Biegefestigkeit und Bruchlast von keramischen Fliesen sind wichtige technische Produkteigenschaften, die vor allem bei erhöhter Belastung der Belagskonstruktion im Industriebau oder in technischen Produktionsanlagen wichtig sind. Im (privaten) Wohnungsbau spielen beide Werte eine untergeordnete Rolle bzw. sind zu vernachlässigen.
1. Begriffsabgrenzung
1.1. Was ist die Biegefestigkeit bei Fliesen?
Die Biegefestigkeit gibt an, wie viel Widerstand eine Fliese gegen Verformung unter Belastung aufbringen kann.
1.2. Was ist die Bruchfestigkeit/Druckfestigkeit bei Fliesen?
Die Druckfestigkeit oder Bruchfestigkeit von Fliesen gibt an, mit welcher Kraft (Gewicht) diese belastet werden können bis sie ihren Materialzusammenhalt verlieren. Wissenschaftlich wird dies auch als Sprödigkeit bezeichnet.
Angegeben wird diese stets in der Einheit Newton/mm²
Getestet wird diese indem eine Materialprobe in eine Hydraulikpresse eingespannt wird welche schrittweise den Druck auf den Werkstoff erhöht. Die aufgewendetet Kraft bei welcher der Werkstoff zerbricht entspricht der Druckfestigkeit.
1.3. Was ist der Unterschied zwischen Biegefestigkeit und Druckfestigkeit?
Bei der Biegefestigkeit kommt darauf an wie verformbar das Material ist ohne, dass dieses bricht.
Je verformbarer da Material ist ohne Schaden zu nehmen desto höher ist die Biegfestigkeit.
Bei der Druckfestigkeit es um die Härte des Materials.
2. Belastungsarten - statisch und dynamisch
Grundsätzlich definiert man für Bodenbeläge zwei verschiedene Belastungsarten zum eine die statische Belastung durch unbewegliche Gegenstände und zum anderen die dynamische Belastung durch bewegliche Gegenstände.
2.1. Statische Belastung
Statische Belastung wird die Belastung durch einen Gegenstand, ohne Bewegung in der Konstruktion, bezeichnet. So z.b. Gewichtsbelastungen durch fest stehende Maschinen oder Vorratstanks (Brauereien).
Bei statischen Belastungen ist insbesondere die Bruchlast der Fliesen zu berücksichtigen.
Dabei wird auf die Bruchstärke (S) und Biegefestigkeit (R) aus DIN EN 14411, auf Punktlast und Druckfestigkeit (beide nicht genormt) sowie auf die Belastungsgruppen aus DIN EN 1991-1-1+C1 eingegangen.
Dynamische Belastung wird die Belastung durch einen mobilen Gegenstand, wie zum Beispiel Fahrzeuge, bezeichnet. Dazu zählen z.B. auch Gabelstapler oder Hubwagen.
Bei dynamischen Belastungen ist insbesondere die Biegezugfestigkeit wichtig.
Eine Angabe der dynamischen Höchstbelastung in Newton pro mm2 kann abhängig von Format, Dicke und Biegefestigkeit gemacht werden. Fliesen werden, entsprechend der Bruchkraft, in Belastungsgruppen I bis V eingeordnet.
3. Biegefestigkeit und Bruchstärke
Anhand des sogenannten Dreipunkt-Biegeversuch entsprechend ISO 10545-4 werden Bruchstärke (S) und Biegefestigkeit (R) von Fliesen ermittelt. Hierfür wird eine Fliese an zwei Seiten auf Stützen gelegt, wobei die Fliesenkanten 10 mm hinausragen. Anschließend wird die Fliese von oben über die gesamte Breite belastet.
Als Bruchkraft (F) wird das Gewicht bezeichnet, mit dem die Fliese belastet werden kann, bis sie bricht. Dieser Wert wird in Newton (N) angegeben. Je höher die Bruchlast einer kermischen Fliese desto stärker ist diese belastbar.
Die Bruchstärke (S) ist abhängig von der Dicke, nicht jedoch von Länge und Breite, und sagt etwas über die Materialstärke aus. Um diese unabhängig vom Fliesenformat zu ermitteln wird die Bruchlast (F) mit der Stützweite (L) multipliziert und durch die Fliesenbreite (b) geteilt.
S = F x L/b
Die Biegefestigkeit (R) gibt den Grad an, in dem Keramikfliesen (Terrassenplatten, Wandfliesen, Bodenfliesen) in der Lage sind, Widerstand gegen Verformungen unter Belastung zu bieten. Ermittelt wird sie, indem die berechnete Bruchstärke (S) durch das Quadrat der dünnsten Stelle in mm entlang der Bruchlinie (h) geteilt wird, und wird in N/mm2 ausgedrückt.
R = 3 x S(N) / 2 x h2
Des Weiteren ist es möglich sie direkt aus der Bruchkraft (F) zu berechnen. R = (3 x F(N) x L) / 2 x b x h2
L = Entfernung zwischen den Aufliegepunkten in mm, b = Breite in mm, h = Dicke in mm
Die Punktlast bezeichnet eine Belastung, die nur eine kleine Fläche, im Vergleich zum Konstruktionsteil, angreift. Sie ist keine in der europäischen Norm EN 14411 spezifizierte Eigenschaft, jedoch unter anderem ein Faktor zum Bestimmen der Belastbarkeit von Konstruktionen, wie in der europäischen Norm EN 1991-1-1+C1 (Eurocode1) beschrieben.
Als Druckfestigkeit (Kraft geteilt durch die Fläche (Newton/mm2)) wird der Grad bezeichnet, in dem die Fliese Druckkräften Widerstand bieten kann, bis sie ihren Zusammenhalt verliert und auseinanderfällt. Die Druckfestigkeit von Fliesen und Platten ist nicht genormt. Sie liegt bei Steinzeugfliesen bei 300-500 N/mm2.
Die europäische Norm EN 1991-1-1+C1 (Eurocode 1) beschreibt die Mindestanforderungen für die Belastbarkeit von Konstruktionen. Dafür wurden 5 Gruppen definiert und in Anwendungsbereiche unterteilt.
Die folgende Tabelle zeigt die spezifische minimale Belastung pro Quadratmeter (qk) sowie die minimale Punktlast (Qk) pro Anwendungsbereich.
7. Bewertung der Parameter Biegezugfestigkeit und Bruchlast in der Gesamtbelagkontruktion
In der Gesamtbelagskonstuktion hat insbesondere die Feinsteinzeugfliese eine deutlich höhere Druckfestigkeit / Biegzugfestigkeit, als der zur Verlegung verwendete Fliesenkleber sowie die darunter befindliche Betonkonstruktion.
Die Typische Blagkonstrunktion setzt sich zusammen aus Fliesenbelag, Fliesenkleber und Estrichbeton. Diese drei Kontrustruktionsschichten weisen hierbei folgende handelsübliche Druckfestigkeiten auf:
Flexkleber: 5,5 N/mm²
Betonestrich: 35 N/mm²
Feinsteinzeugfliese 8 mm: 350 N/mm²
Schwachpunkt einer Belagskonstruktion ist somit vor allem der Fliesenkleber. Erfolgt dann zusätzlich eine nicht 100% fachgerechte, insbesondere hohlraumfreie Verlegung sind die besten Werte des keramischen Oberbelages obsolet, was sich in folgenden Schadensbildern äußern kann:
- Rißbildung in einzelnen Fliesen
- Herauslösen einzelner Fliesen aus der Gesamtfläche
1. Begriffsabgrenzung
1.1. Was ist die Biegefestigkeit bei Fliesen?
1.2. Was ist die Bruchfestigkeit / Druckfestigkeit bei Fliesen?
1.3. Was ist der Unterschied zwischen Biegefestigkeit und Druckfestigkeit?
2. Belastungsarten - statisch und dynamisch
2.1. Statische Belastung
2.2. Dynamische Belastung
3. Bruchstärke und Biegefestigkeit
4. Punktlast
5. Druckfestigkeit
6. Belastungsgruppen
7. Bewertung der Parameter Biegezugfestigkeit und Bruchlast in der Gesamtkonstruktion
8. Fazit
Biegefestigkeit und Bruchfestigkeit von Fliesen
Biegezugfestigkeit und Bruchlast von keramischen Fliesen sind nur bei sehr hohen statischen oder dynamischen Belastungen ein relevanter Faktor bei der Materialauswahl.
Die unter dem Fliesenbelag befindliche Konstruktion aus Fliesenkeber, Beton oder gar zusätzlichen Bauteilen wie Entkopplungsmatten, Fußbobodenheizungen etc. sind bei der Gesamtbelagskonstuktion als mögliche Schwachstellen zu berücksichtigen.
Ein Beitrag von Christian Glantz
Christian Glantz ist Diplom Betriebswirt (FH), Inhaber und Gründer von Fliesen24, Deutschlands erstem Fliesen Online Shop gelaunched im Jahr 2004. Er beschäftigt sich seit 1996 mit den Themen Fliesen und Baukeramik und ist ausgewiesener Branchenexperte. Durch langjährige Kontakte und Kooperationen mit den weltweit führenden Fliesenherstellern und dem regelmäßigen Besuch der Fliesenleitmessen ist er stets am Puls der Zeit.
Als Fliesen Experte und Online-Marketing-Enthusiast schreibt er Fachartikel für Fliesen24 und andere Publikationen.