Zur Syspro-Richtlinie für Doppelwände in Weißen WannenE4nde … · Zur Syspro-Richtlinie für Doppelwände in Weißen Wannen Seite 3 von 12 Beton übt tragende und abdichtende

Zur Syspro-Richtlinie für Doppelwände in Weißen Wannen Inhaltsverzeichnis Vorwort

1 Allgemeines

2 Die Vorteile der Doppelwand in Weißen Wannen

3 Wandfugen

3.1 Allgemeine Empfehlungen

3.2 Dichtigkeit bei 24 cm dicken Doppelwänden

3.3 Durchfluss in 30 cm dicken Ortbetonwänden

4 Weitere Vorteile von Doppelwänden d = 24 cm

4.1 Sicherheit für die Baustelle

4.2 Wirtschaftlichkeit schon bei Kellerwänden

5 Zusammenfassung Autoren: Herbert Kahmer und Hermann Stegink 17. September 2001

Zur Syspro-Richtlinie für Doppelwände in Weißen Wannen Seite 2 von 12

Vorwort Bei der Doppelwand handelt es sich um ein Bauteil, das seit mehr als 20 Jahren nach geltenden DIN-Normen und nach bauaufsichtlicher Zulassung des Deutschen Institutes für Bautechnik eingesetzt wird. Die Bauweise hat sich bestens bewährt. Aufgrund der hohen Qualität der Fertigschalen bietet das Doppelwandsystem den besten Schutz für Betonbauten im drückenden Wasser.

Die Syspro-Doppelwand hat ihre hohe Dichtfunktion als Weiße Wanne im Grundwasser bei zahlreichen Objekten erfolgreich unter Beweis gestellt. Die Mitgliedsfirmen der Syspro-Gruppe verfügen über Erfahrungen mit über 1 Million m2 Wandfläche in Dicken von 24 bis 30 cm, insbesondere für Keller, Tiefgaragen und Behälter.

Die vom Ortbeton bekannten, dort typischen Rissbildungen treten in Doppelwänden grundsätzlich nicht auf. Hierüber liegen seit mehr als zehn Jahren zahlreiche praktische Erfahrungen, aber auch theoretische und experimentelle Untersuchungen sowie Gut-achten vor; darüber wurde in der Fachwelt mehrfach berichtet. Die Syspro-Gruppe hat die wesentlichen Grundsätze in einer internen Richtlinie [1] zusammengestellt.

Die Bauweise zählt zu den anerkannten Regeln der Bautechnik.

Darüberhinaus hat die Syspro-Gruppe weiterführende Untersuchungen zur optimalen Bewehrung und Fugenabdichtung von 24 cm dicken Doppelwänden bei sehr hohen Wasserdrücken mit Erfolg durch-geführt und, darauf aufbauend, entsprechende Anwendungsempfehlungen erstellt. Hierauf wird im Folgenden eingegangen. 1. Allgemeines Die Weiße Wanne als Ortbetonkonstruktion ist seit mehreren Jahrzehnten bekannt. Das Prinzip basiert auf der Doppelrolle des Betons, der sowohl die dichtende als auch die tragende Funktion des Bauteils übernimmt. Beton ist nicht wasserdicht, sondern wasserundurchlässig. Allein die Verwendung eines wasserundurchlässigen Betons reicht nicht aus, um eine Weiße Wanne herzustellen. Zur Sicherstel-lung einer Abdichtungswirkung des Bauwerks sind weitere Bedingungen z.B. die Formänderungen aus Schwinden oder aus der Abkühlung im jungen Alter zu berücksichtigen. Beide Vorgänge sind mit Verkürzungen verbunden, die – wenn sie nicht zwangfrei, d.h. ohne Behinderung durch die angren-zenden Bauteile oder durch den Baugrund erfolgen – zu Rissen führen können. Für die Handhabung der Formänderungen bzw. der Risse in wasserundurchlässigen Bauteilen gibt es zwei grundsätzliche Maßnahmen oder eine Kombination von beiden. Jedoch lassen sich Risse durch diese Maßnahmen nicht vermeiden, denn die Risse folgen weniger sta-tischen Berechnungen,sondern eher statistischen Gegebenheiten. Selbst bei einer Beschränkung der Rissbreite auf 0,15 mm ist eine anfängliche Durchfeuchtung von etwa 2 Litern pro Stunde und Riss zu erwarten. Anerkanntermaßen gehören die in der Praxis auftre-tenden Risse und anfänglichen Undichtigkeiten wie auch das nachträgliche Schließen zur Bauweise der Weißen Wanne. Risse sind deshalb nicht als „Mangel“ zu bezeichnen. Das Abdichten der Risse – z.B. durch Verpres-sen mit Kunstharzen – ist deshalb als Bestandteil der Ortbetonbauweise anzusehen [2]. Dieses Zulas-sen der Risse im Ortbeton kann beim Ausführenden oft mit einem Verlust an Qualitätsbewusstsein verbunden sein, da das Verpressen ja sowieso zu dessen Leistung gehört. Wie anschließend gezeigt wird, stellt sich bei Doppelwänden diese Frage von Haus aus nicht.


Beton übt tragende und abdichtende Funktion aus. Die Abdichtungsfunktion erfordert Maßnahmen bezüglich der Formänderungen z.B. aus Schwind- und Abbindevorgängen.

A: Verminderungen der Rissbildung, z.B. durch Fugen oder betontechnologische Maßnahmen. Folglich treten weitgehend überhaupt keine Risse auf.

B: Fugenlose Bauweise mit durchgehender Rissbewehrung zwecks Beschränkung der Rissbreite auf theoretische Werte kleiner als z.B. 0,15 mm.

C: Kombination aus A und B.

2. Die Vorteile der Doppelwand in Weißen Wannen Grundsätzlich wird die Doppelwand im Keller und im Geschoss nach gültiger Zulassung [3] mit Scha-lendicken ab 4 cm und Kerndicken ab 3,5 cm hergestellt. Für den Einsatz im Grundwasser ist eine Di-cke der Außenschale von 6 cm und eine Kernbetondicke von 14 cm üblich. Aufgrund der großen Erfahrung in der Standardanwendung – immerhin liefern die Mitglieder der Syspro-Gruppe jährlich über 1 Million m2 – gehört das zielsichere Verfüllen von dünnen Querschnit-ten zur Baupraxis. Syspro hat als einziger Lieferant eine Zulassung für Doppelwände mit extrem dünnen Kernbetondi-cken von nur 7 cm. Weiterhin ist die Gruppe einziger Lieferant mit Zulassung für Doppelwände aus Faserbeton, der gerade bei rissgefährdetem jungen Beton zusätzliche Sicherheit gibt. Nach der Montage der Doppelwand auf der Baustelle wird der Kern zwischen den Fertigplatten beto-niert. Nach dem Erhärten des Ortbetonkerns liegt eine monolithische Gesamtwand-Konstruktion vor; die Schalen sind rau ausgebildet.

Bild 1: Typisches Rissbild bei Wei-ßen Wannen in Ortbeton. Bei Doppelwänden tritt die-ses Rissbild nicht auf!

Der Druckversuch zeigt die drastischen Unterschiede im Verformungsverhalten: Links Normalbeton, rechts mit fei-nen Kunststofffasern modifi-

zierter Beton, wie er für Syspro-Doppelwandelemente

verwendet wird.


Aufgrund der monolithischen Wirkungsweise unterliegt die Doppelwand als Weiße Wanne den von Ortbetonkonstruktionen her bekannten Grundsätzen. Jedoch hat sie erhebliche Vorteile aufzuweisen, da von Haus weniger Risse auftreten [4]: a) Die Doppelwand-Fertigteile werden wasserundurchlässig und mit geringen Wassereindringtiefen

produziert. Das Erhärten des Kerns führt zu keinerlei Rissbildungen in den Schalen, es entsteht vielmehr eine Druckvorspannung derselben. Das Bauteil besitzt damit großflächig einen sehr ho-hen Feuchteschutz.

b) Auch der Ortbetonkern kann wegen der Schutzfunktion der Schalen zwangfrei und daher scho-

nend d.h. praktisch ohne Rissbildung erhärten. Theoretisch sind Risse aus Zwangbeanspruchung nur im Bereich der Elementfugen denkbar. Diese Risse sind im Vergleich zum Ortbeton wegen der geringen Abbindewärme vernachlässigbar klein.

FAZIT:

Die Abdichtungsfunktion der Doppelwand in Weißen Wannen entspricht aufgrund der Temperatur-, Riss- und Spannungszustände grundsätzlich dem Prinzip der verminderten Rißbildung.

In einer Studie der Syspro-Gruppe [4] wurde die Zwangbeanspruchung in Abhängigkeit von Zement-art, Zementgehalt, Betonzusammensetzung, Frischbetontemperatur, Bauteilgeometrie und Herstel-lungsbedingungen untersucht, und zwar für Wandlängen bis zu 12 m und Wanddicken bis zu 40 cm. Während der Ortbeton durch große Temperatur- und Schwindspannungen charakterisiert ist, bleibt das Temperaturniveau in der Doppelwand gering. Die nachfolgenden Ergebnisse der Temperaturentwick-lung verdeutlichen die Vorteile der Doppelwand gegenüber der Ortbetonbauweise.

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40

0 2 4 6 8 10 12 14

Zeit [d]

Tem

per

atu

r [°

C] Wandmitte

Wandoberfläche

Bild 2: Temperaturentwicklung einer Ortbetonwand (L = 3,0 m, D = 24 cm)

∆T = 13,5 °C


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0 2 4 6 8 10 12 14

Zeit [d]

Tem

per

atu

r [°

C]

Wandmitte

Außenschale (6 cm)

Innenschale (4 cm)

Bild 3: Temperaturentwicklung in einer Doppelwand (L = 3,0 m, D = 24 cm)

Mit einer einfachen Betrachtung lassen sich die geringeren Formänderungen bzw. Rissbreiten w und die entsprechenden Betonspannungen σ aufzeigen. Im jungen Ortbeton wird bei einem E-Modul von 10.000 MN/m2 und mit ∆T = 17°C:

σ = 17 * 0,01 * 10-3 * 10.000 = 1,7 MN/m2

w = ½ ∆l = 17 * 0,01 * 3/2 = 0,26 mm (bezogen auf 3 m Wandlänge)

In einer Doppelwand ergibt sich analog nur etwa ein Drittel der Beanspruchung:

σ = 6 * 0,01 * 10-3 * 10.000 = 0,6 MN/m2 und w = ½ ∆l = 6 * 0,01 * 3/2 = 0,09 mm

Genauere Berechnungen [4] zeigen, dass die Verhältnisse für die Doppelwand noch viel günstiger aus-fallen. Bild 4 und 5 zeigen für die oben angegebenen Wandabmessungen die Ergebnisse infolge Ab-fließen der Hydratationswärme sowie Kriechen und Schwinden dargestellt.

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

7 8 9 10 11 12 13 14

Zeit [d]

σx b

zw. β

z [M

N/m

²]

unten

mitte

Zugfestigkeit

oben

∆T = 2,6 °C

Bild 4: Entwicklung von Betonzugfestig-keit und Zwangs-spannungen in der Ortbeton-wand

Rissgefahr in Ortbetonwand!


-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 2 4 6 8 10 12 14

Zeit [d]

σx

bzw

. βz

[MN

/m²]

Ortbeton unten

Ortbeton mitte

Zugfestigkeit

Ortbeton oben

Bild 5 a: Entwicklung von Betonzugfestigkeit und Zwangsspannungen im Ortbeton der Doppelwand

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 2 4 6 8 10 12 14

Zeit [d]

σ x b

zw.

β z [M

N/m

²]

Fertigplatten mitte

Fertigplatten unten

Zugfestigkeit

Fertigplatten oben

Bild 5 b: Entwicklung von Betonzugfestigkeit und Zwangsspannungen in den Doppel-wand-Fertigplatten

Die Spannungen im Ortbetonkern der Doppelwand sind erheblich niedriger als bei Ortbetonwänden. Am Wandfuß entwickelt sich nach anfänglicher Druckbeanspruchung eine geringe Zugbeanspru-chung, die jedoch weit unterhalb der zu erwartenden Zugfestigkeit bleibt. Aufgrund des unterschiedli-chen Schwindverhaltens von Ortbeton und Fertigplatten entstehen zwar weitere Zugspannungen im Ortbeton und Druckspannungen in den Fertigplatten, die jedoch durch Relaxation abgebaut werden. Für die Doppelwandkonstruktion besteht zu keinem Zeitpunkteine Rissgefahr. Es ist keine Mindest-

Hohe Sicherheit gegenüber Rissbildung im Kern der Doppelwand


bewehrung für Temperaturzwang – weder in den Fertigplatten noch im Kernbeton – erforderlich. Auf-grund von nicht vorhersehbaren Einflüssen – z.B. Bauwerk–Boden–Interaktionen oder Witterungs- und Betonausgangsbedingungen – wird folgende Empfehlung für die Mindestbewehrung in Normalbe-tonausführungen bei Geschosshöhen bis 3,00 m gegeben:

Wandlänge Fertigplatten- Bewehrung

Ortbeton (Fugenbewehrung)

max = 9,0 m Keine Keine

9–12 m Q 131 Keine

Größere Wandlängen sind in Sonderfällen bis zu 14,0 m möglich [4]. 3. Wandfugen 3.1 Allgemeine Empfehlungen Die oben erwähnte, vorsichtige Empfehlung für die Begrenzung der Wandlänge auf 9,0 m führt zur Frage; wie eine optimale Fugendichtung ausgeführt werden müsste. Die langjährigen Erfahrungen mit Weißen Wannen aus Ortbeton [5], [6] geben gute Beurteilungsmaßstäbe für die Fugenausführung mit Doppelwänden.

Als wenig geeignet oder mangelhaft können sich folgende Systeme erweisen:

a) Schwindrohr: Der benötigte große Kernbeton-Zwischenraum von mindestens 5 cm ist oft nicht vorhanden.

b) Injektionsschläuche: Der Einbau kann oft nicht dicht genug auf der Betonfläche der Horizontalfuge erfolgen. Bei Verti-kalfugen mit Hohlkammern ist die Breite für eine Sollriss-Stelle zu klein.

c) Quellbänder: Laut DBV-Merkblatt [7] für Wechselzonen nicht geeignet.

Zu empfehlen ist die traditionelle Abdichtungen als im Kern liegendes Fugenblech.

Aufgrund der einfachen und sicheren Handhabung hat sich dieses System seit Jahrzehnten im Ortbe-ton und auch in der Doppelwand mit gleicher Dicht-Qualität bewährt. Darüber hinaus hat das beschichtete, mit integrierter Sollriss-Schiene ausgerüstete innenliegende Fu-genblech Pentaflex [8] in Ortbeton und in Doppelwänden eine bessere Dichtfunktion als das Standard-blech bewiesen. Aufgrund der Beschichtung des Pentaflex-Bleches bleibt sogar bei größeren Risswei-ten ein Verbund mit dem umgebenden Beton bestehen. Es ergibt sich damit eine sehr hohe Dichtheit des Gesamtsystems bestehend aus Doppelwand und Pentaflex. 3.2 Dichtigkeit bei 24 cm dicken Doppelwänden Fünf Bauteil-Versuche [9], [10] der Syspro-Gruppe haben quantitative Aussagen über die Dichtigkeit der Wandfuge ermöglicht. Wesentliches Ergebnis der Versuche ist, dass das Durchflussverhalten der Doppelwand-Fuge bei einer Gesamtwanddicke von D = 24 cm den Verhältnissen in Ortbetonwänden bei D = 30 cm entspricht. Wichtig ist, ebenso wie bei der 30 cm dicken Wand die Vertikalfugen mit einer Sollriss-Schiene aus-zubilden. Hierzu ist es notwendig, eine etwa 30%-ige Schwächung des Betonquerschnitts zur zielsi-cheren Einstellung des möglichen Risses vorzunehmen.


Bild 6: Bauteilversuche der Syspro-Gruppe zur Weißen Wanne mit Doppelwänden D = 24 cm

Im Einzelnen ergaben sich aus den Versuchen folgende Ergebnisse :

DW1: Fertigplatten ohne zusätzliche Aufrauung, kein Fugenblech. Bei Trennrissweite w = 0,2 mm: max. hW = 2,0 m Wassersäule

DW2: Fertigplatten mit zusätzlicher Aufrauung. Standard-Fugenblech. – w = 0,14 mm: 0,5 l/h bei hW = 6,0 m – w = 0,30 mm: 7 l/h bei hW = 6,0 m

Bild 7: Dichtigkeit von Doppelwänden D = 24 cm mit Stoßfugenblech [10] (DW2: b = 40 cm)


DW3: Fertigplatten im Fugenbereich sehr glatt (Schalöl). Als zusätzliche Schwächung der Fuge wurde dort ein Gitterträger eingebaut. Standard-Fugenblech. – w = 0,11 mm:2,4 l/h bei hW = 6,0 m – w = 0,30 mm: 12 l/h bei hW = 4,0 m

DW4: Fertigplatten ohne zusätzliche Aufrauung, Pentaflex-Fugenblech. Baustellenbedingungen für Betonieren des Kerns (Schwindrisse) – w = 0,80 mm: Fuge dicht bis hW = 10 m

DW5: Fertigplatten ohne zusätzliche Aufrauung, Pentaflex-Fugenblech Kernbeton kein WU, sondern Fließbeton – w = 0,15 mm: Fuge dicht bis hW = 6 m – w = 0,30 mm: 0,06 l/h bei hW =6 m

innen

außen

Pentaflex 16,7 cmrauhe Oberfläche

3.3 Durchfluss in 30 cm dicken Ortbetonwänden Die oben beschriebenen Bauteilversuche der Syspro-Gruppe erlauben einen quantitativen Vergleich mit dem Durchflussverhalten von Ortbetonwänden. Nach Bild 7 (Standardblech) ergibt sich für den Parameter h/d = 22,5 eine Druckhöhe von hW = 0,24*22,5 = 5,40 m und hierbei einen Durchfluss von 7,0 g/min (d.h. 0,42 l/h) bei einer Rissweite von w = 0,14 mm, was wegen der Breite von 40 cm im Versuch zu einem kleineren Wert für die Doppelwandfuge führt als in Bild 9 [11] für Ortbetonwände angegeben:

qDoppelwand D=24 cm = 7,0* 60 / 0,4 = 1 l/h<qOrtbeton D = 30 cm = 2 l/h

Bild 9: Durchlässigkeit von Trennrissen bei Ortbeton-platten [11]

Bild 8: Optimale Fugenabdichtung in Doppelwänden


4. Weitere Vorteile der Doppelwand D = 24 cm 4.1 Sicherheit für die Baustelle Die hohe Qualität der Betonschalen und die hohe Dichtfunktion der Wandfugen gehört zum Marken-zeichen der Weißen Wanne mit Syspro-Doppelwänden. In einer internen Richtlinie [1] sind grundsätz-liche Maßnahmen dargestellt, die hierfür getroffen sind. Hervorzuheben sind die Empfehlungen an die Baustelle bezüglich der Verwendung eines ausreichend fließfähigen Betons. Dabei ist eine Pumpe mit einem Reduzierstück von 120 mm auf 80 mm (Außendurchmesser) zu verwenden. Zur Verminderung weiterer Risiken aus vorhersehbaren Fehlern auf der Baustelle, kann das Werk fol-gende zusätzliche Maßnahmen treffen: a) Fertigplatten in Faserbeton nach Syspro-Zulassung zur zusätzlichen Verminderung der Rissbil-

dung im jungen Beton. b) In der Regel sind die Fertigschalen aufgrund von Rezeptur und Verdichtungstechnik auf der In-

nenseite rau ausgebildet. Zusatzmaßnahmen für extra raue Oberfläche der Fertigplatten zum Aus-gleich eines fehlerhaften Transportbetoneinbaus können sein: - Die Schalen werden am Rand per Besenstrich zusätzlich aufgeraut. - Die Außenschale wird mechanisch aufgeraut.

d) Größere Druckzonenhöhe der Fertigplatte für unerwartete Betonierdrücke durch Schalendicke d = 7 cm, Gitterträgerabstand 50 cm und Betondeckung nom c = 35 mm

4.2 Wirtschaftlichkeit schon bei Kellerwänden Bereits für einfache Keller ergibt sich eine äußerst wirtschaftliche Ausführung im Vergleich zur Ortbetonbauweise mit Rissbreiten beschränkender Bewehrung, die in der Regel bei beidseits 10 cm2/m liegen kann. Die entsprechende Mindestbewehrung in der Doppelwand beispielsweise aus Faserbeton ist viel kleiner [1], so dass die statisch erforderliche bzw. die Transportbewehrung ausreicht:

a) Erddruck 2,0 m / Wasserdruck 2,0 m: Fertigplatten mit Q188 (unbewehrte Wand.)

b) Erddruck 3,0 m / Wasserdruck 3,0 m: Fertigplatten außen mit Q188 und innen Q513

Bild 10: Optimales Pumpen-equipment für D = 24 cm


5. Zusammenfassung Ausgehend von 24 – 30 cm dicken Doppelwänden, die in Weißen Wannen aufgrund ihrer Konstrukti-onsvorteile zu den sicheren Bauweisen im Grundwasser gehören und mit über 1 Million m2 ausgeführ-te Wandfläche weit verbreitet ist, ergeben sich bei Anwendung von Pentaflex selbst bei hohem Was-serdruck eine exzellente Dichtfunktionen des Gesamtwandsystems D = 24 cm. Einerseits wird die Rissgefahr für den Kernbeton geringer. Andererseits sind mit Fließbeton zielsicher grobe Betonierfehler zu vermeiden. Eine das Betonieren störende Fugenbewehrung ist nicht erforder-lich.

Ergänzend zu einer internen Richtlinie, die für 30 cm Wände als allgemein anerkannte technische Regel gewertet werden kann, zeigt der vorliegende Beitrag weiterhin die bisherigen Untersuchungen für die vorteilhafte Ausführung mit D = 24 cm insbesondere im Vergleich zu Ortbetonwänden. Da bereits zahlreiche Objekte ausgeführt wurden, kann die Bauweise bereits zu den Regeln der Technik gerechnet werden. Allerdings sind bei Planung und Ausführung aufgrund der engen Abmessungen die erwähnten Vorkehrungen zu treffen, die durch die Syspro-Partner www.syspro.de gewährleistet werden können. Daraus entstehen auch wirtschaftliche und qualitative Vorteile.

LITERATURQUELLEN 1 Internes Gutachten für Doppelwände im Grundwasser. Fa. Ragano, Nordhorn, 1999. 2 Weber, J. Zusammenstellung wesentlicher Prinzipien der Weißen Wanne.

Lexikon zur VOB. Rewi-Verlag, 1999. 3 Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-15.2-118 "Syspro Elementwand“. Dt. Institut für Bautechnik, 11/97. 4 Hegger, Kerkeni u. Kahmer Mindestbewehrung von Weißen Wannen aus Doppelwänden. Beton und Stahlbeton, 10/01. 5 Lohmeyer, G. Schadenfreies Bauen. Irb-verlag, 1996. 6 Lohmeyer, G. und Ebeling, K. Die Dreifachwand im Keller. Beton 11/97. 7 DBV-Merkblatt: Quellfähige Fugeneinlagen. 2/1999. 8 Allgemeines bauaufsichtliches Prüfzeugnis P-OGI-III 33.9.6 "Abdichtungssystem für Arbeitsfugen mit dem beidseitig beschichteten Fugenblech, bezeichnet als Pentaflex KB“. FMPA Stuttgart, 1999. 9 Hegger, J.; Kerkeni, N. Untersuchung zur die erforderliche Mindestbewehrung infolge Zwangsbeanspruchung aus

Hydratationswärme sowie Kriechen u. Schwinden bei Syspro-Doppelwänden. Hegger u. Partner GbR, 2000.

10 Hegger, J.; Kerkeni, N. Gutachten und Versuchsbericht zur Experimentellen Untersuchung der Wasserundurchlässigkeit von

Syspro-Doppelwänden. Hegger u. Partner GbR, 2001 11 Schießl, P. Risse in Stahlbetonbauteilen. Aachener Bausachverständigentage 1999, Bauverlag. Ri-Aufs


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