‡ Leichte Hüllen, sinnliche Oberflächen‡ Monolithisch Bauen mit Wärmedämmziegeln

‡ Neu: Tirpitz-Museum in Blåvand

Zeitschrift für Architektur + Baudetail · Review of Architecture + Construction DetailsMauerwerk · Brick Construction · Ausgabe · Issue · 10 · 2017

1 Editorial Julia Liese

14 Impressum, Fotonachweis

134 Contributors

Berichte • reports 4 Regionalgeschichte unterm Sand: Tirpitz-Museum in Blåvand Jakob Schoof

8 SOS Brutalismus – Rettet die Betonmonster Oliver Elser

10 animago Award 2017 Architekturvisualisierung Peter Popp

12 Bücher

Diskussion • discussion 16 Die Leichtigkeit von Mauerwerk Julia Liese

Dokumentation • documentation 26 Freistehender Aufzug in Gironella (ES) Carles Enrich _ architecture + urbanism, Barcelona

29 Wohnhaus in London (GB) Russell Jones, London

34 Europäisches Hansemuseum in Lübeck (DE) Andreas Heller Architects & Designers, Hamburg

39 Schulerweiterung in Versailles (FR) Joly & Loiret Agence d’Architecture, Paris

44 Wohnhaus bei Barcelona (ES) Harquitectes, Sabadell

48 Erweiterung Kunstmuseum Basel (CH) Christ & Gantenbein, Basel

56 Wohnungsbau in Berlin (DE) Bruno Fioretti Marquez Architekten, Berlin

62 Wohnhäuser in Göteborg (SE) Johannes Norlander Arkitektur, Göteborg

Technik • technology 68 Bauen mit Wärmedämmziegeln – Entwicklung, Nachhaltigkeit, Recycling Michael Pröll, Dieter Rosen

Produkte • products 76 DETAIL research 80 Sanierung 90 Fassaden 110 Böden 118 Bauphysik 126 Architektur im Dialog 127 Serviceteil 132 Projektbeteiligte / Hersteller /Ausführende Firmen

68 2017 ¥ 10 ∂

WärmeleitfähigkeitThermal conductivity λ [W/mK]

0,28

0,200,20

0,15

0,10

0,05

1975 1982 1984 1986 1998 2001 2002 2006 2008

0,18

0,140,12

0,09 0,08

0,16

0,07

Spitzenwerte der Wärmeleitfähigkeit in W/mK für Mauerwerk aus HochlochziegelnPeak values for thermal conductivity in W/mK for walling in vertically cored bricks

Der Baustoff Mauerziegel ist seit Jahrtau­senden fester Bestandteil unserer Baukultur. Doch er hat sein Wesen verändert. Politi­sche Vorgaben zur drastischen Reduktion des Energiebedarfs haben in den vergange­nen Jahrzehnten zu einer Metamorphose geführt. Der archaische, kleinformatige Voll­ziegel entwickelte sich zum großformatigen, hochwärmedämmenden Hightechprodukt. Nur so war die monolithische Bauweise – einschalige Ziegelaußenwände ohne zu­sätzliche Wärmedämmung – auch mit den neuen Energiestandards möglich. Mauerziegel unterscheiden sich von ande­ren Mauersteinen durch ihre stoffliche Struk­tur. Als keramisches Erzeugnis weisen Mau­erziegel ein kapillares Materialgefüge auf, das diffusionsoffen ist und über gute hygro­thermische Eigenschaften verfügt. Im Ge­gensatz zu hydraulisch gebundenen Bau­stoffen wie Kalksand­, Porenbeton­ oder Leichtbetonstein sind Mauerziegel ab Werk trocken. Ihre temperatur­, feuchte­ und last­bedingten Verformungen sind gering. Ziegel enthalten keine Schadstoffe und tragen zu einem gesunden Raumklima bei. Wegen der langen, nahezu wartungsfreien Lebens­dauer (Abb. 11) gelten Ziegelbauten als be­sonders wertstabil.1

Entsprechend seiner Einbaulage wird hier­zulande zwischen Vor­ und Hintermauer­ziegel differenziert. Einschalige Ziegel außen­wände werden aus Hintermauerziegeln ge­

fertigt, die nicht frostbeständig und vor Witterung zu schützen sind. Hintermauer­ziegel werden üblicherweise beidseitig nass verputzt. Geeignete mineralische Putze sind auf den Ziegeluntergrund abge­stimmt und stellen langlebige Fassaden sicher. Vormauerziegel (Klinker) kommen nur in zweischaligem Mauerwerk vor. Sie werden meist kleinformatig als unverputztes Sicht­mauerwerk verarbeitet, sind frostbeständig, robust und nehmen kaum Wasser auf. Auf­grund heutiger Energiestandards sind Vor­mauerziegel bei beheizten Gebäuden nur als thermisch entkoppelte Vorsatzschale vor wärmegedämmten Grundkon struktionen möglich.

Herstellung von WärmedämmziegelnDer Naturbaustoff Ziegel wird unter Einsatz der Elemente Erde, Wasser und Feuer her­gestellt. Grundrohstoff ist Lehm, der sich im Wesentlichen aus Ton (Al2O3) und Sand (SiO2) zusammensetzt. Seine Form und Lochung erhält der Ziegel durch das Mund­stück am Ausgang einer Vakuum­Strang­presse. Dafür muss er aufbereitet werden. Der in der Lehmgrube abgebaute Rohstoff wird bis zu einer Korngröße von unter 1 mm zerkleinert und seine Plastizität durch Was­serzugabe erhöht. Zur Optimierung der Wärmedämmung wird die Ziegelrohdichte reduziert. Dies wird durch Verwendung

»leichter« Lehme, Porosierung des Ziegel­scherbens sowie der Art der Lochung er­reicht. Typische Werte gebrannter Wärme­dämmziegel liegen bei 550 – 900 kg/m3. Dem Lehm werden Zuschlagstoffe wie Sägemehl, recycelte Papierfasern oder Polystyrol beigemengt, die im Brennprozess bei etwa 900 °C rückstandslos verglühen und Mikroporen hinterlassen. Diese Luftein­schlüsse reduzieren die Rohdichte und ver­bessern die Wärmedämmung. Das Porosie­ren wurde bereits 1959 zum Patent ange­meldet. Seit dem Jahr 2001 werden die Hohlkam­mern großformatiger Wärmedämmziegel mit Dämmstoff gefüllt – ein notwendiger Ent­wicklungsschritt, um Effekte wie Wärme­strahlung und ­konvektion im Inneren der Hohlkammern zu eliminieren. Dazu werden in erster Linie mineralische Dämmstoffe wie Perlite, Mineralwollestecklinge (­pads) oder lose Mineralwolleschüttungen, gele­gentlich auch Wärmedämmstoffe auf organi­scher Basis (z. B. Holzfaser, Polystyrol) verwendet. Der Masseanteil der Füllung beträgt in etwa 6 %. Durch diese Maßnahmen und die zusätzli­che Anwendung neuer Lochgeometrien und größerer Ziegelstegdicken wurden Schall­dämmung und Tragfähigkeit in einem Zug verbessert. Die alleinige Zielgrößenorientie­rung in Richtung Wärmeschutz hatte zu Wärmedämmziegeln mit äußerst filigranen Stegen geführt. Mit Stegdicken von nur noch 3 mm wurden diese Hochlochziegel den hohen Anforderungen im mehrge­schossigen Wohnungsbau letztlich nicht mehr gerecht. Diese Erkenntnis führte in den vergangenen 15 Jahren zur Entwick­lung von robusteren Hochlochziegeln spe­ziell für den Geschosswohnungsbau. Ne­ben niedrigen Wärmeleitfähigkeiten weisen sie deutlich höhere Tragfähigkeiten auf, mit denen auch Gebäude mit bis zu acht Ge­schossen in monolithischer Ziegelbauweise realisierbar sind. Zugleich wurde die bauakustische Qualität von Wärmedämmziegeln optimiert, sodass auch erhöhte Schallschutzanforderungen mit Ziegel umzusetzen sind.

Text: Michael Pröll, Dieter Rosen

Nachhaltiges Bauen mit Wärmedämmziegeln – Herstellung, Nutzung, Recycling

Sustainable Construction with Thermally Insulating Brickwork – Production, Use, Recycling

1

2

∂ 2017 ¥ 10 Technik 69

Technische BewertungBei der neuesten Generation von Wärme­dämmziegeln ist es gelungen, neben gutem Wärmeschutz auch die technischen Werte für Druckfestigkeit, Schall­ und Brandschutz deutlich zu verbessern – eine wichtige Vor­aussetzung für den Einsatz im Geschoss­wohnungbau. Bei diesem Gebäudetypus haben sich im monolithischen Mauerwerks­bau Außenwanddicken von 36,5 bis 42,5 cm etabliert, die mit U­Werten von 0,18 bis 0,25 W/(m2K) den Energiestandard des förderungsfähigen KfW­Effizienzhaus­55 oder ­40 erreichen. Zudem weisen moderne Mauerziegel wegen der vergleichsweise hohen Rohdichte (im Geschosswohnungs­bau liegen die Ziegelrohdichten bei 800 bis 900 kg/m3) eine hohe Speichermasse auf und wirken dadurch temperaturausglei­chend. Im modernen Geschosswohnungs­bau werden häufig die Anforderungen an den erhöhten Schallschutz als Zielgröße vereinbart. In Ziegelbauweise wird das da­zu erforderliche bewertete Luftschalldämm­Maß R'w ≥ 55 dB regelmäßig mit 24 cm dicken Wohnungstrennwänden aus Plan­füllziegeln erreicht, die mit Beton vergossen werden. Dazu werden Wohnungstrennwän­de kon struktiv in die flankierenden Außen­wände aus Wärmedämmziegeln eingebun­den, die ein Direktschalldämm­Maß von Rw,Bau,ref ≥ 48 dB aufweisen müssen (Abb. 5). Auch im Brandschutz erfüllt Ziegelmauer­

1 Wohnhaus mit sieben Geschossen, Kronenareal Memmingen, Siebendächer Baugenossenschaft eG2 Entwicklung der Wärmeleitfähigkeit von Hochloch­

ziegeln3 Tragfähigkeit von monolithischem Ziegelmauer­

werk4 Leistungsfähigkeit moderner Wärmedämmziegel

im Geschosswohnungsbau

1 Seven-storey housing block, Kronen site, Memmingen Siebendächer Baugenossenschaft eG2 History of thermal conductivity in vertically cored

bricks3 Load-bearing capacity of monolithic brickwork4 Capacity of modern thermally insulated bricks in

multistorey housing construction3

4

werk hohe bauordnungsrechtliche Anforde­rungen. Der in einem Brennprozess herge­stellte Ziegel wird nach deutschen und eu­ropäischen Normen ohne weitere Prüfung als nichtbrennbarer Baustoff klassifiziert und weist hohe Feuerwiderstandsdauern auf. Er trägt nicht zur Brandlast bei und entwickelt keine Rauchgase.Wie die Tragwerksanalyse zeigt, lässt die ho­he Tragfähigkeit moderner Wärmedämmzie­gel bei mauerwerksgerechter Planung auch mehrgeschossige Gebäude zu (Abb. 3). Die für den Tragwiderstand nRd erforderli­chen Werte der charakteristischen Mauer­werksdruckfestigkeit fk liegen bei modernen Wärmedämmziegeln für den Geschoss­wohnungbau bei fk = 3,0 bis 5,2 N/mm2. Ein großer Vorteil des Baustoffs Ziegel ist seine einfache Handhabung in Planung und Ausführung, denn seine Konstruktionsregeln sind alt und bewährt. Gleichzeitig erleich­tern aufeinander abgestimmte Produktsyste­me und moderne Werkzeuge die Qualität in der Ausführung. Auch die Bemessungsre­geln für den Tragwerksnachweis sind ein­fach. Somit sind seine Herstellungs­, und Lebenszykluskosten im Vergleich zu ande­ren Baustoffen gering2, 3.

Ökologische BewertungDurch moderne Produktionsverfahren, neu­este Anlagentechnik und Umwelt­ und Ener­giemanagement konnten Primärenergiever­

Charakteristische Mauerwerksdruckfestigkeit fk in MN/m2

Typical compressive strength of brickwork fk in MN/m²

1,8 2,2 2,6 3,0 3,4 3,8 4,2 4,6 5,0 5,2 5,4 175

225

275

325

375

425

525

475

Last

einw

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g n Ed

≤

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n Rd

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ing

effe

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Ed

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sist

ance

nR

d

[kN/m]

6 Geschosse6 storeys

5 Geschosse5 storeys

4 Geschosse4 storeys

3 Geschosse3 storeys

d = 42,5 cm

d = 36,5 cm

d = 30 cm

brauch und Schadstoffemissionen in der Ziegelherstellung deutlich reduziert werden. Der Rohstoffabbau erfolgt meist mit kurzen Transportwegen oder auf Förderbändern. Auch im Herstellungsprozess wird Primär­energie durch folgende Maßnahmen einge­spart:•   Nutzung der Abwärme aus dem Brenn­

ofen zur Trocknung der Ziegel,•   Optimierung der Wärmedämmung aller 

wärmeführenden Anlagen,•   Wärmerückgewinnung mittels Wärmetau­

scher,•   Reduktion des Wassergehalts der Tone 

und damit des Produktgewichts,•   Nutzung regenerativer Energien, die an 

den Produktionsstandorten gewonnen wird,

•   Verwendung von Recyclingmaterial (Pa­pierfasern, Sägemehl) für die Porosierung.

Durch ihre hohe Wärmedämmwirkung er­füllen moderne Mauerziegel heutige Ener­giestandards, auch diejenigen für Passiv­ und Plusenergiehäuser. Monolithische Außenwände sparen durch den langen Lebenszyklus Heiz energie. Weil keine zu­sätzliche Wärmedämmung aufgebracht werden muss, wird die Lebensdauer der Fassade deutlich erhöht, biozider Anstrich obsolet und künftiger Sondermüll reduziert. Außerdem tragen Ziegel zu einem gesun­den Raumklima bei, da sie weder Schad­stoffe enthalten noch emittieren.

EigenschaftProperty

Erreichbare Werte für Mauerwerk aus WärmedämmziegelnValues attainable with brickwork in thermally insulating bricks

Produktbeispiele / Types of product

WärmeschutzThermal insulation

Wärmeleitfähigkeit /Thermal conductivity U­Werte/ U-values – Wanddicke / wall thickness 30 cm

– Wanddicke / wall thickness 36,5 cm – Wanddicke / wall thickness 42,5 cm

λ = 0,07 bis / up to 0,12 W/mKU = 0,25 bis / up to 0,30 W/m2KU = 0,21 bis / up to 0,28 W/m2KU = 0,18 bis / up to 0,26 W/m2K

SchallschutzSound insulation

Direktschalldämm­Maß Direct sound-insulation valueBewertetes Luftschalldämm­MaßCalculated airborne sound-insulation value

R W,Bau,ref = 48 bis / up to 52 dB

R'W ≥ 55 dB

BrandschutzFire protection

Feuerwiderstand: ab d = 30 cmFire resistance from 30 cm thickness

bis F 90 und Brandwandup to 90 mins. and firewall

TragfähigkeitLoad-bearing capacity

Mauerwerksdruckfestigkeit nach DIN EN 1996:Compression strength of brickwork according to German standard DIN EN1996

fk = 3,0 bis / up to 5,2 MN/m2

70 Nachhaltiges Bauen mit Wärmedämmziegeln – Herstellung, Nutzung, Recycling 2017 ¥ 10 ∂

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Grad der Auswirkung/Degree of influence

50 Jahre/years

Lebenszyklus/Life cycle

80 Jahre/years

Ziegel-monolithMonolithicbrickwork

Stahl-betonReinforcedconcrete

Bauweise/Form of construction

Holz-rahmenTimberframe

Treibhaus-potenzial (GWP)Global warming

potential

Versauerungs-potenzial (AP)

Potential foracidification

Primärenergie-bedarf gesamt

(PEges)Overall primary-energy needs

96%

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Stahl-betonReinforcedconcrete

Bauweise/Form of construction

Holz-rahmenTimberframe

Treibhaus-potenzial (GWP)Global warming

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Primärenergie-bedarf gesamt

(PEges)Overall primary-energy needs

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Umwelt-ProduktdeklarationenUmwelt­Produktdeklarationen oder Environ­mental Product Declaration (EPD) bieten die Grundlage zur Bewertung der ökologi­schen Gebäudequalität. Sie beinhalten neben der Beschreibung des Lebenszyklus eines Baustoffs auch Ökobilanzdaten und andere Nachweise. DIN EN 15 804 regelt den Deklarationsprozess. Das Institut für Bauen und Umwelt e. V. (IBU) übernimmt in Deutschland die wissenschaftliche Beglei­tung und Veröffentlichung von EPDs.

NachhaltigkeitsbewertungDie Bewertung der Nachhaltigkeit von Ge­bäuden erfolgt nach abgestimmten Normen wie zum Beispiel DIN EN 15 978 und DIN EN 15 643. Auf dieser Basis existieren mitt­lerweile zahlreiche Systeme zur Nachhaltig­keitszertifizierung, mit zum Teil sehr unter­schiedlichen Gewichtungen. Für den im Mauerwerksbau besonders relevanten Wohnungsbau existieren in Deutschland derzeit mehrere Zertifizierungssysteme wie die private »Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen« (DGNB) sowie öffent­liche Systeme des Bundes wie »Bewer­tungssystem Nachhaltiger Wohnungsbau« (NaWoh) und »Bewertungssystem Nachhal­tiger Kleinwohnhausbau« (BNK). Sie alle vereinen den ganzheitlichen Ansatz, der neben ökonomischen Aspekten auch wirt­schaftliche, technische, funktionale, sozio­kulturelle und prozessabhängige Kriterien berücksichtigen kann, ebenso wie die städ­tebauliche und architektonische Qualität – ein grundlegender Vorteil gegenüber ande­ren weltweit etablierten Zertifizierungssyste­men. Die Methodik beispielsweise des Sys­tems NahWo berücksichtigt im Wesentli­chen die Faktoren Wohnqualität, Technik, Ökologie, Planung, Ökonomie und Ausfüh­rungsqualität. Seit Kurzem fördert auch die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) die Zertifizierung auf Nachhaltigkeit im Woh­nungsbau mit Zuschüssen. Wie die aktuelle Studie »Nachhaltigkeit von Mauerwerk im Geschosswohnungsbau«2 belegt, führt die ökobilanzielle Analyse über einen maßgeblichen Zeitraum von 50 bis

geber die Erfordernis einer sortenreinen Er­fassung keramischer Abbruchabfälle weiter konkretisiert. Neue Entwicklungen der Trenn­ und Sortiertechnik moderner Recyc­linganlagen lassen die Prognose zu, dass der Baustoff Ziegel zukünftig nahezu voll­ständig in den Stoffkreislauf zurückgeführt werden kann. Derzeit finden recycelte Zie­gel oder Ziegelabfälle in verschiedenen Be­reichen Anwendung:

Rohstoffersatz Produktionsabfall aus der Ziegelherstellung, der sogenannte Brennbruch, kann aufge­mahlen und der Rohstoffmischung als Ma­gerungsmittel zugegeben werden. Je nach Art des Tonvorkommens und der Produktion können so bis zu 30 % der Masse des Roh­stoffbedarfs ohne Qualitätsverlust substitu­iert werden.

Recyclingbaustoff im StraßenbauDer mengenmäßig größte Anteil der Ab­bruchabfälle wird als Recyclingbaustoff für die Herstellung von Gesteinskörnungen für ungebundene Oberbauschichten im Stra­ßenbau verwendet.

VegetationssubstrateMit der Novellierung der Düngemittelverord­nung (DüMV)6 ab 2013 sind Altziegel aus dem Bauabbruch wieder als Ausgangsstoff für Kultursubstrate verwendbar. Vorausset­

5

5 Einbinden einer Wohnungstrennwand in eine hochwärmedämmende monolithische Ziegel­außenwand vor dem Füllen der Hohlkammern mit Beton

6, 7 Ergebnisse der Studie »Nachhaltigkeitsqualität von Mauerwerk im Geschosswohnungsbau«2

8 Wiederverwendung von Ziegeln beim Kunst­museum Ravensburg von Lederer Ragnarsdóttir Oei Architekten

80 Jahren im baustoffübergreifenden Ver­gleich zwischen monolithischer Ziegelbau­weise, Stahlbeton und Holzrahmenbauweise zu sehr ähnlichen Ergebnissen (Abb. 6, 7). Recycling und VerwertungWiederverwendungAltziegel sind heute bereits ein gefragter Wertstoff. Für eine echte Wiederverwendung sind Mauerziegel, Pflasterklinker und Dach­ziegel geeignet, ebenso Deckungen aus Tondachziegeln. Dabei ist zu beachten, dass die Restlebensdauer von der bisheri­gen Nutzung, den klimatischen Verhältnis­sen und der fachgerechten Ab­ und Wieder­eindeckung abhängig ist. Beim Wiederaufbau des Neuen Museums in Berlin von David Chipperfield Architects wur­den nach Typisierung der benötigten Restau­rationsziegel nach Herkunft, Maß, Steindruck­festigkeit, Wasseraufnahme und Farbe über 350 000 historische Ziegel aus Abbruchmaß­nahmen aufbereitet und neu vermauert 5. Auch im Kunstmuseum Ravensburg, geplant vom Architekturbüro Lederer Ragnarsdóttir Oei, schaffen wiederverwendete Ziegel einen Bezug zur Geschichte (Abb. 8).Für die Umwandlung von Altziegel zu ande­ren Produkten ist ein möglichst sortenreiner Abbruch oder Rückbau Voraussetzung, ebenso die Aufbereitung in einer Baustoff­Recyclinganlage. Mit der Novelle der Ge­werbeabfallverordnung4 hat der Gesetz­

6

5 Tying a party wall between dwellings into a monolithic brick external wall with high thermal insulation prior to filling the voids with concrete

6, 7 Findings of a study on the sustainable perform-ance of brickwork in multistorey housing construction ²

8 Recycling of bricks: Museum of Art in Ravensburg by Lederer Ragnarsdóttir Oei Architects

∂ 2017 ¥ 10 Technik 71

zung ist, dass die Vegetationssubstrate aus Ziegelsand, ­splitt oder ­bruch aus sorten­rein erfassten, aufbereiteten Tonziegeln her­gestellt werden, ohne losen oder anhaften­den Mörtel oder Beton. Dabei sind inerte Engoben oder Glasuren aus vegetations­technischer und umwelthygienischer Sicht unproblematisch. Ziegelsubstrate werden für Dachbegrünungen mit mehrschichtigem Aufbau, als Substrat für Baupflanzungen und Straßenbegleitgrün verwendet. Wegen der hohen Wasserkapazität erweisen sich Substrate aus Ziegelbruch bei ausreichen­der Luftkapazität als günstig für eine ausge­glichene Wasserversorgung und sind somit ideal für eine nachhaltige Vegetationsent­wicklung. Auch liefern sie die für Vegetati­onstragschichten erforderliche hohe Trittfes­tigkeit und Strukturstabilität.7

Recycelte Gesteinskörnung für R-BetonGroßes Potenzial steckt in der erweiterten Anwendung recycelter Gesteinskörnung für die Herstellung von ressourcenschonen­dem Beton, dem sogenannten R­Beton. Nach der Richtlinie des DAfStb8 sind unter­schiedliche Zumischungen für Gesteinskör­nungsmischungen für die Herstellung von Transportbeton ohne Einschränkung der technischen Eigenschaften möglich. Die An­wendung von R­Beton in der Schweiz zeigt, dass man 90 % des für den Hausbau ver­wendeten Betons mit R­Beton substituieren und damit den Verbrauch natürlicher Ge­steinskörnungen schonen kann. Als Hinder­nis wird häufig auf die schwankenden Ei­genschaften des Zuschlags insbesondere aufgrund der unterschiedlichen Wasserauf­nahme des Ziegels verwiesen. Diese techni­schen Aspekte sind durch eine Wasserla­gerung der ziegelreichen Zuschläge oder Schließung des Porengefüges mit Zement­leim lösbar. Allerdings ist die Nachfrage nach R­Beton derzeit noch gering.

Tennis- und SportplatzbauAuch für die Herstellung von Tennismehlen und ­sanden wird vorwiegend Brennbruch aus hartgebrannten Dachziegelscherben, Vormauerziegel und Klinker verwendet.

AusblickDie Trennung von Dämmstofffüllung und Ke­ramik, die moderne Dämmziegel erfordern, ist technisch gelöst. Dämmstoffstecklinge oder thermisch verfestigte Dämmgranulate können, weil sie nicht fest mit der Keramik verbunden sind, nach grobem Aufschluss mit nachgeschalteter Windsichtung getrennt werden. Erheblich anspruchsvoller ist die Ab­trennung mineralischer Fremdanhaftungen aus Putz und Mörtel. Aber auch hier zeich­nen sich Fortschritte bei den Aufbereitungs­verfahren von Recyclingbeton, insbesondere in der Trenn­ und Sortiertechnik ab. Mit Far­berkennung und Nahinfrarottechnik können heute schon im großbetrieblichen Einsatz na­

Michael Pröll ist Bauingenieur und technischer Ge­schäftsführer des Ziegel Zentrum Süd e. V., München. Dieter Rosen ist technischer Geschäftsführer des Bundesverband der Deutschen Ziegelindustrie e. V., Bonn. Er hat in diesem Artikel den Abschnitt »Recyc­ling und Verwertung« verfasst.

hezu sortenreine Fraktionen erzeugt werden.Die neue Generation der mit Dämmstoff ge­füllten hochwärmedämmenden Mauerziegel ist ein Produkt, das in monolithischer Bau­weise die hohen Anforderungen im Ge­schosswohnungsbau hinsichtlich Schall­schutz, Tragfähigkeit und Wärmeschutz er­füllt. Auch wenn die neue Produktgeneration erst in Jahrzehnten als Mauerwerkabbruch anfällt, ist es nützlich, dass schon heute die Verwertungskonzepte vorhanden sind.

7

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Lebenszykluskosten Muster-Mehrfamilienhaus10 – Betrachtungszeitraum: 80 JahreLife-cycle costs for typical blocks of flats10 – period of observation: 80 years

Außenwände/External walls Mauerwerk/ brickwork

Stahlbeton/ reinforced concrete

Holz/timber

321292 362 330300 372

300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500

Kosten in €/m2Außenwand/Costs of external wall in €/m²

Kosten in €/m2Außenwand/Costs of external wall in €/m²

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Herstellungskosten Muster-Mehrfamilienhaus9

Construction costs for typical blocks of flats9

Außenwände/External walls Mauerwerk/ brickwork

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Lebenszykluskosten Muster-Mehrfamilienhaus10 – Betrachtungszeitraum: 80 JahreLife-cycle costs for typical blocks of flats10 – period of observation: 80 years

Außenwände/External walls Mauerwerk/ brickwork

Stahlbeton/ reinforced concrete

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Kosten in €/m2Außenwand/Costs of external wall in €/m²

Kosten in €/m2Außenwand/Costs of external wall in €/m²

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Außenwände/External walls Mauerwerk/ brickwork

Stahlbeton/ reinforced concrete

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72 Nachhaltiges Bauen mit Wärmedämmziegeln – Herstellung, Nutzung, Recycling 2017 ¥ 10 ∂

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Trockenkammer ca. 100°CDrying chamber

BeschickerFeeder

KollergangGringing pan

WalzwerkRolling mill

SumpfhausSouring house

StrangpresseExtruding press

AbschneiderCutter

Tunnelofen ca. 1000°CTunnel kiln

PlanschleifmaschineGrinding machine

Dämmstoff-FüllanlageFilling with insulation

VersandDelivery

LagerungStorage

GüteüberwachungQuality monitoring

Bricks as a constructional material have been an essential part of our building culture for thousands of years, but their nature has un-dergone change. In recent decades, political intervention, seeking a drastic reduction of en-ergy consumption, has led to a radical shift. The small solid brick of former times has de-veloped into a much larger, high-tech product with strong thermal-insulation properties. Only in this way was it possible to continue using monolithic forms of construction – single-skin brick outer walls without additional thermal in-sulation – and still comply with the new ener-gy standards. Bricks differ from other walling blocks in their material make-up. As a ceramic product, they have a capillary structure that is moisture dif-fusing and possesses good hygrothermal properties. In contrast to hydraulically bonded materials like calcareous sand, aerated or lightweight concrete, bricks are dry ex-works. Temperature-, moisture- or load-related de-formation is minimal. Bricks do not contain pollutants, and they contribute to a healthy spatial climate. In view of their long, virtually maintenance-free life (ill. 11), brick buildings are regarded as particularly good in terms of their value stability ¹.A distinction is made between facing bricks and common bricks. Single-skin external walls are usually constructed with common bricks that are not frost-resistant and need to be protected against the weather. Walls of this kind are usually wet rendered/plastered on both faces. Suitable mineral mixes are matched to the brick backing and ensure sta-ble conditions for the long life of a facade. Facing bricks (also engineering bricks) are used only in double-skin walls and are mostly found in an unrendered exposed form. They are frost-resistant, robust and absorb scarcely any moisture. In view of modern energy standards, in heated buildings, this kind of brick can be used only for thermally discrete external skins outside a thermally insulated basic structure.

Manufacturing thermally insulated bricksBricks, as a natural building material, are made with earth, water and fire. The basic

raw material is clay, which consists largely of loam (Al2O3 ) and sand (SiO2 ). Cored bricks acquire their form and perforations via a mouthpiece at the end of a vacuum extrusion press. Before this can happen, however, the material has to be processed. The raw materi-al excavated from the pit is crushed to a grain size of less than 1 mm. Water is added to this to increase the plasticity. To optimize the ther-mal insulating properties, the density of the bricks is reduced through the use of “light-weight” loams, through a porofication of the brick and through the nature of the perfora-tions. Typical values for fired bricks lie be-tween 550 and 900 kg/m³. Additives such as sawdust, recycled paper fibres and polysty-rene can be mixed with the loam. During the firing process, at around 900 °C, these burn up completely, leaving behind micropores. The encapsulated pockets of air reduce the specific gravity and improve the thermal insu-lation properties of the brick. As early as 1959, an application was made to patent the pore-making process. Since 2001, the voids in larger-scale thermally insulating blocks have been filled with insulat-ing material. This was an essential step in the development to avoid heat radiation, convec-tion, etc. within the voids. For this purpose, mainly mineral insulation was used such as perlite, mineral-wool pads, or loose mineral-wool filling, and occasionally thermal insulation material with an organic basis such as wood fibres or polystyrene. The proportion of filling is about 6 per cent. As a result of these measures and the addi-tional use of new coring geometries or greater thicknesses of the walls of the brick, it was possible to improve sound insulation and the load-bearing capacity, too, at a single stroke. Concentrating mainly on thermal insulation had led to insulating bricks with extremely slender walls. With thicknesses of only 3 mm, perforated bricks of this kind were ultimately unable to meet the requirements of multi-storey housing. Recognition of this fact has led, over the past 15 years, to the develop-ment of stronger vertically cored bricks spe-cially made for multistorey housing. In addition to their low thermal conductivity, they have a

much greater load-bearing capacity with which buildings up to eight storeys in height can be implemented in monolithic brick con-struction. At the same time, the constructional acoustic qualities of thermally insulating bricks has been optimized to meet increased sound-insulating requirements.

Technical evaluationWith the latest generation of thermally insulat-ing bricks, it has been possible greatly to im-prove other technical properties as well – compressive strength, sound insulation and fire protection – all of which are important considerations in the context of multistorey housing. For this building type, an external wall thickness of 36.5 to 42.5 cm has estab-lished itself for monolithic forms of construc-tion. With U-values of 0.18 – 0.25 W/(m²K) this complies with energy standards that make it eligible for official support from the Reconstruction Loan Corporation (KfW) banking group. What is more, in view of their comparatively high density (800 – 900 kg/m3 in multistorey housing), modern bricks and blocks possess a great thermal storage mass and thus have a regulating effect on temperatures. In modern multistorey housing, increased sound insulation is often a further requirement. In brick forms of construction, the airborne sound insulation value necessary for this (R'w ≥ 55 dB) is normally achieved with 24 cm party walls in perforated blocks with a concrete filling. These walls are tied into the flanking external wall construction – in thermally insulating bricks – which, in turn, must have a direct sound-insulation value of R'w ≥ 48 dB (ill. 5). In the context of fire protection, too, brick-work has to comply with strict building regula-tions. Produced in a firing process, bricks are classified as a non-combustible building ma-terial, according to European standards, and have a fire-resistance of long duration. They do not result in fire loads, and they emit no fumes. As a structural analysis (ill. 3) shows, the great load-bearing capacity of modern thermally insulating bricks (given the appropriate plan-

∂ 2017 ¥ 10 Technik 73

9 Produktionsweg eines Mauerziegels10 Wiederverwendung von Ziegeln beim Kunst­

museum Ravensburg von Lederer Ragnarsdóttir Oei Architekten

11 Lebenserwartung verschiedener Baustoffe11

9 Brick production process10 Recycling of bricks: Museum of Art in Ravensburg

by Lederer Ragnarsdóttir Oei Architects11 Lifespan of various building materials11

Lebenserwartung von Baustoffen / Anticipated lifespan of building materials in Jahren /in years

Kunststoff / Plastic 30 – 50

Zementputz, Kalkzementputz / Cement plaster, cement-lime plaster 20 – 50

WDVS (Wärmedämmverbundsystem) / Composite thermal insulation system 25 – 45

Glas / Glass 40 – 70

Beton, bewittert / Concrete (weathered) 60 – 80

Weichholz (Bauholz), bewittert / Softwood (building timber, weathered) 40 – 50

Aluminium /Aluminium 50 –100

Naturstein, Kunststeinplatten / Stone, artificial stone slabs 60 –100

Kupferblech / Copper sheeting 70 –100

Ziegel, Klinker bewittert /Bricks (weathered) 80 –150

10

11

ning) allows the construction of multistorey buildings. With modern thermally insulating blocks, the values necessary to achieve a bearing capacity of nRd in multistorey housing with a typical crushing strength of fk are around 3.0 – 5.2 N/mm².One major advantage of bricks is their simple handling – both manually and in the planning process. The construction rules are old and established. What is more, production sys-tems and modern tools and equipment that are coordinated with each other are condu-cive to a high level of quality in the working process. Similarly, simple rules apply in pro-viding proof of structural capacity. As a result, the cost of brickwork in respect of its produc-tion and lifespan is advantageous compared with other building materials ², ³.

Environmental evaluationModern production methods, new manufac-turing plant and equipment as well as state-of-the-art environmental and energy manage-ment have all led to a reduction in the con-sumption of primary energy and in the emis-sion of pollutants in the manufacture of bricks. The extraction of raw materials is mostly cou-pled with short transport routes or the use of conveyor belts. In the production process, primary energy is also saved by the following means:•   exploiting waste heat from the kiln that is

used to dry the bricks;

•   an optimization of the thermal insulation of all heat-bearing components;

•   heat recovery by means of heat-exchange systems;

•   reduction of the moisture content of the clays and thus the weight of the product;

•   the use of renewable forms of energy avail-able at the place of production;

•   the use of recycled material (e.g. paper fibres, sawdust) for the process of forming pores.

Today, with their high thermal-insulation lev-els, bricks comply with modern energy stan-dards – even for passive-energy and energy-plus buildings. Throughout their long lives, monolithic external walls help save heating energy. Since no additional thermal insulation needs to be applied, the life of the facade is considerably increased, biocide coatings have become obsolete and special (hazardous) ref-use will be reduced in the future. In addition, bricks help to create a healthy indoor climate because they do not contain pollutants.

Environmental product declarationsEnvironmental product declarations (EPDs) provide a basis for the evaluation of a building in terms of its environmental quality. In addi-tion to a description of the life cycle of a build-ing material, they contain a life-cycle assess-ment (LCA) and other information. In Ger-many, the declaration process is regulated by national standards (DIN EN 15804). There,

the Institute for Building and the Environment (IBU) is responsible for scientific back-up and the publication of the EPDs.

Sustainability assessmentAssessments of the sustainability of buildings are based on certain standards, and nume-rous systems exist today relating to the certifi-cation of sustainability – in part with weight-ings that differ widely. For housing construc-tion, which is a central area in the realm of brickwork, a number of certifications exist at present. One thing they all have in common is a holistic approach. In addition to the financial aspects, this can take into account economic, technical, functional and socio- cultural criteria as well as aspects related to the specific process and involving urban planning and architectural quality. This is of fundamental advantage compared with other, internationally established systems of certifica-tion. The methodology underlying the NahWo system, for example, takes account of the principal factors relating to housing quality, technology, environment, planning, economy and quality of execution. Recently, the Ger-man Reconstruction Loan Corporation has supported the process of certification and sustainability in housing construction with subsidies.As a current study, “Sustainability of brickwork in multistorey housing”², goes to show, the analysis of the ecological balance leads – over a decisive period of 50 to 80 years and with a comparison between monolithic brick, rein-forced concrete and timber-frame construc-tion – to very similar results (ills. 6, 7).

Recycling and reuseReuseNowadays, used bricks are greatly in demand as a recyclable material. Bricks used for wall-ing and paving as well as clay roofing tiles lend themselves to reuse, whereby one has to consider that the remaining life of such materi-als will depend on their previous service, the climatic conditions and a professionally cor-rect removal and relaying.In the reconstruction of the New Museum in Berlin by David Chipperfield Architects, some

74 Nachhaltiges Bauen mit Wärmedämmziegeln – Herstellung, Nutzung, Recycling 2017 ¥ 10 ∂

Literatur 1 Ziegellexikon Mauerwerk 2016, Ziegel Zentrum Süd

e.V., München 2 Nachhaltigkeitsqualität von Mauerwerk im Ge­

schosswohnungsbau, LCEE Life Cycle Engineering Experts GmbH, Dr.­Ing. Sebastian Pohl, Juli 2016, http://www.dgfm.de/aktuelles/sv/artikel/nachhal­tigkeit­von­mauerwerk­im­geschosswohnungsbau.html

3 Massiv­ und Holzbau bei Wohngebäuden, Arbeits­gemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e.V., Dietmar Walberg, Januar 2015, http://www.dgfm.de/aktuel­les/sv/artikel/arge­kiel­studie­zu­massiv­und­holz­bau­bei­wohngebaeuden.html

4 Verordnung über die Bewirtschaftung von gewerb­lichen Siedlungsabfällen und von bestimmten Bau­ und Abbruchabfällen (Gewerbeabfallverordnung–GewAbfV), 18.4.2017, BGBl. Teil I Nr. 22, S. 896, www.bgbl.de

5 Leonhardt, Rainer, Historische Mauerziegel für den Wiederaufbau des Neuen Museums Berlin, in: Res­taurator im Handwerk, 2/2009, S. 26 – 31

6 Verordnung über das Inverkehrbringen von Dünge­mitteln, Bodenhilfsstoffen, Kultursubstraten und Pflanzenhilfsmitteln (Düngemittelverordnung DüMV), Ausfertigungsdatum: 5.12.2012, BGBl. I S. 2482, http://www.gesetze­im­internet.de/bundesrecht/d_mv_2012/gesamt.pdf

7 Roth­Kleyer, Stephan, Altziegel – Comeback für ei­nen interessanten Substratausgangsstoff, in: Neue Landschaft, Heft 5/2013, S. 44 – 47

8 Deutscher Ausschuss für Stahlbeton – DAfStb im DIN Deutsches Institut für Normung (Hrsg.) DAfStb – Richtlinie Beton, DIN EN 206­1, DIN 1045­2 mit rezyklierten Gesteinskörnungen nach DIN EN 12620, 9/2010, Berlin

9 Basis: Statistische Kostenanalyse zu Herstellungs­kosten für MFH­Typengebäude – ARGE//eV Ar­beitsgemeinschaft für zeitgemäßes Bauen e. V., Kiel

10 Basis: Ausweitung Lebenszykluskostenanalyse für realitätsnäheren Zeitraum von 80 Jahren LCEE – Life Cycle Engineering Experts GmbH, Darmstadt/

11 Leitfaden Nachhaltiges Bauen, Bundesamt für Bau­wesen und Raumordnung, Jan. 2001

www.nachhaltigesbauen.dewww.kfw.dewww.bau­umwelt.de

12 Herstellung von Gesteinskörnungen

12 Production of aggregate12

Michael Pröll is a building engineer and the technical manager of the Ziegel Zentrum Süd e.V., Munich. Dieter Rosen is the technical manager of the Bundes-verband der Deutschen Ziegelindustrie e.V., Bonn. In the present article, he was responsible for the section entitled “Recycling and Reuse”.

350,000 historical bricks from demolition work were sorted, processed and reused for wall-ing after being classified according to their source, dimensions, compression strength, moisture absorption and colour 5. In the Museum of Art in Ravensburg, too, planned by the architects Lederer Ragnarsdóttir Oei, reused bricks establish a link with history (ill. 8).When converting used bricks into other prod-ucts, a single source is desirable as far as possible, as well as a reworking process in a material recycling plant. With the amendment of the Commercial Waste Ordinance 4, the German legislature has further specified the need for a graded sorting of ceramic demoli-tion material. New developments in the sort-ing technology of modern recycling plant suggest that in the future, it will be possible to recyle bricks or brick waste almost entirely as a building material.

Raw material substituteWaste from brick production – so-called “firing waste” – can be ground fine and added to the material mixture as a grog. Depending on the nature and incidence of the clay and the pro-duction process, this can be substituted for up to 30 per cent of the raw material.

Recycling building material in roadworksQuantitatively, the bulk of demolition waste is used as recycled material to produce the ag-gregate for unbonded upper layers in road building.

Substrate for vegetationWith the revision of the German Fertilizer Ordi-nance (DüMV) 6 in 2013, bricks from building demolition work can be used again as the base material from which growing media are produced. One condition is that the substrate for vegetation should be made from brick grains and chippings without mortar or con-crete – neither as loose particles nor adhering to the aggregate. Inert engobes or glazes are unproblematic in terms of vegetational tech-nology or environmental hygiene. Substrates made from bricks are used for roof planting with a multilayer make-up, as a substrate for

plantings in building developments and for roadside greenery. Substrates made from crushed brick have a high moisture-bearing capacity and – given an adequate air content – are conducive to a balanced water supply. They are thus ideal for a sustained cultivation of vegetation and also provide the high crush-ing resistance and structural stability neces-sary for supporting layers for vegetation7.

Recycled aggregate for “R­concrete”There is great potential in an extended appli-cation of recycled aggregates for making resource-saving concrete – so-called “R-concrete”. According to guidelines of the DAfStb 8, different additions of stone are possible for ready-mixed concrete without reducing the technical properties. The use of R-concrete in Switzerland indicates that this could be substituted for 90 per cent of the concrete used for housebuilding, thereby re-ducing the use of natural grains and aggre-gates. A commonly cited hindrance is the fact that the additives have varying properties be-cause of the different water absorption of the bricks. These technical aspects can be over-come by immersing additives rich in brick ma-terial in water or by closing the pore structure with soluble cement paste. The demand for this type of concrete is still small at present.

Tennis court and sports ground constructionFiring waste from the chippings of hard-fired roofing tiles, facing and other bricks is also the main material used to produce the sand for tennis courts and other sports amenities.

Outlook for the futureThe separation of insulation and ceramic ma-terial required with modern insulating bricks has been technically resolved. Insulation resi-due or granulate can be removed by screen-ing or air separation after the bricks have been coarsely broken down, since the insulation is not firmly attached to the ceramic material. Much more demanding is the separation of foreign mineral matter such as plaster and mortar adhering to the bricks. Here, too, though, advances are being made in recycling concrete processing, particularly in the sepa-

ration and sorting of the material. With the aid of colour detection and near infrared technol-ogy, it is possible in large-scale works to cre-ate virtually pure fractions. The new generation of bricks containing insu-lation are a product that meets the needs of multistorey housing in terms of load-bearing capacity, thermal and sound insulation. Even if these new products will become available as demolition material only many decades in the future, it is good if concepts for their exploita-tion and disposal already exist today.

∂Zeitschrift für Architektur + Baudetail Review of Architecture + Construction Details

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Impressum

‡ Leichte Hüllen, sinnliche Oberflächen‡ Monolithisch Bauen mit Wärmedämmziegeln

‡ Neu: Tirpitz-Museum in Blåvand

Zeitschrift für Architektur + Baudetail · Review of Architecture + Construction DetailsMauerwerk · Brick Construction · Ausgabe · Issue · 10 · 2017

Cover 10_2017: Europäisches Hansemuseum in Lübeck Architekten: Andreas Heller Architects & Designers, Hamburg Rubrikeinführende S/W-Aufnahmen:Seite 3: Tirpitz-Museum in Blåvand Architekten: BIG, KopenhagenSeite 15: Mehrfamilienhaus in Ho-Chi-Minh-Stadt Architekten: Sanuki Daisuke Architects, Ho-Chi-Minh-StadtSeite 25: Aufzug in Gironella Architekten: Carles Enrich, BarcelonaSeite 67: LT House in Longh Thanh Architekten: Tropical Space, Ho-Chi-Minh-StadtSeite 75: Kirche in Vilanova de la Barca Architekten: AleaOlea architecture & landscape, Barcelona

Abbildungsnachweis Fotos ohne Nennung sind Werkfotos oder stammen aus dem Archiv DETAIL. Seite 1, 34–38, 134 Mitte: Werner HuthmacherSeite 3, 4, 5 links oben, 5 rechts Mitte, rechts unten, 6: Rasmus HjortshøjSeite 5 rechts oben: BIG Bjarke Ingels GroupSeite 8: Paolo Mazzo 2010Seite 9 oben links: Oliver ElserSeite 9 oben rechts: Gili Merin 2017Seite 9 unten: Jason Hood 2016Seite 15, 16 unten, 20, 21: Hiroyuki OkiSeite 16 oben, 17, 67: Trieu ChienSeite 16 Mitte, 18, 25, 26 –28, 44– 47, 75, 134 rechts: Adrià GoulaSeite 19: Tim SoarSeite 22, 92 rechts oben: Iwan BaanSeite 29 – 32: Rory GardinerSeite 39 – 43: Schnepp RenouSeite 48, 49: Kunstmuseum Basel, Julian SalinasSeite 50 : Kunstmuseum Basel, Foto: Stefano GrazianiSeite 51, 53: Stefano Graziani

Seite 54, 55: Radu MalasincuSeite 54: © VG Bild-Kunst, Bonn 2017 © Judd Foundation / VG Bild-Kunst, Bonn 2017Seite 56 – 61: Christoph RokittaSeite 62, 65, 66: Rasmus NorlanderSeite 63: Ulf CelanderSeite 71: Ernst FesselerSeite 87 oben: Guggenbichler + Netzer ArchitektenSeite 90 oben: Photovoltaik-Institut BerlinSeite 90 unten: GlassbelSeite 92 links oben: Gewoba BremenSeite 93: Luc BoeglySeite 94: Wilkinson Eyre ArchitectsSeite 95 unten: Guillermo RodríguezSeite 101 links: HeidelbergCementSeite 102 links: X ARCHITEKTEN ZT GmbHSeite 102 rechts oben: Christian HaaseSeite 103: NBK Keramik, Andreas LechtapeSeite 107: Frank DingerSeite 116 links oben: Guido Erbring / StoCretec GmbHSeite 118 oben: Christian Gahl /gmp ArchitektenSeite 118 links unten: Rolf TrautweinSeite 121 rechts: Klaus Wohnbau/InthermoSeite 122 links oben: wall-systems.comSeite 122 rechts oben: Porit/Daniel VieserSeite 126 oben: Mitchell Joachim, Terreform ONESeite 126 unten: Julian WeningerSeite 134 links: Harquitectes

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