Stampflehm und Stampfbeton: Ökologische Alternativen im Bauen

Beton hat – zumindest äußerlich und architektonisch – den Anschein, eine amorphe Masse zu bilden, die in jede beliebige Form zu gießen ist. Faktisch sind die Zusammenhänge allerdings andere, weil dazu ein Netz an Stahleinlagen notwendig wird, da der Beton die Zugspannungen nicht aufnehmen kann und reißt und versagt. Die vermeintliche Amorphität ist ein fataler Trugschluss sobald Risse entstehen und das Tragwerk schrittweise versagt.

Um das Manko der nicht aufnehmbaren Zugspannungen zu beheben, eignen sich neben der Stahl- oder Spannstahlbewehrung im modernen Bauen grundsätzlich faserverstärkte Betonarten (Faserbeton mir Stahlfaser, Kunststofffaser, Glasfaser, Textilfaser). Aus der Tradition heraus stehen allerdings mit Stampflehm und Stampfbeton Alternativen zur Verfügung.

Lehmbau

Lehm ist eine Bodenart, die sich aus Ton, Schluff und Sand zusammen setzt. Indem der Lehm trocknet, ist dieser als Werkstoff einsetzbar. Vielfach kommt Lehm mit Holz oder Schilf zum Einsatz, wobei das Holz oder das Schilf dann wie eine Bewehrung wirken. Gerade in warmen Gegenden wirkt der Lehm mit seinen Wärmespeicherfähigkeiten den Temperaturspitzen entgegen und gleicht den Feuchtehaushalt aus. Folglich wird Lehm heute als ökologischer Baustoff zunehmend im Sinne der Gegenmaßnahmen betreffend sommerlicher Überhitzung wichtig.

Zur Anwendung kommt der Lehm in Form von Lehmziegeln oder als Stampflehm, wobei durch Verdichtung eine erhöhte Festigkeit erzielt wird. Der Stampflehm wird schichtenweise in Schalungen eingebaut. Stampflehm findet in Teilen Nordafrikas (Marokko), aber auch in Europa im vernakulären Bauen Anwendung.

Die Natürlichkeit des Lehms hat ökologische, aber auch ästhetische Vorteile. Die Natürlichkeit des Materials harmoniert folglich mit historischen Mauerkonstruktionen, erzeugt eine ästhetische Archaik und ein Gefühl der essentiellen Natürlichkeit.

Stampflehm kann natürlich nicht mit Beton oder Ziegel konkurrieren. Die Druckfestigkeit erreicht bei Stampflehm 3 bis 5 N/mm², während Beton den 10-fachen Wert erreicht. Beton erreicht eine Zugfestigkeit von 2,6 N/mm². Literaturangaben zufolge liegen die mechanischen Eigenschaften von Stampflehm im folgenden Bereich [1]:

Mechanische Eigenschaften:

Druckfestigkeit: 2,40 N/mm2
Biegezugfestigkeit: 0,52 N/mm2
Scherfestigkeit: 0,62 N/mm2
Schwindmaß: 0,25 % bis 1,00 % je nach Material
Kriechmaß: 0,20 %
Wärmedehnung: 0,005 mm/mK

Stampfbetonbau

Stampfbeton findet historische Anwendung in hochbelasteten Fundamenten. Der Beton wird verdichtet und erreicht dadurch eine erhöhte Festigkeit.

Zum Stampfbeton lässt sich sagen: „Stampfbeton ist ein unbewehrter Beton, der üblicherweise aus einem Gemisch von Zement und Naturstein besteht. Durch entsprechende Schalungen kann er in beliebigen Formen hergestellt werden. Im Vergleich zu normalem Beton muss er jedoch viel trockener sein und eine erdfeuchte Konsistenz aufweisen. Die Verdichtung erfolgt schichtweise durch die Druckstöße des Stampfens. Eine Schichtdicke beträgt zwischen 15 und 25 cm. Vor dem Hinzufügen einer neuen Schicht muss die darunter liegende so lange gestampft werden bis der Beton eine geschlossene Oberfläche zeigt, auf der sich ein Feuchtefilm bildet. Dies führt zu einer homogenen und geschlossenen Schicht und verhindert die Entstehung von Kiesnestern“ [2]. Und weiter: „Stampfbeton besitzt durch die vielen Lufteinschlüsse eine geringere Druckfestigkeit als gegossener Beton. Allerdings entstehen fast keine Schwindrisse, da nur wenig Anmachwasser verwendet wird“.

Grundsätzlich ist das Bauen mit unbewehrtem Beton eine interessante Form der baulichen Effizienz. Unbewehrter Beton kommt dabei in jenen Bereichen zur Anwendung, die in Ziegelmauerwerk ausgeführt werden, während Bauteile, die zur horizontalen Aussteifung eingesetzt werden, selbstverständlich bewehrt werden. Grundsätzlich alles hoch bewehren ist allerdings ökologisch ineffizient.

Der Stampfbeton, der in historischen Brückenkonstruktionen eingesetzt wird, entspricht in etwa den Eigenschaften eines C16/20 bzw. C20/25 [3].

Für die Finite-Elemente-Eingabe in den entsprechenden Untersuchungen an der TU Dresden wurde ein Beton mit einem E-Modul von 22.500 N/mm² verwendet. Für die Materialfestigkeiten wurden
die folgenden charakteristischen Werte für Stampfbeton und für Naturstein gewählt:

Stampfbeton:

Charakteristische Druckfestigkeit: < 16,00 N/mm²
Charakteristische Grenzzugspannung: 1,9 N/mm²

Natursteinmauerwerk:

Charakteristische Druckfestigkeit: >11,33 N/mm²
Charakteristische Grenzzugspannung: 0,1 N/mm²

Moderner Stampfbeton erreicht ebenso Festigkeitswerte der Klasse C20/25. Die Ästhetik fasziniert: „Am Ende erhält man eine sehr dauerhafte und druckfeste Konstruktion mit einer markanten Oberfläche, bei der die Schichten ablesbar bleiben“ [4].

Resümee

Selbstverständlich sind die mechanischen Eigenschaften von Stampflehm und Stampfbeton in keinster Weise mit Stahlbeton vergleichbar. Ein Einsatz in tragenden Bauteilen geringerer Belastung, etwa im einfachen Wohnbau, ist möglich, sinnvoll und ästhetisch wirkungsvoll. Vorausgesetzt, Produzenten und ausführende Unternehmen stehen zur Verfügung.

Literatur:

[1] O. Kapfinger und M. Sauer, Martin Rauch – Gebaute Erde – Gestalten & Konstruieren mit Stampflehm, Immenstadt: Eberl Print GmbH, 2015.

[2] Norbert Hanenberg & Max Ernst: „BaRess – Ressourceneffizientes Bauen“, Detmolder Schule für Architektur und Innenarchitektur, Detmold 2016

[3] Marc Gutermann & Werner Malgut: „Experimentell gestützte Nachweise von Eisenbahn-Stampfbetonbrücken“, Schriftenreihe Konstruktiver Ingenieurbau Dresden – Heft 55, Dresden 2021

[4] „Stampfbeton schlägt Brücke zur Vergangenheit“, Objektbericht Informationszentrum Beton, Düsseldorf 2017

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