Mechanische Eigenschaften von Baustoffen

Viele Baumaterialien sind bei der Montage sowie als Teil von Gebäuden stetig extremen Belastungen ausgesetzt. Um lästige Bauschäden zu vermeiden, sollte man sich daher über potentielle Belastungen im Klaren sein und sicherstellen, dass die verwendeten Materialen diesen auch über Jahre standhalten können.

Im Folgenden werden diverse Stoffkennwerte und Einheiten erklärt, die die mechanischen Eigenschaften von Baustoffen beschreiben. Eine elementare Funktion haben hierbei die Begrifflichkeiten „Festigkeit“ und „Spannung“. Die Festigkeit eines Materials beschreibt die Fähigkeit, einer aufgebrachten Spannung ohne Materialversagen standzuhalten. Bei der aufgebrachten Spannung kann es sich um Zug, Druck oder Scherung handeln.

Mechanische Eigenschaften

Druckfestigkeit

Die Eigenschaft der Druckfestigkeit eines Baustoffes ist der Widerstand, den dieser einer einwirkenden Kraft entgegensetzen kann, ohne zu versagen.
Die Druckspannung ergibt sich im Allgemeinen aus der für eine Stauchung von 10% notwendigen Druckkraft. Je höher der Druckspannungswert, desto größer ist die Belastbarkeit des Materials. Solche Belastungen entstehen normalerweise durch Schnee, Wind, Erdreich oder andere Materialien sowie durch Begehungen während der Montage (10 kPa = 1.000 kg/m2).

Die Druckfestigkeit gibt den Wert an, bei dem der Probekörper bricht und eine Druckspannung mit einer relativen Verformung von 10% erreicht wird. Während der Prüfung müssen die Last-Verschiebungskurven definiert werden. Die Kurve zeigt die Abhängigkeit der Verformung des Prüfkörpers gegenüber der Last. Solche Kurven liefern zusätzliche Informationen zum Produktverhalten.

  • Die Druckspannung für Steinwolle-Dämmplatten beträgt bis zu 100 kPa.
  • Die Druckfestigkeit für Steinwolle-Lamellen beträgt bis zu 400 kPa.

Zugfestigkeit

Diese mechanische Eigenschaft beschreibt die Kraft, die erforderlich ist, um ein Material bis zu dem Punkt zu ziehen, an dem es bricht. Die Zugfestigkeit eines Materials ist der maximale Wert der Zugspannung ohne Materialversagen und wird gemäß Norm EN 1607 gemessen. Während der Prüfung müssen die Last-Verschiebungskurven definiert werden. Die Kurve zeigt die Abhängigkeit der Verformung des Prüfkörpers gegenüber der Last. Solche Kurven liefern zusätzliche Informationen zum Produktverhalten. 

Zugfestigkeit und Module

Scherfestigkeit und Schermoment

Die Scherfestigkeit eines Materials gibt den Widerstand an, den es  bei der Verformung unter Einwirkung „gleitender“ Kräfte entgegensetzt. Sie gibt Aufschluss darüber, mit welcher Schubspannung ein Körper vor dem Abscheren belastet werden kann. Die Prüfung erfolgt gemäß der Norm EN 12090 und die Ergebnisse werden in Kilopascal angegeben (z. B. 35, 50 oder 75 kPa). Bautechnisches Dämmmaterial muss eine gute Scherfestigkeit aufweisen, um z. B. eine Last vom Verputzen tragen zu können.

  • Die Scherfestigkeit für Steinwolle-Lamellen beträgt bis zu 300 kPa. 

Punktlast

Diese mechanische Eigenschaft gibt an, wie stark die konzentrierte Einzellast gesteigert werden kann, bevor die Dämmung in einem Bereich von durchschnittlich 79,8 mm auf 5 mm zusammengedrückt wird. Diese Prüfung erfolgt gemäß der Norm EN 12430. (10 N = 1 kg) 

Je höher der PL-Wert, desto größer ist die konzentrierte Einzellast, die die Dämmung aufnehmen kann. Die Last kann durch Begehung, Ständerwerk oder andere Materialien während der Montage entstehen.

  • Steinwolle in Dächern hält einer Punktlast von 200 – 700 N stand. 

Dynamische Steifigkeit

Eine weitere wichtige Eigenschaft von Baustoffen ist die dynamische Steifigkeit. Das Material muss sowohl weich als auch hart sein, um gute dynamische Steifigkeitswerte zu erzielen. Die Einheit MN/m³ gibt an, wie viel Kraft einwirken muss, um das Material um einen Meter zusammenzudrücken. Je niedriger der DS-Wert, desto besser ist die Trittschalldämmung.

 

 

Dynamische Steifigkeit

 

Diese Eigenschaft ist zur Dämpfung von Schwingungen z. B. bei schwimmenden Estrichen erforderlich. Mineralwolle hat eine dynamische Steifigkeit von 5 – 50 MN/m3.

Biegezugfestigkeit

Die Biegezugfestigkeit ist eine Sicherheitsprüfung und gewährleistet, dass die Produkte ihre eigene Masse tragen können. Bei Steinwolle-Dämmstoffen wird dies nur für Akustikplatten gemessen, die nur horizontal an ihren Kanten befestigt werden. Die Platte muss steif genug sein, damit sie sich nicht durchbiegt und sich nicht vom Befestigungssystem lösen kann. 

Die Biegezugfestigkeit kann auch mit Lasten gemessen werden. Das bedeutet, sie kann bestimmt werden, wenn leichte Vorrichtungen, wie Strahler, Sprinkler oder Rauchmelder direkt an den Platten montiert werden können oder wenn diese an der lasttragenden Konstruktion getrennte Befestigungen erfordern. 

Durchziehfestigkeit

Bei bestimmten Anwendungen, bei denen mechanische Befestigungen durch die Dämmschicht geführt werden, muss eine Durchziehprüfung durchgeführt werden, um zu ermitteln, welche Kraft erforderlich ist, um die Dämmplatte durch die Befestigung herauszuziehen. Diese Prüfung wird häufig für Produkte von Putzfassaden durchgeführt.