Fertigteile - Herstellung: Unterschied zwischen den Versionen

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Diese Seite beschäftigt sich mit der Herstellung von Betonfertigteilen.
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[[Datei:Fertigteile - Herstellung1.jpg|right|thumb|500px|Einbau der Bewehrung für ein Fertigteil <br>
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(Foto von BWS Betonwerk Schwerin GmbH & Co. KG)]]
  
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==Fundamente==
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Diese Seite gibt eine Übersicht zu den Fertigungsverfahren von Betonfertigteilen und deren Besonderheiten.
  
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Im Fertigteilbau wird zwischen Köcher- und Blockfundamenten unterschieden. Beide Varianten stellen eine Steckverbindung zwischen Stütze und Fundament dar. Auf der Baustelle werden die Fertigteilfundamente in der Regel auf einer Sauberkeitsschicht aus Magerbeton und einer darüber liegenden, ca. 3 cm starken Ausgleichsschicht aus Sand positioniert. Anschließend werden die Fertigteilstützen in die dafür vorgesehenen Fundamentaussparungen eingestellt und vermörtelt. Mithilfe dieser Verbindung, lassen sich die am Stützenfuß entstehenden Schnittgrößen in die Fundamente einleiten. Somit kann auf eine klassische zugfeste Verbindung, zwischen Stütze und Fundament mittels Anschlussbewehrung verzichtet werden <ref name = "Q2"> Peter Bindseil, Stahlbetonbau Fertigteile nach Eurocode 2 - Konstruktion - Berechnung - Ausführung, 4. Auflage, Köln, 2012 </ref>.
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==Toleranzen==
  
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===Köcherfundamente===
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Bei der Herstellung und [[Fertigteile - Transport und Montage#Montage|Montage]] von Bauteilen können Maßabweichungen nicht vermieden werden. Im Fertigteilbau und insbesondere im Systembau sind nachträgliche Anpassungen vor Ort aber nicht akzeptabel. Daher müssen Fertigteilsysteme so geplant und entworfen werden, dass die Montage und der Ausgleich von Toleranzen auf einfache Weise möglich ist. Maßabweichungen können Auswirkungen auf die Standsicherheit, Funktionsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit haben.
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Köcherfundamente bestehen aus einem Fundamentquader und einem oben aufgesetzten Becher, welcher innen eine glatte oder verzahnte Oberfläche aufweist <ref name = "Q1"> Hubert Bachmann, Alfred Steinle, Volker Hahn, Bauen mit Betonfertigteilen im Hochbau, 2. aktualisierte Auflage, Berlin, 2010 </ref>. Bei einem glatten (unverzahnten) Köcher wird die Stützennormalkraft per Spitzendruck in das Fundament eingeleitet. Diese Variante erfordert einen dicken Fundamentquader, welcher eine große Bauhöhe und großes Gewicht mit sich bringt. Besonders wichtig ist die Kraftübertragung (Zugkräfte) zwischen Stütze und Fundament. Hierfür ist ein verzahnter Köcher wesentlich besser geeignet als ein unverzahnter. Bei verzahnten Köcherfundamenten werden die Kräfte über die gesamte Höhe der Verzahnung (Mantelreibung) eingeleitet <ref name = "Q2"></ref>. Wenn aus bestimmten Gründen keine kompletten Fundamente benötigt werden, können einzelne Köcherhälse zu Einsatz kommen. Diese werden als Fertigteil auf die Baustelle geliefert und in die vor Ort hergestellte Bodenplatte eingebaut <ref name = "Q3"> Oberndorfer, Typenblatt Köcherhälse, https://www.oberndorfer.com/konstruktive-fertigteile/fundamente/koecherhaelse?export=pdf </ref>. Die Köcherverzahnung kann mit Hilfe einer verlorenen Schalung hergestellt werden. Typische Schalkörper sind trapezförmige Blechschalungen, gewellte Vierkantblechrohre oder Kunststoffschalungskästen <ref name = "Q2"></ref><ref name = "Q1"></ref>.
 
  
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===Blockfundamente===
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Toleranzen für die Einzelbauteile sind in DIN 18201, DIN 18202 und DIN 18203 festgelegt. Sie gehen auf die Aspekte der Standsicherheit und Funktionsfähigkeit ein. Höhere Genauigkeiten aus beispielsweise ästhetischen Gründen bringen eine exponentielle Erhöhung der Kosten mit sich. Maßabweichungen können vielfältige Ursachen haben. Sie können beispielsweise durch Maßgebungsfehler (Mess -und Markierungsfehler bei Herstellung und Montage), durch Arbeitsfehler (Schalungsherstellung, Platzierung von einzubetonierenden Einbauteilen, Montage von [[Fertigteile - Transport und Montage#Lager (Elastomere)|Lagern]]) oder durch material- und verschleißbedingte Fehler (Verformungen der Schalung) verursacht werden <ref name = "Q1"> Peter Bindseil, Stahlbetonbau Fertigteile nach Eurocode 2 - Konstruktion - Berechnung - Ausführung, 4. Auflage, Köln, 2012 </ref>.
  
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Das Blockfundament ist im Prinzip eine Weiterentwicklung des Köcherfundamentes. Es besteht ebenfalls aus einem dicken Fundamentblock, hat aber anstelle eines aufgesetzten Köchers, einen eingelassenen Köcher. Somit lassen sich geringere Fundamentabmessungen und eine flachere Gründung realisieren <ref name = "Q1"></ref>. Die Kraftübertragung, muss aufgrund der geringen Fundamentstärke unterhalb der Stütze per Mantelreibung erfolgen. Deshalb ist eine horizontal umlaufende Verzahnung am Stützenfuß und in der Fundamentaussparung zwingend notwendig <ref name = "Q2"></ref>. Generell lässt sich sagen, dass die Herstellung eines Blockfundamentes wesentlich wirtschaftlicher ist als die eines Köcherfundamentes. Denn auf den schalungs- und bewehrungstechnischen Aufwand des aufgesetzten Köchers kann verzichtet werden <ref name = "Q1"></ref>. Jedoch hat das Blockfundament nicht nur Vorteile. Beispielsweise besteht durch eine zu geringe Fundamentstärke unterhalb der Stütze, einer zu hohen Stützeneigenlast und einem noch nicht ausgehärteten Mörtel die Gefahr des Durchstanzens <ref name = "Q2"></ref>.
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==Fertigungsverfahren==
  
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==Stützen==
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In den vergangenen Jahren hat sich die Werksfertigung zu mechanisierten und automatisierten Verfahren unter Verwendung von CAD/CAM-Technologie entwickelt. Die meisten industrialisierten Fertigungsmethoden lassen sich dem Umlaufverfahren oder der Bahnenfertigung zuordnen.
  
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Stahlbetonfertigteilstützen finden im Industrie- und Gewerbebau, sowie bei Geschossbauten Anwendung. Sie sind ein wichtiger Bestandteil der Tragstruktur von Bauwerken und sorgen für den vertikalen Lastabtrag. Standardmäßige Fertigteilstützen haben einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt,  aber auch Sonderformen wie  beispielsweise runde oder ovale Querschnitte sind möglich.
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===Umlaufverfahren===
  
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===Stützen mit rechteckigem Querschnitt===
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Das Umlaufverfahren ist auf große Flexibilität ausgelegt und kommt bei der Herstellung von Wandtafeln, Deckentafeln, Treppenelementen und stabförmigen Fertigteilen zum Einsatz. Die Elemente werden auf Paletten mithilfe von Rollenförderern oder Schiebebühnen durch das Werk von einem Arbeitsgang zum nächsten befördert. Dieses Verfahren bringt zwei grundsätzliche Vorteile mit sich. Zum einen kann der Produktionsablauf besser organisiert werden, da die notwendigen Materialien an der speziell eingerichteten Station bereitgestellt und optimal eingebaut werden können. Zum anderen werden die Anlagenkosten reduziert, weil z. B. Rüttler oder die Kipphydraulikausrüstung nur an einer bestimmten Station benötigt werden. Neben dem horizontalen Umlaufverfahren gibt es auch das platzsparende vertikale Umlaufverfahren, welches zwei Ebenen mit Hub- und Absenkstationen verbindet. Auf den Längsbändern der oberen Ebene erfolgt die eigentliche Fertigung, während das Aushärten in der unteren Ebene geschieht <ref name = "Q2"> Hubert Bachmann, Alfred Steinle, Volker Hahn, Bauen mit Betonfertigteilen im Hochbau, 2. aktualisierte Auflage, Berlin, 2010 </ref>.
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Rechteckige und quadratische Stützen werden meistens liegend in einer Schalung gefertigt. Standardmäßige Stahlbetonrechteckstützen können eine Stützenlänge von bis zu 34 m und eine Kantenlänge von 0,20 m bis 1,30 m aufweisen <ref name = "Q4"> Oberndorfer, Typenblatt Stahlbetonstützen, https://www.oberndorfer.com/konstruktive-fertigteile/stahlbetonstuetzen/stahlbetonstuetzen-eckig?export=pdf </ref>. In Sonderfällen können diese Abmessungen variieren. Generell lässt sich sagen, dass bei Industrie- und Gewerbebauten hauptsächlich der Rechteckquerschnitt verwendet wird. Bei Geschossbauten des üblichen Hochbaus wird die quadratische Form mit konstantem Querschnitt über alle Geschosse bevorzugt. Dies hat den Vorteil, dass mit Hilfe von Konsolen einheitliche Auflagerungs- und Anschlusspunkte entstehen. Bei der Herstellung ist es schalungstechnisch am günstigsten, wenn man Konsolen möglichst nur an zwei gegenüberliegenden Seiten oder an drei Seiten anordnet. Vierseitige Konsolen sind schalungs- und bewehrungstechnisch sehr aufwändig und nur in seltenen Ausnahmefällen zu empfehlen. Geschossbauten mit bis zu fünf Stockwerken können mit durchgehenden Stützen, ohne zu stoßen ausgeführt werden <ref name = "Q1"></ref>.
 
  
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===Stützen mit rundem Querschnitt===
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===Bahnenfertigung===
  
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Der Einsatz von runden Stützen hat sich in der Baubranche ebenfalls etabliert. Häufig werden sie, trotz ihrer hohen Fertigungskosten als gestalterisches Element eingesetzt. Sie können in einer stehenden Schalung gefertigt werden, haben dann jedoch den Nachteil, dass sie nur geschosshoch ausgeführt werden können. Dementsprechend müssen sie für den Einsatz bei Geschossbauten oft gestoßen werden. Eine besondere Art von Stahlbetonfertigteilen, ist die Schleuderbetonstütze. Sie wird liegend im Schleuderverfahren gefertigt und weist im Inneren einen Hohlraum auf. Mit diesem Fertigungsverfahren können runde, quadratische und ovale Stützen gefertigt werden. Des Weiteren lässt sich eine hohe Betonfestigkeit und eine gute Sichtbetonqualität realisieren <ref name = "Q1"></ref>. Standardmäßige runde Schleuderbetonstützen können einen Durchmesser von 0,20 m bis zu 1,10 m aufweisen. Stützenlängen von bis zu 30 m sind möglich. In Sonderfällen können diese Abmessungen variieren <ref name = "Q5"> spannverbund, Stützenabmessungen, https://www.spannverbund.com/wp-content/uploads/2022/02/211213_Vorbemessungstabelle-Schleuderbetonstuetze.pdf </ref>.
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Die Bahnenfertigung kommt bei der Herstellung von [[Fertigteile - Übersicht#Deckenelemente|Deckenplatten]] zum Einsatz. Hier werden mehrere Fertigteile auf bis zu 200 Meter langen Bahnen einzeln hintereinander hergestellt. Die Fertigteile sind an ihre Position auf den Bahnen gebunden und die Arbeitskolonnen, welche für die Arbeitsschritte zuständig sind, wandern von Station zu Station <ref name = "Q1"></ref>. Im Laufe der Zeit hat sich die Fertigung weiter zur Palettenfertigung mit automatischen Stapelanlagen in den Härtekammern entwickelt. Ein großer Vorteil der Bahnenfertigung ist der hohe Mechanisierungsgrad. Denn bei vorgespannten Platten werden die Spannlitzen automatisch verlegt, der Betonstrang wird mit einer fahrbaren Betonsäge vollautomatisch getrennt und die Reinigung der Bahnen erfolgt maschinell. Bei der Bahnenfertigung wird zwischen der Fertigung mittels Gleitfertiger und Extruder unterschieden <ref name = "Q2"></ref>.
  
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==Wandelemente==
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Bei der Fertigung mittels Gleitfertiger wird eine Gleitschalung mit Hilfe einer Winde über die Fertigungsbahn gezogen. Auf dem Fertiger befindet sich eine aufgesetzte Beschickungseinheit, die mit verschiedenen Einfüll- und Verdichtungsstufen arbeitet und in zwei bis drei Durchgängen den Querschnitt abschnittsweise aufbaut. Die untere Maschineneinheit kann für unterschiedliche Querschnittsformen ausgetauscht werden <ref name = "Q1"></ref>.
  
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Fertigteilwandelemente kommen im Industrie- und Gewerbebau, sowie bei Geschossbauten zur Anwendung und ermöglichen schnelles und wirtschaftliches Bauen. Typische Fertigteile sind Elementwände oder Sandwich-Fassadenplatten.  
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Die Fertigung mittels Extruder, arbeitet nach dem Rückstoßprinzip. Für dieses Verfahren ist ein sehr steifer Beton mit einer hohen Frühstandfestigkeit und einer hohen Endfestigkeit erforderlich. Der Extruder enthält ein Betonsilo, aus dem der Beton durch Schnecken in einem Durchgang in die profilbildenden Zonen gepresst und durch Hochfrequenzrüttler verdichtet wird. Dann drückt er sich von dem gefertigten Betonstrang ab und schiebt sich selbsttätig vorwärts <ref name = "Q1"></ref>.
  
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===Elementwände===
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===Fertigung von Kleinserien===
  
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Elementwände werden im üblichen Hochbau als Außen- oder Innenwände eingesetzt <ref name = "Q6"> Stefan Bar, Karsten Ebeling, Gottfried C.O. Lohmeyer, Lohmeyer Stahlbetonbau Bemessung - Konstruktion - Ausführung, 9. Auflage, Wiesbaden, 2013 </ref>. Sie bestehen aus zwei bewehrten Stahlbetonschalen, die durch Gitterträger miteinander verbunden sind und nach der Montage am Einsatzort mit Ortbeton verfüllt werden <ref name = "Q7"> Oberndorfer, Typenblatt Hohlwandelemente, https://www.oberndorfer.com/wandsysteme/hwe-hohlwandelemente/hwe-hohlwandelemente?export=pdf </ref>. Um einen ausreichenden Verbund mit dem Ortbeton (Kernbeton) herzustellen, müssen die Innenseiten der beiden Stahlbetonschalen im Werk mit einer kornrauen Oberfläche ausgebildet werden. Die Elementwände gibt es mit unbewehrtem und bewehrtem Kernbeton. Beide Varianten sind in der Lage, vertikale und horizontale Lasten zu übertragen. Bei unbewehrten Wänden ist lediglich eine Transport- und Montagebewehrung erforderlich. Anders ist es bei den bewehrten Wänden, hier darf die statisch erforderliche Bewehrung teilweise oder komplett in den beiden Stahlbetonschalen angeordnet werden. Die statisch erforderliche Bewehrung ist an den Plattenstößen, Wandecken und Wandanschlüssen zu verbinden oder durch zusätzlich eingelegte Bewehrungsstähle im Kernbeton zu übergreifen <ref name = "Q6"></ref>.
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[[Datei:Fertigteile - Herstellung2.jpg|right|thumb|250px|Kleinserienfertigung einer Sandwichplatte <br>
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(Foto von BWS Betonwerk Schwerin GmbH & Co. KG)]]
  
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Die Elementwände werden meist liegend auf Kipptischen oder vertikal in Batterieschalungen mit Längen von 6,0 m und in besonderen Fällen sogar bis zu 12,0 m hergestellt. Die Breite der Elementwände wird durch die mögliche Transportbreite oder -höhe bestimmt. Der Abstand zwischen den Stahlbetonschalen muss mindestens 7 cm betragen, um ein einwandfreies Betonieren vor Ort zu ermöglichen <ref name = "Q6"></ref>. Die Stahlbetonschalen selbst sind ca. 5 – 7 cm stark <ref name = "Q7"></ref>.
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Fertigteile, die nur in kleinen Serien oder wegen ihrer Größe oder Vorspannung in speziellen Schalungen gefertigt werden müssen, werden auf konventionellen Schaltischen hergestellt. Dies kann bei [[Fertigteile - Übersicht#Träger und Binder|Bindern]], vorgespannten [[Fertigteile - Übersicht#Rippenplatte|TT-Platten]], ungleichmäßigen [[Fertigteile - Übersicht#Wandelemente|Wandplatten]] und [[Fertigteile - Übersicht#Stützen|Stützen]] der Fall sein. Um das Ausschalen der Bauteile zu vereinfachen, wird oftmals vor dem Betonieren ein Trennmittel auf die Schalung aufgetragen <ref name = "Q2"></ref>.
  
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===Sandwich-Fassadenplatten===
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==Beton im Fertigteilbau==
  
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Die dreischichtigen Sandwichplatten bestehen aus Vorsatzschale (Außenseite), Wärmedämmung (Kerndämmung) und Tragschicht (Innenseite) <ref name = "Q1"></ref>. Verbaut werden sie überall dort, wo große Fassaden mit guter Wärmedämmung und Sichtbeton als Fassadengestaltung gewünscht sind. Die einzelnen Schichtstärken sind je nach Anforderung frei wählbar <ref name = "Q8"> Oberndorfer, Typenblatt Sandwich Fassadenplatten, https://www.oberndorfer.com/wandsysteme/sandwich-fassadenplatten/sandwich-fassadenplatten?export=pdf </ref>. Die Sandwichplatten werden in einem Arbeitsgang hergestellt und als Ganzes montiert <ref name = "Q1"></ref>. Befestigt werden sie mit Hilfe von Halfenschienen an den Bauwerksstützen <ref name = "Q8"></ref>. Um einen guten Flächenkontakt innerhalb des Sandwichelementes zu gewährleisten, sind Vorsatzschale und Tragschicht mittels korrosionsbeständiger Anker zusammengehalten <ref name = "Q6"></ref>. Als Dämmschicht werden häufig Polystyrol- oder Polyurethan-Hartschaumplatten verwendet <ref name = "Q1"></ref>.
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[[Datei:Fertigteile - Herstellung3.jpg|right|thumb|250px|Stütze mit angeformten Fundament während des Betoniervorgangs<br>
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(Foto von BWS Betonwerk Schwerin GmbH & Co. KG)]]
  
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Es gilt zu beachten, dass wegen der unterschiedlichen Temperaturverteilung in der Vorsatzschale Verwölbungen auftreten können. Dies geschieht, weil die Tragschicht die Raumtemperatur aufnimmt und die Vorsatzschale der Witterung mit häufigen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Aus diesem Grund sind bei der Bemessung die Einflüsse aus Temperatur, Feuchtigkeit, Austrocknen und Schwinden in ihrem zeitlichen Verlauf zu berücksichtigen. Um vertikale und horizontale Lasten zu übertragen, müssen die Trag- und Vorsatzschale bewehrt und mittels Anker verbunden sein. Um eine ausreichende Betondeckung in der Vorsatzschicht zu gewährleisten, darf die Bewehrung nur einlagig angeordnet werden <ref name = "Q6"></ref>. Die Sandwichelemente sind in der Regel 24 - 47 cm breit. Dabei beansprucht die Tragschale ca. 12 - 25 cm, die Dämmschicht ca. 6 - 14 cm und die Vorsatzschale ca. 6 - 8 cm <ref name = "Q8"></ref>. Sie werden liegend auf Schalungspaletten hergestellt. So können strukturierte und ausgewaschene Oberflächen erzielt werden <ref name = "Q1"></ref>.
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===Verarbeitungseigenschaften===
  
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==Träger und Binder==
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Der im Fertigteilwerk verwendete Beton hat gegenüber Ortbeton andere Anforderungen zu erfüllen. So sind beispielsweise die auf der Baustelle wichtigen Eigenschaften wie eine lange Verarbeitungsdauer und langsame Wärmeentwicklung im Fertigteilwerk unerwünscht. Der Frischbeton im Werk sollte sich leicht schütten lassen, um nicht im Betonkübel oder an der Schüttrinne kleben zu bleiben. Weitestgehend wird auf Mischungsbestandteile mit unterschiedlichen Rohdichten verzichtet. So wird verhindert, dass sich der eingefüllte Beton in der Schalung entmischt. Demnach würden Leichtzuschläge aufschwimmen und sich Schwerzuschläge absetzen. Das enthaltene Wasser würde sich aufgrund der geringen Dichte absondern und zum „Bluten“ führen. Dies lässt sich mit einer guten Betonzusammensetzung verhindern. Dabei sollte ein Beton mit geringem Wasseranteil oder ein gut wasserhaltender, früh erstarrender Beton mit einem Größtkorn von maximal 16 mm gewählt werden. Diese Zusammensetzung führt zu einem raschen Ansteifen des Betons, sodass sich das Wasser nicht absondern kann. Die kurze Misch- und Einfülldauer des Betons sowie die erweiterten Verdichtungsmöglichkeiten gestatten es, eine steife bis plastische Betonkonsistenz zu verwenden <ref name = "Q2"></ref>.
  
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Balkenelemente wie Fertigteilträger und Binder aus Stahlbeton bilden zusammen mit den Stützen die Tragstruktur eines Bauwerkes. Sie dienen dabei hauptsächlich als horizontale Tragelemente zur Auflagerung von Decken- und Dachelementen, Stahlkonstruktionen sowie als Aussteifung des Bauwerks.
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===Festigkeit===
  
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===Träger===
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Besonders bei Fertigteilen, die in konventionellen Schalungen hergestellt werden, soll der Beton möglichst schnell erhärten, um ein zeitnahes Ausformen zu ermöglichen. Die Verwendung von wenig Anmachwasser im Beton kann folgende Vorteile mit sich bringen <ref name = "Q2"></ref>:
  
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Stahlbetonträger gibt es in verschiedenen Querschnittsformen, darunter rechteckige, L-förmige und kreuzförmige Profile. Die Abmessungen der Träger sind in der Regel auf eine Breite von 1,50 m und eine Höhe von 1,80 m begrenzt. Mit Hilfe von Spannbeton können Längen bis zu 34 m erreicht werden. Um haustechnische Leitungen im Gebäudeinneren unterzubringen, können runde und eckige Aussparungen in den Trägern vorgesehen werden <ref name = "Q9"> Oberndorfer, Typenblatt Stahlbetonträger, https://www.oberndorfer.com/konstruktive-fertigteile/stahlbetontraeger/stahlbetontraeger?export=pdf </ref>.
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*Rasches erstarren, so kann die obenliegende Betonfläche früh geglättet werden und eine bessere [[Fertigteile - Herstellung#Wärmebehandlung|Wärmebehandlung]] des Betons erfolgen.
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*Hohe Standfestigkeit, ohne Verformungen unmittelbar nach dem Verdichten; dies ermöglicht das frühe Entfernen der Seitenschalungen
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*Eine frühe Betonfestigkeit ermöglicht frühes Ausformen und frühe [[Fertigteile - Herstellung#Nachbehandlung|Nachbehandlungsmaßnahmen]].
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*Wenige Betonporen, die einen dichten und festen Beton mit sich bringen
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*Geringes [[Schwinden|Schwinden]], das die Maßhaltigkeit fördert und wenig bis keine Risse verursacht
  
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===Binder===
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===Betonarten===
  
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Stahlbetonbinder tragen die Dacheindeckung. Diese besteht bei  Industrie- und Gewerbebauten für gewöhnlich aus Trapezblechprofilen oder Porenbetonplatten. Die Binder gibt es als I- und T-Profile, wobei das T-Profil die wirtschaftlichste Querschnittsform darstellt <ref name = "Q1"></ref>.  
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Im Folgenden werden die gängigsten Betone aufgeführt, die im Fertigteilbau verwendet werden. Alle genannten Betone sind durch ihre direkte Herstellung, optimale Verarbeitung, vorhandene Schalungstechnik und die günstigen Umgebungsbedingungen für die Verarbeitung im Fertigteilwerk prädestiniert.
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Aus statischen Gründen wird eine Stegbreite von 0,50 m und eine Gurtbreite von 1,00 m sowie eine Höhe von 2,50 m nur in Ausnahmefällen überschritten. Wirtschaftliche Spannweiten für Stahlbetonbinder sind 12 bis 24 m <ref name = "Q10"> Oberndorfer, Typenblatt I-Binder, https://www.oberndorfer.com/konstruktive-fertigteile/stahlbeton-spannbetonbinder/i-binder?export=pdf </ref>. Mit vorgespannter Bewehrung sind Spannweiten bis zu 40 m möglich. Die Dachneigung kann durch eine Schrägstellung des Binders oder durch unterschiedliches Ausklinken der Pfetten erreicht werden. Aussparungen für haustechnische Leitungen sind ebenfalls möglich <ref name = "Q1"></ref>.
 
  
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==Deckenelemente==
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Normalfeste Betone bis C50/60, hochfeste Betone bis C80/95, Leichtbetone bis LC60/66 und selbstverdichtender Beton sind bauaufsichtlich eingeführt und dürfen ohne Einschränkungen angewendet werden. Stahlfaserbetone und Betone der Festigkeitsklasse C90/105 und C100/115 benötigen eine bauaufsichtliche Zulassung oder eine Zustimmung im Einzelfall. In einigen Fällen kommen auch Spezialbetone wie wasserdichte, säurebeständige, frostbeständige, textilbewehrte, ultrahochfeste, farbige und faserbewehrte Betone zur Anwendung. In den meisten Fällen wird ein Beton C35/45 oder C45/55 mit steifer Konsistenz, rasch erhärtendem Zement (42,5 R oder 52,5 R) und einem niedrigen Wasserzementwert verwendet <ref name = "Q2"></ref>.
  
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===Fertigdecke===
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===Wärmebehandlung===
  
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Die Fertigdecke wird voll maschinell hergestellt und ist, wenn sie in hohen Stückzahlen produziert wird, eines der wirtschaftlichsten Deckensysteme. Die Hohlräume bringen bis zu 40% Material- bzw. Gewichtsersparnis gegenüber Massivplatten. Es wird grundsätzlich zwischen schlaff bewehrten und vorgespannten Platten unterschieden.
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Die Erhärtungsphase der Fertigteile ist oftmals sehr kurz, denn sie richtet sich danach, wieviel Zeit für den Betonier- und Ausschalvorgang eingeplant ist. Erhärtungsphasen von 4 Stunden sind keine Seltenheit. Wenn die Gegebenheiten es zulassen, wird eine Betonsorte mit langer Erstarrungszeit verwendet. So wird gewährleistet, dass sich der Beton gut verarbeiten lässt. Um die anschließende Zementreaktion im Beton zu beschleunigen, wird er solange erwärmt, bis die gewünschte Festigkeit erreicht ist.
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Schlaff bewehrte Fertigdecken werden in einer speziellen Betonier- und Rohrziehanlage im Umlaufverfahren hergestellt. In der Regel ist hier eine Längs-, Quer- und Bügelbewehrung erforderlich. Die Fertigdecken gibt es mit einer Breite bis 2,50 m, einer Deckenstärke bis 0,30 m und einer Spannweite bis zu 10 m <ref name = "Q1"></ref>.
 
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Bei einer vorgespannten Fertigdecke besteht die Bewehrung ausschließlich aus längs vorgespannten Drähten oder Litzen. Die Herstellung kann mit Hilfe von Extrudern oder Gleitfertigern auf langen Spannbahnen erfolgen <ref name = "Q2"></ref>. Die Spannbetonhohlplatten haben eine maximale Breite von 1,20 m, eine Deckenstärke von 0,16 – 0,50 m und eine Spannweite bis zu 22 m <ref name = "Q11"> Oberndorfer, Typenblatt VSD Spannbetonhohldielen, https://www.oberndorfer.com/deckensysteme/vsd-vorgespannte-hohldiele/vsd-spannbetonhohldielen?export=pdf </ref>.
 
  
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===Rippenplatte===
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Die einfachste Wärmebehandlung ist das Nassdampfverfahren. Es werden im Wesentlichen nur ein Dampferzeuger und Abdeckplanen für den Beton benötigt. Die Temperatur im Bedampfungsraum ist überall gleich und es können keine Auswaschungen an der Betonoberfläche durch Kondenswasser auftreten. Eine solche Behandlung kann auch durch eine Erwärmung des Betons mit Heißluft erzielt werden. Um eine Austrocknung der Betonoberfläche zu verhindern, muss der Beton wie bei allen Wärmebehandlungen mit Folien abgedeckt oder mit Wasser besprüht werden. Eine weitere Variante der Wärmebehandlung kann durch eine Beheizung mit Infrarot-Strahlern erfolgen. Die Strahler befinden sich in einer Wärmekammer und bestrahlen ausschließlich das zu erwärmende Objekt. So geht nur sehr wenig Energie an die Umgebung verloren. Bei großen Bauteilen wird ein kombiniertes Verfahren angewendet. Die Schalung wird durch einen Wärmeträger wie z. B. Öl, Dampf, Wasser oder elektrische Heizdrähte beheizt, während die Oberseite wärmedämmend abgedeckt wird <ref name = "Q2"></ref>.
  
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Durch die Kombination von Platte und Unterzug entsteht eine so genannte TT-Doppelsteg-Platte, die in der Lage ist, wesentlich größere Spannweiten zu überbrücken und größere Lasten abzutragen als eine ebene Platte <ref name = "Q2"></ref>. Sie werden mit schlaffer Bewehrung in langen Schalungen oder vorgespannt in einem Spannbett gefertigt <ref name = "Q1"></ref>.
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===Nachbehandlung===
  
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Um im eingebauten Zustand eine ausreichende Übertragung von Schub- und Querkräften zu ermöglichen, wird eine Fugenverzahnung erzeugt, in dem die seitliche Schalung des Plattenrandes eine profilierte Oberfläche erhält. Des Weiteren lässt sich die gewünschte Platten- und Stegbreite mit Hilfe einer seitlich verstellbaren Seitenschalung einstellen <ref name = "Q2"></ref>. Um die Elemente nach dem Erhärten aus der starren Schalung zu heben, haben die Stege in der Regel einen nach unten verjüngten Querschnitt (1:20). Die Platten werden meistens mit einem 6 cm starken Plattenspiegel gefertigt, der als verlorene Schalung für die später aufgebrachte Ortbetonschicht dient. Die Ortbetonschicht wird ebenfalls bewehrt, um unter anderem eine Scheibenwirkung zu erzielen <ref name = "Q1"></ref>.
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Bei Außenbauteilen kann die Dauerhaftigkeit durch eine Nachbehandlung des Betons zum Zeitpunkt des Abkühlens wesentlich gesteigert werden. Dies erfolgt in Form einer Feuchtebehandlung oder eines aufgesprühten Nachbehandlungsfilms, der die Dichtigkeit der Betonoberfläche verbessert. So wird der Beton im eingebauten Zustand widerstandsfähiger gegen Frost und Abnutzungen, da weniger Wasser, Kohlendioxid und Schadstoffe eindringen können. Die erhärtende Oberfläche des noch jungen Betons kann aus ästhetischen Gründen weiterbearbeitet werden. Um die Betonzuschläge freizulegen, wird die Mörtelhaut des Betons mittels Absäuern, Schleifen, Sand- oder Wasserstrahlen entfernt. So können Oberflächenformen wie z. B. Waschbeton erzielt werden <ref name = "Q2"></ref>.
  
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Die TT-Doppelstegplatten können mit einer Breite bis 3,00 m, einer Höhen bis 0,80 m und einer maximalen Spannweiten bis 25 m hergestellt werden. Die Stege haben einen maximalen Achsabstand von 1,30 m.
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===Beschichtungen===
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Um Bauhöhe zu sparen, können die Stege im Bereich des Auflagers etwas ausgeklinkt werden. Die sogenannte Spiegelauflagerung hat die Besonderheit, dass der Steg bis zur Unterkante der Platte ausgeklinkt wird. Dieses ist sinnvoll, wenn nur sehr geringe Auflagerkräfte wirken <ref name = "Q2"></ref>.
 
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Es können auch einstegige T-Platten hergestellt werden. Diese finden ihre Anwendung als Auswechselplatte in Deckensystemen mit TT-Platten oder werden als stehende Wandelemente für Hochregallager eingesetzt <ref name = "Q1"></ref>.
 
  
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===Elementdecke===
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Eine weitere Variante zum Schutz der Fertigteile kann durch Beschichtungen erzielt werden. Die jeweiligen Beschichtungen für Außenbauteile sollen alkali-, licht- und wasserbeständig sein. In einigen Fällen ist auch die Durchlässigkeit für Wasserdampf gefordert, um Wärmeschwankungen der Umgebung auszugleichen. Die Dauerhaftigkeit des Betons wird so ebenfalls verbessert.
  
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Bei der Elementdecke (Gitterträgerdecke) handelt es sich um eine ca. 5 cm starke Fertigteilplatte mit einer Breite bis 3 m <ref name = "Q12"> Oberndorfer, Typenblatt Elementdecke, https://www.oberndorfer.com/deckensysteme/ed-elementdecke/elementdecke?export=pdf </ref>. Diese Fertigteilplatte enthält bereits ihre statisch erforderliche untere Bewehrung und dient später als Schalung für den Ortbeton. Um die dünnen Fertigteilplatten gut handhaben zu können, werden sie mit biegesteifer Bewehrung in Form von Gitterträgern versehen. Im Montagezustand dient der freiliegende Obergurt der Gitterträger als Druckzone. Die beiden bereits einbetonierten Untergurte können der statisch erforderlichen Zugbewehrung angerechnet werden. Eine ausreichende Verbindung zwischen Fertigteil und Ortbeton wird durch die diagonalen Streben der Gitterträger und die raue Oberseite der Platte gewährleistet. So kann die Decke als eine Massivplatte, welche in einem Arbeitsgang hergestellt wird, bemessen werden. Um eine Durchlaufwirkung der Decke zu erreichen, kann auf der Baustelle einfach eine obere Bewehrung auf die Gitterträger montiert werden.  
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Beschichtungen, wie Siloxane oder Acrylharze, weisen eine geringe Schichtdicke auf und sind später nicht sichtbar. Anders ist es bei den Versiegelungen. Sie enthalten Lösungen oder Dispersionen unter Zusatz von Pigmenten. Bei der aufgetragenen Lasur (Versiegelung) wird die Oberflächenstruktur des Betons beibehalten. Lediglich die Betonfarbe kann sich durch die Pigmente in der dünnen Schicht leicht im Ton ändern. Eine drastische Veränderung des Oberflächenfarbtons erreicht man mit deckenden Anstrichen, welche in allen Farbtönen erhältlich sind. Bei diesen handelt es sich meistens um Dispersionen, welche eine zirka doppelt so dicke Schicht wie die einer Lasur aufweisen. Des Weiteren gibt es auch Beschichtungen in Form von Putz oder Verkleidungen mit Naturstein- oder keramischen Platten. Diese Art von Beschichtungen fordert eine äußerst vorsichtige Handhabung bei [[Fertigteile - Transport und Montage|Transport und Montage]], wenn die Verkleidung direkt im Werk aufgebracht wird. Sollte sie erst nach der Montage aufgebracht werden, können so kleinere Beschädigungen überdeckt werden <ref name = "Q2"></ref>.
  
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Mittels spezieller Gitterträger, können Elementdecken mit 5 m Spannweite ohne Montageunterstützung verbaut werden. Die speziellen Gitterträger bestehen aus U-förmigen und knickstabilen Stahlblechprofilen anstelle von stabförmigen Obergurten. Diese Deckenart ist bei Bauwerken mit großen Geschosshöhen besonders wirtschaftlich, sofern der Mehrpreis für die speziellen Gitterträger geringer ist als die Kosten für eine Montageunterstützung <ref name = "Q1"></ref>.
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==Bewehrungstechnik bei der Werksfertigung==
  
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In der Regel sind die Decken einachsig gespannt und schlaff bewehrt. Es lassen sich wirtschaftliche Stützweiten bis 7,50 m erreichen. Mit zweiachsig gespannte Decken können Stützweiten bis 10 m erreicht werden <ref name = "Q12"></ref>. Vorgespannte Elementdecken werden ebenfalls angeboten, mit denen noch größere Stützweiten realisiert werden können. Die Montage von Elementdecken bringt eine längere Bauzeit als anderen Fertigteil-Deckensystemen mit sich. Jedoch können aufgrund des geringen Gewichtes großflächigere Elemente verbaut werden, die weniger Fugen und kaum vertikale Versprünge mit sich bringen <ref name = "Q2"></ref>.
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[[Datei:Fertigteile - Herstellung4.jpg|right|thumb|250px|vorgefertigte Bewehrung einer Brandwandplatte <br>
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(Foto von BWS Betonwerk Schwerin GmbH & Co. KG)]]
  
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==Vor- und Nachteile==
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[[Datei:Fertigteile - Herstellung5.jpg|right|thumb|250px|Stegbewehrung einer Rippenplatte (TT-Doppelstegplatte) <br>
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(Foto von BWS Betonwerk Schwerin GmbH & Co. KG)]]
  
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===Qualitätsverbesserung===
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Der Bewehrung ist besondere Aufmerksamkeit zu schenken, da sie im Mittel 20 % der Gesamtkosten eines Fertigteils ausmacht und für die Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit maßgebend ist. Aus diesem Grund muss die Bewehrung genauestens nach den Vorgaben der statischen Berechnung eingebaut werden. Des Weiteren ist auf eine möglichst wirtschaftliche Bewehrungsführung und eine ausreichende [[Betondeckung|Betondeckung]] mit Hilfe von Abstandhaltern zu achten.
  
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Vorteilhaft bei der Werksfertigung ist, dass die Produktion nicht der Witterung ausgesetzt ist. Somit entstehen bessere Arbeitsbedingungen, die eine höhere Arbeitsleistung der Arbeiter*innen und auch eine bessere Qualität der Bauteile im Vergleich zur Ortbetonbauweise mit sich bringen. Bei der Herstellung von Fertigteilen sorgen unter anderem die eingesetzten Typen- und Stahlschalungen für eine exakte Maßhaltigkeit. Durch den werkseitig hergestellten Beton lässt sich eine sehr hohe Betonqualität erzielen. Des Weiteren lassen sich nur im Fertigteilwerk strukturierte und farblich gestaltete Bauteile nach architektonischen Vorgaben, wie es zum Beispiel bei Fassadenplatten der Fall ist, realisieren <ref name = "Q1"></ref>.
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===Verarbeitung===
  
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===Herstellungskosten===
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In vielen Fertigteilwerken wird Betonstabstahl und gewendelte Bügelbewehrung mit den Durchmessern 6 bis 14 mm direkt vom Ring verarbeitet. Das hat den Vorteil, dass kein Verschnitt entsteht und die Verarbeitungskosten geringer ausfallen. Um den Betonstahl vom Ring zu geraden Stäben zu verarbeiten, werden automatische Richt- und Abschneideanlagen sowie Bügelbiegeautomaten eingesetzt. Sie greifen auf bis zu vier verschiedene Durchmesser zu und verarbeiten diese. In Zukunft wird auch immer mehr eine prozessgesteuerte Betonstahlverlegung erfolgen. Vollautomatische Schweißstationen, welche gerichtete und geschnittene Stäbe vom Ring zu flächigen Bewehrungen verschweißen, kommen bereits zur Anwendung <ref name = "Q2"></ref>.
  
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Um die anfallenden Kosten bei der Herstellung von Fertigteilen zu senken, werden gut konstruierte und durchdachte Schalungen eingesetzt, die bei großen Serien mehrfach verwendet werden können. Die mögliche Mechanisierung und Automatisierung im Werk sorgt für eine wesentlich schnellere Fertigung der Bauteile. Durch den Einbau der Fertigteile werden die Kosten auf der Baustelle zusätzlich durch nur selten oder gar nicht benötigte Gerüste reduziert.
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===Einbau===
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Einen weiteren Vorteil bringen die dünn ausgeführten Bauteilquerschnitte mit sich. Anstatt einfacher Rechteckquerschnitte werden beispielsweise an die höhere Betonqualität angepasste T-Querschnitte verwendet. Diese erfüllen genauestens die statischen Erfordernisse und sorgen so für eine Material- und Gewichtsersparnis <ref name = "Q1"></ref>.
 
  
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Ein großer Nachteil der Fertigteile ist der Transport und die damit verbundenen Kosten. Zunächst muss überhaupt eine Zufahrt zu der Baustelle vorhanden sein. Um die Transportkosten im Rahmen zu halten, lohnt sich der Einsatz von werkseitig hergestellten Bauteilen oft nur in einem gewissen Aktionsradius. Allerdings stellt dies nur noch begrenzt ein Problem dar, denn heutzutage sind leistungsfähige Fertigteilwerke überall dort flächendeckend anzutreffen, wo auch eine gewisse Nachfrage besteht <ref name = "Q1"></ref>.
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Bei der baulichen Durchbildung der einzubauenden Bewehrung muss darauf geachtet werden, dass die Passung und Einbaubarkeit umsetzbar ist. Es ist zu berücksichtigen, dass der tatsächliche Außendurchmesser ca. 20 % größer ist als der Nenndurchmesser. Dies kann sonst bei sich kreuzenden oder dicht nebeneinander liegenden Stäben zu Problemen führen. Es ist stets zu beachten, dass die Bewehrungskörbe auch mit teilweise verschachtelt angeordneter Bewehrung (z. B. Konsolen) herstellbar sind und sich gut in den Korb einfädeln lassen.
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Bei stabförmigen Elementen, wie [[Fertigteile - Übersicht#Träger und Binder|Balken]] und [[Fertigteile - Übersicht#Stützen|Stützen]], wird der Bewehrungskorb in der Regel außerhalb der Schalung mit geschlossenen Bügeln geflochten. Die Bewehrung von Deckenelementen wie z. B.[[Fertigteile - Übersicht#Rippenplatte|TT-Platten]], [[Fertigteile - Übersicht#Elementdecke|Elementdecken]] oder [[Fertigteile - Übersicht#Fertigdecke|Hohlplatten]] wird meist direkt in ihrer Schalung verlegt. Werden Balken oder Plattenbalken innerhalb der Schalung bewehrt, lässt sich der Einbau mit offenen Bügelkörben, welche mit Kappenbügeln geschlossen werden, wesentlich leichter realisieren <ref name = "Q2"></ref>.
  
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===Bauzeit===
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===Stahlsorten===
  
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Durch das Errichten eines Bauwerkes mit Hilfe von Fertigteilen wird die Bauzeit drastisch verkürzt. Dies liegt daran, dass die benötigten Bauteile (z.B. Fundamente, Stützen, Binder) das ganze Jahr über produziert werden können. Allerdings wird bei der Werksfertigung eine gewisse Vorlaufzeit benötigt, um die Fertigteile zu produzieren. Die anschließende Montage kann innerhalb kürzester Zeit (auch im Winter) auf der Baustelle und ohne eine aufwendige Baustelleneinrichtung erfolgen. Dank der verkürzten Bauzeit lassen sich Finanzierungskosten einsparen. Des Weiteren profitieren beispielsweise Industriebauten von frühzeitigeren Nutzungserträgen. Bei einem Bauwerk, welches nicht aus einem Standard-Fertigteilsystem besteht ist der Planungsaufwand jedoch oftmals sehr hoch <ref name = "Q1"></ref>.  
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In den Fertigteilwerken wird der nach DIN 488 definierte Betonstahl verwendet. Das heißt, für Betonstabstahl wird ausschließlich B500B (gerippt, hochduktil) genutzt. Für Betonstahlmatten, Bewehrungsdraht oder andere Betonstahlerzeugnisse darf B500A (gerippt, normal duktil), B500B (gerippt, hochduktil), B500A+G (glatt, normal duktil) und B500A+P (flache Profilierung, normal duktil) zur Anwendung kommen <ref name = "Q1"></ref>. Des Weiteren kommen nur noch schweißbare Stähle zum Einsatz, welche dem Fertigteilbau mit seinen vielen Einbauteilen für die Verbindungselemente zugutekommen <ref name = "Q2"></ref>.
  
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==Regeln und Normen==
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Allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen von Sonderstählen gibt es für:
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*Betonrippenstahl BSt 500 S-GEWI, welcher aufgewalzte Gewinderippen für Bewehrungsverbindungen aufweist <ref name = "Q1"></ref>.
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*Feuerverzinkte Betonstähle, bei denen eine Bewehrungskorrosion durch Carbonatisierung dauerhaft unterbunden ist (vorteilhaft für Sichtbeton), die aber nach der Verzinkung nicht verschweißt werden dürfen <ref name = "Q3"> Baulinks, feuerverzinkter Betonstahl, https://www.baulinks.de/webplugin/2017/1534.php4 </ref>.
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*Betonstabstahl mit erhöhtem Korrosionswiderstand, auch bekannt als nichtrostender Stahl, der zum Schweißen geeignet ist <ref name = "Q1"></ref>.
  
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Um einen guten Überblick zu den aktuell gültigen Normen und Richtlinien zu erlangen, wird an dieser Stelle auf das Buch „Bauen mit Betonfertigteilen im Hochbau“ verwiesen <ref name = "Q13"> Alfred Steinle, Hubert Bachmann, Mathias Tillmann, Bauen mit Betonfertigteilen im Hochbau, 3. Auflage, Berlin, 2018 </ref>. Dort sind nationale-, europäische- und internationale Normen aufgeführt. Informationen zu den Richtlinien des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb), Merkblätter der Fachvereinigung Deutscher Betonfertigteilbau e.V. sowie des Deutschen Beton- und Bautechnik-Verein e.V. sind ebenfalls enthalten. Die Anwendung dieser Normen und Richtlinien in Bezug auf die Bemessung und Konstruktion von Stahl- und Spannbetontragwerken sind im Eurocode 2 festgehalten <ref name = "Q14"> Frank Fingerloos, Josef Hegger, Konrad Zilch, Eurocode 2 für Deutschland DIN EN 1992-1-1 Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau mit Nationalem Anhang Kommentierte Fassung. 2. Auflage, Berlin, 2016 </ref>.
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==Qualitätssicherung und Güteüberwachung==
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Heutzutage ist das Ziel eines jeden Fertigteilherstellers von vornherein eine hohe Qualität für ein Produkt einzuplanen. Zu der eigenverantwortlichen Qualitätssicherung gehören alle Maßnahmen, die während der Herstellung und der Nutzung eines Bauwerkes zu der notwendigen Sicherheit und Qualität beitragen. Dies wird durch folgende Maßnahmen sichergestellt: Eine fachgerechte Planung inklusive der Auswahl einer geeigneten Bauart und Verbindungstechnik sowie eine statisch und bauphysikalisch korrekte Bemessung der Konstruktion. Des Weiteren spielen die Rohstoffauswahl, sorgfältige und maßhaltige Herstellung, sachgerechte Lagerung, akkurate [[Fertigteile - Transport und Montage#Montage|Montage]], geeignete Instandhaltungsmaßnahmen und werkseitige Produktionskontrollen eine große Rolle.
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===Güteüberwachung===
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Die Güteüberwachung besteht aus der Eigenüberwachung, kombiniert mit einer Betonprüfstelle und der Fremdüberwachung <ref name = "Q1"></ref>. Es wird zwischen zwei Betonkategorien unterschieden. '''Kategorie 1''' umfasst Betone für untergeordnete Zwecke und wird nur durch die Hersteller überwacht. Betone der '''Kategorie 2''' unterliegen der Aufsicht eines Betonfachmannes während der Herstellung <ref name = "Q2"></ref>. Allgemeine Regeln für Betonfertigteile sowie Hinweise für die werkseitige Produktionskontrolle und deren Überwachung sind in der aktuellen DIN 1045-4 festgelegt.
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===Eigenüberwachung===
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Die Eigenüberwachung betrifft Sichtprüfungen der Ausgangsstoffe und Kontrollen der Lieferscheine. Am werksseitig hergestellten Beton werden Eignungsprüfungen durchgeführt und deren Eigenschaften überwacht. Vor dem Betonieren sind Maßhaltigkeit und Stabilität der Schalung, die Lage von Dämmschichten, Einbauteilen, Aussparungen und der Bewehrung sowie die [[Betondeckung|Betondeckung]] zu überprüfen. Während der Herstellung werden die klimatischen Bedingungen aufgezeichnet. Erforderliche Wärme- und Nachbehandlungen sind zu überwachen. Nach der Fertigung erfolgen Sichtkontrollen auf Beschädigungen, zerstörungsfreie Prüfung der Betondruckfestigkeit sowie Kennzeichnung der Teile inklusive wichtiger Hinweise für [[Fertigteile - Transport und Montage|Transport und Montage]]. Die im Werk genutzten Geräte werden auf ihre Funktion überprüft. Bei Standardbauteilen oder großen Serien werden die wesentlichen Eigenschaften stichprobenartig überwacht <ref name = "Q1"></ref>.
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===Fremdüberwachung===
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Die bereits erwähnte Fremdüberwachung erfolgt meist zweimal im Jahr und deckt die Herstellanforderungen von Betonwaren und Standardbauteilen ab. Die Ergebnisse des Überwachungsbesuchs werden in Prüfzeugnissen und Überwachungsberichten dokumentiert. Diese fließen dann in Produkt- und Übereinstimmungszertifikate sowie in werkseigene Produktionskontrollzertifikate ein <ref name = "Q2"></ref>. Nicht erfasst von der Fremdüberwachung werden oftmals [[Fertigteile - Herstellung#Fertigung von Kleinserien|kleinere Serien]], welche nach individueller statischer Berechnung gefertigt sind. Diese unterliegen jedoch der Bauüberwachung gemäß den jeweiligen Landesbauordnungen <ref name = "Q1"></ref>.
  
 
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Aktuelle Version vom 22. November 2023, 12:04 Uhr

Einbau der Bewehrung für ein Fertigteil
(Foto von BWS Betonwerk Schwerin GmbH & Co. KG)

Diese Seite gibt eine Übersicht zu den Fertigungsverfahren von Betonfertigteilen und deren Besonderheiten.

Toleranzen

Bei der Herstellung und Montage von Bauteilen können Maßabweichungen nicht vermieden werden. Im Fertigteilbau und insbesondere im Systembau sind nachträgliche Anpassungen vor Ort aber nicht akzeptabel. Daher müssen Fertigteilsysteme so geplant und entworfen werden, dass die Montage und der Ausgleich von Toleranzen auf einfache Weise möglich ist. Maßabweichungen können Auswirkungen auf die Standsicherheit, Funktionsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit haben.

Toleranzen für die Einzelbauteile sind in DIN 18201, DIN 18202 und DIN 18203 festgelegt. Sie gehen auf die Aspekte der Standsicherheit und Funktionsfähigkeit ein. Höhere Genauigkeiten aus beispielsweise ästhetischen Gründen bringen eine exponentielle Erhöhung der Kosten mit sich. Maßabweichungen können vielfältige Ursachen haben. Sie können beispielsweise durch Maßgebungsfehler (Mess -und Markierungsfehler bei Herstellung und Montage), durch Arbeitsfehler (Schalungsherstellung, Platzierung von einzubetonierenden Einbauteilen, Montage von Lagern) oder durch material- und verschleißbedingte Fehler (Verformungen der Schalung) verursacht werden [1].

Fertigungsverfahren

In den vergangenen Jahren hat sich die Werksfertigung zu mechanisierten und automatisierten Verfahren unter Verwendung von CAD/CAM-Technologie entwickelt. Die meisten industrialisierten Fertigungsmethoden lassen sich dem Umlaufverfahren oder der Bahnenfertigung zuordnen.

Umlaufverfahren

Das Umlaufverfahren ist auf große Flexibilität ausgelegt und kommt bei der Herstellung von Wandtafeln, Deckentafeln, Treppenelementen und stabförmigen Fertigteilen zum Einsatz. Die Elemente werden auf Paletten mithilfe von Rollenförderern oder Schiebebühnen durch das Werk von einem Arbeitsgang zum nächsten befördert. Dieses Verfahren bringt zwei grundsätzliche Vorteile mit sich. Zum einen kann der Produktionsablauf besser organisiert werden, da die notwendigen Materialien an der speziell eingerichteten Station bereitgestellt und optimal eingebaut werden können. Zum anderen werden die Anlagenkosten reduziert, weil z. B. Rüttler oder die Kipphydraulikausrüstung nur an einer bestimmten Station benötigt werden. Neben dem horizontalen Umlaufverfahren gibt es auch das platzsparende vertikale Umlaufverfahren, welches zwei Ebenen mit Hub- und Absenkstationen verbindet. Auf den Längsbändern der oberen Ebene erfolgt die eigentliche Fertigung, während das Aushärten in der unteren Ebene geschieht [2].

Bahnenfertigung

Die Bahnenfertigung kommt bei der Herstellung von Deckenplatten zum Einsatz. Hier werden mehrere Fertigteile auf bis zu 200 Meter langen Bahnen einzeln hintereinander hergestellt. Die Fertigteile sind an ihre Position auf den Bahnen gebunden und die Arbeitskolonnen, welche für die Arbeitsschritte zuständig sind, wandern von Station zu Station [1]. Im Laufe der Zeit hat sich die Fertigung weiter zur Palettenfertigung mit automatischen Stapelanlagen in den Härtekammern entwickelt. Ein großer Vorteil der Bahnenfertigung ist der hohe Mechanisierungsgrad. Denn bei vorgespannten Platten werden die Spannlitzen automatisch verlegt, der Betonstrang wird mit einer fahrbaren Betonsäge vollautomatisch getrennt und die Reinigung der Bahnen erfolgt maschinell. Bei der Bahnenfertigung wird zwischen der Fertigung mittels Gleitfertiger und Extruder unterschieden [2].

Bei der Fertigung mittels Gleitfertiger wird eine Gleitschalung mit Hilfe einer Winde über die Fertigungsbahn gezogen. Auf dem Fertiger befindet sich eine aufgesetzte Beschickungseinheit, die mit verschiedenen Einfüll- und Verdichtungsstufen arbeitet und in zwei bis drei Durchgängen den Querschnitt abschnittsweise aufbaut. Die untere Maschineneinheit kann für unterschiedliche Querschnittsformen ausgetauscht werden [1].

Die Fertigung mittels Extruder, arbeitet nach dem Rückstoßprinzip. Für dieses Verfahren ist ein sehr steifer Beton mit einer hohen Frühstandfestigkeit und einer hohen Endfestigkeit erforderlich. Der Extruder enthält ein Betonsilo, aus dem der Beton durch Schnecken in einem Durchgang in die profilbildenden Zonen gepresst und durch Hochfrequenzrüttler verdichtet wird. Dann drückt er sich von dem gefertigten Betonstrang ab und schiebt sich selbsttätig vorwärts [1].

Fertigung von Kleinserien

Kleinserienfertigung einer Sandwichplatte
(Foto von BWS Betonwerk Schwerin GmbH & Co. KG)

Fertigteile, die nur in kleinen Serien oder wegen ihrer Größe oder Vorspannung in speziellen Schalungen gefertigt werden müssen, werden auf konventionellen Schaltischen hergestellt. Dies kann bei Bindern, vorgespannten TT-Platten, ungleichmäßigen Wandplatten und Stützen der Fall sein. Um das Ausschalen der Bauteile zu vereinfachen, wird oftmals vor dem Betonieren ein Trennmittel auf die Schalung aufgetragen [2].

Beton im Fertigteilbau

Stütze mit angeformten Fundament während des Betoniervorgangs
(Foto von BWS Betonwerk Schwerin GmbH & Co. KG)

Verarbeitungseigenschaften

Der im Fertigteilwerk verwendete Beton hat gegenüber Ortbeton andere Anforderungen zu erfüllen. So sind beispielsweise die auf der Baustelle wichtigen Eigenschaften wie eine lange Verarbeitungsdauer und langsame Wärmeentwicklung im Fertigteilwerk unerwünscht. Der Frischbeton im Werk sollte sich leicht schütten lassen, um nicht im Betonkübel oder an der Schüttrinne kleben zu bleiben. Weitestgehend wird auf Mischungsbestandteile mit unterschiedlichen Rohdichten verzichtet. So wird verhindert, dass sich der eingefüllte Beton in der Schalung entmischt. Demnach würden Leichtzuschläge aufschwimmen und sich Schwerzuschläge absetzen. Das enthaltene Wasser würde sich aufgrund der geringen Dichte absondern und zum „Bluten“ führen. Dies lässt sich mit einer guten Betonzusammensetzung verhindern. Dabei sollte ein Beton mit geringem Wasseranteil oder ein gut wasserhaltender, früh erstarrender Beton mit einem Größtkorn von maximal 16 mm gewählt werden. Diese Zusammensetzung führt zu einem raschen Ansteifen des Betons, sodass sich das Wasser nicht absondern kann. Die kurze Misch- und Einfülldauer des Betons sowie die erweiterten Verdichtungsmöglichkeiten gestatten es, eine steife bis plastische Betonkonsistenz zu verwenden [2].

Festigkeit

Besonders bei Fertigteilen, die in konventionellen Schalungen hergestellt werden, soll der Beton möglichst schnell erhärten, um ein zeitnahes Ausformen zu ermöglichen. Die Verwendung von wenig Anmachwasser im Beton kann folgende Vorteile mit sich bringen [2]:

  • Rasches erstarren, so kann die obenliegende Betonfläche früh geglättet werden und eine bessere Wärmebehandlung des Betons erfolgen.
  • Hohe Standfestigkeit, ohne Verformungen unmittelbar nach dem Verdichten; dies ermöglicht das frühe Entfernen der Seitenschalungen
  • Eine frühe Betonfestigkeit ermöglicht frühes Ausformen und frühe Nachbehandlungsmaßnahmen.
  • Wenige Betonporen, die einen dichten und festen Beton mit sich bringen
  • Geringes Schwinden, das die Maßhaltigkeit fördert und wenig bis keine Risse verursacht

Betonarten

Im Folgenden werden die gängigsten Betone aufgeführt, die im Fertigteilbau verwendet werden. Alle genannten Betone sind durch ihre direkte Herstellung, optimale Verarbeitung, vorhandene Schalungstechnik und die günstigen Umgebungsbedingungen für die Verarbeitung im Fertigteilwerk prädestiniert.

Normalfeste Betone bis C50/60, hochfeste Betone bis C80/95, Leichtbetone bis LC60/66 und selbstverdichtender Beton sind bauaufsichtlich eingeführt und dürfen ohne Einschränkungen angewendet werden. Stahlfaserbetone und Betone der Festigkeitsklasse C90/105 und C100/115 benötigen eine bauaufsichtliche Zulassung oder eine Zustimmung im Einzelfall. In einigen Fällen kommen auch Spezialbetone wie wasserdichte, säurebeständige, frostbeständige, textilbewehrte, ultrahochfeste, farbige und faserbewehrte Betone zur Anwendung. In den meisten Fällen wird ein Beton C35/45 oder C45/55 mit steifer Konsistenz, rasch erhärtendem Zement (42,5 R oder 52,5 R) und einem niedrigen Wasserzementwert verwendet [2].

Wärmebehandlung

Die Erhärtungsphase der Fertigteile ist oftmals sehr kurz, denn sie richtet sich danach, wieviel Zeit für den Betonier- und Ausschalvorgang eingeplant ist. Erhärtungsphasen von 4 Stunden sind keine Seltenheit. Wenn die Gegebenheiten es zulassen, wird eine Betonsorte mit langer Erstarrungszeit verwendet. So wird gewährleistet, dass sich der Beton gut verarbeiten lässt. Um die anschließende Zementreaktion im Beton zu beschleunigen, wird er solange erwärmt, bis die gewünschte Festigkeit erreicht ist.

Die einfachste Wärmebehandlung ist das Nassdampfverfahren. Es werden im Wesentlichen nur ein Dampferzeuger und Abdeckplanen für den Beton benötigt. Die Temperatur im Bedampfungsraum ist überall gleich und es können keine Auswaschungen an der Betonoberfläche durch Kondenswasser auftreten. Eine solche Behandlung kann auch durch eine Erwärmung des Betons mit Heißluft erzielt werden. Um eine Austrocknung der Betonoberfläche zu verhindern, muss der Beton wie bei allen Wärmebehandlungen mit Folien abgedeckt oder mit Wasser besprüht werden. Eine weitere Variante der Wärmebehandlung kann durch eine Beheizung mit Infrarot-Strahlern erfolgen. Die Strahler befinden sich in einer Wärmekammer und bestrahlen ausschließlich das zu erwärmende Objekt. So geht nur sehr wenig Energie an die Umgebung verloren. Bei großen Bauteilen wird ein kombiniertes Verfahren angewendet. Die Schalung wird durch einen Wärmeträger wie z. B. Öl, Dampf, Wasser oder elektrische Heizdrähte beheizt, während die Oberseite wärmedämmend abgedeckt wird [2].

Nachbehandlung

Bei Außenbauteilen kann die Dauerhaftigkeit durch eine Nachbehandlung des Betons zum Zeitpunkt des Abkühlens wesentlich gesteigert werden. Dies erfolgt in Form einer Feuchtebehandlung oder eines aufgesprühten Nachbehandlungsfilms, der die Dichtigkeit der Betonoberfläche verbessert. So wird der Beton im eingebauten Zustand widerstandsfähiger gegen Frost und Abnutzungen, da weniger Wasser, Kohlendioxid und Schadstoffe eindringen können. Die erhärtende Oberfläche des noch jungen Betons kann aus ästhetischen Gründen weiterbearbeitet werden. Um die Betonzuschläge freizulegen, wird die Mörtelhaut des Betons mittels Absäuern, Schleifen, Sand- oder Wasserstrahlen entfernt. So können Oberflächenformen wie z. B. Waschbeton erzielt werden [2].

Beschichtungen

Eine weitere Variante zum Schutz der Fertigteile kann durch Beschichtungen erzielt werden. Die jeweiligen Beschichtungen für Außenbauteile sollen alkali-, licht- und wasserbeständig sein. In einigen Fällen ist auch die Durchlässigkeit für Wasserdampf gefordert, um Wärmeschwankungen der Umgebung auszugleichen. Die Dauerhaftigkeit des Betons wird so ebenfalls verbessert.

Beschichtungen, wie Siloxane oder Acrylharze, weisen eine geringe Schichtdicke auf und sind später nicht sichtbar. Anders ist es bei den Versiegelungen. Sie enthalten Lösungen oder Dispersionen unter Zusatz von Pigmenten. Bei der aufgetragenen Lasur (Versiegelung) wird die Oberflächenstruktur des Betons beibehalten. Lediglich die Betonfarbe kann sich durch die Pigmente in der dünnen Schicht leicht im Ton ändern. Eine drastische Veränderung des Oberflächenfarbtons erreicht man mit deckenden Anstrichen, welche in allen Farbtönen erhältlich sind. Bei diesen handelt es sich meistens um Dispersionen, welche eine zirka doppelt so dicke Schicht wie die einer Lasur aufweisen. Des Weiteren gibt es auch Beschichtungen in Form von Putz oder Verkleidungen mit Naturstein- oder keramischen Platten. Diese Art von Beschichtungen fordert eine äußerst vorsichtige Handhabung bei Transport und Montage, wenn die Verkleidung direkt im Werk aufgebracht wird. Sollte sie erst nach der Montage aufgebracht werden, können so kleinere Beschädigungen überdeckt werden [2].

Bewehrungstechnik bei der Werksfertigung

vorgefertigte Bewehrung einer Brandwandplatte
(Foto von BWS Betonwerk Schwerin GmbH & Co. KG)
Stegbewehrung einer Rippenplatte (TT-Doppelstegplatte)
(Foto von BWS Betonwerk Schwerin GmbH & Co. KG)

Der Bewehrung ist besondere Aufmerksamkeit zu schenken, da sie im Mittel 20 % der Gesamtkosten eines Fertigteils ausmacht und für die Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit maßgebend ist. Aus diesem Grund muss die Bewehrung genauestens nach den Vorgaben der statischen Berechnung eingebaut werden. Des Weiteren ist auf eine möglichst wirtschaftliche Bewehrungsführung und eine ausreichende Betondeckung mit Hilfe von Abstandhaltern zu achten.

Verarbeitung

In vielen Fertigteilwerken wird Betonstabstahl und gewendelte Bügelbewehrung mit den Durchmessern 6 bis 14 mm direkt vom Ring verarbeitet. Das hat den Vorteil, dass kein Verschnitt entsteht und die Verarbeitungskosten geringer ausfallen. Um den Betonstahl vom Ring zu geraden Stäben zu verarbeiten, werden automatische Richt- und Abschneideanlagen sowie Bügelbiegeautomaten eingesetzt. Sie greifen auf bis zu vier verschiedene Durchmesser zu und verarbeiten diese. In Zukunft wird auch immer mehr eine prozessgesteuerte Betonstahlverlegung erfolgen. Vollautomatische Schweißstationen, welche gerichtete und geschnittene Stäbe vom Ring zu flächigen Bewehrungen verschweißen, kommen bereits zur Anwendung [2].

Einbau

Bei der baulichen Durchbildung der einzubauenden Bewehrung muss darauf geachtet werden, dass die Passung und Einbaubarkeit umsetzbar ist. Es ist zu berücksichtigen, dass der tatsächliche Außendurchmesser ca. 20 % größer ist als der Nenndurchmesser. Dies kann sonst bei sich kreuzenden oder dicht nebeneinander liegenden Stäben zu Problemen führen. Es ist stets zu beachten, dass die Bewehrungskörbe auch mit teilweise verschachtelt angeordneter Bewehrung (z. B. Konsolen) herstellbar sind und sich gut in den Korb einfädeln lassen.

Bei stabförmigen Elementen, wie Balken und Stützen, wird der Bewehrungskorb in der Regel außerhalb der Schalung mit geschlossenen Bügeln geflochten. Die Bewehrung von Deckenelementen wie z. B.TT-Platten, Elementdecken oder Hohlplatten wird meist direkt in ihrer Schalung verlegt. Werden Balken oder Plattenbalken innerhalb der Schalung bewehrt, lässt sich der Einbau mit offenen Bügelkörben, welche mit Kappenbügeln geschlossen werden, wesentlich leichter realisieren [2].

Stahlsorten

In den Fertigteilwerken wird der nach DIN 488 definierte Betonstahl verwendet. Das heißt, für Betonstabstahl wird ausschließlich B500B (gerippt, hochduktil) genutzt. Für Betonstahlmatten, Bewehrungsdraht oder andere Betonstahlerzeugnisse darf B500A (gerippt, normal duktil), B500B (gerippt, hochduktil), B500A+G (glatt, normal duktil) und B500A+P (flache Profilierung, normal duktil) zur Anwendung kommen [1]. Des Weiteren kommen nur noch schweißbare Stähle zum Einsatz, welche dem Fertigteilbau mit seinen vielen Einbauteilen für die Verbindungselemente zugutekommen [2].

Allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen von Sonderstählen gibt es für:

  • Betonrippenstahl BSt 500 S-GEWI, welcher aufgewalzte Gewinderippen für Bewehrungsverbindungen aufweist [1].
  • Feuerverzinkte Betonstähle, bei denen eine Bewehrungskorrosion durch Carbonatisierung dauerhaft unterbunden ist (vorteilhaft für Sichtbeton), die aber nach der Verzinkung nicht verschweißt werden dürfen [3].
  • Betonstabstahl mit erhöhtem Korrosionswiderstand, auch bekannt als nichtrostender Stahl, der zum Schweißen geeignet ist [1].

Qualitätssicherung und Güteüberwachung

Heutzutage ist das Ziel eines jeden Fertigteilherstellers von vornherein eine hohe Qualität für ein Produkt einzuplanen. Zu der eigenverantwortlichen Qualitätssicherung gehören alle Maßnahmen, die während der Herstellung und der Nutzung eines Bauwerkes zu der notwendigen Sicherheit und Qualität beitragen. Dies wird durch folgende Maßnahmen sichergestellt: Eine fachgerechte Planung inklusive der Auswahl einer geeigneten Bauart und Verbindungstechnik sowie eine statisch und bauphysikalisch korrekte Bemessung der Konstruktion. Des Weiteren spielen die Rohstoffauswahl, sorgfältige und maßhaltige Herstellung, sachgerechte Lagerung, akkurate Montage, geeignete Instandhaltungsmaßnahmen und werkseitige Produktionskontrollen eine große Rolle.

Güteüberwachung

Die Güteüberwachung besteht aus der Eigenüberwachung, kombiniert mit einer Betonprüfstelle und der Fremdüberwachung [1]. Es wird zwischen zwei Betonkategorien unterschieden. Kategorie 1 umfasst Betone für untergeordnete Zwecke und wird nur durch die Hersteller überwacht. Betone der Kategorie 2 unterliegen der Aufsicht eines Betonfachmannes während der Herstellung [2]. Allgemeine Regeln für Betonfertigteile sowie Hinweise für die werkseitige Produktionskontrolle und deren Überwachung sind in der aktuellen DIN 1045-4 festgelegt.

Eigenüberwachung

Die Eigenüberwachung betrifft Sichtprüfungen der Ausgangsstoffe und Kontrollen der Lieferscheine. Am werksseitig hergestellten Beton werden Eignungsprüfungen durchgeführt und deren Eigenschaften überwacht. Vor dem Betonieren sind Maßhaltigkeit und Stabilität der Schalung, die Lage von Dämmschichten, Einbauteilen, Aussparungen und der Bewehrung sowie die Betondeckung zu überprüfen. Während der Herstellung werden die klimatischen Bedingungen aufgezeichnet. Erforderliche Wärme- und Nachbehandlungen sind zu überwachen. Nach der Fertigung erfolgen Sichtkontrollen auf Beschädigungen, zerstörungsfreie Prüfung der Betondruckfestigkeit sowie Kennzeichnung der Teile inklusive wichtiger Hinweise für Transport und Montage. Die im Werk genutzten Geräte werden auf ihre Funktion überprüft. Bei Standardbauteilen oder großen Serien werden die wesentlichen Eigenschaften stichprobenartig überwacht [1].

Fremdüberwachung

Die bereits erwähnte Fremdüberwachung erfolgt meist zweimal im Jahr und deckt die Herstellanforderungen von Betonwaren und Standardbauteilen ab. Die Ergebnisse des Überwachungsbesuchs werden in Prüfzeugnissen und Überwachungsberichten dokumentiert. Diese fließen dann in Produkt- und Übereinstimmungszertifikate sowie in werkseigene Produktionskontrollzertifikate ein [2]. Nicht erfasst von der Fremdüberwachung werden oftmals kleinere Serien, welche nach individueller statischer Berechnung gefertigt sind. Diese unterliegen jedoch der Bauüberwachung gemäß den jeweiligen Landesbauordnungen [1].

Quellen

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 Peter Bindseil, Stahlbetonbau Fertigteile nach Eurocode 2 - Konstruktion - Berechnung - Ausführung, 4. Auflage, Köln, 2012
  2. ↑ 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 2,12 2,13 Hubert Bachmann, Alfred Steinle, Volker Hahn, Bauen mit Betonfertigteilen im Hochbau, 2. aktualisierte Auflage, Berlin, 2010
  3. ↑ Baulinks, feuerverzinkter Betonstahl, https://www.baulinks.de/webplugin/2017/1534.php4
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