Textilbeton ermöglicht dauerhafte Fassaden

Laura Johann
Züblin, Konstruktiver Ingenieurbau
Sandwichwände mit textilbewehrter Vorsatzschale sind im Vergleich zu herkömmlichen Stahlbetonfassaden nicht nur gewicht- und platzsparend, sondern auch ressourcenschonend, da ihre nicht korrodierende Bewehrung eine dauerhafte Lösung bietet.

Sandwichwände mit textilbewehrter Vorsatzschale

Die Anwendung des neuartigen Werkstoffs Textilbeton wird zurzeit durch viele Forschungsvorhaben deutschlandweit vorangetrieben. Eine Möglichkeit, Textilbeton zu verwenden, bietet der Fassadenbau. Stahlbetonfassaden müssen aufgrund der erforderlichen Betondeckung üblicherweise 8-10 cm dick sein. Da Glasfaser- oder Carbontextilien nicht korrodieren, kann die Dicke der Fassade auf 3 cm reduziert werden, was den Ressourcenverbrauch und damit die Betonkosten und das Gewicht der Fassade senkt.

Im Rahmen des Forschungsprojekts sollte eine Bemessungsmethode für Sandwichwände mit einer textilbewehrten Vorsatzschicht hergeleitet werden. Weitere Ziele waren die Entwicklung einer geeigneten Verankerung der Vorsatzschale mit der Tragschale sowie die Erarbeitung von Regeldetails für die Anbindung der Sandwichwand an Fenster. Die Verwendung von textiler Bewehrung ist zurzeit noch nicht genormt. Die Ausführung eines textilbewehrten Bauteils erfordert daher eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) oder eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ).

Grundlage für die Bearbeitung des Forschungsprojekts war die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-71.3-39 „solidian Sandwichwand“ der Firma solidian®, die seit dem 22. 5.2017 gültig ist. Zulassungsgegenstand ist eine Sandwichwand mit einer Tragschale aus Stahlbeton, einer Wärmedämmschicht, einer textilbewehrten Außenschale und einem textilen Verbindungssystem. Die textilbewehrte Vorsatzschale ist nur 3 cm dick und mittig mit einer Bewehrungsmatte aus alkali-resistenten Glasfasern mit einer Tränkung aus Epoxidharz (Solidian GRID Q121/121-AAE-38) bewehrt. Die Querschnittsfläche dieser Bewehrungsmatte beträgt 121 mm²/m und die einzelnen Rovings (Roving = Bewehrungsstrang) erreichen eine Zugfestigkeit von 1.100 N/mm². Trag- und Vorsatzschale werden mit einem Schubgitter kraftschlüssig verbunden. Das Schubgitter wird als Formteil aus der gleichen Glasfaserbewehrung hergestellt. 

Die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung enthält Angaben zur Bemessung der Vorsatzschale und der Schubgitter der Sandwichwand, auf deren Grundlage ein Excel-Bemessungstool entwickelt wurde. Dieses Bemessungstool enthält Informationen zu den Lastannahmen (Eigengewicht, Wind, Temperatur). Zudem werden Hinweise gegeben, wie die Vorsatzschale und deren Lagerung in der FEM-Statiksoftware RFEM zu modellieren sind. Letztlich können mithilfe der Berechnung in RFEM und dem Excel-Tool die Nachweise für die Tragfähigkeit der Vorsatzschale sowie der Schubgitter und die erforderlichen Gebrauchstauglichkeitsnachweise geführt werden. Die Bemessung der Tragschale erfolgt wie im herkömmlichen Stahlbetonbau und wird daher nicht weiter betrachtet.

Ergänzend zu dem Excel-Tool wurde eine Arbeitshilfe mit Informationen für Entwurf, Bemessung und Ausführung einer Sandwichwand mit einer textilbewehrten Vorsatzschale verfasst. Diese Arbeitshilfe informiert kurz und übersichtlich zu den genannten Themen. Neben einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung werden auch Beispiele bereits ausgeführter Sandwichwände mit textilbewehrter Vorsatzschale gezeigt. Zur Darstellung von Anschluss- und Fugendetails im Fensterbereich hat die Fassadentechnik Detailzeichnungen erstellt, die der Arbeitshilfe als Anlage beigefügt sind.

Im weiteren Projektverlauf soll die Bemessung und Befestigung einer vorgehängten Fassade mit textiler Bewehrung entwickelt werden. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wird die Gesellschaft für Qualitätssicherung und Innovation (TPA) eine Betonzusammensetzung entwickeln, die sowohl für die Vorsatzschale der Sandwichwand, als auch für die vorgehängte Fassade verwendet werden kann. Gemäß den Vorgaben in der abZ wird die Festigkeitsklasse des Betons C50/60 sein und der Größtkorndurchmesser 8 mm betragen.

Mittels des entwickelten Bemessungstools, der Arbeitshilfe und der abZ von der Firma solidian®, können Entwurf, Planung und Ausführung einer textilbewehrten Sandwichwand schnell umgesetzt werden. Die Reduzierung der Vorsatzschalendicke auf 3 cm führt zu Einsparungen im Betonvolumen und zugleich zu einer Gewichtsreduktion der Sandwichwand, wodurch sich Vorteile bei Transport und Montage ergeben. Wird die textilbewehrte Sandwichwand zu einem frühen Planungsstand als Ausführungsvariante betrachtet, so können durch eine Verringerung der Wanddicke zudem die Nutzfläche und somit die vermietbare Fläche erhöht werden.

Nahaufnahme der Sandwichwand
Allgemeine Ansicht der Sandwichwand

Glossar

Sandwichbauweise – Werkstoffe mit verschiedenen Eigenschaften werden in Schichten zu einem Bauteil oder Halbzeug zusammengesetzt. Die Bezeichnung stammt von dem ebenfalls aus mehreren Schichten bestehenden Imbiss namens Sandwich. Typisch ist die Abfolge Deckschicht-Kern-Deckschicht. Der Kern kann aus Vollmaterial (Polyethylen, Balsaholz), Schaumstoff (Hartschaum, Metallschaum), Dämmung (Hartschaum, Mineralwolle) oder Wabengitter (Papier, Pappe, Metall, Kunststoff) bestehen. Als Deckschichten werden unter anderem Blech, (Sperr-)holz, Faserverbundwerkstoffe oder Beton benutzt.

Sandwichelement – besteht aus zwei Deckschichten und einem dazwischen liegenden schubweichen Kern.

Sandwichwand mit Textilbeton –  ist ein tragendes gedämmtes Außenwandelement. Sie hat eine innere Tragschale, eine Wärmedämmschicht, eine textilbewehrte Außenschale und ein Verbindungssystem (Sandwichanker). Durch ihre integrierte Dämmung sind die Elemente nach der Montage bereits fertig verarbeitet. So verkürzen sich Bauzeiten um ein Vielfaches.

Textile Bewehrung – Mattenartige Bewehrung aus alkaliresistentem Glas oder Carbon. Wird zur Verstärkung von Betonbauteilen zur Erhöhung der Tragfähigkeit oder im Neubau verwendet.

Textilbeton – ist ein innovativer Verbundwerkstoff aus einer Betonmatrix und textiler Bewehrung aus Glas oder Carbon, der die Herstellung extrem leichter und schlanker Bauteile ermöglicht.