PROJEKTARBEIT 6.SEMESTER SS14 EINSATZ VON LEHMBAUSTOFFEN IN MODERNDEN BAUVORHABEN. Spittal, am MERDINGER AARON MATRIKELNR:.

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1 PROJEKTARBEIT 6.SEMESTER SS14 EINSATZ VON LEHMBAUSTOFFEN IN MODERNDEN BAUVORHABEN Spittal, am MERDINGER AARON MATRIKELNR: Betreuung: Frau FH_Prof.in Arch. Dipl.-Ing. Angela Lambea 1 Bachelorstudiengang Architektur Villacherstraße 1, 9800 Spittal an der Drau Tel.: +43 (0)5/ Fax: spittal@ fh-kaernten.at

2 Eidestattliche Erklärung 2

3 Name: Matrikelnummer: Geburtstag: Adresse: Aaron Merdinger Brigittenauerlände Wien Österreich EIDESTRATTLICHE ERKLÄRUNG Ich erkläre hiermit, die vorliegende Bachelorarbeit selbstständig erstellt zu habe. Es wurden nur die von mir angegebenen Hilfsmittel und Quellen verwendet, inhaltlich entnommene Stellen sind als solche erkenntlich gemacht Datum Unterschrift 3

4 i.vorwort Warum Architektur keine Kunst ist? «Das Haus hat allen zu gefallen. Zum Unterschiede zum Kunstwerk, das niemandem zu gefallen hat. Das Kunstwerk ist eine Privatangelegenheit des Künstlers. Das Haus ist es nicht.» Adolf Loos Was Adolf Loos mit diesem Satz zusammenfasst wurde in meinem Bildungsweg zu einem Leitmotiv meines Studiums. Das Haus ist keine Privatangelegenheit des Architekten. Architektur ist die langlebigste Änderung auf ein bestehendes Umfeld, die der Mensch vollbringt, dabei hat sie Einfl uss auf den Lebensraum des Menschen sowie auf andere Ökosysteme. In einem Zeitalter in dem klar ist, dass jede Aktion ein Reaktion hervorruft ist es entscheidend die Systemgrenzen die der Mensch künstlich erschaffen hat hinweg zu blicken und umzudenken. Das Bauwesen hat dadurch aus meiner Sicht die Verantwortung, Systeme zu schaffen die keine ungeplanten Konsequenzen mit sich führen. Lehm als Baustoff wird aus einem Entstehungszyklus der mehrere Millionen Jahre dauerte entliehen und innerhalb von menschlichen Zeitmessungen wieder zurückgegeben wird. Dabei fi ndet keine Manipulation der Ressource statt, das Material verlässt dabei nie den Zyklus. Lehm ist eigentlich mehr als nur Baumaterial. Es ist ein Teil der Erde. Es wäre zu wenig, nur die ökologischen, klimatischen, statischen und ästhetischen Qualitäten zu erkennen. Martin Rauch Abbildung1.: Kaolinminerale Maßstab ca 1:

5 ii.kurzfassung Gegenstand der Vorliegenden Arbeit sind grundlegende Kenntnisse zum Umgang mit dem Baustoff Lehm und weitergehend eine Betrachtung dessen Fähigkeiten. Dabei sollen konventionelle Einsatzgebiete und Verarbeitungsmethoden betrachtet werden, die weitergehend für den Einsatz in modernen Bauvorhaben eingesetzt werden können. Um die Fähigkeiten des Baustoffs darzustellen werden mehrere Bauweisen genauer betrachtet. Hauptaugenmerk liegt dabei auf den ergonomischen Vorteilen des Lehms und seine Performance als Baustoff in der Passivhausbauwiese. Weiterführend werden auch ökologische Vorteile betrachtet die eine Hauptstärke des Lehmes ausmachen. Ergebnis dieser Arbeit soll eine Grundlage für das Planen eines Lehmprojekts sein. Abstract Subject of this thesis is the basic knowledge of earth building practices and their properties. Therefore an analysis of traditional techniques will be made in order to apply them in modern building objectives. To constitute the major qualities of earthbuilding several methods will be spotted. Focus is set on ergonomical benefi ts and its performance in passivhouse building. Furthermore the ecological advantages, which make up major qualities of earth building, shall be observed. Goal of this work is to create a foundation for designing earth built projects 01

6 iii.inhaltsverzeichnis 02

7 Inhaltsverzeichnis Eidestattliche Erklärung 2 i.vorwort 4 ii.kurzfassung 01 iii.inhaltsverzeichnis 02 1.Einführung und Augenmerk 04 2.Grundlagen Das Passivhaus Grundlegendes zum Baustoff Lehm Warum bindet Lehm eigentlich? Vorkommen Förderung Untersuchung und Prüfverfahren a Prüfung an Ort und Stelle b Prüfung im Labor Aufbereitung Einsatzgebiete Lehmbauweisen Stampfl ehm Mischung Prozess Ortstampfen Fertigteil Kennwerte Vorteile-Nachteile Lehmbausteine Mischung Herstellung Fachwerke Mischung Kennwerte Vorteile-Nachteile Leichtlehm und Strohlehm Mischung Herstellung Kennwerte Vorteile-Nachteile Lehmputz Mischung Herstellung Witterungssicherung und Hydrophobierung Vorteile-Nachteile Lehmböden Stampfl ehmboden Prozess Vorteile-Nachteile Lehmestrich Einsatz in der Passivhausbauweise Zweischichtige Lehmstaken mit Variabler Dämmstoffstärke Vorgangsweise im Niedrigenergiebau Massive Lehmwand mit Innendämmung Resümee 29 iii.abbildungsverzeichnis 48 iv. Tabellenverzeichnis 48 v. Quellenangaben 48 vi. Glossar (Begriffl ichkeiten) 49 03

8 1.Einführung und Augenmerk Die folgende Arbeit ist in drei Schritten gegliedert. Im ersten Schritt wird grundlegendes Verständnis für die Materie geschaffen. Der zweite Schritt beschreibt die bestehenden Anwendungen des Lehmbaus um auf den letzten Schritt die konzeptionelle Entwicklung neuer Bauweisen vorzubereiten. Dabei soll das Wissen in einer verständlichen Weise vermittelt werden, sodass das die Thesis nicht in erster Linie als Nachschlagewerk sondern viel mehr als Denkanstoß zur Auseinandersetzung mit dem Baustoff Lehm dient. In jedem Kapitel wird auf Möglichkeiten den Lehm in Eigenregie einzusetzen hingewiesen um Experimentierfreude zu erwecken. Die Beschreibungen werden möglichst bildlich dargestellt, da der Lehm ein Baustoff ist, der mehrere Sinne ansprechen soll. Der Ablauf der Arbeit ist didaktisch aufbauend, jeder Punkt setzt das Wissen aus den vorhergehenden Kapiteln voraus. Damit soll ein Lernprozess im Verlauf des Lesens entstehen der den/die Leserin das Know How in die hand gibt, um den Letzten Punkt der Arbeit von sich aus weiter führen zu können. Bein Augenmerk liegt nicht allein darauf Information bereit zu stellen sondern vielmehr ein ausbaufähiges Verständnis für den Baustoff Lehm zu schaffen. 2.Grundlagen Der Titel der Arbeit weist auf den Lehm und das Passivhaus hin, daher müssen diese beiden Themen kurz umrissen werden. Entscheidend ist dabei auf zwei oberfl ächlich wirkende Fragen einzugehen. Was ist ein Passivhaus und was ist Lehm? In der Frage, was Lehm ist, ist vor allem der Unterschied zwischen dem Baustoff Lehm und einfacher Erde zu erklären. Um mit Lehm planen zu können, sind einige Dinge wissenswert. So wie man weiß, wo Beton gekauft wird und in welcher Form er geliefert werden kann, sollte das auch über Lehm bewusst sein. Das 04 optische Potential wird klarer, wenn man die Materie, die zur Verfügung steht genauer versteht. Dabei ist es unmöglich alle Gestaltungsmöglichkeiten die der Lehm bietet, dar zustellen. Sobald aber verstanden wird, wie Lehm funktioniert, was er kann, ist die Phantasie fähig ihn vielfältig einzusetzen. Genauso gilt es, das Grundlegendes Wissen des Passivhauses zu berücksichtigen, wenn man eines planen will. Dabei möchte ich vermitteln, dass ein Passivhaus nicht nur ein Haus ist, das das PHPP erfüllt sondern ein bisschen mehr hinter dem Konzept steckt. 2.1.Das Passivhaus Unter einem Passivhaus wird ein Gebäude verstanden, das aufgrund seiner guten Wärmedämmung in der Regel keine klassische Gebäudeheizung benötigt. 1 Geschichte Das Konzept des Passivhauses konnte erstmalig beim Bau der Fram einem norwegischen Schiff, das für eine Polarexpedition gebaut wurde beobachtet werden. Da im Verlauf einer derartigen Expedition keine Möglichkeit auf Holznachschub bestand, musste das Schiff mit der Wärmenergie der Maschinen und der Besatzung auskommen um Heizgut zu sparen. Eine ähnliche Ressourcenknappheit entstand durch die Ölkrise von 1973 in der durch erheblichen Anstieg des Rohölpreises der übliche Heizenergieaufwand kaum noch leistbar war. Die Maßnahme war das Entwickeln von energieeffi zienteren Bauweisen, die den Verbrauch an Heizgut senkten. Der Prototyp dieser Bauweise wurde 1973 in Kopenhagen errichtet und hält den heutigen Standard eines Niedrigenergiehauses. 2 1Wiki 2 Wiki

9 Entwicklung Im Laufe des Monitorings wurde festgestellt, dass die Luftdichtheit eines Hauses einen entscheidenden Punkt zur Erhaltung der Dämmfähigkeit darstellt. Warmer Luftdurchzug stellt, wie jede andere Wärmebrücke, eine Gefahr von Tauwasserbildung dar. Der durchfeuchtete Dämmstoff kann in Folge an Dämmleistung verlieren und zu mikrobiologischen Problemen führen. Zur Kontrolle dieser Luftdichtheit wurde der Blowerdoor-test eingeführt, bei dem das geschlossene Gebäude einem Überdruck von 50 Pa über einen bestimmten Zeitraum standhalten muss. Der Wert wird dabei im Verhältnis von Volumen unter 50 und 0 Pascal Druck dargestellt und darf für die Anforderungen eines Passivhauses 0,5/h nicht überschreiten. Der wert entspricht einer unkontrollierten Luftwechselrate von 0,5, sprich weniger als 50 % der Raumluft pro stunde kann bei einem überdruck von 50 Pa entweichen. Mit dieser Luftdichtheit wird eine kontrollierte Wohnraumbelüftung beinahe zwingend notwendig, um hygienische Standards aufrecht zu erhalten. Dafür entwickelte 1990 ein deutsches Forschungsteam eine CO2 gesteuerte Lüftung und gedämmte Fensterrahmen die dem ersten erfolgreichen Passivhaus 1991 in Darmstadt den Weg ebneten. Der Heizenergiebedarf dieses Vorreiters betrug nur noch 10kWh/m2a womit es den durchschnittlichen Energiebedarf eines Hauses zu dieser Zeit um 90% unterschritt. Weiterhin werden passive Wärmegewinne, durch ausgerichtete Fensteröffnungen und aus diesem resultierende Kühllasten, mit in die Energiebilanz eines Gebäudes einbezogen. So bestehen in Österreich inzwischen folgende Anforderungen an ein Passivhaus: Österreich: Klasse A++ Energieausweis, klima:aktiv Gebäudestandard Für Österreich wird das Passivhaus nach ÖNORM H 5055 Gesamtenergieeffi zienz von Gebäuden - Begleitende Dokumente zum Energieausweis - Befund, Gutachten, Ratschläge und Empfehlungen für den für alle Gebäude verbindlichen als Energiestandard mit A++ bezeichnet. Für ein Energiesparhaus/A++ gelten die in Abbildung 2. Dargestellten werte: 3 Abbildung2.: Passivhausstandard nach ÖNORM H5055 (a) in den technischen Bauvorschriften 2008 wurde neugeregelt, dass der Grenzwert nicht fest, sondern von der Gebäudeform und Gebäudegröße abhängt die Werte sind Richtwerte (b) Bezogen auf ein mit 150 m² und Vier-Personen-Haushalt (ohne Warmwasser) Daneben ist der Passivhausstandard auch in der Ergänzung zum neueren klima:aktiv Gebäudestandard implementiert, wo der Kriterienkatalog zu etwa 60 % auf dem PHPP-Standard des Passivhaus Instituts Darmstadt aufsetzt. Dort gelten: Bedarf Heizung, Warmwasserbereitung sowie Hilfsstrom für Heizung und Lüftung 65 kwh/m² (HWB) 15 kwh/m², n50 0,6 h 1 Komfortbelüftung optimiert (ÖNORM H 6038 oder DIN 1946) Obwohl von der Gesamtenergieeffi zienz von Gebäuden gesprochen wird, gibt es noch keine Bestimmungen über die graue Energie (Herstellung und Entsorgung) die Gebäude beinhalten. Der Einsatz von Naturbaustoffen nimmt Einfl uss auf die gesamt Energiebilanz des Hauses, da diese weniger problematisch in der 3 klimaaktiv 05

10 Erzeugung und Entsorgung sind. Außerdem besteht im Moment das Dogma, dass ein Passivhaus nicht ohne elektronisch kontrollierte Wohnraumbelüftung herstellbar ist. Ich möchte diese Meinung durch den Einsatz von Lehmbaustoffen zumindest entkräften und entlasten, da der Lehm bereits einen beträchtlichen Beitrag zur Raumlufthygiene beitragen kann Grundlegendes zum Baustoff Lehm Baulehm besteht aus Sand(Korngröße > 63 μm), Schluff (Korngröße > 2 μm) und Ton (Korngröße < 2 μm). Dabei sind die Lehme mit höherem Tonanteil als fetter mit niedrigem Tonanteil als magerer zu beschreiben. Der Tonanteil hat dabei direkten Einfl uss auf die Bindekraft des Lehms. Nach DIN 18952/ Blatt 2 ist Lehm als magerer Lehm mit einer Bindekraft von g/cm² fast fetter Lehm mit g/cm² fetter Lehm mit g/cm² und sehr fetter Lehm mit g/cm² zu bezeichnen. Alles über 360 g ist so fett, dass der Energieaufwand für die Aufbereitung in keinem Verhältnis mehr zu den Gesamtkosten stünde. 4 Die Bestandteile sind rein mineralisch. Starkverdichteter Lehm kann Steinartig vorliegen und wird als Mergel bezeichnet. In dieser Form eignet er sich besonders gut als Konglomerat für Stampfl ehm. Die Farbe des Lehms ergibt sich durch eingeschlossene Pigmente, so färbt Eisen den Lehm rötlich, Mangan üblicherweise Braun bis Violett weiters sind nahe zu alle Pigmentfarben im Lehm vorzufi nden und auch im nachhinein zuführbar, wodurch die Farbigkeit unterschiedlich sein kann. Um den Lehm genauer einrdnen zu können, wurde die Lehmpyramide (Abb.3) entwickelt in der die Bezeichnugen anhand von Prozentteilen der drei Komponenten beschrieben werden. 4 Minke m 06 Abbildung 3.: Lehmpyramide Warum bindet Lehm eigentlich? Das bindige Verhalten von Lehm ist auf die Form und die physikalischen Eigenschaften des Tonminerals zurückzuführen. Bei der Chemischen Verwitterung von gebirgsbildenden Mineralien z.b. Quarz, Feldspat, Glimmer, Kalk, Dolomit entstehen Tonminerale. Es handelt sich dabei um Aluminium-Hydrosilikate, die aus Schichten von Silizium-Sauerstoff-Tetraedern (SiO2) und Schichten von Aluminium-oktaedern bestehen. In der Gleichung von Abbildung x wird die Genese von Kaolin einem zweischichtigen (zwei Aluminiumoktaeder, zwei Silizium-Sauerstoff-Tetraeder) Tonmineral beschrieben. 5 Geocoaching 5

11 Zwischen den Aluminium-Oktaeder (Al2O3) und Siliziumoxid- Tetraeder (SiO2) die beide über Teilladungen verfügen, werden durch Ionen gebunden, die zur Bindung des Kristalls führen. 6 Je nach bindungsstärke dieser Verbindung, entsteht die Bindekraft des Tons. Diese Schichtung (Abb.:4 7 ) tritt in mehreren Lagen auf und bindet zwischen den Schichten Wasser Vorkommen Lehm ist ein natürliches Gesteinsderivat, das sich als Witterungsprodukt überall dort abgesetzt chemische oder physikalische Witterungsprozesse stattgefunden haben. Inzwischen haben sich die Feinpartikel überwiegend in B- und C- Horizonten des Bodens gesammelt. Die geologische Defi nition ist grob auf die Zusammensetzung von Ton, Schluff und Sandpartikeln begrenzt. Oft wird er auch auf Grund seiner Genese als Lehm bezeichnet. 8 Je nach Art der Entstehung unterscheidet man Berg- und Gehängelehm, Ist ein frischer Lehm der nahe seinem Ausgangsgestein vorliegt. Oft mager und mit hohem Schluff Anteil. Da sich in kurzer Zeit noch keine Tonmineralien gebildet haben. Geschiebelehm, Ist von Gletschern verwitterter Berg- und Gehängelehm, der oft über weite Strecken von der Gletscherzunge transportiert wurde. 6 Witt 7 Bentonit.info 8 geodz Ist er kalkhaltig wird er als Kalkmergel bezeichnet. Hat der Lehm durch längeres Rasten einer Entkalkung erfahren tritt er of als Blocklehm auf der für den Bau geeignet ist. Brauchbare Vorkommen sind überwiegend in Gebirgsthälern zu finden. Oft auch nahe des Auenlehmvorkommens. Durch die längere Verweilzeit und Exposition zu chemischer Verwitterung nimmt der Tonmineralanteil zu, je länger der Witterungsprozess angedauert hat. Auelehm, Ist eine junge Form des Hochfl utlehms, der in Flussauen von Flüssen abgeschürft wird. Er liegt oft in der Nähe von Flussbetten und im Flussbett selber in Schlammförmiger Form vor. Durch die Lösung in Wasser werden die Unbindigen Bestandteile weggeschwemmt, da Ton schwerer löslich ist als die anderen Bestandteile des Lehms. In Stauzonen sammelt sich der Tongehalt und wird im Laufe der Zeit von anderen Sedimenten überlagert. Ist das Flussbett ausgetrocknet ergibt sich eine oberfl ächennahe Lehmgrube. Dieser Lehm ist oft von großer Qualität für Bauzwecke da er bereits in feiner Form mit wenig grobkörnigen Einschlüssen vorliegt. Er wird in diesem Stadium dann Grubenlehm genannt. Lösslehm, Der Löss ist ein Kalkwitterungsgestein das im Laufe seiner Rast eine Entkalkung durch kohlensäurehaltigen Niederschlag erfahren hat. Bei diesem Vorgang bilden sich auch Tonminerale durch Oxidationsprozesse. Diese Lessivierung fi ndet im Sauren Milieu bei ph werten zwischen 4,5 und 6 statt. Dabei kommt es zu sehr fetten Lehmvorkommen die überwiegend in sehr alten Gebirgsketten vor zu finden ist. Häufi g lässt ein vorkommen von Braunerde auf Lösslehm schließen. Der hohe Tongehalt kann, auf Grund seiner Bindigkeit, eine Förderung erschweren Förderung 07

12 08 Abbildung 5

13 Für Bauvorhaben muss der organische Anteil des Materials unter 1% (Massenprozent) liegen, da sonst Gefahr von Humus und Parasitenbildung besteht. Um diesen Bestand zu erreichen, muss im Regelfall tief genug gegraben werden. In Österreich fi ndet man diese Schicht meist in frostfreier Tiefe, spätestens jedoch auf Grundwasserniveau, da dort alle organischen Anteile ausgewaschen werden. Das vorkommen ist stark von örtlicher Geologie abhängig, sodass oft auch in niedrigeren Tiefen bereits verwendbarer Lehmbestand vorhanden ist. Bisher wurde Lehm überwiegend wegen seinem Tonanteil gefördert, dadurch treten leicht abbaubare Bestände bei alten Ziegeleien und deren Lehmgruben auf. Weiters ist aber ein beträchtlicher teil in jedem Aushubmaterial zu finden. Vor allem dieses Vorkommen sollte in Bauvorhaben in größerem Maße genutzt werden, da sie sonst nur organisatorischen Aufwand bedeuten Untersuchung und Prüfverfahren Jeder Lehm muss vor dem Einsatz als Baustoff auf seine Eigenschaften und Tauglichkeit geprüft werden. Dabei kann bereits an Ort und Stelle viel über die Tauglichkeit als Baustoff vorhersagen a Prüfung an Ort und Stelle Der Lehm verrät bereits durch seine Haptik, Geruch und Erscheinung sehr viel über seine Zusammensetzung. Geruchstest Reiner Lehm ist geruchsneutral, modriger Kellergeruch lässt auf organische Einschlüsse oder andere Kontaminationen schließen, die ihn für das Bauvorhaben untauglich machen. Beißtest Da Lehm rein mineralisch und antiseptisch ist kann er sorglos gekostet werden. Knirscht der Lehm bei sachtem beißen zwischen den Zähnen so deutet das auf Sand Anteil. Legt sich ein schmieriger Film auf der Zunge ab, weist das auf hohen Tongehalt hin. Schmeckt der Lehm staubig beziehungsweise kalkig handelt es sich um schluffi gen Lehm. Reibe und Waschtest Beim Reiben der feuchten probe spürt man den Sandanteil als feines kratzen, der Feinanteil zeigt sich als klebriger Rest an der Hand. Ist der klebrigere Rest abreibbar ist der Schluffgehalt hoch und der Lehm nicht bindig, bleiben die Reste an der Hand kleben so handelt es sich um den Ton. Wenn die klebrigen Reste in der Hand beim Reiben zu bindigen Würsten formen so ist der Ton und Schluffgehalt ausgeglichen und der Lehm eignet sich in der Regel gut zum Bauen. Schneidetest Der Lehm wird zu einer Kugel geformt und zerschnitten. Eine matte Oberfl äche bedeutet schluffi gen Lehm. Glänzende Oberfl äche zeigt einen sehr hohen Tonanteil auf. Ist die Schnittoberfl äche rau so weist das auf den Sandanteil hin. Sollte das der Fall sein streicht man die Oberfl äche mit einem Messer glatt bis sich eine glänzende oder matte Oberfl äche zeigt um Ton oder Schluffanteil ab zu lesen. Kugelfalltest Dies ist einer der aussagekräftigsten Tests an Ort und Stelle, da er direkt das Verhalten des Lehmes überprüft. Der Lehm wird dabei in erdfeuchtem Zustand zu einer Kugel mit etwa 4cm Durchmesser geformt und aus 1,5 Metern Höhe fallengelassen. Verformt er sich beim Auftreffen auf den Boden ohne Risse so handelt es sich um einen sehr fetten Ton der für Bauvorhaben abgemagert werden muss. Zerbröselt die Kugel und ist nach dem Fall nicht mehr erkennbar so handelt es sich um einen sehr mageren sandigen Lehm der nach Beimengung von Ton als Putz verwendet werden kann. Weist der Lehmball Risse und 09

14 ausgebrochene Stücke auf, handelt es sich um schwach bindigen Lehm der für Stampfl ehm eingesetzt werden kann. Hat die Kugel Risse ohne Materialverlust so handelt es sich um optimalen Baulehm. Weisen die Prüfungen an Ort und Stelle auf die Möglichkeit hin, dass es sich um Baulehm handelt, wird er im Labor weiter untersucht b Prüfung im Labor 9 Zusammensetzung Korngrößenverteilung nach DIN Die Probe kann nach der Trocknung entweder gemahlen oder als Schlemme gesiebt werden. Die Norm sieht dafür 16;8;4;2;1;0,5;0,25;0,125 und 0,063 mm Siebe vor. Anschließend werden die Anteile die kleiner als 0,125 mm sind noch in einer Schlämmanalyse betrachtet. Durch die Trocknung können auch Schlüsse auf den Wassergehalt des Materials geführt werden. Schlämmanalyse In der Schlämmanalyse nutzt man die unterschiedliche Fallgeschwindigkeit der Schlämmkörner. Dabei wird in einer Suspension in bestimmten Zeitabständen die Schwimmtiefe eines Aräometers (geeichter Schwimmkörper) gemessen. Mit dieser Methode lassen sich Rückschlüsse auf die Feinanteile ziehen. Nachdem allerdings auch die Zusammensetzung keine eindeutigen Rückschlüsse auf die Material Eigenschaften geben, da die Tonmineralien ebenfalls von unterschiedliche Bindekraft sein können, ist es nötig den Lehm weiter auf seine Eigenschaften zu überprüfen. Hier entscheiden Bindekraft,Zug-, Druckfestigkeit und Schwindverhalten. Da das Material nicht absolut homogen vorliegt muss daher ent- 9 Minke 10 weder in regelmäßigen Abständen auf Zusammensetzung und/ oder Materialeigenschaften überprüft werden. Bindekraft oder Plastische Zugfeste Die entscheidende Festigkeit des Lehmes ist seine Bindekraft. Da diese unteranderem auch vom Wassergehalt abhängt muss der Lehm in trockenem Zustand mit bestimmter Menge Wasser angerührt werden um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen. Die Prüfung fi ndet in Form einer Zerreißprobe des plastischen Lehmes statt. Dabei ergeben die eingewirkte kraft dividiert durch den Prüfkörper-querschnitt (5cm, nach DIN 18952) die Bindekraft. Druckfestigkeit Die These Niemeyers, dass Druckfestigkeit und Bindekraft direkt proportional zueinander sind, lässt sich mit heutigen Herstellungsmethoden nicht halten. Eher ist es nötig mit jeder Produktionscharge einen Prüfkörper zu testen. Dabei liegen die üblichen Ergebnisse zwischen 3 und 6 N/mm², sehr magerer Mörtel kann auch eine Druckfestigkeit von 1 aufweisen. Zugfestigkeit (Trockenzugfestigkeit) Bei der Zugfestigkeit ergab sich aus mehreren Messungen der Universität Kassel, dass sie im Schnitt bei 10-11% der Druckfestigkeit liegt. Diese ist stark vom Schluffanteil abhängig, der die Trockenzugfestgkeit vermindert. Für die Trockenzugfestgkeit wird ein Achterling (Form des Prüfkörper, entspricht der einer 8)belastet. Dabei ergibt wieder Kraft durch Querschnitt die Zugfestigkeit Aufbereitung Die Aufbereitung von Lehm ist maßgeblicher Faktor für die Wirtschaftlichkeit des Materials. Ist der Lehm krümelig und erdfeucht, kann er oft nach einfachem homogenisieren im

15 Zwangsmischer bereits für Stampfl ehm, Lehmsteine oder Putz verwendet werden. Liegt ein fetter klumpiger Lehm vor ist die Aufbereitung aufwändiger. Der Einsatz der richtigen Methoden und Maschinen ist entscheidend. Für besonders fetten klumpigen Lehm gibt es mehrere Verfahren die zum Ziel führen. Dabei sind der Kreativität keine Grenzen gesetzt wie Lehmklumpen zerquetscht, zermahlen, aufgelöst oder zerkleinert werden. Es gibt allerdings einige Dinge die besonders berücksichtigt werden müssen. Die Methode ist hauptsächlich abhängig von den Faktoren Platz, Arbeitskraft, maschineller Ausstattung, Zeit und vor allem auch Ausmaß des auf zu bereitenden Lehms. Frost und Trocknung Eine sehr Kostenschonende Methode für Größere Mengen ist das Zerkleinern durch Frost. Diese Methode benötigt jedoch Platz und Zeit. Die Lehmklumpen werden zwischen Planen über den Winter im Freien liegen gelassen sodass der Lehm auffriert. Dabei bricht der Lehm durch den Frost und trocknet durch die trockene Luft. Durch Nachfeuchten, können zu große Klumpen weiter gebrochen werden. Die Planen verhindern dabei die Humusbildung. Ähnlich funktioniert die Trocknung in der Sonne. Hierbei ist zu beachten, dass der Lehm überdacht oder zumindest in der Nacht abgedeckt sein sollte, um Kontamination zu vermeiden. Nach dem Trocknen kann der Lehm, sofern fester Untergrund gegeben ist, mit einer Straßenrüttelplatte zerkleinert werden oder die klumpen im Zwangsmischer klein gemahlen werden. Einsumpfen Ist die Zeit nicht gegeben gibt es die Möglichkeit größere Brocken im Flüssigen Zustand zu zerkleinern. Dafür muss der Lehm in einer großen fl achen Wanne (dabei reicht es eine Folie in einen Holzrahmen einzuspannen) knapp mit Wasser bedeckt werden. Wichtig ist es den Lehm in so wenig Wasser wie möglich zu lösen um nachträgliche Trocknungszeit zu vermeiden. In der Regel lösen sich selbst größere Tonklumpen nach 2-4 Tagen auf. Die Dicke Schlemme kann anschließend mit einem Holzstab oder stumpfen Holzrächen (zum Schutz der Folie) durchgerührt werde. Sehr altmodisch aber dennoch effi zient ist das barfüßige durchwarten durch die Lehmschlämme, durch das Klumpen zerquetscht und schneller gelöst werden, dabei sollte aber Rücksicht auf vorherrschende Temperaturen genommen werden. Der verfl üssigte Lehm kann anschließend mit Mörtelpumpen zur weiteren Verarbeitung transportiert werden. Maschinelle Zerkleinerung Ist weder die Zeit, Fläche oder Arbeitskraft für diese Methoden gegeben, gibt es noch maschinelle Möglichkeiten. Grundsätzlich ist jedoch zu sagen, dass Maschinen besonders bei fettem Lehm oft an ihre grenzen stoßen und viel wartung verlangen. Größtes Problem in der Maschinellen Aufbereitung sind unerwartete große Steine, die der Maschine Schwierigkeiten bereiten. Viele Geräte werden aus dem Ackerbau entliehen, so können Tonklumpen mit einer Bodenfräse oder einem mechanischen Pfl ug aus der Erde gefördert und zerkleinert werden. Die wohl weitest entwickelten Geräte zur Erdzerkleinerung bieten die Firmen Royer, Heuser und Ceratec welche soweit die einzigen Firmen sind die Erdzerkleinerungsgeräte speziell für den Lehmbau herstellen. Zum Mischen eignet sich jedes Mischgerät, bei dem die Mischung zerteilt und wenig bewegt wird. Zum Lösen von klumpen eignet sich der handelsübliche Betonmischer nicht, da sich in der Trommel die Mischung wälzt und Klumpen eher bilden als lösen. Industrielle Aufbereitung Übliche Aufbereitung aus industriellen Maßstäben sind das Kollern, Mahlen, Aufschlämmen, Aufmischen und Sieben. Sie funktionieren so wie in kleinem Maßstab nur mit Einsatz von größerem Gerät. Interessant für den Privatbau ist dabei die Möglichkeit in manchen Ziegeleien die Lehmmischung aufbereiten zu lassen, das kann je nach Ziegelei eine sehr wirtschaftliche Angelegenheit sein. 11

16 12 Abbildung 6

17 Eine effektive Aufbereitung des Aushubes verlangt meist nach Erfahrung und oft nach Kreativität. Hier liegt auch einer der Schwerpunkte in der Entwicklung der Ökonomie von Lehmbauvorhaben. Soweit wird nämlich sehr viel bereits gefördertes Material, wie Baustellenaushub, verworfen, oft sogar aufwendig entsorgt. Dieses Material gilt es in größeren Dimensionen aufzubereiten um leicht zugängliches Lehmbaumaterial zu schaffen Einsatzgebiete Auf Grund der Beschaffenheit von Lehm ist er vielseitig einsetzbar. Besonderst wichtig für das Bauwesen sind die Feuchte bezogenen Eigenschaften und die Masse des Lehms. Feuchteregulator Lehm wirkt auf zwei Weisen feuchteregulierend. Einerseits durch seine Oberfl ächenbeschaffenheit die sich durch mikroskopische Unebenheiten und Risse eine sehr große Oberfl äche aufweist. Anderseits durch seine Absorption- und Abgabegeschwindigkeit gegen über Dampfüberdruck. So haben untersuchen des Forschungslabor für Experimentelles Bauen an der Universität Kassel festgestellt, dass Lehmputz bei einem feuchteanstieg von 50% auf 80 % innerhalb von 48 Stunden 300g Wasser pro Quadratmeter aufnehmen kann ohne sich feucht anzufühlen (vergleich Kalkputz schlägt nach 100g/m² Tauwasser aus). Dabei dringt die Feuchtigkeit nur in die oberen 1,5 cm ein. Bei weiterer Untersuchung wurde festgestellt, dass die Feuchtigkeit etwa 1cm pro Tag eindringen kann. Die Trocknungsgeschwindigkeit ist druckabhängig aber in der Regel schneller als die Durchfeuchtung. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% stellt sich die Gleichgewichtsfeuchte von Lehm bei 3-6% ein. Somit kann der Lehmputz bei ausreichender Oberfl äche die relative Raumluftfeuchte konstant auf 50% halten. Im Falle von Stampfl ehm tritt zusätzlich noch eine höhere Transportgeschwindigkeit ein, wodurch die Wand schneller und mehr Feuchtigkeit aufnehmen kann. Diese ist aber auf Grund der sehr inhomogenen Zusammensetzung des Stampfl ehms noch nicht quantifi ziert worden. Bemerkenswert ist allerdings das Monitoring von Martin Rauch Haus Rauch in Schlins, Vorarlberg, in dem die relative Raumluftfeuchte, ohne kontrollierte Belüftung, über das ganze Jahr 56% nicht überschritten und 48% nicht unterschritten hat. Durch diese Feuchteaufnahme bildet sich auch eine Tauwasserverzögerung im Bauteil, die allerdings ebenfalls noch nicht quantifi ziert wurde, jedoch im Einsatz von Zellulosedämmstoffen mit Lehmberührung festgestellt werden kann. Brandschutz Lehm ist durch seine rein mineralische Zusammensetzung als nicht brennbar eingestuft (Baustoffklasse A1 nach DIN 4102 Teil 4 10 ). Dies gilt auch für den Fall, dass pfl anzliche Stoffe beigemengt sind, solange eine Wichte von 1700KG/m³ nicht unterschritten wird. Die brandhemmende Wirkung von Lehmputz wurde von der TU Braunschweig an einem Reetdach (strohgedecktes, hinterlüftetes Dach) getestet. Dabei stellte sich bei einem dreischichtigen Lehmputz ein Feuerwiderstandswert von F30 ein. Thermischer Speicher Die ersten Öfen die der Mensch gebaut hat waren zweifellos Lehmöven. Mit einer spezifi schen Wärmekapazität von c = 1,0 kj/kg*k (Norm DIN Bl.1) oder 1,4-1,6 kj/kg*k laut Dachverband Lehm und der hohen dichte von Kg/m³ eignet sich der Stoff ausgezeichnet als Wärmespeicher. Durch diese Speicherkapazität eignen sich Lehmbauteile auch als Wärmepuffer im Baukörper, die ein Aufheizen und ein zu schnelles Abkühlen verzögern. Dabei kann Lehm im Wand und Bodenaufbau eingesetzt werden. 10 DL 13

18 Konservierung Dank seiner niedrigen Ausgleichsfeuchte von 6-8% 11 ist Lehm trockener als übliches Bauholz. Kombiniert mit der feuchteregulierenden Wirkung stellt sich eine Konservierung von Holzbauteilen ein, die überwiegend im Fachwerkbau ihren Einsatz gefunden hat. Entscheidend dafür ist allerdings ein diffusionsoffener Aufbau der das Verweilen von Feuchtigkeit verhindert. Kritisch ist diese Bedingung im Laufe von Altbausanierungen mit Lehm decken. Dabei ist zu beachten, dass die Lehmdecke nicht dampfdicht abgeschlossen werden darf, da sonst aufsteigende Feuchtigkeit aus dem darunter liegenden Raum in der Decke verweilt und zu feuchte Schäden führt. Weiters ist die Konservierende Wirkung von Lehm aus alten Lehmkellern bekannt in denen auf Grund der konstanten relativen Luftfeuchte und der verhältnismäßig konstanten Temperatur Lebensmittel gelagert wurden. Dies ist allerdings nur bei passenden Grundwasser Bedingungen möglich, da der Lehm drückendes oder quellendes Wasser nicht aufhält. Tragende Konstruktion Die Druckfeste von Massivbaustoffen aus Lehm beträgt zwischen 3-6 N/mm² 12 womit er als tragender Baustoff eingesetzt werden kann. Die vorherschenden Tragenden Bauweisen in Österreich sind Stückgutbauweise und Stampfl ehm. Weitere Bauweisen wie Wellerbau, Wattle and Daub oder Cob haben sich auf Grund von mangelndem Grundlagenwissen noch nicht durchgesetzt. Stampfl ehmbau Stampfl ehm gilt als eine der Beständigsten Massivbauweisen im Lehmbau. Dabei kann relativ magerer Lehm eingesetzt werden da Druckkräfte überwiegend vom enthaltenen Steinkonglomerat getragen werden. Entscheidend sind Mischung und Verarbeitung des Lehms. Dabei kann durch Optimierung eine witterungsfeste 11 LTE,Claytec 12 Röhlen/Ziegert 14 Fassade erzeugt werden. Stampflehm kann in Ort oder Fertigteilbauweise ausgeführt werden. Stampflehm wird mit einer Festigkeit von 2,5N/mm² berechnet obwohl die üblichen Prüfkörper eine Festigkeit zwischen 3,6 und 5 N/mm² aufweisen. Diese Abmilderung besteht auf Grund von etwaigen Schwachstellen, die durch den Stampfprozess oder Inhomogenität des Materials auftreten können. Stückgutbau Die Stückbauweise kann auf Grund des genormten Herstellungsprozess genauer bemessen werden. Dabei ist die Druckfestigkeit dichteabhängig (Din 18945) 13 Durch die unbefestigte Struktur ist allerdings keine witterungsfeste Oberfl äche erzielbar. Durch diese Vielzahl an verfahren variieren auch die Eigenschaften des Lehms: Eigenschaft Einheit Min Von Bis Möglich Rohdichte Kg/m³ Porosität Vol.% Trockenschwindung % 0,4 1 2,5 5 Druckfestigkeit N/mm² 0,6 1,0 3,0 12,0 Elastizitätsmodul N/mm² Haftfestigkeit N/mm² 0,03 0,05 0,15 0,25 Wärmeleitfähigkeit W/mK 0,1 0,17 1,10 1,4 Wärmekapazität J/kgK Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl μ 5/10 Wasseraufnahmekoefi zient Kg/m²h0,5 1,2 6 13,4 Dynamische Feuchtesorbtion nach 12h bei D=1,5 13 LBK 14 Röhlen Ziegert g/m² Tabelle 1 14

19 3. Lehmbauweisen Eine der ältesten Städte der Welt, Jericho bestand bei ihrer Errichtung überwiegend aus Stampfl ehmbauten. Funde einer Stadtmauer aus Stampfl ehm wurden mit 8000 v.chr datiert womit sie zu den ältesten Bauten der Welt gehört. Der Lehmbau hat sich dabei auf der ganzen Welt simultan entwickelt und in allen gemäßigten bis heißen Klimazonen etabliert. Zu den wohl bedeutendsten Lehmbauten, die noch erhalten sind zählt die Chinesische Mauer die erst im Nachhinein mit Stein verkleidet wurde, im Kern aber aus Stampfl ehm besteht. Heute leben immer noch geschätzte zwei Drittel der Weltbevölkerung in Lehmhäusern. In Entwicklungsländern etwa die Hälfte 15. Obwohl der Lehm wohl einer der ältesten und meist eingesetzten Baustoffe in der Geschichte der Menschheit ist, stagniert die Entwicklung soweit, dass der Baustoff noch immer nicht ausreichend genormt ist Stampfl ehm Stampfl ehm ist eine der langlebigsten Bauweisen. Dabei wird Erdaushub gesiebt und mit Zuschlag gemagert oder gefettet bis er eine passende Bindigkeit aufweist. Die Mischung besteht in der Regel zu 2/3 aus Lehm 1/3 aus Steinkonglomerat. In der neusten Entwicklung im Stampfprozess von Martin Rauch wurde die Mischung allerdings abgemagert und besteht bereits aus zu 60% aus Konglomerat und 40% Lehm. Durch die Abmagerung des Baustoffs und die optimierte Verdichtung lassen sich so erstmalig witterungsbeständige Stampflehmelemente ohne Zuschlag herstellen. Referenzen dazu sind in Vorarlberg und Basel zu fi n- den. Außerdem vermindert sich das Schwindmaß. Stampfl ehm ist in Europa nicht genormt 15 MInke Mischung Für die Mischung gilt grundsätzlich, dass der organische Anteil kleiner als 1% (Gewichtsprozent) ist. Die Konglomerat Größen sind im Schnitt zwischen 10 und 40 mm groß. Der Lehm muss für das Stampfen nicht besonders bindig sein, da die Druckfestigkeit überwiegend von der Stieinmatrix getragen wird. Der Tongehalt sollte aber bei mindestens 4% liegen. Kapelle der Versöhnung Martin Rauch. Ausschlaggebend sind die Homogenität und die Feuchtigkeit der Mischung. Ein Mischen im Zwangsmischer ist dafür generell von Vorteil. Dabei soll die Mischung erdfeucht sein. Sollte das ausgangsmaterial zu trocken sein, empfi ehlt es sich die Mischung einige Zeit Mauken zu lassen, bis die Tonminerale gequollen sind. Das Verhältnis von Lehm zu Konglomerat bewegt, abhängig von Bindekraft des Lehms, zwischen 40-60% Lehm und 60-40% Konglomerat. Um gleich bleibende Ergebnisse zu gewährleisten, sollte jede neue Mischung durch einen Prüfkörper auf Druckfestigkeit und Schwindverhalten geprüft werden Prozess Stampfl ehm wird Schichtweise in 10 bis 20 cm dicken Schichten geschüttet (abhängig von Konglomeratgröße und Mauerstärke) und bis zur maximalen Verdichtung, zwischen 5 und 10 cm Schichtdicke gestampft. Das Stampfbild muss dabei Horizontal verlaufen, da entlang der Schichtung kaum Kräfte aufgenommen werden können. Je nach Verfahren werden Wander- oder Komplettschalungen eingesetzt. Nach dem Stampfen braucht der Lehm etwa 6 Wochen bis er trocken ist und etwa 3 Wochen bis er die volle Festigkeit erreicht hat. Um die Trocknungszeit auf der Baustelle zu verkürzen gibt es die Möglichkeit Fertigteile in Trockenbauweise zu versetzten. Die Fertigteile werden dabei in Lehmmörtel versetzt. Die Fugen können anschließend retu- 15

20 16 Abbildung 7

21 schiert werden, das bedeutet, dass erdfeuchtes Material manuell mit Hammer und Holzbrett in die Fugen eingeklopft wird. Auf diese Weise sind makellose Oberfl ächen erreichbar Ortstampfen Vor Ort stampfen ist häufi g bei kleinen oder schwer erschließbaren Vorhaben von Vorteil. Da das lokale Aushubmaterial aufbereitet und direkt verwertet werden kann. Das Einbringen des Materials ist ein Hauptfaktor für Arbeitsaufwand, da dieses, im Fall von Platzmangel manuell eingefüllt werden muss. Das Mischen und Einfüllen sind die Schwerpunkte in der Koordination einer Stampfl ehmbaustelle, da hier der meiste Arbeits- und Kraftaufwand liegt. Die Möglichkeit eines Baustellenkrans zur Einbringung des Materials sollte hier in Betracht gezogen werden. In einer Wanderschalung kann auf eine Höhe von drei Metern gestampft werden bevor die Wand ausgeschalt werden und 3 Wochen trocknen muss. Die Länge des ausgeschalten Abschnittes sollte ebenfalls 3 Meter nicht überschreiten um Vertikal risse beim trocknen zu vermeiden. Leitungen und Kanäle können nachträglich ausgestemmt werden oder im Stampfprozess mit Hilfe von Aussparungen mit eingestampft werden. Problematisch ist das Ortstampfen bei bestehender Decke, da unter der Decke nicht mehr gestampft werden kann. Hier können vorgefertigte Elemente eingeschoben werden und im Nachhinein retuschiert werden. Aus optischen Gründen sollte über Abstandhalter der Schalung in der Lehmwand entschieden werden. Soll die Oberfl äche makellos sein kann die Schalung durch Zuganker gehalten werden, die im Nachhinein gezogen werden. Die Löcher der Anker können im Nachhinein retuschiert werden. Schlüsselfaktoren für ein ökonomisches Arbeiten sind die Organisation des Misch- und Schüttvorgangs des Materials sowie das Einplanen der Trocknungszeiten. Das Verdichten selbst kann durch den Einsatz des richtigen Geräts, hydraulischer Handstampfer, Rüttelplatte, Schaffusswalze optimiert werden. Für das Ortstampfen kann mit einem Arbeitsaufwand von Minuten/ m2 16 gerechnet werden Fertigteil Die Variante des Fertigteilbaus eignet sich vor allem für größere Projekte bei denen die Trocknungszeit eine große Rolle spielt. Durch die Vorfertigung werden sowohl Trocknung als auch Schwindung von der Baustelle in die produktionshalle verlagert. Dabei spielt die Produktionsmenge eine Auschlaggebende rolle, da bis dato nur wenige Anbieter für Lehmfertigteilbau existieren. Der größte Anbieter ist Lehm Ton Erde Schweiz bei dem in Laufen im Kanton Basel Lehmelemente vorgefertigt werden. Hierfür wird eine fi xe Schalung gebaut in der die Elemente in Serienproduktion gefertigt werden. Dabei kann der Misch und Füll Prozess für größere Maßstäbe optimiert werden wodurch wirtschaftlicher gearbeitet werden kann. Die Elemente werden in einer Lagerhalle getrocknet und können somit auf der Baustelle direkt mit einem Kran versetzt werden. Entscheidend ist hier die Verwendung einer einheitlichen Elementgröße, da der Schalungsaufwand für Sondergrößen viel Zeit in Anspruch nimmt. Die Arbeitszeit bei Fertigteilbauweise beträgt etwa 150 min/m Kennwerte Die Qualitäten des Stampfl ehms liegen vor allem in seiner Speichermasse, seinem geringem Diffusionswiderstand der feuchte regulierenden Wirkung und seiner Dauerhaftigkeit. Es ist die einzige Bauweise bei die eine sichtbare, witterungsbeständige Lehmfl äche an der Fassade zulässt. Werte Claytec LTE Trockenrohdichte Kg/m³ ca ca Wärmeleitfähigkeit (λ) W/mK 1,5 0,69-1,2 Wasserdampfdifusionswiderstand (μ) 5/10 5/10 Druckfestigkeit N/mm² 2,0 2,5 16 Röhlen/Ziegert 17

22 Schwindmaß % 0,5 0,15 Ausgleichsfeuchte % Wärmespeicherkapazität J/kgK Dämmung Stampfl ehm kann durch seine niedrige Ausgleichsfeuchte mit beinahe jedem Dämmstoff versehen werden ohne Feuchteprobleme auf zu weisen. Dabei ist jedoch die Frage zu stellen welcher Dämmstoff die positiven Eigenschaften des Lehms nicht beeinträchtigt. Entscheiden dafür sind einerseits der λ wert, andererseits das μ. Um die Performance des Lehms nicht zu beeinträchtigen sollte der μ-wert möglichst nahe an dem des Lehms liegen und der λ möglichst niedrig Vorteile-Nachteile Stampfl ehm bietet als tragende Bauweise die Möglichkeit den höchsten Lehmeintrag in ein Bauvorhaben einfl ießen zu lassen. Das Haus Rauch von Martin Rauch besteht zu 83% aus Lehm Material. Baustoffl ich sind die Wärmespeicherkapazität und Sein feuchte regulierendes verhalten ausschlaggebend. Problematisch ist die Wärmeleitfähigkeit und die ausführungsweise die beträchtliche mauerstärken benötigen würden um einem Passivhaus Standard zu genügen. So stark der Stampfl ehm aus Ökologischer Sicht auch ist, hat er durch seine aufwendige Fertigung erhebliche ökonomische Nachteile. Hoher Arbeitsaufwand, große Mauerstärken und niedrige Dämmleistungen machen den Stampfl ehm für Österreich als Außenmauerwerk schwierig. Dennoch hat der Stampfl ehm Vorteile für den Innenausbau, vor allem als Speichermasse für passive thermische Energieeinträge und zur Regulierung der Raumluftfeuchte. Entscheidender Entwicklungsschritt für den Stampfl ehm ist die Verbesserung des Dämmwertes ohne seine Eigenschaften maßgeblich zu verändern. Stampfl ehm kann bereits durch 18 Tabelle 2 Beimengung von Lavaschottern oder Perliten auf ein λ von 0,69 reduziert werden. Mit Schaumglas werden bessere Ergebnisse erwartet die jedoch noch nicht publiziert wurden Lehmbausteine Quadernstock, Erdstein, Lehmziegel, Adobe der Lehmstein hat viele Bezeichnungen. Lehmbausteine sind ungebrannte aus Lehm geformte Ziegel die an der Luft getrocknet werden können. Sie werden anschließend in Lehm-, Kalkmörtel oder Nassverfahren versetzt. Die vielen Namen kommen dabei aus den unterschiedlichen Herstellungsverfahren und den unterschiedlichen kulturellen Ursprüngen. Der Lehmziegelbau ist in allen trocken-heißen, subtropischen und gemäßigten Klimazonen vorzufinden. Es existieren dabei ähnlich alte Bestände wie die des Stampfl ehms. Die Steine werden nach ihrer Herstellung bezeichnet. Klassische Lehmsteine sind Patzen, Quader und Strangziegel. Alle können als Grünlinge (ungebrannt) bezeichnet werden. Im Gegensatz zu Stampfl ehm sind Lehmsteine nach DIN genormt. Die Norm beschreibt dabei unterschiedliche Anwendungsbereiche für die, entsprechend der Feuchtigkeitsbelastungen, Anwendungsklassen (AK) unterteilt werden. Für verputztes, der Witterung ausgesetztes Außenmauerwerk von Sichtfachwerkwänden wird die höchste Klasse AK Ia gefordert. Durchgängig verputztes, der Witterung ausgesetztes Außenmauerwerk wird mit Lehmsteinen AK Ib ausgeführt. Zulässig ist beides, aber nur in (Schlagregen-) Beanspruchungsgruppe I nach DIN bzw. nach sorgfältiger Prüfung der örtlichen Schlagregenexposition. Für verkleidetes oder anderweitig konstruktiv witterungsgeschütztes Außenmauerwerk und Innenmauerwerk genügen Steine der Klasse AK II.

23 Anwendungs Klasse Ia Ib II Anwendungsbereich Verputztes, der Witterung ausgesetztes Außenmauerwerk von Sichtfachwerkwänden Verputztes der Witterung ausgesetztes Außenmauerwerk Verkleidetes, witterungsgeschützes Außenmauerwerk; Innenmauerwerk III Trockene Anwendung (Deckenaufl a- gen, Stapelwände) Mischung Anforderung Steine mit homogener Struktur, ausreichend wassser- und frostfest geringes Quellverhalten; ungelochte Vollsteine Ausreicehnde Festigkeit, wenig Quellverhalten beim Vemauern und Verputzen; herstellungsbedingeter Lochanteil= 15% Müssen für den Anwendungszweck fest genug sein, Lochanteil ist beliebig Tabelle 3 17 Entscheidend für die Mischung ist ein ausreichender Sandanteil von mindestens 50 % da dieser das Schwindmaß reduziert und daher Schwind- und Quellrissen vorbeugt. Der Tonanteil ist ab 12% ausreichend. Je nach Verfahren kann der Lehm fetter sein. Fettere Mischungen eignen sich eher für das Streichverfahren, magere Mischungen sollten gestampft werden. Um das Schwindmaß und die Festigkeit zu verbessern eignen sich pfl anzliche Zusatzstoffe wie Flachs, Stroh oder Hanffaser. Die Naturfaser dient als Bewehrung und verbessert Zug und Scherfestigkeit. Wichtig ist dabei das ausreichende homogenisieren der Mischung damit es keine Nestbildung gibt. Ein anderes Mischverhältnis ist bei der Herstellung von Leichtlehmsteinen nötig, dieses wird in Folge im Punkt 3.4 Leichtlehm beschrieben. Bei jeder Lehmmischung ist es von Vorteil die Mischung vor der Verarbeitung einige Zeit mauken zu lassen, dabei verteilt sich der Wassergehalt und die Tonminerale quellen. Durch das quellen von Tonmineralen wird deren Bindekraft aktiviert und die 17 DIN Festigkeit des Steines steigt. Die Mischung sollte vor dem Anfertigen größere Mengen mit ein Paar Probesteinen getestet werden. Um das Schwindmaß zu testen reicht es drei Teststeine mit einem 10 cm langen strich zu versehen, beim trocknen kann durch die Längenänderung des Striches das Schwindmaß getestet werden und auf Risse geprüft werden. Erst wenn beide Ergebnisse die Anforderungen erfüllen, sollte mit der Produktion von Lehmsteinen begonnen werden Herstellung Beim Patzen wird der Lehm in plastischem Zustand mit Schwung in eine Schalung eingepatzt. Für die Schalung haben sich Phenolholzplatten als gut erwiesen, diese könne vorgeölt werden um das Lösen der Steine einfacher zu machen. Das Ergebnis beim Patzen wird ein umso besser je schwungvoller der Lehm in die Schalung befördert wird. Nach dem einpatzen wird der überschüssige Lehm mit einem Draht oder einer Kelle entfernt. Die Steine können anschließend durch ruckartiges Hochziehen der Schalung, ausgeschalt werden. Anschließen müssen sie etwa eine bis drei Wochen, abhängig wie fett der Lehm ist, trocknen. Das streichen bezieht sich auf das einstreichen eines Lehmbreis in eine Schalung, dabei müssen die Steine in der Schalung verweilen bis sie ausreichend getrocknet sind. Beim Stampfen wir erdfeuchtes Material eingesetzt. Es werden üblicherweise größere Steine hergestellt, da sonst der Arbeitsaufwand nicht im Verhältnis zum Ertrag steht. Je Größer der Lehmkörper ist desto mehr Grobanteil muss in der Mischung sein, um das Schwinden zu reduzieren. Gestampfte Steine können ebenfalls gleich ausgeschalt werden. Maschinell werden Ziegel stranggepresst und geschnitten, um das Strangpressen zu ermöglichen muss die Mischung allerdings frei von groben Verunreinigungen und fetter sein als für den Lehmstein optimal ist. Daher weisen bis dato handgefertigte 19

24 Lehmpatzen immer noch die größte Druckfestigkeit und Frostbeständigkeit auf. Minke Volhard Dabei beträgt der Tagesertrag pro Arbeiter, inklusive Transport Aufbereitung und Verarbeitung etwa 300 lehmsteine Aus dem 18 und 19 Jahrhundert sind Produktivität von 2400 Steinen mit 5 Arbeitern pro Tag notiert. Maschinelle verfahren sind, abgesehen vom Stangpressverfahren, sehr spezifi sch und wenig publiziert, doch gibt es automatische Lehmsteinpressen die eine Produktivität von 360 steinen pro Stunde angeben. 18 Bei der maschinellen Herstellung ist allerdings immer ein erhöhter Wartungsbedarf der Maschine zu erwarten. Das inhomogene Material, Steineinschlüsse und schmieriger Ton machen jeder Maschine auf Dauer zu schaffen. Die Mehrheit der industriellen Lehmsteinproduktion fi ndet bis dato noch in Deutschland statt. Die handelsüblichen Formate sind: Abbildung 8 Höhe Breite Länge Format 6, Reichsformat 5,1 11,5 24 DF= Dünnforma 7,1 11,4 24 NF= Normalformat 7,1 11,4 30 Klosterformat 11,3 11,5 24 2DF= Doppeldünnformat Größere Formate sind auf Grund ihres Gewichts schwer zu vermauern. Tabelle Kennwerte Dichte Kg/m³ SDruck N/mm² SZul im Mauerwerk N/mm² 0,3 0,4 5 Wärmeleitfähigkeit 0,7 0,91 1,05 Wärmespeicherkapazität Tabelle Vorteile-Nachteile Lehmsteine können, sofern es das Zeitmanagement erlaubt gut und günstig auf eigenem Baugrund hergestellt werden. Sie bieten also optimale Nutzung der eigenen Ressourcen und eine sehr nachhaltige Bauweise. Gekaufte Lehmziegel bieten exaktere Profilgrößen und leichtere Verarbeitung. Dabei geht aber der nutzen des eigenen Aushubmaterials verloren. Nachteile des Lehmsteins sind seine Witterungsempfindlichkeit. Durch seine hohe dichte und feinkörnige Struktur muss seine Oberfläche vor Witterung geschützt werden. Soweit gibt es außerdem nur einige wenige Firmen die ungebrannte Lehmsteine vertreiben. Die übliche Industrielle Ziegelproduktion lässt es kaum zu, Lehmsteine aus dem Produktionsprozess zu entnehmen, da dieser unterbrochen werden müsste. Der für Tonziegel genutzte Lehm ist außerdem zu fett wodurch der ungebrannte Ziegel sehr frost- und rissempfindlich ist. Wieder ist hauptsächlich der Zeitfaktor in der Planung zu beachten, ist die Arbeitszeit günstig, ist das Herstellen von Lehmsteinen eine sehr gute Maßnahme um Materialkosten zu sparen

25 Abbildung 9 21

26 3.3 Fachwerke In der Fachwerkbauweise wird auf die tragende Wirkung des Lehms verzichtet und stattdessen ein Holztragwerk eingesetzt. Holz ergänzt die Schwäche des Lehms, dass er keine Zugkräfte aufnehmen kann, somit ermöglicht die Fachwerkbauweise größere gestalterische Freiheit in der Fassadengestaltung. Beispielsweise Auskragungen oder Balkone. Die Fachwerkfelder werden mit Lehmbaustoffen ausgefüllt um Luftdichtheit, Wärmedämmung und Schallschutz zu erzeugen. Beim Einsatz von schweren Baustoffen trägt die Lehmausfachung auch eine aussteifende Scheibenwirkung wodurch auf Quersträben verzichtet werden kann. Bei der Ausfachung zur Verbesserung von Dämmeigenschaften können auch Leichtlehmstoffe mit niedrigerem Lambda zum Einsatz kommen. Die Fachwerkbauweise hat in zentral und Nordeuropa eine ausgeprägte Kultur. Besondere Berühmtheit genießen die Fachwerkhäuser in Schiltach im Schwarzwald. Die Schönheit liegt dabei für viele in der Sichtbarkeit des Tragwerks. Lehm wurde aufgrund seiner niedrigen ausgleichsfeuchte oft zum konstruktiven Holzschutz eingesetzt. Außerdem ist er einfach einzubringen Mischung Die Mischungen sind so vielfältig wie die Anwendungen. Beim Trockenverfahren siehe 3.2.Lehmbausteine. Im feucht und Nassverfahren gilt grundsätzlich je höher der Anteil des Zuschlagstoffes je fetter sollte der eingesetzte Lehm sein. Für gegossene Mischungen eignen sich Kombinationen aus Mineralischen und Organischen Zuschlägen. Besonders eignet sich eine Mischung aus Blähton oder Lavaschotter mit Flachs. Dabei übernehmen die mineralischen Bestandteile eine verbesserung der Dämmeigenschaft und des Schwindmaßes, die Fasern dienen als zusätzliche Bewehrung. Schluff und Sand haben keine bindenden Eigenschaften auf organische fasern also ist in diesen Mischungen der Tongehalt ausschlaggebend. Mischen lasen 22 sich kurze Fasern gut in üblichen Betonmischern, dabei hilft es meist zuerst eine Lehmschlämme vorzulegen und dann schrittweise den Zuschlag zuzufügen. So entstehen weniger Klumpen im Trommelmischer. Genauer beschrieben wird die Mischung für Leichtbaufüllungen im Kapitel 3.4. Leichtlehm. Bei jedem Verfahren wo gegossen oder feucht gearbeitet wird, ist es immer wichtig die Mischung so trocken und homogen wie möglich anzusetzen da man dabei Baufeuchte reduzieren kann. Zur homogeneren Durchfeuchtung des Lehms empfi ehlt es sich die Mischung abgedeckt Mauken zu lassen, bis der Ton durchfeuchtet und gequollen ist, dafür ist relativ wenig Wasser von Nöten, dadurch trocknet der Baustoff auch schneller Herstellung Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten den Lehm zwischen die tragende Holzstruktur ein zu bringen. Dabei muss in erster Linie bestimmt werden welche Funktion der Lehm im Fachwerk erfüllen soll. Soll er als Aussteifung, Dämmstoff oder Füllmaterial dienen? Grundsätzlich kann man dabei ein Trocken- ein Feucht- und ein Nassverfahren unterscheiden. Die Trockenbauweise bezieht sich auf das Ausfachen mit vorgefertigtem, trockenem Stückgut. Je nach Funktion ob aussteifend oder dämmend, können massive Lehmbausteine oder Leichtlehmbausteine eingesetzt werden. Die Steine können im Feuchtverfahren (aufgeweichte kanten) fugenlos verlegt werden oder im klassischen Ziegelverband mit Mörtelfuge und verputz. In beiden Fällen lässt der Lehm eine äußerst homogene Ausfachung zu, da die Mörtelfugen aus dem gleichen Material wie die Steine bestehen. Um Lücken zwischen Holzträger und Ausfachung zu vermeiden sollte eine Holzleiste als Nut am träger angebracht werden, die Nut kann am Stein ausgeschnitten und mit Lehmbrei abgedichtet werden. Für das Feuchtverfahren wird der Lehm im plastischen Zustand breiig verarbeitet. Dabei wird ein Korb in den Feldern gefl ochten

27 der anschließend mit Lehm bestrichen wird. Die Trocken- und Schwindrisse können anschließend mit dem gleichen Material verstrichen werden bis die Oberfl äche glatt ist. Eine andere Möglichkeit des Feuchtverfahrens sind Lehmwickel die in das Fachwerk eingestemmt werden. Dabei wird Stroh durch einen Lehmbrei gezogen und um einen Holzstaken gewickelt. Dieser Staken wird dann zwischen zwei Holzträger eingestemmt. So entsteht eine Art, mit Lehm verwickelte Sprossenleiter, die dann verputzt werden kann. Die Strohlehmstränge können auch im Nachhinein in die Sprossenwand eingewickelt werden, was sich aber oft als langwieriger und ineffi zienter im Arbeitsprozess darstellt. Im Nassverfahren wird der Lehm mit Zuschlagstoffen wie Hackschnitzen, Naturfasern oder Perliten in eine verlorene oder Wanderschalung eingestampft. Dabei ist zu prüfen ob es beim Schwinden in der verlorenen Schalung zu Hohlräumen gekommen ist. Als verloren Schalung bietet sich oft eine Holztäfelung oder Lehmsteine an der Außenseite und eine Schilfmatte an der Innenseite, dadurch kommt es zu schlankeren wandaufbauten da die Schilfmatte bereits als Putzträger und Dämmstoff dienen kann. In allen Fällen muss der Lehm vor Witterung geschützt werden da in den Mischungen kein Stabilisator gegen Frost oder andere Einwirkungen besteht Kennwerte Die Kennwerte sind abhängig von der Füllung und können daher aus den Kapiteln 3.2. Lehmbausteine und 3.4. Leichtlehm entnommen werden Vorteile-Nachteile Einziger Nachteil der Fachwerkbauweise ist die Abhängigkeit von Holzarbeiten. Holz und Lehm spielen grundsätzlich sehr gut zusammen. Holz erfüllt hohe Standards durch die tragenden Fähigkeiten, der Lehm dient als Konservator, thermischer Speicher, Dämmstoff, Lärmschutz, Raumabschluss und Aussteifung. Die Werkstoffe ergänzen sich grundsätzlich gut. Die Schwierigkeit des Holzbaus sind Thema einer anderen Arbeit Leichtlehm und Strohlehm Leichtlehm beschreibt sich bereits durch seinen Namen. Es ist die gewichtssparendste Methode den Lehm einzusetzten, dabei wird das Lehmvolumen durch organische oder mineralische Zuschläge reduziert. Nach Din werden Lehmbaustoffe mit einer dichte unter 1200 kg/m³ als Leichtlehm bezeichnet. Dabei kann es sich um Stückgut oder Ausfachungsmaterial handeln. In beiden Formen gilt der Leichtlehm nicht als tragender Baustoff. Durch die Verringerung der dichte geht zwar Tragfähigkeit verloren, der Wärmedurchlass kann jedoch drastisch reduziert werden. Eine besondere Ausnahme bildet der Strohlehm in einer bestimmten Anwendung. Als Strohlehm wird grundsätzlich das bewerfen von Strohausfachung mit Lehm bezeichnet. Dabei übernimmt das Stroh eine Dämmende Wirkung, der Lehm bildet die luftdichte Schicht, Feuchteregulation, Schallschutz und Konservierung des Strohs. Die besondere Ausnahme gibt es in Südtirol bei den Ferienwohneinheiten Esser-Unterholzner zu sehen. Hier handelt es sich streng gesehen um einen Lehmverkleideten Strohballenbau. Dabei werden Strohballen gestapelt und vorgespannt. Dadurch ergeben sie die Tragende Struktur. Diese wurde dann innen und außen (ermöglicht durch das ausgeprägte Vordach) mit Lehm verputzt. Der Wandaufbau der dabei entsteht hat beachtliche Dämmeigenschaften und eine aus mehreren Gründen als ästhetisch zu bezeichnende Komposition. Einmal auf Grund der großen Formfreiheit die der Stroh ermöglicht und auf Grund der eingetzten drei Komponenten, Stroh, Lehm Spanngurt von denen keine eine auch nur die kleinste Gefahr für die Umwelt darstellt. 23

28 3.4.1.Mischung Mehrere Methoden führen zum Ziel, grundsätzlich kann für Leichtlehm ein handelsüblicher Betonmischer eingesetzt werden. Grundsätzlich sollte in einem Betonmischer immer die Schlemme vorgelegt werden die danach schrittweise mit Zuschlag gemagert wird. Manuell lässt sich trockener arbeiten, dabei wird mit eine Heugabel das Stroh in den Lehm solange eingestochen bis es sich ausreichend durchmischt hat. Dafür ist allerdings beachtlicher Krafteinsatz gefordert. Ähnlich funktioniert es mit Hackschnitzel. Dabei wird ein fetter Lehm mit hoher Bindekraft benötigt je leichter die Mischung werden soll Herstellung Aus Leichtlehm lassen sich Füllungen machen die eingestampft oder gefüllt werden oder leichtlehmsteine stampfen. Die Steine werden dabei in eine Holzschalung gestampft und bei ausreichender Festigkeit ausgeschalt. Durch die Trockenzeit sind sie Zeitaufwendiger als normale Lehmsteine dafür sind größere Formate möglich auf Grund des niedrigeren Gewichts Kennwerte Die möglichkeiten Lehm mit zuschlag zu magern sind nahezu unbegrenzt. Dabei können Dämmwerte von λ 0,045 (Lehm- Perlitschüttung, ρ=300 Kg/m³) erreicht werden. In der regel bewegen sich leichtlehm michungen jedoch nicht im bereich der Dämmstoffklassen (λ<0,07) sie sind eher alternativen zu anderen stoffen um schwachstellen zu kaschieren. So können übergänge im bauteil von Dämmstoff zu Tragwerk gleichmäßiger gestaltet werden wodurch es zu weniger Tauwasser kommt. Interessant ist das zum Beispiel bei Deckenaufbauten bei denen er Dämmstoff direkt an einem Betonbauteil liegt, hier kann der Temperaturverlauf deutlich durch mineralische Leichtlehmschüttungen verbessert werden. Auf Grund dieser vielfalt an einsatz- 24 möglichkeiten, anforderungsprofi len und mischvarianten ist es kaum sinnvoll im Rahmen dieser Arbeit werte zu atalogisieren. Ich Empfehle hier das Kapitel 4. in Gerhard Minkes Das Neue Lehmbau-Handbuch indem er sich 25 Seiten alleine dem Thema Zuschlagsstoffe zu Verbesserung bestimmter Kennwerte widmet. Wichtig ist jedoch im Hinterkopf zu behalten das Lehmmischungen auf beinahe jede Anforderung abgestimmt werden können. Tatsächlich empfi ehlt es sich vorallem, es bei bauphysikalischen problemen einmal mit Leichtlehm zu probieren Vorteile-Nachteile Der Schwerwiegendste Vorteil des Leichtlehms ist die Verbesserung der Dämmeigenschaft durch niedrigere Dichte. Der Nachteil ist, dass diese Dichte unheimlich aufwändig her zustellen ist. Das Mischen von sehr leichten Mischungen verlangt großes handwerkliches Geschick und Übung. Der faserhaltige Mischungen dürfen nicht zu fest nicht zu wenig gestampft werden und die Mischung muss optimal sein. In der Regel lassen sich nur sehr Schwer Leichtlehmsteine mit einer Dichte unter 700kg/m³ herstellen. Eine weitere schwäche entsteht wenn die Mischung nicht ausreichend homogenisiert ist, oder aus anderen Gründen Strohnester entstehen. Sobald der Stroh frei liegt ist er gefundenes fressen für Mäuse und andere Schädlinge. Mineralische Michungen sind unkoomplizierter jedoch teurer und aus ökologischer Sicht weniger effizient. Interessant ist der Leichtlehm vor allem in der Sanierung von Altbau, wo er zur Innendämmung eingesetzt werden kann. 3.5 Lehmputz Lehmputze könnte man in den letzten 30 Jahren als Speerspitze des Lehmbooms bezeichnen. Wissen auch die wenigsten was Stampflehm ist, haben doch die meisten zumindest von einem Lehmputz gehört. Der Lehmputz ist auch mit Abstand die einfachste Art und wei-

29 se Lehm in ein Bauvorhaben einzubringen. Der Putz hat auch die drastischste Einwirkung, da er auf nahezu jeder Oberfl äche aufgetragen werden kann und das Raumklima dabei maßgeblich beeinfl usst. Üblicherweise werden die Putze mit einer stärke von 1,5 bis 2 cm aufgetragen. Soll der Putz dicker sein wird mehrschichtig gearbeitet. Lehm eignet sich für Innen- und Außenputze. Außen muss der Lehm allerdings anschließend vor schlagregen geschützt werden. Bei Spritzwasser und Stehendem Wasser macht der Lehm keinen Sinn Mischung Abgesehen von den bereits vielfältigen Lehmputzen die im Handel erhältlich sind gibt es hier wieder die Möglichkeit den Baustoff selber anzumischen. Dabei ist das Hauptaugenmerk auf die Schwindung und die Haftung des Putzes zu legen. Die sicherste Methode eine gute Putzmischung herzustellen ist das regelmäßige anfertigen von Putzproben. Für das Mischen eines Putzes wird der vorhandene Lehm eingesumpft und homogenisiert. Anhand des Ausgangsmaterials kann dann weiter entscheiden werden Welche Maßnahmen getroffen werden müssen. Die klassische Regel von einem Teil Bindemittel zu drei Teilen Sand gilt auch bei Lehm meistens. Ist dieser Lehmbrei ausreichend bindig wird er weiter gemagert bis er dem Kellentest standhält. Dabei soll er auf der umgedrehten Kelle haften aber beim Schleudern restlos von der Kelle abfallen. Die Mischung muss immer ausreichend mit Grobsand gemagert sein. Der Sand beschränkt das Schwinden der Mischung. Für Unterputze kann Kies oder feiner Ziegelsplitt zugemischt werden. Zusätzlich werden Faserbewehrungen mit eingemischt. Dafür eignet sich nahezu jede Naturfaser, von Tierhaar bis Häuhecksel. Wichtig ist, dass die Faser spröde und nicht zu ölig ist, so gewährleistet sie besser Bindung mit dem Putzmörtel. Außerdem mindert der Faseranteil die Haftstärke des Mörtels daher befi ndet er sich im Bereich von g/60 19 Liter. Für die Innenseite wird oft Roggenstreu verwendet, er dient als elastisches Konglomerat und bietet gute Rissprophylaxe. Ist die Mischung fertig gibt es einen Zuverlässigen Hafttest auf einem Trockenen Ziegel. Bleibt der Putz auf der Glatten Oberfl äche eines Ziegel bis zu Trockenem Zustand (spätestens nach 72 stunden) vertikal haften ist die Mischung gut, fällt er in Scheiben ab ist der Putz zu mager, Fällt er als ganzes ist er zu fett. Basis Mischung 20 Lehmbrei aus 1 Teil Fetter Lehm und 2 Teilen Estrichsand. Einen Teil des Lehmbreis mit 2,5 Teilen Sand magern. Zuschlagstoffe Stroh, Tier- oder Menschenhaar, Kokosfaser, Sisalfasern oder Heuhäcksel. Ergänzend sollte auch hanf und fl achs genannt werden die beide lokal vorkommen und ausgezeichnete Zugfestigkeiten aufweisen. Interessante Optimierungen der Mischung können durch andere Zuschlagsstoffe erreicht werden, so dient beispielsweise Kasein als bindemittel. Bei Kasein handelt es sich um ein Natürliches Milchprotein das eine äußerst starke Bindung mit Lehm eingehen kann ohne dabei großen Einfl uss auf seine Eigenschaften bezüglich Feuchtigkeit zu haben. Ein grobes Rezept für Kasein besteht aus 4 Teilen Magertopfen und einem Teil kalk die für 1-2 Minuten gemischt werden. Ein zehntel des Lehmbreiäquivalents beigemengt erhöht Druck- und Abriebfestigkeit. In größeren Maßstäben kann Kaein als Restprodukt der Milch Produktion abgeholt werden, dabei handelt es sich um das Wasser in dem Käse gemacht wird mit dem eine Trockene Mischung angerührt werden kann. Ein weiterer Zuschlag mit dem das Schwindmaß beeinfl usst werden kann ist Natriumgluconat, das auch als E576 aus der Lebensmittelindustrie bekannt ist dient als Flussmittel. Das leichtlösliche Salz ist als Nahrungsmittel zugelassen und unbedenklich. Durch den Einsatz kann die Wassermenge im Mörtel reduziert werden und das Schwindmaß reduziert. 19 Minke 20 Minke 25

30 Innenputze können mit Isofl oc gemagert werden. Die Zellulosefl ocken binden und reduzieren die feuchte. Der Putz Lässt sich leichter auftragen. Die Farbigkeit kann nahezu grenzenlos mit Pigment bestimt werden. Dabei ist jeder Farbton erzielbar der in der Natur vorkommt Herstellung Der Putz muss auf genügend aufgeraute Oberfl äche aufgetragen werden da er keine Chemische Bindung mit dem Untergrund aufnimmt. Bei Lehmmauerwerk kann diese einfach vorgenässt und rau gekratzt werden oder ein Putzträger angedübelt werden. Putzträger aus stahl sollten dafür verzinkt sein, da der Lehm korrosiv ist. Zu empfehlen sind Schilfmatten oder Kunststoffgitter. Wichtig beim Einsatz von Gittern ist das der Putz fl üssig genug aufgetragen wird um Hohlräume zu vermeiden. Das Aufbringen erfolg Manuel durch schleudern, oder mit einer Putzpumpe. Bei putzen mit einer Stärke über 2cm sollte mehrschichtig gearbeitet werden. Unter- und Grobputze können fetter sein, da die risse gute Haftgrundlage für einen Feinputz bieten. Bei einem dreischichtigen Putz bietet sich an mit jeder Schicht magerer zu arbeiten, so erhält man einoptimales Feuchtesorptionsverhalten. Der Putz lässt sich gut auf Naturfasern auftragen so können zum Beispiel Strohballen direkt verputzt werden. Die Nachbehandlung des Putzes fi ndet im besten falle in Trockenem zustand statt, dabei ist das Risiko grobe Körner heraus zu reißen am geringsten. Sollten sich beim selbst gemachten Putz Farbunterschiede bemerkbar machen können diese mit einem feuchten schwamm vorsichtig verteilt werden. Dadurch lassen sich die Farbstufen verlaufend gestallten. Kannten müssen durch Abrunden oder Kantenschutz geschützt werden Witterungssicherung und Hydrophobierung Um Lehm in vor Wasser zu schützen, zum Beispiel in Nassräu- 26 men, kann dieser mit Wachsen, Ölen oder einer Kaseinspachtelung bearbeitet werden. Wachse werden üblicherweise als Emulsion aufgetragen. Die am Häufi gsten eingesetzten Stoffe sind Kanauberwachsemulsion und Leinölfi rnis. Beide stellen ökologische alternativen dar. Zur Hydrophobierung können ähnlich wie bei Beton Silane/Siloxane, Siliconharze (Polysiloxane), Siliconate, Acrylharze, Kieselsäureester mit hydrophobierenden Zusätzen sowie Silicate mit hydrophobierenden Zusätzen eingesetzt werden Vorteile-Nachteile Der Lehmputz ist beinahe der einzige Lehmbaustoff der wirtschaftlich mit vergleichbaren Materialien konkurrieren kann. Lehmputz ist dabe im vergleich zu anderen Putzen nicht aufwändiger oder einfacher. Er ist leicht aufzutragen und kann Planeben ausgeführt werden. Seine Feuchtesorption übertrifft jedoch andere Putze um ein weites (Lehmputz g/m^2, Kalkputz auf platz zwei mit 30 g/m^2) 22. Als Nachteil wird beim Lehm immer die Wasserlöslichkeit gesehen. Sollte jedoch der Wunsch bestehen den Putz nass waschen zu können, kann die Oberfl äche auf vielfältige weise versiegelt oder Hydrophobiert werden Lehmböden Der moderne Lehmboden hat mit Erdkeller- oder Stallböden nicht mehr viel zu tun. Im modernen Lehmbau werden Stampflehmböden von höchster optischer Qualität oder Lehmestriche erstellt. Der Stampfl ehmboden ist dabei eine Sichtbauweise, bei der eine glatte Monolithische Oberfläche entsteht. Die richtige Mischung ermöglicht es dabei den Boden fugenlos auszuführen. Beim Lehmestrich, werden statt Zementestrich Lehmschüttun- 21 DL 22 Minke

31 gen oder trockene Elemente eingesetzt. In beiden Fällen lassen sich gut Fußbodenheizungen einbringen Stampfl ehmboden Der Lehmbau ist zwar aus westlicher Sicht, auf Grund seiner arbeitsintensität von Nachteil, in den Teilen der Welt wo mangel an Arbeitskraft nicht vorliegt, kann der Lehmbau zum gesellschaftlichen Ritual werden. In Djenne wird einmal Jährlich die Moschee nach der Regenzeit neu verkleidet, dabei kommt das ganze Dorf zusammen und arbeitet eine woche an der Fassade. In Burkina Faso treffen sich die Frauen des Dorfes und verdichten den Boden mit Holzschlägeln, dabei wird gesungen und getanzt. Diese gesellschaftliche Komponente, in der Arbeit teil der Gesellschaft und nicht eines Finanzsystems ist stellt fü mich einen gravierenden kontrast gegenüber der westlichen Einstellung dem Handwerk und der manuellen Arbeit dar. Hierbei geht es darum zusammen zu arbeiten um ein mitglied der Gemeinde zu unterstützten. In einem afrikanischen Stampfl ehmbioden spiegelt sich menschlicher Zusammenhalt, in einem Zementestrich wirtschaftliche Innovation Mischung Die Mischung für Stampfl ehmböden ist sehr mager, da sie besonders von Schwindung belastet ist. Das Konglomerat, kann dabei kleiner gewählt werden, da die Bodenstärke zwischen 7 und 10 cm liegt. Gutes Magerungsmittel ist hier Ziegelsplitt, der Feuchtigkeit bindet, und langsam trocknet Prozess Der größte Aufwand im gesamten Prozess ist auf jeden Fall das einbringen des Materials. Das Material kann nicht gepumpt werden, wodurch das Material in den meisten Fällen manuell eingebracht wird. Das Material wird erdfeucht mit dem Schubkarren gebracht und anschließend mit der Wage ausgestrichen, dabei ist eine gleichmäßige Schüttung entscheidend um eine ebene Oberfl äche zu erzielen. Das Verdichten ist vergleichsweise einfach mit einer Straßenrüttelplatte. Sobald der die gesamte Oberfl äche geschüttet ist, wird das Material mit Blechschlappen vorverdichtet. Durch die leichte Verdichtung wird verhindert, dass die Rüttelplatte an der Stelle in der sie eingesetzt wird versinkt. Beim Rütteln darf unter keinen umständen zulange auf der stelle verweilt werden. Wird im erdfeuchten Zustand zulange verdichtet, bilden sich Tonscheiben die sich wieder Lösen. Bei zu langem Stampfen kann es auch zu einer Entmischung des Materials kommen. Nach dem ersten Stampfen werden Unebenheiten und Lücken mit krümeligen Material gefüllt und weiter verdichtet. In den Ecken, wo die Rüttelplatte nicht hinkommt, wird mit der Hand nachgearbeitet. Im Fall einer Fußbodenheizung sollten die Leitungen zuvor mit einem Schamotthaltigen Mörtel unterlegt werden. Dieser vermeidet Dehnungsrisse und Untersützt die Leitungen beim Stampfen. Anschließend kann Problemlos auf die Heizungsleitungen gestampft werden. Ist das Stampfen abgeschlossen, wird der Boden mit einer Lehmschlämme versiegelt. Die Schlämme füllt kleine Hohlräume und glättet die Oberfl äche. Der Boden muss zwei Wochen trocknen bevor er mit Wachsemulsion versiegelt werden kann Vorteile-Nachteile Der Stampfl ehmboden darf aus Österreichischer sicht zweifellos nicht aus Wirtschaftlichen gründen betrachtet werden. Er ist durch seinen Zeit und Arbeitsaufwand sehr kostenspielig. Gründe für einen Stampfl ehmboden sind die Warme und optisch sehr ansprechende Oberfl äche. 27

32 Lehmestrich Dabei handelt es sich um trockenes Krümeliges Material, das in Estrichwaben verteilt wird. Im fall von Holzdecken muss ein dichter Rieselschutz eingebracht werden. Das Material ist mit dem Schütten fertig und kann sofort gedeckt werden. Dabei ergibt sich ein sehr hoher Lehmeintrag mit wenig Baufeuchte. Der Lehmestrich wird verkleidet ist also nicht sichtbar, hat aber bei diffusionsoffenem bodenaufau sehr großen einfl uss auf das Raumklima. Er fungiert als Wärmespeicher und Feuchteregulator. 4. Einsatz in der Passivhausbauweise Im folgenden Punkt möchte ich Musterlösungen für den Einsatz von Lehm im Passivhaus vorstellen. Dafür gehe ich auf bestimmte Bauweisen genauer ein und Stelle deren Potential dar. Es geht dabei wieder um Grundlegendes Verständnis und das Know-How um Objekte in Lehmbauweise zu Planen. Die ausgewählten Bauweisen sollen dabei vorallem Anstoss zum Gestalten von Projektspezifi schen Lösungen geben. 4.2.Zweischichtige Lehmstaken mit Variabler Dämmstoffstärke. Die Lehmstaken oder Lehmwickelbauweise ist bereits aus dem Kapitel Fachwerke bekannt. Großer Vorteil dieser ist die leichte Errichtung von schlanken schallschützenden Wänden mit großem Wärmespeicher, trotz niedriger Dichte. Durch das Ziehen von Strohbündeln durch Lehm, bevor sie um die Stake gewickelt werden, kann auch eine sehr niedrige Dichte und vergleichsweise gute Dämmeigenschaften erzielt werden. Auf Grund des Herstelungsaufwandes werden Lehmwickel jedoch momentan nur selten für den Neubau eingesetzt. Schade ist dabei, dass es für die Herstellung von Lehmstaken seit erstem einsatz der 28 Methode absolut keine Entwicklung gegeben hat. Eine mechanisierte Vorfertigung muss entwickelt werden und sollte im Bereich des möglichen liegen. Auch die Vorfertigung ist möglich. Die trockenen Staken können vor dem Einsatz in Lehmschlemme eingesumpft werden und bei richtiger konsistenz versetzt Vorgangsweise im Niedrigenergiebau Lehmstaken lassen sich mit Stärken von cm ausführen. Sie dienen als aussteifende Elemente zwischen Holzstehern und als Raumabschluss. Jeh nach Gewicht (Lehmanteil) können sie bei einer Dichte über 600 kg/m³ in die Brandschutz Klassen A2 (Nicht Brennbar mit Anteilen von brennbaren Stoffen) eingeordnet werden. Die Oberfl äche kann als Sichtmauerwerk dienen oder glatt verputzt werden, dabei reicht das Aufrauen der Oberfl äche um das Haften von Putz zu ermöglichen. Um Dämmwerte zu erreichen die dem Passivhausstandard entsprechen habe ich in der im folgenden Fassadenschnitt dargestellten Lösung, einen zweischichtigen Aufbau gewählt. Hier werden Holzsteher entweder mit Lehmwickeln oder mit einfachen Staken die anschließend mit einer Strohlehmmischung verkleidet werden ausgefacht. Dabei stellt sich überraschenderweise heraus, dass die Lehmwickel meist Zeit und daher kosteneffi zienter sind 23. Für das Einbringen der Staken wird in die Holzträger und Balken eine Nut eingefräst in denen die Lehmwickel oder Staken eingschlichtet werden. Beim Abschluss von Decken muss dabei die letzte Stake mit einer zusätzlichen Vertikalnut eingesetzt werden. Als Dämmstoff eignen sich alle Dämmstoffe die, die Qualitäten von Lehm erhalten, dabei ist vorallem der μ-wert auschlaggebend. Der Vorteil der dargestellten Bautechnik ist, dass dieser durch den Verlauf des Mauerwerks möglichst niedrig gehalten ist und so einen Diffusionsoffenen aufbau gewährleistet. Ich habe in der Stakenweise bewust auf Folien und Abdichtungen verzichtet, da der Raumabschluss der Lehmstaken Luftdicht genug ausgeführt werden kann und daher Dampf- und 23 Minke, Vollhard

33 1 2 3 AUSSEN DACHDECKUNG WELLBLECH 4,2cm I-TRÄGER HOLZ GEFÄLLE 3 8cm SEEGRAS 32- cm LEHMWICKEL ZWISCHEN HOLZTRÄGER (22) 10cm ABHÄNGUNG DECKE, I-TRÄGER HOLZ 12cm ABGEHÄNGTE DECKE: GIPSKARTON + HOLZWERKSTOFFPLATTE 4cm INNEN 1 BUNTRAM 2 ABGEHÄNGTE DECKE FÜR INSTALLATION 3 INSTALLATIONSEBENE 4 8 INNEN LEHMTROCKENBAUPLATTEN 4cm INSTALLATIONSEBENE MIT STEHNDER LATTUNG 5cm LEHMWICKEL ZWISCHEN HOLZSTEHERN 10cm WÄRMEDÄMMUNG SEEGRAS 27cm LEHMWICKEL ZWISCHEN holzstehern 12cm KALKPUTZ 1-3cm AUSSEN 4 FENSTERRAHMEN LÄRCHE AUSSERHALB VON FENSTER 5 GIPSKARTON VERKLEIDUNG DES SEEGRAS AUS BRANDSCHUTZ GRÜNDEN 6 FUGE FÜR LEHMWICKEL IN HOLZTRÄGER EINGEFRÄST 7 ABSCHALUNG LEHMSCHÜTTUNG INNEN HOLZDIELEN BODEN 2cm GIPSKARTONPLATTEN 2cm I-TRÄGER AUS HOLZ AUSGEBLASEN MIT SEEGRAS 10cm HOLZTRÄGER 22cm AUSGEBLASEN MIT SEEGRAS 10cm LEHMWICKEL IN HOLZTRÄGER 12cm KALKPUTZ 1-3cm AUSSEN 8 HOLZRAHMENFENSTER WIEGAND PASSIV INTEGRAL PLUS WÄRMEBRÜCKE HOLZSTOSS U-WERT 0,32 WÄRMEBRÜCKE HOLZTRÄGER U-WERT 0,2 29

34 Windbremsen überfl üssig sind. Dem Problem von Tauwasser soll dabei mit einer möglichst hohen Einbringung von Lehm vorgebeugt werden. Entscheidend ist hier die Sorptionsfähigkeit von Lehm die bei etwa bei 300g/12h liegt Kennwerte 25 Dach und Schwer brennbar. Mit einem λ von 0,045 ist es dabei ein ausreichend guter Dämmstoff. Nachdem absolut keine Modifikationen an dem Dämmstoff vorgenommen werden müssen um ihn einzusetzten kann er wie der Lehm nach dem Cradle to Cradle Prinzip betrachtet werden. Nach der Verwendung als Dämmstoff kann es direkt in das Ökosystem zurückgeführt werden. 26 Decke auskragend Ich habe als Dämmstoff für diesen Fassadenschnitt den Dämmstoff Neptupherm eingesetzt. Es handelt sich dabei um die Faser der Psodonia Oceanica oder allgemein bekannt Seegras. Jedes frühjahr wird diese Faser in großen Mengen an allen Küsten der Welt angeschwämmt und bleibt dort liegen bis der Wind sie wieder ins Meer fegt. Tatsächlich verrotet das seegras nicht, es bietet keinerlei Nahrung für Landlebewesen oder Pilze. Es ist Wasserunempfi ndlich 24 Minke U-Wert.net Bei diesem Bauteil fallen in der Heizperiode von Anfang Oktober bis Mitte April 780 g Tauwasser am Übergang von NeptuPherm zu Lehmwickel an. Nachdem das NepturPherm keine schäden aus der Druchfeuchtung zieht und der Lehm pro Tag etwa 300 g Wasser Transportieren kann gehe ich davon aus, dass dieses Tauwasser keine bedrohung für das Bauteil darstellt. 26 NeptuPherm

35 EBRÜCKE HOLZSTOSS U-WERT 0,32 WÄRMEBRÜCKE HOLZTRÄGER U-WERT 0 9 FUGENLEISTE FÜR DICHTEN ABSCHLUSS MIT LEHMZIEGEL; NACH VERSATZ MIT SCHLEMME AUSGEGOSSEN 10 BETONSOCKEL ALS SPRITZSCHUTZ UND NAGETIER SCHUTZ 11 SCHAUMGLASSOCKEL FÜR LEHMWAND 12 DRAINAGIERUNG INNEN LEHMTROCKENBAUPLATTEN 4cm INSTALLATIONSEBENE MIT STEHNDER LATTUNG 5cm LEHMZIEGEL DF ZWISCHEN HOLZSTEHERN MIT FUGENKANTE 11,5cm WÄRMEDÄMMUNG NEPTUTHTERM SEEGRAs 27cm LEHMWICKEL ZWISCHEN holzstehern 12cm KALKPUTZ 1-3cm AUSSEN Wandaufbau 10 9 STAMPFLEHMBODEN 8cm KORKPLATTEN 15cm AUSGLEICHSSCHÜTTUNG 5cm BITUMENABD. 2LAGIG 0,8cm BETONDECKE 25cm KAPILAR BRECHENDE SCHICHT ERDREICH Mit 354g Tauwasser ist auch in diesem Bauteil keine Gefahr zu erwarten. Eine 22mm Dicke Schicht würde sowohl im Wandaufbau als auch in der Auskragung reichen um den Taupunkt zu verschieben, damit wäre aber der Einfl uss auf die Raumluftfäuchte eingeschränkt. Eine weiter Lösung für die Bildung von Tauwasser ist der Einsatz von Lehmbaustoffen im Innenraum des Baukörpers, diese Würden die Raumluft soweit gehend regulieren, dass die Feuchtigkeit nicht durch das Bauteil laufen würde Martin Rauch 31

36 Fundament und Erdreich Im Strohballenbau gibt es die Möglichkeit mit vor- 32 gefertigten Holzkassetten zu arbeiten, in die Stroh eingepresst ist. Die einbringung des Strohs muss unter druck geschehen, da sich dieser bach einer gewissen Zeit entspannt und absacken kann, um dem vorzubeugen wird der Stroh quasi vorgespannt eingefüllt. Es gibt bereits ausgeprägte Strohkasettensysteme, die bis ins kleinste detail durchgeplant sind, siehe FASBA (Fachverband Strohballenbau Deutschland) HdZ+ (Haus der Zukunft plus), ASBN (Austrian Straw Bale Network), GrAT (Gruppe Angepasster Technologie),... In der dargstellten Lösung sind die Grundprinzipien des Strohbaus dargstellt. Fernhaltung, von schlagregen, Schutz vor Nagetieren und Parasiten und Unterstützendes Holztragwerk. Das Holztragwerk dient dabei überwiegend als Schalung für den Stroh und zur Ausbildung von Auskragungen. Der Stroh wird mit Lehm verputzt um ihn zu konservieren und eine Luftdichte Ebene zu ersteleln. Es kann sowohl modular mit vorgefertigten Elementen als auch in Ortbauweise vorgegangen werden. In beiden fällen ist die leckagenfreie Verarbeitung auschlaggebend. Die entscheidenden Vorteile des Strohballenbaus sind die einfache errichtung, die hohe Primärenergieeinsparung, niedriges Gewicht und niedrige Kosten. Dach Auch in diesem Bauteil tritt Tauwasser von 300 g auf, auch diese wird wieder vom Stampfl ehmboden reguliert. Diese Situation ist allerdings auch eine gute Möglichkeit Lehmmischungen einzusetzten. Die kalte Oberfl äche des Sandes λ=0,7 kann durch eine mineralische Leichtlehmschüttung λ=0,09 ersetzt werden. Das verzögert den Taupunkt von der Oberfl äche des Dämmstoffes in die Lehmschüttung, der 300 g nichts ausmachen Holzkasetten Strohgedämmt 4.4. Massive Lehmwand mit Innendämmung 5. Resümee

37 1 2 3 DACHDECKUNG WELLBLECH 4,2cm HINTERLÜFTUNG 5cm HOLZSCHALUNG 2,4cm STROH ZWISCHEN BOXTRÄGERN 48 cm HOLZSCHALUNG 2,4cm ABHÄNGUNG DECKE, SCHRAUBGEWINDE 12cm LEHMROCKENBAUPLATTEN 4cm INNEN LEHMTROCKENBAUPLATTEN 4cm INSTALLATIONSEBENEIT KONTERLATTUNG 5cm LEHMPUTZ 4cm WÄRMEDÄMMUNG STROH 50cm STAHLGITTER NAGETIERSCHUTZ HINTERLÜFTUG MIT KONTERLATUNG 5cm HOLZFASSADE; STEHENDE LATTEN 2cm AUSSEN FEINMASCHIG, NAGETIERSCHUTZ 8 HOLZRAHMENFENSTER WIEGAND PASSIV INTEGRAL PLUS 33

38 Meines Wissens ist das die Zweite theoretische Bachelorarbeit die ein Architekturstudent auf dieser FH verfasst. Nach dem Fertigstelleln der Arbeit wundere ich mich warum. Die Aufgabe der Architektur reicht heut zu tage weit über das Zeichnen von plänen hinaus. Design ist passiert nicht mehr nur mit dem Bleistift, 34

39 9 INNEN LEHMTROCKENBAUPLATT INSTALLATIONSEBENE MIT STEHNDER LATTUNG LEHMPUTZ WÄRMEDÄMMUNG STROH STAHLGITTER NAGETIER KONTERLATTUNG MIT HIN HOLZVERKLEIDUNG STEH AUSSEN FENSTERRAHMEN LÄRCHE AUSSERHALB VON FENSTER HOLZRAHMENFENSTER WIEGAND PASSIV INTEGRAL PLUS HOLZBODEN HOLZTRÄGER AKKUSTISC ENTKOPPELT 20cm LEHMFÜLUNG DÄMMSTOFF HOLZFASERPLATTEN HOLZTRÄGER DÄMMSTOFF HOLZFASERPLATTEN LEHMSCHÜTTUNG NAGETIERSCHUTZ HOLZSCHALUNG LUFTSCHICHT ERDREICH BETONFUNDAMENTSTREIFEN QUER GESTELLT MIT BITUMEN AUFLAGE UNTERLÜFTUNG

40 36

41 37

42 , DACHSCHÜTTUNG KIES 11-20cm BITUMEN 2 LAGIG 0,8cm GEFÄLLEDÄMMUNG 2% 22-13cm DAMPFSPERRE 0,1cm BETONDECKE 20cm DECKENABHÄNGUNG 25cm HOLZWERKSTOFFPLATTE MIT AKKUSTIKPROFIL 5cm

43 39

44 TERRAZZOESTRICH 2cm ZEMENTESTRICH 5cm TRITTSCHALLDÄMMUNG 3cm AUSGLEICHSCHÜTTUNG 5cm BETONDECKE 20cm LEHMTROCKENBAUPLATTEN 2cm INSTALLATIONSEBENE MIT KONTERLATTUNG 5cm WÄRMEDÄMMUNG MINERALWOLLE MIT 5cm HOLZSTÄNDERN 25cm STAMPFLEHM 35cm 40

45 41

46 TERRAZZOESTRICH 2cm ZEMENTESTRICH 5cm TRITTSCHALLDÄMMUNG 3cm DÄMMSTOFF,XPS 20cm AUSGLEICHSSCHÜTTUNG 5cm BITUMENABD. 2LAGIG 0,8cm BETONDECKE 35cm KAPILAR BRECHENDE SCHICHT ERDREICH 15 0,

47 43