Stampflehmwände werden durch das Einrammen einer Mischung ausgewählter Zuschlagstoffe, einschließlich Kies, Sand, Schluff und einer kleinen Menge Lehm, zwischen flachen Platten, die als Schalung bezeichnet werden, errichtet.
Traditionelle Technologie rammte wiederholt das Ende eines Holzpfahls in die Erdmischung, um sie zu komprimieren. Moderne Technik ersetzt den Pfahl durch einen mechanischen Stempel.
Stabilisierte Stampflehmwände sind eine Variante der traditionellen Stampflehmwände, bei der eine kleine Menge Zement (typischerweise 5-10%) hinzugefügt wird, um die Festigkeit und Haltbarkeit zu erhöhen. Stabilisierte Stampflehmwände benötigen nur wenig zusätzlichen Schutz, werden aber in der Regel mit einer luftdurchlässigen Versiegelung beschichtet, um die Lebensdauer des Materials zu erhöhen – dies variiert je nach den Umständen. Tausende von unstabilisierten Stampflehmbauten auf der ganzen Welt haben über viele Jahrhunderte hinweg gute Dienste geleistet.
Der größte Teil der Energie, die beim Bau von Stampflehm verbraucht wird, entfällt auf den Abbau des Rohmaterials und dessen Transport zur Baustelle. Die Verwendung von Materialien vor Ort kann den Energieverbrauch beim Bau verringern. Stampflehm bietet eine begrenzte Isolierung, aber eine ausgezeichnete thermische Masse.
Stampflehmwände sind manchmal als Pisé-Wände bekannt – vom lateinischen Ursprung pisé de terre. Der Begriff wurde erstmals 1562 in Lyon, Frankreich, verwendet und bezog sich auf das Prinzip, Wände mit einer Dicke von mindestens 500 mm zu errichten, indem Erde zwischen zwei parallele Rahmen gestampft wurde, die dann entfernt wurden und einen fertigen Abschnitt der gestampften Erdwand freigaben. Während 500 mm dicke Wände auf Wunsch mit oder ohne Zement gebaut werden können, werden die meisten modernen Stampflehmwände in Australien mit Zement als Stabilisator gebaut und sind typischerweise 300 mm dick für Außenwände und 300 mm oder 200 mm für Innenwände.
Leistungsübersicht
Erscheinungsbild
Die Farbe von Stampflehmwänden wird durch die verwendete Erde und die Zuschlagstoffe bestimmt. Der Rammvorgang verläuft schichtweise und kann den Wänden das Aussehen einer horizontalen Schichtung verleihen, was das Gesamtbild verbessern kann.
Die Gesteinskörnungen können freigelegt werden und durch die Zugabe von verschiedenfarbigem Material in einigen Schichten können besondere Effekte erzielt werden. Auch Elemente wie Ziersteine oder Objekte, Nischen oder Reliefs können in Stampflehmwände eingearbeitet werden, was allerdings seinen Preis hat. Ungewöhnliche Oberflächen können durch Formen in der Schalung erzielt werden, die sich nach dem Stampfvorgang lösen lassen.
Foto: Paul Downton
Musterwand in den Environmental Research Laboratories in Tucson, Arizona.
Sichtbar sind die gebürsteten Ecken, durch die sich die Wände leicht von der Schalung lösen lassen. Gebürstete Oberflächen helfen, Schalungsspuren zu reduzieren, die ein betonähnliches Aussehen erzeugen können, aber dies ist nur bei feinkörnigen Bestandteilen notwendig.
Foto: Paul Downton
Vertikale Kurven können durch vorsichtiges Rammen entlang einer gezeichneten Hilfslinie auf der Innenseite der Schalung geformt werden. Horizontale Kurven sind ebenfalls möglich, erfordern aber eine spezielle und daher teure Schalung.
Strukturelle Fähigkeiten
Stampflehm ist sehr druckfest und kann für mehrstöckige tragende Konstruktionen verwendet werden. Untersuchungen in Neuseeland zeigen, dass monolithische Erdwände unter Erdbebenbedingungen besser funktionieren als Wände aus einzelnen Ziegeln oder Blöcken. Ein fünfstöckiges Hotel in Queensland ist aus stabilisierter Stampflehm gebaut. Stampflehm kann so konstruiert werden, dass er relativ hohe Festigkeiten erreicht und ähnlich wie Beton bewehrt werden kann, obwohl eine horizontale Bewehrung nicht empfohlen wird und eine übermäßige vertikale Bewehrung zu Rissproblemen führen kann (siehe Konstruktionssysteme).
Interessante Bauwerke, einschließlich schiefer Wände, wurden in Stampflehm errichtet. Alle Schwierigkeiten, die mit dem Verlegen und Umstampfen der Bewehrung verbunden sind, können durch sorgfältiges Management des Bauprozesses gemildert werden und müssen die Kosten nicht wesentlich erhöhen.
Perth Stampflehmhaus.
Thermische Masse
Stampflehm verhält sich wie schweres Mauerwerk mit einer hohen thermischen Masse. Thermische Masse absorbiert oder „verlangsamt“ den Durchgang von Wärme durch ein Material und gibt diese Wärme dann wieder ab, wenn die Umgebungstemperatur sinkt. Unter sonst gleichen Bedingungen bleibt ein Gebäude mit hoher Masse, wie z. B. Stampflehm, in der Nähe des 24-Stunden-Durchschnitts für die jeweilige Jahreszeit: In vielen Klimazonen kann dies für den Komfort zu kalt oder warm sein. Wenn Heizung oder Kühlung erforderlich ist, müssen die Wände gedämmt werden, um den Energieverbrauch zu begrenzen.
Bei richtiger Anwendung und im richtigen Klima kann die thermische Masse von Stampflehm den Wärmefluss durch die Gebäudehülle um bis zu 10 bis 12 Stunden verzögern und tägliche Temperaturschwankungen ausgleichen.
Stampflehmwände werden wirksam, wenn der Unterschied zwischen Tages- und Nachtaußentemperaturen mindestens 6°C beträgt. Bei einer Tagesdifferenz von mehr als 10°C kann die hohe thermische Masse von Stampflehm durch eine geeignete Konstruktion sehr gut ausgenutzt werden (siehe thermische Masse).
In kühlen oder kalten Klimazonen können gut platzierte Stampflehmwände (z.B. Elementwände innerhalb einer gut gedämmten Hülle) eine Batterie von nützlichen Wärmespeichern liefern. Stampflehm wird nicht für tropisches Klima empfohlen, wo eine Konstruktion mit hoher Masse dazu führen kann, dass ein Haus zu viel Wärme speichert und thermisches Unbehagen verursacht (siehe Thermische Masse).
Gebäude-Energieeffizienz-Bewertungsprogramme wie AccuRate bieten die Möglichkeit, die kombinierten Effekte von Wandmasse und Dämmung zu simulieren und ermöglichen auch die Überprüfung des Komforts bei extremen Wetterbedingungen, so dass die Leistung des Gebäudes optimiert werden kann.
Dämmung
Die Dämmung verhindert, dass Wärme durch ein Material hindurchgeht, anstatt sie langsam zu absorbieren oder abzugeben. Als Folge der hohen thermischen Masse hat Stampflehm nur begrenzte thermische Dämmeigenschaften – ähnlich wie eine ungedämmte Faserzementwand.
Die Dämmung kann bei Stampflehmwänden durch Verkleidungen ergänzt werden, aber in der Regel erfüllt eine 300 mm dicke Stampflehmwand nicht die Anforderungen des Building Code of Australia (BCA) für die Außenwanddämmung. Hybride Gebäude, die gedämmte Außenwände mit Stampflehm-Innenwänden und Ausstattungselementen verwenden, können eine hohe Dämmung und eine hohe Masse erreichen.
Unter bestimmten Designkriterien (z.B. Unter bestimmten Konstruktionskriterien (z. B. einfaches Rechteck mit Nordverglasung) und in gemäßigtem (nicht gemäßigtem) Klima war es gerade noch möglich, den Gesamtstandard des Nationwide House Energy Ratings Scheme (NatHERS) von fünf Sternen zu erreichen; sechs Sterne sind jedoch jetzt das vorgeschriebene Minimum unter dem BCA (siehe Dämmung).
Die Dämmung kann auch innerhalb der Dicke einer Stampflehmwand hinzugefügt werden, was jedoch die Kosten erhöht und die strukturellen Eigenschaften der Wand verändert. Es bietet jedoch die Vorteile einer ausgezeichneten thermischen Masse und einer guten Wärmedämmung in einer Wand, während das wünschenswerte Aussehen, die Textur, die Haptik, die Akustik und die wartungsarmen Eigenschaften der Stampflehmwand auf jeder Seite erhalten bleiben.
Die beste Stelle für die Dämmung in Verbindung mit Stampflehm ist die Außenseite der Wand, so dass sich die thermische Masse innerhalb einer geschlossenen und kontrollierbaren Außenhülle befindet (siehe Passive Solarheizung; Passive Kühlung).
Schalldämmung
Eine der besten Möglichkeiten zur Schalldämmung ist eine monolithische Masse, die Stampflehm sehr gut bietet. Sie hat ein ausgezeichnetes Nachhallverhalten und erzeugt nicht die harten Echos, die für viele herkömmliche Wandmaterialien charakteristisch sind (siehe Schallschutz).
Brand- und Ungezieferresistenz
Es gibt keine brennbaren Bestandteile in einer Stampflehmwand und ihre Feuerresistenz ist daher sehr gut. In Tests des CSIRO erreichte eine 150 mm dicke Cinva-Stampflehmwand (ähnlich wie Stampflehm) eine Feuerbeständigkeit von fast vier Stunden. Es gibt keinen Hohlraum, der Ungeziefer beherbergen könnte, und nichts im Material, das Ungeziefer anziehen oder unterstützen könnte, so dass die Widerstandsfähigkeit gegen Ungezieferbefall sehr hoch ist.
Haltbarkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit
Die grundlegende Technologie gibt es schon seit Tausenden von Jahren, und es gibt viele Stampflehmbauten, die noch stehen und Jahrhunderte alt sind. Stampflehm besitzt zwar eine allgemein hohe Haltbarkeit, aber alle Arten von Stampflehmwänden sind von Natur aus porös und müssen vor Schlagregen und langfristiger Einwirkung von Feuchtigkeit geschützt werden.
Die Ober- und Unterseiten der Wände müssen vor Feuchtigkeit geschützt werden. Eine anhaltende Feuchtigkeitseinwirkung kann die innere Struktur der Erde beeinträchtigen, indem sie die Zementstabilisierung aufhebt und eine Ausdehnung des Lehms ermöglicht. Im Allgemeinen hat Stampflehm eine mäßige bis gute Feuchtigkeitsbeständigkeit und die meisten modernen australischen Stampflehmwände benötigen keine zusätzliche Abdichtung. Neue wasserabweisende Zusätze, die die Wände durchgehend wasserdicht machen, können Stampflehm für sehr exponierte Bedingungen, einschließlich Stützmauern, geeignet machen, können aber die Atmungsaktivität des Materials beeinträchtigen.
Foto: Rammed Earth Constructions Pty Ltd
Stampflehm eignet sich für die Verwendung mit Holz und natürlichen Materialien.
Atmungsaktivität und Toxizität
Solange er nicht mit Material versiegelt wird, das undurchlässig für Luftmoleküle ist, behält Stampflehm seine Atmungsaktivität. Fertige Wände sind inert, aber achten Sie auf die Wahl der Abdichtungen oder Anti-Staub-Beschichtungen, um eine zusätzliche Toxizität der Oberflächen zu vermeiden.
Umwelteinflüsse
Stampflehm hat potenziell geringe Auswirkungen auf die Herstellung, abhängig vom Zementgehalt und dem Grad der lokalen Materialbeschaffung. Die meisten Stampflehmbauten in Australien verwenden abgebaute Zuschlagstoffe und nicht die „Erde“, von der man gemeinhin annimmt, dass sie aus ihr hergestellt wird. Oft können Materialien vor Ort verwendet werden, die jedoch auf ihre Eignung geprüft werden müssen.
Der Energiegehalt von Stampflehm ist gering bis moderat. Stampflehm besteht aus ausgewählten Zuschlagstoffen, die mit zementhaltigem Material gebunden sind, und kann als eine Art „schwacher Beton“ betrachtet werden. Es kann hilfreich sein, sich Zement- und Lehmprodukte als verschiedene Punkte auf einem Energiekontinuum vorzustellen, mit Lehm am unteren Ende und hochfestem Beton am oberen Ende. Der Zement- und Zuschlagsstoffgehalt kann je nach technischen Anforderungen und Festigkeitsanforderungen variiert werden.
Obwohl es sich im Prinzip um ein Produkt mit geringen Treibhausgasemissionen handelt, können Transport und Zementherstellung erheblich zu den Gesamtemissionen beitragen, die mit dem typischen modernen Stampflehmbau verbunden sind. Die einfachste Art von traditioneller Stampflehm hat sehr niedrige Treibhausgasemissionen, aber die hochtechnisierten und verarbeiteten Varianten können bei ihrer Herstellung erhebliche Emissionen verursachen. Eine 300 mm dicke Stampflehmwand mit einem Zementanteil von 5 % hat beispielsweise eine Zementstärke von 15 mm, was mehr als 100 mm Beton entspricht (der hauptsächlich aus Sand und Zuschlagstoffen besteht).
Baubarkeit, Verfügbarkeit und Kosten
Stampflehm ist eine in situ Bauweise. Obwohl sie gut baubar ist, erfordert die Stampflehmschalung eine gute Baustellen- und Logistikplanung, damit andere Gewerke im Bauprogramm nicht beeinträchtigt werden. Dienstleistungen sollten im Voraus gut geplant werden, um Schwierigkeiten zu minimieren. Nachdem die Wände eingerammt sind, können Leitungen und Rohre wie bei anderen Mauerwerksbauten verlegt werden, was jedoch Auswirkungen auf die Oberflächengestaltung haben kann.
Die Grundmaterialien für die Herstellung von Stampflehm sind in ganz Australien leicht verfügbar, aber Zement und Schalung müssen möglicherweise über weite Strecken transportiert werden, was die ökologischen und wirtschaftlichen Kosten erhöht. Das Testen lokaler Zuschlagstoffe und potenzieller Mischungen ist unerlässlich, wenn kein eigenes System verwendet wird.
Proprietäre Ansätze für Stampflehm helfen, Konsistenz und vorhersehbare Leistung zu garantieren, haben aber ihren Preis. Die Kosten für ein professionelles Stampflehmbauwerk sind vergleichbar mit anderen konventionellen Mauerwerken guter Qualität, können aber mehr als doppelt so teuer sein wie eine verputzte 200 mm breite Porenbetonwand (siehe Autoklavierter Porenbeton).
Stampflehm ist vor allem in Westaustralien gut etabliert und damit eine wirtschaftliche Option in diesem Staat. In den meisten Bundesstaaten gibt es erfahrene Bauherren, die das Potenzial und die Grenzen der Stampflehmwand kennen, aber da sie außerhalb von Westaustralien kein gängiges Baumaterial ist, spiegelt sich ihre relative Seltenheit und Spezialisierung in den relativ hohen Kosten wider. Es erfordert in der Regel ein hohes Maß an Kontrolle über die Materialbeschaffung und -dosierung sowie teure Schalungen. Ein Schlüsselelement zur Kostenkontrolle ist es, Wände als einfache Paneele zu entwerfen und unnötige Komplexität zu vermeiden. Traditionelle Stampflehmwände mit menschlicher Kraft und einfacher Holzschalung können kostengünstig (und energiearm) sein, sind aber selten eine realistische Option.
Es gibt gute Netzwerke in Australien, einschließlich einer breit angelegten nationalen Organisation, der Earth Building Association of Australia (EBAA), die eine gemeinnützige Organisation ist, die „gegründet wurde, um die Verwendung von ungebrannter Erde als Baumedium in ganz Australien zu fördern“.
Typischer Hausbau
Bauprozess
Stabilisierte Stampflehm wird durch Verdichtung einer Mischung aus Kies, Sand, Schluff, Ton (und oft Zement) zwischen Schalungen in einer Reihe von etwa 100 mm dicken Schichten hergestellt. Der traditionelle Stampflehm war genau das und wurde oft auf dem gleichen Gelände wie das Gebäude, für das er bestimmt war, ausgegraben. Die Materialien für modernen stabilisierten Stampflehm kommen jedoch hauptsächlich aus Steinbrüchen.
Der moderne Prozess der Herstellung von stabilisiertem Stampflehm ist sowohl arbeitsintensiv als auch hoch mechanisch und erfordert den Einsatz von angetriebenen Rammen.
Foto: Paul Downton
Die Erde wird gestampft.
Typische Details
Jede Tragwerksplanung sollte von einer kompetenten Person erstellt werden und kann die Vorbereitung oder Überprüfung durch einen qualifizierten Ingenieur erfordern. Qualifizierte Fachleute, Architekten und Designer bringen jahrelange Erfahrung und Zugang zu geistigem Eigentum mit und können Hausbauern Zeit und Geld sparen sowie helfen, die Umweltverträglichkeit zu gewährleisten. Alle Mauerwerkskonstruktionen müssen der australischen Bauordnung und den australischen Normen entsprechen. So müssen zum Beispiel alle Mauerwerkswände in bestimmten Abständen Bewegungs-/Dehnungsfugen aufweisen.
Fundamente
Abhängig von den Bodenverhältnissen werden in der Regel herkömmliche Betonplatten- oder Streifenfundamente verwendet.
Rahmen und Verbundträger
Komplexe, aufwändigere Konstruktionen können Verstärkungen oder Rahmen erfordern, die mit der Tragfähigkeit von Stampflehm zusammenarbeiten.
Tragende Wände
Stampflehm hat eine gute bis sehr gute Druckfestigkeit und es ist üblich, Stampflehm zu einer tragenden Konstruktion zu machen.
Die Stampflehmwände zeigen.
Schalung
Sperrholz und Stahlbleche werden für die Schalung verwendet, die oberflächlich gesehen der Schalung für Ortbeton ähnelt, aber ihre eigenen spezifischen Anforderungen hat.
Bei der Errichtung sind Abstützungen und temporäre Abspannungen erforderlich, die sich auf andere Arbeiten auf der Baustelle auswirken können, wenn die Struktur andere Elemente als nur Stampflehm umfasst. Die Wände werden in Abschnitten gebaut und der Anstieg der einzelnen Schalungsebenen ist oft in der endgültigen Ausführung sichtbar. Während die Wand steigt, ist es möglich, die unteren Teile der Schalung zu entfernen, vorausgesetzt, die Wand hat sich stark genug gesetzt.
Fugen und Verbindungen
Wände werden in Tafeln von ca. 3,5 m Länge mit flexiblen Fugen gebaut, um die Anforderungen der Bauvorschriften für Mauerwerkskonstruktionen zu erfüllen. Wenn eine Wand aus mehr als einer Platte besteht, wird eine Aussparung in das Ende der ersten Wand eingebaut. Die zweite Wand fügt sich dann in diese Aussparung ein, um die Wände miteinander zu verriegeln und die seitliche Stabilität zu gewährleisten.
Befestigungen
Die meisten konventionellen Mauerwerksbefestigungen funktionieren mit Stampflehmwänden; sie müssen in der Regel etwa doppelt so tief eingebaut werden wie bei Beton.
Öffnungen
Öffnungen können ohne Stürze mit Spannweiten von bis zu 1 m in stabilisierten Wänden hergestellt werden, je nach Festigkeits- und technischen Anforderungen. Spezialschalungen können hergestellt werden, um Merkmale wie Spitzbögen oder runde Fenster zu schaffen, und die Schalung kann oft wiederverwendet werden.
Beschichtungen
Die schalungslose Oberfläche von stabilisierter Stampflehm erfordert im Allgemeinen keine zusätzliche Beschichtung. Eine klare wasserabweisende Beschichtung kann in einigen Fällen erforderlich sein, und nicht stabilisierte Stampflehmwände sollten durch Traufen, Überhänge oder Putz geschützt werden, da sie anfälliger für Erosion sind. Die Wände können kurz nach dem Lösen von der Schalung mit einer Drahtbürste gebürstet werden, um die optischen Auswirkungen der Fugen zwischen den Schalungen zu beseitigen und ein Aussehen zu erzielen, das dem eines monolithischen Sandsteins näher kommt. Die Auswahl der Zutaten für Stampflehm beeinflusst ebenfalls das endgültige Aussehen.
Referenzen und weiterführende Literatur
Australian Institute of Architects (AIA). 2010. Environment design guide. Melbourne.
Earth Building Association of Australia. 2012. www.ebaa.asn.au
Easton, D. 2007. The rammed earth house. Chelsea Green, White River Junction, VT.
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Minke, G. 2009. Bauen mit Erde: Entwurf und Technik einer nachhaltigen Architektur. Birkhäuser Architektur, Basel.
Rael, R. 2008. Earth architecture. Princeton Architectural Press, NY, NY.
Rael, R. 2012. Earth architecture – Australia & New Zealand.
Simmons, G and Gray, A (eds). 1996. The earth builder’s handbook. Earth Garden Books, Trentham, Vic.
Autor
Paul Downton, 2013
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