Infraleichtbeton

Entwurf, Konstruktion, Bau

Claudia Lösch, Philip Rieseberg
Hrsg.: Mike Schlaich, Regine Leibinger
2018, 214 S., zahlr. Abb. und Tab.
Fraunhofer IRB Verlag
ISBN 978-3-8167-9931-3

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.

Verfügbare Formate

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

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
Edition Bausubstanz, Band 1
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.

Chemischer Angriff - Planung und Ausführung von Betonbauwerken
DBV-Heft, Band 33
Fassung November 2014.
2014, 91 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover

In den verschiedenen Bereichen des Betonbaus ist Beton einem chemischen Angriff von außen ausgesetzt, der die Dauerhaftigkeit des betreffenden Bauteils bzw. des gesamten Bauwerks beeinträchtigen kann. Für einen chemischen Angriff in natürlichen Böden und Grundwässern bestehen normative Vorgaben, um den Angriffsgrad anhand der Art und Konzentration der angreifenden Stoffe in Expositionsklassen einzustufen. Ob und inwieweit die Regelungen für Böden und Grundwässer auch auf andere Bereiche mit chemischem Angriff auf Beton zu übertragen ist, ist stets im Einzelfall zu überprüfen. Der Hauptausschuss Baustofftechnik des DBV hat daher den Arbeitskreis "Chemischer Angriff auf Beton" beauftragt, dieses Merkblatt zu erarbeiten. Es soll Hilfestellung bei der Bewertung einer projektspezifischen chemischen Angriffssituation auf Beton sowie bei der Planung und Ausführung von Schutzprinzipien leisten.

Untersuchungen zur Einbaudicke von zementgebundenem Vergussbeton
DBV-Heft, Band 31
Fassung November 2014.
2014, 100 S., 86 Abb. u. 44 Tab., Softcover
DBV

Im Auftrag des DBV wurden am Lehrstuhl für Baustofftechnik der Ruhr-Universität Bochum an verschiedenen Vergussbetonen eingehende Laboruntersuchungen u. a. zur Hydratationswärme- und Festigkeitsentwicklung, zum Frostwiderstand sowie zur sekundären Ettringitbildung vorgenommen. Zum Forschungshintergrund: In der DAfStb-Richtlinie Herstellung und Verwendung von zementgebundenem Vergussbeton und Vergussmörtel (Ausgabe November 2011) ist die Einbauhöhe auf das 25-fache des Größtkorns begrenzt. Ausschlaggebend für diese Regelung war die Sorge, dass sich durch sehr hohe Temperaturen im Zuge der Hydratation Beeinträchtigungen im Festbeton, insbesondere der Dauerhaftigkeit, ergeben könnten. Einschlägige Untersuchungen hierzu waren bislang jedoch nicht verfügbar. Diese wurden nun mit dem DBV-Heft 31 "Untersuchungen zur Einbaudicke von zementgebundenem Vergussbeton" erstmalig vorgelegt. Im Ergebnis zeigen die durchgeführten Untersuchungen, dass auch bei Einbauhöhen von Vergussbeton jenseits der bislang geltenden Begrenzung keine Beeinträchtigung der maßgeblichen Festbetoneigenschaften zu erwarten ist.

Sachstandsbericht zur Messung der Feuchte von mineralischen Baustoffen
2004, 60 S., Abb., Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

Ziel der Feuchtemessung von Baustoffen ist es, eine Grundlage für die Instandsetzungsplanung von Bauwerken zu schaffen. Der Bericht gibt eine Übersicht und Bewertung der existierenden Verfahren zur Messung der Feuchte von mineralischen Baustoffen. Die Autoren beschreiben die Definitionen der feuchtetechnischen Kennwerte der Baustoffe, befassen sich mit den in Frage kommenden Messverfahren und erläutern die praxiserprobten Verfahren, die Darr-Methode und die CM-Methode sowie den Folientest und das Luftfeuchte-Ausgleichsverfahren.

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Forschungsberichte

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Steffen Overmann, Anya Vollpracht
Aktualisierung des Bewertungskonzepts zur Umweltverträglichkeit von Beton
Abschlussbericht.
Bauforschung, Band T 3388
2021, 28 S., 16 Abb. u. 6 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

Dieses Projekt schließt inhaltlich an ein 2019 abgeschlossenes Projekt an, das die Überarbeitung des aktuellen Bewertungskonzepts zur Umweltverträglichkeit von Beton des DIBt behandelte. Anlass des vorherigen Projekts war die Absenkung der Geringfügigkeitsschwellen (GFS) vieler umweltrelevanter Parameter durch die Bund-/Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) im Jahr 2016 gegenüber den GFS von 2004. Eine Übernahme der aktuellen GFS von 2016 in das derzeit gültige Bewertungskonzept würde dazu führen, dass viele normkonforme Betone die Anforderungen nicht mehr erfüllen. Das überarbeitete Konzept würde ohne Berücksichtigung der Wechselwirkungen eluierter Substanzen mit dem Boden zu einer weiteren Senkung der zulässigen Freisetzungen führen. Es wurde jedoch gezeigt, dass sich bei Berücksichtigung der Sorption mittels eines für einen niederländischen Standardsandboden durch geochemische Modellierung berechneten Kd-Werts im Modell die zulässigen Freisetzungen wesentlich erhöhen. Dieser Kd-Wert ist jedoch relativ hoch und erscheint daher für eine Worst-Case-Betrachtung nicht geeignet. Daher wurden in diesem Vorhaben Mindest-Kd-Werte ermittelt, die gemäß des Bewertungskonzeptes zur Einhaltung der Anforderungen für normkonforme Betone führen würden.

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.

Bewertung von Rechengrundlagen zur Restfestigkeit von Beton im Zuge der Novellierung von EN 1992-1-2. Abschlussbericht

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Gesicherte Kenntnisse über die Restfestigkeit von Beton nach einer Brandbeanspruchung sind für die Beschreibung des Materialverhaltens in der Abkühlphase und damit für die Berücksichtigung von natürlichen Bränden erforderlich, insbesondere für die Bewertung der Resttragfähigkeit nach einem Brand. In der aktuellen Fassung der EN 1992-1-2 (EC 2-1-2) sind keine Angaben hinsichtlich der Restfestigkeit von Betonen nach der Abkühlphase enthalten. Umfangreiche Untersuchungen an Betonzylindern zur Bestimmung von Restdruckfestigkeiten nach Brandbeanspruchung sind im Rahmen eines Sonderforschungsbereichs durchgeführt worden. Zusammen mit internationalen Forschungsergebnissen zu diesem Thema wurden diese zusammengefasst. In diesem Bericht werden die Ergebnisse des o. g. und weiterer Forschungsvorhaben sowie internationaler Literatur für die Normung aufbereitet und Empfehlungen für Regelungen in der überarbeiteten Fassung des EC 2-1-2 für die praktische Anwendung formuliert.

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Zeitschriftenartikel

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Santhanam, Manu
Ermittlung und Bewertung der Kompatibilität zwischen Zement und Zusatzmitteln
BWI - BetonWerk International, 2022

Schulte Holthausen, Robert; Merkel, Melanie; Breit, Wolfgang; Raupach, Michael
Monitoring the microstructural deterioration of concrete exposed to leaching in purified water
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Becke, Alice
RC aggregate in the concrete block industry - status quo and outlook (kostenlos)
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Fromm, Leonhard
Vom Bauschutt zum Baustoff (kostenlos)
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Gleich, Philipp
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