Fachaufsatz: Konstruktive Qualität von Ziegel-Mauerwerk im Geschossbau

• Autor: Dr.-Ing. Thomas Fehlhaber, seit November 2003 Geschäftsführer der Unipor-Ziegel-Gruppe

(2.1.2008) Wandkonstruktionen müssen im Mehrgeschoss-Bau vielfältigen Ansprüchen genügen. Für die Standsicherheit von Gebäuden sind besonders äußere Einflüsse von enormer Bedeutung: Als rein keramischer Baustoff zeichnen sich hier moderne Mauerziegel durch ihre Rohdichte und hohe Festigkeit aus. Weder Kälte und Hitze noch Feuchtigkeit verändern den gebrannten Ziegel in seiner Funktion und Haltbarkeit. Risse in Wänden oder eine Beeinträchtigung der Tragfähigkeit von Decken und Wänden sind beim Baustoff Ziegel daher kein Thema. Auf die Bauteile eines Gebäudes einwirkende Kräfte wie Windlasten oder Erdbeben können massive Ziegel problemlos standhalten. Auch die gesteigerten konstruktiven, brand- und schallschutz-technischen Anforderungen im Mehrgeschossbau erfüllt der Ziegel problemlos.

Wandkonstruktionen unterliegen besonders im Mehrgeschoss-Bau einer Vielzahl von Beanspruchungen. Neben der Standsicherheit durch ausreichende Tragfähigkeit der Wände - in Verbindung mit aufliegenden Decken - sind vor allem äußere Einflüsse von Bedeutung: Lasten aus Wind, Schneelasten und Schlagregen, die auf die Außenwände eines Hauses einwirken, stellen hohe Anforderungen an den verwendeten Baustoff. Wände müssen diese Lasten sicher in den Baugrund ableiten. Temperaturschwankungen, unterschiedlicher Feuchtegehalt, UV-Strahlung oder chemische Einflüsse durch Schadstoffe in der Luft können die Bausubstanz zusätzlich beeinflussen und beeinträchtigen. Regelungen wie in der DIN 4108-2 begrenzen beispielsweise die Zulässigkeit von Übertemperaturen. Kein Bauherr muss akzeptieren, dass die in der Norm festgelegten Grenzwerte in mehr als 10% der Aufenthaltszeit überschritten werden.

Temperaturschwankungen

Ziegelwände federn Temperaturspitzen - egal ob Höchstwerte im Sommer oder Tiefstwerte im Winter - vergleichsweise gut ab und ermöglichen das ganze Jahr über gleich bleibende, angenehme Raumtemperaturen. Die Wahl des Wandbaustoffes ist daher besonders im Geschossbau von großer Bedeutung: Ziegel haben eine der geringsten Formveränderungen aller Baustoffe - bei statischer Belastung, Feuchte-, Wärme- oder Kälteeinflüssen. Das macht massive Ziegelkonstruktionen besonders langlebig. Solide Baukonstruktionen aus Ziegel-Mauerwerk gewährleisten eine langfristig beständige Bauqualität und erfordern nur einen geringen Erhaltungsaufwand.

Mauersteinart Endwert der Feuchtedehnung (Schwinden, chemisches Quellen) Wärmedehnungskoeffizient ε∞ απ Rechenwert Wertbereich Rechenwert Wertbereich mm/m 106/K Mauerziegel 0 +0,3 bis -0,2 6 5 bis 7  Kalksandstein -0,2 -0,1 bis -0,3 8 7 bis 9  Leichtbetonsteine -0,4 -0,2 bis -0,5 10 8 bis 12 Betonsteine -0,2 -0,1 bis -0,3 10 8 bis 12 Porenbetonsteine -0,2 +0,1 bis -0,3 8 7 bis 9

Quelle: Mauerwerkskalender 2006 "Verformungswerte für Kriechen sowie Temperaturänderung"

Sicher vor Beben

Eine weitere nicht zu vernachlässigende Gefahr für die Standsicherheit von Gebäuden sind Erdbeben. Obwohl es in Deutschland in den letzten 100 Jahren keine Erdbeben mit gravierenden Personenschäden gab, sind leichte Beben mit Auswirkungen auf die Tragfähigkeit von Decken und Wänden auch hier zu Lande ein nicht zu unterschätzendes Risiko. Für übliche Hochbauten sind die Regeln für Erdbebenbemessung in Deutschland in der DIN 4149:2005-4 enthalten. Sie gibt grundlegende Empfehlungen für Gebäude in deutschen Erdbebenzonen. Bei Beachtung dieser Regeln kann für alle Bauarten der rechnerische Erdbebennachweis entfallen. Gebäude aus modernem Ziegelmauerwerk können diese Vorgaben problemlos erfüllen. Neben einer zusätzlichen Aussteifung der Wände liegt beim Ziegel der Grund auch in der horizontalen und vertikalen Verteilung der Stege beim Lochbild.

Gebrauchstauglich und standsicher

Bei der Dimensionierung von Bauteilen und Tragwerken von Bauwerken mit Hilfe der statischen Berechnung muss zunächst die Forderung nach Standsicherheit erfüllt werden. Darüber hinaus ist aber auch die Gebrauchstauglichkeit von Bedeutung. Nach DIN 55350-11 wird unter Gebrauchstauglichkeit die Eignung eines Gutes im Hinblick auf seinen bestimmungsgemäßen Verwendungszweck verstanden. Diese Eignung beruht auf objektiv und nicht objektiv feststellbaren Gebrauchseigenschaften. Mehrgeschossige Wohnbauten stellen hier spezielle Anforderungen, die die Mauerziegelindustrie mit neuen Produkten besonders gut erfüllt. Die Anforderungskriterien können in Normen, dem Stand der Technik oder Vereinbarungen im Einzelfall festgelegt sein.

Massive Wände müssen als tragende Konstruktionen dauerhaft die Standsicherheit gewährleisten. Neben der Lastenabtragung von Winddruck- oder Windsoglasten sind insbesondere die jeweiligen klimatischen Wechselbeanspruchungen (z.B. Temperatur- und Feuchtewechsel) bei der Wahl des geeigneten Wandbaustoffes zu berücksichtigen.

Die Standsicherheit hängt dabei primär von der Druckspannung der Wände und Stützen ab. Die zulässige Druckspannung ergibt sich aus der Ziegel-Druckfestigkeitsklasse und der gewählten Mörtelart. Die Produktreihen der Unipor-Ziegel-Gruppe sind in ihren Eigenschaften genau auf die Aufgaben Wärme-, Schall- und Brandschutz abgestimmt und gewährleisten eine optimierte Druckspannung und damit eine verbesserte Standfestigkeit und eine lange Lebensdauer. Als rein keramischer Baustoff mit einer hohen Verschleißfestigkeit werden Ziegel auch nach Ihrem eigentlichen Verwendungszweck unter anderem als Material für Straßen und Wege eingesetzt. Denn einschaliges Unipor-Ziegelmauerwerk kann ohne Stofftrennung direkt wiederverwertet werden.

Lifecycle-Analyse bei Ziegelmauerwerk

Neben dem Primärenergiebedarf bei der Bauwerkserstellung ist auch der in der Nutzungsphase entstehende Energiebedarf im Zuge der Bauwerksinstandsetzungen und des Gebäudebetriebs zu berücksichtigen. Der in der Nutzungsphase auftretende Verbrauch aus dem Gebäudebetrieb ist bei gleichen funktionellen Einheiten sehr ähnlich, so dass sich eine vergleichende Nachhaltigkeitsanalyse im wesentlichen auf den Verbrauch für die Bauwerksinstandsetzung konzentrieren kann.

Die erforderliche Primärenergie für die Bauwerkserstellung mit Ziegelmauerwerk fließt im überwiegenden Teil in die Tragkonstruktion. Bei Betrachtung der gesamten Lebensdauer beansprucht der massive Wandbaustoff Ziegel jedoch nur noch etwa ein Drittel des Primärenergieaufwandes. Dies verdeutlicht, dass bei langlebigen massiven Baustoffen der Nutzungsphase und den dort auftretenden Instandhaltungsprozessen eine erhebliche Bedeutung zukommt und daher die Lebensdauer ein wichtiges Qualitätsmerkmal darstellt.

Homogene Ziegelbauweise

Um die Vorteile des Ziegels voll nutzen zu können, sollten alle Wände eines Hauses aus diesem Wandbaustoff bestehen. Das Verformungsverhalten unter verschiedenen Umwelteinflüssen wie zum Beispiel Temperatur und Feuchte ist dann gleich. Bei Mischbauweisen besteht dagegen die Gefahr von Rissbildung oder Abriss der Innenwand von der Außenwand (siehe auch "Mauerziegel für (fast) jedes Bauvorhaben" und "Ziegel-Sonderbauteile für einen homogenen Rohbau").

Die DIN 105 regelt Bezeichnung, Festigkeitsklasse, Rohdichte, Format und Lochung von Ziegeln. Die DIN EN 771 ist ihr Nachfolgedokument.

DIN 105 Steinart Kurz- zeichen Festigkeits- klasse (N/mm²) Rohdichte- klasse (kg/dm³) Teil 1 Vollziegel Mz 4-28 1,2-2,2 Vormauerziegel VMz Vollklinker KMz Hochlochziegel HLz 1,2-1,8 Teil 2 Vormauerhochlochziegel VHLz 6-28 1,2-1,8 Hochlochklinker KHLz 28 1,9 Leichthochlochziegel HLz 4-20 0,6-1,0 Leichthochlochziegel W HLzW Teil 3 Vollziegel Mz 36-60 1,2-2,2 Vormauerziegel VMz Vollklinker KMz Hochlochziegel HLz Teil 4 Vollklinker KK 60 1,4-2,2 Keramik-Hochlochklinker KHK Teil 5 Leichtlanglochziegel LLz 2-12 0,5-1,0 Leichtlangloch-Ziegelpl. LLp

Bezeichnung, Festigkeitsklasse, Rohdichte, Format und Lochung von Ziegeln, Mauerziegel (gebrannte Mauersteine) nach DIN 105

Besonders im mehrgeschossigen Wohnungsbau sind neben der Standsicherheit auch die Ziegel-Eigenschaften Wärme-, Schall- und Brandschutz für die Gebrauchstauglichkeit entscheidend. Wettereinflüssen durch Regen, Wind und Sonne muss die Bausubstanz auch in Extremfällen standhalten. Die Standsicherheit und die positiven Eigenschaften dürfen nicht dauerhaft eingeschränkt werden.

Aufgrund seiner kapillaren Struktur transportiert der Ziegel auftretende Feuchte schnell aus dem Baustoff und zeigt damit das beste Trocknungsverhalten aller Wandbaustoffe. Die hohe Speicherfähigkeit des Ziegelmauerwerks wirkt wie eine "natürliche Klimaanlage" und hält die Raumtemperatur Sommer wie Winter weitgehend konstant. Diese Fülle an Positiv-Eigenschaften macht den Ziegel bei Bauunternehmern beliebt, da er kostengünstiges Bauen ermöglicht und Bauschäden wirksam vorbeugt.

Die Allrounder-Eigenschaften des Ziegels machen ihn als Wandbaustoff so attraktiv. Einerseits ist er dank seines hohen Luftanteils hoch wärmedämmend - und erübrigt damit das Bauen mit Wärmedämm-Verbundsystemen (WDVS): Monolithisches Ziegelmauerwerk erreicht sogar Wärmedämmeigenschaften, die für staatlich geförderte KfW-40- und KfW-60-Häuser geeignet sind und in Einzelfällen auch Passivhausstandard ermöglichen. Andererseits ist der Ziegel ein massiver Baustoff, der mit seinen statischen Eigenschaften auch für den Bau von mehrgeschossigen Objekten geeignet ist. Damit einher gehen sehr gute Brand- und Schallschutz-Eigenschaften sowie ein ausgezeichnetes Feuchteverhalten.

Schallschutz

Im Mehrgeschoss-Bau wird dem baulichen Schallschutz eine hohe Bedeutung für die Gebrauchstauglichkeit zugewiesen. Unter dem Oberbegriff "Baulicher Schallschutz" werden Maßnahmen verstanden, die eine von einer Schallquelle ausgehende Schallübertragung außer- oder innerhalb eines Gebäudes verringern. Somit gehört der bauliche Schallschutz zu den Hauptkriterien für die Qualitätsbewertung eines Wohngebäudes. Diese Mindestanforderungen dürfen nicht unterschritten werden. Der Schall- und Lärmschutz wird im bewerteten Schalldämmmaß RW,R in Dezibel angegeben und erfordert eine flächenbezogene Masse von m' >= 250 kg/m² für mind. 47 dB.

Auch hier überzeugt der Wandbaustoff Ziegel: Mit einer Rohdichte von 0,80 und einer zulässigen Mauerwerk-Druckspannung von 1,6 MN/m² - in der Festigkeitsklasse 12 - erreicht beispielsweise der Objektziegel "WS 14" von Unipor einen effektiven, geprüften Schallschutz von RW,R=47 Dezibel, mit dem auch die Schalllängsleitung ausreichend unterdrückt wird. Der Ziegel kombiniert damit hohe Wärmedämmung mit effektivem Schallschutz und weist zudem eine besonders gute statische Eignung auf (siehe auch Unipor-Broschüre über Mehrfamilienhausbau mit dem Objektziegel WS 14).

Auch in der besonders im Geschossbau relevanten Eigenschaft Brandschutz ist Ziegel-Mauerwerk wegweisend: Als keramisches Produkt werden Ziegel nach DIN 4102 in die Feuerwiderstandsklasse A1 (nicht brennbar) eingestuft und können sogar für Brandwände eingesetzt werden.

Neue Generation: Gefüllte Mauerziegel

Speziell für den mehrgeschossigen Wohnungs- und Gewerbebau sind seit rund fünf Jahren neue Mauerziegel auf dem Markt, die mit Dämmstoffen gefüllt sind. Diese Ziegel-Produkte erfüllen und übertreffen deutlich die im Mehrgeschossbau geltenden gesetzlichen Anforderungen an Wärmedämmung, Statik und Schallschutz und verbessern so die bereits guten Eigenschaften des Baustoffes Ziegel.

Die erste Generation dieser gefüllten Mauerziegel ist mit Perlit gefüllt und überzeugt mit Wärmeleitwerten von 0,08 W/mK im Einfamilien-Hausbau und 0,11 W/mK im Mehrgeschoss-Bau. Da das Lochbild im Ziegel an die Perlit-Füllung angepasst werden muss, verlieren diese gefüllten Ziegel jedoch bei ihren statischen Eigenschaften gegenüber massiven ungefüllten Ziegeln (siehe Beitrag "Porotons Meilensteine in der Wärmedämmentwicklung" vom 18.6.2007). Damit ist ihr Einsatzgebiet eingeengt. Auch eine einfache Verarbeitung, wie bei ungefüllten Ziegeln, ist mit Perlit-gefüllten Ziegeln nicht ohne Weiteres gegeben. Beim Sägen und Verlegen der Mauerziegel sind Besonderheiten zu beachten, so dass auch die Verarbeitungs-Qualität eingeschränkt ist. Beispielsweise muss der Ziegel durch die geänderten Steganordnung in einer bestimmten Richtung verlegt werden und das Zuschneiden darf nur in einem Bestimmten Bereich des Ziegels erfolgen, um die Tragfähigkeit des Ziegels nicht zu gefährden.

Mineral-Granulate als Füllstoff

Mittlerweile existieren jedoch gefüllte Mauerziegel, die auch die hohen statischen Anforderungen im Mehrgeschoss-Bau problemlos erfüllen und wie gewohnt verarbeitet werden können. Diese Ziegel sind mit Mineral-Granulaten gefüllt und tragen die Bezeichnung "Coriso" (Core=Kern, Iso=Isolation).

Bisher galt die Kombination aus Ziegel und Mineral-Granulaten als nicht umsetzbar in der industriellen Serienfertigung. Der Grund dafür lag im maschinellen Füllvorgang. Nach zahlreichen Tests entwickelte Unipor jetzt ein Granulat, das den technischen Anforderungen der Ziegel-Produktion gerecht wird: Das Mineral-Granulat aus geschmolzenem, aufgesponnenem und verdichtetem Basalt zeichnet sich durch eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0,04 W/mK aus. Die Füllung verbessert die Wärmeleitwerte der Ziegel um mindestens 0,02 W/mK gegenüber ungefüllten Ziegeln der gleichen Klasse und erhöht gleichzeitig den Schalldämmwert um 2 bis 4 Dezibel. Ein weiterer Vorteil des Granulates ist, dass es in bestehende Unipor-Ziegel gefüllt werden kann - unabhängig vom Lochbild. Die Vorteile des ungefüllten Ziegels in Sachen Brandschutz und Verarbeitung werden somit nicht beeinträchtigt.

Der neue "WS 12 Coriso-Ziegel" (Bild oben) von Unipor wurde speziell für den Mehrgeschossbau entwickelt: Er überzeugt sowohl durch seine statischen Eigenschaften als auch durch sehr gute Wärme- und Schallschutzwerte - siehe Beitrag "Gefüllter Unipor-Ziegel erhält Zulassung für Mehrgeschossbau" vom 12.11.2007.

Der "WS12 Coriso" ermöglicht den einschaligen Bau von mehrgeschossigen Wohn- und Gewerbeobjekten, die den Standard von KfW-Energiesparhäusern erreichen. Eine Zusatzdämmung der Außenwände ist dafür nicht erforderlich.

Der Marktanteil von Ziegeln in Deutschland liegt nach Angaben der Deutschen Gesellschaft für Mauerwerksbau bei 45,3 Prozent. Damit sind Mauerziegel führend in Deutschland - vor Kalksandstein (25,5 Prozent), Porenbeton (18,6 Prozent) sowie Beton und Leichtbeton (10,6 Prozent). Standfestigkeit, lange Haltbarkeit durch eine verschleißfeste Bausubstanz, hohe Wärmedämm-Eigenschaften und ein optimierter Schallschutz machen den Ziegel zu einem beliebten Wandbaustoff - auch für den Mehrgeschossbau.

Coriso zum Nachlesen

Für interessierte Fachleute sowie Bauherren gibt es übrigens von der Unipor-Ziegel-Gruppe eine kostenfreie Coriso-Broschüre, die per E-Mail an marketing@unipor.de bestellt werden kann.