Teilprojekt 4: HB(Ca)V
Optimierung der Holz-Beton-Verbundbauweise durch Verwendung natürlicher und ökologischer Werkstoffe
Hintergrund
Mit der Holz-Beton-Verbundbauweise (HBV) – bei der Holz an der Unterseite (Zugzone) und Beton an der Oberseite (Druckzone) im Verbund zusammen wirken – können höhere Spannweiten, ein günstigeres Schwingungsverhalten und ein besserer Brandschutz erreicht werden. Nachteilig ist dabei die Verwendung der Werkstoffe Zement als Bindemittel und Stahl als Bewehrungsmaterial, welche herstellungsbedingt mit hohen CO2-Emissionen verbunden sind. Ökologische Alternativen sind jedoch nicht marktreif und auch nicht bauaufsichtlich für tragende Zwecke im Holz-Beton-Verbundbau zulässig.
Aufgabenstellung
Das Gesamtziel des Projekts war es, baupraktische Lösungen für die Verwendung von natürlichen und ökologischen Werkstoffen im Bau von Geschossdecken in HBV-Bauweise zu entwickeln. Durch die Substitution von Zement und Stahl sollte die Ressourceneffizienz und CO2-Bilanz der HBV-Bauweise verbessert werden. Insgesamt war eine Reduzierung der CO2-Emissionen um mind. 50 % als Ziel gesetzt. Hierfür war das natürlich vorkommende Mineral Anhydrit bzw. Calciumsulfat CaSO4 als Bindemittel sowie Faserbewehrung aus Basalt vorgesehen. Dabei war eine gute Rezyklierbarkeit der Verbundwerkstoffe von besonderer Bedeutung. Weiterhin war es wichtig, dass durch die Verwendung der alternativen Baustoffe die Leistungsfähigkeit der HBV-Bauweise erhalten bleibt, d.h. es sollten mind. gleichhohe Tragfähigkeiten wie bei gängigen HBV-Decken mit Zementbeton erreicht werden.
Projektinhalt
Zunächst wurden geeignete Betonrezepturen und Prüfverfahren erarbeitet und anhand der herstellungsbedingten CO2-Emissionen ausgewählt. Im weiteren Projektverlauf wurden in experimentellen und rechnerischen Untersuchungen die Betone auf ihre Leistungsfähigkeit geprüft. Dabei wurden kleinformatige Abscherversuche zur Ermittlung der Verbundsteifigkeit sowie großformatige Bauteilbiegeversuche zur Untersuchung des Kurzzeit- und Langzeitverhaltens durchgeführt. Abschließend war die Herleitung von Bemessungsansätzen und Herstellungsempfehlungen Inhalt des Projekts, um die Basis für eine bauaufsichtliche Zulassung der erarbeiteten Lösungen zu schaffen.
Durchführung & Ergebnisse
Die Betonrezeptur mit Calciumsulfat als Bindemittel zeigte im Vergleich zum Referenzbeton ähnliche Festigkeitseigenschaften und deutliche Vorteile beim Schwind- und Kriechverhalten. Die herstellungsbedingten CO2-Emissionen sind dabei ca. 50% niedriger.
Die Erprobung des Calciumsulfat-Betons (CaSO4-Beton) in HBV-Bauteilen ergab, dass unter Einsatz von Basaltfasergelegen als Bewehrung, mind. gleichhohe Traglasten möglich sind (siehe Abbildung).
Die etwas geringere Steifigkeit wird mit den günstigen Schwind- und Kriecheigenschaften des CaSO4-Betons ausgeglichen.
Beitrag zur Ressourceneffizienz
Unter Berücksichtigung des Marktpotenzials von HBV-Decken, sind durch die im Projekt erarbeiteten Lösungen deutliche CO2-Einsparungen und durch die zusätzliche Verwendung von Holz eine „CO2-Speicherung“ von 300.000 t/a möglich. Generell ist die verstärkte Verwendung von ökologischen und nachwachsenden Baustoffen eine sehr wirksame Maßnahme im Klimaschutz, da der Bausektor weltweit für ca. 1/3 der Treibhausgasemissionen verantwortlich ist.
Kurzfilm
Ansprechpartner
Prof. Dr.-Ing. Sergej Rempel
Hochschule Augsburg
E-Mail: sergej.rempel@hs-augsburg.de
Telefon: 0821 5586-3637
Hochschule Augsburg
Fakultät Architektur und Bauwesen
Weitere Kooperationspartner
- Franken Maxit Mauermörtel GmbH & Co. (95359 Kasendorf)
- Zimmerei Brunthaler (84385 Egglham)
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Abschlussbericht