D 5 Instandsetzung von feuchte- und salzgeschädigtem Mauerwerk

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1 D 5 Instandsetzung von feuchte- und salzgeschädigtem Mauerwerk Helmut Weber Prof. Dr. rer. nat. Helmut Weber KBB Kompetenzzentrum Bautenschutz & Bausanierung Prof. Dr. H. Weber GmbH Bürgermeister-Müller-Straße 2 a, Ebersberg Jahrgang 1941; Dipl.-Chemiker; Tätigkeit bei Wacker-Chemie GmbH; ab 1976 Ingenieurbüro Bayerische Bautenschutzplanung BAYPLAN; seit 1988 Lehrbeauftragter an der TU München in den Fachgebieten Angewandte Baustoffkunde, Instandsetzungstechnologien, Gebäudeinstandsetzung. Mitbegründer von WTA Wissenschaftlich-technische Arbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege und FBE Forum für Bauwerkserhaltung. Seit 2001 Leiter des KBB Kompetenzzentrums für Bautenschutz und Bausanierung. Bauphysik-Kalender 2008 Herausgegeben von Nabil A. Fouad Copyright 2008 Ernst & Sohn, Berlin ISBN

2 426 D 5 Instandsetzung von feuchte- und salzgeschädigtem Mauerwerk Inhalt 1 Einleitung Schadensverursacher Porosität und Mechanismen der WA Kapillare Hydrophobierung von Baustoffen Sickerwasser und Sickerstrçmung koeffizient w als Wasserdampf Kapillarkondensation Die hygroskopische Bauschädliche Salze Mechanismus der Entstehung feuchteund salzbedingter Schäden Beschreibung der Modellwand Durchfeuchtung der Modellwand Bauzustandsanalyse Probenentnahme Feuchtebilanz Darr-Methode CM-Methode (Calciumcarbid-Methode) Maximale kapillare Kapillarer Durchfeuchtungsgrad (DFG kap ) Maximale (Sättigungsfeuchte) Hygroskopische Feuchtigkeitsaufnahme Durchfeuchtungsgrad hygroskopisch (DFG hyg ) Tauwasserbildung Schadsalzbilanz Objektspezifische Kenndaten Mçgliche Messwertinterpretation Darstellung der Ergebnisse einer Bauzustandsanalyse an einem Objektbeispiel Instandsetzungsverfahren Verfahren der Vertikalabdichtung Verfahren zur nachträglichen horizontalen Abdichtung Mechanische Verfahren der Mauertrennung Mauersägeverfahren Maueraustauschverfahren Unterfangungsverfahren Rammverfahren Injektionsverfahren Wirkprinzipien von Injektionsmitteln Die wichtigsten Injektionsmittel Alkalisilicate Kaliwasserglas Alikalimethylsiliconate Kaliummethylsiliconat Kombinationsprodukte aus Alkalisilicaten und Alkalimethylsiliconaten Siliconmikroemulsions-Konzentrate (SMK-Technologie) Injektionscremes Paraffine Organische Harze Injektionsmçrtel Durchführung einer Injektion Drucklose Injektionsverfahren Druckinjektion Mehrstufeninjektion Objektergebnisse mit der Mehrstufeninjektion Qualitätssichernde Maßnahmen Elektrophysikalische Verfahren Maßnahmen gegen Tauwasser und Hygroskopizität Flankierende Maßnahmen Dränung Sanierputze Zum Wirkprinzip der Sanierputze Die häufigsten Fehler bei der Anwendung von Sanierputzen 468

3 Schadensverursacher Einleitung Alte Gebäude leiden sehr häufig unter den Problemen eines erhçhten Feuchtegehalts und einer objektspezifischen Versalzung. Das hängt damit zusammen, dass es vor 1900 nur regional üblich war, das Grundmauerwerk abzudichten und das aufgehende Mauerwerk durch horizontale Abdichtungen vor der sogenannten aufsteigenden Mauerfeuchtigkeit zu schützen. Erste offensichtlich systematische Abdichtungen findet man z. B. in Leipzig und Hamburg. Angewendet wurden dabei gegossene Steinkohleteer-Abdichtungen (aus der städtischen Kokerei) in Leipzig und teergetränkte Sisalmatten in Hamburg. Heute ist das Thema des feuchte- und salzbelasteten und geschädigten Mauerwerks ein Dauerbrenner. Es wird eben bei fast jeder Gebäudeinstandsetzung akut. Zusätzlich wird man noch mit allen mçglichen obskuren Methoden konfrontiert, das Problem mit Hokuspokus und Zauberei zu lçsen. Da werden Entstrahlungsgeräte, drahtlose Elektroosmose, Antennen, magnetokinetische Verfahren und sonstiger Unsinn angeboten. Es gibt nichts, was es nicht gibt. Deshalb ist es besonders wichtig, mit wissenschaftlicher Analytik und Gründlichkeit die objektspezifische Problemlçsung durch Kombination verschiedener Instandsetzungsschritte zu planen und durchzuführen. Der folgende Beitrag soll ein Wegweiser dazu sein, der meine ca. 35-jährigen Erfahrungen zusammenfasst, die durch Erfolge in der Praxis belegbar und jederzeit nachvollziehbar sind. normal feuchtem Erdreich (Bodenfeuchte) kann ausreichen, dass genügend Feuchtigkeit kapillar aufgenommen wird, um das eigentliche Problem in Gang zu bringen. Durch die gelangen nun allmählich auch Salze in den Baustoff, die sich im Mauerwerk verteilen und in den Verdunstungszonen anreichern. Bei entsprechender Konzentration dieser Salze kçnnen dann andere Mechanismen eine zusätzliche Durchfeuchtung hervorrufen. Im Wesentlichen müssen hier die hygroskopische und die oder Tauwasserbildung angesprochen werden. Bei diesen Mechanismen wird das Wasser zunächst nicht flüssig aufgenommen, sondern als Wasserdampf eingelagert und im Porensystem verflüssigt. Wir müssen also grundsätzlich zwischen einer flüssigen und einer gasfçrmigen aus der Umgebungsluft unterscheiden, wobei die Gewichtung der einzelnen Mechanismen bei jedem Objekt anders einzustufen ist, sodass man also kein prinzipielles, allgemeingültiges Verursacherprinzip festlegen kann. Im Einzelnen sind folgende mechanismen zu unterscheiden (Bild 1): kapillare ohne Druck, durch Sicker-, Hang- oder Schichtenwasser unter Druck, hygroskopische durch den Salzgehalt, 2 Schadensverursacher Wenn das Thema Bauwerkstrockenlegung treffender mit dem Begriff Instandsetzung von feuchte- und salzgeschädigtem Mauerwerk umschrieben wird, sind dabei genau die beiden hauptsächlichen Schadensverursacher genannt, nämlich die Feuchtigkeit und die Salze. Denn nur wenn es gelingt, in den Feuchtehaushalt und in den Salzhaushalt eines Gebäudes vernünftig einzugreifen, kann eine sinnvolle, wirtschaftliche und dauerhafte Problemlçsung erreicht werden. Dabei kann man zunächst feststellen, dass die gesamte Problematik immer mit der Feuchtigkeitsaufnahme der Bauwerke, insbesondere im erdberührten Grundmauerwerksbereich, beginnt. Es handelt sich dort um eine kapillare, die durch Druck (Sickerwasser, Hangwasser) verstärkt werden kann. Bereits die Berührung des nicht abgedichteten Mauerwerks mit in flüssiger Form 1 Regenwasser 2 Sickerwasser 3 aufsteigende Feuchtigkeit als Wasserdampf 4 Kapillarkondensation 5 hygroskopische Feuchtigkeitsaufnahme 6 Bild 1. Die verschiedenen mechanismen

4 428 D 5 Instandsetzung von feuchte- und salzgeschädigtem Mauerwerk durch Kapillarkondensation (Sorption), durch (Tauwasser). 2.1 Porosität und Die in Baustoffen findet grundsätzlich im Porensystem statt. Würde ein Baustoff keine Porosität besitzen, wäre auch keine mçglich. Die Poren besitzen dabei eine unterschiedliche Gestalt, wobei im Einzelnen die in Bild 2 dargestellten Porentypen unterschieden werden kçnnen: A durchgehende Pore B Sackpore C geschlossene Pore D Verzweigung E Verbindung F Flaschenhalspore Bild 2. Schematische Darstellung unterschiedlicher Porenarten Neben dieser geometrischen Unterscheidung der Poren wird auch nach der Porengrçße unterschieden und die Poren werden somit auch nach ihrer Grçße eingeteilt: Mikroporen < 10 7 keine kapillare Leitfähigkeit Kapillarporen > 10 7 kapillare Leitfähigkeit Makroporen > 10 4 kapillarbrechend Die Verteilung der Poren auf die einzelnen Grçßenbereiche ist baustoffspezifisch und wird im Allgemeinen durch die Quecksilberdruckporosimetrie ermittelt. Dabei werden die Poren unter Druck mit Quecksilber gefüllt, wobei die Abhängigkeit vom Porenradius zum Fülldruck für die Klassifizierung der Poren herangezogen wird. Es besteht außerdem ein sehr interessanter Zusammenhang zwischen der Porengrçße und den die Poren mit Wasser füllenden mechanismen. Dieser Zusammenhang kann der Tabelle 1 entnommen werden. Da die Baustoffe nun unterschiedliche Porengrçßenverteilungen haben, ist auch ihre, z. B. durch Kapillarität, sehr unterschiedlich (Bild 3). Auch die aus der Wasserdampfphase orientiert sich natürlich direkt an der Porengrçßenverteilung und ergibt auch vçllig unterschiedliche Eigenschaften für die einzelnen, im Mauerwerksbau angewendeten Baustoffe. Ein letzter wichtiger Begriff ist das Porenvolumen. Unter dem Porenvolumen (PV) versteht man den Anteil der Poren am Gesamtvolumen des Baustoffs. Die Messung des Porenvolumens Bild 3. Zusammenhang zwischen Kapillarität und Porenradius

5 Schadensverursacher 429 Tabelle 1. Zusammenhang zwischen mechanismen und Porengrçße Mikroporen r<10 7 m Kapillarkondensation (Sorption) Kapillarporen r=10 7 bis 10 4 m Kapillarität Hygroskopizität Makroporen r>10 4 m Sickerwasser unter Druck Hygroskopizität Porenradius (m) zwischen F s und F k kann in erster Näherung als der Porenraum beschrieben werden, der bei Injektionen unter Druck zusätzlich erreicht und gefüllt werden kann (Bilder 4 bis 6). geschieht unter Druck, z. B. mittels Quecksilberdruckporosimetrie. Beispiel: PV = 18 V.- % bedeutet 180 l Poren auf 1 mœ Baustoff, d. h. theoretisch die maximale Flüssigkeitsaufnahme beträgt 180 l/mœ. Unter dem scheinbaren Porenvolumen versteht man den Wert, welcher auf kapillarem Weg zugänglich ist (geschlossene Poren und Makroporen sind z. B. auf diesem Weg nicht zugänglich); dieser Wert ist folglich immer niedriger als das tatsächliche Porenvolumen. Beschrieben werden kçnnen das Porenvolumen und das scheinbare Porenvolumen auch durch die Grçßen Wasserkapazität und Sättigungsfeuchtigkeit. Diese sind folgendermaßen definiert: Wasserkapazität F k (mœ/mœ) F k entspricht dem Feuchtigkeitsgehalt, der sich bei kapillarer in der durchfeuchteten Zone einstellt (vgl. scheinbares Porenvolumen). Bild 4. Unterschiedliche Porosität von Baustoffen: Bims Bild 5. Unterschiedliche Porosität von Baustoffen: Sandstein Sättigungsfeuchte F s (mœ/mœ) F s stellt sich dann ein, wenn alle Poren und Kapillaren gefüllt sind (vgl. Gesamtporenvolumen). Beispiele Baustoff F k F s scheinbares PV Vollziegel Beton Porenbeton 0,19 0,14 0,29 0,29 0,22 0,72 19 % 14 % 29 % Gesamt PV 29 % 22 % 72 % F s ist dabei immer grçßer als F k. Im Grenzfall kçnnen beide gleich groß sein. Der Unterschied Bild 6. Unterschiedliche Porosität von Baustoffen: Marmor