Entwicklungsfähigkeit von Mauerwerk aus baustofflicher Sicht

MWK2011_Brameshuber.ppt1

EntwicklungsfEntwicklungsfäähigkeit higkeit von Mauerwerk von Mauerwerk

aus baustofflicher Sichtaus baustofflicher Sicht

Deutscher Mauerwerkskongress, Aachen, 22.09.2011

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Brameshuber

Institut für Bauforschung der RWTH Aachen University (ibac)


Gliederung

Geschichtlicher Hintergrund

Mauersteine – Ökologische Aspekte

Wärmedämmsysteme

Moderner Putz – Beispiele

Verschärfung der Anforderungen an Mauerwerk

Mauersteine – Wärmedämmaspekte

Mauersteine – Wirtschaftliche Aspekte

Moderner Mörtel – Beispiele


Gliederung



Wärmedämmsysteme







Historisches – Naturstein

3000 v. Chr. Kalksteinmauer der Grabkammer von Sakkara

2600 v. Chr. Ägyptische Pyramiden von GizehKalkstein und Tuffspäter Sandstein, Granite und Diotite

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Historisches – Naturstein

2500 v. Chr. Megalithbauten von Stonehenge

2500 v. Chr. Palast von Knossos auf KretaKalkstein und Alabaster

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Historisches – Ziegel

ca. 13.000 v. Chr. Funde von ungebrannten Lehmziegeln in Ägypten4000 v. Chr. erstmals gebrannte Ziegel in Mesopotamien3000 v. Chr. erste gefärbte Ziegel

2000 bis 1780 v.Chr. Urbau des Turms von Babylon

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Historisches – Ziegel

Große Chinesische Mauerab ca. 450 v. Chr. erste Grenzbefestigungen

ab 1500 n. Chr. heutiger Zustand

1858 Patent für den Ringofen1873 Bau des ersten Tunnelofens

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Historisches – Bindemittel

2000 v. Chr. Verwendung von Kalkals Bindemittel in Troja

1000 v. Chr. Kalk als Mörtelbildnerbeim Bau der Zisternenvon Jerusalem

300 v. Chr. Entwicklung des „Emplecton“ der GriechenWeiterentwicklung der Römer zum „Opus Caemetitium“

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Historisches – Bindemittel

1894 Beginn der industriellen Herstellung von Kalksandsteinen

1924 erste Herstellung moderner Porenbetonsteine in Schweden

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P

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S

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Gliederung



Wärmedämmsysteme







Verschärfung der Anforderungen – Wärmeschutz

1. WSVO 1977 2. WSVO 1982 3. WSVO 1995

1. EnEV 2002 2. EnEV 2007 3. EnEV 2009 4. EnEV 2012


Primärenergie-Kennwerte

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Verschärfung der Anforderungen – Wärmeschutz

1977 Anforderungen an den Wärmedurchgangskoeffizientender wärmeübertragenden Umfassungsfläche

1995 erstmal Bilanzierung der Wärmegewinne und -verluste2007 Einführung des Energieausweises

Quelle: klemm-bau.de

Quelle: energieundbau.de


Verschärfung der Anforderungen – Schallschutz

DIN 4109: Anforderungen gegen Luft- und Trittschallübertragung• zwischen fremden Wohn- und Arbeitsräumen• gegen Außenlärm und gegen Geräusche haustechnischer Anlagen

Quelle: ZIEGEL

Quelle: UNIKA KS

Schallübertragungswege zwischen 2 Räumen


Verschärfung der Anforderungen – Weitere Einflüsse

Statik (Wind- und Erdbebenlasten)

Brandschutz

Feuchteschutz

Wirtschaftliche Aspekte

Ökologie und Nachhaltigkeit

Weitere Einflüsse:


Gliederung



Wärmedämmsysteme







Mauersteine – Rohdichte und Festigkeitsklassen

Kalksandsteine

Porenbetonsteine

Leichtbeton- undBetonsteine

Festigkeitsklassen (N/mm²)28

24

20

16

12

10

8

6

4

2

0

Mauerziegel

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0Rohdichte (kg/dm³)


Mauersteine – Entwicklung zum WärmedämmziegelQ

uelle

: Mau

erw

erk

Erfüllen der U-Wert-Anforderungen mit einschaliger Wandkonstruktion


Mauersteine – Entwicklung bei Leichtbeton (Beispiel)

Quelle: Bisotherm®

* nur VBL


Wärmedämmaspekte – Ziegel Q

uelle

: Por

oton

Einsatz für einschaligeWandsysteme

hoher Wärmeschutzλ ≥ 0,07 W/mK

guter Schallschutz

Hochlochziegel mit integrierter Perlit Füllung aus 100% Vulkangestein


Wärmedämmaspekte – Ziegel

Hochlochziegel mit integrierter Mineralgranulat-Füllung

Mineralgranulat:Basalt + Wasser + Feuer

hoher Wärmeschutzλ = 0,08 W/mK

guter Schallschutz

guter Brandschutz

Que

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CO

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Wärmedämmaspekte – Ziegel

Hochlochziegel mit integrierter Mineralwolle-Füllung

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hoher Wärmeschutz λ ≥ 0,07 W/mK

feuchtigkeitsunempfindlich dank hydrophober Füllung

optimale Tragfähigkeit durch massive Ziegelstege


Wärmedämmaspekte – Leichtbeton

Leichtbetonstein als Vollblockstein

hoher Wärmeschutzλ = 0,10 W/mK

durchlaufendeInnenstege inWandlängsrichtung,damitkein Nachweis derLängsdruckfestigkeitin Erdbebenzonennotwendig

Que

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Wärmedämmaspekte – LeichtbetonQ

uelle

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Leichtbetonsteinmit integrierter organischer oder mineralischer Wärmedämmung

hervorragenderWärmeschutz mitλ = 0,065 W/mK


Wärmedämmaspekte – Leichtbeton

BISOGREEN® Mauerstein

Que

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nur natürliche Zutaten:Naturbims, Kalk undLuft

hoher Wärmeschutzmit λ = 0,09 W/mK


Wärmedämmaspekte – Steingeometrie

JASTOPLAN Z-Stein

Que

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asto

®

spezielle Steingeometrie zur Vermeidung von Wärmebrücken

lässt sich in ¼-Stein, ½-Stein oder ¾-Stein ohne Verschnittfür jede Situation sägen


Wärmedämmaspekte – Ergänzungsbauteile

Ziegelrollladenkasten und Ziegelsturz

Que

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iene

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Ergänzungselemente zur Vermeidung klassischer Wärmebrücken


Wärmedämmaspekte – Mehrschichtsteine (Pb)

Porenbetonstein mit integrierter Kerndämmplatte

Porenbeton λ = 0,10 W/mK, Dämmung λ = 0,022 W/mKtragendes Hintermauerwerkintegrierte Kerndämmung aus Phenolharz-Hartschaumsparsame Außenschale

Que

lle: H

+H


Wärmedämmaspekte – Mehrschichtsteine (Lb)

Leichtbetonstein mit integrierter Wärmedämmung

Que

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iapo

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rein mineralischerStein aus Blähton

Wärmedämmkern

bester Schallschutz

höchste Feuer-widerstandsklasse


Wärmedämmaspekte – Mehrschichtsteine (Pb/KS)

Twinstone®

tragenderTeil:

Kalksandstein

dämmenderTeil:

Porenbeton

ausgezeichneteTragfähigkeitmit sehr guterWärmedämmungkombiniert

exzellenter Schall-schutz und max.Brandschutz

homogenerPutzgrundinnen und außen

Que

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reis

el

λ = 0,07 W/mK


Wärmedämmaspekte – Latentwärmespeicher

Funktionsweise von Micronal® PCM

spezielleWachsmischungalsLatentwärme-speichermaterial

absorbiert WärmedurchPhasenwechselfest – flüssig

Que

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AS

F


Wärmedämmaspekte – Latentwärmespeicher

Anwendungsbeispiele von Micronal® PCM

Gips-Maschinenputz Porenbetonstein

maxit clima® von maxit Deutschland GmbH CelBloc Plus® von H+H Deutschland GmbH


Schallschutzaspekte – Schallschluckwand

Schall absorbierendeWand aus KS-Schall-schlucksteinenmit werkseitig durch-stoßener Lochung

Verwendet inTurnhallen, Kirchen,Versammlungsräumenund bei frei stehendenSchallschutzwänden

Quelle: BV KS


Gliederung



Wärmedämmsysteme







Wirtschaftliche Aspekte – Großelemente

Verwendung von Großelementen bei allen Steinsorten

Que

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V P

P

hohe Wirtschaftlichkeit0,3 bis 0,4 h/m²

große Maßgenauigkeit

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Wirtschaftliche Aspekte – Großelemente

Quelle: BV PP

Entwicklung von Versetzhilfenermöglicht den Einsatz von Großelementen


Wirtschaftliche Aspekte – Mauertafeln

Mauertafeln als Wandelemente

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Mauertafeln können in allen Bereichen des Wohnungs-, Gewerbe-und Industriebaus verwendet werden


Wirtschaftliche Aspekte – Mauertafeln

Mauertafeln als Deckenelemente

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Quelle: Wienerberger

keine Schalungkeine Zwischen-unterstützung


Wirtschaftliche Aspekte – TrockenmauerwerkQ

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große Wirtschaftlichkeit

geringere Arbeitszeit

Ausführung auch bei Frost möglich


Wirtschaftliche Aspekte – Installationskanäle

Rasterelemente mit durchgängigerLochung

vertikale, in der Wand integrierteInstallationskanäle

Staubbelastung sinkt

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Gliederung



Wärmedämmsysteme







Ökologische Aspekte – Go Green

Quelle: kbakergraphicdesigns.com

"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

Eat Green

Think Green

Build Green

Act Green


Ökologische Aspekte – Holzspansteine

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Schalungsziegel mit integrierter Wärmedämmung

zertifiziert als biologisches BaumaterialSchalungsziegel aus Holzspänen und Zement, verfüllt mit Beton


Ökologische Aspekte – Lehmsteine

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ungebrannter Ziegelnur Ton als BindemittelLehm reguliert Luftfeuchtigkeit,spart Energie, verringertUmweltverschmutzung und istwieder verwendbar


Ökologische Aspekte – Meier Öko-Kalkstein®

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über 90 % Calcium- und Magnesiumcarbonathervorragende bauphysikalische Eigenschaftenoffenporig und diffusionsoffen

Quelle: Mauerwerk


Ökologische Aspekte – „Strohballenhaus“ eiwa Lehmbau

Bauzeit: 4 Monate

U-Wert: 0,10 – 0,14 W/(m² K)

Feuerwiderstandsklasse:F 90


Gliederung



Wärmedämmsysteme







Dünnbettmörtel – Verarbeitung

Verarbeitung mit dem Mörtelschlitten als Deckelmörtel

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optimiert Schallschutz, Winddichtheit und Wärmedämmunggleichmäßiger Auftrag ohne Mörtelverlust


Dünnbettmörtel – Verarbeitung

Alternativen zum Mörtelschlitten

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Verwendung steinspezifischerHaltewerkzeuge zum Tauchenoder MörtelrolleLochstruktur bleibt erhalten

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Vom Mörtel zum Kleber

Quelle: Wienerberger

Arbeitszeitersparnis bis 50%Einsetzbar bis -5°C

Quelle: Ytong


Gliederung



Wärmedämmsysteme







Moderner Putz – Fassadenputz

Quelle: huettl-maler.de

Quelle: quick-mix

Problem: Kalkausblühungenoder Algen- und SchimmelbefallLösung: Feuchtigkeitsregulierungdurch teilhydrophoben Putz


Moderner Putz – Kalkputz

Quelle: haganatur.de

Quelle: baulinks.de

Innenputz als Feuchteregulator

mineralisch und biologisch

beugt Schimmel vor

vielfältige GestaltungsmöglichkeitenQuelle: IWM


Gliederung



Wärmedämmsysteme







Wärmedämm-Verbundsystem

Quelle: Fachverband WDVS

Dämmsystem seit über 50 Jahren für Außenwände

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Neuentwicklung – Wärmedämmstoffe

Vakuum-Isolationspaneel

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Hochleistungsdämmstoff λ = 0,02 W/mK8-mal dünner als herkömmliche Dämmstoffe

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Neuentwicklung – Wärmedämmstoffe

Aerogel-Dämmstoffe

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dünne Dämmplatten oder Isolationsmatten mit λ = 0,019 W/mKKombination aus Aerogel und Mineralwolle oder Fasern


Neuentwicklung – Wärmedämmfassade

POROTON®-WDF

Quelle: Schlagmann POROTON®

Perlitfüllung

massiv, sehr guteWärmedämmung undhoher Brandschutz

sehr wirtschaftlich


Neuentwicklung – Wärmedämmfassade

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Als Außendämmung Als Innendämmung


Neuentwicklung –Entsalzungsdämmplatte

Sanierdämmplatte auf Basis von Porenbeton

Aufnahme der gelösten Salze über das WasserVerdunstung des Wassers an der PlattenoberflächeAblagerung der Salze in den reichlich vorhandenen Poren undPorengängen der Sanierdämmplatte

Quelle: Ytong Multipor


ab hier wird‘s unsortiert…

im Bericht war‘s etwas anders…

Leo


Festlegungen in der europäischen Prüfnorm DIN EN 772-1

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0Schlankheit λ

Formfaktoren δEN

min (l,b)[mm]

Symbol

50100150200250


Vergleich mit eigenen Untersuchungen (Porenbeton)

0,00

0,80

0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

1,50

~~

0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

δEN / fV

100 - 149,9150 - 199,9200 - 249,9

> 250

Steinbreitein mm

Versucheeigene andere

Schlankheit λ


Formfaktoren

Zusätzliche ergänzende Untersuchungenunter Berücksichtigung der Einflüsse (1) bis (4)

Europäische Formfaktoren nicht nachvollziehbar

(1) Einfluss der Prüfkörpergröße

(2) Einfluss der Schlankheit

(3) Einfluss des Feuchtegehalts

(4) Einfluss der Festigkeit


Einfluss der Prüfkörpergröße

Würfel mit Kantenlänge…

40 mm 100 mm 200 mm


Einfluss der Schlankheit

Schlankheit λ = h/min(l,b)


Einfluss Feuchtegehalt / Festigkeit

Einfluss des Feuchtegehalts

– Ausgleichsfeuchte, 6 M.-%, wassergesättigter Zustand

Einfluss der Festigkeit

– Porenbeton: SFK 2 und 6

– Kalksandstein: SFK 20


Übersicht Porenbeton Festigkeitsklasse 2

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5βPR 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)

Kantenlänge 40 mm

Schlankheit Größe Feuchte Schlankheit Größe Feuchte Schlankheit Größe Feuchte

Kantenlänge 100 mm Kantenlänge 200 mm


Übersicht Porenbeton Festigkeitsklasse 6

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0h/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)

Kantenlänge 40 mm



βPR in N/mm²


Übersicht Kalksandstein Festigkeitsklasse 20

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0βPR 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)

Kantenlänge 40 mm




Problemstellung


Schematischer Versuchsaufbau


Versuchsaufbau


Zugversuche an Dünnlagenputzen auf KS-Putzgrund

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 20 40 60 80 100 120

MW Messtellen 1/2 PK1MW Messtellen 1/2 PK2MW Messtellen 1/2 PK3MW Messtellen 1/2 PK 4

σZ in N/mm²

"schnelle" Stoßfugenöffnung(kraftgeregelt: σmax / 5 min.)

"langsame" Stoßfugenöffnung(weggeregelt: 100 μm / 24h) sichtbarer Riss

an Oberfläche

Δl in μm


Vereinheitlichtes Schubprüfverfahren des DIBt


Schubfestigkeit von Mauerwerk – Numerische Simulation

FE-Modell 1 FE-Modell 2

F

F

F

F

F

F


Schubfestigkeit von Mauerwerk – Numerische Simulation

FE-M

odel

l FE2

FE-M

odel

l FE1

Hauptzugspannungen Verformungsfigur Rissbild


Vergleich Versuch / Simulation (Modelle FE1 / FE2)

Lochstein

Vollstein

1

2

3

4

5

6

7

8

Mauer-steine

Mörtel

NM IIa

DM

DM

Stoß-fuge

vm

uv

vm

uv

ü

0,5 . l

0,2 . l

0,5 . l

0,2 . l

0,5 . l

σV[N/mm²]

0

-1,1

0

0,12

0,14

0,09

0,23

0,11

0,05

0,06

0,05

0,10

0,11

0,10

0,16

0,10

0,05

0,04

0,08

0,60

0,17

0,14

0,81

0,12

0,04

0,04

0,11

obs. FE1 FE2

max τ[N/mm²]

PK


Neues Schubprüfverfahren

Documents

Entwicklungsfähigkeit von Mauerwerk aus baustofflicher Sicht