Zur Verklebung von Wärmedämmverbundsystemen auf Beplankungswerkstoffen des Holzrahmenbaus

Transkript

1

2

3 Zur Verklebung von Wärmedämmverbundsystemen auf Beplankungswerkstoffen des Holzrahmenbaus von Jörg Röder aus Immert der Fakultät VI der Technischen Universität Berlin zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ingenieurwissenschaften - Dr.-Ing. - genehmigte Dissertation Gutachter: em. Univ.-Prof. Dr. rer. nat. E. Cziesielski em. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. E.h. K. Dierks Univ.-Prof. Dr.-Ing. B. Hillemeier Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 3. November 2006 Berlin 2007 D83

4 Formelzeichen und Abkürzungen XIII 1 Problemstellung und Stand der Technik Einführung und Problemstellung Stand der Technik und der Wissenschaft Stand der Technik Stand der wissenschaftlichen Forschung Ziel der Arbeit Konstruktion von Holzrahmenbauwänden mit WDVS Der Holzhausbau in Deutschland Außenwandkonstruktionen im Holzrahmenbau Beplankungswerkstoffe für die Untersuchungen Erläuterungen zur Auswahl der Beplankungen Eigenschaften und Zusammensetzung der Beplankungen Klebemörtel für die Untersuchungen Erläuterungen zur Auswahl der Klebemörtel Eigenschaften und Zusammensetzung der Klebemörtel Beanspruchungen der Verklebung zwischen Beplankung und WDVS Statische Beanspruchungen der Verklebung Eigengewicht des WDVS Windbeanspruchungen des WDVS Dynamische Beanspruchungen der Verklebung Beanspruchung der Verklebung während der Aushärtung Klimatische Beanspruchungen der Verklebung Thermische Beanspruchungen der Verklebung Hygrische Beanspruchungen der Verklebung Klimabedingte Untersuchungen der Verbundzone Zum Phänomen der Adhäsion Definition der wichtigsten Begriffe zur Adhäsion Zur Benetzung von Oberflächen Die Young-Gleichung zur Beschreibung der Benetzung Ermittlung der Oberflächenenergie nach Zisman Ableitung der Adhäsionsarbeit anhand der Dupré-Gleichung Ableitung der Kohäsionsarbeit IX

5 4.2.5 Zusammenhang zwischen Benetzung und Adhäsionsarbeit Ermittlung der Oberflächenenergie nach Owens und Wendt Benetzungsprognose mit Hilfe der Wetting Envelope Benetzung abhängig von den Klebstoff- und Oberflächeneigenschaften Erkenntnisse aus der Benetzung Adhäsionsmechanismen Phänomene der mechanischen Adhäsion Phänomene der physikalischen Adhäsion Wasserstoffbrückenbindung Van der Waalssche Bindungen Erkenntnisse Phänomene der chemischen Adhäsion Atombindung Ionenbindung Metallische Bindung Erkenntnisse Zusammenfassung Zur Adhäsion Klebemörtel Beplankung Kenngrößen zur Beschreibung des Verbundes Klebemörtel Beplankung Zur Durchführung der Haftzug- und Zugfestigkeitsuntersuchungen Klebemörtel Trägerplatten bzw. Beplankungen Haftzugfestigkeitsuntersuchungen Zugfestigkeitsuntersuchungen Prüfmaschine Zur Benetzung Methoden zur Kontaktwinkelmessung Beplankungswerkstoffe und Klebemörtel Durchführung der Kontaktwinkelmessungen Kontaktwinkel auf den Beplankungen und Klebemörteln Benetzungsprognose Vergleich von Adhäsions- und Haftzugarbeit Erkenntnisse aus der Betrachtung der Benetzung Zur mechanischen Adhäsion Wirkungsweise Oberflächenstruktur der Beplankungswerkstoffe Kontaktzone zwischen Klebemörtel und Beplankungswerkstoff Oberflächenporosität der Beplankungswerkstoffe Korrelation von Haftzugfestigkeit und Oberflächenbeschaffenheit Zur physikalischen Adhäsion Physikalische Adhäsion durch permanente polare Gruppen Physikalische Adhäsion durch fluktuierende polare Gruppen Adsorption der Kunststoffbestandteile am Fügeteil Haftzugfestigkeit durch physikalische Adhäsion Beurteilung der physikalischen Adhäsion X

6 5.6 Zur Veränderung der Oberfläche Mechanismen in der Verbundzone Verformbarkeit der Klebemörtel Ermittlung der relevanten Oberflächentopografien und -profile Oberflächentopografien aus der dynamischen Streifenprojektion Oberflächenprofile aus dem Tastschnittverfahren Korrelation zwischen Haftzugfestigkeit und Profiländerung Ableitung von Beurteilungskriterien Auswertungen Zusammenfassung Zur hygrothermischen Beanspruchung Temperatur-Beanspruchungen während der Aushärtung Temperatur-Beanspruchungen nach der Aushärtung Hygrische Verformungen der Klebemörtel und Beplankungswerkstoffe Bauteilversuche mit künstlichen Bewitterungen Feuchte-Wechsel-Beanspruchungen Wasserlagerung Verwölbungen des Werkstoffverbundes Auswertung zu den hygrothermischen Beanspruchungen Zur mechanischen Beanspruchung Statische Beanspruchungen der Verklebung Dynamische Beanspruchungen der Verklebung Zur Auswirkung chemischer Wechselwirkungen Zur Beeinflussung der Adhäsion durch Holzzucker Zur Verseifung der Kunstharzanteile von Holzwerkstoffplatten Sulfattreiben bei Gipsfaserplatten und zementhaltigen Klebemörteln Zur Alterung der Klebemörtel Zusammenfassung und Empfehlungen für die Ausführung Zur grundlegenden Betrachtung der Adhäsion Zur Auswirkung äußerer Beanspruchungen Chemische Wechselwirkungen und Alterung Schlussfolgerungen und Empfehlungen Ausblick Literaturverzeichnis 231 A Ergebnisse der Kontaktwinkelmessungen 239 B Ergebnisse der Porosimetriemessungen 243 C Adhäsion nach Aushärtung bei 20 C und 65% relativer Luftfeuchte 245 D Auswertung der Oberflächenprofile 251 XI

7 E Einfluss hygrothermischer Beanspruchungen 253 E.1 Aushärtung bei verschiedenen Klimabedingungen E.2 Frost-Warm-Wechsel-Lagerung E.3 Feuchte-Wechsel-Lagerung XII