Die Kunst der Sichtbetonoberfläche

Zwischen Technik und Prozesssteuerung

Die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Schalung- und Rüstung sind sehr hoch geworden. Neben den bautechnischen Eigenschaften spielt in vielen Projekten die optische Qualität von Sichtbeton eine wesentliche Rolle. Neuerdings rückt auch das Prozess-Monitoring bei der Verarbeitung in den Fokus.

Etwa zu Beginn der 1990er Jahre hat eine technische Weiterentwicklung der Schalungstechnik eingesetzt, die gerade in den letzten Jahren stark an Fahrt aufgenommen hat. Die Nachfrage nach größeren Deckenspannweiten, schlankeren Tragstrukturen, skulpturenhaften Geometrien ist längst nicht mehr auf spektakuläre Einzelbauwerke beschränkt. Wo es um Sichtbeton geht, haben Bauherren und Architekten heute sehr genaue Vorstellungen von Flächenaufteilungen, Ankermustern, Oberflächenstrukturen, Farbigkeit und einheitlichen Erscheinungsbildern über große Flächen hinweg.

Parallel dazu verläuft die materialwissenschaftliche Suche nach neuen Beton-Rezepturen, die ihrerseits veränderte Anforderungen an Schalungstechnik und Einbauverfahren stellen. Über alledem steht die Forderung nach wirtschaftlich einsetzbaren, zeit- und kosteneffizienten Lösungen für den Betonbau.

Sichtbeton: Viele Faktoren wirken mit

Das Erscheinungsbild von Sichtbeton hängt von vielen Faktoren ab. Die Schalhaut selber ist für einen Teil dieser Faktoren maßgeblich oder mitentscheidend. Da sie wie eine Matrize wirkt, die der Beton entsprechend seiner eigenen Körnigkeit mehr oder weniger genau abformt, ist die Entscheidung für eine glatte oder texturierte Schalhaut Teil einer bewussten Festlegung der Bauwerksoptik. Auf kurze Sehdistanz prägt dabei tatsächlich die Oberflächenstruktur das Empfinden relativ stark, auf größere Entfernung sind die Effekte andere. Raue oder texturierte Oberflächen werden, schon aufgrund der unterschiedlichen Lichtbrechung, bei gleicher Betontönung dunkler wahrgenommen, dass durch die Struktur bedingte optische Rauschen kaschiert Farbunterschiede und Schlieren, Poren können optisch beinahe vollständig verschwinden.

Weniger leicht intuitiv erfassbar sind Effekte, die sich aus der Saugfähigkeit der Schalhaut ergeben und eine Wechselwirkung mit Textur und Struktur eingehen. Diese Wirkungen gehen bis in den Mikrobereich: Nicht oder kaum saugende Schalungen sorgen für ein helleres Finish, tendenziell mehr oberflächliche Poren, deutlichere Farbtonunterschiede, sowohl kleinräumig als auch im Vergleich benachbarter Schalungsfelder. Saugende Schalhäute lassen die Betonoberfläche dunkler wirken, so dass auch Farbton-unterschiede in der Wahrnehmung weniger ins Gewicht fallen. Der dahinter liegende Mechanismus hat mit dem Wasserzementwert des Betons zu tun, der schon bei sehr kleinen Änderungen für sichtbare Farbtonunterschiede sorgt.

Basisplatten: Sperrhölzer und Holzwerkstoffe

„Für Schalungsplatten sind Holzwerkstoffe in der Summe, also in ihrem gesamten Profil aus technischen und wirtschaftlichen Eigenschaften, nach wie vor die beste Lösung für die größte Zahl der Projekte“, sagt Martin Rami-Jigmond, Segmentleiter Schalungsplatten und Holzwerkstoffe beim Peri Vertrieb Deutschland. „Stahl und Sandwich-Verbundplatten, die meistens aus einem Kunststoffkern und weiteren Lagen aus Aluminium und Kunststoff bestehen, bedeuten vor allem wesentlich höhere Investitionskosten.“

Ein wichtiger Parameter für die Auswahl der Basisplatten ist die Festigkeit, genauer die Widerstandsfähigkeit bei Punktbelastungen und die Steifigkeit bei Flächenbelastungen.

Als weiteres Kriterium kommt die Planebenheit hinzu. Als einem der großen Anbieter von Holzwerkstoffen und Sperrhölzern auf dem deutschen Markt steht Peri ein breites Spektrum an Holzarten, Sperrholz-Aufbauten, Plattenstärken und Oberflächen zur Verfügung. Ein großer Teil davon geht in den Ortbetonbau, ein kleinerer in die Beton-Fertigteilindustrie.

Die Basisplatten bestehen, abgesehen von den klassischen 3-Schicht-Platten und Spanplatten, die nur bei geringen optischen Anforderungen eingesetzt werden, aus kreuzweise verleimtem und daher formstabilem Sperrholz, meist aus Pappel-, Birken- oder Fichtenfurnier. Peri bezieht die Rohstoffe aus verschiedenen Weltregionen und legt dabei besonderen Wert auf nachhaltigen Anbau und legalen Holzeinschlag. Holzart und -qualität, Anzahl der Furnierlagen und Art der Verleimung bestimmen die technischen Eigenschaften, darunter die Verzugsneigung, Dimensionsänderungen oder die Veränderung von Biegesteifigkeit und Biegemodul unter Feuchteeinfluss.

Bei Holzwerkstoffen ist die veränderliche Feuchte immer Teil der materialtypischen Eigenschaften. Sperrhölzer haben nach der Herstellung aus abgelagerten Stämmen, also werksfrisch, typischerweise einen Feuchtegehalt von 6 – 10 %. Unter Baustellenbedingungen können daraus leicht 20 – 25 % werden. Biegemodul und Biegefestigkeit verschlechtern sich mit steigender Materialfeuchte annähernd linear und deutlich.

Dazu kommen quellungs- oder schwindungsbedingte Dimensionsänderungen, die sich im Querschnitt, d.h. der Dicke der Platte, stärker auswirken als in den Dimensionen Länge und Breite der Platte. Die entsprechenden Werte sind Teil der Spezifikationen. Peri betreibt im Rahmen der Qualitätssicherung entsprechende Versuche, z.B. Kondenswasser-Tests.

Ganz verhindern lässt sich die Feuchteaufnahme durch die Schalhäute nicht, sie können nie vollkommen wasser- und dampfdiffusionsdicht sein. Einmal eingedrungene Feuchtigkeit muss auch wieder entweichen können – das anwendungstechnische Ziel kann also nicht heißen, Feuchtigkeit völlig auszuschließen, sondern sie beim Einsatz der Schalungshäute so zu kontrollieren, dass die Ergebnisse hohen und höchsten Ansprüchen genügen.

Kontaktflächen: Filmbeschichtungen

Eine auf der Platte aufgebrachte Beschichtung verändert die Eigenschaften der Schalungsplatte signifikant. Zwischen einer einfachen Melaminharzbeschichtung  auf einer 3-Schicht-Schalungsplatte, einem Phenolharzfilm auf Peri FinPly oder einer betonseitigen Kunststoffbeschichtung auf einer Peri FinPly Pro gibt es deutliche Unterschiede im Leistungsprofil.

Das Spektrum der Schalungsplatten im Programm von Peri illustriert die Bandbreite der bewährten Beschichtungen bzw. Filme. Sie sind in unterschiedlichem Maß widerstandsfähig gegen physikalische Einflüsse wie die Temperatur beim Abbinden des Betons, alkaliresistent und unempfindlicher gegen mechanische Belastungen als das Holz selbst.

Spezial-Melaminfilme in hoher Schichtdicke werden hauptsächlich dort eingesetzt, wo die Betonoberfläche architektonisch besonders im Fokus steht. Sie sind sehr schlagfest, alkaliresistent und UV-stabil, allerdings auch spröde, und werden als schwach saugend klassifiziert. Melamin wird aber auch in geringer Schichtstärke auf den klassischen 3-Schicht-Schalungsplatten eingesetzt, die eine Holzstruktur auf dem Beton hinterlassen.

Phenolharz dringt bei der Filmbildung teils in das Deckfurnier ein, bringt gute Festigkeitseigenschaften und ist sehr formstabil, altert aber unter UV-Licht. Phenolharzfilme haben den Vorteil, dass sie relativ elastisch bleiben und daher unter Belastung nicht zu Rissbildung neigen. Schalhäute mit betonseitigem Phenolharzfilm sind üblicherweise als schwach saugend eingestuft.

Kunststoffbeschichtungen, in der Regel wird Polypropylen verwendet, betonseitig eventuell mit Faserverstärkung, sind mechanisch sehr widerstandsfähig und daher für höhere Einsatzzahlen prädestiniert. Sie sind nicht saugend und praktisch nicht anfällig gegen Rippling.

Konditionierung auf der Baustelle als Qualitätsfaktor

Rippling, also eine Art Faltenwurf der Schalhaut in Faserrichtung des Deckfurniers, ist eine Folge von Quellen der Holzmatrix durch eindringende Feuchtigkeit. Es tritt bei ansonsten unbeschädigtem Film im Nagel- oder Schraubbereich, im Bereich der Ankerlöcher und bei schadhaftem Kantenschutzanstrich auch am Rand von Schalungsplatten auf und ist unerwünscht, wenn hohe Oberflächenqualität gefordert ist. Es gehört neben dem Aufquellen der Kanten zu den auffälligsten Effekten einer ungleichmäßigen Feuchtigkeitsaufnahme der Schalungsplatten. Sobald sich der Feuchtegehalt über die gesamte Plattenfläche egalisiert hat, zeigt sich die Oberfläche wieder eben.

Daraus ergibt sich, dass Schalungsplatten vor ihrem Einsatz konditioniert werden müssen, und zwar gleichförmig über alle eingesetzten Platten hinweg. Vorschlämmen ist eine der Maßnahmen, die sich für Sichtbetonprojekte als Best Practice erwiesen haben. Wenn Temperatur und Feuchtegehalt ausgeglichen sind, kann man auch einen gleichförmigen Ablauf der Oberflächenmechanismen des eingebauten Betons erwarten.

Eine wichtige Ergänzung: Schalungsplatten und Schalhäute altern ab dem ersten Einsatz. Offensichtlich ist das im Fall von mechanischen Abnutzungen oder Schäden nach Benutzung, also Abrieb, Rissbildung, Rüttler-Schäden etc. Weniger offensichtlich ist es im Fall von chemisch-physikalischen Veränderungen durch UV-Licht, mehrfachem Wasserdurchgang oder alkalischen Reaktionen.

Zwar lassen sich die erreichbaren Einsatzzahlen produktspezifisch angeben, aber veränderte Oberflächeneigenschaften bedeuten veränderte Sichtbeton-Optik. Bei sensiblen Projekten dürfen daher nur Schalungsplatten mit gleichen und definierten Eigenschaften eingesetzt werden. Nicht zu unterschätzen sind die Wirkungen der Trennmittel, die vor dem Schalen auf die Schalhaut aufgebracht werden. Sie sind die eigentliche Kontaktoberfläche für den Beton, der auf Über- und Unterdosierung sensibel reagieren kann.

Nicht nur tragendes Element: Die Schalungssysteme

Die Schalhaut ist nur die eine Seite der Schalung. Ihr fehlt das tragende und lastabführende Element. Allgemein müssen die Schalungselemente standsicher, ausreichend steif und in der gesamten Fläche und Randbereichen dicht sein. Einerseits um die Frischbetonlasten abzutragen; andererseits um bei allen Betonbauteilen eine hohe Maßgenauigkeit, Verformungsfreiheit und homogenes Materialgefüge zu erzielen. Die Schalung ist sicher und standfest aufzustellen, überall abzudichten, sorgfältig zu spannen, zu sichern und auszurichten. Für die Mehrheit der Projekte fällt die Wahl der Wandschalungen auf eine der modernen Standard-Lösungen Rahmenschalung oder Trägerschalung. Prinzipiell können alle Schalhäute mit Rahmen- und Trägerschalungen eingesetzt werden, sofern die Abmessungen mit dem Raster der Systemschalungen in Übereinstimmung gebracht werden können.

Die absoluten Maße und die Rastermaße von Rahmen- oder Träger-aufbauten sind allerdings auch für die Gliederung von Sichtbeton-Flächen relevant. Die Fuge, also der sichtbare Stoß zwischen den Flächenelementen, bewirkt eine optische Gliederung, genau wie Muster und Verteilung der Anker, die die Schalungen gegenseitig fixieren. Die einseitig ankerbare Hochleistungs-Rahmenschalung Peri Maximo kommt zum Beispiel mit einer reduzierten Anzahl von Ankern aus, bedingt durch die in der Elementmitte liegende Ankerposition. Wand-Trägerschalungen wie Peri Vario GT 24 bieten extreme Freiheitsgrade bei der Elementbreite und -höhe und beim Ankerraster und sind dabei in der Lage, auch hohe Betondrücke in einem steifen Gesamtsystem abzutragen.

Prozesse und Abläufe

Die Vielzahl der angesprochenen Faktoren lenkt den Blick darauf, dass es nicht allein die Schalung, Schalungsplatte und Rüstung sind, die eine Sichtbeton-Oberfläche bestimmen. Welche Ergebnisse sich aus einer konkreten Kombination aus Betonrezeptur, bewehrungsbedingten Fließwegen, Schalungsplatte und Trennmittel ergeben, lässt sich nur begrenzt vorhersagen. So ist das bisher Gesagte nur ausschnitthaft, denn es gibt eine Reihe weiterer Abhängigkeiten. Kleinste Schwankungen im Wasserzementwert des angelieferten Betons, das Entmischungsverhalten bei unterschiedlichen Fallhöhen beim Einbau, die herrschenden Außentemperaturen und die Luftfeuchte, die Nachbehandlung nach dem Ausschalen – all das kann in unterschiedlichem Maß das Ergebnis beeinflussen.

Sichtbeton-Probeflächen, die von allen Beteiligten – regelmäßig Bauherr, Architekt, Schalungsbauer, Betonlieferant, einbauendes Unternehmen – abgenommen und bestätigt werden, sind daher ein Muss, wenn bestimmte Ergebnisse erwünscht sind. Davon darf man in der Regel ausgehen, wenn die Sichtbetonklassen SB 3 oder SB 4 nach DBV/VDZ-Merkblatt „Sichtbeton“ ausgeschrieben sind; das Merkblatt empfiehlt sie sogar schon ab SB 2. Die Probeflächen werden unter Realbedingungen, d.h. mit gleicher Bauteilhöhe, Bewehrung, Betonrezeptur etc. wie am späteren Bau durchgeführt, unterteilt in verschiedene in Frage kommende Schalhaut-Segmente, die ihrerseits mit verschiedenen Trennmitteln vorbehandelt werden können.

Die Kunst der ausführenden Unternehmen besteht dann darin, im Bauablauf sämtliche veränderlichen Randbedingungen jenseits der Hardware der Schalung stabil zu halten, um zu konsistenten Ergebnissen zu kommen, die den optischen Anforderungen genügen. Sorgfältige Arbeit und große Erfahrung werden neuerdings von sensorgestützten digitalen Systemen unterstützt, die den Betoneinbau und den Abbindeprozess überwachen und datenbasiert fassbar machen. Die Digitalisierung der Baustelle kann und wird in diesem Sinne auch zu einem der Erfolgsfaktoren für gelungene Sichtbeton-Oberflächen werden.

Peri Vertrieb Deutschland GmbH & Co. KG

www.peri.de

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