Kriechen von Ziegelmauerwerk mit Leicht- und ... - Unipor
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Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel<br />
im B<strong>und</strong>esverband der Deutschen Ziegelindustrie e. V.<br />
AMz-Bericht 7/98<br />
1 Einleitung<br />
<strong>Ziegelmauerwerk</strong> zeichnet<br />
sich gegenüber Mauerwerk<br />
aus binde<strong>mit</strong>telgeb<strong>und</strong>enen<br />
Baustoffen u. a. durch seine<br />
besonders hohe Formbeständigkeit<br />
aus.<br />
Umfassende Untersuchungen<br />
zum Langzeitverhalten<br />
<strong>von</strong> <strong>Ziegelmauerwerk</strong> <strong>mit</strong><br />
<strong>Leicht</strong>- <strong>und</strong> Dünnbettmörtel<br />
unter Belastung (”<strong>Kriechen</strong>”)<br />
lagen bisher nicht vor. Im<br />
Auftrag der Arbeitsgemeinschaft<br />
Mauerziegel wurden<br />
am Institut für Bauforschung<br />
(ibac) der RWTH Aachen<br />
<strong>Kriechen</strong> <strong>von</strong> <strong>Ziegelmauerwerk</strong><br />
<strong>mit</strong> <strong>Leicht</strong>- <strong>und</strong> Dünnbettmörtel<br />
Untersuchungen zum <strong>Kriechen</strong><br />
<strong>von</strong> <strong>Ziegelmauerwerk</strong><br />
<strong>mit</strong> <strong>Leicht</strong>- <strong>und</strong> Dünnbettmörtel<br />
/1/ durchgeführt.<br />
Die Versuchsergebnisse<br />
zeigen:<br />
Auch bei Verwendung <strong>von</strong><br />
<strong>Leicht</strong>- oder Dünnbettmörtel<br />
hat <strong>Ziegelmauerwerk</strong> eine<br />
hervorragende Formbeständigkeit.<br />
2 Verformungskennwerte<br />
<strong>von</strong> <strong>Ziegelmauerwerk</strong><br />
nach DIN 1053-1<br />
Ziegel erhalten durch den<br />
keramischen Brand eine<br />
sehr gute Formbeständigkeit.<br />
Die Rechenwerte der<br />
Verformungseigenschaften<br />
sind nach DIN 1053-1 daher<br />
sehr günstig. Ziegel haben<br />
die niedrigste Feuchtedehnung,<br />
die niedrigste Endkriechzahl,<br />
den kleinsten<br />
Wärmedehnkoeffizienten<br />
<strong>und</strong> einen hohen E-Modul,<br />
d. h. eine geringe elastische<br />
Verformung, s. Tabelle 1.<br />
Tabelle 1: Rechenwerte für Feuchtedehnung, <strong>Kriechen</strong>, Temperaturdehnung <strong>und</strong> Elastizitätsmodul<br />
nach DIN 1053-1, Tabelle 2<br />
Mauersteinart Endwert der Feuchtedehnung<br />
(Schwinden,<br />
chemisches Quellen)<br />
Endkriechzahl Wärmedehnungskoeffizient <br />
Elastizitätsmodul<br />
εƒ∞ 1 ) ϕ∞ 2 ) αΤ Ε 3 )<br />
Rechenwert Rechenwert Rechenwert Rechenwert<br />
mm/m 10 -6 /K MN/m²<br />
Mauerziegel<br />
Kalksandsteine<br />
0 1,0 6 3500 ⋅σ0<br />
4 ) - 0,2 1,5 8 3000 ⋅σ0<br />
<strong>Leicht</strong>betonsteine - 0,4 2,0 10 5000 ⋅σ0<br />
Betonsteine - 0,2 1,0 10 7500 ⋅σ0<br />
Porenbetonsteine - 0,2 1,5 8 2500 ⋅σ0<br />
1 ) Verkürzung (Schwinden): Vorzeichen minus; Verlängerung (chemisches Quellen): Vorzeichen plus<br />
2 ) ϕ∞ = εk∞/εel; εk∞ Endkriechdehnung, εel = σ/E<br />
3 ) E Sekantenmodul aus Gesamtdehnung bei etwa 1/3 der Mauerwerkdruckfestigkeit; σ0 Gr<strong>und</strong>wert<br />
nach Tabellen 4a, 4b <strong>und</strong> 4c<br />
4 ) Gilt auch für Hüttensteine<br />
5 ) Für <strong>Leicht</strong>beton <strong>mit</strong> überwiegend Blähton als Zuschlag<br />
8 5 )
3 Kriechversuche an<br />
<strong>Ziegelmauerwerk</strong> in /1/<br />
3.1 Allgemeines<br />
Die Versuche in /1/ wurden<br />
an belasteten <strong>und</strong> unbelasteten<br />
kleinen Mauerwerkpfeilern<br />
durchgeführt. Als<br />
Kriechspannung wurde bei<br />
den belasteten Pfeilern im<br />
Alter <strong>von</strong> 28 Tagen 30% der<br />
zulässigen Druckspannung<br />
σ0 aufgebracht. Die Verformungen<br />
wurden direkt nach<br />
dem Aufbringen der Last<br />
<strong>und</strong> anschließend in bestimmten<br />
Zeitabständen bis<br />
zu einem Prüfalter <strong>von</strong><br />
360 Tagen gemessen.<br />
Zur Er<strong>mit</strong>tlung der lastunabhängigen<br />
Verformungen<br />
(Schwinden, Quellen) wurden<br />
parallel zu den belasteten<br />
Pfeilern unbelastete<br />
Pfeiler untersucht. Je Versuchsvariante<br />
wurden 3<br />
belastete <strong>und</strong> 3 unbelastete<br />
Pfeiler hergestellt <strong>und</strong> untersucht.<br />
Durch den Vergleich<br />
der Verformungen der unbe-<br />
lasteten Pfeiler (reine<br />
Feuchtedehnung) <strong>und</strong> belasteten<br />
Pfeiler (Feuchtedehnung<br />
plus <strong>Kriechen</strong>) kann<br />
näherungsweise die reine<br />
Kriechverformung er<strong>mit</strong>telt<br />
werden.<br />
Die Aussagekraft dieser<br />
Werte ist jedoch nicht völlig<br />
unumstritten, da die Feuchtedehnung<br />
<strong>von</strong> belastetem<br />
<strong>und</strong> unbelastetem Mauerwerk<br />
unterschiedlich sein<br />
kann /2/.<br />
Bild 1: Vertikale Gesamtverformung der <strong>Ziegelmauerwerk</strong>-Prüfkörper aus /1/ <strong>und</strong> Rechenwerte der<br />
End-Verformung für verschiedene Mauerwerkarten nach DIN 1053-1<br />
0,1<br />
0<br />
-0,1<br />
-0,2<br />
-0,3<br />
-0,4<br />
-0,5<br />
-0,6<br />
0<br />
Vertikale Gesamtverformung in mm/m<br />
50<br />
100<br />
150<br />
3.2 Versuchsergebnisse<br />
3.2.1 Verformungen in<br />
vertikaler Richtung<br />
200<br />
Die zeitabhängigen vertikalen<br />
Gesamtverformungen<br />
aus <strong>Kriechen</strong> <strong>und</strong> Feuchtedehnung<br />
lagen, unabhängig<br />
<strong>von</strong> der Ziegel-/Mörtel-Kombination<br />
nach einem Jahr<br />
Versuchsdauer zwischen<br />
0,02 <strong>und</strong> -0,138 mm/m <strong>und</strong><br />
da<strong>mit</strong> im Bereich der nach<br />
DIN 1053-1 rechnerisch zu<br />
erwartenden Endverformung<br />
εges:<br />
εges = εf + εk∞ =<br />
0 + 1,0 * εel = - 0,086 mm/m<br />
<strong>mit</strong><br />
250<br />
300 350 400<br />
Zeit in Tagen<br />
HLz 6/LM 21<br />
HLz 6/LM 36<br />
HLz 12/LM 36<br />
HLz 12/DM<br />
εf Rechenwert der Feuchtedehnung<br />
nach DIN 1053-<br />
1, Tabelle 2<br />
εk∞ Rechenwert der Endkriechzahl<br />
nach DIN 1053-1,<br />
Tabelle 2<br />
εel Rechenwert der elastischen<br />
Verformung εel = σ/E<br />
= 0,3 σ0/ 3500 σ0 = 0,086<br />
mm/m<br />
Zum Vergleich ist die rechnerisch<br />
nach DIN 1053-1 zu<br />
erwartende Verformung aus<br />
<strong>Kriechen</strong> <strong>und</strong> Schwinden<br />
<strong>von</strong> Mauerwerk aus binde<strong>mit</strong>telgeb<strong>und</strong>enenMauersteinen<br />
in Bild 1 dargestellt.<br />
Für Mauerwerk aus binde<strong>mit</strong>telgeb<strong>und</strong>enen<br />
Steinen<br />
Rechenwert <strong>Kriechen</strong> + Feuchtedehnung<br />
HLz 12/LM 36<br />
Rechenwert <strong>Kriechen</strong> + Feuchtedehnung<br />
Porenbetonstein PP 4/DM<br />
Rechenwert <strong>Kriechen</strong> + Feuchtedehnung<br />
<strong>Leicht</strong>betonstein V 12/LM 36<br />
Rechenwert <strong>Kriechen</strong> + Feuchtedehnung<br />
Kalksandstein KS 12/DM<br />
ist bei gleicher Belastung<br />
<strong>mit</strong> wesentlich größeren<br />
zeitabhängigen<br />
Verformungen zu rechnen.<br />
Die um die Feuchtedehnung<br />
bereinigten reinen Kriechverformungen<br />
in /1/ betrugen<br />
nach einem Jahr Versuchsdauer<br />
für die Versuche<br />
<strong>mit</strong> <strong>Leicht</strong>mörtel LM<br />
21 <strong>und</strong> LM 36 zwischen<br />
0,15 <strong>und</strong> 0,2 mm/m sowie<br />
0,02 mm/m für die Versuchsserie<br />
<strong>mit</strong> Dünnbettmörtel.<br />
2
Alle untersuchten unbelasteten<br />
Ziegelpfeiler wiesen<br />
eine geringe Feuchtedehnung<br />
zwischen 0,04 <strong>und</strong><br />
0,13 mm/m nach einem Jahr<br />
Versuchsdauer auf. Diese<br />
Werte lagen da<strong>mit</strong> deutlich<br />
unter den in DIN 1053-1 genannten<br />
Extremwerten für<br />
die Feuchtedehnung <strong>von</strong><br />
Ziegeln, s. Bild 2.<br />
Die leichte Feuchtedehnung<br />
der Ziegel wirkt in vertikaler<br />
Bild 2: Feuchtedehnung der unbelasteten Mauerwerk-Prüfkörper in /1/ <strong>und</strong><br />
Wertebereich nach DIN 1053<br />
Feuchtedehnung in mm/m<br />
0,5<br />
0,4<br />
0,3<br />
0,2<br />
0,1<br />
0<br />
-0,1<br />
-0,2<br />
-0,3<br />
-0,4<br />
-0,5<br />
0<br />
50<br />
100<br />
150<br />
3.2.2 Verformungen in<br />
horizontaler Richtung<br />
Durch <strong>Kriechen</strong> des <strong>Ziegelmauerwerk</strong>s<br />
ist nach DIN<br />
1053-1 gr<strong>und</strong>sätzlich eine<br />
geringe positive Querverformung,<br />
d. h. eine Ausdehnung<br />
der Prüfkörper in horizontaler<br />
Richtung, zu erwarten.<br />
Bei Annahme einer<br />
Querdehnungszahl µ = 0,2<br />
beträgt die rechnerisch zu<br />
erwartende Dehnung für alle<br />
in /1/ untersuchten Varianten<br />
etwa 0,02 mm/m.<br />
Bei zwei Varianten <strong>mit</strong><br />
<strong>Leicht</strong>mörtel LM 21 <strong>und</strong> LM<br />
36 sowie der Variante <strong>mit</strong><br />
Dünnbettmörtel wurden<br />
nach einem Jahr Versuchsdauer<br />
extrem geringe Formänderungen<br />
<strong>von</strong> -0,02<br />
mm/m bis 0,02 mm/m er<strong>mit</strong>telt,<br />
die da<strong>mit</strong> sehr gut<br />
<strong>mit</strong> der vorausberechneten<br />
Verformung übereinstimmten.<br />
Die Verformung in horizontaler<br />
Richtung kann bei<br />
<strong>Ziegelmauerwerk</strong> <strong>mit</strong> <strong>Leicht</strong>-<br />
200<br />
250<br />
300 350 400<br />
Zeit in Tagen<br />
mörtel überraschenderweise<br />
auch durch eine horizontale<br />
Schwindverformung des<br />
Mörtels dominiert werden.<br />
Bei einer Variante <strong>mit</strong><br />
<strong>Leicht</strong>mörtel LM 36 wurde<br />
nach einem Jahr eine Gesamtverformung<br />
<strong>von</strong> -0,17<br />
mm/m in horizontaler Richtung<br />
festgestellt, s. Bild 3.<br />
Auch dieser Wert ist jedoch<br />
vergleichsweise gering <strong>und</strong><br />
hat für die Risssicherheit<br />
des Mauerwerks sicherlich<br />
keine Bedeutung.<br />
3.3 Bewertung<br />
<strong>Ziegelmauerwerk</strong> ist auch<br />
bei Verwendung <strong>von</strong> <strong>Leicht</strong>-<br />
<strong>und</strong> Dünnbettmörtel ein<br />
extrem formbeständiger<br />
Baustoff. Die Versuche in /1/<br />
haben gezeigt, dass die Formänderungen<br />
im Bereich<br />
der nach DIN 1053-1 rechnerisch<br />
zu erwartenden,<br />
sehr geringen Werte liegen.<br />
Die Formänderungen in<br />
einem Bauteil, die für die<br />
HLz 6/LM 21<br />
HLz 6/LM 36<br />
HLz 12/LM 36<br />
HLz 12/DM<br />
Richtung den Verformungen<br />
aus <strong>Kriechen</strong> entgegen.<br />
Dies verringert die auftretende<br />
Gesamtverformung<br />
<strong>und</strong> trägt da<strong>mit</strong> positiv zur<br />
Formbeständigkeit des <strong>Ziegelmauerwerk</strong>s<br />
bei.<br />
oberer Grenzwert nach DIN 1053 - 1<br />
unterer Grenzwert nach DIN 1053 - 1<br />
Risssicherheit relevant sind,<br />
setzen sich zusammen aus<br />
• der elastischen Verformung<br />
bei Belastung,<br />
• der zeitabhängigen<br />
Kriechverformung (ggf. auch<br />
der Relaxation) infolge Belastung,<br />
• der lastunabhängigen<br />
Feuchtedehnung <strong>und</strong><br />
• der Temperaturdehnung.<br />
Alle genannten Kennwerte<br />
sind für die verschiedenen<br />
Mauerwerkbaustoffe unterschiedlich,<br />
wobei für <strong>Ziegelmauerwerk</strong><br />
in allen Bereichen<br />
sehr niedrige Werte<br />
zutreffen, d. h. <strong>Ziegelmauerwerk</strong><br />
verformt sich bei<br />
gleicher Belastung deutlich<br />
weniger als anderes Mauerwerk.<br />
3
Bild 3: Horizontale Gesamtverformung der <strong>Ziegelmauerwerk</strong>-Prüfkörper in /1/<br />
0,2<br />
0,1<br />
0<br />
-0,1<br />
-0,2<br />
-0,3<br />
-0,4<br />
0<br />
Gesamtverformung in mm/m<br />
50<br />
100<br />
Größere Formänderungsunterschiede<br />
in einem Bauwerk<br />
können zu einer<br />
Rissbildung führen. Eine<br />
Kombination <strong>von</strong> Ziegeln<br />
<strong>und</strong> binde<strong>mit</strong>telgeb<strong>und</strong>enen<br />
Mauersteinen innerhalb<br />
eines Bauwerks ist unter<br />
dem Gesichtspunkt der<br />
formänderungsbedingten<br />
Rissbildung immer kritisch<br />
zu hinterfragen. Aus Bild 1<br />
wird deutlich, dass selbst<br />
unter der Voraussetzung,<br />
dass alle Baustoffkennwerte<br />
den Rechenwerten entsprechen,Formänderungsunterschiede<br />
auftreten können,<br />
die den kritischen Wert <strong>von</strong><br />
0,4 mm/m nach /3/ überschreiten.<br />
Mit reinen Ziegelkonstruktionen<br />
aus Wärmedämmziegeln,<br />
Hochlochziegeln <strong>und</strong><br />
Schallschutzfüllziegeln sind<br />
alle statischen <strong>und</strong> bauphysikalischen<br />
Anforderungen<br />
in einem Baustoff zu erfüllen,<br />
sodass auf die Verwendung<br />
<strong>von</strong> Mischmauerwerk<br />
weit gehend verzichtet werden<br />
sollte.<br />
150<br />
200<br />
250<br />
300 350 400<br />
Zeit in Tagen<br />
4 Zusammenfassung<br />
Die Untersuchungen in /1/<br />
haben gezeigt, dass für <strong>Ziegelmauerwerk</strong><br />
<strong>mit</strong> <strong>Leicht</strong>-<br />
<strong>und</strong> Dünnbettmörtel in allen<br />
untersuchten Varianten die<br />
Versuchsergebnisse im Bereich<br />
der nach DIN 1053-1<br />
rechnerisch zu erwartenden<br />
sehr geringen Verformungen<br />
aus <strong>Kriechen</strong> <strong>und</strong><br />
Feuchtedehnung lagen.<br />
Die <strong>von</strong> einigen Sachverständigen<br />
geäußerte Vermutung,<br />
dass <strong>Ziegelmauerwerk</strong><br />
<strong>mit</strong> <strong>Leicht</strong>mörtel LM 21<br />
auf Gr<strong>und</strong> seiner ”großen<br />
Verformbarkeit” besonders<br />
rissanfällig sei, werden<br />
da<strong>mit</strong> eindeutig widerlegt.<br />
Bei der untersuchten Kombination<br />
HLz 6 <strong>mit</strong> LM 21<br />
betrug die vertikale Gesamtverformung<br />
nach einem<br />
Jahr Versuchsdauer nur<br />
0,14 mm/m <strong>und</strong> lag da<strong>mit</strong><br />
deutlich unter den<br />
rechnerisch zu erwartenden<br />
Verformungen <strong>von</strong><br />
Mauerwerk aus binde<strong>mit</strong>telgeb<strong>und</strong>enenSteinen.<br />
HLz 6/LM 21<br />
HLz 6/LM 36<br />
HLz 12/LM 36<br />
HLz 12/DM<br />
Rechenwert <strong>Kriechen</strong> <strong>und</strong><br />
Feuchtedehnung<br />
Bauen <strong>mit</strong> <strong>Ziegelmauerwerk</strong><br />
bedeutet deshalb, unabhängig<br />
<strong>von</strong> der verwendeten<br />
Mörtelart nach wie vor<br />
Bauen <strong>mit</strong> extrem geringen<br />
Formänderungen <strong>und</strong> hoher<br />
Risssicherheit.<br />
5 Literatur<br />
/1/ Schubert, P.: <strong>Kriechen</strong><br />
<strong>von</strong> <strong>Ziegelmauerwerk</strong> <strong>mit</strong><br />
<strong>Leicht</strong>- <strong>und</strong> Dünnbettmörtel.<br />
Aachen: Institut für Bauforschung.<br />
Forschungsbericht<br />
Nr. F 551, 1998 (Abschlussbericht<br />
in Vorbereitung).<br />
/2/ Metzemacher, H.: Zur<br />
Zugrelaxation <strong>von</strong> Mauerwerk.<br />
Aachen: Aachener<br />
Beiträge zur Bauforschung<br />
des ibac <strong>und</strong> Dissertation an<br />
der RWTH Aachen, 1994.<br />
/3/ Schubert, P.: Vermeiden<br />
<strong>von</strong> schädlichen Rissen in<br />
Mauerwerkbauteilen. Berlin:<br />
Ernst & Sohn: In: Mauerwerk-Kalender<br />
21 (1996), S.<br />
621 – 653.<br />
Dr.My-GdJ AMz<br />
Oktober 1998<br />
Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel e. V., Schaumburg-Lippe-Str. 4, 53113 Bonn, Tel. 0228-91493-24, Fax -91493-12<br />
Email: argemauerziegel@ziegel.de Internet: http://www.ziegel.de<br />
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