Infraleichtbeton

Entwurf, Konstruktion, Bau

Claudia Lösch, Philip Rieseberg
Hrsg.: Mike Schlaich, Regine Leibinger
2018, 214 S., zahlr. Abb. und Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag
ISBN 978-3-8167-9881-1

Inhalt

Infraleichtbeton ist ein sehr leichter Beton, der sowohl die tragende als auch die wärmedämmende Funktion der Gebäudehülle in einem monolithischen Material vereint und damit eine gestalterisch anspruchsvolle und nachhaltige Bauweise ermöglicht.
Die Erkenntnisse aus langjähriger Forschung zum Einsatz von Infraleichtbeton im Geschosswohnungsbau sind in diesen Leitfaden eingeflossen. Die Autoren stellen Ansätze für den materialgerechten Entwurf, die konstruktive Durchbildung und die Bemessung vor. Sie bieten darüber hinaus einen Überblick über bauphysikalische Eigenschaften des Materials sowie Hinweise zur Bauausführung.
Mit diesem Handbuch steht erstmals eine Planungshilfe für Planer, Bauherren und Baufirmen, die mit diesem neuartigen Hochleistungsleichtbeton arbeiten möchten, zur Verfügung.

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Inhaltsverzeichnis

Danksagung

1 Einleitung

2 Theoretische Grundlagen

2.1 Definition und Einordnung von Infraleichtbeton

2.2 Entwicklung von Leicht- und Infraleichtbeton

2.3 Gestalterisches Potenzial des Materials

3 Materialtechnologie

3.1 Zusammensetzung und Rohdichteklassen

3.2 Eigenschaften

4 Gebäudetypologien

4.1 Exemplarischer Gebäudetyp

4.2 Baulücke

4.3 Zeilengebäude

4.4 Einfamilienhaus

4.5 Punkthaus/Hochhaus

5 Baukonstruktive Leitdetails

5.1 Wandaufbauten

5.2 Deckenanschlüsse

5.3 Balkone und Auskragungen

5.4 Fensteranschlüsse

5.5 Fußpunkte

5.6 Attikaanschluss bei Flachdächern

6 Grundlagen der Planung

6.1 Parametertabelle zur entwurflichen und statischen Vorbemessung

6.2 Infraleichtbeton im Kontext der EnEV

6.3 Bauphysikalische Eigenschaften

6.4 Dynamische simulationsbasierte Untersuchungen

6.5 Ökobilanz

6.6 Kosten

6.7 Rechtliche Grundlagen

7 Bemessungsansätze zur Tragwerksplanung

7.1 Grundlagen der Bemessung

7.2 Dauerhaftigkeit

7.3 Duktiles Bauteilverhalten

7.4 Ausgangswerte für die Bemessung

7.5 Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit

7.6 Bemessung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

7.7 Besonderheiten bei der Bemessung mit GFK-Bewehrung

7.8 Konstruktionsgrundlagen

8 Baupraktische Aspekte

8.1 Geeignete Schalungen

8.2 Oberflächengestaltungen

8.3 Herstellung und Einbau

8.4 Ausschalfristen und Nachbehandlung

8.5 Oberflächenschutz – Hydrophobierung

8.6 Betonkosmetik und Nachbearbeitung

9 Ausgewählte Bauwerke

9.1 Einfamilienhaus aus Infraleichtbeton, Berlin

9.2 Betonoase, Berlin

9.3 Einfamilienhaus, Aiterbach

9.4 Small House I, Technische Universität Kaiserslautern

10 Anhang

10.1 Beispielhafte Bemessungen

10.2 ω-Tafeln als Bemessungshilfe

10.3 Herausgeber und Autoren

10.4 Literatur

10.5 Abbildungsverzeichnis

10.6 Tabellenverzeichnis

10.7 Stichwortverzeichnis

Autoreninfo

Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Claudia Lösch studierte Bauingenieurwesen und Wirtschaftsingenieurwesen in Karlsruhe, London und Aachen. Seit 2014 ist sie wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Massivbau der Technischen Universität Berlin und forscht im Bereich des Infraleichtbetons.

Dipl.-Ing. Philip Rieseberg studierte Architektur an der Technischen Universität Berlin und der Ecole Nationale Supérieure d'Architecture Paris. Gemeinsam mit Tarek Massalme und Jan-Oliver Kunze führt er seit 2008 das Büro MARS Architekten in Berlin. Seit 2014 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Baukonstruktion und Entwerfen der Technischen Universität Berlin und forscht im Bereich des Infraleichtbetons.

Prof. Regine Leibinger studierte Architektur an der Technischen Universität Berlin und der Harvard University, USA. Sie führt seit 1993 gemeinsam mit Frank Barkow das Büro Barkow Leibinger in Berlin. In der Zeit von 2006 bis 2016 war sie Professorin für Baukonstruktion und Entwerfen an der Technischen Universität Berlin. Derzeit ist sie als Gastprofessorin an der Princeton University, School of Architecture, USA. Zahlreiche Projekte im In- und Ausland wurden mit Preisen ausgezeichnet.

Prof. Dr. sc. techn. Mike Schlaich studierte Bauingenieurwesen und promovierte an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich. Er ist geschäftsführender Gesellschafter des Ingenieurbüros schlaich bergermann und partner (sbp GmbH). Seit 2004 ist Mike Schlaich Professor an der Technischen Universität Berlin, Lehrstuhl Entwerfen und Konstruieren - Massivbau und seit 2005 anerkannter Prüfingenieur für Baustatik. Er wurde 2015 mit der Gold Medal der Institution of Structural Engineers, London ausgezeichnet und ist Mitglied der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften (BBAW).

Publikationslisten zum Thema:
Beton, Betonbau, Infraleichtbeton, Materialtechnologie, Materialeigenschaft, Projektbeitspiel, Wohnhaus, Mehrfamilienhaus, Einfamilienhaus, Baukonstruktion, Wandaufba, Anschluss, Planung, Bemessung, Bauphysikalische Eigenschaft, Brandschutz, Schallschutz, Simluation, Wärmebrücke, Ökobilanz, Bemessung, Tragfähigkeit, Dauerhaftigkeit, Gebrauchstauglichkeit,

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Bücher, Broschüren

Melanie Prager
Zum Tragverhalten mikrobewehrter Ultrahochleistungsbetone
Schriftenreihe aus dem Institut für Massivbau der Universität Duisburg-Essen, Band 7
2019, 210 S., zahlr. Abb. farbig und s/w. 21 cm, Softcover
TUDpress

Ultrahochleistungsbeton besitzt aufgrund seiner hohen Gefügedichte hervorragende Festigkeits- und Dauerhaftigkeitseigenschaften. Die optimierte hohlraumarme Kornpackung führt jedoch zu einem gegenüber Normalbeton weitaus spröderen Materialverhalten. Um die Duktilität der Betonmatrix zu erhöhen, werden dem Ultrahochleistungsbeton daher üblicherweise hochfeste Mikrodrahtfasern zugegeben. In der vorliegenden Arbeit wird auf Basis umfassender experimenteller Untersuchungen der Ersatz dieser Mikrodrahtfasern durch eine Mikrobewehrung untersucht. Nachteil des Einsatzes von Mikrodrahtfasern innerhalb der UHPC-Matrix stellt deren zufällige Ausrichtung und Verteilung dar. Zur Bemessung von Bauteilen aus mikrodrahtfaserbewehrtem UHPC wird daher aufgrund der Berücksichtigung der hohen Streuung und Unsicherheiten der Ansatz hoher Sicherheits- und Abminderungsfaktoren erforderlich. Die vorgestellte Mikrobewehrung in Mattenstruktur aus geschweißten Einzeldrähten wird vor dem Einfüllen des UHPC in die Schalung eingebaut und ist somit in Lage und Ausrichtung bekannt, was einen effizienten Einsatz ermöglicht. Auf Basis experimenteller Untersuchungen werden Materialmodelle definiert und ein Finite-Elemente-Modell entwickelt, welches in der Lage ist, das Trag- und Verformungsverhalten des mikrobewehrten UHPC realitätsnah abzubilden. In Analogie zum Stahlbetonbau wird ein Bemessungsmodell zur Bestimmung der Druck-, Zug- und Biegetragfähigkeit vorgestellt. Die entwickelten Bemessungstafeln zur Bemessung von Bauteilen mit Rechteckquerschnitt unter reiner Biegung berücksichtigen die Verwendung unterschiedlicher Stahlgüten. Die zugehörigen grafischen Hilfsmittel zur Bestimmung der erforderlichen Anzahl an Mikrobewehrungsmatten in Abhängigkeit von Maschenweite und Durchmesser erlauben eine einfache Dimensionierung des Verbundmaterials. Neben den Aspekten der Tragfähigkeit werden auch die Dauerhaftigkeitseigenschaften von mikro- und faserbewehrtem UHPC mit Hilfe des CDF Tests miteinander verglichen. Hinsichtlich der Abwitterung und inner

Fernando Acosta Urrea, Frank Dehn, Lothar Stempniewski
Influence of elevated temperatures up to 100 °C on the mechanical properties of concrete
Karlsruher Reihe Massivbau, Baustofftechnologie, Materialprüfung, Band 84
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2018, 272 S., graph. Darst. 240 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

Experiments to characterize the effects of moisture content and temperature on the mechanical properties of concrete were conducted. Based on these experiments, a new overall material model capable of predicting the mechanical behaviour of concrete subject to elevated temperatures up to 100 °C was developed. The material model estimates the time, temperature and moisture dependency of the compressive and tensile strength, creep and shrinkage of concrete.

Chemischer Angriff auf Beton - Prüfverfahren zur Bewertung des Säurewiderstands von Beton
DBV-Heft, Band 41
Fassung Mai 2017.
2017, 27 S., 12 Abb., 4 Tab., Softcover

In den letzten Jahren wurden diverse Prüfverfahren und Methoden entwickelt, um die Leistungsfähigkeit von Beton bzw. Bindemittel hinsichtlich des Widerstands gegenüber betonaggressiven Einwirkungen beurteilen zu können. Ein wesentliches Ziel von Prüfverfahren zur Beurteilung der Dauerhaftigkeit von Baustoffen ist, die im Laufe der Nutzungsdauer zu erwartenden Einwirkungen auf den Baustoff realitätsnah abzubilden. Dazu sind die Prüfparameter auf die im jeweiligen Anwendungsbereich vorherrschenden Umgebungs- und Randbedingungen anzupassen. Daneben sind auch die Bewertungskriterien individuell unter Berücksichtigung der im Einzelfall geforderten Nutzungsdauer eines Bauwerks festzulegen. Eine systematische Zuordnung von adäquaten Prüfverfahren bzw. Prüfparametern und Bewertungskriterien für die verschiedenen Anwendungsbereiche im Betonbau, in denen betonaggressive Einwirkungen auftreten, ist mit Ausnahme von Einzelfällen bislang nicht vorhanden. Daneben stellt sich in der Praxis immer wieder das Problem, das Angriffspotenzial der Umgebung eines Bauwerks prüftechnisch zu erfassen und zu bewerten. In Ergänzung zum DBV-Merkblatt "Chemischer Angriff auf Beton - Empfehlungen zur Prüfung und Bewertung" (Fassung Mai 2017) werden im DBV-Heft 41 "Chemischer Angriff auf Beton - Prüfverfahren zur Bewertung des Säurewiderstands von Beton" bisher nicht in Normen geregelte, aber in Deutschland durchaus gängige Prüfverfahren zur Beurteilung des Säurewiderstands von Beton zusammengestellt und in Bezug auf die wesentlichen Prüfparameter beschrieben.

Gabriele Patitz, Andreas Gerdes, Hermann Rothenhöfer, Guido Buschbacher, Tobias Bürkle, Lorena Rombach, Bettina Marquardt, Alexander Amann
BAUSUBSTANZ Thema: Betoninstandsetzung
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Instandsetzung des Laufenmühle-Viadukts
2017, 49 S., 50 Abb. , Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Mit dem Sonderheft der Zeitschrift "BAUSUBSTANZ" mit Themenschwerpunkt Betoninstandsetzung werden umfassende Informationen über die Bestandserfassung, Bestandsbewertung und Sanierung des über 100 Jahre alten denkmalgeschützten Laufenmühle-Viadukts gegeben. Das Viadukt ist mit zwei weiteren vergleichbaren Bogenbrücken Bestandteil der historischen Bahnstrecke der Schwäbischen Waldbahn. Heute wird diese für den Museums- und Freizeitverkehr mit historischen Dampf- und Dieselzügen von Schorndorf über Rudersberg nach Welzheim befahren. Die Schwäbische-Wald-Bahn GmbH ist als Eisenbahninfrastrukturunternehmen für die Unterhaltung des 11 Kilometer langen Streckenabschnitts zwischen Rudersberg und Welzheim verantwortlich. Die Sanierung des Laufenmühle-Viadukts hat sich als eine große Herausforderung erwiesen, sowohl in technischer als auch in finanzieller Hinsicht. Eine erste Sanierungsplanung sah zur statischen Sicherung eine ergänzende, ca. 30 bis 50 cm starke Betonvorsatzschale unterhalb der Bögen vor, ein Fahrverbot ab 2016 für die Zeit der Sanierungsarbeiten sowie Kosten von geschätzten 3,5 Mio. Euro. Der Bauherr entschied sich jedoch dazu, ein interdisziplinäres Team aus Bauingenieuren, Bauwerksprüfern, Geophysikern, Bauchemikern und Baustoffingenieuren mit einer Überarbeitung des bestehenden Konzeptes zu beauftragen. Es erfolgten ergänzende und erweiternde Voruntersuchungen zur Bestandsbewertung. Durch den flächigen Einsatz von Bauradar konnten geschädigte und ungeschädigte Bogenbereiche auskartiert und über gezielte Materialproben verifiziert werden. Auf dieser Basis war eine innovative Herangehensweise bei der statischen Nachweisführung möglich. Für die nur noch lokal auszuführenden Verpressarbeiten wurde von der IONYS AG das geeignete Verpressmaterial konzipiert und am Objekt dessen Praktikabilität getestet. Der Erfolg der Verpressungen wurde mit Bauradar kontrolliert und dokumentiert.

Georg Fischer
Globalisierte Geologie
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Eine Wissensgeschichte des Eisenerzes in Brasilien (1876 - 1914). Dissertationsschrift
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Am Vorabend des Ersten Weltkriegs galt Brasilien als eines der eisenreichsten Länder der Erde. Damit verbunden war die Wahrnehmung des Landes als strategischer Rohstofflieferant, aber auch als Großmacht der Zukunft. Doch wie kam es zu der Assoziation von Eisenreichtum und Macht? Und wie entstand überhaupt das Wissen über Natur, auf dem derartige Vorstellungen basierten? Georg Fischer untersucht den Bedeutungswandel des Eisens im Kontext der Globalisierung von wissenschaftlichen Praktiken, Industrialisierungsvisionen, materiellen Knappheitsängsten und der wachsenden Bedeutung technischer Experten in staatlichen Institutionen und transnationalen Investorennetzwerken.

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Forschungsberichte

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Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

CONPrint3D-Ultralight - Herstellung monolithischer, tragender Wandkonstruktionen mit sehr hoher Wärmedämmung durch schalungsfreie Formung von Schaumbeton

Viktor Mechtcherine, Jens Otto, Frank Will, Viacheslav Markin, Christof Schröfl, Venkatesh Naidu Nerella, Martin Krause, Charlotte Dorn, Mathias Näther
CONPrint3D-Ultralight - Herstellung monolithischer, tragender Wandkonstruktionen mit sehr hoher Wärmedämmung durch schalungsfreie Formung von Schaumbeton
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3181
2020, 127 S., 78 Abb. u. 35 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Beton-3D-Druck ist eine kontinuierliche, schalungsfreie Bautechnologie nach dem Prinzip der additiven Fertigung, die wirtschaftliche Errichtung von Bauwerkstrukturen unter Baustellenbedingungen ermöglicht. Das Projekt beschäftigte sich mit der Erweiterung des Verfahrens auf Schaumbeton mit dem Ziel, die Grundlagen einer Technologie zur Erstellung tragender Wände zu entwickeln. Schaumbeton zeichnet sich durch geringe Rohdichte und gute Wärmedämmeigenschaften aus. Die entwickelten Schaumbetone, technologischen und baustofflich-analytischen Prozesse und Verfahren, sowie die Maschinenelemente einschließlich deren Integration stellen elementare Grundlagen dar, die zur großtechnischen und baupraktischen Umsetzung von schalungsfreien Formgebungsverfahren mit Schaumbetonen notwendig sind. Die Projektergebnisse können von Baustoff- und Zusatzmittelherstellern, Baumaschinenherstellern sowie Baufirmen genutzt werden, um mit beschränktem Aufwand aus dem prototypisch nachgewiesenen 3D-Druck von Schaumbeton marktfähige Produkte und Technologien mit ausgeprägten Alleinstellungsmerkmalen weiterzuentwickeln. Die erfolgte positive Bewertung der Wirtschaftlichkeit des Bauverfahrens stellt eine ausgezeichnete Grundlage für deren Überführung in die Baupraxis dar.

Jürgen Schnell, Rabea Sefrin
Nachrechnung von Stahlbetontragwerken mit niedriger Festigkeit
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3156
2019, 167 S., 99 Abb. u. 58 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Die Standsicherheit von Bestandstragwerken muss bei Umbau oder Nutzungsänderung nach aktuellem Regelwerk nachgewiesen werden. Wird an Bestandstragwerken aus Stahlbeton die charakteristische Betondruckfestigkeit anhand von Bohrkernen ermittelt oder wird sie durch Umrechnung aus Bestandsunterlagen festgestellt, ergeben sich bei älteren Bauwerken sehr oft Festigkeiten unterhalb der Festigkeitsklasse C12/15. Werden Betondruckfestigkeiten < C12/15 angetroffen, besteht in der Praxis große Unsicherheit, wie in solchen Bauwerken regelkonform zu bemessen ist. In der Tendenz führt dies zu einer Unterbewertung der Tragfähigkeit und in der Folge zu Rückbau oder Verstärkungsmaßnahmen. Dies könnte in vielen Fällen vermieden werden, wenn klare Regeln zur Behandlung solcher Tragwerke vorlägen. Aus diesem Grund wurden im Projekt alle relevanten Bemessungs- und Konstruktionsregeln hinsichtlich ihrer Gültigkeit für niederfesten Beton analysiert und für die Praxis kommentiert.

Dauerhafte und wärmedämmende Wandelemente aus Fertigteil-Hybriden aus Ultrahochleistungsbeton (UHPC) und chemisch aufgetriebenen, lufthärtendem, mineralischen Schaumbeton

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Dauerhafte und wärmedämmende Wandelemente aus Fertigteil-Hybriden aus Ultrahochleistungsbeton (UHPC) und chemisch aufgetriebenen, lufthärtendem, mineralischen Schaumbeton
Abschlussbericht.
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2019, 71 S., 56 Abb. u. 9 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Konventionelle Wandelemente bestehen heutzutage meist aus einer Vielzahl an Materialen, um den Anforderungen an den Lastabtrag sowie an den Wärmeschutz nach EnEV zu entsprechen. Diese Materialen werden beispielsweise verklebt, sodass beim Rückbau keine sortenreine Trennung möglich ist. Dieses Problem soll durch das rein mineralische Wandsystem aus zwei UHPC-Schalen, die den wärmedämmenden und lastabtragenden Schaumkern schützen, erzielt werden. Für die Entwicklung eines vollständig mineralischen, tragenden und gleichzeitig wärmedämmenden Wandbauteiles wurden außenliegende ultrahochfeste Betonschalen (UHPC) und ein innenliegender Schaum auf UHPC-Basis zu einem Sandwichwandelement kombiniert. Dabei wurde ein mineralischer, chemisch aufgetriebener, lufthärtender Schaum (CLM-Schaum) auf Basis einer UHPC-Feinkornmischung genutzt, der im Gegensatz zu Porenbeton lufterhärtend ist und keine energieintensive Autoklavierung benötigt.

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Sandwichelemente mit Deckschichten aus Stahlbeton weisen üblicherweise Schalendicken von mindestens 8 bis 9 cm auf. Die ökologischen sowie energetischen Anforderungen an die Gebäudehüllen werden sich in den nächsten Jahren weiter verschärfen. Dies bedeutet eine kontinuierliche Vergrößerung der Außenwandstärke durch dickere Dämmungen. Um dem entgegenzuwirken, sollen dünne textilbewehrte Schalen die gängigen Stahlbetonschalen ersetzen. Das Projekt verfolgte das übergeordnete Ziel, die technischen Grundlagen zur Herstellung und Bemessung von großformatigen, leichten und energieeffizienten Sandwichelementen für Außenwände mit Deckschichten aus textilbewehrtem Beton und innenliegender Wärmedämmung zu schaffen.

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Bildgebende Ultraschallechoverfahren gewinnen in der zerstörungsfreien Prüfung von Betonbauteilen zum Zweck der Bauwerksdiagnose zunehmend an Bedeutung. Der gerätetechnische Aufwand für die Bildgebung mit scannenden Verfahren ist noch relativ groß. Mit einer automatisierten Positionserfassung und deren softwareseitiger Einbindung in die Bildgebung soll die Anwendungsbreite ultraschallbasierter Prüfmethoden erweitert werden. Nach der Auswahl und Einbindung eines Positionserfassungssystems wurde die Anwendung eines neuen, handgeführten Ultraschallechogerätes an bekannten Probekörpern und realen Prüfobjekten auf ihre Praxistauglichkeit geprüft. Ein besonderer Vorteil des Vorhabens stellt die zeitgleiche bildgebende Auswertung auf der Baustelle dar.

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Leutbecher, Torsten
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