MetselwerkWildverband.jpg]] Der Ziegelstein, auch Backstein oder kurz Ziegel (vom lateinischen tegula, eigentlich Dachziegel, zu tegere "decken") ist der älteste künstliche Mauerstein. Es ist ein keramischer Werkstoff: Er wird aus tonhaltigem (fettem) Lehm gebrannt. Im weiteren Sinn werden auch Lehmziegel (Adobe), die durch Trocknen von geformten Lehm gewonnen werden, als Ziegelsteine bezeichnet. Terrakotta wird von einfachem gebranntem Ton häufig nach der Qualität des verwendeten Tons unterschieden. In Architektur- und Kunstgeschichte werden Terrakotten von Ziegelsteinen jedoch nur durch Maß und Form unterschieden. Terrakotten sind dann dekorativ gestaltete Ziegelelemente, die erheblich größer als die traditionellen (Form-)Ziegelsteine sind.
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Die Technik des Brennens von Ton war zwar für Gefäße bereits in der Jungsteinzeit bekannt, aber wurde nicht für Ziegelsteine eingesetzt.
Die ersten Ziegelsteine (Lehmziegel) waren handgeformt und unregelmäßig in der Form. Ziegelsteine mit glatt gestrichener Form sind etwa seit 6.300 v. Chr. aus Mesopotamien bekannt. Dort wurde auch zwischen 5.900 und 5.300 v. Chr. die Verwendung von Formschablonen entwickelt, ab 3.100 bis 2.900 v. Chr. erstmals in großem Umfang gebrannter Ton als Ziegelstein verwendet und die Tecknik des Glasierens entwickelt und perfektioniert. Das Ischtar-Tor ist ein herausragendes Beispiel für den in babylonischer Zeit erreichten Entwicklungsstand der Techniken. Es wurde unter Nebukadnezar II. (604 - 562 v. Chr.) gebaut.
Die umfangreiche Verwendung von gebrannten Ziegeln für Mauerwerk setzt im ersten Jahrhundert v. Chr. ein, ist aber beispielsweise in Rom bis in die Zeit der Regierung des Augustus (27 v. bis 14 n Chr.) überhaupt nicht nachzuweisen. Wohl deshalb nimmt die Beschreibung der Technik des Bauens mit getrockneten und gebrannten bei Vitruv nur geringen Raum ein. Bis 100 n. Chr. ist die Technik bereits durch die Römischen Legionen, die überall Feldziegeleien errichteten, im ganzen Reich verbreitet. Bis in diese Zeit werden Backsteinmauern regelmäßíg verputzt oder verkleidet. Im 2. Jahrhundert wurden Ziegelsteine aber auch als dekorative Oberfläche verwendet und ersetzten Tuffsteine und andere Steine als Verkleidung für die von den Römern erfundenen Betonmauern (lat: opus caementitium). Ende des 2. Jahrhunderts endete die Blütezeit des Backsteinbaus in Rom wieder.
In byzantinischen Reich und in Westrom wurde der Ziegelsteinbau weiterentwickelt. So ist die Hagia Sophia in Konstantinopel (gebaut 532 bis 537 n. Chr.) vollständig aus Ziegelsteinen erbaut. Typisch für den byzantinischen Backsteinbau sind sehr dünne Ziegel und Fugen, deren Dicke die Ziegel teils noch übertrifft. Im Weströmischen Reich finden sich herausragende Beispiele für Backsteinarchitektur wie die Kirche San Vitale insbesondere in Ravenna.
Der Bau der Konstantinsbasilika in Trier ist ein Beispiel für einen großen Backsteinbau im Gebiet des heutigen Deutschlands. Allerdings war diese ursprünglich außen verputzt und innen mit Mamor verkleidet.
Während die Tradition des Backsteinbaus in Italien ungebrochen fortgesetzt wurde, verschwand der Backstein in Nordeuropa mit dem Ende des Römischen Reichs völlig, tauchte aber im 12. Jahrhundert plötzlich wieder auf und verbreitete sich rasant. Die Kathedrale von Roskilde in Dänemark ist ein frühes Beispiel. Die Blütezeit der Dekoration aus Formziegeln war die Backsteingotik, eine deutsche Sonderform der Gotik, die vor allem im Gebiet der Hanse weit verbreitet war. Das prägende Vorbild war die Marienkirche in Lübeck. Aus welchen Gründen die Backsteintecknik im 12. Jahrhundert wieder aufkam ist nicht abschließend geklärt. Jedenfalls spielt auch die mangelnde Verfügbarkeit von Natursteinen eine wichtige Rolle.
Ein Beispiel für Backsteingotik außerhalb Deutschlands ist die Kathedrale von Albi in Frankreich.
Andererseits hatte Backsteinarchitektur mit Sichtmauerwerk in England zwischen 1450 und 1650 eine Blütezeit.
Schließlich ist auch die dritte Chinesische Mauer zu großen Teilen aus Backstein errichtet.
Nach Pressung und Trocknung der Ziegel an der Luft werden die Ziegelformen in einem Meiler aufgeschichtet. Zwischen den Ziegeln wird Kohle (im unten stehenden Bild grau) hinzugefügt. Der Meiler wird abschließend mit Lehm und Ziegeln minderer Qualität abgedeckt. Nach ca. 14 Tagen ist der Brennvorgang abgeschlossen. Anschließend werden die fertig gebrannten Ziegel nach der Qualität sortiert.
Alternativ wurde der Ziegel zu Beginn des Mittelalters auch aus Lehm herausgeschnitten.
Andere Fortschritte gab es beim Brennen zunächst wurde durch die sog. überschlagende Flamme die Temperatur im Meiler gleichmäßiger und damit der Ausschuss oder Anteil minderer Qualität vermindert. Dann ging man zu Öfen mit Dauerbrand über, bei denen in verschiedenen Kammern kontinuierlich gebrannt wurde. Aufwärm- und Abkühlphasen der Öfen entfielen. Heute sind sogenannte Tunnelöfen üblich, bei denen die Ziegel sich während des Brandes auf Wagen durch den Ofen bewegen.
Die Neuerungen der Produktion ermöglichten es, die gewaltigen Bauleistungen der Industrialisierung mit den Fabrikhallen, Arbeitersiedlungen, Mietskasernen und repräsentativen Bürgerhäusern zu meistern. Für eine typische Berliner Mietskaserne benötigte man über eine Million Ziegel, der Bau des Anhalter Bahnhofs in Berlin bestand aus 16 Millionen Ziegel.
Kalksandziegel (oder auch Sandsteinziegel) sind seit 1855 bekannt, wurden aber gegen Ende des 19. Jahrhunderts mit Hilfe von patentierten Herstellungsverfahren in großen Mengen hergestellt. Sie wurden aus scharfkantigem kieselsäurehaltigem Sand gefertigt, der möglichst frei von erdigen Bestandteilen, wie Lehm und Humus sein sollte. Als Kalk kam Fettkalk (Weißkalk), Magerkalk (Graukalk) oder auch hydraulischer Kalk (Schwarzkalk) in Betracht. Das Mischungsverhältnis von Kalk zu Sand betrug etwa 1:6.
Das sogenannte Klosterformat für die in der Backsteingotik verwendeten Handstrichziegel war noch nicht genormt, so dass in jedem Gebäude unterschiedlich große Ziegel verwendet wurden. Fritz Gottlob gibt als Durchschnittsmaße 28 × 15 × 9 cm bis 30 × 14 × 10 cm an, wobei die Höhe in Einzelfällen auch bis zu 12,5 cm betragen kann. Die Fugen waren üblicherweise etwa 1,5 cm dick.
Da die Industrialisierung den weiten Transport von Baumaterialien ermöglichte und die Lieferanten damit austauschbar wurden, führte man 1872 in Deutschland per Gesetz das so genannte alte Reichsformat für Ziegel ein, mit den Abmessungen 25 x 12 x 6,5 cm. Damit konnte man ein Gebäude aus Mauer-Ziegeln verschiedener Herkunft bauen und die Anwendung des neuen Formats wurde bei staatlichen Bauten gefordert. Dieses Ziegelformat wurde 1869 von dem Berliner Baumeister Lämmerhirth vorgeschlagen, wobei ein m³ Mauerwerk inklusive 1 cm Fuge und üblichen Verlusten an den Ecken aus 400 Steinen bestand. Eine Anpassung an das Metrische System war noch nicht gegeben.
Das (neue) Reichsformat mit 24 x 11,5 x 6,3 cm und das etwas dickere Normalformat nahm Bezug auf das metrische System, denn mit dieser Ziegelgrundfläche und 1 cm Mörtelfuge waren die Bauten in 1/8 Meter-Einheiten gerastert - oktametrisches System. Durch die fehlende beziehungsweise zusätzliche Mörtelfuge bei Innen- und Außenmaßen ergibt sich immer eine Differenz um +/- 1cm von 1/8 Meter. Auf dieses Raster wurden später die anderen Gewerke des Hauses, wie zum Beispiel Fenster und Türen abgestimmt und in den Maßen genormt. In anderen Ländern oder bestimmten Regionen waren andere Formate gebräuchlich.
Es gab folgende gebräuchliche Formate (Auswahl):
Die Rohdichte beträgt etwa 1,4 bis 2,0 kg/dm³. Geregelt werden die genauen Formate und die Rohdichten für Deutschland in der DIN 105.
Nach dem Brennen können Backsteine behauen oder beschliffen werden. Beschliffen wurden Backsteine insbesondere um Größenunterschiede und dadurch schmalere Fugen zu erreichen.
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Für gebräuchliche Mauerstärken, abgesehen vom Fachwerk und Trennwänden innerhalb von Wohnungen, war das Ziegelformat in seiner Breite viel zu schmal. Außerdem sind einzelne Ziegel nicht hinreichend tragfähig, so dass Ziegel für tragendes Mauerwerk immer im Verband gemauert wurden und werden.
Man unterscheidet homogenes und inhomogenes Ziegelmauerwerk. Homogenes Mauerwerk besteht nur aus Ziegeln. Das Ziegelmauerwerk des Mittelalters und der frühen Neuzeit war inhomogen und bestand aus zwei vorab gemauerten Schalen und dem Kern, der dazwischen eingebracht wurde. Dieser bestehend aus (z.T. minderwertigen) Ziegel, Ziegelbruch und teilweise auch Findlingen. Die Schalen sind meist im Gotischen Verband gemauert und nur durch wenige Binder mit dem Kern verbunden. Bei alten Bauwerken kann sich daher die Schale vom Kern lösen. Der Grund für diese Bauweise war der unausgereifte Brennvorgang, der wenige gute und viele schlecht gebrannte Ziegel lieferte. Die guten Qualitäten mussten daher an der Außenseite konzentriert werden. Die Ecken wurden im mittelalterlichem Mauerwerk immer aus ganzen (unbehauenen) Steinen gefügt, der Ausgleich zur üblichen Überdeckung um 1/4 Steinlänge erfolgte innerhalb des Verbandes. Erste Anwendungen des Blockverbandes kann man ab dem 16. Jahrhundert nachweisen, der aus abwechselnden Lagen von Bindern und Läufern besteht. Damit entstand ein homogenes Mauerwerk, das durch die gesamte Dicke durchgebunden war. Beim davon abgeleiteten Kreuzverband sind die Läufer zusätzlich versetzt, so dass sich die Schichtenfolge erst nach 4 Lagen wiederholt. Bei gezielter Verwendung unterschiedlich farbiger Ziegel ergibt sich dabei ein Kreuzmuster. An den Ecken werden 3/4-Steine vermauert.
Die Mauerstärken bemaßen sich in ganzen Steinen, gerechnet in Ziegellänge. 1-Stein-Mauerwerk ist zum Beispiel im (neuen) Reichsformat 24cm dick. Für mehrgeschossige Stadthäuser der Gründerzeit war 2,5 bis 3-Stein-Mauerwerk (61,5 bis 74 cm) in Keller und Erdgeschoss üblich, das sich alle ein bis zwei Geschosse um einen halben Stein verjüngte. Gelegentlich wurde der Ziegel auch hochkant vermauert, zum Beispiel bei sehr dünnen nichttragenden Trennwänden. In Griechenland ist diese sehr sparsame Bauweise noch gebräuchlich.
Je nach sichtbarer Abfolge von Läufer und Binder an der Außenseite gibt es verschiedene Arten des Verbandes:
Die Breite der Fuge wird insbesondere durch die Gleichmäßigkeit der Steingrößen bestimmt. In manchen Kulturen wurden Backsteine nach dem Brennen beschliffen, um die Fugen möglichst dünn halten zu können.
Weiter kann das Erscheinungsbild der Fugen durch Beifügung von Steinsplittern oder Nachbearbeitung beeinflusst werden. Schon die Römer trugen nachträglich eine zweite Schicht Mörtel auf und strichen danach die Fugen glatt. Fugen können aber auch vertieft werden um Schatten zu erzielen oder z.B. durch Eindrücken einer Schnur mit Mustern versehen werden.
Als Verblendmauerwerk sind Ziegel vor allem in Norddeutschland immer noch sehr beliebt. Die Baustoffindustrie hat eine breite Palette von Formaten, Tönungen und Oberflächenstrukturen entwickelt, um auf die modischen Wünsche der Bauherren eingehen zu können. Das Spektrum reicht von weiß glasierten bis zu anthrazit durchgefärbten Steinen. Im Gegensatz zu historischen Ziegeln, die durch Verunreinigungen im Ton in der Fläche ein lebendiges Bild ergaben, wirken moderne Wandflächen aus Ziegeln oft steril. Man versucht dies durch farbliches Changieren zu kompensieren.
Alte Backsteine werden inzwischen aus Abbrüchen geborgen und wiederverwendet bei Renovierungen und Neubauten in alter Tradition. Dieses Recycling hat eine sehr lange Tradition und konnte bereits bei Bauten im Zweistromland oder bei römischen Ziegeln beobachtet werden, die in mittelalterlichen Bauwerken zu finden sind.
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