Entwicklungsfähigkeit von Mauerwerk aus baustofflicher Sicht

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1 Deutscher Mauerwerkskongress, Aachen, Entwicklungsfähigkeit von Mauerwerk aus baustofflicher Sicht Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Brameshuber Institut für Bauforschung der RWTH Aachen University (ibac) 1

2 Gliederung Geschichtlicher Hintergrund Verschärfung der Anforderungen an Mauerwerk Mauersteine Wärmedämmaspekte Mauersteine Wirtschaftliche Aspekte Mauersteine Ökologische Aspekte Moderner Mörtel Beispiele Moderner Putz Beispiele Wärmedämmsysteme 2

3 Gliederung Geschichtlicher Hintergrund Verschärfung der Anforderungen an Mauerwerk Mauersteine Wärmedämmaspekte Mauersteine Wirtschaftliche Aspekte Mauersteine Ökologische Aspekte Moderner Mörtel Beispiele Moderner Putz Beispiele Wärmedämmsysteme 3

4 Historisches Naturstein 3000 v. Chr. Kalksteinmauer der Grabkammer von Sakkara Quelle: liberty-international.org Quelle: wikipedia.org 2600 v. Chr. Ägyptische Pyramiden von Gizeh Kalkstein und Tuff später Sandstein, Granite und Diotite 4

5 Historisches Naturstein 2500 v. Chr. Megalithbauten von Stonehenge Quelle: wikipedia.org Quelle: wikipedia.org 2500 v. Chr. Palast von Knossos auf Kreta Kalkstein und Alabaster 5

6 Historisches Ziegel ca v. Chr. Funde von ungebrannten Lehmziegeln in Ägypten 4000 v. Chr. erstmals gebrannte Ziegel in Mesopotamien 3000 v. Chr. erste gefärbte Ziegel Quelle: academic.ru Quelle: wikipedia.org 2000 bis 1780 v.chr. Urbau des Turms von Babylon 6

7 Historisches Ziegel Große Chinesische Mauer ab ca. 450 v. Chr. erste Grenzbefestigungen ab 1500 n. Chr. heutiger Zustand Quelle: figuren-modellbau.de Quelle: wikipedia.org 1858 Patent für den Ringofen 1873 Bau des ersten Tunnelofens 7

8 Historisches Bindemittel 2000 v. Chr. Verwendung von Kalk als Bindemittel in Troja 1000 v. Chr. Kalk als Mörtelbildner beim Bau der Zisternen von Jerusalem Quelle: wikipedia.org Quelle: wikipedia.org 300 v. Chr. Entwicklung des Emplecton der Griechen Weiterentwicklung der Römer zum Opus Caemetitium 8

9 Historisches Bindemittel 1894 Beginn der industriellen Herstellung von Kalksandsteinen Quelle: BV PP Quelle: BV KS Quelle: BV KS 1924 erste Herstellung moderner Porenbetonsteine in Schweden 9

10 Gliederung Geschichtlicher Hintergrund Verschärfung der Anforderungen an Mauerwerk Mauersteine Wärmedämmaspekte Mauersteine Wirtschaftliche Aspekte Mauersteine Ökologische Aspekte Moderner Mörtel Beispiele Moderner Putz Beispiele Wärmedämmsysteme 10

11 Verschärfung der Anforderungen Wärmeschutz 1. WSVO WSVO WSVO EnEV EnEV EnEV EnEV

12 Quelle: Bundesverband Kalksandsteinindustrie e.v., Hannover Primärenergie-Kennwerte 12

13 Verschärfung der Anforderungen Wärmeschutz 1977 Anforderungen an den Wärmedurchgangskoeffizienten der wärmeübertragenden Umfassungsfläche 1995 erstmal Bilanzierung der Wärmegewinne und -verluste 2007 Einführung des Energieausweises Quelle: energieundbau.de Quelle: klemm-bau.de 13

14 Verschärfung der Anforderungen Schallschutz Quelle: UNIKA KS Schallübertragungswege zwischen 2 Räumen Quelle: ZIEGEL DIN 4109: Anforderungen gegen Luft- und Trittschallübertragung zwischen fremden Wohn- und Arbeitsräumen gegen Außenlärm und gegen Geräusche haustechnischer Anlagen 14

15 Verschärfung der Anforderungen Weitere Einflüsse Weitere Einflüsse: Statik (Wind- und Erdbebenlasten) Feuchteschutz Brandschutz Wirtschaftliche Aspekte Ökologie und Nachhaltigkeit 15

16 Gliederung Geschichtlicher Hintergrund Verschärfung der Anforderungen an Mauerwerk Mauersteine Wärmedämmaspekte Mauersteine Wirtschaftliche Aspekte Mauersteine Ökologische Aspekte Moderner Mörtel Beispiele Moderner Putz Beispiele Wärmedämmsysteme 16

17 Mauersteine Rohdichte und Festigkeitsklassen Festigkeitsklassen (N/mm²) Kalksandsteine Mauerziegel Porenbetonsteine Leichtbeton- und Betonsteine 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Rohdichte (kg/dm³) 17

18 Mauersteine Entwicklung zum Wärmedämmziegel Quelle: Mauerwerk Erfüllen der U-Wert-Anforderungen mit einschaliger Wandkonstruktion 18

19 Mauersteine Entwicklung bei Leichtbeton (Beispiel) * nur VBL Quelle: Bisotherm 19

20 Wärmedämmaspekte Ziegel Hochlochziegel mit integrierter Perlit Füllung aus 100% Vulkangestein Einsatz für einschalige Wandsysteme hoher Wärmeschutz λ 0,07 W/mK guter Schallschutz Quelle: Poroton 20

21 Wärmedämmaspekte Ziegel Hochlochziegel mit integrierter Mineralgranulat-Füllung Mineralgranulat: Basalt + Wasser + Feuer Quelle: UNIPOR CORISO hoher Wärmeschutz λ = 0,08 W/mK guter Schallschutz guter Brandschutz 21

22 Wärmedämmaspekte Ziegel Hochlochziegel mit integrierter Mineralwolle-Füllung Quelle: meinziegelhaus hoher Wärmeschutz λ 0,07 W/mK feuchtigkeitsunempfindlich dank hydrophober Füllung optimale Tragfähigkeit durch massive Ziegelstege 22

23 Wärmedämmaspekte Leichtbeton Leichtbetonstein als Vollblockstein Quelle: Bisotherm hoher Wärmeschutz λ = 0,10 W/mK durchlaufende Innenstege in Wandlängsrichtung, damit kein Nachweis der Längsdruckfestigkeit in Erdbebenzonen notwendig 23

24 Wärmedämmaspekte Leichtbeton Leichtbetonstein mit integrierter organischer oder mineralischer Wärmedämmung hervorragender Wärmeschutz mit λ = 0,065 W/mK Quelle: Bisotherm 24

25 Wärmedämmaspekte Leichtbeton BISOGREEN Mauerstein nur natürliche Zutaten: Naturbims, Kalk und Luft hoher Wärmeschutz mit λ = 0,09 W/mK Quelle: Bisotherm 25

26 Wärmedämmaspekte Steingeometrie JASTOPLAN Z-Stein Quelle: Jasto spezielle Steingeometrie zur Vermeidung von Wärmebrücken lässt sich in ¼-Stein, ½-Stein oder ¾-Stein ohne Verschnitt für jede Situation sägen 26

27 Wärmedämmaspekte Ergänzungsbauteile Ziegelrollladenkasten und Ziegelsturz Quelle: Wienerberger Ergänzungselemente zur Vermeidung klassischer Wärmebrücken 27

28 Wärmedämmaspekte Mehrschichtsteine (Pb) Porenbetonstein mit integrierter Kerndämmplatte Quelle: H+H Porenbeton λ = 0,10 W/mK, Dämmung λ = 0,022 W/mK tragendes Hintermauerwerk integrierte Kerndämmung aus Phenolharz-Hartschaum sparsame Außenschale 28

29 Wärmedämmaspekte Mehrschichtsteine (Lb) Leichtbetonstein mit integrierter Wärmedämmung rein mineralischer Stein aus Blähton Wärmedämmkern bester Schallschutz Quelle: Liapor höchste Feuerwiderstandsklasse 29

30 Wärmedämmaspekte Mehrschichtsteine (Pb/KS) Twinstone dämmender Teil: Porenbeton λ = 0,07 W/mK tragender Teil: Kalksandstein ausgezeichnete Tragfähigkeit mit sehr guter Wärmedämmung kombiniert exzellenter Schallschutz und max. Brandschutz Quelle: Greisel homogener Putzgrund innen und außen 30

31 Wärmedämmaspekte Latentwärmespeicher Funktionsweise von Micronal PCM spezielle Wachsmischung als Latentwärmespeichermaterial absorbiert Wärme durch Phasenwechsel fest flüssig Quelle: BASF 31

32 Wärmedämmaspekte Latentwärmespeicher Anwendungsbeispiele von Micronal PCM Gips-Maschinenputz Porenbetonstein maxit clima von maxit Deutschland GmbH CelBloc Plus von H+H Deutschland GmbH 32

33 Schallschutzaspekte Schallschluckwand Schall absorbierende Wand aus KS-Schallschlucksteinen mit werkseitig durchstoßener Lochung Verwendet in Turnhallen, Kirchen, Versammlungsräumen und bei frei stehenden Schallschutzwänden Quelle: BV KS 33

34 Gliederung Geschichtlicher Hintergrund Verschärfung der Anforderungen an Mauerwerk Mauersteine Wärmedämmaspekte Mauersteine Wirtschaftliche Aspekte Mauersteine Ökologische Aspekte Moderner Mörtel Beispiele Moderner Putz Beispiele Wärmedämmsysteme 34

35 Wirtschaftliche Aspekte Großelemente Verwendung von Großelementen bei allen Steinsorten Quelle: Bisotherm Quelle: Wienerberger Quelle: BV PP hohe Wirtschaftlichkeit 0,3 bis 0,4 h/m² große Maßgenauigkeit Quelle: silka 35

36 Wirtschaftliche Aspekte Großelemente Entwicklung von Versetzhilfen ermöglicht den Einsatz von Großelementen Quelle: BV PP 36

37 Wirtschaftliche Aspekte Mauertafeln Mauertafeln als Wandelemente Quelle: Arge Ziegelelementbau Quelle: Xella Mauertafeln können in allen Bereichen des Wohnungs-, Gewerbeund Industriebaus verwendet werden 37

38 Wirtschaftliche Aspekte Mauertafeln Mauertafeln als Deckenelemente keine Schalung keine Zwischenunterstützung Quelle: Wienerberger Quelle: heinze.de 38

39 Wirtschaftliche Aspekte Trockenmauerwerk große Wirtschaftlichkeit geringere Arbeitszeit Ausführung auch bei Frost möglich Quelle: baulinks.de Quelle: trockenmauerwerk.de 39

40 Wirtschaftliche Aspekte Installationskanäle Rasterelemente mit durchgängiger Lochung vertikale, in der Wand integrierte Installationskanäle Staubbelastung sinkt Quelle: KS-Quadro E, Xella Quelle: Kalksandsteinidustrie Ost e.v. 40

41 Gliederung Geschichtlicher Hintergrund Verschärfung der Anforderungen an Mauerwerk Mauersteine Wärmedämmaspekte Mauersteine Wirtschaftliche Aspekte Mauersteine Ökologische Aspekte Moderner Mörtel Beispiele Moderner Putz Beispiele Wärmedämmsysteme 41

42 Ökologische Aspekte Go Green Think Green Act Green Eat Green Build Green "The good building is not one that hurts the landscape, but one which makes the landscape more beautiful than it was before the building was built." Frank Lloyd Wright Quelle: kbakergraphicdesigns.com 42

43 Ökologische Aspekte Holzspansteine Schalungsziegel mit integrierter Wärmedämmung Quelle: jp-pauplanung.de Quelle: holzspansteine.com zertifiziert als biologisches Baumaterial Schalungsziegel aus Holzspänen und Zement, verfüllt mit Beton 43

44 Ökologische Aspekte Lehmsteine ungebrannter Ziegel nur Ton als Bindemittel Lehm reguliert Luftfeuchtigkeit, spart Energie, verringert Umweltverschmutzung und ist wieder verwendbar Quelle: holidaycheck.de Quelle: klaus-adriaans.info 44

45 Ökologische Aspekte Meier Öko-Kalkstein Quelle: Mauerwerk Quelle: meier-baustoffe.de über 90 % Calcium- und Magnesiumcarbonat hervorragende bauphysikalische Eigenschaften offenporig und diffusionsoffen 45

46 Ökologische Aspekte Strohballenhaus eiwa Lehmbau Bauzeit: 4 Monate U-Wert: 0,10 0,14 W/(m² K) Feuerwiderstandsklasse: F90 46

47 Gliederung Geschichtlicher Hintergrund Verschärfung der Anforderungen an Mauerwerk Mauersteine Wärmedämmaspekte Mauersteine Wirtschaftliche Aspekte Mauersteine Ökologische Aspekte Moderner Mörtel Beispiele Moderner Putz Beispiele Wärmedämmsysteme 47

48 Dünnbettmörtel Verarbeitung Verarbeitung mit dem Mörtelschlitten als Deckelmörtel Quelle: unipor optimiert Schallschutz, Winddichtheit und Wärmedämmung gleichmäßiger Auftrag ohne Mörtelverlust 48

49 Dünnbettmörtel Verarbeitung Alternativen zum Mörtelschlitten Quelle: Wienerberger Quelle: eder.co.at Verwendung steinspezifischer Haltewerkzeuge zum Tauchen oder Mörtelrolle Lochstruktur bleibt erhalten 49

50 Vom Mörtel zum Kleber Quelle: Wienerberger Arbeitszeitersparnis bis 50% Einsetzbar bis -5 C Quelle: Ytong 50

51 Gliederung Geschichtlicher Hintergrund Verschärfung der Anforderungen an Mauerwerk Mauersteine Wärmedämmaspekte Mauersteine Wirtschaftliche Aspekte Mauersteine Ökologische Aspekte Moderner Mörtel Beispiele Moderner Putz Beispiele Wärmedämmsysteme 51

52 Moderner Putz Fassadenputz Quelle: quick-mix Problem: Kalkausblühungen oder Algen- und Schimmelbefall Lösung: Feuchtigkeitsregulierung durch teilhydrophoben Putz Quelle: huettl-maler.de 52

53 Moderner Putz Kalkputz Innenputz als Feuchteregulator Quelle: haganatur.de Quelle: baulinks.de Quelle: IWM mineralisch und biologisch beugt Schimmel vor vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten 53

54 Gliederung Geschichtlicher Hintergrund Verschärfung der Anforderungen an Mauerwerk Mauersteine Wärmedämmaspekte Mauersteine Wirtschaftliche Aspekte Mauersteine Ökologische Aspekte Moderner Mörtel Beispiele Moderner Putz Beispiele Wärmedämmsysteme 54

55 Wärmedämm-Verbundsystem Dämmsystem seit über 50 Jahren für Außenwände Quelle: Fachverband WDVS Quelle: eosberlin.de Quelle: fachwerk.de 55

56 Neuentwicklung Wärmedämmstoffe Vakuum-Isolationspaneel Quelle: aktuelle-wochenschau.de Quelle: ZAE Bayern Hochleistungsdämmstoff λ = 0,02 W/mK 8-mal dünner als herkömmliche Dämmstoffe 56

57 Neuentwicklung Wärmedämmstoffe Aerogel-Dämmstoffe Quelle: ROCKWOOL Quelle: Stadur-Süd dünne Dämmplatten oder Isolationsmatten mit λ = 0,019 W/mK Kombination aus Aerogel und Mineralwolle oder Fasern 57

58 Neuentwicklung Wärmedämmfassade POROTON -WDF Perlitfüllung massiv, sehr gute Wärmedämmung und hoher Brandschutz sehr wirtschaftlich Quelle: Schlagmann POROTON 58

59 Neuentwicklung Wärmedämmfassade Als Außendämmung Als Innendämmung Quelle: Schlagmann POROTON 59

60 Neuentwicklung Entsalzungsdämmplatte Sanierdämmplatte auf Basis von Porenbeton Quelle: Ytong Multipor Aufnahme der gelösten Salze über das Wasser Verdunstung des Wassers an der Plattenoberfläche Ablagerung der Salze in den reichlich vorhandenen Poren und Porengängen der Sanierdämmplatte 60

61 ab hier wird s unsortiert im Bericht war s etwas anders Leo 61

62 Festlegungen in der europäischen Prüfnorm DIN EN ,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Formfaktoren δ EN min (l,b) [mm] 0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 Schlankheit λ Symbol 62

63 Vergleich mit eigenen Untersuchungen (Porenbeton) 1,50 δ EN / f V 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 0,00 ~ Steinbreite in mm , , ,9 > 250 Versuche eigene andere 0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 Schlankheit λ 63

64 Formfaktoren Europäische Formfaktoren nicht nachvollziehbar (1) Einfluss der Prüfkörpergröße (2) Einfluss der Schlankheit (3) Einfluss des Feuchtegehalts (4) Einfluss der Festigkeit Zusätzliche ergänzende Untersuchungen unter Berücksichtigung der Einflüsse (1) bis (4) 64

65 Einfluss der Prüfkörpergröße Würfel mit Kantenlänge 40 mm 100 mm 200 mm 65

66 Einfluss der Schlankheit Schlankheit λ =h/min(l,b) 66

67 Einfluss Feuchtegehalt / Festigkeit Einfluss des Feuchtegehalts Ausgleichsfeuchte, 6 M.-%, wassergesättigter Zustand Einfluss der Festigkeit Porenbeton: SFK 2 und 6 Kalksandstein: SFK 20 67

68 Übersicht Porenbeton Festigkeitsklasse 2 3,5 3,0 2,5 β PR in N/mm² h/d = 0,7 (6 M.-%) h/d = 1,0 (6 M.-%) h/d = 2,0 (6 M.-%) h/d = 3,0 (6 M.-%) h/d = 1,0 (2 M.-%) h/d = 1,0 (wassersatt) 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Schlankheit Größe Feuchte Schlankheit Größe Feuchte Schlankheit Größe Feuchte Kantenlänge 40 mm Kantenlänge 100 mm Kantenlänge 200 mm 68

69 Übersicht Porenbeton Festigkeitsklasse 6 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 β PR in N/mm² h/d = 0,7 (6 M.-%) h/d = 1,0 (6 M.-%) h/d = 2,0 (6 M.-%) h/d = 3,0 (6 M.-%) h/d = 1,0 (2 M.-%) h/d = 1,0 (wassersatt) 0,0 Schlankheit Größe Feuchte Schlankheit Größe Feuchte Schlankheit Größe Feuchte Kantenlänge 40 mm Kantenlänge 100 mm Kantenlänge 200 mm 69

70 Übersicht Kalksandstein Festigkeitsklasse 20 35,0 30,0 25,0 β PR in N/mm² h/d = 0,7 (6 M.-%) h/d = 1,0 (6 M.-%) h/d = 2,0 (6 M.-%) h/d = 3,0 (6 M.-%) h/d = 1,0 (2 M.-%) h/d = 1,0 (wassersatt) 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Schlankheit Größe Feuchte Schlankheit Größe Feuchte Schlankheit Größe Feuchte Kantenlänge 40 mm Kantenlänge 100 mm Kantenlänge 200 mm 70

71 Problemstellung 71

72 Schematischer Versuchsaufbau 72

73 Versuchsaufbau 73

74 Zugversuche an Dünnlagenputzen auf KS-Putzgrund 2,50 2,00 1,50 σ Z in N/mm² "schnelle" Stoßfugenöffnung (kraftgeregelt: σ max / 5 min.) MW Messtellen 1/2 PK1 MW Messtellen 1/2 PK2 MW Messtellen 1/2 PK3 MW Messtellen 1/2 PK 4 1,00 0,50 "langsame" Stoßfugenöffnung (weggeregelt: 100 μm / 24h) sichtbarer Riss an Oberfläche 0, Δl in μm 74

75 Vereinheitlichtes Schubprüfverfahren des DIBt 75

76 Schubfestigkeit von Mauerwerk Numerische Simulation F F FE-Modell 1 FE-Modell 2 76

77 Schubfestigkeit von Mauerwerk Numerische Simulation Hauptzugspannungen Verformungsfigur Rissbild FE-Modell FE2 FE-Modell FE1 77

78 Vergleich Versuch / Simulation (Modelle FE1 / FE2) PK Mörtel Mauersteine Stoßfuge ü σ V [N/mm²] max τ [N/mm²] obs. FE1 FE DM vm uv 0,5. l 0,2. l 0 0,12 0,14 0,09 0,10 0,11 0,10 0,60 0,17 0, Vollstein vm 0,5. l -1,1 0,23 0,11 0,16 0,10 0,81 0, NM IIa uv 0,2. l 0 0,05 0,06 0,05 0,04 0,04 0,04 8 Lochstein DM 0,5. l 0,05 0,08 0,11 78

79 Neues Schubprüfverfahren 79