KRIECHEN VON ZIEGELMAUERWERK MIT LEICHT- UND DüNNBETTMöRTEL (AMz-Bericht 7/1998)

1 Einleitung

Ziegelmauerwerk zeichnet sich gegenüber Mauerwerk aus bindemittelgebundenen Baustoffen u. a. durch seine besonders hohe Formbeständigkeit aus.

Umfassende Untersuchungen zum Langzeitverhalten von Ziegelmauerwerk mit Leicht- und Dünnbettmörtel unter Belastung ("Kriechen") lagen bisher nicht vor. Im Auftrag der Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel wurden am Institut für Bauforschung (ibac) der RWTH Aachen Untersuchungen zum Kriechen von Ziegelmauerwerk mit Leicht- und Dünnbettmörtel /1/ durchgeführt.

Die Versuchsergebnisse zeigen:

Auch bei Verwendung von Leicht- oder Dünnbettmörtel hat Ziegelmauerwerk eine hervorragende Formbeständigkeit.

2 Verformungskennwerte von Ziegelmauerwerk nach DIN 1053-1

Ziegel erhalten durch den keramischen Brand eine sehr gute Formbeständigkeit. Die Rechenwerte der Verformungseigenschaften sind nach DIN 1053-1 daher sehr günstig. Ziegel haben die niedrigste Feuchtedehnung, die niedrigste Endkriechzahl, den kleinsten Wärmedehnkoeffizienten und einen hohen E-Modul, d. h. eine geringe elastische Verformung, s. Tabelle 1.

Tabelle 1: Rechenwerte für Feuchtedehnung, Kriechen, Temperaturdehnung und Elastizitätsmodul nach DIN 1053-1, Tabelle 2

Mauersteinart Endwert der Feuchte-
dehnung (Schwinden,
chemisches Quellen)
Endkriechzahl Wärme-
dehnungs-
koeffizient
Elastizitäts-
modul
  e 1) j 2) aT E 3)
  Rechenwert Rechenwert Rechenwert Rechenwert
  mm/m   10-6/K MN/m2
Mauerziegel 0 1,0 6 3500*s0
Kalksandsteine 4) -0,2 1,5 8 3000*s0
Leichtbetonsteine -0,4 2,0 10
85)
5000*s0
Betonsteine -0,2 1,0 10 7500*s0
Porenbetonsteine -0,2 1,5 8 2500*s0
1) Verkürzung (Schwinden): Vorzeichen minus; Verlängerung (chemisches Quellen): Vorzeichen plus
2) j = ek/eel; ek Endkriechdehnung, eel = s/E
3) E Sekantenmodul aus Gesamtdehnung bei etwa 1/3 der Mauerwerkdruckfestigkeit; s0 Grundwert nach Tabellen 4a, 4b und 4c
4) Gilt auch für Hüttensteine
5) Für Leichtbeton mit überwiegend Blähton als Zuschlag

3 Kriechversuche an Ziegelmauerwerk in /1/

3.1 Allgemeines

Die Versuche in /1/ wurden an belasteten und unbelasteten kleinen Mauerwerkpfeilern durchgeführt. Als Kriechspannung wurde bei den belasteten Pfeilern im Alter von 28 Tagen 30% der zulässigen Druckspannung s0 aufgebracht. Die Verformungen wurden direkt nach dem Aufbringen der Last und anschließend in bestimmten Zeitabständen bis zu einem Prüfalter von 360 Tagen gemessen.

Zur Ermittlung der lastunabhängigen Verformungen (Schwinden, Quellen) wurden parallel zu den belasteten Pfeilern unbelastete Pfeiler untersucht. Je Versuchsvariante wurden 3 belastete und 3 unbelastete Pfeiler hergestellt und untersucht. Durch den Vergleich der Verformungen der unbelasteten Pfeiler (reine Feuchtedehnung) und belasteten Pfeiler (Feuchtedehnung plus Kriechen) kann näherungsweise die reine Kriechverformung ermittelt werden.

Die Aussagekraft dieser Werte ist jedoch nicht völlig unumstritten, da die Feuchtedehnung von belastetem und unbelastetem Mauerwerk unterschiedlich sein kann /2/.

Bild 1: Vertikale Gesamtverformung der Ziegelmauerwerk-Prüfkörper aus /1/ und Rechenwerte der End-Verformung für verschiedene Mauerwerkarten nach DIN 1053-1

3.2 Versuchsergebnisse

3.2.1 Verformungen in vertikaler Richtung

Die zeitabhängigen vertikalen Gesamtverformungen aus Kriechen und Feuchtedehnung lagen, unabhängig von der Ziegel-/Mörtel-Kombination nach einem Jahr Versuchsdauer zwischen 0,02 und -0,138 mm/m und damit im Bereich der nach DIN 1053-1 rechnerisch zu erwartenden Endverformung eges:

e ges = e f + e k = 0 + 1,0 * e el = - 0,086 mm/m mit

e f Rechenwert der Feuchtedehnung nach DIN 1053-1, Tabelle 2
e k Rechenwert der Endkriechzahl nach DIN 1053-1, Tabelle 2
e el Rechenwert der elastischen Verformung e el = s /E = 0,3 s 0/ 3500 s 0 = 0,086 mm/m

Zum Vergleich ist die rechnerisch nach DIN 1053-1 zu erwartende Verformung aus Kriechen und Schwinden von Mauerwerk aus bindemittelgebundenen Mauersteinen in Bild 1 dargestellt. Für Mauerwerk aus bindemittelgebundenen Steinen ist bei gleicher Belastung mit wesentlich größeren zeitabhängigen Verformungen zu rechnen.

Die um die Feuchtedehnung bereinigten reinen Kriechverformungen in /1/ betrugen nach einem Jahr Versuchsdauer für die Versuche mit Leichtmörtel LM 21 und LM 36 zwischen 0,15 und 0,2 mm/m sowie 0,02 mm/m für die Versuchsserie mit Dünnbettmörtel.

Alle untersuchten unbelasteten Ziegelpfeiler wiesen eine geringe Feuchtedehnung zwischen 0,04 und 0,13 mm/m nach einem Jahr Versuchsdauer auf. Diese Werte lagen damit deutlich unter den in DIN 1053-1 genannten Extremwerten für die Feuchtedehnung von Ziegeln, s. Bild 2.
Die leichte Feuchtedehnung der Ziegel wirkt in vertikaler Richtung den Verformungen aus Kriechen entgegen. Dies verringert die auftretende Gesamtverformung und trägt damit positiv zur Formbeständigkeit des Ziegelmauerwerks bei.

Bild 2: Feuchtedehnung der unbelasteten Mauerwerk-Prüfkörper in /1/ und Wertebereich nach DIN 1053

3.2.2 Verformungen in horizontaler Richtung

Durch Kriechen des Ziegelmauerwerks ist nach DIN 1053-1 grundsätzlich eine geringe positive Querverformung, d. h. eine Ausdehnung der Prüfkörper in horizontaler Richtung, zu erwarten. Bei Annahme einer Querdehnungszahl µ = 0,2 beträgt die rechnerisch zu erwartende Dehnung für alle in /1/ untersuchten Varianten etwa 0,02 mm/m.

Bei zwei Varianten mit Leichtmörtel LM 21 und LM 36 sowie der Variante mit Dünnbettmörtel wurden nach einem Jahr Versuchsdauer extrem geringe Formänderungen von -0,02 mm/m bis 0,02 mm/m ermittelt, die damit sehr gut mit der vorausberechneten Verformung übereinstimmten. Die Verformung in horizontaler Richtung kann bei Ziegelmauerwerk mit Leichtmörtel überraschenderweise auch durch eine horizontale Schwindverformung des Mörtels dominiert werden. Bei einer Variante mit Leichtmörtel LM 36 wurde nach einem Jahr eine Gesamtverformung von -0,17 mm/m in horizontaler Richtung festgestellt, s. Bild 3. Auch dieser Wert ist jedoch vergleichsweise gering und hat für die Rißsicherheit des Mauerwerks sicherlich keine Bedeutung.

3.3 Bewertung

Ziegelmauerwerk ist auch bei Verwendung von Leicht- und Dünnbettmörtel ein extrem formbeständiger Baustoff. Die Versuche in /1/ haben gezeigt, daß die Formänderungen im Bereich der nach DIN 1053-1 rechnerisch zu erwartenden, sehr geringen Werte liegen.
Die Formänderungen in einem Bauteil, die für die Rißsicherheit relevant sind, setzen sich zusammen aus

Alle genannten Kennwerte sind für die verschiedenen Mauerwerkbaustoffe unterschiedlich, wobei für Ziegelmauerwerk in allen Bereichen sehr niedrige Werte zutreffen, d. h. Ziegelmauerwerk verformt sich bei gleicher Belastung deutlich weniger als anderes Mauerwerk.

Bild 3: Horizontale Gesamtverformung der Ziegelmauerwerk-Prüfkörper in /1/

Größere Formänderungsunterschiede in einem Bauwerk können zu einer Rißbildung führen. Eine Kombination von Ziegeln und bindemittelgebundenen Mauersteinen innerhalb eines Bauwerks ist unter dem Gesichtspunkt der formänderungsbedingten Rißbildung immer kritisch zu hinterfragen. Aus Bild 1 wird deutlich, daß selbst unter der Voraussetzung, daß alle Baustoffkennwerte den Rechenwerten entsprechen, Formänderungsunterschiede auftreten können, die den kritischen Wert von 0,4 mm/m nach /3/ überschreiten.

Mit reinen Ziegelkonstruktionen aus Wärmedämmziegeln, Hochlochziegeln und Schallschutzfüllziegeln sind alle statischen und bauphysikalischen Anforderungen in einem Baustoff zu erfüllen, so daß auf die Verwendung von Mischmauerwerk weitgehend verzichtet werden sollte.

4 Zusammenfassung

Die Untersuchungen in /1/ haben gezeigt, daß für Ziegelmauerwerk mit Leicht- und Dünnbettmörtel in allen untersuchten Varianten die Versuchsergebnisse im Bereich der nach DIN 1053-1 rechnerisch zu erwartenden sehr geringen Verformungen aus Kriechen und Feuchtedehnung lagen.

Die von einigen Sachverständigen geäußerte Vermutung, daß Ziegelmauerwerk mit Leichtmörtel LM 21 aufgrund seiner "großen Verformbarkeit" besonders rißanfällig sei, werden damit eindeutig widerlegt.

Bei der untersuchten Kombination HLz 6 mit LM 21 betrug die vertikale Gesamtverformung nach einem Jahr Versuchsdauer nur 0,14 mm/m und lag damit deutlich unter den rechnerisch zu erwartenden Verformungen von Mauerwerk aus bindemittelgebundenen Steinen.

Bauen mit Ziegelmauerwerk bedeutet deshalb, unabhängig von der verwendeten Mörtelart nach wie vor Bauen mit extrem geringen Formänderungen und hoher Rißsicherheit.

Literatur

/1/ Schubert, P.: Kriechen von Ziegelmauerwerk mit Leicht- und Dünnbettmörtel. Aachen: Institut für Bauforschung. Forschungsbericht Nr. F 551, 1998 (Abschlußbericht in Vorbereitung).

/2/ Metzemacher, H.: Zur Zugrelaxation von Mauerwerk. Aachen: Aachener Beiträge zur Bauforschung des ibac und Dissertation an der RWTH Aachen, 1994.

/3/ Schubert, P.: Vermeiden von schädlichen Rissen in Mauerwerkbauteilen. Berlin: Ernst & Sohn: In: Mauerwerk-Kalender 21 (1996), S. 621 - 653.

Dr.My-GdJ AMz
Oktober 1998

 

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