Baustoff Beton: Planung, Ausführung, Beispiele [1., Aufl.] 9783955530204

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Baustoff Beton Planung Ausführung Beispiele

Martin Peck

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Baustoff Beton Planung Ausführung Beispiele

Martin Peck

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Autoren: Hubertus Adam Architekturkritiker, Redakteur archithese, Zürich Andreas Bittis, Dipl.-Ing. LiTraCon GmbH, Aachen / Csongrád Susanne Frank, Dipl.-Ing. Architektin meck architekten, München Andreas Hild, Dipl.-Ing. Architekt Hild und K Architekten, München Roland Krippner, Dr.-Ing. Architekt Assistent am Lehrstuhl für Gebäudetechnologie, Technische Universität München Peter Lieblang, Dr.-Ing. Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e.V., Berlin Andreas Meck, Prof. Dipl.-Ing. Architekt meck architekten, München Dionys Ottl, Dipl.-Ing. Architekt Hild und K Architekten, München Martin Peck, Dipl.-Ing. Beton Marketing Süd GmbH, München Christian Schätzke, Dipl.-Ing. Architekt wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Baukonstruktion 2 und Entwerfen, RWTH Aachen Hartwig N. Schneider, Prof. Dipl.-Ing. Architekt Professor am Lehrstuhl für Baukonstruktion 2 und Entwerfen, RWTH Aachen Der Verlag dankt der Beton Marketing Süd GmbH für die fachliche Beratung und Unterstützung. Projektleitung: Andrea Wiegelmann, Dipl.-Ing. Redaktion: Nicola Kollmann, Dipl.-Ing. (FH), Julia Liese, Dipl.-Ing., Sabine Schmid, Dipl.-Ing. Zeichnungen: Nicola Kollmann, Dipl.-Ing. (FH), Andrea Saiko, Dipl.-Ing. (FH) © 2005 – korrigierter Nachdruck 2008 Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH & Co. KG, München Ein Fachbuch aus der Redaktion DETAIL ISBN 3-920034-13-9 Gedruckt auf säurefreiem Papier, hergestellt aus chlorfrei gebleichtem Zellstoff. Alle Rechte vorbehalten, einschließlich das des auszugsweisen Abdrucks, der Übersetzung, der fotomechanischen Wiedergabe und der Mikrokopie. Die Übernahme des Inhalts und der Darstellungen, ganz oder teilweise, in Datenbanken und Expertensysteme, ist untersagt. DTP & Produktion: Peter Gensmantel, Andrea Linke, Roswitha Siegler, Simone Soesters Druck: Wesel-Kommunikation, Baden-Baden 1. Auflage 2005 3000 Stück Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH & Co. KG Sonnenstraße 17, D-80331 München Telefon: +49/89/38 16 20-0 Telefax: +49/89/39 86 70 www.detail.de

∂ Praxis Baustoff Beton

Inhalt

7

Baustoff Beton

8 10 19

Entwicklung des Stahlbetonbaus Grundlagen der Betontechnologie Eigenschaften von Beton

26 32 38

Sonderbetone: Transluzenter Beton Textilbeton Holzleichtbeton

45

Nachhaltigkeit und Recycling

49

Planen mit Beton

50 58 58 60 61 64 68

Bauen mit Stahlbetonfertigteilen Planen mit Beton Verantwortungsabgrenzung Vertragsverhältnis Leistungsverzeichnis Bauvertrag Qualität und Baustellensteuerung

74 76 78

Beispiele Oberflächengestaltung: Polierter Beton Reliefbeton Raue Textur

81

Sichtbeton

82 90 92 94 96 101 102 104

Gestaltung von Sichtbetonbauten Sichtbetonoberflächen Sichtbeton – Planung und Ausführung Planungshilfe Merkblatt Sichtbetonklassen Schalhautklassen Planung und Vergabe Beurteilung

107

Anhang

108 109 110 112

Normen und Richtlinien, Beratung und Verbände Literatur Sachregister Bildnachweis / Rechte

Baustoff Beton

8

10 12 12 12 14 15 17 19 19 22 24

26

Entwicklung des Stahlbetonbaus Martin Peck Grundlagen der Betontechnologie Martin Peck Wasser Gesteinskörnungen Betonzusätze Aufgabenteilung – Eigenschaften und Zusammensetzung von Beton Bewehrung Schalung Eigenschaften von Beton Martin Peck Normen und Regelwerke Frischer Beton Erhärteter Beton Sonderbetone: Transluzenter Beton Andreas Bittis

32

Textilbeton Christian Schätzke, Hartwig N. Schneider

38

Holzleichtbeton – Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten Roland Krippner

45

Nachhaltigkeit und Recycling Peter Lieblang

7

Baustoff Beton

Entwicklung des Stahlbetonbaus Martin Peck

Die Ursprünge der Betonbauweise reichen zurück bis in die Antike und begannen mit der Entdeckung und Entwicklung eines betonartigen mineralischen Baustoffs mit hydraulischer Erhärtung. Auch wenn sich die damalige Technologie des Bauens mit hydraulischen Baustoffen deutlich von der heutigen Betontechnologie unterscheidet, waren die chemisch-physikalischen Erhärtungsreaktionen zwischen den Ausgangsstoffen und die Motivation ihrer Verwendung im Grunde die gleichen. Neben der Verarbeitung von Holz, Lehm und gebrochenem Naturstein war das Bauen mit einem plastischen Baustoff,

1 2 3

8

Opernhaus in Santa Cruz/Teneriffa 2003 Architekt: Santiago Calatrava Pantheon in Rom ca. 118–128 n. Chr. Großmarkthalle in München 1911 Architekt: Richard Schachner

1

der in Formen zu einer festen monolithischen Masse erstarrt, bereits in der Antike als eine äußerst vorteilhafte Bauweise bekannt. Die Erfindung oder Entdeckung hydraulischer Baustoffe lässt sich nicht datieren. Die ersten hydraulischen Bindemittel setzten sich nach heutiger Kenntnis aus Kalk und so genannten puzzolanischen (vulkanischen) Erden zusammen. Die Erkenntnis, dass diese Stoffe mit Wasser zu einem künstlichen Stein erhärten können, wurde nachweislich bereits in der römischen Baukultur vielfältig umgesetzt. Das unter der Bezeichnung Opus

Entwicklung des Stahlbetonbaus

2

3

Caementitium geschichtlich belegte und zum Teil bis heute erhaltene Baumaterial fand schnell Verbreitung. Es war dauerhaft, einfach herzustellen und vielerorts verfügbar. Geschichtlich dokumentiert sind Wasserleitungen und Aquädukte, Fundamente und Wandkonstruktionen für den Hochbau, alle Arten von Wasserbauwerken für Süß- und Salzwasser sowie bautechnisch anspruchsvolle Bauten wie Brücken und Paläste. Eines der bekanntesten antiken Betonbauwerke ist das Pantheon in Rom (Abb. 2). Der Bau des halbkugelförmigen Kuppelraums mit einem inneren Durchmesser von mehr als 43 Metern markiert einen Höhepunkt in der Entwicklung von Architektur und Konstruktion. Das Pantheon ist ein Ingenieurbauwerk, das offensichtlich in allen konstruktiven, baubetrieblichen und baustofflichen Details mit großer Kreativität und Erfahrung geplant und ausgeführt wurde. Die Kuppel besteht aus einem Leichtbeton, dessen Zusammensetzung offensichtlich das Ziel hatte, das Eigengewicht zu beschränken. Es waren die weit entwickelten Kenntnisse im Umgang mit dem Baustoff Beton, welche die Planer zu diesem einzigartigen Projekt ermutigten und seine Durchführung letztlich ermöglichten. Mit Ausweitung des römischen Reichs gelangte die römische Betonbauweise in andere Teile Europas. In fast allen größeren römischen Siedlungen finden sich noch heute Zeugnisse des Bauens mit Opus Caementitium. Die Verbreitung dieser Bauweise wurde nur dadurch beschränkt, dass geeignete Ausgangsstoffe wie Kalk und hydraulisch aktive Erden nicht überall verfügbar waren. Nach der frühen Blüte des Bauens mit hydraulischen Baustoffen ging ein großer Teil des Wissens in den nachfolgenden Jahrhunderten verloren. Erst durch die Entwicklung der ersten Zemente im

18. Jahrhundert werden die Anfänge des neuzeitlichen Betonbaus erkennbar. Die zu dieser Zeit bereits verbreitete Verwendung der Baustoffe Eisen und Stahl legte die Kombination des zugfesten Stahls mit dem druckfesten und leichteren Beton nahe. Die Erfindung des Verbundbaustoffs Stahlbeton wird dem französischen Gärtner Joseph Monier (1823–1906) zugeschrieben. Monier versuchte, dünnwandige, trog- und plattenartige Betonteile herzustellen, die jedoch im Gebrauch oft Risse bekamen oder zerbrachen. Erst das Einlegen von Eisendrähten in den frischen Beton erzielte eine ausreichende Stabilität der Bauteile. Die Offensichtlichkeit der Verbundwirkung von Stahl und Beton legt jedoch die Vermutung nahe, dass die Stahlbetonbauweise nicht nur einen Vater hat. Nachdem es im ausgehenden 19. Jahrhundert gelang, Kräfte und Spannungen auch in großen und komplexen Tragwerken mathematisch zu beschreiben, diese also rechnerisch gezielt zu bemessen und nachzuweisen, nahm der Stahlbetonbau eine rasche Entwicklung. Während die bisher verwendeten Baumaterialien Stein und Holz eher für baumeisterlich geprägte Konstruktionen geeignet waren und Stahl als Konstruktionsbaustoff mit hohen Kosten und einem großen Eigengewicht belastet war, gewährte der Verbundbaustoff Stahlbeton Architekten und Tragwerksplanern eine neue Gestaltungsfreiheit. Dies führte zum intensiven Einsatz von Stahlbeton in allen Kategorien des Bauens. Es entstanden Großbauwerke in bis dahin unerreicht kurzen Bauzeiten und in sich ständig verbessernder Technik und Qualität (Abb. 3). Die Bauweise inspirierte Architekten und Ingenieure durch ihre Vielfalt und die konstruktiven Möglichkeiten. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts war das Bauen mit Beton und Stahlbeton fester Bestandteil der globalen Baukultur.

Nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs wurde der Stahlbetonbau in Deutschland durch internationales Know-how ergänzt. Gestalten und konstruktives Planen mit Beton wurde, ebenso wie die Entwicklung der Betontechnologie, an den Hochschulen gelehrt und durch intensive Forschung wissenschaftlich weiterentwickelt. Es entstand eine allgemeine und umfassende Normung für Bautechnik und Baustoff, welche die architektonische Freizügigkeit im Umgang mit Beton und Stahlbeton unterstützte. In der Folge erreichte die Beton- und Stahlbetonbauweise einen hohen Entwicklungsstand, zeigte jedoch vor allem an den Bauwerken der 1960erund 1970er-Jahre deutliche Mängel in der Planung und Ausführung, die eine grundlegende Anpassung der Regelwerke an die Erkenntnisse aus Forschung und Praxis erforderlich machten. In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts hat sich die Architektur die gestalterischen Möglichkeiten des Bauens mit Beton und Stahlbeton mit großer schöpferischer Kraft zu Eigen gemacht. Neben Konstruktion und Struktur gewann die sichtbare Betonfläche im architektonischen Gesamtkonzept zunehmend an Bedeutung. Architekten wie Le Corbusier, Ludwig Mies van der Rohe oder Louis I. Kahn integrierten die sichtbare Betonfläche in ihre architektonischen Konzepte. Sichtbetonflächen sind als Elemente der Gestaltung bis heute von ungebrochener Aktualität. Kein Baustoff wird konstruktiv und gestalterisch in gleicher Vielfalt eingesetzt wie Beton. Aufgrund der einfachen Bautechnik und der allgemeinen Verfügbarkeit ist Beton der Baustoff des 20. und des 21. Jahrhunderts (Abb. 1).

9

Baustoff Beton

Der Architekt oder Tragwerksplaner versteht unter Beton im Allgemeinen das fertige Bauteil, also den geformten und erhärteten Festbeton. Dennoch ist es hilfreich, den Baustoff auch in seiner Zusammensetzung und in seiner baubetrieblichen Technik zu kennen und zu begreifen. Beton war im Ursprung ein Dreistoffgemisch aus Wasser, Zement (Bindemittel) und einem Gesteinskörnungsanteil. Die Gesteinskörnung, früher Betonzuschlag genannt, ist meist ein natürliches Hartgestein, dessen Festigkeit weit über der üblicher Betone liegt. Auch die Dauerhaftigkeit der Gesteinskörnungen gegenüber möglichen korrosiven Einflüssen, denen ein Betonbauteil ausgesetzt sein kann, ist meist nahezu unbegrenzt. Die Festigkeit und die Dauerhaftigkeit als wichtigste Eigenschaften des Betons sind demnach vor allem über den Zement- und den Wassergehalt im Beton zu steuern. Dafür sind die Eigenschaften des Zements und seine Zusammensetzung maßgebend. Durch die Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung und eine Reihe von Entwicklungen hat sich das Dreistoffgemisch Beton zu einem Fünf- oder Mehrstoffgemisch entwickelt. Zu den drei Komponenten Zement, Wasser und Gesteinskörnung kamen so genannte Zusatzstoffe und Zusatzmittel hinzu.

Grundlagen der Betontechnologie Martin Peck

Zement Zement wird durch Brennen und anschließendes Vermahlen natürlicher mineralischer Rohmaterialien hergestellt, die aus

Schotter Gewinnen

Brechen

Steinbrüchen gewonnen werden (Abb. 4). Dabei handelt es sich um Erden und Gesteine, die sich durch ihre geologische Zusammensetzung für die Herstellung von Zement eignen und in nahezu allen Teilen Deutschlands in regional unterschiedlichen Konzentrationen vorhanden sind. Bei der Zementherstellung entsteht im Brennofen bei ca. 1400 °C so genannter Portlandzementklinker, der nach dem Vermahlen unter Zugabe von etwas Gips zur Erhärtungssteuerung zu Portlandzement wird. Reiner Portlandzement (Normbezeichnung CEM I) ist in der Anwendung noch immer weit verbreitet. Aus technischer und ökologischer Sicht ist er jedoch kein zeitgemäßes Produkt mehr, da die nach internationalen Regelungen anzustrebende Absenkung des CO2-Ausstoßes bei der Zementherstellung und die Verbesserung und Steuerung der technischen Eigenschaften eines Zements nur über das Zumahlen weiterer mineralischer Komponenten zu erreichen sind. Den aktuellen Normzementen werden z.B. Hüttensand, Kalksteinmehl, Steinkohlenflugasche oder Ölschiefer bei der Herstellung zugegeben. Diese so genannten Zumahlstoffe und die möglichen Zugabemengen sind in der europäischen Zementnorm DIN EN 197 geregelt. Je nach Art und Menge des eingesetzten Zumahlstoffs entstehen Zemente mit anderen Normbezeichnungen. Aus der Bezeichnung sind die stoffliche Zusammensetzung eines Zements und einige seiner technischen Eigenschaften ablesbar. In Abb. 5 sind einige Hauptzemente, ihre

Rohmehl

Lagern + Homogenisieren

Klinker

Trocknen Abscheiden + Homogenisieren Mahlen

Brennen

Drehrohrofen

andere Haupt- Gips bestandteile Mahlen Lagern + Homogenisieren Klinker

Zemente CEM I bis V Lagern

Zement Abfüllen + Verladen

sackweise

lose 4

10

Prozessablauf Zementherstellung (Trockenverfahren)

4

Transportieren

Grundlagen der Betontechnologie Zement

Zemente und ihre Zusammensetzung Haupt- Benennung zementarten

Hauptbestandteile (Masseanteile in Prozent) 1

Portlandzementklinker

Hüttensand

Silicastaub

Puzzolane natürlich natürlich getempert

Flugasche kieselkalksäurereich reich

gebrannter Schiefer

Kalkstein

Nebenbestandteile1

K

S

D

P

Q

V

W

I

L

LL

CEM I

Portlandzement CEM I

95–100

–

–

–

–

–

–

–

–

–

0–5

CEM II

Portlandhüttenzement

CEM II/A–S CEM II/B–S

80–94 65–79

6–20 21–35

– –

– –

– –

– –

– –

– –

– –

– –

0–5 0–5

Portlandsilicastaubzement

CEM II/A–D

90–94

–

6–10

–

–

–

–

–

–

–

0–5

Portlandpuzzolanzement

CEM II/A–P CEM II/B–P CEM II/A–Q CEM II/B–Q

80–94 65–79 80–94 65–79

– – – –

– – – –

6–20 21–35 – –

– – 6–20 21–35

– – – –

– – – –

– – – –

– – – –

– – – –

0–5 0–5 0–5 0–5

Portlandflugaschezement

CEM II/A–V CEM II/B–V CEM II/A–W CEM II/B–W

80–94 65–79 80–94 65–79

– – – –

– – – –

– – – –

– – – –

6–20 21–35 – –

– – 6–20 21–35

– – – –

– – – –

– – – –

0–5 0–5 0–5 0–5

Portlandschieferzement

CEM II/A–T CEM II/B–T

80–94 65–79

– –

– –

– –

– –

– –

– –

6–20 21–35

– –

– –

0–5 0–5

Portlandkalksteinzement

CEM II/A–L CEM II/B–L CEM II/A–LL CEM II/B–LL

80–94 65–79 80–94 65–79

– – – –

– – – –

– – – –

– – – –

– – – –

– – – –

– – – –

6–20 21–35 – –

– – 6–20 21–35

0–5 0–5 0–5 0–5

Portlandkompositzement 3

CEM II/A–M CEM II/B–M

80–94 65–79

CEM III

Hochofenzement

CEM III/A CEM III/B CEM III/C

35–64 20–34 5–19

36–65 66–80 81–95

CEM IV

Puzzolanzement 3

CEM IV/A CEM IV/B

65–89 45–64

– –

CEM V

Kompositzement

CEM V/A CEM V/B

40–64 20–38

18–30 31–50

1 2

5

Kurzbezeichnung

3

6 –20 21– 35 – – –

– – –

– – –

– – –

0–5 0–5 – – –

11–35 36–55 – –

18–30 31–50

– –

– – –

– – –

– – –

0–5 0–5 0–5

– –

– –

– –

0–5 0–5

– –

– –

– –

0–5 0–5

Die Werte in der Tafel beziehen sich auf die Summe der Haupt- und Nebenbestandteile (ohne Calciumsulfat und Zementzusätze) Stoffe, die als Nebenbestandteile dem Zement zugegeben werden, dürfen nicht gleichzeitig im Zement als Hauptbestandteil vorhanden sein. Der Anteil von Silicastaub ist auf 10 % begrenzt.

11

Baustoff Beton

6

natürlich gerundete Gesteinskörnungen in unterschiedlichen Korngruppen a Buntkies b, c Rundquarz d Quarzsplitte

Normbezeichnungen und ihre stoffliche Zusammensetzung aufgeführt. Zemente werden neben der Bezeichnung der Zementart in Festigkeitsklassen eingeteilt. Die Festigkeitsklasse des Zements ist eine maßgebende Größe zur Planung der Festigkeit eines Betons. Die Steuerung der Zementfestigkeit erfolgt vor allem über die Mahlfeinheit des Zements. Alle Eigenschaften, die den baubetrieblichen Umgang und die Eigenschaften des Betons im erhärteten Zustand bestimmen, sind bereits im Zement anzulegen. Die technischen Eigenschaften der unterschiedlichen Zemente sind in den Stoffnormen (DIN EN 197, DIN 1164) geregelt und werden bei der Produktionskontrolle vom Hersteller nachgewiesen. Wasser Beim Mischen von Zement mit Wasser entsteht so genannter Zementleim. Im technisch günstigen Verhältnis zwischen Zement und Wasser von etwa zwei Gewichtsteilen Zement zu einem Gewichtsteil Wasser entsteht ein dünnflüssiger Zementleim, der innerhalb von etwa 2 bis 4 Stunden zu so genanntem Zementstein erhärtet. Damit diese Reaktion störungsfrei und mit dem gewünschten Resultat abläuft, darf das verwendete Zugabewasser keine erhärtungsstörenden Bestandteile wie Huminsäure oder bestimmte Industrieabwässer enthalten. Zur Betonherstellung wird meist Trinkwasser verwendet, in gewässernahen Transportbetonwerken auch natürliche Wässer. Dies erfordert eine regelmäßige Untersuchung des Wassers, da der Gehalt an bestimmten Inhaltsstoffen im Zugabewasser in DIN EN 1008 beschränkt ist. Im Allgemeinen sind jedoch alle natürlichen Wässer als Zugabewasser für Beton geeignet. Auch so genanntes Restwasser, das in Transportbetonwerken beim Reinigen von Anlagen und Mischfahrzeugen anfällt, darf gemäß den Regelungen der gleichen 12

6a

b

Norm nach entsprechender Aufbereitung und Prüfung erneut als Anmachwasser für Beton verwendet werden. Gesteinskörnungen Die im Beton enthaltenen Gesteinskörnungen, früher Zuschlagstoffe genannt, sind meist natürlicher Herkunft (Abb. 6 a–d und 8). Zur Herstellung von Leichtbeton mit geringer Rohdichte werden auch industriell hergestellte, leichte Gesteinskörnungen eingesetzt (Blähton, Blähglas etc.). Bei Verwendung natürlicher Gesteinskörnungen entsteht Normalbeton mit Rohdichtewerten von etwa 2300 bis 2500 kg/m3. Werden leichte Gesteinskörnungen eingesetzt, kann an so genanntem gefügedichten Leichtbeton die Rohdichte bis auf Werte von etwa 1200 kg/m3 abgesenkt werden. Gefügedichte Leichtbetone werden statisch und konstruktiv wie Normalbetone behandelt, haben jedoch einen erhöhten Wärmedurchlasswiderstand und erlauben durch das geringere Eigengewicht der Bauteile schlankere Konstruktionen. Seit einigen Jahren sind auch rezyklierte Gesteinskörnungen zur Verwendung zugelassen. Hierbei handelt es sich um aufbereiteten Altbeton, der für Betone mit mittleren bis geringeren technischen Anforderungen eingesetzt wird (siehe Nachhaltigkeit und Recycling, S. 45ff.). Der überwiegende Teil der natürlichen Kiesvorkommen, abgelagert durch Flussläufe oder urzeitliche Moränen, ist für die Betonherstellung gut geeignet. Das Rohmaterial wird mithilfe von Sieben in einzelne Korngruppen sortiert und durch getrennte Zugabe bei der Herstellung des Betons zur gewünschten Kornzusammensetzung gemischt. In Regionen ohne natürliche Kiesvorkommen wird meist gebrochenes Hartgestein verwendet. Hierzu wird das Gestein in Brecheranlagen zerkleinert und nachfolgend ebenfalls in

Korngruppen getrennt. Betone, die aus gebrochenem Material hergestellt sind, benötigen meist den Einsatz natürlicher Sande und leicht erhöhte Bindemittelgehalte, um die erforderliche Verarbeitbarkeit zu erreichen. Die Gesteinskörnungen zur Verwendung in Beton sind in DIN EN 12620 genormt. Betonzusätze Die im Beton verwendeten Zusätze werden in Zusatzmittel und Zusatzstoffe unterteilt. Zusatzstoffe Bei Zusatzstoffen (Abb. 7) handelt es sich um staubförmige anorganische Stoffe, die dem Beton in großen Mengen zugegeben werden und technisch dem Bindemittel oder, im festen Beton, der Zementmatrix (Zementstein mit feinen Gesteinskörnungsanteilen), zugerechnet werden. Aufgrund der großen Zugabemengen sind Zusatzstoffe bei der Betonzusammensetzung rechnerisch zu berücksichtigen. Zusatzstoffe sind entweder in Eigenschaften und Zusammensetzung genormt oder über eine bauaufsichtliche Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik (DiBt) legitimiert. Die Anwendung der Zusatzstoffe regelt die Betonnorm DIN EN 206-1 zusammen mit der deutschen Ergänzung DIN 1045-2. Darin werden zwei Arten von Zusatzstoffen unterschieden: ¤Zusatzstoffe des Typs I sind Stoffe, die keine hydraulischen Eigenschaften besitzen, also nicht an der Erhärtungsreaktion des Bindemittels teilnehmen. Diese Stoffe können die Eigenschaften des frischen und des festen Betons durch ihre physikalische Wirkung im Korngerüst positiv beeinflussen. Zu diesen Stoffen zählen z. B. Gesteinsmehle oder Farbpigmente. ¤Zusatzstoffe des Typs II sind vor allem die Steinkohlenflugaschen. Sie wirken

Grundlagen der Betontechnologie Betonzusätze

Betonzusatzstoffe Farbpigmente weitgehend inerte (reaktionsträge) Gesteinsmehle ohne Festigkeitsbeitrag anorganische, puzzolanische Stoffe wie Steinkohlenflugasche, Silicastaub in Pulverform oder in wässriger Suspension c

d

latent hydraulisch, d. h. sie werden durch die im Zement enthaltenen hydraulischen Reaktionspartner zu einer Erhärtungsreaktion angeregt und tragen so zur Festigkeit bei. Steinkohlenflugasche entsteht in Kraftwerken aus den nicht brennbaren Anteilen der natürlichen Kohle. Sie fällt als feiner Filterstaub an, braucht also nicht gemahlen zu werden. Durch die überwiegend kugelförmige Gestalt ihrer Partikel kann die Zugabe von Steinkohlenflugasche bereits im frischen Beton eine Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften bewirken. Steinkohlenflugasche wird bei der Betonherstellung in Mengen zwischen etwa 30 bis 80 kg/m3 Beton zugegeben und kann jeweils etwa die halbe Menge an Zement ersetzen. Ihre Verwendung ist jedoch nur begrenzt von Vorteil, da sie die Dauerhaftigkeit des Betons herabsetzt. Aus diesem Grund ist die maximale Zugabemenge beschränkt. ¤Ein weiterer Zusatzstoff des Typs II ist Silicastaub, ein technisches Nebenprodukt aus der Siliziumherstellung. Dieser Stoff ist wesentlich feiner als Zement und eignet sich damit zum Ausfüllen und Verdichten von Partikelzwischenräumen im frischen und im festen

7

Beton. Die Zugabe von Silicastaub fördert und verbessert die Bindung zwischen Gesteinskörnung und Zementmatrix. Dadurch lässt sich die Druckfestigkeit des Betons erheblich steigern. So ist die Herstellung so genannter Hochfester Betone mit Druckfestigkeiten von mehr als etwa 60 N/mm2 erst durch den Einsatz von Silicastaub möglich geworden. Hochfeste Betone sind im Allgemeinen Gegenstand von Sonderplanungen, da sie bei der Herstellung und Verarbeitung besondere Fachkenntnis und einen erhöhten Überwachungsaufwand erfordern. Zusatzmittel Unter Zusatzmitteln versteht man hochwirksame chemische Stoffe, die dem Beton bei der Herstellung meist in flüssiger Form zugegeben werden (Abb. 11). Die eingesetzten Mengen sind verhältnismäßig gering und bleiben bei der Berechnung der Betonzusammensetzung meist unberücksichtigt. Zusatzmittel werden vor allem zur Verbesserung der Frischbetoneigenschaften, also zur Unterstützung des Baubetriebs, angewendet und dürfen die Eigenschaften des festen Betons nicht negativ beeinflussen. Die bei der Planung des Tragwerks festgelegten

Gesteinskörnungen für Beton Trockenrohdichte

Gesteinskörnungen

3

[t /m ]

8

leichte Gesteinskörnungen

gemäß DIN EN 13055 ≤ 2,0

Naturbims, Hüttenbims, Blähton, Blähschiefer

normale Gesteinskörnungen

gemäß DIN EN 12620 > 2,0

natürliches ungebrochenes oder gebrochenes dichtes Gestein (z. B. Sand, Kies, Splitt), künstlich hergestellte gebrochene oder ungebrochene dichte Gesteinskörnungen (z. B. Hochofenschlackensand, Hochofenstückschlacke)

schwere Gesteinskörnungen

technisch > 3,0

Schwerspat, Eisenerz, Baryt, Stahlgranulat

Trass, der puzzolanisch reagiert

Erwartungswerte des festen Betons müssen auch beim Einsatz eines Zusatzmittels zuverlässig erreicht werden. Die Hauptanwendung von Zusatzmitteln ist die Verflüssigung des frischen Betons. Diese Wirkungsgruppe wird als Betonverflüssiger oder Fließmittel bezeichnet. Um die technischen Eigenschaften des festen Betons sicherzustellen, muss die Zugabemenge von Wasser bei der Betonherstellung auf einen Maximalwert beschränkt werden. Die so entstehenden Betone wären ohne verflüssigende Zusatzmittel von sehr steifer oder nur erdfeuchter Konsistenz und mit den üblichen baubetrieblichen Verfahren nicht förder- und einbaubar. Die Leistungsfähigkeit der aktuellen Zusatzmittel erlaubt es jedoch, auch Betone mit sehr geringem Wassergehalt in leicht verarbeitbaren oder gar fließenden Konsistenzen herzustellen. Seltener angewendet werden Erstarrungsverzögerer, die bei großvolumigen Betonierabschnitten das Erstarren des Betons gezielt verzögern und den frischen Anschluss zwischen den einzelnen Einbaulagen gewährleisten können. Zur Unterstützung der Frischbetoneigenschaften von Betonen, die aufgrund ihrer Zusammensetzung zum Entmischen neigen, können so genannte Stabilisierer eingesetzt werden. Die so genannten Luftporenbildner sind Zusatzmittel, die nicht zur Verbesserung der Eigenschaften des frischen Betons verwendet werden, sondern um einen erhöhten Frostwiderstand im festen Beton zu erzielen. Der Einfluss von Luftporenbildnern auf die Eigenschaften des frischen Betons ist vernachlässigbar. Durch Luftporenbildner entstehen im Gefüge des erhärteten Betons kugelförmige Mikroluftporen. Sie wirken bei entsprechender Größe und Verteilung als Expansionsräume, wenn die im Porensystem 13

Baustoff Beton

des Betons vorhandene Feuchtigkeit bei Frost gefriert. Durch die geltenden Normen ist der Einsatz von Luftporenbildnern in Bauteilen vorgeschrieben, die eine hohe Durchfeuchtung erfahren und gleichzeitig Frost in Verbindung mit Tausalzen ausgesetzt sein können. Aufgabenteilung – Eigenschaften und Zusammensetzung von Beton Die aktuelle Betonnormung entscheidet mittelbar auch über die jeweiligen Verantwortlichkeiten der Beteiligten bei der Planung und Herstellung eines Betonbauwerks. Der Tragwerksplaner und der Ausführende begreifen den Beton allein über seine technischen Eigenschaften. Im Zuge der Tragwerksplanung werden die Druckfestigkeitsklasse und die Dauerhaftigkeitsanforderungen (Expositionsklassen, siehe Eigenschaften von Beton, S. 20) des Betons festgelegt. Aus der Arbeitsplanung des ausführenden Bauunternehmers ergeben sich Anforderungen an die baubetrieblich erforderlichen Frischbetoneigenschaften wie die Einbaukonsistenz und das Größtkorn der Gesteinskörnung. Diese Eigenschaften werden beim Betonhersteller, also dem Transportbetonwerk, bestellt und von diesem nachgewiesen und geliefert. Der Entwurf und die Errechnung einer Betonzusammensetzung sowie der technische Eignungsnachweis eines Betons liegen im Verantwortungsbereich des Betonherstellers. Er kann die Ausgangsstoffe und die Betonzusammensetzung innerhalb der Normvorgaben zur Erreichung der geforderten Eigenschaften des frischen und des festen Betons frei wählen, entscheidet also über Art und Menge des Zements, des Wassers, der Gesteinskörnung, der Zusatzmittel und Zusatzstoffe. Architekt und Tragwerksplaner nehmen nur im technisch begründeten Fall Einfluss auf die Betonzusammensetzung. So können z.B. die Auswahl des

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Zements oder einer Gesteinskörnung für den Architekten von Interesse sein, wenn er an das Aussehen der späteren Betonoberfläche bestimmte Anforderungen stellt. Auch wenn eine weitere Bearbeitung der Betonoberfläche erfolgen soll (Auswaschen, Sandstrahlen, Stocken etc.), kann das Erscheinungsbild der fertigen Oberfläche in Grenzen über die eingesetzte Gesteinskörnung gesteuert werden. Die Herstellung von Beton auf der Baustelle, wo das ausführende Bauunternehmen die Verantwortung für Zusammensetzung und Eigenschaften trägt, erfordert ein erweitertes betontechnologisches Grundwissen sowie eine umfangreiche technische Ausstattung und wird nur noch in besonderen Einzelfällen (Betonstraßenbau, Großprojekte) praktiziert.

9 sichtbare Mikroluftporen zur Erhöhung des Frostwiderstands in einer angeschliffenen Betonoberfläche 10 eingebundenes Flugaschepartikel im Rasterelektronenmikroskop 12 unterschiedliche Bewehrungsstähle 13 Betonzusammensetzungen im Vergleich (Volumenanteile/Kubikmeter)

Betonzusatzmittel Farbkennzeichen 1

Wirkungsgruppe

Kurzzeichen

Betonverflüssiger

BV

gelb

Fließmittel

FM

grau

Luftporenbildner

LP

blau

Dichtungsmittel

DM

braun

Verzögerer

VZ

rot

Beschleuniger

BE

grün

Einpresshilfe

EH

weiß

Stabilisierer

ST

violett

Chromatreduzierer

CR

rosa

Recyclinghilfe

RH

schwarz

11 1 Die Farbkennzeichen der Gebinde wurden eingeführt, um Verwechslungen zu vermeiden.

10

14

Grundlagen der Betontechnologie Bewehrung

Bewehrung Betonbauteile werden, je nach Belastung und Konstruktion des Tragwerks, mit oder ohne Bewehrungsstahl hergestellt (bewehrte bzw. unbewehrte Bauweise). Bewehrungsstähle sind im Normenwerk der DIN 488 Betonstahl von 1984 geregelt. Seit August 2005 ist die europäische Norm DIN EN 10080 Stahl für die Bewehrung von Beton – Schweißgeeigneter Betonstahl – Allgemeines erschienen, welche DIN 488 zunächst teilweise ersetzt und die nationale Normung für Bewehrungsstähle mittelfristig ablösen soll. Eine Bewehrung ist erforderlich, wenn ein Betonbauteil durch Zugkräfte beansprucht wird. Beton ist ein mineralischer, sprödelastischer Baustoff, der hohe Druckfestigkeiten erreichen kann. Seine Zugfestigkeit ist jedoch mit etwa 10 % der Druckfestigkeit auch bei hochfesten Betonen vergleichsweise gering. Da das plötzliche, unangekündigte Bruchverhalten mineralischer Baustoffe unter Zugbeanspruchung zum spontanen Bauteilversagen führt, wird die Zugfestigkeit des Betons bei der Tragwerksbemessung aus Sicherheitsgründen vernachlässigt, also bei der Berechnung mit Null angesetzt. In einem Betonbauteil auftretende Zugkräfte werden von eingebauten Bewehrungsstählen übernommen. Bei der Tragwerksbemessung errechnet der Tragwerksplaner die für die Bewehrung erforderlichen Parameter: ¤den erforderlichen Gesamtstahlquerschnitt zur Aufnahme der erwarteten Zugkräfte, ¤die Aufteilung dieses Gesamtstahlquerschnitts auf sinnvolle und technisch günstige Stabdurchmesser und Stababstände, ¤die exakte Einbaulage der Bewehrungsstähle im Bauteil. Dies ist besonders wichtig, da die Bewehrung möglichst genau in den Bauteilzonen liegen muss, in denen die größten Zugkräfte auftreten. Die DIN 1045 Teil 1 Bemessung und Konstruktion regelt die Rechenverfahren zur Bemessung von Beton- und Stahlbetonbauteilen. Diese Verfahren basieren auf einem Sicherheitssystem, das neben der Bemessung des Bauteils auch die Herstellung und Überwachung des Betons und dessen Einbau auf der Baustelle regelt. So werden in den Tragwerksnachweis für die Materialien Stahl und Beton Sicherheitsspielräume eingebaut. Dadurch sind spätere Nutzungseinschränkungen, Bauschäden oder gar das Versa-

gen eines Bauteils aufgrund eines zu gering bemessenen Bauteilwiderstands ausgeschlossen. Die gleiche Norm enthält allgemeine Bewehrungsregeln für Stahlbetonbauteile, die bei der Herstellung und beim Einbau der Bewehrung immer zu beachten sind. Hierzu gehören u.a.: ¤der Mindestdurchmesser der Biegerolle: Betonstähle müssen häufig gebogen werden. Dies geschieht maschinell, indem der Stahlstab am Biegepunkt gegen eine Rolle gedrückt wird. Ein ausreichender Rollendurchmesser sorgt dafür, dass der Bewehrungsstab am Biegepunkt nicht knickt und keine inneren Brüche, Risse oder Versprödungen erhält. ¤die so genannten Übergreifungslängen an Stabstößen: In der Zugzone eines Betonbauteils sollen die Bewehrungsstäbe zur Gewährleistung des sicheren Kraftschlusses möglichst nicht gestoßen werden. Ist dennoch ein Stoß erforderlich, müssen die beiden Stäbe mit einer festgelegten Übergreifungslänge überlappen, damit die Kräfte sicher von einem auf den anderen Stab übertragen werden können. ¤die so genannten Verankerungslängen: Damit ein Bewehrungsstab die übertragenen Zugkräfte aufnehmen kann, muss er mit beiden Stabenden ausreichend im Beton verankert sein. Die Stabenden sollten in möglichst wenig belasteten Bauteilbereichen im Beton verankert sein. ¤die Betondeckung, also die Dicke der Betonschicht zwischen der äußeren Bewehrungslage und der Bauteiloberfläche.

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Stampfbeton (bis ca. 1930)

Beton für Außenbauteile (1970–1999)

Selbstverdichtender Beton

Poren ca. 3–5%

Poren ca.1,5%

Poren < 1%

Zusatzmittel ca. 2,5 l/m3

Wasser

Zement

Die Bemessung und Einhaltung der Betondeckung ist für die konstruktive Sicherheit und für die Dauerhaftigkeit eines Stahlbetonbauteils von besonderer Bedeutung. Die Betondeckung darf nicht zu dick bemessen sein, da sie eine unbewehrte Bauteilzone darstellt, in der Zugkräfte unmittelbar zu Rissen oder Abplatzungen führen. Andererseits ist eine ausreichend dicke Betondeckung für die sichere Verankerung der äußeren Bewehrungsstäbe und für deren Korrosionsschutz erforderlich. Das Verbundsystem Stahlbeton funktioniert dauerhaft, da Beton und Stahl ähnliche Wärmedehnungskoeffizienten haben, sich im üblichen Temperaturbereich also etwa gleich verformen. Da Beton und

Wasser

Wasser

Flugasche

Flugasche Kalksteimmehl

Zement

Sand/ Kies

Zusatzmittel ca. 6–10 l/m3

Sand/ Kies

Zement

Sand/ Kies

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Baustoff Beton

Stahl zueinander chemisch beständig sind, entsteht auch keine schädigende Korrosion. Das Betongefüge reagiert im frischen und im festen Zustand durch den enthaltenen Kalk stark basisch. Dieses basische Milieu passiviert den Stahl und schützt ihn vor Korrosion. Aus diesem Grund können auch stark angerostete Bewehrungsstähle in den Beton eingebaut werden. Obwohl der Korrosionsschutz des Stahls durch den Beton sehr wirksam und dauerhaft ist, gibt es technische Grenzen. So bewirkt der natürliche Kohlendioxidgehalt der Luft zusammen mit der vorhandenen Feuchtigkeit über längere Zeit eine Neutralisierung der basischen Anteile im Beton. Diese Reaktion wird Karbonatisierung genannt und beginnt unmittelbar nach dem Entschalen an der Oberfläche jedes Betonbauteils. Die so genannte Karbonatisierungsfront, also die Grenze zwischen dem bereits neutralisierten und dem noch basischen Betongefüge, schreitet im Laufe der Zeit in das Innere des Betonbauteils voran. Dieser Vorgang verlangsamt sich im Innern des Betongefüges zunehmend. Erreicht die Karbonatisierung den Bewehrungsstahl, kann dieser rosten. Durch die mit der Rostbildung verbundene Volumenvergrößerung wird die Betondeckung abgesprengt und es bilden sich charakteristische Korrosionsschäden. In welcher Zeit die Karbonatisierung bis zur Bewehrung vordringt, ist abhängig von der Dichtheit und der Dicke der Betondeckung sowie von den Umgebungsbedingungen. Besonders gefährdet sind Außenbauteile, da die wechselnden Feuchtigkeitsbedingungen eine rasche Karbonatisierung und die Korrosion an depassivierter Bewehrung fördern. Bauteile in Innenbereichen zeigen hingegen meist auch dann keine Korrosionsschäden, wenn die Karbonatisierung den Stahl erreicht hat. Der Beton wird durch diesen Vorgang nicht direkt geschädigt. Die Umsetzung des enthaltenen freien Kalks mit dem Kohlendioxid der Luft bewirkt lediglich einen leichten Festigkeitszuwachs. Im System der Expositionsklassen (siehe S. 20) ist die Karbonatisierung in den Klassen XC1 bis XC 4 berücksichtigt. Die Bemessung und die sorgfältige Ausführung eines Stahlbetonbauteils nach den Kriterien der zutreffenden Expositionsklasse bewirkt einen Schutz gegen Bewehrungskorrosion durch Karbonatisierung von mindestens 50 Jahren. Der zweite mögliche Angriffsfall ist eine durch Chloride verursachte Korrosion. Diese sind in Tausalzen in hoher Konzentra16

tion vorhanden. Sie können jedoch auch aus chemischen Prozessen oder aus natürlichen Wässern (Meerwasser, Solebäder) stammen. Der chemische Reaktionsdruck (Affinität) zwischen Eisen und Chlorid ist sehr groß. Die Chloridkorrosion kann weit aggressiver und für das Bauteil sehr viel schädigender sein als die Karbonatisierung. Chloride können auch dann Korrosion an der Bewehrung verursachen, wenn der umgebende Beton nicht karbonatisiert ist. Sind die weiteren Korrosionsbedingungen (Feuchtigkeit, Sauerstoff) gegeben, kann es rasch zu einer starken Schädigung der Bewehrung kommen. Ein Chloridangriff kann, bei entsprechend aggressiven Umgebungsbedingungen, nur durch eine ausreichend dichte und dicke Betondeckung verhindert werden. An Bauteilen, bei denen Risse in chloridbelasteten Bereichen nicht auszuschließen sind, ist meist eine schützende Beschichtung erforderlich. Im Expositionsklassensystem sind Chloridangriffe durch die Expositionsklassen XD 1 bis XD3 (Tausalze, Solebäder) und XS1 bis XS3 (Meerwasser) berücksichtigt. Die Bemessung der Bewehrung von Stahlbetonbauteilen ist Aufgabe des Tragwerksplaners und im Hochbau üblicherweise Teil der Eingabeunterlagen zur Baugenehmigung. Die genaue Art und Menge der in ein Bauteil einzubringenden Bewehrung sowie die exakte Einbaulage der einzelnen Stäbe und Matten ist aus den Ausführungsplänen zu ersehen. In diesen Plänen sind auch die Betondeckung, die bei der Ausführung des Bauteils geltenden Expositionsklassen und die Druckfestigkeitsklasse des Betons aufgeführt. Die Ausführungspläne werden entweder durch den Tragwerksplaner oder durch das ausführende Bauunternehmen anhand der Vorgaben aus der Bemessung angefertigt. Bewehrungsarbeiten sind typische Nachunternehmerleistungen, die der Unternehmer fast immer an einen Biege- und Verlegebetrieb weitervergibt. Es ist nicht sinnvoll, die Weitervergabe von Bewehrungsarbeiten im Sinne der Qualitätssicherung (siehe Qualität und Baustellensteuerung S. 68ff.) bauvertraglich zu unterbinden, da nur wenige Bauunternehmen die Bewehrung im eigenen Betrieb herstellen können. Die Bewehrung wird meist fertig abgelängt, ggf. vorgebogen, zu Bauteilpositionen zusammengestellt auf die Baustelle geliefert und dort verlegt. Nach Abschluss der Bewehrungsarbeiten sollte durch die Bauleitung des Planers

eine Abnahme der Bewehrung erfolgen. Sofern die folgenden Details nach der Fertigstellung nicht mehr erreichbar sind, müssen Prüfung und Abnahme vorher stattfinden: ¤Es ist zu prüfen, ob die Bewehrung in Art, Menge und Einbaulage den Ausführungsplänen gemäß eingebaut wurde. ¤Besonders sorgfältig ist die Einhaltung der vorgeschriebenen Betondeckung zu prüfen. Die erforderliche Betondeckung hängt von den geltenden Expositionsklassen, also den Umgebungsbedingungen, ab und kann an verschiedenen Bauteiloberflächen unterschiedlich sein. Die Betondeckung gilt als eingehalten, wenn das in den Ausführungsplänen angegebene Nennmaß cnom an keinem Bewehrungsstab unterschritten ist. ¤Obwohl die Bewehrung auch rostig eingebaut werden kann, darf der Korrosionsabtrag nicht zu Querschnittsminderungen führen. Dies ist vor allem an lange gelagerter Bewehrung zu prüfen. ¤Bei der Herstellung von Sichtbetonflächen ist zu prüfen, ob im Bereich der Ansichtsflächen geeignete Abstandhalter verwendet wurden. Diese bestehen bei Sichtbetonflächen meist aus zementgebundenem Material. Des Weiteren ist zu beachten, dass die beim Befestigen der Bewehrungsstäbe entstehenden Drahtabfälle vor dem Betonieren aus der Schalung zu entfernen sind. ¤Beim Bewehren von Sichtbetondecken ist die Verschmutzung der Schalung durch abrieselnden Oberflächenrost beim Verlegen der Bewehrung nicht zu verhindern. Die feinen Rostpartikel fallen auf die Schalhaut und haften dort meist am Trennmittel (Schalöl), können also auch durch Pressluft oder Wasser nicht vollkommen entfernt werden. Der frische Beton schiebt diese Rostpartikel beim Einfließen in die Schalung vor sich her und konzentriert die Verschmutzung in bestimmten Bereichen. Dies führt zu fleckigen, braunen Verfärbungen an den Deckenuntersichten, die auch durch eine spätere Reinigung meist nicht entfernt werden können. Derartige Verschmutzungen sind nur durch eine verzinkte Bewehrung sicher zu vermeiden. Beim Bewehren einer Betondecke arbeitet das Personal unmittelbar auf der Schalhautoberfläche, was häufig zu Verletzungen und Verschmutzungen der Schalhaut durch Werkzeug und Arbeitsschuhe führt. Solche Störungen auf

Grundlagen der Betontechnologie Schalung

der Schalhaut sind später auf den Untersichten erkennbar und können die Qualität der Flächen erheblich beeinträchtigen. Bei hohen Oberflächenanforderungen ist deshalb beim Betreten der Schalung das Wechseln des Schuhwerks oder das Anlegen von Filzüberziehern vorzusehen und zu überwachen. Zudem ist besonders auf die restlose Entfernung von Verlegedrahtresten oder anderen Materialabfällen aus der Schalung zu achten. ¤Beim Einbau der Bewehrung wird oft deutlich, dass die Einbauräume in der Schalung zur Einhaltung der planmäßig vorgesehenen Stababstände zu klein sind. Auf den Ausführungszeichnungen zur Bewehrung ist dies nur mit Erfahrung erkennbar. Im Einzelfall können die Bewehrungsstäbe in stark belasteten Bauteilbereichen so dicht aneinander liegen, dass ein sachgemäßer Einbau des Betons nicht mehr möglich ist. In manchen Fällen reicht es, das Größtkorn der Gesteinskörnung zu verringern, um den Einbau zu ermöglichen. Zudem müssen die Vibratoren (Innenrüttler) zur Verdichtung des Betons durch die Bewehrung geführt werden. Oft ist dies jedoch gerade in dicht bewehrten Bereichen nicht möglich, obwohl gerade an diesen Stellen eine intensive Verdichtung zur fehlstellenfreien Umhüllung der Bewehrung mit Beton notwendig ist. Nach den Regelungen von DIN 1045 Teil 1 ist es Aufgabe des Planers, bei der Anordnung der Bewehrung sicherzustellen, dass ein sachgemäßer Betoneinbau möglich ist. Jede Änderung der Bewehrungsführung muss in Abstimmung mit dem Tragwerksplaner erfolgen. Schalung Die Schalung ist die Form, in der frischer Beton erhärtet und dadurch zu einem Bauteil wird. An die Schalung werden nur wenige Grundanforderungen gestellt: • Die Schalung muss in der durch die Planung vorgegebenen geometrischen Form herzustellen sein und darf sich unter allen auftretenden Belastungen nicht nennenswert verformen. • Die Schalung muss den Frischbetondruck und im Einzelfall das Gewicht des gesamten Bauteils (Deckenschalung) sicher aufnehmen. Während des Betoneinbaus kommen zusätzliche Lasten und Einflüsse hinzu. Die Verdichtungsgeräte des Betons und der chargenweise Einbau von weichem Beton aus Kranbomben können die Schalung

mit Vibrationen und Laststößen beanspruchen. Die auf oder an der Schalung arbeitenden Personen, Geräte oder Förderschläuche leiten weitere, statisch und dynamisch wirkende Lasten ein. • Die Schalung muss ausreichend dicht sein. Der frische Beton darf durch Stöße und Fugen zwischen Schalungs- und Schalhautelementen auch während des Verdichtens keine nennenswerten Mengen flüssiger Zementmatrix verlieren. Ein leichter Verlust an flüssigem Feinmörtel ist jedoch nie ganz auszuschließen und muss durch einen sorgfältigen Schalungsbau beschränkt werden, um so genannte Ausblutungen oder Kiesnester zu vermeiden. Diese Fehlstellen sind bei Sichtbetonanforderungen im Allgemeinen nicht nachzubessern und können zur Ablehnung und zum Rückbau des Bauteils führen. Neben diesen technischen Grundanforderungen muss die Schalung den wirtschaftlichen Anforderungen eines möglichst kostengünstigen Baubetriebs genügen. In den letzten Jahren hat vor allem die Entwicklung des Schalungsbaus deutliche Kostenvorteile für den Betonbau erzielt. Inzwischen bieten alle Hersteller von Betonschalungen sehr leistungsfähige Systeme an. Sie bestehen aus leichten, auch manuell handhabbaren Einzelteilen, die mit wenigen Handgriffen sicher montiert und demontiert werden können und großen Lasten verformungs14 frei widerstehen. Vor allem die Reduzierung des Eigengewichts der einzelnen Systemteile bringt baubetrieblich große Vorteile. Die Andienung der Baustelle kann durch kleinere Kräne erfolgen, die zudem durch den Schalungsbau weniger 14 in Anspruch genommen werden. Bei sehr hohen Bauwerken mit relativ gleich bleibender Geometrie können selbstklet15 ternde oder selbstgleitende Schalungssysteme eingesetzt werden, die nur in wenigen Fällen die Unterstützung durch Kräne benötigen. Zur Optimierung und Begrenzung der Kosten werden Schalungssysteme heute nahezu ausschließlich gemietet oder geleast. Da die Kosten für Rückbau, Instandsetzung und Lagerung im Mietpreis enthalten sind, ist der Gesamtaufwand für den Schalungsbau genauer einschätzbar. Der Architekt als Planer und Projektbauleiter ist an der Auswahl und Planung der Schalung im Allgemeinen nur dann beteiligt, wenn besondere Anforderungen an

Last Beton

Bewehrung Druckzone Zugzone

Verbundbaustoff Stahlbeton: Der Beton nimmt entstehende Druckkräfte auf, der Bewehrungsstahl die Zugkräfte. Zusätzlich schützt der Beton die Bewehrung vor Korrosion. Einbringen von frischem Beton mittels einer Einfüllöffnung in ein Bauteil mit dichter Bewehrung

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Baustoff Beton

das Aussehen der Betonoberflächen gestellt werden. Im Regelfall sind Wahl und Planung der Schalung allein Aufgabe des ausführenden Bauunternehmens. Sichtbetonoberflächen Bei der Herstellung von Sichtbetonbauteilen bestimmt der Planer durch die Anforderungen an die Betonoberfläche auch die technischen Eigenschaften der Schalhaut d. h. der dem Beton zugewandten Fläche der Schalung. Ihre Beschaffenheit ist maßgebend für das Aussehen der fertigen Betonoberfläche. Schalung und Schalhaut sind hierbei zu unterscheiden, da sich die Sichtbetonanforderungen zwingend auf die Auswahl der Schalhaut auswirken, nicht jedoch auf die Wahl des Schalungssystems. Nur wenn eine bestimmte Schalhaut fester Teil der Beschaffenheitsplanung von Sichtbetonflächen ist, sollte der Planer sie zwingend vorschreiben. Unterstützung bei der Planung von Sichtbeton auch hinsichtlich der Auswahl und Beschaffenheit der Schalung bietet das Merkblatt Sichtbeton (herausgegeben vom Deutschen Beton- und Bautechnikverein e.V. und dem Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e.V.) in folgenden Punkten: • Festlegung der Schalhautklasse in Abhängigkeit von der Sichtbetonklasse (siehe S. 98, Abb. 5) • Beschreibung der Zustandskriterien der einzelnen Schalhautklassen (siehe S. 101, Abb. 9) • Planung von Sichtbeton vor allem hinsichtlich der Schalung • Eine umfassende Übersicht marktüblicher Schalhäute (siehe S. 101, Abb. 9), zusammen mit einer Beschreibung ihrer technischen Merkmale, der zu erwartenden Oberflächenergebnisse sowie Anhaltswerten für die mögliche Einsatzhäufigkeit • Technische Maßnahmen zum Erreichen der geforderten Sichtbetonklasse (vgl. Kapitel 6, Anforderungen an die Ausführung und Anhang des Merkblatts). Sie sollen vor allem den Ausführenden unterstützen, können aber auch dem Planer bei seinen Bauleitungsaufgaben hilfreich sein. Der Planer sollte sich auf die Beschreibung der erwarteten Betonoberfläche oder einiger technischer Grundeigenschaften der Schalhaut beschränken (Holz, Kunststoff, glatt, rau, strukturiert, saugend, nicht saugend etc.) und anhand von Erprobungsflächen zusammen mit dem Ausführenden entscheiden, ob 18

die vom Unternehmer gewählte Schalhaut zur Herstellung der geforderten Oberflächenbeschaffenheit geeignet ist. Bei den Versuchen an den Erprobungsflächen sollte auch die Wahl des Trennmittels (Schalöl) einbezogen werden. Wie die Schalhaut nimmt es Einfluss auf das Aussehen der entstehenden Betonoberfläche und auf die Stabilität ihrer Qualität. Aktuelle Forschungsergebnisse zu den Wechselwirkungen zwischen Schalhaut- und Betonoberfläche beim Erstarren und Erhärten des Betons zeigen, dass der Einfluss des Trennmittels, seine Art, Beschaffenheit und seine Auftragsdicke das Aussehen der Betonoberfläche maßgeblich mitbestimmen. Das Trennmittel sollte wie die Schalhaut sorgfältig anhand von Versuchsergebnissen gewählt und nicht beliebig, etwa nach Preis und Angebot, variiert werden. Bei der Planung hochwertiger Sichtbetonflächen ist die Erstellung eines Schalungsmusterplans erforderlich. Darin sind die sich auf der Betonoberfläche abzeichnenden Schalhautstöße und die Anordnung und Ausführung der Ankerlöcher und -konen in geordneter und gestalteter Flächengliederung dargestellt. Der Einsatz von technisch anspruchslosen Rahmenschalungen scheidet für die Herstellung hochwertiger Sichtbetonflächen aus. Sie ergeben eine meist ungewünschte, kleinteilige Flächengliederung, da sich die Metallrahmen der einzelnen Elemente intensiv auf der Betonoberfläche abzeichnen. Zudem sind die Elementfugen oft nicht hinreichend dicht. Allerdings werden auch die üblicherweise für Sichtbeton eingesetzten Großflächenschalungen in festgelegten maximalen Elementgrößen angeboten. Der Architekt sollte sich daher bei der Planung der Flächengliederung an den vorgegebenen Produktmaßen orientieren, da spezielle Zuschnitte und ein hoher Verschnitt die Kosten des Schalungsbaus erhöhen können. In vielen Fällen kann es für den Architekten vorteilhaft sein, die Erstellung des Schalungsmusterplans als vertragliche Leistung an den Ausführenden zu vergeben. Die Pläne entstehen dann in enger Zusammenarbeit zwischen dem Architekten und dem ausführenden Unternehmer. Auf diese Weise kann der Architekt die Marktkenntnisse des Ausführenden zum Schalhautangebot und zu möglichen Verfahren des Schalungsbaus nutzen. Aus dieser Zusammenarbeit entstehen oft wirtschaftliche, technisch und gestalterisch befriedigende Lösungen. Die Erstel-

lung der Planunterlagen durch den Ausführenden entlastet den Architekten und stellt sicher, dass die Pläne rechtzeitig zur Ausführung vorliegen. Alle namhaften Hersteller von Betonschalungen leisten eine intensive technische Beratung, die für Planer und Ausführende in allen Phasen der Planung und Realisierung hilfreich sind. Viele Hersteller bieten technische Broschüren sowie baubetriebliche und gestalterische Planungshilfen an, teilweise auch in Form von Software. Fast alle Anbieter von Betonschalungen übernehmen auf Wunsch und bei besonders anspruchsvollen Bauaufgaben die Planung und Ausführung des Schalungsbaus als vertragliche Leistung. Eine Übersicht über die Produktprogramme sowie das Service- und Beratungsangebot geben die Internetauftritte der einzelnen Hersteller und Anbieter von Betonschalungen.

Eigenschaften von Beton Normen und Regelwerke

Eigenschaften von Beton

Normen und Regelwerke Das Bauen mit Beton ist in Deutschland und Europa durch ein verbundenes Normenwerk geregelt. Obwohl der Geltungsbereich der Normen der großen Bandbreite von Betonanwendungen weitgehend folgt, gibt es auch regelwerksfreie Bereiche des Betonbaus. Fehlen anerkannte Regeln der Technik, kann es jedoch zu Problemen bei der Bestimmung der Planungs- und Ausführungsgrundlagen kommen, so z.B. bei Industrieböden oder Bauwerken in der Landwirtschaft.

Martin Peck

Das zentrale Regelwerk für das Bauen mit Beton besteht aus den vier Teilen der DIN 1045 im Zusammenhang mit der europäischen Baustoffnorm DIN EN 206 Teil 1. Die Normenreihe DIN 1045 trägt die Überschrift »Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton« und behandelt die Bemessung und Konstruktion (Teil 1), den Baustoff Beton (Teil 2), die Bauausführung (Teil 3) und besondere Regelungen für die Herstellung von Betonfertigteilen (Teil 4). In dieser Reihe nimmt Teil 2 eine Sonderstellung ein. Während die Teile 1, 3 und 4 jeweils in sich geschlossene Normen sind, ist der Teil 2 der DIN 1045 das »Nationale Anwendungsdokument« zur europäischen Betonnorm DIN EN 206 Teil 1. Für den Baustoff Beton gelten also zunächst die Regelungen der europäischen Norm, die zur Anwendung in Deutschland durch DIN 1045 Teil 2 ergänzt und erweitert wird. Damit der Anwender die geltenden Bestimmungen nicht zwei Regelwerken entnehmen und miteinander vergleichen muss, wurden die Inhalte beider Normen im DIN-Fachbericht 100 »Beton« zusammengestellt. Die Normenreihe DIN 1045 ist zusammen mit DIN EN 206 Teil 1 bauaufsichtlich eingeführt und damit Teil des deutschen Bauordnungsrecht. Bauwerke und Bauteile, deren Tragfähigkeit und Gebrauchs-

tauglichkeit Belang der öffentlichen Sicherheit und Ordnung sind, müssen nach diesem Normenwerk zu bemessen und ausgeführt werden. Für solche Bauteile muss bei der Eingabe der Genehmigungsunterlagen eine Tragwerksplanung nach DIN 1045-1 vorliegen. Da der Geltungsbereich dieser Normen auf tragende Bauteile beschränkt ist, kann es in Einzelfällen auch bei den genehmigenden Behörden Unklarheit darüber geben, ob ein Bauteil oder Bauwerk in den Geltungsbereich von DIN EN 206-1 und DIN 1045 fällt (Abb. 16). Da die Sicherheit des Tragwerks langfristig nur durch eine hinreichend dauerhafte Konstruktion gewährleistet wird, ist neben Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit auch die Dauerhaftigkeit einer Betonoder Stahlbetonkonstruktion bauordnungsrechtlich relevant. Weil dies dem volkswirtschaftlich motivierten Schutz und Erhalt des Bestands an Gebäuden und Bauwerken dient, wurde bei der Neufassung der Betonnormung im Jahr 2000 die Dauerhaftigkeit Teil der Bemessung. Die in dieser Normung integrierte Dauerhaftigkeitsbemessung soll aufgrund der Kenntnisse über die korrosiven Einflüsse und ihre Auswirkungen auf ein Betonoder Stahlbetonbauteil eine Mindestlebensdauer von 50 Jahren sicherstellen. Durch die Verschärfung der Normen ist diese Annahme auch bei starken Angriffen realistisch, da selbst Betonbauwerke, die nach vorhergehenden Regelwerken bemessen und errichtet wurden, meist weit höhere Lebensdauern aufweisen. Die Bemessung der Dauerhaftigkeit ist kein gesonderter rechnerischer Nachweis, sondern geschieht zunächst dadurch, dass der Tragwerksplaner die bei der Nutzung auf ein Bauteil wirkenden korrosiven Umgebungsbedingungen ermittelt. Diese werden bei der Planung durch die Einordnung in ein Klassensystem

Normen für den Betonbau Planung und Bemessung

DIN 1045 – Teil 1

Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Bemessung und Konstruktion

Baustoff Beton

DIN EN 206 – Teil 1

Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität Nationale Anwendungsregeln zu DIN EN 206-1 Zusammenstellung von DIN EN 206-1 und DIN 1045-2

DIN EN 1045 – Teil 2

DIN-Fachbericht 100 Beton

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Bauausführung

DIN EN 1045 – Teil 3

Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Bauausführung

Betonfertigteile

DIN EN 1045 – Teil 4

Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Ergänzende Regelungen für die Herstellung von Fertigteilen

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Baustoff Beton

Angriffsarten und Expositionsklassen Situation

Bauteilbeispiel

Expositionsklasse

Kein Angriffs-, Korrosionsrisiko (Bauteile ohne Bewehrung oder eingebettetes Metall in nicht Beton angreifender Umgebung) kein Angriff

Bauteile ohne Bewehrung, im Erdreich ohne Frosteinwirkung, chemischen Angriff oder Verschleißbelastung; Innenbauteile ohne Bewehrung

X0

Bewehrungskorrosion (nur bei Bauteilen mit Bewehrung oder eingebettetem Metall zu beachten) durch Karbonatisierung Bauteile mit Bewehrung oder eingebettetem Metall, die Luft und/oder Feuchtigkeit ausgesetzt sind

trocken oder ständig nass

Bauteile in Inneräumen, auch Feuchträume im Wohnungsbau, Bauteile unter Wasser

XC1

nass, selten trocken

Teile von Wasserbehältern, Gründungsbauteile

XC2

mäßige Feuchte

Bauteile mit häufigem Zutritt von Außenluft, offene Hallen, gewerblich oder öffentlich genutzte Feuchträume, Hallenbäder, Viehställe

XC3

wechselnd nass und trocken

Außenbauteile mit direkter Beregnung

XC4

mäßige Feuchte

Bauteile im Sprühnebelbereich von Verkehrsflächen, Einzelgaragen

XD1

nass, selten trocken

Bauteile in Solebädern, in Industrienalagen und Bauteile, die chloridhaltigen Prozessmedien ausgesetzt sind

XD2

wechselnd nass und trocken

Bauteile im Spritzwasserbereich von Verkehrsflächen, bewehrte Fahrbahndecken, Parkdecks

XD3

salzhaltige Luft, kein unmittelbarer Kontakt mit Meerwasser

Außenbauteile in Küstennähe

XS1

unter Meerwasser

Bauteile, die ständig unter Meerwasser liegen

XS2

Tidebereiche, Spritzwasserund Sprühnebelbereiche

Kaimauern

XS3

durch Chloride (ausgenommen Meerwasser) Bauteile mit Bewehrung oder eingebettetem Metall, die chloridhaltigem Wasser ausgesetzt sind

durch Chloride aus Meerwasser Bauteile mit Bewehrung oder eingebettetem Metall, die Meerwasser oder salzhaltiger Luft ausgesetzt sind

Betonkorrosion (bei allen Beton- und Stahlbetonbauteilen zu beachten) durch Frost Bauteile mit erheblichem Angriff durch Frost-TauWechsel

ohne Taumittel

Außenbauteile

XF1

mit Taumittel

Bauteile im Sprühnebel- oder Spritzwasserbereich von taumittelbehandelten Verkehrsflächen, soweit nicht XF4

XF2

ohne Taumittel

offene Wasserbehälter, Bauteile in der Wasserwechselzone von Süßwasser

XF3

mit Taumittel

Verkehrsflächen, die mit Taumitteln behandelt werden, überwiegend horizontale Flächen im Bereich taumittelhaltigen Spritzwassers, Räumerlaufbahnen von Kläranlagen, Meerwasserbauteile in der Wasserwechselzone

XF4

chemisch schwach angreifend

Behälter von Kläranlagen, Güllebehälter in der Landwirtschaft

XA1

chemisch mäßig angreifend

Bauteile in Kontakt mit Meerwasser oder Beton angreifenden Böden

XA2

chemisch stark angreifend

Kühltürme mit Rauchgaseinleitung, Bauteile in Kontakt mit chemisch stark angreifenden Abwässern, Gärfuttersilos und Futtertische in der Landwirtschaft

XA3

mäßige Wassersättigung

hohe Wassersättigung

durch chemischen Angriff Bauteile, die chemisch angreifenden Böden, Grundwasser, Abwasser oder Meerwasser gemäß DIN EN 1045-2 (Tabelle 2) ausgesetzt sind

durch Verschleißbeanspruchung Bauteile mit erheblicher mechanischer Oberflächenbeanspruchung

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mäßige Verschleißbeanspruchung

tragende oder aussteifende Industrieböden mit Beanspruchung durch luftbereifte Fahrzeuge

XM1

starke Verschleißbeanspruchung

tragende oder aussteifende Industrieböden mit Beanspruchung durch luft- oder vollgummibereifte Fahrzeuge

XM2

sehr starke Verschleißbeanspruchung

tragende oder aussteifende Industrieböden mit Beanspruchung durch elastomer-, stahlrollenbereifte oder kettengetriebene Fahrzeuge, Wasserbauwerke in geschiebebelasteten Gewässern (z. B. Tosbecken)

XM3

Eigenschaften von Beton Normen und Regelwerke

(Expositionsklassen) festgelegt (Abb. 17). Aus den zutreffenden Expositionsklassen ergeben sich durch die Regelungen der Norm eine ganze Reihe von Handlungskriterien, die bei der Bemessung des Tragwerks, bei der Herstellung und bei der Verarbeitung des Betons für das jeweilige Bauteil zu beachten sind. Werden diese Regeln bei Planung und Ausführung eingehalten, kann das fertige Bauteil potenziell gegen die korrosiven Einflüsse bestehen. Das System der Expositionsklassen folgt einem einfachen Prinzip: Die Reihe möglicher korrosiver Einflüsse auf ein Betonund Stahlbetonbauteil ist im Grundsatz bekannt. Listet man die möglichen Angriffe ihrer Art und Intensität nach auf, kann man das normative Expositionsklassensystem leicht herleiten. Dabei steht jede Expositionsklasse für eine bestimmte Art des korrosiven Angriffs. Da jede Angriffsart in unterschiedlicher Intensität auf das Bauteil wirken kann, erhalten die Klassenbezeichnungen eine Ziffer, die der Intensität der jeweiligen Angriffsart entspricht. Das sich ergebende System ist gut geeignet, Beton- und Stahlbetonbauteile wirklichkeitsnah und wirtschaftlich gegen die zu erwartenden korrosiven Einflüsse aus den Umgebungsbedingungen zu bemessen. Um dem Tragwerksplaner die Einstufung in die richtige Klasse zu erleichtern, enthält die Norm zu jeder Expositionsklasse und zu jedem Angriffsgrad Bauteilbeispiele zur Orientierung. Darüber hinaus gibt es zur Einstufung gängiger Bauteile in der Fachliteratur eine ganze Reihe von Arbeitshilfen (siehe Anhang S. 108f.). In der nebenstehenden Tabelle (Abb. 17) wird das System der Expositionsklassen den in der Norm zugeordneten Bauteilbeispielen gegenübergestellt. Grundsätzlich ist jedes Bauteil im Geltungsbereich von DIN EN 206 Teil 1 im ersten Planungsschritt in die zutreffende Expositionsklasse einzuordnen, da nur so eine normgerechte Bemessung, Herstellung und Ausführung möglich ist. Diese Einstufung ist Aufgabe des Tragwerksplaners und liegt allein in seiner Verantwortung. Dies ergibt sich aus den Regelungen der Norm und verdeutlicht sich im natürlichen Vorgehen bei der Planung. Da die für das Bauteil zutreffende Expositionsklasse u. a. auch die bei der Bemessung geltende Mindestdruckfestigkeitsklasse festlegt, ist die Tragwerksbemessung eines Betonbauteils ohne dessen vorherige Einstufung in die geltenden Expositionsklassen nicht sinnvoll möglich. Damit

wird deutlich, dass die Festlegung der für das Bauteil geltenden Expositionsklassen eindeutig der Planung obliegt. Die Einführung des Expositionsklassensystems zur Bemessung der Dauerhaftigkeit hat die Planung von Betonbauwerken und -bauteilen gegenüber früheren Regelungen weit übersichtlicher gestaltet und erheblich erleichtert. Es regelt mit wenigen Ausnahmen jedoch vor allem die Bemessung gegen natürliche Umgebungsbedingungen. Die Planung baulicher Anlagen, in denen die Nutzungsoder betrieblichen Prozessbedingungen zu korrosiven Einflüssen auf die Betonbauteile führen, kann nicht immer allein über das normative Expositionsklassensystem geführt werden. Zu solchen Bauwerken gehören z.B. chemische und galvanische Betriebe, Molkereien, Gebäude zur Lagerung von Chemikalien und Biogasanlagen. Die Bemessung von Betonbauteilen gegen korrosive Prozessbedingungen stellt im Sinne der Norm eine Sonderplanung dar. Sie erfordert die Mitwirkung des Bauherrn bei der Bestimmung der einwirkenden Angriffe sowie entsprechendes Fachwissen des Planenden oder die Beteiligung externer Sachverständiger. Um Stahlbetonbauwerken eine ausreichende Dauerhaftigkeit zu verleihen, müssen beide Materialien – Beton und Bewehrungsstahl – einen entsprechenden Widerstand gegen korrosive Angriffe erhalten. Der Korrosionsschutz der eingebetteten Bewehrungsstähle wird durch die Dicke und die Qualität der schützenden Betondeckung sichergestellt. Die Bewehrungsstähle müssen hierzu vollkommen von der Zementmatrix umhüllt sein. Die Norm behandelt also nur gefügedichte Normal-, Leicht- und Schwerbetone. In der Technologie des Leichtbetons gibt es jedoch auch Betone mit einem haufwerksporigen Gefüge oder mit aufgeschäumter Matrix, die nicht oder nicht allein als tragender Baustoff eingesetzt werden, sondern z.B. als Wärmedämmschicht wirken. Solche Betone können aufgrund ihrer porigen Struktur den Stahl nicht vor den korrosiven Einflüssen aus der Umgebung schützen. Sie gehören damit nicht in den Geltungsbereich der Normen für Stahl- und Spannbeton. Der überwiegende Teil der im Betonbau verarbeiteten Betone sind Normalbetone. Als solche sind Betone definiert, die eine Rohdichte von 2000 bis 2600 kg/m3 haben. In Deutschland sind Rohdichtewerte von 2350 bis 2450 kg/m3 üblich. 21

Baustoff Beton

Konsistenzklassen Klasse

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Frischer Beton Während die erforderlichen Festbetoneigenschaften bei der Planung festgelegt werden, richten sich die Anforderungen an die Eigenschaften des frischen Betons vor allem nach den Erfordernissen des Baubetriebs. Sie ergeben sich meist erst bei der Arbeitsplanung des ausführenden Bauunternehmens oder unmittelbar vor der Bestellung des Betons. Die wichtigste baubetriebliche Eigenschaft des frischen Betons ist die Betonkonsistenz, die sein Fließ- oder Verformungsvermögen beschreibt. Diesbezügliche Anforderungen ergeben sich durch das gewählte Förder- und Einbauverfahren, die Geometrie der Schalung und den Bewehrungsgehalt des Bauteils. Die Einbaukonsistenz wird deshalb durch das ausführende Bauunternehmen festgelegt. Nur in Ausnahmefällen, wie etwa bei wasserundurchlässigen Bauwerken, kann es sinnvoll sein, die Konsistenz bereits bei der Planung festzulegen. Diese Einzelfälle erfordern jedoch insgesamt eine stärkere Mitwirkung des Planers bei der Arbeitsvorbereitung des ausführenden Unternehmens. Die Festlegung der Betonkonsistenz durch den Bauunternehmer richtet sich zunächst nach dem gewählten Förderverfahren. Soll der Beton über Pumpen gefördert werden, müssen Betonzusammensetzung und -konsistenz dafür geeignet sein. Sollen in kurzer Zeit große Mengen Beton durch Pumpen gefördert werden, ist es sinnvoll, die maximale Förderleistung der Geräte auszunutzen und die Konsistenz entsprechend einzustellen. Beim Einbau des Betons ist auch das Verdichtungsverfahren auf die Betonkonsistenz abzustimmen. Komplizierte Bauteil- und Schalungsgeometrien sowie hohe Bewehrungsdichten erfordern fließfähigere Konsistenzen als großvolumige und flächenhafte Bauteile, in denen der 22

Ausbreitmaß [mm]

Konsistenz

F1

≤ 340

steif

F2

350 bis 410

plastisch

F3

420 bis 480

weich

F4

490 bis 550

sehr weich

F5

560 bis 620

fließfähig

F6

≥ 630

sehr fließfähig

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eingebaute Beton in allen Bereichen zur Verdichtung leicht erreichbar ist. Da Beton nicht toleranzfrei herstellbar ist, kann seine Konsistenz nur unter Angabe eines Konsistenzbereichs bestellt und geliefert werden. Dieser Wertebereich wird durch die Ergebnisse des so genannten Ausbreitmaßes über eine obere und eine untere Grenze klassifiziert. Die Ermittlung des Ausbreitmaßes ist ein einfaches, baustellentaugliches Prüfverfahren mit grober, im Allgemeinen jedoch ausreichender Genauigkeit (Abb. 19). Zur Messung wird zunächst ein konischer Metallschalungskörper auf einem quadratischen Ausbreittisch mit 70 cm Kantenlänge mit dem Beton befüllt. Nach dem Hochziehen des Schalungskörpers ergibt sich je nach Konsistenz des Betons ein mehr oder weniger ausgebreiteter Betonkuchen, der durch 15-maliges einseitiges Anheben und Fallenlassen der Tischplatte weiter verbreitert wird. Nach Ende des Versuchs ergibt sich ein kreisförmiger Betonkuchen, dessen Durchmesser an zwei Stellen rechtwinklig zueinander gemessen wird. Der Mittelwert beider Messungen gibt das Ausbreitmaß an. Normgerechte Betone haben Ausbreitmaße zwischen 34 und 70 cm. In DIN EN 206 Teil 1 und DIN EN 1045 Teil 2 sind Ausbreitmaßklassen von F1 bis F6 vorgegeben. Die Klassenbreite beträgt bei den üblichen weichen Konsistenzen 6 cm. Wenn die vorgegebene Klasseneinteilung für eine Bauaufgabe nicht ausreicht (z.B. bei Sichtbeton), kann auch ein fester Zielwert vorgegeben werden, der mit einer Toleranz von ± 3 cm eine individuelle Klasse mit üblicher Breite definiert. Wenn es aus technischen Gründen notwendig ist, kann die Klassenbreite weiter eingeschränkt werden, was sich im Allgemeinen aufgrund der erhöhten Herstellungssorgfalt auf den Lieferpreis niederschlägt. Geringere Klassenbreiten als 4 cm (± 2 cm) sind mit der üblichen

Anlagentechnik nicht zuverlässig herstellbar und aufgrund der Prüfstreuung kaum sinnvoll messbar. Die Ausbreitmaßklassen mit den zugehörigen Werten sind in Abb. 20 dargestellt. Die Klasse F1 bezeichnet sehr steife Konsistenzen mit einem Ausbreitmaß von 34 cm oder weniger. Die folgenden Klassen F2 bis F5 haben jeweils Klassenbreiten von 6 cm. Die Klasse F6 bezeichnet sehr fließfähige Konsistenzen mit einem Ausbreitmaß von 63 bis 70 cm. Im Hochbau werden überwiegend die Konsistenzklassen F2 und F3 verwendet. Die Herstellung von Betonen der Konsistenzklassen F4 bis F6 erfordert den Einsatz leistungsfähiger verflüssigender Zusatzmittel. Aufgrund des engen Zusammenhangs zwischen dem wirksamen Wasserzementwert (Massenverhältnis von Wasser zu Zement [w/z]) und den wichtigsten Festbetoneigenschaften Druckfestigkeit und Dauerhaftigkeit war die traditionelle Betontechnologie stets bestrebt, den Wassergehalt im Beton auf einem möglichst niedrigen Niveau zu halten, um bei konstantem Wasserzementwert auch die erforderlichen Mengen des damals vergleichsweise teuren Zements zu minimieren. Aus diesem Grund wurden zu Ende des 19. und zu Anfang des 20. Jahrhunderts überwiegend sehr steife, meist nur erdfeuchte Betone hergestellt und verarbeitet. Diese Konsistenzen waren schwer zu fördern und wurden meist durch manuelles Stampfen verdichtet (so genannter Stampfbeton). Nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs wurden die Herstellung, die Förderung und der Einbau von Beton zunehmend mechanisiert und automatisiert. Da Stampfbetone kaum mechanisiert verarbeitet werden konnten und die Verdichtung durch Stampfen aufgrund der steigenden Bewehrungsdichten nicht länger möglich war, wurden

Eigenschaften von Beton Frischer Beton

plastischere Konsistenzen erforderlich. Der Zementgehalt im Beton stieg deutlich an, um die erforderliche Einbaukonsistenz bei konstantem Wasserzementwert zu erreichen. Mit Aufkommen der verflüssigenden Zusatzmittel ab etwa 1970 war es möglich, immer weichere Betonkonsistenzen ohne Erhöhung des Wassergehalts herzustellen. Die Einbaueigenschaften von Beton werden seither zunehmend durch Zusatzmittel gesteuert, deren Wirksamkeit ständig weiterentwickelt wird. Die Technologie erlaubte bald die Herstellung nahezu fließfähiger Konsistenzen bei vergleichsweise niedrigem Wassergehalt. Ein weiterer Technologiesprung durch die Entdeckung neuartiger hochwirksamer Wirkstoffgruppen in den Jahren nach 1990 entkoppelte die baubetrieblich erforderliche Konsistenz weitgehend vom Wassergehalt des Betons. Da es nun möglich war, mit sehr geringen Wassergehalten nahezu jede geforderte Konsistenz herzustellen, konnten die Festigkeit und die baubetriebliche Freiheit der Konsistenzwahl weitgehend unabhängig voneinander gewährleistet werden. Nachdem sich die baubetrieblichen Einbauverfahren zuvor nach den technischen Möglichkeiten der Konsistenzsteuerung richten mussten, ist es heute möglich, den Betoneinbau vor allem nach Wirtschaftlichkeitskriterien zu gestalten, da nahezu jede gewünschte Konsistenz bestell- und lieferbar ist. Die Betonhersteller greifen die Möglichkeiten der modernen Zusatzmitteltechnologie auf und bieten zunehmend Betone mit sehr fließfähigen Konsistenzen an. Die Entwicklung so genannter Leichtverdichtbarer Betone der Konsistenzklassen F5 und F6 macht es in vielen Fällen möglich, die maximalen Förderleistungen moderner Betonpumpen auszuschöpfen und den Aufwand der Verdichtung zu reduzieren. Es hat sich gezeigt, dass bei der Verwendung Leichtverdichtbaren Betons zur Herstellung großvolumiger oder flächenhafter Bauteile wie Fundamente, Bodenplatten und Geschossdecken weitgehend auf den Arbeitsgang der Verdichtung verzichtet werden kann. Bei vertikalen Bauteilen (Stützen und Wänden) kann ein solches Vorgehen zum Auftreten großer Luftporen an den seitlichen geschalten Bauteilflächen führen. Solche Fehlstellen beeinträchtigen die Betondeckung und können die Qualität von Sichtbetonflächen erheblich herabsetzen. Ein Sonderbeton, der in engem Zusammenhang mit der bereits erwähnten

Zusatzmitteltechnologie steht, ist der so genannte Selbstverdichtende Beton. Bei seiner Herstellung werden die Möglichkeiten der aktuellen Fließmitteltechnologie weitgehend ausgeschöpft. Selbstverdichtende Betone benötigen auch in schwierigen Bauteilgeometrien keinerlei Verdichtungsenergie, sondern nivellieren, verdichten und entlüften sich in der Schalung allein durch die Einwirkung der Schwerkraft. Dies erfordert jedoch eine Betonzusammensetzung, die nicht den Regelungen des aktuellen Normenwerks von DIN EN 206 Teil 1 bzw. DIN EN 1045 Teil 2 entspricht. Daher wurde diese Bauweise gesondert in der »DAfStb-Richtlinie Selbstverdichtender Beton« des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton genormt. Selbstverdichtender Beton enthält einen großen Anteil an sehr fließfähigem Bindemittelleim, der meist durch eine hohe Zugabe an Zusatzstoffen des Typs I oder II hergestellt wird. In dieser fließfähigen Matrix wird die grobe Gesteinskörnung wie in einer honigviskosen Flüssigkeit transportiert. Obwohl Selbstverdichtende Betone besonders fließfähig sind, haben sie einen außerordentlich geringen Wassergehalt. Sie sind vor der Zugabe von Zusatzmitteln nur etwa erdfeucht und können auch mit technisch unüblichen Wasserzementwerten deutlich unter 0,40 hergestellt werden. Aufgrund des hohen Bindemittel- und des äußerst geringen Wassergehalts können Selbstverdichtende Betone sehr gute Festbetoneigenschaften erreichen. Die im Verhältnis zur geplanten Druckfestigkeit in der Praxis oft überhöhten Druckfestigkeitswerte sind typisch für Selbstverdichtenden Beton. Das rheologische System des Selbstverdichtenden Betons ist zwar fließfähiger 18 als das üblicher Betone, es zeigt aber eine ausgeprägte Viskosität. Selbstver19 dichtender Beton nivelliert und entlüftet 21 sich selbst und fließt bis in engste Schalungszwischenräume. Er benötigt hierfür jedoch deutlich mehr Zeit als weiche, durch Verdichtungsenergie angeregte Betone. Dieses honigartige Fließverhalten sorgt beim Fördern des Betons dafür, dass die schweren Gesteinskörnungsanteile in der Flüssigkeitsmatrix nicht absinken und der Beton entmischt. Selbstverdichtender Beton wird mit großem Erfolg in Fertigteilwerken angewendet, ist aber aufgrund der erforderlichen Dosiergenauigkeit als Transportbeton nur mit einem zusätzlichen Prüf- und Überwachungsaufwand einsetzbar. Da auch die Herstellung von Sichtbetonflächen meist einen etwas erhöhten Bindemittel- und Matrixgehalt erfordert, stellt 21

Konsistenzmessung von Normalbeton: Messverfahren Ausbreitmaß Konsistenzmessung an Selbstverdichtendem Beton Ortbetonbauteil aus Selbstverdichtendem Beton, PHAENO Science Center Wolfsburg 2005 Architekten: Zaha Hadid mit Mayer/Bährle

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Baustoff Beton

sich angesichts der neuen Technologien die Frage, ob sich Selbstverdichtender Beton für diese Art der Anwendung besonders eignet. Die Erfahrungen mit der Herstellung von Sichtbeton mit Betonen der Konsistenzklassen F5 und F6 oder mit Selbstverdichtenden Betonen sind jedoch unterschiedlich. Dies zeigt, dass die Herstellung von Sichtbeton nur zum Teil von der Betonzusammensetzung und der Konsistenz abhängt und dass die Einflüsse aus Arbeitssorgfalt, Schalhaut, Trennmittel und Bauteilgeometrie überwiegen können (siehe Sichtbeton – Planung und Ausführung, S. 92ff.). Erhärteter Beton Die Erhärtungscharakteristik des Zements bestimmt auch das Erstarrungs- und Erhärtungsverhaltens des Betons. Wenn keine erhärtungsverzögernden Zusatzmittel eingesetzt werden, beginnt Beton nach ca. 2 bis 2,5 Stunden zu erstarren. Dieses Erstarren ist kein plötzlicher Prozess, sondern kündigt sich bereits nach 1 bis 1,5 Stunden durch deutliches Ansteifen des frischen Betons an. Das Erstarren des Betons markiert den Übergang vom plastischen Zustand des Frischbetons in den sprödelastischen Zustand des festen Betons. In diesem Phasenübergang läuft die Hydratation des Zements, also seine Reaktion mit dem enthaltenen Wasser zu Zementstein, mit größter Intensität. Das im Gefüge des Betons vorhandene Wasser wird zum Großteil verbraucht und in den Zementstein eingebunden. Das verbleibende freie Wasser wird durch die Rekristallisation des Zementsteins in die entstehenden Porenräume gedrängt. Das fortschreitende Kristallwachstum verbraucht weiter Wasser und die verbleibenden Porenräume werden zunehmend kleiner. Wenn die einzelnen Zementpartikel durch die entstehenden Kristalle miteinander verwachsen und nicht mehr frei beweglich sind, erstarrt der Beton und beginnt zu erhärten. Als Erhärtung wird die Festigkeitsbildung im bereits erstarrten Beton bezeichnet. Der Verlauf der Erhärtung und damit die Bildung der Festigkeit ist abhängig von der Zementart, vom Wasserzementwert und einigen weiteren Faktoren. Übliche Betone im Hochbau entwickeln bei mittleren Temperaturen in der Zeit vom Einbau bis zum Ausschalen nach ca. 1 bis 3 Tagen 30 bis 70 % ihrer Zielfestigkeit. Die Druckfestigkeit ist die technisch wichtigste Eigenschaft des festen Betons. Betonbauteile werden bei der Tragwerksplanung mit einer so genannten Rechen-

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b

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festigkeit, also einer im theoretischen Bemessungsmodell angenommenen Druckfestigkeit, bemessen. Diese Festigkeitsannahme kann nur gelten, wenn der Beton im Bauteil diesen theoretischen Druckfestigkeitswert mit hinreichender Sicherheit erreicht oder überschreitet. Deshalb beinhaltet das Bemessungssystem Sicherheiten zur Kompensation möglicher Toleranzen aus den Annahmen der einwirkenden Lasten, aus der Modellierung des statischen Systems und aus Abweichungen im Material. Solche Abweichungen können sich durch Ungenauigkeiten in der Betonzusammensetzung, bei der Herstellung und bei der Verarbeitung des Betons ergeben. Um zu gewährleisten, dass die tatsächlichen Abweichungen im Material die bei der Tragwerksberechnung angesetzten Sicherheiten nicht ausschöpfen, ist ein weiteres, allein auf die Planung und den Nachweis der Betondruckfestigkeit ausgerichtetes Sicherheitssystem erforderlich. Da ein hinreichend genauer Nachweis der Druckfestigkeit nur durch eine zerstörende Prüfung möglich ist, entfällt die Möglichkeit, diese direkt am Bauteil durchzuführen. Sie erfolgt stattdessen an Probewürfeln, die bei der Herstellung und Verarbeitung aus dem Beton eines Bauteils entnommen werden. Diese werden nach den Normbedingungen (ca. 20 °C und 65 % relative Luftfeuchte) gelagert und im Alter von 28 Tagen geprüft. Von diesen Prüfergebnissen wird auf den Beton des gesamten Bauteils geschlossen (Abb. 22 a und b). Die standardisierten Lagerungs- und Prüfungsbedingungen sind erforderlich, um aussagefähige und vergleichbare Druckfestigkeitswerte zu erhalten. Die klimatischen Bedingungen der Normlagerung vor der Prüfung sind für die Erhärtung des Betons sehr günstig. Bei der Prüfung der Druckfestigkeit wird die potenzielle Druckfestigkeit bestimmt, also die Druckfestigkeit, die der Beton bei sehr günstigen Erhärtungsbedingungen nach 28 Tagen entwickelt. Da die Erhärtungsbedingungen im Bauwerk meist nicht so günstig sind wie die Normbedingungen, wird der im Labor gemessene 28-Tage-Wert meist deutlich höher sein als die zum Zeitpunkt der Prüfung im Bauteil vorhandene Festigkeit. Unter besonders widrigen Erhärtungsbedingungen, etwa im Winter, hat Bauwerksbeton auch nach 28 Tagen oder später die im Labor gemessene Druckfestigkeit oft noch nicht erreicht, jedoch können ungünstige Erhärtungsbedingungen die Festigkeitsentwicklung im Bauteil nur verlangsamen, sie aber nicht langfris-

Eigenschaften von Beton Erhärteter Beton

tig aufhalten. Da der Bauwerksbeton seine Festigkeitsentwicklung jedoch bis zur technischen Endfestigkeit fortsetzt, wird er die nach 28 Tagen im Labor gemessene Druckfestigkeit mit großer Sicherheit erreichen oder deutlich übersteigen. Der wirksame Sicherheitsabstand zwischen der angenommenen Druckfestigkeit der Tragwerksberechnung und der geprüften Betondruckfestigkeit ergibt sich aus den zulässigen Wertegrenzen. Die oberen, mit allen Sicherheitsbeiwerten aus Lastannahme, Modellbildung und Materialabweichung versehenen Druckfestigkeitswerte der Tragwerksplanung bilden zugleich die untere statistische Schranke der Nachweiswerte bei der praktischen Prüfung der Druckfestigkeit am Bauwerksbeton. Damit ist die Wahrscheinlichkeit eines Bauteilversagens aufgrund zu geringer Betonfestigkeiten mit ausreichender statistischer Sicherheit ausgeschlossen. Eine langsame Festigkeitsentwicklung des Bauwerksbetons im jungen Alter ist nur aus baubetrieblicher Sicht interessant. Sie kann längere Ausschalfristen, Nachbehandlungszeiten oder eine längere Hilfsunterstützung von Decken und Unterzügen erfordern, bedeutet aber keine Einschränkung der Betongüte im Bauteil. Das Sicherheitssystem zur Annahme und zum Nachweis der Betondruckfestigkeit ist bauordnungsrechtlich geregelt. Zur eindeutigen technischen Kommunikation zwischen dem Planenden, dem Betonhersteller (Transportbetonwerk) und der mit der Verarbeitung des Betons befassten Bauunternehmung formulieren die Nor-

men des Betonbaus ein System von Betondruckfestigkeitsklassen. Gegenüber früheren Normbezeichnungen wird die Betondruckfestigkeitsklasse in den aktuellen Regelungen mit dem Buchstaben C für Concrete, der englischen Bezeichnung für Beton, und einem aus zwei Zahlenangaben bestehenden Klassenbeiwert gebildet (z.B. C 25/30). Die Bezeichnung über den Doppelwert erklärt sich durch die unterschiedliche Gestalt der verwendeten Probekörper. In angelsächsischen Ländern wird die Druckfestigkeitsprüfung nicht an würfelförmigen, sondern an zylindrischen Probekörpern durchgeführt, an denen bei gleicher Betonfestigkeit geringere Druckfestigkeitswerte gemessen werden als am Würfel. Deshalb war bei der Europäisierung der Regelwerke zunächst die Doppelbezeichnung erforderlich. Für die Anwendung in Deutschland genügt der Blick auf den zweiten, höheren Klassenwert. Die Druckfestigkeitsklassen sind in Abb. 23 dargestellt .

22 Prüfung der Druckfestigkeit a Belastungsbeginn b Bruchlast

Druckfestigkeitsklassen für Normal- und Schwerbeton Druckfestigkeitsklasse C 8/10 C 12/15 C 16/20 C 20/25 C 25/30 C 30/37 C 35/45 C 40/50 C 45/55 C 50/60 C 55/67 C 60/75 C 70/85 C 80/95 C 90/105 3 C 100/115 3 1

2

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3

fck, cyl [N/mm2] 1

fck, cube [N/mm2] 2

8 12 16 20 25 30 35 40 45 50

10 15 20 25 30 37 45 50 55 60

55 60 70 80 90 100

67 75 85 95 105 115

Betonart

Normalbeton

Hochfester Beton

fck, cyl

= charakteristische Festigkeit von Zylindern, Durchmesser 150 mm, Länge 300 mm, Alter 28 Tage, Lagerung nach DIN EN 12390-2 fck, cube = charakteristische Festigkeit von Würfeln, Kantenlänge 150 mm, Alter 28 Tage, Lagerung nach DIN EN 12390-2 allgemeine bauaufsichtliche Zulassung oder Zustimmung im Einzelfall erforderlich

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Baustoff Beton

Transluzenter Beton Andreas Bittis

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Bislang galt Superman als einziges Wesen, das durch Wände sehen konnte. Sein spezieller X-Ray-Laser hatte zwei interessante Fähigkeiten; zum einen war er in der Lage, jede noch so massive Wand in eine Art entlarvenden Röntgenschirm zu verwandeln. Zum anderen konnte er diese Fähigkeit auch nutzen, um härteste Stähle zu schneiden oder unterschiedlichste Materialien miteinander zu verbinden. Knapp 70 Jahre nach den ersten Superman-Comics erklären die Fraunhofer-Institute die Photonik zu einer Leitinnovation des 21. Jahrhunderts. Und zeitgleich machen Architekten und Wissenschaftler mit Projekten und Prototypen auf sich aufmerksam, die massive Wände lichtdurchlässig werden lassen. Als einer der Ersten entwickelte Toyo Ito seine Häuserfassaden als »permeable Screens«, die das Äußere innen und das Innere außen widerspiegeln. Dabei ging es ihm weniger um das Auflösen der Fassade im Sinne Mies van der Rohes, sondern vielmehr um eine sich beständig verändernde Gebäudehülle. Beim kürzlich eröffneten Performing Arts Center im japanischen Matsumoto ist dieses Spiel zwischen Leicht und Schwer, zwischen Hell und Dunkel, Raumtiefe und Oberflä-

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che auf besondere Weise gelungen (Abb. 2 und 3). Hierbei wurde die Fassade als eine sich selbst tragende Vorhangfassade aus Betonfertigteilen mit transluzenten Einschlüssen entwickelt. Trotz des massiven Eindrucks handelt es sich in Wirklichkeit um eine Stahlkonstruktion, die auf beiden Seiten mit 25 mm dünnen Betonplatten verkleidet ist. Identische Aussparungen in beiden Flächen wurden während der Montage mit speziell angefertigten zylindrischen Polycarbonatelementen verklebt. Das Ergebnis ist eine Wand, deren Erscheinung die Besucher des Konzerthauses den oft als kalt empfundenen Beton vergessen lässt und den Wunsch auslöst, die sich auflösende Materialität – im wahrsten Sinn des Wortes – zu begreifen. Unzählige Fingerabdrücke zeugen davon. Der Beton verliert seine Kälte und »Unberührbarkeit«. Ähnlich spielerisch geht Jun Aoki mit dem Baustoff Beton in seinem jüngsten Projekt für Louis Vuitton um. Hatte er bereits im ersten japanischen Flagshipstore für den französischen Hersteller exklusiver Lederwaren durch die Verwendung von Metallgeweben ein unverwechselbares Spiel der Transparenz kreiert, so ist ihm mit seinem zweiten Bau in Tokio eine besondere

Sonderbetone Transluzenter Beton

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Louis Vuitton Ginza Namiki Store in Tokio 2004 Architekt: Jun Aoki 2, 3 Matsumoto Performing Arts Center 2004 Architekt: Toyo Ito

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Baustoff Beton

Inszenierung gelungen. Ein viergeschossiger Betonkubus, der tagsüber durch seine feine Detaillierung und willkürliche Musterung auffällt, entfaltet bei Dunkelheit ein beeindruckendes Lichtspiel. Möglich wird dies durch in die Betontafeln der Fassade eingearbeitete Marmorstücke. Bei Tageslicht strukturieren sie die Fassade, die sich nachts in einen räumlichen Sierpinski-Teppich1 entfaltet (Abb. 1). Erstaunlich an diesen und ähnlichen Projekten ist, dass sie erst jetzt realisiert werden – bietet sich doch Beton als Verbundwerkstoff zum Mischen und Ex-

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perimentieren mit anderen Materialien an. Die Römer nutzten ihn bereits lange bevor die Moderne Beton als Projektionsfläche für Licht und Schatten sowie als universell einsetzbares Konstruktionsmaterial für sich entdeckte. Diese Erkenntnisse wurden erst wieder im 19. Jahrhundert aufgegriffen – und gleichzeitig auf die technologischen Möglichkeiten im Sinne von »höher, stärker, weiter« reduziert. Werner Sobek hat dies so beschrieben: »Überall dort, wo der Baustoff Beton nicht mit anderem kaschiert werden kann oder darf, (…) stößt er immer wieder auf Kritik, Ablehnung, Zerstörungswut.

Der (…) Nutzer kauft das Produkt (…) nicht aufgrund seiner ästhetischen Qualitäten, sondern aufgrund nicht bestehender Alternativen. (…) Wir müssen uns also (…) erneut auf die Suche begeben, welche eigentlich die diesem wunderbaren Baustoff angemessenen Bauteilformen, Werkstoffoberflächen und Farben sind. Einem Jahrhundert der Steigerung der technischen Qualitäten sollten jetzt die Jahre der Steigerung der ästhetischen Qualitäten folgen.« Einen ersten Schritt in diese Richtung haben in den letzten Jahren eine Vielzahl von Experimenten und Prototyp-Entwick-

Sonderbetone Transluzenter Beton

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lungen gemacht, die aber alle noch auf ihre breite Anwendung warten – nicht zuletzt, weil viele der notwendigen technischen Angaben noch nicht vorliegen. Entwicklung In Anlehnung an den bekannten Terrazzoboden nennt der Niederländer Jerry Milton Tjon-Tam-Sin sein Material Verrazzo (Abb. 5): eine Mischung aus Zement und Glas. Dank des hier verwendeten NAZements – Zement mit niedrigem wirksamem Alkaligehalt – und der gezielten Steuerung der Zementeigenschaften ist eine extrem feste Bindung zwischen den beiden Grundwerkstoffen gewährleistet. Nach Angaben des Herstellers kann Verrazzo konstruktiv eingesetzt werden, da das Material Druckfestigkeiten wie Hochfester Beton erreicht. Somit können Bauelemente mit einer Stärke von nur 3 mm realisiert werden. Der Frostwiderstand und das Brandschutzverhalten entsprechen dem von Normalbeton. Verrazzo lässt sich sowohl in Ortbeton – mit üblichen Armierungsstählen – als auch als Betonfertigteil einsetzen. Anwendungsbeispiele gibt es noch keine. Einen ähnlichen Weg beschreitet Christian Meyer von der Columbia University in New York. Bei seinen Versuchen, die Grundwerkstoffe des Betons durch recycelte Materialien zu ersetzen, gelang es ihm, Sand und Kies gegen zerkleinertes Recyclingglas auszutauschen. Um eine mögliche Reaktion zwischen den Alkalien des Zements und dem Glas auszuschließen, wurden Teile des Zements durch Metakaolin ersetzt, das den Gehalt an Alkalien verringert (Abb. 6). Mittlerweile werden transluzente Bodenfliesen aus dem Recylingmaterial hergestellt und vertrieben (Terra Paving).2 Dabei kann der Architekt zwischen unterschiedlichen Größen (12 ≈ 12, 18 ≈ 18, 24 ≈ 24, 30 ≈ 30 und 36 ≈ 36 cm), Materialstärken (2 bis 2,75 cm) und 36 Farben wählen.

Im Verlauf seiner weiteren Untersuchungen fand Meyer heraus, dass Teile des Schlamms, der täglich aus den Fahrrinnen des New Yorker Hafens gebaggert wird, die Alkalien weit besser absorbiert als das bisher von ihm verwendete Metakaolin. Es bleibt abzuwarten, welcher »Öko-Beton« hier zu Tage gefördert wird. Der in Detroit lebende Inder Abhinand Lath entwickelte eine Fliese (SensiTile©),3 die Glasfasern enthält, die auf sich verändernde Lichtintensitäten oder Schatten eigenständig reagieren – ohne dahinter liegende Lichtquelle. Momentan sind zwei unterschiedliche Fliesentypen erhältlich: eine zementgebundene Variante (Terrazzo) und eine auf einem Acrylpolymer basierende Version (Scintilla). Beide gibt es in verschiedenen Stärken (1/2” und 1”) und Abmessungen (4” ≈ 4”, 8” ≈ 4”, 6” ≈ 6”, 12” ≈ 6” und 12” ≈ 12”). Erste Projekte – von Möbeln bis zu Fußbodenintarsien – wurden bereits realisiert. Transluzenter Beton Will Wittig von der University of Detroit Mercy interessierte die Frage, ob Beton als Massivbaustoff auch in so transluzenter Erscheinung auftreten kann wie Alabaster oder Carraramarmor – nur preiswerter. Von dieser Idee geleitet, fügte er weißes Silikat, weißen Portlandzement und kurze Glasfasern zu einem pastösen Gemisch zusammen. Das Ergebnis bestand aus äußerst dünnen Betonplatten (bis zu 1 mm), die zwar lichtdurchlässig waren, aber weder Regen noch Wind standhielten. Wittig suchte also nach einem geeigneten Trägermaterial, das er in den bekannten Polycarbonatplatten fand. Er erstellte und erforschte einige Prototypen, an Gebäuden wurde die Konstruktion jedoch noch nicht eingesetzt. 2001 machte der Amerikaner Bill Price mit der Nachricht auf sich aufmerksam, er

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Bodenplatten aus lichtdurchlässigem Beton Stureplan in Stockholm 2002 (Wettbewerbsbeitrag) Architekten: E. Giovannione, G. Hildén, Á. Losonczi, A. Lucca Bodenbelag aus Verrazzo Materialentwicklung: Jerry Milton Tjon-Tam-Sin Bodenfliese Terra Paving, Zuschlagstoff Recylingglas Materialentwicklung: Christian Meyer

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Baustoff Beton

(LiTraCon©).4 Light Transmitting Concrete© oder lichtdurchlässiger Beton ist ein Betonwerkstoff mit lichtleitenden Eigenschaften (Abb. 4). Dabei übertragen gerichtet eingebettete, optische Glasfasern – wie sie auch in der Endoskopie oder der Telekommunikation eingesetzt werden – das Licht annähernd verlustfrei von einer Seite der Betonwand auf die andere (Abb. 7). Die dem Licht abgewandte Seite leuchtet, Silhouetten werden schattenartig übertragen und erscheinen als scharfe Umrisse (Abb. 9). Tests haben ergeben, dass die Lichttransmission innerhalb von 20 Jahren voraussichtlich lediglich um ca. 10 % nachlässt. Bei den eingesetzten Fasern bedeutet dies, dass noch minimal 60 % des einstrahlenden Lichts durch die Wand hindurch gelangen. Die Fasern übertragen das Licht ohne nennenswerten Verlust an Intensität bis zu 20 Meter weit – was neue Wege der Beleuchtung unterirdischer Räume wie Tiefgaragen und U-Bahn-Stationen mit Tages- oder Kunstlicht eröffnet – und sogar Farben werden übertragen. Der Anteil der optischen Fasern an dem Baustoff beträgt lediglich 5 Vol. %. Es handelt sich also technologisch um Beton mit den üblichen technischen Eigenschaften, was in Festigkeitsprüfungen bestätigt

habe einen »transluzenten Beton« entwickelt. Damals hatte er gerade das Büro OMA verlassen und suchte nach Herstellern, die mit ihm seine Idee realisieren würden. Vorausgegangen waren Erkundungen und Tests für die Konzerthalle in Porto. Bei diesen Versuchen ersetzte er u. a. herkömmliche Gesteinskörnungen durch Kunststoff- oder Glassplitter, verwendete anstelle von Zement organische, lichtdurchlässige Bindemittel und anstatt der üblichen Stahlbewehrung transluzente Polycarbonatstäbe – eine aufwändige Arbeit, da alle Parameter aufeinander abgestimmt sein müssen. Dies erklärt, warum Price weder Rezepturen noch technische Daten des Materials veröffentlicht. Seine Pixel Chapel – eine bisher noch nicht realisierte, kleine Kapelle, die in Modellstudien und Computersimulationen die Schönheit transluzenter Wände erahnen lässt – soll aus vorgefertigten, 10 cm starken und 1,5 ≈ 5 m großen so genannten Pixel Panels bestehen. Die Lichtführung wird durch transluzente Polycarbonatstäbe in unterschiedlichen Größen und Längen erreicht. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von transluzentem Beton entwickelte der ungarische Architekt Áron Losonczi

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wurde. Mit entsprechenden Betonzusammensetzungen wurde die Druckfestigkeitsklasse C50/60 erreicht. Die Fasern, die je nach Wunsch einen Durchmesser zwischen 2 μm und 2 mm haben, werden durch die Betonmatrix vollständig und kraftschlüssig ummantelt. Aufgrund der Fragilität der optischen Fasern werden LiTraCon©-Elemente als Betonfertigteile individuell erstellt und auf die Baustelle geliefert. Der Architekt kann neben der Elementgröße (Abb. 8) die Anordnung der Fasern (diffus, als Raster oder in Form eines Logos) bestimmen. In Ungarn wurden bereits erste Projekte realisiert. Für ein Privathaus in der Nähe von Budapest wurde z. B. ein 40 ≈ 80 cm großes Sonnenschutzelement erstellt. Weit größer ist das offizielle Monument des ungarischen Staats zum EU-Beitritt, das Eurogate. Hier steht auf einem dreieckigen Grundriss eine 4 Meter hohe LiTraCon©Wand samt rückwärtiger Beleuchtungssäule und Baldachin (Abb. 10).

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Sonderbetone Transluzenter Beton

Ausblick All diese Forschungen, Prototypen und Produkte markieren den Anfang einer Entwicklung, die zum Ziel hat, Beton »intelligent« zu machen. Die Architekten Kennedy & Violich aus Boston etwa nutzen sensorgesteuerte Dioden im Beton, um Gehwege bei Dunkelheit zu beleuchten. Ihr »Smart Concrete« befindet sich noch in der Entwicklung. Ähnlich verhält es sich mit dem so genannten Smart Brick, entwickelt von Chang Liu am Centre for Nanoscale Science and Technology der University of Illinois. Dieser enthält neben Sensoren und Mikroelektronik einen Sender, der Außentemperatur, Vibrationen und Setzungen in und um das Gebäude misst und an ein angeschlossenes Facility-Management-Center oder an ein Notfallsystem weitergibt. Auch für diese Anwendung bietet lichtdurchlässiger Beton aufgrund der eingebetteten optischen Fasern eine geeignete Systemergänzung. Bedenkt man, welche Datenmengen bereits heute mittels Lichtleitfasern, z. B. per DSL, übertragen werden, ergibt sich eine Vielzahl von Möglichkeiten Wände »medial« zu nutzen: In transluzente Betonwände integrierte LEDs, USB-Ports und Mikrosensoren machen es möglich, jede Information von außen nach innen (z. B. Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Windstärke) bzw. von innen nach außen (z. B. Werbefilme, Fotografien, Farben und Strukturen) oder innerhalb des Gebäudes zu übertragen. LiTraCon© bekommt damit sowohl ästhetische wie auch funktionale Materialeigenschaften, die es ermöglichen, bei der Planung von Gebäuden neue Wege zu beschreiten und interaktive Umgebungen zwischen Licht und Beton zu schaffen. Die Wand wird Screen und Scanner in einem und überwindet die Gesetze von Schwere und Tiefe: Betonoberfläche und Projektionsmedium werden eins.

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Der Sierpinski-Teppich ist ein Fraktal, das auf den Mathematiker Waclaw Sierpinski zurückgeht. Aus dem Quadrat wird in der Mitte ein Neuntel der Fläche entfernt. Aus den von dem Quadrat um das Loch verbliebenen acht quadratischen Feldern wird wiederum je ein Neuntel der Fläche entfernt usw. 2 www.wausautile.com 3 www.sensitile.com 4 www.litracon.com

7–9 lichtdurchlässiger Beton LiTraCon© 10 Wand aus lichtdurchlässigem Beton Eurogate in Komaróm/Ungarn 2004 Entwurf: Áron Losonczi

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Baustoff Beton

Textilbeton Christian Schätzke Hartwig N. Schneider

Feinbeton durch seine selbstverdichtenden Eigenschaften die Herstellung hochwertiger Sichtbetonoberflächen und scharfkantiger Bauteilkonturen. Auch bauphysikalische Eigenschaften werden durch das dichte Gefüge des Feinbetons positiv beeinflusst. Trotz geringer Bauteilstärken ist es möglich, wasserundurchlässige Bauteile herzustellen und dadurch eine relativ gute Feuerwiderstandsdauer zu erzielen. So haben erste Brandversuche gezeigt, dass bei Verwendung von alkaliresistentem Glas (AR-Glas) als Bewehrungsmaterial die Feuerwiderstandsklasse F30 und bei Karbon F60 erreicht werden können. Insbesondere die geringen Bauteilstärken und die damit einhergehende Gewichtsersparnis gehören zu den wichtigsten Eigenschaften des Textilbetons. Sie ermöglichen es leicht und materialsparend zu konstruieren. Diese Eigenschaften des Textilbetons lassen erhebliche Anwendungspotenziale in allen Bereichen der Architektur erwarten – vom Tragwerk über die Gebäudehülle bis hin zu Ausbau und Innenausstattung.

Eigenschaften und Wirkungsweise Textilbewehrter Beton stellt eine der bemerkenswertesten aktuellen Entwicklungen in der Betontechnologie dar, die nicht ohne Auswirkungen auf die Arbeit von Architekten und Ingenieuren bleiben wird. Bei dem neuen Werkstoff handelt es sich um eine Weiterentwicklung des Faserbetons. Im Gegensatz zum Faserbeton werden beim Textilbeton keine Kurzfasern, sondern technische Textilien – Gewebe und Gelege – aus Glasfasern, Karbon oder Aramid als Bewehrungsmaterial verwendet; dadurch kann die Bewehrung zielgerichtet und damit deutlich wirtschaftlicher eingesetzt werden. Voraussetzung für das Funktionieren des Werkstoffs ist ein guter Verbund zwischen textiler Bewehrung und umhüllender Betonmatrix. Daher werden für den Textilbeton sehr fließfähige Feinbetone mit einem Größtkorn von 1 mm verwendet. Die Kombination dieser beiden Komponenten bestimmt die wesentlichen Eigenschaften des neuen Werkstoffs. Zum einen entfällt durch die textile Bewehrung die Notwendigkeit einer hohen Betondeckung als Korrosionsschutz. Damit können sehr dünnwandige Bauteile mit Stärken von 10 bis 20 mm hergestellt werden. Des Weiteren ermöglicht der fließfähige

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Textile Bewehrung Als Ausgangsstoffe für die textilen Bewehrungsmaterialien werden technische Hochleistungsfasern aus alkaliresistentem Glas, Karbon, Aramid oder synthetischen Kunststoffen (Polypropylen, PVA u. a.) verwendet. Beim Einsatz von Glas spielt die Glaskorrosion durch das alkalische Milieu im Beton eine bedeutende Rolle für die Dauerhaftigkeit des Verbundwerkstoffs. Daher werden AR-Gläser verwendet, die in Kombination mit alkaliarmen Betonmischungen eine ausreichende Dauerhaftigkeit ermöglichen. Die Ausgangsstoffe liegen in der Regel in Form feinster Fasern (Filamente) mit Durchmessern von 10 bis 30 μm vor. Mehrere

Materialien Beton Der als Matrix eingesetzte Beton unterscheidet sich in seiner Zusammenset-

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zung von Normalbeton. Der auffälligste Unterschied ist der geringe Größtkorndurchmesser von etwa 1 mm. Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit können zusätzlich z. B. Mikrosilica und Flugasche enthalten sein. Bei Verwendung von ARGlas wirken sich diese Bestandteile positiv auf die Langzeiteigenschaften aus. Zu beachten ist, dass durch das kleine Größtkorn ein erhöhter Bindemittelbedarf entsteht, der zu entsprechend höheren Schwind- und Kriechverformungen führen kann. [1]

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hundert oder tausend dieser Filamente werden bei der Herstellung zu einem Bündel, dem so genannten Filamentgarn zusammengefasst. Aus den Garnen entstehen dann technische Textilien wie z. B. Gelege, Geflechte, Gewebe oder Gewirke. Die wesentlichen textilen Bewehrungsmaterialien sind Multiaxialgelege, Abstandsgewirke und Rundgewirke. Multiaxialgelege bestehen aus mehreren Lagen Faserbündeln (Rovings) oder Garnen, die in unterschiedlichen, aber grundsätzlich parallel zur Textilebene liegenden Richtungen (im Winkel von 0°, + 45°, - 45° oder 90°) angeordnet und durch Wirkfäden miteinander verbunden werden (Abb. 1). Sie eignen sich besonders zur Bewehrung flächiger Bauteile. Abstandsgewirke sind dreidimensionale Textilien, bei denen zwei Gelegelagen durch senkrecht zur Textilebene verlaufende Abstandsfäden verbunden und dadurch in einem definierten Abstand gehalten werden. Der Abstand der beiden Gelegeflächen kann variieren (Abb. 2). Abstandsgelege werden dort verwendet, wo ein definierter Abstand der Bewehrungslagen erforderlich ist, beispielsweise bei flächigen Bauteilen mit mehreren Bewehrungslagen. Rundgewirke sind dreidimensionale Textilien, die einen geschlossenen, schlauchartigen Querschnitt haben. Die einzelnen Rovings oder Garne verlaufen dabei parallel zur Schlauchachse beziehungsweise in Winkeln von 20 bis 80° (Abb. 3). Rundgewirke werden vornehmlich zur Herstellung von Hohlprofilen eingesetzt. Herstellung Bei den bislang vorhandenen Herstellungstechniken unterscheidet man zwischen serieller (Einzel-)Fertigung und kontinuierlicher bzw. semikontinuierlicher Fertigung. Bei der seriellen Fertigung werden als Verfahren vor allem das Gießen, Injizieren und Laminieren angewendet.

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Bei der kontinuierlichen Herstellung unterscheidet man das Sheetcrete- und das Wellcrete-Verfahren. Dabei werden auf kontinuierlich laufenden Förderbändern Schichten von Beton und textilen Bewehrungselementen aufgetragen und geglättet. Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Flächenprodukten. Für die Herstellung komplexerer textilbewehrter Endlosbauteile wurde am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik die Anlagentechnik zur semikontinuierlichen Fertigung von Textilbetonprofilen entwickelt. Hierbei werden in einem Taktverfahren Endlosprofile hergestellt. Nach der maschinellen Textilzuführung in eine geschlossene Kammer wird Beton injiziert, anschließend ausgepresst, über ein Förderband aus der Kammer transportiert und in einem Ofen gehärtet. Die Technologie befindet sich noch im Versuchsstadium. [2] Bauteilfügung Für die Fügung von Textilbetonbauteilen gibt es lösbare und nicht lösbare Verbindungsmethoden. Lösbare Verbindungen lassen sich aufgrund der dünnwandigen Bauteile durch punktuelle Verbindungsmittel wie Schrauben herstellen. Da Schraublöcher grundsätzlich eine Störung im Gefüge des Verbundwerkstoffs darstellen sind sie eine wenig materialgerecht Fügemethode. Dennoch ermöglichen sie die einfache und schnelle Montage und Demontage von Bauteilen, insbesondere da Textilbeton ausschließlich in Form von Fertigteilen verwendet werden kann. Die Leistungsfähigkeit von punktuellen Verbindungen kann durch die Verstärkung der Schraublöcher mittels einbetonierter oder eingeklebter Metallhülsen erheblich gesteigert werden. Zu den nicht lösbaren Verbindungsmethoden zählen Klebeverbindungen und der Verguss. Bei den Klebeverbindungen werden Textilbetonbauteile an der Ober-

fläche durch Klebstoffe auf Polyurethanoder Epoxidharzbasis miteinander verklebt. Problematisch für eine qualitätvolle Verklebung sind die äußeren Randbedingungen (Staubfreiheit, Temperatur, Feuchte), die unter üblichen Baustellenbedingungen kaum herstellbar sind. Darüber hinaus ist es bisher nicht möglich, Textilbetonbauteile in der Ebene der textilen Bewehrung zu verkleben, sodass die maximal erreichbare Zugfestigkeit der Verbindungen der des Betons entspricht. Vergussverbindungen, bei denen die Bewehrungslagen mehrerer Bauteile aus den Bauteilrändern in ein Vergussvolumen geführt und mit Beton vergossen werden, stellen die materialgerechteste Art der Bauteilfügung dar, da das Materialgefüge dabei nicht gestört wird wie z. B. bei Schraubverbindungen. Erste Herstellungsversuche zeigen jedoch Handhabungsprobleme der textilen Bewehrung in den kleinräumigen Vergussvolumina. Erkenntnisse über die Tragfähigkeit von Vergussverbindungen liegen bislang noch nicht vor. [3] Technische Probleme Entscheidend für die Leistungsfähigkeit des Werkstoffs ist ein guter Verbund zwischen Textil und Beton. Umfangreiche Versuchsreihen haben gezeigt, dass es

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Multiaxialgelege mit Garnen in 0°-, 45°- und 90°-Richtung Konturenabstandsgewirk mit unterschiedlichen Abständen der textilen Deckflächen Rundgewirk Multiaxialgelege ohne Beton Durchdringung der textilen Bewehrung mit flüssiger Feinbetonmatrix Multiaxialgelege in Beton eingebettet

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bisher nicht in ausreichendem Maße gelungen ist, alle Filamente eines Rovings zur Lastabtragung zu aktivieren. Im Wesentlichen werden nur die äußeren Filamente, die in direktem Kontakt zur Betonmatrix stehen, aktiviert. Um eine bessere Ausnutzung der Bewehrung zu erzielen, ist eine stärkere Durchdringung (Penetration) der Rovings mit dem Feinbeton notwendig. Darüber hinaus ist es durch Beschichtung mit Dispersionen oder Kunstharzen möglich, die Filamente in einem Roving miteinander zu verkleben und so für die Lastabtragung zu aktivieren. Ein Hauptproblem beim Herstellungspro-

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zess ist die Fixierung der textilen Bewehrung in der Schalung. Die meist unbeschichteten Textilien sind wenig formstabil. Die Folge kann ein Absinken, Aufschwimmen oder Herandrücken der Bewehrung an die Schalhaut sein, wodurch Oberflächenqualität, Dauerhaftigkeit und Tragfähigkeit des Bauteils negativ beeinflusst werden können. Entsprechende Abstandshalterkonzepte, die die wirtschaftliche Herstellung hochwertiger Textilbetonbauteile zulassen, sind noch in der Entwicklung. Die Fließfähigkeit des Feinbetons ermöglicht die Herstellung scharfer Bauteilkanten,

die jedoch extrem empfindlich gegenüber mechanischer Belastung sind. Die Qualität der Kanten geht somit oft bei der Montage verloren. Hier sind entsprechende Schutzmaßnahmen erforderlich. Anwendungen Gebäudeplanung findet heute unter dem Grundsatz der Nachhaltigkeit statt. Damit sind jedoch nicht nur Aspekte des Energieverbrauchs während des Gebäudebetriebs gemeint, sondern auch Fragen der zur Herstellung und Transport benötigten Energie, der Flexibilität in der Nutzung und schließlich des Recyclings von Bauwerken. Insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Bauwerksherstellung und des Transports von Bauteilen und -stoffen ist es sinnvoll, mit leichten, materialsparenden Werkstoffen und Konstruktionsweisen zu arbeiten. Dies eröffnet weitreichende Einsatzmöglichkeiten für den Textilbeton. Gerade dort, wo das natürliche Erscheinungsbild von Beton als hochwertige Sichtoberfläche gefordert ist, also bei den Gebäudefassaden, aber auch bei Wandsystemen für den Innenausbau, bieten die schlanken Bauteilquerschnitte von 10 bis 20 mm erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Betonkonstruktionen. Leichte Unterkonstruktionen, die Verringerung von Außenwandquerschnitten, die einfache Montage und Demontage sowie der Einsatz von leichten Hebewerkzeugen sind die wesentlichen Vorteile. Im Bereich der Gebäudehüllen ist der Einsatz sowohl als hinterlüftetes Fassadensystem als auch als Sandwichbauteil – tragend oder nichttragend – denkbar. Darüber hinaus können Textilbetonbauteile aufgrund ihrer Dünnwandigkeit auch bei sekundären Elementen der Gebäudehülle wie Sonnenschutzanlagen eingesetzt werden. Ein weiteres Anwendungsfeld, bei dem die Gewichtsersparnis durch die Schlankheit der Bauteile wirksam wird, sind Tragsysteme.

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Insbesondere Systeme, die durch die Verformung von Flächen durch Falten oder Krümmen Tragfähigkeitssteigerungen erzielen, sind für die Ausführung in Textilbeton geeignet, da hierbei die meist flächigen Bewehrungstextilien am wirksamsten eingesetzt werden können. Dies sind vornehmlich Faltwerke oder einfach und doppelt gekrümmte Schalentragwerke, die aufgrund ihrer intelligenten Formgebung – auch im Sinne eines geringen Materialverbrauchs – sehr effiziente Tragwerke bilden. Denkbar sind auch aufgelöste Konstruktionen wie die ursprünglich aus dem Holzbau stammenden Rauten-Gitterschalen. Hier ist es der hohe Vorfertigungsgrad, der Vorteile gegenüber anderen Werkstoffen wie Holz oder Stahl bietet. Ein weiteres, bislang wenig entwickeltes Einsatzgebiet im Bereich der Tragkonstruktionen sind Stabtragwerke aus Textilbetonprofilen. In ersten Herstellungsversuchen für Hohlprofile aus Textilbeton am Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen und am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik konnten sehr dünnwandige Rundrohre (5 mm) mit hochwertigen Betonoberflächen hergestellt werden. Im Zusammenhang mit einem zu erwartenden günstigen Brandverhalten eröffnen sich hier ganz neue Einsatzfelder für den Baustoff Beton. Die oben genannten Sandwichbauteile bilden hinsichtlich ihrer Gesamtfunktion eine Mischform aus Fassadenbauteil und Tragwerk. Als integrale Wandbauteile können sie trotz ihres einfachen Schichtenaufbaus sämtliche bauphysikalischen Anforderungen erfüllen und gleichzeitig lastabtragende Funktionen übernehmen. Damit eignen sie sich insbesondere für den kostengünstigen Wohnungsbau und für Industriebauten. Neben dem Bauwesen finden sich auch im Bereich der Gebrauchsgüter Anwendungsmöglichkeiten für Textilbeton. Zur-

zeit erhält besonders der Möbelbau neue Impulse durch das Material. Auch hier wirken sich die Gewichtsersparnis und die gute Oberflächenqualität des fließfähigen Textilbetons positiv aus. Daneben bilden untergeordnete Bauteile wie integrierte Schalungen und Installationskanäle ein weiteres Einsatzfeld für Textilbeton. Hinterlüftete Textilbetonfassade Beim Erweiterungsbau für die Versuchshalle des Instituts für Massivbau der RWTH Aachen wurden Textilbetonelemente als Wetterhaut einer hinterlüfteten Fassade verwendet. Sie bekleiden beide Längsseiten des Gebäudes mit einer Gesamtfassadenfläche von 240 m2 (Abb. 10). Die einzelnen Elemente sind glatte Tafeln mit Sichtbetonoberflächen und Außenabmessungen von 268,5 ≈ 34 cm bei einer Bauteilstärke von 25 mm. Aufgrund des geringen Flächengewichts von 57,5 kg/m2 war es möglich, eine handelsübliche Unterkonstruktion aus Aluminiumprofilen und Agraffenaufhängungen mit jeweils vier Befestigungspunkten pro Platte zu verwenden (Abb. 7). Die Befestigung der Agraffen erfolgte unsichtbar auf der Rückseite des Elements mittels Hinterschnittdübeln. Die Tafeln bestehen aus einem hochfesten Feinbeton und sind in zwei Ebenen oberflächennah mit einem beschichteten alkaliresistenten Glasfasergelege bewehrt. Abmessungen und Betonzugfestigkeit sind so eingestellt, dass die Platten im Gebrauchszustand ungerissen bleiben. Im Rahmen des Projekts konnten erste Erfahrungen im konstruktiv-gestalterischen Umgang mit dem neuen Material gewonnen werden. Um den hautartigen Charakter der vorgehängten Fassade und die Schlankheit der einzelnen Tafeln zu betonen, sind diese durch offene, 15 mm breite Fugen voneinander getrennt. An den Gebäudeecken werden durch den Rücksprung der benachbarten Aluminiumblechverklei-

Textilbetonfassadentafeln mit einer AgraffenUnterkonstruktion aus Aluminium 8, 9 Eckdetail: Übergang von hinterlüfteter Textilbetonfassade zu Stahl-Glas-Fassade 10 Teilansicht hinterlüftete Textilbetonfassade, Versuchshalle, RWTH Aachen Architekten: Weiss + Schätzke, Aachen 11 Trogfaltenträger aus Textilbeton 12 Tonnenschale aus Textilbeton

dung die Kopfseiten der Fassadentafeln sichtbar (Abb. 8 und 9). So entsteht ein eleganter Übergang zur Glasfassade. Im Bereich der Fensterbänder ist ein feststehender Sonnenschutz vorgesehen, der zu einem späteren Zeitpunkt nachgerüstet wird. Hier löst sich die flächige Fassade in eine leichte Lamellenstruktur aus horizontalen Textilbetonelementen auf. Flächige Dachtragwerke Aufgrund der Dünnwandigkeit der Bauteile und der in der Regel flächigen textilen Bewehrungsmaterialien eignen sich besonders Tragkonstruktionen, die durch eine Verformung der Fläche eine gute Tragfähigkeit erzielen, für die Ausführung in Textilbeton. Durch Faltung, Krümmung oder Wellen- und Druckbogenformen kann das Tragverhalten optimiert werden. Insbesondere eine flächige Ausformung der Zugzone ermöglicht es, materialgerechte Bauteile zu entwickeln – ein entscheidender Unterschied zu stahlbewehrtem Beton. In ersten Entwurfsstudien und begleitenden statischen Bemessungen wurden verschiedene, auf flächiger Geometrie beruhende Tragkonstruktionen für kleine und mittlere Spannweiten entwickelt. Trogfaltenträger Schon in Stahlbeton gehört dieser einfache Balkenträger zu den wirtschaftlichsten Konstruktionen. Die Kombination aus Träger und Dachflächenelement lässt zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten erwarten; die Zusammensetzung der Form aus rechteckigen Scheiben macht eine serienmäßige Produktion denkbar. Bei einer Materialstärke von 2,5 cm textilbewehrtem Beton ergibt die Vorbemessung eine Spannweite von 9 m und eine statische Höhe von 35 cm. Um die auftretenden Zugkräfte aufnehmen zu können, muss eine dreifache Karbonbewehrung mit einem Querschnitt von 113 mm2/m in das 35

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Bauteil eingebaut werden. Die Längsstöße der Elemente befinden sich am Hochpunkt der Falten und sind daher hinsichtlich ihrer Dichtigkeit wenig belastet. Das einfache Überblatten und Vermörteln stellt ein Fügeprinzip dar, das verschiedene Achsabstände der Elemente ermöglicht. Bei einem Eigengewicht von 58 kg/m2 ensteht ein effizientes, leichtes Hallensystem für mittlere Spannweiten (Abb. 11). Tonnenschale Die Schalenwirkung von dünnen Betonstrukturen eignet sich gut für Tonnenschalen (Abb. 12). Dieses Tragprinzip

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stellt eine Alternative zur einfachen Balkenwirkung der Faltenträger dar. Die Schalensteifigkeit stellt sich sowohl längs als auch quer zur erzeugenden Geraden ein. Daher erreicht die Konstruktion in Textilbeton – mit einer Materialstärke von 2,5 cm ausgeführt – eine große Leichtigkeit. Durch mögliche Spannweiten von bis zu 8 m bei einer Konstruktionshöhe von ca. 50 cm ergeben sich interessante Anwendungen für kleinere und mittlere Hallenbauten. In der gekrümmten Fläche der Schale entstehen Druckkräfte, in den unteren Flanschen des Elements Zugkräfte, die von der zweifachen Karbonbe-

wehrung aufgenommen werden. Bei Hallendächern kann im Längsstoß der Elemente eine Rinne zur Entwässerung eingeplant werden. Bogenkonstruktionen mit Rautenelementen aus Textilbeton Denkbare Anwendungsmöglichkeiten für Textilbeton sind auch Gitterstrukturen aus stabförmigen Bauteilen (Abb. 13 und 14). Da bei den meisten stabförmigen Elementen die Querschnittsgeometrie keine optimale Bewehrungsführung zulässt wie bei den flächigen Bauteilen, bieten sich hier eher auf Druck beanspruchte Konstruktionen an, z. B. Gitterschalen. Die Verwendung von rautenförmigen Gitterstrukturen zur Herstellung von Bogentragwerken ist ein Konstruktionsprinzip, das seit rund 100 Jahren Anwendung im Hallenbau findet. Die Effizienz solcher Systeme ergibt sich einerseits daraus, dass mit kleinen, schlanken Einzelkomponenten gearbeitet werden kann, aus denen die Gesamtstruktur gefügt wird. Andererseits bewirkt allein die Diagonalstellung eine Aussteifung in Gebäudelängsrichtung ohne zusätzliche Maßnahmen. Nachteilig ist die oft komplexe Ausbildung der Knotenpunkte, in denen wie bei der Zollingerbauweise drei, bei sonstigen Rautenfachwerken in der Regel vier stabförmige Bauteile zu verbinden sind. Der recht aufwändige Verguss als Fügemethode hat dazu geführt, dass Rautenfachwerke im Betonbau heute kaum noch realisiert werden. Textilbewehrter Beton bietet andere Möglichkeiten der Vorfertigung und Bauteilfügung wie das Verschrauben und Verkleben, die zu einer sinnvollen Anwendung von Beton bei filigranen Gitterstrukturen führen kann. Die rautenförmigen Gitterstrukturen lassen sich als schlanke und leichte Bauteile vorfertigen. Dadurch kann die Anzahl der in den Knoten zu verbindenden Bauteile auf zwei reduziert

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werden (Abb. 15). Darüber hinaus ist aufgrund der Dünnwandigkeit der Bauteile (25 mm) die Verwendung einfacher Schraubverbindungen in den Knotenpunkten möglich. Kleinere Bogentragwerke mit Spannweiten von 8 bis 15 m können so auf einfache Weise hergestellt werden. Die extrem schlanken Textilbetonbauteile führen dabei zu einem filigranen Erscheinungsbild, das mit dem Baustoff Beton bisher nicht in Verbindung gebracht wird. Dies gilt auch für die Detailausbildung. Hier ermöglicht der fließfähige Feinbeton die Ausbildung von Nuten und Senkungen für Verbindungsmittel, die zu eleganten Bauteilfügungen führen. Ein erster Prototyp einer solchen Bogenkonstruktion aus Rautenelementen entstand an der RWTH Aachen im Rahmen des Sonderforschungsbereichs »Textilbewehrter Beton«. Die einzelnen Rautenelemente sind mit zwei Lagen Karbongelege bewehrt. In den Ecken der Rautenelemente dienen einbetonierte Edelstahlhülsen der Fixierung der Bewehrung und der passgenauen Verbindung der Elemente. Durch eine Abschrägung von 5° an den Schmalseiten entsteht in Addition der Rautenelemente eine polygonale Bogenstruktur.

dazwischen liegenden Dämmkern aus Polyurethan-Hartschaum führt zu einer Zunahme der Steifigkeit des Gesamtbauteils. Diese lässt den Einsatz für tragende Wand-, Decken- und Dachelemente bei ein- bis zweigeschossigen Gebäuden denkbar erscheinen, erfordert jedoch weitere Forschungen bezüglich der bauphysikalischen Eigenschaften wie Schalldämmmaß, Wasserdichtigkeit, Dampfdiffusion und Brandverhalten. Auf dieser Grundlage wird derzeit ein Systemhaus entwickelt, das bei geringen Bauteilquerschnitten volle bauphysikalische Funktionstüchtigkeit und hochwertige Sichtbetonoberflächen ermöglicht. Der dabei vorgesehene extrem einfache Aufbau der Wand- und Dachelemente besteht innen und außen aus 15 mm starken Textilbetondeckschichten sowie einem Dämmkern aus Hartschaum. Aufgrund der hohen Druckfestigkeit des Betons lassen sich die Vertikallasten über die Innenschale der Sandwichbauteile abtragen. Die höheren Lasten bei den Geschossdeckenelementen machen die Ausbildung von Stegen zwischen den beiden Deckschalen notwendig. Die hohlkastenartigen Deckenelemente wurden bereits als Prototypen hergestellt. Neben der weiteren Steigerung ihrer Tragfähigkeit ist insbesondere die Entwicklung der Bauteilfügung derartiger Sandwichelemente ein Schwerpunkt weiterer Forschungsarbeiten.

Integrale Bauteile Auch in anderen Nutzungsbereichen wie z. B. im Wohnungsbau scheint die Anwendung von Textilbeton bei Dach- und Deckentragwerken möglich. Nutzungsbedingt sind hier geringere Spannweiten von 3 bis 5 m anzunehmen sowie Bauteile mit einfacher, orthogonaler Geometrie. Um die nötige Tragfähigkeit zu erzielen und gleichzeitig die hohen bauphysikalischen Anforderungen insbesondere hinsichtlich des Wärmeschutzes zu erfüllen, bietet sich die Sandwichtechnologie an. Die Herstellung schlanker Sandwichbauteile aus zwei Textilbetondeckschichten mit hochwertiger Oberfläche und einem

18 Literatur: [1] Hegger, Josef, u. a.: Fassaden aus textilbewehrtem Beton. In: Beton- und Fertigteiljahrbuch 2005, 53. Jahrgang, S. 76 – 82 [2] Hegger, Josef, u. a.: Neue Bauteile aus textilbewehrtem Beton. In: Beton und Stahlbetonbau, Heft 6, 2004, S. 68 –71 [3] Sedlacek, Gerhard, u. a.: Fügen von Bauteilen aus textilbewehrtem Beton. In: Bauingenieur, Heft 12, 2004, S. 569 – 575

13, 14 Rautenfachwerk in Textilbeton, temporärer Demonstrationsbau, Aachen, Februar 2005 Planung: Lehrstuhl Baukonstruktion 2, RWTH Aachen 15 Bauteilfügung der Textilbeton-Rautenelemente mit integrierten Fassadenanschlüssen, Isometrie 16 Systemhaus mit textilbewehrten Sandwichbauteilen, Schema-Isometrie 17 schematischer Aufbau eines Wandelements 18 Hohlkastenelement für Deckenbauteile, Prototyp

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Baustoff Beton

Holzleichtbeton – Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten Roland Krippner

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Aufgrund seiner materialspezifischen Eigenschaften ist Holz ein Baustoff, der sich für unterschiedliche Anwendungen im Hochbau eignet. Neben den bekannten konstruktiven und gestalterischen Einsatzformen kann das nachwachsende Material auch in Form von Spänen, etwa in der Kombination mit hydraulischen und mineralischen Bindemitteln, für hochwertige Bauprodukte verwendet werden. Diese Technologie eröffnet eine ökologisch und ökonomisch sinnvolle Nutzung von Verarbeitungsreststoffen der Holzindustrie, da so den Forderungen nach Recycling, also einer ressourcenschonenden Kreislaufwirtschaft, entsprochen werden kann. Was ist Holzleichtbeton? Holzleichtbeton (HLB) ist ein Verbundwerkstoff, der aus Zement, Sägespänen, Wasser und Zusätzen besteht. Je nach Zusammensetzung liegt die Rohdichte zwischen 400 und 1700 kg/m3. Damit ist das Material gemäß DIN EN 206-1 als Leichtbeton einzustufen. Organische Materialien berücksichtigt die Norm jedoch nicht; dort sind ausschließlich Gesteinskörnungen erwähnt. Somit bestehen keine normativen Festlegungen für die Verwendung von Restholz an Stelle von Kies und Sand im Beton. In der Regel sind dafür baurechtlich Zulassungen im Einzelfall erforderlich. Holzleichtbeton enthält etwa < 25 Masse-% zerkleinerte Holzspäne beziehungsweise Sägemehl, etwa < 65 Masse-% hydraulisches Bindemittel und Wasser sowie ggf. weitere Zusätze. Bei der Holzbearbeitung fallen Hobelspäne und Sägemehl in großen Mengen als Abfall- und Restprodukt an und können mit Zement und Wasser einer sinnvollen Weiterverarbeitung zugeführt werden. Die Forderung der Reststoffverwertung bildet für ressourcenschonendes, nach38

Erstellen eines Funktionsmodells mit Bewehrung aus Glasfasergewebe gemittelte Werte der spezifischen Wärmekapazität und der Wärmeleitfähigkeit von Holzleichtbeton Vergleich des Feuchteaufnahmeverhaltens von Sperrholz (blau und rot) und Holzleichtbeton »leicht« (orange und grün)

haltiges Bauen einen wichtigen Hintergrund.

• gute Sorptionsfähigkeit • angenehme Oberflächentemperaturen

Werkstoffgeschichte Die Kombination von anorganischen Baustoffen mit Restholz aus der Holzbearbeitung ist keine Neuentwicklung, sondern reicht bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts zurück. Unter Bezeichnungen wie Steinholz, Sägemehlbeton oder Holzbeton existieren eine Reihe von Betonarten, die vor allem in Form von Fußbodenestrichen und Putzen zum Einsatz kommen. Bis in die 1950er-Jahre waren Steinholzböden besonders in Wohnungsbauten weit verbreitet. Der als angenehm fußwarm geschätzte Belag wurde in zahlreichen Bauten der Moderne eingesetzt, u. a. dem Dessauer Bauhausgebäude, Bauten der Stuttgarter Weißenhofsiedlung und der Van-Nelle Fabrik in Rotterdam [1].

Nachteile sind das hohe Schwind- und Quellverhalten, beim Steinholz die Tendenz zur Rissbildung sowie je nach Mineralisierungsvorgang etwaige Korrosionsprobleme bei eingebetteter metallischer Bewehrung.

Anfang der 1930er-Jahre wurde mit der Patentierung einschlägiger Verfahren die Grundlage zur Herstellung von »Holzspanbeton« geschaffen. Nach dem Zweiten Weltkrieg experimentierte man aufgrund von Rohstoffmangel mit zementgebundenen Holzwerkstoffen. Ende der 1960er-Jahre wurde in der DDR dieser Ansatz intensiv aufgegriffen. Aus Gründen einfacher Handhabbarkeit erfolgte die Verarbeitung des Holzbetons in Form von kleinformatigen Platten und Steinen für (tragende) Außen- und Innenwände von Kleinwohnungen und landwirtschaftlichen Bauten [2]. Betrachtet man die unterschiedlichen Ansätze und Produkte, lassen sich eine Reihe von Vorteilen dieser Materialkombination herausstellen: • gute Wärmedämmeigenschaften und hohe Elastizität • Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß

Seit einigen Jahren beschäftigt man sich im Sinne der Ressourcenschonung (Sand, Kies) und der Gewichtsersparnis (Wand- und Deckenkonstruktionen) erneut mit diesen Konzepten, die unter den derzeitigen technologischen Möglichkeiten weiterentwickelt werden. Obwohl heute Bauteile auf Basis von Zement-Holz-Wasser-Mischungen weitgehend nur als gepresste zementgebundene Spanplatten bzw. als Holzwolleleichtbauplatten mit nichttragenden, wärmedämmenden Funktionen verwendet werden, eröffnet die Weiterentwicklung dieser Materialkombination vielversprechende Einsatzmöglichkeiten im allgemeinen Hochbau. Darüber hinaus gewinnt der Holzspan- bzw. Holzleichtbeton mit seinen natürlichen Stoffen und durch eine »komplette« Recyclingkette im Zuge der Neubewertung von Energieund Stoffströmen an Bedeutung. Holzleichtbeton als Material für Außenwände An der Technischen Universität München erfolgten Untersuchungen zu Einsatzmöglichkeiten von Holzleichtbeton im Bereich von Gebäudefassaden [4] auf drei aufeinander aufbauenden Betrachtungsebenen: Holzleichtbeton als Material für thermisch passiv und thermisch aktiv wirksame Bauteile sowie in Kombination mit Latentwärmespeichermaterialien (PCM). Dazu wurden umfangreiche materialspezifische und experimentelle Versuche durchgeführt, Potenzialabschätzungen

1.75

100

1.00

0.00 0.50 0.75 0.50

0.25

0.25 0.00 500

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1000 1250 1500 Rohdichte [kg/m3]

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vorgenommen und Funktionsmodelle in unterschiedlichen Maßstäben hergestellt (Abb. 1). Baukonstruktive Eigenschaften Von herkömmlichen Holz- und Holzverbundwerkstoffen unterscheidet sich Holzleichtbeton durch eine höhere Rohdichte, sein Sprödbruchverhalten und eine geringere hygrische Längenänderung. Holzleichtbeton zeichnet sich durch seine Bearbeitungseigenschaften aus. Das Material lässt sich sowohl per Hand als auch mit gängigen Mischgeräten einfach verarbeiten: Sägen, nageln und schrauben ist möglich. Auch bei der Oberflächenbearbeitung bestehen vielfältige Optionen (siehe Abb. 8 a–f). Im Vergleich zu Normalbeton kennzeichnet den Holzleichtbeton sowohl ein höherer Bindemittelgehalt als auch höhere w/z-Werte. Da er keine Tendenz zu Entmischungen aufweist, ist analog zu Leichtbetonen je nach Konsistenz eine Guss-, Fließ- oder Schütteinbringung möglich. Wesentlichen Einfluss auf Festigkeit und Verarbeitbarkeit haben der w/z-Wert (Optimum zwischen 0,55 und 0,6, siehe auch S. 22) und das Holz/Zement-Verhältnis (mit steigendem Zementanteil erhöht sich die Druck- und Biegefestigkeit). Bei Stoffzusammensetzungen mit Rohdichten > 1300 kg/m3 und Zementgehalten > 800 kg/m3 können Druckfestigkeiten bis 13 N/ mm2 und E-Modulin bis 5000 N/mm2 erzielt werden. Aufgrund der möglichen Korrosion von Metall, das im Holzleichtbeton eingebettet wird, und der Forderung nach Gewichtsreduktion sowie Querschnittsoptimierungen sind Stahlbewehrungen mit Abstandhaltern als Armierung nicht geeignet. Leistungsfähige und kostengünstige Alternativen stellen textile Gewebe dar, was intensive Forschungsarbeiten zu modernen Bewehrungsarten im Betonbau gezeigt haben [5] (siehe Textilbeton S. 32ff.).

1750

0.00 2000

Temperatur [°C]

0.75

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Wärmeleitfähigkeit γ [W/mK]

Spez. Wärmekapazität cp [J/gK]

1.50

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90

80

80

70

70

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40

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10 0 0 3

relative Feuchte [%]

Sonderbetone Holzleichtbeton

1000

2000

4000 5000 6000 7000 Messpunkte jeder Messpunkt steht für 30sec. d.h. 9000MP = 75h

Bauphysikalische Eigenschaften Als hygroskopisch dampfdurchlässiger Baustoff weist Holzleichtbeton gute Eigenschaften im thermischen Verhalten auf, sowohl hinsichtlich der Wärmedämmung als auch der Wärmespeicherfähigkeit. Beide sind in hohem Maße von der Rohdichte des Materials abhängig und somit können Holzleichtbeton-Aufbauten durch die guten Anpassungsmöglichkeiten in den Mischungen sowohl einen wirksamen sommerlichen als auch winterlichen Wärmeschutz leisten. Bei den Untersuchungen zur Wärmeleitfähigkeit wurden Werte von 0,15 (ρ = 600 kg/m3) bis 0,75 W/mK (ρ = 1700 kg/m3) ermittelt (Abb. 2). Damit liegt das Material bezüglich der Dämmwirkung im Bereich von Porenbeton und Leichtbetonen (mit haufwerksporigem Gefüge). Überschlägige Berechnungen lassen bei mehrschichtigen Wandaufbauten (d ≤ 30 cm, mit U-Werten zwischen 0,45 und 0,28 W/m2K) ein marktfähiges Potenzial für thermisch passive Außenwandbauteile erwarten. Ergebnisse einer Gebäudesimulation zeigen, dass mindestens der Standard von konventioneller Ziegelbauweise (WSVO 1995) erreicht wird und partiell der Heizwärmebedarf um 15 bis 20 % reduziert werden kann. Werte im Bereich der Niedrigenergiebauweise sind mit den bisher konzipierten Wandaufbauten jedoch nicht zu erzielen. Die spezifische Wärmekapazität von Holzleichtbeton (0,9 bis 1,5 J/gK) liegt zwischen der von Ziegelstein oder Beton und Schaumkunst- beziehungsweise pflanzlichen Faserdämmstoffen. Die volumenbezogene Wärmekapazität (0,39 bis 0,48/ρ = 1250 kg/m3) erreicht etwa 60 bis 70 % von Normalbeton. Experimentelle Versuche mit Massivabsorbern aus Holzleichtbeton ließen indes nur ein eingeschränktes Potenzial erkennen. Trotz einer relativ hohen volumenbezogenen Wärmespeicherfähigkeit des

3000

8000

0 9000

schweren Holzleichtbeton (ρ = 1250 kg/m3) wird dies beim thermischen Verhalten unter den gewählten Randbedingungen nicht wirksam. Angesichts des grundsätzlichen Problems bei einer solaren Heizungsunterstützung – die Gegenläufigkeit von Angebot und Bedarf – und der Tatsache, dass bei hohem solaren Strahlungsangebot bereits der Heizwärmebedarf durch passive solare Gewinne reduziert wird, bleibt das Potenzial des Massivabsorber-Systems begrenzt. Dennoch liegt gutes Datenmaterial zu weiteren Untersuchungen der Einsatzmöglichkeiten von Holzleichtbeton für thermisch aktive Bauteile im Bereich der Bauteiltemperierung vor [6]. Eine gute Luft- und Trittschalldämmung lässt sich durch variierbare Rohdichten sowie mehrschichtige Aufbauten erreichen. Schallübertragung über Fugen wie auch Undichtigkeiten in der Gebäudehülle können durch Verguss und entsprechende Anschlusslösungen unterbunden werden. Holzleichtbeton ist nicht brennbar und verfügt ab einer Dicke von 5 cm über eine Brandwiderstandsdauer von 90 Minuten. An den konstruktiven und bauphysikalischen Eigenschaften zeigt sich, dass Holzleichtbeton mit den am Markt üblichen Baustoffen für Außenwände konkurrieren kann. Bei einer vereinfachten, überschlägigen Abschätzung gegenüber Normalbeton ist Holzleichtbeton etwa 30 % teurer. Dies liegt vor allem an dem erhöhten Bindemittelanteil und den derzeit niedrigen Kosten für normale Gesteinskörnungen. Holzleichtbeton steht hinsichtlich seines Marktpotenzials jedoch eher in Konkurrenz zu Leichtbetonen, bei denen gewöhnlich hochfeste Stoffe wie Blähton etc. eingesetzt werden. Vergleiche mit dieser Baustoffgruppe zeigen Kosten39

Baustoff Beton

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vorteile zwischen 30 und 40 %, da es sich bei den Holzanteilen um ein bereits vorhandenes, preisgünstiges Restprodukt handelt [7]. Der Primärenergieaufwand für Herstellung, Transport und Montage ist wie bei anderen Holz- und Holzverbundwerkstoffen niedrig, sofern der Rohstoff aus regionalem Anbau stammt [8]. Das Material ist leicht zu transportieren, darüber hinaus einfach zu zerkleinern, abzubauen und für die Herstellung neuer Bauteile wiederzuverwenden. Holzleichtbeton mit Latentwärmespeichermaterialien (PCM) Insbesondere bei Leichtbauten bestehen aufgrund fehlender Speichermasse Probleme mit rascher Aufheizung und Auskühlung. Diese Lastunterschiede können zu starken Beeinträchtigungen des Komforts führen und – aufgrund der zur Kompensation zusätzlich aufgewendeten Kühlung oder Heizung – zu einem erhöhten Energieverbrauch. Die Aufgabe, überschüssige Wärme zwischenzuspeichern und zu einem späteren Zeitpunkt an dem Raum wieder abzugeben, erfordert Materialien mit hohen Speicherenergiedichten. In diesem Zusammenhang sind PCM, die in einem schmalen Temperaturbereich große Wärmemengen speichern können, vielversprechende neue Baustoffe [10]. Gerade in Hinblick auf diese Kombination lassen sich neue Entwicklungsmöglichkeiten beim Einsatz von Holzleichtbeton erkennen. Bei den in umfangreichen Versuchs- und Testreihen zum Verbund von Holzleichtbeton mit organischen Latentwärmespeichermaterialien (auf Paraffin-Basis) hergestellten Mischungen lagen die erreichten Rohdichten (Holzmasseanteil 6 bis 17 % und Anteil des PCM-Materials 11 bis 29 %) zwischen 1000 und 1450 kg/m3. Mit 40

den gegenüber Holz dreimal schwereren PCM waren auch Änderungen in den Festigkeitswerten zu erwarten. Untersuchungen zur Druckfestigkeit ergaben höhere Werte (bis zu 20 N/mm2) gegenüber »normalem« Holzleichtbeton. Darüber hinaus zeigen vor allem die Ergebnisse der E-Modul-Messungen, dass die Mischungen trotz der unterschiedlichen Ausgangsstoffe einen sehr homogenen Aufbau aufweisen. Frost-Tau-Wechsel-Prüfungen ergaben einen guten Frostwiderstand. Auch bei hohen w/z-Werten gewährleistet das Material aufgrund seiner elastomechanischen Eigenschaften eine sehr gute Dauerhaftigkeit. Für den betrachteten Anwendungsfall im Bereich von Gebäudefassaden und Innenräumen werden also insgesamt gute konstruktive Kenngrößen erreicht. Die bauphysikalischen Untersuchungen bestätigten die Eignung des Materials sowohl für Anwendungen im Außenbereich als auch im Innenraum. Die Wärmeleitfähigkeit (ρ-Werte zwischen 0,28 und 0,50 W/mK) liegt bei höheren Rohdichten unter dem Bereich des HolzleichtbetonAusgangsmaterials. Weitere Vorteile bestehen bei der Wärmespeicherfähigkeit (Abb. 2) und dem Feuchteausgleichsverhalten. Experimentelle Versuche zum Feuchteausgleichsverhalten führten bei Holzleichtbeton ebenfalls zu guten Ergebnissen. So schneidet dieser gegenüber Sperrholz nur geringfügig schlechter ab [11], (Abb. 3). Zur Regulierung eines als behaglich empfundenen Raumklimas kann der Holzleichtbeton mit seiner stabilisierenden Wirkung (d. h. der Verringerung von Schwankungen der relativen Luftfeuchte oder Pufferung von Feuchtespitzen wie sie in Feuchträumen auftreten können) einen wirksamen Beitrag leisten.

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Dies hat dann Auswirkung auf die Lüftung von Gebäuden. Lüftungsanlagen können kleiner dimensioniert werden, mit dem Effekt signifikanter Energie- und Kosteneinsparungen. Wärme- und feuchtetechnische Eigenschaften sind in Verbindung mit akustischen Anforderungen an Materialien in raumumschließenden Flächen wichtige Parameter für ein behagliches Raumklima. Weiterhin beeinflussen die Oberflächen das Empfinden der »visuellen« Behaglichkeit. Dabei gilt Holz insbesondere bei Tageslicht als guter Lichtmodulator. Holzleichtbetonoberflächen lassen hier ein homogenes Farbspektrum erwarten, welches das Lichtmilieu im Raum positiv beeinflusst. Erste Versuche zur Feuerwiderstandsdauer in einem Kleinbrandofen ergaben gute Brandschutzeigenschaften. Allerdings erreicht Holzleichtbeton in Kombination mit PCM-Materialien die Baustoffklasse A 2 voraussichtlich nicht. Eine Potenzialabschätzung zeigt, dass das Kompositmaterial – bei effizienten passiven Lüftungs- und Kühlungsstrategien – eine deutliche Reduktion von Überhitzungsstunden in einem Büroraum ermöglicht. Mit weiterer Erhöhung der thermischen Speicherfähigkeit durch Verwendung von PCM-Material kann der sommerliche Wärmeschutz noch verbessert werden [12]. Damit liegen die Ergebnisse im Bereich anderer Untersuchungen mit PCM-haltigen Baustoffen. Holzleichtbeton-Massivholz-Verbundbauweise Parallel zu den materialspezifischen Untersuchungen wurden die Grundlagen für Aufbauten und Schichtenfolgen von Außenwandkonstruktionen in der Holzleichtbeton-Massivholz-Verbundbauweise erarbeitet.

Sonderbetone Holzleichtbeton

6a

b

c

Holzleichtbeton und Massivholzbauweisen Holzleichtbeton-Massivholz-Verbundkonstruktionen beeinhalten ein (Weiter-) Entwicklungspotenzial gleichermaßen im Bereich des innovativen Holz- und dem des Betonbaus [13]. Solche Verbundkonstruktionen verbessern die statischen und schalltechnischen Eigenschaften von Decken- und Wandbauteilen erheblich. Der hohlraumarme Aufbau ermöglicht:

pelelemente – vorgesehen. Hierbei werden die Vorteile der Massivholzbauweise, hohe Traglasten unter vertikaler und horizontaler Beanspruchung aufnehmen zu können, genutzt. In den Wandaufbauten übernimmt der Holzleichtbeton als passives Bauteil wärmedämmende und -speichernde Funktionen und könnte darüber hinaus auch als thermisch aktives Bauteil zur Unterstützung der Brauchwassererwärmung oder Kühlung eingesetzt werden. Holzleichtbeton kann in mehrschaligen und/oder mehrschichtigen Konstruktionen mit konventionellen hinterlüfteten (Holz-)Bekleidungen als Witterungsschutz beziehungsweise als raumseitiger Abschluss verwendet werden. Die Aufbauten können je nach Anforderung, z. B. bei der Ausführung als thermisch aktives Bauteil, mit Gläsern oder transparenter Wärmedämmung abgedeckt bzw. mit transluzenten Materialien wie Polycarbonat-Doppelstegplatten kombiniert werden (Abb. 5 und 6 a–c).

werden können. Aufgrund dessen eignet sich Holzleichtbeton besonders für sichtbare Anwendungen.

• ein besseres Wärmespeichervermögen • einen ausgeglichenen Feuchtehaushalt • die Unterbindung »innerer« Brandweiterleitung. Verbundkonstruktionen bieten neben dem Witterungs- und Brandschutz viele herstellungstechnische Vorteile: • • • •

hoher Vorfertigungsgrad geringes Gewicht einfacher Transport schnelle Montage.

Sowohl Vollholzprodukte als auch Holzleichtbeton eröffnen vielseitige konstruktive und gestalterische Möglichkeiten. Dabei kommt der Kombination von leistungsfähigen Kompositmaterialien mit innovativer Fertigung als Basis für ausgereifte Bau(teil)systeme eine große Bedeutung zu. Aufbauten und Schichtenfolgen Bei den konzipierten Wandaufbauten besteht eine funktionale Trennung zwischen Lastabtragung und Wärmedämmung sowie Wärmespeicherung (Abb. 4). Bei Holzleichtbeton als statisch beanspruchbares Bauteil (ρ > 1500 kg/m3) beträgt der Holzmasseanteil weit unter 10 %. Mit der erhöhten Dichte steigt die Wärmeleitfähigkeit, der Wärmeschutz nimmt deutlich ab. Daher ist zur Lastabtragung eine massive Holzschicht – in den nachfolgenden Beispielen Brettsta-

Einsatzmöglichkeiten Für Verbundbauteile aus Massivholz und Holzleichtbeton gibt es vor allem im Wohnungs- und Verwaltungsbau ein breites Spektrum möglicher Anwendungen im Bereich der Primärkonstruktionen. Aufgrund seiner vielseitigen Materialeigenschaften eignet sich Holzleichtbeton in den unterschiedlichen Mischungsverhältnissen gleichermaßen für die Verarbeitung als Fertigteil als auch für die Ortbetonherstellung. Darüber hinaus können Elemente für den Wand- und Deckenbereich sowohl als Außenbauteil als auch als Innenbauteil hergestellt werden. Trotz seiner offenporigen Struktur weist das Kompositmaterial eine hohe Witterungsbeständigkeit auf. Zudem ermöglichen die organischen, feinkörnigen Holzspäne ästhetisch reizvolle Oberflächen, die mit weiteren Zusätzen akzentuiert

Oberflächen Für einen Baustoff, der sichtbar im Fassadenbereich bzw. in raumumschließenden Flächen eingesetzt werden soll, stellen die Möglichkeiten der Oberflächengestaltung oder -bearbeitung wesentliche Entscheidungskriterien dar. Beim Holzleichtbeton lässt sich zunächst feststellen, dass die organischen Anteile insgesamt zu einem »wärmeren« Grundfarbton gegenüber rein mineralischen Baustoffen führen. Ferner zeigen alle Oberflächen eine sehr gute Verteilung der Holzpartikel. Für dieses gleichmäßige Bild sorgt auch die mit 4 mm relativ kleine Korngröße der Holzanteile (Abb. 8 a– f). Die Bearbeitungsmöglichkeiten von Holzleichtbeton sind aufgrund seines porösen Gefüges eingeschränkt. Im Rahmen der Versuchsarbeiten wurden die Oberflächen in erster Linie gesägt und geschliffen. In der angeschnittenen Fläche, die an rötlich-gelben bis grau-gelben Naturstein erinnert, sind Holzpartikel und Speichergranulat optisch prägend.

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Funktionsschichten der Holzleichtbeton-Massivholz-Verbundbauweise »Außenwandbaukasten« (60 ≈ 60 cm): dreischichtiger Aufbau, BS + zusätzliche Dämmung + HLB-»Welle« (außen) Konzepte für Außenwandaufbauten mit Holzleichtbeton: a dreischichtiger Aufbau, HLB (innen) + BS + HLB (außen) b dreischichtiger Aufbau, BS + zusätzliche Dämmung + HLB (außen) c dreischichtiger Aufbau, BS + HLB (z.B.) als Massivabsorber + Glasabdeckung (außen)

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Baustoff Beton

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Farbmuster und Strukturschalungen Für die farbliche Gestaltung von Holzleichtbeton gibt es unterschiedliche interessante Möglichkeiten. Die in den Versuchsreihen verwendeten Rot- und Gelbtöne in Form von Flüssigfarbe sind kostengünstige und problemlos verfügbare Zusätze, die auch die spezifische Farbigkeit des Holzleichtbetons und der verwendeten Holzart widerspiegeln. Die stärkere Akzentuierung eines bestimmten Holzanteils lässt sich an der Zunahme der Farbsättigung erkennen. Bei gelben Farbtönen treten also die Holzpartikel in den Hintergrund, während das Speichergranulat deutlicher betont wird, bei roter Farbe verhält es sich umgekehrt. Trotzdem entsteht durch diesen Effekt keine einheitliche Angleichung der Materialien. Die angeschnittenen PCM weisen unterschiedlich viele Schattierungen auf und auch das Holz bleibt in beiden Farbreihen sichtbar. Auch zur Strukturierung der Oberflächen gibt es vielseitige Optionen. Allerdings erfordert gerade die Arbeit mit Schalungsmatrizen oder an feingliedrigen plastischen Formen einen höheren Anteil an Feinststoffen im Bereich der Holzleichtbetonoberfläche.

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b

Aufgrund des porösen Gefüges verlangen insbesondere leichte Mischungen beim Einbringen in die Schalungsformen aufwändigere Verdichtungsmaßnahmen und bei Anforderungen an sehr dichte Oberflächen den Einsatz von Zusatzmitteln. Einsatz von Fließmitteln Zur Herstellung möglichst gefügedichter Sichtbetonoberflächen und zur Verringerung des Wasserbedarfs sind beim Holzleichtbeton mit dem Einsatz von bauchemischen Stoffen Verbesserungen insbesondere im Bereich der Frischbetoneigenschaften zu erwarten. Allerdings zeigt das Beispiel der Verwendung von Fließmitteln, dass gerade der Einsatz von Betonzusatzmitteln besondere Anforderungen an das Holz-ZementWasser-Gemisch stellt. Welchen Einfluss w/z-Wert und Mischzeit auf die Wirkung von Fließmitteln nehmen, bedarf einer hinreichenden Überprüfung in weiteren Versuchsreihen.

Selbstverdichtenden und Hochfesten (Konstruktionsleicht-)Betonen gewinnt die Kombination mit korrosionsbeständigen textilen Fasern als Bewehrungsmaterial an Bedeutung. Darüber hinaus kennzeichnet die aktuellen Forschungen vor allem ein verstärkter Einsatz von bauchemischen Stoffen. Beim Holzleichtbeton liegen die Entwicklungsziele einerseits bei einer besseren Ausnutzung des Holzes (d. h. die Verwertung von Schwachholz sowie Holzreststoffen), andererseits bei einer Optimierung baukonstruktiver und bauphysikalischer Kenngrößen unter Beibehaltung der positiven Eigenschaften des Holzes.

Schlussbemerkungen und Ausblick Im Bereich der Betontechnologie finden umfangreiche Forschungsaktivitäten statt, von denen für den Hochbau drei Arbeitsfelder besonders relevant sind. Neben

Holzleichtbeton ist ein wieder entdeckter Werkstoff, dessen baukonstruktive und bauphysikalische Materialeigenschaften und Einsatzmöglichkeiten im Hochbau noch nicht erschöpfend behandelt sind. Holz und Beton zeigen jeweils verschiedene materialspezifische Vor- und Nachteile. Auf dem Sektor der Konstruktionen (Decke, Wand) stehen beide eher in Konkurrenz zueinander. Gerade in Verbundkonstruktionen können vielfältige Synergieeffekte durch sinnvolle Nutzung der positiven Eigenschaften beider Materialien entstehen.

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Sonderbetone Holzleichtbeton

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Für ein Holzhochhaus in Zürich – im Rahmen eines Planungsgutachtens entwickelt und an der ETH Zürich vorgestellt – bilden diese Aspekte den »programmatischen« Hintergrund für den Entwurf: eine ressourcensparende Konstruktion mit einem weitreichenden Einsatz von Holz. Das Konzept sieht ein Primärtragwerk aus Stahl mit Decken aus Stahlbetonfertigteilen vor. Innerhalb dieser horizontalen Brandabschnitte sind bis zu dreigeschossige Einbauten für die Nutzungen Wohnen und Gewerbe geplant, deren tragende und raumbildende Bauelemente in Holz bzw. Holzleichtbeton-MassivholzVerbundbauweise ausgebildet sind (Abb. 9). Trotz vieler vorhandener Kenngrößen und Erfahrungen besteht bei dem Werkstoff noch Optimierungsbedarf, insbesondere hinsichtlich der Mischungsverhältnisse, Verarbeitungsverfahren und beim Einsatz textiler Bewehrungsarten. Um vorgefertigte, großformatige Bauteile aus Holzleichtbeton im Hochbau einsetzen zu können, sind noch detaillierte Forschungsarbeiten zum baukonstruktiven Verhalten sowie zu herstellungstechnischen Aspekten erforderlich, etwa hinsichtlich: • der Form der Holzanteile • des Verhaltens bei anderen Zementarten • des Einflusses von Zusatzmitteln auf die Verarbeitbarkeit. Darüber hinaus müssen bei der Holzleichtbeton-Massivholz-Verbundbauweise insbesondere der Einsatz von Verbindungsmitteln wie Schnellverbinder etc. untersucht werden. Weitere wichtige Arbeiten betreffen die Bewertung des Holzleichtbetons hinsichtlich seiner Nachhaltigkeit, der Einsparungspotenziale an mineralischen Rohstoffen sowie seiner Recyclingfähigkeit.

Mit den vorliegenden Ergebnissen sind wesentliche Materialeigenschaften ermittelt und Funktionsmodelle im »Labormaßstab« als eine Art Außenwandbaukasten erstellt. Als nächster Schritt für die Produktentwicklung stehen experimentelle Untersuchungen insbesondere zu herstellungstechnischen und baukonstruktiven Fragen und der Bau von Modellen im Maßstab 1:1 an, die derzeit an der TU München innerhalb eines »Forschungsverbunds« bearbeitet werden [14]. Holzleichtbeton kann aufgrund seiner positiven Eigenschaften als zukunftweisendes und leistungsfähiges Material bezeichnet werden, insbesondere für thermisch passiv wirksame Bauteile. Die Kombination mit PCM bietet weitere funktionale und baukonstruktive Vorteile, vor allem im Bereich des ressourcenschonenden Bauens, das bedeutet leichtere und dünnere Wandelemente bei gleichzeitig thermodynamisch besseren Stoffeigenschaften. Darüber hinaus eröffnet Holzleichtbeton auch eine Reihe interessanter gestalterischer Optionen für Bodenbeläge sowie für Wand- und Deckenoberflächen.

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schrift 4/2003, S. 68–71, und Gliniorz, Kai-Uwe; Natterer, Julius: Formbauteile aus Holzleichtbeton. Abschlussbericht KTI-Projekt 3497.1. Lausanne 2000, S. 90–131 Krippner, Roland: Zu Einsatzmöglichkeiten von Holzleichtbeton im Bereich von Gebäudefassaden. Dissertation. München: Technische Universität München, Lehrstuhl für Gebäudetechnologie. Mai 2004, S. 61–78 http://tumb1.biblio.tu-muenchen.de/publ/diss/ ar/2004/krippner.html Kostenabschätzung für die Schweiz, im Jahr 2000. Vgl. Gliniorz/Natterer, S. 87ff. (siehe [5]) Sambeth, Burkhard M.: Holz- und Holzwerkstoffe. In: Haefele, Gottfried, u.a. (Hrsg.): Baustoffe und Ökologie. Tübingen u.a. 1996, S. 158–183 Der Einsatz von Holz in der Baukonstruktion beträgt heute nur noch etwa ein Zehntel des Volumens, das um 1900 verbaut wurde. Mehling, Harald: Latentwärmespeicher. BINE Informationsdienst; themeninfo IV/02. Eggenstein-Leopoldshafen 2002, und Pfafferott, Jens: Passive Kühlung mit Nachtlüftung. BINE Informationsdienst; themeninfo I/03. EggensteinLeopoldshafen 2003 mittels »statischer« und »dynamischer« Messverfahren bei der Fa. Delzer Kybernetik in Lörrach durchgeführt Krippner, Roland: Untersuchungen zu Einsatzmöglichkeiten von Holzleichtbeton mit Latentwärmespeichermaterialien. In: Bauphysik 3/2005, S. 173–180 Krippner, Roland: Holzleichtbeton im Bereich von Gebäudefassaden. In: Deutscher Holzbaupreis 2005. Informationsdienst Holz. 05/2005, S. 41 am Lehrstuhl für Baukonstruktion und Baustoffkunde, Prof. Florian Musso, innerhalb der HighTech-Offensive Bayern, Regionalprojekte Oberbayern, Förderanträge »Holzbau der Zukunft«. http://portal.mytum.de/pressestelle/pressemitteilungen/news_article.2005–05–13.2172690315

Literaturhinweise [1] Lietz, Bettina; Markgraf, Monika: Architekturoberflächen. Bauhausbauten Dessau – Fußböden. Hrsg. von der Stiftung Bauhaus Dessau. Dessau 2004, S. 19–27 [2] Bursian, Gerolf; Pinternagel, Ernst-Karl: Holzbeton. Produktion, Anwendung und Erfahrungen. Schriftenreihen der Bauforschung; Bd. 20. Berlin 1973 [3] Beraus, Erich: Holzspanbeton. Naturbaustoff – ökologisch und wirtschaftlich. In: Beton + Fertigteil Jahrbuch 2001. Wiesbaden u.a. 2001, S. 104f. [4] im Rahmen einer Dissertation und weiterer, parallel laufender FuE-Projekte am Lehrstuhl für Gebäudetechnologie (Prof. Thomas Herzog). Den Ausgangspunkt der Arbeiten bildeten die Untersuchungen von Prof. Julius Natterer an der EPF in Lausanne (I-Bois, Institut für Holzkonstruktionen) zum Holzleichtbeton. [5] Hegger, Josef; Will, Norbert: Bauteile aus textilbewehrtem Beton. In: DBZ – Deutsche Bauzeit-

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Einsatzbereiche von Holzleichtbeton im allgemeinen Hochbau und in wohnungsnahen Freibereichen unterschiedliche Oberflächen von Holzleichtbeton und Holzleichtbeton mit PCM a HLB b HLB mit Weißzement c HLB mit PCM, leichte Mischung e HLB mit PCM, schwere Mischung f HLB und PCM eingefärbt, 5 % gelb d HLB und PCM eingefärbt, 5 % rot Hochhaus mit weitreichendem Einsatz von Holz, Süd-Fassade, Planungsgutachten für Zürich 2002 Architekten: Thomas Herzog mit Matthias Sieveke

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Baustoff Beton

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Nachhaltigkeit und Recycling

Nachhaltigkeit und Recycling Peter Lieblang

Energieeffizientes Bauen mit Beton Etwa 40 % des gesamten Primärenergiebedarfs in der Europäischen Union entfallen auf Gebäude. Mit dem Ziel, diesen Energieverbrauch deutlich zu reduzieren, hat das europäische Parlament am 16. Dezember 2002 die Energieeffizienzrichtlinie (Energy Performance of Buildings Directive – EPBD) beschlossen. Bis zum 4. Januar 2006 ist diese Richtlinie von allen EU-Staaten in nationales Recht umzusetzen. Seit Februar 2002 gilt in Deutschland die Energieeinsparverordnung (EnEV), die bereits viele Anforderungen der europäischen Richtlinie erfüllt. Auf Planer und Bauausführende werden daher kaum Änderungen zukommen. Allerdings wird die Bedeutung der Wärmespeicherfähigkeit von Bauteilen und Bauwerken noch stärker als bisher in die Berechnung des Primärenergiebedarfs eingehen. Wichtigstes Ziel der EPBD ist die Begrenzung des Energiebedarfs für die Beheizung und Kühlung von Gebäuden. Grenzwerte müssen jedoch auf nationaler Ebene festgelegt werden, allein schon aus Gründen der klimatischen Unterschiede. Allerdings ist die Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden anhand europaweit einheitlicher Prognoseverfahren vorzunehmen. Um dies zu gewährleisten, wurde die europäische Normungsorganisation CEN von der europäischen Kommission beauftragt, Normen für ein einheitliches Verfahren zur Prognose des Energiebedarfs von Gebäuden zu erarbeiten. Der Ablauf und die Ziele dieses Verfahrens sind im so genannten Umbrella Document beschrieben. Vier Punkte beziehen sich direkt auf die Berechnungsmethode: • Heizwärmebedarf • Heizenergiebedarf • Primärenergiebedarf und CO2Emissionen • Darstellung der Energieeffizienz und der Grenzwerte

Der Heizwärme- und der Heizenergiebedarf sind allein durch das Gebäude bestimmt, während der Primärenergiebedarf und die Gesamtenergieeffizienz auch von der eingesetzten Anlagentechnik beeinflusst werden. Gegenüber der zurzeit gültigen EnEV, die neben dem Monatsbilanzverfahren auch den vereinfachten Nachweis mit der Heizperiode als Berechnungszeitraum kennt, fordert die EPBD eine Bilanzierung auf Monats- oder auf Stundenbasis. Kernelement wird die neue DIN EN ISO 13 790 sein. Weitere Normen regeln z. B. die Berechnung von U-Werten, Lüftungsanlagen oder klimatischen Randbedingungen. Abbildung 2 stellt wichtige Eigenschaften zementgebundener Baustoffe dar. Bei allen Baustoffen steigen mit zunehmender Rohdichte die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmekapazität. Bisher wurde energieeffizientes Bauen insbesondere mit einer guten Wärmedämmung gleichgesetzt, jedoch wird zukünftig die Wärmespeicherfähigkeit ebenfalls von großer Bedeutung sein. Die Bauart von Gebäuden, die ganz oder zu großen Teilen aus zementgebundenen Baustoffen hergestellt sind, wird als Massivbauweise bzw. massive Bauweise bezeichnet. Im Gegensatz dazu stehen so genannte Leichtbauweisen wie etwa die Holz- oder Holzständerbauweise. Die Eigenschaften von Gebäuden aus zementgebundenen Baustoffen wurden in Vergleichsrechnungen für verschiedene Klimaregionen untersucht. Im Vergleich zu Gebäuden in Leichtbauweise ergab sich ein um ca. 2 bis 8 % geringerer Heizwärmebedarf, der vor allem auf die größere Wärmespeicherfähigkeit massiver Baustoffe zurückgeht. Je nach Anlagentechnik resultiert daraus eine Primärenergieeinsparung zwischen 3 und 12 kWh/(m2a) (Abb. 3). In strahlungsreicheren Gegenden

mit warmem Klima ist das Einsparungspotenzial entsprechend höher. Gerade im Frühjahr und im Herbst speichern Betonbauteile die solare Strahlungswärme aufgrund ihrer relativ hohen Wärmekapazität bei moderatem Anstieg der Bauteiltemperaturen, sodass es nicht zu unbehaglich hohen Innenraumtemperaturen kommt. Durch diesen Puffereffekt können in Mitteleuropa ein bis zwei kühlere Tage ohne Zufuhr von Heizenergie überbrückt werden. Mit Umsetzung der europäischen Energieeffizienzrichtlinie wird der thermischen Kapazität von Bauwerken und Baustoffen im Hinblick auf den sommerlichen Wärmeschutz größere Bedeutung beigemessen als bisher. Die Wärmekapazität von massiven Baustoffen macht den Einsatz von Klimaanlagen in der Regel entbehrlich. Der Kühlenergiebedarf von Gebäuden mit hoher thermischer Kapazität liegt um 15 bis 20 % unter dem von Gebäuden in Leichtbauweise. Eine Reihe von Beispielen zeigt, dass die nächtliche Lüftung ausreicht, um die Bauteiltemperaturen so weit abzusenken, sodass auch an strahlungsreichen Sommertagen eine maximale Raumtemperatur von 26 °C eingehalten werden kann. Die vorgesehene Umstellung des Bilanzierungsverfahrens auf monatliche bzw. stündliche Zeitschritte macht diesen Einfluss erkennbar. Aufgrund ihrer hohen Rohdichte weisen zementgebundene Massivbaustoffe eine sehr gute Wärmespeicherfähigkeit auf. Gleichzeitig kann die Wärmeleitfähigkeit dieser Baustoffe durch den Einsatz von Wärmedämmstoffen minimiert werden. Im Ergebnis führt diese Kombination von Speicherfähigkeit und Isolierung zu einer Primärenergieeinsparung von ca. 3 % gegenüber Gebäuden in Leichtbauweise. Besonders interessant ist die Anwendung massiver Baustoffe über Dachräumen. 45

Baustoff Beton

Wichtige Eigenschaften zementgebundener Baustoffe Eigenschaft

Normalbeton C 20/25

Rohdichte δ [kg/m3]

gefügedichter Leichtbeton LC 20/22

Mauerwerk aus Leichtbeton-Hohlblöcken (2K-Hbl 2–0,6; d = 24 cm)

2400

800 –1000

600

2

0,49

0,32 (0,26 mit LM)

1000

1000

1000

2400

1000

600

Diffusionswiderstandszahl [–]

70 –150

70 –150

5 –10

zulässige Druckspannung [Mρa]

fcd = 11

fcd = 11

zul. σ0 = 0,5

Wärmeleitfähigkeit λ [W/(mK)] [J/(kgK)] Wärmekapazität c 3

[MJ/(m K)]

2

Die rechnerischen Nachweiswerte beschreiben zwar die energetische Qualität des Gesamtgebäudes, können aber bei extremen Warmwetterlagen einen hohen Temperaturanstieg unter »leichten« Holzbalkenkonstruktionen nicht ausschließen. Eine massive Dachkonstruktion, etwa aus Betonfertigteilen, schafft auch in Dachräumen raumklimatisch nahezu gleiche Bedingungen wie in den Geschossen darunter. Ökologie mineralischer Rohstoffe für die Zement- und Betonherstellung In Deutschland werden mit leicht rückläufiger Tendenz jährlich etwa 770 Mio. Tonnen Mineralstoffe gewonnen, wovon der größte Teil im Bauwesen Verwendung findet. Die Gewinnungsstätten dieser Rohstoffe sind, den geologischen Formationen entsprechend, regional konzentriert. Die Reserven sind groß genug, um den Bedarf bei stabilem Verbrauch über mehrere Jahrhunderte zu decken [1]. Dennoch reichen die für den Abbau genehmigten Vorräte der einzelnen Betriebe häufig nur für einige Jahre, da bei der Erteilung von Genehmigungen zur Abgrabungserweiterung die Interessen der Abbaubetriebe häufig in Konflikt mit alternativen Interessen zur Flächennutzung stehen, z. B. als Grundwasser- oder Landschaftsschutzgebiet, als Wohnbauland oder als landwirtschaftliche Nutzfläche. Anders als bei der Gewinnung von Energieträgern, wie z. B. Erdöl, ist der Ressourcenverbrauch bei der Förderung mineralischer Rohstoffe in erster Linie ein Problem der Inanspruchnahme natürlicher Flächen, das zwischen den konkurrierenden Arten der Flächennutzung entschieden werden muss. Hierbei wird oft übersehen, dass es sich beim Abbau von Bodenschätzen um temporäre Maßnahmen mit konstantem Flächenanspruch handelt. Beispielsweise werden für die Gewinnung von Zement46

rohstoffen jährlich nur 0,0002 % der Landesfläche in Anspruch genommen [2]. Die nach Ende der Rohstoffgewinnung stattfindende Renaturierung oder Rekultivierung ehemaliger Abbauflächen ist integraler Bestandteil jeder Abbautätigkeit und der Genehmigungsauflagen. Die in Deutschland durch Zement- und Betonherstellung verursachten Materialbewegungen belaufen sich auf etwa 45 Mio. Tonnen Kalkstein, Mergel und Kreide für die Herstellung von etwa 35 Mio. Tonnen Zementklinker und etwa 130 Mio. Tonnen Gesteinskörnungen (Kies und Sand) jährlich. Der größte Anteil davon wird im Hochbau verarbeitet. Weitere Abnehmer für Gesteinskörnungen sind die Betonwarenhersteller mit ca. 20 Mio. Tonnen und die Hersteller von Betonerzeugnissen für den Tiefbau mit etwa 25 Mio. Tonnen. Da die mineralischen Rohstoffe in einem Bauwerk normalerweise über einen sehr langen Zeitraum (> 50 Jahre) verbleiben, addieren sich die Materialverbräuche über lange Zeiträume in der Baumasse. Hochrechnungen haben ergeben, dass seit 1950 ca. 3,6 Milliarden Kubikmeter Beton hergestellt wurden, deren überwiegender Teil sich noch im Gebäudebestand befindet [3]. Voraussichtlich hat die in den Bauten vorhandene Materialmenge um das Jahr 2000 ihren Höhepunkt erreicht und danach aufgrund schlankerer Konstruktionen und einem höheren Trockenbauanteil langsam abgenommen. Für ökologische Betrachtungen im Zusammenhang mit der Produktion mineralischer Baustoffe sind insbesondere die Gewinnung der Rohstoffe in Steinbrüchen und die zur Versorgung der Kunden erforderlichen Transporte bedeutend. Der Abbau mineralischer Rohstoffe wird zunächst als Eingriff in die Natur wahrgenommen. Steinbrüche heben sich durch

1 3

Abriss Restaurant Ahornblatt in Berlin (S. 44) Heizwärmebedarf von Gebäuden unterschiedlicher Bauweise in verschiedenen Klimazonen

ihr Erscheinungsbild von der meist landoder forstwirtschaftlich genutzten Umgebung deutlich ab. Entgegen dieser Wahrnehmung wird die Natur durch Steinbrüche tatsächlich nur wenig beeinträchtigt. Dies gilt sowohl für in Betrieb befindliche als auch für aufgelassene bzw. renaturierte Steinbrüche und liegt im Wesentlichen daran, dass die den Abbau umgebende, als natürlich empfundene Kulturlandschaft nicht immer auch ökologisch wertvoll ist. In aufgelassenen Steinbrüchen gibt es nicht selten eine höhere Vielfalt seltener oder bedrohter Arten als im Umfeld, da die entstandenen Steilhänge, Feuchträume oder renaturierten Kiesgewinnungsstätten (Baggerseen) einen artgerechten Lebensraum bieten. Der aktive Naturschutz ist heute durch entsprechende Genehmigungsauflagen in die Betriebsplanung einbezogen, um den Konflikt zwischen wirtschaftlichen Interessen und ökologischen Belangen auszugleichen. Für die ökologische Beurteilung mineralischer Baustoffe ist es vorteilhaft, dass der Transport dieser Materialien meist nur über kurze Distanzen wirtschaftlich ist. Aus diesem Grund sind die deutschen Zementstandorte den geologischen Rohstoffvorkommen entsprechend relativ gleichmäßig über die Bundesrepublik verteilt. Dies gilt in noch größerem Maß für die Abbaustätten von Gesteinskörnungen. Mineralische Baustoffe sind also fast immer regionale Produkte. Auch die Wiederverwendung und Entsorgung mineralischer Baustoffe entspricht den Belangen der Nachhaltigkeit und der Ökologie. Die bei Abbruch und Rückbau von Gebäuden und Bauwerken anfallenden Materialien sind oft direkte Ausgangsstoffe für die Herstellung neuer hochwertiger Baustoffe. Insgesamt fielen im Jahr 2000 etwa 90 Mio. Tonnen mineralischer

Nachhaltigkeit und Recycling

Region

Polarkreis

3

Heizwärmebedarf Massivbauweise Leichtbauweise [kWh/(m2a)] [kWh/(m2a)]

monatliche Durchschnittstemperatur Oktober bis April [°C]

128,7

133,4

- 7,9

Nordeuropa

66,7

70,7

1,1

Nordeuropa / Küste

53,1

57,4

3,4

Großbritannien

37,6

43,1

5,9

Benelux

42,2

48,8

5,6

Zentraleuropa

49,2

53,3

3,8

alpin

60,6

65,9

1,4

8,0

12,2

12,1

mediterran

Bauschutt, Straßenaufbruch und Baustellenabfälle an. Von dieser Gesamtmenge wurden mehr als 80 Mio. Tonnen stofflich wiederverwertet [4]. Obwohl das Bauwesen in Vergleich zu anderen Industrien sehr große Materialmengen verbraucht, ist der Anteil am Gesamtabfallaufkommen von etwa 400 Mio. Tonnen pro Jahr damit außerordentlich gering. Durch die geltende Gesetzeslage sind Forschung und Technik des Bauwesens aufgefordert und bemüht, für anfallende Reststoffe eine möglichst hochwertige Wiederverwendung zu gewährleisten. So kann Abbruchbeton nach entsprechender Aufbereitung als so genannte rezyklierte Gesteinskörnung erneut zur Herstellung von Beton verwendet werden. Der Verbrauch rezyklierter Gesteinskörnungen im Beton beträgt in Deutschland derzeit ca. 1,5 Mio. Tonnen jährlich und hat damit einen Anteil von ca. 1,2 % an der Gesamtmenge an Gesteinskörnungen für Beton. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die bauordnungsrechtlichen Regelwerke zur Anwendung rezyklierter Gesteinskörnungen erst 1998 veröffentlicht und 2004 novelliert wurden. Die hochwertige Wiederverwendung von Altbeton als Gesteinskörnung zur Betonherstellung ist damit erst seit wenigen Jahren bauaufsichtlich zugelassen. Beim Recycling von Altbeton wird der Betonabbruch direkt aufbereitet. Hierzu wird er zerkleinert und in Betonsplitt und Betonbrechsand getrennt. Nach geltenden Regelungen können bis zu 35 Vol.% der groben Gesteinskörnungen und bis zu 7 Vol.% der Sandfraktion durch Recycling-Material ersetzt werden. Neben Altbeton wird auch frischer Beton, der auf der Baustelle nicht verbraucht wurde, wieder verwendet. Dieses so genannte Frischbetonrecycling ist ein interner Materialkreislauf im Transport-

betonwerk und betrifft relativ geringe Materialmengen. Hierbei wird der frische Beton, der von den Lieferfahrzeugen zurück ins Werk gebracht wird oder beim Reinigen von Mischern und Pumpen anfällt, in seine Ausgangsstoffe getrennt und erneut der Produktion zugeführt. Die aufbereiteten Materialmengen machen ca. 2,5 % der Gesamtproduktion eines Transportbetonwerks aus. Auch das Reinigungswasser wird als so genanntes Restwasser erneut bei der Herstellung von Beton eingesetzt. Die völlige Wiederverwendung aller Stoffe aus dem Restbeton ersetzt entsprechende Massen an Primärrohstoffen. Die Verwendung von Restwasser, Restbeton und Restmörtel zur Herstellung von Beton ist in Normen geregelt und bauaufsichtlich zugelassen. Ob rezyklierte Gesteinskörnungen eingesetzt werden können, entscheidet sich anhand der geforderten Eigenschaften des Betons am jeweiligen Bauteil. Die Einsatzbereiche für rezyklierte Gesteinskörnungen lassen sich folgendermaßen einteilen: ¤Substitution natürlicher Gesteinskörnungen in Beton nach DIN EN 206 Teil 1 und DIN 1045 auf Grundlage der Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DafStb): Beton mit rezykliertem Zuschlag ¤Substitution von Primärrohstoffen bei der Herstellung von Mauersteinen aus Leichtbeton ¤Einsatz im Straßen- und Wegebau ¤Einsatz von Brechsanden in Mauermörteln nach DIN 1053 ¤Einsatz in Beton außerhalb der Normen DIN 1045 und EN 206, z. B. im Gartenund Landschaftsbau oder für untergeordnete Bauteile.

Literaturhinweise: [1] Gutachten im Auftrag des Bundesverbands Baustoffe, Steine und Erden e.V.: Langfristige Entwicklung des Verbrauchs wichtiger Steine und Erden – Rohstoffe in der Bundesrepublik Deutschland. Berlin 1999 [2] Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe: Flächenbedarf für den Abbau von oberflächennahen Rohstoffen im Jahr 1997. In: Commodity Top News 9/2000 [3] Gutachten im Auftrag des Bundesverbands Baustoffe, Steine und Erden e.V.: Technische, ökologische und wirtschaftliche Einflüsse auf die derzeitigen und zukünftigen Mengen an rezyklierten Baustoffen. Heidelberg 1999 [4] Kreislaufwirtschaftsträger Bau: 3. Monitoring. Bericht Bauabfälle (Erhebung 2000). Berlin u. a. 31. Oktober 2003

werden an die Gesteinskörnung die höchsten technischen Anforderungen gestellt. Die im geltenden Regelwerk zugelassenen Substitutionsmengen von maximal 35 % der groben und maximal 7 % der feinen Gesteinskörnung in einem Beton beeinträchtigen die Frisch- und Festbetoneigenschaften nicht. Baubetrieblich erfordert die Verwendung rezyklierter Gesteinskörnungen in einigen Fällen die Kompensation des leicht erhöhten Wasseranspruchs aufgrund der porösen und damit saugenden Wirkung des Materials. Dies wird, wie z. B. auch bei Leichtbeton, durch Vornässen und verflüssigende Zusatzmittel erreicht. Die mechanischen Eigenschaften des Festbetons (Druck- und Zugfestigkeit, E-Modul, Kriechen und Schwinden) entsprechen bis zur Betondruckfestigkeitsklasse C30/37 etwa denen üblicher Normalbetone. Bei höheren Beanspruchungen können rezyklierte Gesteinskörnungen das Verformungsverhalten des Festbetons verändern. Deshalb dürfen sie z. B. für Spannbetonbauteile und zur Herstellung von Hochleistungsbeton (z. B. Selbstverdichtender oder Hochfester Beton) nicht eingesetzt werden. Beton ist ein rein mineralischer Baustoff, der in seinen Herstellungs- und Nutzungsbedingungen sowie in seinen Wechselwirkungen mit der Umgebung den Anforderungen an einen ökologischen Baustoff entspricht. Die Betonbauweise erfüllt die aktuellen und absehbaren Forderungen der ökologischen Unbedenklichkeit und der Wiederverwendbarkeit.

Beim Einsatz rezyklierter Gesteinskörnungen in Konstruktionsbetonen für tragende Bauteile nach DIN EN 206-1 und DIN 1045 47

Planen mit Beton

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Bauen mit Stahlbetonfertigteilen – Gestalterische Möglichkeiten Andreas Hild, Dionys Ottl Beispiele: Parkhaus in München Bauzentrum in München Laborgebäude in München

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Planen mit Beton Martin Peck

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Verantwortungsabgrenzung Vertragsverhältnis Leistungsverzeichnis Bauvertrag Qualität und Baustellensteuerung

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Beispiele Oberflächengestaltung: Polierter Beton – Kunstmuseum Liechtenstein in Vaduz Hubertus Adam

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Reliefbeton – Universitätsbibliothek in Utrecht Raue Textur – Jugendateliers in Mouans-Sartoux

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Planen mit Beton

Bauen mit Stahlbetonfertigteilen – Gestalterische Möglichkeiten Andreas Hild Dionys Ottl

In der heutigen »Produktion« von Architektur ist aus dem ehemals handwerklichen Fügen von Baustoffen oft ein Kombinieren von industriell vorgefertigten Halbzeugen geworden. Die Bezeichnung Fertigteil kann den Planer allerdings in die Irre führen. Stahlbetonfertigteile sind keine einsatzfertigen Halbzeuge, sondern vorgefertigte Elemente, die für eine spezielle Anwendung werkseitig hergestellt werden. In diesem Sinne sind sie weniger »fertig« als die meisten heute verwendeten Bauprodukte. Für spezielle Einsatzorte werden sie als Einzelelemente gefertigt, bei deren Entwicklung der Architekt tatsächlich als Planer tätig wird. Konstruieren mit Stahlbetonfertigteilen Häufig beschränkt sich der Einsatz von Stahlbetonfertigteilen auf Bereiche, die im fertigen Bauwerk nicht mehr sichtbar sind. Meist handelt es sich um konstruktive Elemente, die unter Kosten- und Termindruck aus wirtschaftlichen Gründen vorgefertigt werden. Grundsätzlich eignen sich Stahlbetonfertigteile jedoch für nahezu alle Bauteile. Ihre Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig. In der Praxis unterscheidet man zwischen Skelett- und Wandkonstruktionen, außerdem gibt es verschiedene Mischformen. Das Fügen und Verbinden von Stahlbetonfertigteilen funktioniert ähnlich einem überdimensionalen Steckspiel und folgt vergleichbar einfachen Regeln, sofern man sich auf bestimmte Grundsätze einlässt. Ein wesentlicher Unterschied des Fertigteilbaus im Vergleich zu Ortbeton besteht in seiner elementierten Bauweise und den dadurch begrenzten Formaten, des Weiteren im seriellen und rationellen Einsatz der Schalung, in der Kleinserien von Elementen gegossen werden. Diese Stahlbetonfertigteile müssen jedoch keineswegs identisch sein; in vielen Fällen sehen sie 50

nur gleich aus. Die Tragwerksplanung gibt für die individuellen Lastfälle Unterschiede vor: Verschiedene Einbausituationen und Bewehrungen führen dazu, dass auf einer Baustelle, wenn überhaupt, nur sehr wenige identische Bauteile auftreten – selbst dann, wenn diese aus der gleichen Schalung kommen. Im Gegensatz zum industriellen Systembau sind die Einzelteile heute daher in den meisten Fällen individuelle, für spezifische Orte hergestellte Elemente, d. h. optisch identische Kleinserien mit unterschiedlichem Innenleben. Gegenüber der Herstellung vor Ort bieten vorgefertigte Bauteile mehrere Vorteile. Neben den Möglichkeiten von komplizierten Schalungsbildern und Bauteilgeometrien liegt der wesentliche Vorteil von Fertigteilbeton in der werksmäßigen Herstellung, die unter kontrollierten und witterungsunabhängigen Bedingungen stattfindet. Vor allem für die Oberflächenqualität, Betondichte und präzise Kantenausbildung sowie für die qualitätsvolle Farbausprägung spielt dies eine entscheidende Rolle. Als Nachteil wird meist die Größenbeschränkung der Einzelteile und die daraus resultierende Notwendigkeit der Ausführung von Stoßfugen empfunden. Die Größe der einzelnen Teile hängt zum einen von den technischen Möglichkeiten der Fertigung ab, z. B. von den Formaten der verfügbaren Schalungstische, zum anderen von den Möglichkeiten des Transports: Vor allem das Beschädigungsrisiko beim Befördern und beim Heben und Versetzen der Teile bestimmen deren Grundkonzeption wesentlich. Produktion und Gestaltung Abhängig von den Formaten und von den Herstellungsmöglichkeiten des Produzenten werden Stahlbetonfertigteile entweder liegend oder stehend in Schalungen gefertigt. Stehend gefertigte Teile unter-

Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

scheiden sich in der Oberflächenstruktur nur wenig von Ortbeton. Bei der liegenden Bauweise wird ein Wandelement, eine Platte oder Stütze in eine auf einem Schalungstisch liegende Form gegossen. An den Kontaktstellen erzeugt der Beton ein Abbild der Schalung, dagegen wird er auf der offenen Seite für gewöhnlich manuell geglättet. So entstehen zwei unterschiedliche Oberflächen: die Schalungsseite und die abgezogene (geglättete) Seite. Neben verschiedenen Arten der Oberflächenmanipulation durch Einlegen von Reliefs (Matrizen) in die Schalung, die sich als negativer Abdruck im Beton abzeichnen, bietet auch die Behandlung der offenen Betonseite einige Möglichkeiten. Lässt man sie unbehandelt, entsteht nach dem Verdichten (Rütteln) des Betons eine sehr raue und unregelmäßige Fläche (rüttelraue Seite). Meist werden die offenen Flächen jedoch eben abgezogen. Bis hin zu präzisen, ebenen Flächen durch Flügelglätten (mehrmaliges ausdauerndes Glätten) sind der Fantasie bei der Oberflächenbearbeitung und der Wahl der Werkzeuge keine Grenzen gesetzt. Eingefärbter Beton lässt sich im Fertigteil meist erfolgreicher umsetzen als bei Ortbetonbauten, weil Betongüte, Luftfeuchte und Austrocknungszeit im Werk besser überwacht werden können als auf der Baustelle. Selbst bei Fertigteilen ist farbiger Beton aufgrund der Wahl der Gesteinskörnungen ein heikles Thema, das einer ausführlichen Vorbereitung und Planung bedarf. Die Herstellung von farbigem Beton verlangt viel Erfahrung und Wissen über Betonzusammensetzungen und die Wirkung von Farbstoffen (Pigmenten), um zu einem wiederholbaren, konstanten Ergebnis zu gelangen. Weitere wesentliche Gestaltungsmerkmale von Betonfertigteilen sind Element-

größen und Stoßausbildung. Während Ortbeton durch Ausbildung von Scheinfugen eine Fertigteiloptik erhalten kann, ist dies umgekehrt nicht möglich. Die Fugenausbildung deutet immer darauf hin, dass es sich um vorfabrizierte Teile handelt. Bei Bauteilen mit tragender Funktion beeinflusst die konstruktive Fügung die Fugenausbildung entscheidend. Einen Sonderfall stellen die so genannten Halbfertigteile dar, bei denen es sich im eigentlichen Sinne um verlorene Schalungen aus Sichtbeton handelt. Bei diesen Teilen wird quasi eine Schalung aus Fertigteilen erstellt, die mit Ortbeton ausgegossen wird. Neben den Regelanwendungen bei kleinformatigen Geschossdecken für einen raschen Baufortschritt werden sie auch eingesetzt, wenn die Fertigteiloptik erhalten bleiben soll, aber aus konstruktiven Gründen nicht auf Ortbetonsysteme verzichtet werden kann. Aus den angesprochenen Themen resultiert ein breites Feld von Möglichkeiten, insbesondere wenn man sich diese Themen in unterschiedlichen Kombinationen vorstellt. Insofern ist für das Bauen mit Fertigteilen eine profunde Kenntnis der verschiedenen Techniken und Anforderungen nötig, was eine enge Zusammenarbeit von Tragwerksplanern, ausführenden Firmen und Architekten voraussetzt.

1 a– c Montage von Fassadenfertigteilen, Parkhaus in München 2002 Architekten: Hild und K Architekten

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Planen mit Beton

Parkhaus in München

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Für die Münchner Messestadt Riem sollte als Teil des Parkraumkonzepts eine zentrale Hochgarage mit 600 Stellplätzen errichtet werden, in der Anwohner einen fest zugewiesenen Parkplatz mieten können. Der Bauherr trat gleichzeitig als ausführende Firma auf; er besitzt ein Stahlbetonfertigteilwerk, das auf Parkhaus-Fertigsysteme spezialisiert ist, und beauftragte uns mit der Fassadenplanung. Das Gebäude sollte ein offenes Parkhaus im Sinne der Bayerischen Bauordnung sein, d. h. die Fassaden müssen einen offenen Lüftungsquerschnitt von ca. 30 % aufweisen. Da das Parkhaus als Teil eines städtebaulichen Ensembles zu einem großen Teil an andere Gebäude anschließt und auf der Südseite eine weitgehend geschlossene Fassade den notwendigen Schallschutz gewährleisten sollte, mussten die Lüftungsöffnungen auf den verbleibenden Flächen vorgesehen werden.

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Das Gebäude ist als Stahlbetonskelett in Systembauweise mit tragenden, flankierenden Außenwänden konzipiert. Die innere Struktur besteht aus vor Ort gegossenen Pilzkopfstützen und Flachdecken, die tragenden Wandelemente sind aus Fertigteilen erstellt. Diese wurden stehend in der Batterieschalung einer halbautomatischen, hydraulischen Schalungsanlage gegossen. Die Größen solcher Einzelelemente hängen von den Produktionsmöglichkeiten der Batterieschalung und den Transportmöglichkeiten ab. Die Wandelemente wurden geschossweise aufgestellt und mit der Ortbetondecke verbunden. Sie zeichnen sich außen als schmale graue Bänder ab. Die gestalterisch geforderte Scharfkantigkeit war insbesondere deshalb problematisch umzusetzen, da es in den flankierenden Anschlussbereichen in den Ecken aller Geschosse Elemente gab, die aufgrund

ihrer statischen Beanspruchung nicht im Werk vorgefertigt werden konnten, sondern vor Ort betoniert werden mussten. Die statische Konzeption des Gebäudes greift erheblich in die Fassadenbereiche ein. Deshalb war die Vorstellung, lediglich die Oberfläche einer Fertigteilfassade zu bearbeiten, sehr bald unbefriedigend. Von der Möglichkeit, Fassadenstrukturen durch Einlegen von Kunststoffmatrizen zu gestalten, nahmen wir schnell Abstand, weil zum einen das Herstellen und der Verschleiß der Matrizen bei der Produktion zu hohen Kosten führt und zum anderen die Fülle von Fertigmatrizen für mögliche Betonstrukturen in einer gewissen Beliebigkeit aufgeht. Als Architekten wollten wir aber versuchen, nicht nur die Oberfläche des Gebäudes, sondern vielmehr über den uns eingeräumten Bearbeitungsbereich – die Fassade – den Innenraum zu bestimmen. Dies gelang schließlich durch die Modulierung der Ober- und Unterkante des Fassadenbrüstungsfertigteils. Die Fassadenelemente wurden liegend auf einer Stahlschalung betoniert, die üblicherweise für die Fertigung von Brückenträgern verwendet wird. Daher wurde die Länge der Einzelteile in diesem Fall nicht durch die Größe des Schalungstischs bestimmt, sondern ausschließlich durch die Transportmöglichkeiten. Die vorhandenen Lastwagen, Hebezeuge etc. limitierten die Länge der Teile auf ein vergleichsweise großes Maß von 14 Metern. Die Zwischenlagerung der Teile mit ihren aus Kostengründen ungeschützten scharfen Kanten bereitete dabei erhebliche Schwierigkeiten, zumal sie auf der wellenförmigen Seite stehend transportiert werden mussten. Um den Eindruck einer freien Form zu erwecken, wurden die Brüstungen in

Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

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zwei spiegelbildlichen Schalungen gefertigt und in Variationen von »gespiegelt« oder »gedreht« eingebaut. Die Kombination der verschiedenen Möglichkeiten und ein Versatz der Stöße ließen die serielle Fertigung der Teile in den Hintergrund treten und ermöglichten die Ausbildung stets wechselnder Konturen. Um den Kontrast zwischen freier Fassadenform und Hintergrund zu erhöhen, wurden die wandartigen Fertigteile im Werk mit Eisenferrit dunkel gefärbt. Die wellenförmigen Fassadenelemente bestehen aus einem nahezu weißen Beton, der die Grundlage für jeden farbigen – auch

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schwarzen – Beton ist. Ortbetonteile aus grauem Zement ergänzen den Farbdreiklang. Das Innere des Parkhauses wurde nach der Fertigstellung gelb lasiert – eine Technik, welche die Unregelmäßigkeiten und die Stofflichkeit des Betons sichtbar lässt, aber dennoch eine farbliche Wirkung erzielt.

Parkhaus in München 2002 Architekten: Hild und K Architekten, München Tragwerksplaner: Haumann und Fuchs, Traunstein 1 2

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Ansicht von Westen Lageplan Maßstab 1:2000 a Parkhaus b Bauzentrum Schalung Fassadenwelle Montage z-förmiges Bauteil Vertikalschnitt Aufhängung Welle Maßstab 1:20 a Flachdecke Stahlbeton 300 mm b Fassadenbrüstungsfertigteil 150 mm c Stahlprofil fi 140 mm einbetoniert d Stütze e Absturzsicherung Stahlgitter als Bewehrungsmatte schwarz lackiert Innenraum Parkgarage

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Planen mit Beton

Bauzentrum in München

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Das Bauzentrum der Stadt München ist eine Art Dauermesse für Bauprodukte. In unmittelbarer Nachbarschaft zur Messe München sollte als Ausweitung der Baumesse ein ganzjähriger Anlaufpunkt der Bauindustrie etabliert werden. Private Bauherren können sich hier in einer Ausstellung über Bautechniken und spezielle Bauteile, vor allem im Bereich des Innenausbaus, informieren. Außerdem finden Seminare und Veranstaltungen rund um das Thema Bauen statt. Wie beim benachbarten Parkhaus ist die Ausführungsfirma gleichzeitig der Bauherr. Langfristig soll das Bauwerk der Stadt München in einer Art Public-PrivatePartnership zur Verfügung gestellt werden. Aufgrund der äußeren Rahmenbedingungen sollte das Gebäude kostengünstig und schnell errichtet werden. Das Konzept sah daher vor, die Ausbauprodukte der Aussteller in einem rohbauähnlichen Umfeld zu präsentieren. Die Fassade wurde über ihre gesamte Nordseite hinweg als eine Reihung großer Schaufenster konzipiert; die großflächigen Verglasungen bieten einerseits Einblicke in das Gebäude, andererseits Ausblicke auf das Messegeschehen. Eine einläufige Treppe entlang der Fassade verbindet die Ausstellungsgeschosse miteinander. Konstruktion Das Bauzentrum wurde als Massivbau ohne Zwischenstützen aus Sandwichbetonelementen errichtet, die aus drei Schichten bestehen: Auf einer Tragschale wird eine so genannte Kerndämmung aufgebracht und darüber eine dünnere Vorsatzschale betoniert. Es entsteht ein homogenes mehrschichtiges Element, das als fertiges Wandstück ohne jede weitere Nachbearbeitung eingesetzt werden kann. Was sich einfach anhört, erweist sich in der Praxis als komplexes Bauteil. Bereits die Verankerung der Vorsatzschale durch 54

die Dämmung hindurch in der Tragschale bedarf einer sorgfältigen Ausarbeitung, um Wärmebrücken zu vermeiden. Darüber hinaus ist die Stoßfugenausbildung und dabei insbesondere deren Dichtigkeit sowie Schlagregensicherheit zu beachten. Üblicherweise wird die Vorsatzschale als homogeneres Bauteil als äußere Sichtseite verwendet, um bauphysikalische Probleme auch bei Anschlüssen tragender Teile zu umgehen, wenngleich eine Umkehrung der Schichtenfolge ebenso denkbar wäre. Für das Gebäude wurden zwei Bautypen entwickelt: Den Anschluss an das benachbarte Parkhaus bilden ungedämmte Wandelemente in Serienfertigung aus einer Batterieschalung. Dabei wurden die Vergussstreifen zwischen den einzelnen Elementen sehr breit gewählt, um Installationsbereiche zu schaffen, die für gewöhnlich im Stahlbetonfertigteilbau nur auf Putz oder mit erheblichem Aufwand als Einlegearbeit ab Werk verlegt werden können. Im Bereich der Fensterfassade und den seitlichen Flanken kamen hingegen die bereits beschriebenen Sandwichelemente zum Einsatz. Durch den großen Fensterausschnitt sind diese Teile bei einer Größe von etwa 7 ≈ 3,50 Metern sehr biegeweich und entsprechend schwierig zu transportieren bzw. zu versetzen. Die Fenster sind ohne vermittelnde Metallfassadenkonstruktion über punktuelle Metallstifte in die Fertigteile eingesetzt. Auf klassische Fensterrahmen wurde verzichtet; die Fenster sitzen auf zwei Edelstahlbolzen, die direkt aus dem Fertigteil herausstehen, und werden von kräftigen, farblich abgesetzten Betonhalteleisten abgedeckt. Insbesondere in Hinblick auf die Toleranzen sowie die im Hochbau üblichen Bauteilverformungen ist dies eine sehr anspruchsvolle Konstruktion, die sich aber im Vergleich mit herkömmlichen

Pfosten-Riegel-Lösungen zumindest in diesem Fall als sehr kostengünstig erwiesen hat. Entsprechend der Schichtung der mehrteiligen Sandwichplatte wurde das äußere Wandelement (mit dichter Sichtbetonseite) als unteres, schalungsseitiges Bauteil gewählt, das innere Wandelement als oberes Bauteil der Mehrschichtkonstruktion. Am Schalungstisch wurde dieses danach von Hand mit einer Lammfellrolle abgezogen. Das Gebäude verzichtet konsequent auf jeden Ausbau. Es gibt weder einen Estrich noch eine Trittschalldämmung; die flügelgeglätteten, farblos imprägnierten Betonplatten sind gleichzeitig die Nutzschicht des Bodens. Ebenso wird mit den Wänden und Decken verfahren. In diesem Sinne ist das Haus eine Art veredelter und verdichteter Rohbau, in dem Ausbauteile nur innerhalb einer Ausstellung präsentiert werden.

4, 5 Schnitte Fenster Maßstab 1:20 a Attika Betonfertigteil 200 mm b Wandaufbau: Fertigteilelement aus Vorsatzschale Stahlbeton 120 mm, versetzt mit Kiefersfeldener Zement mit 3 % Schwarzpigment, Wärmedämmung druckfest 120 mm Stahlbetontragschale 240 mm, versetzt mit Kiefersfeldener Zement mit 3 % Schwarzpigment Fertigteilelemente innen vergossen, mit Ortbetonstreifen 240 mm c Pressleiste Betonfertigteil versetzt mit Burglengenfelder Zement 200/2100 mm d Verglasung ESG 8 mm + SZR 16 mm + VSG 16 mm in Stahlbetonrahmen Glasgröße 2360/2310 mm e Lagerung Glasscheibe Radialgelenklager Edelstahl in Rechteckkubus f Fugenband schwarz

Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

Bauzentrum in München 2004 Architekten: Hild und K Architekten, München Tragwerksplaner: Haumann und Fuchs, Traunstein 1 2 3 6

Ansicht von Süden Montage der Fensterrahmen aus Betonfertigteilen Montage der Glasscheiben Ausstellungsbereich

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Planen mit Beton

B.F.T.S. Forschungsinstitut in München 2004 Architekten: Hild und K Architekten, München 1 Lageplan Maßstab 1:4000 2 Flur im Erdgeschoss 4 Ansicht von Norden 3, 5 Schnitte Maßstab 1:20 a Wandaufbau: Lasuranstrich Wärmedämmverbundsystem, geklebt 120 mm Sichtbetonfertigteil 250 mm b Kabelkanal c Metallfenster mit Isolierverglasung d Bodenaufbau: Sportboden 16 mm Estrich bewehrt 64 mm Trennlage PE-Folie Trittschalldämmung 2 ≈ 20 mm Stahlbeton 200 mm

Laborgebäude in München

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Das Bayerische Forschungs- und Technologiezentrum für Sportwissenschaften ist ein Institutsbau mit Labors, Diagnostikund Studioräumen sowie unterschiedlichen Büro- und Seminarbereichen. Als Projekt der »Zukunftsoffensive Bayern« mit einem anspruchsvollen Raumprogramm und technischen Ausstattungsprofil wurde das Gebäude nur unter der Bedingung äußerster Mittelbegrenzung genehmigt, die weit unterhalb der Kostenkennwerte liegt. Mehrstufige Mittelkürzungen erschwerten die Planung wiederholt. Der Bauherr wünschte zur Realisierung des Raumprogramms einen engmaschigen Rasterbau, der unter diesen Bedingungen nicht als Skelettbau mit Vorhangfassade zu realisieren war. Um eine schnelle und kostengünstige Umsetzung zu ermöglichen, wurde stattdessen nach vergleichenden Kostenermittlungen eine Betonkonstruktion mit Dämmputzfassade gewählt. Diese Bauweise funktioniert – als kostenneutraler Nebeneffekt – sogar als Niedrigenergiehaus. Im Zuge der Kostensenkung wurde schrittweise nahezu der gesamte Innenausbau auf einen flexiblen Trockenwandausbau in einer massiven Rohbauhülle reduziert. Vor allem der vom Bauherrn gewählte Beauftragungsmodus, vor Beginn der Ausschreibung und Vergabe der Leistungen die Ausführungs- und Detailplanung vollständig abzuschließen, engte die Möglichkeit auf bau- und angebotsbedingte Abweichungen zu reagieren, erheblich ein: Ursprünglich als reiner Ortbetonbau konzipiert, musste das Gebäude im Zuge der Ausführungsplanung und Ausschreibung aus Termingründen in seinen wesentlichen Bereichen zu einem Fertigteilgebäude umgeplant werden. Lediglich die beiden Kopfbauten sind als aussteifende Anker in Ortbeton ausgeführt. Der gesamte Mittelbau, der als flexible Ausbaustruktur ebenfalls nur in den Außen56

wänden als Massivbau erstellt ist, sollte als Fertigteilhülle mit tragenden Außenwänden konzipiert werden. Statt der ursprünglich geplanten Ortbetonwände, die zwischen die Fensterachsen gesetzt werden sollten, musste die Tragstruktur nun auf scheibenartige, kleinteilige Wandkonstruktionen mit geschosshohen Einzelementen im Raster von 2,40 m abgeändert werden. Die geforderte Fugenlosigkeit der Fassade, welche die baukonstruktiven Schwachpunkte eines Wärmedämmverbundsystems auf ein Minimum reduzieren sollte, war dabei besonders schwierig herzustellen. Sie bedingte

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außerdem eine rechnerische Dimensionierung und präzise Fügung der Teile, um nach der Fertigstellung des Rohbaus langfristig garantieren zu können, dass keine Bauteilbewegungen auftreten. Die einzelnen Bauteile wurden schrittweise erstellt: Nach Fertigstellung der beiden Kopfbauten in Einzelbetonierabschnitten wurden die Elemente der Außenwände aufgestellt, wobei jeweils das nächstfolgende Geschoss der Kopfbauten bereits vor Ausführung des Mittelbaus hergestellt sein musste, um die Geschossdecke stabil zwischen die Außenwände setzen zu können. In Ergän-

Bauen mit Stahlbetonfertigteilen

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zung zu außermittig platzierten Stützenpaaren, zwischen denen die vertikale Trassenführung erfolgt, erlauben unterzugslose Flachdecken eine weitreichende horizontale Installationsfreiheit. Während die Fertigteilelemente für die ausführende Firma kaum Probleme bereiteten, stellte die Herstellung von Sichtbetonflächen in Ortbeton eine schwierige Hürde dar. Das im öffentlichen Vergabeverfahren ausgewählte Unternehmen sah sich dem Anforderungsprofil der Kopfbauten trotz ihrer einfachen Bauart nicht gewachsen. Deshalb musste die gesamte Innenraumgestaltung, die bis zu diesem Zeitpunkt

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auf einer Sichtbetonoptik basierte, diesem Umstand kostenneutral angeglichen werden. Da die Fassadenbauteile hingegen eine sehr gute Qualität aufwiesen, war es möglich, die Idee einer sichtbaren Gebäudestruktur als Gegensatz zur vollständig gedämmten Außenhaut umzusetzen. Allerdings musste das daraus resultierende, kleinteilige Fugenbild anders strukturiert werden. Anstelle eines erlebbaren Ortbetonschalungsbilds, das in seiner Struktur präzise auf das Gebäuderaster abgestimmt ist, musste dieses großmaßstäblicher, jedoch im Rahmen der engen Ausführungsmöglichkeiten gewählt werden. Alle Bauteile – mit Ausnahme des Anschlussbauteils zu den Kopfbauten – wurden schließlich identisch konzipiert. Die Stoßfugen wurden in die seitlichen Flanken der schmalen Fensterlaibungen gelegt und als durchgehende Linie um diese herumgeführt. Anstelle von zwei Bauzeitfugen führte diese Bauart jedoch zu einer Vielzahl von »Fügungsfugen« mit dem Risiko, dass sich diese trotz fugenloser Bewegungsberechnung des Gebäudes in der empfindlichen Wärmedämmfassade abzeichnen könnten. Darüber hinaus musste durch Verlegung der rauen Rüttelseite des Fertigteils nach außen eine erhebliche Schwankungsbreite der Oberflächentoleranzen in Kauf genommen werden, welche die Ausführungsbeteiligten trotz präziser Ausrichtung nicht verringern konnten. Dies hatte zur Folge, dass auch Fassadeneinbauten entsprechend angeglichen werden mussten. Vor allem für das starre Wärmedämmsystem waren diese Toleranzschwankungen in zwei Richtungen (nach oben und in die Breite) problematisch, da sie die Gefahr von Rissen in der Außenhaut erheblich erhöhten.

Auch der fluchtgenaue Einbau der Fenster – von wesentlicher Bedeutung für das einheitliche Raster, welches das gesamte Gebäude umzieht – wurde bereits bei der Rohbauerstellung bestimmt. Anders als beim traditionellen Mauerwerksbau, der durch die Herstellung einer homogenen, tragenden und dämmenden Schicht Toleranzabweichungen zuverlässig aufnehmen kann, ist der Präzisionsgrad der gedämmten Außenhaut bei Betonbauteilen in Planung und Ausführung erheblich höher. Abweichungen und Toleranzschwankungen können nicht ohne weiteres kompensiert werden und summieren sich sehr schnell. Im Resultat können dadurch erhebliche Reduzierungen der Dämmstoffstärken entstehen, die bauphysikalische Probleme verursachen. Neben der Dämmung müssen u. a. auch fassadenrelevante Einbauteile wie Sonnenschutz, Kabelführung oder Anschlussbauteile frühzeitig detailliert geplant werden, um Rückwirkungen auf die Ausführung der Fassade überprüfen zu können und Aussparungen, Einlegeteile und notwendige Versprünge endgültig zu fixieren. Entgegen der Auffassung einiger Hersteller, dass das Aufbringen eines Vollwärmeschutzes auf ein Bauwerk ein augenscheinlicher Ersatz für eine geputzte Fassade sei, verändert dieser ein Bauwerk erheblich und benötigt neben strengen Ausführungsregeln für Anschlüsse und Oberflächen eigene Gestaltungsstrategien, um eine seiner Eigenart entsprechende Wirkung zu erzeugen.

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Planen mit Beton

Planen mit Beton

Verantwortungsabgrenzung Die Erfahrungen im Umgang mit verschiedenen bauvertraglichen Modellen, insbesondere mit der »Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen« (VOB), haben auch die Neugestaltung der Regelwerke des Betonbaus in den letzten Jahren bestimmt. Während die VOB seit ihrer Einführung Planung und Ausführung in den einzelnen Teilen A, B und C sinnvoll trennt, hat diese Verantwortungsabgrenzung erst jetzt Eingang in die Struktur der Normen gefunden. Aus diesem Grund sind die Planung (Bemessung), die Betonherstellung und die Bauausführung in unterschiedlichen Normteilen geregelt. Besonders deutlich ist die Abgrenzung zwischen Planung und Ausführung in den Regelungen der VOB Teil C, ATV DIN 18331, Betonarbeiten, Ausgabe 1/2005 dargestellt. Obwohl sich diese vertragliche Ausführungsnorm des Betonbaus auf den Geltungsbereich der VOB Teil C beschränkt, ist sie in einzelnen Regelungen beispielhaft für das Zusammenwirken von Planung und Ausführung und entspricht der aktuellen Rechtsauffassung zur vertragsgemäßen Realisierung von Bauleistungen. Bei der Planung von Betonbauwerken ist zunächst grundsätzlich zu diskutieren, wie viel der Planer planen soll, muss oder darf. Diese Diskussion betrifft die oft schwer zu lösende Aufgabe des Planers, die Leistung hinreichend und vollständig zu beschreiben ohne jedoch den Ausführenden in seiner Auswahlfreiheit von

Martin Peck

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PHAENO Science Center Wolfsburg 2005 Architekten: Zaha Hadid mit Mayer/Bährle

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Materialien und Verfahren sowie in seiner Innovativität einzuschränken. Das derzeitige Rechtsverständnis und die Strukturen der Regelwerke stellen den Planer in deutliche Distanz zu den baubetrieblichen Belangen der Ausführung. Um die Verantwortungsabgrenzung zwischen Planung und Ausführung auch im Einzelfall zu verstehen, ist es hilfreich, Planung und Ausführung als »Ziel-WegSystem« zu betrachten. Der Planende sollte sich streng daran halten, allein die bauvertragliche Zielsetzung in der allgemeingültigen Fachsprache und der Begrifflichkeit der technischen Regelwerke zu formulieren. Aufgabe des Ausführenden ist es, unter den geltenden Randbedingungen einen technisch geeigneten und wirtschaftlichen Weg aus der Vielzahl der technischen Möglichkeiten zur Realisierung der planerischen Zielsetzung zu wählen. Die Freiheit bei der Wahl des Wegs gibt dem Ausführenden die Möglichkeit, den technischen und wirtschaftlichen Erfolg seines Vorgehens aus eigener Kapazität und Leistungsfähigkeit heraus zu steuern und motiviert ihn zu eigenständigem Handeln. Werden bereits in der Planung und im nachfolgenden Bauvertrag Ziel und Weg vermischt, ist es meist schwierig, diese Unschärfen im praktischen Alltag der Ausführung und Bauleitung zu bewältigen. Hierzu ein Beispiel aus der Praxis:

Verantwortungsabgrenzung

Situation Zur Herstellung von Flächen in gehobener Sichtbetonqualität schreibt der Planende die Beschaffenheitsmerkmale der Flächen in hinreichender Genauigkeit aus und ordnet im Leistungsverzeichnis zusätzlich die Herstellung von Erprobungsflächen an, mithilfe derer die endgültige Oberflächenqualität zusammen mit dem Ausführenden festgelegt werden soll. Aufgrund seiner Erfahrung mit bisherigen Projekten fügt der Planende den vertraglichen Regelungen eine »technische Spezifikation« hinzu, die verbindliche Vorgaben und Beschränkungen für die an den Sichtbetonflächen zu verwendenden Materialien enthält. Nachstehend ein Auszug aus den vertraglichen Regelungen: Vertragsauszug X. zusätzliche technische Vertragsbedingungen X.1 Sichtbeton der LV-Positionen M.MMM bis N.NNN X.1.1 technische Spezifikation der zu verwendenden Materialien X.1.1.1 Schalung Die Schalhaut zur Herstellung der Sichtbetonflächen muss strukturlos glatt und nicht saugend sein und die Schalhautoberfläche muss mit einer wasserdichten Polyphenolbeschichtung vergütet sein. Kommentar: Die Forderung nach einer wasserdichten Polyphenolharzbeschichtung engt die vielfältigen technischen Möglichkeiten, die für glatte, nicht saugende Schalungen bestehen, auf eine Produktgruppe ein. Sie ist im Streben nach einer möglichst guten Oberflächenqualität nicht sinnvoll, da qualitätsrobustere Neuentwicklungen auf diese Weise vertraglich ausgeschlossen werden. X.1.1.2 Beton Zur Herstellung des Betons darf nur Portlandzement der Art CEM I 32,5 eingesetzt werden. Der Mindestzementgehalt im Beton beträgt 320 kg/m3. Der Mörtelgehalt des Betons soll zur Herstellung von Sichtbeton ausreichend sein. Der wirksame Wasserzementwert des Betons darf maximal 0,55 betragen. Der Beton darf beim Einbau kein höheres Ausbreitmaß als 45 cm aufweisen. Kommentar: Diese vertraglichen Forderungen enthalten durchweg baubetriebliche Planungsansätze. Sie beschreiben damit einen möglichen Weg zum Ziel einer hochwertigen Sichtbetonfläche. Die Planung des baubetrieblichen Vorgehens und damit auch die

Wahl der Betonzusammensetzung und die Auswahl der Ausgangsstoffe sind jedoch originäre Pflicht und Freiheit des Ausführenden. Er verantwortet vertraglich die Qualität der fertigen Flächen und sollte nicht durch baubetriebliche Einschränkungen behindert werden. Zudem sind die Forderungen eines Mindestzementgehalts, eines maximalen Wasserzementwertes und eines maximalen Ausbreitmaßes überbestimmt, da diese Größen voneinander abhängen. Meist ist es nicht möglich, mit solchen Vorgaben einen geeigneten Beton und die geforderte Flächenqualität herzustellen. Vertragliche Forderungen zu Betonzusammensetzungen müssen oft nach den ersten Praxisversuchen zurückgezogen werden. Die oben aufgeführten vertraglichen Forderungen sind beispielhaft für einen großen Teil üblicher Bauverträge zur Leistung Sichtbeton. Aus diesen ist die Absicht des Planers erkennbar, den aus eigenen Erfahrungen richtigen Weg zum Ziel vertraglich vorzugeben. Da der Planer mit diesen Forderungen in den Verantwortungsbereich des Ausführenden eingreift, trägt er auch die Verantwortung, falls das vertraglich vorgeschriebene Vorgehen nicht den gewünschten Erfolg zeigt. Im vorliegenden Fall verantwortet der Planer die Betonzusammensetzung durch ihre vertragliche Festlegung. Dies kann eine Nachforderung des Ausführenden begründen, wenn sich die vorgeschriebene Betonzusammensetzung als ungeeignet erweist und kostenrelevant verändert werden muss. Die Fachkenntnis und Erfahrung des Ausführenden ist durch die vertraglichen Festlegungen zur Schalhaut und zur Betonzusammensetzung eingeschränkt. Da er aber letztlich den vertraglichen Gesamterfolg (»hochwertige Sichtbetonflächen«) verantwortet, gelingt ihm die Umsetzung seiner innovativen Leistungsfähigkeit nur über den zeit- und kostenträchtigen Umweg, die vertraglichen Vorgaben im praktischen Versuch auf ihre Tauglichkeit zu prüfen und, sofern erforderlich, über Änderungen zu verhandeln. Es ist nicht leicht, Ziel und Weg im praktischen Planungsalltag zuverlässig auseinander zu halten, da die abgrenzenden Kriterien oft ungenau sind. Als Beispiel für das richtige »Abgrenzungsgefühl« kann man sich eine Taxifahrt in einer fremden Stadt vorstellen: Der Fahrgast (Planer) steigt in ein Taxi und nennt sein Fahrtziel (vertragliche Merkmale und Eigenschaften der Bauteile). 59

Planen mit Beton

Der Taxifahrer hat die Ortskenntnis (Fachwissen, Regelwerke) und ein geeignetes Fahrzeug (Personal- und Geräteausstattung), um den Fahrgast sicher an das gewünschte Ziel zu bringen. Kein vernünftiger Fahrgast wird dem Taxifahrer vorschreiben, das Ziel nur auf drei Rädern oder nur im dritten Gang anzusteuern und er wird in unbekannter Umgebung auch nicht auf die Idee kommen, selbst die Navigation zu übernehmen.

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Errichtung eines Gebäudes mit komplexer Geometrie in Ortbeton, Mercedes-Benz Museum in Stuttgart 2006 Architekten: UN studio, van Berkel & Bos Beschreibung der technischen Eigenschaften eines Betons von der Planung bis zur Herstellung

Vertragsverhältnis Einen allgemeingültigen Ablauf der vorvertraglichen Planung für ein Hochbauprojekt anzugeben ist schwierig, da jede Baumaßnahme einen Einzelfall darstellt, der Abweichungen vom üblichen Vorgehen erfordern kann. Bei Projekten öffentlicher Auftraggeber sind die Abläufe durch die Bestimmungen der VOB vorgegeben. Bei Projekten privater Bauherren hat der Planer meist den Auftrag und die Freiheit, die Regeln, nach denen Planung, Vergabe und Ausführung ablaufen sollen, weitgehend festzulegen oder zumindest in erheblichem Maße mitzugestalten. Hieraus ergeben sich planerische Pflichten und Chancen. Zur Planung und Ausführung von Hochbauprojekten vergibt der Bauherr im Allgemeinen zwei unterschiedliche vertragliche Leistungen: • Die Planung und die Bauleitung werden meist durch Ingenieurverträge auf Basis der »Honorarordnung für Architekten und Ingenieure« (HOAI) beauftragt, abgeleistet und vergütet. Der Vertragspartner des Bauherrn ist meist der Architekt, der im Zuge der Gesamtplanung des Objekts einzelne Planungsleistungen (z. B. die Tragwerksplanung) an Fachplaner weitergibt. • Die Ausführung wird an ein qualifiziertes Fachunternehmen vergeben, damit entsteht ein Bauvertrag. Rechtliche Grundlage jedes Vertrags ist in Deutschland das Bürgerliche Gesetzbuch (BGB), ggf. ergänzt durch die Regelungen der VOB, Teile B und C. Der Bauvertrag beschreibt die vertragliche Leistung in ihrer Art und Menge sowie die Frist, in der sie zu erbringen ist. Er bildet die Beurteilungsgrundlage der vertraglichen Leistung und regelt deren Abnahme und Vergütung, die Zahlungsbedingungen und die Gewährleistung. Die Vorbereitung des Bauvertrags und seine technische Ausgestaltung sind im

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Allgemeinen Aufgabe des Planers. Der Bauherr ergänzt die technischen Vertragsinhalte um wirtschaftliche Rahmenregelungen wie z. B. Zahlungsbedingungen, Sicherheitsleistungen oder Gewährleistungsregelungen. Hierbei ist zu beachten, dass die Preisfindung des Bieters mit Abgabe des Angebots und damit vor dem endgültigen Vertragsabschluss zwischen dem Bauherrn und dem Ausführenden abgeschlossen ist. Das nachträgliche Hinzufügen von Leistungen oder Vertragsbedingungen, die nicht in der Angebotskalkulation des Bieters berücksichtigt sind und eine technische oder wirtschaftliche Erschwernis für den Bieter darstellen, erfordert eine Neuverhandlung des Gesamtpreises unter Berücksichtigung des hinzugekommenen Aufwands. Zwischen dem bauleitenden Planer und dem ausführenden Unternehmer besteht üblicherweise kein Vertragsverhältnis. Wenn der Planer die Bauleitung jedoch erfolgreich betreiben soll, ist eine gewisse Weisungsbefugnis gegenüber dem ausführenden Unternehmer unerlässlich. Der Planer muss, auch im Sinne der Schadensbegrenzung für die beteiligten Parteien, mangelhafte oder nicht vertragsgemäße Leistungen frühzeitig ablehnen bzw. anhalten können. Er muss abnahmebereite Teilleistungen, die durch nachfolgende Maßnahmen verdeckt werden, zügig und verzögerungsfrei abnehmen bzw. deren Nachbesserung fordern können. Der Planer ist jedoch zunächst weder durch den Bauvertrag noch durch seinen Planungsauftrag autorisiert, dem Unternehmer Anweisungen zu erteilen. Auf die Praxis hat dieser Umstand normalerweise keine Auswirkungen, da der ausführende Unternehmer die Mitwirkung des Planers benötigt und seinen Weisungen meist ohne Prüfung des vertraglichen Hintergrunds Folge leistet. Dennoch besteht eine Rechtsunsicherheit, die in schwerwiegenden Streitfällen und bei kostenrelevanten Entscheidungen des Planers unangenehme Folgen für alle Beteiligten haben kann. Darum sollte der Bauherr dem bauleitenden Planer einen festgelegten Teil seiner vertraglichen Rechte gegenüber dem Unternehmer in Form einer Vollmacht überschreiben. Den Projektpartnern Bauleitung und Ausführung muss zu jedem Zeitpunkt klar sein, was der bauleitende Planer entscheiden darf und in welchen Fällen die Information oder die Zustimmung des Bauherrn erforderlich ist.

Vertragsverhältnis, Leistungsverzeichnis

Leistungsverzeichnis In Vorbereitung des Bauvertrags erstellt der Planende zunächst die Ausschreibungsunterlagen. Zentraler Teil der Ausschreibung und des späteren Bauvertrags ist bei üblichen VOB-Verträgen die Leistungsbeschreibung. Sie besteht mindestens aus dem Leistungsverzeichnis (LV), in dem die vertragliche Leistung – in sinnvolle Teilleistungen gegliedert – detailliert und nach Bauteilen und Leistungsschritten getrennt aufgeführt ist. Gegebenenfalls beinhaltet die Leistungsbeschreibung auch Ausführungsbedingungen, soweit diese direkte oder indirekte Kosten verursachen. Das Leistungsverzeichnis wird aus den zuvor ermittelten Massen, also den Stückzahlen, den Flächen-, Längen- oder Volumenmaßen der Einzelbauteile und der zu ihrer Herstellung erforderlichen Arbeiten erstellt. Das Leistungsverzeichnis setzt sich aus so genannten Leistungspositionen zusammen (Teilleistungen), die in sinnvoller und geordneter Struktur aufgelistet und nummeriert sind. Jede Leistungsposition enthält die folgenden Angaben: • Eine Ortsangabe (auch Zeichnungen, Planunterlagen etc.), aus der zu erkennen ist, wo, also an welchem Bauteil

oder Teil eines Bauteils, eine Leistung zu erbringen ist. Es ist hilfreich, das Leistungsverzeichnis mit technischen Unterlagen zu ergänzen und eindeutig auf diese zu verweisen. Meist ist der Ort der Leistung bereits aus der Nummerierungssystematik des Leistungsverzeichnisses zu erkennen. • Eine Massenangabe (Vordersatz), die zeigt, in welcher Menge die jeweilige Leistung zu erbringen ist. Der Vordersatz kann je nach Leistung eine Stückzahl oder eine Längen-, Flächen- oder Volumenangabe sein und ist eine Schätzung aufgrund des vorliegenden Planungsstands. Der Bieter, also das Bauunternehmen, das die Bauleistung kalkuliert und anbietet, gibt in seinem Angebot zu jeder Teilleistung zunächst den Einzelpreis an, der sich auf die Einheitsdimension der Massenangabe bezieht und multipliziert im zweiten Schritt seinen Einzelpreis mit dem Massenvordersatz zum Gesamtpreis der Teilleistung. • Einen Leistungstext, in dem die Leistung näher beschrieben wird. Der Leistungstext sollte kurz, klar und unter Verwendung gängiger Fachbegriffe und Bezeichnungen verfasst sein. Jede Teilleistung kann neben der Hauptleistung

Beton – von der Planung bis zur Bestellung Planungsdetails (i. A. Tragwerksplaner) Betonvolumen Umgebungsbedingungen Expositionsklassen statisch erforderliche Betondruckfestigkeitsklasse Mindestdruckfestigkeitsklasse (XC4, XF1) Sichtbetonanforderung sonstige Anforderungen Bauteilgeometrie und Bewehrungsinhalt

4,5 m3 Witterung, Frost, kein Tausalz XC4, XF1 C16/20 C25/30 keine keine gemäß Ausführungszeichnung Pos. XX.xxx

LV-Position (Planer) Pos.: XX.xxx Menge (Vordersatz)

Dimension

Leistung (Leistungstext)

Einzelpreis [™/m3]

4,5

m3

Beton nach DIN EN 206-1/DIN 1045-2, Expositionsklassen XC4, XF1, Druckfestigkeitsklasse C25/30 in Schalung gem. Ausführungszeichnung XX.xxx nach DIN 1045-3 einbauen, verdichten und nachbehandeln

Gesamtpreis [™]

Festlegungsdaten des Betons (Planungsdaten und baubetriebliche Eigenschaften) Angaben des Planers (LV, Zeichnung) baubetrieblich (durch Ausführenden gewählt)

Expositionsklassen XC4, XF1 Druckfestigkeistklasse C25/30 Konsistenzklasse F3 Größtkorn der Gesteinskörnung 16 mm Festigkeitsentwicklung mittel

Bestellung des Betons durch den Ausführenden Transportbeton 3

Beton nach DIN EN 206-1/DIN 1045-2; XC4, XF1; C25/30; F3; 16 mm; Festigkeitsentwicklung mittel

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Planen mit Beton

Nebenleistungen, Besondere Leistungen nach VOB Teil C ATV DIN 18331, Betonarbeiten, 1/2005 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3

4.1.4 4.1.5 4.1.6 4.1.7

4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6 4.2.7

4.2.8 4.2.9 4.2.10 4.2.11 4.2.12 4.2.13 4.2.14 4.2.15 4.2.16 4.2.17 4.2.18 4.2.19 4

4

5

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Nebenleistungen im Sinne der VOB sind Leistungen, die in so engem ausführungstechnischen Zusammenhang mit der Hauptleistung stehen, dass sie dieser zugerechnet werden und im Leistungstext nicht gesondert aufgeführt werden müssen. Verlegen von Bewehrungsmatten mithilfe eines Krans Lufthansa-Hauptverwaltung in Frankfurt/Main 2005 Architekten: Ingenhoven und Partner, Düsseldorf 5

Nebenleistungen sind ergänzend zur ATV DIN 18299, Abschnitt 4.1, insbesondere: Herstellen von Verbindungen beim Einbau von Betonfertigteilen mit Ausnahme der Fugendichtung, soweit der Einbau der Betonfertigteile zu den Leistungen des Auftragnehmers gehört. Schutz des jungen Betons gegen Witterungseinflüsse bis zum genügenden Erhärten, ausgenommen Leistungen nach Abschnitt 4.2.7. Leistungen zum Nachweis der Güte der Stoffe und Bauteile sowie der Überwachung und der Konformität des Betons nach den Bestimmungen der DIN 1045, ausgenommen Leistungen der Überwachung des Einbaus von Beton der Überwachungsklassen 2 und 3 durch anerkannte Prüfstellen. Auf-, Um- und Abbauen sowie Vorhalten der Arbeits- und Schutzgerüste sowie der Traggerüste der Bemessungsklasse A, soweit diese für die eigene Leistung notwendig sind. Liefern von statischen Verformungsberechnungen und Zeichnungen für Hilfskonstruktionen, soweit diese für die eigene Leistung notwendig sind. Herstellen der Abdeckungen und Umwehrungen von Öffnungen und Belassen zum Mitbenutzen durch andere Unternehmer über die eigene Benutzungsdauer hinaus. Liefern und Einbauen von Zubehör zur Spannbewehrung, z. B. Hüllrohre, Spannköpfe, Kupplungsstücke, Einpressmörtel, sowie Spannen und Verpressen. Besondere Leistungen sind ergänzend zur ATV DIN 18299, Abschnitt 4.2, z. B.: Maßnahmen zur Erfüllung erhöhter Anforderungen an die Ebenheit bzw. Maßhaltigkeit (siehe Abschnitt 3.1.2). Boden- und Wasseruntersuchungen. Erstellen von Traggerüsten der Bemessungsklassen B (siehe Abschnitt 3.4). Vorhalten der Gerüste über die eigene Benutzungsdauer hinaus für andere Unternehmer. Umbau von Gerüsten und Vorhalten von Hebezeugen, Aufzügen, Aufenthalts- und Lagerräumen, Einrichtungen und dergleichen für Zwecke anderer Unternehmer. Liefern bauphysikalischer Nachweise sowie statischer Berechnungen und der für diese Nachweise erforderlichen Zeichnungen. Vorsorge- und Schutzmaßnahmen für das Betonieren bei Lufttemperaturen unter +5 °C sowie bei über einen Zeitraum von 48 Stunden anhaltenden Lufttemperaturen von durchschnittlich über +30 °C vor dem Betonieren. Herstellen von Aussparungen, z. B. Öffnungen, Nischen, Schlitze, Kanäle. Herstellen von Profilierungen. Schließen von Aussparungen und dergleichen. Herstellen von Vouten, Auflagerschrägen und Konsolen. Liefern und Einsetzen von Einbauteilen, z. B. Lager, Zargen, Anker, Verbindungselemente, Rohre, Dübel. Herstellen von Bewegungs- und Scheinfugen sowie Fugendichtungen. Überwachung des Einbaus von Beton der Überwachungsklassen 2 und 3 durch anerkannte Prüfstellen sowie zusätzliche Leistungen über die Leistungen nach Abschnitt 4.1.3 hinaus. Schutzmaßnahmen gegen betonschädigende Einwirkungen und gegen Fremderschütterungen. Maßnahmen zum Erzielen einer bestimmten Betonoberfläche. Herstellen von Erprobungs- bzw. Referenzflächen. Abstemmen des erforderlichen Überbetons des Pfahlkopfes bis zur planmäßigen Höhe, einschließlich Herrichten der Anschlussbewehrung. Maßnahmen zum Beseitigen überschüssigen Betons an den Pfahlschäften, z. B. Abstemmen, Abfräsen. Maßnahmen für den Brand-, Schall-, Wärme-, Feuchte- und Strahlenschutz.

Leistungsverzeichnis

so genannte Nebenleistungen enthalten. Wenn in einer Teilleistung Nebenleistungen enthalten sein sollen, ist es hilfreich, im Text auf diese zu verweisen (z. B. An- und Abtransport, Aufstellen, Vorhalten, Rückbau und Entsorgung). Der Begriff der Nebenleistung stammt aus der VOB (vgl. VOB Teil C ATV DIN 18299 / DIN 18331, jeweils Abs. 4, siehe Abb. 4). Nebenleistungen im Sinne der VOB sind Leistungen, die in so engem ausführungstechnischen Zusammenhang mit der Hauptleistung stehen, dass sie dieser zugerechnet werden und im Leistungstext nicht gesondert aufgeführt werden müssen. Der Aufwand für eine Nebenleistung ist in der Vergütung der Hauptleistung enthalten. Für den Ausschreibenden bedeutet dies, dass er eine Nebenleistung gemäß VOB nicht explizit aufführen muss und sie im Zuge der Hauptleistung ohne gesonderte Vergütung erhält. Der Bieter muss die Aufwendungen für Nebenleistungen in den Einzelpreis der Hauptleistung einrechnen. Die VOB benennt zwar einige Beispiele, dennoch gibt es nur wenige eindeutige Nebenleistungen nach VOB. Die Definition einer Nebenleistung ist im Einzelfall schwierig und führt immer wieder zu Auseinandersetzungen über die Vergütung von Leistungen, die der Planer als Nebenleistung versteht, der Ausführende jedoch als so genannte Besondere Leistung. Deshalb ist es ratsam, Nebenleistungen in den Leistungstexten möglichst zu erwähnen oder sie ab einem bestimmten Aufwand grundsätzlich als gesonderte Leistungsposition auszuschreiben. Das Leistungsverzeichnis ist die Hauptgrundlage der Preisermittlung (Kalkulation) eines jeden Bieters und muss entsprechende Anforderungen erfüllen: • Jede Teilleistung ist detailliert und für jeden Bieter eindeutig und verständlich zu beschreiben, d. h., jeder Bieter muss aus den Leistungstexten eine gleichartige Leistung erkennen und diese anhand der enthaltenen Angaben ohne besonderen Aufwand kalkulieren können (vgl. VOB Teil A § 9, Beschreibung der Leistung). • Die Summe der Teilleistungen soll die Gesamtleistung lückenlos und vollständig beschreiben, d. h., es sollen bei der Ausführung möglichst keine Leistungslücken und keine erheblichen Massenwidersprüche entstehen.

Die VOB Teil A verlangt bei einem Bauvertrag mit Leistungsbeschreibung (Leistungsvertrag) eine einfache, unkomplizierte und allgemeinverständliche Beschreibung der Leistung. Der Planende sollte sich an diese Forderung auch dann halten, wenn er bei der Planung und Erstellung der vertraglichen Unterlagen nicht an die Regelungen von VOB A gebunden ist, da die aktuelle Rechtsauffassung bei der Beurteilung einer Leistungsbeschreibung im Wesentlichen nach diesen Kriterien entscheidet. Arbeiten, die nicht im Leistungsverzeichnis aufgeführt und keine Nebenleistung im Sinne der VOB, jedoch zur Ausführung der vertraglichen Leistung erforderlich sind, können eine Nachforderung (Nachtrag) des Unternehmers begründen. Dies gilt für den Fall, dass der Massenvordersatz einer Leistungsposition bei der Ausführung erheblich überschritten wird, d.h. um mehr als 10 %. Hierbei ist zu beachten, dass Massenabschätzungen im Zuge der Planung grundsätzlich nur eingeschränkt genau sind. Massenabweichungen von 10 % und mehr sind bei der Planung von Neubaumaßnahmen jedoch selten. Zur Erstellung der Leistungstexte von Beton- und Stahlbetonarbeiten können auch die »Standard-Leistungsbücher für das Bauwesen« verwendet werden. Diese enthalten Leistungskataloge zur Planung von Bauleistungen für öffentliche Auftraggeber. Sie stehen jedem Planer zur Verfügung und sind ein geeignetes Hilfsmittel zur raschen und problemlosen Erstellung von Leistungstexten. Vor der Erstellung des Leistungsverzeichnisses sollte eine genaue Betrachtung der örtlichen Gegebenheiten und der Bedingungen erfolgen, unter denen die Baumaßnahme durchzuführen ist. Oft ergeben sich dabei notwendige Beschränkungen der Lärm-, Staub- und Abwasserentwicklung oder der Baustellenlogistik, die bei der Verfahrensauswahl zu teureren Lösungen zwingen können. Bei benachbarten Wohngebäuden oder gewerblich genutzten Gebäuden sind in manchen Fällen aufwendige Schutz- und Leitmaßnahmen für den Publikumsverkehr erforderlich. Umweltauflagen oder die Funktionen benachbarter Gebäude (Altenheime, Krankenhäuser etc.) können besondere Maßnahmen zur Lärmminderung oder Beschränkungen der täglichen Arbeitszeiten erforderlich machen. Dies sollte dem Planer bei der Abschätzung der Kosten, spätestens jedoch beim Aufstellen des Leistungsverzeichnisses bekannt sein. 63

Planen mit Beton

Die genannten Punkte sind vom Planer unter der Mitwirkung des Bauherrn zu klären und abzustimmen. Sie sind für die Kostensicherheit, für die Güte der Planung und für einen ungestörten, terminsicheren Bauablauf erforderlich. Wenn sich hieraus vertragliche Beschränkungen ergeben, können diese meist nicht in den Leistungspositionen berücksichtigt werden, sondern müssen in anderen Vertragsteilen, etwa den Besonderen Vertragsbedingungen (vgl. VOB Teil B § 1 Abs. 2) geregelt werden. Bauvertrag Verfahren, Vor- und Nachteile der VOB Die Vielfalt bauvertraglicher Modelle bei Neubauprojekten beeinflusst die Planung und Ausführung technisch kaum, sondern variiert meist nur die vertraglichen Verantwortlichkeiten. Der in Deutschland übliche Bauvertrag ist der so genannte Leistungsvertrag nach VOB. Er gründet auf der traditionellen Arbeits- und Verantwortungsteilung zwischen Planung und Ausführung. Die Geltungsbereiche der VOB in den Teilen A, B und C sowie ihre Inhalte und Beziehungen, auch in Hinblick auf das vorvertragliche Vorgehen, sind in Abb. 6 dargestellt. Bei der Vergabe von Baumaßnahmen öffentlicher Auftraggeber wird der Auftrag im Allgemeinen den Regelungen der VOB Teil A gemäß öffentlich und ohne Beschränkung der Bieter ausgeschrieben (vgl. VOB Teil A § 3 Abs. 1 und 2). Die Vergabe folgt klaren Regeln, um die Chancengleichheit zwischen den Bietern zu gewährleisten und jegliche Einflussnahme durch Einzelinteressen auszuschließen. Allein zu diesem Zweck enthält Teil A der VOB umfangreiche und detaillierte Regeln zum Vorgehen bei der Ausschreibung, bei der Prüfung und Wertung der Angebote und bei der Vergabe. In der Praxis führen jedoch häufig genau diese Vorgaben und die Art ihrer Anwendung zu Problemen. Bei der Wertung der Angebote fordert die VOB Teil A zunächst die Prüfung der Eignung des Bieters, der angebotenen Leistungsinhalte und der Auskömmlichkeit der Angebotspreise. Eine positive Beurteilung des Bieters und die Richtigkeit der Leistungsinhalte sind notwendige Voraussetzungen zur Vergabe. Das ausschlaggebende Kriterium ist jedoch der Angebotspreis; ein niedriger Angebotspreis ist ein sehr deutliches Kriterium, einem Bieter den Zuschlag zu geben. Hingegen ist die Beurteilung des Bieters im Einzelfall schwierig und hängt im Ergebnis von seiner Bereitschaft zur 64

Mitwirkung oder von vorhandenen Anhaltspunkten ab. Hinzu kommt, dass die mangelnde Eignung eines Bieters oder die Unauskömmlichkeit eines Angebotspreises durch die Vergabestelle im Einzelfall schwer zu belegen sind. Die Ablehnung eines Angebots aufgrund dieser Kriterien ist im Fall einer formellen Beschwerde des Bieters oft nicht durchzuhalten. Zudem kann eine Beschwerde die Vergabe aufschieben und den geplanten Projektzeitplan in Frage stellen. Deshalb beeinflussen die Erkenntnisse einer Angebotsprüfung nach anderen Kriterien als dem Angebotspreis trotz der deutlichen Forderungen der VOB Teil A § 25 die Vergabeentscheidung in der Praxis meist nur wenig. Der mit der Planung (und der späteren Bauleitung) an dem Bauvorhaben eines öffentlichen Auftraggebers befasste Planer hat bei einer öffentlichen Ausschreibung keinen Einfluss auf das Ergebnis des Verfahrens. Die Erkenntnis, dass der Auftrag bei einem öffentlichen Bauvorhaben leichter durch einen günstigen Angebotspreis als durch die solide Kalkulation einer qualitätsvollen Ausführung zu erlangen ist, hat letztlich auch für den wirtschaftlichen und technischen Erfolg des bauleitenden Planers Bedeutung. Zwar kennt die VOB auch andere Vergabeformen (siehe VOB Teil A § 3 bis § 8), die im Einzelfall besser geeignet sein können einen leistungsfähigen Bieter zu finden, doch ist deren Anwendung an die Erfüllung bestimmter Voraussetzungen gebunden, z. B. die besondere technische Schwierigkeit der Ausführung. Bei nicht öffentlichen Aufträgen ist die Anwendung der VOB A bei Planung und Vergabe freigestellt. Im Einzelfall kann es vor allem durch die freie Wahl des Vergabeverfahrens vorteilhaft sein, von der VOB A abzuweichen. Es empfiehlt sich jedoch immer, den Bauvertrag in weitgehender Anlehnung an die VOB A zu gestalten, da die Verwendung fachüblicher Vertragsbegriffe, -formulierungen und Abläufe eine größere technische und rechtliche Sicherheit gewährleistet. Vor allem die Regelungen der VOB Teil A § 9, sollten bei der Beschreibung der Leistung eingehalten werden, da sich die Rechtsprechung bei Streitigkeiten über den vereinbarten Leistungsumfang weitgehend an den Regelungen dieses Paragraphen orientiert. Als rechtliche Grundlage für die Ausführung und die Abnahme der Bauleistung sollten jedoch in jedem Fall die für diesen Rechtsbereich zutref-

Bauvertrag

fenden Teile B (Allgemeine Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen) und C (Allgemeine technische Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen) der VOB vertraglich vereinbart werden. Die Teile B und C der VOB geben den rechtlichen Rahmen für das Vertragsverhältnis zwischen Bauherrn und ausführendem Unternehmen vor. Ihre Geltung beginnt also erst mit der Vergabe des Bauvertrags bzw. mit dem Beginn der Ausführung. Eine Anbindung des Bauvertrags an die VOB Teil B und C gründet das Vertragsverhältnis auf breit gefächerte, klare Regeln zum technischen und rechtlichen Hintergrund der vertraglichen Bauleistung. Auch zur Einbindung der VOB Teil B und C in den Bauvertrag ist es vorteilhaft, den Bauvertrag in weitgehender Anlehnung an den Teil A der VOB vorzubereiten. Die Integration der VOB Teil B und C in den Bauvertrag verlangt jedoch die formale Anwendung dieser Regelungen im Ganzen. Die Vereinbarung der VOB unter Ausschluss einzelner Paragraphen oder unter Verschärfung einzelner Forderungen ist zwar in Grenzen möglich, kann jedoch bei beliebigem Vorgehen den gesamten Bauvertrag rechtlich unwirk-

sam machen. Diese Einschränkung zur Anwendung der VOB begründet sich aus ihrem rechtlichen Status. Die VOB steht im Bauvertrag im Sinne der so genannten Allgemeinen Geschäftsbedingungen; sie ergänzt also die Bestimmungen des BGB durch detaillierte rechtliche und technische Regelungen, die insbesondere auf Bauleistungen abgestimmt sind. Die Grenzen der Ausgestaltung der Allgemeinen Geschäftsbedingungen eines Vertrags definiert das Gesetz zur Regelung des Rechts der Allgemeinen Geschäftsbedingungen (AGBG). Dieses Gesetz dient ausschließlich dem Schutz des Vertragsnehmers und sagt aus, welche Regelungen als Allgemeine Geschäftbedingungen zulässig sind. Das AGBG gilt damit auch für die Inhalte der VOB. Deshalb wurde bei der Erarbeitung der VOB streng auf die Verträglichkeit mit dem AGBG geachtet. Die Grundsätze des AGBG können jedoch bereits durch vermeintlich leichte Veränderungen der VOB-Regelungen grob verletzt werden und im Fall einer rechtlichen Prüfung die Unwirksamkeit des gesamten Bauvertrags begründen. Hinweise zur Umsetzung Je nach gestalterischer oder konstruktiver Schwierigkeit kann die Herstellung von

Elemente der Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB)

Planung VOB A

Allgemeine Bestimmungen für die Vergabe von Bauleistungen (DIN 1960)

Regeln das Vorgehen zur Erstellung der Ausschreibung und zur Vergabe des Bauvertrags. Bei der Planung von Aufträgen öffentlicher Auftraggeber ist die Beachtung zwingend.

Allgemeine Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen (DIN 1961)

Regeln die allgemeinen Vertragsbedingungen eines Bauvertrags, u. a. die vertragliche Stellung der möglichen Vertragsteile zueinander (siehe § 1, Absatz 2):

Ausführung VOB B

• • • •

die Leistungsbeschreibung die Besonderen Vertragsbedingungen etwaige zusätzliche Vertragsbedingungen etwaige zusätzliche Technische Vertragsbedingungen • die Allgemeinen Technischen Vertragsbedingungen für Bauleistungen (siehe VOB C) • die Allgemeinen Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen VOB C

Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV)

Regeln in übergeordneten und gewerksspezifischen Normen die Materialien, die nicht technischen Ausführungsbedingungen, Nebenleistungen und Besonderen Leistungen sowie die Abrechnung. Die Normen der VOB C geben im Kapitel 0 Hinweise für das Aufstellen von Leistungsbeschreibungen. Das Kapitel 0 richtet sich ausschließlich an den Planer.

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Planen mit Beton

Beton- und Stahlbetonbauteilen technisch sehr anspruchsvoll sein. Der Erfolg ist bei jeder Betonbaumaßnahme abhängig von der Fachkenntnis des Planers und von den fachlichen und personellen Kapazitäten des Ausführenden. Der Planer sollte sich auch im eigenen Interesse möglichst vor der Vergabe Übersicht über die Leistungsfähigkeit der einzelnen Bieter verschaffen. Dies ist vor allem bei Baumaßnahmen nicht öffentlicher Auftraggeber sinnvoll, bei denen der Planer die Vergabeentscheidung des Bauherrn stärker mitlenkt. In vielen Fällen kann es günstiger sein, die Anzahl der Bieter bereits bei der Einleitung des Ausschreibungs- und Vergabeverfahrens zu begrenzen:

Anwendung dieses Verfahrens setzt voraus, dass Planer oder Bauherr eine ausreichende Anzahl entsprechend leistungsfähiger potenzieller Bieter kennen und in der Lage sind, daraus eine sinnvolle Auswahl zu treffen. Im Allgemeinen ist es günstig, mindestens drei, in jedem Falle aber weniger als zehn potenzielle Bieter für das Verfahren zuzulassen. Zudem sollte bei der Auswahl der Kandidaten ein regionaler Radius eingehalten werden. Dieser sollte dem wirtschaftlichen Umfang der Maßnahme entsprechen und so gewählt sein, dass jeder Bieter den Projektstandort mit einem verhältnismäßigen Reiseaufwand besichtigen kann. Ist die geplante Bauaufgabe besonders umfangreich oder birgt sie durch die örtlichen Verhältnisse besondere Schwierigkeiten, sollte eine Ortsbesichtigung durch den Bieter zwingend gefordert werden. Auch bei einer beschränkten Ausschreibung ist das letzte Entscheidungskriterium zur Vergabe an einen Bieter die Preiswürdigkeit des jeweiligen Angebots, also der nach Prüfung und Vergleich der angebotenen Leistungsinhalte »günstigste« Preis.

• Der eigene Aufwand zur Bearbeitung der Angebote ist geringer. • Die Auswahl eines Bieterkreises nach den Erfahrungen von Planer und Bauherr kann das Qualitätsniveau der Arbeiten positiv beeinflussen. • Die Anzahl der »Verlierer« des Verfahrens wird ebenfalls beschränkt, die Auftragschancen des einzelnen Bieters sind relativ hoch. Den Regelungen der VOB A folgend bedeutet dies, dass die Bauaufgabe entweder »beschränkt« oder, wenn die Merkmale der geforderten Leistung dies begründen, »nach Teilnehmerwettbewerb« ausgeschrieben bzw. vergeben wird. Die Durchführung einer beschränkten Ausschreibung oder eines Teilnehmerwettbewerbs erfordert die Zustimmung des Auftraggebers. Nachfolgend sind die beiden Verfahren kurz erläutert.

Die Durchführung eines so genannten Teilnahmewettbewerbs (vgl. VOB Teil A § 3 Abs. 3, 2) ist nur bei Bauaufgaben besonderer Schwierigkeit und Größe begründet oder wenn nach Einschätzung des Planers zur Erfüllung der Leistungen eine besondere Qualifikation des Bieters erforderlich ist, welche nach üblichen Kriterien nicht sicher beurteilt werden kann. Bei einem Teilnahmewettbewerb qualifiziert sich ein Bieter zunächst nicht über die Preiswürdigkeit des Angebots, sondern durch Erfüllung anderer, durch den Planer oder den Bauherrn vorgegebener Kriterien. Meist dient ein Teilnahmewettbewerb dazu festzustellen, ob sich die Teilnehmer für Bauaufgaben besonderer Größe oder Schwierigkeit eignen und

Bei einer beschränkten Ausschreibung (vgl. VOB Teil A § 3 Abs. 3, 1) erhält eine begrenzte Anzahl ausgewählter Bieter die Ausschreibungsunterlagen mit der Aufforderung, ein Angebot abzugeben. Die

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b

Bauvertrag

ausreichend leistungsfähig sind. Der Teilnahmewettbewerb ist also ein Verfahren zur Vorauswahl geeigneter Bieter.

Ausgewogenheit auch nach den Vergabeverhandlungen zu gewährleisten. Dies ist für den Planer vor allem dann wichtig, wenn er auch die Bauleitung durchführen soll.

Unabhängig vom Vergabeverfahren empfiehlt es sich vor allem bei Bauaufgaben besonderer Schwierigkeit oder hoher Qualitätsanforderung (z. B. Sichtbeton), die Ausschreibungsunterlagen in einem Übergabegespräch auszuhändigen. Solche Gespräche sind geeignet, sich einen Eindruck von der Fachkompetenz des einzelnen Bieters zu verschaffen und auf ausgewählte Anforderungen an die Ausführung vertieft einzugehen. Es empfiehlt sich, die erläuterten Details und vertraglichen Forderungen schriftlich zu dokumentieren. Zur Prüfung der Eignung eines Bieters sollten in jedem Fall weitere Kriterien herangezogen werden, die über die alleinige Preiswürdigkeit des Angebots hinausgehen. Hierbei kann man auch von der Referenzliste des jeweiligen Bieters abweichen, da diese nicht immer eine hinreichend aussagefähige Auswahl der ausgeführten Objekte enthalten muss. Die beschränkte Ausschreibung und die Präqualifikation des Bieters sind mögliche Maßnahmen, um die Vergabe von Betonarbeiten an möglichst leistungsfähige und qualitätsbewusste Bieter zu lenken. Die Mitwirkung des Bauherrn bei der Vergabe ist jedoch meist vor allem wirtschaftlich motiviert. Das Bewusstsein, dass einer qualitätsvollen Ausführung eine angemessene Vergütung entgegenstehen muss, ist während den Vergabeverhandlungen bisweilen schwer aufrechtzuerhalten. Der vertraglich nicht betroffene Planer kann auch angesichts sich verringernder Qualitätsspielräume auf die Verhandlungen zwischen Bauherrn und Ausführendem meist wenig Einfluss nehmen. Deshalb sollte der Bauvertrag bereits im Ursprung eine angemessene Preis-LeistungsGestaltung enthalten, um die vertragliche

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Neues Mercedes-Benz Museum in Stuttgart 2006 Architekten: UN studio van Berkel & Bos a,b Montage der Schalungsunterkonstruktion c Aufbringen der Schalhaut d Montage der Bewehrung

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Planen mit Beton

von den handelnden Personen abhängig, also vom technischen Personal des ausführenden Unternehmens. Hierzu gehören in der Regel der Bauleiter, das Aufsichtspersonal und die gewerblichen Arbeitnehmer in den Kolonnen. Entscheidend für das Arbeitsergebnis sind vor allem die Qualifikation, Erfahrung und die Anzahl des Personals sowie seine Verfügbarkeit und Disposition. Ein weiterer maßgebender Faktor ist das persönliche Engagement der verantwortlichen Aufsichtskräfte. Hierzu gibt es neben praktischen Erfahrungen auf der Baustelle auch abgesicherte Erkenntnisse:

Qualität und Baustellensteuerung An die Planung, Ausschreibung und Vergabe einer Bauleistung schließt sich als Folgeleistung meist die Projektbauleitung entsprechend der Leistungsphase 8 der HOAI an. Bei der Leitung der Baustelle ergibt sich die Zusammenarbeit mit dem Ausführenden meist nach den persönlichen und den betrieblichen Arbeitsweisen der beteiligten Personen sowie nach den anstehenden und laufenden Arbeiten und Prozessen. Die Koordination und Kommunikation, Leitung und Steuerung der baulichen Abläufe sind nur selten und meist nur im Ansatz vertraglich vorstrukturiert. Die Gestaltung des Bauvertrags bietet dem Planer jedoch eine Reihe von Möglichkeiten, die Leitung der Baustelle und die entstehende Qualität durch vertragliche Forderungen und Routinen zu steuern und abzusichern, ohne den Verantwortungsbereich des Ausführenden im Sinne der Ziel-Weg-Trennung zu verletzen. Dies kann die Leitung der Baustelle erheblich ordnen und erleichtern. Die Baustellensteuerung und die Absicherung der Ausführungsqualität hängen eng zusammen, die Mittel und Maßnahmen zum Erreichen dieser Ziele sind weitgehend die gleichen. Jedoch muss bereits bei der Preisbildung bekannt sein, wie sich die diesbezüglichen vertraglichen Forderungen auf das baubetriebliche Vorgehen des Ausführenden auswirken, Aufwand und Kosten müssen abschätzbar sein. Dies kann z. B. bedeuten, dass der Ausführende seinen Personaleinsatz nicht nach den eigenen betrieblichen Gepflogenheiten und mit Blick auf ein möglichst kostengünstiges Vorgehen, sondern nach den Vorgaben und Forderungen der Ausschreibung, kalkulieren muss.

Die Bundesanstalt für Straßenbau (BASt) stellte in den 1990er-Jahren eine allgemein nachlassende Ausführungsqualität an den Neubauten ihrer Ingenieurbauwerke fest. Dies veranlasste das Institut, an den laufenden Ingenieurbauprojekten eine Untersuchung über die Ausführungsqualität von Stahl- von Spannbetonbauwerken durchzuführen. Die Ergebnisse wurden 1999 in einem Qualitätsbericht veröffentlicht. Sie entsprechen den Erfahrungen bei Hochbauprojekten und sind uneingeschränkt aktuell. Aus der Untersuchung sind vor allem die folgenden Erkenntnisse von Interesse: • Der Bericht stellt fest, dass die Weitervergabe von Teilleistungen an Subunternehmer im Allgemeinen zu einem deutlichen Qualitätsverlust führt. Neben den üblichen Schwierigkeiten bei der Bewältigung der entstehenden Schnittstellen und Verantwortungsübergänge werden weitere Gründe genannt: Zum einen zieht der Hauptunternehmer nach der Weitergabe der Qualitätsverantwortung seine Aufsichtspräsenz auf der Baustelle weitgehend zurück. Zum anderen erfolgt die Abwicklung der Subunternehmerleistung oft parallel zu einer Vielzahl anderer Gewerke, was

Ausführungsqualität Die Ausführungsqualität ist, eine fachgerechte Planung vorausgesetzt, unmittelbar

8 –10 Alllianz Arena in München 2005 Architekten: Herzog & de Meuron

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Qualität und Baustellensteuerung

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beim Subunternehmer ein Gefühl verminderter Bedeutung und Beachtung der eigenen Leistung erzeugen kann. Hinzu kommt eine oft unklare Verteilung der Qualitätsverantwortung und ein starker Preisdruck. Als Folge dieser Umstände kann die Motivation des Nachunternehmers zu qualitätsbewusstem Handeln schnell erlöschen. • Die Untersuchung zeigt, dass die Qualität der handwerklichen Arbeiten vor allem von der Aufsichtsführung abhängt. Der persönliche Einsatz des einzelnen Kolonnenmitglieds wird wesentlich durch den Kolonnenführer (Polier) bestimmt. Ist dieser qualifiziert, erfahren und engagiert, sind meist auch die Mitarbeiter der Kolonne entsprechend motiviert. Der Bericht belegt, dass die Arbeitsqualität ausländischer Mitarbeiter nicht notwendigerweise geringer ist als die deutscher Arbeitskräfte. Es zeigte sich, dass ungeachtet der Herkunft der Arbeitskräfte immer dann eine gute Leistung erzielt wird, wenn eine entsprechend qualifizierte Aufsicht die Kolonne führte. Die Erkenntnisse des Berichts lassen sich bei der Vertragsgestaltung direkt umsetzen: • Die Weitergabe von Teilleistungen an Subunternehmer sollte vertraglich ausgeschlossen oder zustimmungspflichtig beschränkt werden. • Die Qualifikation der Aufsichtskräfte und der technischen Bauleitung sowie ihre An- und Abwesenheit während der Betonarbeiten sollten geregelt sein, da dies entscheidende Faktoren für die entstehende Qualität und für die Möglichkeit praktischer Einflussnahme durch die Bauleitung des Planers sind. Baustellensteuerung Voraussetzung für eine organisierte und geordnete Steuerung der Baustelle aus

der Sicht des bauleitenden Planers ist eine geregelte Kommunikation mit der Ausführung. Hierzu sollte ein möglichst einfaches und klares Netzwerk von Informations-, Anmelde- und Freigaberoutinen für einzelne Leistungsschritte (Einschalen, Bewehren, Betonieren, Ausschalen, Nachbehandlung) an unterschiedlichen Bauteilen oder Bauabschnitten eingeführt werden. Die baubetriebliche Abfolge der Arbeitsund Leistungsschritte auf der Baustelle bestimmt der Ausführende nach den jeweiligen baubetrieblichen Erfordernissen. Daher kann die Projektleitung des Planers nur dann ausreichend über die aktuellen und die geplanten Abläufe informiert sein, wenn der Ausführende dies frühzeitig und umfassend macht. Um den Informationsfluss stets im gewünschten Umfang zu gewährleisten, sollte dem Ausführenden dazu eine vertragliche Routine auferlegt werden. Die Intensität des Informationsflusses kann den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Damit der Planer möglichst frühzeitig über die Vorbereitung wichtiger Arbeitsschritte informiert wird, sollte er eine praxisgerechte Frist zwischen der Information und dem geplanten Beginn der jeweiligen Aktivität vorgeben. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, die Fortsetzung der Arbeiten an qualitätskritischen Übergängen zwischen zwei Arbeitsgängen an eine formelle Freigabe der Weiterbearbeitung oder an die Abnahme des Ist-Zustands zu binden. Der bauleitende Planer kann im Einzelfall entscheiden, ob er vor seiner Zustimmung zur Fortsetzung der Arbeiten den Ist-Zustand prüfen möchte oder nicht. Die Möglichkeit der Prüfung fördert beim ausführenden Personal das Qualitätsbewusstsein für die eigene Leistung. Vertragliche Informationsroutinen aus Anmeldung und Freigabe sollten jedoch sinnvoll und praxisgerecht auf qualitäts69

Planen mit Beton

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relevante Arbeiten zur Herstellung von Betonbauteilen beschränkt und möglichst unkompliziert gestaltet sein. Dabei sollte die Kommunikation entscheidender Sachverhalte generell in Schriftform erfolgen. Da sich die für die Informations- und Freigaberoutinen des Bauablaufs gewählten Kommunikationswege auch dafür eignen, die Disposition des technischen Personals des Ausführenden anhand von Aufsichts- und Anwesenheitsplänen zu prüfen, verbinden sich hier die Ziele der Qualitätssicherung und der Baustellensteuerung. Zusammenfassung der Maßnahmen Die möglichen Maßnahmen zur Steuerung der Baustelle und zur Absicherung der Ausführungsqualität lassen sich über die folgenden Forderungen vertraglich absichern:

11 a–c Montage von Betonwandelementen in Fertigteilbauweise Werbeagentur in München Riem 2001 Architekten: Amann & Gittel

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¤Beschränkung der Vergabe von Teilleistungen an Subunternehmer ¤Qualifikation und Personalstärke der technischen Bauleitung ¤Qualifikation, Erfahrung und Anzahl der Aufsichtskräfte in jeder Kolonne ¤Anzahl und Personalstärke der Schalungs-, der Bewehrungs- und der Betonierkolonnen ¤Anwesenheit eines Vertreters der technischen Bauleitung jeweils bei Beginn und Ende (maßgeblicher) Schalungsund Bewehrungsarbeiten ¤Anwesenheit eines technischen Vertreters der Bauleitung mindestens 1 Stunde vor Beginn bis zum Ende (maßgeblicher) Betonierarbeiten ¤Anwesenheit der Kolonnenaufsicht bei allen Arbeiten an Schalung, Bewehrung und Betonierarbeiten inklusive Vor- und Nacharbeiten ¤Festlegung der Kommunikationswege und der Ansprechpartner in der Bauleitung des Bauunternehmens und innerhalb des Aufsichtspersonals sowie

einer Informationsroutine über die Arbeitsplanung, den Einsatz und die Anwesenheit der technischen Bauleitung, der Aufsichtskräfte und der Kolonnen Diese Maßnahmen erscheinen als vertragliche Forderungen bei üblichen Bauleitungsaufgaben von Betonarbeiten im Hochbau aufwändig. In der Praxis ist es nur selten sinnvoll, alle genannten Maßnahmen vertraglich festzusetzen. In ausgewählter, jeweils angepasster Kombination eignen sie sich jedoch auch zur Steuerung kleinerer Hochbauprojekte. Insbesondere die Forderungen zur Anwesenheit des Aufsichtspersonals sollten aber immer in Betracht gezogen werden, da an vielen Hochbaustellen meist keine Vollzeitbauleitung und bei intensivem Subunternehmereinsatz auch keine Vollzeitaufsicht der vertraglich hauptverantwortlichen Bauunternehmung anwesend ist. Integration in den Bauvertrag Die Maßnahmen und Forderungen zur Qualitätssicherung und zur Baustellensteuerung sind Ausführungsbedingen, die nicht im Leistungsverzeichnis geregelt werden können. Häufig werden Ausführungsbedingungen in den Vorbemerkungen zu einer Ausschreibung oder zu einem Bauvertrag aufgeführt. Die Vorbemerkungen dienen jedoch vor allem zur Erläuterung der Inhalte von Ausschreibung oder Bauvertrag und sind nicht zur Formulierung vertraglicher Forderungen geeignet, da die rechtliche Wirksamkeit vertraglicher Regelungen in den Vorbemerkungen oft unklar ist. Deshalb müssen weitere Vertragsteile eingeführt werden. Hierzu ist es günstig, bestehende Muster des VOB-Vertrags aufzugreifen. Die VOB Teil B regelt in § 1 Absatz 2 die Geltungshierarchie unter den Vertragsteilen eines VOB-Vertrags für den Fall, dass

Qualität und Baustellensteuerung

verschiedene Vertragsteile widersprüchliche Formulierungen enthalten. Hierzu werden die sechs möglichen Teile eines VOB-Vertrags (im Absatz 2 dieses Paragrafen) nach ihrer rechtlichen Priorität aufgelistet: a) Leistungsbeschreibung b) Besondere Vertragsbedingungen c) Zusätzliche Vertragsbedingungen d) Zusätzliche technische Vertragsbedingungen e) Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen f) Allgemeine Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistung Die Leistungsbeschreibung (Leistungsverzeichnis) ist fester Bestandteil eines Leistungsbauvertrags. Sie ist der maßgebliche Teil des Bauvertrags und die originäre Kalkulations- und Abrechnungsgrundlage. Die (unter e) aufgeführten) Allgemeinen Technischen Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) enthalten die Normen der VOB C (siehe Bauvertrag S. 64ff.). Die anderen Vertragsteile gibt es in Bauverträgen für Betonarbeiten nur selten. Der Aufbau eines Bauvertrags in Anlehnung an die Struktur der VOB eignet sich gut zur übersichtlichen Gestaltung vertraglicher Regelungen, unabhängig davon, ob die VOB gelten soll oder nicht. Die Forderungen zur Baustellensteuerung, so auch die bereits angesprochenen Beschränkungen der Personalqualifikation und -struktur, können z. B. in den Besonderen Vertragsbedingungen aufgeführt werden. Die Einführung dieser Regelungen in einem gesonderten Vertragsteil gibt ihnen Gewicht und sorgt für ihre Beachtung. In den Vorbemerkungen oder in anderen begleitenden Texten bleiben sie in ihrer Wirksamkeit für die Kalkulation der Angebotssumme möglicherweise unerkannt.

Die Einführung Besonderer Vertragsbedingungen zur Unterstützung der Bauleitung des Planers und zur Absicherung der Ausführungsqualität zeigt auch über die unmittelbaren Steuerungseffekte hinaus positive Wirkung. Sie signalisiert den Bietern bereits in der Ausschreibungsphase, dass die Vorbereitung und die spätere Leitung der Projektarbeiten mit besonderer Sorgfalt und einem hohen Qualitätsbewusstsein durchgeführt werden. Dies sorgt oft dafür, dass weniger leistungsfähige Bieter von der Abgabe eines Angebots Abstand nehmen. Darüber hinaus ist der Bauvertrag auf diese Weise mit einer Reihe vergüteter Organisationsleistungen zur Unterstützung der Qualität ausgestattet, die die Projektbauleitung des Planers bei Bedarf für das Gelingen der Bauaufgabe einsetzen kann. Vertragliche Modelle zur Qualitätsüberwachung und Baustellensteuerung können bei den Bietern in der Angebotsphase durch den erforderlichen Mehraufwand Verunsicherung auslösen. Dies relativiert sich jedoch, wenn erkannt wird, dass die entstehenden Aufwände vergütet werden. Im Bauablauf sind sie auch für den Ausführenden hilfreich, da sie die Mehrfachdisposition des technischen Personals weitgehend unterbinden und damit entlastend wirken. Die Steuerung der Abwicklung von Betonarbeiten mit den genannten Regelungen ist bei geeigneter Auswahl und Anwendung der Mittel meist sehr erfolgreich. Sie verlangt vom Anwender jedoch eine offene und verantwortliche Haltung gegenüber den Belangen des Ausführenden. Die Akzeptanz dieser Maßnahmen führt in der täglichen Baustellenpraxis zu der Erkenntnis, dass es sich um faire Vereinbarungen handelt, die letztlich den Erfolg aller Beteiligten unterstützen.

11 c

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Planen mit Beton

Balken- und Zeitplan Nr. Vorgang

Wochen

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Vorplanung

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Entwurfsplanung

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Genehmigungsplanung

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Ausführungsplanung

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Vergabe Rohbau

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Vergabe Ausbau

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Vorstatik

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Statik Konstruktionspläne

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Arbeitsvorbereitung

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Rohbauarbeiten

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Ausbauarbeiten Baugenehmigung

Bauzeit Vermeidbare Schwierigkeiten bei der Abwicklung von Betonprojekten im Hochbau ergeben sich aus den Zwängen einer zu kurz angesetzten Bauzeit. Im Laufe der Planungs- und der Vergabesituation verstärkt sich meist die Tendenz, die Bauzeit zu verkürzen. Dem Wunsch des Bauherrn, sein Bauwerk möglichst rasch nutzen zu können, steht häufig die Bereitschaft der Bieter zur Seite, zur Auftragserlangung bei der Zusicherung des Fertigstellungstermins an die Grenzen des Machbaren zu gehen. Der bauleitende Planer wird eine kurze Fertigstellungsfrist in dieser Phase des Projekts vielleicht mit Besorgnis betrachten. Er sieht die Verantwortung für die fristgerechte Fertigstellung der Betonarbeiten jedoch vor allem beim Ausführenden und unterschätzt häufig seine Mitverantwortung und die im Rahmen seines Bauleitungsauftrags entstehenden Probleme bei einer zu knapp bemessenen Bauzeit. Die Erfahrung zeigt, dass Betonarbeiten, die unter dem Druck eines schwer erfüllbaren Fertigstellungstermins abgewickelt werden, meist unter mangelhafter Organisation und in einer belasteten Atmosphäre zwischen den Beteiligten verlaufen und oft in minderer Ausführungsqualität entstehen. Eine ausreichend bemessene Bauzeit ist Grundlage für die erfolgreiche Abwicklung von Betonarbeiten. Erfahrungen und Richtwerte zur Abschätzung der für die Ausführung von Betonarbeiten erforderlichen Bauzeit sind in den meisten Planungsbüros vorhanden. Architekten, die sich im Wesentlichen auf gestalterische Aspekte konzentrieren, übergeben die technische Planung der Betonarbeiten im Allgemeinen dem Tragwerksplaner, der meist auch die erforderliche Bauzeit abschätzt. Diese Grobschätzung sollte aber vor der endgültigen 72

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Weitergabe an den Bauherrn einer genauen internen Prüfung unterzogen werden. Hierbei sollte die endgültige Einschätzung der erforderlichen Bauzeit im Einvernehmen mit allen Planungsbeteiligten erfolgen. Dazu gehören der hauptverantwortliche Architekt, der Tragwerksplaner und alle Personen, die Bauleitungsaufgaben übernehmen sollen. Bei der Abschätzung der Bauzeit von Betonarbeiten sollten folgende Faktoren besonders berücksichtigt werden: • Sind Leistungsschritte in ihrer baubetrieblichen Umsetzung unbekannt oder unklar, sind die zugehörigen Ausführungszeiten mit einem Zuschlag zu versehen oder erst nach der Klärung mit einer externen Fachberatung abzuschätzen. • Fällt die Ausführung zum großen Teil in Wintermonate oder geht sie über eine ganze Kaltsaison, so sollten die Erstellungszeiten für die betroffenen Bauabschnitte mit einem Zuschlag von etwa 15 bis 30 % versehen werden. Niedrigere Zuschläge können für kompakte und massigere Bauteile wie Fundamente o. ä. oder für Baustellen in grundsätzlich wärmeren Landesteilen gelten. Für Bauteile mit kleinteiliger oder stark fragmentierter Geometrie (Wände, Konsolen, Deckenplatten und Stützen geringer Dicke) oder für Baustellen in kälteren Lagen sollten höhere Zuschläge, im Zweifelsfall auch oberhalb des angegebenen Bereichs angesetzt werden. • Betonbauteile mit besonderer Schwierigkeit sind mit entsprechend längeren Bauzeiten zu bemessen. • An Betonbauteilen mit Sichtbetonflächen der Sichtbetonklasse SB 2 gemäß dem Merkblatt Sichtbeton (siehe Sichtbetonklassen S. 96ff.) oder höherwertiger Qualität sind die Bauzeiten in jedem Fall mit einem Zuschlag von mindestens

Qualität und Baustellensteuerung

20 % zu berechnen, bei Forderung der Sichtbetonklasse SB 4 oder bei besonderen Flächenmerkmalen kann eine Verdoppelung der üblichen Herstellzeiten erforderlich werden. Hierbei ist zusätzlich zu beachten, dass die Ausführung von glatten Sichtbetonflächen der Klassen SB 3 und SB 4 möglichst nicht bei Außentemperaturen unter 10 °C erfolgen sollte, da bei diesen Verhältnissen auch bei sorgfältiger Ausführung meist ein deutlicher Qualitätsabfall zu verzeichnen ist. Dies gilt auch für Sichtbetonflächen an Untersichten von Decken.

12 schematischer Balkenplan zur Festlegung des Zeitrahmens für die Abwicklung einer Hochbaumaßnahme 13 Sanierung und Modernisierung des Olympiastadions in Berlin 2005 Architekten: von Gerkan, Marg & Partner

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Planen mit Beton

Polierter Beton – Kunstmuseum Liechtenstein in Vaduz Hubertus Adam

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Entwurfskonzept Unterhalb des Schlosses steht das Kunstmuseum Liechtenstein im Ortskern von Vaduz. Eingezwängt zwischen gesichtslosen Kaufhaus- und Verwaltungsbauten schimmert die Fassade wie ein ungeschliffener Edelstein – ein dezenter Hinweis auf die besondere Funktion des Gebäudes. Neben der Kunstsammlung des Fürsten von Liechtenstein beherbergt das Museum die 1968 gegründete Staatliche Kunstsammlung des Kleinstaats. Der gemeinsame Entwurf von Meinrad Morger, Heinrich Degelo und Christian Kerez überzeugt sowohl durch städtebauliche als auch durch räumliche Qualitäten. Kern des kistenförmigen Volumens, das die west-östlich orientierte Parzelle zwischen Städtle- und Aeulestrasse nahezu vollständig ausfüllt, ist eine gegenläufige Treppe, welche die beiden Ausstellungsebenen miteinander verbindet. Dadurch

Kunstmuseum Liechtenstein in Vaduz 2000 Architekten: Morger & Degelo, Basel mit Christian Kerez, Zürich Bauherr: Stiftung zur Errichtung eines Kunstmuseums, Vaduz Betonbauer: Feldmann AG, Bilten Betontechnologie: Prüftechnik HF AG, Berneck Schleiftechnik und Oberflächenbehandlung: K. Studer AG, Frick

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ergeben sich zwei Möglichkeiten, die Ebene mit den Oberlichtsälen zu erreichen: Entweder nutzt der Besucher die zentrale Treppe, die vom Foyer aus nach oben führt, oder er durchschreitet erst den an der Nordwestecke gelegenen Seitenlichtsaal und den anschließenden Kunstlichtraum, um dann zur zweiten Treppe zu gelangen. Die Struktur des Gebäudes zeigt sich im durchgängig über Glasdecken belichteten Obergeschoss besonders deutlich: Der streng rechteckige Grundriss teilt sich in vier ebenfalls rechteckige Säle, die zu einem Rundgang zusammengeschlossen sind und mit jeweils 300 bis 350 Quadratmetern unterschiedliche Proportionen, aber ungefähr gleiche Raumgrößen aufweisen. Dabei alternieren zwei schmale, lange Räume mit zwei breiteren und größeren – eine Konzeption, die trotz der identischen Gestaltung (weiße Wände, Eichenparkett, Glasdecke) eine

Beispiele Oberflächengestaltung Polierter Beton

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erstaunliche räumliche Vielfalt aufweist. Die Ausstellungssäle können einzeln bespielt, paarweise gruppiert oder zu einer Gesamtausstellung gekoppelt werden. Außenwirkung Das Dogma der Moderne, die Nutzung eines Gebäudes müsse sich an der Fassade abzeichnen, suspendieren Morger, Degelo und Kerez souverän: Wer die schwarze »Kaaba« in Vaduz betritt, die sich lediglich durch ihre Beschriftung als ein Museum ausweist, wird angesichts der unvermutet lichten Innenräume erstaunt sein. Nur von den Fensterbändern des Foyers und des Seitenlichtsaals durchbrochen, lassen die schwarz spiegelnden Betonwände von 40 Zentimetern Stärke einen monolithischen Eindruck entstehen. Durch anschließendes Abschleifen entstand ein höchst lebendiges Bild der Fassade, das durch leichte Unregelmäßigkeiten infolge des Schleifprozesses verstärkt wird: Die Oberfläche nimmt einen beinahe textilen Charakter an. Gerade diese Gestaltung reduziert die monumentale Wucht des Gebäudes und erlaubt ihm, sich in die Baustruktur zu integrieren.

Betonmasse wurden ebenfalls schwarze Basaltbrocken sowie bunter Flusskies beigegeben – eine völlig neue Rezeptur, die anhand zahlreicher Vorversuche, Erprobungswände und eines Musterbaus entwickelt wurde. Eine Schwierigkeit bestand darin, dass die Gesteinskörnungen stark von der idealen Kugelform abwichen. Abgesehen davon mussten alle technischen Anforderungen eingehalten werden, z.B. Standfestigkeit, Festigkeitswerte und minimales Schwindverhalten. Um die gewünschte Qualität des Betons und der Oberfläche zu erzielen, war es wichtig, ein Entmischen beim Fördern und Einbringen des Betons zu vermeiden. Außerdem musste die Schalung absolut dicht sein und ohne Absätze in wenigen Arbeitsetappen genau erstellt werden. Die Ausführungsqualität des Betons bot die Grundlage für ein gutes Schleifresultat. Zehn Arbeiter haben schließlich fünf Monate lang 5 –7 Millimeter der rohen Fassade abgeschliffen; dies entspricht etwa 40 Tonnen Beton. Die glatte Oberfläche wurde abschließend imprägniert, um ihren Glanz und ihre Haltbarkeit zu erhöhen.

Den Architekten ist ein Gebäude geglückt, das man als kontextuellen Solitär bezeichnen könnte: Es sprengt den Rahmen, hält aber die vorgeschriebenen Baulinien akkurat ein; es wahrt zu den erschreckend banalen Nachbarbauten Distanz, erlaubt ihnen aber die Spiegelung in seiner Fassade. Betonoberfläche Die Fassadenoberfläche zu realisieren gelang nur aufgrund der intensiven Zusammenarbeit von allen Planungsbeteiligten. Die Gebäudehülle, eine fugenlose, vor Ort gegossene Betonhaut, besteht aus einer speziell hergestellten Steinmischung. Der schwarz eingefärbten

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Grundriss Erdgeschoss Maßstab 1:750 Unterhalb des Schlosses liegt das Kunstmuseum Liechtenstein in der Innenstadt von Vaduz. Fünf Monate lang haben Arbeiter die Oberfläche des Betons hydraulisch abgeschliffen. Die glänzende Imprägnierung verleiht dem Beton das Aussehen von poliertem Naturstein und schützt ihn gleichzeitig vor Graffiti. Aus der Nähe betrachtet werden einzelne Zuschlagstoffe der Betonzusammensetzung sichtbar.

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Planen mit Beton

Reliefbeton – Universitätsbibliothek in Utrecht

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Basierend auf einem Masterplan von Rem Koolhaas wurde der Universitätscampus Uithof im Südosten von Utrecht nachverdichtet. Das neue Zentrum bildet ein von außen massiv erscheinender, dunkel schimmernder Kubus: die Bibliothek von Wiel Arets. Über eine Brücke mit den Nachbargebäuden verbunden und gestalterisch mit dem neuen Parkhaus zu einem Ensemble zusammengefasst, wirkt der mächtige Baukörper trotz seiner physischen Dominanz nicht als Solitär. Ein Auditorium, Läden und eine Espressobar binden die Bibliothek in das Leben auf dem Campus ein. Vor allem aber der »Erlebnisraum« des bis zu 33 m hohen Lesesaals, der bis in die späten Abendstunden geöffnet ist, macht das Gebäude zu einem beliebten Treffpunkt am zentralen Platz der Hochschule. Auch die Fassade ist keinesfalls hermetisch. Ein abstrahiertes Motiv von Weidenzweigen gibt den Betonflächen als

Universitätsbibliothek in Utrecht 2004 Architekt: Wiel Arets, Maastricht Bauherr: Universität Utrecht Tragwerksplaner: ABT Adviseurs in Bouwtechniek, Arnheim/Delft Reliefbetonschalung: NOE Schaltechnik, Süssen Fassadenmotiv: Atelier Kim Zwarts, Maastricht

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Relief eine haptische Qualität, den Verglasungen verleiht es als Siebdruck Tiefe. Koolhaas’ Leitbild der »Kashbah«, einer verdichteten nordafrikanischen Speicherburg, haben die Architekten vom Städtebau auf die räumliche Gestaltung des Gebäudes übertragen: Die erforderliche Magazinfläche ist auf einzelne Depots verteilt, die zwischen den Leseplattformen wie »Wolken« in dem kubischen Baukörper schweben. Schwarze Wände sollen die Konzentration beim Lesen fördern; der offene Raum und die großen Glasflächen sorgen für eine helle Atmosphäre, die zur Kommunikation anregt. Konstruktion Die Hauptstruktur der achtgeschossigen Bibliothek besteht aus 40 cm dicken Stahlbetonschotten mit großen Öffnungen und einem Achsabstand von 12,90 m. Die Decken aus 32 bzw. 40 cm starken vorgespannten Beton-Hohldielen bilden mit

Beispiele Oberflächengestaltung Reliefbeton

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einer 80 mm hohen Aufbetonlage einen Verbund. Sie können im Lesesaal Lasten bis 800 kg/m3 und in den Magazinen bis 1300 kg/m3 aufnehmen. Vier Kerne steifen das Gebäude in Längsrichtung aus, die Queraussteifung leisten die Betonschotten. Wegen der großen Gebäudelänge von 100 m wurde im mittleren Feld eine Bewegungsfuge ausgebildet; in diesem zentralen Bereich nimmt der Luftraum der Halle die Längenänderung auf. Wände und Stützen bestehen überwiegend aus Hochfestem B45-Ortbeton, an einigen Stellen wurde sogar die Druckfestigkeitsklasse B65 verwendet. Durch Beton dieser Qualität können die Wandscheiben trotz relativ schlanker Querschnitte die hohen Normalkräfte sowie Spannungsspitzen aufnehmen. Da die Tragstruktur aus zu wenigen identischen Bauteilen besteht, war der Einsatz von Fertigteilen in diesem Bereich nicht wirtschaftlich. Lediglich die Fassadenplatten der Außenwände wurden in B35 als Fertigteile ausgeführt, da sich das gleiche Element oft wiederholt und die Platten nur ihr Eigengewicht tragen müssen. Die Maximalgröße eines Fassadenelements beträgt 1,60 m (Breite) ≈ 3,45 m (Höhe). Oberflächenrelief Um den Inhalt der Magazine sichtbar zu machen, wurden deren Wände mit einer reliefierten Oberfläche geschalt. Als Muster dient dasselbe Motiv, mit dem die Scheiben der Glasfassaden bedruckt sind. Ausgangspunkt war eine Fotografie des Künstlers Kim Zwarts, die auf vier Graustufen abstrahiert wurde. Da es nicht möglich war, aus dieser Vorlage dreidimensionale Daten für eine CNC-Fräse zu generieren, wurde das Relief von Hand aus einer Polyurethanplatte ausgeschnitten. Jedem Grauwert wurde dabei eine Ebene zugewiesen; die maximale Tiefe

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beträgt 25 mm. Von diesem Relief wurde eine Gummimatte als Mutterform gegossen und nachträglich an den Kanten abgeschrägt, um die Form später besser aus dem Beton lösen zu können. Ein Gipsabdruck dieses Prototyps lieferte schließlich die Negativform, mit der die Schalungseinlagen aus Gummi gegossen wurden. Mit dem Einlegen in eine Ortbetonschalung hatte die ausführende Firma jedoch wenig Erfahrung. Viele Testläufe waren erforderlich, um die beste Ablösetechnik der Matten und vor allem das dafür geeignete Schalöl herauszufinden. Bei den Ortbetonschalungen konnte eine Matte – entgegen den Prognosen des Herstellers, der von einem viermaligen Einsatz ausging –, im Durchschnitt nur zweimal verwendet werden. Ursachen dafür waren die unterschiedlichen Höhen der ersten beiden Geschosse, die vielen Sondergrößen der einzelnen Felder und die Abnutzung der Matrizen durch die hohe Anzahl an Spannlöchern. Farbe Während des Entwurfs wurde zunächst der Einsatz von eingefärbtem Beton in Erwägung gezogen, d. h. eine Betonzusammensetzung mit Farbpigmenten. Es gab jedoch verschiedene Gründe davon Abstand zu nehmen: Erfahrungen mit bisherigen Projekten haben gezeigt, dass eine gleichmäßige Farbigkeit bei diesem Vorgehen nicht gewährleistet werden kann. Außerdem war es schwierig angesichts der langen Bauzeit und der enormen Menge an Beton, der auf der Baustelle verarbeitet werden musste, einen einheitlichen Schwarzton für alle Bauteile zu garantieren. Da eingefärbter Beton darüber hinaus sehr teuer ist, wurde nach Alternativen gesucht. Schließlich erhielt der Beton nach dem Aushärten einen schwarzen, deckenden Anstrich.

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Grundriss 6. Obergeschoss Maßstab 1:1000 Reliefbeton und siebbedruckte Glasflächen wechseln sich an der Fassade ab. liegende Schalung mit eingelegter Gummimatrize für das Gießen von Fertigteilen stehende Ortbetonschalung mit eingelegten Gummimatrizen und Bewehrung Ausschalen von Ortbetonoberflächen Nahaufnahme der fertigen Reliefbetonoberfläche mit schwarzem Anstrich

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Planen mit Beton

Raue Textur – Jugendateliers in Mouans-Sartoux

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Ende der 1980er-Jahre hatte die Gemeinde von Mouans-Sartoux, ein französisches Städtchen in der Nähe von Cannes, das alte Schloss gekauft und darin 1990 das Museum für Konkrete Kunst eingerichtet. Die Jugendateliers des Museums L’ Espace de l’Art Concret sind auf Initiative des Bürgermeisters und des Künstlers Gottfried Honegger entstanden. Das zusätzliche Raumprogramm, das es Kindern und Jugendlichen ermöglicht, durch theoretischen Unterricht und das Experimentieren mit verschiedenen Techniken ihren Blick für Kunst zu schulen, sollte zunächst im Schloss untergebracht werden. Der dafür vorgesehene Raum erwies sich allerdings schon bald als zu klein. Daraufhin entwickelte der Architekt und Bühnenbildner Marc Barani eine Erweiterung, die aus drei Elementen besteht: eine runde Freibühne für Theateraufführungen und Konzerte am Fuße der Schlossmauer, einen Werkhof im Wald, der für Bildhauerei genutzt wird, sowie das Ateliergebäude mit unterschiedlichen Werkstätten. Entwurfskonzept Vom Schloss her kommend bildet das Dach des in den Hang gegrabenen Quaders eine Aussichtsterrasse mit Blick auf den Schlosspark und den Wald. Umlaufende Geländer und Sitzstufen aus Hartholz sowie ein mit Wasser gefülltes Becken laden zum Verweilen ein. Zum Eingang der Ateliers steigt man eine Treppe hinunter, die wie eine Trennfuge zwischen dem Neubau und der alten Schlossmauer liegt. Der Eingangsbereich ist zur Theaterbühne hin großzügig verglast und bezieht so den vorgelagerten Freibereich in das Gebäude mit ein. Die anderen Fassaden sind dagegen weitgehend geschlossen. Nur die zum Park gewandte Seite wird durch kleine Öffnungen unterschiedlicher Formate akzentuiert, die gezielte Aus-

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blicke auf den Schlosspark bieten. Trotzdem wirken die Innenräume hell, denn durch eine Fläche aus Glasbausteinen und den Glasboden des Wasserbeckens auf der Dachterrasse fällt Licht in die hinteren Bereiche der Malateliers. Oberflächen Als Kontrast zu dem Bruchsteinmauerwerk der Schlossmauern sind die Sichtbetonflächen besonders glatt ausgeführt. Nur die zum Park gewandte Fassade hat eine ausdrücklich raue Textur. Um diese spezielle Oberfläche zu erreichen, wurden in die Schalung zusätzlich 10 Zentimeter breite, sandgestrahlte Bretter aus Kiefernholz eingelegt. Damit keine Fugen die Textur stören, wurde die 18 ≈ 4 Meter große Wand in einem Stück geschalt. Unterschiedliche Stärken und kleine Abstände zwischen den Schalungsbrettern führten dazu, dass sich jedes einzelne Brett deutlich abzeichnet. Auf diese Weise ist eine lebendige Oberfläche entstanden, die den Dialog zwischen dem Neubau und dem historischen Bruchsteinmauerwerk der Schlossmauer unterstreicht.

Jugendateliers in Mouans-Sartoux 1998 Architekten: Atelier Barani, Nizza Bauherr: Ville de Mouans-Sartoux, Alpes Maritimes Tragwerksplaner: Dinatech, Mouans-Sartoux Rohbau: Savonitto, Roquefort-Les-Pins

Beispiele Oberflächengestaltung Raue Textur

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Eingangsfassade Lageplan Maßstab 1:2000 Schnitt Maßstab 1:500 Grundriss Maßstab 1:500 Atelier für Computerkunst raue Oberflächentextur der Parkfassade

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Sichtbeton

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Gestaltung von Sichtbetonbauten Andreas Meck, Susanne Frank

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Beispiele: Jugend- und Pfarrheim in Thalmässing Aussegnungshalle in München Bibliotheks- und Hörsaalgebäude in Weimar

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Sichtbetonoberflächen

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Sichtbeton – Planung und Ausführung Martin Peck

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Planungshilfe Merkblatt Sichtbetonklassen Schalhautklassen Planung und Vergabe Beurteilung

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Sichtbeton

Gestaltung von Sichtbetonbauten Andreas Meck Susanne Frank

1 Das Beton-Lied Beton, Beton, Beton – Beton, Beton Beton Beton. Waschbeton, Mischbeton, Fein- Stahl- Fertigbeton. Mir baun uns a haltbare Welt, die in fuchzg tausend Jahr aa no hält. Beton, Beton, Beton – Beton, haltbarer Billig-Beton. De Kirch, as Rathaus, Ton in Ton, ois aus gediegenem Farbigbeton. Farbig-Beton, Billig-Beton, haltbarer Fertig-Beton. Vier eigene Wänd aus Fertig-Beton, mit an Loch drin, des tuats nachad schon. Beton, Beton, Beton – Beton, a kloans Paradies aus Beton. In der Nachbarschaft ham ses fei alle schon, eahna gemüatlichs kloans Häuserl aus Stahl-Beton. Beton, Beton, Beton – Beton, Bett, Zaun, Zukunft: Beton. Kaum graut der Morgen, na siehgst n schon, phantasievoll und praktisch glänzt er in der Sonn, da Misch-Beton, da Stahlbeton, da Fein- Wasch- Klar- Sicht-Beton. Wartungsfrei, sauber, keimfrei und schön, ma ko si glei gar net gnua an eahm sehgn, am Misch-Beton, am Stahlbeton, am Fein-Wasch-Klar-Sicht-Beton. Beton, Beton, Beton – Beton, Paradies aus Fertigbeton.

Gerhard Polt / Hanns Christian Müller

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Kaum ein anderer Baustoff prägt das Erscheinungsbild unserer Umgebung mehr als Beton. Dabei sind es vor allem die Rohbauten, bei denen Beton in seiner Selbstverständlichkeit als Konstruktionsmaterial akzeptiert ist. Anders verhält es sich, wenn »roh« gleich »fertig« ist, wir also von Sichtbeton sprechen. »Bleibt das etwa so?« Nicht selten wird man als Architekt mit der ungläubigen Frage eines Betrachters konfrontiert, der davon ausgeht, dass die Sichtbetonfläche eine Art Zwischenzustand darstellt und die Oberfläche noch geputzt und gestrichen wird. Unwillkürlich, so scheint es, übertragen sich die Assoziationen, die der Beton als Rohbau hervorruft – unfertig und roh, pragmatisch und wenig atmosphärisch – auch auf bewusst gestaltete Sichtbetonoberflächen. Aber geht es dabei wirklich um das Material an sich oder vielmehr um die Tatsache, dass man dem Beton, der häufig als reines Konstruktionsmaterial und als Baustoff für Ingenieurbauten verwendet wird, jegliches Potenzial abspricht, auch gestalterisch bewusst und anspruchsvoll eingesetzt zu werden? Vielleicht liegt diese Vorstellung auch darin begründet, dass mit Beton alles gemacht werden kann und letztendlich auch gemacht wird – häufig allerdings unreflektiert. Der Ausdruck des »Zubetonierens« kommt nicht von ungefähr. Dennoch: ist Beton wirklich »nur« haltbar, billig, sauber, wartungsfrei und praktisch, wie es in dem »Beton-Lied« anklingt? Auch wenn Gerhard Polt Klischees und die gängigen Meinungsbilder karrikiert, so schwingt doch noch etwas anderes mit: die Vielfalt des Materials. Im Unterschied zu den pragmatischen Aspekten stehen die zahlreichen Gestaltungsmöglichkeiten im Umgang mit Beton

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selten im Vordergrund, obwohl es viele beeindruckende Beispiele gibt, die zeigen, welch sinnliche Qualitäten Betonoberflächen besitzen können. So hat etwa Le Corbusier eindrucksvoll bewiesen, wie vortrefflich sich Beton zur plastischen, künstlerischen Gestaltung von Baukörpern verwenden lässt (Abb. 1). Zusammen mit der Lichtführung erstrahlen die rauen Oberflächen seines »Beton brut« voller Kraft und Sinnlichkeit. Oder Tadao Ando: Die glatt geschalten Flächen seiner Gebäude mit ihren samtig anmutenden Oberflächen (Abb. 2) beeindrucken durch ein hohes Maß an Haptik und Poesie, beispielsweise durch in die Schalung eingelegte Blätter bei dem Konferenzgebäude in Weil am Rhein (Abb. 5). Die Schweizer Architekten Jacques Herzog & Pierre de Meuron arbeiten bei der Bibliothek in Eberswalde mit bedruckten Beton- und Glasflächen. Durch eine vollständige Bedruckung werden die Oberflächen vereinheitlicht sowie die Materialunterschiede zwischen Beton und Glas scheinbar aufgehoben (Abb. 3). Bei der Wohnbebauung in Lyon der Architekten Jourda & Perraudin belebt dagegen Farbe die Betonfassade eindrucksvoll (Abb. 4). In diesen Zusammenhang gehören auch die Werke Eduardo Chillidas, der beeindruckende Großplastiken aus Beton geschaffen hat und den Umgang mit dem Material aus der Perspektive des Künstlers und Bildhauers zeigt. Sinnlichkeit, Poesie und Atmosphäre Die genannten Beispiele belegen, dass Beton voller Kraft, Ausdruck und sinnlich poetischer Qualität erscheinen kann – immer dann, wenn das Material reflektiert und im architektonisch-baukünstlerischen Sinn eingesetzt wird.

Gestalten mit Sichtbeton

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Alle denkbaren Varianten und Möglichkeiten im Umgang mit Sichtbetonflächen an dieser Stelle darzustellen wäre schwierig, da das Spektrum enorm ist und das »Sensationelle« neuer Gestaltungen vor keiner Fachzeitschrift Halt macht. Es geht auf den folgenden Seiten vielmehr darum, die Vielfalt von Sichtbeton in Bezug auf ihre Bedeutung für das architektonische Konzept zu bewerten: Wie wird über die Gestaltung der Oberfläche das Erscheinungsbild eines Gebäudes geprägt und wie eine entwerferische Vorstellung transportiert? Die Projekte haben eins gemeinsam: Sie sind alle vor Ort aus Beton gegossen, jedoch unter vollkommen unterschiedlichen Voraussetzungen und Gestaltungsabsichten. Es wird erläutert, warum das jeweilige Projekt in Beton und in der dargestellten Oberflächenqualität realisiert wurde und was bei dem Bauwerk mit dem Material Beton erreicht werden sollte. Die Konstruktionen sind im Zusammenhang mit dem Entwurfskonzept dargestellt. Dabei spielt der Kontext immer eine wichtige Rolle. Jedes Gebäude steht in Beziehung zu seiner Umgebung. Die Gestaltung des Baukörpers, seine plastische Ausbildung, seine Proportion sowie die Gestaltung des Innen- und Außenraums antworten auf dieses Umfeld. Ebenso beeinflussen gesellschaftliche und geschichtliche Gegebenheiten den Entwurfsprozess. Ein architektonisches Konzept, also ein Bild oder eine Idee zu realisieren, bedeutet, sich mit Materialität auseinander zu setzen, den Zusammenhang zwischen Form und Material zu erkennen. Ein Baukörper wird in das Ganze eingepasst. Mit der Gestaltung seiner Oberflächen erhält er Feinschliff

und Präzision. Die fertigen Oberflächen transportieren haptische und sinnliche Qualität.

Beschaffenheit der Schalhaut als auch durch die Art der Nachbearbeitung festgelegt wird. Folgende Kriterien beeinflussen im Zusammenhang mit dem Entstehungsprozess die Gestalt der fertigen Fläche:

Beton – Sichtbeton Was verbirgt sich hinter dem Begriff »Sichtbeton«? Grundsätzlich kann ein Gebäude aus Beton zweierlei »Zustandsformen« haben. Entweder ist es roh, d. h. noch nicht fertig, der Rohbau ist also die »konstruktive Basisform«. Oder es ist fertig – dann sprechen wir von Sichtbeton. Diese beiden Grundformen unterscheiden sich in einem Punkt. Beim Einsatz von Beton als reines Konstruktionsmaterial für den Rohbau ändert sich das äußere Erscheinungsbild eines Gebäudes noch maßgebend, da die tragende Rohkonstruktion »weiterbearbeitet« wird, d. h. die Fassaden noch bekleidet werden. Der Beton ist danach nicht mehr sichtbar. Anders verhält es sich, wenn der Beton als fertige Oberfläche bestehen bleibt. Er besitzt in einigen Fällen auch dann eine tragende Funktion, gleichzeitig ist er das sichtbare Material der Außenhaut: Sichtbeton.

• die Betonzusammensetzung mit der Art der gewählten Gesteinskörnungen und Zusätze, • die Oberflächenstruktur des Schalungsmaterials, • die Fugen (Schalungs- und Arbeitsfugen), • die Spannlöcher, die nach dem Ausschalen im Idealfall ein geordnetes Bild der Ankerkonen hinterlassen. Damit das realisierte Gebäude dem architektonischen Konzept entspricht, erfordert eine Sichtbetonfassade demnach eine präzise und vorausschauende Planung. 1 2 3

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Die Zusammensetzung eines Betons spielt für das Erscheinungsbild seiner Oberfläche eine bedeutende Rolle. Sie wird durch die Art der gewählten Gesteinskörnungen und Zusätze bestimmt. So ermöglicht beispielsweise die Zugabe von Farbpigmenten, Beton einzufärben. Je nach Gestaltungsabsicht kann die Sichtbetonfläche auch nachbearbeitet und veredelt werden. Die Gestaltung der Oberfläche, der »Haut« des Gebäudes, prägt entscheidend seinen Charakter. Kein Wunder also, dass diesem Thema eine ganz besondere Bedeutung zukommt. Für die technologische Umsetzung bedeutet dies, dass die Qualität der fertigen Oberfläche sowohl durch die Zusammensetzung des Betons, die Qualität und

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Kloster La Tourette in Eveux 1960 Architekt: Le Corbusier Haus Koshino in Ashinga 1979–81 Architekt: Tadao Ando bedruckte Sichtbetonfassade (Fotobeton), Bibliothek für Forstwirtschaft in Eberswalde 1999 Architekten: Herzog & de Meuron Wohnbebauung in Lyon 1994 Architekten: Jourda & Perraudin Sichtbetonoberfläche mit eingelegten Blättern, Vitra Konferenzpavillion in Weil am Rhein 1993 Architekt: Tadao Ando

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Sichtbeton

Jugend- und Pfarrheim in Thalmässing

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Der Entwurf des Pfarr- und Jugendheims ist im Kontext eines wichtigen bestehenden Gebäudes zu sehen: Die Gemeinde Thalmässing besitzt eine kleine, in ihrer Gestaltung und Detailausbildung liebenswerte alte Pfarrkirche, die auf einem Hang steht. Das neue Pfarrheim respektiert in seiner Höhenentwicklung und Lage die Bedeutung der Kirche als sinnstiftendes und prägendes Gebäude. Es übt sich in Auftritt wie Materialität in Bescheidenheit und überlässt Farbe und Ornament der Kirche. Zwischen Pfarr- und Jugendheim und Kirche liegt ein Platz, der die beiden Gebäude zu einem Ensemble zusammenbindet. Pfarrsaal und Foyer öffnen sich in ihrer ganzen Breite zur Kirche. Der kubische, ansonsten nahezu vollständig geschlossene Baukörper ist zur Platzseite hin tief ausgehöhlt. Alt und Neu werden so zueinander in Bezug gesetzt, die Kirchenfassade begrenzt den Raum. Sie gibt dem Pfarrsaal Weite, Sinn und Zugehörigkeit. Im Kontrast zur äußeren, glatten Hülle des Gebäudes steht die Struktur der Materia-

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Jugend- und Pfarrheim in Thalmässing 2004 Architekten: meck architekten, München Bauherr: Diözese Eichstätt, Pfarrgemeinde Thalmässing Tragwerksplaner: Ingenieurbüro Hans-Ludwig Haushofer, Markt Schwaben Baumeisterarbeiten: ARLT, Nördlingen

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lien in den Innenräumen, die weitgehend mit einer Eichenholzschalung bekleidet sind. Ein feinmaschiges Geflecht aus Weiden verleiht dem Pfarrsaal eine warme Atmosphäre. Monolith mit homogener Oberfläche Das Gebäude wirkt durch seine Einfachheit und Selbstverständlichkeit, es strahlt Ruhe und Gelassenheit aus. Der monolithische Baukörper, ganz aus Beton gegossen, erhält seine Kraft durch Reduktion und konkurriert nicht mit der Kirche. Das Volumen wird durch wenige, präzise Einschnitte wie eine Plastik modelliert. Seine samtig glatten Oberflächen erscheinen ruhig und homogen. Für die Umsetzung dieses Entwurfgedankens durfte das Gebäude kein prägnantes Fugenbild erhalten, nicht vermeidbare Fugen mussten sich unterordnen. Dies stellte eine Herausforderung für die Planung und Herstellung des Betons dar, widerspricht doch zunächst der Wunsch nach einem monolithischen Erscheinungsbild der Umsetzung, da Betonieren immer

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abschnittsweises Arbeiten bedeutet – ein Vorgang, der Spuren hinterlässt.

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Bei dem Pfarrheim wurde diese Schwierigkeit überwunden durch die Verwendung einer großflächigen Schalung mit glatter Oberfläche, die es ermöglichte, aufgrund der geringen Gebäudehöhe ganz auf horizontale Schalungsstöße zu verzichten. Neben einer gleichmäßigen Aufteilung der Schaltafeln auf die Fläche wurde in der Planung auf eine regelmäßige Verteilung der Ankerlöcher über die gesamte Fassadenfläche geachtet.

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Die Längen der Betonierabschnitte stimmen mit den vertikalen Schalungsstößen überein. Die einzelnen Abschnitte wurden in voller Höhe durchbetoniert, sodass keine horizontalen Arbeitsfugen entstanden. Dafür wurden Bodenplatten und Geschossdecken zwischen die in einem Zug betonierten Außenwände gehängt, eine Besonderheit im Bauablauf. Ebenso war in der Ausführungsplanung der sorgfältige Umgang mit konstruktiv erforderlichen Fugen zu berücksichtigen, die in der Regel eine deutlich wahrnehmbare optische Zäsur darstellen. Auch die Dehnfugen, die in diesem Fall aus der Beschaffenheit des Baugrunds resultieren, ordnen sich dem Gesamterscheinungsbild unter. Sie zeigen sich zur Außenseite nur als messerscharfe Einschnitte in der Betonfläche und sind nach dem Ausschalen mit einer Diamantfräse hergestellt. Die nur 4 mm breiten Schnitte fallen jeweils mit den Fugen der Schalungsstöße zusammen. Zur Wandinnenseite ist das konstruktiv erforderliche Maß von 20 mm ausgespart (Abb. 4 – 5). Abstraktion, Reduktion Die monolithische Wirkung des Gebäudes wird verstärkt, es kommt ohne störende Details aus.

So ist etwa die Attika besonders ausgeführt, da das übliche Detail – Blechabdeckung mit sichtbarer Blechkante – nicht mit der gestalterischen Konzeption zu vereinbaren war. Die Gestaltung des Dachrands sollte zwar den konstruktiven Anforderungen – Befestigung der Dachabdichtung und Schutz der Oberseite vor eindringendem Wasser – genügen, durfte jedoch nicht an den Fassaden des Gebäudes sichtbar sein. Statt ein zusätzliches neues Material zur Abdeckung der Attika einzubringen, wurde das Dachrandprofil ebenfalls aus Beton gegossen. Das Nachverdichten der oberen Betonschichten im Attikabereich erzielte eine höhere Dichte der Betonstruktur und damit eine größere Widerstandsfähigkeit gegen eindringendes Wasser. Zum zusätzlichen Schutz der nach innen geneigten Flächen wurde die Attikaoberseite grundiert und mit einer imprägnierenden Mehrfachbeschichtung versehen, während die seitlichen Flächen unbehandelt blieben.

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Ansicht von Süden Lageplan Maßstab 1:2000 a Pfarrkirche St. Peter und Paul b Pfarr- und Jugendheim Ansicht von Nordwesten Horizontalschnitt Fassade mit vertikaler Dehnungsfuge Maßstab 1:20 vertikale Dehnfuge Innenansicht Außenwand Vertikalschnitt Fassade Maßstab 1:20 c Wandaufbau: Sichtbeton 300 mm Wärmedämmung Schaumglas 100 mm Vormauerung Ziegel 115 mm d Weidengeflecht auf Holzunterkonstruktion e Dachaufbau: Kies 50 mm Abdichtung Polyolefinbahn Gefälledämmung Wärmedämmung Polystyrolhartschaum 90 –240 mm Dampfsperre Bitumenbahn Stahlbeton 350 mm Wärmedämmung Foamglas 100 mm Dampfsperre abgehängte Decke Eiche lasiert 20 mm f Rahmen Eiche lasiert laibungstief

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Aussegnungshalle in München

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Anders als das Pfarr- und Jugendheim in Thalmässing entstand die Aussegnungshalle in einem städtebaulichen Kontext, der wenig Anregung für die Entwurfsaufgabe bot. Das Grundstück, ein ehemaliger Parkplatz mit Müllsammelstelle, ist umgeben von Kleingartensiedlungen, einem Gewerbegebiet und der nahe gelegenen Autobahn. Ein für eine Aussegnungshalle würdiger Ort musste erst geschaffen werden. Gegenüber dem Eingang zu dem bestehenden, alten Friedhof sind die neuen Friedhofsgebäude als strenges, fast klösterliches Geviert in dem angrenzenden, fließenden Landschaftspark Riem angeordnet. Die einfachen, klaren Baukörper bilden zusammen mit den rauen Umfassungsmauern einen Ort der Stille. Drei Höfe gliedern die Anlage. Vom mittleren, ruhigen Eingangshof führen Wege zum Friedhof, in die Aussegnungshalle, zu den Aufbahrungszellen und zum Eingang des alten Friedhofbereichs. Die Aussegnungshalle ist unter ein bergendes Betondach gestellt: Ein glatter Eichenholzkubus, der einen Gegensatz bildet zu den rauen, aus Bruchsteinen gemauerten Hofumfassungswänden und den Böden aus Naturstein.

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Aussegnungshalle in München 2000 Architekten: Andreas Meck (meck architekten) und Stephan Köppel, München Bauherr: MRG-Maßnahmenträger München-Riem Tragwerksplaner: Dieter Herrschmann, München Technische Beratung Sichtbeton: Bauberatung Zement, München Baumeisterarbeiten: Bauunternehmung Hoser, Markt Schwaben

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Die Stimmung in den Innenräumen ist geprägt durch den warmen Holzton der Umfassungswände und besitzt einen introvertierten, sakralen Charakter, der durch die Vermeidung eines direkten Ausblicks entsteht. Eine golden schimmernde Wasserfläche als Blickpunkt verleiht dem Raum sein besonderes Licht und seine meditative Atmosphäre. Der »Stein« Die Gebäude sind als schwere, »aus der Erde wachsende« Körper konzipiert: Eiche, Wetterfester Baustahl und vor allem der »Stein«, Sichtbeton und Naturstein, bestimmen das Bild. Die plastisch geformten Volumen strahlen Ruhe, Würde und Gelassenheit aus. In der freien Landschaft weithin sichtbar, tritt das weit gespannte, »steinerne« Dach in Erscheinung. Die skulpturalen Baukörper mit ihren homogen erscheinenden Oberflächen sind aus Stahlbeton geformt, dessen Eigenschaften der Konzeption des Gebäudes in idealer Weise entsprechen, da der Formgebung des Materials nahezu keine Grenzen gesetzt sind. Mit Beton können problemlos auch große Spannweiten überbrückt werden, daher

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ließ sich das Bild des weit gespannten, »steinernen« Dachs aus nur diesem Material realisieren. Differenzierte Oberflächen Darüber hinaus bietet Beton die Möglichkeit, Oberflächen differenziert nach den konzeptionellen Anforderungen zu gestalten – eine weitere Materialeigenschaft, die entscheidend für die Umsetzung des Entwurfs war. Je nach Art der verwendeten Schalhaut und der Nachbearbeitung des Betons können unterschiedliche Oberflächen erreicht werden, die eine Qualitätssteigerung von außen nach innen und von rau nach glatt ermöglichen. Die Außenflächen der Aussegnungshalle und der angrenzenden Kernbereiche sind raue, homogene Sichtbetonflächen, die ihre Strukturierung durch nachträgliches Stocken erhalten haben. Durch diese Art der Nachbearbeitung werden die Gesteinskörnungen im Beton freigelegt, sodass die Oberflächen ein einheitliches Erscheinungsbild zeigen. Dabei ist schon in der Planungsphase die erforderliche höhere Betondeckung zu beachten, ohne die eine derartige spätere Nachbe-

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arbeitung der Flächen nicht möglich ist. Der Beton erhält durch die beim Stocken sichtbar gewordene Gesteinskörnung den Charakter der Oberfläche eines steinmetzmäßig bearbeiteten Grabsteins. Die nach innen weisenden Betonflächen sind durch die Verwendung einer Bretterschalung mit stark saugender Oberfläche linear gegliedert. Der Abdruck der sägerauen Schalbretter verleiht dem Beton eine lebendige Brettstruktur, die eine optische Referenz zum Eichenholzkubus darstellt und auf das edlere Material Holz verweist, das das Innere des Gebäudes bekleidet.

Altern in Würde Alle verwendeten Materialien sind massiv und unbehandelt belassen. Ihr natürliches Altern im Laufe der Zeit ist beabsichtigt und in der Auseinandersetzung mit dem Thema der Vergänglichkeit Teil des architektonischen Konzepts. Die steinerne Skulptur altert »in Würde«, dem Ort entsprechend.

Im Innenraum sind die Materialien nach ihren optischen und haptischen Qualitäten differenziert eingesetzt: Sowohl das Holz als auch der Beton besitzen glatte Oberflächen, die beim Beton durch glatte Schaltafeln mit leicht saugender Oberfläche erzeugt wurden. Im Besuchergang zu den Aufbahrungszellen sind die Oberflächen des Betons in den Bereichen, in denen der Trauernde mit ihnen in Berührung kommt, durch nachträgliches Schleifen zusätzlich veredelt.

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Ansicht von Osten, Fassade aus gestocktem Beton Lageplan Maßstab 1:5000 Innenhof mit Blick zur Aussegnungshalle Glockenturm, Sichtbetonfläche mit Struktur der sägerauen Bretterschalung Eichenholzkubus der Aussegnungshalle, Dach aus gestocktem Beton Gang mit Aufbahrungszellen, brettergeschalte Sichtbetonfläche, Brüstungsoberflächen aus geschliffenem Beton

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Bibliotheks- und Hörsaalgebäude in Weimar

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Das neue Bibliotheks- und Hörsaalgebäude der Bauhaus-Universität Weimar ist geprägt durch den Bezug zur historischen Bebauung der Stadt und durch das Thema des Einfügens in einen innerstädtischen Bestand. a

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öffentlicher Plätze und Höfe verknüpfen den Ort mit dem Stadtraum. In den Geländesprung der von Süd nach Nord fallenden Topographie ist der Hörsaal integriert. So entstehen zwei Zugangsbereiche, einer davon auf Ebene der Bibliothek, der andere vor dem Hörsaal.

Das Grundstück, ein ehemaliges, vorher nicht öffentlich zugängliches Industrieareal, befindet sich in unmittelbarer Nähe zum historischen Zentrum Weimars mit dem Goethehaus am Frauenplan. Nach der Wiedervereinigung Deutschlands 1989 eröffnete sich mit der geplanten Umnutzung des Geländes und dem damit verbundenen Abbruch der nicht erhaltenswerten Bausubstanz die Möglichkeit, das Areal neu zu strukturieren und wieder mit dem Stadtraum zu verbinden.

»Passstück« Der neue Baukörper fügt sich als »Passstück« in den städtebaulichen Kontext ein, bricht aber gleichzeitig aus dem Block aus. Mit einer deutlichen Geste artikuliert sich der fünfgeschossige Bibliotheksbau im Stadtraum der Steubenstraße und stellt sich weithin sichtbar als modernes öffentliches Gebäude im historischen Stadtinnern dar. Die Bibliothek lehnt sich in ihrer Gestaltung an das Bild eines Bücherregals an. Das Gebäude erscheint wie ein großer Rahmen (einem Regal vergleichbar), in den die Regalreihen eingestellt sind wie Bücher in Regalböden. Das Innere ist ganz mit Holz ausgeschlagen, entsprechend der »hölzernen Bibliothek« der alten Herzogin Anna Amalia Bibliothek, die ebenfalls als hölzerner Korpus in einen massiven Bau eingestellt wurde.

Das zweiflügelige Gebäude ordnet die räumlichen Bezüge innerhalb des Blocks neu. Der Bibliothekstrakt öffnet sich mit einer großzügig verglasten Fassade zu einem Platz im Innern des Quartiers – dem Hochschulforum – während sich der Verwaltungs- und Bürobereich dem ruhigen Innenhof zum Frauenplan zuwendet. Fußwegeverbindungen in Nord-Süd- und in Ost-West-Richtung sowie eine Folge

Bibliotheks- und Hörsaalgebäude in Weimar 2005 Architekten: Andreas Meck (meck architekten) und Stephan Köppel (Phase 1– 4), München Bauherr: Freistaat Thüringen, vertreten durch das Staatsbauamt Erfurt Tragwerksplaner: Pabst & Partner Ingenieure, Weimar Maler- und Spachtelarbeiten: Reinhard Bergener, Niederorschel 3a

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»Gespannte Haut« Für Beton als Baumaterial sprachen mehrere Aspekte. Zum einen waren dies konstruktive Gründe. So erforderte die Umsetzung der Idee des »Bücherregals« und großer Raumvolumen wie dem des Hörsaals große Spannweiten, die sich mit Beton sehr gut realisieren lassen. Auch dem Thema des Einpassens wird dieses Material, das vor Ort gegossen wird und so »die Lücke füllt«, am besten gerecht. Von besonderer Bedeutung für die Wahl des Baustoffs war darüber hinaus die Fassadengestaltung im Kontext der historischen Bebauung. Die für Weimar typischen Gebäude sind mit Putz überzogene Fachwerkbauten, bei denen sich die Konstruktion unter der Putzhaut noch abzeichnet, »spürbar« ist. Diese Fassaden besitzen lebendige Oberflächen mit einem besonderen gestalterischen Reiz, da die konstruktive Schichtung ablesbar bleibt. Der Neubau interpretiert dieses traditionelle Thema auf zeitgemäße Art. Das Gebäude ist gänzlich in Sichtbeton realisiert und zwar – sowohl aus gestalterischen als auch aus wirtschaftlichen Gründen – ohne Anforderungen an die Oberflächenqualität. Die rohen Fassadenflächen wurden nach der Fertigstellung nachbearbeitet, poröse Stellen gespachtelt

und Unebenheiten verschliffen. So entstanden lebendige Oberflächen mit leichten Unregelmäßigkeiten. Dabei wird das Gießen des Betons ebenso augenscheinlich wie die »Handschrift« des Handwerkers beim Nachbearbeiten. Der Umgang mit der Fassadenfläche ähnelt der Vorgehensweise eines Bilderhauers, der einen Stein bearbeitet, indem er störende Stellen wegschleift, andere wiederum herausarbeitet. Entsprechend den historischen Fassaden, bei denen die Balken unter der Putzhaut ablesbar sind, spiegelt die sichtbare Betonstruktur das Konstruktionsprinzip des neuen Gebäudes wider. »Materialsichtigkeit« und Farbgebung Die besondere Qualität der Fassade liegt in der lebendigen Struktur der Betonoberfläche begründet, die durch den lasierenden Anstrich sichtbar bleibt und ihre Wirkung dadurch erhält, dass die Oberflächen nur partiell und nicht flächig nachbearbeitet sind. Die Flächen wirken, ähnlich dem Putz der historischen Gebäude, wie eine »gespannte Haut«. Dieser Bezug wird durch den dunkelgraue Farbton der Lasur verstärkt – ebenfalls eine Referenz an das historische Stadtbild.

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Ansicht von der Steubenstraße Lageplan Maßstab 1: 2500 a Bibliothek und Hörsaal b Zwischenbau mit Eingang und Foyer c Büros und Verwaltung Oberflächenbearbeitung der Fassade a Betonoberfläche nach dem Ausschalen, partiell gespachtelt b Betonoberfläche gereinigt, Teilbereiche geschliffen c Betonoberfläche fertig, Grundierung mit Ätzflüssigkeit, Anstrich mit mineralischer Lasur historische Fassade Ansicht von Süden Treppenraum Foyer, Betonoberfläche nachbearbeitet und lasiert

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Sichtbetonoberflächen

Sichtbeton ist nicht gleich Sichtbeton. Je nach Betonzusammensetzung, Schalung und Bearbeitung weist jede Oberfläche andere Qualitäten auf. Die Auswahl auf dieser Seite vermittelt einen Eindruck von den Möglichkeiten der Gestaltung, Bearbeitung und Behandlung von Sichtbetonflächen (Abb. 2– 8). Wie unterschiedlich das Ergebnis ausfallen kann, zeigen auch die Beispiele auf den Seiten 74 –79. Zunächst bestimmt die Betonzusammensetzung die Farbe und die Helligkeit, aber auch die Grundstruktur der Oberfläche. Je nach gewünschtem Effekt kann dies etwa durch die Wahl der Gesteinskörnung oder dem Zusatz von Farbpigmenten bzw. Zementen erfolgen. Die Schalung bestimmt als Negativabdruck im Wesentlichen die Textur der Oberfläche: Je nach eingesetztem Material und gewählter Vorbehandlung reichen die Variationen von rau bis glatt; Strukturen und Muster zeichnen sich ab. Darüber hinaus können Fugen zwischen den Schaltafeln und Ankerlöcher eine bewusste Gliederung erzeugen (Abb. 1). Letztlich können Sichtbetonoberflächen auch manuell nachbearbeitet werden; so lässt sich ihre Textur nach Wunsch bzw. Anforderung verändern. 1

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Sichtbetonflächen schalungsglatt und mit Brettstruktur, Schwimmbad in Arzúa 2001 Architekten: Antonio Raya, Carlos Quintáns, Cristóbal Crespo, La Coruña sägeraue Brettstruktur, ungehobelte Bretter, grauer Zement transparente Lasur, Mineralfarbe gesägter eingefärbter Beton, helle Gesteinskörnung, weißer Zement bossiert, Kalkstein-Gesteinskörnung, grauer Zement 6 ausgewaschene Betonoberfläche, farbige Gesteinskörnung mit rundem Korn, grauer Zement polierte Betonoberfläche, helle und dunkle Gesteinskörnung, weißer Zement unterschiedliche Oberflächenbearbeitung bei gleicher Betonrezeptur a schalungsglatt b gestrahlt c feingewaschen d gesäuert e scharriert f gespitzt 1

Sichtbetonoberflächen

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Sichtbeton – Planung und Ausführung Martin Peck

Unter Sichtbeton versteht man Betonflächen mit Anforderungen an das Aussehen. Die möglichen Ausprägungen von Ansichtsflächen aus Beton sind der Variabilität der Bauweise entsprechend vielfältig. Die Oberflächen lassen sich durch Schalhaut strukturieren, manuell nachbearbeiten oder auf andere Weise gestalten. Die gesamte Bandbreite gestalterischer Möglichkeiten zu erläutern ist kaum sinnvoll, da die jeweils bevorzugten Oberflächenmerkmale von architektonischen Trends abhängen und sich im Laufe der Zeit ändern. Anders als bei den großen Nutzbauwerken des Tief- oder Wasserbaus, wo sichtbare Betonflächen bauartbedingt entstehen und meist kein anspruchsvolles Gestaltungskonzept verfolgt wird, sind Sichtbetonflächen im repräsentativen Hochbau häufig ein zentrales architektonisches Ausdruckselement. Die jeweils bevorzugten Flächentexturen haben sich im Laufe der Zeit immer wieder verändert. Vor allem die im Ursprung rein baubetrieblich motivierte Entwicklung der Schalungs- und Schalhauttechnik hat der Entwicklung des Sichtbetons entscheidende Impulse gegeben. Das Aufkommen beschichteter Sperrholzplatten in den 1960er-Jahren zur wirtschaftlichen Umsetzung großer Betonflächen begründete letztlich den seit etwa 1980 währenden Trend zu glatten und möglichst makellosen Ansichtsflächen aus Beton. Die Herstellung von Sichtbetonflächen mit einer glatten, nicht saugenden Schalhaut gilt jedoch bis heute als »hohe Schule« des Betonbaus und ist in Aufwand und Ergebnis technisch noch immer schwer einzuschätzen. Sie birgt eine Reihe charakteristischer Probleme, die auch durch einen hohen Herstellungsaufwand nicht völlig auszuschließen sind. Dennoch hat die Realisierung von repräsentativen Sichtbetonbauwerken wie Museen, Theatern, Verwaltungs- und Regierungsbauwerken der Bauweise große Akzeptanz verschafft, sodass zunehmend auch Kirchen, Schulen sowie privatwirtschaftliche Nutz- und Verwaltungsbauten mit Sichtbetonflächen gestaltet und ausgeführt werden.

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glatte Sichtbetonoberfläche, hergestellt mit nicht saugender Schalung Krematorium in Berlin 1998 Architekten: Axel Schultes Architekten

Aufgrund des daraus entstehenden Bedarfs an fachlicher Beratung und technischen Regeln haben die beratenden Gemeinschaftsorganisationen der Materialhersteller, der ausführenden Bauunternehmen und der Bausachverständigen zum Bauen mit Sichtbeton umfangreiches Informationsmaterial veröffentlicht, das

anfangs allerdings weitgehend unabgestimmt war und den Mangel an normativen Bauregeln nicht kompensieren konnte. Ein von allen Beteiligten akzeptierter Stand der Technik war lange Zeit nicht erkennbar. Erst mit der Erarbeitung der ersten Fassung des »Merkblatts Sichtbeton« im Jahre 1977 durch den Deutschen Beton Verein in Kooperation mit der Bauberatung Zement und externen Fachleuten entstand ein Kompendium von Definitionen sowie Bau- und Beurteilungsregeln, das durch seine breite fachliche Akzeptanz rasch den Charakter einer anerkannten Regel der Technik erhielt. Mit fortschreitendem Kenntnisstand und angesichts veränderter Rechts- und Sachlagen empfahl sich zwischenzeitlich eine Überarbeitung des Merkblatts, die eine grundlegende Neustrukturierung der Inhalte mit sich brachte. Bei der Neubearbeitung sollte neben deutlicheren Regelungen zur Beurteilung der vertraglichen Leistung Sichtbeton vor allem eine stärkere Unterstützung der Planung erreicht werden. Die im August 2004 veröffentlichte Neufassung des Merkblatts markiert den aktuellen Kenntnisstand zu Planung, Ausführung und Beurteilung von Ansichtsflächen aus Beton im fachlichen Konsens der beratenden Organisationen. Vorstellung, Realisierung und Realität Üblicherweise entwirft der Architekt die Flächenmerkmale eines Sichtbetonbauwerks als Teil des gestalterischen Gesamtkonzepts. Die architektonische Planung muss zunächst den folgenden Randbedingungen genügen: • Der Gestaltungsentwurf für das geplante Bauwerk berücksichtigt die Vorstellungen und Vorgaben des Bauherrn hinsichtlich der geplanten Nutzung und eventueller gestalterischer oder materialbezogener Grundvorstellungen. Hierbei sind die Auflagen des Bebauungsplans und die Situation des Bauwerks im umgebenden Bestand oder in der Landschaft zu beachten. • Der Gestaltungsentwurf unterliegt jedoch in allen Details auch der Forderung der Ausführbarkeit, die im unmittelbaren Zusammenhang mit den geplanten Kosten und den Möglichkeiten der Bautechnik steht. Der Architekt muss also ein ausreichendes technisches Grundwissen haben, um erkennen zu können, ob, wie und mit welchem technischen Aufwand und Erfolg seine Gestaltung in Konstruktion und Fläche umgesetzt werden kann. Hierzu sind bei der Planung von Betonbauwerken

Sichtbeton – Planung und Ausführung

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auch Grundkenntnisse über die Materialtechnologie und über baubetriebliche Verfahren erforderlich. Bei der Planung von Sichtbetonflächen sollte bereits beim Entwurf der Oberflächenmerkmale eine Einschätzung der Schwierigkeit ihrer Herstellung, des wirtschaftlichen Aufwands und des technischen Erfolgsrisikos vorgenommen werden. Die technische Beschreibung der Leistungen zur Herstellung eines konstruktiven Stahlbetonbauteils in einem Leistungsverzeichnis ist unproblematisch. Sie erfordert üblicherweise nur die Erklärung der drei Hauptparameter Bauteilgeometrie, Betoneigenschaften und Bewehrungsinhalt. Diese Merkmale können mit wenig Aufwand eindeutig beschrieben werden (Normen, Ausführungspläne, Abmessungen etc.). Die Festlegung dieser konstruktiven Leistungsdetails geschieht meist nicht durch den gestaltenden Architekten, sondern durch den Tragwerksplaner. Die Beschreibung der Anforderungen an das Aussehen von Sichtbetonflächen bleibt hingegen Aufgabe des Architekten und ist ungleich schwieriger. Anders als bei der Reproduktion mess- und berechenbarer technischer Größen ist hierzu eine planerische Vorstellung zu vermitteln. Die Vorstellung des Planers vom Aussehen und von der Wirkung einer Sichtbetonfläche ist aber im Ursprung ein kreativer Gedanke, der nicht durch Normvorgaben beschrieben und möglicherweise losgelöst von material- und herstellungstechnischen Randbedingungen entstanden ist. Der Mangel an eindeutigen und allgemeinverständlichen Merkmalen und Begriffen zum Bauen mit Sichtbeton zwingt bei der Beschreibung der Leistung zur Improvisation. Aus diesem Grund misslingt die vertraglich eindeutige Beschreibung der Leistung Sichtbeton in der Praxis häufig und führt zu Meinungsverschiedenheiten über das vertragliche Bausoll. Des Weiteren unterschätzt der Planer oft den Aufwand und die Risiken bei der Realisierung der geplanten Sichtbetonflächen und vernachlässigt die eigene Mitwirkung dabei. Zudem sind die vertraglichen Ausführungsbedingungen oft ungünstig gestaltet. Auch bei hohen Qualitätserwartungen richtet sich die Entscheidung zur Vergabe meist nach dem niedrigsten Angebotspreis. Planungshilfe Merkblatt Wie bereits deutlich wurde, können und sollen planerische Vorstellungen weder genormt noch in die Grenzen eines 94

Regelwerks gezwängt werden. Dennoch bietet das Merkblatt Sichtbeton dem Planer standardisierte Vorgaben und Schlüsselbegriffe, die mit sachgerechten technischen Forderungen und Kriterien zur Herstellung der geforderten Merkmale einer Ansichtsfläche hinterlegt sind. Dies ist möglich, da überwiegend keine vollkommen neuartigen oder außergewöhnlichen Flächenmerkmale geplant werden, sondern die Gestaltungsideen meist innerhalb langfristiger Gestaltungstrends variieren. Deshalb ist es sinnvoll, bekannte und häufige Planungs- und Ausführungsanforderungen begrifflich zu vereinheitlichen und mit angepassten Regelungen zu versehen. Begriffe Die fachliche Kommunikation zwischen Bauherren, Planern und Ausführenden erfordert eine allgemein bekannte und anerkannte Fachsprache mit Schlüsselbegriffen. Die technischen Regelwerke zur Bautechnik unterstützen dies durch Begriffsdefinitionen. Die Sichtbetonbauweise leidet aufgrund fehlender normativer Definitionen unter missverständlichen Begriffsverwendungen und Mehrdeutigkeiten in vorvertraglichen bzw. vertraglichen Festlegungen und schließlich im praktischen Baualltag. Zwar beschreibt die DIN 18217 Sichtbeton als »Betonflächen mit Anforderungen an das Aussehen«, doch ist diese Definition wenig aussagekräftig und weitreichend interpretierbar. Dies führt zu einer nahezu beliebigen Anwendung des Begriffs »Sichtbeton« in bauvertraglichen Regelungen, die das tatsächlich Gemeinte nur selten ausreichend erklären. Das Merkblatt Sichtbeton erweitert und präzisiert den Begriff Sichtbeton durch die Definition zweier Grundkategorien: • Sichtbeton mit geringen Anforderungen definiert Ansichtsflächen aus Beton, die den Beurteilungskriterien sowie den Planungs- und Ausführungsbedingungen der Sichtbetonklasse SB 1 entsprechen. • Sichtbeton mit normalen oder besonderen Anforderungen definiert Ansichtsflächen aus Beton gemäß den Beurteilungskriterien sowie den Planungs- und Ausführungsbedingungen der Sichtbetonklassen SB 2, SB 3 und SB 4. Anders als die uneindeutige Begriffsbestimmung von DIN 18217 basieren die o. g. Definitionen auf klaren, zum Teil messbaren technischen Kriterien, deren Nachweis im

Sichtbeton – Planung und Ausführung Planungshilfe Merkblatt

Zweifel gefordert und geführt werden kann, und die eine deutliche sachliche Abgrenzung darstellen. Vorteilhaft ist auch, dass diese Kategorisierung nicht nur zwischen zwei Qualitätsbereichen differenziert, sondern der Sichtbeton insgesamt inhaltlich definiert und somit eine untere Beurteilungsgrenze festgelegt wird: Unterhalb der Sichtbetonklasse SB 1 gibt es nach den Regelungen des Merkblatts keinen Sichtbeton. Neu geregelt wurde auch der missverständliche Begriff der Musterfläche, da die vertragliche Wirksamkeit einer Musterfläche bisher nicht exakt geregelt war. Meist werden alle Versuchsflächen ungeachtet ihrer vertraglichen Bedeutung als Musterflächen bezeichnet. Das Merkblatt unterscheidet deshalb zwischen Erprobungs- und Referenzflächen, wobei beide Flächentypen im baubetrieblichen Zusammenhang betrachtet werden (Abb. 3): • Erprobungsflächen sind Flächen, an denen aus zwei Gründen Versuche vorgenommen werden: 1. Der Ausführende kann diese Versuche durchführen, um sein technisches Vorgehen zu optimieren. Wenn er hierzu vertraglich weder aufgefordert noch verpflichtet ist, bleibt der entstehende Aufwand im Allgemeinen unvergütet. Der Ausführende kann diesen Versuchsaufwand beschränken, indem er die Versuche mit Zustimmung des Bauherrn an Bauteilen durchführt, an deren Aussehen keinerlei Anforderungen gestellt sind (Kellerwände, Technikgeschosse etc.). 2. Fordert der Bauvertrag die Herstellung von Erprobungsflächen, um die vertraglichen Anforderungen zwischen den Beteiligten abzustimmen oder das Aussehen der Flächen festzulegen, ist dies eine vertragliche Leistung und entsprechend zu vergüten. In diesem Fall sind Erprobungsflächen meist gesondert auf der Baustelle hergestellte Bauteile, die mit dem Vertragsbauwerk in keinem Nutzungszusammenhang stehen und nach Abschluss der Sichtbetonarbeiten rückgebaut werden. • Referenzflächen sind Ansichtsflächen, die das geforderte Aussehen als verbindliche vertragliche Referenz definieren. Sie werden aus geeigneten Erprobungsflächen ausgewählt. Hierbei ist die Beschaffenheit der gesamten Fläche zu betrachten. Es können eine oder

mehrere Flächen zur vertraglichen Referenz erhoben werden. Referenzflächen beschreiben die vertragliche Leistung auf praktische Weise. Sie erlangen den Status einer vertraglich bindenden Leistungsbeschreibung erst, wenn beide Vertragspartner ihre Oberflächenmerkmale einvernehmlich schriftlich anerkennen und markieren fortan das geschuldete Bausoll. Sie gelten als vertragliche Referenzbauteile für die vergleichende Beurteilung bei der Abnahme der vertraglichen Sichtbetonflächen im Bauwerk. Die detaillierte Festlegung der vertraglichen Anforderungen an das Aussehen von Ansichtsflächen durch die Herstellung von Erprobungs- und die anschließende Auswahl von Referenzflächen ist ein einfaches und faires Verfahren, das bei der nachfolgenden Diskussion der vorvertraglichen und vertraglichen Beschreibung der Leistung Sichtbeton vertieft erläutert wird. Es befreit den Bauherrn und den Planer von der Aufgabe, das gewünschte Aussehen der Flächen in Ausschreibung und Bauvertrag durch improvisierte Formulierungen zu erläutern und sich dennoch der Gefahr einer unzureichenden Leistungsbeschreibung auszusetzen. Darüber hinaus wird die Vorstellung des Planers der praktischen Machbarkeit gegenübergestellt, was den Planungsgedanken »reifen« lässt und bei der Beurteilung der ersten vertraglichen Ansichtsflächen vor Überraschungen und Enttäuschungen schützt. Um jedoch einen sinnfremden oder missbräuchlichen Umgang mit dem Mittel der Referenzfläche auszuschließen, formuliert das »Merkblatt Sichtbeton« hierzu einige Bedingungen: • Die in den Leistungsbeschreibungen der Ausschreibung und des Bauvertrags aufgeführten Anforderungen an das Aussehen der Ansichtsflächen müssen an den ausgewählten Referenzflächen vorhanden sein und bilden die Grundlage zu ihrer Auswahl. Dies soll den Ausführenden vor dem Fall schützen, dass durch besonders günstige Einflüsse Erprobungsflächen entstehen, deren Qualität weit über die vertraglich geforderte Beschaffenheit hinausgeht und die nur mit unkalkulierbarem Aufwand oder überhaupt nicht sicher reproduzierbar sind. Die Beschaffenheit solcher Flächen darf nur mit Zustimmung des Auftragnehmers zur Referenzfläche und damit zur vertraglichen Forderung erhoben werden.

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Deutscher Beton- und Bautechnik Verein e.V., Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e.V. (Hrsg.): Merkblatt Sichtbeton. Berlin /Düsseldorf 2004

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• Erprobungsflächen im Bauwerk, deren Betrachtungsabstände und Lichtverhältnisse über den Beurteilungszeitraum nicht konstant zu halten sind (Innenwände in engen oder fensterlosen Räumen, Kellerwände) oder solche, die sich nicht auf dem Baustellengelände oder in unmittelbarer Nähe dazu befinden, sind als vertragliche Referenzflächen ungeeignet. • Flächen an bestehenden Bauwerken eignen sich gut zur Verdeutlichung der planerischen Vorstellung im Zuge der Ausschreibung (Fotos, Ortsbesichtigungen). Solche Flächen dürfen jedoch nicht als vertragliche Referenzflächen vereinbart werden, da 1. eine unzulässige Auswahl aus der Gesamtqualität des bestehenden Bauwerks vorgenommen wird, 2. Baustoffe und Verfahren der Herstellung im Allgemeinen nicht bekannt sind und der Ausführende sie nicht nachvollziehen kann und 3. die Einflüsse der eingetretenen Alterung der Flächen sich in unbekannter Weise auf deren Aussehen auswirken und bei der Neuerstellung von Betonbauteilen nicht berücksichtigt werden können.

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Das Merkblatt Sichtbeton empfiehlt im Zusammenhang mit den Sichtbetonklassen die vertragliche Berücksichtigung von Erprobungsflächen bereits bei der Herstellung von Ansichtsflächen der Sichtbetonklassen SB 2 und SB 3. Bei Forderung der Sichtbetonklasse SB 4 sind Erprobungsflächen im vertraglichen Leistungsumfang durch das Merkblatt vorgeschrieben.

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Erprobungs- und Referenzfläche, Richard-Rother-Realschule in Kitzingen 2006 Architekten: röschert + schäfer volkach architekten + ingenieure Betonflächen mit hohen gestalterischen Anforderungen (SB 3), Technisches Gymnasium in Bagnols-sur-Cèze/ Frankreich 1999 Architekten: Jacques Brion

Sichtbetonklassen Die neuartige Struktur des Merkblatts Sichtbeton wird vor allem durch die Einführung so genannter Sichtbetonklassen charakterisiert. Ähnlich wie die Expositionsklassen der neuen Betonnormen enthalten die Sichtbetonklassen umfangreiche Informationen zur Planung und Ausführung der Oberflächenmerkmale der jeweiligen Klasse. Anders als bei den Expositionsklassen kann man jedoch nicht davon ausgehen, dass die jeweilige Oberflächenqualität durch die Beachtung der aufgeführten Regelungen notwendigerweise erreicht wird. Durch die Ausführungsbedingungen der jeweiligen Sichtbetonklasse sind lediglich die Voraussetzungen erfüllt, die nach dem aktuellen Erkenntnisstand zum Erreichen der geforderten Qualität notwendig sind. Dies ist aber ohne entsprechende Arbeitssorgfalt oder Vorversuche nicht immer ausreichend. Durch die Wahl und die Vorgabe einer Sichtbetonklasse wird keine klar eingegrenzte Qualitätsvorgabe aufgestellt und abgearbeitet, sondern es werden Ausführungsbedingungen und so genannte Einzelkriterien zur Ergebnisbeurteilung formuliert. Die tatsächlich entstehende Fläche aber lebt vor allem vom Gesamteindruck, der sich durch die örtlichen Material- und Ausführungseinflüsse ergibt und mit den vertraglichen Vorgaben zu vergleichen ist. Der Gesamteindruck gilt also immer vor den Einzelkriterien, da der Architekt seine Vorstellung und Erwartung nur mit der Gesamterscheinung einer Sichtbetonfläche vergleichen kann. Ist eine Ansichtsfläche hinsichtlich ihres Gesamteindrucks abnahmefähig im Sinne des Vertrags, erfolgt keine Betrachtung einzelner Kriterien. Sichtbetonklassen und Bauteilbeispiele Das Merkblatt Sichtbeton unterscheidet in Tabelle 1 die vier Sichtbetonklassen SB 1 bis SB 4 (Abb. 5). Dort sind jeder Sichtbetonklasse Bauteilbeispiele, Beurteilungskriterien (Einzelkriterien) und Ausführungshinweise zugeordnet. Die Einzelkriterien sind über Abkürzungen klassifiziert, welche in den Tabellen 2 und 4 des Merkblatts näher erläutert werden. Weitere Regelungen zur Planung, Ausführung und Beurteilung von Ansichtsflächen sind im Text und in weiterführende Tabellen enthalten. Die Klassifizierung beginnt mit der Sichtbetonklasse SB 1. Diese formuliert die niedrigste Qualitätsstufe und wird mit

Sichtbeton – Planung und Ausführung Sichtbetonklassen

»Betonflächen mit geringen gestalterischen Anforderungen« und den Bauteilbeispielen »Kellerwände oder Bereiche mit vorwiegend gewerblicher Nutzung« erklärt. Diese Flächenbeispiele charakterisieren Bauwerksbereiche im Hochbau, die üblicherweise im Mindeststandard und ohne gestalterische Absicht geplant und ausgeführt werden. Die Sichtbetonklasse SB 1 dient dazu, die Leistung Sichtbeton qualitativ nach unten abzusichern: Unterhalb der Klasse SB 1 ist Sichtbeton nicht definiert. Diese Definition hat klare Auswirkungen auf undeutliche vertragliche Formulierungen. So bedeutet diese Regelung u.a., dass mit der nicht weiter präzisierten vertraglichen Forderung »Sichtbeton« lediglich die Mindestleistung, also die Sichtbetonklasse SB 1, auszuführen ist. Die Sichtbetonklasse SB 2 bezeichnet »Betonflächen mit normalen gestalterischen Anforderungen« und wird über die Bauteile »Treppenhausräume und Stützwände« charakterisiert. Diese Bauteilbeispiele definieren Bereiche, in denen sich Publikum bewegt. An diese Flächen ist somit zumindest die Forderung einer gewissen Unauffälligkeit und Gleichmäßigkeit zu stellen. Auch die Sichtbetonklasse SB 2

beschreibt damit eine Mindestqualität ohne ausgeprägte Gestaltungsabsicht. Die Sichtbetonklasse SB 3 beinhaltet Regelungen zu »Betonflächen mit hohen gestalterischen Anforderungen, z. B. Fassaden im Hochbau« (Abb. 4). Mit dieser Klassifizierung sind Bauteilflächen gemeint, die mit einer Gestaltungsabsicht geplant wurden, die in der Ergebniserwartung jedoch nicht an der oberen Grenze des Machbaren rangiert. Der größte Teil der derzeit mit der Forderung »Sichtbeton« belegten Betonflächen kann dieser Klasse zugeordnet werden. Die Sichtbetonklasse SB 4 bezeichnet »Betonflächen mit besonders hoher gestalterischer Bedeutung« (Abb. 6), d. h. »repräsentative Bauteile im Hochbau«. Die Klasse SB 4 entspricht damit im Grundsatz der Intention der Klasse SB 3, die jedoch mit einer besonders anspruchsvollen Gestaltungsaufgabe und einer hohen Erwartung der Übereinstimmung des Ergebnisses mit der gestalterischen Vorstellung einhergeht. SB 4 bezeichnet Bauaufgaben, die einen besonders hohen Aufwand in Planung und Ausführung erfordern.

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Sichtbeton

Die Sichtbetonklassen SB 3 und SB 4 beschreiben und regeln Ansichtsflächen, bei denen die Realisierung des vertraglich geforderten Aussehens im Vordergrund steht und die planerische Vorstellung möglichst genau erfüllt werden soll. Der konstruktive Charakter der Betonbauteile ist gegenüber der gestalterischen Wirkung der Ansichtsflächen nachrangig. Dieses Prinzip gilt für beide Klassen, ist aber für die Klasse SB 4 strenger anzusetzen als für die Klasse SB 3. Einzelkriterien Den Sichtbetonklassen sind Einzelkriterien zugeordnet, die durch Kurzbezeichnungen benannt sind (Abb. 5). Die Abkürzungen werden durch Ziffern ergänzt, welche die graduelle Abstufung der zugrunde liegenden Beschränkungen bezeichnen. Die jeweils geltenden Beschränkungen sind, mit Ausnahme der Porigkeit, in Tabelle 2 des Merkblatts für jedes Kriterium detailliert erklärt (Abb. 7). Die Beschränkungen zur Porigkeit sind in einer weiteren Tabelle dargestellt. Folgende Einzelkriterien werden formuliert: • Die Textur der Betonoberfläche und ihre Ausbildung an Elementstößen sind durch die Kurzbezeichnungen T1 bis

T3 klassifiziert. Beurteilt werden die Geschlossenheit der Betonoberfläche sowie Fehlstellen durch ausgelaufenen Zementleim, Flächenversätze und Grate an Elementstößen. • Die Porigkeit wird klassifiziert durch die Kurzbezeichnungen P1 bis P4. Sie ist jeweils beschränkt durch einen zulässigen Maximalwert der gesamten Porenfläche auf einer Prüffläche mit den Abmessungen von 500 ≈ 500 mm (0,25 m2) und erfasst Porendurchmesser von 2 bis 15 mm. Die Ermittlung der Gesamtporenfläche durch die manuelle Aufnahme mit anschließender rechnerischer Ermittlung ist mühselig, nur eingeschränkt genau und sehr aufwändig. Zur Bestimmung der Porigkeit werden jedoch in Kürze EDV-gestützte fotometrische Verfahren verfügbar sein, die mit vertretbarem Aufwand ausreichend genaue Ergebnisse liefern. Da die auftretenden Porigkeiten bei der Verwendung saugender Schalhäute naturgemäß geringer ausfallen als bei nicht saugenden Schalhäuten, sind den Sichtbetonklassen SB 2, SB 3 und SB 4 in Abb. 5 je nach Schalhauttyp (s = saugend, ns = nicht saugend) unterschiedliche Porigkeitsanforderungen zugeordnet.

• Die Farbtongleichmäßigkeit ist bestimmt durch die Kurzbezeichnungen FT1 bis FT3. Die graduelle Abstufung der einzelnen Kurzbezeichnungen ist in Tabelle 2 (Abb. 7) erklärt. Regelkriterien sind Farbtonabweichungen jeder Art und Ursache. Da saugende Schalhautsysteme auch hinsichtlich der Farbtongleichmäßigkeit im Allgemeinen die deutlich besseren Ergebnisse zeigen, wird in Tabelle 1 für die Sichtbetonklasse SB 4 bei Verwendung einer nicht saugenden Schalhaut die Anforderung FT2, bei Verwendung einer saugenden Schalhaut hingegen die Anforderung FT3 erhoben. • Die Ebenheit einer Sichtbetonfläche hängt hauptsächlich von der Steifigkeit der Schalung ab. Wenn sich die Schalung bei steigendem Schalungsdruck durch den eingebauten Beton verformt, wird diese Verformung auf die Betonfläche übertragen und kann zu erkennbaren Ebenheitsabweichungen führen. Die Ebenheitsanforderungen sind klassifiziert durch die Kurzbezeichnungen E1 bis E3. In Abb. 7 werden für jede Ebenheitsanforderung abgestufte Beschränkungen gemäß DIN 18202, Toleranzen im Hochbau, formuliert. • Anforderungen an die Ausbildung und

Sichtbetonklassen und deren Verknüpfung mit Anforderungen (Tabelle 1 aus dem Merkblatt Sichtbeton) Sichtbetonklasse

Beispiel

Anforderung an geschalte Sichtbetonflächen 1, 2 nach Klassen Textur

geringe Anforderungen

SB 1

normale Anforderungen

SB 2

besondere Anforderungen

SB 3

SB 4

1

2 3 4

5

5

6

Porigkeit 3 s

ns

Farbtongleichmäßigkeit 4 s ns

Weitere Ausführungen

Ebenheit

Arbeits- und Schalhautfugen

Erprobungsfläche 5

Schalhautklasse 6

Kosten

Betonflächen mit geringen gestalterischen Anforderungen, z. B. Kellerwände oder Bereiche mit vorwiegend gewerblicher Nutzung

T1

P1

P1

FT1

FT1

E1

AF1

freigestellt

SHK1

niedrig

Betonflächen mit normalen gestalterischen Anforderungen, z. B. Treppenhausräume, Stützwände

T2

P2

P1

FT2

FT2

E1

AF2

empfohlen

SHK2

mittel

Betonflächen mit hohen gestalterischen Anforderungen, z. B. Fassaden im Hochbau

T2

P3

P2

FT2

FT2

E2

AF3

dringend empfohlen

SHK2

hoch

Betonflächen mit besonders hoher gestalterischer Bedeutung, repräsentative Bauteile im Hochbau

T3

P4

P3

FT3

FT2

E3

AF4

erforderlich

SHK3

sehr hoch

Die gestalterische Wirkung der Ansichtsfläche einer Sichtbetonklasse ist grundsätzlich nur in ihrer Gesamtwirkung angemessen beurteilbar, nicht anhand von Einzelkriterien. Die Verfehlung von Einzelmerkmalen im Sinne des Merkblatts soll daher nicht zu einer Pflicht zu Mängelbeseitigung führen, wenn der Gesamteindruck des betreffenen Bauteils oder Bauwerks in seiner positiven Gestaltungswirkung nicht gestört ist. Diese Anforderungen/Eigenschaften werden in Abb. 7 (Tabelle 2) näher beschrieben. s = saugende bzw. ns = nicht saugende Schalhaut Der Gesamteindruck ist erst nach längerer Standzeit (u. U. nach mehreren Wochen) beurteilbar. Die Farbtongleichmäßigkeit ist aus dem üblichen Betrachtungsabstand gemäß Abschnitt 7 des Merkblatts Sichtbeton zu beurteilen. Ggf. sollten mehrere Erprobungsflächen angefertigt werden. siehe Abb. 9 (Schalhautklassen)

98

Sichtbeton – Planung und Ausführung Sichtbetonklassen

das Aussehen der Betonoberfläche im Bereich von Arbeits- und Schalhautfugen werden durch die Kurzbezeichnungen AF1 bis AF4 beschrieben. Ähnlich wie bei den Schalelementstößen werden auch hier die Flächenversätze und die Fehlstellen aufgrund von ausgelaufenem Zementleim beschränkt. Die Einzelkriterien und Ausführungsregeln der Sichtbetonklasse SB 4 sind trotz der hohen Anforderungen bewusst flexibel ausgelegt. Die Sichtbetonklasse SB 4 ist damit eine »offene Klasse« und erlaubt auch die Formulierung außergewöhnlicher Oberflächenbeschaffenheiten. Bereits die formelle Einordnung von Flächen in die Sichtbetonklasse SB 4 signalisiert, dass das geforderte Aussehen der Flächen von hoher architektonischer Bedeutung ist. Die Beschreibung der Leistung ist bei der Planung außergewöhnlicher Oberflächenqualitäten den Merkmalen entsprechend zu ergänzen oder auf andere Art zu führen. Einzelkriterien, die mit der geforderten Oberflächenqualität unverträglich sind, muss der Planer in diesem Falle vertraglich ausschließen oder weiter einschränken. Dabei ist darauf zu achten, dass keine sinnlosen oder unausführbaren Anforderungen an die Oberflächen-

beschaffenheit entstehen. Die Erläuterungen der Einzelkriterien zur Sichtbetonklasse SB 4 enthalten zum Teil bereits den Hinweis zur gesonderten detaillierten Beschreibung einzelner Anforderungen durch den Planer.

6

Betonflächen mit besonders hoher gestalterischer Bedeutung (SB 4), Krematorium in Berlin 1998 Architekten: Axel Schultes Architekten

6

99

Sichtbeton

Anforderungen an geschalte Sichtbetonflächen (Tabelle 2 aus dem Merkblatt Sichtbeton) Kriterium

Kurzbezeichnung

Anforderungen/Eigenschaften 2

Textur, Schalelementstoß

T1

weitgehend geschlossene Zementleim- bzw. Mörteloberfläche in den Schalelementstößen ausgetretener Zementleim/Feinmörtel bis ca. 20 mm Breite und ca. 10 mm Tiefe zulässig Rahmenabdruck des Schalelements zugelassen

T2

geschlossene und weitgehend einheitliche Betonfläche in den Schalelementstößen ausgetretener Zementleim/Feinmörtel bis ca. 10 mm Breite und ca. 5 mm Tiefe zulässig Versatz der Elementstöße bis ca. 5 mm zulässig Höhe verbleibender Grate bis ca. 5 mm zulässig Rahmenabdruck des Schalelements zugelassen

T3

glatte, geschlossene und weitgehend einheitliche Betonfläche in den Schalelementstößen ausgetretener Zementleim/Feinmörtel bis ca. 3 mm Breite zulässig feine, technisch unvermeidbare Grate bis ca. 3 mm zulässig weitere Anforderungen (z. B. an Schalungsstöße, Rahmenabdruck) sind detailliert festzulegen

Porigkeit

P1–P4

siehe Merkblatt Sichtbeton, Tabelle 4

Farbtongleichmäßigkeit

FT1

Hell-/Dunkelverfärbungen zulässig Rost- und Schmutzflecken unzulässig

FT2

gleichmäßige, großflächige Hell-/Dunkelverfärbungen zulässig unterschiedliche Arten und Vorbehandlung der Schalhaut sowie Ausgangsstoffe verschiedener Art und Herkunft unzulässig

FT3

großflächige Verfärbungen, verursacht durch Ausgangsstoffe verschiedener Art und Herkunft, unterschiedliche Art und Vorbehandlung der Schalhaut, ungeeignete Nachbehandlung des Betons unzulässig zulässig sind geringe Hell-/Dunkelverfärbungen (z. B. leichte Wolkenbildung, geringe Farbtonabweichungen) unzulässig sind Rost- und Schmutzflecken, deutlich sichtbare Schüttlagen sowie Verfärbungen Auswahl eines besonderen und geeigneten Trennmittels notwendig Hinweis: Farbtonunterschiede und Verfärbungen sind auch bei größter handwerklicher Sorgfalt nicht gänzlich auszuschließen.

E1

Ebenheitsanforderungen nach DIN 18202, Tabelle 3, Zeile 5

E2

Ebenheitsanforderungen nach DIN 18202, Tabelle 3, Zeile 6

E3

Ebenheitsanforderungen nach DIN 18202, Tabelle 3, Zeile 6 Höhere Ebenheitsanforderungen sind gesondert zu vereinbaren. Dafür erforderliche Aufwendungen und Maßnahmen sind vom Auftraggeber detailliert festzulegen. Hinweis: Höhere Ebenheitsanforderungen, z. B. nach DIN 18202, Tabelle 3, Zeile 7, sind technisch nicht zielsicher erfüllbar.

AF1

Versatz der Flächen zwischen zwei Betonierabschnitten bis ca. 10 mm zulässig

AF2

Versatz der Flächen zwischen zwei Betonierabschnitten bis ca. 10 mm zulässig Feinmörtelaustritt auf dem vorhergehenden Betonierabschnitt muss rechtzeitig entfernt werden Trapezleiste o. ä. empfohlen

AF3

Versatz der Flächen zwischen zwei Betonierabschnitten bis ca. 5 mm zulässig Feinmörtelaustritt auf dem vorhergehenden Betonierabschnitt muss rechtzeitig entfernt werden Trapezleiste o. ä. empfohlen

AF4

Planung der Detailausführung erforderlich Versatz der Flächen zwischen zwei Betonierabschnitten bis ca. 5 mm zulässig Feinmörtelaustritt auf dem vorhergehenden Betonierabschnitt muss rechtzeitig entfernt werden weitere Anforderungen (z. B. Ausbildung von Arbeits- und Schalhautfugen) sind detailliert festzulegen

Ebenheit

1

Arbeits- und Schalhautfugen 3

1 2

7

3

Ebenheitsanforderungen gelten nicht bei bearbeiteten oder strukturierten Flächen. Zu beachten sind auch die Abschnitte 5.1.2 und 7 des Merkblatts Sichtbeton. Arbeitsfugen bleiben sichtbar.

100

Sichtbeton – Planung und Ausführung Schalhautklassen

8a

b

Schalhautklassen Die Formulierung von Schalhautklassen im Merkblatt ist ebenfalls neu (Abb. 9, Tabelle 3 des Merkblatts). Art und Zustand der gewählten Schalhaut sind wichtige Voraussetzungen, um die geforderte Sichtbetonqualität zu erreichen. Es werden drei Schalhautklassen (SHK 1 bis SHK 3) eingeführt und über eine Reihe praktischer Zustandskriterien erklärt und definiert. Die eindeutige Zuordnung einer Schalhautklasse zu einer Sichtbetonklasse (Abb. 5) soll gewährleisten, dass die gewählte Schalhaut zur Herstellung der geforderten Oberflächenqualität geeignet ist. Die Prüfung des Zustands der Schalhaut ist Pflicht des Ausführenden und vor jedem Einsatz eines Schalelements durchzuführen. Die geforderte Schalhautklasse

c

gilt als erfüllt, wenn die gesamte Schalhautfläche eines Schalelements den in Abb. 9 aufgeführten Zustandskriterien der jeweiligen Klasse entspricht. Es ist Aufgabe des Planers, nach der Festlegung der Sichtbetonklasse die Zustandskriterien der zugeordneten Schalhautklasse daraufhin zu überprüfen, ob die erwartete Oberflächenbeschaffenheit mit den aufgeführten Kriterien zu erreichen ist. Sofern erforderlich, können die Zustandskriterien durch weitergehende bauvertragliche Forderungen angepasst werden. Die höchste Schalhautklasse SHK 3 ist in Abb. 5 der Sichtbetonklasse SB 4 zugeordnet. Im Sinne der Öffnung dieser Sichtbetonklasse für die Planung auch außergewöhnlicher Oberflächenbeschaffenheiten sind insbesondere die Zustandskrite-

rien der Schalhautklasse SHK 3 überwiegend in Abstimmung mit dem Planer festzulegen.

8

unterschiedliche Schalungsplatten a Funiersperrholz mit Filmbeschichtung, leicht saugend b Holz-Kunststoff-Verbund aus Stäbchenmittellage mit vliesverstärkter Filmbeschichtung c hochverdichtete Holzwerkstoffplatte, geschliffen, leicht saugend

Schalhautklassen (Tabelle 3 aus dem Merkblatt Sichtbeton) SHK 1

SHK 2

SHK 3 2

Bohrlöcher

mit Kunststoffstöpsel zu verschließen

als Reparaturstellen 1 zulässig

nicht zulässig

Nagel- und Schraublöcher

zulässig

ohne Absplitterungen zulässig

als Reparaturstellen 1 in Abstimmung mit dem Auftraggeber zulässig

Beschädigung der Schalhaut durch Innenrüttler

zulässig

nicht zulässig 3

nicht zulässig

Kratzer

zulässig

als Reparaturstellen 1 zulässig

als Reparaturstellen 1 in Abstimmung mit dem Auftraggeber zulässig

Betonreste

in Vertiefungen (Nagellöchern, Kratern etc.) zulässig, keine flächigen Anhaftungen

nicht zulässig

nicht zulässig

Zementschleier

zulässig

zulässig

in Abstimmung mit dem Auftraggeber zulässig

Aufquellen der Schalhaut im Schraub- bzw. Nagelbereich (»Ripplings«)

zulässig

nicht zulässig 3

nicht zulässig

Reparaturstellen 1

zulässig

zulässig

in Abstimmung mit dem Auftraggeber zulässig

1

2

9

3

Reparaturen an der Schalhaut sind sach- und fachgerecht durch qualifiziertes Personal vorzunehmen und vor jedem Einsatz auf ihren definierten Zustand hin zu überprüfen. Praxiserfahrungen haben gezeigt, dass ein mehrfacher Einsatz der Schalhaut damit ausgeschlossen sein kann. nach Absprache mit dem Auftraggeber ggf. zulässig

101

Sichtbeton

Planung und Vergabe Obwohl die Herstellung von Ansichtsflächen aus Beton eine besonders schwierige Bauaufgabe darstellt, sind unzureichend formulierte Ausschreibungen und Bauverträge oft eine zusätzliche, bisweilen gar die größte Hürde bei der Realisierung der Baumaßnahme. Der Erfahrung nach sind viele Baubetriebe in der Angebotsphase sehr zurückhaltend in Bezug auf Rückfragen zur Abstimmung und Erläuterung unklarer vertraglicher Formulierungen. Um den Auftrag zu erhalten, nimmt der Bieter den Zuschlag oft auch dann an, wenn der Angebotspreis nach einer unklaren Leistungsbeschreibung ermittelt wurde und sich bereits bei der Vergabe deutliche Meinungsverschiedenheiten über das vertragliche Bausoll ankündigen. Uneindeutige und unvollständige Planungen und Vertragsinhalte entstehen meist aus Unwissenheit und dem Mangel an »nachlesbaren« Vorgaben und Hinweisen. Deshalb wurden insbesondere die planungsrelevanten Inhalte des Merkblatts Sichtbeton weitgehend neu gefasst und erweitert. Die Einführung der Sichtbetonklassen unterstützt diese Absicht und soll die Planung des gewünschten Aussehens der Flächen erleichtern. Neben einem vollständigen Überblick über die derzeit verfügbaren Schalungsund Schalhautsysteme und der bei ihrem Einsatz zu erwartenden Oberflächenergebnisse erhält der Planer im Kapitel Gestaltungsmerkmale einen Überblick über die von ihm in der Leistungsbeschreibung aufzuführenden Mindestangaben. Dieses Kapitel ist eine Checkliste zur Prüfung der Planungsunterlagen auf Kohärenz und Vollständigkeit (Abb. 11). Es lehnt sich an die DIN 1045 Teil 1 an, in der festgelegt ist, welche technischen Details und Unterlagen durch den Planer zu den Beton- und Stahlbetonbauteilen zu erarbeiten und in der Leistungsbeschreibung anzugeben sind. Das Merkblatt beschränkt sich in diesem Kapitel allerdings auf die Angabe von Planungs- und Ausführungsdetails zur Herstellung von Sichtbetonflächen. Bei der Anwendung der Regelungen des Merkblatts Sichtbeton ist seitens des Planers zu beachten, dass alle Planungsund Ausführungsdetails bereits in der Ausschreibung vollständig vorhanden sein müssen und nicht erst im späteren Bauvertrag. Die Leistungsinhalte in Ausschreibung und Bauvertrag müssen übereinstimmen, es sei denn bei der Vergabe wird über die geänderten Details verhandelt. 102

Als Leistungsbeschreibung sind neben den reinen Leistungspositionen auch die vertraglichen Ausführungsbedingungen zu beachten, soweit sie Kosten und Aufwand verursachen. Hierzu gehören vor allem die bereits erläuterten vertraglichen Maßnahmen zur Qualitätssicherung und zur Baustellensteuerung (siehe S. 68ff.), die sich zur Leitung von Bauaufgaben mit Sichtbetonflächen besonders eignen. Solche Maßnahmen und Forderungen sind kostenrelevant und bereits in den Ausschreibungsunterlagen aufzuführen. Da die gestalterische Vorstellung vom Aussehen der Flächen in der Leistungsbeschreibung oft schwer zu vermitteln ist, sollten die Angebotsunterlagen in einem Übergabegespräch ausgegeben werden. Dabei ist es empfehlenswert, die Reihe der zugelassenen Bieter auf eine sinnvolle Anzahl zu beschränken. Das Übergabegespräch bietet eine Reihe von Vorteilen, die der Planer vor allem dann intensiv nutzen sollte, wenn auch die spätere Objektbauleitung in seinen Händen liegt: • Die im Gespräch mit dem Bieter mitgeteilten Detailinformationen und Erläuterungen sollten schriftlich dokumentiert werden und sichern den Planer für spätere Streitfälle ab. • Der Planer kann, sofern es hilfreich oder erforderlich erscheint, zur Verdeutlichung der erwarteten Leistung auf Flächen an bestehenden Objekten verweisen und die Bieter zu einer geführten Besichtigung verpflichten. • Der Planer kann sich einen persönlichen Eindruck von der Leistungsfähigkeit und dem Engagement des Bieters verschaffen. Er kann Referenzangaben des Bieters prüfen und hinterfragen. Die besonderen Schwierigkeiten und Schwerpunkte der Bauaufgabe und das vom Bieter geplante Vorgehen können vorab diskutiert werden. In der Praxis ist Sichtbeton letztlich immer das Ergebnis des Versuchs, das gewünschte Aussehen von Flächen mit vertraglich verhältnismäßigen Mitteln, mit am Ort verfügbaren Materialien und unter den Einflüssen der örtlichen Bedingungen (Jahreszeit, Wetter etc.) herzustellen. Da eine völlige Übereinstimmung der so erzielten Qualität mit der Vorstellung des Architekten meist nur schwer zu erreichen ist, ist es auch für ihn hilfreich, seine Vorstellungen zunächst im Versuch mit dem Machbaren abzugleichen und die vertragliche Oberflächenbeschaffenheit in

Sichtbeton Planung und Vergabe

Kenntnis der praktischen Möglichkeiten festzulegen. Im Folgenden wird dieses Vorgehen am Beispiel glatter Sichtbetonflächen erläutert. Dabei bleibt die Verantwortungsabgrenzung zwischen Planung und Ausführung trotz der Notwendigkeit einer intensiveren Mitwirkung des Planers an den Belangen des Baubetriebs (Ziel – WegTrennung) stets erhalten (siehe Verantwortungsabgrenzung S. 58ff.). Situation Der Architekt plant die Wandflächen eines Schulgebäudes in allen öffentlichen Durchgangsbereichen sowie in den Klassenund Büroräumen in glattem Sichtbeton. Seine Vorstellung vom Aussehen der Sichtbetonflächen lehnt sich an Oberflächenmerkmale an, die bei einem anderen Gebäude ausgeführt wurden. Hierzu liegen ihm Fotos von fertigen Flächen vor.

•

•

Allgemeines Vorgehen Da die Vorstellung vom Aussehen der Sichtbetonflächen vertraglich schwer zu beschreiben ist, soll die endgültige Beschaffenheit der Oberflächen erst nach Versuchen unter den örtlichen Bedingungen der Baustelle entschieden werden. Bei der Erstellung der Ausschreibungsund Vertragstexte sollen die Praxisversuche an Erprobungsflächen auf das gewünschte Ergebnis hin gesteuert werden. Ausschreibung Die endgültige vertragliche Beschaffenheit der Sichtbetonflächen soll anhand von Erprobungsflächen festgelegt werden. Dennoch muss für den Bieter der Aufwand zur Herstellung der gewünschten Qualität bereits bei der Kalkulation erkennbar sein. Der Planer entscheidet sich zu folgendem Vorgehen: • Die vertraglichen Sichtbetonflächen werden in die Sichtbetonklasse SB 3 gemäß Tabelle 1 des Merkblatts Sichtbeton eingestuft. • Im Leistungsverzeichnis wird eine Leistungsposition zur Herstellung von drei Erprobungsflächen mit bauteilähnlichen Abmessungen vorgesehen (inkl. Gründung, Schutz, Vorhaltung, Rückbau und Entsorgung). • Die Ausschreibung wird in Vorbereitung der späteren Vertragsstruktur neben dem Leistungsverzeichnis um so genannte Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen (ZTV, vgl. VOB Teil B §1 Abs. 2) ergänzt. Die Leistungspositionen der Bauteile mit Sichtbetonanforderung erhalten im Leistungstext den

•

•

Hinweis: »Für die Anforderungen an das Aussehen der Flächen gelten die Regelungen der ZTV.« Zur Unterstützung der Kalkulation wird ein Schalungsmusterplan angefertigt. Soll dieser bei der späteren Ausführung detailliert und für jedes Bauteil vorhanden sein, kann der Architekt die Erstellung der genauen Schalungsmusterpläne auch als vertragliche Leistung an den Ausführenden übergeben. In diesem Fall müssen in der Ausschreibung Beispieldetails vorhanden sein, an denen der Bieter den jeweiligen Aufwand für beide Leistungen, das Erstellen der 10 Schalungsmusterpläne und die Schwierigkeit des Schalungsbaus, repräsentativ erkennen kann. Die Oberflächenbeschaffenheit der Sichtbetonflächen wird in den ZTV wie folgt festgelegt: »Für die Sichtbetonarbeiten gelten die nachstehenden Anforderungen: Für das Aussehen der Ansichtsflächen und deren Ausführung gelten die Merkmale und Regelungen der Sichtbetonklasse SB 3 gemäß Tabelle 1 des DBV/BDZ-Merkblatts Sichtbeton, Ausgabe 2004. Die Ansichtsflächen sind glatt, mit nicht saugender Schalhaut und den Angaben des Schalungsmusterplanes entsprechend auszuführen. Die Auswahl der bei der Herstellung der Erprobungsflächen eingesetzten Schalhäute und Betonzusammensetzungen geschieht in Abstimmung mit dem Architekten. Die vertraglichen Referenzflächen zur Abnahme der Leistung werden aus Erprobungsflächen ausgewählt. Die Oberflächenmerkmale der Referenzflächen sind für Abnahme der vertraglichen Sichtbetonflächen maßgebend.« Der Ausschreibung werden so genannte besondere Vertragsbedingungen (vgl. VOB Teil B §1 Abs. 2) hinzugefügt, in denen der Planer die für dieses Projekt geltenden Ausführungsbedingungen zur Qualitäts- und Baustellensteuerung formuliert (siehe S. 71). Die Ausgabe der Ausschreibungsunterlagen erfolgt bei beschränkter Ausschreibung in einem Übergabegespräch. Hierbei vermittelt der Architekt dem Bieter das gewünschte Aussehen der Sichtbetonflächen anhand der Ausschreibungstexte, einiger Fotos und beliebiger anderer Hilfsmittel (ggf. mit Besichtigung bestehender Objekte). Das technische Vorgehen zur Herstellung der Erprobungsflächen und die vertraglichen Regelungen zur Qualitätssicherung und Baustellensteuerung in den Besonderen Vertragsbedingungen 11

10 Rasterdecke in Sichtbeton, Abgeordnetenhaus des Bundestags, Paul-Löbe-Haus in Berlin 2001 Architekten: Stefan Braunfels Architekten

»Checkliste« Gestaltungsmerkmale • Sichtbetonklasse entsprechend Abb. 5 • Schalungs- und Schalhautsystem • Oberflächentextur (Wahl der Schalhaut bzw. nachträgliche Oberflächenbearbeitung) • Ausbildung von Schalungsstößen • Anker und Ankerlöcher (Lage, Ausbildung und Verschluss) • Flächengliederung (Größe der Schalungselemente, Schalungstexturen, Fugenverlauf, Raster der Ankerlöcher etc.) • Fugen (Lage, Verlauf, Breite und Ausbildung) • Ausbildung der Kanten und Ecken (z. B. scharf, gebrochen) • Farbtongebung (ausgewählte Zemente, Gesteinskörnungen, Pigmente, Lasuren, Anstriche) • Oberflächenausbildung nicht geschalter Teilflächen (z. B. Oberseiten von Brüstungen)

103

Sichtbeton

12 a

werden erläutert und diskutiert. Das Übergabegespräch wird in den wichtigen Punkten protokolliert. Mit diesen Maßnahmen wird die Leistung dem Bieter zur Abschätzung und Kalkulation der Erstellungskosten hinreichend erläutert. Zwar kennen zu diesem Zeitpunkt weder Architekt noch Ausführender die endgültige vertragliche Oberflächenbeschaffenheit; da diese jedoch aus den Erprobungsflächen ausgewählt wird, ist sie mit großer Sicherheit mit den kalkulierten technischen Mitteln realisierbar. Bauvertrag Die in der Ausschreibung vorhandenen Leistungstexte, die zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und die besonderen Vertragsbedingungen werden mit gleich lautenden Texten in den Bauvertrag übernommen. Bauleitung Unmittelbar nach der Vergabe werden gemeinsam mit den technischen Vertretern der ausführenden Firma Beratungsgespräche mit potenziellen Schalhautherstellern geführt und die Materialien für die Herstellung der Erprobungsflächen festgelegt. Ähnliche Gespräche werden mit den möglichen Transportbetonlieferanten geführt. Sofern vertraglich nicht anders geregelt, hat der Ausführende zu allen Materialien das Vorschlagsrecht. In Vorbereitung der Ausführung wird ein »Sichtbetonteam« gebildet, zu dem mindestens je ein technisch verantwortlicher Vertreter der Planung, der Ausführung und des Transportbetonherstellers gehört, bei Sichtbeton entsprechender Schwierigkeit auch ein Vertreter des Schalungsbaus. Das Sichtbetonteam kommt regelmäßig zusammen. Das erste Treffen dient dazu, dass Vorgehen zur Herstellung der Erprobungsflächen festzulegen. Dies erfolgt schrittweise, jeweils nach gemein104

samer Ergebnisbeurteilung und Festlegung des weiteren Vorgehens. Parallel zu den Versuchen an den vertraglichen Erprobungsflächen können technische Verfahrensvarianten an untergeordneten vertraglichen Bauteilen ohne Sichtbetonanforderung getestet werden (Keller, Technikgeschosse etc.). Zur Festlegung der Beschaffenheit der vertraglichen Sichtbetonflächen wählt der Architekt ein oder zwei geeignete Flächen aus den Erprobungsflächen aus und kennzeichnet sie. Die formelle Festlegung dieser Flächen als vertragliche Referenz geschieht durch eine vertragsergänzende Vereinbarung zwischen dem Bauherrn und dem ausführenden Bauunternehmen. Anforderungen an die Ausführung – Verantwortungsabgrenzung Die Erläuterungen zur Ausführung von Ansichtsflächen aus Beton in Kapitel 6 des Merkblatts Sichtbeton werden durch die Anhänge A–D ergänzt und vertieft. Sie enthalten detaillierte Vorgaben zur Realisierung der vertraglich geforderten Oberflächenmerkmale. Die aktuelle Ausgabe des Merkblatts unterstützt und bindet die Ausführenden gegenüber früheren Ausgaben durch weit umfangreichere und detaillierte Regelungen. Dennoch sind einzelne Beschränkungen der vorherigen Ausgabe aufgehoben bzw. zurückgenommen worden. Vor allem die Vorgaben zur Betonzusammensetzung waren durch die Entwicklung der Betontechnik in den letzten Jahren nicht mehr haltbar. Mit Blick auf die technologischen Veränderungen durch die aktuellen Fließmittel und auf Erkenntnisse der laufenden Forschung wurden fast alle Vorgaben und Forderungen zur Betonzusammensetzung und zur Konsistenz aufgehoben oder in Empfehlungen umgewandelt. Im Sinne des neuen Merkblatts Sichtbeton ist es mehr denn je Pflicht und Freiheit des Ausführenden, aus der Vielzahl der Möglichkeiten die zur erfolgreichen Herstellung der vertraglichen Sichtbetonqualität erforderliche Betonzusammensetzung zu wählen. Damit entspricht das Merkblatt auch den Regelungen der VOB C ATV DIN 18331, wonach es ausdrücklich die Aufgabe des Ausführenden ist, die zum Erreichen der vertraglichen Leistung erforderlichen Bauverfahren und Betonzusammensetzungen zu wählen (siehe S. 58ff.). Bauverträge zur Herstellung von Sichtbeton enthalten häufig Forderungen zur Betonzusammensetzung oder zum Einbauverfahren. Diese Forderungen sind jedoch überwiegend fachlich

abwegig und behindern das fachgerechte praktische Vorgehen des Ausführenden. Sie widersprechen auch der in der oben genannten VOB C ATV DIN 18331 geregelten Abgrenzung der Verantwortung von Planung und Ausführung. Beurteilung Die Einführung von Sichtbetonklassen, die vor allem über Einzelkriterien definiert sind, lenkt den Blick bei der Beurteilung der Leistung auf die Frage, ob diese Einzelkriterien erfüllt sind. Die vorrangige Beurteilung der Einzelkriterien ist jedoch nicht im Sinne des Architekten und widerspricht der Absicht des Merkblatts. Die ausschließliche und vorrangige Beurteilung nach Einzelkriterien kann dazu führen, dass Sichtbetonflächen, die aufgrund eines gelungenen Gesamteindrucks den Vorstellungen des Planers entsprechen, dennoch abzulehnen sind, wenn sie einzelne Klassenkriterien verfehlen. Die Definition des Gesamteindrucks einer Ansichtsfläche kann also nicht sinnvoll über die Summe erfüllter Einzelkriterien geführt werden. Für den Planer ist allein der Gesamteindruck einer Fläche das zentrale Beurteilungskriterium und die einzige Möglichkeit, die erstellte Leistung mit seiner Vorstellung zu vergleichen. Nur diese Beurteilung ist letztlich sinnvoll. Entspricht der Gesamteindruck der planerischen Vorstellung, wird die Leistung angenommen und die Prüfung der Einzelkriterien entfällt. Erst wenn der Gesamteindruck einer Fläche die vertraglich fixierte Vorstellung des Planers verfehlt, werden die Einzelkriterien der geltenden Sichtbetonklasse zur weiteren Beurteilung herangezogen. In diesem Fall ist es Aufgabe von Planung und Ausführung, anhand der Beurteilung von Einzelkriterien eine Analyse der Abweichungen vorzunehmen, um ein erneutes Auftreten der festgestellten Abweichungen im fortlaufenden Bauprozess zu verhindern. Auch die graduelle Beurteilung von Abweichungen und deren Umsetzung in vertragliche Konsequenzen kann einfach und nachvollziehbar über die Beurteilung der Einzelkriterien geführt werden. Zur Beurteilung des Gesamteindrucks sind der Betrachtungsabstand und das Alter der beurteilten Flächen wichtig. Das »richtige« Alter zur Beurteilung einer Sichtbetonfläche kann nicht angegeben werden, daher enthält das Merkblatt auch keine entsprechenden Regelungen. Bei erkannten Abweichungen wie Farbungleichheiten, Dunkel-Hell-Fleckigkeit

Sichtbeton Beurteilung

und ähnlichen Phänomenen bei jungem Beton sollte die Beurteilung der Fläche jedoch auf einen späteren Zeitpunkt verschoben werden. In diesem Fall sollte man darauf achten, dass die Fläche bei der endgültigen Beurteilung möglichst trocken ist. Einige Abweichungen treten erst nach Jahren in den Hintergrund oder verschwinden ganz (Abb. 12 a, b). Ihre Veränderung über einen längeren Zeitraum sicher zu prognostizieren ist jedoch nicht möglich. Bei Poren, Ausblutungen und Abweichungen der Ebenheit ist jedoch keine Besserung zu erwarten.

vor allem bei Flächen, vor denen sich ausgedehnte Publikumsbereiche befinden (Hallen, Plätze) zu unterschiedlichen Auffassungen über den richtigen Betrachtungsabstand führen. In diesem Fall sollte die Beurteilung aus unterschiedlichen Entfernungen erfolgen.

Im Gegensatz zum Zeitpunkt ist der Betrachtungsabstand zur Beurteilung des Gesamteindrucks einer Ansichtsfläche im Merkblatt geregelt. Zur Beurteilung einer Sichtbetonoberfläche nimmt ein unvoreingenommener Betrachter bei üblichen Flächengrößen im Hochbau unbewusst einen Abstand von etwa 1 bis 3 Metern ein. Diese Distanz ist bei mittleren Lichtverhältnissen ein geeigneter Kompromiss, um das Bauteil in Detail und Fläche möglichst gut zu erfassen. Der Betrachtungsabstand zur Beurteilung des Gesamteindrucks entsprechend der planerischen Vorstellung wird jedoch nach anderen Kriterien bestimmt. Aus diesem Grund differenziert das Merkblatt Sichtbeton zwischen der Betrachtung von Bauwerk und Bauteil, da der Kontext von Gesamtund Einzelwirkung üblicherweise auch der Planungsidee zugrunde liegt. Der angemessene Betrachtungsabstand des Bauwerks ist die Distanz, aus der das Bauwerk in seinen wesentlichen Teilen erfasst werden kann. Er variiert also je nachdem, von welchem Standpunkt aus das Gebäude betrachtet wird. Einzelne Bauteile sind aus dem Abstand zu beurteilen, der im Zuge der geplanten Nutzung üblicherweise vom Betrachter eingenommen wird. Diese Regelung kann

12 Nachheilung, Ferrarihaus Saggio in Würzburg 2001 Architekt: Thomas Mensing a fleckige Verfärbung auf den Betonflächen nach dem Ausschalen b Nachheilung nach ca. acht Monaten

12 b

105

Anhang

108

Normen und Richtlinien, Beratung und Verbände

109

Literatur

110

Sachregister

112

Bildnachweis / Rechte

107

Anhang

Normen und Richtlinien (Auswahl) VOB VOB C Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) DIN 18331 Betonarbeiten

Beton DIN EN 206-1 Beton, Teil 1: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität (zusammengefasst nach DIN-Fachbericht 100 Beton) DIN 1045-1 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton, Teil 1: Bemessung und Konstruktion

DIN 18203-1 Toleranzen im Hochbau, Teil 1: Vorgefertigte Teile aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Betonbau beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (DAfStb-Richtlinie) Beton mit rezykliertem Zuschlag (DAfStb-Richtlinie)

DIN V 20000-103 Anwendungen von Bauprodukten in Bauwerken, Teil 103: Gesteinskörnungen nach DIN EN 12620 DIN V 20000-104 Anwendungen von Bauprodukten in Bauwerken, Teil 104: Leichte Gesteinskörnungen nach DIN EN 13055-1

Selbstverdichtender Beton (DAfStb-Richtlinie) Zement Vorbeugende Maßnahmen gegen schädigende Alkalireaktionen im Beton (DAfStb-Richtlinie)

DIN EN 197-1 Zement, Teil 1: Anforderungen und Konformitätskriterien von Normalzement

Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (DAfStb-Richtlinie)

DIN 1164 Zement mit besonderen Eigenschaften

Betonzusätze

Zugabewasser

DIN EN 934-2 Zusatzmittel für Beton, Mörtel und Einpressmörtel, Teil 2: Betonzusatzmittel

DIN EN 1008 Zugabewasser für Beton – Festlegung für die Probenahme, Prüfung und Beurteilung der Eignung von Wasser, einschließlich bei der Betonherstellung anfallendem Wasser, als Zugabewasser für Beton

DAfStb-Heft 525 Erläuterungen zu DIN 1045-1 DIN 1045-2 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton, Teil 2: Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität, Anwendungsregeln zu DIN EN 206-1 (zusammengefasst nach DIN-Fachbericht 100 Beton) DIN Fachbericht 100 Beton Zusammenstellung von DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 DIN 1045-3 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton, Teil 3: Bauausführung DIN 1045-4 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton, Teil 4: Ergänzende Regeln für die Herstellung und Überwachung von Fertigteilen DAfStb-Heft 526 Erläuterungen zu den Normen DIN EN 206-1, DIN 1045-2, DIN 1045-3, DIN 1045-4 und DIN 4226 DIN 4030 Beurteilung betonangreifender Wässer, Böden und Gase DIN 4102-4 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen, Teil 4: Zusammenstellung und Anwendung klassifizierter Baustoffe, Bauteile und Sonderbauteile DIN V 4108-4 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden, Teil 4: Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte

DIN V 20000-100 Anwendung von Bauprodukten in Bauwerken, Teil 100: Betonzusatzmittel nach DIN EN 934-2 Verwendung von Flugasche nach DIN EN 450 im Betonbau (DAfStb-Richtlinie)

Weiterführende Internetadressen DIN EN 12878 Pigmente zum Einfärben von zement- und/oder kalkgebundenen Baustoffen – Anforderungen und Prüfung

Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e.V. www.bdzement.de

DIN 51043 Trass – Anforderungen, Prüfung

Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e.V. www.betonverein.de

Bewehrung

Marketinggesellschaften der Deutschen Zement- und Betonindustrie www.beton.org

DIN 488 Betonstahl DIN EN 10080 Stahl für die Bewehrung von Beton – Schweißgeeigneter Betonstahl, Allgemeines siehe DIN 488 Betonstahl

Gesteinskörnungen DIN 4226-2 Gesteinskörnungen für Beton und Mörtel, Teil 2: Leichte Gesteinskörnungen

DIN 4235 Verdichten von Beton durch Rütteln

DIN 4226-100 Gesteinskörnungen für Beton und Mörtel, Teil 100: Rezyklierter Gesteinskörnungen

DIN 18202 Toleranzen im Hochbau – Bauwerke

DIN EN 12620 Gesteinskörnungen für Beton

DIN 18218 Frischbetondruck auf lotrechte Schalungen

DIN EN 13055-1 Leichte Gesteinskörnungen, Teil 1: Leichte Gesteinskörnungen für Beton, Mörtel und Einpressmörtel

DIN EN 13369 Allgemeinen Regeln für Betonfertigteile

108

Beratung und Verbände

Bundesverband Deutsche Beton- und Fertigteilindustrie e.V. www.betoninfo.de Beuth Verlag (weiterführende Informationen zu DIN-Normen) www.beuth.de

Normen und Richtlinien, Beratung und Verbände, Literatur

Literatur (Auswahl) Zement-Merkblätter des Bundesverbands der Deutschen Zementindustrie e.V. (freier Download über www.bdzement.de oder www.beton.org): Betontechnik B1, Zemente und ihre Herstellung, 10/2005 B2, Gesteinskörnungen für Normalbeton, 10/2004 B3, Betonzusätze, Zusatzmittel und Zusatzstoffe, 09/2005 B4, Frischbeton – Eigenschaften und Prüfungen, 12/2002 B5, Überwachung von Beton auf Baustellen, 12/2004

Merkblätter des Deutschen Beton- und Bautechnik-Vereins:

Kind-Barkauskas, Friedbert (Hrsg.): Beton und Farbe. München 2003

Abstandhalter, Juli 2002

Kind-Barkauskas u. a: Beton Atlas. München/Basel 2002

Betondeckung und Bewehrung – Sicherung der Betondeckung beim Entwerfen, Herstellen und Einbauen der Bewehrung sowie des Betons, Juli 2002 Betonierbarkeit von Bauteilen aus Beton und Stahlbeton – Planungs- und Ausführungsempfehlungen für den Betoneinbau, November 1996

Betonoberfläche – Betonrandzone, November 1996 Betonschalungen, Mai 1999

B7, Bereiten und Verarbeiten von Beton, 08/2002

Nicht geschalte Betonoberfläche, August 1996

B8, Nachbehandlung von Beton, 11/2002

Selbstverdichtender Beton, Dezember 2004

B9, Expositionsklassen von Beton und besondere Betoneigenschaften, 12/2004

Trennmittel für Beton – Teil A: Hinweise zur Auswahl und Anwendung, März 1997

B11, Massenbeton, 12/2000 B12, Unterwasserbeton, 01/1999

Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e.V., Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e.V. (Hrsg.): Merkblatt Sichtbeton. Berlin/Düsseldorf 2004

B13, Leichtbeton, 09/1998 B16, Hochfester Beton / Hochleistungsbeton, 10/2002 B18, Risse im Beton, 02/2003 B22, Arbeitsfugen, 01/2002 B24, Betonstahl und Verlegen der Bewehrung, 09/1998 B26, Füllen von Rissen, 06/2003 B27, Ausblühung – Entstehung, Vermeidung, Beseitigung, 12/2003 Hochbau H1, Baulicher Brandschutz mit Beton, 06/2000 H2, Begrünte Dächer, 10/1998 H3, Flachdächer aus Beton, 01/1999

Lindner, Gerhard; Schmitz-Riol, Erik: Systembauweise im Wohnungsbau. Düsseldorf 2001 Lohmeyer, Gottfried; Ebeling, Karsten: Weiße Wannen einfach und sicher. Düsseldorf 2004

Betonieren im Winter, August 1999

B6, Transportbeton, 08/2002

B10, Schwerbeton /Strahlenschutzbeton, 01/2002

Lamprecht, Heinz Otto.: Opus Caementitium. Düsseldorf 1996

Middel, Matthias u. a.: Bauphysik nach Maß. Düsseldorf 2003 Müller, Petra: Beton in der Architektur. Düsseldorf 2001 Neunast, Armin; Lange, Friederike: Leichtbeton Handbuch. Düsseldorf 2001 Pfeifer, Günter; Liebers, Antje: Sichtbeton. Düsseldorf 2005 Primus, Illo-Frank: Massivabsorber. Düsseldorf 1995 Rüegg, Arthur u. a.: Die Unschuld des Betons. Zürich 2004

Bücher

Schwerm, Dieter: Ausbaudetails im Fertigteilbau. Düsseldorf 2002

Bennett, David: The Art of Precast Concrete. Basel 2005

Verein Deutscher Zementwerke (Hrsg.): Zement-Taschenbuch 2002. Düsseldorf 2002

Bertrams-Vosskamp, Ulrike u. a.: Betonwerkstein-Handbuch. Düsseldorf 2001

Weber, Robert; Tegelaar Rudolf: Guter Beton. Düsseldorf 2005

Bauberatung Zement (Hrsg.).: Bauteilkatalog. Düsseldorf 2005

Wieland, Dieter: Gebaute Lebensräume. Düsseldorf 1987

Bose, Thomas; Pickhardt, Roland: Beton – Herstellung nach Norm. Düsseldorf 2005

Willems, Wolfgang u. a.: Wärmebrücken- und Konstruktionsatlas. Düsseldorf 2005

Cemsuisse, Institut für Geschichte und Theorie der Architektur an der ETH Zürich (Hrsg.): Architekturpreis Beton 05. Zürich 2005

Zeitler, Ralf: Bemessung im Stahlbetonbau nach DIN 1045-1. Düsseldorf 2005

Döhring, Wolfgang u. a.: Fassaden mit Betonfertigteilen. Düsseldorf 2000

Zeitschriften Baumeister, Beton, 07/2005

H4, Wärmedämmputz, 08/1999 H5, Keller – richtig gebaut, 09/1998

Eifert, Helmut; Bethge, Wolfgang: Beton – Prüfung nach Norm. Düsseldorf 2005

H6, Schallschutz mit Beton im Wohnungsbau, 01/2002

Fehlhaber, Jörg M.: Metapher Beton oder die Rettung der Architektur. Düsseldorf 1995

H8, Sichtbeton – Gestaltung von Betonoberflächen, 08/1999

Hassler, Uta; Schmidt, Hartwig (Hrsg.): Häuser aus Beton. Tübingen 2004

H9, Schalung für Beton, 08/1999

Beton 03/2005 Beton-Information Spezial 04/2005: Sichtbeton – Planung und Ausführung DBZ, Beton, 06/2004 Detail, Bauen mit Beton, 01/2001

Heene, Gerd: Baustelle Pantheon. Düsseldorf 2004

Detail, Bauen mit Beton, 04/2003

H11, Sichtmauerwerk aus Beton (Normalbeton), 10/1998

Hegger, Manfred u. a.: Baustoff Atlas. München/Basel 2005

Werk, Bauen + Wohnen, Beton, 01/02/2005

H12, Energieeffizientes Bauen mit Beton – Vereinfachtes Verfahren nach EnEV, 03/2003

Kapellmann, Klaus D.; Langen, Werner: Einführung in die VOB/B. München 2003

H10, Wasserundurchlässige Betonbauwerke, 10/2005

Detail, Bauen mit Beton, 01/02/2006

Zeitschrift für Architektur, Internationale Beispiele für zeitgemässes Bauen mit Beton, 05/2004

109

Anhang

Sachregister Abstandsgewirke 33 Abstandhalter 16 Agraffen 35 Alkalien 29 alkaliresistentes Glas 32 Allgemeine Geschäftsbedingungen 65 Allgemeine technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen 71 Allgemeine Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen 71 Ankerkone 83 Ansteifen 24 AR-Glas 32 aufgeschäumte Matrix 21 Ausblutung 17 Ausbreitmaß, Ausbreitmaßklassen 22 Ausführungsbedingungen 61, 102 Ausführungsqualität 68 Ausführung von Bauleistungen 71 Ausführungszeit 72 Ausschalfrist 25 Ausschreibung 103 Auswaschen 14 Basizität 16 Bauleitung 71, 104 Baugenehmigung 16 Baustellensteuerung 16, 68, 69, 102, 10 Bauvertrag 60, 64, 104 Bauzeit 72 Batterieschalung 52 Beschichtung 16 Besondere Vertragsbedingungen 64, 71, 103 Betondeckung 15, 87 Betondruckfestigkeitsklassen 25 Betonfertigteil 19, 50 Betonkorrosion 20 Betonkuchen 22 Betonverflüssiger 13 Betonzugfestigkeit 35 Betonzusätze 12 Betonzusammensetzung 14, 22, 104 Bewehrung 15 Bewehrungsarbeiten 16 Bewehrungskorrosion 20 Bewehrungslage 15 Brandschutzverhalten 29 Bretterschalung 87 Chlorid 16 Dauerhaftigkeit 10, 19 Dauerhaftigkeitsanforderung 14 Dehnfuge 85 depassivierte Bewehrung 16 Dispersion 34 Dreistoffgemisch 10 Druckfestigkeit 13 Druckfestigkeitsklassen 25 Druckfestigkeitsprüfung 24 Ebenheit von Betonoberflächen 98 Einbaulage 15 eingefärbter Beton 51, 77 110

Einzelkriterien zur Beurteilung von Sichtbetonoberflächen 98 Eisenferrit 53 Endfestigkeit 25 Energieeinsparverordnung 45 Erhärten 18 Erhärteter Beton 24 Erhärtungsverhalten 24 Erprobungsfläche 18, 95 Erprobungswand 75 Erstarren 18 Erstarrungsverhalten 24 Erstarrungsverzögerer 13 Expositionsklassen 14, 20 Faltenträger 36 Faltwerk 35 Faserbeton 32 Farbpigmente 13, 77, 83 Farbstoffe 51 Feinbeton 32 Feinmörtel 17 Fertigstellungstermin 72 Fertigteile 50 Festbeton 10 Festigkeit 10 Festigkeitsklassen 12 Feuerwiderstandsklasssen 32 Filament 33 Fließmittel 13 Flügelglätten 51 Frischbetoneigenschaften 13, 14 Frischbetonrecycling 47 Frischer Beton 22 Frostwiderstand 13, 29 Fünfstoffgemisch 10 gefügedichte Betone 21 Geflechte 33 Gelege 33 Gesteinskörnung 10, 12, 46, 75 Gesteinsmehle 13 Gewährleistung 60 Gewebe 33 Gewirke 33 Glasfasern 29 Größtkorn der Gesteinskörnung 14 Halbfertigteil 51 haufwerksporiges Gefüge 21 Heizenergiebedarf 45 Heizwärmebedarf 45 Hochfester Beton 13, 47 Hochleistungsbeton 47 Hohlprofil 35 Holzbeton, Holzleichtbeton 38 Holzleichtbetonbauweise 40 Holzspanbeton 38 Honorarordnung für Architekten und Ingenieure (HOAI) 60 horizontale Arbeitsfuge 85 Hüttensand 10 Hydratation 24 hydraulisch aktive Erden 9

hydraulischer Baustoff 8, 9 Innenrüttler 17 Kalksteinmehl 10 Karbonatisierung 16 Karbonbewehrung 36 Kiesnest 17 Klassenbreite 22 Konsistenzsteuerung 23 Korngruppe 12 Korrosion 15 Korrosionsschutz 15 korrosiver Einfluss 21 Latentwärmespeicher, -materialien 40 Leichtbeton 9, 12 Leichtverdichtbarer Beton 23 Leistungsabschnitte 72 Leistungsbeschreibung 61, 71, 102 Leistungspositionen 61 Leistungsverzeichnis 59, 61 lichtdurchlässiger Beton 30 Luftporen 23 Luftporenbildner 13 Matrizen 51 Merkblatt Sichtbeton 18, 94 Mindestdruckfestigkeitsklasse 21 Mindestdurchmesser der Biegerolle 15 Mindestlebensdauer von Betonbauteilen 19 Mehrstoffgemisch 10 Mikroluftporen 13 Mikrosilica 32 Multiaxialgelege 33 Musterfläche 95 Nachbehandlungszeit 25 Nachbesserung 60 Nachforderung 59, 63 Nachhaltigkeit 34, 45 Nachunternehmer 68 NA-Zement 29 Nebenleistungen 62, 63 Normalbeton 12 Normbedingungen 24 Normen 19, 108 Oberflächenbeschaffenheit 103 Oberflächenrelief 77 öffentliche Ausschreibung 64 Ölschiefer 10 Opus Caementitium 9 Penetration 34 Pigment 51 Planung 102 plastischer Zustand 24 polierter Beton 74 Porendurchmesser 98 Porigkeit 98 Portlandzement 10 Portlandzementklinker 10 Primärenergiebedarf 45 Probewürfel 24 puzzolanische Erden 8 Qualitätssicherung 16, 104

Sachregister

Qualitätssteuerung 16, 68 Querschnittsminderung 16 Rahmenschalung 18 raue Oberflächentextur 77 Rautenfachwerk 37 Rauten-Gitterschale 35 Rechenfestigkeit 24 Recycling 45 Recyclingglas 29 Referenzfläche 95 Referenzliste 67 Rekristallisation 24 Relief 51 Reliefbeton 76 reliefierte Oberfläche 77 Restwasser 12 rezyklierte Gesteinskörnung 12, 47 rheologisches System 23 Rostbildung 16 Rovings 33 Rundgewirke 33 sägeraue Schalbretter 87 Sandstrahlen 14 saugende Schalhaut 98 Schalentragwerk 35 Schalöl 16 Schalhautelement 17 Schalhautklassen 18, 101 Schalung 17 Schalungsbau 17 Schalungmatrizen 42 Schalungsmusterplan 18, 103 Scheinfuge 51 Selbstverdichtender Beton 23, 47 Sheetcrete-Verfahren 33 Sicherheitsbeiwert 25 Sichtbeton 82, 92 Sichtbetonbauten 74, 76, 78, 84, 86, 88 Sichtbetonoberflächen 90, 100 Sichtbetonklassen 18, 94, 96, 98 Silicastaub 13 Sonderbeton 23 Speichergranulat 41, 42 sprödelastischer Zustand 24 Stabilisierer 13 Stahlbetonfertigteil 50 Stampfbeton 23 stark saugende Oberfläche 87 Steinkohlenflugasche 10, 13 Steinholz, Steinholzboden 38 Stocken 14, 87 Strukturierung 87 Systembauweise 52 Tausalz 16 Teilleistungen 61 Teilnahmewettbewerb 67 textile Bewehrung 32 Textur 98 Textilbeton 32 Textilbetonprofil 35 Tonnenschale 36

transluzenter Beton 26, 29, 30 transluzente Bodenfliesen 29 Trennmittel 16 Übergabegespräch 67, 102 Übergreifungslängen 15 Untersicht 73 Verankerungslängen 15 Verantwortungsabgrenzung 58, 103 Verrazzo 29 Verbundbaustoff Stahlbeton 9 Verbundwirkung 9 Vergabe 102 Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB) 58 Vertragsbedingungen 71 Vertragsverhältnis 60 verzinkte Bewehrung 16 Viskosität 23 Vordersatz 61, 63 Wärmedehnungskoeffizient 15 Wärmedurchlasswiderstand 12 Wärmeleitfähigkeit 39, 45 Wärmespeicherfähigkeit 45 Wasserzementwert 22 Wellcrete-Verfahren 33 würfelförmiger Probekörper 25 Zahlungsbedingungen 60 Zeitplan 72 Zement 10 Zementleim 12 Zementmatrix 12 Zementnorm 10 Zementstein 12 Zollingerbauweise 36 Zugabewasser 12 Zugkraft 15 Zumahlstoffe 10 Zusätzliche technische Vertragsbedingungen 71, 103 Zusätzliche Vertragsbedingungen 71 Zusatzmittel 13, 14 Zusatzstoffe 10, 12, 13 zylindrischer Probekörper 25

111

Anhang

Bildnachweis/Rechte Fotografien, zu denen kein Fotograf genannt ist, sind Autorenaufnahmen, Werkfotos oder stammen aus dem Archiv DETAIL.

Seite 6: Christian Richters, Münster Seite 8: Richard Bryant/arcaid

Seite 48, 68–71, 77 unten, 82 Mitte, 87 oben, 87 unten links: Frank Kaltenbach, München Seite 52, 53 unten, 54, 55 unten, 56, 57, 84, 85 rechts, 86, 87 unten rechts, 88 oben, 89 unten links, 89 Mitte, 89 unten rechts: Michael Heinrich, München

Seite 93, 99: Werner Huthmacher, Berlin Seite 96: Röschert + Schäfer, Architekten + Ingenieure, Volkach Seite 97: Philippe Ruault, F–Nantes

Seite 60: Peri, Weißenhorn

Seite 103: Hannes Fiala, Kriftel

Seite 9 rechts: Sigrid Neubert, München

Seite 62, 101: Westag & Getalit AG, Rheda-Wiedenbrück

Seite 104, 105: Thomas Mensing, Würzburg

Seite 12, 13: Studio Ernst/Kieswerke Rheinbach

Seite 66, 67: Züblin Wolff & Müller, Stuttgart

Seite 14 oben, 17, 24, 91 (Abb. 3, 4, 5, 7): Bundesverband der Deutschen Zementindustrie, Berlin

Seite 73: Martin Schuppenhauer, Berlin

Seite 9 links, 91 (Abb. 6): Verlag Bau + Technik, Düsseldorf

Seite 14 unten: Institut für Werkstoffe des Bauwesens, Universität der Bundeswehr, München Seite 15: aus: René Walther, Bauen mit Beton, Berlin 1997, Foto: A. Herzog Seite 22 links: aus: Iken, Lackner, Zimmer, Wöhnl, Handbuch der Betonprüfung, Düsseldorf 2003 Seite 23, 58: Beton Marketing Nord, Sehnde Seite 26, 27: Shinkenchiku-sha, Tokio Seite 28, 30, 31: LiTraCon GmbH, Aachen/H-Csongrád Seite 29 links: Verrazzo

Seite 74: Ruedi Walti, Basel Seite 75 oben: Klaus Schädler AG, CH-Triesenberg Seite 75 unten: Thomas Flechtner, CH–La Sagne Seite 76: Jan Bitter, Berlin Seite 77 oben: ABT Adviseurs in Bouwtechniek, NL–Arnheim/Delft Seite 78, 79: Serge Demailly, F–Saint Cyr sur Mer

Seite 33–37: LS Baukonstruktion 2/RWTH Aachen

Seite 83 oben links: Klemens Ortmeyer, Braunschweig

Seite 38: IEZ Natterer GmbH, Saulburg/Wiesenfelden

Seite 83 oben rechts und unten: Andreas Meck, München Seite 85 links, 89 oben: Susanne Frank, München

Seite 43: G. Feldmann, München Seite 44: Sebastian Greuner, Berlin

112

Seite 6: Fußballstadion in Braga Souto Moura Arquitectos, P–Porto Seite 44: ehemaliges Restaurant Ahornblatt in Berlin Ulrich Müther Seite 48: Haus C Parkvillage in München, Lauber Architekten, München Seite 80: Fakultätsgebäude in Pamplona Ignacio Vicens und José Antonio Ramos, ES–Madrid Seite 106: Kirche in Louisiana, Trahan Architects, USA–Baton Rouge

Titelfotos Seite 82 rechts: aus: Francesco dal Co, Tadao Ando, Complete Works, London 2000

Seite 32: Institut für Textiltechnik/RWTH Aachen

Seite 40–42: Roland Krippner, München

Rubrikeinführende Fotos

Seite 80: César San Millán, E– Madrid

Seite 82 links: Gerhard Polt/Hanns Christian Müller, Das Beton-Lied, aus: Gerhard Polt, Circus Maximus.© 2002 by KEIN & ABER AG, Zürich

Seite 29 rechts: Wausau Tile, USA–Wausau/Wisconsin

Seite 106: Timothy Hursley, USA–Little Rock/Arkansas

Seite 88 unten: Werner Schad, München Seite 90: Christoph Kreutzenbeck, Wuppertal Seite 91 (Abb. 8a – f): Dyckerhoff Weiss AG, Wiesbaden

oben: Schwimmbad in Arzúa, Antonio Raya, Carlos Quintáns, Cristóbal Crespo, ES–La Coruña Foto: Christoph Kreutzenbeck, Wuppertal Mitte: Konferenzpavillon in Weil am Rhein, Tadao Ando, J–Osaka Foto: Andreas Meck, München