als Basis für die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten
zur Entwicklung effizienter SGS-Lösungen
zur Nachhaltigkeit im Bauwesen
Hintergrund
Die Betrachtung des Systems der SGS Gründungspolster mit dem SGS als leichte Gesteinskörnung und Bestandteil eines gesamten Gründungspolsters gemäß DIN EN 13055-2:2004 System 2+ ist der Ausgangspunkt unserer aktuellen Forschungsprojekte.
Der Bundesrat beschloss auf der Grundlage europäischen Forderungen 2021 die Mantelverordnung des BMUV, die am 1. August 2023 in Kraft tritt. Kern der Mantelverordnung ist die die Einführung einer Ersatzbaustoffverordnung und die Neufassung der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung. Damit werden erstmals Standards für die Herstellung und Verwertung mineralischer Ersatzbaustoffe festgelegt. SGS ist ein solcher Ersatzbaustoff, der darüber hinaus sogar als Ressourcenspeicherbaustoff dienen kann.
Die gleichzeitig betrachteten Aspekte Nachhaltigkeit, Klimaneutralität, Kreislaufwirtschaft, Ressourcenspeicherbaustoffe, Re- und Upcycling sind für das IFU ebenfalls von Bedeutung, da auch die deutsche Bauwirtschaft einen Beitrag zur Eindämmung des Klimawandels leisten kann.
Das Patent
Das Institut für Umweltenergie Sachsen beschäftigt sich seit mehr als 15 Jahren mit der Forschung zu Nachhaltigkeit im modernen Bauwesen. Ein Ergebnis dieser Forschungsarbeit ist das Patent EP2363535A1:
Die Erfindung betrifft einen Unterbau zur Lastaufnahme eines Bauwerkes oder eines Objektes und zur Lastabtragung in ein Erdreich (1). Für die Anordnung eines Gründungspolsters unter dem Bauwerk ist ein, von der Mitte des Bauwerkes sich über den Randbereich des Bauwerkes hinaus erstreckendes, zum Erdmittelpunkt abfallendes, Erdreichprofil vorgesehen, das mit seinem tiefsten Punkt außerhalb des lastabtragenden Bereiches des Bauwerkes in einem, das Bauwerk umlaufenden, Entwässerungsgraben (2) endet. Die Erdreichoberfläche ist mit einer trennenden und/oder die Zug- und Druckspannungen des Bauwerkes aufnehmenden, die Glasschaum-Granulat Schüttung (4) umschließende oder armierende, ersten Zwischenlage (3) bedeckt. Auf diese Zwischenlage (3) ist eine bis zu den außen begrenzenden Entwässerungsgrabenwänden reichende Glasschaum-Granulat Schüttung (4) vorgesehen. Über diese Glasschaum-Granulat Schüttung (4) ist die weitere, zweite, Zwischenlage (5) angeordnet und auf dieser ist eine Last aufnehmende und Last verteilende, anwenderspezifische, Deckschicht (6), die der Glasschaum-Granulat Schüttung (4) angepasst ist, vorgesehen. Diese Deckschicht (6) ist beispielsweise die Bauwerksgrundplatte bzw. das Bauwerksfundament.“
Der ursprüngliche Ansatz des IFU, mit dem SGS Gründungspolster weniger erdölbasierte Dämmstoffe unter Bodenplatten einzusetzen, spielt angesichts des Klimawandels heute eine wesentlich wichtigere Rolle.
Aus Sicht des IFU Sachsen geht es in unserer Forschung zum Bauteil Bodenplatte und zu Ressourcenspeicherbaustoffen nicht nur darum, den grundsätzlichen Beweis von Nachhaltigkeit zu erbringen, sondern neue Technologien und Ansätze so zu gestalten, dass sie einerseits praktikabel anwendbar werden und andererseits kostengünstig sind.
Das Gründungspolster mit Schaumglasschotter zeigt, dass der Erfolg auf den beiden Säulen der Ressourceneffizienz und Kostenminimierung beruhen muss, damit sich neue Ansätze zum emissionsmindernden und umweltschonenden Bauwesen dauerhaft durchsetzen.
Forschungsaktivitäten
Ausgangsituation vor dem Jahr 2000
Die erstmalige Anwendung von Schaumglasschotter erfolgte 1978 in der Schweiz. Die Grundlagenforschung erfolgte zum Großteil in Norwegen, Schweden und Österreich. In Norwegen und Schweden wurden bereits vor 2000 Untersuchungen an SGS für den Bereich des Straßenbaus durchgeführt und entsprechende Richtlinien erstellt. Diese wurden überarbeitet und sind aus heutiger Sicht bereits Stand der Technik. Aktuell bedarf es jedoch aus Sicht des IFU einiger Korrekturen der bisherigen Prüfmethoden und Prüfeinrichtungen.
Forschung ab dem Jahr 2000
Von 2000 bis 2007 erfolgten Forschungen an der TU Cottbus und der TU Bergakademie Freiberg. Im Jahr 2000 wurde eine erste Zulassung (Z.23.34-1340) für den Schaumglasschotter erteilt. Diese wurde fortlaufend konkretisiert, Mängel wurden behoben und seit 2014 ist diese auf dem aktuellen Stand. Es besteht derzeit die Notwendigkeit, Einbaurichtlinien zu erstellen und einen Nachweis der erreichten Tragfähigkeit einzuführen. Dazu wurden Forschungen an der TU Cottbus zwecks Steifigkeit im Ödometer und an der BA Freiberg zwecks der Scherfestigkeit durchgeführt.
2008 bis 2014
Mit den Vorbereitungen und Untersuchungen im Rahmen eines Forschungsvorhabens Grundlagenforschung Glasschaumgranulatschüttungen als lastabtragender und wärmedämmender Baustoff an der Uni Innsbruck und an der TU Wien im Zeitraum von 2010 bis 2014 wurden verlässliche Aussagen in Bezug auf die tatsächlichen Materialeigenschaften getroffen.
In Deutschland gab es darüber hinaus von 2005 bis 2014 Forschungsaktivtäten für Teilbereiche und Anwendungen der SGS in Cottbus, Freiberg, Dresden, Clausthal und Aachen.
2010 wurde in Zusammenarbeit mit der TU Dortmund der erste Wärmebrücken- und Konstruktionsatlas für ein SGS Gründungspolster erarbeitet. Er entstand in Anlehnung an den Wärmebrücken- und Konstruktionsatlas der Betonindustrie und ist seitdem mit über 40 Lösungen in diesem integriert.
2010 wurde das IFU System eines SGS Gründungspolsters mit Frostschirm und Drainagegraben erstmalig vorgestellt. Das Streifenfundament als Frostschürze kann entfallen und gleichzeitig ist eine energetische Optimierung gemäß DIN EN ISO 13370 möglich.
2011 wurde von Holger Weiß und zwei Sachverständigen das Patent zum Schaumglasschotter Gründungspolster mit dem Frostschirm Drainagegraben angemeldet.
2011 wurde der SGS Standard des IFU mit Fachleuten und Sachverständigen für SGS mit einem entsprechenden Qualitätssicherungssystem erarbeitet.
Beides wurde erstmals 2012 im SGS Standard des IFU veröffentlicht und verankert.
2011 wurde gemeinsam mit der TU Dortmund eine Software entwickelt, um SGS als leichte Gesteinskörnungen gemäß DIN EN 13055-2:2004, System 2+ energetisch zu optimieren (DIN EN ISO 13370)
Seit 2012 wird der dynamische Lastplattenversuch zum Nachweis der Tragfähigkeit entsprechend dem SGS Standard des IFU angewendet. Mit dieser Prüfmethode kann man zu erreichende EVd Werte vorgeben und nachweisen. Damit wird die tatsächlich erreichte Tragfähigkeit auf dem SGS gemessen.
2014 bis 2018
Das IFU arbeitete in der FGSV, speziell dem AK 5.8 an der Erarbeitung des 2016 erschienen Merkblatts für den Einsatz von SGS im Unterbau von Straßen mit. Mit den Firmen Wacker, Weber, Bomag und MTS gab es umfangreiche Versuche und die optimale Verdichtung wurde untersucht.
In den letzten zehn Jahren wurde aktiv in der Forschung und Entwicklung von Verdichtung und Nachweismethoden für SGS mitgewirkt.
Aktivitäten ab 2019
In einem Vortrag im März 2020 auf der 16. Erdbaufachtagung der Bauakademie Sachsen in Leipzig wurde festgestellt, dass Geotechnikern SGS bisher oft nur als „Dämmstoff“ bekannt ist. Der SGS wird von Geotechnikern heute als leichte Gesteinskörnung (lGK) gemäß DIN EN 13055-2:2004, System 2+ betrachtet.
2021 Beide Wettbewerbsprojekte Bauteil Bodenplatte und Ressourcenspeicher wurden mit dem Zukunftspreis eku 21 Sachsen prämiert.
2022 Forschungsthema Geotextilien
Aktuelle Herausforderungen
Das IFU Sachsen wird sich auch in Zukunft auf ökologische und nachhaltige Ansätze im Bauwesen fokussieren. Energieeffizienz, Recyclingfähigkeit und Schadstoffvermeidung werden nicht nur beim Thema Schaumglasschotter im Fokus der grundlagenorientierten Forschung stehen.
Darüber hinaus wird das Institut für Umweltenergie weiterhin einen Schwerpunkt auf die Entwicklung praktikabler und kostengünstiger Anwendungen und Systemlösungen legen. Ziel ist eine Zuordnung des SGS als leichte Gesteinskörnung (lGK) gemäß DIN EN 13055-2:2004, System 2+ sowie den SGS als industriell hergestellte, leichte Gesteinsschüttung mit besonderen Eigenschaften der DIN 1054 zu betrachten und SGS als Gründungspolster anzuerkennen.
Unser langfristiges Ziel ist eine umfassende verbindliche Regelung und Standardisierung für SGS Gründungspolster als Basis für das Bauteil Bodenplatte.