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Die Eigenschaften der Ziegel als einer der ältesten Baustoffe

Etwa 7.500 Jahre vor Chr. wurde Lehm bereits für Ziegel im Hochland von Anatolien an der Sonne getrocknet. Bei den geheimnisvollen, riesigen Kreisgrabenanlagen des niederösterreichischen Weinviertels wurden vor rund 6000 Jahren teilweise größere Mengen an Lehmbaumaterial bewegt, als dies für den Bau der ägyptischen Pyramiden nötig war. Lehm ist ein hervorragendes Grundmaterial für Ziegel, Beispiele dafür sind Gebäude, die vor 5000 Jahren entstanden sind; bemerkenswert ist dabei vor allem, dass mit Keilziegeln Dachgewölbe gebaut wurden.

Ziegelmauerwerk
Herstellung eines Ziegelmauerwerkes

Vor 6000 Jahren wurden Ziegelbauten aus assyrischer Zeit nachgewiesen. Auf einer Wandmalerei (3500 Jahren alt) in Ägypten werden Ziegler bei der Arbeit gezeigt. Mit der Einführung gebrannte Ziegel wurde eine hohe Haltbarkeit erreicht. Römische Ziegelbauten sind bis heute erhalten. In Ägypten werden Ziegel mit einem Mikroporenanteil hergestellt. Der gegenwärtige Trend bewegt sich in die Weiterentwicklung von wärmedämmendes Mauerwerk mit luftgefüllten Poren.
In Deutschland gibt es gegenwärtig 140 Ziegeleien mit einem Produktionsvolumen von 7,1 Millionen m3 (2005). Der Marktanteil liegt bei 25,5%.

Beispiel einer Ausführungvariante eines energieeffizenten Mauerwerkes.

Energieeffizentes Verbundmauerwerk
Energieeffizentes Verbundmauerwerk

Bei den neu entwickelten Energiespar-Ziegeln mir neuer Steggeometrie und der Integrierung der Hohlräume mit Wärmedämmkissen aus Steinwolle wird eine Wärmeleitzahl von 0,08 W/(mK) erreicht.
Dies Steine sind für den Bau von Einfamilien-, Doppel- und Reihenhäusern (MZ-8) sowie für den Geschosswohnungsbau (MZ-10) entwickelt worden und es können Häuser nach dem KfW40- sowie KfW60-Standard, Nullenergie-Häuser und Häuser in Passivhaus-Standard gebaut werden. Damit erfüllen diese Energiesparsteine die gesetzlichen Vorschriften zum Wärmeschutz. Ebenso haben sie gute Eigenschaften zur Tragfähigkeit und zum Schallschutz.

Von JUWÖ Poroton wird der neue Ziegelstein ThermoPlan® S75 ohne Wärmestofffüllung mit einer Wärmeleitzahl von 0,075 W/mK angeboten. Das Ziegelmauerwerk mit 49 cm und modernen Außenputz erreicht einen U-Wert zwischen 0,14 und 0,16 W/m2. Damit werden die Vorgaben für ein Passivhaus erreicht.

An dieser Stelle soll aber auch erwähnt werden, dass die Wärmeleitzahl nicht allein für eine gute energetische Wandkonstruktion verantwortlich ist. Der gekoppelte Wärme- und Feuchtetransport erfolgt nur, wenn auch Wärme zwischen den Systemen über die Systemgrenze Mauerwerk ausgetauscht wird. Interessant währe hier die Antwort zur folgenden Frage: Wie erfolgt der Feuchtetransport in einer Konstruktion eines Nullenergie-Hauses?

Übersicht wichtiger Eigenschaften

Wärmeleitfähigkeit λ [W/mK] 0,17 - 0,96
(MZ8 Wärmedämmkissen aus Steinwolle) 0,08
W 12-Ziegel (Unipor) 0,12
Diffusionswiderstandszahl μ 7 - 10 für Ziegel 1.8 - 2.0
Gewicht kg/m3Vollziegel 1560-2000; Lochziegel 770-900;
Porosierte Ziegel 660-810
Günstige ökologische AspekteAngenehmes Wohnklima, Wärmespeicherung je Porosierung und Lochung, Feuchteausgleich; hohe Druckfestigkeit, gutes Austrocknungsverhalten, brandbeständig, beständig gegen chemische Einflüsse, sehr dauerhaft, frostbeständig, formbeständig
Negative ökologische AspekteHohes Gewicht der Einzelsteine, hoher Energieverbrauch bei der Herstellung

Die Kapillarität von Kalksandsteinen, Bims- oder Gasbeton ist eher schwach ausgebildet. Es dauert deshalb sehr viel länger als etwa bei Ziegelsteinen, bis sie dieselbe Wassermenge aufgenommen haben. Dafür saugen sie aber auch dann noch Wasser, wenn ein Ziegelstein längst kein Wasser mehr aufnehmen kann. Ziegelsteine sind etwa nach 15 bis 60 Minuten saugesatt.

Die Eigenschaften der Ziegelsteine werden neben der Lehmzusammensetzung durch das Herstellungsverfahren, wie zum Beispiel Weichverpressung, Strangverpressung oder Trockenverpressung bestimmt. Bei der Trocknung der Rohlinge (Lehmziegel) entweicht das Wasser nach außen. Dabei entstehen nach außen offene Sackkapillare, die auch untereinander durch Verästelung verbunden sind. Durch die Verbrennung organischer Bestandteile wird dieses kapillar-poröse System zusätzlich verändert, was bei der Herstellung von Ziegeln mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit genutzt wird. Bei den Klinkern kommt es bei dem Brennvorgang zum Schmelzvorgang der Tonmineralien und ein Teil der Sackkapillaren werden an der Steinoberfläche verschlossen. Dabei liegt das Porenvolumen bei normalen Ziegelsteinen zwischen 15 bis 30 % hingegen beim Klinker bei 5 bis 20 %. Diese Materialstruktur ermöglicht dem Ziegel eine gute Wasseraufnahme in Form von Dampf und Wasser und kann im Vergleich zum Klinker bis achtmal größer sein. Es wird somit auch ein schneller Feuchtetransport durch Kapillarleitung und Diffusion zur trockenen Wandseite ermöglicht, sodass es innerhalb einer Ziegelwand nur selten zur Kernfeuchte oder zu einem Feuchtigkeitsstau kommt.
Förderlich für den gekoppelten Feuchtetransport ist der geringe Wasserdampf-Diffusionswiderstand.

Vormauerziegel/Klinker mit schadhaften Fugen
Ausgewaschene Fugen bei den Vormauerziegeln

Weichverpresste Ziegel, zum Beispiel holländische Backsteine
Sie haben eine schnelle und starke kapillare Wasseraufnahme. Es erfolgt ein rascher Rücktransport an die Steinoberfläche und somit schnelle Abtrocknung. Der Nachteil besteht hier in den möglichen Ausblühungen bei Verblendmauerwerk.

Strangverpresste Vormauerwerkziegel Sind die Oberflächen kapillar gefüllt, so wird kein weiteres Wasser aufgenommen. Der Rücktransport der gespeicherten Feuchtigkeit erfolgt fast vollständig über die Oberflächenkapillaren.

Klinker Es liegt ein geringer kapillarer Feuchtetransport und eine geringe Feuchtespeicherung vor. Bei Niederschlagsbeanspruchung bildet sich ein Feuchtefilm auf der Oberfläche. Ist der Mörtel porös und gut Wasser führend, so wird das Wasser bei Schlagregenbeanspruchung durch die Fugen gedrückt und gelangt so in den Wandquerschnitt. Im Bild rechts ein Beispiel einer Fassade mit schadhaften Fugen.

Langzeitig kann die Auswahl ungeeigneter Ziegelsteine bei einem Außenmauerwerk zu Schäden führen. Ein Teil der Steinoberflächen wurde sehr stark geschädigt, wobei die anderen keine beziehungsweise nur eine geringe Schädigung aufzeigen. Diese Qualitätsunterschiede sind auch an anderen Wandabschnitten dieser Außenwand feststellbar. Dieses "Muster" ist sicherlich darauf zurückzuführen, dass hier eine Lieferung anderer Mauersteine verarbeitet wurde. Die Abplatzung der Brenn- und Presskante erfolgt bei hoher Feuchtebelastung durch Gefrieren im saugesatten Zustand. Dies betrifft besonders Ziegel mit geringer Scherbenfestigkeit, geringem Porenvolumen und ungünstiger Porengrößenverteilung.

Schäden an der Steinoberfläche durch Gefrieren im saugesatten Zustand
Schäden an der Steinoberfläche durch Gefrieren im saugesatten Zustand

In den Artikeln Mauerwerksbau und Ziegelmauerwerk erfahren Sie mehr über die konstruktive Ausführung.

Normen:
DIN 105 Mauerziegel
GOST 1598-75 *. Schamotte Feuerfest-Produkte für Mauerwerk Hochöfen.
GOST 18343-80. Trays für Ziegel und Keramik Steine. Technische Daten.
GOST 24332-88. Ziegel und Steine Silikat. Die Ultraschall-Methode zur Bestimmung der Druckfestigkeit
GOST 7025-91. Ziegel und Steine, Keramik-und Silikat. Verfahren zur Bestimmung der Wasseraufnahme, Dichte und Kontrolle zur Frostbeständigkeit
GOST 530-95. Ziegel und Steine, Keramik

Quelle:
Scholz, Wilhelm; Baustoffkenntnisse, 13. Aufl. Werner-Verlag 1995
Mauerwerksbau, Systeme im Überblick, Baugewerbe 1-2/2007, S. 14
Schrader, Mila; Mauerziegel als historisches Baumaterial 1997 anderweit Verlag GmbH, S. 175
Arendt, Horst; Wärme- und Feuchteschutz in der Praxis, 2. Aufl. 2002, Verlag für Bauwesen Berlin, S. 62
Klaas, Helmut; Schulz, Erich; Schäden an Außenwänden aus Ziegel- und Kalkstein - Vorblendmauerwerk, Schadensfreies Bauen Bd. 13, 2. Aufl. 2002, Fraunhofer IRB Verlag, S.35-43,121


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