Fugen sind Bewegungsstellen

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1 Fugen sind Bewegungsstellen Die grundlegende Veränderung der modernen Bautechnik in den letzten Jahrzehnten hat mit sich gebracht, dass heute grossdimensionierte Bauteile verschiedenster Baustoffe kombiniert werden. Grössere Elemente bewegen sich bei wechselnden äusseren Bedingungen relativ stark. Die Fugendichtungsmasse muss diese Bewegungen mitmachen können. Ihre Dichtungsfunktion behält sie nur, wenn sie intakt bleibt und die Haftung an den Fugenflanken gewährleistet ist. Fugen sind also Bewegungsstellen. In der Regel unterscheidet man: 1 Fugen zwischen homogenen Elementen 2 Fugen zwischen heterogenen Elementen 2a Zu diesen Fugen gehören auch Fugen zwischen Fensterund Türrahmen und Mauerwerk sowie Fugen im Sanitärund Spenglergewerbe (Anschlussfugen) 3 Fugen, die ganze Gebäude in Abschnitte unterteilen (Dilatationsfugen) 1

2 Dabei können die Bewegungen senkrecht zur Fugenachse (Dehn- und Stauchbewegungen) Voraussetzungen für eine sichere Verfugung Damit Fugen einwandfrei und wirksam abgedichtet werden können, muss man sich zuerst ein Bild über Grösse, Richtung, Häufigkeit und zeitlichen Verlauf der wichtigsten auftretenden Bewegungen machen. Die Bewegungen können dabei in reversible und irreversible Bewegungen eingeteilt werden. oder parallel zur Fugenlängsachse oder senkrecht zur Fugenoberfläche (Scherbewegungen) verlaufen. 2

3 Die reversiblen Bewegungen Bewegungen infolge Temperaturveränderungen Diese Bewegungen sind grössenordnungsmässig die wichtigsten und vielfach auch die allein massgebenden. Sie lassen sich in erster Näherung einfach aus dem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten berechnen. Dabei gilt: L = L a T, wobei L die errechnete Längenänderung, T die auftretende Temperaturdifferenz, L die Anfangslänge und a den linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bedeuten. Als Temperaturdifferenz muss nur die für die Praxis massgebende Temperaturspanne berücksichtigt werden. Beispiel: Nehmen wir an, dass der Dichtstoff zwischen einer oberen Temperatur von 40 C und einer unteren von 5 C verlegt wird und dass die oberste Temperatur, die ein Betonelement aufnimmt, 70 C und die unterste -20 C beträgt, somit kann sowohl für die Dehnung als auch für die Stauchung höchstens eine Temperaturdifferenz von 65 C wirksam werden. Maximale praktische Temperaturspannen unter Berücksichtigung möglicher Verlegungstemperaturen 3

4 Quell- und Trocknungsbewegungen poröser Baustoffe Die Bewegungen entstehen durch die wechselnde Eigenfeuchtigkeit. Die Durchfeuchtung von Beton kann durch Niederschläge, Dampfdiffusion und Dampfkondensation hervorgerufen werden. Nasse Elemente geben beim Trocknen Feuchtigkeit ab. Wasserabweisende Imprägnierungen verhindern hingegen die Durchfeuchtung. Bei den Quell- und Trocknungsbewegungen handelt es sich um reversible Bewegungen, die den thermischen meist entgegengesetzt verlaufen. Die Quell- und Trocknungsbewegungen sind jedoch kleiner als die thermischen Bewegungen. Äussere mechanische Einflüsse Diese Bewegungen beruhen auf verschiedenen mechanischen Einflüssen wie Vibrationen, Lastwechsel, wechselndem Winddruck usw. Der wechselnde Winddruck spielt vor allem im Fenster- und Fassadenbau eine grosse Rolle. Konstruktionsempfehlungen der EMPA stützen sich auf Messwerte aus der Praxis und an Prüfständen. 4

5 Die irreversiblen Bewegungen Der Abbindeschwund Chemisch abbindende Baustoffe, wie z.b. Beton, weisen einen gewissen Abbindeschwund auf. Dieser Schwundvorgang kann sich über längere Zeiträume erstrecken. Dampfhärtung von Betonelementen beschleunigt diesen Vorgang. Zum Zeitpunkt der Abdichtung sollte der irreversible Schwund beendigt sein. Bei Beton PC-300 beträgt der irreversible Schwund ca. 0,04 bis 0,06 mm/m, bei Betonwerksteinen ca. 0,07 bis 0,3 mm/m. Kriechen durch elastisch-plastische Verformung bei Belastungen und Setzungen Diese Bewegungen sind rechnerisch nicht zu erfassen. Solche Bewegungen sollten nach der Verfugung nicht mehr auftreten, da sie zu einer schädlichen Vorspannung im Dichtstoff führen. Lineare Wärmeausdehnungskoeffizienten verschiedener Baustoffe Naturstein Kunststein Zementgebundene Baustoffe Metalle Kunststoffe Zum Vergleich Baustoffe a/ C Ausdehnung bei t = 100 C in mm pro Meter Kalkstein Gips Marmor, je nach Art Klinker Keramische Platten Backstein Kalksandstein Kiesbeton Schlackenbeton Gas-Schaumbeton Zementmörtel Asbestzement Steinholz Aluminium Kupfer Chromnickelstahl Stahl Acrylglas (Plexiglas) Polyamid Hartpolyurethan Hart-PVC Weich-PVC Hartgummi Polypropylen Melaminharz Phenolharz Polyester, glasfaserverstärkt Epoxidharzmörtel Holz längs zur Faser Holz quer zur Faser Glas Quarzglas ,5 11 8, ,5 16, , ,5 x10-6 x10-6 x10-6 x10-6 x10-6 0,85 2,5 0,2-2,0 0,7 0,6 0,5 0,85 1,1 0,85 1,1 1,0-1,3 1,0-1,2 1,7 2,35 1,65 1,1-1,7 1,15 8,0 10, ,0 2,0 7,7 1,6-1,8 4,0-6,0 3,0-5,0 1,0-2,5 2,0 0,7 4,0-5,0 0,8 0,05 5

6 Feuchtigkeitsbedingte Längenänderungen verschiedener Baustoffe Baustoffe Bewegung nicht umkehrbar, Abbindeschwund mm/m Bewegung umkehrbar (reversibel) mm/m Zementgebundene Baustoffe Kiesbeton Gasbeton, dampfgehärtet Zementmörtel Asbestzement, hochgepresst Asbestzement, hochgepresst und dampfgehärtet 0,2-0,8 0,2-0,8 0,5-1,5 0,25 0,50 0,20 1,20 0,50 Kunststoffe Polystyrolschaumstoff Kunststoffschichtplatten 0,40-5 1,00-5 Zum Vergleich Holz längs radial tangential Längenänderung in mm/m je % Wassergehaltsänderung (Bereich 0<w<20 %) 0,05-0,12 1,00-2,4 1,70-4,4 6

7 Fugenformen in der Praxis Fugen zwischen Betonelementen Die Kanten sollen abgefast sein. Bei Waschbeton ist ausserdem eine Fasche vorzusehen. Für die Dimensionierung gibt es Richtwerte (siehe Seite 13). 7

8 Die Haftung des Dichtstoffes am Fugenboden ist durch die Einlage eines Polyäthylen-Streifens oder eines Schaumstoffprofils zu vermeiden. Dasselbe gilt für die Haftung in den Ecken bei Dreiecksfugen. Abgesetzte Fugen Dreieckförmige Anschlussfugen Scherfugen Stossfugen Fensterversiegelung (Beispiel Holzfenster) 8 Vb: Versiegelungsbreite Vt: Versiegelungstiefe Verglasung ohne Vorlegeband mit Spalt zwischen Glas und Rahmen

9 Vorschriften für die Versiegelung von Fenstern Minimale Versiegelungsquerschnitte Länge der grössten Glaskante bis 120 cm cm über 200 cm Mindest-Versiegelungsquerschnitt (Zweiflankenhaftung) Vb x Vt 4 x 4 mm 5 x 5 mm 6 x 5 mm Der Mindest-Versiegelungsquerschnitt ist erforderlich, damit der Dichtstoff ausreichende Bewegungen wie Dehnung und Stauchung durchführen kann, ohne dass er am Glas oder an der Glasleiste abreisst aber auch die auf das Glas wirkenden Kräfte in die Konstruktion abführt. Verglasung von Holzfenstern ohne Vorlegeband Änderungen in der Fertigungstechnik bei Holzfestern lassen bei normalen Festern aus Holz ein Verglasungssystem mit einseitigem oder keinem Vorlegeband zu. Nach den Erkenntnissen des Instituts für Fenstertechnik in D-Rosenheim (Veröffentlichung 9.83) kann dieses System eingesetzt werden, wenn die allgemeinen Anforderungen an den Glasfalz erfüllt sind und die Scheibe nicht eingespannt wird. Auf eine äussere und innere Versiegelung kann nicht verzichtet werden. Die hierfür notwendige Fugenausbildung muss beachtet werden. Weitere Hinweise finden Sie in den aktuellen Normen wie zum Beispiel: Glasnorm 01, herausgegeben vom SIGaB Zürich. Achtung Wenn bei Holz- und Holz-Alu-Fenster Anstrichverträglichkeit verlangt wird, immer mit Gomastit VG30 versiegeln. Die zulässige Gesamtverformung (oder Dauerdehnfähigkeit) ist eines der wichtigsten Merkmale moderner Dichtungsmassen. Sie gibt an, um wieviel % der Fugenbreite eine Dichtungsmasse in der Praxis langfristig deformiert werden darf. Bei den hochwertigen elastischen Dichtungsmassen auf 1-Komponenten- oder 2-Komponenten-Basis (Silikon, MS-Hybrid-Polymer, Polyurethan) beträgt die zulässige Gesamtverformung % der Fugenbreite. Plastische Massen mit elastischen Anteilen (Acryl) sind bis 10 % der Fugenbreite belastbar. Rein plastische Massen besitzen praktisch kein Rückstellvermögen. Ihre zulässige Gesamtverformung beträgt höchstens 3 % der Fugenbreite. Die Unterscheidung zwischen elastisch und plastisch mit elastischen Anteilen sowie plastisch ist nicht absolut scharf und hängt von den jeweiligen Prüfungsbedingungen ab. 9

10 1-Komponenten-Systeme Lufttrocknende Dichtungsmassen (LTD) enthalten einen Anteil Lösungsmittel oder Wasser als Dispersionsmittel, damit sie spritzfähig werden. Dadurch haben diese Massen aber einen entsprechend grossen Schwund. Diese einfach zu verarbeitenden, preiswerten Dichtungsmassen eignen sich eher für die Abdichtung von sehr schwach bewegten Fugen. Nichttrocknende Dichtungsmassen (NTD) ändern ihre Ausgangseigenschaften nicht. Diese Dichtungsmassen auf der Basis von Butyl oder Polyisobutylen-Kautschuk können ungeformt oder profiliert geliefert werden. Sie dienen als Dichtungsmassen im Metall- und im Fensterbau (Fenster niedriger Beanspruchungsgruppen). Feuchtigkeitshärtende Dichtungsmassen (FHD) enthalten den Härter in chemisch inaktiver Form und härten durch eine chemische Reaktion aus. Diese Reaktion wird durch die Luftfeuchtigkeit, die den Härter aktiviert, eingeleitet. Der Aushärtungsvorgang beginnt bei feuchtigkeitshärtenden 1-Komponenten-Dichtungsmassen an der Fugenoberfläche und setzt sich dann im Innern des Dichtstoffes fort. Massgebend für die Aushärtungszeit sind: Vernetzungssystem, Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Fugentiefe. Diese Produkte sind nur in luftdichten Kartuschen, Beuteln (auch Puppen oder Würste genannt) und anderen Behältern wie Kübeln, Hobbocks, Fässern, lagerfähig. 2-Komponenten-Systeme Chemisch vernetzende Dichtungsmassen (CVD) Diese Produkte bestehen aus Grundmasse und Härter. Beide Komponenten werden vor der Verarbeitung mit einem geeigneten Mischgerät gemischt oder aus speziellen 2-K-Kartuschen mit Mischdüse appliziert. Verarbeitungs- und Aushärtungszeiten hängen vom System, von der Aussentemperatur und nicht von der Luftfeuchtigkeit ab. Die Endeigenschaften der Produkte richten sich nach den Grundsubstanzen und den Zuschlagsstoffen. Alle 2-Komponenten-Systeme härten im ganzen Fugenquerschnitt gleichzeitig aus. Der Kern härtet also gleich schnell wie die Oberfläche. 10

11 Dichtstoffsysteme MS-Hybrid Polymerdichtstoffe (silanmodifizierter Polyether) Die Technologie für diese Dichtstoffe wurde in den 70er Jahren in Japan entwickelt. Aufgrund des chemischen Aufbaus zeigen Dichtstoffe auf Basis eines MS- Hybrid Polymers gute Witterungs- und Alterungsbeständigkeit. In der Schweiz werden diese Dichtstoffe 1-komponentig seit Mitte der 80er Jahre produziert. Seit 2001 sind sie auch als 2-K-Systeme erhältlich. Seit der Markteinführung finden diese Dichtstoffe ein immer breiteres Anwendungsgebiet, vor allem im Hochbau, Fensterbau, aber auch im Lüftungs-, Metall- und Fahrzeugbau. Aufgrund der guten Verarbeitbarkeit, der Geruchsfreiheit, des neutralen Härtungssystems und der hervorragenden Haftung erfreuen sie sich immer grösserer Beliebtheit. Einsatz: Stärken: Schwächen: Hochbaufugen, Anschlussfugen, Parkett- und Holzbau, Fensterbau, Baukleber, Folien- und Bandkleber, Bodenfugen gute Verträglichkeit mit Betonsanierungssystemen und Acrylaten geruchsfrei, grosses Haftspektrum, anstrichverträglich anspruchsvoller in der Verarbeitung als herkömmliche Systeme Polyurethandichtstoffe Bereits im Jahr 1937 wurde bei den Farbwerken Bayer Leverkusen das Diisocyanat-Polyadditions-Verfahren entdeckt, das für die gesamte Kunststoff-Chemie von Bedeutung war. Die grosse Variationsbreite in gezielt einzustellenden Eigenschaften gab auch den Anstoss zum Einsatz von Polyurethan-Verbindungen im Dichtstoffsektor. Heute haben Polyurethan-Dichtstoffe, hauptsächlich die 1-K-Systeme, eine grosse Bedeutung für das Baugewerbe und seine Zulieferanten. Je nach Härtungssystem und Rohstoffeinstellung finden diese Dichtstoffe in sehr vielen Bereichen ihre Anwendung. Stärken: Schwächen: günstiger Preis gute Anfangsmechanik Nachhärtung, UV-Beständigkeit oft ungenügend, starker Geruch, Isocyanat-Härtung Acryldispersionsdichtstoffe Die Acrylsäure als Ausgangsbasis für diese Dichtstoffe wurde bereits 1843 zum ersten Mal synthetisiert. Heute gibt es eine grosse Anzahl von Produkten auf dieser Basis. Sie werden eingesetzt als Anstrichsysteme, Oberflächenbeschichtungen, Kunststoffverputze, Kleber und als Fugendichtstoffe, die nach Verdunsten des Wassers bzw. Lösungsmittels zu einer plastischen Masse mit elastischen Anteilen aushärten. Ihr Haupteinsatzgebiet liegt im Malerbereich, da diese Dichtstoffe sehr gut überstreichbar sind. Stärken: Schwächen: günstiger Preis auf feuchten Untergründen anwendbar schlecht geeignet für Wasserbelastung geringe Elastizität und Gesamtverformung, starker Schwund 11

12 Silikondichtstoffe (Polysiloxan) Dem französischen Chemiker J. Ebelmann gelang 1844 die erste siliciumorganische Verbindung. Heute gibt es kaum noch ein Produkt im Alltag, bei dem nicht eine Silikonverbindung zum Einsatz kommt. Der überwiegende Teil der derzeit aus diesen Polymeren zu Dichtstoff verarbeitetem Silikon ist 1-komponentig und vernetzt bei Raumtemperatur durch Luftfeuchtigkeit. Die Einsatzgebiete von Silikon sind genauso vielfältig wie es Härtungssysteme gibt. Silikone werden erfolgreich eingesetzt im Sanitär-, Fenster-, Glas-, Metall- und Fassadenbau. Stärken: Schwächen: sehr gute UV- und Witterungsbeständigkeit gut zu verarbeiten Silikonverschmutzung Silikondichtstoffe sind nach dem heutigen Stand der Technik nicht überstreichbar Polysulfiddichtstoffe (Thiokol) Die ersten Thioplaste stellten 1840 zwei deutsche Chemiker synthetisch her. Im Jahre 1955 kamen erstmalig Dichtstoffe auf Basis von Thiokol im Hochbau zur Anwendung. Dichtstoffe auf Thiokolbasis wurden in der Folge sehr stark im Hochbau eingesetzt, vor allem als 2-Komponenten-Produkte. Produkte auf 1-K- Basis fanden im Hochbau keine hohe Akzeptanz, da die Produkte je nach Luftfeuchtigkeit sehr langsam härteten. Die anderen verarbeitungsfreundlichen Dichtstoffsysteme auf 1-Komponenten-Basis verdrängten Thiokoldichtstoffe im Hochbau immer mehr. Heute benutzt man Dichtstoffe auf Basis von Polysulfid hauptsächlich zur Isolierglasherstellung, im Tankstellenbau, Schiffsbau und Flugzeugbau wegen der geringen Dampfdurchlässigkeit und den guten Eigenschaften gegen Chemikalien. Stärken: Schwächen: gute UV- und Witterungsbeständigkeit gute chemische Beständigkeit starker Geruch schlechte Verarbeitbarkeit nicht anstrichverträglich mit wässrigen Acrylfarben 12

13 I. Ermittlung des Gomastit-Verbrauches (Theoretische Mengen. Die praktischen Mengen sind aufgrund des Abglättverlustes und zu erwartender Unregelmässigkeiten der Fugenbreite um 10 bis 15 % zu erhöhen.) Erläuterung: Die obere Zahl bedeutet jeweils den Verbrauch in ml (1000 ml = 1 Liter). Die eingeklammerten Zahlen stellen die Anzahl benötigter Kartuschen à 310 ml dar. Umrechnung von Liter in kg: 1 x spezifisches Gewicht Fugendimension in mm 10 x (4) 5 x (2) 5 x (2) 5 x (1) 4 x (1) 3 x (1) Länge der Fuge in m (7) 1000 (4) 800 (3) 500 (2) 480 (2) 300 (1) 3000 (10) 1500 (5) 1200 (4) 750 (3) 720 (3) 450 (2) 5000 (16) 2500 (8) 2000 (7) 1250 (4) 1200 (4) 750 (3) (32) 5000 (16) 4000 (13) 2500 (8) 2400 (8) 1500 (5) II. Vorschriften für die Fugendimensionierung (für hochelastische Dichtungsmassen mit 25 % praktischer Dehnung) Bei dunklen Wänden, extremen Temperaturwerten usw. müssen diese Werte erhöht werden. Fugenabstand Mindestfugenbreite Fugentiefe Beton / Kunststein Aluminium PVC Beton / Kunststein Aluminium Bis 2 m 10 mm 15 mm 35 mm 8 mm 8 mm 18 mm 3 m 15 mm 25 mm _ 8 mm 13 mm _ 4 m 20 mm 30 mm _ 10 mm 15 mm _ 6 m 25 mm 13 mm 8 m 35 mm 18 mm PVC Haftung Der Dichtstoff darf nur an 2 Flanken haften. Damit an der 3. Flanke (Boden der Fuge) keine Haftung entsteht, wird ein Schaumstoffprofil oder ein anderes geeignetes Material eingelegt. Fugendimensionierung gem. SIA 274 Die Fugenbreite darf 10 mm nicht unter- und 35 mm nicht überschreiten, ausserdem soll die Summe aller Beanspruchungen den Höchstwert der zulässigen Gesamtverformung des Dichtstoffes nicht überschreiten. Die Tiefe des Dichtstoffes ergibt sich aus der Breite der Fuge multipliziert mit dem Faktor 0.5. Die Tiefe des Dichtstoffes darf ein Mindestmass von 8 mm nicht unterschreiten. Regel: Fuge 1/2 Tiefe von der Fugenbreite (mind. 8 mm tief). 13

14 III. Primer Primer sind Haftvermittler, welche die Haftung des Dichtstoffes auf porösen oder problematischen Untergründen verbessern. Der Primer hinterlässt auf dem Untergrund einen Film oder haftvermittelnde Rückstände, auf denen der Dichtstoff eine bessere Haftung aufbauen kann. Beispiel der Wirkungsweise bei einem porösen Untergrund: Primertabelle für Gomastit Gomastit Metalle Glas Holz (lackiert) Beton PVC 2001 V2 V2 ohne Primer V21/V17 V2/V V2 V2 ohne Primer V21/V17 V2/V V2 V2 ohne Primer V21/V17 V2/V30 VG30 V2 V2 ohne Primer V21/V17 V2/V V2 V2 ohne Primer V21/V17 V2/V30 400/401 V2 V2 V2 V21/V17 V2/V V2 ohne Primer ungeeignet ungeeignet V2/V V2 V2 V2 V21/V17 V2/V ungeeignet ungeeignet ohne Primer ohne Primer ungeeignet 14

15 Die Verarbeitung von Gomastit-Dichtungsmassen 1. Fugenbreite kontrollieren und eventuell durch Nachschleifen mit der Trennscheibe berichtigen (siehe Tabelle II, Seite 13). 2. Haftflächen von Verunreinigungen und losen Teilen gründlich säubern. Verunreinigungen auf nicht porösen Oberflächen wie Fette, Formtrennmittel usw. lassen sich oft mit Lösungsmittel, Industriesprit oder Ethanol gut entfernen. Verunreinigungen auf porösen Haftflächen (Holz, Beton usw.) sind mit der Trennscheibe abzuschleifen, da sie sonst in die Werkstoffe eindringen könnten. Lose Teile sind mit einer Drahtbürste zu entfernen und mit Pressluft auszublasen. Bei unbekannten Farbanstrichen und bei Kunststoffen sind Rückfragen an unser Labor angezeigt. 3. Schaumstoffprofil einlegen (am besten Rundprofil aus Polyurethan- Schaum oder nicht saugendem Polyäthylen) und Fugentiefe kontrollieren. 4. Fugenränder abkleben. 15

16 5. Voranstrich anbringen. 6. Voranstrich ablüften bzw. trocknen lassen (siehe Trocknungszeiten des jeweiligen Voranstriches). 7. Dichtungsmasse mit Hand- oder Pressluftpistole einbringen. Auf leichte Überfüllung der Fuge achten. 8. Abspachteln und abglätten der Dichtungsmassenoberfläche mit neutralem Abglättmittel. 9. Entfernen der Abdeckbänder. 16