Sichtbeton beim Bau der Richard Rother Realschule in Kitzingen

Sichtbeton beim Bau der Richard
Rother Realschule in Kitzingen
Einsatz von Portlandkompositzement CEM II/B-M (S-LL)
32,5 R-AZ
Von Thomas Bose, Nürnberg, und Wolfgang Hemrich, Karlstadt
1 Einleitung
Die Entwicklung und der Einsatz von
Portlandkompositzementen CEM II-M
führt zu einem geringeren Klinker­
anteil im Zement und damit zu einer
Reduzierung von CO2-Emissionen bei
der Zementherstellung. Neben dieser
ökologischen Zielsetzung wird damit
auch eine Angleichung an die in den
europäischen Ländern bereits eingeführten und in großem Umfang verwendeten Portlandkompositzemente
vollzogen.
Der Trend zu Portlandkompositzemen­
ten wurde in Deutschland durch die
Einführung der neuen europäischen
Zementnorm DIN EN 197-1 [1] zusätzlich beschleunigt. In ihr sind 27
verschiedene Zementarten aufgeführt. Neben Portlandzementklinker
können als weitere Hauptbestandteile Hüttensand, Puzzolane, Flugasche,
gebrannter Schiefer, Kalkstein und
Silikastaub eingesetzt werden.
steinmehl oder Flugasche als weitere
Hauptbestandteile enthalten, eine
zunehmende baupraktische Bedeutung erlangt.
In den letzten Jahren wurden bereits umfangreiche Untersuchungen
zur Dauerhaftigkeit von Betonen mit
Portlandkompositzementen durchgeführt [2, 3]. Die Untersuchungen
zeigen, dass diese Zemente im Beton
vergleichbar gute Dauerhaftigkeitseigenschaften wie die bisher eingesetzten Normzemente aufweisen.
2 Normensituation für
CEM II-M-Zemente
CEM II-M-Zemente sind zwar in
DIN EN 197-1 genormt und somit zur Herstellung allgemein zugelassen, jedoch unterliegen sie be-
züglich ihrer Verwendung bei der
Herstellung von Beton für die verschiedenen Expositionsklassen nach
DIN EN 206-1 [4] und DIN 1045-2
[5] aufgrund bislang nur geringer
Praxiserfahrungen z.T. erheblichen
Einschränkungen. Für die überwiegende Mehrzahl dieser Zemente ist
daher gegenwärtig noch eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung
erforderlich.
Verschiedene Zementhersteller haben deshalb durch umfangreiche
Prüfungen den Nachweis der Dauerhaftigkeit dieser Zemente erbracht
und eine allgemeine Anwendungszulassung (AZ) beim Deutschen Institut für Bautechnik erwirkt. Mit
dieser Anwendungszulassung dürfen diese Portlandkompositzemente
für alle Expositionsklassen uneingeschränkt eingesetzt werden. Lediglich beim Einsatz für Bauwerke nach
ZTV-ING [6] ist die Zustimmung des
Auftraggebers einzuholen.
3 Herstellung des Sichtbetons
mit CEM II/B-M (S-LL)
32,5 R-AZ
Der Landkreis Kitzingen baute
2005/2006 in der Stadt Kitzingen
einen Schulneubau mit einem Brutto­
Mit diesen Zementen hergestellte
Betone müssen in etwa vergleichbare
Frisch- und Festbetoneigenschaften
aufweisen wie Betone mit den bisher
überwiegend eingesetzten Portlandzementen. Die Forderung nach gut
verarbeitbaren Betonen ohne Entmischungsneigung muss ebenfalls erfüllt werden.
In Deutschland haben vor allem Port­
landkompositzemente, die neben
Klinker auch Hüttensand und Kalk-
Bild 1: Richard Rother Realschule in Kitzingen
Beton-Informationen 6 · 2006
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Bild 2: Unterrichtsraum in
den Seitenflügeln
rauminhalt von 35.000 m³. Das
Schulgebäude wurde als bügelförmiger Bau mit Ausrichtung zum
Main errichtet (Bild 1). Dabei schließen sich an das eigentliche Hauptgebäude die beiden Flügel mit den
Unterrichtsräumen (Bild 2) an.
le wurde ebenfalls mit CEM II/B-M
(S-LL) 32,5 R hergestellt (s. Abschnitt 3.3) und mit einer Konsistenz
F4/F5 eingebaut (Bild 4). Die Bodenplatte wurde also mit der gleichen
Betonzusammensetzung wie für die
Wände betoniert. Diese Entscheidung beruhte auf der Forderung des
Bauherrn, die Oberfläche mit einer
für eine Beschichtung ausreichenden
Ebenheit herzustellen, da auf einen
Estrich verzichtet werden sollte. Die
dadurch und durch den günstigeren Einbau erzielten Einsparungen
glichen die durch die höherwertige
Betonzusammensetzung bedingten
Mehrkosten aus.
3.1 Bodenplatte
Die Gebäudelasten werden größten­
teils über eine etwa 60 cm dicke
Stahlbetonplatte (Bild 3) auf einem
30 cm dicken Gründungspolster abgetragen. Der Beton für die Soh-
Nach der Verdichtung mit Innenrüttlern wurde die Oberfläche mit
einer Patsche abgezogen (Bild 5)
und unmittelbar nach Fertigstellung
zum Schutz gegen Austrocknen mit
einer Folie abgedeckt (Bild 6).
Bild 3: 60 cm dicke Sohlplatte
Bild 4: Betonieren der Sohlplatte
Bild 5: Die fertiggestellte Sohlplatte
Bild 6: Nachbehandlung durch Abdeckung mit Folie
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3.2 Baukonstruktion
Das Tragwerk besteht aus einem
Stahlbeton-Schottenbau (Bilder 7
bis 11). Dieser hat gegenüber einem
Skelettbau einen höheren Speichermassenanteil und kann so Temperaturschwankungen besser ausgleichen. Das bedeutete allerdings auch,
dass die Sichtbetonoberflächen des
Rohbaus bereits die fertigen Oberflächen darstellten und entsprechend sorgsam erstellt und während
der anschließenden Ausbauphase
geschützt werden mussten (Bild 12).
Bild 7: Erstellen des Rohbaus in Stahlbeton-Schottenbauweise: Erdgeschoss Hauptgebäude
Bild 8: 1. Obergeschoss Hauptgebäude
Bild 9: 2. Obergeschoss Hauptgebäude
Bild 10: Hauptgebäude entschalt
Bild 11: Linker Seitenflügel
Bild 12: Nachbehandlung und Schutz
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3.3 Ausschreibung der
Sichtbetonarbeiten
3.3.1 Gestaltung
Sichtbeton bedeutet nicht einfach
eine sichtbar belassene Betonfläche,
sondern beim Bauen mit Sichtbeton
handelt es sich um bewusst in Beton
geplante und gebaute Architektur.
Wesentlich dabei ist, neben der planerischen Gestaltung vor allem der
Herstellung der Ansichtsflächen, also der Umsetzung der planerischen
Ideen im Objekt, großes Augenmerk
zu schenken. Dabei sind die betontechnischen und baubetrieblichen
Herausforderungen nicht zu unterschätzen. Denn mangels verbindlicher Regelwerke muss Sichtbeton
eindeutig und wesentlich detaillierter festgelegt werden als Normalbeton.
gangs, von der Schalung und vor
allem auch von der Art und Menge
der eingesetzten Trennmittel.
Bild 13: Treppenhaus I
Die frühzeitige Beratung ist beim
Sichtbeton eine besonders wichtige Aufgabe, denn die Gestaltungsmöglichkeiten mit Sichtbeton sind
hinsichtlich Farbe oder Oberflächenbeschaffenheit vielfältig. Das
gewünschte Ergebnis ist nicht nur
abhängig von den Betonausgangsstoffen, wie z.B. Wahl des Zements
oder der Gesteinskörnung, sondern
auch von der Dauer des Mischvor-
Im Gesamtkonzept der Realschule
sollten die Farben allein durch die
Materialien bestimmt werden. In den
„öffentlichen Bereichen“ wie Treppenhäusern (Bilder 13 und 14) oder
Fluren (Bilder 15 und 16) dominieren Stahl, Glas und Beton – Beton mit bestimmten Eigenschaften
in Farbe, Textur und mit besonderer
Oberflächenqualität: „hell, porenarm und glatt“. Bereits in einem sehr
frühen Planungsstadium wurde dem
Architektenteam verdeut­licht, welche Herstellungsrisiken bei gestalterischen Anforderungen auftreten
können und inwieweit diese durch
die Wahl einer geeigneten Betonzusammensetzung, einer entsprechenden Schalung sowie angemessene Nachbehandlung und Schutz
der Betonoberfläche so gering wie
möglich gehalten werden können.
3.3.2 Leistungsbeschreibung
Die Ansichtsflächen von Sichtbeton sollen gestalterische Funktionen
erfüllen und ein vorausbestimmtes Aussehen haben. Ziel ist es also, die vereinbarte Forderungen an
die Beschaffenheit der Betonflächen
Bild 14: Treppenhaus II
Bild 15: Flur im Hauptgebäude
Bild 16: Flur im Seitenflügel
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zu realisieren und eine bestimmte optische Wirkung zu erreichen.
Die gerade bei Sichtbeton relativ
schwierige Aufgabe des Architekten
liegt darin, seine planerischen Vorstellungen, sein Unikat, zum einen
in eine Ausschreibung und zum anderen anschließend in einen Bauvertrag umzusetzen. Wichtig ist es,
die dabei auftreten Verständnisunterschiede so gering wie möglich zu
halten. Die Leistungsbeschreibung
erfolgte nach dem „veto“-Grundsatz, der da lautet: vollständig, eindeutig, technisch richtig und objektindividuell.
Grundlage für die Sichtbetondefinition war bei der Realschule vertragsgemäß das Merkblatt Sichtbeton [7].
3.3.3 Erprobungsfläche/
Referenzfläche
Dem Architektenteam wurden
Kenntnisse über Eigenschaften und
Verhalten des Frischbetons sowie der
Schalung aufgezeigt. Weiterhin wurden die Einflüsse von Schalung, Betonzusammensetzung, Verarbeitung
und Nachbehandlung des Betons erläutert, ebenso wie der Einfluss von
Witterung während und nach der
Bauzeit und ihre Auswirkungen auf
das Erscheinungsbild von Sichtbetonflächen. Dabei wurde darauf geachtet, die planerische Zuständigkeit nicht zu überschreiten. Ziel war
es, die Qualität positiv zu beeinflussen, ohne die Risiken aus der Herstellung und dem Einbau zu übernehmen. Diese liegen eindeutig im
Verantwortungsbereich der ausführenden Firma.
Gemäß der vom Architekten im Detail definierten Planungsvorstellung
wurde eine Erprobungsfläche (2,0 m
x 3,0 m x 0,25 m) erstellt und nach
Bewertung und Ausfertigung eines
Besichtigungsprotokolls als Referenzfläche (Bilder 17 bis 20) in der
Leistungsbeschreibung zwingend
festgeschrieben. Eine Erprobungsfläche ist die zweckmäßigste Möglichkeit, die Vorstellung des Planers mit
den Möglichkeiten der Ausführung
abzustimmen. Denn es sollte vermieden werden, dass nach Abschluss des
Projekts Planer und Bauherr feststellen: „Irgendwie haben wir uns das
anders vorgestellt ...“.
Bild 17: Bewehren der Erprobungswand
Bild 18: Betonieren der Erprobungswand
Bild 19: Blick in die Schalung
Bild 20: Erprobungsfläche wird Referenzfläche
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3.4 Betonzusammensetzung
Die Unterkellerung des Schulgebäudes musste als „Weiße Wanne“ gemäß Richtlinie des DAfStb [8]
ausgeführt werden, da sich der Bemessungswasserstand oberhalb der
Kellersohle befindet. Für die Wände und Deckenunterseiten wurde die
Sichtbetonklasse 3 (SB 3) nach [7]
gefordert (Tafel 1). Dabei sollten die
fertigen Oberflächen eine möglichst
helle Farbe aufweisen.
Die geforderte Betonfestigkeitsklasse betrug für die meisten Bauteile
C 30/37; als Expositionsklassen für
die Außenwände waren XC4 und
XF1 gefordert (Tafel 2).
Aufgrund seines guten Wasserrückhaltevermögens, seiner hervorra-
genden Verarbeitbarkeit und seiner
hellen Eigenfarbe (Bild 21) wurde
der Einsatz eines CEM II/B-M (S-LL)
32,5 R-AZ für alle Betonsorten gewählt. Der Zement kann entsprechend der Anwendungszulassung
(AZ) des Deutschen Instituts für Bautechnik für alle Expositionsklassen
eingesetzt werden und eignet sich
zudem sehr gut zur Herstellung von
Sichtbeton. Seine Hauptbestandteile sind Portlandzementklinker, Hüttensand (max. 15 M.-%) sowie ein
gesondert ausgewählter Kalkstein
(max. 15 M.-%) mit hoher Reinheit
und Feinheit.
Da im vorliegenden Fall ein sehr
„scharfer“ Sand (Durchgang 0,25 mm
< 5 M.-%) verwendet wurde, musste der Zement durch seine Eigenschaften die fehlenden Feinanteile
des Sands ausgleichen und so das
Bluten des Betons verhindern.
Als Konsistenz des Betons für die
Wände war die Konsistenzklasse
F4/F5 festgelegt. Das Größtkorn
der Gesteinskörnung (Mainkies) betrug 16 mm für Wände und Decken
bzw. für die Wandanschlussmischung
8 mm.
Um Schwankungen in der Einbaukonsistenz zu vermeiden, wurde der
Beton im Transportbetonwerk mit
einem Betonverflüssiger auf Basis
eines Polycarboxylatether (PCE) hergestellt. Durch die vergleichsweise
lange Wirkungsdauer des gewählten
Hochleistungsverflüssigers konnte die
Konsistenz über 120 Minuten in dem
vorgegebenen Bereich gehalten und
ein problemloser Einbau sichergestellt werden (Bild 22).
Tafel 1: Sichtbetonklassen und deren Verknüpfung mit Anforderungen (nach [7])
Sichtbetonklasse
Beispiel
Andorderung an geschalte Sichtbetonflächen
nach Klassen bezüglich
Textur
Porigkeit
s
ns
FarbtonEben- ArErprogleichmäßig- heit beits- bungskeit
und
fläche
Schals
ns
hautfugen
Schalhautklasse
FT1
FT1
E1
AF1
freigestellt
SHK1
Kosten
Sicht- geringen SB 1 Betonflächen mit gebeton Anforderingen gestalterischen
mit
rungen
Anforderungen, z.B.
Kellerwände oder Bereiche mit vorwiegend
gewerblicher Nutzung
T1
normalen SB 2 Betonflächen mit norAnfordemalen gestalterischen
rungen
Anforderungen, z.B.
Treppenhausräume,
Stützwände
T2
P2
P1
FT2
FT2
E1
AF2
empfoh- SHK2
len
mittel
besonSB 3
deren
Anforderungen
T2
P3
P2
FT2
FT2
E2
AF3
dringend SHK2
empfohlen
hoch
SB 4 Betonflächen mit beT3
sonders hoher gestalterischer Bedeutung,
repräsentative Bauteile
im Hochbau
P4
P3
FT2
FT3
E3
AF4
erforder- SHK3
lich
sehr
hoch
Betonflächen mit
hohen gestalterischen
Anforderungen, z.B.
Fassaden im Hochbau
P1
Weitere
Anforderungen
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niedrig
Tafel 2: Zusammensetzung der Betone für die Richard Rother Realschule
Betonfestigkeitsklasse
Expositionsklassen (für Außenwände)
besondere Eigenschaften
Konsistenz
Zementart und Festigkeitsklasse
Zementgehalt z
Wassergehalt
(w/z)eq (k = 0,4)
Sohle, Wände, Decken
Anschlussmischung Wand/Sohle
C 30/37
XC4, XF1
Sichtbeton
F4/F5
C 30/37
XC4, XF1
Sichtbeton
F4/F5
CEM II/B-M (S-LL) 32,5 R-AZ
kg/m3
340
360
kg/m3
178
0,48
188
0,48
Gesteinskörnung
Art und Vorkommen
Sand 0/2 mm
Sand/Kies 2/8 mm
Kies 8/16 mm
Gehalt
kg/m3
kg/m3
kg/m3
kg/m3
Mainsand/-kies
660
351
738
1.749
Mainsand/-kies
910
667
1.577
Zusatzstoff
Art
Gehalt
kg/m3
Steinkohlenflugasche
80
Steinkohlenflugasche
80
Zusatzmittel
Art
Gehalt
% von z
FM (PCE)
0,9
FM (PCE)
0,9
Bild 21: Farbunterschied zwischen Portlandkompositzement
CEM II/B-M (S-LL) und Portlandzement CEM I
3.5 Herstellung der Wände
Als Schalhaut kam auf Wunsch des
Architekten eine nicht saugen­de
(s. „ns“ in Tafel 1), beidseitig mit
1,5 mm Kunststoff beschichtete,
kreuzverleimte Birkenholzplatte in
einer Trägerschalung zum Einsatz
(Bilder 23 und 24). Bei der Anordnung der Schalungsstöße und der
Schalungsanker wurden die Vorga-
Bild 22: Konsistenz des Frischbetons (F4/F5) auf der
Baustelle
ben des Merkblatts „Sichtbeton“ [7],
insbesondere Anhang B bzw. Anhang C, für die entsprechende Sichtbetonklasse als Grundlage herangezogen. Vor jedem Einsatz wurde die
Schalhaut gereinigt und mit einem
lösungsmittelhaltigen Trennmittel
behandelt. Dabei wurde auf einen
gleichmäßigen Auftrag des Trennmittels und ein ausreichendes Ablüften des Lösungsmittels geachtet.
Der Einbau des Betons erfolgte mit
einem Schlauchkübel bzw. bei größeren Betonabschnitten mit einer
Pumpe (Bild 25). Der Beton wurde mit Innenrüttler verdichtet, wobei im Bereich der Wandkrone nach
ca. 20 Minuten nochmals nachverdichtet wurde. Nachbehandlung und
Schutz der Betonwände erfolgte
durch das Abhängen mit Folien, die
jedoch wegen der Gefahr der VerfärBeton-Informationen 6 · 2006
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Bild 23: Mit Kunststoff beschichtete, verleimte Birkenholzplatte als Schalhaut
Bild 24: Wand-Trägerschalung
Bild 25: Betonieren der Sichtbetonwände und Verdichten
mit Innenrüttlern
Bild 26: Nachbehandlung durch Abhängen mit Folie und
bewusstes Fernhalten der Folie von den Sichtbetonflächen
Tafel 3: Druckfestigkeiten des Betons,
entnommen auf der Baustelle
Alter
Bild 27: Einhüllen
der Stützen zur
Nachbehandlung
und zum Schutz
gegen Rostfahnen
bung gezielt von den Sichtbetonflächen ferngehalten wurden (Bild 26).
Die Stützen wurden zur Nachbehandlung und zum Schutz vollständig eingehüllt (Bild 27), damit
mögliche Rostfahnen von der weiterführenden Bewehrung die Betonoberfläche nicht verschmutzen
konnten. Sowohl die für das Ausschalen erforderlichen Festigkeiten
[Tage]
Druckfestigkeit
i.M.
[N/mm2]
2
20
28
43
56
51
in jungen Alter (ß > 15 N/mm²) als
auch die für die Festigkeitsklasse
C30/37 geforderten 28-Tage-Druckfestigkeiten wurden stets sicher erreicht (Tafel 3).
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4 Beurteilung der
Sichtbetonflächen
Die mit CEM II/B-M (S-LL) 32,5 R-AZ
hergestellten Sichtbetonflächen erfüllten sowohl den Gesamteindruck
als auch die entsprechenden Einzelkriterien und Anforderungen von [7]
(Bilder 28 bis 30). Dabei wurden die
Qualitätsmerkmale der Referenzfläche noch deutlich übertroffen.
Bild 28: Sichtbeton­
innenwände
Der Festbeton zeichnete sich durch
eine helle, nahezu porenfreie Oberfläche aus (Bild 31). Schütthöhen
oder ein Ausbluten von Feinanteilen
entlang der Schalhaut waren ebenfalls nicht zu erkennen (Bild 32). Die
Flächen erfüllten die Erwartung aller am Bau Beteiligten (Bilder 33
bis 35).
5 Zusammenfassung
Die Richard Rother Realschule in
Kitzingen wurde sowohl außen als
auch innen vollständig in Sichtbeton
erstellt. Voraussetzung für die Erfüllung der Vorstellungen des Bauherrn
und der Architekten waren intensive
vorbereitende Maßnahmen bezüglich der Herstellung einwandfreier
Sichtbetonflächen, die die Schalhaut, die Betonzusammensetzung,
Nachbehandlung und Schutz der
Betonflächen einschließlich der
Erstellung einer großformatigen
Referenzfläche betrafen.
Für die Herstellung des Transportbetons wurde ein Portlandkompositzement CEM II/B-M (S-LL) 32,5 R-AZ
verwendet, der sich auf Grund seiner
hellen Farbe und seiner guten Verarbeitungseigenschaften für Sichtbeton als besonders geeignet erwiesen
hat. Insbesondere bei Gesteinskörnungen mit ungünstiger feinstoffarmer Sieblinie weist der Portlandkompositzement deutliche Vorteile
im Beton auf, was sich in der Ver-
Bild 29: Die
Schalungsanker …
Bild 30: … sind
auch bei Nahsicht
scharfkantig.
Bild 31: Die Wandscheiben sind
nahezu porenfrei.
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minderung der Blut- und Entmischungsneigung zeigt. Bezüglich
der Festigkeitsentwicklung und der
Dauerhaftigkeitseigenschaften erfüllt der Zement nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand alle Anforderungen.
Aufgrund einer Anwendungszulassung des DIBt ist er für alle Expositionsklassen nach DIN EN 206-1 einsetzbar.
6 Literatur
Bild 32: Klassenzimmerwände im Seitenflügel, ohne erkennbare Schüttlagen oder
Ausbluten von Feinstanteilen
[1] DIN EN 197-1 Zement – Teil 1:
Zusammensetzung, Anforderungen und Konformitätskriterien von Normalzement; Deutsche Fassung EN 197-1:2000 +
A1: 2004.
[2] Ludwig, H.-M.; Rothenbacher,
W.: Entwicklung und Einführung von CEM II/M-Zementen.
beton 55 (2005) Nr. 4, S. 160162.
[3] Müller, Ch.; Lang, E.: Dauerhaftigkeit von Beton mit Portlandkalkstein- und Portlandkompositzement CEM II-M (S-LL).
beton 55 (2005) Nr. 3, S. 131138; Nr. 4, S. 197-202 und
Nr. 5, S. 266-269.
Bild 33: „Schwarzes Brett“ auf Sichtbetonwand
Bauschild
Entwurf und
Tragwerksplanung
röschert Würzburg,
architekten + ingenieure, Würzburg
Bauausführung
Bauunternehmen Schinkel, Kitzingen
Transportbeton
Lenz-Ziegler-Reifenscheid GmbH, Kitzingen
Schalung
Mayer Schaltechnik GmbH, Bergrheinfeld
Betontechnische
Beratung
BetonMarketing Süd GmbH, Ostfildern,
Schwenk Zement KG – Anwendungstechnik, Karlstadt
[4] DIN EN 206-1 Beton – Teil 1:
Festlegung, Eigenschaften,
Herstellung und Konformität
(Juli 2001); Deutsche Fassung
EN 206-1:2000.
[5] DIN 1045-2 Tragwerke aus
Beton, Stahlbeton und Spannbeton – Teil 2: Beton – Festlegung, Eigenschaften, Her­
stellung und Konformität, Juli
2001, Anwendungsregeln zu
DIN EN 206-1.
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Veröffentlichung und Verbreitung ohne Genehmigung des Verlags ist untersagt.
[6] Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten
(ZTV-ING), Mai 2003. Hrsg.:
Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS).
[7] Merkblatt Sichtbeton, Fassung
August 2004. Hrsg.: Deutscher
Beton- und Bautechnik-Verein
E.V. (DBV) und Bundesverband
der Deutschen Zementindustrie
e.V. (BDZ).
[8] Richtlinie Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (WURichtlinie), Ausgabe November
2003. Hrsg.: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb).
Bild 34: Aula im Hauptgebäude
Bild 35: Gesamtansicht nach Fertigstellung
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