Baustoffe: Neue und alte Materialien

Baustoffe: Neue und alte Materialien

 

Die Verwendung verschiedener Baustoffe und Baukonstruktionen ist stark von Traditionen, Landschaften und klimatischen Bedingungen geprägt. So wurde in waldreichen Gebieten bevorzugt mit Holz gebaut, in waldarmen Gebieten mit lehmigen Böden mit Ziegeln und im Gebirge mit Natursteinen. Heute ist in Mitteleuropa eine große Fülle verschiedenster Baustoffe verfügbar, die private Bauherren leicht verwirren kann. Im Folgenden soll daher ein Überblick über die am häufigsten bei uns verwendeten Materialien gegeben werden.

 

 Bauen mit Beton

 

Wohl kein Material wird heute so sehr mit den Erfolgen der modernen Baukunst, aber auch ihren abstoßenden Auswüchsen in Verbindung gebracht wie Beton. Seine sprichwörtliche Härte hat mit Begriffen wie »Betonkopf« oder »Betonfraktion« Eingang in die Umgangssprache gefunden, und »zubetonieren« ist ein Synonym für die Landschaftszerstörung durch ungehemmte Bauwut geworden. Aber was ist Beton überhaupt? Im Gegensatz zu natürlichen Baumaterialien wie Holz oder Naturstein ist Beton ein Gemenge aus den Einzelbestandteilen Zement, Wasser und groben Zuschlagstoffen wie Kies, Schotter, Sand oder Splitt. Wichtigster Bestandteil des Betons ist der Zement, der auch für einen Großteil seiner Eigenschaften verantwortlich ist.

 

Eine Weiterentwicklung des Betons ist der Stahlbeton. Stahlbetonkonstruktionen weisen vorzügliche baukonstruktive Eigenschaften auf: Beton allein eignet sich lediglich zur Aufnahme von Druckkräften, bei der Beanspruchung durch Zugkräfte neigt das Material zum Reißen. Durch das Einbringen von Stahl in den zugbeanspruchten Bereichen eines Bauteils wirkt diese Armierung genannte Verstärkung wie eine Klammer und verhindert so das Reißen oder Brechen des Materials. Beispielsweise findet sich in einer Zimmerdecke aus Beton der größte Stahlanteil in der unteren Hälfte des Querschnitts, da dort aufgrund der Durchbiegung Zugkräfte auftreten. Erste Experimente mit eisenarmiertem Beton wurden im 19. Jahrhundert gemacht, zumeist im Festungs-, Straßen- und Brückenbau. Im Hochbau setzte sich der Stahlbeton erst zu Beginn der 1930er-Jahre durch, als die Berechnung der statischen Eigenschaften des Materialgemischs gelang. Die damit gewonnenen Erkenntnisse in Bezug auf Statik und Tragverhalten bilden die Grundlage für den heutigen massenhaften Einsatz von Stahlbeton bei immer gewagteren Konstruktionen. Ganz allgemein ist Stahlbeton wegen seiner großen Festigkeit, seiner Widerstandsfähigkeit gegen Erschütterungen und seiner Feuerbeständigkeit besonders für die Ausführung von tragenden Bauteilen innerhalb von Gebäuden geeignet.

 

Drei noch heute wichtige Vorteile der Verwendung des Baumaterials Beton wurden schon früh erkannt: Der erste Vorteil besteht in den vielfältigen konstruktiven Möglichkeiten. So lässt sich nahezu jede denkbare Großkonstruktion vom filigranen Dach bis zum schwersten Bunker als monolithisches Bauteil — im wahrsten Sinn »aus einem Guss« — herstellen, da Beton wie Metall in fast beliebige vorgegebene Formen gegossen werden kann.

 

Auch der zweite Vorteil beruht auf der Formbarkeit des Betons. Diese gestattet dem Architekten die Verwendung von beliebig gestalteten Bauteilen, sofern die erforderliche Einschalung wirtschaftlich herzustellen ist. Eine eigene Betonästhetik, bei der die bewusst roh belassene Betonoberfläche als Gestaltungsmerkmal benutzt wurde und immer kühnere Formen entworfen wurden, ist das Resultat. So wurde in den 1950er-Jahren der »beton brut« zum Markenzeichen der architektonischen Avantgarde. Aber auch wenn Sichtbeton nicht jedermanns Geschmack getroffen hat, kommt heute dennoch kaum ein Bauwerk ohne den Einsatz von Beton aus. Meistens wird er im Verborgenen für die Tragstruktur eingesetzt, seltener sichtbar als Oberflächenmaterial. Auch als Baustoff für die Fundamente, die Verankerung eines Bauwerks in der Erde, ist Beton heute unverzichtbar.

 

Der dritte Vorteil betrifft die industrielle Vorproduktion von Betonteilen. Durch das Herstellen von Gussformen lassen sich verschiedenste Betonbauteile, wie zum Beispiel Stützen, Treppen, Deckenplatten oder Fassadenelemente, industriell vorfabrizieren, fachsprachlich: elementieren. Der Einsatz solcher elementierten Bauteile verkürzt die Bauzeit und reduziert damit die Baukosten. Beispiele hierfür finden sich in erster Linie im Bereich des Industrie- und Gewerbebaus. Im Wohnungsbau bedient man sich dieser Technologie überall dort, wo ohne ästhetische Ansprüche mit geringen Mitteln eine große Anzahl von Wohnungen in kurzer Zeit hergestellt werden soll. So wurden in der ehemaligen DDR viele große Wohnsiedlungen aus elementierten Betonfertigteilen hergestellt, die unter dem Namen »Plattenbausiedlungen« bekannt wurden.

 

Unter dem Gesichtspunkt der Kostensenkung werden vorfabrizierte Betonfertigteile bei der Gebäudeerstellung auch in Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Der größte Nachteil jeder Betonkonstruktion besteht darin, dass jede Veränderung und alle Abbrucharbeiten aufgrund der Festigkeit des Materials und der monolithischen Ausführung äußerst aufwendig sind.

 

 Mauerwerk

 

Der Mauerwerksbau gilt als die älteste nachgewiesene Konstruktionsmethode; und auch heute noch denken die meisten Menschen bei einem Bauarbeiter an einen Maurer. Im Lauf der Zeit haben sich — abhängig von den örtlichen Gegebenheiten — regional verschiedene Mauerwerkskonstruktionen herausgebildet. Eine der ältesten Mauerwerkskonstruktionen ist das Bruchsteinmauerwerk, das vor allem in Gegenden mit steinigen Böden beheimatet ist und zumeist ohne Mörtel ausgeführt wurde. Es spielt heute eine untergeordnete Rolle und ist hauptsächlich im landwirtschaftlichen Bereich oder als Ziermauerwerk anzutreffen.

 

Gegenüber dem Mauerwerk aus natürlichen Steinen spielt Mauerwerk aus künstlichen Steinen eine weitaus größere Rolle. In diese Kategorie gehören alle heute gängigen Mauerwerkskonstruktionen. Man unterscheidet zwischen verschiedenen Materialien, die wichtigsten sind Ziegel, Kalksandstein und Betonstein. In der Gründerzeit herrschten einschalige Außenwände aus massiven Ziegeln oder Steinen vor. Im Bemühen um eine bessere Wärmedämmung bei gemauerten Wänden wurden sie jedoch abgelöst durch einschalige Wandkonstruktionen aus gelochten Ziegeln, bei denen die eingeschlossene Luft als Dämmung diente. Der nächste Schritt führte schließlich zu den heute gebräuchlichen Porotonziegeln, bei denen noch bessere Dämmwerte durch eine weitere Erhöhung des Luftanteils im Ziegel erreicht werden. Mit diesen Ziegeln lassen sich einschalige Wände mit sehr guter Wärmedämmqualität errichten.

 

Mauerziegel sind die ältesten künstlich hergestellten Mauersteine; sie waren schon den Ägyptern bekannt. Mauerziegel werden aus Lehm oder Ton geformt. Den Rohlingen mischt man Zusatzstoffe wie Sägemehl oder neuerdings auch Hartschaumkügelchen bei. Beim Brennen werden die Ziegel durch diese Zuschläge porös. Es entstehen viele kleine Luftbläschen, welche die Wärmedämmung der Steine erhöhen. Je höher die Brenntemperatur, desto dichter und widerstandsfähiger wird der Stein — bis hin zur Frostbeständigkeit, die bei Vormauerziegeln oder Vollklinkern erwünscht ist. Weniger dicht, dafür aber besser wärmedämmend sind Hochlochziegel und Leichthochlochziegel, die durch bestimmte Lochgeometrien gekennzeichnet sind und ohne zusätzliche Wärmedämmung den Anforderungen der Wärmeschutzverordnung entsprechen.

 

Parallel zu den qualitativen Veränderungen des Mauerwerks haben sich in den vergangenen Jahren auch die Maße der verwendeten Steine verändert. Hatte der ursprüngliche Mauerwerksziegel noch eine Ausdehnung von 24 × 11,5 × 11,3 Zentimeter, so werden heute Steine der Maße 50 × 36,5 × 24 Zentimeter und größer verarbeitet. Früher musste man folglich für einen Quadratmeter einer 36,5 Zentimeter dicken Wand 96 Steine vermauern, heute genügen acht Steine, um dasselbe Ergebnis zu erreichen. Dadurch werden Bauzeit und Baukosten erheblich gesenkt. Im gegenwärtigen Baubetrieb kommt Mauerwerk überall dort zur Ausführung, wo aufgrund von Kleinteiligkeit der Einsatz von Beton unwirtschaftlich ist oder wenn bestimmte gestalterische Vorstellungen realisiert werden sollen.

 

Ein weiteres Argument für Mauerwerk sind bauökologische und raumklimatische Anforderungen an die Wände moderner Neubauten. Diese lassen sich insbesondere von Ziegelmauerwerk ideal erfüllen. Es geht dabei in erster Linie um eine gute Wärmedämmung und die Fähigkeit, Luftfeuchtigkeit aufnehmen und wieder abgeben zu können; letztere bezeichnet man auch als Diffusionsfähigkeit.

 

 Bauen mit Stahl und Glas

 

Stahl wird im Hochbau in erster Linie zum Erstellen von filigranen Tragstrukturen eingesetzt, in der Regel Stahlskelettkonstruktionen. Sie finden überall dort Einsatz, wo große Spannweiten — ab sechs bis sieben Metern — in Verbindung mit geringem Eigengewicht der Konstruktion gefordert sind. Die ersten Bauwerke, die Mitte des 19. Jahrhunderts als Stahlkonstruktionen errichtet wurden, sind reine Ingenieurbauwerke: Brücken, Bahnhofsüberdachungen und Industriehallen. Im Hochbau, also in Gebäuden, wurden Stahlkonstruktionen erst später eingesetzt.

 

Durch die Vorfertigung der tragenden Teile lässt sich ein Gebäude in Stahlskelettbauweise in kurzer Zeit errichten. Diesem Montageprinzip verdanken Stahlskelettbauwerke ihre Flexibilität. Bei veränderten Nutzungsanforderungen lassen sie sich leicht verändern, erweitern oder auch demontieren. Ein aktuelles Beispiel für ein solches Bauwerk ist die »Info-Box« am Potsdamer Platz in Berlin. In diesem Gebäude können sich interessierte Besucher vor Ort über Deutschlands größte Baustelle informieren. Nach Beendigung der Bauarbeiten wird die Info-Box abgebaut.

 

Der Industriebau ist nach wie vor wichtigstes Haupteinsatzgebiet des Stahlbaus. Mit dem Ausbau der öffentlichen Verkehrssysteme rückt jedoch die Gestaltung neuer Bahnhöfe und Flugplätze wieder ins Interesse, sodass Stahlbaukonstruktionen von weitspannenden Hallen und Überdachungen zu neuem Ruhm gelangen.

 

Anders als Stahl hat Glas — mit wenigen Ausnahmen — keine tragende Funktion, sondern dient entweder dem Lichteinlass oder zur Fassadengestaltung. Massenartikel wie Fensterglas und Bauglas werden aus einer Kalk-Natriumsilikat-Schmelze hergestellt. Die Zusammensetzung bestimmt stark die chemischen und physikalischen Eigenschaften. Besondere mechanische Eigenschaften lassen sich durch Härteverfahren wie thermische Abschreckung oder chemische Nachbehandlung der Oberfläche erreichen. Verbundglas, das bei großen Fensterflächen oder als Sicherheitsglas eingesetzt wird, besteht aus zwei oder mehr Glasschichten.

 

Glas als Baustoff wird heute wie im 19. Jahrhundert vor allem in Verbindung mit Tragkonstruktionen aus Stahl eingesetzt. So ist die Entwicklung des Baustoffes Glas eng mit der Entwicklung der Stahlkonstruktionen verbunden. Seitdem man Mitte des 19. Jahrhunderts begann, große Stahl-Glas-Konstruktionen zu erstellen, wird aber auch versucht, dem Glas über die gewünschte Transparenz hinaus weitere Funktionen zu geben. So trugen Glasscheiben bereits in frühen Konstruktionen zur Aussteifung der Gebäude bei.

 

In der Glasherstellung kommt es fortlaufend zu interessanten technischen Innovationen, etwa dem mehrschichtigen Glasaufbau oder dem Füllen der Glaszwischenräume mit speziellen Gasen oder Flüssigkeiten. Andere neue Entwicklungen sind das Beschichten der Gläser mit festen oder veränderbaren Dünnfilmen, »interaktive Beschichtungen«, oder die Herstellung vorgespannter Gläser. All dies macht es heute möglich, Fassaden aus Glas zu bauen, die unterschiedlichste Funktionen übernehmen können; man spricht auch von intelligenten Fassaden. Das Spektrum reicht von selbsttragenden Ganzglaskonstruktionen über spezielle Wärmedämmgläser, die ein Überhitzen im Sommer und ein Auskühlen im Winter verhindern, bis zu Fassaden, deren Transparenz, Oberflächenerscheinung und Durchlässigkeit für bestimmte Lichtwellenlängen — also Farben — frei veränderbar sind.

 

Kaum ein anderer Baustoff hat in den letzten zwanzig Jahren einen vergleichbaren Innovationsschub erfahren wie das Material Glas, und seine technologische Entwicklung ist noch lange nicht abgeschlossen. So verfügt die Industrie bereits über Glassorten von noch höherer Festigkeit und besserer Modellierbarkeit, die aber als Baumaterial noch nicht zur Verfügung stehen.

 

Aber nicht nur im konstruktiven Bereich, auch in der ästhetischen Gestaltung von Bauwerken haben die Fortschritte in der Glastechnologie neue Entwicklungen angestoßen. Bis in die Gegenwart hinein wurde die Hochbauarchitektur durch die Beziehungen abgegrenzter Räume zueinander bestimmt. Der Baustoff Glas dagegen bietet heute die Möglichkeit, die Oberflächen dieser Räume zu verändern, unsichtbar zu machen oder gar aufzulösen. Dadurch wird der ganze Baukörper zu einem komplexen Ganzen mit vielfältigen Beziehungen zwischen seinen räumlichen und flächigen Bestandteilen.

 

 Holz als Baustoff

 

In Mitteleuropa hatte der Holzbau im Mittelalter seine Blütezeit. Von da an nahm der Anteil des Holzbaus am Baugeschehen zugunsten des Mauerwerkbaus bei uns ab, um schließlich in den 1960er-Jahren seinen Tiefstand zu erreichen. Dem steht mit Beginn der geregelten Forstwirtschaft vor etwa 200 Jahren eine zunehmende Menge an verfügbarem Holz gegenüber, dieses Holz wurde jedoch primär in der Industrie und im Bergbau benötigt.

 

Dank der neu entwickelten Werkstoffe Furnierholz, Brettschichtholz und Holzwerkstoffplatten gewinnt der Holzbau in unserer Zeit wieder an Bedeutung. Furnier- und Brettschichtholz besteht aus vielen kleinen Brettern beziehungsweise Furnierstreifen, die zu geraden oder gekrümmten Trägern und Balken unterschiedlichster Dimensionen zusammengeleimt werden. Damit wird das Material von der Beschränkung gewachsener Holzquerschnitte befreit, und große Spannweiten lassen sich in Holzbauweise verwirklichen. Mit großformatigen Holzwerkstoffplatten und -tafeln lassen sich Wand-, Decken- und Dachelemente auf einfache Weise herstellen, die auf der Baustelle lediglich montiert werden müssen.

 

Holz galt in Deutschland, wie gesagt, lange Zeit als minderwertiges Baumaterial. Diese Einstellung wandelt sich jedoch mittlerweile wieder; so entstanden in den letzten Jahren auch in Deutschland anspruchsvolle Holzbauwerke — vom Einfamilienhaus über den Geschosswohnungsbau bis zum Gewerbebau. Die Folge ist das (Wieder-)Entstehen einer eigenständigen Holzbauästhetik, die in ihrer Materialgerechtigkeit die Verbindung von traditionellem Holzbau und moderner Architektur darstellt. Der wirtschaftliche Einsatz von reinen Holzkonstruktionen ist allerdings auf Gebäude von etwa drei übereinander liegenden Geschossen begrenzt. Grund für diese Beschränkung ist die Tatsache, dass sonst die Holzquerschnitte der tragenden Bauteile zu große Dimensionen annehmen müssten, um die Standsicherheit des Gebäudes und den Brandschutz zu gewährleisten.

 

 Kunststoff am Bau

 

Verschiedenartige Kunststoffe sind heute zum unverzichtbaren Bestandteil der Baupraxis geworden. Aufgrund zunehmender Anforderungen in Bezug auf Wärmedämmung, Wind-, Wasser- und Wasserdampfdichtigkeit in Verbindung mit immer komplizierteren Detaillösungen kann bei kaum einem modernen Gebäude auf den Einsatz künstlicher Dicht-, Dämm- und Klebstoffe verzichtet werden. Bauwerke, bei denen der Kunststoff selbst konstruktions- und formgebendes Material ist, sind moderne Zeltkonstruktionen und pneumatische Membranen. Sie werden aus sehr festen Polyesterfasern hergestellt und zählen zu den Leichtbaukonstruktionen.

 

Leichtbaukonstruktionen spielen im Hochbau normalerweise nur eine untergeordnete Rolle. In der Regel werden sie als temporäre Bauten zu bestimmten Anlässen oder als Witterungsschutz für den Bedarfsfall errichtet. Nachdem sich Zeltkonstruktionen aber im Bereich der Überdachung von Sport- und Veranstaltungsstätten bewährt haben, werden sie in neuerer Zeit auch für andere Bauaufgaben, vom Einfamilienhaus bis zur Frachthalle, eingesetzt.

 

Dipl.-Ing. Dieter Stein und Nicolas Werckshagen

 

Weiterführende Erläuterungen finden Sie auch unter:

 

Bauprobleme: Wärmebrücken, Feuchtigkeit und Schimmel

 

Grundlegende Informationen finden Sie unter:

 

Hochbau: Von der Planung zum Rohbau

 

Literatur:

 

Bachmann, Hugo: Hochbau für Ingenieure. Eine Einführung. Zürich u. a. ²1997.

 Hollatz, Bärbel: Bauphysik - Bauausführung. Berlin 1998.

 Kohl, Anton u. a.: Baufachkunde. Grundlagen, bearbeitet von Josef Forster. Stuttgart ²⁰1995.

 Kohl, Anton u. a.: Baufachkunde. Hochbau, bearbeitet von Josef Forster u. a. Stuttgart ¹⁹1998.

 Richter, Dietrich: Baufachkunde. Straßenbau und Tiefbau. Mit Fachrechnen und Fachzeichnen. Stuttgart ⁷1998.

 

VDI-Lexikon Bauingenieurwesen, herausgegeben von Hans-Gustav Olshausen und der VDI-Gesellschaft Bautechnik. Berlin u. a. ²1997.

 

Wärmeschutz bei Gebäuden. Wärmeschutzverordnung inklusive Wärmebedarfsausweis. März 1996, herausgegeben vom Bundesminister für Wirtschaft und vom Bundesminister für Raumordnung, Bauwesen und Städtebau. Bonn 1996.

 Andrä, Hans-Peter u. a.: Baustoff-Recycling. Arten, Mengen und Qualitäten der im Hochbau eingesetzten Baustoffe. Lösungsansätze für einen Materialkreislauf. Landsberg am Lech ²1994.

 

Lehrbuch der Hochbaukonstruktionen, herausgegeben von Erich Cziesielski. Stuttgart ³1997.

 Lewenton, Georg u. a.: Einführung in den Stahlhochbau. Düsseldorf ⁵1993.

 

Ratgeber für den Hochbau, begründet von Klaus Weber. Herausgegeben von Gottfried Peters. Düsseldorf ¹²1997.

 Schmitt, Heinrich / Heene, Andreas: Hochbaukonstruktion. Die Bauteile und das Baugefüge. Braunschweig u. a. ¹⁴1998.

 Sommer, Hans: Projektmanagement im Hochbau. Eine praxisnahe Einführung in die Grundlagen. Berlin u. a. ²1998.

 Steinle, Alfred / Hahn, Volker:Bauen mit Betonfertigteilen im Hochbau. Neuausgabe Berlin 1998.

 

Umwelt-Leitfaden für Architekten, herausgegeben vom Bund Deutscher Architekten BDA. Berlin 1995.

 Willkomm, Wolfgang: Recyclinggerechtes Konstruieren im Hochbau. Recycling-Baustoffe einsetzen, Weiterverwertung einplanen. Eschborn ²1996.²1996.