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Filigrane Beton-Fassadenplatten

Innovative Klebe-Verbindungstechnik für filigrane Fassadenplatten aus Hochleistungsbeton: Mittels Glasfaserkunststoffankern und Klebtechnik entstehen Sandwichpaneele mit einer 15 mm starken Deckschicht aus Hochleistungsbeton. Eine Forschungsinitiative der Universität Kaiserslautern arbeitet durch den Einsatz innovativer Techniken an der Minimierung von Wärmebrücken und größtmöglicher Gewichtsreduzierung.

Seit der Wiederentdeckung von Beton als Baumaterial und Gestaltungselement in der Moderne werden auch Fassaden durch die vielfältigen Möglichkeiten des Materials immer wieder repräsentativ in Szene gesetzt. Der Abdruck einer sägerauen Holzschalung vermag die Sinnlichkeit der kalten Oberfläche zum Leben zu erwecken, von Tempeln der Maya inspirierte gegossene Reliefornamente verleihen einer Betonfassade eine archaische exotische Ausstrahlung. Heute werden die Möglichkeiten weiter ausgelotet. Der Ausdruck wird durch Farbgebung, Struktur, Teilung und Fugenbild bestimmt. Bis jetzt sind konstruktive Probleme nicht gelöst. Konventionelle raumhaltige Elemente sind massiv und schwer, Rissbildung und Brüche typische Schadensbilder. Metallische Bauteile korrodieren und wirken sich bedingt durch erforderliche Mindestüberdeckungen negativ auf Maße und Gewicht aus. Dadurch erhöhen sich auch die Baukosten.

Zielsetzung der Forschungsinitiative ist das Ausloten einer möglichen Alternative zu herkömmlichen Systemen auf Basis innovativer Technologien und Materialien und deren Grundlagenbemessung für die Umsetzung in der Baupraxis. Konkretes Ergebnis soll die Entwicklung einer klebtechnischen Verbindung zwischen GfK-Halter und hinterlüfteter Fassadenplatte sein. Als Kooperationspartner des Fachgebiets Massivbau und Baukonstruktion der Technischen Universität Kaiserslautern beteiligten sich das Fachgebiet für Fügetechnik, die AG Werkstoff- und Oberflächentechnik Kaiserslautern (AWOK) sowie die Industriepartner Schöck Bauteile GmbH, Novacret Faserbaustofftechnik GmbH, Sika Deutschland GmbH und die Heidelberger Betonelemente GmbH und Co. KG. Das Projekt wird im Rahmen der Initiative "Zukunft Bau" gefördert aus Mitteln des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung.

Grundlage sind vielversprechende Entwicklungen in der Bautechnik: Mit der Faser- oder Mikrobewehrung haben sich die Ausgangsbedingungen im Betonfertigteilbau verändert. Materialstärken von bis zu 10 mm sind möglich. Die Reduzierung des Eigengewichts wirkt sich auf die Befestigung sowie das statische Gesamtsystem aus. Die Produktentwicklung von Glasfaserverbindungsankern führt nicht zuletzt durch wesentliche Vorteile gegenüber metallischen Bauteilen zu steigender Nachfrage und sinkenden Produktionskosten. Daneben zeichnen sich Fortschritte in der Klebtechnik ab. Die Arbeitsgruppe untersuchte das statische System, Anker- und Klebeverbindungen sowie die Oberflächenbehandlung von Betonplatte und Ankerkopf. Berechnungen und Materialversuche bezüglich Windsog und –Druckverhalten wurden durchgeführt. Für eine verbesserte Haftung wurde die rückseitige Betonoberfläche mit Saugstrahltechnologie behandelt. Bei Zugversuchen mit verschiedenen Klebstoffsystemen erfüllte ein Laborprimer in Verbindung mit Atmosphärendruckplasmavorbehandlung der Klebeankerköpfe die erforderlichen Kriterien. Zug- und Scherversuche führten zur Vergrößerung der Klebeteller.

Der Aufbau der entwickelten Sandwichelemente stellt sich wie folgt dar: Als Träger wird eine 15 cm starke Betonplatte mit Wärmedämmung und GfK-Ankern hergestellt. Stahlfasern stellen die Bewehrung der 15 mm starken Betonfassadenschicht, die auf die 16 cm langen Anker mit Ankerköpfen von 12 cm Durchmesser geklebt wird. Die entwickelten Leichtbaufassadenplatten aus Hochleistungsbeton mit GfK-Anker- und Klebtechnologie überzeugen durch bedeutende Vorzüge im Vergleich zu herkömmlichen Systemen: Die bereits beschriebene Material- und Gewichtsreduktion führt zur Einsparung von Kosten auch in der Dimensionierung des Gebäudetragwerks. Durch Klebtechnik und GfK-Anker sind keine Rahmen erforderlich. Die Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich Formgebung und Fugenbild werden grundlegend erweitert, Wärmebrücken reduziert.

Als Ergebnis der Studie wurde die Standsicherheit für das gewählte System nachgewiesen. Vor dem praktischen Einsatz sind weitere Langzeitversuche erforderlich. Das vorgestellte System verbindet die technischen Vorteile einer vorgehängten hinterlüfteten Fassade mit den gestalterischen Möglichkeiten, die dem Material Beton innewohnt. Viele der Defizite, die ein konventioneller Aufbau mit 7 bis 8 cm starken Fassadenelementen mit sich bringt, können durch die innovative Verwendung neuer Materialien bzw. durch die gezielte Veränderung wesentlicher Eigenschaften und bei gleichzeitiger Reduzierung der Baukosten kompensiert werden.

Die untersuchten Materialien und Verbindungstechniken sind keine Zukunftsmusik. Hinterlüftete Betonfassadenelemente mit Glasfaserkunststoffankern und Klebeverbindungstechnik können bereits hergestellt werden, für die Klebebefestigung ist eine Zustimmung im Einzelfall erforderlich. Auf dem Campus der TU Kaiserslautern sind fünf Experimentalhäuser ("Small House Village") geplant. Die Baugenehmigung liegt bereits vor, derzeit werden die Rohbauarbeiten ausgeschrieben. Eines der eingeschossigen Gebäude mit einer Grundfläche von jeweils 5 x 7m wird dabei mit der vorgestellten Fassadentechnik erstellt.

Quellenangabe:
Kurzbericht Juni 2009 (Studie 2009-2012) "Leicht Bauen mit Beton – Innovative Klebe-Verbindungstechnik für filigrane Fassadenplatten aus Hochleistungsbeton", Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schnell, Fachgebiet Bauingenieurwesen, Technische Universität Kaiserslautern, Dipl.-Ing. TU Holger Heilmann, Architekt

Weitere Informationen finden Sie hier

Bildrechte: Technische Universität Kaiserslautern, Fachbereich Bauingenieurswesen

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