3 XC4 XD1, XD2, XD3 XS1, XS2, XS3

Stabdurchmesser ds in mm bis 10 12, 14 16 20 25 28 bis 20 25 28 bis 25 28 bis 28 bis 28

Mindestmaß cmin in cm 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 2,0 2,5 3,0 2,5 3,0 4,0 4,0

Vorhaltemaß Δ in cm

1,0

1,5

Nennmaß cnom in cm 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 3,5 4,0 4,5 4,0 4,5 5,5 5,5

Zur Sicherstellung der notwendigen Betonüberdeckung der Stahleinlagen werden Abstandhalter eingesetzt. Diese werden aus Beton, faserbewehrtem Mörtel, Metall oder Kunststoff hergestellt. Wichtig ist, dass sie alkalisch beständig und korrosionsfrei sind. Des Weiteren dürfen diese den Korrosions- und Brandschutz nicht beeinträchtigen. Abstandhalter gibt es in punkt- und linienförmiger Ausführung (Abbildung 3.9.5). Bei den linienförmigen entspricht das Verlegemaß dem Nennmaß der Betondeckung cnom. Die punktförmigen Abstandhalter werden für einen bestimmten Stabdurchmesserbereich angeboten. Bei der Bestimmung der Größe ist neben dem Nennmaß der Betondeckung cnom auch der Durchmesser des Bewehrungsstabes zu berücksichtigen.

a) Bild 3.9.5 Arten von Abstandhalter: a) aus Beton b) aus Kunststoff

b)

Fragen: 1. Welche Aufgaben übernehmen der Beton und der Stahl im Verbundbaustoff Stahlbeton? 2. Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit Beton und Stahl zusammen verarbeitet werden können? 3. Wie wird ein fester Verbund zwischen Beton und Stahl hergestellt? 4. Von welchen Faktoren ist der Korrosionsschutz der Bewehrung abhängig? 5. Erklären Sie den Vorgang der Karbonatisierung. 6. Was bewirkt den unmittelbaren Rostschutz der Bewehrung im Beton? 7. Welche Faktoren wirken sich a) günstig, b) ungünstig auf den Karbonatisierungsverlauf aus? 8. Nennen Sie die Funktionen der Betondeckung. 9. Erklären Sie die Begriffe: a) Nennmaß, b) Vorhaltemaß, c) Mindestbetondeckung, d) Verlegemaß. 10. Nennen Sie Funktion und Arten von Abstandhaltern.

331

3.9 Stahlbeton

3.9.2 Kräfte im Stahlbetonbalken In einem auf Biegung beanspruchten Bauteil treten neben Druckkräften auch Biegemomente und Schubkräfte auf. An einem Torsturz (Abbildung 3.9.6 a) lässt sich das verdeutlichen. Es handelt sich statisch gesehen um einen Balken auf 2 Stützen mit gleichmäßig verteilter Last, der sich infolge Belastung durchbiegt (Abbildung 3.9.6 b zeigt den Balken im unbelasteten Zustand. Die Eigenlast wird hier vernachlässigt). Wird der Balken belastet (entsprechend Abbildung 3.9.6 c, der Balken ist zum besseren Verständnis in senkrechten Teilabschnitten dargestellt) wird er im oberen Bereich gestaucht – wir sprechen von Biegedruck – und im unteren Bereich gestreckt – wir sprechen von Biegezug. In der Mitte entstehen weder Druck- noch Zugkräfte – wir sprechen von der neutralen Faser oder der Nulllinie. Der Bereich unterhalb der Nulllinie wird dementsprechend als Zugzone, der Bereich oberhalb der Nulllinie als Druckzone bezeichnet. Der Fugenabstand bestätigt diese Aussage. Während an der Balkenoberkante die einzelnen Teilabschnitte sich berühren, klaffen sie an der Balkenunterkante weit auseinander. Im Bereich der Nulllinie ist der Abstand gleich geblieben. Senkrecht und waagerecht zur Balkenachse treten im dargestellten System Schubkräfte auf. Die waagerechten Schubkräfte lassen sich am besten verdeutlichen, in dem wir uns das System aus einzeln aufgeschichteten Scheiben vorstellen (Abbildung 3.9.6 d). Die im lastfreien Zustand aufgezeichneten Markierungen verdeutlichen, dass die Schubspannungen zu den Auflagern hin anwachsen (Abbildung 3.9.6 e). In der Balkenmitte ist keine Veränderung festzustellen. Die senkrechten Schubkräfte ergeben sich dadurch, dass Auflast und Auflagerkraft entgegengesetzt wirken (Abbildung 3.9.6 f). Das Bauteil wird auf abscheren beansprucht. Durch die Überlagerung von waagerechten und senkrechten Schubspannungen entstehen im Bauteil schräge Zugspannungen (Abbildung 3.9.6 g). In Abbildung 3.9.6 h sind alle oben angesprochenen Spannungen im Bauteil dargestellt. Aus diesen Überlegungen heraus erfolgt die fachgerechte Bewehrung des Bauteils. Abbildung 3.9.6 i zeigt die Lage der Bewehrung für den Stahlbetonbalken. Die Bewehrung ist so angeordnet und berechnet, dass alle zuvor angesprochenen Lasten und Kräfte vom Bauteil schadensfrei aufgenommen werden können. Zu erkennen sind: gerade Tragstäbe, aufgebogene Tragstäbe, Bügel und Montagestäbe. Die Zugspannungen im Bauteil werden durch die Tragstäbe, die Schubspannungen durch die Aufbiegungen und die Bügel und die Druckspannungen vom Beton aufgenommen. Die Montagestäbe dienen der Justierung der Bügel. Sie übernehmen keine statische Funktion. Allerdings wird heute auf das Aufbiegen von Stäben verzichtet. Deren Funktion wird von dem Bügel übernommen. gleichmäfig verteilte Last Stahlbetonbalken a) Auflager A A

Auflager B B

b) A

unbelasteter Balken

Bild 3.9.6 Kräfte im Stahlbetonbalken

B

3

332

3 Baustoffe

F

F

F

c)

ie

lllin

Nu

Biegedruck Biegezug

A

B belasteter Balken

3

Markierungen d) A

unbelasteter Balken

B

waagerechte Schubspannung

Biegedruck

e)

A

B

Biegezug belasteter Balken

Abscherung senkrechte Schubspannung

f)

g)

Sc hu b

b hu Sc

B

A

schräge Schubspannungen infolge Überlagerung der senkrechten und waagerechten Schubspannungen

b hu Sc

Biegedruck Biegezug

Sc hu b

h)

B Zusammenfassung aller auftretenden Kräfte

Bild 3.9.6 Fortsetzung

Lage der Bewehrung im Stahlbetonbalken

3.9 Stahlbeton

333

3 Bild 3.9.6 Fortsetzung

Fragen: 1. 2. 3. 4. 5.

Erklären Sie die Begriffe: a) Biegezug, b) Biegedruck, c) Nulllinie. In welchem Bereich treten beim Balken auf 2 Stützen Biegedruck und Biegezug auf? Wie wirken sich waagerechte und senkrechte Schubspannungen im Balken aus? Welche Arten von Einzelstäben bilden den Bewehrungskorb? Durch welche Bewehrungsteile werden die Zugspannungen und die Schubspannungen im Balken aufgenommen?

3.9.3 Grundlagen der Bewehrungsführung Aufgabe der Bewehrung ist es, die im Bauteil auftretenden Zugspannungen aufzunehmen. Das bedeutet, dass die Hauptbewehrung dort eingebaut werden muss, wo die Zugspannungen auftreten. Spannungsverlauf und Spannungsverteilung im Balkenquerschnitt sind abhängig vom: – Tragsystem (Einfeld-Balken oder Balken auf zwei Stützen; Mehrfeldbalken; Kragbalken) – der Auflagerausbildung (frei aufliegend und eingespannt) und – der Belastung (Punktbelastung, Streckenlast) An vier Beispielen soll die Lage der Hauptbewehrung erläutert werden. Beim Balken auf zwei Stützen der beidseitig frei aufliegt (Abbildung 3.9.7), treten, wie in unserem vorherigen Beispiel gezeigt wurde, im oberen Balkenteil nur Druck-, im unteren Balkenteil nur Zugspannungen auf. Die Bewehrung ist demnach nur im unteren Bereich anzuordnen. Zur Aufnahme der Schubspannungen werden einige Stäbe vor den Auflagern aufgebogen. Der beidseitig eingespannte Balken (Abbildung 3.9.8) unterscheidet sich vom vorgenannten dadurch, dass der Balken im Auflagerbereich fest justiert ist. Er kann sich infolge der Auflast nicht abheben. Dies führt dazu, dass die Zugspannungen im mittleren unteren Balkenquerschnitt sich zu den Wendepunkten hin auf null abbauen und in den oberen Balkenquerschnitt wechseln. Gleiches gilt umgekehrt für die Druckspannungen. Die Lage der Hauptbewehrung findet sich also nicht nur im unteren Bereich, sondern im Bereich der Auflager auch im oberen Balkenteil. Ein Teil der oberen Hauptbewehrung wird durch zusätzliche Aufbiegungen aus der unteren Bewehrung vorgenommen. Die Schubspannung wird durch die Anordnung von Bügel aufgenommen. Da in Auflagernähe die Schubspannungen am größten sind, werden hier die Bügel enger verlegt (Abbildung 3.9.9). Mehrfeldbalken (Abbildung 3.9.10) haben neben den beiden seitlichen Auflagern noch eine oder mehrere Unterstützungen (z. B. Wände), so dass sich zwei oder mehrere Deckenfelder ergeben. Neben den bereits behandelten Konstruktionsprinzipien im Bereich der Endauflager ergeben sich am Zwischenauflager oben Zug- und unten Druckspannungen. Die Lage der Hauptbewehrung wechselt wie beim eingespannten Balken an den Wendepunkten. Konstruktiv kann dies wieder durch Aufbiegungen und/oder durch zusätzliche Stäbe durchgeführt werden.

334

3 Baustoffe

3

Bild 3.9.7 Balken auf zwei Stützen ohne Einspannung

Bild 3.9.8 Balken auf zwei Stützen mit Einspannung

Beim vierten Beispiel handelt es sich um einen Kragbalken. Als Kragbalken werden üblicherweise Balkone ausgebildet. Diese sind einseitig in eine Wand eingespannt oder bilden den überstehenden Teil einer Decke. Infolge des fehlenden Endauflagers krümmt sich der Balken entsprechend Abbildung 3.9.11. Die Zugzone befindet also im oberen Balkenquerschnitt, unten entstehen Druckspannungen. Die Hauptbewehrung liegt also oben.

335

3.9 Stahlbeton

3

Bild 3.9.9 Anordnung der Bügel

Bild 3.9.10 Mehrfeldbalken

Bild 3.9.11 Kragbalken (-platte)

Um die Möglichkeiten des Stahls optimal auszunutzen, wird die Bewehrung immer, unter Berücksichtigung einer ausreichenden Betondeckung, am äußeren Rand der Zugzone eingebaut.

336

3 Baustoffe

Fragen:

3

1. Von welchen Gesichtspunkten ist der Spannungsverlauf im Balkenquerschnitt abhängig? 2. Beschreiben Sie den Spannungsverlauf im Balken auf zwei Stützen ohne seitliche Einspannung. 3. Begründen Sie, weshalb im Balken auf zwei Stützen mit seitlicher Einspannung im Bereich der Auflager die Hauptbewehrung oben liegt. 4. Was versteht man unter einem Mehrfeldbalken? 5. Beschreiben Sie den Spannungsverlauf im Mehrfeldbalken. 6. Warum wird beim Kragbalken, im Gegensatz zu einem Balken auf zwei Stützen, die Hauptbewehrung oben verlegt?

3.9.4 Herstellen der Bewehrung Grundlage für die Herstellung der Bewehrung ist die Bewehrungszeichnung mit der Stahlliste (Abbildung 3.9.12). In der Bewehrungszeichnung ist das Bauteil im Schnitt und in der Ansicht mit der Bewehrung maßstäblich dargestellt. Neben der Betonfestigkeitsklasse sind u.a. auch die Betonüberdeckung und der Biegerollendurchmesser angegeben. Die einzelnen Positionen sind durchgehend nummeriert und enthalten Angaben über Anzahl, Durchmesser, Stahlsorte und Stablänge. Im Schnitt ist die Lage der Stäbe zu erkennen. Aus dem Stahlauszug sind die zum Schneiden und Biegen erforderlichen Vorgaben abzulesen. In der Regel wird heute die Bewehrung fertig geschnitten und gebogen zur Baustelle angeliefert. Um die fertiggebogenen Stäbe unmissverständlich zuordnen zu können, werden diese pro Position gebündelt und erhalten ein Positionsschildchen. Darauf befinden sich die Positionsnummer entsprechend dem Verlegeplan, die Werknummer des Herstellerwerkes und das Namenszeichen des Herstellers.

Bild 3.9.12 Bewehrungszeichnung mit Stahlliste

3.9 Stahlbeton

Betonstahlmatten können grundsätzlich auf zweierlei Art verlegt werden. – Längsstäbe unten, Querstäbe oben (Abbildung 3.9.13 a) – Längsstäbe oben, Querstäbe unten (Abbildung 3.9.13 b) Als Regel kann man sich merken: – Bei einachsig gespannten Platten liegen bei der einlagigen, unteren Bewehrung die Tragstäbe in Spannrichtung unten (Abbildung 3.9.13 c) – Bei einlagiger, oberer Bewehrung liegen die quer zur Stützung verlaufenden Tragstäbe oben (Abbildung 3.9.13 d)

Bild 3.9.13 Verlegeart von Betonstahlmatten a) Längsstäbe unten, Querstäbe oben, b) Längsstäbe oben, Querstäbe unten, c) einachsig gespannte Platte: die Tragstäbe liegen bei der einlagigen, unteren Bewehrung in Spannrichtung unten, d) einachsig gespannte Platte: die Tragstäbe liegen bei einlagiger oberer Bewehrung liegen die quer zur Stützung verlaufenden Tragstäbe oben

337

3

338

3 Baustoffe

Bei zweiachsig gespannten Platten und bei zweilagiger Bewehrung sollte die Verlegeart im Bewehrungsplan angegeben sein. Im Zweifelsfall ist der Statiker zu fragen. Werden die Stäbe auf der Baustelle geschnitten und gebogen, sind die vorgegebenen Stahlsorten, Stabdurchmesser, Biegemaße und Biegerollendurchmesser (Abbildung 3.9.14) unbedingt einzuhalten. Das Biegen erfolgt auf einer Biegemaschine (Abbildung 3.9.15) auf der die vorgegebenen Biegerollendurchmesser eingestellt werden können.

3 Bild 3.9.14 Biegerollendurchmesser

Bild 3.9.15 Biegemaschinen

Beim Einbau der Bewehrung sind die Stäbe und Matten nach Vorgabe zu verlegen. Die planmäßige Lage muss unbedingt eingehalten werden. Die Stäbe sind einzumessen und zu justieren. Abbildung 3.9.16 zeigt dazu Möglichkeiten der Knotenverbindung bei sich kreuzenden Stäben. Die vorgeschriebene Betondeckung wird sichergestellt durch die Abstandhalter.

Bild 3.9.16 Knotenverbindungen mit Bindedraht: a) Heftmasche (einfache Bindung, Eckschlag); b) doppelte Heftmache (doppelter Eckschlag); c) Kreuzmasche (Kreuzschlag); d) Heranholmasche (Nackenschlag); e) Hängemasche (Zugmasche)

3.9 Stahlbeton

339

Das Hin- und Zurückbiegen des Betonstahls ist nur dann erlaubt, wenn dies im Bewehrungsplan angegeben ist. Ein mehrfaches Hin- und Zurückbiegen ist nicht zulässig. Um eine bestmögliche Übertragung der vom Stahl aufgenommenen Kräfte in den Beton zu ermöglichen, erhalten die Bewehrungsstäbe an ihren Enden Verankerungen. Diese sollten möglichst im Druckbereich des Betons liegen. Verankerungsmöglichkeiten sind in Tabelle 3.9.17 dargestellt. Tabelle 3.9.17 Verankerungsmöglichkeiten

Fragen: 1. 2. 3. 4. 5.

Welche Angaben enthält eine Bewehrungszeichnung? Welchen Sinn macht die Erstellung einer Stahlliste? Welche Angaben enthalten die Positionsschildchen der angelieferten Bewehrungsteile? Auf welche Art und Weise können Betonstahlmatten verlegt werden? Weshalb muss bei der Verlegung der Bewehrung, die vorgegebene Lage der Bewehrungsteile genau eingehalten werden? 6. Auf welche Art und Weise werden die Bewehrungsteile in ihrer vorgesehenen Lage gesichert? 7. Welche Aufgabe übernehmen die Verankerungen? 8. Nennen Sie Möglichkeiten der Verankerung.

3

340

3 Baustoffe

3.10 Betonschalungen 3.10.1 Aufgaben einer Schalung

3

Schalungen dienen der Formgebung des Frischbetons. Ergänzend dazu lässt sich durch die Schalung auch die Betonoberfläche beliebig gestalten. Um die Betonteile maßgenau herstellen zu können, muss die Schalung so erstellt werden, dass alle Belastungen aus Betondruck, Eigenlast, Betonverdichtung, Wind, Erschütterungen etc. aufgenommen werden können. Insbesondere treten während des Betoniervorgangs erhebliche Belastungen auf. Diese sind im Wesentlichen abhängig von der Steiggeschwindigkeit und der Konsistenz des Betons. Bei lotrechten Schalungen, z. B. bei Wänden und Stützen ist der Schalungsdruck besonders hoch. Er nimmt, wie beim hydrostatischen Druck des Wassers, nach unten hin zu (Abb.3.10.1 und 3.10.2). Diese Erkenntnis führt in der Praxis dazu, dass bei Säulenschalungen die Abstände der Zwingen bzw. Laschen nach unten hin enger angeordnet werden (Abbildung 3.10.3).

Bild 3.10.1 Hydrostatischer Druck einer Wassersäule

Bild 3.10.2 Schalungsdruck des Frischbetons

Schalungen müssen aber auch dicht sein, um das Abfließen von Zementleim und Feinmörtelanteilen des Frischbetons auszuschließen. Insbesondere würde sich das Abfließen von Zementleim negativ auf die Betonqualität auswirken. Die Folgen wären z. B. Festigkeitsverluste und Absanden der Betonoberfläche.

3.10 Betonschalungen

341

3

Bild 3.10.3 Anordnung der Zwingen bzw. Laschen an einer Säulenschalung

Fragen 1. 2. 3. 4. 5.

Nennen Sie die Aufgaben der Schalung. Welche Belastungen wirken auf die Schalung ein? Von welchen Faktoren wird der Schalungsdruck im wesentlichen beeinflusst? Erklären Sie die Verteilung des Schalungsdrucks am Beispiel einer Säulenschalung. Welche negativen Auswirkungen können sich durch das Abfließen von Zementleim infolge undichter Schalungen ergeben?

3.10.2 Schalungselemente Die Schalungselemente sind Schalhaut, Schalungsträger, Unterstützung und Verspannung. Schalhaut Sie ist bestimmend für die Form und Oberflächenbeschaffenheit der Betonbauteile. Üblicherweise werden dafür Holzbretter bzw. -bohlen, Holzwerkstoffe, Metall- und Kunststoffplatten eingesetzt. Bretter und Bohlen kommen als Schalhaut zur Verwendung bei gekrümmten Flächen, bei untergeordneten Betonflächen und als Pass- und Flickschalung. Die sichtbare Holzstruktur von sägerauem Holz wird auch als gestalterisches Element bei der Herstellung von Sichtbeton verwendet. Nachteil der Brettschalungen sind der relativ hohe Lohnkostenanteil bei der Herstellung der Schalung, die vielen Schalungsfugen, das Arbeiten des Holzes und der hohe Verschnitt. Positiv ist die Anpassungsfähigkeit von Brettschalungen hervorzuheben. Es können handelsübliche Bretter zur Anwendung kommen. Um ein übermäßiges Werfen zu verhindern, sollten die Bretter nicht breiter

342

3

3 Baustoffe

als 12 cm sein. Bei sachgemäßer Vorbehandlung und Schalungspflege kann solches Schalungsmaterial bis zu 5mal eingesetzt werden. Schalungsplatten aus Voll- und Sperrholz sind: Dreischicht-Schalungsplatten (Abb. 3.10.4) die aus gleich dicken miteinander verleimten Nadelholzschichten bestehen. Die Fasern der beiden äußeren Schichten verlaufen dabei in der Haupttragrichtung (Längsrichtung). Die Plattenoberfläche wird in unterschiedlicher Beschaffenheit angeboten: gehobelt, kunstharzvergütet, strukturiert, z. B. Holznachbildung. Die Platten gibt es in den Standardabmessungen 150 × 50 cm. Die Dicke beträgt 21 mm.

Bild 3.10.4 Dreischicht-Schalungsplatte

Sperrholz-Schalungsplatten werden angeboten als Stabsperrholz-Schalungen (Tischlerplatten, Abb. 3.10.5) und Stäbchensperrholz-Schalungen (Abb. 3.10.6). Die Platten bestehen aus einem oder mehreren Furnieren je Seite und in der Mittellage aus nebeneinanderliegenden Holzstäbchen. Die Furniere sind untereinander und mit der Mittellage verleimt. Die Außenseiten sind beschichtet. Die gebräuchlichsten Formate sind 125 cm × 250 cm bis 150 cm × 400 cm. Es werden aber auch größere Formate z. B. 300 cm × 660 cm angeboten. Sperrholz-Schalungsplatten sind besonders geeignet für bauteilgroße, fugenlose Sichtbetonflächen mit besonders glatter Oberfläche (tapezierfähiger Beton). Die Platten sind nach allen Richtungen belastbar und wenig rissanfällig. Bei den Stabsperrholzplatten kann es wegen des meist unterschiedlichen Verlaufs der Jahresringe der einzelnen Mittellagestäbchen zu einer leicht welligen Oberfläche kommen.. Bei Stäbchensperrholz ist dies kein Problem, da die Jahresringe senkrecht zur Plattenebene verlaufen. Bei sorgfältiger Behandlung können Schalungsplatten bis zu 100mal wiederverwendet werden.

Bild 3.10.5 Stabsperrholz-Schalungsplatte

Bild 3.10.6 Stäbchensperrholz-Schalungsplatte

343

3.10 Betonschalungen

Metall- und Kunststoffschalungen werden überwiegend in Betonfertigteilwerken eingesetzt. Für den Baustellenbetrieb sind sie meist nicht geeignet. Schalungsträger Die Schalungsträger haben die Aufgabe die Schalhaut zu tragen und auszusteifen. Sie sichern die Konstruktion gegen Verformungen, nehmen die Kräfte auf und leiten sie weiter an die Unterstützung. Welche Schalungsträger zur Verwendung kommen, ist abhängig vom Schalungsdruck und der Biegefestigkeit der Schalhaut. Neben Kanthölzern werden heute überwiegend industriell gefertigte Schalungsträger als Vollwand- und Gitterträger verwendet. Vollwandträger. Die Höhe der Träger beträgt i.d.R. 160 bzw. 200 mm, die Standardlängen gehen bis 6,0 m, Sonderlängen bis zu 18,0 m. Sie werden unterschieden hinsichtlich ihrer Stegausbildung: – mit mehrschichtigem Steg (Abb. 3.10.7): Diese bestehen aus kreuzweise verleimten Furnieren, die mit Keilzinkung in die Vollholzgurte eingreifen. – mit Spanplatten-Steg (Abb. 3.10.8): Die Stege bestehen aus 27 mm dicken, hochverdichteten Spanplatten mit hohem Kunstharzanteil. – aus Brettschichtholz (Abb. 3.10.9): Der Steg wird aus breitseitig aufeinander geleimten Nadelholzbretter hergestellt.

Bild 3.10.7 Schalungsträger mit dreischichtigem Steg

Bild 3.10.8 Schalungsträger mit Spanplattensteg

3

344

3 Baustoffe

3 Bild 3.10.9 Schalungsträger aus Brettschichtholz

Gitterträger (Abb. 3.10.10). werden angeboten in den Standardträgerhöhen 240 mm und 360 mm. Letztere werden vorzugsweise bei Wandschalungen eingesetzt.

Bild 3.10.10 Gitterträger a) gezapft, verleimt, b) keilverzinkt, verleimt

Metallene Schalungsträger bestehen vorzugsweise aus Aluminiumlegierungen. Es handelt sich dabei um stranggepresste Träger (Abb. 3.10.11) mit einer Höhe von 160 mm. Die eingelegte, auswechselbare Holzleiste dient zum Anheften der Schalhaut.

Bild 3.10.11 Alu-Schalungsträger mit auswechselbarer Holzleiste

345

3.10 Betonschalungen

3

Bild 3.10.12 Rahmenschalung

Eine Kombination von Schalhaut und Schalungsträger bilden Rahmentafeln (Abb. 3.10.12) für Wand- und Stützenschalungen aus Stahl bzw. Aluminium mit aussteifenden Querprofilen und aufgeschraubter Schalungsplatte. Die Schalungsplatten können ausgewechselt werden. Unterstützung Die Unterstützung nimmt die anfallenden Belastungen auf und überträgt sie auf tragfähige Bauteile oder in den Baugrund. Sie bildet das Auflager für die Schalungsträger und gewährleistet in Verbindung mit Verstrebungen die Unverschieblichkeit der Schalungskonstruktion. Zur Verwendung kommen Holz- und Stahlrohrstützen. Holzstützen sind wegen ihres relativ hohen Gewichts, dem Verschnitt und der begrenzten Verstellmöglichkeit (Höhenausgleich durch Keile) nur begrenzt einsetzbar. Die Befestigung an den Schalungsträger geschieht mit Laschen und/oder Kopfband (Abb. 3.10.13). Die Doppelkeile dienen nicht nur der Höheneinstellung, sie gewährleisten auch das erschütterungsfreie Ausschalen. Um eine sichere Lastübertragung zu gewährleisten, erhalten Stützen eine unverrückbare Unterlage aus Bohlen o.ä.

Bild 3.10.13 Holzstütze

346

3 Baustoffe

3

Bild 3.10.14 Schalungsstützen a) Stahlrohrstütze, b) selbststehende Faltstütze, c) zweiarmige Stütze für Wand- und Deckenschalungen

Stahlrohrstützen mit höhenverstellbaren Mittelrohren lassen sich über Gewindeschrauben millimetergenau in der Höhe justieren. Passarbeiten und Verschnitt entfallen. Faltstützen mit einklappbarem Dreibeingestell erleichtern das Aufstellen Das Ausrichten von Wandschalungen aus Rahmentafeln wird mit zweiarmigen Abstellstützen erleichtert (Abb. 3.10.14).

Bild 3.10.15 Balkenschalung mit Aussteifung durch Verschwertung

347

3.10 Betonschalungen

Unterstützungen müssen in Längs- und Querrichtung zur Aufnahme horizontaler Belastungen (z. B. Windlasten, Schub, Stossbelastungen etc.) ausgesteift werden. Dies geschieht durch Verstrebungen (Verschwertungen). Grundprinzip sind unverschiebliche Dreieckskonstruktionen (Abb. 3.10.15). Die Verbindungen müssen zug- und druckfest hergestellt werden.

Laschenkranz

50

5

Verspannung Die Verspannung nimmt den auftretenden Schalungsdruck auf und hält die Schalhaut in ihrer Lage. Dazu verwenden wir Brettlaschen, Zwingen, Schalungsanker und Abstandhalter. Laschen kommen z. B. zur Anwendung bei Säulenschalungen als Brettschalung. Die Laschen verbinden die einzelnen Bretter miteinander. Der Abstand der einzelnen Laschen zueinander ist abhängig von der Stabilität (Dicke) der Bretter. Die Verbindung wird durch Nageln hergestellt. Zwingen werden ebenfalls bei Säulenschalungen verwendet. Sie halten die einzelnen, durch die Laschen gebildeten Schalelemente (Schilde) zusammen (Abb.2.9.16). Sie werden entweder auf den Laschen oder über den Laschen angeordnet. Schalungsanker (Abb. 3.10.17) verbinden gegenüberliegende Teile von Wand-, Balken- und Säulenschalungen kraftschlüssig miteinander. Dies können Schraubverbindungen oder auch Spanndrähte mit Keilschlösser sein. Bei geringem Betondruck kann auch Rödeldraht Verwendung finden. Abstandhalter (Abb. 3.10.17) sichern das Einhalten der geforderten Bauteildicke. Sie werden in Verbindung mit Schalungsankern eingesetzt. Oft sind die Schalungsanker gleichzeitig als Abstandhalter ausgebildet. Die Hüllrohre verbleiben im Beton. Die Rohröffnungen werden nach dem Ausschalen mit Kappen geschlossen.

30

Brettschalung

40

Nützenzwinge

5

Fulkranz

Bild 3.10.16 Stützenschalung aus Brettschalung

Bild 3.10.17 Schalungsanker mit Abstandhalter

3

348

3 Baustoffe

Fragen 1. 2. 3. 4. 5.

3

6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

Aus welchen wesentlichen Elementen bestehen Schalungen? Welche Aufgaben hat die Schalhaut? Für welche Schalungsarbeiten werden Bretter und Bohlen eingesetzt? In welchen Oberflächenqualitäten werden Dreischicht-Schalungsplatten angeboten? Für welche Schalungsarbeiten werden Schalungsplatten aus Vollholz und Sperrholz eingesetzt? Welche Vorteile weisen kunstharzvergütete Schalungsplatten gegenüber Brettschalungen auf? Welche Aufgaben haben die Schalungsträger? Beschreiben Sie die Bauarten von Vollwandträgern. Was versteht man unter Gitterträgern? Welche Vorteile zeichnen Rahmentafeln aus? Welche Aufgaben hat die Unterstützung? Vergleichen Sie Holz- und Stahlrohrstützen hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit miteinander. Unterstützungen müssen in Längs- und Querrichtung ausgesteift werden. Begründen Sie diese Maßnahme. Wie erfolgt das Aussteifen der Unterstützung in Längs- und Querrichtung? Welche Aufgaben hat die Verspannung zu erfüllen? Wie erfolgt das Verspannen der Schalhaut?

3.10.3 Vor- und Nachbereitung der Schalung Vor Beginn der Schalungsarbeiten ist der Bedarf an Schalungsmaterial anhand der Baupläne zu ermitteln. Das getrennte Stapeln der verschiedenen Schalungsteile auf der Baustelle erleichtert das Auswählen und dient der Arbeitssicherheit. Bei Baustellen mit Kranbetrieb sollte der Montageplatz in dessen Schwenkbereich liegen. Notwendige Werkzeuge, Maschinen und Utensilien wie Schalungsanker, Abstandhalter, Spannschlösser, Keile, Nägel und Schrauben sind bereitzuhalten. Die Schalung wird entweder an Ort und Stelle und/oder aus vorgefertigten Schalungsteilen zusammengebaut. Wichtig ist, bereits beim Einschalen an das Ausschalen zu denken. Dies erleichtert nicht nur das spätere Ausschalen, vielmehr soll damit auch sichergestellt werden, dass das Schalmaterial schonend ausgebaut werden kann. Nach dem Erstellen der Schalung, vor dem Einbau der Bewehrung und dem Betonieren ist die Schalung von Sägespänen, Nägeln, Schalholz und sonstigen Abfällen zu reinigen (Druckluft, Wasser). Bei Schalungen die nicht mehr zugänglich sind, z. B. Stützen- und Wandschalungen, sind im unteren Bereich Reinigungsöffnungen vorzusehen (Abb. 3.10.18).

Bild 3.10.18 Reinigungsöffnung bei einer Stützenschalung

349

3.10 Betonschalungen

Trennmittel haben die Aufgabe das saubere Lösen der Schalung von der Betonoberfläche zu erleichtern, das Schalungsmaterial zu schützen und zu konservieren. Hölzerne Schalungsteile werden so vor Fäulnis, metallene vor Korrosion geschützt. Trennmittel werden vor dem Einbau der Bewehrung gleichmäßig und dünn aufgetragen. Vor dem Einbau der Bewehrung deshalb, weil beim Aufbringen des Trennmittels, z. B. durch Sprühen die Gefahr gegeben ist, dass auch die Betonstähle benetzt würden. Dies würde den Haftverbund zwischen Stahl und Beton unterbinden. Über die verschiedenen Trennmittelarten informiert Tabelle 3.10.19. Ölige Trennmitteln verursachen bei unsachgemäßer Handhabung Flecken auf der Betonoberfläche. Hinzu kommt, dass dadurch auch die Putzhaftung des später aufzubringenden Putzes beeinträchtigt wird. Ölemulsionen erhalten deshalb bestimmte Zusätze die diese Probleme reduzieren. Pasten und Wachse sind dickflüssig. Sie werden maschinell oder mit Bürsten aufgetragen. Ihr Haftungsverhalten ist wesentlich besser als das der ölhaltigen Emulsionen. Wachslösungen können wie Emulsionen aufgespritzt werden. Die Auftragsmenge ist auch materialabhängig. Bei rauen Holzschalungen ist es u.U. notwendig einen mehrmaligen Auftrag vorzunehmen, während bei glatten Schalungen aus Metall oder Kunststoff bereits ein dünner Film ausreichend ist. Tabelle 3.10.19 Trennmittel: Arten und Verwendung Schalungsmaterial

Holz saugend sägerau

Kunststoff nicht saugend kunstharzbeschichtet

Metall

glatt strukturiert sehr glatt Trennmittel gehobelt Wasser vollständige Wassersättigung des Holzes, nicht bei Frost geeignet gut geeignet nicht geeignet Mineralöle günstig bei Frost, mit Sprühgerät aufbringen Mineralöle mit Trennzusätzen wenig geeignet gut geeignet (wie vor) Wasser-in-Öl-Emulsion nicht mit Wasser verdünnbar, Öl bildet die geschlossene Phase nicht geeignet Öl-in-Wasser-Emulsion gut geeignet mit Wasser verdünnbar, Wasser bildet die geschlossene Phase, nicht bei Frost geeignet, Schellacke, Wachslösungen Trennfilm aus Wachs entsteht durch Verdunsten des Wassers, bei Lack durch Verflüchtigen wenig gut wenig wenig geeignet gut geeignet des Lösungsmittels, geeignet geeignet geeignet abrieb-, schlag- und regenfest, aufwendiges Aufbringen, nicht für wassersaugende Schalungen Wachspasten nicht wenig gut nicht geeignet (wie vor) geeignet geeignet geeignet geeignet Grundsätzlich sind die Herstellerangaben – sowohl der Schalungsteile wie auch der Trennmittel – zu beachten.

3

350

3

3 Baustoffe

Den Ausschaltermin bestimmt der Bauleiter. Beim Ausschalen geht man in der umgekehrten Reihenfolge wie beim Einschalen vor. Da das Schalungsmaterial möglichst oft verwendet werden soll, sind die Schalungsteile schonend auszubauen. Dabei sind unbedingt die entsprechenden Unfallverhütungsvorschriften zu beachten (Tab. 3.10.20). Ausgeschalte Teile sind zu entnageln und zu reinigen. Das Reinigen geschieht entweder per Hand oder maschinell mit Reinigungsbürsten, Schleifmaschinen oder Hochdruckreiniger. Großbetriebe haben auch stationäre Reinigungsmaschinen, wobei der anhaftende Beton mit Riffelwalzen und Schleifscheiben beseitigt werden kann. Die so gereinigten Schalungsteile werden dann getrennt nach Art und Abmessung gestapelt. Tabelle 3.10.20 Unfallverhütungsvorschriften bei Schalungsarbeiten Der Bauablauf ist so zu planen, dass die Beschäftigten beim Ein- und Ausschalen keinen Gefahren ausgesetzt sind. Grundsätzlich gilt: Helm auf! Sicherheitsschuhe tragen! Transport von Schalelementen: Schalung nur an den dafür vorgesehenen und geeigneten Anschlagpunkten anschlagen (Ringösen). Der Anschläger tritt vor dem Anheben aus dem Gefahrenbereich heraus. Bei Wind Last mit dem Seit führen, eventuell Kranbetrieb einstellen. Schalung erst vom Haken holen, wenn die Standsicherheit gewährleistet ist. Einschalen: Die Arbeitsplätze auf der Schalung müssen gut zugänglich sein und einen festen Stand ermöglichen. Ab 2 m Arbeitshöhe ist Seitenschutz erforderlich. Möglichst keine Arbeiten von der Leiter aus durchführen. Hochklettern an der Schalung ist verboten. Richtig: Leiter benutzen! Ausschalen: Bei Absturzgefahr ab 5 m Höhe: Anseilschutz verwenden! Zum Lösen der Schalung vom Beton nicht mit dem Hebezeug reißen. Beim Entnageln Nägel sammeln. Schalungselemente kippsicher stapeln. Weitere Hinweise finden Sie in der UVV „Bauarbeiten“ der Bau-Berufsgenossenschaft.

Fragen 1. Warum ist es wichtig, bereits beim Einschalen an das Ausschalen zu denken? 2. Begründen Sie die Verwendung von Trennmitteln. 3. Für welches Schalungsmaterial sind die aufgeführten Trennmittel gut geeignet? Wässern – Mineralöle – Mineralöle mit Trennzusätzen – Wasser-in-Öl-Emulsion – Öl-in-WasserEmulsion – Schallacke/Wachslösungen – Wachspasten 4. Welche Vorteile haben Wachse und Pasten gegenüber ölhaltigen Emulsionen? 5. Wer bestimmt den Ausschaltermin? 6. Was versteht man unter Schalungspflege? 7. Nennen Sie fünf Unfallverhütungsvorschriften bezüglich Ein- und Ausschalen.

3.11 Bauholz 3.11.1 Ökosystem Wald Unsere Wälder (Bild 3.11.1) haben eine herausragende Bedeutung für den Wasserhaushalt, die Bodenbeschaffenheit und das Klima. Das Blätterdach der Bäume verringert die Wucht der Regengüsse und lässt das Wasser langsam in die Vegetationsschichten abtropfen. Diese speichern das Wasser und leiten es dann als Sickerwasser in die weiteren Bodenschichten. So wird der Grundwasserspiegel aufgefüllt und Quellen gespeist. Zum anderen entnehmen die Bäume über ihr

351

3.11 Bauholz

Wurzelwerk große Wassermengen aus dem Erdreich, verdunsten sie und begünstigen damit auch die Bildung von Wolken. Die Bäume und die mit ihnen zusammenlebenden Pflanzen schützen den Boden vor Auswaschung, Windverwehungen (Erosion) und Austrocknung. Große Waldgebiete (Urwälder) wirken ausgleichend auf die Lufttemperaturen. Eine wichtige Funktion unserer Wälder ist die Reinigungsfunktion. Sie filtern Staub aus der Luft und reichern die Luft tagsüber mit Sauerstoff, der bei der Fotosynthese (Assimilation) im Blattwerk gebildet wird, an. Nicht zuletzt bietet der Wald uns als Menschen eine besondere Erholungsmöglichkeit. Wälder sind in unserem Lebensumfeld der letzte Freiraum in dem wir Entspannung, Erholung und Ruhe finden. Dort wo Raubbau mit den Wäldern getrieben wird/wurde, lässt sich feststellen, welch ungeheure Folgen dieses Verhalten hat: Berge verkahlen, Landschaften verkrusten, die Erdkrumme verschwindet, kleine Wasserläufe werden nach Regenfällen zu reißenden Strömen und überschwemmen weite Landschaften, Gewässer versiegen in den Trockenzeiten, der Grundwasserspiegel sinkt ab, Wiesen und Felder trocknen aus, entwaldete Landschaften werden zu unfruchtbaren Steppen, schließlich zu Wüsten (Bild 3.11.2).

Bild 3.11.1 Waldgebiet

Bild 3.11.2 Erosion

3.11.2 Wachstum des Holzes Zu seinem Wachstum benötigt der Baum gelöste, mineralische Nährsalze, Kohlenstoffdioxid und Licht (Bild 3.11.3). Die Nährsalze nimmt er mit seinen feinverzweigten Wurzelhaaren auf und leitet diese kapillar über seine Zellen bis ins Blattwerk. Durch die zahlreichen Poren an den Blattunterseiten wird Kohlenstoffdioxid aus der Umgebungsluft aufgenommen. Über die Blattoberseite dringt das Sonnenlicht in das Blatt. Unter Einwirkung von Sonnenlicht und Blattgrün (Chlorophyll) wird aus dem Kohlenstoffdioxid und dem aufgenommenem Wasser Traubenzucker produ-

3

352

3 Baustoffe

3

Bild 3.11.3 Assimilation (Fotosynthese) des Baumes

ziert. Der bei diesem Prozess frei werdende Sauerstoff wird über die Blattporen an die Luft abgegeben. Dieser Vorgang wird als Assimilation bzw. Fotosynthese bezeichnet. Aus dem Traubenzucker wird in einem weiteren chemisch-biologischen Prozess Stärke gebildet. U.a. dient diese Stärke zum Aufbau der Cellulose, dem Aufbaustoff der Holzzellen. Aus Stärke und Stickstoff entsteht Eiweiß (Protein), das für die Zellteilung von Bedeutung ist. Die Holzsubstanz besteht aus wenigen chemischen Elementen (Tabelle 3.11.4) die in Form von Kohlenwasserstoffverbindungen vorliegen (Tabelle 3.11.5). Aus diesen werden die Zellwände gebildet, die bestimmend sind für die Holzeigenschaften. Tabelle 3.11.4 Chemische Zusammensetzung des Holzes Kohlenstoff Sauerstoff Wasserstoff Stickstoff, incl. einiger Spurenelemente

≈ 50 % ≈ 43 % ≈ 6% ≈ 1%

Tabelle 3.11.5 Kohlenwassserstoffverbindungen des Holzes Cellulose Lignin Hemicellulose Farb- und Gerbstoffe, Fette, Harze, Öle

≈ 40 – 60 % ≈ 10 – 30 % ≈ 20 % ≈ 5%

Das Wachstum des Baumes vollzieht sich in den jungen, noch lebenden Holzzellen. Junge teilungsfähige Zellen bestehen aus Zellwand, Zellkern und Protoplasma. Infolge Chromosomenteilung im Zellkern schnürt sich diese ein. Eine Zellhaut teilt den Kern, es kommt zur Zellteilung.

353

3.11 Bauholz

Ältere, nicht mehr teilungsfähige Zellen bestehen aus Zellwand, Zellkern, Zellplasma und Farbstoffträger (Bild 3.11.6). Das Protoplasma hat sich zu Zellplasma gebildet. Es sind Zellhohlräume (Vakuolen) entstanden. An den Wandungen der Zellen lagert sich Lignin ab, die Zelle verfestigt sich. In die Zellhohlräumen werden Gerbstoffe, Harze, Fette und Öle eingelagert. Es kommt so zur Verholzung. Dadurch erhöht sich die Druckfestigkeit und Formbeständigkeit des Holzes, die Elastizität wird jedoch vermindert.

3

Bild 3.11.6 Aufbau einer Holzzelle

Das Längenwachstum des Baumes vollzieht sich in den Zweigen. Hier werden infolge Zellteilung zuerst Knospen dann Triebe gebildet. Das Dickenwachstum erfolgt in der Kambiumschicht. Es ist im Holzquerschnitt an den Jahresringen zu erkennen .Ein Jahresring besteht aus Frühholz und Spätholz (Bild 3.11.7). Das Frühholz wird im Frühjahr (April – Juni) gebildet. Es ist gekennzeichnet durch dünnwandige Zellen mit großen Zellhohlräumen. Es ist hell, weich und leicht. Das Spätholz bildet sich in der verbleibenden Wachstumsperiode. Die Zellteilung ist rückläufig, das Holz wächst langsam. Das Spätholz weist dickwandige Zellwände auf. Es ist dunkel, fest und schwer.

Bild 3.11.7 Jahresringe mit Frühholz und Spätholz (Mikrobild)

3.11.3 Aufbau des Holzes Holz besteht aus verschiedenen Zellen. Diese sind meist nur unter einem Mikroskop erkennbar. Die Aufgaben der Zellen ergeben sich aus den Zellarten: Leitzellen (Tracheen) sind dickwandige, enge, röhrenförmige, lückenlos aneinandergereihte, parrallel zur Stammachse verlaufende Gebilde, die als Poren für uns erkennbar sind. Aufgabe der Tracheen ist es, den Saftstrom zu ermöglichen: im Splint aufwärts, im Bast abwärts. Speicherzellen (Parenchymzellen) sind dünnwandige, kurze, rechtwinklig zur Stammachse verlaufende Gebilde deren Aufgabe es ist den Stoffwechsel in den Zellen zu ermöglichen, Stoffwechselprodukte einzulagern und Nährstoffe zu speichern.

354

3 Baustoffe

3

Bild 3.11.8 Zellarten bei Laub- und Nadelholz

Stützzellen (Sklerenchymzellen) sind dickwandige, schmale, längliche, parallel zur Stammachse verlaufende Gebilde, die dem Holz seine Festigkeit geben (Bild 3.11.8c). Die Kombination von Leit- und Stützzellen (Tracheiden) gibt es nur bei Nadelhölzer. Um den Aufbau des Holzes weiter erkennen zu können, ist es notwendig das Holz aufzuschneiden. Am Holzquerschnitt (senkrecht zur Stammachse) lässt sich der Aufbau deutlich erkennen (Bild 3.11.9). Das Mark befindet sich im Normalfall in der Mitte des Stammes. Bei älteren Bäumen kann es austrocknen, es bildet sich die Markröhre. Die Markstrahlen verlaufen vom Mark strahlenförmig in waagerechter Richtung bis in die Bastschicht. Primäre Markstrahlen beginnen im Mark, sekundäre an beliebiger Stelle. Das Kernholz – dunkel und fest – besteht aus abgestorbenen Zellen, in denen Harze, Öle und Stoffwechselprodukte eingelagert sind. Das Splintholz – hell und weich – besteht aus lebenden Zellen (Tracheen) die voller Saft sind. Diese Zellen sind allerdings nicht mehr teilungsfähig.

a)

b)

Bild 3.11.9 a) Baumquerschnitt, b) Jahresringe am Lärchenquerschnitt

3.11 Bauholz

Einige Bäume bilden anstelle von Kernholz oder auch zusätzlich zu Kern- und Splintholz Reifholz aus. Reifholz entspricht weitgehend dem Kernholz hat allerdings eine etwas hellere Farbe (Bild 3.11.10). Im Splint werden die gelösten Nährstoffe die von den Wurzeln aufgenommen wurden nach oben geleitet. In den teilungsfähigen Zellen des Kambiums – der Wachstumsschicht – findet das Dickenwachstum statt. Nach innen hin bilden sich Splintholzzellen, nach außen hin Bast- und Rindenzellen. Die Bastschicht – faserig und feinporig – fördert mittels der Zellen (Tracheen) den Saftstrom von oben nach unten. Die Rinde bildet eine Schutzschicht für die Bastschicht. Die Borke schützt den Baum gegenüber Witterungseinflüssen sowie Pilz- und Insektenbefall. Sie wird ständig ergänzt durch abgestorbene Rindenzellen. Tabelle 3.11.10 Baumarten

Fragen: 1. Beschreiben Sie die Bedeutung des Waldes für den Wasserhaushalt, die Bodenbeschaffenheit und das Klima. 2. Inwiefern hat der Wald eine wichtige Reinigungsfunktion? 3. Welche Folgen hat der Raubbau, den wir als Menschen verursacht haben? 4. Beschreiben Sie den Stoffhaushalt des Baumes. 5. Erklären Sie den Vorgang der Fotosynthese. 6. Aus welchen chemischen Elementen besteht Holz? 7. Beschreiben Sie den Aufbau einer Zelle. 8. In welchen Baumteilen vollzieht sich das Längen- bzw. das Dickenwachstum? 9. Wodurch unterscheidet sich das Früh- von dem Spätholz? 10. Nennen Sie die drei wesentlichen Zellarten und deren Funktion. 11. Welche Teile sind am Stammquerschnitt zu erkennen? 12. Wodurch unterscheiden sich primäre und sekundäre Markstrahlen voneinander? 13. Nennen Sie die Funktion von Bast, Rinde und Borke.

3.11.4 Holzfehler Holzfehler beeinträchtigen die Verwendbarkeit des Holzes. Sie entstehen infolge Wachstumsstörungen, Witterungseinflüssen, tierischer und pflanzlicher Schädlinge sowie unsachgemäßer Behandlung beim Fällen, Transportieren und Lagern. Tabelle 3.11.11 verdeutlicht an einigen Beispielen häufig vorkommende Holzfehler und deren Auswirkung.

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3

356

3 Baustoffe

Tabelle 3.11.11 Holzfehler Holzfehler Krummwüchsigkeit

Kennzeichen Faserverlauf weicht erheblich von der Geraden ab

Bedeutung nicht geeignet für Schnittholz; verminderte Holzausnutzung; Bretter und Bohlen würden sich werfen und reißen

Spannrückigkeit

zeigt sich durch Einschnürungen; Jahresringe bilden Wellenlinien

verminderte Holzausnutzung; Schnittholz neigt zu Schwinden, Quelle, Werfen und Reißen

Exzentrischer Wuchs

Markröhre liegt außermittig: Jahresringe sind einseitig dicht, anderseitig weit

verminderte Holzausnutzung; unterschiedliche Festigkeit; Gefahr des Werfens und Reißens bei Schnittholz; unterschiedliche Spannungen

3

357

3.11 Bauholz

Holzfehler Drehwuchs

Kennzeichen spiralförmiger Verlauf der Jahresringe

Bedeutung verringerte Tragfähigkeit; schwierige Bearbeitung; reißt und wirft sich

3

Überwallung

Umschließung von Wundstellen

verminderte Holzausnutzung; bei Pilzbefall wertlos

Kernriss

deutlich sichtbare Risse in Richtung der Markstrahlen

Holzwert gering; Gefahr der Risserweiterung

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3 Baustoffe

Holzfehler Luft- oder Trockenriss

Kennzeichen starke Rissbildung von außen nach innen infolge schneller Trocknung

Bedeutung Holzwert gering

Frostriss

Rissverlauf radial gerichtet; NachHolzwert gering dunkelung des angrenzenden Holzes und örtliche Krümmung der Jahresringe; entsteht infolge Gefrieren des Saftstroms am lebenden Baum; erfolgt Überwallung dann Frostleiste

Verfärbungen

Als Verfärbung gilt die Veränderung der natürlichen Holzfarbe. Bläue entsteht durch Befall mit Bläuepilzen. Braune und rote Streifen resultieren aus Pilzbefall. Fleckige Verfärbung entsteht durch Rot- oder Weißfäule. Befall durch holzzerstörende Pilze

Bläue hat keinen Einfluss auf die Holzfestigkeit Keine Festigkeitsminderung so lange das Holz nagelfest ist Verminderte Oberflächenhärte. Nicht geeignet für Schnittholz

Insektenfraß

Befall ist auf der Holzoberfläche an den Bohrlöchern zu erkennen. Bohrlöcher bis ∅ 2 mm stammen vom Borkenkäfer

Ausdehnung im trockenen Holz nicht möglich; ohne praktischen Einfluss auf die Festigkeitseigenschaften

3

359

3.11 Bauholz

Holzfehler Mistelbefall

Kennzeichen Die Senkerwurzeln der Mistel (Halbschmarotzerpflanze) hinterlassen im Holz Senkerlöcher von etwa 5 mm ∅. Diese liegen dicht beieinander und verursachen eine enge Durchlöcherung

Bedeutung Vermindert die Holzausnutzung; im Schnittholz nicht zulässig

3

3.11.5 Europäische Hölzer Von den zahlreichen europäischen Holzarten sind wenige bedeutsam hinsichtlich der wirtschaftlichen und technischen Verwendung als Bauholz. Tabelle 3.11.12 benennt die wichtigsten dieser Holzarten mit Eigenschaften und Anwendungsbereichen. Tabelle 3.11.12 Europäische Holzarten Holzart

Kennzeichen

Eigenschaften

Fichte

rötliche Rinde; gleichmäßig rötlich-weißes Kern- und Splintholz; deutlich sichtbare Jahresringe; viele Harzgallen

weich bis mittelhart; langfase- für Gerüste, Scharig; gut bearbeitbar; sehr biege- lungen, Dachstühle, fest; hohe Elastizität; im TroSchnittholz ckenen sehr dauerhaft; anfällig im Wechsel nass-trocken; mäßig schwindend; wenig widerstandsfähig gegen Pilze und Insekten; Splint bläueanfällig; leicht entflammbar

Anwendung

Kiefer

borkige Rinde; gelblichrotes Holz; im Kern dunkler als im Splint; deutliche Jahresringe; sehr harzreich

mittelhart; gut bearbeitbar; gut dauerhaft wegen hohem Harzgehalt; gut tragfähig; geringe Schwindneigung; wenig widerstandsfähig gegen Pilze und Insekten; bläueanfällig

wie Fichte + Vertäfelungen, Grundpfähle, Fußböden, Treppen

Lärche

Rinde grau, im Alter rissig und stark schuppige Borke; Kern rotbraun, Splint gelblich; schmale Jahresringe deutlich sichtbar; sehr harzreich; enge Harzgänge; wirft im Winter die Nadeln ab

härter und zäher als Kiefer; hoch belastbar; wurmsicher, sehr dauerhaft, auch bei Wechsel nass-trocken; wetterbeständig; gut bearbeitbar; neigt zum Reißen; Splint ist bläueanfällig

wie Kiefer + Wasserbau, Schiffsbau, Schwellen, Holzpflaster, Schindeln, Fässer

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3 Baustoffe

Holzart Eiche

Kennzeichen graue, borkige Rinde; Kern rötlich, Splint hellbraun bis gelblich; kurzfaserig, grobporig; deutlich sichtbare Markstrahlen und Jahresringe

Eigenschaften sehr hart, fest, dicht und zäh; schwer zu bearbeiten; sehr hoch tragfähig; witterungsbeständig; durch Gerbsäure sehr fäulnisbeständig; sehr dauerhaft auch bei Wechsel nasstrocken

Anwendung Wasserbau, Schwellen, Treppen, Fußböden, Außentüren

Rotbuche

graue, glatte Rinde; gelblich bis rötliches Holz; sichtbare Jahresringe und Markstrahlen; kurzfaserig

hart, schwer, druck- und abnutzungsfest; leicht zu bearbeiten; geringe Elastizität; wurmgefährdet; schwindet stark; dauerhaft nur im Trockenen

Treppen, Fußböden, Holzwerkstoffe, Holzpflaster, Arbeitstische

3

3.11.6 Technische Eigenschaften von Bauholz Die Rohdichte des Holzes beschreibt das Verhältnis von Masse zu Volumen einschließlich der Porenräume in g/cm3 bzw. kg/m3. Sie ist abhängig von der Holzart, der Zellgröße (Anteil Zellwand : Zellhohlraum), dem Anteil von Kern-, Splint- und Reifholz und der Ausbildung der Jahresringe. Die Rohdichtewerte der verschieden Holzarten haben eine sehr breite Streuung. Sie reichen von 100 kg/m3 (Balsaholz) bis 1.300 kg/m3 (Pockholz). Die Werte der zuvor angesprochenen europäischen Hölzer reichen von 450 kg/m3 bei der Tanne bis zu 750 kg/m3 bei der Buche. Die Rohdichte lässt Rückschlüsse zu auf weitere Holzeigenschaften, wie z. B. Härte, Dauerhaftigkeit, Bearbeitbarkeit. Die Härte des Holzes – also der Widerstand, den ein Körper einem anderen, in die Oberfläche eindringenden entgegensetzt – ist abhängig von der Rohdichte (je größer desto härter), dem Spätholzanteil (je größer desto härter), der Holzfeuchtigkeit (je geringer desto härter) und dem Faserverlauf (in Faserrichtung härter als quer zur Faser). Weiche Hölzer sind Fichte, Tanne, Birke ..., harte Eiche, Esche, Rotbuche. Die Härte des Holzes beeinflusst seine Bearbeitbarkeit. Die Festigkeit des Holzes wird wesentlich bestimmt durch die Rohdichte, den Anteil an Spätund Kernholz sowie der Holzfeuchte. Unter Festigkeit versteht man den inneren Widerstand eines Körpers infolge äußerer Krafteinwirkung. Wir unterscheiden Druckfestigkeit, Zugfestigkeit und Scherfestigkeit. Die Druckfestigkeit (Bild 3.11.13) ist in Faserrichtung wesentlich größer als quer zur Faser. Bei Belastung quer zur Faser werden die Fasern zusammengequetscht und lassen sich relativ leicht aus ihrem Verbund trennen. Holz wird auf Druck beansprucht im Schalungsbau (Stützen), im Gerüstbau (Bohlen, Kanthölzer, die als Unterlage dienen) oder bei Dachkonstruktionen.

361

3.11 Bauholz

3

Bild 3.11.13 Druckfestigkeit des Holzes

Die Zugfestigkeit (Bild 3.11.14) ist ebenfalls in Faserrichtung wesentlich größer als quer zur Faser. Schwachstelle bei Belastung quer zur Faser ist auch hier der ungenügende Verbund der Fasern untereinander. Die Zugfestigkeit ist von Bedeutung bei Dachkonstruktionen.

Bild 3.11.14 Zugfestigkeit des Holzes

Die Biegezugfestigkeit (Bild 3.11.15) des Holzes wird vor allem von Unregelmäßigkeiten des Holzwuchses beeinflusst. Astigkeiten sind erhebliche Schwachstellen bei Belastungen aus Biegezug. Solche Belastungsfälle ergeben sich überall dort wo Holzbalken als Deckenbalken, Holzstützen (im Schalungsbau) oder Bohlen und Bretter (im Gerüstbau) auf Biegung/Stauchung beansprucht werden.

362

3 Baustoffe

3 Bild 3.11.15 Biegezugfestigkeit des Holzes Zeichnung

Die Scher- und Schubfestigkeit des Holzes (Bild 3.11.16) ist gering. Diese Art der Beanspruchung erfolgt bei diversen Holzverbindungen, z. B. der Hakenblattverbindung. Grundsätzlich ist auf eine ausreichend groß bemessene Scherfläche/Vorholzlänge zu achten. Rechenwerte für die vorgerannten Holzeigenschaften (Biegung, Zug, Druck und Schub) ergeben sich aus der Tabelle „Rechenwerte für die Festigkeitskennwerte für die Nadelholz im Anhang. Die Härte und der Abnutzungswiderstand des Holzes hat vor allem Bedeutung bei der Verwendung von Holz als Bodenbelag oder bei anderen Belagsarten (Schiffsbau, Waggonbau).

Bild 3.11.16 Scherfestigkeit des Holzes

Die Elastizität des Holzes beschreibt sein Vermögen nach Belastung und anschließender Entlastung wieder seine ursprüngliche Form anzunehmen. Die Elastizität steigt mit zunehmender Rohdichte an und fällt mit steigendem Feuchtigkeitsgehalt ab. Kenngröße für die Elastizität ist der EModul (Elastizitätsmodul: Je größer der Wert desto schlechter das Dehnverhalten. Beispiele: Baustahl 210.000 N/mm2; Beton C 20/25 30.000 N/mm2; europäische Nadelhölzer: parallel zur Faser 10.000 N/mm2, senkrecht zur Faser 300 N/mm2; Kautschuk 1 N/mm2). Die gute Wärmedämmung (schlechte Wärmeleitung) des Holzes beruht auf der porigen Struktur und der in den Poren eingeschlossenen Luft. Die Wärmeleitfähigkeit von Stoffen wird durch die Wärmeleitzahl angegeben (λ). Für unsere einheimischen Nadelhölzer liegt dieser Wert bei 0,13 W/mK, für Eiche und Buche bei 0,20 W/mK. Da Wasser ein relativ guter Wärmeleiter ist, steigt die Wärmeleitzahl mit zunehmendem Feuchtegehalt an, d.h. die Wärmedämmung verschlechtert sich.

363

3.11 Bauholz

Das Brandverhalten von großdimensionierten Holzbauteilen (Balken, Stützen) ist oftmals besser als das von solchen Bauteilen aus Baustahl (Stahlträger, -stützen). Dieses positive Eigenschaft kann verbessert werden durch das Imprägnieren des Holzes mit Flammschutzmitteln. Das günstige Brandverhalten hat seine Ursache in der schlechten Wärmeleitung des Holzes. Im Brandfall wird der Stützenkern durch die Außenschichten vor schnellem Temperaturanstieg geschützt. Hinzu kommt, dass bei Temperaturen über 200 °C im Holz ein Zersetzungsprozess stattfindet, bei dem brennbare Gase freigesetzt und Holzkohle gebildet wird. Da Holzkohle eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit hat als Holz, schützt diese das darunter liegende Holz eine gewisse Zeit vor weiterer Aufheizung. Eine Verformung des Holzes findet – wie dies bei Stahlstützen festzustellen ist – nicht statt. Der Temperaturanstieg verläuft langsam und kontinuierlich, ebenso die Festigkeitsverluste. Die Dauerhaftigkeit des Holzes wird im wesentlichen von den Holzinhaltsstoffen bestimmt. Daraus ergibt sich eine natürliche Resistenz gegenüber äußeren Einflüssen (Witterung, Pilze, Insekten). Generell kann gesagt werden, dass Holz bei sachgerechtem Einsatz unter Berücksichtigung des chemischen und konstruktiven Holzschutzes eine recht hohe Lebensdauer aufweist. Die Dauerhaftigkeit ist nach DIN 68364 in fünf Resistenzklassen untergliedert (Tabelle 3.11.18). Tabelle 3.11.18 Resistenzklassen nach DIN 68364 Resistenzklasse

Europäisches Holz

Tropenholz/ nicht europäisches Holz

1

Akazie, Edelkastanie

Teak, Iroko, Western Red Cedar

2

Eiche

Azobe, Bankirai

3

Kiefer, Lärche

Keruing, Douglasie, Mahagonie

4

Fichte, Tanne

Hickory, Hemlock, Southern Pine

5

Ahorn, Birke, Buche, Esche, Erle, Pappel

1: sehr dauerhaft, 2: dauerhaft, 3: mäßig dauerhaft, 4: wenig dauerhaft, 5: nicht dauerhaft Die Einteilung erfolgt nach dem Grad der Beständigkeit des ungeschützten Holzes gegen Befall durch holzzerstörende Pilze bei lang anhaltender hoher Holzfeuchtigkeit oder bei Erdkontakt.

Holz ist hygroskopisch. Holz passt sich ständig der umgebenden Luftfeuchtigkeit an. Steigt diese an, steigt auch der Feuchtegehalt des Holzes und umgekehrt. Weil vom Feuchtigkeitsgehalt alle wesentlichen Holzeigenschaften abhängen, ist diesem besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Fasersättigungspunkt. Solange der Baum noch lebt, befindet sich in den Zellwänden wie auch in den Zellhohlräumen Wasser. Das Wasser in den Zellhohlräumen bezeichnen wir als freies Wasser. Nach dem Fällen des Baumes verdunstet dieses freie Wasser. Dadurch verändert sich das Zellvolumen und das Volumen des Holzes nicht. Diesen Punkt bezeichnet man als den Fasersättigungspunkt (Bild 3.11.19). Sämtliches freies Wasser ist verdunstet, es sind nur noch die Zellwände mit Wasser gesättigt. Der Fasersättigungspunkt liegt bei ca. 30%. Wird nun das noch in den Zellwänden gespeicherte, gebundene Wasser abgegeben, erfolgt gleichzeitig eine Volumen- und Formveränderung des Holzes. Wir sagen das Holz schwindet oder schrumpft. Es verändert seine Abmessungen in allen drei Dimensionen. Umgekehrt – Wasser wird nun in den Zellwänden aufgenommen – erfolgt ein Quellen des Holzes. Diese Vorgänge bezeichnen wir als das Arbeiten des Holzes. Das Arbeiten des Holzes – also das Schwinden und Quellen – vollzieht sich nur bei Feuchtigkeitsab- bzw. Feuchtigkeitsaufnahme unterhalb des Fasersättigungspunktes. Oberhalb des Fasersättigungspunktes (> 30 % Feuchtegehalt) findet keine Volumen- bzw. Formveränderung statt, weil hier das aufgenommene Wasser als freies Wasser in die Zellhohlräume abgelegt bzw. freies Wasser aus diesen heraus abgegeben wird. Das Schwindverhalten verdeutlicht Bild

3

364

3 Baustoffe

3.11.20. Am stärksten schwindet Holz in Richtung der Jahresringe (tangential, ca.8%), weniger in Richtung der Markstrahlen (radial, ca.4%) und am wenigsten in Faserrichtung (längs, ca.0,2%). Bild 3.11.21 zeigt typische Verformungen von Schnittholzquerschnitten infolge Schwinden. Die Bild verdeutlicht auch, dass Herzbretter (der Kern ist zu sehen und die Jahresringe stehen senkrecht) sich nicht werfen. Seitenbretter werfen sich am stärksten, weil dort die äußeren Jahresringe annähernd parallel zur Brettseite verlaufen. Bei Holzbalken können infolge unterschiedlicher Spannungen, die das Holz nicht mehr aufnehmen kann, Kern- oder Seitenrisse auftreten.

3

Bild 3.11.19 Wasserabgabe und -aufnahme von Holz

Bild 3.11.20 Schwindverhalten von Holz

Das Arbeiten des Holzes lässt sich wohl nicht verhindern, kann jedoch durch richtiges Verarbeiten sowie durch konstruktive Maßnahmen begrenzt werden. Wichtig ist, Holz vor dem Einbau an die Luftfeuchtigkeit des Raumes anzupassen, in dem es später eingebaut wird. Die Überprüfung der Holzfeuchtigkeit kann mittels einer Darrprobe oder mit elektrischen Messgeräten durchgeführt werden (Bild 3.11.22).

365

3.11 Bauholz

3

Bild 3.11.21 Verformungen des Holzes a) Werfen von Brettern und Bohlen b) Verformung von Kanthölzern c) Rissbildung am Ganzholzquerschnitt

Bild 3.11.22 Holzfeuchtemessgerät

Durch einige einfache konstruktive Maßnahmen kann das Werfen und Reisen von Holzbauteilen eingeschränkt werden: – Bretter immer mit der ‘linken’ Seite (dem Kern abgewandte Seite) aufliegend befestigen (Bild 3.11.23). – Eingebautes Holz muss ausreichend mit Luft umspült werden (Bild 3.11.24).

Bild 3.11.23 Bretter immer mit der linken Seite aufliegend befestigen

Bild 3.11.24 Eingebautes Holz muss von Luft umspült werden können

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3 Baustoffe

3

Bild 3.11.25 Holz vor aufsteigender Feuchtigkeit schützen

Bild 3.11.26 Bei Stülpschalungen nie durch zwei Bretter nageln

– Holz nicht einzwängen, immer etwas Raum belassen damit das Holz arbeiten kann. – Holz vor aufsteigender Feuchtigkeit schützen, z. B. durch Unterlegen von bituminösen Bahnen (Bild 3.11.25). – Bei Stülpschalungen nie durch zwei Bretter nageln (Bild 3.11.26). Fragen: 1. Welche Ursachen können den in Tabelle 3.11.11 aufgelisteten Holzfehlern zugrunde liegen? 2. Welche der aufgelisteten Hölzer in Tabelle 3.11.12 sind a) wenig widerstandsfähig gegen Schädlinge, b) bläueanfällig, c) anfällig im Wechsel nass-trocken? 3. Beschreiben Sie das Verhalten des Holzes hinsichtlich a) Druckbelastung, b) Zugbeanspruchung, c) Biegezugverhalten . 4. Stellen Sie fest, welche Belastungen die Hölzer in den Bildern 3.11.16a, b aufzunehmen haben. 5. Suchen Sie eine Erklärung dafür, dass Holz eine relativ geringe Scherfestigkeit und eine noch geringere Zugfestigkeit senkrecht zur Faser aufweist. 6. Wieso ist Holz ein schlechter Wärmeleiter? 7. Großdimensionierte Holzbauteile weisen ein günstiges Brandverhalten auf. Begründen Sie dies. 8. Beschreiben Sie das Schwinden und Quellen des Holzes. 9. In welcher Richtung schwindet Holz am stärksten? Begründen Sie Ihre Aussage. 10. Welche Verformungen erfahren a) Herzbretter, b) Mittelbretter, c) Seitenbretter? 11. Nennen Sie einige einfache konstruktive Maßnahmen die das Werfen und Reißen des Holzes weitgehend einschränken.

367

3.11 Bauholz

3.11.7 Handelsformen von Bauholz Grundsätzlich werden die beiden Handelsformen Baurundholz und Bauschnittholz angeboten. Baurundholz ist in DIN 4074 genormt und in drei Sortierklassen eingeordnet. Kriterien für die Einordnung sind die Astigkeit und der Stammdurchmesser. Baurundholz hat in der Baupraxis nur noch untergeordnete Bedeutung. Es kommt zur Verwendung im Gerüstbau (z. B. Gerüstständer), im Grabenverbau (z. B. Stützen und Steifen) und im Schalungsbau (z. B. Stützen). Bauschnittholz wird aus dem Rundholz als Ganzholz, Halbholz und Viertelholz aufgeschnitten (Bild 3.11.27). Das so hergestellte Schnittholz wird vor der weiteren Bearbeitung entweder an der Luft oder in Trockenanlagen getrocknet. Danach erfolgt das weitere Einschneiden in Form von Balken, Kanthölzern, Bohlen, Brettern und Dachlatten (Tabelle 3.11.28) entsprechend den Vorgaben der DIN 4074 T1 (Bild 3.11.29, Tabelle 3.11.30).

einstielig Ganzholz

zweistielig Halbholz

dreistielig Ganzholz

vierstielig Kreuzholz

Bild 3.11.27 Einschnittarten Tabelle 3.11.28 Einteilung von Schnittholz Form

Dicke (d); Höhe (h) in mm 1 Kantholz / Balken b≤h≤3b Bohle > 40 Brett ≤ 40 Latte ≤ 40 1 = Kanthölzer werden als Balken bezeichnet bei h > 18 cm

Breite (b) in mm > 40 >3d ≥ 80 < 80

DIN 4074 unterteilt das Schnittholz in Sortierklassen die visuell und/oder maschinell überprüft werden. Sortiermerkmale sind z. B. Baumkante, Äste, Jahresringbreite, Risse, Insektenfraß, Mistelbefall, Krümmung. Entsprechend dieser Erkenntnisse wird das Nadelschnittholz bei visueller Überprüfung in die Sortierklassen S7, S10 und S13 eingeteilt. Schnittholz kann auch maschinell überprüft und sortiert werden. Dann erfolgt die Klassifizierung nach Festigkeitsklassen (C 50 M, C 45 M, … C 14 M). Der Buchstabe „C“ steht für Nadelholz (englisch: conifer). Für Laubholz stünde der Buchstabe „D“ (deciduos wood) und für Brettschichtholz „GL“ (glued laminated timber). Der Zahlenwert entspricht der Biegebelastung in N/mm2. Der Kennbuchstabe „M“ weist auf die maschinelle Sortierung hin. Tabelle 3.11.31 zeigt übersichtlich Bauschnittholz nach Art, Abmessungen und Verwendungsbereichen.

3

368

3 Baustoffe

3 Bild 3.11.29 Bezeichnungen von Brettern Tabelle 3.11.30 Sortierklassen für Schnittholz mit Kennzeichen Sortierklasse visuell in N/mm2 S7 C 16 M

S 10 C 24 M

S 13 C 30 M

C 35 M bis C 50 M

Einstufung

Kennzeichen

geringe Tragfähigkeit

alle Seiten sägegestreift; Äste eingeschränkt zulässig; Trockenrisse zulässig; Blitz- und Frostrisse nicht zulässig; Bläue zulässig; nagelfeste braune und rote Streifen bis 3/5 des Querschnitts oder der Oberfläche zulässig; Rot- und Weißfäule nicht zulässig; Freigänge von Frischholzinsekten bis ∅ 2 mm zulässig; Mistelbefall nicht zulässig; Krummschaftigkeit bis 15 mm/2 m zulässig übliche Baumkante bis 1/3; mind. 1/3 jeder Seite muss von Baumkante frei sein; Äste eingeTragfähigkeit schränkt zulässig; Jahresringbreite allgemein bis 6 mm; Trockenrisse zulässig; Blitzund Frostrisse nicht zulässig; Bläue zulässig; nagelfeste braune und rote Streifen bis 2/5 des Querschnitts oder der Oberfläche zulässig; Rot- und Weißfäule nicht zulässig; Freigänge von Frischholzinsekten bis ∅ 2 mm zulässig; Mistelbefall nicht zulässig; Krummschaftigkeit bis 8 mm/2 m zulässig überdurchschnitt- Baumkante bis 1/8; mind. 2/3 jeder Seite muss von Baumkante frei sein; Äste eingeliche Tragfähigkeit schränkt zulässig; Jahresringbreite allgemein bis 4 mm; Trockenrisse zulässig; Blitzund Frostrisse nicht zulässig; Bläue zulässig; nagelfeste braune und rote Streifen bis 1/5 des Querschnitts oder der Oberfläche zulässig; Rot- und Weißfäule nicht zulässig; Freigänge von Frischholzinsekten bis ∅ 2 mm zulässig; Mistelbefall nicht zulässig; Krummschaftigkeit bis 5 mm/2 m zulässig besonders hohe wie S 13 Tragfähigkeit C 30 M

Tabelle 3.11.31 Abmessungen und Verwendung von Bauschnittholz

369

3.11 Bauholz

Fragen: 1. 2. 3. 4.

Beschreiben Sie die Sortierklassen für Schnittholz nach DIN 4074. Nennen Sie Sortiermerkmale die die Festigkeit des Holzes beeinflussen. Beschreiben Sie den Unterschied zwischen Balken, Kantholz, Bohlen, Brett und Kantholz. Um welche Schnitthölzer handelt es sich (alle Angaben in mm)? 30 × 70; 30 × 120; 35 × 80; 40 × 180; 50 × 300; 120 × 140; 160 × 180; 100 × 200; 200 × 200

3

3.11.8 Holzschädlinge Abgelagertes und eingebautes Holz kann von tierischen und pflanzlichen Schädlingen befallen werden. Dies führt zumindest zu einer Gebrauchsminderung und damit zu Wertverlusten oftmals auch zur vollständigen Unbrauchbarkeit des Holzes. Pflanzliche Holzschädlinge sind holzzerstörende Pilze und damit Pflanzen niederer Ordnung, die nicht in der Lage sind Chlorophyll zu bilden. Sie leben als Schmarotzer von der organischen Substanz anderer Pflanzen. Da sie kein eigenes Chlorophyll bilden können, sind sie auch nicht in der Lage – wie höher entwickelte Pflanzen – Zucker, Stärke, Eiweiß und Fett – also organische Stoffe – zu bilden. Sie müssen sich also wie Tiere ernähren, indem sie aus anderen Lebewesen oder aus sich zersetzenden faulenden Teilen fertige Nahrung aufnehmen. Sie können deshalb auch ohne Licht auskommen. Ideale Lebensvoraussetzungen sind: hohe Luftfeuchtigkeit und hohe Lufttemperaturen. Pilze befallen lebendes, abgelagertes wie auch eingebautes Holz. Die Pilze entwickeln sich aus den Pilzsporen und bilden weit verzweigte Zellfäden aus. Dieses Geflecht – das Myzel – das die Holzoberfläche überdeckt, überwächst auch holzfreie Bauteile. Es ist auch in der Lage poröses Mauerwerk zu durchdringen. Die Fortpflanzung wird gesichert durch die Ausbildung von Fruchtkörpern. Hier werden neue Sporen gebildet und von Wind, Wasser und Tieren verbreitet. Grundsätzlich benötigen alle Pilze Feuchtigkeit zum Überleben. Der Einbau von Holz mit einem Feuchtegehalt 30 %

befällt vorwiegend das Splintholz der Kiefer, Myzel dunkelfarbig, Blaustreifigkeit, oftmals mit kleinen Furchtkörpern

schnellwachsend bei günstigen Verhältnissen, zerstört nicht die Holzfestigkeit, baut den Zellinhalt nicht die Cellulose ab, Anstriche werden zerstört

3

Sanierung bei Pilzbefall 1. Standsicherheit des befallenen Holzes überprüfen 2. Befallenes Holz entfernen, bei Hausschwamm bis 1,50 m über sichtbaren Befall hinaus 3. Funktionsunfähiges Holz durch vorbeugend behandeltes ersetzen 4. Feuchtigkeitsquellen beseitigen 5. Durchfeuchtete Bauteile gründlich austrocknen 6. Holz vorbeugend behandeln

Bei den tierischen Holzschädlingen handelt es sich um Insekten, überwiegend deren Larven, die die Holzschädigungen verursachen. Verschiedene Falter, Hautflügler und Käfern befallen sowohl lebendes Holz wie auch gelagertes und eingebautes Holz. Verbautes Holz wird fast nur von den Larven der diversen Käferarten geschädigt. Die Entwicklung der Käfer erfolgt in vier Lebensphasen: Ei, Larve, Puppe; Käfer. Entscheidend für die Holzzerstörungen ist die Phase als Larve. Aus den in Holzrisse oder Fraßgänge hineingelegten Eier schlüpfen die Larven, die sich in ihrer mitunter mehrjährigen Entwicklungszeit von der Holzsubstanz ernähren und dabei die Festigkeit des Holzes zerstören. Die Zeit der Verpuppung erfolgt ohne weitere Nahrungsaufnahme. Der sich dann entwickelte Käfer verlässt durch sichtbare Fluglöcher das Holz um seinerseits diesen Kreislauf fortzusetzen. Tabelle 3.11.33 nennt die maßgeblichen tierischen Holzschädlinge und gibt weitere Hinweise.

371

3.11 Bauholz

Tabelle 3.11.33 Tierische Holzschädlinge Insekt Hausbockkäfer

Kennzeichen/Merkmale befällt ausschließlich trockenes Nadelholz, überwiegend im Dachgebälk und Balkendecken, Käfer hat ein gewölbtes, weißlich behaartes Halsschild, sonst braun/ schwarz, Größe 8–20 mm, Larve mit 5 jähriger Entwicklungszeit

Hinweise gefährlichster tierischer Holzschädling, Flugloch: oval, 5–10 mm, gefransten Rand, bei der Kiefer nur im Splintholz, sonst im gesamten Holzquerschnitt, Fraßgänge wellenförmige Nagespuren mit hellen Fraßmehl, Holzoberfläche wird nicht zerstört

Splintholzkäfer (Parkettkäfer)

befällt stärkereiches Splintholz von Laubhölzern, überwiegend trockenes Holz, wie Parkett, Holzverkleidungen, Käfer ist länglich und flach, 3 bis 6 mm lang, braun bis schwarz, Larve mit 1-jähriger Entwicklungszeit

Flugloch: Ø 1,5 mm, kreisrund, Fraßgänge in Faserrichtung angelegt, mit pulverfeinem Bohrmehl dicht ausgefüllt, Holzoberfläche wird nicht zerstört

Nagekäfer (Anobien)

befällt Nadel- und Laubholz, vorwiegend Splintholzbefall, liebt feuchtes Holz in kühlen Räumen wie z. B. Holzverkleidungen, Treppen, sehr weit verbreitet, Käfer ist bis zu 6 mm lang, rost- bzw. dunkelbraun, Larve mit 2–3- jähriger Entwicklungszeit

Flugloch: Ø 1–2 mm, kreisrund, Fraßgänge mit feinem Bohrmehl angefüllt, deutlich wahrnehmbare Nagegeräusche der Larven, Holzoberfläche wird nicht zerstört

Holzwespe

befällt frisch eingeschlagenes verbautes Nadelholz, am liebsten Fichte und Tanne, keine Vermehrung im verbauten Holz, bis zu 4 cm groß, gelblich, Männchen schwarz, Larve mit 2–4- jähriger Entwicklungszeit

Flugloch: Ø 4–7 mm, kreisrund, Fraßgänge meist axial angelegt und mit Bohrmehl festgestopft, geringe Holzschäden, durchfrisst auch angrenzende Materialien (Linoleum, Teppiche) Holzoberfläche wird nicht zerstört

Sanierung bei Befall von Hausbock, Nagekäfer und Splintholzkäfer: 1. Standsicherheit der befallenen Hölzer überprüfen 2. Bei Hausbockbefall das Schadensausmaß durch abbeilen überprüfen Alte Anstriche beseitigen, nicht mehr tragfähige Hölzer entfernen und durch vorbeugend geschützte ersetzen (ausgebautes Holz entsorgen) 4. Freigelegte Fraßgänge gründlich ausbürsten 5. Holz bekämpfend behandeln

3

372

3 Baustoffe

3.11.9 Holzschutz

3

Vorbeugender Holzschutz Holz als organischer Baustoff muss vor Feuchtigkeit, Feuer sowie Schädlingsbefall geschützt werden. Die Schutzmaßnahmen lassen sich einteilen in: – baulichen Holzschutz und – chemischen Holzschutz Die vorbeugenden baulichen Maßnahmen umfassen alle konstruktiven und bauphysikalischen Gegebenheiten, die die Voraussetzungen schaffen, dass a) eine unzuträgliche Veränderung des Feuchtegehalts entsteht, b) holzzerstörenden Insekten der Zugang zu eingebautem Holz verwehrt wird. Ein über längere Zeit vorhandener erhöhter Feuchtegehalt (≥ 20 %) bietet ideale Voraussetzungen für holzzerstörende Pilze und führt zu übermäßigen Verformungen infolge Quellen und Schwinden, die die Brauchbarkeit der Konstruktion beeinträchtigen kann. Dem vorbeugenden baulichen Holzschutz ist grundsätzlich gegenüber dem chemischen der Vorzug zu geben. Er ist bereits bei der Planung und Ausführung zu berücksichtigen. Bestehen jedoch Bedenken, dass die baulichen Maßnahmen nicht ausreichend sein könnten, ist ein chemischer Holzschutz vorzusehen. Maßnahmen des vorbeugenden baulichen Holzschutzes sind: – Beim Transport und Lagern sicherstellen, dass der Feuchtegehalt nicht nachteilig verändert wird (z. B. durch Niederschläge, Bodenfeuchte, starke Sonneneinstrahlung) – Holz- und Holzwerkstoffe mit dem Feuchtegehalt einbauen, der während der späteren Gebrauchsdauer zu erwarten ist. – Wird Holz ohne chemischen Holzschutz und einer Holzfeuchte ≥ 20 % eingebaut, muss innerhalb von 6 Monaten eine Holzfeuchte < 20 % erreicht werden (z. B. durch ausreichende Luftumspülung) – Während des Einbaus und anschließend ist Holz vor Niederschlägen zu schützen. – Bei hoher Baufeuchte sind die Räume intensiv zu lüften. – Das Eindringen von Feuchtigkeit aus angrenzenden Bau- und Dämmstoffen in das Holz ist zu verhindern. – Besteht die Gefahr, dass Holzbauteile infolge Wasserdampfdiffusion durchfeuchtet werden, sind raumseitig luftdichte Beschichtungen (Sperrschichten) einzubauen. – Die Holzoberflächen sollten möglichst glatt, die Kanten abgerundet oder abgeschrägt sein. – Beim Befestigen und Verbinden der Holzteile das Arbeiten des Holzes berücksichtigen. – Eine Ummantelung (z. B. aus Gipskartonplatten) schützt Holz vor Feuer. – Ausreichenden Abstand von möglichen Brandherden einhalten (z. B. Kamin). – Bei Fassadenverkleidungen aus Holz einen möglichst großen Dachüberstand vorsehen (Bild 3.11.34) – Insekten grundsätzlich den Zugang zu verdeckt eingebautem Holz verwehren (Bild 3.11.35)

Bild 3.11.34 Großer Dachüberstand schützt verbautes Holz

373

3.11 Bauholz

Bild 3.11.35 Insektengitter verhindert Insekten den Zugang zu eingebautem Holz

Die meisten chemischen Holzschutzmittel dienen der Vorbeugung vor Schädlingsbefall, bestimmte können aber auch bei vorhandenem Schädlingsbefall eingesetzt werden. DIN 68800 T3 regelt die Maßnahmen für den vorbeugenden chemischen Holzschutz. Um die Problematik der Gefährdung zu erfassen, gliedert DIN die Beanspruchung in 5 Gefährdungsklassen (Tabelle 3.11.36). Danach sind chemische Holzschutzmaßnahmen in der Gefährdungsklasse 0 nicht erforderlich. Diese liegt vor, wenn: – in der Gefährdungsklasse 1 der Splintholzanteil von Farbkernhölzern < 10 % beträgt, – das eingebaute Holz allseitig durch eine geschlossene Bekleidung gegen Insektenbefall geschützt ist, – Holz so zum Raum hin offen bleibt, dass es jederzeit kontrolliert werden kann. Bei bestehender Gefährdung ist ein der Situation angepasster chemischer Holzschutz vorzusehen. Dies ist gegeben, wenn: – die Bedingungen der Gefährdungsklasse 0 nicht erfüllt sind, – eine dauernde Holzfeuchtigkeit von > 20 % vorhanden ist, – Niederschläge, Spritzwasser und andere Feuchteeinwirkungen das Holz belasten, – Holz mit dampfsperrenden Anstrichen versehen wurde (wird), – Erd- oder Wasserkontakt bzw. Schmutzablagerungen in Rissen und Fugen auftreten. Entsprechend der Eindringtiefe unterscheidet man beim chemischen Holzschutz (Bild 3.11.37): – Oberflächenschutz (OS) = kein Eindringen, das Schutzmittel befindet sich lediglich auf der Holzoberfläche – Randschutz (RS) = geringe Eindringtiefe von wenigen Millimetern – Tiefschutz (TS) = Mindesteindringtiefe 1 cm – Vollschutz (VS) = das Holzschutzmittel dringt tief ins Holz hinein Tabelle 3.11.36 Gefährdungsklassen Gefährdungsklasse 0 1

Anforderung

2

insektenvorbeugend pilzwidrig (Fäulnisschutz)

Iv P

3

insektenvorbeugend pilzwidrig witterungsbeständig (nicht im ständigen Erdkontakt und/oder Wasser stehend) insektenvorbeugend pilzwidrig witterungsbeständig moderfäulewidrig (im ständigen Erdkontakt und/oder Wasser stehend, auch bei Schmutzablagerungen in Rissen und Fugen)

Iv P W

4

keine Holzschutzmittel notwendig insektenvorbeugend

erforderliche Prüfprädikate – Iv

Iv P W E

Beispiele

Innenbauteile bei einer mittleren Luftfeuchte ≤ 70 % Innenbauteile bei einer mittleren Luftfeuchte ≤ 70 % sowie in Nassbereichen (z. B. Bad), Außenbauteile ohne unmittelbare Wetterbelastung Außenbauteile mit Wetterbelastung; Innenbauteile in Nassräumen (z. B. Sauna) Außenbauteile mit ständigem Erdund/oder Wasserkontakt

3

374

3 Baustoffe

3 Bild 3.11.37 Eindringtiefe chemischer Holzschutzmittel

Bild 3.11.38 Tiefdruckimprägnierter Holzpfosten

Grundsätzlich unterscheidet man ölige, lösemittelhaltige und wasserlösliche Holzschutzmittel. Wasserlösliche Holzschutzmittel bestehen aus Salzen die Verbindungen aufweisen ,die zum einen kaum zum anderen sehr giftig sind. Deshalb sind unbedingt die Verarbeitungs- und Anwendungshinweise der Hersteller bei Gebrauch zu beachten. Vorteil der wasserlöslichen Holzschutzmittel ist, dass sie sowohl bei halbtrockenem Holz (Holzfeuchte bis ca. 30%) wie auch bei trockenem Holz (Holzfeuchte bis ca. 20%) anwendbar sind. Unterschieden werden dabei leicht auslaugende Salze, die nicht im Freien einsetzbar sind und schwer auslaugbare Salze, die zur Verarbeitung im Freien geeignet sind. Da diese Salze weitgehend farblos sind, werden wasserlösliche Holzschutzmittel eingefärbt. Dadurch kann sofort erkannt werden, dass das Holz behandelt wurde. Wasserlösliche Holzschutzmittel ermöglichen Tiefenschutz.

Bild 3.11.39 Einteilung der Holzschutzmittel

375

3.11 Bauholz

Die öligen Holzschutzmittel enthalten schwer auswaschbare Teerölgemische und sind nur für trockenes Holz geeignet. Sie sind sehr wasserbeständig haben aber einen starken Eigengeruch. Geeignet sind sie nur zur Verarbeitung im Freien bzw. für Holz mit Erdkontakt. Mit öligen Holzschutzmitteln erreicht man Rand- und Oberflächenschutz. Die lösemittelhaltigen Holzschutzmittel enthalten in aller Regel gesundheitsschädigende Lösemittel. Das Lösemittel dient nur als Träger des Holzschutzmittels. Nach dem Verdunsten des Lösemittels ist das Produkt geruchsfrei. Lösemittelhaltige Holzschutzmittel ermöglichen Tiefenund Vollschutz. Für die sachgerechte Verwendung der Holzschutzmittel ist in DIN 68800 eine vorgeschriebene Kurzbezeichnung eingeführt worden, die Hinweise auf Wirksamkeit und Anwendung gibt (Tabelle 3.11.40). Das Einbringungsverfahren ist maßgebend dafür, welcher Holzschutz erreicht werden kann (Tabelle 3.11.41). Die Wahl des Einbringverfahrens wird festgelegt unter Berücksichtigung der Gefährdungsklasse, der Holzfeuchte und dem gewählten Holzschutzmittel. Das Aufbringen von Holzschutzmitteln durch Aufstreichen, Aufsprühen oder Aufspritzen bewirkt lediglich einen Oberflächenschutz, da das Mittel nur wenige Millimeter tief eindringt. Treten im nachhinein Trockenrisse auf wird der Schutz durchbrochen. Schädlinge können dann ungehindert eindringen. Eine Nachbehandlung wäre nach ein bis zwei Jahren sinnvoll. Die Erstbehandlung besteht grundsätzlich aus zwei Arbeitsgängen. Der zweite Arbeitsgang kann erst nach ausreichender Abtrocknung des ersten durchgeführt werden. Beim Einlagerungsverfahren (Tauchen, Trogtränkung) werden die Holzbauteile unterschiedlich lange (von Minuten bis zu mehreren Tagen) in mit Holzschutzmitteln gefüllte Tröge eingetaucht bzw. eingelagert. Die Wirksamkeit (Oberflächenschutz, Randschutz oder Tiefschutz) ist abhängig von der Verweildauer in der Lösung. Das am häufigsten angewandte Verfahren ist die Kesseldrucktränkung. Es ist sowohl für Steinkohlenteeröl wie auch für alle anderen Imprägniermittel geeignet. Das Holz wird in zylindrischen Kessel auf Wagen hineingefahren und dort unter Druck mit dem Imprägniermittel durchtränkt. Die Kesseldrucktränkung ermöglicht Vollschutz. Tabelle 3.11.40 Kurzbezeichnung der Holzschutzmittel Kurzzeichen P Iv (Iv) Ib W E F M S (S) L

Anwendungsbereich gegen Pilze Insekten vorbeugend Insekten vorbeugend bei Tiefschutz Insekten bekämpfend der Witterung ausgesetztes Holz extremer Beanspruchung ausgesetztes Holz für Feuerschutzbehandlung Schwamm im Mauerwerk bekämpfend geeignet zum Streichen, Sprühen, Spritzen, Tauchen zum Spritzen und Tauchen in stationären Anlagen verträglich mit bestimmten Klebestoffen (Leimen)

Tabelle 3.11.41 Einbringverfahren und Eindringtiefe von Holzschutzmitteln Einbringverfahren Streichen, Sprühen, Spritzen > 10 Minuten kurztauchen > 30 Minuten (Holz schwimmt im Holzschutzmittel) Trogtränken (mehrere Stunden untergetaucht im Holzschutzmittel) Kesseldrucktränkung Vakuumtränkung

Eindringtiefe OS OS/RS RS/TS TS/VS TS

3

376

3

3 Baustoffe

Dort wo mit Brandgefahr gerechnet werden muss, kann Holz vorbeugend mit Brandschutzmitteln behandelt werden. Aufgabe dieser Mittel ist es, die Abbrandgeschwindigkeit erheblich zu reduzieren. Dies kann dadurch geschehen, dass: – der Zutritt von Sauerstoff vermindert wird oder – die Aufheizung des Holzkerns hinausgeschoben wird. Den Zutritt von Sauerstoff können Feuerschutzsalze vermindern. Bei Hitzeentwicklung schmelzen diese Salze und entziehen dabei Wärme. Die geschmolzenen Salze geben unbrennbare Gase ab und verhindern dadurch den Zutritt von Sauerstoff. Die Salze müssen im Kesseldruckverfahren ins Holz eingebracht werden. Die Aufheizung des Holzkerns kann reduziert und hinausgeschoben werden durch die Behandlung des Holzes mit Dämmschichtbildnern. Das sind schaumbildende Feuerschutzmittel die bei Hitzeentwicklung eine 2-3 cm dicke, mikroporöse, nicht brennbare Schaumschicht bilden. Die dabei frei werdenden Gase reduzieren auch den Sauerstoffzugang zum Holzkern. Diese Mittel werden aufgestrichen oder aufgespritzt (Bild 3.1.42). Vorbedingung für die Schutzbehandlung des Holzes sind: – Rinde und Bast vollständig entfernen. – Holzschutzmittel erst nach dem letzten Bearbeitungsschritt (Abbund, Kürzen, Hobeln, Fräsen …) aufbringen. – Holzfeuchte überprüfen (wichtig für die Wahl des anzuwendenden Holzschutzmittels). – Bei schwer imprägnierbaren Holzarten (z. B. Fichte) Holzoberfläche eventuell perforieren. – Nur Holzschutzmittel mit Prüfzeichen verwenden. – Warnhinweise und Sicherheitsvorschriften auf den Gebinden beachten. Hinweise für den Umgang mit Holzschutzmitteln sind in Tabelle 3.11.43 zusammengefasst.

Bild 3.1.42: Schaumschichtbildner Unter Hitzeeinwirkung hat sich auf der Holzoberfläche eine 20 bis 30 mm dicke, feste, wärmedämmende Schaumschicht gebildet. Diese schützt das Holz vor der Brandeinwirkung (siehe nachträglich freigelegte Stelle), verzögert den Weiterbrand, verbraucht Energie und setzt kühlende Gasse frei. Tabelle 3.11.43 Hinweise zum Umgang mit Holzschutzmitteln Die auf den Gebinden angegebene Gebrauchsanweisung unbedingt beachten. Undurchlässige Schutzhandschuhe anziehen ggf. Bei Verwendung von Holzschutzölen fettfreie, bei Verwendung von Holzschutzsalzen fetthaltige Hautschutzsalbe benutzen. Bei Anwendung des Spritzverfahrens dichtschließende Schutzbrille und Atemschutzmaske gegen organische Dämpfe und Lösemittel tragen (Filtereinsatz mit Schwebstofffilter). Bei Verwendung von bekämpfenden Mitteln in Innenräumen für gute Durchlüftung sorgen dabei elektrische Anlagen und absorbierende Stoffe gut abdecken. Behandelte Innenräume erst nach ausreichend langer Wartezeit wieder benutzen. Während der Arbeit nicht essen, trinken oder rauchen. Nach Beendigung der Arbeit Hände und Gesicht gründlich waschen. Entleerte Gebinde sachgerecht entsorgen. Treten gesundheitliches Unwohlsein (Kopfschmerz …) oder gesundheitliche Schäden (z. B. Hautausschlag) auf sofort den Arzt aufsuchen. Etikett oder Beipackzettel mitnehmen.

377

3.11 Bauholz

Bekämpfende Maßnahmen Ist am eingebauten Holz Befall durch Trockenholzinsekten (Hausbock, Splintholzkäfer, Nagekäfer) festgestellt worden, sind die vermulmten Teile zu entfernen. Der verbleibende Querschnitt ist auf seine Standsicherheit hin zu überprüfen. Ist die Tragfähigkeit nicht mehr gewährleistet sind neue, möglichst vorbeugend chemisch behandelte Hölzer einzubauen. Ansonsten werden die offen liegenden befallenen Teile (die Fraßgänge) gründlich ausgebürstet. Alle Holzteile die entfernt wurden, sind unverzüglich zu entsorgen. Möglichst unmittelbar zu verbrennen. Alte Farbanstriche, Feuerschutzanstriche oder Kalkanstriche müssen eventuell entfernt werden um den Bekämpfungserfolg zu gewährleisten. Aus die so vorbereiteten Holzteile kann anschließend das Bekämpfungsmittel aufgebracht werden. Werden ölige Bekämpfungsmittel verwendet sind mindestens zwei, bei Salzlösungen mindestens drei Arbeitsgänge erforderlich. Die Maßnahme erstreckt sich auch auf die augenscheinlich nicht befallenen Konstruktionsteile. Sind die vermulmten Teile mechanisch nicht zu entfernen oder kann eine allseitige Behandlung der Holzteile nicht durchgeführt werden, so ist zusätzlich durch eine Bohrlochtränkung oder eine Druckinjektion der Erfolg sicherzustellen. Die Bekämpfung der Insekten kann auch durch das Heißluftverfahren und das Begasungsverfahren vorgenommen werden. Diese Arbeiten sind aber grundsätzlich von besonders ausgebildeten Fachleuten bzw. konzessionierten Firmen durchzuführen.

Bild 3.11.44 Myzelgeflecht

Die Bekämpfung von Pilzbefall im verbauten Holz geschieht durch Entfernen des Pilzgeflechtes (Myzel, Bild 3.11.44) und der Fruchtkörper. Dies kann i.d.R. nur durch Ausbau bzw. herausschneiden der befallenen Holzteile geschehen. Dies geschieht sicherheitshalber mind. 30 cm, bei Echtem Hausschwamm mindestens 1,0 m über den sichtbaren Befall hinaus. Durchwachsene Schüttungen sind bis auf 1,5 m über den befallenen Bereich hinaus zu entfernen. Angrenzende Bauteile (Putz, Fugen, Mauerwerk, verdeckt eingebaute Holzbauteile ...) sind sorgfältig auf Pilzbefall zu untersuchen. Die befallenen und ausgebauten Holzteile sowie die entfernten Myzelien und Fruchtkörper sind sofort zu entfernen, falls möglich an geeigneter Stelle zu verbrennen. Befallene mineralische Baustoffe sind ebenfalls zu sichern und zu entsorgen. Da Pilzbefall nur dort auftritt wo ausreichend Feuchtigkeit vorhanden ist, sollte zunächst die Ursache der erhöhten Feuchtigkeit festgestellt und beseitigt werden. Anschließend sind die sanierten Bauteile zu trocknen. Holzbauteile und Mauerwerk kann danach mit geeigneten chemischen Schutzmitteln behandelt werden. Auf chemische Maßnahmen kann verzichtet werden, wenn die befallenen Teile alle entfernt und durch nicht befallene ersetzt werden. Außerdem ist zu gewährleisten, dass die sanierten Bauteile auf Dauer trocken bleiben. Fragen: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Welche Lebensbedingungen bevorzugen Pilze? Warum ist der Echte Hausschwamm ein so gefährlicher Holzschädling? Wodurch unterscheidet sich der Bläuepilz von den anderen aufgeführten Pilzarten? Beschreiben Sie stichwortartig die Sanierung von Holz bei Pilzbefall. Welcher der genannten tierischen Schädlinge gilt als der Gefährlichste? In welchem Entwicklungsstadium wirken die aufgeführten Insekten holzzerstörend?

3

378

3

3 Baustoffe

7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

Beschreiben Sie die Sanierung von Holz bei tierischem Schädlingsbefall. Nennen Sie Beispiele für konstruktiven Holzschutz. Nennen Sie Eigenarten a) der wasserlöslichen b) der öligen Holzschutzmittel. Erklären Sie die Kurzzeichen: Iv; Ib; M; W; St; F Wie unterscheidet man die Eindringtiefe der chemischen Holzschutzmittel? Wie können Holzschutzmittel aufgebracht werden? Was versteht man unter Dämmschichtbildnern? Wie wirken diese? Formulieren Sie einige wichtige Verhaltensregeln beim Umgang mit Holzschutzmitteln.

3.11.10 Holzwerkstoffe Die Nachteile des Vollholzes – schwinden, quellen, werfen, anfällig gegenüber Holzschädlingensind bei Holzwerkstoffen nicht oder in nur sehr begrenztem Maße festzustellen. Vorteile der Holzwerkstoffe sind: – Vollholz minderer Qualität kann zu hochwertigem Material verarbeitet werden, – ebenso Holzabfälle (z. B. Späne). – Holzwerkstoffe weisen sehr geringe Schwindwerte auf , – haben eine gute Form- und Raumbeständigkeit und – sind sehr maßhaltig. – Holzwerkstoffe lassen sich zu großformatigen Platten und Formteilen verarbeiten und ermöglichen somit ein sehr rationelles arbeiten, z. B. im Schalungsbau. Holzwerkstoffe bestehen aus zerkleinertem Holz, das unter Druck und Hitze – unter Zugabe eines Bindemittels – zu Platten oder Formteilen gepresst wird. Unterschieden werden nach dem Zerkleinerungsverfahren: Sperrholz (aus Furnieren), Spanplatten (aus Holzspänen) und Faserplatten (aus Holzfasern). Tabelle 3.11.45 beschreibt die Herstellung der wichtigsten Holzwerkstoffe und gibt weitere Hinweise. Tabelle 3.11.45 Herstellung und Zusammensetzung von Holzwerkstoffen Holzwerkstoff Sperrholz

Tischlerplatte (Stabsperrholz)

Herstellung

Hinweise/Eigenschaften/ Verwendung mindestens 3 Lagen Furniere das kreuzweise Verleimen nennt man (1-5 mm) deren Faserrichtun- Absperren, durch die ungerade Angen um 90 °versetzt sind wer- zahl (3-5-7) von Furnierlagen wird den aufeinandergeklebt (mit verhindert, dass sich die Platten Dispersionsleim) und in Mehr- werfen für die Verwendung am Bau etagenpressen heiß verpresst, werden Baufurnierplatten (BFU) nach dem Abkühlen werden sie hergestellt, Eigenschaften wie Tigeschnitten und geschliffen schlerplatten Stabplatte (ST): Vollholzleisten (24-30 mm breit) werden punktweise miteinander verleimt, abgehobelt, geleimt und beidseitig Schälfurnier in Mehretagenpressen heiß aufgepresst, nach dem Abkühlen werden sie geschnitten und geschliffen

Stäbchenplatte (STAE): anstelle von Vollholzleisten werden als Mittellage Furnierstäbchen (≤ 8 mm) verwendet

durch das Aufleimen der Schälfurniere wird das Arbeiten des Holzes unterbunden, für die Verwendung am Bau werden Bautischlerplatten (BTI) hergestellt, hohe Festigkeit hohe Formbeständigkeit geringe Quellund Schwindneigung, wetter- und wasserbeständige Verleimung, Verwendet werden sie für Großflächenschalungsplatten

379

3.11 Bauholz

Streifenplatte (SR): die Mittellage besteht aus dicht nebeneinanderliegenden aber nicht miteinander verleimten Holzleisten bis 30 mm Breite

Spanplatten FPY

SV

Holzfaserplatten

Vollholz wird zu Spänen zerkleinert, getrocknet und gelagert. In einer Mischanlage werden die Späne mit feinverteilten Kunstharzklebstoffen besprüht und mittels kontinuierlich arbeitenden Streumaschinen zu einem Spänevlies geformt. Dabei kommen die feineren Späne in die Deckschichten, die gröberen in die Mitte (Flachpressplatten). Das Spänevlies wird unter hohem Druck (300 N/mm2) und großer Hitze (200 °C) verdichtet und nach dem Abkühlen geschnitten und beidseitig auf Dicke geschliffen.

Für besondere Anforderungen kann die Plattenoberfläche weiter behandelt werden: furniert, kunstharzbeschichtet, lackiert, Folien beschichtet Es werden unterschieden: – Flachpressplatten (FPY), Späne liegen parallel zur Plattenebene – Strangpressplatten (SV) immer mit Furnieren, d ≤ 20 mm Vollplatte (SV), d > 20 mm Röhrenplatte (SR) geringes Schwinden und Quellen, witterungsbeständig (nicht alle), wärmedämmend (poröse Platten, geringer Pressdruck), hohe Festigkeit (dichte Platten, hoher Pressdruck) aber kleiner als Sperrholz Verwendet werden sie für leichte Trennwände, Bodenbeläge usw. Nadelholz und Sägewerksabfäl- Die Oberseite kann mit Wachs, Öl le werden zerfasert, unter oder Kunstharz vergütet werden. Dampfeinwirkung wird das Hergestellt werden: Zellgefüge erweicht und durch – extraharte (HFE), Mahlen aufgetrennt. Der Fa– harte (HFH) und serbrei wird unter Zugabe von – mittelharte (HFM) Platten Kunstharzen - der Ligningehalt Werden sie nur entwässert und leicht wirkt ebenfalls als Bindemittel gepresst erhält man poröse, wärmemit - zu Platten geformt und dämmende Platten. entwässert. Die Zugabe von Verwendet werden sie im FormenBitumen als Bindemittel macht bau, für Schalungen (gekrümmte die Platten feuchtigkeitsbeFlächen), Schaltafeln, leichte Trennständig. In hydraulischen Pres- wände usw. sen werden die Platten unter hohem Druck gepresst.

3

380

3 Baustoffe Holzwolle-Leichtbauplatten

3

Aus Holzstücken werden faserige Streifen verschiedener Breiten (1-4 mm), einer Dicke von ~0,5 mm und einer Länge von ~50 cm gehobelt und mitunter mit Holzschutzmittel imprägniert. Als Bindemittel wird Normzement, Gips oder Magnesit verwendet. Das Holzwolle-Bindemittel-Gemisch wird geformt und gepresst. Dies kann in Einzelformen oder auf Bandstraßen geschehen.

Das äußere Bild der HWL-Platte ist gekennzeichnet durch die regellose Anordnung der Holzfasern, die Farbe ist abhängig vom verwendeten Bindemittel: hellgrau-beige-dunkelgrau. Infolge der vielen Poren sind HWL-Platten gut wärmedämmend und schallabsorbierend, die raue Oberfläche ist ein guter Putzträger, sie sind ungeeignet dort wo Dauerfeuchtigkeit vorherrscht Anwendungsgebiete sind: verlorene Schalung, für Estrich auf Dämmschicht, Rollladenkästen, Putzträger

Fragen: 1. Welche Vorteile haben Holzwerkstoffe gegenüber Vollholz? 2. Beschreiben Sie stichwortartig die Herstellung von a) Spanplatten, b) Holzwolle-Leichtbauplatten. 3. Warum werden Sperrholzplatten immer mit einer ungeraden Anzahl von Furnierlagen hergestellt? 4. Wodurch unterscheiden sich a) Stabplatte, b) Stäbchenplatte und c) Streifenplatte voneinander? 5. Nennen Sie Anwendungsgebiete von a) Holzfaserplatten, b) Holzwolle-Leichtbauplatten.

3.12 Bitumen Unter Bitumen versteht man die bei der Aufbereitung geeigneter Erdöle anfallenden schwerflüchtigen, dunkelfarbigen Gemische verschiedener organischer Substanzen. Außer im Erdöl findet sich Bitumen in Naturasphalt (Asphaltsee auf Trinidad), in Asphaltgesteinen und im Ölschiefer. Erdöle weisen unterschiedliche Zusammensetzungen auf. Die paraffinbasischen Rohöle haben einen hohen Anteil an leicht verdampfenden Substanzen. Hier ist die Ausbeute an Benzin, Naphta, Diesel- und Heizöl besonders groß. Die naphthenischen Rohöle ergeben besonders hohe Anteile an Bitumen.

3.12.1 Herstellung und Arten von Bitumen Die Herstellung von Bitumen (Abbildung 3.12.1) ist zunächst ein rein physikalischer Prozess. Sie beginnt mit der fraktionierten Destillation in zwei- oder mehrstufigen Anlagen. In der ersten Stufe wird das erwärmte Rohöl unter atmosphärischem Druck destilliert. Aus dieser Normaldruckdestillation erhält man nach Abtrennung der leichtflüchtigen Komponenten (Benzin, Petroleum..) den atmosphärischen Rückstand, welcher als Einsatz für die nun folgende Vakuumdestillation dient. Nach nochmaliger Erwärmung (ca. 400 °C) werden nun in der zweiten Stufe unter stark vermindertem Druck weitere Bestandteile abdestilliert (überwiegend Schmieröle). Zurück bleibt das Bitumen. Die Qualität hängt von den Anteilen an hochsiedenden Destillaten ab. Die auf diese Art und Weise gewonnenen Bitumen nennt man Destillationsbitumen (auch Straßenbaubitumen). Es handelt sich durchweg um weiche bis mittelharte Qualitäten (Abbildung 3.12.2). Sie werden im Straßenbau, als Kleb- und Tränkmassen für Pappen, als Abdichtungsstoff im Wasserbau und als Korrosionsschutzmittel eingesetzt. Harte Bitumensorten werden durch Oxidation (Blasen mit Luft) hergestellt. In weiches, heißflüssiges Destillationsbitumen (Temperatur 230–280 °C, Beimischung von bis zu 30 % Mineralöl) wird Luft eingeblasen bis die gewünschte Viskosität erreicht ist. Die so gewonnenen Bitumensorten werden als Oxidationsbitumen bezeichnet Sie sind besonders wärme- und kälteempfindlich. Verwendet werden sie für Deckmassen von Dichtungsbahnen, Fugenverguss- und Klebemassen, für den Bauten- und Korrosionsschutz.

381

3.12 Bitumen

3

Bild 3.12.1 Herstellung von Bitumen

Durch einen weiteren Blasvorgang bzw. durch erhöhtes Vakuum werden Hartbitumen bzw. Hochvakuumbitumen hergestellt. Das Ergebnis sind harte bis springharte Sorten mit einem hohen Erweichungspunkt. Da diese Bitumensorten in verschiedenen Industriezweigen (Korrosionsschutz, Klebemassen, Land- und Seekabel, Isolierlacke- und -bänder) sowie für Spezialgebiete im Bauwesen Verwendung finden, werden sie auch als Industriebitumen bezeichnet. Tabelle 3.12.2 Destillationsbitumen 160/220 1)

70/100

50/70

weicher 1)

30/45

20/30 härter

Eindringtiefe in 1/10 mm (Nadelpenetration)

Tabelle 3.12.3 Blockhaus mit Bitumendachbahnen

Durch Einmischen von fein zerteilten Zusätzen in Destillationsbitumen wird das thermound elastoviskose Verhalten verändert. Es entstehen polymermodifizierte Bitumen die insbesondere für die Herstellung sehr hochwertiger Bitumendach- und -dichtungsbahnen sowie für Fugenverguss- und Klebemassen eingesetzt werden (Tabelle 3.12.3).

Durch Mischen von Bitumen mit Lösungsmitteln auf Mineralölbasis werden Bitumenlösungen hergestellt. Sie haben gegenüber Bitumen eine geringere Viskosität. Zu den Bitumenlösungen zählen Fluxbitumen und Kaltbitumen bzw. Bitumenanstrichstoffe. Fluxbitumen kann infolge der verwendeten schwerflüchtigen Lösungsmittel nur warm verarbeitet werden. Kaltbitumen und Bitumenanstrichstoffe enthalten leicht flüchtige Lösungsmittel, dies ermöglicht die Kaltverarbeitung. Nach dem Aufbringen des Materials auf das Bauteil verflüchtigt sich das Lösungsmittel, das

382

3

3 Baustoffe

Bitumen bildet dann eine dichte, geschlossene Schicht. Wegen des hohen Lösungsmittelanteils sind besondere Vorsichtsmaßnahmen bei der Verarbeitung einzuhalten. Bitumenlösungen werden für Oberflächenbehandlungen im Hoch- und Tief- und Ingenieurbau eingesetzt. Bei Bitumenemulsionen wird die Viskosität durch Emulgieren in Wasser herabgesetzt. Der Emulgator überzieht dabei die einzelnen Bitumentröpfchen und verhindert damit deren Verkleben untereinander. Es bildet sich eine im kalten Zustand zu verarbeitende Masse. Nach dem Aufbringen der Emulsion auf Gestein ‘bricht’ diese auf. Der Emulgator verliert seine Funktion. Das Bitumen fließt nach dem Verdunsten oder Versickern des Wassers ineinander – es bildet sich ein zusammenhängender Bitumenfilm. Entscheidender Vorteil gegenüber Bitumenlösungen: Da kein Lösungsmittel verwendet wird, entstehen bei der Verarbeitung auch keine gesundheitsschädlichen Lösungsmitteldämpfe. Bitumenemulsionen sind dünnflüssig, benetzungsfähig, geruchlos, nicht brennbar und können warm oder kalt verarbeitet werden. Emulsionen werden beispielsweise als Haftkleber im Straßenbau eingesetzt. Fragen: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Aus welchem Rohstoff wird Bitumen gewonnen? Beschreiben Sie in Stichworten die Herstellung von Bitumen. Welche Bitumenarten werden entsprechend ihrer Herstellung unterschieden? Für welche Maßnahmen werden die verschiedenen Bitumenarten jeweils verwendet? Wodurch unterscheiden sich die Straßenbaubitumensorten 160/220 und 50/70 voneinander? Beschreiben Sie den Unterschied zwischen Bitumenlösungen und Bitumenemulsionen: Herstellung, Eigenschaften, Verwendung

3.12.2 Eigenschaften von Bitumen Bitumen ist ein in der Wärme verformbarer (thermoviskoser) Stoff. Bei normaler Außentemperatur ist Bitumen mäßig fest bis springhart, bei höheren Temperaturen knetbar, dann zähflüssig und bei Temperaturen über 150 °C dünnflüssig. Kühlt man vor dem Eintreten der Zersetzung wieder ab, treten die Zustandsformen in umgekehrter Reihenfolge auf. Im dünnflüssigen Zustand ist Bitumen gut benetzungsfähig. Das heißt, es können organische Fasern getränkt (z. B. bei der Herstellung von Bitumendachbahnen), Mineralstoffe benetzt (z. B. Anspritzen von Asphalttrag-, -binder, oder deckschichten) oder Metalle beschichtet (gegen Korrosion geschützt) werden. Die Klebewirkung beruht dabei auf den hohen Adhäsionskräften und der Anpassungsfähigkeit der Viskosität bei Temperaturveränderungen. Da Bitumen überwiegend aus reaktionsträgen Verbindungen besteht, ist es in hohem Maße beständig gegenüber Säuren, Laugen und Salzen. Beim Kochen mit Wasser lösen sich keine Bestandteile heraus. Bitumen ist wasserunlöslich, wasserdicht, sehr witterungsbeständig aber nicht wurzelfest, brennbar aber nicht feuergefährlich. Bitumen wird von aromatischen Lösungsmitteln, wie Benzin, Benzol oder Öl vollständig gelöst. Durch den Einfluss von Luftsauerstoff und Temperatur verliert Bitumen im Laufe der Zeit an Plastizität. Das Bitumen wird härter (Viskositätserhöhung) und damit spröde. Bitumen und Teere bzw. Peche sind nicht unbedingt miteinander verträglich. Da Bitumen ein schlechter Wärmeleiter und guter Isolator gegenüber elektrischen Strom ist, wird er vielfach in der Kabel- und Elektroindustrie eingesetzt.

3.12.3 Prüfungen von Bitumen Die wichtigsten Bitumeneigenschaften – Härte und Plastizität – werden mittels verschiedener Prüfverfahren untersucht.

383

3.12 Bitumen

Nadelpenetration (Eindringtiefe). Bestimmt wird die Eindringtiefe einer 100 g schweren, genormten Prüfnadel, die 5 Sekunden lang auf 25 °C temperiertem Bitumen frei aufliegt (Abbildung 3.12.4a). Die Eindringtiefe der Nadel ist das Maß für die Härte des Bitumens. Die Angabe erfolgt in 1/10 mm. Je größer der Zahlenwert, desto weicher ist das Bitumen. Die Einteilung der Straßenbaubitumen von 50/70 bis 160/220 ergibt sich aus der Nadelpenetration. Das heißt, bei der Bitumensorte 50/70 dringt die Nadel zwischen 50 und 70 Zehntelmillimeter tief in das Probegut ein. Erweichungspunkt Ring und Kugel. Bestimmt wird die Temperatur, bei der eine in einem Messingring befindliche Bitumenschicht bei gleichmäßiger Erwärmung unter dem Gewicht einer Stahlkugel eine bestimmte Verformung erfährt (Abbildung 3.12.4b). Der Erweichungspunkt liegt bei Straßenbaubitumen zwischen 37 und 67 °C. Je größer der Messwert, desto härter ist das Bitumen. Aus den Ergebnissen dieses Versuches ergeben sich Hinweise für das Verhalten des Bitumens bei hohen Temperaturen. Brechpunkt nach Fraas. Der Brechpunkt gibt die Temperatur an, bei der eine auf ein Stahlblech aufgebrachte Bitumenschicht festgelegter Dicke bei gleichmäßiger Abkühlung (je Minute 1 °C) bricht oder Risse zeigt, wenn sie unter genormten Bedingungen wiederholt gebogen wird (Abbildung 3.12.4c). Der Brechpunkt liegt bei Straßenbaubitumen zwischen –2 und –15 °C. Je kleiner der Messwert, desto weicher ist das Bitumen. Der Brechpunkt lässt Rückschlüsse auf das Verhalten des Bitumens bei niedrigen Temperaturen zu.

Bild 3.12.4 a) Nadelpenatration, b) Erweichungspunkt Ring-Kugel, c) Brechpunkt nach Fraas

3

384

3 Baustoffe

Fragen: 1. 2. 3. 4.

3

Formulieren Sie Eigenschaften von Bitumen. Worauf beruht das gute Klebverhalten von Bitumen? Wie reagiert Bitumen unter dem Einfluss von Luftsauerstoff und Temperatur? Welches Verhalten des Bitumens wird mit den drei genannten Prüfverfahren jeweils überprüft? 5. Weshalb kann im Tankstellenbereich (im Bereich der Zapfsäulen) kein bituminöses Mischgut eingebaut werden?

3.12.4 Produkte und Anwendung Asphalt (Bild 3.12.5) ist ein Gemisch aus Bitumen (Bindemittel) und Mineralstoffen (Gesteinskörnung). Die Herstellung erfolgt meist in stationären Mischanlagen. Die Gesteinskörnungen (Natursand, Kies, Brechsand, Splitt, Edelsplitt, Füller) müssen, bevor sie mit dem Bitumen vermischt werden, völlig trocken sein. Deshalb werden sie im Werk erhitzt (auf Mischguttemperatur), gesiebt und entstaubt, dosiert und anschließend mit dem heißen, flüssigen Bitumen vermischt. Der Transport des Mischguts erfolgt mit LKW’s zur Baustelle. Dabei muss sichergestellt werden, dass die Mindesteinbautemperatur nicht unterschritten wird. Asphaltbeton im Heißeinbau (bis 190 °C) wird überwiegend für die Herstellung von Trag-, Binder- und Deckschichten im Straßenbau hergestellt (Abbildung 3.12.6). Der Einbau erfolgt überwiegend mit dem Fertiger (Abbildung 3.12.7). Kleinere Flächen, z. B. bei schwieriger Profilierung oder bei Reparaturen, werden von Hand eingebaut. Verdichtet wird mit Walzen. Gussasphalt ist eine bindemittelreiche, praktisch hohlraumfreie, in heißem Zustand gieß- und streichbare Masse aus Splitt, Brechsand, Füller und Straßenbaubitumen. Wegen des hohen Bindemittelanteils (bis 9 Gew.-%) und der hohen Einbautemperatur (bis 250 °C) ist eine Verdichtung nicht erforderlich. Asphaltmastix gleicht dem Gussasphalt enthält jedoch keinen Splitt (Gesteinskörnung 0/2 mm) aber extrem viel Füller. Der Bindemittelgehalt beträgt bis zu 18 Gew.-%. Gussasphalt und Asphaltmastix werden als hochwertige Spezialdeckschichten im Straßenbau für Industriefußböden oder auch Estriche im Wohnungsbau eingesetzt.

Bild 3.12.5 Asphaltmischgut – Bohrprobe

Bild 3.12.6 Aufbau einer Fahrbahnbefestigung

385

3.12 Bitumen

3 Bild 3.12.7 Herstellen einer bituminösen Deckschicht mit einem Fertiger 1 Mineralische Bestreuung mit Schiefersplitt dient als Oberflächenschutz gegen mechanische Einflüsse und gewährleistet die Dauerhaftigkeit bei Sonneneinstrahlung 2 Bitumendeckmasse besteht aus Oxidations- oder Polymerbitumen; gewährleistet die Wasserdichtigkeit, die Widerstandsfähigkeit gegen Witterungseinflüsse, die Wärmestandsfähigkeit, das Kaltbiegeverhalten und die Verarbeitbarkeit der Bahnen 3 Trägereinlage bestimmt das mechanische Verhalten, z. B. die Höchstzugkraft, die Dehnung, die Einreiß- und Weiterreißfestigkeit, die Perforationssicherheit und die Dimensionsstabilität

Bild 3.12.8 Aufbau einer Bitumendachbahn

Dach- und Dichtungsbahnen bestehen aus einer Trägerlage und Bitumen gegebenenfalls auch Metallfolien. Trägerlagen können sein: Rohfilzpappe (Kurzzeichen ‘R’), Jutegewebe (J), Glasvlies (V), Glasgewebe (G) und Polyestervlies (PV). Der Trägerstoff dient als Grundlage für die Herstellung der Abdichtungsbahn und verleiht dieser die notwendige Reiß- und Zugfestigkeit. Der Trägerstoff wird mit dem Bitumen getränkt und erhält eine beidseitige Deckschicht. Die Oberfläche kann mit mineralischen Stoffen – auch farbig – abgestreut werden (Abbildung 3.12.8). Die Bestreuung erhöht die Dauerhaftigkeit der Dichtungsbahnen bei Sonneneinstrahlung. Unterschieden werden Abdichtungsbahnen entsprechend Tabelle 3.12.9. Tabelle 3.12.9a Übersicht über Dach- und Dichtungsbahnen Bezeichnung Nackte Dichtungsbahnen (N) (DIN 52129)

Arten (Kurzzeichen) R 333 N R 500 N

Dachbahnen (DIN 52128)

R 500 R 333

Dichtungsbahnen (D) (DIN 18190)

J 300 D R 500 D G 300 D Cu 0,1 D Al 0,2 D PETP 0,03 D

Eigenschaften Merkmale Tränkungsmasse Bitumen, Teerpech oder Naturasphalt, Tränkungsmasse mind. so hoch wie Masse der Rohfilzpappe, die Bahnen erhalten keine Abstreuung, die Bahnen werden vollflächig geklebt Tränkungsmasse Bitumen, Teerpech oder Naturasphalt, beidseitige Deckschicht, Tränk- und Deckmasse ≥1,250 kg/m2 bei R 500 und ≥0,900 kg/m2 bei R 333; beidseitig mit mineralischen Stoffen bestreut; die Bahnen werden vollflächig geklebt Tränkungsmasse Bitumen oder Teerpech, Metallbandeinlage aus Kupfer oder Alumininum (glatt oder geprägt), beidseitige Deckschicht, besandet mit Feinsand (= 1,0 mm), Nenndicke mind. 3 mm, mit PETP-Einlage 2,5 mm, die Bahnen werden vollflächig geklebt

Verwendung für wasserdruckhaltende Abdichtungen

für Dachbeläge und Abdichtungen an erdberührten Wänden waagerechte Abdichtungen von Wänden

für Dachbeläge und Abdichtungen an erdberührten Wänden, Abdichten von Bodenplatten waagerechte Abdichtungen in Wänden

386

3 Baustoffe

Tabelle 3.12.9a Fortsetzung Bezeichnung Dachdichtungsbahnen (DD) (DIN 52130)

3

PolymerbitumenDachdichtungsbahn (PY) (DIN 52132) Schweißbahnen (S) (DIN 52131)

PolymerbitumenSchweißbahnen (PY) (DIN 52133)

Arten (Kurzzeichen) G 200 DD J 300 DD PV 200 DD PY-PV 250 DD J 300 S 5 G 200 S 4 V 60 S 4 PV 200 S 5 PY-PV 250 S4

a) Dachbahn R333

Eigenschaften Merkmale Tränkungsmasse Bitumen oder Polymerbitumen (PY), beidseitige Deckschicht, Oberseite beschiefert, auch farbig (Korngröße bis 4 mm) oder besandet (= 1,0 mm); die Bahnen werden vollflächig geklebt Tränkungsmasse Bitumen oder Polymerbitumen (PY), beidseitige Deckschicht, Oberseite kann beschiefert oder besplittet sein (auch farbig), die einzelnen Bahnen werden miteinander verschweißt (Propangasbrenner)

Dachbahn R500

Verwendung für Dachabdichtungen, waagerechte Abdichtungen von Wänden

für Dachabdichtungen, druckwasserbeständige Abdichtungen an erdberührten Wänden, Abdichten von Bodenplatten

Schweißbahn V60

Bild 3.12.9b Dichtungsbahnen

Hinweise: Die erste Buchstabenkombination der Kurzbezeichnung kennzeichnet den Trägerstoff (nicht bei Polymer-Bitumenbahnen!): Rohfilzpappe (R), Jutegewebe (J), Textilglasgewebe (G), Glasvlies (V), Polyesterfaservlies (PV), Kunststofffolie (PETP), Aluminiumfolie (Al), Kupferfolie (Cu). Die Zahlenangabe hinter dem Trägerstoff gibt deren Masse in g/m2 an. Ausnahme: Bei Glasvlies bedeutet die Zahl die Masse des Tränkungsmittels in g × 100. Danach kommt als Kurzzeichen die Bahnart. Die Zahlenangabe hinter der Bahnart kennzeichnet deren Dicke. Beispiele: R 500 D Ö R 500 = Rohfilzpappe mit der Masse 500 g/m2; D = Dichtungsbahn V 60 S 5 Ö V = Glasvlies; 60 = Tränkungsmasse 6000 g pro m2, S = Schweißbahn; 5 = Dicke der Bahn in mm PY-PV 250 S 4 Ö PY = Polymerbitumen; PV 250 = Polyesterfaservlies mit der Masse 250 g/m2; S = Schweißbahn; 4 = Dicke der Bahn in mm

Anstriche und Spachtelmassen werden überwiegend als Schutzanstriche für im Erdreich befindliche Bauteile eingesetzt. Schutzanstriche auf Basis von Steinkohlenteerpech werden vorzugsweise dort verwendet wo Sicherheit gegen Pilzbefall und Wurzeldurchwachs gefordert wird. Im Hochbau werden üblicherweise Bitumenlösungen und -emulsionen verarbeitet. Heiß zu verarbeitende Anstriche haben wegen der damit verbundenen Unfallgefahren kaum noch Bedeutung. Anstriche müssen immer in mehreren Schichten aufgebracht werden, wobei ausreichende Standzeiten einzuhalten sind bevor die nächste Schicht aufgetragen werden darf. Für die Abdichtung von Kelleraußenwänden werden immer häufiger Dickbeschichtungen (Spachtelmassen) verwendet. Dabei handelt es sich meist um Polymer-Bitumen-Dispersionen mit Füllstoffanteilen (z. B. Polystyrolpartikel). Sie werden als ein- oder zweikomponentige Massen angeboten. Geeignet sind sie gegen allgemeine Bodenfeuchtigkeit (Auftragsdicke ca. 4 mm) und gegen stauendes, drückendes Wasser (Auftragsdicke ca. 6 mm). Maßgebend sind immer die Herstellerangaben. Das Aufbringen erfolgt mit Kelle, Spachtel oder Glättkelle.(Bild 3.12.10).

387

3.13 Kunststoffe

Bild 3.12.10 Abdichtung einer Kelleraußenwand mit Dickbeschichtung

Bei der Verarbeitung von Produkten aus Bitumen oder Straßenpech bestehen besondere Unfallund Gesundheitsgefahren: – sehr hohe Verarbeitungstemperaturen – Brandgefahr – Gefahr der Selbstentzündung – In Verbindung mit Wasser besteht die Gefahr einer explosionsartigen Verdampfung – Einatmen von lösungsmittelhaltigen Dämpfen – Lösungsmittelhaltige Dämpfe sind feuergefährlich Deshalb: PSA tragen! und Verarbeitungsrichtlinien der Produkthersteller beachten! Fragen: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Erklären Sie die Bezeichnungen: Asphalt, Asphaltbeton, Gussasphalt und Asphaltmastix. Warum darf Asphaltmischgut beim Transport nicht unter 190 °C absinken? Worauf ist beim Einbau von Heißasphalt besonders zu achten? Für welche Maßnahmen werden Gussasphalt und Asphaltmastix eingesetzt? Welche Materialien können als Trägerlage für Dichtungsbahnen verwendet werden? Welche Arten von Dichtungsbahnen stehen zur Verfügung? Erklären Sie die Kurzzeichen: R 333 N; V 13; G 300 D; PETP 0,03 D; Cu 0,1 D; J 300 DD; PY-PV 250 DD; V 60 S 4; 8. Nennen Sie praktische Beispiele für die Verwendung von Dichtungsbahnen. 9. Für welche Maßnahmen werden Anstriche und Spachtelmassen eingesetzt? 10. Was versteht man unter Dickbeschichtungen? 11. Welche besonderen Unfall- und Gesundheitsgefahren entstehen beim Verarbeiten von bituminösen Materialien?

3.13 Kunststoffe Kunststoffe werden synthetisch (künstlich) aus einfachen Rohstoffen (Erdöl, Erdgas, Kohle, Wasser, Kalk, Luft) hergestellt. Dazu zählen aber auch umgewandelte Naturstoffe (z. B. Kautschuk, Cellulose). Die Vielfalt der heute vorliegenden Kunststoffe resultiert aus den vielfältigen Kombinationen der vierwertigen Kohlenstoffatome mit den Atomen anderer Elemente.

3

388

3 Baustoffe

3.13.1 Eigenschaften und Verwendung

3

Im Bauwesen gewinnen Kunststoffe zunehmend an Bedeutung. Vorteilhaft sind die einfache Formgebung (hoch anpassungsfähig für spezielle Bauteile), die geringe Dichte (Massenersparnis), die hervorragende Korrosionsbeständigkeit, die Widerstandsfähigkeit gegenüber vielen Chemikalien, das sehr gute Wärmedämmvermögen, ihr gutes Isoliervermögen gegenüber elektrischem Strom und die Wasserdichtheit. Sie werden flüssig, plastisch oder fest in gleichbleibender Qualität zur Verfügung gestellt und können auch auf Dauer weich, plastisch oder fest erhalten werden. Kunststoffe lassen sich einfach mechanisch bearbeiten aber auch durch einfache Verfahren auf andere Baustoffe aufbringen. Verbindungen lassen sich problemlos herstellen (schweißen, kleben). Von Nachteil ist, dass das mechanische Verhalten wesentlich von der Größe und Dauer der vorhandenen Kräfte sowie von der Temperatur stark abhängig ist. Ebenso, dass fast alle Kunststoffe als organische Baustoffe brennbar sind und sich bei hohen Temperaturen zersetzen. Für tragende Teile sind sie nur bedingt einsatzfähig. Hinzu kommt die Umweltbelastung bei nicht sachgemäßer Entsorgung. Grundsätzlich sind fast alle am Bau verwendeten Kunststoffe recycelfähig und sollten unbedingt der Wiederverwertung zugeführt werden. Es gibt im Baubereich wohl kaum ein Gebiet in dem Kunststoffe keinen Anwendungsbereich hätten. Sie werden zur Wärmedämmung (Dach, Fassade, Decken, Wände), zur Schalldämmung (Ständerwände, Türen, Decken, Rohre), als Sperrstoff gegen Feuchtigkeit (Kelleraußenwand, Bodenplatte, Dampfbremse) oder als Dichtstoffe (Acryl, Silikon) verwendet. Bauteile wie Fenster, Türen, Regenrinnen und Regenfallrohre, Entwässerungsleitungen, Versorgungsleitungen, Bodenbeläge, Fassadenverkleidungen etc. werden aus Kunststoffen hergestellt. Viele Bauhilfsmaterialien, wie Schalungen, Gleitlager, Fugenprofile, Dübel sowie auch Werkzeuge erleichtern die vielfältigen Bauaufgaben. Fragen 1. Aus welchen Rohstoffen werden Kunststoffe hergestellt? 2. Nennen Sie Eigenschaften von Kunststoffen. 3. Beurteilen Sie Kunststoffe hinsichtlich Umweltbelastung. 4. Für welche Maßnahmen können Kunststoffe am Bau verwendet werden?

3.13.2 Technologie der Kunststoffe Bei den Ausgangsstoffen für die Herstellung von Kunststoffen (Erdöl, Erdgas, Kohle) handelt es sich um niedermolekulare Stoffe, die als Monomere ( von „monos“ = einzeln, die Grundmoleküle, z. B. C2H4 das Ethylen, Abbildung 3.13.1) bezeichnet werden. Hinzu kommen weitere Stoffe (Wasser, Luft, Kochsalz), die wichtige für den Aufbau notwendige Elemente wie Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff oder Chlor liefern. Zur Herstellung der halborganischen Silikone muss noch Silicium bereitgestellt werden. Die niedermolekularen Ausgangsstoffe werden durch Synthese zu hochmolekularen Stoffen (auch Makromoleküle genannt, Abbildung 3.13.2) miteinander verkettet. Solche Verkettungen werden auch als Polymere („polymer“ = vielteilig, aus vielen kleinen Molekülen bestehend) bezeichnet. So werden tausende oder auch hunderttausende von Grundmolekülen kettenförmig aneinandergereiht. Dies geschieht durch Wärme, Licht, Druck und Katalysatoren. H

H

⏐ ⏐ C = C ⏐

⏐

H

H

Bild 3.13.1 Ethylen C2H4 (monomer)

389

3.13 Kunststoffe

H H H ⏐ ⏐ ⏐ ... ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ ⏐ ⏐ ⏐ H H H

Bild 3.13.2 Polyethylen (polymer)

Die Bildung der Makromoleküle beruht auf der Vierwertigkeit (Wertigkeit = Valenz) und der Reaktionsbereitschaft der Kohlenstoffatome. Wenn jede Valenz infolge einer Einfachbindung gesättigt ist, sprechen wir von gesättigten Kohlenwasserstoffverbindungen (Abbildung 3.13.3). Solche Einfachbindungen sind stabil und demnach reaktionsträge. Weist eine Kohlenwasserstoffverbindung eine Doppel- oder Dreifachbindung auf, handelt es sich um ungesättigte Kohlenwasserstoffe (Abbildung 3.13.4). Ungesättigte Verbindungen sind instabil und lassen sich leicht aufspalten. Diese reaktionsfähigen Verbindungen sind die Grundbausteine zur Bildung von Makromolekülen.

H H H ⏐ ⏐ ⏐ H⎯C⎯H H⎯C⎯C⎯H ⏐ ⏐ ⏐ H H H b) Ethan (C2H6) a) Methan (CH4)

H H H ⏐ ⏐ ⏐ H⎯C⎯C⎯C⎯H ⏐ ⏐ ⏐ H H H c) Propan (C3H6)

Bild 3.13.3 Gesättigte Kohlenwasserstoffverbindungen

H⎯C≡C⎯H a) Acetylen (C2H2) H ⏐ C ⁄ \\ H⎯C C⎯H ║ ⏐ H⎯C C⎯H \ ⁄⁄ C ⏐

H

b) Benzol (C6 H6)

Bild 3.13.4 Ungesättigte Kohlenwasserstoffverbindungen

3

390

3 Baustoffe

Je nach dem, wie die Grundmoleküle im Makromolekül vorliegen, ergeben sich unterschiedliche Strukturen. Möglich sind (Abbildung 3.13.5): a) kettenförmig linear b) strauchähnlich verzweigt c) raumnetzartig (eng- oder weitmaschig vernetzt)

3

Bild 3.13.5 Strukturen der Kunststoffe

Von einem amorphen (gestaltlosen) Zustand sprechen wir, wenn die linearen, verzweigten oder raumnetzartigen Makromoleküle verknäult wie ein Filz vorliegen. Solche Kunststoffe sind transparent und lassen sich plastisch verformen. Liegen die Molekülfäden streckenweise parallel geordnet vor (wie Streichhölzer in einer Schachtel) sprechen wir von einem teilkristallinen Zustand (Abbildung 3.13.6). Teilkristalline Kunststoffe sind nicht durchsichtig und plastisch nicht formbar.

391

3.13 Kunststoffe

3

Bild 3.13.6 Lagerung der Makromoleküle a) linear amorph, b) linear teilkristallin c) verknäult amorph, d) verknäult teilkristallin

Je nach Art der Grundbausteine(-stoffe) gibt es für die Verkettung drei Verfahren der Makromolekülbildung: die Polymerisation, die Polykondensation und die Polyaddition. Polymerisation. Polymerisieren können sich nur Moleküle, mit mindestens einer Doppelbindung, z. B. Ethylen (Abbildung 3.13.1). Solche energiereichen Verbindungen haben das Bestreben ihre Doppelbindung aufzugeben und in den energieärmeren Zustand der Einfachbindung überzugehen. Polymerisation bedeutet demnach das Aufspalten der Doppel- oder Dreifachbindung gleichartiger ungesättigter Kohlenwasserstoffe und das Verketten zu Makromolekülen. Die Aufspaltung erfolgt durch einen Katalysator und/oder Energiezufuhr. Dadurch werden Bindekräfte freigesetzt. Das so angeregte Molekül kann nun die Doppelbindung eines weiteren Moleküls aufheben und an sich binden. Dies setzt sich so fort bis eine Kette oder ein Knäuel von vielen Tausenden von Molekülen entstanden ist. So entsteht z. B. das kettenförmige Makromolekül des Polyethylens (Abbildung 3.13.7). Die Polymerisation lässt sich zu jedem beliebigen Zeitpunkt stoppen. So können Kunststoffe verschiedener Härtegrade hergestellt werden. Denn je höher der Polymerisationsgrad (je mehr Einzelmoleküle zu einem Makromolekül verbunden werden) desto fester wird der Werkstoff. Beim Polyethylen sind nur H-Atome an den Kohlenstoff gebunden. Werden in regelmäßigen Abständen andere Atome eingefügt, entstehen neue Kunststoffe mit anderen Eigenschaften. Fügt man das Chlor (Cl) ein, entsteht Polyvinylchlorid, bekannt als PVC (Abbildung 3.13.8). Wird Fluor eingefügt, entsteht Polyvinylfluorid (PVF, Abbildung 3.13.9). →

monomere Ethylene H

H

H

H

H

H

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

Poly-

kettenförmiges Polyethylen (PE) H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

C = C + C = C + C = C + ... → ... ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ... ⏐ H

⏐ H

⏐

⏐

⏐

⏐

merisation ⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

⏐

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

Die Aufspaltung der Doppelbindung erfolgt durch einen Katalysator (Starter) und/oder Enegriezufuhr

Bild 3.13.7 Von monomeren Ethylenen zu kettenförmigem Polyethylen (PE)

392

3 Baustoffe

H H ⏐ ⏐ ... ⎯ C ⎯ C ⎯ ⏐ ⏐ H Cl

3

H H H H ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ C⎯C⎯C⎯C⎯ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ H Cl H Cl

H ⏐ C⎯ ⏐ H

H H H ⏐ ⏐ ⏐ C⎯C⎯C⎯ ⏐ ⏐ ⏐ Cl H Cl

H H ⏐ ⏐ C ⎯ C ... ⏐ ⏐ H Cl

Bild 3.13.8 Aufbau von Polyvinylchlorid (PVC)

H H ⏐ ⏐ ... ⎯ C ⎯ C ⎯ ⏐ ⏐ H F

H H H H H ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ C⎯C⎯C⎯C⎯C⎯ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ H F H F H

H H ⏐ ⏐ C⎯C⎯ ⏐ ⏐ F H

H ⏐ C⎯ ⏐ F

H H ⏐ ⏐ C ⎯ C ... ⏐ ⏐ H F

Bild 3.13.9 Aufbau von Polyvinylfluorid (PVF)

Polykondensation. Hier werden Doppel- oder Dreifachbindungen unterschiedlicher Moleküle aufgespaltet und miteinander zu Makromolekülen verkettet. Dabei wird Wasser, Ammoniak oder Halogenwasserstoff als Nebenprodukt abgespalten. Die unterschiedlichen Kunststoffe ergeben sich durch entsprechende Auswahl der Ausgangsstoffe und der weiteren Bedingungen (Katalysatoren, Temperatur, Konzentration). Der Zustand (hart bis weich) lässt sich durch die Länge der Molekülkette und der Vernetzungsart festlegen. Produkte der Polykondensation sind beispielsweise Phenoplaste (PF) zur Herstellung von Wandverkleidungen, Lacke, Holzleime oder Aminoplaste wie Melaminharze (MF) oder Harnstoffharze (UF) die als Schaumstoffe für die Schallund Wärmedämmung oder wegen ihrer guten Isolationsfähigkeit gegenüber elektrischem Strom für elektrotechnische Artikel verwendet werden. Eine besondere Art der Polykondensationsprodukte sind die Silikone. Hier sind Kohlenwasserstoffreste an die Si-Atome einer Si-O-Kette gebunden (Abbildung 3.13.10).

...

R R R R ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⎯ Si ⎯ O ⎯ Si ⎯ … ⎯ Si ⎯ O ⎯ Si ⎯ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ R R R R R = verschiedene organische Gruppen z. B. CH 3

…

Bild 3.13.10 Aufbau von Methylsilikon

Polyaddition ist die chemische Verknüpfung relativ großer unterschiedlicher Einzelmoleküle zu einem Makromolekül ohne Abspaltung von Nebenprodukten. Die Polyaddition ähnelt der Polymerisation. Die Ausgangsmoleküle binden einander dadurch, dass es bei der Verkettung zu Atomumlagerungen innerhalb einzelner Molekülteile kommt. Produkte der Polyaddition sind beispielsweise Polyurethane (PUR), die vorwiegend als Wärme- und Schalldämmstoffe oder Epoxidharze (EP) die als Kleber, für die Herstellung von Schichtpressstoffen und Spachtelmassen Verwendung finden.

3.13 Kunststoffe

Entsprechend den gewünschten Anforderungen können die Eigenschaften der Kunststoffe verändert und angepasst werden. Durch Zugabe von Weichmachern lassen sich der Erweichungsbereich und auch die Härte verändern. Mittels Füllstoffen – Quarz- oder Kalksteinmehl, Glasfasern, Holzmehl, Kreide – kann der E-Modul vergrößert und der Wärmeausdehnungskoeffizient vermindert werden. Verstärkungsstoffe – Glasfaser bzw. Aramidfaser in Form von Matten, Geweben, Strängen, winzige Glaskugeln, Talkum, Mineralpulver – dienen der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften (Festigkeit, E-Modul). Andere Zusatzstoffe vermindern die elektrische Aufladung oder reduzieren die Entflammbarkeit. Mit Pigmenten lassen sich Kunststoffe beliebig einfärben. Den vielfältigen Möglichkeiten sind nahezu keine Grenzen gesetzt. Tabelle 3.13.11 Kunststoffe mit deren Kurzzeichen ABS CA CPE EP EPDM EPS PE HD II R PE LD MF PA PB PE PIB PMMA PP PS PTFE PUR PVAC PVC SI UF UP MVQ

Acrylnitril-Butadien-Styrol Celluloseacetat Chloriertes Polyethylen Epoxid Ethylen-Propylen-Diene-Monomer (Kautschuk) Expandiertes Polystyrol Polyethylen hart (high density) Isopren-Isobutylen-Rubber (Butylkautschuk) Polyethylen weich (low density) Melamin-Formaldehyd Polyamid Polybuten Polyethylen Polyisobutylen Polymethylmethacrylat Polypropylen Polystyrol Polytetrafluorethylen Polyurethan Polyvinylacetat Polyvinylchlorid Silikon Harnstoff (urea)-Formaldehyd-Harz Ungesättigte Polyester Methyl-Vinyl-Silicon-Kautschuk

Fragen: 1. Erklären Sie den Unterschied zwischen ‘niedermolekularen’ und ‘hochmolekularen’ Stoffen. 2. Worauf beruht die Bildung der Makromoleküle? 3. Erklären Sie den Unterschied zwischen ‘gesättigten’ und ‘ungesättigten’ Kohlenwasserstoffatomen. 4. Erklären Sie die Begriffe: ‘amorph’ und ‘teilkristallin’. 5. Wie heißen die drei grundsätzlichen Verfahren zur Herstellung von Kunststoffen? 6. Was versteht man unter Polymerisation? 7. Vergleichen Sie die Strukturformel von PE, PVC und PVF miteinander. Stellen Sie Gemeinsamkeiten und Unterschiede heraus. 8. Was versteht man unter Polykondensation? 9. Was versteht man unter Polyaddition? 10. Wozu werden Weichmacher und Füllstoffe den Kunststoffen beigemischt? 11. Wie erreicht man eine höhere Reißfestigkeit von Kunststoffen?

393

3

394

3 Baustoffe

3.13.3 Kunststoffarten

3

Für die Anwendung und die Verarbeitung von Kunststoffen ist vor allem das physikalische Verhalten von Bedeutung. Dies ist im wesentlichen von der molekularen Struktur abhängig. DIN 7724 unterscheidet diesbezüglich: – Thermoplaste (Plastomere), – Duroplaste (Duromere) und – Elastomere. a)

b)

c)

Bild 3.13.12 Verhalten von verschiedenen Kunststoffen bei Temperaturänderung a) amorphe Thermoplaste, b) teilkristalline Thermoplaste, c) Duroplaste

Thermoplaste (griechisch „thermós“ = warm; „plastikós“ = formbar) bestehen aus fadenförmigen, eindimensionalen, mitunter auch schwach verzweigten Molekülketten, die mit zunehmender Temperatur in sich und gegeneinander leicht beweglich werden. Dabei durchlaufen die Thermoplaste verschiedene Aggregatzustände (Abbildung 3.13.12 a, b). Kühlt man vor dem Eintreten der Zersetzung wieder langsam ab, treten die Zustandsformen in umgekehrter Reihenfolge auf. Bei raschem Abkühlen bleibt eine vorhandene Deformation bestehen. Wird nochmals erwärmt, wird die ursprüngliche Form wieder eingenommen (man spricht vom ‘Erinnerungsvermögen’). So lange bestimmte Temperaturbereiche nicht überschritten werden, kann dies beliebig oft wiederholt werden, ohne dass sich die Materialeigenschaften verändern. Bei Überschreiten der kritischen Temperatur erfolgt die Materialzerstörung. Die Temperaturabhängigkeit liegt begründet in der ungeordneten, verknäulten Anordnung der Fadenmoleküle Die Molekülketten sind dabei

395

3.13 Kunststoffe

untereinander nicht oder kaum verknüpft (vernetzt). Diese Anordnung ermöglicht die relativ große Bewegungsfreiheit der thermoplastischen Kunststoffe. Bei den Thermoplasten unterscheidet man harte und weiche Arten. Bei den harten Arten stehen die einzelnen Fadenmoleküle in einem relativ engen Kontakt miteinander, z.B bei PE hart (KA-Rohre). Durch Zugabe von Weichmachern oder wenn im Fadenmolekül Seitenketten eingebaut werden entstehen weiche Thermoplaste, z. B. PE weich oder PVC weich (Folien). Verflüchtigt sich der Weichmacher im Laufe der Zeit, erfolgt eine Versprödung. Thermoplaste lassen sich im festen Zustand vorzüglich mechanisch bearbeiten (bohren, sägen, fräsen). Im gummielastischen Zustand kann der Kunststoff durch Biegen von Hand oder maschinell durch Vakuumsaugen oder Blasen umgeformt werden. Nach dem Abkühlen behält er die neue Form bei. Verbindungen von thermoplastischen Kunststoffen erfolgen durch Stumpf- oder Quellschweißen. Erwärmt man die Enden zweier PE-Rohre an einer Heizplatte bis zum plastischen Bereich und drückt sie dann fest gegeneinander so haften sie aneinander. Die Verbindung erfolgt durch Verknäuelung der Molekülketten im erwärmten Bereich (Abbildung 3.13.13). Verschiedene Lösungsmittel (z. B. Benzol) lösen thermoplastische Kunststoffe an bzw. auf. Diese Eigenschaft nützt man beim Quellschweißen. Die zu verbindenden Flächen werden mit dem Lösungsmittel eingestrichen, aufeinandergelegt und unter Druck unlösbar miteinander verbunden. Auch hier erfolgt die Verbindung durch Verknäuelung der Molekülketten. Auf diese Art und Weise werden üblicherweise Dichtungsbahnen oder Folien miteinander verbunden.

Bild 3.13.13 Schweißverbindungen (jeweils Anwärmen und Schweißen) a) Stumpfschweißen, b) Überlappschweißen, c) Nutschweißen, d) Abkantschweißen

Wichtige Thermoplaste deren Eigenschaften und Anwendung ergeben sich aus Tabelle 3.13.14 Tabelle 3.13.14 Thermoplaste: Eigenschaften, Verwendung Arten

Eigenschaften

Verwendung

Polyvinylchlord hart (PVC U) (U steht für unplasticized)

Dichte 1,38 – 1,40 g/cm3; klar und durchsichtig, hart, steif, bei Minustemperaturen spröde, beim scharfen Knicken einer PVC-hart-Folie ist an der Bruchfläche ein weißer Strich zu erkennen; Gebrauchstemperatur bis 65 °C; brennt in der Flamme gelb, rußt, Flamme erlischt nach Entfernen der Zündquelle, Rauch riecht stark nach Salzsäure; wird von Aceton, Ester, Fleckenreinigungsmittel angelöst, beständig gegenüber Säuren, Laugen, Öl, Alkohol und Benzin

Rohrleitungen, Dränrohre, Elektrorohre, Rollladenprofile, Profile für Fensterrahmen, Dachrinnen, Platten für Fassadenverkleidungen, Schaumstoffe

3

396

3 Baustoffe

Tabelle 3.13.14 Fortsetzung

3

Arten

Eigenschaften

Verwendung

Polyvinylchlord weich (PVC P) (P steht für plasticized)

Dichte 1,20 – 1,35 g/cm3; enthält Weichmacher, gummiartig, flexibel, zäh, kratzfest; Gebrauchstemperatur bis 55 °C; brennt leuchtend, rußt, Brandfläche verkohlt, Rauch riecht nach Salzsäure; Aceton, Ester Fleckenreinigungsmittel lösen an, beständig gegenüber Säuren, Laugen, Alkohol, Öl aber nicht Benzin; schweißbar, klebbar Dichte 2,14 – 2,20 g/cm3; milchig weiß, fühlt sich wachsartig an, kaltbiegsam, versprödet bei -200 °C, zersetzt sich bei +400 °C; Gebrauchstemperatur bis 250 °C; brennt nicht, blaugrüner Flammsaum, verkohlt nicht, riecht bei Rotglut stechend nach Flußsäure; wird nur von Fluor und geschmolzenen Alkalimetallen angegriffen; unzerbrechlich Dichte 0,94 – 0,96 g/cm3; durchscheinend, fühlt sich wachsartig an, mit Fingernagel ritzbar, kaltbiegsam; Gebrauchstemperatur bis 90 °C; helle Flamme mit blauem Kern, tropft brennend ab, brennt nach Entfernen der Zündquelle weiter, riecht nach Erlöschen nach Paraffin; beständig gegenüber Säuren, Laugen und Öl, nicht gegenüber Benzin bei Raumtemperatur mit Lösemittel, nicht anlösbar; schweißbar, Dichte 0,91 – 0,95 g/cm3; durchscheinend, fühlt sich wachsartig an, mit Fingernagel ritzbar, kaltbiegsam; Gebrauchstemperatur bis 70 °C; sonst wie PE HD Dichte 0,90 – 0,91 g/cm3; durchscheinend (als Folie) steifer als PE HD, mit Fingernagel nicht ritzbar; Gebrauchstemperatur bis 100 °C; sonst wie PE Dichte 1,04 – 1,15 g/cm3; milchig-weiß bis gelblich, zähelastisch, unzerbrechlich; Gebrauchstemperatur 80 bis 110 °C; brennt bläulich mit gelbem Rand, knisternd abtropfend dabei fadenziehend, riecht nach verbranntem Horn, kann nach Entfernen der Zündquelle weiter brennen; beständig gegenüber Benzin, Öl, Lösemittel, nicht beständig gegenüber Säuren, spezielles Lösungsmittel ist Ameisensäure, klebbar Dichte 1,05 g/cm3; transparent, hart, spröde; Gebrauchstemperatur bis 70 °C; brennt flackernd, Flamme gelb leuchtend, stark rußend, brennt nach Entfernen der Zündquelle weiter, riecht süßlich; Benzin und andere Lösemittel lösen an, beständig gegen Säuren, Laugen, Alkohol und Öl; klebbar Dichte 0,015 – 0,1 g/cm3; Aufgeschäumt durch Einwirken von Wasserdampf, feinste Bläschen, sehr leicht, hoch wärmedämmend, stoßmildernd; Brennverhalten wie PS;

Folien, Wand- und Bodenbeläge, Schläuche, Handläufe, Fußleisten, Fugenbänder, Schutzhandschuhe, Ummantelung von Kabeln und Drähten

Polytetrafluorethylen (PTFE)

Polyethylen hart (PE HD)

Polyethylen weich (PE LD)

Polypropylen (PP)

Polyamid (PA)

Polystyrol (PS)

Polystyrol-Schaum (EPS)

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)

Dichte 1,06 – 1,12 g/cm3; undurchsichtig, zäh-elastisch; Gebrauchstemperatur bis 85 °C; sonst wie PS

Beschichtungen mit abweisender Oberfläche, nichtklebende Dichtungen, Elektroisolierungen, wartungsfreie Gleitlager, chemisch resistente Filter

Rohre, Folien, Heizöltanks, Mülltonnen, höherwertige Massenware für Haushalt und Technik

Massenartikel (Eimer, Schüsseln, Elektroteile), Folien für Bau und Landwirtschaft, Schrumpffolien für Verpackungen technische Teile mit hoher Standfestigkeit, Verpackungsbänder und -folien, Teppichgrundgewebe Gleitlager, Seile, Heizöltanks, Teppiche, korrosionsbeständige Überzüge, Schrauben

Massenartikel (Elektroteile, Kühlschrankboxen), dünne Folien für Verpackungen

wärme- und kältedämmende Platten, Formteile, Kleinpartikel für die Auflockerung schwerer Böden, für Porenbeton und -ziegel Gehäuse für Fernsehapparate etc, Schutzhelme

Duroplaste (lat. „durus“ = hart) bestehen aus fadenförmigen, engmaschigen, räumlich (dreidimensional) stark vernetzten Makromolekülen. Der Vernetzungsprozess erfolgt durch chemische Reaktion der Vorprodukte. Nach dem Vernetzen (Aushärten) lassen sie sich auch durch Erwär-

397

3.13 Kunststoffe

men oder Erhitzen nicht mehr in den plastischen Zustand bringen. Ihr Verhalten ist also im Gegensatz zu den Thermoplasten nicht (wenig) temperaturabhängig (Abbildung 3.12.12c). Aus diesem Grunde sind Duroplaste auch nicht schweißbar. Verbindungen von Duroplasten werden mit Klebern durchgeführt. Das Klebverhalten ist abhängig von der Löslichkeit des Kunststoffes. Unterschieden werden die Adhäsionsklebung und die Diffusionsklebung. Die Adhäsionsklebung beruht auf den Adhäsionskräften zwischen Klebstoff und den zu verbindenden Teilen. In der Regel handelt es sich bei den Klebstoffen um lösemittelfreie Kleber. Mit der Adhäsionsklebung lassen sich die meisten Kunststoffe – außer z. B. PE, PP, PTFE, SI – miteinander oder mit anderen Materialien verbinden. Bei der Diffusionsklebung diffundieren im Klebstoff enthaltene Lösemittel in den Kunststoff ein. Sie wirkt ähnlich wie eine Schweißverbindung. Wichtige Duroplaste deren Eigenschaften und Anwendung ergeben sich aus Tabelle 3.13.15. Tabelle 3.13.15 Duroplaste: Eigenschaften, Verwendung Arten Melamin-Formaldehyd (MF)

Eigenschaften Dichte 1,40 g/cm3; undurchsichtig, hart, steif; schwer entflammbar, gelbliche Flamme, verkohlt mit weißen Kanten, riecht fischartig; nicht lösbar aber klebbar, nicht beständig gegenüber Säuren jedoch gegenüber schwachen Laugen, Öle, Benzin Glasfaserverstärktes UP- Dichte 1,35 g/cm3; Harz-Laminat hart, steif, federnd biegsam, bei dünnen Platten erkenn(GF-UP) bare Glasfasern; brennt leuchtend, rußend, verkohlt, Glasfaserrückstand, riecht süßlich; nicht lösbar, nicht schweißbar aber klebbar, beständig gegenüber schwachen Säuren und Laugen, Benzin und Öl

Verwendung Tisch- und Arbeitsplatten, Frontflächen von Küchen

Heizöltanks, Wellplatten, Profile, Bootskörper, Karosserieteile

Elastomere haben Makromoleküle die schwach und weitmaschig vernetzt sind. Diese sind in einem weiten Temperaturbereich – auch bei normaler Raumtemperatur – elastisch. Sie geben unter Belastung nach, lassen sich leicht zusammen drücken und nehmen nach Entlastung ihre ursprüngliche Form wieder ein. Das Maß ihrer Elastizität lässt sich beliebig – entsprechend der Forderung – einstellen. Dazu gehören die weitmaschig vernetzten Polyurethane. Im weiteren Sinne gehören dazu auch die Synthesekautschuke die für gummielastische Auflager und Fugendichtungsprofile verwendet werden. Elastomere sind nicht schweiß- und schmelzbar. Wichtige Elastomere deren Eigenschaften und Verwendung ergeben sich aus Tabelle 3.13.16. Neben den aufgeführten Kohlenwasserstoffverbindungen werden auch die Silicone zu den Kunststoffen gerechnet, obwohl diese anstelle der Kohlenstoffatome in der Hauptkette der FadenmoleTabelle 3.13.16 Elastomere: Eigenschaften, Verwendung Arten Polyurethan-Schaum, feinporig hart (PUR)

Polyurethan gummielastisch (PUR)

Eigenschaften Dichte 0,03 – 0,08 g/cm3; fein- bis grobporig, sehr leicht, weich, elastisch, verschiedene Härtegrade; Gebrauchstemperatur 80 – 110 °C; brennt mit leuchtender Flamme, riecht stechend; nicht lösbar und nicht schmelzbar Dichte 1,26 g/cm3; gelblich bis dunkelbraun, gummielastisch, kratzfest; Gebrauchstemperatur 80 – 110 °C; Brennverhalten wie vor; beständig gegen Benzin, Öl, schwache Säuren und Laugen

Verwendung Wärme-, Kälte- und Schalldämmung, Hohlraumausschäumung (z. B. Fensterrahmen), befestigen von Fenstern und Türen Sportplatzbeläge, federnde Maschinenteile

3

398

3 Baustoffe

küle Siliciumatome aufweisen. Das „R“ steht hier für „Rest“, eine organische Seitengruppe, z. B. – CH3. Je nach Zusammensetzung der Seitengruppe bilden sich weitmaschig vernetzte Elastomere (Silicongummi), engmaschig vernetzte Duroplaste (Siliconharze) oder Siliconöle. Die Silicone sind wasserabweisend, chemisch beständig, behalten in einem breiten Temperaturbereich ihre technischen Eigenschaften und reagieren nicht mit anderen Kunststoffen. Im Baubereich wird vor allem Siliconkautschuk zur Abdichtung von Fugen eingesetzt (Abbildung 3.13.18).

3

Tabelle 3.13.17 Silikon: Eigenschaften, Verwendung Art Siliconkautschuk (VMQ)

Eigenschaften Verwendung Dichte 1,65 – 1,75 g/cm3; Bewegungsfugen, Abdichfließfähig bis pastös, sehr elastisch in einem breiten tung von Sanitärfugen, Temperaturbereich (–60 °C bis +200 °C); schwer brennbar; nicht überstreichbar

Tabelle 3.13.18 Verarbeitungs- und Sicherheitshinweise Bei der Verarbeitung von lösemittelhaltigen Klebstoffen sind die Verarbeitungs- und Sicherheitshinweise des Herstellers unbedingt zu beachten. Die Lösemittel sind meist brennbar, als Luftgemische auch explosibel. Verschiedene Klebstoffe wirken ätzend. Deshalb sollte grundsätzlich für eine gute Be- und Entlüftung der Arbeitsräume gesorgt werden. Es sollten möglichst Schutzhandschuhe und Schutzbrillen getragen werden. Rauchen ist generell verboten. Die maximale Arbeitsplatz-Konzentration (= MAK-Wert: gibt an, wie viel cm3 Lösungsmittel höchstens in 1 m3 Luft am Arbeitsplatz vorhanden sein darf) ist un bedingt zu beachten

Bild 3.13.19 Ausspritzen einer Sanitärfuge mit Silikon

Fragen: 1. Vervollständigen Sie die Tabelle. Thermoplaste

Duroplaste

Elastomere

Molekularer Aufbau Eigenschaften Beispiele Verwendung

2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Welches Problem entsteht, wenn sich der Weichmacher im Laufe der Zeit verflüchtigt? Wie können Thermoplaste mechanisch bearbeitet werden? Mit welchen Verfahren können Thermoplaste miteinander verbunden werden? Nennen Sie thermoplastische Kunststoffe die am Bau zur Verwendung kommen. Nennen Sie Eigenschaften der aufgelisteten thermoplastischen Kunststoffe: PVC U; PVC P; PE HD; PE LD; PS; EPS. Warum sind Duroplaste nicht schweißbar? Wie erfolgt die Verbindung von Duroplasten? Unterscheiden Sie zwischen ‘Adhäsionsklebung’ und ‘Diffusionsklebung’ Was versteht man unter Elastomeren? Nennen Sie Eigenschaften von Polyurethan feinporig und Polyurethan gummielastisch.

3.14 Keramische Fliesen und Platten

399

12. Für welche baulichen Maßnahmen wird PUR-Schaum eingesetzt? 13. Nennen Sie Eigenschaften und Verwendungsgebiete von Silikon. 14. Bei der Verarbeitung von lösemittelhaltigen Klebstoffen sind unbedingt die Verarbeitungsund Sicherheitshinweise des Herstellers einzuhalten! a) Warum? b) Nennen Sie mögliche Schutzmaßnahmen.

3.14 Keramische Fliesen und Platten Nach DIN EN 87 werden keramische Fliesen und Platten unterschieden: a) nach dem Herstellungsverfahren: – Gruppe A: Stranggepresste Platten, die von einem Strang abgeschnitten werden. – Gruppe B: Trockengepresste Fliesen und Platten, die aus pulverförmiger und feinkörniger Masse unter hohem Druck einzeln gepresst werden. – Gruppe C: Gegossene Fliesen und Platten, die durch Gießen hergestellt werden. b) nach der Wasseraufnahme: (Tab.3.14.1) Tabelle 3.14.1 Wasseraufnahme keramischer Fliesen und Platte Gruppe A/B/C I A/B/C IIa A/B/C IIb A/B/C III

Wasseraufnahme in Masse-% < 3 % (z. B. Steinzeug) < 3 % bis > 6% > 6 % bis < 10% > 10 % (z. B. Steingut)

Wichtige Begriffe: – Glasur: Um eine dichte, glatte Oberfläche zu erzielen, wird eine Glasurmasse aus feingemahlenem im Wasser aufgeschäumten Glas auf die Fliesen aufgebracht. Zur Einfärbung der Glasur werden Metalloxide beigemischt. – Scharffeuerglasur: Glasur wird bis zur Sintergrenze des Scherbens gebrannt (Steinzeugfliese). – Scherben: die gebrannte Grundmasse ohne die Glasur – Einbrand: Hierbei erfolgt der Glasurauftrag vor dem Brennen. Rohling und Glasur werden zusammen gebrannt. – Zweibrand: Zunächst wird der Rohling gebrannt (1. Brand), es entsteht der Scherben. Dann wird die Glasur aufgetragen und es erfolgt der 2. Brand. – Steingut: Fliesenart, die unterhalb des Schmelzpunktes gebrannt wird; der Scherben ist porös, wassersaugend und hell. – Irdengut: wie Steingut, der Scherben ist allerdings farbig. – Steinzeug: wird im Schmelzbereich gebrannt; der Scherben ist dicht und gering wassersaugend. – Porzellan: wird aus reinem Kaolin6 hergestellt und im Schmelzbereich gebrannt; der Scherben ist dicht und weiß (nur für Sanitärobjekte). – Spaltplatten: die Rohlinge werden aus der feuchten plastischen Masse geformt, als Doppelplatten geformt und nach dem Brennen in zwei einzelne Platten gespalten. – Klinkerplatten: bis zum Schmelzpunkt gebrannte, meist unglasierte Platten aus rot- oder braunbrennenden Tonen hergestellt. – Ziegelplatten: ähnlich den Klinkerplatten, aber unterhalb der Sintergrenze gebrannt. 6

Kaolin ist ein weiches, helles Tongestein. Verunreinigtes Kaolin wird u.a. zur Produktion von Keramik, Steinzeug und Ziegeln verwendet. Der Hauptbestandteil von Kaolin ist das Mineral Kaolinit, des Weiteren enthält es Quarz und Glimmer. Kaolin entsteht bei der Verwitterung feldspatreicher Gesteine wie Granit. In Deutschland gibt es Vorkommen in der Oberpfalz.

3

400

3 Baustoffe

3.14.1 Feinkeramische Fliesen

3

Steingut- (STG) und Irdengutfliesen (IG). Rohstoffe für die Herstellung feinkeramischer Fliesen sind Ton, Quarz, Feldspat und Kaolin. Hauptbestandteil ist Ton mit einem Anteil von ca. 50 %. Quarz (Anteil 40 bis 45 %) dient als Magerungsmittel und erhöht die Festigkeit. Feldspat (Anteil ca. 5 %)als Flussmittel (Schmelzpunkt 1000 °C) füllt die Hohlräume und dichtet den Scherben. Mit zunehmendem Kaolinzusatz wird der Scherben heller (Irdengut enthält kein Kaolin). Die Rohstoffe müssen rezeptgenau gemischt werden. Die Herstellung beginnt mit dem Aufbereiten der Rohstoffe. Quarz und Feldspat werden fein gemahlen, Kaolin und Ton im Wasser aufgeschlämmt. Alle Bestandteile werden innig miteinander gemischt und dann zu Pulver getrocknet. Das Pulver mit einer geringen Restfeuchte (ca.6 %) wird in Formen eingebracht und unter hohem Druck (25 bis 40 N/mm2) gepresst. Damit ist der Rohling hergestellt. Bei Temperaturen von 100 bis 150 °C wird dem Rohling die Restfeuchtigkeit entzogen. Danach erfolgt der 1.Brand (Irdengut bei ca. 1000 °C, Steingut bei ca. 1200 °C). Es entsteht der Scherben. Durch den 1. Brand erhält die Fliese ihre Festigkeit. Nach dem Abkühlen wird die Glasur auf den Scherben aufgesprüht. Dann erfolgt der 2. Brand bei ca. 1100 °C. Dabei schmilzt die Glasur und bildet auf der Oberfläche des Scherbens eine dichte, glasharte Schicht aus. Durch den Glasurbrand werden die Fliesen an der Oberfläche wasserdicht. Zur Vermeidung von Schwindrissen müssen die Fliesen nun langsam abkühlen. Anschließend werden die Fliesen sortiert. Fehlerhafte Fliesen werden aussortiert und soweit nur Schönheitsfehler vorhanden sind (Glasurflecken, kleine Glasurkörner, Farbfehler, Kantenfehler …) mit “MS“ (= Mindersortierung) gekennzeichnet. Aufbereitung der Rohstoffe Formgebung

Trochnen

1. Brand

Glasien

Brand

Glasieren

Brand

Sortieren

2. Brand

Sortieren

unglasierte Fliesen z.B. Klinkerplatte

Sortieren

Im Einzelbrand glasierte Fliesen z.B. Steinzeug

Im Doppelbrand glasierte Fliesen z.B. Steingut

Eigenschaften: – hohe Wasseraufnahme (Gruppe III) – poröser Scherben – heller Scherben (STG) – farbiger Scherben (IG) – sehr maßgenau

Bild 3.14.2 Herstellungsablauf von Fliesen

401

3.14 Keramische Fliesen und Platten

– nicht frostbeständig – beständig gegen haushaltsübliche Säuren und Laugen – hohe Ritzhärte durch die Glasur – hygienische Oberfläche – Glasur ist lichtecht Verwendung: – für Wandbeläge im Innenbereich (Abbildung 3.14.3)

3

Bild 3.14.3 Steingutfliesen

Formate: Die Normung umfasst nur quadratische und rechteckige Fliesen. Modulare Vorzugsmaße siehe Abbildung 3.14.4. Tabelle 3.14.4 Modulare Vorzugsmaße nach EN 159 Koordinierungsmaß C in cm M30 × 30 M30 × 15 M25 × 25 M20 × 20 M20 × 15 M20 × 10 M15 × 15 M15 × 7,5 M10 × 10

Werkmaß (W) in mm Länge a Breite b

Dicke d in mm

Die vom Hersteller gewählten Werkmaße müssen eine Fugenbreite von 1,5 bis 5 mm zulassen

Die Dicke – einschließlich vorderund rückseitiger Profilierungen – ist vom Hersteller anzugeben

Steinzeugfliesen (STZ) Die Rohstoffe für die Herstellung von Steinzeugfliesen entsprechen denen der Steingutfliesen, jedoch erhalten sie einen höheren Anteil an Feldspat. Die Herstellung unterscheidet sich gegenüber Steingutfliesen darin, dass nur ein Brand erfolgt. Dies bedingt, dass bei glasierten Steinzeugfliesen die Glasur auf den Rohling aufgebracht werden muss. Die Brenntemperatur beträgt 1350 °C (Sintergrenze). Bezüglich der Glasur spricht man dabei von einer Scharffeuerglasur. Infolge des niedrigeren Schmelzpunktes des Feldspats (bei 1000 °C) schmilzt dies und fließt in die Poren des Scherbens. Durch das Brennen bis zur Sintergrenze schmelzen die übrigen Bestandteile an ihrer Oberfläche an und verbinden sich zu einem feinkörnigen, kristallinen Scherben. Beide Vorgänge bewirken, dass der Scherben im Ganzen sehr dicht wird. Die Plattenoberfläche kann, um mehr Rutschsicherheit zu gewährleisten, gehämmert, gekuppt oder geriffelt sein. Die Kennzeichnung der Sortierung erfolgt bei glasierten Steinzeugfliesen durch Stempelaufdruck 1.Sortierung oder Mindersortierung auf den Fliesenkanten sowie durch farbliche Hervorhebung der Verpackungsaufschrift entsprechend den Steingutfliesen. Unglasierte Fliesen werden wie in Abbildung 3.14.5 dargestellt gekennzeichnet. Glasierte Steinzeugfliesen werden in vier Abriebklassen angeboten (Abbildung 3.14.6). Unglasierte Steinzeugfliesen können auch geschliffen und poliert werden.

402

3 Baustoffe

Tabelle 3.14.5 Sortierung von unglasiertem Steinzeug Sorte 1. Wahl 2. Wahl 3. Wahl

3

Stempelaufdruck 1. Sorte 2. Sorte 3. Sorte oder Mindersortierung

Kennfarbe der Verpackung rot blau grün

Tabelle 3.14.6 Abriebklassen glasierter Steinzeugfliesen Gruppe I

II III

IV

Beanspruchung Anwendungsbeispiele sehr gering für Böden, die mit weichbesohltem Schuhwerk, Hausschuhen oder barfuß begangen werden, z. B. Badezimmer, Schlafzimmer gering für Böden, die mit normalbesohltem Schuhwerk begangen werden, z. B. üblicher Wohnbereich außer Flur mittel für Böden, die mit normalbesohltem Schuhwerk begangen werden mit direktem Zugang von außen, z. B. Flure, Dielen, Balkone, Terrassen stark für Böden, die stark beansprucht werden, auch mit schmutzigem Schuhwerk, z. B. Verkaufsräume, Ausstellungsräume, Arbeitsräume, Gaststätten

Bild 3.14.7 Steinzeugfliesen als Bodenfliesen

Eigenschaften: – dicht – sehr hart (kratzfest) – abriebfest – sehr geringe Wasseraufnahme – frostbeständig – ohne Glasur wasserabweisend – säure- und laugenbeständig (nicht gegen Flusssäure) – hygienisch Verwendung: – Bodenbeläge innen und außen (Abbildung 3.14.7) – säure- und laugenbeständige Beläge – Fassadenverkleidungen

403

3.14 Keramische Fliesen und Platten

Formate: Die Normung umfasst nur quadratische und rechteckige Fliesen. Modulare Vorzugsmaße siehe Abbildung 3.14.8. Tabelle 3.14.8 Modulare Vorzugsmaße nach EN 176 Koordinierungsmaß C in cm

Werkmaß (W) in mm Länge a

M10 × 10 M15 × 15 M20 × 10 M20 × 15 M20 × 20 M30 × 30

Dicke d in mm Breite b

Die vom Hersteller gewählten Werkmaße müssen eine Fugenbreite von 2 bis 5 mm zulassen

3 Die Dicke - einschließlich vorder- und rückseitiger Profilierungen – ist vom Hersteller anzugeben

Daneben gibt es auch Mosaik, Riemchen, Sechseck-, Achteckfliese, Florentiner, Rundfliesen ...). Bei den Abmessungen dieser Fliesen handelt es um nichtmodulare Maße: – Kleinmosaik: 1 × 1 – 2 × 2 (Abbildung 3.14.9 a) – Mittelmosaik: 4,2 × 4,2 – 5 × 5 – 7,5 × 7,5 – Stab- oder Rechteckmosaik: 2 × 4,2 – Kombimosaik: 2 × 4,2 – 2 × 2 – 4,2 × 4,2 – Riemchen (Seitenverhältnis der Kanten min. 3:1): 5 × 20 – 6 × 25 (Abbildung 3.14.9 b)

a)

b)

Bild 3.14.9 Nichtgenormte Fliesen a) Kleinmosaik, b) Riemchen

Bild 3.14.10 Maße von Fliesen und Platten nach EN 159 und EN 176

Die Maße der Fliesen und Platten ergeben sich aus Abbildung 3.13.10. Das Werkmaß W entspricht den Fertigungsmaßen in mm, das Koordinierungsmaß C (= Nennmaß) ergibt sich so: Koordinierungsmaß (C) = Werkmaß (W) + Fuge (f)

404

3 Baustoffe

Für die normgerechte Bezeichnung werden bei den Längen- (a) und den Breitenangaben (b) die Koordinierungsmaße (C), für die Plattendicke (d) das Werkmaß (W) angegeben. Neben den modularen Vorzugsmaßen (M) lässt das DIN auch nichtmodulare – vom Hersteller freiwählbare – Maße zu. Abbildung 3.14.11 zeigt zusammenfassend die Kurzzeichen. Tabelle 3.14.11 Kurzzeichen für feinkeramische Fliesen und Platten

3

Kurzzeichen Benennung STG Steingutfliese STZ Steinzeugfliese IG Irdengutfliese GL glasierte Fliese UGL unglasierte Fliese bezüglich der Bemaßung gilt: M modulares Vorzugsmaß N Nennmaß C Koordinierungsmaß W Werkmaß J Fugenmaß

Die normgerechte Kurzbezeichnung wird beispielhaft so dargestellt: Trockengepresste Fliesen und Platten, EN 176 BI, M 10 cm × 20 cm (W 97 mm × 197 mm) GL1. Fragen: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

Nach welchen Kriterien unterscheidet EN 87 keramische Fliesen und Platten? Nennen Sie die Rohstoffe für die Herstellung feinkeramischer Fliesen. Welche Aufgaben kommen den Rohstoffen feinkeramischer Fliesen zu? Beschreiben Sie die Herstellung von Steingutfliesen. Welche Bedeutung haben der 1. und 2. Brand bei der Herstellung von Steingutfliesen? Nennen Sie die Sortierungen von Steingutfliesen. Welche Eigenschaften haben Steingut- und Irdengutfliesen? Warum werden Steingutfliesen nicht für Bodenbeläge genommen? Inwiefern unterscheidet sich die Herstellung der Steinzeugfliesen von der Herstellung der Steingutfliesen? Vergleichen Sie die Eigenschaften der Steinzeugfliesen mit denen der Steingutfliesen. Wo liegen die Unterschiede? Erklären Sie bei den Fliesenmaßen den Unterschied zwischen Werkmaß und Koordinierungsmaß. Wodurch unterscheiden sich die vier Abriebgruppen bei glasierten Steinzeugfliesen. Warum gelten die Abriebgruppen nicht für unglasierte Steinzeugfliesen?

3.14.2 Grobkeramische Platten Spaltplatten. Die Rohstoffe für Spaltplatten entsprechen im wesentlichen denen der Fliesen. Allerdings sind sie nicht so fein aufbereitet. Nach dem Mischen, Mahlen und Trocknen wird das Rohmehl mit Zuschlagstoffen (Quarzsand, Schamottemehl) und Wasser gemischt. In Strangpressen wird die feuchte, plastische Masse hoch verdichtet, durch ein Mundstück gepresst und so geformt. Abschneider schneiden den Strang in das gewünschte Format. Dabei belässt man jeweils 2 Platten aneinander. Diese sind wohl geschnitten, haften aber infolge der Klebkraft des Tones noch aneinander. Die Rohlinge werden anschließend getrocknet und im Tunnelofen bei Temperaturen zwischen 1100 und 1300 °C gebrannt. Anschließend werden die ‘Zwillingsplatten’ mecha-

405

3.14 Keramische Fliesen und Platten

nisch getrennt (gespalten). Sollen glasierte Spaltplatten hergestellt werden, muss vor dem Brennen die Glasur auf den Rohling aufgebracht werden (Scharffeuerglasur). Je nach Zusammensetzung haben Spaltplatten einen hellen Scherben – dann beträgt die max. Wasseraufnahme 3 Masse-% – oder einen farbigen Scherben – dann beträgt die Wasseraufnahme max. 6 Masse-%. Die Plattenoberfläche kann, um mehr Rutschsicherheit zu gewährleisten, gehämmert, gekuppt oder geriffelt sein. Eigenschaften: – frostbeständig – säurebeständig – sehr bruch- und stoßfest – nicht so maßgenau und eben wie feinkeramische Fliesen – gute Mörtelhaftung durch rückseitige Verzahnung (Abbildung 3.14.12) Verwendung: – Wand- und Bodenbeläge innen und außen (Abbildung 3.14.13) – Schwimmbäder – Fassadenverkleidungen Formate/Kennzeichnung: Modulmaße für Spaltplatten sind: 115 × 240 – 52 × 240 – 73 × 240 – 94 × 194. Die Dicke beträgt zwischen 8 und 30 mm. Die Platten werden in 2 Güteklassen hergestellt (die 1. Sorte erhält eine rote Farbmarkierung). Bei den glasierten Spaltplatten gelten die 4 Abriebklassen wie bei den Steinzeugfliesen.

Bild 3.14.12 Spaltplatte mit rückseitiger Verzahnung

Bild 3.14.13 Treppenbelag mit Spaltplatten

Klinkerplatten Rot- oder braunbrennende Tone und mineralische Zuschläge sind die Rohstoffe für die Herstellung von Klinkerplatten. Es handelt sich um gesinterte, meist unglasierte Platten. Die aufbereitete Rohmasse wird unter hohem Druck in der Stempelpresse geformt und verdichtet. Anschließend werden die Rohlinge bis zur Sintergrenze gebrannt. Da es sich um gesinterte Platten handelt, sind sie sehr dicht (Wasseraufnahme 1-2 Masse-%). Eigenschaften: – sehr geringe Wasseraufnahme – frostbeständig – nicht maßgenau

3

406

3 Baustoffe

– säurebeständig – abriebfest – rustikales Farbspiel Verwendung: – Bodenbeläge innen und außen (Abbildung 3.14.14) – Fassadenverkleidungen

3

Bild 3.14.14 Klinkerplatten

Ziegelplatten Die Rohstoffe und die Herstellung entsprechen den der Klinkerplatten. Allerdings werden Ziegelplatten unterhalb der Sintergrenze gebrannt. Sie sind deshalb porös. Wegen ihrer Porösität müssen sie vor dem Verlegen gewässert werden. Eigenschaften: – hohe Saugfähigkeit – nicht frostbeständig Verwendung: – Boden- und Wandbeläge innen (Abbildung 3.14.15)

Bild 3.14.15 Ziegelplatten

Fragen: 1. In welchem wesentlichen Punkt unterscheidet sich die Herstellung feinkeramischer Fliesen von den grobkeramischen Platten? 2. Warum sind Spaltplatten frostbeständig? 3. Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Spaltplatten. 4. Warum sind Klinkerplatten frostbeständig, Ziegelplatten aber nicht? 5. Erklären Sie die Kurzzeichen: STG – STZ – IG – GL – UGL.

3.15 Nichtkeramische Platten und Beläge

407

3.15 Nichtkeramische Platten und Beläge 3.15.1 Natursteinplatten Für die Herstellung von Natursteinplatten sind nur solche natürlichen Gesteine geeignet, die fest, hart, unverwittert, ohne Risse und Brüche und ohne schiefrige Abblätterungen sind. Die Natursteine werden aus Gesteinsblöcken mittels Steinsägen geschnitten (Abbildung 3.15.1), bei schichtigem Gestein (Schiefer, Solnhofener Platten) abgespalten und behauen. Die Sichtflächen werden maschinell (z. B. fräsen, schleifen, polieren) oder auch manuell (z. B. scharrieren, stocken) bearbeitet. Sandsteinplatten (Abbildung 3.15.2) werden oftmals naturglatt belassen. Geeignete Gesteine sind u.a. die Erstarrungsgesteine Granit, Porphyr, Basalt, die Ablagerungsgesteine Kalkstein und Sandstein sowie die Umwandlungsgesteine Marmor (Abbildung 3.15.3) und Schiefer (Abbildung 3.15.4). Natursteinplatten werden vor allem wegen ihres schönen, natürlichen Aussehens geschätzt und besonders für Bodenbeläge, Stufen, Fensterbänke und für Wand- und Fassadenverkleidungen verwendet. Ihre technischen Eigenschaften – Festigkeit, Härte, Frost- und Säurebeständigkeit, Abriebfestigkeit, Verschmutzung – sind sehr unterschiedlich.

Bild 3.15.1 Schneiden von Natursteinen: a) Blocksäge, b) Einblattmarmorgatter

Bild 3.15.2

a) Sandsteinplatten als Terrassenbelag; b) als Wandbelag

3

408

3 Baustoffe

3

Bild 3.15.3 Marmorplatten

Bild 3.15.4 Schieferplatten

Natursteinplatten gibt es für Bodenbeläge bis zur Größe 80 x 80 cm, für Wandbeläge bis 1,50 × 1,00 m. Die Dicke der Platten beträgt in diesen Abmessungen bei Hartgestein ca. 4 cm, bei weicherem Gestein 5 cm. Eigenschaften der verschiedenen Natursteine sind in Kapitel 2.1 aufgeführt.

3.15.2 Betonwerksteinplatten Ausgangsstoffe für Betonwerksteinplatten sind mineralische Gesteinskörnungen, hydraulische Bindemittel (Zement) und Zusatzstoffe. In automatisierten Anlagen werden die Komponenten zusammengebracht und miteinander vermischt. Das Mischgut wird in Stahlformen eingebracht, verdichtet (gerüttelt) und überschüssiges Material abgestreift. Die Rohlinge werden nun in Hallen zum Aushärten gelagert. Betonwerksteinplatten können in sehr unterschiedlichen Ausführungen hergestellt werden: – einschichtig (eine homogene Betonschicht), – zweischichtig, z. B. Terrazzo (Unterbeton aus üblichem Beton, darüber eine mind. 10 mm dicke Betonschicht aus besonders ausgewählten Zuschlägen, z. B. Marmor, Travertin, Muschelkalk (Abbildung 3.15.5). Die Betonschichten müssen frisch in frisch verarbeitet werden. – betongrau oder farbig (eingefärbt unter Verwendung von Weißzement und Oxidfarben), – als Waschbetonplatten (z. B. Sichtfläche aus Flusskies, Abbildung 3.15.6), – mit besonderen Oberflächenbearbeitungen oder -gestaltungen.

409

3.15 Nichtkeramische Platten und Beläge

3

Bild 3.15.5

a) Terrazzoplatten; b) zweischichtiger Aufbau einer Betonwerksteinplatte

Bild 3.15.6 Waschbetonplatte

Die Sichtflächen werden je nach Ausführung glatt belassen, geschliffen, feingeschliffen, poliert, gesägt, ausgewaschen, feingewaschen, gestrahlt, flammgestrahlt, abgesäuert, gespalten, bossiert, gespitzt, gestockt, scharriert oder gebürstet. Abbildung 3.15.7 zeigt Werkzeuge für die werksteinmäßige Bearbeitung. Daneben wird das Erscheinungsbild weiter beeinflusst durch die Form, die Größe, die Kantenausbildung und die Farbe.

a) Kröneleisen Bild 3.15.7

b) Zweispitz

Werkzeuge für die werksteinmäßige Bearbeitung von Werksteinen

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3 Baustoffe

3 c) Fläche

d) Scharriereisen

e) Sandsteinhobel

f) Stockhammer

g) Klöpfel

Eigenschaften: – hart – abriebfest – frostbeständig – nicht säurebeständig Verwendung: – Bodenbeläge, – Terrassenbeläge, – Gehwege, – Verkleidungen, – öffentliche Plätze ...

Bild 3.15.7 Werkzeuge für die werksteinmäßige Bearbeitung von Werksteinen (Fortsetzung)

411

3.15 Nichtkeramische Platten und Beläge

Formen und Abmessungen: (Abbildung 3.15.8) – quadratische Platten, – rechteckige Platten, – Friesplatten, – Eckplatten.

3

Bild 3.15.8 Formen und Abmessungen von Gehwegplatten

3.15.3 Betonpflastersteine Betonpflastersteine sind im Sinne des „Merkblattes für Flächenbefestigungen mit Pflaster und Plattenbelägen“ Rechteckpflaster mit einem Verhältnis „größte Länge zu Steinhöhe“ von ≤ 4 (Abbildung 3.15.9). Bei anderen Flächen als der Rechteckform wird die größte Seite des umhüllenden Rechtecks angesetzt. Die Herstellung erfolgt entsprechend den Betonwerksteinplatten. Dies gilt auch für die Oberflächengestaltung. Die Einteilung der Steine kann man hinsichtlich ihrer Verbundwirkung vornehmen:

Bild 3.15.9 Definition Rechteckpflaster

– Steine mit allseitigem Verbund (z. B. Sechsecksteine, Kreuzformen, Abbildung 3.15.10), – Steine mit zweiseitigem Verbund (z. B. S-.Verbund, V-Verbund, Abbildung 3.15.11), – Steine ohne Verbund (z. B. Rechtecksteine, Quadratsteine, Abbildung 3.15.12).

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3 Baustoffe

3

Bild 3.15.10 Betonpflastersteine mit allseitigem Verbund

Bild 3.15.11 Betonpflastersteine mit zweiseitigem Verbund

Bild 3.15.12 Betonpflastersteine ohne Verbund

Bild 3.15.13 Kreis aus Betonpflastersteinen

Anforderungen und Hinweise zu Betonpflastersteine ergeben sich aus DIN 18501: – geschlossenes Gefüge, – frei von Rissen, – Maßabweichung für die Länge und Breite ± 3 mm, für die Höhe ± 5 mm, – Druckfestigkeit im Mittel 60 N/mm2, – Frost- und Tausalzbeständigkeit, – Eigenüberwachung, – normgerechte Kennzeichnung, – auf dem Lieferschein muss angegeben sein: Herstellerwerk, Bezeichnung der Steine, Angaben über die Fremdüberwachung. Um eine wirtschaftliche Verarbeitung und optimale Verlegung zu ermöglichen, werden Betonpflastersteine meist im System angeboten. Darunter versteht man das Zusammenwirken von Normalsteinen und Ergänzungssteinen (Randsteine, Endsteine, Diagonalsteine (sogenannte Bischofsmützen). Zur Gestaltung von Kreisen und Bögen werden besondere Steine angeboten (Bild 3.15.13).

3.16 Bauplatten

413

Fragen: 1. Welche Anforderungen werden an Gesteine gestellt, die für Natursteinplatten genutzt werden sollen? 2. Nennen Sie geeignete Natursteine und deren Eigenschaften. 3. Aus welchen Materialien werden Betonwerksteinplatten hergestellt? 4. Welche Ausführungsarten von Betonwerksteinplatten gibt es? 5. Welche Anforderungen werden an Betonwerksteinplatten gestellt? 6. Nennen Sie Beispiele für die Verwendung von Natursteinplatten und Betonwerksteinplatten. 7. Wie sind Betonpflastersteine definiert? 8. Nach welchen Gesichtspunkten können Betonpflastersteine eingeteilt werden? 9 Nennen Sie die Anforderungen der DIN an Betonpflastersteine.

3.16 Bauplatten 3.16.1 Gipsplatten (DIN EN 520) DIN EN 520 versteht unter einer Gipsplatte eine „ebene rechteckige Platte, die aus einem Gipskern und einer daran fest haftenden Ummantelung aus einem festen, widerstandsfähigen Karton besteht ...“ Herstellung Ausgangsmaterialien sind gebrannter Gips, Wasser und verschiedene Zuschlagstoffe zur Beeinflussung der Festigkeit, der Härte, dem Porenanteil und der Abbindezeit des Gipses. Der Herstellungsablauf von Gipsplatten ergibt sich aus Abbildung 3.16.1. Über eine zentrale Regelung werden die Ausgangsmaterialien dem Mischer zugeführt und zu Gipsbrei vermengt. Als erstes läuft der Ansichtsseitenkarton mit hochgestelltem Rand auf die Bandstraße. Auf diesen wird dann der Gipsbrei dosiert aufgebracht. Mittels Walzen wird der Gipsbrei auf dem Karton in der gewünschten Dicke verteilt. Der hochgestellte Rand des unterseitigen Ansichtskartons wird umbörtelt und der Rückseitenkarton von oben aufgezogen. Nun läuft der in seiner Dicke und Breite bereits geformte Plattenstrang als Endlosplatte über die Abbindestrecke. Die Länge der Abbindestrecke (200 m und mehr) ist abhängig von der Versteifungszeit des Gipses und der Bandgeschwindigkeit. Nach dem Abbinden des Gipskerns wird am Ende der Abbindestrecke der Plattenstrang mit einer Schere auf die gewünschte Plattenlänge zugeschnitten. Gleichzeitig erfolgt das Bestempeln und Kennzeichnen der Platten. Über eine Wendevorrichtung werden die zugeschnittenen Platten der Trocknungsanlage (Mehretagentrockner) zugeführt (Verweildauer ca. 1 Stunde). Hier wird dem Gips das überschüssige Kristallwasser entzogen, so dass eine Restfeuchte von ca. 0,5 Gew.% verbleibt. Es folgt das scharfkantige Besäumen der Plattenschmalseiten. Zum besseren Erkennen der danach zu stapelnden Platten, werden je zwei Platten mit einem farbigen Papierstreifen gebündelt.

3

414

3 Baustoffe

3

Bild 3.16.1 Produktionsschema von Gipskartonplatten

Plattenarten (Tabelle 3.16.2) Gipsplatten Typ A sind Platten, auf deren Ansichtsseite ein geeigneter Gipsputz oder eine geeignete Beschichtung aufgetragen werden kann. Gipsplatten Typ H enthalten Zusätze zur Reduzierung der Wasseraufnahmefähigkeit. Es werden dabei die Wasseraufnahmeklassen H1, H2 und H3 unterschieden. Gipsplatten Typ E sind besonders für Beplankungen von Außenwandelementen gedacht. Sie müssen eine der Wasseraufnahmeklassen H1, H2 oder H3 erfüllen. Die WasserdampfDiffusionswiderstandszahl solcher Platten darf den Wert von 25 nicht überschreiten. Gipsplatten Typ F weisen einen verbesserten Gefügezusammenhalt des Kerns bei hohen Temperaturen auf. Wie bei Typ A kann auf die Ansichtsseite ein geeigneter Gipsputz oder eine dekorative Beschichtung aufgetragen werden. Der bessere Gefügezusammenhalt bassiert auf dem Zusatz mineralischer Fasern. Gipsplatten Typ P sind Putzträgerplatten. Sie haben eine für den Auftrag von Gipsputzen vorgesehene Ansichtsseite. Die Platten können bei der Herstellung zur besseren Haftung des Gipsputzes auch perforiert werden. Gipsplatten Typ D sind Platten mit definierter Dichte. Auch hier kann auf die Ansichtsseite ein geeigneter Gipsputz oder eine geeignete Beschichtung aufgetragen werden. Durch die garantierte Mindestdichte ermöglichen solche Platten einen verbesserten Schallschutz. Gipsplatten Typ R weisen eine erhöhte Bruchfestigkeit in Längs- und Querrichtung auf. Auf die Ansichtsseite kann ein geeigneter Gipsputz oder eine geeignete Beschichtung aufgetragen werden. Sie sind gedacht für den Einsatz bei erhöhter Stoßbeanspruchung. Gipsplatten Typ I sind Platten mit erhöhter Oberflächenhärte. Auf die Ansichtsseite kann ein geeigneter Gipsputz oder eine geeignete Beschichtung aufgetragen werden. Kantenausbildung Bei Gipskartonplatten sind die Längskanten ummantelt (die Querkanten sind nicht ummantelt), jedoch entsprechend ihrem Verwendungszweck unterschiedlich geformt. In Tabelle 3.16.3 sind die Kantenausbildungen zusammengestellt.

415

3.16 Bauplatten

Tabelle 3.16.2 Arten von Gipsplatten nach DIN EN 520 Plattentyp Merkmale/Verwendung

Anforderungen

Abmessungen übliche Breiten in mm

Typ A

Gipsputz oder Beschichtung möglich

Typ H

Platte mit reduzierte Wasseraufnahme; geeignet zur Verwendung in Feuchträumen

Typ E

Typ F

Typ P

übliche Nenndicken Längen in mm in mm 600/625/900/1200/1250 DIN EN 9,5/12,5/15 ; weitere Breiten mög- 520 keine lich Angaben

Wasseraufnahmeklassen: H1 = Wasseraufnahme ≤ 5 % H2 = Wasseraufnahme ≤ 15 % H3 = Wasseraufnahme ≤ 25 % Wasseraufnahme der Platten2 oberfläche ≤ 180 g/m Platte für Beplankungen für WasserdampfAußenwandelemente; nicht Diffusionswiderstandzahl ≤ 25; für Beschichtungen vorge- muss die Anforderungen der sehen; reduzierte Wasser- Wasseraufnahmeklassen aufnahme H1,H2 oder H3 erfüllen Platte mit verbessertem enthält mineralische Fasern Gefügezusammenhalt des Kerns bei hohen Temperaturen; Gipsputz oder Beschichtung möglich; für Brandschutzaufgaben Putzträgerplatte zum AufOberfläche kann perforiert sein bringen eines Gipsputzes

wie Typ A

wie Typ A

wie Typ A

wie Typ A

wie Typ A

wie Typ A

wie Typ A

wie Typ A

wie Typ A

400/600/900/1200; 1200/1500/ 9,5/12,5 weitere Breiten möglich 1800/2000; weitere Längen möglich

Platte mit definierter Dichte; Dichte ≥ 800 kg/m3 für Schallschutzaufgaben; (ca. 10 kg/m2 bei Dicke 12,5 wie Typ A wie Typ A wie Typ A Gipsputz oder Beschichtung mm) möglich Typ R Platte mit erhöhter Festigkeit; Gipsputz oder Bewie Typ A wie Typ A wie Typ A schichtung möglich Typ I Platte mit erhöhter Oberflächenhärte; Gipsputz oder wie Typ A wie Typ A wie Typ A Beschichtung möglich Die Gipsplatten D/E/F/H/I/R können miteinander kombiniert werden, z. B.: Gipsplatte Typ DFH2 = Gipsplatte Typ D; verbesserter Gefügezusammenhalt; reduzierte Wasseraufnahme von max. 10 % (entspricht einer Feuerschutzplatte GKFI nach DIN 18180) – Die Typen A und P können nicht kombiniert werden. Typ D

Tabelle 3.16.3 Kantenausbildung der Gipsplatten nach DIN EN 520 Kantenausbildung

Bezeichnung Volle Kante

Winkelkante

3

416

3 Baustoffe Abgeflachte Kante

Halbrunde Kante

3 Halbrunde abgeflachte Kante

Runde Kante

1 = Ansichtsseite 2 = Rückseite Die kartonummantelten Längskanten des Typs P sind als volle Kante oder als runde Kante ausgebildet. Die Querkanten der Gipsplatten sind rechtwinklig geschnitten

Neben den genannten Plattenarten gibt es für besondere Anwendungsbereiche eine Vielzahl weiterer Platten, z. B.: – Verbundplatten für wärmedämmende Maßnahmen (Bild 3.16.4), – Lochplatten zur Verbesserung der Akkustik bzw. zur Deckengestaltung (Bild 3.16.5), – Kassettenplatten zur Deckengestaltung.

Bild 3.16.4 Verbundplatte

Bild 3.16.5 Lochplatten

3.16 Bauplatten

Bezeichnung Gipsplatten sind zu bezeichnen: – mit dem Wort „Gipsplatte“ – mit dem Kurzzeichen des Gipsplattentyps: A/D/E/F/H(1,2,3)/I/P/R – mit der Angabe der Normbezeichnung „EN 520“ – mit den Abmessungen in mm in der Reihenfolge Breite, Länge, Dicke – mit der Angabe der Längskante, volle Kante Winkelkante usw. Beispiele: – Gipsplatte A/EN 520 – 1200/2000/12,5 abgeflachte Kante Erklärung: A = Gipsplatte Typ A geeignet zum Aufbringen von Gipsputz EN 520 = Hinweis auf die Normbezeichnung 1200 = Plattenbreite in mm 2000 = Plattenlänge in mm 12,5 = Plattendicke in mm abgeflachte Kante = Kantenausbildung – Gipsplatte DFH2R/EN 520 – 1250/3000/15 halbrunde Kante Erklärung: D = Gipsplatte Typ D mit definierter Dichte F = Gipsplatte Typ F mit verbessertem Gefügezusammenhalt des Kerns H2 = Gipsplatte Typ H mit reduzierter Wasseraufnahme von ≤ 10 % EN 520 = Hinweis auf die Normbezeichnung 1250 = Plattenbreite in mm 3000 = Plattenlänge in mm 15 = Plattendicke in mm halbrunde Kante = Kantenausbildung Bearbeitung Wesentlicher Vorteil der Gipsplatten ist ihre leichte und einfache Bearbeitung. So können die Platten problemlos zugeschnitten, gefast und gebohrt werden. Das Zuschneiden geschieht durch Einschneiden des Sichtseitenkartons (nach vorheriger Markierung) mit einem Plattenmesser, Brechen der Platte und Einschneiden des Rückseitenkartons an der Knickstelle oder mit einem eigens dafür konstruierten Plattenschneider. Zum Ausschneiden von Plattenteilen für das Setzen von Hohlwanddosen, zum Einführen von Leitungen, Lehrrohren oder Kabeln können Dosenschneider, Stichling oder Stichsäge eingesetzt werden. Befestigung Gipsplatten können befestigt werden: – mit Ansetzgips aus Batzen (Abbildung 3.16.6 a), – mit Fugenfüller im Dünnbettverfahren (Abbildung 3.16.6 b), – mit Schnellbauschrauben, – mit Klammern, – mit Nägeln (maschinell), – mit Gipsplattennägeln von Hand. Die Mindestlänge der Befestigungsmittel ist abhängig von der Eindringtiefe und der vorgesehen Plattendicke. Die Eindringtiefe in die Unterkonstruktion beträgt für: – Schnellbauschrauben = 5 dN, – Klammern = 15 dN, – glatte Nägel = 12 dN, – gerillte Nägel = 8 dN

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3

418

3 Baustoffe

3 b)

a) Bild 3.16.6 a) Befestigung von Gipsplatten im Ansetzverfahren; b) Befestigung von Gipsplatten im Dünnbettverfahren

Dabei bedeutet dN der Nenndurchmesser der Schrauben, der Drahtdurchmesser der Klammern bzw. der Schaftdurchmesser der Nägel. Werden im Deckenbereich (einschließlich der Dachschrägen) Nägel verwendet, dürfen nur gegrillte Nägel zum Einsatz kommen. Bei der Verwendung von Klammern müssen diese eine Beharzung aufweisen. Die maximalen Abstände der Befestigungsmittel betragen bei Schnellbauschrauben 250 mm, bei Klammern 80 mm und bei Nägeln 120 mm. Grundsätzlich sind aber immer die Verarbeitungsrichtlinien der Hersteller zu beachten. Montage Gipsplatten können grundsätzlich in Längsrichtung oder in Querrichtung befestigt werden. Empfohlen wird die Verlegung quer zur Lattung. Dabei erfolgt die Belastung der Gipsplatte in Längsrichtung. Die Gipsplatte kann optimal die Belastung aufnehmen (die Fasern wirken wie die Stahlbewehrung im Beton). Verlaufen die Lattung und die Kartonfaser parallel zueinander, erfolgt die Biegebeanspruchung rechtwinklig zur Faser. Die Gipslatte verformt sich leichter und hängt durch (Abb. 3.16.7). Die Biegebruchlast von Gipsplatten ist in Längsrichtung ca. 2,5 mal so groß wie in Querrichtung (bei 12,5 cm Plattendicke in Querrichtung 210 N, in Längsrichtung 550 N, beim Typ R quer 300 N, längs 725 N)). Die Faserrichtung verläuft immer in Längsrichtung der Gipsplatte. Sie ist auch an der rückseitigen Plattenkennzeichnung zu ersehen. Die Kennzeichnung ist auf der Plattenrückseite so angebracht, dass sie in Längsrichtung der Gipsplatte und somit auch in Faserrichtung verläuft.

Bild 3.16.7 Befestigung von Gipsplatten a) quer, b) längs zur Lattung

419

3.16 Bauplatten

Verspachtelung Um eine einheitlich geschlossene Wandoberfläche zu erzielen, sind die Fugen der aneinanderstoßenden Platten zu verspachteln (Abbildung 3.16.8). Zum Verspachteln stehen verschiedene Spachtelmassen zur Verfügung: – Gipshaltige Fugenfüller werden mit Wasser angemacht. Die Verarbeitungszeit beträgt 30 bis 40 Minuten. Geeignet sind diese für die Verspachtelung von Hand – Gipsfreie Fugenfüller enthalten organische Bindemittel und armierende Fasern. Sie werden ebenfalls mit Wasser angemacht und erhärten durch Trocknung.. Die Verarbeitungszeit beträgt bis zu 8 Stunden. Sie sind auch geeignet für die maschinelle Verarbeitung. – Kunststoffvergütete Spachtelmassen sind gebrauchsfertig. Diese erhärten durch Trocknung und lassen sich bis auf Null ausziehen. – In Abhängigkeit der Fugenausbildung der Gipsplatte sind in die Fugen Bewehrungsstreifen einzulegen. Diese verhindern, dass später unter Gebrauchslast Risse entstehen.

Bild 3.16.8 Verspachtelung von Gipsplatten

Oberflächengestaltung Auf Gipsplatten sind je nach Typ, nach entsprechender Vorbehandlung, alle üblichen Beschichtungen aufbringbar. Das können sein: – Anstriche jeglicher Art, – Kunstharzputze, – Keramische Beläge, – Tapeten, – Kunststoff-Wandbeläge, – Textile Spannstoffe. Lagerung und Transport Gipsplatten sind auf einer ebenen Unterlage (Kanthölzer, Palette) flach aufliegend zu lagern (Abb. 3.16.9). Vor Feuchtigkeit (Durchfeuchtung) sind sie schützen (eventuell mit einer Folie abdecken). Der Transport erfolgt bei Einzelplatten durch zwei Personen, die die Platte hochkant mit Hilfe eines Plattenträgers tragen. Sind mehrere Platten zu transportieren, kann das mit einem Plattenroller oder mit einem Transport- und Arbeitswagen erfolgen.

3

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3

3 Baustoffe

Bild3.16.9 Sachgerechte Lagerung von Gipsplatten

Fragen: 1. Wie definiert DIN EN 520 den Begriff ‘Gipsplatte’? 2. Aus welchen Ausgangsstoffen bestehen Gipsplatten? 3. Nennen sie die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale der Gipsplatten-Typen. 4. Für welche Zwecke werden Lochplatten bzw. Schlitzplatten eingesetzt? 5. Was sind Verbundplatten? 6. Nennen Sie die Kantenformen nach DIN EN 520 für Gipsplatten. 7. Wie können Gipsplatten bearbeitet werden? 8. Nennen Sie Möglichkeiten der Befestigung von Gipsplatten. 9. In welcher Richtung sollen Gipsplatten befestigt werden? 10. Wie sind Gipsplatten zu lagern und zu transportieren? 11. Erklären Sie die Kurzzeichen: – Gipsplatte A/EN 520 – 1200/2400/12,5 abgeflachte Kante – Gipsplatte FH2/EN 520 – 1250/3000/15 halbrunde abgeflachte Kante – Gipsplatte DFH2IR/EN 520 – 1250/3500/12,5 runde Kante

3.16.2 Gips-Wandbauplatten (EN 12859) Massive Gips-Wandbauplatten werden aus Stuckgips hergestellt. Zur Verbesserung bauphysikalischer Eigenschaften können anorganische Zuschlag- und Füllstoffe bzw. porenbildende Zusätze beigemischt werden. In Abhängigkeit vom Wasser-Gips-Faktor, den beigemischten Zuschlagund Füllstoffen und den Zusätzen ergeben sich unterschiedliche Rohdichten der Wandbauplatten. Zur besseren Verzahnung beim Vermauern haben Gips-Wandbauplatten an mindestens zwei sich gegenüberliegenden Stoß- und Lagerfugen, in der Regel aber ein umlaufendes Nut- und Feder profil (Abb. 3.16.10).

Bild 3.16.10 Gips-Wandbauplatte

421

3.16 Bauplatten

Arten Gips-Wandbauplatten gibt es als massive Wandbauplatte ohne Hohlräume und Wandbauplatte mit Hohlräumen. Die Sichtflächen sind sehr eben und glatt. Die angebotenen Platten gliedern sich hinsichtlich ihrer Dichte in drei Klassen (Tabelle 3.16.11). Eine Hydrophobierung ist erlaubt. Die maximale Wasseraufnahme solcher Platten beträgt 5 % ihrer Trockenmassse. Tabelle 3.16.11 Rohdichteklassen der Gips-Wandbauplatten Platten mit ... hoher Rohdichte mittlerer Rohdichte niedriger Rohdichte

Masse 3 3 ≥ 1100 kg/m bis ≤ 1500 kg/m 3 3 ≥ 800 kg/m bis < 1100 kg/m 3 3 ≥ 600 kg/m bis < 800 kg/m

Oberflächenhärte mind. 80 Shore C-Einheiten mind. 55 Shore C-Einheiten mind. 40 Shore C-Einheiten

Um die Platten visuell unterscheiden zu können kann eine farbliche Kennzeichnung erfolgen. Die farbliche Kennzeichnung beruht auf den Kriterien Wasseraufnahmefähigkeit und Plattendichte. (Tabelle 3.16.12 und 3.16.13). Weisen Gips-Wandbauplatten weniger als 1 % Massenanteil bzw. Volumen an organischen Stoffen auf, werden sie bezüglich ihres Brandverhaltens in die Euroklasse A1 (kein Beitrag zur Brandlast) eingestuft. Die Abmessungen der Platten ergeben sich aus Tabelle 3.16.14. Bei der Bezeichnung von Gips-Wandbauplatten ist auch der ph-Wert anzugeben. Dabei wird unterschieden: Platten mit üblichem ph-Wert: 6,5 bis ≤ 10,5 und Platten mit niedrigem ph-Wert: 4,5 bis < 6,5. Tabelle 3.16.12 Klassen der Wasseraufnahmefähigkeit für Gips-Wandbauplatten Farbe natur blau grün

Wasseraufnahmefähigkeit keine Anforderung ≤5 ≤ 2,5 %

Etikett H 3 (maßgebend sind die Dichteklassen) H2 H1

Tabelle 3.16.13 Dichteklassen der Gips-Wandbauplatten Farbe rosa 1) natur gelb 1) 1)

Dichteklasse hohe Dichte mittlere Dichte niedrige Dichte

= gilt nur für die Klasse H 3 der Wasseraufnahmefähigkeit

Tabelle 3.16.14 Maße von Gips-Wandbauplatten Dimension Dicke Länge Höhe

Maße in mm ≥ 50 bis ≤ 150 ≤ 1000 abhängig von der Länge, wobei die Sichtfläche ≥ 0,20 m2 beträgt

Vorzugsmaße in mm 50/60/70/80/100/ 666 500

Bezeichnung Gips-Wandbauplatten sind zu bezeichnen: – mit dem Wort „Gips-Wandbauplatte – mit der Angabe der Normbezeichnung „EN 12859“ – mit den Abmessungen in mm in der Reihenfolge Dicke, Länge, Höhe – der Plattenart: mit oder ohne Hohlräume, Rohdichte-Klasse(hohe, mittlere, niederige), Flächengewicht, hydrophobiert (falls zutreffend) – ph-Wert Beispiel: Gips-Wandbauplatte EN 12859 80-666-500, massiv, mittlere Dichte, 60 kg/m2, ph > 6,5

3

422

3

3 Baustoffe

Erklärung: Gips-Wandbauplatte = Gegenstand der Bezeichnung EN 12859 = Bezeichnung der europäischen Norm 80 = Dicke der Platte in mm 666 = Länge der Platte in mm 500 = Höhe der Platte in mm massiv = Platte ohne Hohlräume mittlere Dichte = 800 kg/m3 bis < 1100 kg/m3 60 kg/m2 = Flächengewicht pro m2 ph < 6,5 = Platte mit niedrigem ph-Wert Verwendung Für nichttragende Trennwände (Abb. 3.16.15). Die Platten werden mit Gipskleber (EN 12860) miteinander verbunden. Dabei handelt es sich um eine Mischung aus Stuckgips und Zusatzmitteln. Die Platten sind auf der Baustelle vor Feuchtigkeit geschützt zu lagern. Sie sollten möglichst bis zur Verarbeitung in der eingeschweißten Verpackung der Herstellers verbleiben.

Bild 3.16.15 Nichttragende Trennwand

Eigenschaften – glatte Oberfläche, – maßhaltig, – scharfkantig, – einfach zu versetzen (Nut und Feder), – einfache Bearbeitbarkeit, – geeignet für alle Beschichtungen, – recycelbar. Fragen: 1. Aus welchen Ausgangsstoffen werden Gips-Wandbauplatten hergestellt? 2. Welche Arten von Gips-Wandbauplatten unterscheidet die EN 12859? 3. Sie sehen auf der Baustelle ein Paket Gips-Wandbauplatten in a) grüner, b) gelber Farbe. Welche Aussage können Sie treffen? 4. Wie sind Gips-Wandbauplatten zu lagern?

423

3.16 Bauplatten

5. Für welche Maßnahmen werden Gips-Wandbauplatten eingesetzt? 6. Erklären sie die Kurzbezeichnung: Gips-Wandbauplatte EN 12859 100-666-500, nicht massiv, 80 kg/m2, hydrophobiert, ph < 6,5. 7. Welche Eigenschaften besitzen Gips-Wandbauplatten?

3.16.3 Holzwolle-Leichtbauplatten (HWL) Holzwolle-Leichtbauplatten (HWL-Platten) (Abb. 3.16.16) werden hergestellt aus langfaseriger, längsgehobelter Holzwolle und einem mineralischen Bindemittel (Herstellung und Eigenschaften Tabelle 3.11.44). Werden Holzwolle-Leichtbauplatten kombiniert mit Hartschaum- bzw. Mineralfaserplatten, heißen sie Mehrschicht- Leichtbauplatten (ML-Platten. (Abb. 3.16.17). Diese haben einen Kern aus Polystyrol-Hartschaum oder Mineralfaser und eine ein- oder beidseitige 5 mm oder 10 mm dicke Deckschicht aus mineralischer Holzwolle (Zweischicht oder Dreischichtplatte). Die Dicke der Dämmschicht beträgt zwischen 15 und 120 mm. Die Plattenabmessungen betragen 2000 mm × 500 mm. Nach ihrem Brandverhalten sind sie eingeordnet in die Baustoffklasse B2 (normalentflammbar), bzw. B1 (schwerentflammbar). Neben diesen beiden Plattenarten gibt es als Spezialausführung 8 mm dicke magnesitgebundene Putzträgerplatten. Die Befestigung erfolgt durch anbetonieren (mit Haftsicherungsankern), annageln oder anschrauben auf einer Konterlattung, durch andübeln an massive Bauteile oder durch ankleben im Dünnbettverfahren an Massivwänden im Innenbereich.

a)

b)

Bild 3.16.16 a) Holzwolle zur Herstellung von Holzwolle-Leichtbauplatten; b) Holzwolle-Leichtbauplatten, zementgebunden

a) Bild 3.16.17 Mehrschicht-Leichtbauplatte a) mit Mineralfaser, b) mit Styropor

b)

3

424

3

3 Baustoffe

Verwendung Insbesondere die ML-Platten besitzen eine gute Wärmedämmung und werden deshalb eingesetzt bei Stahlbetonstützen, bei Fenster- und Türstürzen, Deckenstirnseiten, auskragenden Balkonplatten, Rollladenkästen, Ringankern und anderen Bauteilen, die später verputzt werden. Dabei dient die Schicht aus Holzwolle als Putzträger. Weitere Anwendungsgebiete sind das Anbetonieren als verlorene Schalung, das Verlegen bei trittschalldämmenden Estrichen, das Verlegen als Wärmedämmschicht unter Estrichen oder das Verlegen als Wärmedämmschicht auf Decken. Außenwandbereiche können mit ML-Platten ganzflächig gedämmt und anschließend verputzt werden. Damit die Platten beim Verputzen nicht zu nass werden und quellen, ist vor dem eigentlichen Putzauftrag ein Spritzbewurf aufzubringen. Die Befestigung mit Haftsicherungsankern aus korrosionsgeschützten oder nichtrostendem Stahl oder aus Kunststoff erfolgt nach Abb. 3.16.18.

Bild 3.16.18 HWL-Platte mit Haftsicherungsanker aus verzinktem Stahl

Fragen: 1. 2. 3. 4. 5.

Aus welchen Ausgangsstoffen bestehen Holzwolle-Leichtbauplatten? Nennen Sie Anwendungsgebiete von Holzwolle-Leichtbauplatten? Weshalb ist vor dem Verputzen von HWL-Platten ein Spritzbewurf auszubringen? Wie erfolgt die Befestigung von HWL-Platten? Warum dürfen nur korrosionsgeschützte oder nichtrostende oder aus Kunststoff bestehende Haftsicherungsanker für die Befestigung von HWL-Platten verwendet werden?

3.17 Dämmstoffe Die Wirkung von Wärmedämmstoffen beruht auf dem Prinzip ruhender Luftschichten. Für den baulichen Wärmeschutz wurde dies abgeleitet aus der Erkenntnis des körperlichen Wärmeschutzes beim Menschen. Felle, Wolle und Kleidung waren bedingt durch ihre porige Struktur ein vorzüglicher Schutz vor Kälte. Je dicker diese Schichten ausgebildet wurden, umso besser konnte der Körper vor Wärmeverlusten geschützt werden. So auch bei den Wärmedämmstoffen. Die Wärmedämmung beruht auf dem Vorhandensein möglichst kleiner Poren, die mit trockener Luft gefüllt sind. Deshalb zeigen insbesondere poröse, leichte Baustoffe ein gutes Wärmedämmvermögen. Dabei gilt, je kleiner (die Luftzirkulation tendiert gegen null), zahlreicher und gleichmäßiger die Poren sind, um so besser die Dämmwirkung. Um die einzelnen Baustoffe miteinander vergleichen zu können, hat man für die Wärmedämmstoffe deren spezifische Wärmeleitfähigkeit λ in W/m⋅K (klein Lamda in Watt pro Meter und Kelvin) ermittelt. Die Wärmeleitfähigkeit λ ist also eine für jeden Stoff charakteristische Kenngröße, ein Maß für die Wärmedurchlässigkeit bzw. den Wärmeabfluss (Abbildung 3.17.1). Die Einheit der Wärmeleitfähigkeit λ ist W/m ⋅ K

425

3.17 Dämmstoffe

(Watt pro Meter mal Kelvin). Dieser Wert ist Ausgangspunkt für alle erforderlichen dämmtechnischen Berechnungen. Es gilt also: Je kleiner die Wärmeleitzahl λ, desto schlechter ist die Wärmeleitung bzw. desto besser ist die Wärmedämmung. Die Einteilung der Wärmedämmstoffe erfolgt in der Regel nach den Stoffgruppen organisch und anorganisch. In der Tabelle 3.17.2 sind für die wichtigsten Wärmedämmstoffe deren Ausgangsstoffe, Eigenschaften und Verwendung benannt. Abbildung 3.17.3 zeigt beispielhaft die Kennzeichnung von Polystyrol-Hartschaumplatten. Die Angaben beinhalten u.a.: den Produktnamen, die Plattenabmessungen, die Menge, die normgerechte Bezeichnung, Produkteigenschaften, die Wärmeleitzahl, den Nennwert des Wärmedurchlasswiderstandes, die Klassifizierung des Brandverhalten, Anwendungsgebiete sowie den Hersteller.

Bild 3.17.1 Wärmeabfluss nach der Wärmeleitfähigkeit Tabelle 3.17.2 Wärmedämmstoffe Bezeichnung

Rohdich- Wärmeleit- Bestandteile te ρ fähigkeit λR Herstellung in kg/dm3 in W/m⋅K Lieferform

Eigenschaften

Anwendung

Anorganische, porige Dämmstoffe Blähglimmer

0,1

0,05

durch Hitze geblähter Glimmer Schüttung

hitze- und aggres- für hitze- und feuersionsbeständig, beständige Schichungezieferfrei ten, z. B. im Schornsteinbau, Putzzusatz

Perlite

0,15

0,05

bei > 100 °C expandiertes vulkanisches Gestein Schüttung

hitzebeständig, nimmt keine Feuchtigkeit auf, ungezieferfrei

Zuschlag für Wärmedämmplatten, Putzzusatz, Schüttungen

Schaumglas

0,15 0,1

0,06 0,045

bis etwa 1700 °C erhitzter und in Stufen abgekühlter Glasschaum Platten

dampfdicht, fest, maßhaltig, nicht brennbar, säurebeständig

Kühlhausbau, Flachdachdämmung, Perimeterdämmung

3

426

3 Baustoffe

Tabelle 3.17.2 Fortsetzung Bezeichnung

Rohdichte Wärmeleit- Bestandteile ρ fähigkeit λR Herstellung in kg/dm3 in W/m⋅K Lieferform

Eigenschaften

Anwendung

Anorganische Faserdämmstoffe Glaswolle

0,02 0,2

0,02 0,04

Fasern aus geschmolzenem Altglas, Quarzsand, Soda und Kalkstein + Kunstharzbinder Matte, Filz

Steinwolle

0,02 0,2

0,02 0,04

Fasern aus wie Glaswolle geschmolzenem Altglas, Feldspat, Sand , Gestein + Kunstharzbinder Matte, Filz

3

elastisch, geschmeidig, biegsam, fäulnisfest, nicht entflammbar

Wärme- und Luftschalldämmung (Wand, Decke, Trennwand, Dachausbau, Estrich) WDVS

wie Glaswolle

Organische, porige Dämmstoffe Polytyrol-Hartschaum

0,015 0,03

0,035 0,04

Erdölprodukt Styrol aus Rohöl + Treibmittel > Styropor. Vorgeschäumte Styroporperlen werden zu Blöcken aufgeschäumt Platten

leicht- oder schwer entflammbar, sehr leicht (98% Luft), brennbar, alterungsbeständig, verrottungsfest, anfällig gegen Ölund Teerprodukte und Hitze, wasserabweisend, nicht UV-beständig

Wärmedämmschichten (Wand, Decke, Estrich, Dachausbau), WDVS

extrudiertes Schaumpolytyrol

0,015 0,03

0,025 0,04

ErdölproduktStrangpressverfahren im Extruder Platten

druckfest, witterungsbeständig, geringe Wasseraufnahme, formstabil, verrottungsfest, geschlossenzellig

Wärmedämmschichten (Wand, Decke, Estrich, Dachausbau), WDVS

427

3.17 Dämmstoffe

Tabelle 3.17.2 Fortsetzung Bezeichnung

Polyurethan-Hartschaum

Rohdich- Wärmeleit- Bestandteile te ρ fähigkeit λR Herstellung in kg/dm3 in W/m⋅K Lieferform 0,03

0,02 0,035

0,045 0,055

Eigenschaften

Anwendung

Erdölprodukt Chemisches Reaktionsprodukt unter Zusatz von Treibmittel geschäumt Platten

alterungsbeständig, elastisch, geschlossenzellig

Wärmedämmschichten (Wand, Decke, Estrich, Dachausbau), WDVS

Rinde der Korkeiche geschrotet, erhitzt und mit Bitumen (Pech) zusammengebacken Platten Schüttung

elastisch, fäulnisfest, flammwidrig, geringe Wasseraufnahme

Schall- und Wärmedämmschichten (Wand, Decke, Estrich, Dachausbau), WDVS

Kork

0,08 0,50

Holzfasern

0,04 0,06

0,04 0,055

zerfasertes Schwachholz + Kunstharze oder Lignin unter hohem Druck gepresst Platten

elastisch, wasseraufnehmend, gut bearbeitbar, flammwidrig

Schall- und Wärmedämmschichten (Wand, Decke, Dachausbau),

Holzwolle

0,036 0,50

0,09

langfaserige Holzwolle wird mit Magnesia, Zement oder Gips gebunden Platten

fest, gut bearbeitbar, guter Putzgrund, nicht witterungsbeständig, wasseraufnehmend, flammwidrig

wärmedämmende Putzträgerplatten, Leichtbauwände, verlorene Schalung im Stahlbetonbau

Zellulosewolle

0,035 0,06

0,045

meist zerfaser- diffusionsfähig, tes Zeitungs- ungeziefer- und papier unter verrottungssicher Zusatz von Mineralsalzen (Recyclingprodukt) Schüttung

Organische Faserdämmstoffe

für wand-, Deckenund Dachhohlräume (im Einblasverfahren eingebracht)

3

428

3 Baustoffe

3

Bild 3.17.3 Etikett einer Styrodurverpackung

Die Wirkung von Schalldämmstoffen beruht auf der Schallabsorption (Schallschluckung) und der dynamischen Steifigkeit (Federungsvermögen). Die Schallschluckung erfolgt durch Umwandlung von Schallenergie in Wärmeenergie. Dadurch wird die Schallwellenfortpflanzung vermindert. Die Schallschluckung ist von Bedeutung bei der räumlichen Akustik. Porige Stoffe weisen ein gutes Schallschluckungsverhalten auf, z. B. Dämmstoffe aus Mineralfaser, Kokosfasern, Cellulose. Die dynamische Steifigkeit kennzeichnet das Federungsvermögen von Dämmschichten, was sich besonders bei der Trittschallschalldämmung auswirkt. Der Kennwert der dynamischen Steifigkeit ist s’ (s-Strich) in MN/m3. S’ ergibt sich aus der in den Poren eingeschlossenen Luft (der Luftsteifigkeit) und aus der Gefügesteifigkeit der Dämmstoffe. Ein guter Wärmedämmstoff muss also nicht gleichzeitig auch ein guter Schalldämmstoff sein. Bei der Auswahl der Dämmstoffe gilt es die Eigenschaften der Baustoffe genau zu beachten. Hilfreich ist dabei die vom Hersteller auf dem Verpackungsetikett angegebenen Hinweise zum Anwendungsgebiet. Diese ergeben sich aus der DIN EN 4108-10 (Tabelle 3.17.4).

429

3.17 Dämmstoffe

Tabelle 3.17.4 Anwendungsgebiete nach DIN 4108-10 Anwendungsgebiet

Kurzzeichen DAD DAA

Decke, Dach

DUK DZ DI DEO DES

Wand

Perimeter

WAB WAA WAP WZ WH WI WTH WTR PW PB

Anwendungsbeispiel Außendämmung von Dach oder Decke, vor Bewitterung geschützt, Dämmung unter Deckung Außendämmung von Dach oder Decke, vor Bewitterung geschützt, Dämmung unter Abdichtung Außendämmung des Daches, der Bewitterung ausgesetzt, Umkehrdach Zwischensparrendämmung, zweischaliges dach, nicht begehbare, aber oberste zugängliche Geschossdecken Innendämmung der Decke (unterseitig) oder des DACHES; Dämmung unter den 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 Außendämmung der Wand hinter Bekleidung Außendämmung der Wand hinter Abdichtung Außendämmung der Wand unter Putz Dämmung von zweischaligen Wänden Dämmung von Holzrahmen- und Holztafelbauweise Innendämmung der Wand Dämmung zwischen Haustrennwänden mit Schallschutzanforderungen Dämmung von Raumtrennwänden Außenliegende Wärmedämmung von Wänden gegen Erdreich (außerhalb der Abdichtung) Außenliegende Wärmedämmung unter der Bodenplatte gegen Erdreich (außerhalb der Abdichtung)

Fragen: 1. Auf welchem Prinzip beruht die Dämmwirkung von Wärmedämmstoffen? 2. Wie sind gute Wärmedämmstoffe beschaffen? 3. Ein Wärmedämmstoff weist einen λ-Wert von 0,040 W/m⋅K, ein anderer einen λ-Wert von 0,025 W/m · K auf. Welcher ist der bessere Wärmedämmstoff? Begründen Sie Ihre Aussage. 4. Welche Angaben sind auf den Verpackungsetiketten vom Hersteller anzugeben? 5. Auf welchem Prinzip beruht die Schallabsorption und die dynamische Steifigkeit s’? 6. Die DIN 4108-10 beschreibt per Kurzzeichen Anwendungsgebiete für Dämmstoffe. Geben Sie für die aufgelisteten Kurzzeichen Anwendungsbeispiele an: DAD; DZ; DES; WAP; WTH; PW. 7. Abbildung 3.17.3 zeigt das Etikett für einen Wärmedämmstoff. a) Für welche Anwendungsgebiete nach DIN EN 4108-10 ist dieser geeignet? b) Welche Wärmeleitzahl weist dieser Dämmstoff auf? c) Welche Abmessungen haben die Platten? d) Um welches Material handelt es sich bei diesem Wärmedämmstoff?

3

430

3

3 Baustoffe

Bildquellennachweis – Arbeitsgemeinschaft der Bitumenindustrie e.V.: Bild 3.12.1 – ATIKA GmbH & Co. KG, 59227 Ahlen: Bild 3.5.13 – Beton-Verlag GmbH, Erkrath: Bild 3.7.19 – Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e.V., Köln, Zementmerkblatt: Bilder 3.3.18; 3.7.21; 3.9.3 – DOKA Schalungstechnik GmbH, Amstetten: Bild 3.10.12 – DESOWAG GmbH, Düsseldorf: Bilder 3.11.32 und 3.11.33 – Hebel Wohnbau, Malsch, Technische Information, 6.Auflage: Bild 3.2.27 – HeidelbergCement AG, Heidelberg: Bild 3.6.6 – Kalksandstein Information GmbH + Co.KG, Hannover: Bilder 3.2.18; 3.2.19; 3.2.23 – Knauf Gips KG, Iphofen: Bilder 3.3.3; 3.5.5; 3.16.1 – Pedax Maschinenbau GmbH Bitburg: Bild 3.9.16 – Putzmeister Holding GmbH, 72631 Aichtal: Bild 3.7.11 – Schwenk Servicecenter, Ulm: Bild 3.3.20 – SCHWENK Zement KG, Ulm 3.3.6 – SPESA, Spezialbau und Sanierung GmbH, Schrobenhausen: Bild 3.7.12

4 Mathematische Grundlagen 4.1 Berechnen von Längen, Höhen, Breiten

36 5

36

5

2,62

4.1.1 Grundlagen

Dachpappe l = 24,00 m

8,99 Bild 4.1.1 Quader, Dachpappe

Längeneinheiten (Längen, Höhen, Breiten) und deren Umrechnungen sind in der Bautechnik häufig erforderlich. Eine sehr wichtige Einheit zur Längenermittlung stellt das „Meter“ dar. Die Länge wird durch das Formelzeichen ‚l’ abgekürzt, die Maßeinheit dieser Größe ist ‚m’.

Abgeleitete Größen sind: Dezimeter (dm), Zentimeter (cm), Millimeter (mm). Merksatz: 1 m = 10 dm Wird die Einheit kleiner, so wird der Zahlenwert größer. 1 cm = 10 mm Wird die Einheit größer, so wird der Zahlenwert kleiner. Die Umwandlungszahl beträgt jeweils ‚10’. Beispiel 1: Die Länge einer Hofeinfahrt soll anhand der Skizze in m ermittelt werden (Abb. 4.1.2).

6,50 m

50 18dm cm

240 cm

Bild 4.1.2 Draufsicht Einfahrt

Problem: Es sind in der Aufmassskizze für die Längen verschiedene Längeneinheiten verwendet worden, die man nicht einfach addieren kann, sondern zuerst in m umrechnet. a) cm – dm – m: 50 cm =5 dm = 0,50 m b) dm – m: 18 dm = 1,80 m c) cm – dm – m: 240 cm = 24 dm = 2,40m

432

4 Mathematische Grundlagen

Jetzt kann man unter Berücksichtigung gleicher Längeneinheiten (m) die Zahlenwerte der einzelnen Längen addieren. l = 6,50 m + 0,50 m + 1,80 m + 2,40 m = 11,20 m

4.1.2 Übungsaufgaben Berechnen Sie in m! 1. 3,45 m – 0,48 dm + 22,00 dm + 230 mm 2. 0,06 km + 245,55 m – 6200 cm 3. 23,55 dm + 569,23 m – 15,56 dm + 10,00 mm 4. 30,20 cm + 56,56 mm – 0,006 km 5. Eine Fensteröffnung ist 2,49 m breit. Geben Sie die Breite in dm und cm an. 6. Die Länge eines Grundstücks wurde mit 38,50 m gemessen. Wie vielen dm, km, cm entspricht das? 7. Die Maße eines Baugrundstücks sind in der Skizze in m angegeben. Berechnen Sie die jeweiligen Längen in dm, cm, mm. Geben Sie Ihren Rechenweg an! (Abb. 4.1.3) 8. Für den Quader (Abb. 4.1.4) sind die Seitenlängen in mm anzugeben. 9. Eine Länge von 12,60 m soll in cm angegeben werden. Welche Umrechnungszahl und welcher Merksatz wenden Sie an? Erklären Sie Ihren Lösungsweg! 10. Eine Gartenmauer hat eine Höhe von 2,70 m (Abb. 4.1.5). Wie vielen dm, cm, mm entspricht das?

0,3

2,5 dm

m

23,50

16,30

4

Beispiel 2: Die ermittelte Länge von 11,20 m kann man in dm, cm, mm angeben. m – dm 11,20 m × 10 = 112,00 dm m – dm – cm 11,20 m × 10 × 10 = 1120,00 cm m – dm – cm – mm 11,20 m × 10 × 10 × 10 = 11200,00 mm Auch hier kommt unser Merksatz zur Anwendung: Wird die Einheit kleiner, so wird der Zahlenwert größer; von Einheit zu Einheit jeweils um den Faktor 10.

20 cm Bild 4.1.3 Draufsicht Grundstück

Bild 4.1.4 Würfel

+ 2,70 0,00

Bild 4.1.5 AS Gartenmauer-Weg

433

4.2 NN-Höhen in der Bautechnik

4.2 NN-Höhen in der Bautechnik Höhen und Höhenunterschiede werden oft auf die NN-Höhe bezogen. Die NN-Höhe (NormalNull) entspricht der Höhe des Meeresspiegels und dient als Bezugshöhe. (Abb. 4.2.1) + 136,50 m ü NN Normal Null

Bild 4.2.1 NN-Höhenprofil

P1

Der Messpunkt P1 hat gegenüber NN einen Höhenunterschied von 136,50 m, d.h. P1 liegt um 136,50 m höher als der Meeresspiegel. Bei der Höhenmessung wird der senkrechte Höhenunterschied von Punkten gemessen und eine bestimmte Höhe auf andere Punkte übertragen. In der Baupraxis bedeutet das, dass Höhen von Bauteilen ermittelt werden, Straßenneigungen bestimmt werden oder aber Rohrleitungsgefälle hergestellt werden. Wie ermittelt man einen Höhenunterschied? (Abb. 4.2.2)

P2 P1

P2 P1

Bild 4.2.2 NN-Höhenprofil

Es gibt verschiedene Möglichkeiten. Für kurze Strecken nutzt man die Setzlatte mit der Wasserwaage und der Messlatte. In P1 wird die Messlatte lotrecht aufgestellt. Die Setzlatte wird mit Hilfe der Wasserwaage „eingewogen“, an der Unterkante der Messlatte kann man den Höhenunterschied ablesen. Eingesetzt wird diese Methode der Höhenmessung z.B. beim Herstellen von Böschungsneigungen oder bei kurzen Entfernungen in schrägem Gelände. Für größere Strecken wird das Nivelliergerät verwendet. Die Messung beginnt an einem festen Punkt (A) im Gelände, dessen NN-Höhe bekannt ist. Auf diesen Messpunkt (A) wird die Nivellierlatte lotrecht aufgesetzt. Ziel dieser Messübung ist es, den Geländepunkt B bezogen auf die NN-Höhe des Geländepunktes A zu erfassen.

Bild 4.2.3 Wendepunkte Strichskizze

4

434

4

4 Mathematische Grundlagen

Durchführung der Höhenmessung: Nivellierlatte auf den Festpunkt A lotrecht aufstellen. Nivellierinstrument unter Beachtung der Zielweite in Punkt IS I aufstellen. Rückblick R1 in das Feldbuch eintragen. Nivellierlatte in WP1 aufstellen. Vorblick V1 in das Feldbuch eintragen. Instrumentenwechsel nach Standpunkt IS II vornehmen und Latte am WP1 drehen. Rückblick R2 in das Feldbuch eintragen. Nivellierlatte auf Wechselpunkt WP2 aufstellen. V2 in das Feldbuch eintragen. Instrumentenwechsel nach IS III und Latte am WP2 drehen. usw. … Tabelle 4.2.4 Nivellierformular (Feldbuch) zur Höhenmessung Ablesungen Rückblick

Punkt

Zwischenblick

Vorblick

Instrumentenhorizont

Höhe über NN

4.3 Maßstabsrechnen 4.3.1 Grundlagen Um Bauteile und Bauwerke auf Bauzeichnungen darzustellen, werden diese in der Regel verkleinert dargestellt. Manchmal ist es auch notwendig, ein Bauteil größer als das Original darzustellen, um Details zu erkennen. Bei Verkleinerungen und Vergrößerungen wird die Form des Bauteils oder des Bauwerks nicht verändert, sondern nur dessen Größe. Das Verkleinerungs- und Vergrößerungsmaß drückt den Maßstab aus. Unter einem Maßstab versteht man allgemein das Größenverhältnis einer Strecke auf einer Bauzeichnung gegenüber ihrer wirklichen Größe (Abb. 4.3.1.1).

M 2:1

M 1:1 M 1:2 30 Bild 4.3.1.1

30 Maßstab

30

435

4.3 Maßstabsrechnen

Tabelle 4.3.1.2

Maßstäbe

Wirklichkeit Maßstab 1 : 1 M 1:1 bedeutet, dass 1 cm in der Zeichnung 1 cm in der Wirklichkeit entspricht. Alle Maße der Zeichnung entsprechen der wirklichen Größe.

Verkleinerung Maßstab 1 : X M 1:2 bedeutet, dass 1 cm in der Zeichnung 2 cm in der Wirklichkeit entspricht. Alle Maße der Zeichnung entsprechen ½ der wirklichen Größe.

Vergrößerung Maßstab X : 1 M 2:1 bedeutet, dass 2 cm in der Zeichnung 1 cm in der Wirklichkeit entspricht. Alle Maße der Zeichnung entsprechen der 2-fachen Größe der wirklichen Größe.

In der Bautechnik werden folgende Maßstäbe häufig verwendet: Tabelle 4.3.1.3

4

Maßstabsanwendung

Maßstab 1:1, 1:5, 1:10, 1:20, 1:25 1:50 1:100 1:250, 1:500 1:500, 1:1000

Anwendung Detail-, Teilzeichnungen Ausführungszeichnungen Eingabe-, Entwurfspläne Vorentwurfspläne Lagepläne

4.3.2 Umrechnungen Im Maßstabsrechnen gibt es drei Größen: Zeichnungsmaß, Wirkliches Maß, Maßstab. Eine fehlende Größe kann berechet werden, wenn zwei Größen bekannt sind. Beispiel 1: Maßstab Das wirkliche Maß von 3,50 m beträgt in einer Zeichnung 1,75 cm. 1,75 cm : 3,50 m = 0,175 m : 3,50 m = 1 : 20 M 1:20 Beispiel 2: Wirkliches Maß Im Maßstab 1:25 beträgt das Zeichnungsmaß 0,35 m. 0,35 m : (1 : 25) = 0,35 · (25 : 1) = 8,75 m Beispiel 3: Zeichnungsmaß Ein Maß von 16,00 m soll in M 1:50 zeichnerisch dargestellt werden. 16,00 m · (1 : 50) = 0,32 m = 32,00 cm

4.3.3 Aufgaben 1. Die Gebäudemaße 13,49 m × 8,99 m sollen in M 1:100 (1:25) gezeichnet werden. Wie groß sind die Maße in der Zeichnung? 2. Vervollständigen Sie die Tabelle und geben Sie jeweils ausführlich den Rechenweg an! Tabelle 4.3.3.1 Maßstab Zeichnungsmaß Wirkliches Maß

Maßstäbe 1:200 ? cm 60,60 m

? 20 cm 10,00 m

1:50 12,20 m ?m

? 49,80 cm 1245 m

1:250 ? cm 6,46 m

436

4

4 Mathematische Grundlagen

3. Ein Holzbalken mit einer Querschnitthöhe von 24 cm misst in der Detailzeichnung 48 mm. Berechnen Sie den Maßstab. 4. Eine 4 cm dicke Estrichschicht soll in M 1:50 in einer Ausführungszeichnung dargestellt werden. Welche Dicke weist der Estrich in der Zeichnung auf? 5. Eine Zeichnung in M 1:25 (1:50) zeigt folgende Maße. Berechnen Sie die Wirklichen Maße in m, cm: a) 0,25 m, b) 0,75 m, c) 56 cm, d) 14,5 dm, e) 90 mm. 6. In einem Bauplan sind Zimmer ausgewiesen mit folgenden Maßen: Kind 3,50 × 4,00, Eltern 4,50 × 3,30, Bad 2,50 × 3,00. Welche Maße erhalten diese, wenn der Plan in M 1:25, M 1:50 gezeichnet wurde? 7. Eine geradlinige Grundstücksgrenze misst an der einen Seite 35,75 m, an der anderen Seite 19,50 m. Es soll ein Lageplan gezeichnet werden. Berechnen Sie die jeweiligen Maße auf der Zeichnung. 8. Eine Seite eines Gebäudes von 16,00 m Länge wurde in M 1:50 gezeichnet. Sie weist auf der Zeichnung eine Länge von 29,50 cm auf. Überprüfen Sie die Richtigkeit des Zeichenmaßes und begründen Sie Ihre Antwort.

4.4 Ermitteln und Berechnen von Winkeln An einem rechtwinkligen Dreieck 4.4.1 bestehen zwischen den Katheten bzw. zwischen einer Kathete und der Hypotenuse klar definierte Verhältnisse, die als Sinus, Cosinus, Tangens und Kotangens bezeichnet werden. Hiervon hängen auch die beiden nicht rechtwinkligen Winkel des Dreiecks ab. 4.4.2 zeigt die Bezeichnungen an einem rechtwinkligen Dreieck. C Kathete

b

a β B

60°

Kathete

30°

c

α A

Hypotenuse

Bild 4.4.1 Rechtwinkl. Dreieck

Bild 4.4.2 Rechtwinkl. Dreieck, Bezeichnung

Die Winkelfunktionen ermöglichen es, aus zwei Seiten des rechtwinkligen Dreiecks die Größe eines Winkels zu bestimmen oder die Länge einer Seite zu berechnen, wenn die Winkel und eine Seite bekannt sind.

Sinus =

Gegenkathete Hypotenuse

Kosinus =

Ankathete Hypotenuse

Tangens =

Gegenkathete Ankathete

Bild 4.4.3 Tabelle Winkelfunktionen

Bezogen auf die Basiswinkel lauten sie: sin α = a/c

sin β = b/c

cos α = b/c

cos β = a/c

tan α a/b

tan β = b/a

4.4 Ermitteln und Berechnen von Winkeln

437

Beispiel 1 Sinusfunktion 70

20 0 α

Bild 4.4.4 sinus

200

a

30°

Bild 4.4.5 sinus

sin α = 70 cm/200 cm = 0,35 α = 20,487°

sin 30° = a/200 cm = 0, 5 a = sin 30° · 200 cm = 0,5 · 200 cm a = 100 cm

Beispiel 2 Cosinusfunktion 20 0 α 112,34 Bild 4.4.6 sinus

cos α = 112,34 cm/200 cm = 0,5617 α = 55,83°

c 55,83° 112,34 Bild 4.4.7 cosinus

cos 55,83° = 112,34/c c = 112,34 m/cos 55,83 = 112,34/0,562 = 199,89 cm c = 199,89 cm

Beispiel 3 Tangensfunktion 70

α 120

tan α = 70 cm/120 cm = 0,35 α = 19,29°

Bild 4.4.8 cosinus

a 57°

tan 57° = a/110 cm a = tan 57° · 110 cm a = 169,39 cm

110 Bild 4.4.9 tangens

Aufgaben Für eine dreieckige Giebelseite eines Daches (4.4.10) sind die Dachneigungswinkel zu berechnen. Für die anzulegende rechtwinklige Sitzecke (4.4.11) in einem Bistro ist die Breite b zu berechnen. Die gesuchten Größen in den rechtwinkligen Dreiecken (4.4.12) ist zu berechnen.

4

438

4 Mathematische Grundlagen

37,30

α 4,10

b

7,8 0 ρ

49

5,60

Bild 4.4.10

Giebel eines Daches

Bild 4.4.11

6,1 0 α 7,9

Bild 4.4.12

8 2,

4

9 3,

3,9

β

a)

Sitzecke Bistro 6, 10 β

b)

c)

d)

6,8

y 47 ,2 °

Dreiecke

4.5 Rechnen mit Neigungen 4.5.1 Grundlagen In und an vielen Baukonstruktionen, deren Oberflächen durch Wasser beansprucht wird, muss das Wasser möglichst schnell gesammelt und weitergeleitet werden. Beispiele solcher Anwendungen sind: Ableitung von Regenwasser auf Flachdächern, Regenrinnen, Straßenentwässerung in Gräben und Kanäle, Baugrubenböschungen und viele mehr. Auf einer waagerechten Platte kann Wasser nicht abfließen. Wenn man diese waagerechte Platte an einer Seite unterkeilt, so entsteht eine schiefe Ebene, das Wasser kann gezielt abfließen. Man spricht dann von einem Gefälle (Abb. 4.5.1). Dieses wird i. d. R. in Prozent angegeben. %

Bild 4.5.1 Platte Neigung

Ein Beispiel: Die o. a. Platte soll eine Länge von 1,50 m haben. An der rechten Seite unterkeilen wir die Platte mit einem 3 mm dicken Holzkeil. Wir können jetzt das Gefälle dieser Platte in % berechnen. Anschaulich entspricht unsere Platte in der Schnittdarstellung vereinfacht einem spitzwinkligen Dreieck, man nennt dies „Steigungsdreieck“ (Abb. 4.5.2). Wir können ablesen: – Länge, – Höhenunterschied, – Gefälle. ) in% ( e fäll Ge

Länge

Höhe Bild 4.5.2 Steigungsdreieck

439

4.5 Rechnen mit Neigungen

Für alle Flächen mit Gefälle gilt folgende Formel: p% h = 100 % l h l p%

Höhenunterschied waagerechte Länge Gefälleangabe in Prozent

Zwei dieser drei Bedingungen müssen immer bekannt sein, dann lässt sich die dritte Bedingung rechnerisch ermitteln. Zu unserem Beispiel: Die waagerechte Länge beträgt 1,50 m, der Höhenunterschied beträgt 3 mm. Das Gefälle in % wird berechnet. p % = h/l × 100 % = 3 mm/1,50 m × 100 % = 0,03m/1,50 m × 100 % = 2,00 % Machen wir eine Probe: Bei einem Gefälle von 2,00 % und einer waagerechten Länge von 1,50 m soll der Höhenunterschied berechnet werden. h = (p % × l )/100 % = (2,00 % × 1,50 m)/100 % = 0,03 m Berechnen wir nun die waagerechte Länge. l = (h × 100 %)/p % = (0,03 m × 100 %)/2,00 % = 1,50 m Die Formel kann nach p %, h oder l umgestellt werden.

4.5.2 Übungsaufgaben 1. Ein Raum (Abb. 4.5.3) mit einer Länge von 7,50 m wird zur Mitte hin durch einen Ablauf entwässert, das Gefälle des Fußbodens beträgt 1,5 %. Wie viele cm Höhenunterschied sind zwischen dem Rand des Fußbodens an der Außenwand und dem Ablauf? 3,75 Ablauf % 7,50

Bild 4.5.3 Bodenablauf

2. Ein 75 m langer Kanal soll mit einem Gefälle von 1,3 % verlegt werden. Wie groß ist der Höhenunterschied zwischen Anfang und Ende? 3. Eine Straße fällt auf 17,20 m um 31 cm. Wurde das vorgeschriebene Mindestgefälle von 2,5 % eingehalten? 4. Bestimme das Gefälle für folgende Höhenunterschiede und Längen (Tab. 4.5.4).

4

440

4 Mathematische Grundlagen

Tabelle 4.5.4 zu Aufg. 4 Längen (m) 6,10 12,20 4,25

4

Breiten (m) 158,00 158,00 35,20

5. Gegeben sind die NN-Höhen der Straße sowie ein Gefälle von 1,035 %. Wie lang ist die Strecke zwischen den beiden Stationen)? a) 236,400 und 235,885 b) 233,11 und 231,64 6. Ein Boden soll ein Gefälle von 3,00 % erhalten. Um wie viele cm fällt der Boden auf 1 m Länge? 7. Eine Garagenzufahrt soll eine Neigung von 4,50 % auf einer Länge von 12,85 m haben. Um wie viele m liegt die obere Kante der Zufahrt höher als die untere?

4.6 Berechnen von Flächen 4.6.1 Grundlagen In der Bautechnik werden viele Leistungen als Fläche aufgemessen und abgerechnet. Beispiele solcher aufzumessender und abzurechnender Flächen sind die Größe von Baugrundstücken, die Abmessungen von Gebäudegrundrissen, die Herstellung von Putzflächen an Außenfassaden sowie Innenwänden, Estriche und Fußbodenbeläge, Dachflächen usw. Sehr häufig sind diese Flächen in Formen von Dreiecken, Kreisen, Quadraten, Rechtecken und Trapezen zu finden oder bei komplizierten, zusammengesetzten Flächen in eben diese Grundformen zu zerlegen.

4.6.2 Längen und Flächen In Kapitel 4.1 wurden die Grundlagen der Längenberechnungen bereits ausführlich dargestellt. Zur Erinnerung: Längen werden in der Bautechnik meistens in Meter angegeben, die Länge wird durch das Formelzeichen ‚l’ abgekürzt, die Maßeinheit dieser Größe ist ‚m’. Eine Fläche hat zwei Längenausdehnungen, jeweils in ‚m’. Die Einheit der Fläche ist das Quadratmeter (m2), hierzu werden beide Längenmaße miteinander multipliziert (m2 = m × m). Beispiel: Ein rechteckiges Baugrundstück (Abb. 4.6.1) hat eine Länge von 25,00 m und eine Breite von 38,00 m. Die Grundstücksfläche ist in m2 zu berechnen.

Bild 4.6.1 Rechteck

Die geometrische Grundform des Grundstückes ist ein Rechteck, für dieses gilt: A=l×b A = 38,00 m × 25,00 m A = 950,00 m2

441

4.6 Berechnen von Flächen

Abgeleitete Größen sind: Dezimeter2 (dm2), Zentimeter2 (cm2), Millimeter2 (mm2). Merksatz: 1 m2 = 100 dm2 Wird die Einheit kleiner, so wird der Zahlenwert größer. 1 cm2 = 100 mm2 Wird die Einheit größer, so wird der Zahlenwert kleiner. Die Umwandlungszahl beträgt jeweils ‚100’.

4.6.3 Viereckige Flächen Tabelle 4.6.2 Flächeninhalte und Berechnungsformeln Die in der Tabelle dargestellten viereckig begrenzten geometrischen Flächen finden in der Bautechnik häufig Verwendung. Übungsaufgaben 1. Für die in Abb. 4.6.3 dargestellte Baugrube soll die Fläche der Baugrubensohle in m2 berechnet werden. Die Maßangaben sind der Abbildung zu entnehmen. Tabelle 4.6.2 Viereckige Flächen Viereck

Form

Fläche in m2

Umfang in m

besondere Merkmale

A=a·a

U=4·a

4 gleiche Seiten 4 gleiche Winkel 90°

D

C

z.B.

A

B

a = 6,00 m

A=6·6 A = 36 m2

U=4·6 U = 24 m

Rechteck

D

A=a·b

U = 2 · (a + b)

A=2·4 A = 8,00 m2

U = 2 · (4 + 2) U = 12,00 m

A=a·h

U=4·a

A=5·3 A = 15,00 m2

U = 4 · 5,00 U = 20,00 m

A=a·h

U = 2 (a + b)

A=6·2 A = 12,00 m2

U = 2 (6 + 3) U = 18,00 m

A=m·h a+c m= 2 6,79 + 1,50 A= ⋅ 2,65 2 2 A = 10,98 m

U =a+b +c+d

a

Quadrat

b

C

A

a = 4,00 m b = 2,00 m

Raute oder Rhombus

a

z.B.

B

a

z.B.

a = 5,00 m h = 3,00 m

a

a a = 6,00 m b = 3,00 m h = 2,00 m

z.B. Trapez d

z.B.

h

a

Parallelogramm oder Rhomboid

h

c m

h a

b

a = 6,79 m b = 4,00 m c = 1,50 m d = 3,50 m h = 2,65 m

U = 6,79 + 4,00 + 1,50 + 3,50 U = 15,79 m

gegenüberliegende Seiten gleich lang und 4 Winkel mit 90° gegenüberliegende Seiten parallel gegenüberliegende Winkel gleich groß alle Seiten gleich lang gegenüberliegende Seiten gleich lang und parallel gegenüberliegende Winkel gleich groß

2 Seiten parallel

4

442

4 Mathematische Grundlagen

2. Für folgende Flächenmaße sind die Einheiten umzurechnen: 60,56 m2

cm2

36,25 dm2 m2

8887 cm2 m2

25,25 mm2 m2

3. Die Fläche einer rechteckigen Baugrube beträgt 557,54 m2. Eine Seite misst 15,25 m. Wie lang ist die andere Seite in m? 4. Die Querschnittsfläche einer Betonsäule ist 1,3 m2 groß. Berechnen sie den Durchmesser in a) m, b) cm. 5. Eine kreisrunde Betonsäule mit einem Durchmesser von 13,00 dm ist die Querschnittsfläche in m2 zu berechnen. 6. Eine Stützmauer aus Stahlbeton hat eine Länge von 8,96 m sowie eine Höhe von 7,34 m. Welche Fläche in m2 hat die Mauer? 7. Berechnen Sie für eine quadratische Betonsäule mit einer Grundfläche von 3600 cm2 beide Seitenlängen in cm. 8. Für eine quadratische Deckenfläche hat eine Seitenlänge von 7,80 m. Berechnen Sie die Deckenfläche in m2 (dm2). 9. Ein Fußboden (Abb. 4.6.3) soll mit Estrich versehen werden. Berechnen Sie die gesamte Fläche in m2. 10. Für die Außenmauer (Abb. 4.6.4) soll Zementputz bestellt werden. Wie viel m2 Putzfläche sind zu verputzen? 11. Für verschiedene Trapeze sind die fehlenden Angaben zu berechnen:

4,20

6,85 8,95

2,10

Bild 4.6.3 Fußbodenfläche

90

1,86

4

1554,00 cm2 10,20 m2 m2 mm2

20,30

Bild 4.6.4 Wandfläche

4.6.4 Dreieckige Flächen Dreiecke sind von drei Seiten umgeben und haben drei Winkel, deren Summe 180° beträgt. Unterschiedliche Dreiecksformen entstehen, wenn ein Dreieck verschiedene Seitenlängen und verschiedene Winkel aufweist.

443

4.6 Berechnen von Flächen

gleichseitig alle Seiten gleichlang, jeder Winkel 60°

ungleichseitig alle Seiten verschieden lang

gleichschenklig zwei Seiten gleich lang, (Seite = Schenkel)

4 spitzwinklig alle Winkel < 90°

rechtwinklig ein Winkel 90°

stumpfwinklig ein Winkel > 90°

Bild 4.6.5 Dreiecksformen

a c h A

a) 3,10 m 25 dm 1,80 m ? m2

b) 9,6 dm 0,62 m ? dm 3476 cm2

c) 98 cm 5,2 dm 0,32 m ? m2

Für die Berechnung gilt: Teilt man ein Viereck durch die Diagonale, so entstehen zwei Dreiecke. Jedes dieser Dreiecke ist die deckungsgleiche Hälfte dieses geteilten Vierecks. Demnach ergibt sich für die Dreiecksfläche: A = (g × h) : 2. A = Fläche a = Seitenlänge (Grundlinie) h = Höhe Übungsaufgaben 1. Für ein Dreieck mit einer Höhe von 3,87 m und einer Grundlinie von 5,56 m ist die Fläche zu berechnen. 2. Für ein Dreieck sind gegeben: a = 15,50 m, h = 6,70 m. Berechnen Sie die Fläche des Dreiecks. 3. Ein Dreieck hat einen Flächeninhalt von 6,60 m2, die Grundlinie beträgt 3,00 m. Welche Höhe hat das Dreieck?

444

4 Mathematische Grundlagen

Tabelle 4.6.6

Kreisformen

Name und form

Fläche A=

Kreis

r2

·π

d

d2 ⋅ π A= 4 z.B.

M r

r = 2,00 m

A=

4,002 ⋅ 3,14 4

A = 12,56 m2

Kreisring

4

d

Umfang U=d·π U=2·r·π U = 4,00 · 3,14 U = 12,56 m

A = R2 · π – r2 · π A = (R2 – r2) · π

R r

z.B. r = 5,00 m R = 8,00 m

D

Halbkreis r

z. B. r = 6,00 m

Md

Kreisausschnitt

A = (64,00 – 25,00) · 3,14 A = 122,46 m2

r2 ⋅ π 2 36,00 ⋅ 3,14 A= 2

d⋅π +d 2 12,00 ⋅ 3,14 U= + 12,0 2

A=

U=

A = 56,52 m2

U = 30,84 m

α A = r2 · π · 360°

b=2·r·p

α 360°

Der Vollkreis hat 360°. Bei α = 1° wäre die Fläche oder der

1 der Gesamtfläche oder des Umfangs 360 U b= 360 60° 60° A = 36,00 · 3,14 · b = 12,00 · 3,14 · 360° 360° 1 1 A = 36,00 · 3,14 · = 18,84 m2 b = 12,00 · 3,14 · = 6,28 m 6 6 Kreisbogen =

b

z. B.

α M

r

r = 6,00 m α = 60°

4.6.5 Runde Flächen Kreisförmige Flächen sind in der Bautechnik ebenfalls häufig anzutreffen. Im Straßenbau bei Pflasterflächen, Verkehrsinseln, Kreisverkehre, im Hochbau bei Fenstern, Gewölben. Teile des Vollkreises sind Halb- und Viertelkreis, Kreisabschnitt und Kreisausschnitt, Kreisring. Ein Kreis besteht aus einem Mittelpunkt und einer Kreislinie, auf der jeder Punkt den gleichen Abstand zum Mittelpunkt aufweist (Radius = r). Benennungen im Kreis sind: d = Durchmesser r = Radius (Halbmesser), r = d/2 M = Mittelpunkt π = 3,14, fester Formelbestandteil beim Berechnen von Flächen runder Körper (pi, griech. Buchstabe b = Kreisbogen s = Sehne

445

4.6 Berechnen von Flächen

Übungsaufgaben

32 cm

1. Für einen kreisrunden Leuchtturmfußboden soll die Estrichfläche in m2 berechnet werden. Der Fußboden weist einen Durchmesser von 10,50 m auf. 2. Eine Stahlbetonwand mit l = 12,90 m und h = 3,40 m weist drei kreisrunde Fensteröffnungen mit d = 1,13 m auf. a) Berechnen Sie die Flächen der Fensteröffnungen in m2. b) Berechnen Sie die Wandfläche abzüglich der Fensteröffnungen. 3. Für eine Betonsäule (Abb. 4.6.7) mit kreisrundem Querschnitt ist die Querschnittsfläche zu berechnen. 4. Für Kreisringe (4.6.8) sind die jeweiligen Flächeninhalte zu berechnen:

Bild 4.6.7 Querschnitt Betonsäule

Querschnitt

a) b) c)

D = 1.43 m D = 2,56 m D = 1,20 m

Bild 4.6.8

d = 0,78 m d = 13,10 dm d = 0,56 m

Kreisring

4.6.6 Zusammengesetzte Flächen Zusammengesetzte Flächen sehen kompliziert aus, lassen sich jedoch mit etwas Übung in viele bekannte geometrisch einfache Teilflächen (Rechtecke, Dreiecke, Kreise etc.) zerlegen. Die Summe der Teilflächen entspricht exakt der Gesamtfläche. Beispiel: Abb. 4.6.9 Aufmaß einer Gehwegfläche mit Aussparung für eine Baumscheibe

0 1,5

0,85 m

3,12 m

2,15 m

3,80 m

Bild 4.6.9 Zusammengesetzte Fläche

4

446

4 Mathematische Grundlagen

Aufgabenstellung: Die mit Natursteinpflaster herzustellende Fläche ist in m2 zu berechnen. Berechnung: Wenn man sich die Fläche anschaut, zerlegt man sie in möglichst wenige Teilflächen. Fall 1: Rechteck (A1), Trapez(A2) abzüglich Kreis (A3) Abb. 4.6.10 A1 A2

4

Bild 4.6.10 Zusammengesetzte Fläche

A3

Fall 2: Rechteck (A4), Dreieck (A5), Rechteck (A6) abzüglich Kreis (A7) Abb. 4.6.11

A7

A5

A4

A6

Bild 4.6.11 Zusammengesetzte Fläche, Aufg.

Fall 3: Trapez (A8), Rechteck (A9) abzüglich Kreis (A10) Abb. 4.6.12

A8 A10

A9

Bild 4.6.12 Zusammengesetzte Fläche, Aufg.

Wie man sehen kann, gibt es nicht immer eine Lösung, sondern mehrere Lösungsmöglichkeiten, die zum annähernd gleichen Ergebnis führen. Durch Auf- und Abrunden, durch das Verwenden von π als Zahlenwert (3,141592654) oder als Rechenwert 3,14 können zu kleinen Abweichungen bei den Ergebnissen führen. Lösen wir nun Fall 3: Agesamt = A8 + A9 – A10 = ((3,80 m + 2,15 m)/2) × 2,27 m + 3,80 m × 0,85 m – (π × (0,75 m)2) = 2,975 m × 2,27 m + 3,23 m2 + 1,77 m2 = 6,75 m2 + 3,23 m2 + 1,77 m2 = 11,75 m2

447

4.7 Berechnen von Volumen

Übungsaufgaben 1. Die Querschnittsfläche einer Stützwand aus Stahlbeton (Abb. 4.6.13) soll in m2 berechnet werden. 2. Für das Streifenfundament (Abb. 4.6.14) des Gebäudes soll die Sohlfläche in m2 berechnet werden. Fertigen hierzu eine geeignete Skizze mit Ihrer Flächeneinteilung an. 3. Eine Wand mit einer Länge von 14,55 m und einer Höhe von 4,45 m soll verputzt werden und besitzt folgende Öffnungen: zwei Türen 1,00 m × 2,03 m, eine Fensterfläche 2,56 m × 0,80 m, eine runde Wandöffnung r = 50 cm, ein Fenster 1,25 m × 35 dm. a) Skizziere die Ansicht der Wand incl. aller Öffnungen und bemaße normgerecht. b) Berechne die einzelnen Flächen in m2. c) Berechne die zu verputzende Wandfläche incl. Leibungen (die Leibungen weisen alle eine Breite von 15 cm auf). 12,00 4,50

50

3,50

50

2,00

50

10

2,5

N

14,00

50 Maße in cm m

Bild 4.6.13

50

40

22

Fundamentsohle

4,50

50

2,00

2,00

1,50 50

1,10

4,00

50

50

Bild 4.6.14 Zusammengesetzte Fläche

4.7 Berechnen von Volumen 4.7.1 Grundlagen Schauen Sie sich den in Abb. 4.7.1 dargestellten geometrischen Körper (Säule) genau an. Diesen zerlegen wir in seine Einzelteile, die wir bisher in den Kapiteln 4.5 und 4.6 kennen gelernt haben. Abb. 4.7.2 zeigt die Grundfläche des Quaders, die sich aus zwei Einzellängen (Länge l und Breite b) multipliziert miteinander, ergibt. Die Grundfläche A hat die Einheit m2.

4

448

4 Mathematische Grundlagen

Grundfläche

h b

l

l

Bild 4.7.1 Skizze Volumen

Bild 4.7.2 Skizze Grundfläche

Das Volumen dieses Körpers wird berechnet, in dem man die Grundfläche A (m2) mit der Höhe h (m) multipliziert. Das Volumen V hat die Einheit m3. Es stellt den ‚Rauminhalt’ des Körpers dar. Volumen = Grundfläche × Höhe

V=Axh

Beispiel: Die in 4.7.1 dargestellte rechteckige Säule hat eine Länge von 1,00 m, eine Breite von 0,75 m und soll 4,50 m hoch sein. Das Volumen in m3 soll berechnet werden. V = 1,00m × 0,75 m × 4,50 m = 3,375 m3

4.7.2 Quader und Würfel

a

c

Der Quader 4.7.3 hat eine rechteckige Grundfläche, alle Seitenflächen sind ebenfalls Rechtecke. Die jeweils gegenüberliegenden Seitenflächen sind gleich groß.

b

Bild 4.7.3 Quader

Das Volumen wird berechnet: V=a×b×c=A×c Der Würfel 4.7.4 weist eine quadratische Grundfläche auf, alle Seitenlängen sind gleich, alle Seitenflächen sind Quadrate. Alle Seitenflächen sind gleich groß.

a

a

4

b

a

Bild 4.7.4 Würfel

449

4.7 Berechnen von Volumen

Das Volumen wird berechnet: V=a×a×a=A×a Als Maßeinheit für das Volumen wird in der Bautechnik m3 verwendet. dm3 und cm3 werden seltener angewendet.

4.7.3 Prisma und Zylinder Einige Bauteile können nicht auf einfache Konstruktionen wie Würfel oder Quader zurückgeführt werden. Beispiele sind runde Säulen, abgeböschte Baugruben und Gräben. 4.7.3.1 Prismen Bei prismatischen Körpern kann die Querschnittsfläche drei-, vier- oder vieleckig sein. Der in 4.7.5 dargestellte Leitungsgraben weist eine trapezförmige Querschnittsfläche auf.

l

l

Leitungsgraben

Querschnittsfläche

Querschnittsfläche

Winkelstülzwand

Bild 4.7.5 Prismatische Baukörper

Volumenberechnung des Leitungsgrabens: Zuerst wird die Querschnittsfläche des Trapez berechnet (m2), anschließend mit der Länge des Leitungsgrabens (m) multipliziert. Beispiel 1: Der Leitungsgraben 4.7.6 soll auf einer Länge von 150 m ausgehoben werden, die Anfang und Ende sind – vereinfacht – als senkrecht abgeböscht anzunehmen. Das Volumen des Grabens soll berechnet werden. V = (((2,50 m + 3,50 m)/2) × 1,60 m) × 150,00 m = 720,00 m3

1,60

3,50

2,50

Bild 4.7.6 Leitungsgraben

4

450

4 Mathematische Grundlagen

Der Graben weist ein Volumen von 720,00 m3 auf. Bautechnischer Hinweis: Beim Aushub des verdichteten Erdreichs wird dieses aufgelockert, d.h. das ausgehobene Volumen wird größer (vgl. Lernfeld 2) um bis zu 25 %. Die Querschnittsfläche der Winkelstützwand 4.7.5 muss in geeignete Teilflächen zerlegen zerlegt werden.

A = A1 + A2 = ((0,36 m + 0,50 m)/2) × 1,42 m + 3,98 m × 0,30 m = 1,81 m2 V = A × l = 1,81 m2 × 35,00 m = 63,36 m3

3,48

30

14

S

36

4

Beispiel 2: Die Winkelstützwand 4.7.7 soll auf einer Länge von 35 m aus Stahlbeton hergestellt werden. Berechnen Sie das Volumen in m3. Hier wird die Querschnittsfläche der Wand in ein Trapez (A1) und ein Rechteck (A2) aufgeteilt, daraus die Gesamtfläche berechnet.

A2 A1

1,72

Bild 4.7.7 Winkelstützwand

Bild 4.7.8 Winkelstützwand

4.7.3.2 Zylinder Zylindrische Körper weisen eine kreisrunde Grundfläche auf 4.7.9. Je nach Lage des Zylinders im Raum kann die kreisrunde Fläche auch als Querschnittsfläche oder Deckfläche bezeichnet werden. Die Querschnittsfläche des Zylinders ist an allen Stellen gleich groß.

Bild 4.7.9 Zylinder

Das Volumen des Zylinders berechnet sich: V = π x r2 x h r = Radius der kreisförmigen Grund-/Querschnittsfläche h = Höhe des Zylinders

451

4.7 Berechnen von Volumen

2,625

Beispiel 1: Für die in 4.7.10 dargestellte Betonsäule soll das Volumen berechnet in m3 werden.

m, cm 100

Bild 4.7.10 Zylinder

V = π (0,50 m)2 × 2,625 m = 2,06 m3π wird vereinfacht mit 3,14 angenommen Der Durchmesser der Säule beträgt 100 cm, dies entspricht 1,00 m, der Radius beträgt die Hälfte des Durchmessers: 0,50 m

4.7.4 Spitze stumpfe Körper Aufgaben 1. Ein Schulneubau soll im EG 8 Stahlbetonstützen erhalten. Alle Stützen haben eine Höhe von 3,75 m. 2 Stützen mit quadratischer Querschnittsfläche haben eine Seitenlänge von 40 cm. 3 kreisrunde Stützen weisen einen Durchmesser von 3,7 dm auf. 1 Stütze weist einen rechteckigen Querschnitt mit a = 45 cm und b = 35 cm auf. 2 kreisrunde Stützen haben einen Radius von 20 cm. Berechnen Sie die benötigte Menge an Beton in m3. 2. Berechnen Sie das Volumen der Quader mit folgenden Kantenlängen in m3. a) b) c)

a 7 cm 85 cm 27 dm

b 3 cm 15 cm 93 cm

h 4 cm 9 dm 85 cm

3. Berechnen Sie die Rauminhalte der Kreiszylinder. a) b) c) d)

Grundfläche A 70 cm2 37900 cm2 4,8 m2 0,75 dm2

Höhe h 18 cm 28 dm 145 cm 2,5 dm

4. Berechnen Sie die Rauminhalte der Kreiszylinder und ergänzen Sie jeweils fehlende Angaben in den freien Feldern der Tabelle. a) b) c) d)

r 2,00 m 3,00 dm

d

300,00 cm 4,50 dm

h 1,50 m 3,50 m 2,62 m 25,00 dm

4

452

4 Mathematische Grundlagen

4.8 Lehrsatz des Pythagoras

c2 = a2 + b2

Fluchtstab

c B

4,0

0m

5,00 m

A

en ot c b Kathete

p Hy

A C

a2

C

b2 rechter Winkel

Flu

ch

Bild 4.8.1 Bauwinkel

B e us

a

0m

a Kathete

3,0

c2

4

In der Bautechnik haben wir es häufig mit dem Abstecken von rechten Winkeln und dem Ermittlen und Abstecken von Längen zu tun. Hier wird ein Bauwinkel (rechtwinkliges Dreieck mit einem Seitenverhältnis von 3:4:5) verwendet Abb. 4.8.1. Der Grundgedanke geht auf den Lehrsatz des Pythagoras (griechischer Mathematiker, um 570 v. Chr. geboren) zurück. Dieser besagt: In einem rechtwinkligen Dreieck Abb. 4.8.2 ist das Quadrat über der Hypotenuse (längste Seite des Dreiecks, dem rechten Winkel gegenüber liegend) gleich der Summe der Quadrate über den Katheten (Seiten angrenzend an den rechten Winkel). Mit einfachen Worten sagt der Lehrsatz aus: Die Fläche über der Hypotenuse (c2) ist genauso groß, wie die beiden Flächen über den Katheten (a2, b2) zusammen. Mathematisch ergibt sich:

tst

ab

b

Bild 4.8.2 Pythagoras

Durch Umstellen der Formel und Wurzelziehen kann in einem Dreieck eine jeweils unbekannte Seitenlänge berechnet werden, wenn beide anderen Seitenlängen bekannt sind. Beispiel: Das abgebildete Grundstück soll auf Rechtwinkligkeit überprüft werden. Kathede b ist 18,00 m lang, die Länge der Hypotenuse (Diagonale) beträgt 30,81 m. Wie lang muss die Kathede b sein? a=

c 2 − b 2 = (30,81 m) 2 − (18, 00 m) 2 = 25, 00 m

453

4.8 Lehrsatz des Pythagoras

Übungsaufgaben 1. Das in 4.8.3 dargestellte Grundstück soll mit einem Bauzaun umstellt werden. Berechnen Sie die Meter Bauzaun, die geliefert werden müssen. 2. Für das Pultdach einer Garage 4.8.4 soll 12,20

8,50

4

16,60

2,50

1,30

30

Bild 4.8.3 Grundstück

–

30

7,50

30

30

3,75

30

Bild 4.8.4 Pultdach einer Garage

a) die Länge l berechnet werden, b) die gesamte Dachfläche in m2 ermittelt werden, die begrünt werden soll. 3. Für Bewehrungsarbeiten 4.8.5 sind die Schnittlängen der unter 45° aufgebogenen Stahlstäbe zu ermitteln.

454

35

4 Mathematische Grundlagen

50

4

2,10

90

40

3,00

40

90

Bild 4.8.5 Bewehrung

40

2,30

Bild 4.8.6 Rechteckfläche

4. Berechnen Sie für das in dem Viertelkreis 4.8.6 dargestellte Rechteck den Flächeninhalt in m2.

4.9 Ermitteln von Material- und Baustoffbedarf Bei allen zu planenden und auszuführenden Arbeiten ist es notwendig, die genauen Mengen an Materialien und Baustoffen zu ermitteln, um diese kalkulieren, bestellen, liefern und abrechnen zu können. Beispiele solcher Massen- und Baustoffermittlungen sind: Menge an Erdaushub in Baugruben in m3, Menge an Steinen zur Herstellung von Mauerwerk in Stück, Fliesenbedarf in m2, Schaltafeln in Stück ur Herstellung von Schalungen, Menge an Beton incl. Verdichtungsmaß für Beton- und Stahlbetonbauteile. Beispiel: Eine 7,50 m × 3,50 m große Terrasse wird mit Fliesen aus Steinzeug 30 × 30 cm belegt (Herstellerangabe: Je m2 werden 12 Fliesen benötigt). Die Fliesen werden in Mörtel (d = 2,00 cm) verlegt. a) Wie viele Fliesen müssen bestellt und geliefert werden? b) Wie viel Mörtel wird benötigt? Lösung zu a) A = 7,50 m × 3,50 m = 26,25 m2

455

4.9 Ermitteln von Material- und Baustoffbedarf

Bedarf an Fliesen laut Hersteller 12 Stück/m2 Fliesenbedarf: 26,25 m2 × 12 Stück/m2 = 315,00 Stück Lösung zu b) Allgemein angenommen wird der Mörtelbedarf auf 1 m2 Fläche in einer Dicke von 1 mm. In unserem Beispiel wird die Mörteldicke mit 2,00 cm vorgesehen, also 20,00 mm. Dies entspricht bei einem m2 Fläche einer Mörtelmenge von 20,00 l/m2. 26,25 m2 × 20 l/m2 = 525 l Mörtel.

4

Übungsaufgaben

50 1,00

1,80

60

1. Der dargestellte Raum (4.9.1) soll einen Verbundestrich (d = 4 cm) sowie einen Belag aus Fliesen (30 × 30, cm) erhalten. Zu berechnen sind a) die Menge an Estrich in m3 sowie die Einbaumasse in kg, b) die Anzahl an Fliesen bei einem Verschnitt von 4 %.

3,20

1,70

m, cm

Bild 4.9.1 Raum in Draufsicht

2. Die Außenwand eines Gebäudes (4.9.2) soll mit Aluminium-Wellplatten verkleidet werden. Die Abmessungen einer Platte betragen laut Hersteller 60 cm × 12 dm. Zu berechnen ist die Anzahl an Platten bei einem Verschnitt von 8,5 %. 3. Für die herzustellende Gartenmauer aus Kalksandsteinen im 2DF-Format ist zu berechnen: a) die Menge an Beton für die Fundamente (4.9.3) incl. Verdichtungsmaß (beachte: der einzusetzende Beton ist selbst zu dimensionieren!) in m3, b) das Volumen des Mauerwerks, c) den Bedarf an Steinen incl. 5 % Verhau, den bedarf an Mörtel in Liter, die Menge an Abdeckplatten (36,5 × 60, cm) in Stück. 4. Für die Garage (4.9.4) ist der Bedarf an 2DF Mauerziegeln in m3 zu berechnen.

456

4 Mathematische Grundlagen

Fensteröffnung

2,25

4,50

0 1,5

4

m 8,50

5

Bild 4.9.2 Außenwand

60

2,15

335

5. Das Gebäude (4.9.5) erhält schwimmenden Estrich (4.9.6). Für die Räume Eltern, Kind 1, Kind 2 und Flur ist zu berechnen: a) die Gesamtmenge an Estrich in m3, b) die lfm Randdämmstreifen, c) die m2 an Polystyroldämmung.

60

Bild 4.9.3 Gartenmauer

457

4.9 Ermitteln von Material- und Baustoffbedarf

4

Bild 4.9.4 Garage (Maße in m, cm)

Bild 4.9.5 Estrichfläche Räume 1. OG (Maße in m, cm)

cm,

Bild 4.9.6 Schnitt Estrich

4

Wand

Estrich

7

Randdämmstreifen

Dämmschicht

458

4 Mathematische Grundlagen

6. 10 Betonstützen (4.9.7) werden nach der Sanierung beschichtet. Pro m2 sind nach Herstellerangaben des Beschichtungsstoffes 0,2 Liter notwendig. Wie viel Beschichtungsstoff in Liter müssen bestellt werden? 7. Ein Stahlbetonbauteil (4.9.8) soll hergestellt werden. Zu berechnen sind: a) die Querschnittfläche in m2, b) die Menge an Beton incl. Verdichtungsmaß in m3.

2,50

4

m, cm 49

49

Bild 4.9.7 Stahlbetonstützen

25

3, 28

35

Stahlbeton

37

12

cm, m

Bild 4.9.8 Stahlbetonbauteil

459

4.9 Ermitteln von Material- und Baustoffbedarf

8. Für die in 4.9.9 herzustellende Freifläche mit Natursteinmauer soll berechnet werden: a) die gesamte Grundfläche des Plattenbelages der Freisitzfläche, b) das Volumen der Natursteinmauer, c) die Menge an Natursteinen. Es werden nach Lieferantenangaben 85 Steine pro m3 benötigt. d) die lfm Abdeckplatten auf der Natursteinmauer. Die Abdeckplatten sollen an den Enden der Mauer jeweils 10 cm überstehen. 9. Die Terrassenfläche (4.9.10) wird mit Fliesen aus Steinzeug 30 × 30 cm in 1,5 cm Mörtelbett gelegt (12 Fliesen/m2). Zu berechnen sind die Fliesenmenge und die Menge an Mörtel.

90

25

4

40

200

40

4,50

2,50

5,50

50

3,50

4,50

3,50

6,50

Bild 4.9.9 Gartenmauer und Plattenbelag

Bild 4.9.10

Terrassenfläche

460

4 Mathematische Grundlagen

10. 21 Nadelholzbalken (4.9.11) sollen mit biologischem Holzschutzmittel 3 x gestrichen werden. Der Hersteller gibt an, dass hierzu 0,35 l/m2 beim ersten Anstrich und jeweils 0,25 l/m2 bei weiteren Anstrichen benötigt werden. Bestellen Sie die benötigte Menge an Holzschutzmittel! Es stehen 2,5 Liter-Gebinde zur Verfügung. 7,45

5

14

10

20

4

50

Nadelholz

Bild 4.9.11

Holzbalken

10

5 Zeichnerische Grundlagen Aufgabe und Zweck der Bauzeichnung Bauzeichnungen werden benötigt, um 1. Bauwerke planen zu können 2. die Erstellung der Bauwerke zu ermöglichen. Bauzeichnungen sind technische Zeichnungen, die nach einheitlichen Regeln und Normen erstellt werden und somit auch international lesbar sind. Sie enthalten in zweidimensionaler Form alle Angaben über Lage, Höhe, Breite Länge, Dachform, Fassade, Mauern, Stützen, Decken, Material kurz alles, was notwendig ist, für das Errichten eines Bauwerkes. Sie ist das Verständigungsmittel zwischen Planern, Architekten, Statikern, Behörden, Ausführenden und Bauherren. Die Zeichnungen werden in verschiedenen Maßstäben angefertigt, die dem gewünschten und erforderlichen Informationsgrad entsprechen. Möchte man z. B. über Lage und Grundstück informieren, ist ein Maßstab 1 : 500 ausreichend, möchte man Informationen über Details, z. B. Fensteranschlüsse, wählt man den Maßstab 1 : 10 oder auch 1 : 5. Für die ausführenden Bauhandwerker ist es von großer Wichtigkeit, die Ausführungszeichnungen, die in der Regel im Maßstab 1 : 50 vorliegen, lesen zu können, denn sie sind die Arbeitsanweisungen. Der Bauhandwerker muss in der Lage sein, aus einer zweidimensionalen Zeichnung einen dreidimensionalen Baukörper zu entwickeln. Lernziele: – Grundregeln des Bauzeichnens erlernen – Erkennen der verschiedenen Symbole, Strichstärken und Linienarten und ihrer Bedeutung – den Zweck von Grundriss, Schnitt und Ansicht erkennen – die Zugehörigkeit bzw. Abhängigkeit von Grundriss zu Schnitt, von Schnitt zu Ansicht nachvollziehen können – von einfachen Körpern Grundriss, Schnitt und Ansicht zeichnen – die Wichtigkeit von Normschrift und Bemaßung erkennen – in der Lage sein, Buchstaben und Zahlen in Normschrift zu schreiben – die einfache Kavalierperspektive als Möglichkeit der räumlichen Darstellung kennenlernen – eine Kavalierperspektive skizzieren können – einfache Bauzeichnungen normgerecht selbst erstellen können Das vorrangige Lernziel ist nicht das Erwerben von Fertigkeiten im Zeichnen sondern die Fähigkeit eine Bauzeichnung richtig lesen zu können.

462

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.1 Lageplan, im Original Maßstab 1 : 500

463

5.1 Lageplan

5.1 Lageplan, im Original Maßstab 1 : 500 5.1 Lageplan

Die nachfolgenden Zeichnungen sind häufig Originalzeichnungen aus Leistungsbeschreibungen ausgeschriebener Bauvorhaben. Sie enthalten u. U. nicht mehr aktuelle oder normgerechte Bezeichnungen. Der Lageplan ist ähnlich einer Fotografie aus einem Flugzeug. Er enthält alle Informationen, die man benötigt, um ein Gebäude in einer Stadt, einem Dorf, einer neuen Siedlung zu errichten. Dieser Plan wird kleiner gezeichnet als in Wirklichkeit, man verkleinert die Wirklichkeit, die Proportionen zueinander bleiben dadurch aber erhalten. Um ihn lesen zu können, muss man wissen, welche Stricharten, Schraffuren und Symbole welche Bedeutung haben. Die Zeichnung 5.1 enthält: Schraffur für bestehende Hauptgebäude Schraffur für bestehende Nebengebäude z. B. Carport oder Garage Schraffur für geplante Anbauten Bürgersteig mit Angabe der Breite Grundstückstiefe Grundstücksbreite Benennung der Grundstücke im Flurbuch (Kataster)

Gebäudebreite Gebäudetiefe Abstand des Gebäudes zur Straße, Mindest- bzw. Maximalabstände sind vorgeschrieben ⑪ Grasrandstreifen ⑫ geplanter Weg ⑬ Grenzstein

Aufgaben 1 Wie groß ist das Grundstück, auf dem das Haus Nr. 3 steht ? 2 Welche Grundflächengröße hat das Haus Nr. 5 3 Zeichnen Sie das Haus Nr. 2 und bemaßen Sie es nach dem Beispiel von Haus Nr. 1 75 4 Mit wie vielen Grenzsteinen ist das Grundstück festgelegt 13 5 Warum haben einige Grundstücke 4 oder 5 Grenzsteine und andere 9 oder 10 ?

In Bauzeichnungen haben Linienarten unterschiedliche Bedeutung: Volllinie, breit

–––––––––––– Gebäudekanten, Grundstücksgrenzen

––––––––––––––––– Maßlinien, Maßhilfslinien, Schraffuren Volllinie, schmal Strichlinie, mittelbreit – – – – – – – – – – – – Unsichtbare Kanten Strichpunktlinie, breit

–·–·–·–·–·–·–

Strichpunktlinie,

– · – · –– · –– · –– · – · Symmetrieachsen, Änderung im Schnittverlauf

Freihandlinie

Kennzeichnung von Schnittebenen Holzmaserung, Aufmaßskizzen

5

464

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.1.1 Lageplan, im Original Maßstab 1 : 500

465

5.1 Lageplan

5.1.1 Lageplan, im Original Maßstab 1 : 500 In diesem Plan sieht man das Haus 3 in einem größeren Zusammenhang. Man erkennt den weiteren Verlauf der Straße und die Lage anderer Gebäude. Die Zeichnung 5.1.1 enthält: Gebäudekante Grundstücksgrenze mit Messpunkten Schraffur für bestehende Gebäude, Hausnummer 3 Schraffur für das geplante Gebäude Parkbuchten an der Straße

Bäume Bezeichnung der Grundstücke im Flurbuch Höhe der Oberfläche Straßendecke NN = Normal-Null Maße in Metern in der Wirklichkeit Eingangspfeil

Der Maßstab 1 : 500, in dem der Lageplan gezeichnet ist, sagt aus, dass 1 cm in der Zeichnung einer Länge von 5m in der Wirklichkeit entspricht. Man rechnet das so: 1 cm × 500 = 500 cm und 500 cm sind 5 m! Umgekehrt kann man natürlich auch ausrechnen, wie viel z. B. 3 m in der Wirklichkeit im Lageplan M 1 : 500 sind: 3 m sind 300 cm, diese teilt man dann durch 500, also 300 cm : 500 = 0,6 cm ! Aufgaben 1. Welche Breite haben die Wohnungen 7 und 8 des geplanten Gebäudes? 2. Welche Straßendeckenhöhe hat die Planstraße (Weg A) an ihrer Einmündung zur Bahnhofstraße? Siehe auch Seite 443! 3. Welche Grundstücksnummern haben die Grundstücke westlich der Bahnhofstraße im Flurbuch (Kataster)? 4. Für das Schriftfeld auf dem Zeichenkarton: Üben von Normschrift: Schreiben Sie in Normschrift den Aufgabentext und alle Zahlen! In einer Bauzeichnung kommt es auf die exakte Beschriftung und Bemaßung an. Die Schrift und die Zahlen müssen eindeutig lesbar sein, um Unklarheiten, aus denen Fehler auf der Baustelle entstehen können, zu vermeiden.

Die vertikale Normschrift nach DIN 6776 finden Sie im Anhang.

5

466

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.1.2 Lageplan Baustelleneinrichtung, im Original Maßstab 1 : 500

467

5.1 Lageplan

5.1.2 Baustelleneinrichtung Die Zeichnung 5.1.2 enthält: Baustoffabfallcontainer Aushub, Oberboden Bauleiter, Sanitäreinrichtung, Magazin Strom Wasser

Kies, Sand, Mörtel Baustoffe, z. B. Ziegel, Holz Böschung Grenze

Aufgaben 1. Wo ist bei der Böschung 3 oben, bzw. unten? 2. Wie erklären Sie sich das Zeichen für Strom? 3. Wo lagern die schweren Baustoffe? 4. Weshalb befindet sich die Strom- und Wasserversorgung an der Grundstücksgrenze?

5

468

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.1.3 Entwässerungsplan, im Original Maßstab 1 : 500

469

5.1 Lageplan

5.1.3 Entwässerungsplan Entwässerung Das Abwasser muss von jeder Wohnung abgeleitet werden. Über Kontrollschächte gelangt das Schmutzwasser dann in die Abwasserrohre unter der Straßendecke. Das Regenwasser muss davon getrennt entsorgt werden. Von den Dachrinnen in die Regenwasserkanäle.

Die Zeichnung 5.1.3 enthält: Schmutzwassergrundleitung bis zum Kontrollschacht Schmutzwasserkontrollschacht auf dem Hausgrundstück Regenwasser von der Dachrinne Regenwasserkontrollschacht Grundstück Straßeneinlauf DN : Durchmesser Nennweite

Kontrollschächte in der Straße Grundstückgrenze mit Grenzstein Nordpfeil, er zeigt an, wo auf dem Plan Norden ist. Falls kein Nordpfeil vorhanden ist, ist eine Zeichnung immer so angelegt, dass der obere Blattrand immer nach Norden zeigt! Vorhandene bauliche Anlagen

Aufgaben 1 Weshalb liegen bei 2 und 4 zwei Kontrollschächte nebeneinander? 2 Wie wird das Schmutzwasser gesammelt, bevor es zur Bahnhofstraße abgeleitet wird ? 3 In welcher Himmelsrichtung befindet sich der Straßeneinlauf vom Haus 5 aus gesehen?

Planzeichen für Entwässerungsleitungen: Schmutzwasserleitung mit Kontrollschacht

Regenwasserleitung mit Kontrollschacht Fließrichtung

5

470

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.2 Fundamentplan für Streifenfundamente im Grundriss und im Schnitt, im Original Maßstab 1 : 50

471

5.2 Fundamentplan für Streifenfundamente

5.2 Fundamentplan für Streifenfundamente Die Zeichnung 5.2 enthält Angaben über eine Stahlbetonplatte auf Streifenfundamenten mit Vermaßung. Maßzahlen auf Maßlinien Maßhilfslinie mit Maßbegrenzung Fundamentaußenkanten (Gebäudekanten) mit Rasterlinien in der Draufsicht Streifenfundament im Schnitt Sichtbare und unsichtbare Bauteilkanten Angabe der Schnittführung. Höhenangaben im Schnitt Schraffur zur Kennzeichnung von Stahlbeton Als Maßbegrenzung: Striche, Kreise oder Pfeile

Aufgaben 1. Benennen Sie die Maße in m und cm bei 1 ! 2. Worin besteht der Unterschied zwischen den Maßen bei 1 und 1a ? 3. Wie breit ist das Streifenfundament ? 4. Wie hoch ist das Streifenfundament ? 5. Ist dieses Maß (aus Aufgabe 4) schon an anderer Stelle ausgewiesen? 6. Wählen Sie ein beliebiges Maß in der Zeichnung und messen Sie dann die Strecke mit dem Geodreieck! Was fällt Ihnen auf ? 7. In welchem Maßstab wird der gezeichnete Gegenstand größer, im Maßstab 1 : 100 oder im Maßstab 1 : 50 ?

Bei der Bemaßung im Hochbau stehen vor dem Komma die Meter, nach dem Komma die Zentimeter und die hoch gestellten Zahlen sind Millimeter! Maße ohne Komma sind Zentimeterangaben.

5

472

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.2.1 Fundamentplan für Streifenfundamente mit Sohlenabsenkung im Grundriss und im Schnitt, im Original Maßstab 1 : 50

473

5.2 Fundamentplan für Streifenfundamente

5.2.1 Fundamentplan – Grundriss Die Zeichnung 5.2.1 ist ein Ausschnitt aus einem Fundamentplan für eine Halle. Grundriss bedeutet, dass man ähnlich wie beim Lageplan von oben – aus der Vogelperspektive – auf eine Geschossebene sieht. Dazu wird ein Haus horizontal in Streifen geschnitten (jeweils einen Meter über dem Boden), dann kann man von oben darauf sehen. In dieser Zeichnung sieht man von oben nur auf die Fundamente und kann ihre Breite und Länge erkennen. Da dies ein Ausschnitt aus einem Originalplan ist, wird noch einmal auf die z.T. nicht normgerechte Bezeichnung und Bemaßung hingewiesen

5

Systemskizze Grundriss

Schnitt Außerdem erkennt man in dieser Zeichnung einen Schnitt durch die Fundamente. Bei einem Schnitt wird ein Gebäude senkrecht aufgeschnitten, dann kann man von der Seite wie bei einem Puppenhaus in das Haus hinein sehen. In dieser Schnittzeichnung sieht man also die Fundamente von der Seite, man erkennt jetzt ihre Höhe.

Systemskizze Schnitt

Die Strich-Punkt-Linie gibt an, wo das Fundament geschnitten wird. Oft sind mehrere Schnitte erforderlich, dann werden diese mit großen Buchstaben gekennzeichnet. Hier B – B Der Pfeil gibt die Blickrichtung an, in der man auf die Fundamente sieht.

474

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.2.2 Baugrube mit einer 60° Böschung und Streifenfundament

5.2 Fundamentplan für Streifenfundamente

475

5.2.2 Baugrube mit einer 60° Böschung und Streifenfundament Die Zeichnung 5.2.2 enthält einen Systemschnitt durch eine Baugrube, in der die Streifenfundamente betoniert werden. Böschungswinkel Je nach Bodenbeschaffenheit beträgt der Winkel zwischen 45° und 80° h = Höhe der Böschung b = Breite der Böschung Das Verhältnis von Höhe zu Breite ergibt die Böschungsneigung, z. B. 1 : 2. Sind Höhe und Breite gleich lang, beträgt der Böschungswinkel 45°, das ist dann das Verhältnis 1 : 1. Wird die Höhe größer als die Breite wird die Böschung steiler: 1 : 0,5 gewachsener Boden Arbeitsraum Am Grund der Böschung muss die Arbeitsraumbreite mindestens 50cm betragen. Das Zeichen ≥ 50 bedeutet: gleich oder größer als 50cm.

Aufgaben 1. Zeichnen Sie eine Böschung im M 1 : 50 Der Arbeitsraum soll eine Breite von 60 cm haben, die Böschungsbreite soll 1,20 m und die Böschungshöhe 3,10 betragen. 2. Zeichnen Sie freihändig auch den gewachsenen Boden! 3. Messen Sie den Winkel dieser Böschung in Ihrer Zeichnung! 4. Welchem Verhältnis entspricht die Böschungsangabe 60° ? 5. Wie muss die Böschung aus der Zeichnung 5.2.2 in der Draufsicht gezeichnet werden?

5

476

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.2.3 Schnitt durch das Fundament mit aufgehendem Mauerwerk, im Original Maßstab 1 : 10

5.2 Fundamentplan für Streifenfundamente

477

5.2.3 Schnitt durch das Fundament mit aufgehendem Mauerwerk Die Zeichnung 5.2.3 enthält die verschiedenen Schraffuren für unterschiedliche Baustoffe Mauerwerk (mit unterschiedlichen Abständen zwischen den Linien kann man auf unterschiedliche Druckfestigkeiten hinweisen) Putz Zementestrich oder unbewehrter Beton (ohne Stahleinlage) Dämmstoffe Stahlbeton Absperrungen gegen Wasser: Folien oder Anstriche

5 Aufgaben 1. Üben Sie freihändig in jeweils 2 × 6 cm großen Kästchen die oben gezeichneten Schraffuren. Die Schraffuren für Mauerwerk und Beton/Mörtel werden unter einem Winkel von 45° gezeichnet. Der Abstand der Linien soll für diese Übung maximal 2mm betragen. Für die Absperrungsdarstellung ziehen Sie nun mit dem Lineal zwei parallele Linien im Abstand von einem mm. Dazwischen zeichnen Sie eine gestrichelte Linie: 4 mm Strich, 3 mm Lücke. 2. Welche Dicke hat das Mauerwerk der Außenwand? 3. Wie groß ist die Gesamtdicke des Fußbodenaufbaus? 4. Weshalb wurde zwischen den Bauteilen 3 und 4 eine Trennlinie gezeichnet? 5. In dieser Zeichnung sind die Linienabstände für die Mauerwerksschraffur ausnahmsweise unterschiedlich groß. Weshalb?

478

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.2.4 Schalung für das Streifenfundament auf der Baugrubensohle, im Original Maßstab 1 : 10

479

5.2.4 Schalung auf Baugrubensohle Für das Streifenfundament mit aufgehendem Mauerwerk (Zeichnung 5.2.3) ist eine Schalung auf der Baugrubensohle notwendig. Die Zeichnung 5.2.4 enthält genagelte Verbindung Bauhölzer in der Ansicht Bohlen im Querschnitt Aufsicht auf das Hirnholz verdeckte und sichtbare Kanten gewachsener Boden aufgeschüttete Sauberkeitsschicht Querschnittsabmessungen: Höhe/Breite in cm und mm

Aufgaben 1. Welche Querschnittsabmessungen hat die Strebe in cm? 2. Schätzen Sie die Breite und Dicke der Bohlen! 3. Welche Höhe hat das ausgeschalte Fundament?

5

480

5 Zeichnerische Grundlagen

Einschaliges Mauerwerk: Schnitt und Aufsicht auf zwei Schichten

5

Bild 5.3 Mauerwerksbau, Maßordnung im Hochbau

5.3 Einschaliges Mauerwerk

481

5.3 Einschaliges Mauerwerk Die Zeichnung 5.3 enthält ganzer Stein dreiviertel Stein halber Stein Lagerfuge DF = Dünnformat 24 × 115 × 52 NF = Normalformat 24 × 115 × 71 2 DF = doppeltes DF + Fuge 24 × 115 × 113 3 DF = dreifaches DF + Fugen 24 × 175 × 113 Stoßfuge Prinzip der Maßordnung im Hochbau: mit der Steinhöhe plus Lagerfuge werden immer wieder gleiche Höhenabschnitte erreicht. Für alle Steinformate ist dann immer eine durchgehende Lagerfuge bei bestimmten Höhen möglich, z. B. bei 50 cm, immer bei 1 m.

Aufgaben 1. Wie viele Steinschichten (2DF) liegen bei einem Höhenmeter übereinander? 2. Wie lang und breit ist ein halber Stein? 3. Wie viele Lagerfugen sind nötig, wenn man drei 3 DF-Steine übereinander legt. Der erste Stein liegt bereits auf einer Mörtelschicht von 1cm. Errechnen Sie die Höhe! 4. Zeichnen Sie im M 1 : 10 die Ansicht einer 1m hohen Mauer bestehend aus 16 DF, 12 NF, 8 2DF und (wie vielen?) 3DF! Alle Steine mit Stoß- und Lagerfugen werden unverzahnt, also ohne Verband, nebeneinander gesetzt!

5

482

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.3.1 Grundriss und Schnitt, im Original Maßstab 1 : 100

5.3 Einschaliges Mauerwerk

483

5.3.1 Grundriss und Schnitt In der Zeichnung 5.3.1 wird ein Schnitt durch das Einfamilienhaus „3“ dargestellt. Wie in den Zeichnungen 5.2 und 5.2.1 beschrieben bietet die Schnittdarstellung, als „durchgeschnittenes“ Gebäude, die Möglichkeit, die Höhen eines Hauses darzustellen. Im Grundriss wird eingetragen, wo das Haus geschnitten wurde und welche Blickrichtung der Betrachter hat. die Ebene 0,00 ist eine Bezugsebene, von der aus tiefere und höhere Ebenen gemessen werden, meistens ist das die Oberfläche (OF) der Rohdecke des Erdgeschosses.

die Ebene + 0,26 liegt 26 cm oberhalb der Bezugsebene die Ebene + 6,00 liegt 6m oberhalb der Bezugsebene der Schnitt A-A durchschneidet den Wohn- und Essbereich mit angegebener Blickrichtung die Zahlen in den Zimmern geben die Größe in m2 an Darstellung der Tür im Grundriss Darstellung des Fensters im Grundriss

Aufgaben 1. Welche Höhenebene hat der Punkt A im Grundriss? 2. Wo im Grundriss befinden sich die Tür und das Fenster, die im Schnitt zu erkennen sind? 3. Im Lageplan (5.1.1) ist beim Haus 3 der Eingangspfeil eingezeichnet. Wo ist in der Zeichnung 5.3.1 Norden, Osten, Süden und Westen? (Hinweis: s. Entwässerungsplan 5.1.3 !) 4. Zeichnen Sie einen Ausschnitt aus dem Grundriss im Maßstab 1 : 50: den Hauswirtschaftsraum (HWR) mit Dusche und Flur!

5

484

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.3.2 Grundriss (Ausschnitt), Original Maßstab 1 : 100 mit Möblierung

5.3 Einschaliges Mauerwerk

485

5.3.2 Grundriss mit Möblierung In dieser Zeichnung werden die Zimmer im Grundriss möbliert. Das ist notwendig, um vor allem den Bauherren, die ungeübt im Zeichnungslesen sind, eine Vorstellung der Raumgrößen zu vermitteln. Außerdem werden durch die Planung von Bad/WC/Duschen, Küchen und Hauswirtschaftsräumen (die sog. Nasszellen) die Anschlüsse für die spätere Ausführung vorgegeben.

Aufgaben 1. In welchem Maßstab ist die Zeichnung 5.3.2 in diesem Buch? 2. Welches Gesamtmaß ergibt sich von der rechten unteren Hausecke bis zum Haustüranschlag? 3. Überprüfen Sie das Maß 4,385 anhand der Einzelmaße! 4. Welche Breite haben die Innentüren? Woran könnte man das erkennen? 5. Wie sollte die nicht eingezeichnete Tür anschlagen?

Fenster Tür mit Angabe Öffnungsrichtung (Anschlag) Treppe, der Pfeil zeigt die Richtung nach oben

5

486

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.3.3 Grundrisse eines Erdgeschosses und eines darüber liegenden Dachgeschosses, im Original Maßstab 1 : 100

487

5.3 Einschaliges Mauerwerk

5.3.3 Grundrisse eines Erdgeschosses und eines darüber liegenden Dachgeschosses Die Grundrisse der einzelnen Geschosse entstehen, wenn man ein Haus in horizontale Scheiben (jeweils einen Meter über dem Fußboden) schneidet und von oben darauf sieht. (s. a: Zeichnung 5.2.1) Die Zeichnung 5.3.3 enthält Im Erdgeschoss Schnittführung (es gibt nur einen Schnitt, deshalb keine Buchstabenbezeichnung) Hier wird die Himmelsrichtung angegeben. Hat eine Zeichnung keinen Nordpfeil, ist Norden immer am oberen Blattrand. Aufsicht auf das Flachdach (s. Schnitt) Darstellung von Fenstern im Grundriss Darstellung von Türen: im Grundriss Aufsicht auf die Treppe Die obere Hälfte bis zum diagonalen Doppelstrich zeigt die Draufsicht auf die Treppe aus dem Keller, die untere den Teil der nach oben führt. Abstand der Maßlinien untereinander Eingangsstufen Der Reihe nach gezählte Räume von 1 im Keller bis 16 im Dachgeschoss

Im Dachgeschoss Draufsicht auf das geneigte Dach über dem Wintergarten ⑪ Draufsicht auf die Gaube ⑫ Diese Strichlinie gibt an, dass man hier unter dem geneigten Dach eine Kopfhöhe von 2,00 m hat (s. Schnitt)

Aufgaben 1 Wie viele m2 Grundfläche hat das Wohnzimmer? 2 Wie viele Stufen geht man zur Eingangstür nach oben? 3 Welche Wände stehen im Erdgeschoss (EG) und im Dachgeschoss (DG) übereinander? 4 Zeichnen Sie das Erdgeschoss im Maßstab 1 : 100 (Diesen Maßstab benutzt man immer für die Entwurfszeichnungen!) Bemaßen und beschriften Sie den Grundriss entsprechend der Vorlage! (ohne die Aufsicht auf das Flachdach)

5

488

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.3.4 Grundriss des Kellergeschosses und der Schnitt im Original im Maßstab 1 : 100

489

5.3 Einschaliges Mauerwerk

5.3.4 Grundriss und Schnitt des Kellergeschosses Die Zeichnung 5.3.4 enthält Im Kellergeschoss Höhensprung im Kellerfußboden durch Schraffur gekennzeichneter Anbau Unsichtbare Kanten: Mauer zu Wintergarten im Erdgeschoss Flügeltür Dachüberstand (unsichtbar) Schnittführung Eingangspfeil

Im Schnitt Höhenangabe: das Niveau des Eingangsgeschosses wird mit +0,00 angenommen OK FF EG: Oberkante Fertigfußboden Erdgeschoss Erdgeschosshöhe: von Oberkante Erdgeschossfußboden (+ 0,00) bis Oberkante Dachgeschossfußboden (+ 2,75). Statt Oberkante sollte der Begriff Oberfläche verwendet werden. Kellergeschosshöhe: von +0,00 nach unten wird dann zu einer Minusangabe: -2,40 ⑪ Deckenbalken ⑫ Decke zum Spitzboden

Da die Schnittzeichnung nur für das Buch dem Kellergeschossgrundriss zugeordnet wurde, stehen die Maßzahlen z. T. auf dem Kopf. Aufgaben 1 Wie groß ist der Niveauunterschied im Kellergeschoss zwischen Raum 01 und Raum 06? 2 Wo erhält man im Schnitt die selbe Information? 3 Wie groß ist der Niveauunterschied zwischen Raum 02 und Raum 04? 4 Kann man diesen Niveauunterschied im Schnitt erkennen? Wenn ja, wo? Wenn nein, weshalb nicht? 5 Geben Sie die Höhe OK Spitzboden an, wenn die Decke zum Spitzboden 20cm dick ist! 6 Was bedeutet OK FF KG und wie würde man für OK heute schreiben?

5

490

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.3.5 Grundriss, Schnitt und Ansicht, im Original Maßstab 1 : 100

5.3 Einschaliges Mauerwerk

491

5.3.5 Grundriss, Schnitt und Ansicht eines Hauses In der Zeichnung 5.3.5 wird der Zusammenhang zwischen Grundriss, Schnitt und Ansicht in einer Übersicht dargestellt: Im Grundriss erkennt man die Raumaufteilung, In der Ansicht lässt sich das Äußere eines Hauses darstellen, Im Schnitt lassen sich alle Höhen ablesen. Im Erdgeschossgrundriss dieser Zeichnung sind Maße und Beschriftung nicht wie üblich von rechts nach links lesbar. Der Grund dafür ist die nachträgliche Zuordnung des Grundrisses zur Ansicht und zum Schnitt. Aufgaben 1. Entsprechend dieser Vorlage ist hier ein Grundriss mit dem dazugehörigen Schnitt dargestellt. Konstruieren Sie dazu die Ansicht von Norden im Maßstab 1 : 100! 2. Welche OF- Höhe hat das Dachgeschoss? 3. Auf welche Ausgangshöhe beziehen sich alle Höhenangaben? 4. Wie groß ist die größere lichte Kellerraumhöhe. 5. Welche Dachneigung hat das Hauptdach (Angabe in Grad)?

5

492

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.3.6 Kavalierperspektive

5.3 Einschaliges Mauerwerk

493

5.3.6 Einfache räumliche Darstellung: Kavalierperspektive In der Zeichnung 5.3.6 wird die Entwicklung einer einfachen räumlichen Darstellung aus Vorderansicht, Seitenansicht von links und Draufsicht entwickelt. Vorderansicht und Seitenansicht stehen auf einer Grundlinie und haben natürlich die gleiche Höhe. Zur Konstruktion der Draufsicht halbiert man den Abstand zwischen Vorderansicht und Seitenansicht. Am Schnittpunkt mit der Grundlinie zieht man unter dem Winkel von 45° eine Hilfslinie nach rechts unten. Die Seitenlinien der Seitenansicht werden nach unten auf die Hilfslinie verlängert. Von den entstehenden Schnittpunkten zieht man waagerechte Linien bis unter die Vorderansicht. Der Abstand dieser beiden Linien ist die Breite der Seitenansicht. Nun zieht man die Begrenzungs- und die Firstlinie senkrecht nach unten und erhält so die Draufsicht. Für die räumliche Darstellung, die Kavalierperspektive, zeichnet man die Vorderansicht noch einmal. Von der linken Seite und dem First zieht man unter 45° Linien nach links hinten. Da man beim Sehen in der Natur alles, was weiter entfernt ist, kleiner sieht (perspektivisches Sehen), muss jetzt beim Zeichnen dieses natürliche Sehen simuliert werden. Dazu kann man alle Längen, die man nach hinten zeichnet um die Hälfte oder auf zwei Drittel kürzen. Dieses ist die einfachste Methode, einen räumlichen Eindruck auf dem Papier zu erzeugen. Es gibt noch eine Reihe anderer Möglichkeiten. Eine davon ist die Isometrie, die in der Zeichnung 5.5 vorgestellt wird.

5

494

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.3.7 Perspektivische Darstellung: Kavalierperspektive

5.3 Einschaliges Mauerwerk

495

5.3.7 Perspektivische Darstellung: Kavalierperspektive Aus der Kombination von Grundrissen, Schnitten und Ansichten kann man sich ein Haus auch räumlich vorstellen. Die einfachste Möglichkeit einer räumlichen Darstellung ist die KAVALIERPERSPEKTIVE. Die Ansicht von Nord-Westen (Zeichnung 5.3.5) wurde aus dem Grundriss und dem Schnitt entwickelt. Die Nord-West-Seite wird für die Perspektive in unveränderten Maßen übernommen (Höhe und Breite). Die Seite, die im Grundriss rechtwinklig dazu liegt, hier die Nord-Ost-Seite, wird in der Perspektive unter 45° gezeichnet und die Maße der nach hinten fluchtenden Linien werden um die Hälfte verkürzt, die Höhen bleiben unverändert.

Aufgabe

Entwickeln Sie eine Kavalierperspektive! Zeichnen Sie im Maßstab 1 : 1! Die Maße in der Zeichnung sind in mm angegeben! Um auszuprobieren, welche Art der Darstellung eher dem wirklichen, natürlichen Sehen ent1 spricht, zeichnen Sie die Kavalierperspektive auch einmal mit der Verkürzung auf der nach 3 hinten fluchtenden Linien

5

496

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Stahlbetonbau

Bild 5.4

Stahlbetonbau: Bewehrung eines Balkens, im Original Maßstab 1 : 50

5.4 Stahlbetonbau

497

5.4 Stahlbetonbau Diese Zeichnung 5.4 enthält Abstand der Bügel. Er wird bei größerer Belastung enger. Im Stahlauszug: 2 × Ø 8 bedeutet: 2 Stahlstäbe mit dem Durchmesser 8 mm, l = 3,59 bedeutet: Länge der Stäbe 3,59 m. Im Stahlauszug: 2 Stahlstäbe mit dem Durchmesser 12 mm Im Stahlauszug: die Bügelmaße an den Seiten in cm, die Biegelängen der Bügel werden ohne Maßlinien daneben geschrieben, 19 Bügel mit dem Durchmesser von 6 mm und die Länge des noch nicht gebogenen Bügels beträgt 1,27 m. Montagestäbe Tragende Längsstäbe Bügel, da die angreifenden Kräfte in Richtung Auflager größer werden, wird der Bügelabstand geringer Alle Stahleinlagen, Tragstäbe, Montagestäbe und Bügel müssen fest mit Beton umschlossen sein. Sie müssen bis zur Oberfläche des Bauteils eine Betondeckung haben, die je nach Lage des Bauteils, seiner Beanspruchung und der Zementart zwischen mindestens 1,5 cm und 4,5 cm betragen muss.

Aufgaben 1. Wo finden Sie 2,5cm Betonüberdeckung gezeichnet, ohne dass sie vermaßt sind? 2. Welche Breiten und Höhen sind im Schnitt A-A angegeben? 3. Welche Gesamthöhe hat der bewehrte Balken? 4. Welche Höhe hat der Bewehrungskorb? 5. Wie lang ist das Maß 3,135 in Metern, Zentimetern und Millimetern?

5

498

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.4.1 Stahlbeton Bewehrung einer Stütze, im Original Maßstab 1 : 20

5.4 Stahlbetonbau

499

Stahlbeton Bewehrung einer Stütze Die Bewehrung in Stützen besteht wie auch beim Balken aus Längsstäben und Bügeln. Die Bügel haben die Aufgabe, die Längsstäbe am Ausknicken zu hindern. Die Längsstäbe werden vorwiegend in den Ecken angeordnet. Reicht die Stütze über zwei Geschosse müssen die Eckstäbe als Anschlussbewehrung in die darüber stehende Stütze geführt werden, dazu müssen diese Stäbe gekröpft werden (s. Zeichnung).

Die Zeichnung 5.4.1 enthält: sbü = Abstand der Bügel 12 dsl ≦ gleich oder kleiner als 12 × die Dicke des Längsstabes Anschlussbewehrung; im Schnitt A-A: ○ weiterführende Bewehrung; im Schnitt A-A: ● dsl : Durchmesser des Längsstabes in mm dsbü : Durchmesser der Bügel in mm c : Betondeckung in cm min d : die kleinere Stützenbreite

Aufgaben 1. Wo erkennt man im Schnitt die Betondeckung? 2. Können Sie sagen, wie groß das Kröpfmaß mindestens sein muss? 3. Wie groß darf der Bügelabstand höchstens sein, wenn der Längsstab einen Durchmesser von 20 mm hätte?

5

500

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Grundriss Bild 5.5.1 Holzbau: Isometrie und Grundriss, im Original Maßstab 1 : 100

5.5 Holzbau: Isometrie

501

5.5 Holzbau: Isometrie

5

Aufgabe Die Zeichnungen sind in einer anderen Perspektive dargestellt als unter 5.3.6 und 5.3.7 Können Sie beschreiben, worin der Unterschied besteht?

Die Geschossdecke in diesem Haus ist eine Holzbalkendecke. Die tragenden Teile sind die Holzbalken und diese Decke ist so konstruiert, dass man die Holzmontiert und daran die balken nicht sehen kann. Unter den Balken wird eine Konterlattung Gipskartonplatten , die gespachtelt und tapeziert die Deckenansicht ergeben. Zwischen die Balken wurde hier eine Dämmschicht eingebracht. Auf die Balken kommt eine trittfeste Platte oder Schalung . Darauf liegt eine Folie , um das Durchrieseln der Trittschallschüttung zu verhindern. Den oberen Abschluss bildet eine Trockenestrichplatte , auf die dann je nach Bedarf Teppich, Holz, Laminat oder Fliesen verlegt werden können.

502

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.5.2 Holzbau: Schnitt durch das Haus Nr. 3, im Original Maßstab 1 : 100

5.5 Holzbau: Isometrie

503

5

Bild 5.5.3 Holzbau: Details

504

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Die Bauteile des Fachwerks nennen sich: Rähm Riegel Strebe Schwelle Pfosten (Stiel) Türpfosten Eckpfosten Detail I: Eckblatt Detail II: Versatz Detail III: Zapfen

Nadelschnitthölzer:

Bild 5.5.4 Holzbau: Fachwerkwand, im Original 1 : 100

Holzverbindungen haben die Aufgabe, zusammentreffende Bauteile z. B. Pfosten mit Schwelle unverschiebbar mit einander zu verbinden. Dieses Zeichen :≥ 10 mit der Zahl bedeutet ein Holz ist größer als 10 cm oder gleich groß! Dieses Zeichen: < 4 mit der Zahl bedeutet ein Holz ist kleiner als 4 cm und Dieses Zeichen: ≤ 4 mit der Zahl bedeutet ein Holz ist kleiner als 4 cm oder gleich groß!

5.5 Holzbau: Isometrie

505

5.5.1 Holzbau: Fachwerkwand, Holzverbindungen Die Zeichnung 5.5.4 zeigt einige traditionelle Zimmermannsverbindungen.

5

Die Hölzer, die man einer Fachwerkwand verbaut sind heute überwiegend Nadelhölzer. Konstruktionsanleitung zum Halbieren von Winkeln: l1 = l2 abmessen Strecke A-B halbieren = l3 C mit D verbinden

Aufgaben: 1. Konstruieren Sie einen Winkel halbierenden Versatz einer Strebe unter 60°! 2. Bestimmen Sie die Länge des Eckblatts, wenn die Kanthölzer eine Querschnittsgröße von 10/10 haben! 3. Das Zapfenloch ist immer etwas tiefer als der Zapfen. a) Woran erkennen Sie das in der Zeichnung? b) Überlegen Sie, weshalb das sein muss! c) Wie lang ist der Zapfen bei einem 12/12 Rähm?

506

5 Zeichnerische Grundlagen

5.5.2 Holzbau Fachwerkträger Fachwerkträger oder auch Fachwerkbinder können sehr unterschiedlich ausgeführt werden. Das Prinzip dieser Bauweise ist immer gleich: Zwischen den Obergurten und dem Untergurt werden Stäbe immer so angeordnet, dass sie Dreiecke bilden. Mit Hilfe der Fachwerkbinder können große Spannweiten überbrückt werden, sie finden deshalb vor allem Anwendung in Hallenbauten für die Industrie, die Landwirtschaft, den Sport und die Freizeit.

5 Durch unterschiedliche Anordnung der Obergurte unterscheidet man

507

5.5 Holzbau: Isometrie

5.5.3 Holzbau Fachwerkträger, im Original Maßstab 1 : 100

Dreiecksträger Obergurt Untergurt Diagonalstab

Vertikalstab Knotenpunkt: genagelte Verbindung zwischen Untergurt und Diagonalstab, die Nagelbleche werden eingeschlitzt

Detail Knotenpunkt Aufgaben: 1. Welche Stabart fehlt im Dreiecksträger auf dieser Seite? 2. In welchem Träger sind sowohl alle Vertikalstäbe als auch alle Diagonalstäbe jeweils gleich lang? 3 In welchem Träger sind alle Diagonalstäbe im gleichen Winkel angebracht?

5

508

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.5.5 Holzbau: Dächer, Sparrendach

509

5.5 Holzbau: Isometrie

5.5.4 Holzbau: Dächer, Sparrendach Beim Sparrendach bilden die Sparren zusammen mit der Decke ein biegesteifes Dreieck. In der Längsrichtung wird das Dach mit Windrispen ausgesteift. Windrispen sind entweder Dachlatten oder Flachstahlbänder, die diagonal an den Sparren angebracht sind.

5 Die Zeichnung 5.5.4 enthält: First mit Firstbohle und Zangen Sparrenfuß Knagge 10/12 Bolzen

Sparrenschwelle 10/12 Dämmstreifen Sparren 10/20 Stahlbetondecke

Hat ein Sparren eine Spannweite von 9 bis 14 m, müssen die Sparren durch einen Kehlbalken unterstützt werden.

Aufgabe: Der Kehlbalken besteht hier aus zwei rechts und links am Sparren befestigten Bohlen 50/160. Zeichnen Sie freihändig den Anschluss der Zangen an den Sparren als Detail im Maßstab 1 : 5 in zwei Ansichten!

510

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Detail: Fußpfette

Bild 5.5.6 Holzbau: Dächer, Pfettendach, im Original Maßstab 1 : 100 Detail: Fußpfette, im Original M 1 : 10

511

5.5 Holzbau: Isometrie

5.5.5 Holzbau: Dächer, Pfettendach Das statische System des Pfettendachs ist ein schräger Balken auf mindestens zwei Stützen.

Die Pfetten sind Längsträger, auf denen die Sparren aufliegen. Beim einfach stehenden Pfettendach liegt die Firstpfette auf Pfosten, die gegen Umkippen durch Kopfbänder oder Streben gesichert werden. Vor der Giebelwand stehen in der Regel Streben.

Der Pfosten unter der Firstpfette muss im darunter liegenden Geschoss eine tragende Wand oder eine Stütze haben. Dadurch ist man bei der Gestaltung des Grundrisses durch tragende Wände oder Stützen gebunden. Die Zeichnung 5.5.5 enthält Firstpfette auf Pfosten Fußpfette auf der Stahlbetondecke Fußpfette 10/12 mit Steinschraube befestigt

Sparren-Pfettenanker Kopfbänder

Aufgaben: 1. Auf dem Pfosten unterhalb der Firstpfette ist eine Bauteilkante zu erkennen. Was stellt dieses Bauteil dar? 2. Skizzieren Sie freihändig das Fußpfettendetail!

5

512

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Bild 5.6.1

Beschichten und Bekleiden eines Bauteils Fliesenbelag, im Original Maßstab 1 : 10

5.6 Fliesenbeläge

513

5.6 Fliesenbeläge Innenbeläge aus keramischen Fliesen und Platten werden für Wände und Fußböden verwendet. Auf glatten Untergründen verlegt man diese im Dünnbett aus Klebemörtel, auf unebenen Gründen im Dickbett aus bis zu 35mm dickem Mörtelbett. Die Fugen zwischen den Fliesen und Platten sind je nach deren Dicke zwischen 2 und 10mm breit.

5

Die Zeichnung 5.6 enthält: Fliesen im Dünnbett (2mm) auf 1,5cm dickem Innenputz Wandanschluss beim schwimmenden Estrich Wandanschluss mit Sockelfliese beim Verbundestrich

Aufgabe: 1. Zeichnen Sie auswendig die Schraffuren und Kennzeichnungen für – Stahlbeton – Mauerwerk – Wärmedämmung – Estrich – Folien, Feuchtigkeitssperren – Mörtel Zeichnen Sie sich dazu Kästchen ( 4cm lang, 1,5 cm hoch) und tragen Sie dort Ihre Lösungen ein!

514

5 Zeichnerische Grundlagen

5

Vertikalschnitt A durch die Fassade I Bild 5.6.2 Trockenbau, Vertikalschnitte

Vertikalschnitt B durch die Blockhausfassade II

515

5.6 Fliesenbeläge

Trockenbau Wenn Holzständerwerke das statische Tragsystem bilden, bedarf es einer Beplankung, um das Gebäude nach außen wetter- und wasserfest zu machen und den Innenraum mit einer abschließenden Feuchtigkeit regulierenden Haut zu versehen. Das kann, was die Außenhaut betrifft, auf sehr unterschiedliche Weise geschehen. Das Konstruktionsprinzip ist jedoch immer gleich.

Horizontalsystemschnitt durch die Außenwand I

Die Zeichnung 5.6.1 enthält Im Vertikalschnitt A: Holzverschalung Lattung 2,4/6 Wetterschutzbahn Spanplatte V 100 Wärmedämmung Spanplatte Dampfsperre Lattung 4/6 Installationsbereich mit Dämmung Gipskarton

5 Im Vertikalschnitt B: ⑪ Bohlen 65/145 ⑫ Windpappe ⑬ Dämmung ⑭ Dampfsperre ⑮ Installationsbereich mit Dämmung ⑯ Lattung ⑰ Gipskarton

Aufgabe Welche Wanddicke der Fassade I ergibt sich, wenn Sie davon ausgehen, dass die hier verwendeten Bauplatten (Spanplatte, Gipskarton) 2 cm dick sind! Das Maß für die Dämmung schätzen Sie anhand der Maße der Mauersteine!

Originalpläne – Dipl. Ing. Carsten Ahrens, Rendsburg Lageplan: Bilder 5.1, 5.1.1, 5.1.3 Fundamentplan für Streifenfundamente: Bild 5.2.1 Grundrisse, Schnitte, Ansicht: Bilder 5.3.3, 5.3.4, 5.3.5 – Vierck Holzhäuser GmbH: Bild 5.5 – Ökologisches Bauen, Lehr- und Informationsschau der Arbeitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen, Kiel 1989: Bilder 5.5.1, 5.6.1

6 Bauphysik 6.1 SI-Basiseinheiten Die international zunehmende Verflechtung von Technik und Wissenschaft in den vergangenen Jahrzehnten erfordert die Verwendung international gültiger Einheiten. Seit 1971 ist das internationale SI-Einheitensystem (SI = System Internationale d’Unités) in Deutschland gültig. Das internationale Einheitensystem basiert auf sieben physikalischen Grundgrößen, diese nennt man Basiseinheiten. Größe

Länge

Masse

Zeit

Temperatur

Stromstärke Lichtstärke

Stoffmenge

Name

Meter

Kilogramm

Sekunde

Kelvin

Ampère

Candela

Mol

Zeichen

m

kg

s

K

A

Cd

mol

Bild 6.1.1 SI-Einheiten

In der Bautechnik sind einige der Basiseinheiten relevant. Zur Längenermittlung dient die Basiseinheit Meter, Masse wird in Kilogramm angegeben, Zeitmessungen in Sekunden durchgeführt. Bei der Temperaturmessung wird üblicherweise nicht in° C, sondern in Kelvin gemessen (6.1.2). 100 °C

3

373 K

0 °C

2

273 K

–273 °C

1

0K

°C

°K

3

Siedepunkt v. Wasser

2

Gefrierpunkt v. Eis

1

absoluter Nullpunkt

Bild 6.1.2 Temperaturskala °C, K

Aus den sieben Basiseinheiten lassen sich weitere Einheiten ableiten. Basiseinheiten und abgeleitete Einheiten bilden die SI-Einheiten. Beispiele: Aus der Länge in m lässt sich die Fläche m2 ableiten: m · m = m2 2 3 Aus der Fläche in m lässt sich das Volumen m ableiten: m · m · m = m3 Die Dichte eines Baustoffes ergibt sich aus dem Quotienten von kg und m3.

518

6 Bauphysik

6.1.1 Masse Ein Körper (z. B. Stein, Holz) ist gebunden an eine bestimmte Menge an Materie, die er enthält. Diese Materie ändert sich nicht, wenn man den Körper in seiner Lage ändert; ihn in den Weltraum transportiert oder auf der Erde in verschiedene Höhen bewegt (6.1.3). m Mond

m

m

Erde

Bild 6.1.3 Stein mit Masse, versch. Orte

6

Masse ist demnach die in einem Körper ortsunabhängig enthaltende unveränderliche Menge an Materie. Die Masse m wird angegeben in Gramm (g), Kilogramm (kg) und Tonnen (t). m [g, kg, t] Beispiele: 1. Ein Mauerstein hat auf der Erde eine Masse m = 1,50 kg. Im Weltraum wird der Stein ebenfalls eine Masse m = 1,50 kg aufweisen, denn seine Menge an Materie hat sich nicht verändert. 2. Der Mauerstein mit m = 1,50 kg wird in zwei Stücke gesägt mit jeweils m = 0,75 kg. In keinem der beiden Stücke hat sich die enthaltene Materien verändert, zusammenaddiert ergeben sich 1,50 kg für beide Steinhälften. Demnach wird auch im Weltraum jede Steinhälfte eine Masse m = 0,75 kg haben.

6.1.2 Gewichtskraft Nehmen wir den Mauerstein mit m = 1,50 kg in die Hand und lassen ihn los, so hat der Stein das Bestreben senkrecht nach unten zu Boden zu fallen (6.1.4). Dieses Fallen wird durch die Anziehungskraft der Erde verursacht. Es wirkt eine Kraft, mit der der Körper nach unten zum Erdmittelpunkt hin gezogen wird. Diese Kraft wird als Gewichtskraft bezeichnet und entspricht 9,81 N (Newton).

m

Gewichtskraft

m

Bild 6.1.4 Gewichtskraft, Stein

519

6.1 SI-Basiseinheiten

Die Gewichtskraft ist demnach die Kraft, mit der ein Körper zum Erdmittelpunkt hingezogen wird. Die Größe dieser Kraft ändert sich mit dem Ort. „Newton“ ist eine zusammengesetzte Einheit aus Masse multipliziert mit der Beschleunigung, der Erdanziehung. 1 N = m · a = 1 kg · 10 m/s2. F [N, kN, MN] Zur Standardisierung wurde vor Jahrhunderten Paris als Eichort gewählt. Dort übt die Erdanziehung auf eine Masse von 1 kg (das sog. Urkilogramm) eine Kraft von 9,81 N aus. In der Bautechnik genügt es, vereinfacht mit dem gerundeten Rechenwert F = 10 N zu rechnen. Wenn man die Erdanziehungskraft mal genauer untersucht, stellt man fest, dass sie an verschiedenen Orten der Erde etwas unterschiedlich ist, Tabelle 6.1.5 zeigt einige Beispiele auf der Erde und im Vergleich außerhalb der Erde. Tabelle 6.1.5 Gewichtskräfte in Übersicht Ort Paris, Stuttgart Nordpol Äquator Mond Jupiter

Anziehungskraft in N 9,81 9,84 9,78 0,17 25,99

6

Mond

Jupiter

m= 1kg m

F = 0,17 N

F ER

F

m= 1kg

Erde

m= 1kg

DE

F = 9,81 N

F = 25,99 N

Bild 6.1.6 Anziehungskraft als Erdball

Zwischen Masse m und Gewichtskraft F besteht ein Zusammenhang: 1 kg entspricht 10 N, 100 g entsprechen 1 N. Tabelle 6.1.7 zeigt gebräuchliche Rechenwerte. Tabelle 6.1.7 Gewichtskraft und Masse Gewichtskraft F 10000 N 1000 N 100 N 10 N 1N

Masse m 1000 kg 100 kg 10 kg 1 kg 0,1 kg = 100 g

520

6 Bauphysik

Übungsaufgaben: 1. Welche Gewichtskraft hat eine Kiste mit einer Masse von 9,00 kg am Nordpol? 2. Berechnen Sie die Beschleunigung auf dem Jupiter, wenn dort eine Masse m = 150 kg der Gewichtskraft von F = 3900 N entspricht? 3. Welche Masse hat auf dem Mond a = 1,62 m/s2 die Gewichtskraft F = 32,4 N? 4. Welcher Masse in kg entspricht eine Gewichtskraft von F = 20 kN? 5. Überprüfen Sie die folgenden Aussagen auf ihre Richtigkeit. Wenn nötig, stellen Sie die Aussagen richtig und begründen Sie ihre Entscheidung: a) Die Masse ist die in einem Körper enthaltene veränderliche Menge an Materie. b) Die Gewichtskraft ist die Kraft, mit der ein Körper in der Schwerelosigkeit schwebt. 6 Erklären sie den Begriff der Einheit ‚Newton‘. 7. Wie vielen Newton (N) entsprechen 5 kg · m/s2? 8. Welche Masse in kg ergibt sich, wenn bei einer Gewichtskraft F = 9.8 N eine Beschleunigung a = 7,5 m/s2 auftritt?

6.2 Dichte, Rohdichte, Schüttdichte

1m

Jeder Körper nimmt ein Volumen ein (6.2.1). Als Beispiel verwenden wir ein Volumen von 1 m3, was einer Seitenlänge von 1 m entspricht (6.2.2). Für 1 m3 Beton, für 1 m3 Eichenholz und für 1 m3 Wasser können wir mit Hilfe einer Waage die jeweiligen Massen berechnen.

m

V= 1 m3

1

6

1m

Bild 6.2.1 Materialien

Bild 6.2.2 Würfel 1 m3

mBeton = 2400 kg mEichenholz = 800 kg mWasser = 1000 kg Unterschiedliche Materialien mit gleichem Volumen haben unterschiedliche Massen. Unterschiedliche Materialien mit gleicher Masse haben ein unterschiedliches Volumen. Das Verhältnis von Masse zum Volumen eines Körpers bezeichnet man als Dichte. In der Technik wird die Dichte mit dem griechischen Buchstaben ρ („rho“) bezeichnet. Dichte = Masse/Volumen

Volumen = Masse/Dichte

Masse = Volumen · Dichte

ρ = m/V

V = m/ρ

m=V·ρ

Bild 6.2.3 Rohdichte

521

6.2 Dichte, Rohdichte, Schüttdichte

Die gebräuchlichsten Einheiten zur Berechnung von Dichten sind in 6.2.4 aufgelistet. Masse Volumen Dichte

=m =V =ρ

in in in

g, kg, t cm3, dm3, m3 g/cm3, kg/dm3, t/m3

Bild 6.2.4 Einheiten der Dichte

In der Bautechnik wird die Dichte häufig weiter unterschieden in Reindichte, Schüttdichte und Rohdichte (6.2.5).

6 Metall Reindichte

Mauerstein Rohdichte

Sand Schüttdichte

Bild 6.2.5 Rein-, Schütt-, Rohdichte

Von Reindichte spricht man, wenn Materialien keine Hohlräume und Poren aufweisen. Als Schüttdichte wird die Dichte von festen Materialien bezeichnet, welche lose aufgeschüttet werden inklusive aller dort enthaltenen Hohlräume und Poren zwischen den einzelnen Teilchen. Unter Rohdichte versteht man die Dichte fester Stoffe, die Poren und Hohlräume enthalten. 6.2.6 zeigt eine Übersicht über gebräuchliche Materialien in der Bautechnik. Baustoff/Material Sand (erdfeucht)

Dichte in kg/m3 1300–1800

Kalkmörtel

1800

Zementestrich

2000

Normalbeton

2400

Vollklinker Kalksandstein Porenbeton

2000 1200–2000 600–800

Buche, Eiche

800

Fichte, Tanne, Kiefer

600

Aluminium

2700

Zink

7100

Glas

2600

Polystyrolhartschaum

200

Bild 6.2.6 Dichten einzelner Stoffe

522

6

6 Bauphysik

Übungsaufgaben: 1. Ein Kalkmörtel hat ein Volumen V = 125,6 dm3. Berechnen Sie die Masse. 2. Wie groß ist die Dichte eines Sandes, wenn das Volumen V = 1,00 m3 und die Masse m = 1,8 t beträgt? 3. Berechnen Sie die Rohdichte in kg/dm3 für einen Betonwürfel mit a) 18,90 cm Seitenlänge mit einer Masse m = 15,52 kg b) 15,00 cm Seitenlänge mit einer Masse m = 7,76 kg. c) Vergleichen Sie beide Ergebnisse aus a) und b), erklären Sie den Zusammenhang! 4. Ein Würfel aus Holz mit einer Seitenlänge von 25 cm hat eine Masse m = 7,50 kg. a) Berechnen Sie die Rohdichte in kg/dm3. b) Um welche Holzart handelt es sich? 5. In einem Glaszylinder (Ø 10 cm) werden 2 Versuche durchgeführt. Einmal wird 450 g einmal 900 g Sand eingefüllt und in beiden Fällen die Dichte ermittelt. Der Füllstand in beiden Versuchen ist demnach unterschiedlich hoch. Wenn man jetzt die Dichten ausrechnen würde, würden sich die beiden Dichten unterscheiden oder nicht? Erklären und begründen Sie ihre Lösung! 6. Erklären Sie, weshalb bei gleichen Volumen verschiedene Materialien unterschiedliche Dichten aufweisen. 7. Welche Masse weist ein Mauerziegel im Normalformat (NF) mit ρ = 1,2 g/cm3?

6.3 Kräfte und Lasten Auf ein Bauwerk wirken eine Vielzahl an Kräften ein, denen das Bauwerk dauerhaft Stand halten muss. Diese von außen einwirkenden Kräfte belasten und beanspruchen das Bauwerk, man spricht daher von Lasten (6.3.1).

Ständige Lasten

Verkehrslasten

Schneelasten

Windlasten

Bild 6.3.1 Lasten am Bau, Übersicht

523

6.3 Kräfte und Lasten

Lasten werden unterschieden in ständige Lasten und Verkehrslasten. Ständige Lasten sind alle dauernd auf das Bauwerk oder Bauteil einwirkende unveränderliche Lasten: – Eigenlasten der einzelnen Bauteile wie z. B. Geschossdecke, Deckenputz, Estrich), – Eigenlasten anderer Bauteile, die von oben einwirken und nach unten übertragen werden müssen wie z. B. Lasten von Wänden, Decken, Dachstühlen, – Erd- und Wasserdruck beispielsweise bei Keller- und Stützwänden. Verkehrslasten sind veränderliche oder bewegliche Lasten, die auf das Bauwerk einwirken: – Personen, Einrichtungsgegenstände, Fahrzeuge, Lagerstoffe, Transportgut, – Windlasten in horizontaler und vertikaler Richtung, – Schneelasten auf Dächern, Balkonen, Terrassen.

6.3.1 Gleichgewicht der Kräfte

6

Versuch: (6.3.2) Person A m = 65 kg

Person B m = 95 kg

Bild 6.3.2 Versuch Leiter: Gleichgewicht der Kräfte

Die Leiter steht sicher auf dem Erdreich, die Eigenlast der Leiter wird sicher durch den Untergrund getragen. Besteigt eine Person A (65 kg) die Leiter, geschieht am Auflagerpunkt der Leiter und Untergrund nichts; besteigt Person B (95 kg) die Leiter, so kann man beobachten, dass die Leiter einige cm in den Boden einsinkt. Im Falle der Person B haben wir den Boden mit mehr Last beaufschlagt, als er aufnehmen kann; die Leiter sinkt ein. Im Fall der Person A könnte der Boden noch mehr Lasten aufnehmen, der Boden ist für diesen Fall tragfähig. Es herrscht Gleichgewicht zwischen der Gewichtskraft von Leiter plus Person und dem Untergrund. Ein Gleichgewichtszustand herrscht, wenn allen auftretenden Lasten mindestens gleich große Kräfte entgegenwirken (6.3.3). Herrscht kein Gleichgewicht, werden Bauteile zerstört (6.3.3). Beispiele aus der Baupraxis: – Decken stürzen ein – Pfeiler knicken – Wände knicken ein – Straßen setzen sich

524

6 Bauphysik

F1

F1

F2

F1

F1 = F2

F1 < F2

F1 < F2 = Zerstörung !

Bild 6.3.3 Gleichgewicht der Kräfte

6.3.2 Beanspruchung von Bauteilen durch Lasten

6

Wirkt eine Kraft auf einen Baukörper ein, so wird dieser belastet. Die Belastungen auf Baukörper sind vielfältig: – Druckbeanspruchung – Zugbeanspruchung – Biegebeanspruchung – Knickbeanspruchung – Scherbeanspruchung – Schubbeanspruchung

Arten

Druckspannung

Zugspannung

Definition

Widerstand gegen Zerdrücken

Widerstand gegen Zerreißen

Beton, Stahl, Eisen, Natursteine, Holz in Faserrichtung

Stahl, Nylon, Holz in Faserrichtung

Biegespannung Widerstand gegen Durchbiegung

Skizze

Baustoffe

Bild 6.3.4 Beanspruchung durch Lasten

Biegesteif sind U-, T, Doppel -T-, Wellenprofile

525

6.4 Spannung, Festigkeit

Arten

Knickbeanspruchung

Definition Widerstand gegen Knicken

Scherspannung

Schubspannung

2 Kräfte in einem Bauteil entgegenwirkend

horizontate Kraft, Widerstand gegen Schub

Scherfläche

Skizze

Sparrendach (Holz)

6 Baustoffe Holz, Beton, Stahl, ... in schlanken Bauteilen entsteht Knickbestreben !

Holz, Stahl

Holz, Metall

bei fast allen Stoffen kleiner als Druck- oder Zugfestigkeit

Stahl: 60% der Druckspannung Bild 6.3.5 Spannung

6.4 Spannung, Festigkeit Der Versuch mit der Leiter aus Kapitel 6.3.1 kann hier weiterhelfen. Unter der Belastung von Person B gibt der Untergrund nach, das Gleichgewicht der Kräfte ist gestört. Um das Gleichgewicht der Kräfte wieder herzustellen, kann man die Auflagerfläche der Leiter vergrößern mit Hilfe eines untergelegten Brettes (6.4.1). Person B kann die Leiter ohne deren Einsinken besteigen.

526

6 Bauphysik

DS

AS A Leiter A Holzplatte

Bild 6.4.1 Leiter Aufstandsfläche vergrößert

Unter Einwirkung einer Last auf ein Bauteil von aussen entsteht in dem Bauteil ein Spannungszustand als innerer Widerstand gegen die äußere Last. Dieser Spannungszustand ist abhängig von der Fläche, auf die die Last einwirkt. Wird der innere Widerstand des Bauteils auf die Last zu übertragene Fläche bezogen, spricht man von Spannung: Spannung = Last/Fläche σ = F/A in N/mm2 σ = Spannung („sigma“, griechischer Buchstabe) F = Kraft in N A = Querschnittsfläche in mm2 In unserem Beispiel wird die Aufstandsfläche A der Leiter vergrößert, damit der Boden die Last aufnehmen kann. Wir berechnen die Spannung σ in N/mm2. Beispielrechnung (6.4.2): AL = 100 mm · 40 mm = 4000 mm2 AH = 200 mm · 100 mm = 20000 mm2 FA = 65,00 kg ·10 m/s2 = 650 N FB = 95,00 kg ·10 m/s2 = 950 N Leiter ohne Platte

Leiter mit Platte

Person A

σ = 650 N/4000 mm2 = 0,1625 N/mm2

σ = 650 N/20000 mm2 = 0,0325 N/mm2

Person B

σ = 950 N/4000 mm2 = 0,2375 N/mm2

σ = 950 N/20000 mm2 = 0,0475 N/mm2

Durch das Unterlegen der Holzplatte zur Vergrößerung der Auflagerfläche wird eine Reduzierung der Spannung pro mm2 Fläche um ca. 46 % verringert. F

10 20

6

4 10

Bild 6.4.2 Bsp. Rechnung Spannung Leiter

527

6.4 Spannung, Festigkeit

Unter Festigkeit versteht man die innere Kraft des Bauteils gegen Verformung und Zerstörung von außen. Für unser Beispiel bedeutet das: Für Leiter + Person A hat der Boden ausreichende Festigkeit. Für Leiter + Person B ist die maximale Festigkeit des Bodens überschritten, er sinkt ein. Übungsaufgaben: 1. An einem Stahlseil von 2 cm Durchmesser hängen 50 kN (6.4.3). Wie groß ist die Spannung im Seil?

F = 50 kN

Bild 6.4.3 Stahlseil-Belastung

2. Eine Stahlstütze soll eine Fundament aus C 20/25 (σ = 5,5 N/mm2) erhalten (6.4.4). Eine Last von 158, 5 kN soll übertragen werden. Als Fuß erhält die Stütze eine quadratische Stahlplatte. Welche Fläche in cm2 muss die Platte haben? F

Bild 6.4.4 quadratische Stahlstütze.

3. Ein Rundholzständer (6.4.5) mit einem Durchmesser von 90 mm wird durch eine Kraft F = 1,45 kN belastet. Wie groß ist die Spannung in N/mm2? 4. Auf ein Wandauflager wird durch einen Unterzug aus Stahlbeton eine Last von 146 kN übertragen. Berechnen Sie die Spannungen in MN/mm2, die durch das Mauerwerk aufzunehmen sind. Die Abmessungen des Auflagers sind 36,5 · 0,25 m. 5. Für eine Streifenfundament soll die vorhandene Druckspannung pro lfm in MN/m2 berechnet werden. Die Breite des Fundamentes beträgt 60 cm, die Einbindetiefe beträgt 55 cm. Vergleichen Sie die vorhandene Druckspannung mit der zulässigen Bodenpressung (σ = 0,22 MN/m2). F

Bild 6.4.5 Rundholzständer

6

528

6 Bauphysik

6. Wie groß ist die Auflagerfläche zu wählen, wenn σ = 17,5 N/mm2 und die Auflagerkraft F = 1,8 MN beträgt? Es ist anzunehmen, dass die Auflagerfläche rechteckig ist. Wie lang muss das Auflager sein, wenn die Auflagerbreite 20 cm beträgt? 7. Die Druckfestigkeit eines Betonwürfels (20 · 20 · 20, cm), der mit einer Kraft F = 1,20 MN zerstört wird, ist in kN/m2 zu berechnen.

6.5 Kohäsion, Adhäsion, Kapillarität 6.5.1 Kohäsion

6

Alle Körper bestehen aus für das menschliche Auge nicht sichtbaren unvorstellbar kleinen Einzelteilen, den Molekülen. Diese Moleküle werden mehr oder weniger fest durch innere Zusammenhangskräfte zusammengehalten, dies nennt man Kohäsion (6.5.1). Die Kohäsion ist abhängig vom jeweiligen Aggregatzustand eines Körpers: Bei gasförmigen Körpern sind die einzelnen Moleküle frei beweglich, es gibt keine Zusammenhangskräfte. sehr fester Baustoff (Stahl)

fester Baustoff (Holz)

Bild 6.5.1 Kohäsion, Skizze m. Molekülen

Bei Flüssigkeiten ist die Zusammenhangskraft der Moleküle gering ausgeprägt. Die einzelnen Moleküle sind sehr weit auseinander entfernt. Feste Körper weisen sehr große Zusammenhangskräfte auf, je ‚fester’ ein Baustoff ist, desto größer ist die Zusammenhangskraft der Moleküle. Die Moleküle liegen eng aneinander.

6.5.2 Adhäsion Wie zwischen den einzelnen Molekülen eines Körpers wirken auch Kräfte zwischen den Molekülen zweier unterschiedlicher Körper (6.5.2). Farbe haftet auf Beton, Kreide haftet an der Tafel, Mauermörtel und Steine ergeben einen festen Verbund. Diese Kraft zwischen verschiedenen Körpern nennt man Anhangskraft oder Adhäsion.

Betonmauer

Farbanstrich

Bild 6.5.2 Adhäsion zweier Stoffe

529

6.5 Kohäsion, Adhäsion, Kapillarität

In einigen Fällen in der Bautechnik wird durch geeignete Maßnahmen die Adhäsion aufgehoben: Vor dem Betonieren wird die Schalung mit Schalöl eingesprüht, damit sie beim Ausschalen nicht an der Betonwand anhaften kann (6.5.3); der Ölfilm verhindert Adhäsion zwischen Schalhaut und Beton. ohne Schalöl

mit Schalöl

Ausschalen

Schalöl

Kohäsion

Kohäsion

Kohäsion

Kohäsion

Adhäsion

Bild 6.5.3 Adhäsion Schalung und Beton

6.5.3 Kapillarität

6

Adhäsion und Kohäsion wirken zusammen. Dieses kann man beobachten, wenn man z.B. einen Kalksandstein oder einen Porenbetonstein in ein Wasserbad stellt. Der Stein zieht Wasser, der Wasserspiegel im Stein liegt nach einiger Zeit deutlich höher als der Wasserspiegel im Wasserbad (6.5.4).

Porenbeton

Kalksandstein

Bild 6.5.4 Kapillarität I

Wasser

Bild 6.5.5 Kapillarität II

Die Fähigkeit des Wassers, sich nach oben zu ziehen, nennt man kapillares Saugvermögen: Die Wasserteilchen haften an den Wänden der Poren (Kapillaren) (6.5.5) im Stein (Adhäsion), saugen sich an ihnen hoch und ziehen andere, nachfolgende Wasserteilchen nach (Kohäsion). Je enger die Kapillaren sind (kleiner Durchmesser), desto höher kann in ihnen das Wasser steigen. Werden die Kapillaren weiter (Durchmesser wird größer), steigt das Wasser weniger hoch an, weil die Kohäsionskräfte der Wassermoleküle größer sind als die Adhäsionskräfte. Die Steighöhe des Wassers ist erreicht, wenn die Gewichtskraft der Wassersäule genau so groß ist wie die Kräfte, die die Kapillarität ermöglichen. Porige Baustoffe wie Mauerziegel, Porenbeton, Mörtel sowie eine Vielzahl von Dämmstoffen saugen Wasser auf. Dies kann zu Bauschäden (Durchfeuchtung) führen. Schimmelbildung, abfallender Putz, Ausblühungen an der Mauerwerksoberfläche, Korrosion können die Folge sein. In Bauwerken muss die Kapillarwirkung unterbunden werden durch geeignete konstruktive Maßnahmen und Baustoffe, die keine Kapillarität ermöglichen.

530

6 Bauphysik

Die Fundamentplatte eines Gebäudes mit aufgehendem Mauerwerk stellt dies anschaulich dar (6.5.6):

Bitumenpappe

Grobkies, geschüttet: Kapillarbrechende Schicht

anstehender Boden

6

aufsteigende Bodenfeuchte

Bild 6.5.6 Kapillarität Bodenplatte, Mauerwerk

Die unter der Bodenplatte eingebrachte Grobkiesschicht hat ein so großes Hohlraumgefüge, dass das Aufsteigen von Feuchtigkeit verhindert wird, die Kapillarwirkung wird unterbunden. Eine unter der ersten Mauerschicht verlegte Bitumenpappe verhindert das Aufsteigen von Feuchtigkeit. Unter dem Estrich eingebrachte Folie verhindert ebenfalls kapillares Saugvermögen.

6.6 Wärme Wärme spielt in der Bautechnik eine sehr bedeutende Rolle. Was ist unter dem Begriff Wärme zu verstehen? Wärme ist nichts anderes als Bewegungsenergie der Moleküle in den verschiedenen Stoffen, also eine Form von Energie. Diese bewegen sich darin bei hoher Temperatur schnell, in Stoffen mit niedriger Temperatur langsam. Einen Körper erwärmen bedeutet, die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle zu erhöhen. Dies kann auf verschiedene Arten geschehen. In Gebäuden verschaffen wir uns Wärme in der Regel primär durch Verbrennen fossiler Brennstoffe (Gas, Heizöl, Kohle, Holz), also auf chemischem Wege. Heizstrahler, Herdplatte, Fön etc. erzeugen Wärme durch elektrische Vorgänge (durch Widerstand). Reibt man zwei Gegenstände aneinander, so entsteht ebenfalls Wärme, auf mechanischem Wege. Eine natürliche Wärmequelle stellt die Sonne dar. Sonnenenergie kostengünstig im Bauwesen nutzbar zu machen, ist Ziel der Entwicklung. Zu denken ist hier an Solarenergie oder die Erwärmung des Brauchwassers durch Kollektoren. Wärme ist eine physikalische Größe. Sie gibt an, welche Wärmemenge in einem Körper enthalten ist. Sie wird als Temperatur mit einem Thermometer gemessen.

6.6.1 Temperatur Temperatur gibt den Wärmezustand eines Körpers an, quasi ob sich ein Körper „kalt“ oder „warm“ anfühlt. Das jedoch ist ein subjektives Empfinden jedes einzelnen Menschen und in der Technik nicht hinreichend genau.

531

6.6 Wärme

Beispiel: Jemand befindet sich im Sommer in einem Raum bei +19° C und empfindet es als angenehm kühl. Eine andere Person, die sich im Freien bei +35° C aufhält, empfindet es in diesem Raum als kalt. Hier benötigt man einheitliche Messkriterien und ein geeignetes Messinstrument, ein Thermometer. Einheiten der Temperatur sind Grad Celsius (° C) und Kelvin (K). 100° C entsprechen dem Siedepunkt von Wasser, 0° C dem Schmelzpunkt bzw. dem Gefrierpunkt von Wasser. Der absolute Nullpunkt beträgt – 273° C, das ist die tiefste Temperatur, bei der keinerlei molekulare Bewegung mehr feststellbar ist. Der absolute Nullpunkt in der Einheit Kelvin beträgt 0 K. Diese Temperaturskala wird in der Technik verwendet, da hier Temperaturen nur in positive Zahlen vorzufinden sind (Abb. 6.6.1). Zur Messung der Temperatur wird die gleichmäßige Temperaturausdehnung flüssiger Stoffe (Alkohol, Flüssigkeitsthermometer) sowie fester Stoffe (Metall, Metallthermometer) genutzt.

6.6.2 Wärmeausdehnung Bei Erwärmung, d.h. bei hohen Schwingungsbewegungen der einzelnen Stoffteilchen wird der Körper sein Volumen vergrößern, da die schwingenden Stoffteilchen einen größeren Raum zum Bewegen benötigen. Dies gilt für feste, flüssige und gasförmige Stoffe gleichermaßen. Flüssigkeiten dehnen sich meist mehr aus als Festkörper, Gase wiederum viel mehr als Flüssigkeiten. Diese Volumenvergrößerung nennt man Dehnung. Bei bautechnischen Konstruktionen müssen die unterschiedlichen Dehnungen der verschiedenen Stoffe berücksichtigt werden. Hier spielen insbesondere die Längenänderungen eine wichtige Rolle. Durch genaue Messungen hat man für die verschiedensten Baustoffe spezifische Längenausdehnungszahlen ermittelt; um wie viel sich ein Stoff bei 1° C bzw. 1 K Temperaturerhöhung ausdehnt. Den auf 1 Meter bezogenen Wert bezeichnet man als Ausdehnungszahl α (mm/m · K). Tabelle 6.6.2.1

Längenausdehnung verschiedener Baustoffe

Baustoff Ziegelmauerwerk Mauerwerk Kalksandstein Normalbeton Porenbeton Stahl Kupfer Aluminium PVC Bauglas, Fliesen Holz

α (mm/m · K) 0,006 0,008 0,010 0,008 0,012 0,016 0,024 0,08 0,008 0,003

Die Längenänderung eines Bauteils bei Erwärmung ist in Abb. 6.6.2.2 dargestellt. Dies gilt auch entsprechend bei einem Bauteil, welches abkühlt.

Δl = α · l1 · Δυ Δl

l1 l2

Temp. erhöhung in K Bauteillänge vor Erwärnung Temperaturdehnzahl Längenänderung

Bild 6.6.2.2

Bauteil Längenänderung

6

532

6 Bauphysik

Beispiel 1: Ein 5,00 m langer Stahlträger wird von 20° C auf 45° C erwärmt. Wie viel mm dehnt er sich aus? Δl = 0,012 mm/m⋅K · 5,00 m · 25 K = 1,5 mm Beispiel 2: Für eine Schaufensterscheibe aus Glas (6,50 m ⋅ 3,75 m) soll die Längenänderung bei einer Temperaturdifferenz von 56° C berechnet werden. Δl = 0,008 mm/mK · 6,50 m · 56 K = 2,912 mm

6

Übungen 1. Eine Stahlbetonbrücke mit einer Länge von 270 m wird durch Sonneneinstrahlung von +12° C auf +60° C erwärmt. Zu berechnen ist die Längenausdehnung. 2. Eine Dachrinne aus Kupfer (l = 24,00 m) wird um 35° C erwärmt. Wie groß ist die Längenausdehnung? 3. Ein Aluminiumstab wurde um 25° C erwärmt und die Länge mit 4,50 m gemessen. Wenn er um 25° C abkühlt erhält er seine ursprüngliche Länge. Wie lang ist der Stab dann? 4. Ein 8,35 m langer Holzbalken wird von +5° C auf +45° C erwärmt. Wie lang ist der Balken nach der Erwärmung? 5. Was versteht man unter „Wärmedehnung“? 6. Erklären Sie, weshalb Bauteile aus Stahlbeton problemlos gebaut werden können!

6.6.3 Wirkungen von Wärme Wärmeströmung Wärme strömt, wenn Temperaturunterschiede herrschen. Flüssigkeiten und Gase sind Träger der Wärme. Erwärmte Teile dehnen sich aus, sind somit leichter als ihre Umgebung und steigen nach oben, während die kälteren, schwereren Teile nach unten sinken. Es ist als nicht die Wärme selbst die strömt, sondern leicht bewegliche Stoffteilchen (Moleküle) der Flüssigkeit bzw. der Gase strömen. Dieses Wirkprinzip dient der Zentralheizung mit ihren Heizkörpern (Abb. 6.6.3.1) sowie auch den Abluftanlagen. Wärmeleitung Im Gegensatz zu Flüssigkeiten und Gasen wird in festen Körpern Wärme von Teilchen eines Körpers auf unmittelbar benachbarte weniger warme Teilchen weitergeleitet. Dieses wird als Wärmeleitung bezeichnet und ist für verschiedene Stoffe unterschiedlich. Stoffe mit hoher Rohdichte leiten Wärme besser als Stoffe mit geringer Rohdichte. Vergleicht man Beton mit gängigen Dämmstoffen, so ist die Wärmeleitfähigkeit bei Beton etwa 70 mal höher. Für bautechnische Konstruktionen bedeutet dies, dass Beton Wärme gut leitet, aber kaum hindert durch das Bauteil zu gelangen. Betrachtet man die Außenwand eines Gebäudes (Abb. 6.6.3.2), so soll der Wärmeverlust minimal sein. Dies kann durch eine geeignete Dämmung (Abb. 6.6.3.3) geschehen. Dämmstoffe sind aufgrund ihrer geringen Rohdichte und ihrem hohen Anteil an Luftporen schlechte Wärmeleiter.

533

6.6 Wärme

Bild 6.6.3.1 Heizkörper, Wärmestrahlung

a

Betonschraffer

i

d1 Bild 6.6.3.2

Außenwand Gebäude, Beton

Betonschaffur

a

d2 Bild 6.6.3.3

i

d1 Dämmung der Außenwand

Hierzu wird die Wärmeleitfähigkeit der Baustoffe durch die Wärmeleitzahl λ (lambda, aus dem Griechischen) bestimmt, die Einheit der Wärmeleitfähigkeit ist W/(m · K). Sie gibt an, welche Wärmenge je Sekunde durch ein Bauteil mit einer Fläche von 1 m2 mit einer Dicke von 1 m geleitet wird bei einer Temperaturdifferenz an den Oberflächen von 1 Kelvin (Abb. 6.6.3.4).

6

534

6 Bauphysik

+ 15 ° C + 14 °C

6

i

a

Bild 6.6.3.4 Wärmeleitfähigkeit einer Wand

1m x 1m 1m

Wärmestrahlung Scheint Sonne auf eine Gebäudewand, so erwärmt sich diese. Je dunkler und rauer die Fläche ist, desto mehr Wärme kann sie aufnehmen. Helle, glatte Flächen nehmen wenig Wärmestrahlen auf. Allgemein spricht man von Wärmestrahlung, wenn Wärme ohne Mitwirkung eines Stoffes auf einen anderen übertragen wird (Abb. 6.3.3.5). Dieses Prinzip gilt z.B. bei Heißluftgebläsen und bei Infrarotlicht.

+ 60 °C

Wärmequelle Außenputz

Bild 6.6.3.5

Wärmestrahlung, Beispiel

535

6.6 Wärme

Wärmedämmung Hauptaufgabe der Wärmedämmung ist es, Wärme möglichst lange in einem Raum zu halten. In einem Haus gibt ein Raum Wärme über Wände, Decken, Fußböden und über das Dach ab. Ziel der Energieeinsparverordnung (EnEV) ist es, die Wärmeverluste zu minimieren. Hierbei sollen möglichst porige Baustoffe geringer Rohdichte Verwendung finden. Aus statischen Gründen ist dieser Materialeinsatz nicht immer möglich (z.B. Betonaußenwand), so dass hier geeignete Wärmedämmstoffe zusätzlich auf diese Bauteile aufgebracht werden sollen, um den abfließenden Wärmestrom zu minimieren (Abb. 6.6.3.6). Wärmedämmstoffe weisen eine sehr geringe Rohdichte und eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Abb. 6.6.3.7 zeigt an einer gedämmten Außenwand die verschiedenen Wärmeströme und schematisch Temperaturgefälle.

6

i

a

i

a 10

20

20 Betonaußenwand

Bild 6.6.3.6

Betonaußenwand plus Dämmung

Übungen 1. Wärme kann auf verschiedene Arten erzeugt werden. Stellen Sie die verschiedenen Arten auf. 2. Was ist unter dem Begriff ‚Wärmemenge’ zu verstehen? 3. Erkundigen Sie sich nach dem Funktionsprinzip eines Mikrowellengerätes! 4. Welche Unterschiede bestehen zwischen der Temperaturskala in° C und K? 5. In einem Stahlkochtopf wird Wasser erhitzt. Weshalb wird die Wandung des Topfes warm bzw. heiß? 6. Heizungsrohre aus z.B. Kupfer oder Kunststoff werden mit leichten, porigen Baustoffen ummantelt, d.h. gedämmt. Weshalb? 7. Erklären Sie, weshalb verschiedene Baustoffe unterschiedlich gut Wärme leiten. Untersuchen Sie Beton, Buchenholz, Styroporplatten, Porenbetonsteine. 8. Stellen Sie eine Übersicht her zu dem Begriff ‚Wärmedämmung’. Erklären Sie, weshalb Wärmedämmung an Gebäuden in der heutigen Zeit eine zentrale Bedeutung hat! 9. Fassen Sie übersichtlich zusammen, was unter Wärmeströmung, Wärmeleitung und Wärmestrahlung zu verstehen ist.

536

6 Bauphysik

+ 20 °C

i a + 10 °C

Wärme-

Wärme-

Wärme-

übergang

durchgang

übergang

Bild 6.6.3.7

6

Außenwand Wärmestrom

6.7 Schall 6.7.1 Grundlagen Schall bezeichnet alles, was mit dem menschlichen Gehör wahrnehmbar ist. Physikalisch gesehen ist Schall eine Welle. Wird eine Flüssigkeit, ein fester Körper oder ein Gas zu Schwingungen angeregt, überträgt er diese auf die ihn umgebende Materie.

elle

allw

Sch

Gehör Schallquelle

Verdünnung der Luft

Verdichtung der Luft Entfenung

Bild 6.7.1.1

Schallausbreitung

537

6.7 Schall

Ist das umgebende Medium Luft, so gilt folgendes: Es entsteht ein Überdruck, wenn sich der schwingende Körper auf die Luft zu bewegt, da sich der mittlere Abstand der Luftmoleküle verringert, beim umgekehrten Vorgang entsteht ein Unterdruck. Diese mehr oder weniger periodisch entstehenden Zonen erhöhten oder verminderten Druckes lösen sich von der Oberfläche des Körpers ab und breiten sich als Wellenbewegung in der Umgebung aus. Vereinfacht gesagt, entsteht Schall durch Verdichtung und Verdünnung der umgebenden Luft (Abb. 6.7.1.1). Die Schallgeschwindigkeit hängt u. a. vom Ausbreitungsmedium ab. In Luft beträgt sie 343 m/s bei einer Temperatur von 20° C und 1407 m/s in Wasser bei einer Temperatur von 0° C Die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde bezeichnet die Frequenz des Tones. Die Einheit der Frequenz ist das Hertz (Hz). Je größer die Frequenz, desto höher empfindet das Gehör den Ton. Das menschliche Gehör nimmt Schwingungen in einem Bereich von 16 Hz und 20000 Hz wahr. Beispiel: Mit einem Lineal kann man Schall machen und verschieden hohe und laute Töne erzeugen (Abb. 6.7.1.2).

6

kleine Länge große Länge Bild 6.7.1.2

schnelle Schwingungen langsame Schwingungen

hoher Ton tiefer Ton

Schall, Tonerzeugung m. Lineal

Die bei einer Schallwelle auftretenden periodischen Druckschwankungen werden vom menschlichen Ohr als Schalldruck wahrgenommen. Der Maßstab hierfür ist der Schalldruckpegel Dezibel (dB). Zusätzlich wird das Hörempfinden auch durch unterschiedliche Frequenzen beeinflusst. Bei der Bestimmung des Schalldruckpegels, wird bei der technischen Messvorrichtung ein Filter (A) vorgeschaltet, der die anatomischen Eigenschaften des menschlichen Ohres nachempfinden soll. Der so gemessene und bewertete Schalldruckpegel wird mit der Einheit dB(A) wiedergegeben.

538

6 Bauphysik

Tabelle 6.7.1.3

Schallpegel verschiedener Geräusche

Schallpegel

6

dB (A)

Hörschwelle

0

Blätterrauschen, normales Atmen

10

Leise Unterhaltung

40

Stressgrenze. Laute Unterhaltung

60

Bürolärm, Haushaltslärm

70

Starker Straßenlärm, Staubsauger, Schreien

80

Autohupen, Hauptverkehrsstraße

90

Baukreissäge, Presslufthammer, Diskomusik

100

Flugzeug in geringer Entfernung, Techno-Disko, SCHMERZSCHWELLE

120

Bundeswehrgewehr G 3 in Ohrnähe. Ohrfeige aufs Ohr

170

Ein aus vielen Tönen zusammengesetzter Schall nennt man Geräusch. Lärm bezeichnet störende und unangenehme Geräusche.

6.7.2 Schallausbreitung Der Schall benötigt zu seiner Ausbreitung einen Körper, der die Schallwellen weiterleitet (Abb. 6.7.2.1).

Bild 6.7.2.1

Körper-, Tritt-, Luftschall

Luftschall bezeichnet Schallwellen, die durch die umgebende Luft weitergeleitet werden. Körperschall nennt man den Schall, der sich in festen Stoffen wie zum Beispiel einer Geschossdecke oder in Mauerwerk ausbreitet und von dort auf die Luft ausbreitet. Heizungsrohre zum Beispiel übertragen Geräusche über viele Stockwerke hinweg. Trittschall entsteht ursächlich durch Körperschall (Schritte, Fußtritte, Klopfen), der seinerseits Wände oder Decken zur Abstrahlung von Luftschall anregt und so für uns hörbar wird (Abb. 6.7.2.2).

539

6.7 Schall

Bild 6.7.2.2 Beispiel Schallausbreitung

6.7.3 Konstruktiver Schallschutz Schallschutz bedeutet geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um Schallentstehung zu vermeiden und um die Übertragung entstehenden Schalls weitgehend zu minimieren. Hier sind zwei konstruktive Maßnahmen zu unterscheiden: die Schalldämmung und die Schallschluckung. Schalldämmung Sie bezeichnet die Behinderung der Schallausbreitung von Luftschall oder Körperschall durch Schallreflexion des sich ausbreitenden Schalls. Sie ist eine Maßnahme zur akustischen Trennung von Räumen gegen nicht erwünschten Schall von Nachbarräumen oder von draußen. Hierzu dienen dämmende Wände und Decken. Leichte Bauteile in einschaliger Ausführung übertragen Schall durch Mitschwingen in benachbarte Räume, ohne ihn wesentlich zu mindern. Mehrschichtige Bauteile dämmen den Luftschall dagegen erheblich. Eine wirksame Trittschalldämmung kann durch körperschalldämmende („schwimmender Estrich“) oder durch luftschalldämmende Maßnahmen (abgehängte Unterdecken) herbeigeführt werden. Schallschluckung Ein leerer verputzter Wohnraum klingt sehr ‚hellhörig’, wenn man sich darin aufhält, Schritte hört oder man miteinander spricht. Man empfindet es als ‚laut’ und der Schall hallt nach. An glatten Oberflächen der Decken, Wände und Fußböden wird ein großer Teil der Schallwellen reflektiert. Dies kann vermieden werden durch Bauteile, bei denen die der Schallquelle zugewandte Oberfläche porös und mit vielen kleinen Öffnungen versehen ist, die rückwärtige Fläche dagegen geschlossen ist. Die Schallwellen dringen in die Öffnungen ein und werden weitgehend ‚geschluckt’, wodurch die Schallenergie im Raum gemindert wird. Wenn man den beschriebenen leeren Raum mit Teppichboden, Wandbekleidungen (Tapete etc.), Möbeln, Vorhängen versieht, entspricht das der Schallschluckung. Die Aufgaben der Schallschluckung (Absorption) können in großen Räumen in denen die Akustik im Vordergrund steht (Kino, Schulen, Büros, Vorlesungssälen etc.) im wesentlichen durch Akustikdecken gelöst werden (6.7.3.1).

6

540

6 Bauphysik

Bild 6.7.3.1

6

Akustikdecke Rigips

Übungen 1. Wie entsteht Schall? 2. Beschreiben Sie die Unterschiede zwischen Geräusch und Schall. 3. Wie hoch ist die Schallausbreitungsgeschwindigkeit in Luft? Versuchen Sie, die Einheit in km/h anzugeben. 4. Kann sich Schall in einem Vakuum ausbreiten? Überlegen Sie und recherchieren Sie im Internet. Begründen Sie Ihre Lösungsansätze! 5. Was versteht man unter der Frequenz? 6. Beschreiben Sie, was der „Schalldruck“ aussagt. 7. Welcher Schallpegel entspricht der Schmerzschwelle des menschlichen Gehörs? 8. Stellen Sie eine Übersicht über die verschiedenen Möglichkeiten der Schallausbreitung dar. Geben Sie hierzu auch Beispiele an! 9. Welche Aufgaben soll der bauliche Schallschutz erfüllen? Stellen Sie Ihre Arbeitsergebnisse in einer Übersicht dar und belegen Sie Ihre Lösungsansätze mit baupraktischen Beispielen. 10. Wodurch kann man bei Geschossdecken ausreichenden Trittschallschutz erreichen? 11. Von welchen Faktoren hängt die Schallschluckfähigkeit der Bauteile ab?

7 Bauchemie 7.1 Chemische Grundlagen 7.1.1 Was ist Chemie? Man sagt oft, „Chemie ist, wo es stinkt und knallt.“ Der Chemiker hingegen sieht das anders: „Chemie ist die Lehre von den Stoffen, deren Eigenschaften, Aufbau und Veränderungen.“ Uns allen ist – mehr oder weniger – bewusst, dass alles, was uns umgibt und womit wir arbeiten, mit Chemie zu tun hat: Sei es das Wachstum der Pflanzen, das Verbrennen fossiler oder gasförmiger Stoffe oder auch der Gebrauch chemischer Produkte, die uns umgeben (Klebstoffe, Zahnpasta, Haushaltsreiniger usw.). Für das Bauwesen hat die Chemie eine besondere Bedeutung. Beispiele sind Mauersteine, PVCRohre, Abdichtungsstoffe, Silikone, Farben, bituminöse Werkstoffe und viele andere mehr. Feuchte Mauern, Ausblühungen an Wänden, Schimmel in Wohnräumen, um nur einige zu nennen, sind häufig Zeugen unsachgemäßer Anwendung der Baustoffe. Folgen sind meist vermeidbare Bauschäden, deren Sanierung teuer ist. Bei einem chemischen Vorgang entsteht aus zwei oder mehreren Stoffen ein neuer Stoff mit völlig anderen Eigenschaften. Beispiele: Kalkstein wird durch das Brennen zu gebranntem, durch Wasserzugabe zu gelöschtem Kalk, einem Bindemittel, 2 Komponenten zusammengemischt ergeben einen Kleber (Autoscheiben, Baukleber usw.).

7.1.2 Stoffe und ihre Verbindungen Unter dem Begriff „Stoff“ versteht die Chemie die vorliegende Materie. Elemente sind Stoffe, die durch chemische Reaktionen nicht mehr in andere Stoffe zerlegt werden können, z. B. Gold oder Sauerstoff. Alle Stoffe sind aus Elementen aufgebaut. Verbindungen sind Kombinationen von zwei oder mehr Elementen, wobei die Verbindungen andere Eigenschaften haben als die Elemente, z. B. Wasser (aus Wasserstoff und Sauerstoff zusammengesetzt). Die kleinsten Einheiten von Verbindungen werden als Moleküle bezeichnet. Gemenge oder Gemisch setzen sich aus mehreren unterschiedlichen Stoffgruppen zusammen, wobei die Eigenschaften der einzelnen Gemengeteile erhalten bleiben. Die gemischten Substanzen können - im Gegensatz zu Verbindungen - in einem beliebigen Mischungsverhältnis stehen. Beispiel Luft: Etwa 80 Prozent sind Stickstoff (nicht brennbar, erstickt Feuer) und etwa 20 Prozent Sauerstoff (fördert die Brandreaktion). Es gibt 88 natürliche Elemente, aus denen alle Stoffe der Erde zusammengesetzt sind. Von diesen 88 natürlichen Elementen sind 6 Halbmetalle (metallische und nichtmetallische Eigenschaften), 16 Nichtmetalle (meist gasförmig, leiten schlecht Wärme, leiten keinen Strom), und 66 Metalle (leiten gut Wärme und Strom). Tabelle 8 im Anhang zeigt das gekürzte Periodensystem der Elemente (PSE). Die Kurzzeichen der Elemente sind aus ihrem meist griechischen oder lateinischen Namen abgeleitet.

542

7 Bauchemie

Die meisten Baustoffe sind Gemenge aus Elementen: Kunststoffe bestehen meist aus den verschiedenen Elementen Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O), Wasserstoff (H) und Schwefel (S). Kalkstein (CaCO3) als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Baukalk als Bindemittel besteht aus den Elementen Calcium (Ca), Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O). Gebrannte Mauerziegel (Al2O3 ⋅ 2SiO2) aus Ton und Lehm bestehen aus den Elementen Aluminium (Al), Sauerstoff (O) sowie Silizium (Si). Abb. 7.1.2.1 zeigt einige Elemente und Baustoffe. Mauerziegel Kunststoffe C N

Al Si

S O

O

H

Si

Kalkstein Ca

C O

7

Bild 7.1.2.1 Elemente und Baustoffe

Übungen 1. Was versteht man unter dem Begriff Chemie? 2. Stellen Sie übersichtlich dar, was man als Elemente in der Chemie bezeichnet. 3. Was bezeichnet ein Gemenge? Geben Sie praktische Beispiele an; nutzen Sie hierzu auch geeignete Internet-Suchmaschinen. 4. Aus welchen chemischen Elementen bestehen a) Kunststoffe, b) Kalkstein, c) Mauerziegel?

7.2 Wasser Etwa 70 % der Erde besteht aus Wasser in Flüssen, Seen und Meeren sowie Eis. Neben diesen Ressourcen in flüssiger oder fester Form kommt Wasser noch in gebundener Form vor wie zum Beispiel im Gipsstein als sog. Kristallwasser (Zementstein) oder in der uns umgebenden Luft als Wasserdampf, messbar als relative Luftfeuchte.

7.2.1 Chemischer Aufbau und Aggregatzustand Wasser besteht aus den Gasen Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) und hat die chemische Formel H2O. Wasser ist ein Stoff, der in der Natur (Wasser) flüssig, als Wasserdampf (gasförmig) und als in fester Form (Eis) vorkommt. Es ist der einzige Stoff, der in der Natur gleichzeitig in den drei Aggregatzuständen vorkommt (Abb. 7.2.1.1).

543

7.2 Wasser

Temperatur °C

gasförmig

100°C Siede-/ Kondensationspunkt

ve rd am nd en pfen sie re n

ko

flüssig

ge

frie

re

0°C Schmelz-/ Gestarrungspunkt

Bild 7.2.1.1

n

fest

Aggregatzustand

Aggregatzustände des Wassers

7

7.2.2 Dichteanomalie Fast alle uns umgebenden Stoffe verringern bei sinkender Temperatur ihr Volumen, ihre Dichte steigt. Bei steigender Temperatur vergrößert sich das Volumen, die Dichte sinkt. Wasser verhält sich als einziger Stoff ‚regelwidrig’ (Anomalie = Regelwidrigkeit). Bei steigender Temperatur oberhalb +4°C vergrößert sich das Volumen des Wassers, die Dichte sinkt. Bei genau +4°C nimmt Wasser sein kleinstes Volumen und seine größte Dichte ein. Sinkt die Wassertemperatur unter +4°C ab, erhöht sich das Volumen und die Dichte verringert sich (Abb. 7.2.2.1).

>+4°C ρ≈1,098,...,1,10

kg dm3

+4°C ρ=1,00

kg 3 dm

V=1,00dm3 m=1,00kg kleinstes Volumen, größte Dichte