Das DIBt initiiert, vergibt, begutachtet und betreut im Auftrag der Bauministerkonferenz bautechnische Untersuchungen von allgemeinem bauaufsichtlichen Interesse. In den letzten Monaten wurden Forschungsvorhaben abgeschlossen. Eine Zusammenfassung der Ergebnisse können Sie hier nachlesen.

Die Langfassung der Forschungsberichte ist über das Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau erhältlich.

Weitere Informationen unter Bauforschung

Bewertung der Tragfähigkeit von Befestigungen in Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung

Forschende Stelle:

Technische Universität Kaiserslautern
Frau Jun. Prof. Dr.-Ing. Thiele
Paul-Ehrlich-Str. / Gebäude 14
67663 Kaiserslautern

Lfd. Nr.: 8.37

Die Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton wird in DIN EN 1992-4 [1] für Normalbeton ohne Fasern nach EN 206 [2] geregelt. In Europäischen Technischen Bewertungen (European Technical Assessment, kurz ETA) werden unter anderem charakteristische Widerstände angegeben, die für die Nachweise nach [1] erforderlich sind. Die charakteristischen Widerstände für die Versagensarten, die eine Abhängigkeit von dem verwendeten Produkt aufweisen, werden innerhalb eines Bewertungsverfahrens auf Grundlage der zugehörigen Europäischen Bewertungsdokumente (European Assessment Document, kurz EAD) der European Organisation for Technical Assessment (EOTA) ermittelt.

Die DAfStb-Richtlinie „Beton nach DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 mit rezyklierten Gesteinskörnungen nach DIN EN 12620“ [3] regelt aktuell die Anwendung von Beton mit rezyklierten Gesteinskörnungen in Deutschland. Sofern die in der Richtlinie angegebenen Bedingungen an die rezyklierten Gesteinskörnungen eingehalten werden, dürfen Bauteile aus Beton mit rezyklierten Gesteinskörnungen nach DIN EN 1992-1-1 [4] bemessen werden. In den genannten Regelwerken [1, 3] und den EADs werden keine Angaben zu Versuchen und zur Bemessung von Befestigungen in Beton mit rezyklierten Gesteinskörnungen gemacht.

Daher war innerhalb des Forschungsvorhabens zu klären, inwiefern die Bemessung und die Prüfungen innerhalb eines Bewertungsverfahren für Befestigungen in Beton mit rezyklierten Gesteinskörnungen angepasst werden müssen.

Zur Ermittlung des Einflusses der rezyklierten Gesteinskörnungen wurden Betonmischungen mit unterschiedlichen Anteilen der rezyklierten Gesteinskörnungen entwickelt. Es wurden Recyclingbetone nach den Angaben der DAfStb-Richtlinie [3] mit geringeren Anteilen sowie mit deutlich höheren Anteilen an rezyklierten Gesteinskörnungen hergestellt bis hin zu Betonen, bei denen die natürliche Gesteinskörnung zu 100 % durch rezyklierte ersetzt wurde.

In zentrischen Auszugversuchen mit enger Abstützung wurde gezeigt, dass im Vergleich zu Normalbeton in Recyclingbeton mit geringeren Anteilen an rezyklierten Gesteinskörnungen keine geringeren Verbundspannungen für Verbundankersysteme für ungerissenen Beton zu erwarten sind. Bei höheren Anteilen der Austauschmengen rezyklierter Gesteinskörnungen wurden, verglichen mit den Referenztests in Normalbeton, teilweise deutlich geringere Verbundspannungen erzielt. Ein ähnliches Bild zeigte sich bei dem Vergleich der Auszuglasten mit einem drehmomentkontrolliert spreizenden Bolzenanker. In Auszugversuchen mit weiter Abstützung kam es zur Versagensart „kegelförmiger Betonausbruch“. Die in Recyclingbeton mit geringeren Austauschmengen der Gesteinskörnungen ermittelten Lasten wiesen bis auf eine Betoncharge keine signifikanten Abweichungen zu den in Normalbeton ermittelten Versagenslasten auf. Für gerissenen Beton konnte keine allgemeine Aussage getroffen werden.

Bei der näheren Untersuchung der Versagensarten und des Last-Verformungsverhaltens konnte kein direkter Zusammenhang zur Wahl der Gesteinskörnung erkannt werden.

Neben der Untersuchung des Einflusses von rezyklierten Gesteinskörnungen auf die Tragfähigkeit von Befestigungsmitteln konnte das Alter der Betonprüfkörper als signifikanter Einflussfaktor herausgestellt werden. Es wurde gezeigt, dass in Versuchskörpern in einem Alter von vier bis sieben Wochen sowohl für Verbundversagen bei Verbundankersystemen als auch für Betonversagen bei der Prüfung des Bolzenankers und der Betonschraube die normierten Versagenslasten bis zu ca. 30% geringer sind als in Versuchskörpern in einem Alter von ungefähr einem Jahr. Die Werte wurden sowohl in Versuchskörpern mit Recyclingbeton als auch in Normalbeton mit ausschließlich natürlichen Gesteinskörnungen ermittelt.

Abschließend wurden auf Grundlage der durchgeführten Untersuchungen Vorschläge für Prüfprogramme für Verbundankersysteme und mechanische Verankerungen in Beton mit rezyklierten Gesteinskörnungen in Anlehnung an die EADs erstellt.

Literatur

[1] DIN EN 1992-4:2019-04 Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 4: Bemessung der Verankerung von Befestigungen in Beton; Deutsche Fassung EN 1992-4:2018

[2] DIN EN 206:2021-06 Beton: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität; Deutsche Fassung EN 206:2013 + A2:2021

[3] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton e. V. - DAfStb, ed.: ‘Beton nach DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 mit rezyklierten Gesteinskörnungen nach DIN EN 12620: Teil 1: Anforderungen an den Beton für die Bemessung nach DIN EN 1992-1-1’ (2010)

[4] DIN EN 1992-1-1:2011-01 Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau; Deutsche Fassung EN 1992-1 1:2004 + AC:2010

Vergleichende Untersuchungen zur Rauchdichtheit und zum Feuerwiderstand von Feuerschutzabschlüssen in der Außenanwendung mit simulierter klimatischer Belastung

Forschende Stelle:
ift Gemeinnützige Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft mbH 
Herr Dr.-Ing. Wackerbauer
Theodor-Gietl-Straße 7-9
83026 Rosenheim

Lfd. Nr.: 4.202 und 4.202.1

Um den Einfluss von Bewitterung und klimatischen Änderungen auf die Rauchdichtheit und Feuerwiderstands-dauer von Feuerschutzabschlüssen (FSA) in der Außenanwendung zu ermitteln, sollten Türen nach definierten Klimabelastungen in vergleichenden Prüfungen zur Rauchdichtheit und Feuerwiderstand untersucht werden. Dabei wurden als Vergleichsmuster identische unbelastete Türen mit solchen, die definierten Klimalasten ausgesetzt waren, verglichen. Hierbei sollten vor Allem Belastungen aus Temperaturschwankungen (Außen-/Innenklima, Sonnenstrahlung) und Feuchtebelastungen berücksichtigt werden. Im ersten Schritt wurde ein Vergleich von insgesamt sechs Türen (drei unterschiedliche Konstruktionen) durchgeführt.

Für die Untersuchungen zur Rauchdichtheit wurden die FSA mit dem Prüfklima d als auch dem Prüfklima e entsprechend EN 1121 belastet und die Verformungen gemessen. Mit der hierbei ermittelten Verformung wurde anschließend die Leckage für Kaltrauch ermittelt; ebenso wurde die Leckage für Kaltrauch bei nicht verformtem Zustand ermittelt. Mit den gemessenen Verformungen aller drei Türvarianten konnten die entsprechend MVV-TB Ausgabe 2020/1 geforderten Mindestklassen 2 (d) und 2 (e) erfüllt werden. Bei zwei der drei untersuchten Varianten zeigten sich keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Leckage im nichtverformten Zustand sowie den durch Einwirkung der Prüfklimate d und e verformten Türen. Die gemessenen Leckagen lagen sowohl für Über- als auch Unterdruck unter dem entsprechend geforderten längenbezogenen Volumenstrom von 3 m³/(h·m) für die S_a Klassifizierung. Für die gemessenen Leckagen der dritten Variante unter Verformung infolge Prüfklima e sind sowohl für Überdruck als auch für Unterdruck keine signifikanten Änderungen der Leckage gegenüber dem nicht verformten Zustand ermittelt worden. Die an der dritten Variante unter Verformung infolge Prüfklima d sind jedoch sowohl für Überdruck als auch für Unterdruck deutlich gegenüber dem nicht verformten Zustand erhöht. Der längenbezogenen Volumenstrom lag hierbei für Verformung in Folge Prüfklima d über der Anforderung für die S_a Klassifizierung von 3 m³/(h·m).

Für die vergleichenden Untersuchungen zum Feuerwiderstand wurde je eine der drei unterschiedlichen Feuerschutzabschlüsse unterschiedlichen klimatischen Belastungen ausgesetzt. Hierbei wurde eine Belastung mit Schlagregen, eine Belastung mit Differenzklima sowie eine Belastung mit Wechselklima berücksichtigt. Die Gesamtdauer der klimatischen Belastung betrug ca. 12 Tage. Anschließend wurden die belasteten FSA mit den unbelasteten FSA einer vergleichenden Feuerwiderstandsprüfung unterzogen. Die Auswertung der durchgeführten vergleichenden Feuerwiderstandsprüfungen nach EN 1634-1 an allen drei Konstruktionstypen von Feuerschutzabschlüssen in der Außenanwendung, hat gezeigt, dass die Ergebnisse an Probekörpern mit klimatischer Vorbehandlung und an Probekörpern ohne Vorbehandlung keinen signifikanten Unterschied bringen. Bei keinem der Probekörper konnte eine negative Auswirkung auf dessen Feuerwiderstandsfähigkeit nachgewiesen werden. Die nachgewiesene Feuerwiderstandsfähigkeit von 30 Minuten bzw. 90 Minuten wurden jeweils in einer vergleichenden Prüfung bestätigt. Somit kann eine Verschlechterung durch die durchgeführten klimatischen Vorbelastungen ausgeschlossen werden.

Machbarkeitsstudie zur Verwendung von Mauersteinen mit organischen Zusatzstoffen in tragendem Mauerwerk

Forschende Stelle:
Ingenieurbüro Graubner & Partner
Herr Prof. Dr.-Ing. Graubner
Sachsenspiegelstraße 7
80995 München

Lfd. Nr.: 15.112

Die vorliegende Machbarkeitsstudie untersucht die Möglichkeit, Mauersteine mit organischen Zusatzstoffen in tragendem Mauerwerk einzusetzen. Eingangs werden hierzu die erforderlichen Eigenschaften des verwendeten mineralischen Grundmaterials sowie der organischen Zusatzstoffe beleuchtet. Daraufhin erfolgt eine Evaluierung möglicher Einsatzgebiete von Mauersteinen mit organischen Zusatzstoffen. Die Anwendungsmöglichkeiten liegen dabei auf Grund der zu erwartenden Mauerwerksfestigkeiten voraussichtlich überwiegend im Bereich geringgeschossiger Bauwerke.

Eine Erläuterung der bauphysikalischen Anforderungen an Mauersteine mit organischen Zusatzstoffen, welche im Rahmen eines Zulassungsverfahrens zu beachten wären, ist Teil des Forschungsberichts. Hierbei werden sowohl der Feuchte-, Schall- und Wärmeschutz als auch der Brandschutz behandelt. Für den tragenden Einsatz von Mauersteinen mit organischen Zusatzstoffen ist der Brandschutz von besonderer Bedeutung. In den meisten Anwendungsfällen ist gemäß der Musterbauordnung daher eine mindestens 30-minütige Feuerwiderstandsdauer nachzuweisen.

Des Weiteren werden grundlegende Anforderungen an die Materialeigenschaften von tragendem Mauerwerk aus Mauersteinen mit organischen Zusatzstoffen erläutert. Dabei liegt der Fokus insbesondere auf den mechanischen Festigkeits- und Verformungseigenschaften der Mauersteine sowie des daraus hergestellten Mauerwerks. Besonders relevant ist die Ermittlung der Druckfestigkeit und des Elastizitätsmoduls. Zusätzlich werden Aspekte der Dauerhaftigkeit und der Witterungsbeständigkeit thematisiert.

Darauf aufbauend wird ein möglicher Bemessungsansatz in Anlehnung an die vereinfachten Berechnungs-methoden gemäß DIN EN 1996-3/NA erläutert, der eine unkomplizierte und praxisnahe Nachweisführung ermöglichen würde. Das normative Bemessungskonzept ist jedoch in Abhängigkeit der individuellen Materialeigenschaften der Mauersteine mit organischen Zusatzstoffen anzupassen und kann voraussichtlich nicht unverändert übertragen werden. Zudem muss das erforderliche Zuverlässigkeitsniveau durch die Kalibrierung eines geeigneten materialseitigen Teilsicherheitsbeiwerts sichergestellt werden.

Im Rahmen des Forschungsberichts wird auch auf die relevanten konstruktiven Randbedingungen für den Einsatz von Mauersteinen mit organischen Zusatzstoffen eingegangen. Dies beinhaltet die Lager- und Stoßfugenausbildung, die Ausführung teilaufliegender Decken oder den Anschluss an angrenzende Bauteile. Um eine unkomplizierte Ausführung zu gewährleisten, sollte sich hierbei nach Möglichkeit an den üblichen Regelungen des Mauerwerksbaus orientiert werden.

Nach einer kurzen Erläuterung der erforderlichen Eigen- und Fremdüberwachung der Produktionsabläufe werden abschließend Randbedingungen dokumentiert, welche den Einsatz von Mauersteinen mit organischen Zusatzstoffen möglicherweise einschränken könnten. Hierzu zählen z.B. die Dauerhaftigkeit der Ausgangsstoffe oder die Eignung als Verankerungsgrund für Befestigungsmittel.