Schalung (Beton)

Die Schalung ist die Gussform, in die Frischbeton zur Herstellung von Betonbauteilen eingebracht wird. Nach dem Erhärten des Betons wird sie im Regelfall entfernt. Die Schalung ist das entsprechende Negativ zum Betonbauteil. Die Geometrie der Schalung wird im Schalplan, die Konstruktion im Schalungsplan dargestellt. Dabei hat Schalung als solches entsprechend DIN EN 12812 ausschließlich formgebenden Charakter. Tragende Elemente auch bei industriell vorgefertigten Teilen sind im Sinne der Norm Traggerüste. Durch den Begriff Schalung werden nur flächige Verkleidungen der tragenden Konstruktion (Traggerüst) erfasst.

Schalungen müssen die Anforderungen an Formgebung, Oberflächenbeschaffenheit, Ebenheit usw. erfüllen. Ihre Unterkonstruktionen (Traggerüst) müssen einerseits standsicher sein, um die Frischbetonlasten (vertikal und horizontal) abtragen zu können und andererseits ausreichend steif, um hohe Maßgenauigkeit und keine unerwünschten Verformungen zu erhalten. Die Oberflächenausbildung des Betonbauteils wird durch die Struktur der Schalhaut bestimmt. Moderne industriell vorgefertigte Bauhilfskonstruktionen bestehen demnach aus Schalung (Schalhaut) und deren Unterkonstruktion (Traggerüst). Das spiegelt sich u. a. darin wider, dass diese Konstruktionen entsprechend dem Technischen Regelwerk zu bemessen sind.

Aufwendige Schalung und Abstützung einer Ortbetonkonstruktion

Montage von Schalelementen aus Aluminium für Betonwände und -decken

Systeme

Bei den sogenannten Schalungssystemen handelt es sich um Bauhilfsmittel, die sowohl aus Schalung, als auch aus Traggerüst bestehen. Unter Berücksichtigung des tatsächlich entscheidenden Punktes der Standsicherheit, handelt es sich auch bei den umgangssprachlich bezeichneten Schalungen um Traggerüste, welche die Anforderungen der einschlägigen technischen Regelwerke erfüllen müssen. Gebräuchlich sind unter anderem feste Bauhilfskonstruktionen (Schalungen oder Standschalungen), wie sie z. B. bei Decken, Wänden und Stützen eingesetzt werden. Daneben werden bewegliche Spezialschalungssysteme verwendet, zu denen die Kletter- und Gleitschalungen gehören. Solche benutzt man insbesondere bei der Konstruktion von vertikalen Bauelementen wie z. B. Wänden und Schächten.

Nach dem Einschalen, Bewehren und Betonieren folgt im Regelfall das Ausschalen, sofern keine „verlorene Schalung“ eingesetzt wird. Das Ausschalen erfolgt nach einer bestimmten Zeit (Ausschalfrist), die von der Lage der Schalung, der Temperatur, der Betonsorte und der Belastung abhängt.

So werden die Seitenschalungen beim Betonieren einer Straße nach zirka fünf Minuten weggezogen. Die Stützen unter ausgeschalten Decken müssen dagegen bis zu 28 Tage stehen bleiben (bei Temperaturen unter 5 °C entsprechend länger).

Die Standsicherheit der Konstruktionen ist in jeder Bauphase zu gewährleisten. Daneben sind auch die Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit einzuhalten, wobei insbesondere das Verformungsverhalten zur Einhaltung zulässiger Bautoleranzen von Interesse ist.

Bei der Bemessung dieser Bauhilfskonstruktionen, bestehend aus Schalung und Traggerüst, sind verschiedene Lasteinwirkungen, wie z. B. Eigengewicht, Frischbetondruck, Windlasten und Einwirkungen aus Imperfektion der Konstruktion, zu berücksichtigen (vgl. DIN EN 12812 oder ACI 347-04).

Arten von Schalung

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  Brückenpfeiler mit Bauhilfskonstruktion aus Traggerüst und Schalhaut

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  Tragkonstruktion und Schalhaut eines Brückenpfeilers

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  Stahlrahmenkonstruktion eines Pfahlkopffundamentes

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  Rüstung des Brückenüberbaus

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  Aufgeklappte Brückenüberbauschalung mit Vorschubgerüst

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  Großflächige Stahlrahmen-Rüstung, links mit einem Kunststoff-Schalbelag, rechts mit einem Sperrholz-Schalbelag

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  Gmünder Einhorn-Tunnel, Schalwagen für offene Tunnelbauweise am östlichen Portal

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  Kranabhängige Kletterschalung
  für den Bau von 25 Meter hohen Betonwänden

Wandschalung

Sie besteht aus Holzplatten auf hölzernen Trägern oder Metall- bzw. Kunststoffelementen, welche die Tragkonstruktion, also das Traggerüst bilden. Meistens werden diese als Negativ im Abstand der Dicke der Wand gestellt und gegeneinander mit Schalungsankern verspannt. Man spricht dann von einer zweihäuptigen Wandschalung. Eine einhäuptige Wandschalung kommt zum Einsatz, wenn aus Platzgründen die Bauhilfskonstruktion einer Wandseite nicht eingesetzt werden kann und z. B. gegen einen Baugrubenverbau betoniert wird. In diesem Fall muss der horizontale Frischbetondruck auf die einseitige Tragkonstruktionkonstruktion mit Stützböcken abgetragen werden. Der Frischbetondruck, welcher auf die Rüstung wirkt, ist näherungsweise hydrostatisch. Bei einer Begrenzung der Steiggeschwindigkeit beim Betonieren ist es möglich, den maximalen Betondruck zu begrenzen. Bei dem Verwenden von selbstverdichtendem Beton (SVB, englisch: SCC: „self compacting concrete“) ist immer der volle hydrostatische Druck anzusetzen. Der Betondruck kann bei einer Aluminium-Rahmenkonstruktion (per Hand umsetzbar) bis zu maximal 60 kN/m² und bei einer Stahlrahmen-Konstruktion (Hebezeug erforderlich) etwa 80 kN/m² betragen. Bei manchen kranabhängigen Systemrüstungen ist auch ein höherer Betondruck möglich.

Einhäuptige (einseitige) Schalung

Schema einer einhäuptigen Schalung

Die umgangssprachlich als einhäuptige Schalung (auch ankerlose oder einhüftige Schalung) bezeichnete Konstruktion besteht aus einer schweren Traggerüstkonstruktion, die den gesamten Betondruck aufnehmen muss und der Schalhaut, die die Tragkonstruktion bedeckt. Dieses Konstrukt wird bei der Herstellung von Stahlbetonbauteilen verwendet, die besonders massig oder nur von einer Seite zugänglich sind und damit ein Verspannen von gegenüberliegenden Elementen unmöglich ist.

Im Gegensatz zur zweihäuptigen Schalung werden bei der einhäuptigen Schalung die Rüstungen nur auf einer Seite des Bauteils angebracht. Eine Verankerung durch das Bauteil hindurch, wie bei der zweihäuptigen Schalung üblich, ist damit nicht möglich. Der beim Betonieren auf die Schalung wirkende Frischbetondruck muss über einen Abstützbock (auch A-Bock oder Stützbock genannt), der mit dem Untergrund verankert ist, abgetragen werden. Der Abstützbock besteht aus einer Fachwerkkonstruktion, die die Kräfte aus dem Frischbetondruck abträgt. Die Bodenverankerung ist notwendig, damit der Abstützbock nicht zusammen mit dem Schalelement weggedrückt wird, was ein Versagen der Konstruktion zur Folge hätte. Anzahl und Abstand der Abstützböcke hängen von der Größe des Frischbetondrucks ab. Um ein seitliches Kippen der Abstützböcke zu vermeiden, müssen sie miteinander verschwertet, also verbunden werden.

Beispiele für den Einsatz von einhäuptigen Schalungen sind große Blockfundamente oder Kellerwände, die gegen eine Baugrubenwand betoniert werden. Durch den hohen Zeit- und Arbeitsaufwand sind einhäuptige Schalungen allerdings nicht besonders wirtschaftlich und werden daher nur eingesetzt, wenn es keine Alternative gibt.

Stützenschalung

Stahlbetonstützen werden häufig aus industriell vorgefertigten Rahmenkonstruktionen erstellt. Zum Einsatz kommen Vielzweckelemente, die in einem Rastermaß von z. B. 5 cm geankert werden können. Verbreitet sind auch rund ausgeführte Stützen, deren Schalhaut aus unterschiedlichen Materialien besteht, z. B. aus Stahl oder Pappe verschiedener Durchmesser (in Schrittweiten von 5 cm).

Balkenschalung (Unterzugschalung)

Sie ist ähnlich der Wandschalung, aber nicht so hoch. Sie wird bei der Erstellung von Unterzügen bzw. Überzügen verwendet und wird oft zimmermannsmäßig hergestellt. Für Unterzüge werden im Regelfall Rahmenkonstruktionen verwendet, die nahezu jeder Hersteller vertreibt.

Treppenschalung

Für Treppenschalung passen Systemschalungselemente meistens nicht. Daher werden Treppen oft mit zimmermannsmäßig erstellter Schalung geschalt. Bei größeren Bauprojekten ist jedoch oft der Einsatz von Betonfertigteilen die wirtschaftlichere Lösung.

Gleitschalung

Eine Sonderform ist die Gleitschalung. Mit dieser werden hohe turmartige Bauwerke aus Stahlbeton hergestellt. Das geschieht in einem kontinuierlichen Bauablauf, bestehend aus dem Herstellen von Aussparungen, Öffnungen und der Montage von Einbauteilen, dem Bewehren und dem Betonieren. Der Gleitvorgang der Schalung erfolgt mit Kletterstangen, die in Abständen von zirka 1,80 m bis 2,30 m angeordnet sind und an denen sich die gesamte Schalungskonstruktion hochzieht. Die durch Hydraulik eingesetzte Kraft wird mittels Hubzylinder in 2,5-cm-Hübe umgesetzt. Wichtig ist bei diesem Verfahren, dass der Beton, der während des Gleitens abbindet, am unteren Ende der Schalung eine ausreichende Festigkeit besitzen muss. Die frühe Festigkeit erfordert eine besondere Betonrezeptur, wobei die Lufttemperatur eine wichtige Rolle spielt. Ein äußeres Kennzeichen für das Gleitbauverfahren ist der Herstellungsprozess, der im Gegensatz zur Kletterschalung systembedingt kontinuierlich, im 24-Stunden-Schichtbetrieb ablaufen muss. Die sogenannten Gleit- oder Kletterschalungen sind zwingend hinsichtlich ihrer Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit zu bemessen, weshalb diese den Traggerüsten zuzuordnen sind.

Die entscheidenden Vorteile der Gleitschalung gegenüber Kletterschalungssystemen sind der schnelle Baufortschritt, eine ankerlose, homogene, gleichmäßige Betonoberfläche ohne Stöße, Lunker, Luftporen und der wirtschaftliche Einbau von Beton und Bewehrung. Von Nachteil sind der 24-Stunden-Schichtbetrieb, aufwändige Bewehrungseinbauteile, da die Bewehrung die Schalung nicht kreuzen kann sowie eine eingeschränkte Oberflächenqualität des Betons. Analog dazu wird eine Gleitschalung auch bei sehr langen Betonbauwerken verwendet, zum Beispiel bei Betonstraßen und Betonschutzwänden.

Kletterschalung

Slipform Monobox Bitschnau

Detail Kletterschalung:
Arbeitsbühne, Schalung auf einer Tragkonstruktion

Umgangssprachlich wird eine Kletter-Umsetz-Schalung als Kletterschalung bezeichnet. Allerdings „klettert“ nicht die Schalung sondern das Gerüst, auf dem die Schalung befestigt ist. Zu unterscheiden ist zwischen kranabhängiger und kranunabhängiger Kletter-Umsetz-Schalung. Die kranunabhängige Kletter-Umsetz-Schalung wird als Selbstkletterschalung bezeichnet. Durch Hubvorrichtungen wird das Gerüst an Kletterschienen in den nächsten Betonierabschnitt versetzt. Es ist heute auch möglich, dass die Schalung und die Gerüste eines gesamten Geschosses, also die „gesamte Baustelle“, in einem Vorgang nach oben in den nächsten Betonierabschnitt versetzt wird. Bei den kranabhängigen Kletter-Umsetz-Schalungen unterscheidet man noch zwischen geführter und ungeführter Kletter-Umsetz-Schalung. Geführt bedeutet, dass das Gerüst, auf dem die Schalung befestigt ist, an Führungsschienen mittels Kran nach oben gezogen wird. Eine ungeführte Kletter-Umsetz-Schalung wird komplett vom Bauwerk getrennt und im nächsten Betonierabschnitt mittels Kran eingehängt. Vorteil der geführten Kletter-Umsetz-Schalung ist die sichere Umsetzbarkeit auch bei Wind. Im Gegensatz zur Gleitschalung ist die Oberflächenqualität planbar, das heißt, der Bauherr kann eine bestimmte Oberflächengüte fordern. Ist ein schneller Baufortschritt gefordert und spielt die Oberflächenqualität keine Rolle, so ist allerdings die Gleitschalung vorzuziehen, da bei der Gleitschalung rund um die Uhr gearbeitet wird.

Verlorene Schalung

Eine „Verlorene Schalung“ ist eine Schalung, die nach dem Betonieren und Aushärten des Betons nicht entfernt werden kann oder nicht entfernt wird. Verlorene Schalung kann so Schalungsarbeiten in einigen Bereichen, z. B. bei Fundamenten, rationalisieren, weil diese nicht demontiert und gereinigt werden muss. Auch Transportkosten von der Baustelle entfallen. Wenn darüber hinaus verlorene Schalung gleichzeitig Bauteildämmung ist, lässt sich zusätzlich Geld sparen.

„Verlorene Schalung“ gab es beim Bau schon immer und war eine Bastelarbeit, bis diverse Industriebetriebe sie zum industriell gefertigten Serienprodukt entwickelt haben. Überwiegend wird diese heute als Deckenrandschalung, Ringankerschalung, Unterzugschalung, Sturzkastenschalung, Fundamentschalung und sogar als Bodenplattenschalung im Wohnungs- und Industriebau eingesetzt.

Verlorene Schalung wird auch in Bereichen eingebaut, in denen der Ausbau der Schalung nur mit unvertretbar hohem Aufwand möglich ist (z. B. schwer zugängliche Fundamentbereiche).

Im Brückenbau werden in Deutschland außer bei der Verwendung von Stahlbeton-Halbfertigteilen keine verlorenen Schalungen mehr eingebaut, da sich der Einsatz verlorener Schalung als sehr schadensanfällig erwiesen hat. Diese Schalungen wurden während des Betonierens häufig eingedrückt oder schwammen auf. Heute gilt es im Brückenbau als Standard, dass alle Betonflächen inspizierbar sein müssen. Nur so lassen sich Schäden durch Risse und Korrosion der Bewehrung hinreichend sicher erkennen.

Verlorene Schaumpolystyrol-Schalung

Im Gebäudebau erlebt die verlorene Schalung im Niedrigenergiesektor eine Renaissance. Ein Baukastensystem ermöglicht nach dem Lego-Prinzip den leichten Aufbau der Schalung, die dann mit Beton verfüllt wird. Die Schalung wird nicht zurückgewonnen, sondern bietet nach dem Abbinden einen Sekundärnutzen: Der Schaumkunststoff bietet eine hohe Wärmedämmung und schützt den tragenden Betonkern weitgehend vor eindringender Feuchtigkeit. Problematisch ist die Vermeidung von Hohlräumen beim Gießen, da in jedem Bauelement Außen- und Innenschalung verbunden sind und so viele Hindernisse das gleichmäßige Ausfüllen der Hohlräume erschweren.

Aufblasbare Schalung

Sie dient zum Herstellen kreisrunder Hohlräume. Sie funktioniert wie ein Schlauch, der aufgepumpt wird, außenherum wird dann betoniert. Nach dem Aushärten des Betons wird die Luft aus der Schalung gelassen und die Schalung herausgezogen. Aufgrund ihrer geringen Maßhaltigkeit werden aufblasbare Schalungen heute nicht mehr eingesetzt.

Rahmenschalung

Wandrahmenschalung

Rahmenschalungen sind Schalungssysteme für die Wand, bei denen die Schaltafeln aus werkseitig fest verschweißten Rahmen, in denen ein Schalbelag (Sperrholz oder Kunststoff) befestigt ist, die Basis des Systems bilden. Schaltafeln gibt es mit Stahl- oder Aluminiumrahmen.

Trägerschalung

Die Trägerschalung ist ein Bauhilfsmittel, das ingenieurmäßig entworfen und bemessen wird und in diesem Sinne den Traggerüsten zugeordnet werden muss. Der Begriff Schalung ist in diesem Zusammenhang irreführend, da hier ausschließlich die Schalhaut mit ihrer formgebenden Funktion Schalung ist. Der Rest der Konstruktion ist Traggerüst. Dieses Bauhilfsmittel wird für die Herstellung von Wänden, Stützen oder Decken eingesetzt. Sie besteht meistens aus hölzernen Trägern, auf denen die Schalhaut befestigt ist. Die Träger sind oft durch senkrecht dazu verlaufende stählerne Gurtungen ausgesteift.

Oberflächen

Trennmittel

Um das einwandfreie Lösen der Schalhaut von der Betonoberfläche sicherzustellen, wird die Schalung mit Trennmitteln („Schalöl“) vorbehandelt. Die Trennmittel sind meistens Öle, die aufgesprüht werden. Dieses ist besonders bei Sichtbeton notwendig, aber auch bei mehrfachem Einsatz der Schalhaut wichtig.

Sichtbetonschalung

Mit ihr wird Sichtbeton hergestellt. Dementsprechend hat sie eine definierte besondere Anforderung an die Oberfläche (z. B. „glatt“). Um unterschiedliche Färbungen des Betons zu vermeiden, sind bereits benutzte Schalbretter zu verwenden oder die Schalbretter mit Zementmilch vorzustreichen. Bei der Verwendung benutzter Schalbretter ist jedoch darauf zu achten, dass Betonrückstände oder Verletzungen der Schalhaut ausgeschlossen werden, da sich diese sonst abbilden und die Sichtbetonqualität erheblich mindern.

Strukturschalung

Stützmauer, betoniert mit einer Strukturmatrize

Strukturschalung ist eine besondere Art der Sichtbetonschalung zur Herstellung von Strukturbeton. Die Schalung kann im einfachsten Fall aus hölzernen Brettern bestehen, die dann auf der Sichtfläche des Bauwerks ihre Maserung als Abdruck hinterlassen. Anspruchsvollere strukturierte Betonoberflächen jeglicher Art lassen sich auch mit Strukturmatrizen aus Polyurethan erzielen. Einsetzbar sind die Matrizen im Ortbetonbau und im Betonfertigteilwerk. Die Strukturmatrizen werden dabei in der Regel auf eine Vorsatzschalung aufgeklebt. Gleichfalls besteht beim nur einmaligen Betoniereinsatz die Möglichkeit, die Strukturmatrize aus Gründen der Zeitersparnis auf die Vorsatzschalung aufzunageln. Die Schalungsoberflächen der eigentlichen Rahmen- oder Trägerschalungen aus dem gewöhnlichen Ortbetonbau bleiben somit idealerweise unbeschädigt und sind für weitere „konventionelle“ Einsätze uneingeschränkt nutzbar. Ist die Aushärtung des verwendeten Sichtbetons abgeschlossen, erhält man nach dem Ausschalen eine entsprechend strukturierte Betonoberfläche.

Die Qualität der im Sichtbeton nach Fertigstellung dargestellten Strukturdetails unterliegt maßgeblich folgenden Faktoren:

1. der Qualität und der vorgegebenen Einsatzhäufigkeit der Strukturmatrize unter Einhaltung der Arbeits- und Verwendungsanweisung
2. dem sauberen Arbeiten bei der Beschalung mit einer PU-Strukturmatrize (dem Aufkleben, der gleichmäßigen Trennmittel-Aufbringung, der Matrizenreinigung beim Mehrfacheinsatz etc.)
3. der Verwendung von erprobten bzw. bewährten Sichtbeton-Mischungen, die bei Strukturmatrizen herstellerseitig als empfohlen oder geeignet gelten
4. dem witterungsbedingten Beton-Abbindungsverhalten, der Schnelligkeit der Betonverfüllung und der Rüttlungsdauer bzw. Betonentlüftung
5. der Wetterlage beim Betonieren und Aushärten (Trockenheit und gleichbleibend warme Temperaturen ab 18 °C begünstigen ein qualitativ hochwertiges Ergebnis)
6. dem fachmännischen Ausschalen gemäß den genannten Faktoren.

Hersteller von Schalungssystemen

Bekannte Hersteller von Schalungssystemen sind beispielsweise Doka Schalungstechnik, Hünnebeck Deutschland GmbH (ehemals Harsco), MEVA Schalungs-Systeme, NOE-Schaltechnik oder PERI.

Bilder

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  Selbst­kletter­schalung beim Bau des Burj Khalifa, Dubai, Vereinigte Arabische Emirate

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  Kletterschalung (Rügenbrücke)

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  Spannbetonbrücke mit Lehrgerüst komplett in Schalung (A 73 AS Rödental)

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  Links ist eine Flügelwand in eingeschaltem Zustand zu sehen, rechts betoniert und ausgeschalt.

Literatur

• Peter Grupp: Schalungsatlas (Schalungssysteme und Einsatz in der Praxis). Verlag Bau+Technik, Düsseldorf 2009, ISBN 978-3-7640-0484-2.
• Christian Hofstadler: Schalarbeiten Technologische Grundlagen, Sichtbeton, Systemauswahl, Ablaufplanung, Logistik und Kalkulation. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 2008, ISBN 978-3-540-85178-3.
• Wolfgang Malpricht: Schalungsplanung. Ein Lehr- und Übungsbuch. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München 2010, ISBN 978-3-446-42044-1.
• Roland Schmitt: Die Schalungstechnik (Systeme, Einsatz und Logistik). Verlag Ernst & Sohn, Berlin 2001, ISBN 3-433-01346-2.

Weblinks

• Infoline-Schalungen – Online-Lexikon mit Basiswissen, Beispielen, Terminen, Adressen, etc.