Bauphysik und Baustoffkunde PDF - Maurer- und Betonbauerhandwerk

Meistervorbereitung Teil I und Teil II im Maurer und Betonbauerhandwerkhandwerk Bauphysik/-chemie und Baustoffkunde Dozent: Andreas Endris, Maurer- und Stuckateurmeister, Bachelor professional Meisterakademie St.-Elisabeth-Str. 2, 56073 Koblenz Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister...

Meistervorbereitung Teil I und Teil II im Maurer und Betonbauerhandwerkhandwerk Bauphysik/-chemie und Baustoffkunde Dozent: Andreas Endris, Maurer- und Stuckateurmeister, Bachelor professional Meisterakademie St.-Elisabeth-Str. 2, 56073 Koblenz Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 1 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Bauchemie In unserer Umwelt erkennen wir mit bloßem Auge viele Gegenstände (Körper), die sehr unter- schiedliche Formen haben. Den Inhalt (Masse) dieser Formen nennen wir Materie oder auch Stoff. Unser heutiges Wissen fußt in der Stoffkunde auf langjährigen, umfangreichen Untersuchungen und Erfahrungen. Die Entwicklung hat dazu geführt, dieses Gebiet in die Bereiche Chemie und Physik aufzuteilen, obwohl eine zusammenhängende Betrachtung erforderlich ist. Chemie ist der arabischen Sprache entnommen und bedeutet Stofflehre. Es ist die Lehre von Stoffen, ihren Zusammensetzungen und stofflichen Umwandlungen. Dabei erfolgt immer eine chemische Reaktion, bei der ein neuer Stoff mit anderen Eigenschaften als der beteiligten Aus- gangsstoffe entsteht. Den Zusammenhalt des neuen Stoffs umschreibt man mit dem Begriff - chemische Verbindung -. Sie ist nur wieder durch eine chemische Reaktion zu lösen. Chemische Vorgänge sind z.B.: Verbrennen von Holz, Rosten von Eisen, Zersetzung durch Säu- ren, Reaktion von Bindemittel und Wasser usw. Materie: Die Gesamtheit aller Stoffe wird als Materie bezeichnet. Die wesentlichen Eigenschaften hängen nicht von ihrer äußeren Gestalt, sondern vielmehr von ihrem inneren Feinaufbau ab. Man unterscheidet Stoffe der unbelebten - und belebten Natur, d.h. organische - und anorganische Stoffe. Bei chemischen Reaktionen werden Stoffe in ihre Bestandteile zerlegt - Analyse - oder zusammengesetzt - Synthese-; dabei ordnen sich die Atome zu anderen Gruppen und neue, syn- thetische Stoffe mit völlig anderen Eigenschaften entstehen. Will man etwas über den Aufbau und Zusammensetzung der Stoffe erfahren, müssen sie che- misch zerlegt werden. Chemische Elemente sind Grundstoffe, die sich chemisch nicht weiter zer- legen lassen. Ihre kleinste Menge ist ein Atom. Chemische Verbindungen lassen sich auch nur chemisch wieder lösen. Entweder durch exotherme Umsetzung bei der Wärme frei wird, oder en- dotherme Reaktion bei der Wärme aufgenommen wird. Ihre kleinste Menge ist ein Molekül. Säuren : Schäden sollen verhindert und Entstehung und Eigenschaften der Säuren gekannt sein, da sie organische Stoffe, Metalle und Kalkstein zersetzen. Säuren entstehen wenn Oxide von Nichtme- tallen mit Wasser reagieren. Sie röten Lackmus und Indikatorpapier. Wie stark die Säure andere Stoffe angreift, wird in pH-Werten angegeben, welche unter 7 liegen. Säurehaltige Wässer nennt man aggressive Wässer. Angriffsvermögen der Säuren auf Bauteile: pH 7 -> neutral pH 6,5 - 5,5 -> schwach angreifend pH 5,5 - 4,5 -> stark angreifend pH < 4,5 -> sehr stark angreifend Wegen Ätzgefahr Schutzkleidung beim Arbeiten mit Säuren. Basen / Hydrooxide (in flüssiger Form, Laugen) Sie entstehen durch die Reaktion von Metalloxiden mit Wasser. Basen bläuen Lackmus, röten Phenolphtaleinlösung und färben Universalindikatorpapier grün bis blau. Die Stärke der Base lässt sich durch den pH-Wert von 8 (schwach) bis 14 (sehr stark) charakterisieren. Die Eigenschaft der Lauge, ätzend auf Stoffe zu wirken, bezeichnet man als alkalische Reaktion. Die Wirkung der Laugen auf Metalle ist sehr unterschiedlich und im Bauwesen von besonderer Bedeutung. Kalk- und Zementmörtel reagieren stark alkalisch. Sie greifen Leichtmetalle (Alumini- um), aber auch Zink und Blei an. Wobei Kupfer sehr beständig ist und Stahl sogar vor Korrosion geschützt wird. Laugen entfetten die Haut (Ekzeme) und erfordern wegen der ätzenden Wirkung Vorsicht und Schutzmaßnahmen. Salze Sie entstehen wenn Säuren, Basen oder Metalle miteinander reagieren, wobei sich die Säuren und Basen neutralisieren. Dabei binden viele Salze Wasser unter Volumenzunahme. Bei der Benen- nung der Salze hängt man an den Metallnamen aus der Basenbezeichnung z.B. Natriumhydroxid eine Gruppenbezeichnung die angibt, aus welcher Säure das Salz gebildet wurde z.B. Hydrogen- nitrat. Allgemein: Sulfate entstehen aus Schwefelsäure, Sulfite aus schwefeliger Säure, Chloride aus Salzsäure, Nitrate aus Salpetersäure, Karbonate aus Kohlensäure und Silikate aus Kiesel- säure. Die Wasserlöslichkeit der Salze ist sehr unterschiedlich, die sogenannten leichtlöslichen Salze sind bauschädliche Salze, da sie im Wasser gelöst durch Kapillarität in den Baustoff ein- dringen und Ausblühungen, Abplatzungen und Korrosion bewirken. Trass im Bindemittel macht den Beton oder Mörtel so dicht, dass er kapillarbrechend Salze nicht ins Bauteil gelangen lässt. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 2 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Bauphysik Die weitaus meisten Eigenschaften der Baustoffe sind physikalischer Natur. Physik ist der griechi- schen Sprache entnommen und bedeutet soviel wie Naturlehre. Es ist die Lehre von Naturer- scheinungen, soweit es sich dabei nicht um stoffliche Umwandlung handelt ( Chemie ). In der Physik geht es um die Veränderung des Zustandes der Stoffe (Lage, Form, Gefüge, Tem- peratur, Festigkeit usw.). Ihre Zusammensetzung bleibt jedoch dabei erhalten. Physikalische Vor- gänge sind z.B. Brechen von Naturgestein, Zersägen von Holz, Sieben von Kiessand, Zerreißen eines Seils, Schmelzen Verdampfen und Kristallisieren von Stoffen usw. Internationales Einheitssystem (SI) SI baut auf den 7 physikalische Grundgrößen auf 1. Lange (Meter-m) 2. Masse (kg) 3. Zeit (Sekunde-s) 4. Stoffmenge (mol) 5. Temperatur (Kelvin-K) 6. Lichtstarke (Candela-Cd) 7. Stromstarke (Ampere-A) Diese 7 Einheiten werden als Basiseinheiten bezeichnet, die zusammen mit abgeteilten Einheiten die SI-Einheiten bilden. Neben den SI - sind noch gesetzliche Nebeneinheiten gültig, andere dür- fen nicht verwendet werden Masse [kg]: Jeder Körper hat eine genau bestimmbare Materie (Stoff), er enthält eine ganz be- stimmte Anzahl von Moleküle, Atome und Ionen. Diese sogenannte Masse verändert sich im Ge- gensatz zur Gewichtskraft nicht, ganz gleich wo sich der Körper befindet. Als Masse 1 kg, ist die Masse von Platin - Iridium (2 Edelmetalle - Urkilogramm) festgelegt. Seine Masse entspricht ziemlich genau der Masse von 1 dm³ - 1 Liter - 1 kg Wasser bei 4°C. Gewichtskraft (N): Das Gewicht eines Körpers ist diejenige Kraft, mit der der Körper zum Erd- mittelpunkt gezogen wird. Diese Kraft ist von der Entfernung zum Erdmittelpunkt und damit ver- bunden, der Erdanziehung abhängig, ist also ortsabhängig. Die Kraft ist eine abgeleitete Größe: 1 Newton ist diejenige Kraft, die der Masse 1 kg die Be- schleunigung 1 m/s² erteilt. Unter Beschleunigung versteht man die Zunahme der Geschwindigkeit (m/s) pro Sekunde (m/s²). Grundgleichung der Mechanik, nach Isaak Newton. Kraft (F) = Masse (m) x Beschleunigung (b) [Einheit] N = 1 kg * m/s 2 Auf 1 kg wirkt auf der Erde die Erdbeschleunigung (g=9,81 m/s2 ) d.h. die Kraft ~ 10 N Kräfte und Lasten: Neben den physikalischen Größen Masse und Gewicht verwendet man im Bauwesen den Begriff Lasten am Bau, die in ständige Lasten und Verkehrslasten unterteilt wer- den. Ständige Lasten sind am Bauwerk immer vorhanden, sie setzen sich zusammen aus Eigen- lasten der tragenden Bauteile und der von ihnen dauernd aufzunehmenden Lasten. Verkehrslas- ten hingegen sind veränderliche oder bewegliche Lasten des Bauwerks (Personen, Einrichtungen, Lagerstoffe, sowie Schnee und Wind usw.). Belastung, Spannung und Festigkeit [N/mm2]: An allen Bauwerken muss Gleichgewichtszu- stand herrschen, d.h. allen Lasten müssen gleiche Kräfte entgegenwirken. In der Statik (Lehre vom Gleichgewicht der Kräfte) werden die auftretenden Spannungen berechnet und die Bauteile entsprechend bemessen. Der innere Widerstand, die Kohäsion des belasteten Bauteils wirkt ge- gen die äußere Belastung und wird als Festigkeit bezeichnet. Projeziert auf die beanspruchte Flä- che spricht man von Spannung. Spannung = Kraft (Last) : Fläche [N/mm²] Je nach Beanspruchung des Bauteils unterscheiden wir unterschiedliche Festigkeitsarten. Druck-, Zug-, Biege-, Knick-, Scher-, Schub-, Torsions- und Schlagfestigkeit… Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 3 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Dichte [kg/dm 3]: In der Praxis muss man wissen, welche Masse ein Bauteil hat, wie schwer es ist; erst dann kann man Bauteile ausreichend bemessen. Nun können Bauteile aber das gleiche Volumen, jedoch unterschiedliche Masse haben. Daher stellen wir tabellarisch grundsätzlich fest, welche Masse (kg) 1 dm3 (Liter) der betreffende Stoff bei 20 °C hat. - Dichte -, griechisch (Rho ). Ein Stoff ist umso dichter, je mehr Masse in 1 dm3 enthalten ist. Jeder Stoff hat seine spezifische - gemessene Dichte, welche tabellarisch festgehalten ist. Dichte = Masse / Volumen [kg/dm³] Baustoffe zeigen unter Einwirkung äußerer Beanspruchung unterschiedliche technologische Ei- genschaften. Von bautechnischer Bedeutung sind: Hart - Weich: Härte ist der Widerstand eines Stoffes, den er dem Eindringen eines fremden Gegenstandes entgegensetzt. (Ritzhärte nach der Mohsschen Härteskala). Zäh - Spröde: Zähe Stoffe haben große bleibende Verformungen, bevor sie zu Bruch gehen (Verformungsbruch). Spröde Stoffe gehen plötzlich zu Bruch (Trennbruch). Elastisch-Plastisch: Baustoffe haben unterschiedliche Elastizitätsbereiche. Spröde Stoffe haben kaum elastischen Spielraum. Sie brechen direkt. Holz ist sehr elastisch, bricht danach jedoch ohne große Verformung, im Gegensatz zu Stahl, der nach einem elastischen Bereich im plastischen Bereich große Verformungen erreicht bevor er bricht. Dicht – Porös: Der Luftporengehalt eines Stoffes gibt seine Dichtigkeit an (Rohdichte). Kohäsion (Zusammenhangskraft): Die Moleküle eines Stoffes ziehen sich wie Magneten an. Die Größe der Zusammenhangs- kraft hängt vom Abstand der Moleküle untereinander ab. Eine geringere Kohäsion wirkt zwi- schen den Molekülen flüssiger Stoffe, die bei gasförmigen Stoffen wegen des großen Mole- külabstandes nicht mehr existiert. Adhäsion (Anhangskraft): Auch zwischen den Molekülen verschiedener Stoffe herrscht Anziehungskraft z.B. Krei- de/Tafel, Wasser/Glas, Klebstoff/Papier, Mörtel/Stein.... Kapillarität (Haarröhrchenwirkung): Das Hochsteigen von Flüssigkeit in engen Röhren, den sogenannten Kapillaren, wird als Ka- pillarität bezeichnet, wobei das Wasser am Rand der Röhren durch Adhäsion hochgezogen wird und die Oberfläche des Wassers durch Kohäsion (Oberflächenspannung) nachgezogen wird. Der Vorgang kommt zur Ruhe, wenn die nach unten gerichtete Gewichtskraft der Was- sersäule so groß ist, wie die Summe aller nach oben gerichteter Kräfte. Unter Korrosion versteht man die Veränderung von Metallen durch chemische oder elektro- chemische Vorgänge. Die chemische Korrosion ist eine langsame Oxidation, welche durch Witterungseinflüsse (Wasser, Säuren, Laugen, Gase, Salze, Temperatur...) noch verstärkt werden kann. Bei Kup- fer, Zink, Blei oder Aluminium bildet sich eine dichte Oxid-Schutz-Haut. Bei Eisenwerkstoffen entsteht der poröse, zerstörerische Rost. Bei der elektrochemischen Korrosion sorgt eine elektrisch leitende Flüssigkeit (Elektrolyt) zwischen zwei verschiedenen Metallen für Spannung, wobei das unedlere Metall angegriffen wird. Aggregat – Zustände Kondensation - gasförmig zu flüssig Verdunstung - flüssig zu gasförmig Kristallisation - flüssig zu fest Schmelzung - fest zu flüssig Sublimation - fest zu gasförmig, gasförmig zu fest Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 4 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Besondere bauliche Schutzmaßnahmen Allgemeines: Die Innenräume guter alter Gebäude mit dicken Wänden und schweren Decken ha- ben, falls sie gut belichtet und belüftet sind, zumeist 3 schätzenswerte Eigenschaften. Sie sind trocken, lärmdicht und im Winter warm und Sommer kühl. Neuzeitliche Gebäude benötigen zwar infolge der genaueren Bemessungsverfahren einer hochentwickelten Baustatik und Baustoffkunde erheblich geringere Mengen von Baustoffen bei erhöhtem Wohnraumgewinn. Dafür müssen jedoch erhöhte Aufwen- dungen für sorgfältige Maßnahmen im Bezug auf Wärme-, Schall-, Feuchte- und Brandschutz gemacht werden, wenn der Nutzwert nicht herabgemindert werden soll. Einen immer größer werdenden Stellenwert bekommen die baulichen Schutzmaß- nahmen in dem Sektor Bauwerkssanierung, da in diesem Bereich alte Bausubstanz auf heutigen Standart verändert werden kann Für den Baufacharbeiter ist es wichtig, die bauphysikalischen Vorgänge in den Bau- teilen und Baustoffen zu kennen, richtig zu deuten und mit geeigneten Schutzmaß- nahmen zu reagieren und fachgerecht in die Praxis umzusetzen. Der Bautenschutz ist für die Sicherheit, die Gesundheit und für das Wohlbefinden der Benutzer von größter Bedeutung. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 5 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Wärmeschutz DIN 4108 Wärmelehre Die in Kelvin angegebene Temperatur wird absolute Temperatur genannt. Ihr Nullpunkt ist der absolute Nullpunkt. Die Skalen von Kelvin und Celsius unterscheiden sich nur durch ihre unter- schiedlichen Nullpunkte. O°K = -273,15°C. Alle Stoffe dehnen sich bei Temperaturschwankungen unterschiedlich aus. Physikalische Mes- sungen ergaben für jeden Werkstoff einen bestimmten Längenausdehnungskoeffizient T , der die jeweilige Ausdehnung je K Temperaturänderung angibt. [mm/mK]  Beton / 0,010  Stahl / 0,012  Alu. / 0,024  Ziegel /0,006  KS / 0,008  Holz in Faserrichtung / o,0o9  Holz quer zur Faser / 0,050 Bei einer Behinderung dieser Bewegungen kann es zu Bauschäden wie z.B. Spannungsrissen kommen. Bsp.: 7 m StB – Träger, 20 K Temperaturschwankung. 7 * 20 * 0,010 = 1,4 mm 3 Arten der Wärmeausbreitung Wärmeleitung: Wärmetransmission innerhalb eines festen oder flüssigen Stoffes und zu einem unmittelbar angrenzenden. Je höher die Dichte umso besser die Leitung z.B. Holz, Kupfer. Wärmeströmung: Mitführung von Wärme bei Strömungsbewegungen von Gase oder Flüssigkei- ten (Konvektion). z.B. Raumerwärmung durch Luftumwälzung am Heizkörper. Wärmestrahlung: Anders wie bei 1. und 2. ist die Strahlung an keinen Träger gebunden, es ist eine sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitende elektromagnetische Schwingung. z.B. Sonne. Der Wärmeschutz DIN 4108 umfasst alle Maßnahmen zur Verringerung der Wärmeübertragung durch die Hüllfläche eines Gebäudes. Er hat nicht nur Bedeutung durch die Reduzierung des Energieverbrauchs und dadurch verbunden, geringere CO2-Emission, Schonung der Energieres- sourcen und Reduzierung der Heizkosten, auch das Wohlbefinden und die Gesundheit der Be- wohner wird durch ein gesundes Raumklima begünstigt. Auf Gebäude entfallen ungefähr 35 Prozent des Energieverbrauchs in Deutschland. Sie sind aktu- ell verantwortlich für ungefähr 120 Millionen Tonnen des Treibhausgases CO2 im Jahr. Diese Emissionen müssten um mehr als 40 Prozent reduziert werden, um die Klimaschutzziele bis 2030 zu erreichen und um weniger abhängig von Energieimporten zu werden. Nach der anfänglichen Wärmeschutzverordnungen WSVO`82 durften Außenbauteile bestimmte zulässige Höchstwerte U nicht überschreiten. Dabei wurde das Verhältnis A/V (Wärmeaustausch- fläche: zu beheizendem Volumen) berücksichtigt. Die novellierten, in regelmäßigen Abständen nachfolgenden Energieeinsparverordnungen EnEV hatten zum Ziel, den jährlichen Heizenergieverbrauch zu senken. Waren am Anfang baulicher Wärmeschutz und anlagetechnischer Wärmeschutz noch getrennt erfasst, werden sie seitdem in einem gemeinsames Anforderungsniveau, dem Jahres-Primärenergiebedarf berücksichtigt. Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) löste am 01.11.2020 die EnEV ab und legt energetische An- forderungen an beheizte oder klimatisierte Gebäude fest. Worauf es bei einer Erneuerung oder Modernisierung ankommt.  Im Gebäudeenergiegesetz (GEG) ist festgelegt, welche energetischen Anforderungen be- heizte und klimatisierte Gebäude erfüllen müssen.  Das Gesetz enthält Vorgaben zur Heizungs- und Klimatechnik sowie zum Wärmedämm- standard und Hitzeschutz von Gebäuden.  Die energetischen Mindestanforderungen an Neubauten sind etwas geringer als in der zu- vor geltenden Energieeinsparverordnung (EnEV).  Eigentümer von Bestandsgebäuden müssen bestimmte Nachrüst- und Austauschpflichten erfüllen.  Beim Neubau gibt das GEG bestimmte Anteile an regenerativen Energien vor, die das Ge- bäude zum Heizen oder auch Kühlen verwenden muss. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 6 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Die energetischen Vorgaben an Gebäude sind im Gebäudeenergiegesetz (GEG) festgelegt. Das Gesetz löst die Energieeinsparverordnung (EnEV) ab und verbindet deren Inhalte mit dem Ener- gieeinsparungsgesetz (EnEG) und dem Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) zu einer Vorschrift. Dabei bleiben die Mindestanforderungen an Neubauten im neuen Gesetz im Vergleich zu den vorigen Verordnungen im Wesentlichen gleich. Das GEG gilt für alle Gebäude, die beheizt oder klimatisiert werden. Seine Vorgaben beziehen sich vorwiegend auf die Heizungstechnik und den Wärmedämmstandard des Gebäudes. Um den Energiehaushalt des Gebäudes zu ermitteln, werden neben der Raumheizung und -kühlung auch die Warmwassererzeugung, der Betrieb von Lüftungsanlagen sowie der Strom berücksichtigt, den diese Geräte im Betrieb benötigen. Zusätzlich muss ein Gebäude bestimmte Vorgaben zum Luft- austausch und zur Minimierung von Wärmebrücken erfüllen. Außerdem formuliert das GEG Anforderungen an vorhandene Klimatechnik sowie an Hitze- schutzmaßnahmen für den Sommer. Das GEG trägt somit auch wesentlich dazu bei, ein behagli- ches Wohn- und Arbeitsumfeld zu schaffen und den Bedarf an Heizenergie zu begrenzen. Der Neubau nimmt im Gesetz den größten Teil ein. Das GEG zielt darauf ab, die Auswirkungen des Neubau-Energiebedarfs zum Heizen und zur Warmwasserbereitung auf die Umwelt zu be- grenzen. Um diese Auswirkungen zu beurteilen, gibt es zwei unterschiedliche Berechnungsmetho- den. Die übliche Methode zielt darauf ab, die Primärenergie zu berechnet, die ein Neubau brau- chen darf. Alternative kann man auch die Menge zulässiger Treibhausgase (CO²) berechnen, die ein Neubau verursachen darf.. Um den zulässigen Bedarf an Primärenergie zu berechnen, betrachten sie die verwendeten Ener- gieträger, die jeweils mit einem spezifischen "Primärenergiefaktor" multipliziert werden. Beispiele: Holzpellets (günstiger Faktor), Erdgas (mittlerer Faktor), Netzstrom (schlechter Faktor)... Zusätzlich vorgeschrieben: Einen Teil der Gebäudeenergie über erneuerbare Energien zu decken.  Primärenergie: Sie schließt alle Prozesse der Energiebereitstellung ein, vom Rohstoffab- bau über den Transport bis zur Verwendung im Gebäude.  Endenergie: Sie wird dem Gebäude von außen zugeführt.  Nutzenergie: Sie wird im Gebäude tatsächlich für den angestrebten Zweck wie Raumhei- zung oder Wassererwärmung verwendet. Dazu zählt auch die "Hilfsenergie", also bei- spielsweise der Strom für Heizungspumpen. Viel häufiger als Neubauten kommen Bestandsgebäude vor, die den Energiebedarf daher stärker bestimmen. Für Bestandsgebäude bestehen einige Nachrüstpflichten, die Sie als Eigentümer grundsätzlich zu einem bestimmten Termin erfüllen müssen. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 7 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Weitere Regelungen und Vorschriften im GEG 1. Sie brauchen einen Energieausweis, wenn Sie vermieten oder verkaufen wollen. Für alle beheizten oder gekühlten Gebäude ist er, zwingend vorgeschrieben und vorzule- gen. Er stuft Gebäude in Effizienzklassen ein 2. Beratungsangebote zum Energieausweis sind zu prüfen, wenn Sie ein Gebäude komplett sanieren oder kaufen möchten 3. Fachunternehmen muss bei Sanierung den Wärmeschutz bestätigen 4. Kommune darf Fernwärme vorschreiben 5. Öl- und Kohleheizungen sind unerwünscht 6. Strom selbst produzieren (z.B. Photovoltaik,… ein Batteriespeicher erhöht den Bonus) 7. Feuerstätten, Klima- und Lüftungsanlagen regelmäßig durch Fachpersonal prüfen Verstöße gegen das Gebäudeenergiegesetz können Behörden als Ordnungswidrigkeit ahnden und mit einem Bußgeld belegen. Luftdichtheit: Um unnötige Energieverluste und auch Tauwasserbildung durch konvektionsbe- dingte Wärmebrücken zu vermeiden, ist es erforderlich eine dauerhafte, luftdichte Gebäudehülle, sowohl in der Fläche als auch an Stößen, Anschlüssen und Fugen, auszuführen. Wenn ein Bauteil allein diese Bedingungen nicht einhalten kann, wird meist Innen eine Folie eingebaut, die bei einer innen liegenden Wärmedämmung davor angeordnet werden muss. Somit kann eine erforderliche Dampfsperre gleichzeitig zum Zwecke der Luftdichtigkeit genutzt werden. Ein erforderlicher, kon- trollierter Mindestluftwechsel (Frischluftrate 30 bis 50 m³ pro Stunde je Person) zum Zwecke der Gesundheit und Beheizung muss jedoch sichergestellt werden. Entweder durch Stoßlüftung (Klimatrennende Außenbauteile kühlen durch Wärmespeicherung nicht aus) oder durch raumluft- technische Anlagen. Dabei darf der nach DIN 13829 gemessene Volumenstrom, bezogen auf das beheizte Luftvolumen, n = 3,0 je Stunde (Stoßlüftung) und n = 1,5 je Stunde (bei Blower-Door) nicht überschreiten. Passivhaus n = 0,6. Beispiele werden in DIN 4108-7 und Anforderungen in DIN 4108-2 aufgeführt, welche durch Thermographie (Infrarot – Wärmebild Kamera) oder einem Differenzdruckverfahren (z.B.Blower- Door) geprüft werden können. Wärmebrücken: Die vorgeschriebenen Grenzwerte für die R – und U – Werte sind grundsätzlich auch an ungünstigen Stellen, ggf. durch zusätzliche Dämmassnahmen einzuhalten. Bauteile durch die die Wärme stärker fließt, nennt man Wärmebrücken. Wir unterscheiden:  materialbedingte (unterschiedliche Baustoffe)  konstruktionsbedingte (Schlitze, Durchbrüche, Nischen)  geometrisch bedingte (Gebäudeecke)  lüftungstechnisch bedingte (an Lüftungseinrichtungen) Wärmebrücken Wärmebrücken verursachen Energieverluste, die klimatrennenden Außenbauteile kühlen daher in diesem Bereich schneller aus. In diesen kalten Zonen kondensiert der von innen nach außen dif- fundierende Wasserdampf schneller, da kalte Luft schneller gesättigt ist. An diesem sogenannten Taupunkt wird aus Wasserdampf Tauwasser. In Folge der Durchfeuchtung kommt es an der inne- ren Oberfläche zu Schimmelpilzbildung. Wärmespeicherung: Wärmespeichernde Bauteile sind erforderlich, um im Winter ein zu schnelles Auskühlen der Räu- me bei Nachlassen der Heizung und im Sommer ein zu rasches Aufheizen zu verhindern. Die Wirksamkeit eines Bauteils ist umso größer, je kleiner der Wärmeverlust und je größer das Wär- mespeichervermögen Q = c**d (c = spezifische Wärme/Tabelle,  = Rohdichte, d = Schichtdicke) Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 8 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Winterlicher Wärmeschutz – Kenngrößen 1) Wärmeleitfähigkeit  (Tabellenwert - klein Lambda) [W / m x K]  = ( Wärmemenge * Stoffdicke ) / ( Zeit * Fläche * Temperatur )  ( Ws * m ) / ( s * m² * K ) Sie gibt diejenige Wärmemenge in Joule (J) / Sekunde(S)  [W] an, die in  1 Sekunde durch  1 m dicke Stoffschicht  auf 1 m² Fläche  bei 1 K Temperaturdifferenz innen und außen verloren geht. Die Wärmeleitfähigkeit hängt ab von der Art des Stoffes allgemein (Dichte), dem Gehalt an eingeschlossener Luft (Struktur) und der Verteilung und Größe der Luftporen und dem Feuchtigkeitsgehalt (Feuchte). 2a) Wärmedurchlasskoeffizient / zahl -  - (groß Lambda) Sie gibt diejenige Wärmemenge in J/S [W] an, die in 1 Sekunde durch 1 m2 einer Stoffschicht einer bestimmten Dicke - d [m] diffundiert bei 1 K Temperaturdifferenz innen und außen.  = /d [W / m2 x K] 2b) Wärmedurchlasswiderstand (Wärmedämmwert) R Kehrwert von  R = d/ [m² x K / W] 2c) Wärmedurchlasswiderstand Rg von ruhenden Luftschichten: 5mm  0,11 7mm  0,13 10mm  0,15 15mm  0,16 0,17; 25mm 0,16 0,19 0,18 50mm 0,16 0,21 0,18 100mm 0,16 0,22 0,18; 300mm 0,16 0,23 0,18 [m² x K / W] 2d) Wärmedämmwert einer mehrschichtigen Wand (Bauteil) Summe aus den R-Werten der diversen Stoffschichten R = d1 / 1 + d2 / 2 + dn / n... 3a) Wärmeübergangskoeffizient(zahl) hi / ha (früher i /a ) – werden nicht benötigt- Sie gibt diejenige Wärmemenge in J/S [W] an, die in 1 Sekunde zwischen 1 m2 der Oberflä- chen eines Bauteils (innen und außen) und der jeweils angrenzenden Luft übertragen wird, bei 1 K Temperaturdifferenz. [W / m² x K] 3b) Wärmeübergangswiderstände Rsi / Rsa /Rse Kehrwert von hi und ha [m² x K / W] Rsi (innen) = 0,13  0,10  0,17 (Richtung Wärmestrom) Rsa (außen) = 0,04 Rse (gegen Erdreich) = 0 4) Wärmedurchgang (allgemein) Er kennzeichnet die Wärmeübertragung eines Bauteils unter Berücksichtigung des Wärme- durchlasses (  , Summe der einzelnen Stoffschichtwerte /d ) und der beiden Wärmeüber- gänge innen und außen: 4a ) Wärmedurchgangswiderstand RT RT= Rsi + R + Rsa [m² x K/W] 4b) Wärmedurchgangskoeffizient (Zahl) U-Wert (früher K) Kehrwert von RT Sie gibt diejenige Wärmemenge in J/S [W] an, die insgesamt in 1 Sekunde durch 1 m2 eines Bauteils diffundiert bei einer Temperaturdifferenz von 1 K zwischen Innen- und Außenluft. U = 1/RT = 1 / Rsi + R + Rsa = 1 / Rsi + ( d1 / 1 + d2 / 2 +...dn / n ) + Rsa [W/m2 x K] Umax. - Werte beim Neubau oder Erneuerung am Altbau (GEG 2020)  Außenwände gegen Luft 0,24  Dachschrägen, Steildächer: 0,24  Flachdächer 0,20  Oberste Geschossdecke 0,24  Decken/Wände gegen unbeheizten Keller, Bodenplatte 0,30  Decken/Wände s.v. (Erneuerung auf beheitzter Seite) 0,50  Decken, die nach unten an Außenluft grenzen 0,24 [W/m² * K] Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 9 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Beispiel: 1 Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten ( U ) Außenwandaufbau im Badbereich: 1. Fliesenbelag d = 0,010 m λ = 1,80 2. Dünnbettmörtel Kalkzement d = 0,005 m λ = 1,00 3. Innenputz Gips mit Zusätzen d = 0,015 m λ = 0,35 4. Mauerwerk Kalksandstein d = 0,240 m λ = 0,70 5. Wärmedämmung Mineralwolle d = 0,120 m λ = 0,035 6. Hinterlüftung d = 0,060 m R = 0,17 7. Granit-Fassadenplatten d = 0,050 m λ = 2,40 [W / m * K] RT = Rsi + d1 / λ1 +... d7 / λ7 + Rsa U = 1 / RT RT = 0,13+0,01/1,80+0,005/1,00+0,015/0,35+0,24/0,70+0,12/0,035+0,17+0,05/2,40+0,04 RT = 4,281 U = 1 / RT = 0,234 Umax. = 0,24 [W/m² * K] Beispiel: 2 Berechnung der Dammstoffdicke ( d ) Um öffentliche Zuschüsse zu bekommen muss ein U-Wert von 0,16 [W/m² * K] erreicht werden. 1 / 0,16 = 0,13+0,01/1,80+0,005/1,00+0,015/0,35+0,24/0,70+ X/0,035+0,17+0,05/2,40+0,04 6,250 = 0,757 + X / 0,035 I - 0,757 5,493 = X / 0,035 I * 0,035 0,192 =X gewählt : 20 cm Beispiel: 3 Berechnung des neuen U – Wertes RT = 0,13 + 0,01/1,80 + 0,005/1,00 +0,015/0,35 + 0,24/0,70 + 0,20/0,035 + 0,17 + 0,05/2,40 + 0,04 RT = 6,741 U = 1 / RT = 1 / 6,741 = 0,155 < 0,16 [W/m² * K] Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 10 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Klimabedingter Feuchteschutz Der klimatische Zustand der Luft wird durch 2 Größen beschrieben: Temperatur:  [°C, K], (Thermometer) Luftfeuchtigkeit: Wasserdampf in der Luft (  kl. Phi) [%] (Hygrometer) In Abhängigkeit zur Temperatur kann die Luft nur eine bestimmte Höchstmenge an Wasserdampf, die Wasserdampfsättigungsmenge aufnehmen (100 % Luftfeuchtigkeit). Im allgemeinen ist in der Luft jedoch eine geringere-, die Wasserdampfteilmenge vorhanden (< 100 %). Die relative Luftfeuchtigkeit gibt jedoch alleine keinen Aufschluss über die vorhandene Wasserdampfmenge. Kalte Luft kann viel weniger Wasserdampf binden als warme-. Wasserdampffreisetzung (g/h): Bsp.: Mensch (Schlaf – 40-50; Hausarbeit – 90; An- strengung – 170) Kochen (200-900) Duschen (1400-1700) Baden (900-1200) Pflanzen (5-15) Wäsche (50-200) Geschirrspüler (100-300) usw. Dampfdruck Für die Untersuchung bauphysikalischer Vorgänge wird der zu jedem Klimazustand gehörende Wasserdampfdruck verwendet [Pascal / Pa]. Für jede Temperatur gibt es einen dazugehörenden tabellarisierten Ps , Wasserdampfsättigungsdruck [Pa] (Grenzwert 100 %  ). Der tatsächlich vorhandene P Wasserdampfteildruck [Pa] (< 100 %  ) kann bei vorgegebener relativen Feuchte ermittelt werden. P =  x Ps   = P / Ps Wasserdampfdiffusion Darunter versteht man die Wasserdampfwanderung, durch das trennende Bauteil im Bestreben sich auszugleichen infolge des Druckgefälles, hervorgerufen durch die Klimaunterschiede innen und außen, warm und kalt, hohem und niedrigem Druck. Tauwasserbildung Man unterscheidet Tauwasserbildung auf Innenoberflächen von Bauteilen und im Innern von Bau- teilen. Dabei wird im von innen nach außen immer kälter werdenden Bauteil oder auch schon an der Oberfläche (z.B. Fenster, Glasspiegel, Fliesen...) die sogenannte Taupunkttemperatur erreicht wobei die  =100 % erreicht, d.h. der Wasserdampfteildruck gleich dem Wasserdampfsättigungs- druck wird. Aus Wasserdampf wird Wasser. Folgen aus den Klimaunterschieden Aus der Abhängigkeit des Dampfdruckes, von Temperatur und Luftfeuchtigkeit lassen sich im Hin- blick auf klimatrennende Außenbauteile folgende Aussagen treffen: 1. Zu jeder Temperatur und ihrem tabellarisierten Ps-Wert und relativen Luftfeuchte ermittelt man einen Wasserdampfteildruck P [Pa]. 2. Durch unterschiedliche P’s innen (Pi) und außen (Pa) entsteht infolge des Druckgefälles Wasserdampfdiffusion durchs Bauteil. 3. Es kommt zu Tauwasserbildung wenn a) bei gleichbleibender Temperatur die Wasser- dampfmenge zunimmt (Küche, Bad..), b) bei gleichbleibender Wasserdampfmenge die Temperatur abnimmt (Außenbauteile/Fenster, Spiegel, Fliesen...). Allgemeine Regeln: 1. Dampfsperren an Bauteil – Innenseiten 2. Wärmedämmung an Bauteil – Außenseiten 3. Innenliegende Wärmedämmung nur in Verbindung mit einer Dampfsperre Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 11 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Baustoff- und Bauteilkenngrößen Diffusionswiderstandszahl ( Müh) [ohne Einheit, Tabellenwert] 10-4 Sie gibt an, wie viel mal größer der Diffusionswiderstand eines Baustoffs gegenüber Luft ist. Bsp.: Luft = 1, Beton = 110, MZ = 8, Holz = 40, Bitumen = 45000, PE-Folie = 90000, Glas =  (Tabellen) Diffusionsleitzahl (Koeffizient)  (kl. Delta) - wichtig nur für Berechnungen - Sie gibt die unterschiedlichen Wasserdampfdurchlässigkeiten der verschiedenen Baustoffe in [kg] an, die durch 1 m2 einer 1 m dicken Baustoffschicht bei einem Druckgefälle von 1 Pa von warm nach kalt in einer Stunde diffundiert. Für diffusionstechnische Berechnungen wird folgende Formel im Bezug zur Luft angewandt.  =  (Luft) /  = 0,67 x 10-6 /  [kg/m x Pa x h] Diffusionsäquivalente Luftschichtdicke Sd =  x d [m] Sie gibt für eine Bauteilschicht [m] die gleichwertige Luftschichtdicke [m] hinsichtlich Diffusions- dichtigkeit an. Bsp.: 20 cm Beton  = 110 => Sd = 22 m; Hartschaum 10 cm  = 50 => Sd =5 m; 1 mm PE-Folie  = 90000 => Sd = 90 m; Sd ≤ 0,5 m = diffusionsoffen Sd > 0,5 ≤ 1500 m = diffusionshemmend; Sd > 1500 m = diffusionsdicht Diffusionsdurchlasszahl (Koeffizient)  (gr.Delta) - wichtig nur für Berechnungen - Sie gibt die Wasserdampfmenge [Kg] an, die durch 1 m² Bauteil mit der Dicke d [m] bei einem Druckgefälle von 1 Pa von warm nach kalt in 1 Stunde diffundiert.  = /d = 0,67 x 10-6/ x d = 0,67 x 10-6/Sd [kg/m² x Pa x h] Diffusionsdurchlasswiderstand Z ( früher1/) - wichtig nur für Berechnungen - Er kennzeichnet den Widerstand den ein Bauteil der Wasserdampfdiffusion entgegensetzt. Kehr- wert von  Einschichtig: Mehrschichtig: Summe der Einzelwerte Z = d/ =  x d/0,67 x 10-6 = Sd/0,67 x 10-6 Z =  dn /n [m² x Pa x h/kg] Temperatur- und Wasserdampfdruckverläufe im Bauteil 1.Temperaturverlauf (  - Temperatur - Differenz) Aufgrund unterschiedlicher Lufttemperaturen innen und außen fließt durch das trennende Bauteil eine konstant bleibende Wärmemenge. Aus dieser Bedingung heraus, lassen sich die Tempera- turdifferenzen in den einzelnen Schichten ermitteln und als Temperaturverlauf in einem Koordina- tensystem darstellen. Die Abszisse gibt die Stoffdicke an und auf der Ordinate wird die Temperatur abgetragen. Temperaturdifferenzen: Raumluft zum Bauteil i = U * Rsi * (  30° ) Baustoffschichten n = U * Rn (1,2,3...) * (  30° ) Bauteil zur Außenluft a = U * Rsa * (  30° ) 2. Wasserdampfsättigungsdruckverlauf (Ps) Analog zum Temperaturverlauf wird der Ps - Verlauf ermittelt, anstatt Stoffdicke wird - Sd - und für Temperatur – Ps - in Pascal [ Pa ] ins Glaser-Diagramm übertragen. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 12 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 13 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 14 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde 3. Wasserdampfteildruckverlauf ( P) Die beiden außen und innen durch die Klimadaten bestimmten P-Drücke ( x Ps) werden auf kür- zester Strecke miteinander verbunden, wobei P immer ≤ Ps sein muss. Glaser-Verfahren / Diagramm Im Gegensatz zum Temperaturverlauf wird im Diffusionsdiagramm der Bauteilquerschnitt im Maß- stab - Sd auf der Abszisse dargestellt und auf der Ordinate der Wasserdampfdruck in Pascal. Überträgt man aus dem Temperaturverlauf den daraus abgeleiteten Ps-Verlauf als Grenzwerte ins Glaser-Diagramm, kann man diesen Grenzverlauf mit der vorhandenen Wasserdampfteildruckver- teilung vergleichen. Diesen P-Verlauf bekommt man indem die kürzeste Verbindungslinie zwi- schen dem Wasserdampfteildruck innen und außen Pi und Pa konstruiert wird, wobei die Bedin- gung P ≤ Ps eingehalten werden muss. Im Diffusionsdiagramm kann durch die Berührungspunkte der beiden Dampfdruckverläufe nicht nur der Ort des Tauwasseranfalls gekennzeichnet werden, sondern auch seine Menge [kg/m2], die im Winter, der sogenannten Tauperiode anfällt. Ebenso kann man die Verdunstungsmenge, wel- che im Sommer, der Verdunstungsperiode ausdiffundiert, ermitteln. Klimadaten: Tauperiode: 60 Tage => 1440 h (tt ) außen => -10°C  = 80 % => Pa = 208 [Pa] innen => +20°C  = 50 %  Pi =1170 [Pa] Verdunstungsperiode: 90 Tage => 2160 h (tv) außen und innen +12°C  = 70 % Pa und Pi = 982 [Pa] Geometrisch können 3 Fälle im Glaser-Diagramm eintreten: 1. P ist stets kleiner wie Ps (keine Kondensation) 2. Der P-Verlauf berührt den Ps-Verlauf an einem Punkt. (Tauwasser fällt in dieser Ebene an). 3. Der P-Verlauf berührt die Ps-Kurve an 2 Punkten, wo zwischen die beiden Verläufe identisch sind (Tauwasser in diesem Bereich). Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 15 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Aufgabenstellung : Glaserdiagramm - Berechnung Wandaufbau : Skizze Schichten Material Rohdichte kl.Lambda Müh Dicke [m] Sd [m] 1 Kunststeinbelag 1,7 1,3 40 0,03 2 Kunstharzkleber 1,1 0,7 50 0,002 3 Gipsputz ohne Zusätze 1,2 0,51 10 0,015 4 Kalksandstein 1,6 0,79 15 0,24 5 Dämmung EPS 030 / 0,03 20 X 6 Kalkzementputz 1,8 1 15 0,015 7 Sediment-Naturstein 2,6 2,3 60 0,04 1. Berechne die Dämmschichtdicke um einen U - Wert von 0,18 zu erreichen, 2. Skkiziere im Maßstab 1:4 das Wandbauteil ! ( Wandaufbau s.o. ) 3. Runde auf eine gerade Stärke und berechne den genauen U - Wert auf 3 Stellen hinter dem Komma ! 4. Ordne den Stoffdicken die diffusionsäquivalente Luftschichtdicke Sd zu ( s.o. )! 5. Berechne durch die Temperaturdifferenzen zwischen den einzelnen Stoffschichten den Temperaturverlauf durchs klimatrennende Bauteil ! 6. Ordne den Temperaturen den jeweiligen Wasserdampfsättigungsdruck ( Ps ) zu! (Schneider) 7. Übertrage den Temperaturverlauf als Ps - Druckverlauf ins Glaserdiagramm ! 8. Stelle zeichnerisch, mit dem eintragen des P - Druckverlaufes, dar, ob und wenn ja, wo Tauwasser anfällt ! 9. Stelle im Glaser - Diagramm dIe Verdunstungsperiode dar ! ( Psw im Taupunkt ) 10. Mit den im Diagramm ermittelten Daten berechne die anfallende Tauwasser- menge aus der Tauperiode und vergleiche mit der zu berechnenden Verdunstungsmenge - aus der Verdunstungsperiode ! Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 16 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde  2400 Pa 2300 Pa 2200 Pa 2100 Pa 2000 Pa 1900 Pa 1800 Pa 1700 Pa 1600 Pa 1500 Pa 1400 Pa 1300 Pa 1200 Pa 1100 Pa 1000 Pa 0900 Pa 0800 Pa 0700 Pa 0600 Pa 0500 Pa 0400 Pa 0300 Pa 0200 Pa 0100 Pa 0000 Pa Sd Sd Sd Sd Sd Sd Sd Sd Sd Sd Sd Sd 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,00 11,00 12,00 Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 17 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Anforderungen Es ist nachzuweisen, daß mW,T  zul.mW,T und mW,T  mW,V. Für zul. mW,T gilt: Eine Tau- wasserbildung in Bauteilen ist unschädlich, wenn durch Erhöhung des Feuchtegehalts der Bau- und Dämmstoffe der Wärmeschutz und die Standsicherheit der Bauteile nicht gefährdet werden. Diese Voraussetzungen liegen vor, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind: - Das während der Tauperiode anfallende Wasser muß in der Verdunstungsperiode wieder abge- geben werden können. - Die Baustoffe, die mit Tauwasser in Berührung kommen, dürfen nicht geschädigt werden (Korro- sion, Schimmelpilz...). - Bei Dach- und Wandkonstruktionen darf allgemein eine Tauwassermenge von 1,0 kg/m² nicht überschritten werden. - Die Tauwassermenge an Berührungsflächen von kapillar nicht wasseraufnahmefähigen Schichten darf 0,5 kg/m² nicht überschreiten. - Neben der Einhaltung von Punkt c) ist bei Holz eine Erhöhung des massebezogenen Feuchte- gehaltes um mehr als 5%, bei Holzwerkstoffen um mehr als 3% unzulässig. Bauteile, für die kein rechnerischer Nachweis des Tauwasserausfalls erforderlich ist (nach DIN 4108-3) Außenwände Ein- und zweischaliges Mauerwerk nach DIN 1053-1 (auch mit Kerndämmung), Wände aus Nor- malbeton nach DIN 1045, Wände aus gefügedichtem Leichtbeton nach DIN 4219-1 ind DIN 4219- 2, Wände aus Porenbeton nach DIN 4223, Wände aus haufwerkporigem Leichtbeton nach DIN 4232, jeweils mit Innenputz und folgenden Außenschichten: Putz nach DIN 18 550-1 oder Ver- blendmauerwerk nach DIN 1053-1; angemörtelte oder angemauerte Bekleidungen nach DIN 18 515-1 und DIN 18 515-2, bei einem Fugenanteil von mindestens 5%; hinterlüftete Außenwandbe- kleidung nach DIN 18 516-1 mit und ohne Wärmedämmung; Außendämmung nach DIN 1102 oder nach DIN 18 550-3 oder durch ein zugelassenes Wärmedämmverbundsystem Wände, wie unter s.o. aber mit Innendämmung und einem Wärmedurchlaßwiderstand der Wärmedämmschicht von R  1,0 m² x K/W sowie einem Wert der wasserdampfdiffusionsäquivalente Luftschichtdicke der Wärmedämmschicht mit Innenputz bzw. Innenbekleidung Sd  0,5 m. Wände in Holzbauart DIN 68 800-2:1996-05 mit vorgehängten Außenwandbekleidungen, zugelassenem Wärmedämmverbund- system oder Mauerwerk-Vorsatzschalen, jeweils mit raumseitiger diffusionshemmender Schicht mit Sd  2m. Holzfachwerkwände mit Luftdichtheitsschicht, in den Varianten: - mit wärmedämmender Ausfachung (Sichtfachwerk); - mit Innendämmung (über Fachwerk und Gefach) mit Wärmedurchlaßwiderstand der Wärme- dämmschicht R  1,0 m² x K/W und einer wasserdampfdiffusionsäquivalenten Luftschichtdicke mit Innenputz und Innenbekleidung Sd  1,0 m; - mit Außendämmung /über Fachwerk und Gefach) als Wärmedämmverbundsystem oder Wärme- dämmputz, deren Sd,a  2m ist, oder mit hinterlüfteter Außenwandbekleidung. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 18 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Feuchtigkeitsschutz DIN 18195 Die wohl häufigsten Schäden im Bauwesen sind auf mangelhaften Feuchteschutz zu- rückzuführen. Folgen sind:  Frostschäden  ausgelaugter Mörtel  Ausblühungen  Korrosion  Schlechtere Wärmedämmung usw.  Fäulnis und Pilzbefall  Geruchsbelastung  Aber auch die Gesundheit der Bewohner, wird aufgrund eines kühl-feuchten Raumklimas be- einträchtigt ( Rheuma, Asthma, Allergien usw. ) In folgenden Formen werden Bauwerke durch Feuchtigkeit beansprucht.  Niederschläge  Tauwasser  Bodenfeuchtigkeit (Haftwasser, Saugwasser, Kapillarwasser, nicht stauendes Wasser)  nicht drückendes Wasser (Niederschlagswasser, Sickerwasser, Brauchwasser)  drückendes Wasser (Grundwasser, Schichtenwasser, Hangwasser, Stauwasser) Um eine Beurteilung über Art und Umfang der Wasserbeanspruchung von erdberührenden Bautei- len abgeben zu können, müssen folgende Kenntnisse vorhanden sein:  Geländeform (z.B. Hanglage)  Bodenart (bindig, nichtbindig, Fels...)  Bodenprofil (Schichtenabfolge, - dicke, Wasseradern...)  höchster Grundwasserpegel  Wasserdurchlässigkeit des Bodens ( Durchlässigkeitsbeiwert k > 10-4 m/s k > 0,1 mm/s ) Bauwerksabdichtung DIN 18195 - August 2000 Teil 4:  Lastfall Bodenfeuchte ( stark durchlässiger Boden ohne Drainage )  Lastfall nicht stauendes Sickerwasser ( wenig durchlässiger Boden mit Drainage ) Teil 5:  Lastfall nicht drückendes Wasser auf Deckenflächen ( Gefälle, Ablauf )  Lastfall nicht drückendes Wasser in Nassräumen ( Gefälle, Ablauf ) Teil 6:  Lastfall von außen drückendes Wasser ( durchlässiger Boden im langjährig ermitteltem Grundwasser- oder Hochwasserpegel )  Lastfall aufstauendes Sickerwasser ( wenig durchlässiger Boden ohne Drainage mit einer Gründungstiefe bis 3,00 m unter GOK ) Teil 7:  Lastfall von innen drückendes Wasser Schutz gegen Niederschlagswasser : Die Maßnahmen beginnen bereits bei der Planung in Be- zug auf die umgebende Geländeroberfläche. Sie sollte so modelliert werden, dass Oberflächen- wasser mit genügend Gefälle vom Bauwerk abgeleitet wird. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 19 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Gegen Spritzwasser ist zu schützen, indem im Sockelbereich die vertikale Abdichtung bis zur horizontalen Abdichtung min. 30 cm über Gelände ausgeführt wird. Es wird nach Schlag- regenbeanspruchung I geringe-, II mittlere- und III starke- unterschieden. Bauteile die Niederschlägen direkt ausgesetzt sind, sollten so geformt sein, dass das Wasser schnell und restlos abläuft. Außerdem müssen sie aus Baustoffen bestehen, bei denen die Eindringgeschwindigkeit des Wassers geringer als die Zeit der Verdunstung ist (wenig saug- fähig, dicht, wasserabweisend). Werden Bauteile verwendet, die diesen Bedingungen nicht entsprechen, so müssen sie durch Überdachungen, Abdeckungen, Verkleidungen, Anstri- chen o.ä. geschützt werden.  Def.: Bodenfeuchte Bodenfeuchtigkeit liegt vor, wenn der Boden so durchlässig ist, dass auch stark anfallendes Wasser von der Oberfläche des Geländes bis zum ausreichend unter Fundamentsohle lie- genden Grundwasser absickern kann, ohne sich auch nur kurzfristig zu stauen. Mit dieser Feuchtigkeit muss auf jeden Fall gerechnet werden.  Def.: Nicht drückendes Wasser Wasser in tropfbarer flüssiger Form, welches keinen oder nur vorübergehend einen gering- fügigen hydrostatischen Druck ausübt. Damit ist bei bindigen Böden, in Hanglage und bei sämtlichen waagerechten oder schwach geneigten Bauflächen zu rechnen.  Def.: Drückendes Wasser Zwingen besondere Umstände dazu ein Gebäude unterhalb des Grundwasserpegels zu legen, oder wenn durch Stauwasser, Hochwasser usw. die Gefahr der Einwirkung von drü- ckendem Wasser besteht, muss die Abdichtung gegen den hydrostatischen Druck eine ge- schlossene Wanne, entweder aus WU-Beton (weiße Wanne) oder mit wasserdruckhalten- den Dichtungen (schwarze Wanne) bilden. Auch eine (braune Wanne) - granuliertes Ben- tonit in Geotextilien vernadelt und unverschieblich im Beton eingebunden- hält dem hydro- statischen Druck stand.  Fußbodenabdichtung Bei nicht erdberührten Böden sind keine Maßnahmen erforderlich. Bei Erdberührten ist in Abhängigkeit zur Nutzung zu differenzieren. Bei untergeordneten Lagerräumen reicht eine kapillarbrechende Schüttung (d = 15 cm). Keller - Aufenthaltsräume müssen jedoch abge- dichtet werden.  Vertikale Wandabdichtung Die erdberührten Wandflächen sind mit einer Abdichtung vom Fundamentabsatz bis 30 cm über Gelände (Spritzwasser) auszuführen. Die Abdichtung ist mit Schutzschichten zu ver- sehen. Die Verfüllung erfolgt mit nicht bindigem Boden.  Horizontale Wandabdichtung Sie hat die Aufgabe, Kapillarität in den Kellerwänden zu verhindern. Bei Beton wird darauf verzichtet. Die unterste Abdichtung wird ca. 10 cm über dem Fußboden, die obere etwa 30 cm über Gelände eingebracht. Bei den Innenwänden entfällt die obere Abdichtung. Liegt UK-KG-Decke nicht min. 5 cm über der oberen Abdichtung, d.h. 35 cm über Oberkante Ge- lände, wird eine 3. Abdichtung nötig. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 20 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Schallschutz DIN 4109 „Eines Tages werden wir den Lärm bekämpfen müssen wie die Pest“. (Robert Koch 1843 - 1910). Der Lärm -störender Schall- ist für den Menschen nicht nur eine starke Belästigung, sondern wirkt sich auch schädlich auf die Gesundheit aus. Auch subjektive Faktoren beein- flussen das Lärmempfinden ( Stimmung, Gesundheit, Alter...). Wo findet denn der lärmgeplagte Mensch seine ersehnte Ruhe? Zumindest für die eigenen 4 Wände sollte er sie erwarten dürfen. Unter Schall versteht man mechanische Schwingungen und Wellen, die sich in festen, flüssigen und gasförmigen Stoffen ausbreiten können. Es wird unterschieden zwischen: Luftschall und Körper(Tritt)schall. Frequenz: Sie ist die Anzahl der Schwingungen je Sekunde. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Tonhöhe zu. Ca. 16 – 20000 Hz sind für das menschliche Ohr hörbar. 20000 Ultraschall [Hz, Hertz]. Schalldruck: Er wird mit elektrischen Schallpegelmessern gemessen, welche die über den norma- len Luftdruck (ca. 1 bar) hinausgehenden Luftdruckschwankungen in Dezibel [dB] aufzeichnen. Lautstärke: Der gemessene Schalldruckpegel entspricht nicht genau dem menschlichen Schall- empfinden. Tiefe Töne niedriger Frequenz, werden weniger laut wie hohe Töne hoher Frequenz empfunden, obwohl sie dieselbe Schallstärke ergeben. Bei Frequenzen um 1000 Hz ist das menschliche Ohr besonders empfindlich. Aus diesem Grund wurde der Lautstärkepegel eingeführt, welcher das menschliche Schallempfinden annähernd berücksichtigt. A-bewerteter Schallpegel [ dB(A) oder Phon ]. Beispiele von Lautstärke [dB(A), Phon] 0 - 10 beklemmende Stille, 20 - 30 Uhrenticken, 30 - 40 Nachtgrundpegel, 50 - 60 Gespräche, 70 - 80 Geschrei/laute Musik, 80 - 90 Verkehrslärm, 100 - 110 Disco, 120 Schmerzgrenze, 130 - 140 Düsenflugzeug, 150 -160 Explosion Das Ziel der Norm ist der Schutz des Menschen in Aufenthaltsräumen  vor Luft und Trittschall aus benachbarten Räumen  vor Lärm aus haustechnischen Anlagen oder Betrieben im selben Gebäude  vor Außenlärm Hinsichtlich der Anforderungen im baulichen Schallschutz gilt die Schallschutznorm DIN 4109, welche in die Regelwerke Mindestschallschutz und erhöhter Schallschutz getrennt wird. Zu- sätzlich kann als weiteres Regelwerk die VDI-Richtlinie 4100 genannt werden, welche in Schall- schutzstufen SSt I einfacher - (wie Mindestschallschutz), SSt II üblicher – (wie erhöhter – aus fremden Räumen) und SSt III gehobener Standart (Wie SSt II + Außenlärm) aufgegliedert werden. Mindestschallschutz sind gesetzlich festgelegte Anforderungen, die zufriedenstellende akustische Bedingungen nicht zwangsläufig sicherstellen. Erhöhter Schallschutz sollte dann realisiert werden, wenn ein höherwertiger Nutzungszweck erkennbar ist, insbesondere bei Eigentumswohnungen. Sie findet keine Anwendung beim Schutz vor Luft- u. Trittschall im eigenen Wohnbereich (Empfeh- lungen) und Fluglärm (Gesetz zum Schutz gegen Fluglärm) Gegenüber dem Mindestschallschutz empfiehlt sich für den erhöhten ein deutlich erkennbarer Un- terschied von 3 dB mehr beim Luftschall und 7 dB mehr beim Trittschall. Die Berechnungsverfahren wurde europaweit in 6 Teilen in der DIN EN 12354 überarbeitet. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 21 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Schalldämmung: Dabei soll weitestgehend verhindert werden, dass der Schall durch ein trennendes Bauteil durch- dringt (Schallschutz eines Raumes gegen von außen eindringendem Schall). In der Regel durch schallreflektierende Hindernisse. Prinzipiell kann aber auch durch schallabsor- bierend Maßnahmen die Schallübertragung gemindert werden. Schallabsorption: Dabei soll die Nachhallzeit (T) von in einem Raum (V) entstandenem Schall verkürzt werden (Raumakkustik). Der Verlust an Schallenergie ist auf die Absorption / Schluckung zurückzuführen, welche durch leichte, rauhe, porige Stoffe mit einer größeren Oberfläche erreicht wird. Absorption bedeutet nicht reflektierte Schallenergie zu auftreffender Schallenergie. Die Absorption kann auch noch erhöht werden, wenn eine mitschwingende absorbierende Schale frei vor der Wand ausge- bildet und mit Dämmstoffen hinterlegt wird. Schallabsorptionsgrad (  ) : =O = völlige Reflexion =1 = völlige Absorption. (Tabellenwerte) Schallabsorptionsfläche eines Raumes: A = A1 * 1 + A2 * 2 +....+ An * n oder A = 0,163 * V / T [m²] Luftschallschutz Die Schalldämmwirkung R eines Bauteils z.B. einer Wand wird festgestellt, indem die Lautstärke im lauten Raum L1 (Sender) und im leisen Raum L2 (Empfänger) gemessen wird. Die Lautstärke- abschwächung hängt nicht nur vom Schalldämmmaß der trennenden Bauteilkonstruktion (Fläche S) und der Schalllängsleitung der flankierenden Bauteile ab, außerdem spielen die Größe der Wand- und Deckenfläche sowie Absorption (A) und Reflexion in den benachbarten Räumen eine Rolle. R = L1 - L2 + 10 * lg * S / A [dB] Die Bewertung der Luftschalldämmung erfolgt durch den Vergleich der gemessenen R-Werte (Messkurve) mit den genormten Werten (Sollkurve). Je höher die Messkurve über der Sollkurve liegt, umso besser die Dämmung. Die Abweichung wird durch das bewertete Schalldämmmaß gekennzeichnet, wobei Rw das im Labor gemessene Dämmmaß nur für das Bauteil angibt und R’w das bewertete Schalldämmmaß unter Berücksichtigung auch der Schallnebenwegübertra- gung, (flankierende Bauteile und andere Schallnebenwege wie Rohre, Kanäle, Undichtigkeiten...) welche vor Ort ermittelt werden, angibt. Grundprinzip der Luftschalldämmung Einschalige Bauteile sollten eine möglichst hohe flächenbezogene Masse haben. Je schwerer, dichter und dicker das Bauteil, umso besser die Dämmung. Große Hohlräume verringern jedoch die Dämmung gegenüber gleich - schweren Bauteilen ohne Hohlräume. Mehrschalige Bauteile haben bei gleicher Masse eine auf jeden Fall bessere Schalldäm- mung. Sie schwingen nicht als ganzes, sondern die 2. Schale, welche über eine Luft- und/oder Dämmschicht mit der Ersten verbunden ist, führt geringere Schwingungen aus. d.h. bei 2-schaligen Konstruktionen lässt sich eine entsprechende Luftschalldämmung mit einer geringeren flächenbezogenen Masse erzielen. Einflussfaktoren:  Biegesteifigkeit  Schalenabstand  mechanische Verbindung der Schalen  Hohlraumfüllung  System - Resonanzfrequenz  flächenbezogene Masse  Ausbildung der Anschlüsse  Ausfüh- rungsqualität Die DIN 4109 unterscheidet 3 Konstruktionsprinzipien:  2 biegeweiche Schalen  1 biegeweiche Schale vor 1 biegesteifen Wand  2 biegesteife Wände Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 22 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 23 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Trittschallschutz Die Dämmwirkung einer Decke gegen Trittschall wird mit Hilfe eines genormten Hammerwerkes bestimmt. Gemessen wird dabei der Schallpegel LT im darunter-liegenden Raum, bei verschiede- nen Frequenzen. Aus diesen Werten werden ähnlich wie beim Luftschall die Norm-Trittschallpegel errechnet. L`n = LT + 10 lg * ( A / A0( 10m² )) [dB] Die Bewertung der Trittschalldämmung erfolgt durch den Vergleich der Messkurve mit der in DIN 52210-4 festgelegten Sollkurve. Je weiter die gemessenen Werte unter den Soll- Schallpegelwer- ten liegen, umso besser die Trittschalldämmung. Die Abweichung der beiden Kurven wird heute mit dem bewerteten Norm-Trittschallpegel L n,w (Labor) ohne Nebenwege und L`n,w (Bau) mit Nebenwegen angegeben. Grundprinzip der Trittschalldämmung Zwar nimmt die Trittschalldämmung einschaliger Decken mit ihrer flächenbezogenen Masse zu, eine ausreichende Dämmung kann jedoch nur mit einer Deckenauflage erreicht werden. Am wirk- samsten ist die Ausführung eines schwimmenden Estrichs. Er besteht aus einer starren, lastver- teilenden Platte, z.B. Zementestrich. Diese steife und feste Platte liegt auf einer weichfedernden Dämmschicht, hauptsächlich Schaumkunststoffe auf, welche je nach Belastung und Federungs- vermögen nach dynamischer Steifigkeit eingeteilt werden. Auch die Wände und Installationen müssen mit Dämmstoffen und -manschetten so abgetrennt sein, dass der eigentliche Fußboden komplett auf der Dämmung aufschwimmt und das Eindringen von Körper- bzw. Trittschall in die Decken- und Wandkonstruktion weitgehend verhindert wird. Bei einer Holzbalkendecke erziele ich den selben Effekt in dem man die Auflage durch Dämmstrei- fen von den Balken trennt. Hängt man die Unterdecke, welche fugendicht, biegeweich und mit elastischem seitlichen Anschluss ausgeführt werden soll 5 - 10 cm ab und verfüllt den Hohlraum mit schallschluckenden Dämmmaterial wird zusätzlich die Luftschalldämmung im darunterliegen- den Raum verbessert. Grundvoraussetzung für eine Dämmwirkung ist eine fachgerecht schallbrückenfreie Ausführung. Außenwand zwischen Schall- und Wärmeschutz Die aus wärmetechnischen Gründen erforderlichen Maßnahmen haben auch Auswirkungen auf den Schallschutz. Wesentlich dabei ist, dass sich wärme- und schalltechnische Belange oftmals konträr, da Verbesserungen im Wärmschutz (niedrige Rohdichte – leicht/porig - kleiner -Wert,) für Verschlechterungen im Luftschallschutz (hohe Rohdichte - schwer/dicht -große flächenbezogene Masse) sorgen. Konstruktiv wäre diese Problematik zu lösen mit einem schweren, dichten Mauer- werk mit einer möglichst hohen flächenbezogenen Masse, und einer vorgelagerten Wärmedäm- mung. Z.B. Wärmedämmverbundsystem, mit der wärmetechnisch sowieso bessere Werte zu er- reichen sind, als mit einem noch so gut wärmedämmenden Baustein. In einem solchen Fall kann dann auch der flankierende Längsschallübertragung durch eine Stumpfstoßtechnik bei der die Trennwand die Außenwand durchstößt konstruktiv begegnet werden. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 24 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Brandschutz DIN EN 13501 (DIN 4102) Im Brandfalle müssen, bis Löschhilfe eintrifft, die tragenden Bauteile von den heißen Brandgasen abgeschirmt werden, z.B. durch Ummantelungen mit nicht brennbaren Stoffen, die sich im Feuer möglichst wenig verändern, rissfrei bleiben und einen hohen Wärmdämmwert besitzen. So können brennbare Stoffe eine gewisse Zeit lang unter ihrer Entflammungstemperatur gehalten oder nicht brennbare Bauteile für eine bestimmte Zeit vor Temperaturerhöhungen geschützt werden, die zu Strukturveränderungen, Verminderung der Festigkeit und Standsicherheit, Rissbildungen oder Verformungen führen würden. Die LBO’s der einzelnen Bundesländern enthalten die wesentlichen Brandschutzvorschriften. Speziellere Brandschutzbestimmungen werden noch in Gewerbeordnung, Garagen- und Tunnelverordnung oder auch Hochhausrichtlinien usw. festgelegt. Dort wird geregelt, welche Anforderungen unter bestimmten Bedingungen an Baustoffe und Bauteile hinsichtlich des Brandschutzes zu stellen sind. Allgemein gilt der in der Musterbauordnung (MBO) der LBO’s formulierte Grundsatz: „Bauliche Anlagen sind so anzuordnen, zu errichten und zu unterhalten, dass der Entstehung und der Ausbreitung von Schadenfeuer vorgebeugt wird und bei einem Brand wirksame Löscharbeiten und die Rettung von Leben möglich sind“ Beim baulichen Brandschutz unterscheidet man: 1. Planerische Maßnahmen (Fluchtwege, Brandabschnitte.....) 2. Konstruktive Maßnahmen (geeignete Baustoffe, -Systeme....) 3. Technische Vorkehrungen (Warn-, Melde-, Löscheinrichtungen....) Brandvorgang: ist ein chemischer Vorgang (schnelle Oxidation), die so schnell verläuft, dass die dabei frei- werdende Energie Licht- und Wärmestrahlung verursacht. Drei Voraussetzungen müssen gegeben sein: 1. brennbarer Stoff 2. Sauerstoff 3. Entzündungstemperatur Brandverhalten: Konstruktionen aus brennbaren Baustoffen weisen ggf. ein günstigeres Brandverhalten auf als Konstruktionen aus nicht brennbaren Baustoffen. z.B. verliert Stahl bereits bei schwacher Rotglut ca. 50 % seiner Tragfähigkeit, verformt sich erheblich und zerstört auch angrenzende Bauteile bevor er urplötzlich zusammenstürzt. Im Gegensatz zu z.B. einem brennbaren Leimholzträger, welcher im Brandfall nur langsam seine Tragfähigkeit verliert. Die Damp- fentwicklung und Verkohlung an der Oberfläche ruft durch ihre Dämmwirkung sogar einen natürlichen Brandschutz hervor. Baustoffverhalten  Entflammbarkeit  Wärmeentwicklung  Rauchentwicklung..... Bauteilverhalten  Raumabschluss  Tragfähigkeit  Temperaturdurchgang  Funktionserhalt..... Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 25 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Brennbarkeitsklassen (Baustoffe) alt DIN 4102 neu DIN EN 13501 (Euroklassifizierung) A1, A2, B, C, D, E, F, G A1 / A1 nicht brennbare Baustoffe => Beton, Steine, Glas, Stahl, Gips.... A2 / A2 nicht brennbare Baustoffe mit geringen Mengen brennbarer Bestandteile=> Mineralfaser-Dämmstoffe, GKF..... B1 / B-C schwer entflammbare Baustoffe=> GKB, Spanplatten, PS...... B2 / D-E normal entflammbare Baustoffe) => Holz d ≥ 2 mm, Dachpappe PVC..... B3 / F leicht entflammbare Baustoffe => Holz d < 2 mm, Papier, Holzwolle......Bei der Kombination von Baustoffen werden folgende Bauweisen unterschieden: AB / AB alle wesentlichen Baustoffe des Bauteils sind nicht brennbar, die übrigen kön- nen brennbar sein BA / G brennbare Unterkonstruktion und Dämmstoffe eventuell Beplankung, welche durch eine nicht brennbare Bekleidung abgedeckt sind. –Diese Bauweise exis- tiert erst im Entwurf der MBO kommt aber schon zum Einsatz. Neben den Hauptklassifizierungskriterien  Entzündbarkeit  Flammenausbreitung  Wärmeentwicklung für die Einteilung in die Brennbarkeitsklassen A1 bis F, werden zusätz- lich die Brandparallelerscheinungen wie  Rauchentwicklung (smoke) s1- keine / kaum- s2- begrenzte- s3- unbeschränkte Rauchentwicklung  brennendes abfallen / abtropfen (droplets) d0- kein- d1- begrenztes- d2- starkes Abtropfen ermittelt und hinter der Brennbarkeitsklassifizierung angehangen z.B. A2 - s3, d2. In diesem Beispiel wird ein an und für sich nicht brennbarer Baustoff, trotzdem nur in schwerentflamm- bar eingeteilt. Feuerwiderstandsklassen: In ihnen werden Bauteile klassifiziert, wobei die Feuerwider- standsdauer zum Ausdruck gebracht wird, in der das Bauteil seine Aufgaben während eines Feuers im Rahmen eines Gebäudes erfüllen kann (raumabschließend, tragfähig). Für die Einordnung der Bauteile in die bestimmten Widerstandsklassen werden die Temperaturen auf beiden Seiten des Bauteils gemessen, außerdem Rauchgas- und Qualmdichtigkeit, stati- sche Standfestigkeit, das Verhalten beim Auftreffen von Löschwasser und die Entwicklung giftiger Gase geprüft. Danach werden Bauteile allgemein in (alt) DIN 4102 eingestuft:  F30 feuerhemmend  F60 hochfeuerhemmend  F90 feuerbeständig  F120 feuerbeständig  F180 hochfeuerbeständig. Für Sonderbauteile gibt es funktionsspezifische Einteilungen:  W (Nichttragende Wände)  T (Feuerschutzabschlüsse)  L (Lüftungsleitungen)  K (Brandschutzklappen)  S (Kabelabschottungen)  R (Rohrleitungen)  E (Funktionserhalt von Kabelanlagen)  I (Installation)  G (Verglasung) In der neuen Europäischen Klassifizierung von Bauteilen wird zwischen tragenden- und nicht tragenden Bauteilen sowie zwischen weiteren Anforderungen unterschieden:  I (nur zulässigeTemperaturerhöhung, durch Dämmung)  R (Erhalt der Tragfähigkeit)  M (Erhalt mechanischer Anforderungen)  S (Begrenzung der Leckrate für Brandrauch)  E (Raumabschluß gegen Rauch und Feuer)  C (automatische Schließvorrichtung)  W (Begrenzung des Strahlungsdurchgangs ohne Brandübertragung) Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 26 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Die Zeiteinteilung ist wesentlich differenzierter als in der DIN 4102 und umfasst zusätzlich im kurzen Zeitbereich F15, F20, F30, außerdem F45 im mittleren Zeitsektor, F60, F90, F120, F180 und wegen besseren Evakuierungsmöglichkeiten bei großen Brandkatastrophen, im langen Zeitsegment zusätzlich F240 und F360 Minuten Feuerwiderstandsdauer. Ein Bauteil wird nach seinen Fähigkeiten mit den Anforderungs-Kennbuchstaben und der Feuerwiderstandsdauer bezeichnet. Bsp.: REIM–90 EIW–60 Die Feuerwiderstandsdauer eines Bauteils hängt nach DIN 4102 T4 im wesentlichen ab von:  verwendeten Baustoffen  Bauteilabmessungen  Schlankheit Konstruktionsart  statischem System  Höhe der Belastung  Anordnung von Bekleidungen. Ein Nachweis durch ein Prüfverfahren muss erbracht sein. ÜH - Eigenüberwachung des Her- stellers, ÜHP - Erstprüfung durch Prüfstelle und Eigenüberwachung, ÜZ - Zertifikat und Fremdüberwachung. Brandabschnitte: In großen Bauwerken oder Häuserreihen muss der Ausbreitung eines Brandes horizontal durch Massivdecken und vertikal durch Brandwände entgegen gewirkt werden. Sie müssen einen Brand regional begrenzen. Die Umfassungen von Brandabschnit- ten müssen raumabschließend bleiben und dürfen ihre Standfestigkeit nicht verlieren. Bei der Novellierung der Musterbauordnung (MBO) wurde im Dezember 1999 ein neues Brandschutzkonzept formuliert, welches die Brandschutzanforderungen der Länder harmoni- siert und vereinfacht. Danach werden Gebäude heute jedoch nicht mehr nur nach ihrer Höhe,  Gebäude geringer Höhe (≤ 7 m / letzter Boden)  Gebäude mittlerer Höhe (7 - 22 m)  Hochhäuser (höher als 22 m) sondern auch nach Gebäudeklassen gegliedert, wobei die Risikobetrachtung je nach Nut- zung mit einfließt:  Gkl. 1: freistehende Gebäude geringer Höhe, mit nicht mehr als 2 Nutzungseinheiten von ≤ 400 m2, außerdem freistehende landwirtschaftlich genutzte Gebäude.  Gkl. 2: Gebäude geringer Höhe mit nicht mehr als 2 Nutzungseinheiten ≤ 400 m2  Gkl. 3: sonstige Gebäude geringer Höhe  Gkl. 4: Gebäude mittlerer Höhe, bis 13 m OK letzter Fußboden und Nutzungseinheit je Geschoss ≤ 400 m2  Gkl. 5: sonstige Gebäude Erhöhung der Feuerwiderstandsdauer von Bauteilen:  Mineralfaserdämmstoffe, als Füllstoff Klasse A und als Dämmung unter Estrich und Kiesschüttungen Klasse B1  Putzmörtel generell (DIN 4102 - 4), besonders wirksam sind Perlite- oder Vermiculiteput- ze auf nicht brennbaren Putzträgern zur Ummantelung gefährdeter Bauteile (StB, Stahl, Holz..)  Holzwolle-Leichtbauplatten Klasse B1 als nicht tragende zweischalige Wände mit Mine- ralfasereinlage und beidseitigem Putz, außerdem als Verkleidungen und verlorene Scha- lung  Gipsputz und Gipskartonplatten: Sie haben eine hohe Feuerschutzwirkung, da das im Gips gebundene Kristallwasser frei wird und einen schützenden Dampfschleier bildet. Gipsputz und GKF gehören in Klasse A, GKB zu B1. Wegen ihrer leichten Verarbeitbar- keit als Verkleidung aller Art sind sie der beliebteste Brandschutzbaustoff. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 27 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde EINLEITUNG Baustoffkunde Die Natur bietet uns die Naturstoffe; diese werden, wenn sie durch menschliche Arbeit gewonnen werden zu Rohstoffen. Bearbeitet man Rohstoffe industriell, so werden sie zu Werkstoffen. Werkstoffe, die in der Bauindustrie eingesetzt werden, bezeichnet man als Baustoffe. Man soll nicht von guten oder schlechten Baustoffen sprechen, sondern von richtig oder falsch behandelten bzw. verwendeten Baustoffen. Jeder Baustoff soll an der richtigen Stelle eingesetzt werden und die Anforderungen, die an ihn und das Bauwerk gestellt werden, erfüllen. Aus diesen Bedingungen heraus ist die Lehre von den Baustoffen, die Baustoffkunde entstanden. Baustoffe anorganische Baustoffe organische Baustoffe naturbelassen technisch verändert naturbelassen technisch verändert Naturstein Keramik Holz Papier Sand Glas Naturfasern Kunststoffe Kies Bindemittel Kautschuk Bitumen Asbest Beton, Mörtel Stroh, Horn Asphalt, Teer Ton, Lehm künstliche Steine... Rohöl Gummi Die Festlegungen an die Baustoffe und ihre Eigenschaften finden sich in den einschlägigen Nor- men und dürfen nicht schlechter sein, da sonst das Bauwerk mangelhaft wäre, sie sollen aber auch nicht besser sein, denn dann würden die guten Eigenschaften nicht ausgenutzt und das Bauwerk unnötig teurer. Um beurteilen zu können, welche Baustoffe die richtigen sind, gibt es die Anforderungsrichtlinien, welche in Deutschland vom DIN Deutsches Institut für Normung e.V. in Berlin und auch europaweit als Euronorm EN herausgegeben werden. Mit Normen kann nur relativ langfristig auf veränderte technischer Entwicklungen reagiert werden. Normen können veralten. Hier liegt eine Gefahr. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 28 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Das Deutsche Institut für Normung in Berlin, ist mit vielen Fachausschüssen von Fach- leuten besetzt:  Forschung (Hochschulen)  Praxis (Baufirmen, Ingenieurbüros)  Aufsicht (Bauverwaltungen, Ministerien) Eignungsnachweise und Zulassungen Der Stand der Technik ist eine Technikklausel und stellt die technischen Möglichkeiten zu einem bestimmten Zeitpunkt, basierend auf gesicherten Erkenntnissen von Wissenschaft und Technik dar. Er wird durch die Regelungen zur Rechtsförmlichkeit präzise definiert. Der Stand der Technik beinhaltet, dass er wirtschaftlich durchführbar ist und beschreibt den Ent- wicklungsstand fortschrittlicher Verfahren, Einrichtungen oder Betriebsweisen, der die praktische Eignung der Maßnahme im Hinblick auf die angestrebten Ziele insgesamt gesichert erscheinen lässt. Er ist aber noch nicht hinreichend und langjährig erprobt und meist nur Spezialisten bekannt, weshalb im Bauwesen statt des Standes der Technik üblicherweise die Einhaltung der allgemein anerkannten Regeln der Technik vertraglich gefordert wird. Baustoffe müssen den anerkannten Regeln der Technik entsprechen. Ihre Verwendung ist in den L-Bau-O`s in den Bauregellisten festgelegt. Der Nachweis der Verwendbarkeit erfolgt für geregelte Bauprodukte mittels Übereinstimmungserklärung der Hersteller. Die Übereinstimmung der Produk- te mit den Anforderungen überprüft neben dem Hersteller eine anerkannte Prüfstelle. Bauregellisten für geregelte Baustoffe  Bauregelliste A Geregelte Bauprodukte ( z.B. Zement DIN 1164 )  Bauregelliste B Produkte, für die es Spezifikationen gibt, die in allen EU-Staaten gelten ( z.B. Mineralwolle DIN EN 12162 )  Bauregelliste C Baustoffe, für die es keine allgemeinen Regeln der Technik gibt und die nur von untergeordneter Bedeutung sind. (z.B. Putzeckschienen..) Für nicht geregelte Baustoffe kann eine Zulassung durch  eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (begrenzte Gültigkeit, i.d.R. 5 Jahre) oder  ein allgemein bauaufsichtliches Prüfzeugnis (s.o., Eigen -, Fremdüberwachung) bzw.  eine Einzelfallzustimmung (einmaliger Anwendung, oberste Bauaufsichtsbehörde) erfolgen. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 29 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Natürliche Bausteine Ein Naturgestein ist die natürliche Anhäufung bzw. Gemenge von Mineralien (stofflich ein- heitliche, kleinste Teile der Gesteine, i.d.R. kristallin). Jedes gesteinsbildende Mineral ist eine anorganische Verbindung aus mehreren Elementen in unregelmäßiger Form eines Kristalls. Die beiden wichtigsten physikalischen Eigenschaften eines Minerals sind seine Härte (Mohssche Härteskala) und seine Spaltbarkeit (Kristallform), aber auch Farbe und Glanz, sowie chemische Zusammensetzung bestimmen wichtige Eigenschaften. Mineralbestand und Gefüge bestimmen die Eigenschaften der Gesteine und somit ihre Brauchbar- keit und Beständigkeit im Bauwesen. Zu den wichtigsten gesteinsbildenden Mineralien gehören: Tonminerale, Quarz, Feldspat, Augit und Hornblende, Glimmer, Talk, Kalkspat, Dolomit, Gips, Schwefelkies....... Zusammensetzung der Erdkruste chemisch mineralisch  Sauerstoff (0) 46,6 %  91,5 % Silicate (Feldspate, Augit, Horn-  Silicium (Si) 27,7 % blende, Quarz, Glimmer und Tonmineral)  Aluminium (Al) 8,1 %  3,5 % Eisenerze  Eisen (Fe) 5,0 %  Calcium (Ca) 3,6 %  1,5 % Calcit  Natrium (Na) 2,8 %  Kalium (K) 2,6 %  0,1 % Dolomit und Magnesit  Magnesium (Mg) 2,1 %  3,4 % restliche Mineralien  Rest 1,5 % Naturgesteine sind abgekühlte und erstarrte Magmamasse sowie die Verwitterungs- und Umwand- lungsprodukte des Urgesteins. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 30 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Nach der Entstehungsart unterscheiden wir magmatische-, sedimentäre- sowie metamor- phe Gesteinsbildung. Erstarrungsgesteine ( Magmagesteine ): Erstarrungsgesteine sind magmatischen Ur- sprungs. Sie bilden sich durch verschieden lange Abkühlungen als Auswurf-, Erguss-, Gang- oder Tiefengestein aus der flüssigen Gesteinsschmelze Ablagerungsgesteine ( Sedimentgesteine ): Sie bilden sich aus losen oder verkitteten Verwitte- rungsresten aller Gesteinsarten durch Abschichtungen, Auflösungen im Wasser, sowie aus Resten abgestorbener Tiere und Pflanzen. Der weitaus größte Teil der Erdoberfläche wird von Ablage- rungsgesteinen eingenommen. Es werden unterschieden: mechanische-, chemische- und organi- sche Sedimentgesteine. Umwandlungsgesteine ( Metamorphe Gesteine ): Sie bilden sich aus Erstarrungs- oder Ab- lagerungsgesteinen infolge extremer Wärme und Druck. Dabei erfolgt eine Umwandlung der ursprünglichen Minerale. Zur Benennung der Gesteine sind die Anteile der vorkommenden Minerale ausschlaggebend. Bei der praktischen Bestimmung der Gesteine werden Farbe und Strich, Bruchfläche, Härte und vor allen Dingen das Gefüge als bestimmende Merkmale verwendet. Beim Gefüge unterscheidet man im wesentlichen  Gefüge ohne Richtung (Minerale ohne erkennbare Ordnung)  Gefüge mit Richtung (in Schieferung, Schichtung, Mineralanordnung, Hohlräumen)  Glasiges Gefüge (glasige, homogene Masse oder gleichmäßig – porenreich ,leicht) Bautechnisch wichtige Gesteinsmerkmale – Rohdichte – Druck-, Spalt- und Schlagfestigkeit – Frostbeständigkeit – Wasseraufnahme – Wärmetechnische Eigenschaften – Säurebeständigkeit – Feuerbeständigkeit – Härte – Bearbeitbarkeit – Gefüge – Art der Minerale Saure – und basische Gesteine Nach dem Gehalt an Kieselsaure (Quarz) werden Steine in saure und basische Gesteine einge- teilt. Gesteine mit über 65 % Quarzanteil (kristallisierte Kieselsaure) nennt man saure Gesteine. Sie sind alle hell und haben eine Rohdichte von 2,5 - 2,7 kg/dm². Gesteine mit weniger als 52 % Kieselsaure bezeichnet man als basisches Gestein. Sie sind reich an schweren, dunklen Mineralien und ihre Rohdichte ist größer als 3 kg/dm². Die Gesteine, die zwischen 52 % und 65 % Kieselsäureanteil liegen, werden intermeditäre Gesteine genannt. Nach dem Grad ihrer Bearbeitung unterscheiden wir – Findlinge – Bruchsteine – Werksteine Bearbeitung der Gesteinsoberflächen Manuell: Bruchsteine werden roh behauen; Werksteine maßgerecht steinmetzmäßig bearbei tet: bruchrau; bossiert; gespitzt; gestockt; (Hartgestein und Basaltlava), gebeilt, ge- kronelt (Sand- und Tuffstein) aufgeschlagen; scharriert oder abgerieben (nicht bei Hartgestein);gesandelt, geflacht oder gezahnt (Sand-, Tuff-, Kalkstein, Travertin, Marmor, Serpentin o.a.) Maschinell: stahlsand- oder diamantgesagt, (besonders Basaltlava); geschürt, gefräst (Hartge- stein); gesandelt, abgerieben (Sand-, Tuffstein); geschliffen, poliert ,beflammt (Hart- gestein, sowie Travertin, Serpentin, Kalkstein, Marmor o.a.). Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 31 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Verarbeiten der natürlichen Gesteine 1. Versetzen von Naturwerkstein Fassadenbekleidungen i.d.R. als hinterlüftete (d ≥ 2 cm) Außenwandbekleidung (d ≥ 3 cm) mit Wärmedammschicht am Untergrund verankert. 2. Bodenbelage aus Naturwerkstein sind starre Belage, weswegen der Untergrund sorgfältig ausgeführt werden muss. 3. Mauerwerk aus Naturwerkstein ( siehe Skizze ) a), b), c), vorwiegend bei Restaurierungsarbeiten , Garten- und Landschaftsbau; d), e), f) auch bei Neubauten als Verblendmauerwerk. Im Brückenbau und bei Stutzmauern i.d.R. ohne Luftschicht. Im Hochbau meist mit Luftschicht ohne oder mit Wärmedämmung. Die Mauerwerksschalen sind mit Anker zu verbinden. 4. Trockenmauerwerk ( siehe Skizze ) Generell können alle Mauerwerksformen durch Verkeilen der Fugen ohne Mörtel ausge- führt werden, meistens aus Bruchsteinen geringer Bearbeitung. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 32 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Grundsätze für die Ausführung von Natursteinmauerwerk Einbau so, dass der Druck normal auf ihre Schichtung bzw. natürliche Lagerung wirkt Ausführung in Schichten und im Verband (keine Fugen durch mehrere Schichten) Einbau nicht „auf Spalt“ oder schrag sondern „auf Lager“ lagerhaft. Wasser kann so nicht in die Schichtflachen eindringen Läufer- und Binderschichten abwechselnd bzw. auf 2 Laufer- 1 Binderverband verteilen In der Ansichtsflache sollten nie mehr als 3 Fugen zusammenstoßen Fugenstärke sollte unabhängig vom Mauerwerk < 3 cm sein Im Fundamentbereich große plattenförmige Steine verwenden An den Ecken die größten Steine einbauen (weniger Fugen) Anwendung und erforderliche Eigenschaften Grundmauern - gute Festigkeit, kompakt, geringe Wassersaugfahigkeit Aufgehendes Mauerwerk - poros, keine Anschieferungen Quadermauern - hohe Festigkeit, wetterbestandig, keine Sprunge oder Nester Gewolbe - fest, gut zu bearbeiten, nicht sprode, lagerhaft Gesimse - leicht, wetterbestandig, gut zu bearbeiten, ausreichende Bruchfestigkeit Pflasterung - hart, geringe Wassersaugfahigkeit, frostbestandig, ebenflachig Feuerstellen - feuerbestandig mit tonigen u. quarzigen Gesteinen und gleichmasigem Gefuge und Zusammensetzung Dachdeckung - Wasserdicht, dunn brechend, wetter-, frost-, temperaturbestandig Verwitterung, Verwitterungsschutz, Sanierungsmaßnahmen Die Dauerhaftigkeit von Natursteinen ist von ihrem Verwitterungsverhalten abhängig. Mechanische oder physikalische Verwitterung wird durch unterschiedliche Längenausdehnungen der Mineralien bei Temperaturschwankungen, Frostsprengungen, Salzschäden (Gefügespren- gung, Ausblühungen) bei Kapillarität, Erosion (Wasser, Wind) und Abrieb schleifender Gesteine (Gletscher) hervorgerufen. Chemische Verwitterung entstehen durch lösen und / oder sprengen der Mineralien durch Was- ser (Kapillarität) unter Beteiligung von Säuren, Alkalien und Salzen (aggressive pH-Werte aus Ab- wasser und Laugen / Kalkzementmörtel, Beton). Auch durch die Einwirkung der Luft (Abgase: C02, SO2 und Stickoxide). Biologische Verwitterung tritt auf, wo üppiger Pflanzenwuchs herrscht (Wurzelsprengung), aber auch Flechten, Algen und Moose können meist oberflächlich auf die Gesteine einwirken, sowie Bakterien über die Säuren ihrer Stoffwechselprodukte als lösende Faktoren aufs Gefüge. Gesundes Gestein besitzt i.d.R. ausreichende Witterungsbeständigkeit. Aber zusätzlich kann durch Behandlung mit Siliconharzen, Silanen oder Kieselsäureester eine Hydrophobierung (Was- serabweisung) der Oberfläche durch eine Versiegelung erreicht werden, durch Abdichtungen und Trassmörtel wird die Kapillarität unterdrückt und somit weitere Feuchteschäden vermieden. Reinigung von Verschmutzungen durch Sandstrahlen oder Kaltabsäuern ist problematisch, da die Gesteinssubstanz physikalisch / mechanisch oder chemisch angegriffen wird. Bewehrt hat sich das Dampfstrahlen (3 - 8 bar) ggf. unter zusätzlicher Verwendung von Reinigungsmitteln auf Säu- re- oder Laugenbasis, wobei intensives Vornässen und Nachspülen wichtig ist. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 33 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Künstliche Bausteine allgemein Produktnormenreihe DIN EN 771. Da diese Norm die Produkteigenschaften nicht im gleichen Um- fang wie die bisherigen Regelungen beschreibt, werden zusätzliche Anwendungsnormen über die Regeln für die Verwendung von Mauersteinen erarbeitet. Erst mit diesen Regeln ist eine sichere Anwendung im Bezug auf Tragfähigkeit, Warme-, Schall- und Brandschutz möglich. 1.physikalisches Verfahren (gebrannte Bausteine): Durch Brennen wird dem Material Wasser entzogen und die Bestandteile miteinander verkittet. 2.chemisches Verfahren (ungebrannte, chemisch-gebundene Bausteine): Das Material erhärtet durch chemische Umsetzung des Bindemittels mit Wasser Die Bezeichnung eines Mauersteins benennt nacheinander : DIN– Nr. Steinart Festigkeitsklasse Rohdichteklasse Format [d] Formate und Abmessungen: Die Maße der Mauersteine sind durch die „Maßordnung im Hochbau“ bestimmt. Das Maß 12,5 cm ist ein Baurichtmaß (1/8- Meter), welches die Steinmaße und die Fugendicke berücksichtigt. Je nach Art des Mauerwerks werden die Baurichtmaße nach Anbau (+-0 cm Stoß- fuge), nach Pfeiler- (-1 cm Stoßfuge) und nach Öffnungsmaß (+1 cm Stoßfuge) unterschieden. Sanierung von durchfeuchtetem Mauerwerk: Kapillar aufsteigende Feuchtigkeit ist nach einer Schadensanalyse häufig die Ursache der Durchfeuchtung. Dies ist dann möglich, wenn die Hori- zontal- u., od. Vertikalabdichtung fehlt, defekt ist oder falsch eingebaut wurde. Beim nachträglichen Einbau der vertikalen Abdichtung von außen muss die Außenwand gesäu- bert, Fehlstellen ausgebessert und der Untergrund vorbehandelt werden. Abdichtungen, je nach hydrostatischer Beanspruchung mit Kehle und Drainage. Bei Ausblühungen ist der Auftrag eines Sanierputzes eine Alternative. Beim nachträglichen Einbau der Horizontalsperre außen, aber auch von innen, unterscheidet man mechanische Verfahren: aufstemmen oder aufsagen des Mauerwerks (L 50-100cm), einbringen von Dichtungsbahnen, vermauern, verputzen od. verpressen des Schlitzes. Bei durchgehenden Lagerfugen können auch Edelstahl- oder Kupferbleche mit Pressluft oder hydraulisch in die Fuge gerammt werden. Chemische Verfahren Elektro-, Osmose-, Phorese- od. Kineseverfahren, wobei die Feuchtigkeit durch elektrischen Strom aus der Wand getrieben wird. Bei der dynamischen Elektroinjektion wird durch 2 versetzte Reihen Bohrlochinjektionen ca.12cm Höhen- und 8-10cm Seitenabstand abzüglich 5cm der Wandstarke in der Tiefe, zum ersten durch impulsartig wechselndem Schwachstrom die salzhaltigen Wassermoleküle zur Kathode ins Erd- reich gezwungen und zum zweiten eine Querschnittsverkieselung durch verpressen einer wasser- abweisenden Lösung mit Hilfe des umgepolten Impulsstroms erreicht, Durch die Kombination mit Strom und Injektion wird in einem Gang die Wand getrocknet und abgedichtet. Mauerwerk als Putzgrund: Mauerwerk muss im Verbund gemauert werden, mit einem Überbin- demaß von 0,4 * Höhe mindestens aber 4,5 cm. Dies ist nicht nur aus statischer Sicht wichtig, sondern auch um für den Putz eine ausreichende Risssicherheit zu gewährleisten. Eventuell vorhandene Stoßfugen sollen 5 mm nicht überschreiten. Sind sie größer müssen sie direkt beim Mauern verschlossen werden. Dasselbe gilt für Mörteltaschen, Verzahnungen sowie Fehlstellen in der Wand. Wurde dies versäumt, muss es nachträglich vor dem Verputzen mit ge- eignetem Mörtel und den erforderlichen Standzeiten nachgeholt werden. Mauerwerk muss während und nach dem Errichten vor eindringender Feuchtigkeit mit Abdeckun- gen auf der Mauerkrone und Brüstungen geschützt werden. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 34 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Gebrannte Bausteine Mauerziegel Din 105 Produktnorm DIN EN 771-1 Anwendungsnorm DIN V 20000-401 Nach dem physikalischen Verfahren erhalten wir keramische Baustoffe, welche man nach der Struktur des Scherbens und der Reinheit und Mahlfeinheit wie folgt einteilt: Grobkeramik Feinkeramik Irdengut Mauerziegel Irdengutfliesen (farbig) -unter Sintergrenze- Deckenziegel Steingutfliesen u.-geschirr porös ( nur innen ) Dachziegel (weiß) mit Glasur Sinterzeug Klinker Steinzeugfliesen -dicht ( auch außen ) Riemchen Porzellan mit und ohne -Sintergrenze 1250°C Spaltplatten Glasur (einschließlich Steinzeug Sanitärporzellan) Feuerfeste Steine Steine, -über Sintergrenze Formstücke Rohstoffe:  40-60% Ton  bis zu 15% Kalk möglich  30-40% Sand Herstellung: 1. Rohstoffabbau (Ton und Lehm) 2. Aufbereitung (zerkleinern, mischen, säubern, Feuchteregulierung –plastisch) 3. Formen (pressen, schneiden > Rohling) 4. Trocknen (bis 100°C in Kammern um Rissebildung beim Brennen zu verhindern) 5. Brennen (in Ring- od. Tunnelöfen, Mauerziegel ca.1000°C, Klinker über 1250°C > Sintergrenze) Durch die Höhe der Brenntemperatur wird die Dichte und die Wasseraufnahmefähigkeit und dadurch bedingt Druckfestigkeit, Frost- und Witterungsbeständigkeit, Wärme- und Schall- dämmung, kurz die Güte des Bausteins bestimmt und ob sie allgemein auch im Außenbe- reich verwendet werden können. Ziegelarten  Vollziegel (Mz) ungelocht oder gelocht < 15% Lagerfläche , Hintermauerschale, nicht frostbeständig  Vollklinker (KMz) Lochung s.o., über der Sintergrenze gebrannt, daher frostbeständig, Rohdichte >1,9kg/dm³, Wasseraufnahme 28N/mm²  Vormauerziegel (VMz) Lochung s.o., nachgewiesen frostbeständig, Vorsatzschale  Hochlochziegel (HLz) gelocht > 15% Lagerfläche, Lochung A, B und C  Leichthochlochziegel (LHlz) Lochung –W- wärmedämmend, Rohdichte < 1kg/dm³  Hochlochklinker (KHLz) Lochung >15% ,sonst wie KMz  Vormauerhochlochziegel (VHLz) Lochung >15%, sonst wie VMz  Keramikklinker ( Voll / KK od. Hochloch / KHK–A, B -, >60 N/mm² ), Weitere Ziegelarten: Leicht-, Form-, Akustikziegel, Straßenbau-, Kanalklinker usw Mauerziegel u.–klinker werden nach DIN 105 in folgende Rohdichteklassen eingeteilt: 0,5 ; 0,6 ; 0,7 ; 0,8 ; 0,9 ; 1,0 ; 1,2 ; 1,4 ; 1,6 ; 1,8 ; 2,0 ; 2,2 ; 2,4 [kg/dm3] Druckfestigkeitsklassen setzen sich wie folgt zusammen: 2; 4; 6; 8; 12; 20; 28; 36; 48; 60 N/mm2 Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 35 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Lehmbau Lehmbau ist eine der ältesten Bautechniken der Menschheit. Der Lehmbau gewinnt in den letzten Jahren wieder mehr an Bedeutung und seit 1999 gibt es die – Lehmbau Regeln –. Seit August 2013 gibt es erstmals wieder seit 1971 verbindliche Normen für den Lehmbau in Deutschland. Sie gelten für werksmäßig hergestellte Lehmsteine, Lehmmauermörtel und Lehmputzmörtel. Der Lehmbau ist somit vollständig und unumkehrbar in die heutige Struktur des Baugewerbe integriert. 2018 erfolgte eine Überarbeitung der DIN Lehmbau. Die Angaben zu den Begriffen und zum Konformitätsnachweiß sind aus den bestehenden Normen ausgegliedert und in separaten DIN verfasst worden. Seine Bindekraft erhalt Baulehm durch die Anziehungskraft zwischen den flächigen Seiten der plättchenförmigen Tonkristalle und dem Austrocknen beim Erhärtungsprozess. Ton ist nicht wasserbeständig und muss geschützt werden, auch wegen der Erosionsgefahr durch Wind und Wasser. Durch starke Schwindung besteht die Gefahr der Rissbildung. Durch zerkleinern und erneute Wasserzugabe lasst er sich mühelos wieder aufbereiten und erneut verwenden und ist daher perfekt fürs Recycling. Er erzeugt durch seine hohe Diffusionsfähigkeit und Feuchtespeicherung ein optimales Raumklima, wobei die Wände trocken bleiben und die Wärmedämmung nicht beeinträchtigt wird. Außerdem absorbiert er Strahlen, ist geruchsbindend, konserviert eingeschlossenes Holz und pflanzliche Stoffe, ist frostbeständig, nicht brennbar und unbegrenzt lagerbar. Lehmbaustoffe Sie werden aus Baulehm und faserförmigen organischen und mineralischen Zuschlägen her- gestellt, die zur Magerung dienen und Festigkeit und Wärmedämmung optimieren sollen. Sie sind als Fertigmischungen erdfeucht und trocken, aber auch verarbeitungsfertig plastisch bis nass lieferbar. Zwecks besserer Trocknung sollte der Einbau in den Sommermonaten erfolgen oder im Win- ter für eine ordnungsgemäße Trocknung gesorgt werden. Man unterscheidet tonarme („magere oder sandige“) und tonreiche („fette“) Lehme mit ver- schiedenen Kornzusammensetzungen. Arten von Lehmbaustoffen: Stampflehm Erdfeucht in Schalungen gestampft oder zu Blöcken gepresst für tra- gende Bauteile geeignet. Zusätzlich mit Zement stabilisiert ist er der weltweit verbreitetste Lehmbaustoff (compressed blocs). Stroh-/Faserlehm Fachwerkausfachungen, Verfüllung historischer Stakendecken. Leichtlehm mit Holzhackschnitzeln, Stroh oder mineralischen Leichtzuschlägen für Ausfachungen von Tragskeletten und wärmedämmenden Innenschalen. Lehmschüttungen mit organischen oder mineralischen Zuschlägen zur Verfüllung von Bal- kenlagen Lehmsteine Ausfachung von Fachwerk, Außenputzträger, Tragende und nichttra- gende Wände, Stapelschalen und Deckenfüllungen Lehmbauplatten mit zusätzlicher Einlage aus Schilfrohr und Jute im Innenausbau Lehmmörtel als Mauer-, Putz- und Spritzmörtel. Mineralischer Zuschlag (Magerung), Fasern (Armierung). Der Putz muss vor Feuchtigkeit geschützt werden (Kalkdeckputz oder –überzug, meist durch einen Anstrich. Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 36 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Ungebrannte, chemisch-gebundene Bausteine Kalksandsteine DIN 106 Produktnorm DIN EN 771-2 Anwendungsnorm DIN V 20000-402 Rohstoffe (Grundstoffe):  Bindemittel (10% feingemahlener Branntkalk)  Zuschlag (90% kieselsäurehaltiger Quarzsand) Herstellung: 1. Aufbereitung (Mischen der Rohstoffe mit Wasser, dabei wird der Branntkalk zu Kalkhydrat gelöscht. Nachmischen zu einer erdfeuchten Masse) 2. Formgebung (Rohlinge mittels Pressen) 3. Dampfhärtung (im Härtekessel bei 160-220°C unter Dampfdruck 16 bar) KS-Steine werden als Voll-, Loch-, Block- und Hohlblocksteine hergestellt.  KS-Vollsteine (KS): Höhe bis 11,3 cm Lochung 15% der Lagerfläche  KS-Blocksteine (KS): Höhe über 11,3 cm Lochung 15% der Lagerfläche KS und KS-L – Mauersteine werden vermauert ( Lagerfuge 1,2 cm und Stoßfuge 1 cm ) KS-Ratio Steine haben Nut und Feder, daher keine Stoßfuge KS-Plansteine ( KS-(P)) werden in Dünnbettmörtel geklebt. Weitere KS-Arten: KS-Vormauersteine (KS-Vm) – witterungsbeständig (25fach Frost,- Tau- wechselbeständig) , Mindestdruckfestigkeit (12) KS-Verblender (KS-Vb) witterungsbeständig (50fach Frost,- Tau- wechsel- beständig) , Mindestdruckfestigkeit (20), maßgenauer, farbbeständiger KS-XL großformatige Steine, geklebt, Versetzgeräte, H = 498 bzw. 623 mm KS-Kimmstein, bei großformatigen Steinen zum Höhenausgleich 1. Schicht Eigenschaften: Gute Werte für Wärmespeicherung, Luftschallschutz, maßgenaue-, winkelrechte- scharfkantige- und planebene Oberflächen, im Kantenbereich bruchgefährdet. Die Rohdichte- und Druckfestigkeitsklassen, sowie ihre farbliche Kennzeichnung entsprechen denen der Mauerziegel. Hüttensteine DIN 398 Grundstoffe: künstlich Zuschläge wie Hüttensand und mineralische Bindemittel (Kalk, Zement) Herstellung: Formen - Pressen – Rütteln Erhärtung: An der Luft, in kohlensäurehaltigen Abgasen oder unter Dampf gehärtet. Arten und Eigenschaften, weitestgehend wie bei KS-Steinen Rohdichteklassen: 1,0 –2,0 kg/dm3 Druckfestigkeitsklassen 6 – 28 N/mm2 Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 37 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Leichtbetonsteine (Hbl) DIN 18151, (V) DIN 18152 Produktnorm DIN EN 771-3 Anwendungsnorm DIN V 20000-403 (Betonsteine) Zuschläge: mineralisch, mit porigem Gefüge z.B. Bims, Hüttenbims, Ziegelsplitt, Lavaschlacke, Blähton Bindemittel: Zement Herstellung: 1. Aufbereitung (MV 1:6 unter Wasserzugabe) 2. Formgebung (Formen - Pressen – Verdichten > Rohling) 3. Erhärtung (Lagerung an der Luft oder Dampfdruck) Die gebräuchlichsten Mauersteine aus Leichtbeton sind Vollsteine, Vollblöcke und Hohlblöck- steine.  LB-Vollsteine (V) Mauersteine ohne Kammern, H=11,3 mm  LB-Vollblöcke (Vbl) 2,0 - 2,6  normale, dichte Zuschläge Schwerbeton  HC  > 2,6  schwere, dichte Zuschläge Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 51 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Druckfestigkeitsklassen [ N/mm²] nach 28 Tagen Erhärtung. Die Bedeutung des Betons als tragender Baustoff beruht auf seiner hohen Druckfestigkeit.( siehe Tabelle ) geprüft an : 1. Zylinder (  = 150 mm H = 300 mm ) 2. Würfel ( Kantenlänge 150 mm ) Die Druckfestigkeit hängt in 1. Linie vom w/z-Wert und der Zementfestigkeit ab. Durch Fließmittel und Silicatstaub sowie niedrigem w/z-Wert wird die Porosität verringert und dadurch Dichte, Dau- erhaftigkeit sowie Beständigkeit erhöht (≥ 60 N/mm2 hochfester-, Hochleistungsbeton). Andreas Endris, Maurer-u. Stuckateurmeister Seite 52 von 78 Bauphysik und Baustoffkunde Expositionsklassen ( siehe Tabelle S. 2 ) Beton ist wahrend seiner Nutzung unterschiedlichen Umweltbedingungen ausgesetzt, die mit ihren chemischen und physikalischen Einwirkungen zu berücksichtigen sind. Anforderungen an die Zu- sammensetzung und Eigenschaften des Betons werden durch die Expositionsklassen abgeleitet. Konsistenzbereiche und ihre Ausbreitklassen Konsistenz ist ein Kennwert für Verform- und Verdichtbarkeit des Frischbetons. F1 ≤ 340 mm - steif - kräftiger Rüttler, stampfen F2 350 - 410 mm - plastisch - rütteln, stochern, stampfen F3 420 - 480 mm - weich - stochern, rütteln F4 490 - 550 mm - sehr weich - stochern, rütteln F5 560 - 620 mm - fließfähig - leichtes rütteln, stochern F6 ≥ 630 mm - sehr fließfähig - stochern => entlüften Wegen Entmischungsgefahr bei F4 - F6 die Fließfähigkeit mit einem Fließmittel realisieren. Außerdem wird die Konsistenz auch in Verdichtungsmass-, Setzmass ( Slump-Test )-und Setz- zeit ( Vebe-Test ) – Klassen reglementiert. Betonzusätze (um gewünschte Eigenschaften zu erreichen) Man unterscheidet zwischen Zusatzmittel und Zusatzstoffen. Zusatzmittel werden dem Beton in geringen Mengen zugegeben, daher werden sie als Volumen- anteil vernachlässigt. BV (Betonverflüssiger), FM (Fließmittel), LP (Luftporenbildner), DM (Dichtungsmittel), EH (Ein- presshilfe bei Spannbeton), ST (Stabilisierer), RH (Recyclinghilfe für Wasch-Wasser), CR (Chro- matreduzierer), VZ (Verzögerer), BE (Beschleuniger). Zusatzstoffe z.B. inaktive Gesteinsmehle, latent-hydraulische Stoffe, Puzzolane (Trass), Farb- pigmente...müssen, da sie in größeren Mengen zugegeben werden, bei der Stoffraumberechnung berücksichtigt werden. Alle Zusätze müssen bauaufsichtlich zugelassen sein und ein Prüfzeichen tragen. Beton ist ein Baustoff, dessen Druckfestigkeit etwa 10 mal so groß ist wie seine Zugfestigkeit. Die- se Kräfte müssen deswegen entweder durch „schlaffe Bewehrung“ aufgenommen, oder durch Vorspannen unterdruckt werden. Stahlbeton (bewehrter Beton) ist ein Verbundbaustoff aus Beton und Stahl für Bauteile, bei denen ihr Zusammenwirken für die Aufnahme der Belastung nötig ist. Beton → Druck, Stahl → Zug. Beton und Stahl haben bei Temperaturschwankungen gleiche Ausdehnung, außerdem wird die Stahleinlage, durch die Betondeckung vor Korrosion geschützt. Spannbeton- Bauteile sind Bauteile, bei denen der Beton durch Einleiten von Druckkräften derart vorgespannt ist, dass er unter d