Neuartiges Massivbau-Sandwichwandelement

Wärmedämmverbundsysteme im Bereich des Massivbaus sind als Sandwichwandelemente möglich, die sich aus einer lastabtragenden Tragschale aus Stahlbeton, der Wärmedämmschicht aus Hartschaum und einer Vorsatzschale zusammensetzen. Der Verbund zwischen den einzelnen Schichten erfolgt üblicherweise durch mechanische Verbindungsmittel. Ein Verzicht dieser Verbindungsmittel zeigt wirtschaftliche Vorteile hinsichtlich Materialeinsparung und Fertigungsaufwand sowie einen verbesserten Wärmewiderstand bei geringerer Bauteildicke.

Seit vielen Jahren sind Sandwichelemente aus Stahlblechen mit einem Kern aus Hartschaum anerkannte Konstruktionen in der Fassade von Gebäuden. Die in dem Herstellungsverfahren unmittelbare Applikation der Wärmedämmschicht auf die beiden Stahlbleche ohne mechanische Verbindungsmittel wird in diesem Forschungsprojekt auf Deckschichten aus Beton und Glas übertragen. Dabei übernimmt der Beton als Tragschale die Lastabtragung der Vertikal- und Horizontallasten, der Hartschaum den Wärmeschutz sowie die Lastübertragung aus der Vorsatzschale aus Glas, die dem Witterungsschutz sowie der Fassadengestaltung dient. Die verwendeten Materialien sind normalgekühltes Floatglas aus Kalk-Natronsilicatglas, Polyurethan-Hartschaum und ultrahochfester Beton.

Der Verzicht auf mechanische Verbindungsmittel erfordert zuverlässige Kenntnisse über das Verbundverhalten der Zwischenschicht aus Hartschaum und dem Beton sowie dem Glas. Die Übertragung von Zug- und Schubkräften, die aus der Eigenlast der Glastafeln und der Dämmstoffschicht, aus der Windlast oder aus Zwangbeanspruchung resultieren, erfolgt in den Grenzschichten zwischen den drei Materialien ausschließlich über Adhäsionsverbund. Ziel des Forschungsprojekts war deshalb zunächst, die technische Realisierbarkeit der Glas-Hartschaum-Beton-Sandwichelemente aufzuzeigen sowie die Übertragung von Haftzug- und Scherkräften in der Verbundfuge zu untersuchen. Im Hinblick auf das Herstellungsverfahren sollen die maschinell vorgefertigten Halbzeuge aus Glas und Dämmstoff anschließend in einem weiteren Schritt liegend betoniert werden. An in diesem Verfahren hergestellten kleinteiligen Prüfkörpern erfolgten die Haftzug- und Scherversuche mit unterschiedlichen Oberflächen in der Verbundfuge sowohl zwischen Glas und Dämmstoff als auch zwischen Beton und Dämmstoff. Aus der elektronenmikroskopischen Analyse der Bruchflächen geht hervor, dass der Haftvermittler die Ausbildung der Poren unmittelbar nach dem Auftragen der flüssigen Polyurethanmasse auf die Glasoberfläche günstig beeinflusst. Der mit Haftvermittler verarbeitete Hartschaum weist an der Grenzfläche zum Glas deutlich kleinere Poren in höherer Anzahl auf. Dadurch ergibt sich im Vergleich zum Hartschaum ohne Haftvermittler für die Übertragung der Haftzug- und Scherkräfte eine größere effektive Fläche, die zu höheren Festigkeiten zwischen der Glasoberfläche und dem Hartschaum führen.

Die Forschungen der Universität Siegen zeigen die technische Realisierbarkeit der Glas-Hartschaum-Beton-Sandwichelemente sowie die Übertragung von Haftzug- und Scherkräften in der Verbundfuge. Allerdings sind dazu weitere Versuche zum Tragverhalten erforderlich, die größere Abmessungen der Prüfkörper sowie zusätzliche mechanische und insbesondere klimatische Beanspruchungen berücksichtigen. Ziel der nachfolgenden Untersuchungen ist die Entwicklung und Realisierung eines Prototyps als Grundlage für eine industrielle Produktion.