Sanierung von Natursteinkonstruktionen
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Sanierung von Natursteinkonstruktionen
Sanierung von Natursteinkonstruktionen Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf Profanbauten bzw. Bürgerhäuser, die nicht im denkmalpflegerischen Sinne betreut werden, also das Bürger- oder Bauernhaus und nicht Kirche, Kloster oder Ritterburg, errichtet vor der industriellen Revolution. Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Sanierung von Natursteinwänden aufsteigende Feuchte, Spritzwasser In der Regel betrifft die Sanierung Bruchsteinwände, da vor allem Quaderwände in denkmalpflegerisch betreuten Bauten zu finden sind, deren Sanierung ist ein Sonderbereich des Bauhandwerkes. Trotzdem dem sind grundlegende Probleme und ihre Lösungen durchaus vergleichbar. Werkstein- bzw. Quadermauerwerk finden wir in der Regel im Sockelbereich. Waagerechte Sperrlagen waren vor 1850 nicht geläufig bzw. finanziell nicht tragbar (Walzblei). Sie kamen erst auf, als billige industriell hergestellte Ziegelsteine als Hauptbaumaterial zum Einsatz kamen. Auf Grund ihrer höheren Kapillarität waren waagerechte Sperrschichten erforderlich, wenn der Sockel nicht in Werkstein aufgeführt wurde. Die Sperrung gegen aufsteigende Feuchte und Spritzwasser ist aber sowohl bei Wänden in Lehm- Holzkonstruktion als auch bei Bruchsteinwänden notwendig. Die gängige Lösung vor der Einführung von Sperrbahnen bzw. -schichten war ein gemauerter Sockel aus Quadersteinen über einem Bruchsteinfundament. Einhäuptiges Quadermauerwerk verfügt nur über eine geringe Fugenfläche, die Fugen wurden 10 – max. 20 mm dick ausgeführt. Der grobe Kalkmörtel weist nur eine geringe Kapillarität auf, als Steine wurden dichte, nicht saugfähige Arten ausgewählt. Weder Spritzwasser noch Erdfeuchte konnte in nennenswerten Mengen in das Haus bzw. in die darüber liegende Außenwand gelangen. Der Sockel blieb unverputzt, warum sollte man auch die gute Handwerksarbeit verstecken? 2 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Werksteinsockel funktionieren auch heute noch einwandfrei, wenn sie wie auf diesem Bild freigelegt passendem und neu Mörtel mit verfugt werden. Solche Sockel wurden oft nachträglich verputzt und mit sperrenden Belägen bzw. Anstrichen versehen. Ein Sperrputz wirkt wie eine kapillare Brücke und transportiert Feuchtigkeit nach oben in die Wand. Der dichte, sperrende Sockel wird praktisch überbrückt. Dazu kommt das Unvermögen, eventuell vorhandene Feuchte in den Fugen nach außen abzuführen und verdunsten zu lassen. Wichtig ist weiterhin die Lage der Erdoberfläche zum Sockel, oft wurden durch Auffüllungen, Anpflasterungen, Beton usw. die ursprünglichen Höhen verändert, so das die Sockelhöhe nicht mehr ausreicht. Hier hilft nur Freilegen oder spritzwasserbrechende Kiesstreifen vor der Wand einbauen. Vor Imprägnierungen und Beschichtungen der Steine ist abzuraten, allenfalls eine Hydrophobierung ist denkbar, sollte aber mit einem Fachmann abgeklärt werden und ist unter Fachleuten umstritten. Defekte Steine sind in gleichem Material auszutauschen bzw. durch Vierungen auszubessern. Durch geeignete Saniermörtel können defekte Steinoberflächen ergänzt werden. Der Fugenverstrich sollte mit einem passenden Saniermörtel ausgebessert bzw. erneuert werden. Normaler Zementmörtel für Verfugungen ist nicht ratsam, da er zu hart und zu diffusionsdicht ist. Ausbesserungen von Natursteinwänden mit hartem 3 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Zementmörtel, auch für die Verfugung, und neuen, oft härteren Steinen kann zu Rissen bis zum Ablösen von ganzen Schalen führen! Bei unterkellerten Bauwerken, die mit einer neuen senkrechten Abdichtung versehen werden und bei der Erneuerung eines Sockelputzes sind unbedingt die technischen Regeln zu beachten! ...“Das „Abbügeln“ der Fugenoberflächen führt meist zu einer Feinstzuschlagstoffund Bindemittelanreicherung an der Fugenoberfläche. Die Folgen können u.a. sein: Risse sowohl an den Steinflanken als auch an der Fugenoberfläche durch verstärktes Schwinden. Entstehung eines Festigkeitsgefälles mit einer entsprechenden Veränderung der Verformbarkeit. Es können Abplatzungen am Stein und am Mörtel auftreten. Veränderungen der Porigkeit, z.B. Verminderung des Luftporengehaltes und damit ggf. Verminderung des Frost- und Salzwiderstandes. Beeinträchtigung des Diffusionswiderstandes und des Austrocknungsverhaltens in der Fuge, mit der Folge, dass ein Feuchtestau und / oder eine Salzanreicherung hinter der Fugenoberfläche entstehen kann. Dadurch sind Abplatzungen möglich.“ (Zitat aus „Verfugmörtel, Anforderungen, Eigenschaften, Prüfverfahren, Applikation“ von Dr. Ing.- P. Schubert/ A. Dominik expert Verlag Ehningen 1993) Grund sind die unterschiedlichen Elastizitätsmodule der Materialien. Wenn im Zuge von anderen Sanierungsmaßnahmen Lastumlagerungen im Mauerwerk stattfinden, kann es zu Rissen im Grenzbereich beider Materialien durch Schub- bzw. Scherspannungen aus unterschiedlicher Verformung kommen. Zementmörtel können durch Bildung von Treibmineralien zu Salzausblühungen und Absprengungen führen. Wenn der Sockel in guter Qualität errichtet wurde und genügend hoch über den Erdboden reicht, ist der nachträgliche Einbau einer waagerechten Sperrung nicht erforderlich. Oft werden in Unkenntnis der Wirkung eines solchen Sockelmauerwerkes Sperrputze im Zuge der Sanierung auf Werkstein aufgetragen. Wenn dazu noch handwerkliche Fehler kommen, kann aus einer leidlich trockenen Mauer innerhalb weniger Jahre ein Feuchtbiotop werden. Das erste Zeichen dafür sind Schäden am neuen Sockelputz, der 4 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Nässe akkumuliert, nach oben führt und dabei durch Salze geschädigt wird. Hier ein Haus kurz nach der Sanierung (seltsamerweise wurden die Gefachausmauerungen, die augenscheinlich irgendwann in den letzten Jahrzehnten mit Abbruchziegeln erneuert wurden, nicht geputzt). Auch ästhetisch ist das Erdgeschoss mit seinen geraden Putzkanten und Putzflächen unpassend zum Bild eines Fachwerkes. Das breite Fensterband rechts ist völlig untypisch und stört die Symmetrie der Fassade Am Sockel sind bereits Schäden durch Versalzung und Absprengung zu erkennen: Detail, der Putz wurde einfach auf das Pflaster geführt Hier kann Feuchtigkeit in den Putz ziehen und kapillar nach oben steigen. Der diffusionsarme Anstrich verhindert das Verdunsten des Wassers im unteren Bereich. Zumindest wurde der Sockelbereich mit einer Hohlkehle vom oberen Putz abgesetzt, hier hat die aufsteigende Feuchtigkeit weniger kapillares Material zum Aufsteigen. 5 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Tausalze haben an so einem Sockelputz leichtes Spiel, wie hier zu sehen. Ein besonders verheerendes Ergebnis einer früheren Sanierung in Eigenleistung zeigt das nächste Beispiel: Das vorhandene Sockelmauerwerk, das als Sperre diente, wurde mit P III überputzt. So wurde aufsteigende Feuchtigkeit nach oben geleitet. Zu allem Überfluss wurde der Putz auch noch als Natursteinimitat gestaltet! 6 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Ein weiterer typischer Fehler ist die Verkleidung der Sockel mit keramischen oder Natursteinfliesen, die den gleichen Schadensverlauf bewirken. Im Zuge einer Sanierung angebrachte Sockelverkleidung und die Folgen nach ca. 10 Jahren 7 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Das Nachbarhaus ohne Sockelverkleidung und Anstrich hat keine Schäden, obwohl es zum gleichen Zeitpunkt saniert wurde. Neben der Verkleidung mit keramischen bzw. Natursteinplatten und dem Aufbringen von Sperrputzen ist die Hydrophobierung von Sockelmauerwerk eine oft praktizierte Methode zur Ertüchtigung der Abdichtungsfunktion im Spritzwasserbereich. Durch Auftragen eines flüssigen wasserabweisenden Mittels soll das Eindringen von Wasser vermieden, das Ausdiffundieren von gasförmigem Wasser aus dem Stein aber ermöglicht werden. Die Hydrophobierung ist in Kreisen der Denkmalpflege als Mittel zum Schutz von Natursteinflächen gegen eindringendes Wasser auch heute noch umstritten. Es besteht die Gefahr der Bildung von Schichten, hinter denen sich über Risse eindringendes Wasser stauen kann. Falls die Hydrophobierung richtig funktioniert, besteht die Gefahr der Salzakkumulation hinter der Oberfläche. 8 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Dazu folgendes Zitat aus einem Artikel im DAB 2/04: „HYDROPHOBIERUNG HISTORISCHER FASSADEN“ Detlef G. Ullrich Historische Fassaden aus Naturstein, Sichtziegeln und manchmal auch Putzen werden immer wieder hydrophobiert, um eine verbesserte Wasserableitung zu erhalten. Da aber gerade diese Fassaden Gesimse und Fugen als Schwachpunkte haben und mit Schadsalzen belastet sein können, besteht die Gefahr, dass die hydrophobierte Schicht durch Salzanreicherungen hinter dieser Schicht abscheren kann. ... „Die Historie“ des Gebäudes mit all ihren Veränderungen wie nachträgliche Sanierungen und Witterungseinflüssen hat in der Regel zu erhöhten Feuchtegehalten und Schadsalzanreicherungen geführt. Wird nun eine Hydrophobierung so ausgeführt oder abgebaut, dass durch Fugen oder andere Bauteile Feuchte mit zusätzlichen gelösten Salzen eindringen kann, wird diese Lösung in den nicht hydrophobierten Teil diffundieren. Der Wasserdampf kann zwar durch die hydrophobierte Schicht wieder an die Außenluft abgegeben werden, aber die Salze bleiben nach der Verdunstung zurück. Sie können zu hygroskopischen Auffeuchtungen führen oder ein Absprengen der hydrophobierten Schicht durch Kristallisationsdruck bewirken. Allgemein geht man von einer Wirkdauer der Hydrophobierung von 10 Jahren aus. Meine Erfahrungen zeigen aber, dass in Ziegeln und silikatischen Natursteinen zwar die äußere Schicht von 1 bis 2 mm ihre wasserabweisende Wirkung nach 20 Jahren eingebüßt haben kann, aber wegen der früher höheren Wirkstoffgehalte die dahinter liegende Schicht mit einer Stärke von etwa 20 mm weiterhin ihre volle Eigenschaft besitzt. Ein guter Natursteinsockel in Werkstein braucht so etwas nicht. 9 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Das folgende Beispiel zeigt einen typischen Sanierungsverlauf für diesen Baumangel: Vor ca. 10 Jahren wurde dieser Altbau neu bis auf Gehweghöhe verputzt. Der Putz hielt zwar noch leidlich (ca. 1/3 war als Schale komplett abgelöst und klang hohl, nur durch den reichlichen Zementeinsatz blieben die Schalen stehen) aber in den Wohnungen des Erdgeschosses traten immer mehr Feuchteschäden auf, die letztlich zum Leerstand führten. Die ca. 1 m dicken Wände waren bis 1 m über dem Sockel durchfeuchtet. Von den Hauseigentümern wurde die Möglichkeit einer waagerechten Abdichtung der Wände zur Beseitigung der Feuchteerscheinungen erwogen. Nach Erstellung des Gutachtens konnten die Eigentümer davon überzeugt werden, das die eigentliche Ursache der Durchfeuchtung nicht in der fehlenden waagerechten Abdichtung zu suchen ist. Grund für die Feuchtigkeit- das Übliche: der Putz am Sockel wirkte wie ein Schwamm, der eindringendes Spritzwasser kapillar nach oben transportierte. Der aufgebrachte diffusionsdichte Anstrich und der zementgebundene, dichte Mörtel verhinderten das Abtrocknen des Putzes. Der ursprüngliche Keller des 10 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Gebäudes wurde während der Sanierung mit Bauschutt verfüllt, darauf kam als Erdgeschossfußboden eine bewehrte Betonplatte. Damit konnte keine Feuchtigkeitsabgabe mehr über die Kellerinnenwände erfolgen. Zur Sanierung wurde als erster Schritt der versalzene und vernässte Putz innen und außen entfernt. Die leerstehenden Wohnungen wurden über ca. 5 Monate regelmäßig gelüftet, im Winter die Heizungen angestellt. Danach wurden die Wände innen wieder mit einem Sanierputz neu verputzt. Freigelegter Sockel und freigelegtes Außenmauerwerk Nach der Trocknungsphase wurde der Sockel neu verfugt und die Wand mit einem passenden Putzsystem neu verputzt: Sanierter Putz in der Trocknungsphase 11 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Nur die betroffenen bzw. geschädigten unteren Bereiche des Bestandsputzes wurden erneuert. Dafür ist nicht unbedingt ein Sanierputz erforderlich. Auch ein guter Luftkalkputz aus Weißkalkhydrat und scharfem Sand kann die gleiche Funktion erfüllen und auch noch billiger sein. Fertiggestellte Wand mit mineralischem Oberputz Die Wohnungen im Erdgeschoss sind wieder vermietet, die Wände ohne nachträglichen Einbau einer waagerechten Abdichtung wieder trocken. Die steinsichtige Freilegung des Sockelmauerwerkes sollte allerdings nicht als alleinseligmachendes Dogma gehandhabt werden. Auch früher wurde gespart, aus mangelnder Sachkenntnis heraus gearbeitet und schlichtweg gepfuscht. So ein Bruchsteinmauerwerk ist auf Grund seiner Eigenschaften natürlich nicht im Sockelbereich als Sperrung einsetzbar. Bei Bruchsteinmauerwerk von Altbauten vor der Gründerzeit ist Außenputz erforderlich! Nur wenn das Mauerwerk von seinem Erbauer als steinsichtig erstellt wurde, kann es so bleiben und sollte analog zum Sockel neu verfugt werden. Im folgenden Beispiel wurde ein ursprünglich verputzter Sockel vor 10 Jahren steinsichtig freigelegt, die Steine gesäuert, hydrophobiert und mit Zementmörtel ausgefugt. 12 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Von Weitem sieht es gut aus, trotz des Sammelsuriums von verschiedenen Steinen und Formaten, aber im Nahbereich. Das ist kein einhäuptiges Quadermauerwerk! Wasser dringt durch die viel zu breiten Fugen ein, kann aber nur schwer wieder austrocknen, da die Füllung solcher Wände oft mit Lehmmörtel aufgeführt wurde. Nach einigen Jahren drückt der durch eindringendes Spritzwasser quellende und ausfrierende Mörtel die neue zementhaltige Verfugung heraus. 13 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Solch ein Mauerwerk war nie als Sichtmauerwerk und Sockel gedacht! Die Steine zeigen Salzausblühungen und Inkrustierungen. Durch die Pflasterung des Gehweges dringt verstärkt Spritzwasser an das Mauerwerk und steigt kapillar nach oben. Hydrophobierung, Zementmineralien, kapillares Wasser und Salze sprengen den dichten, harten Zementverstrich ab und zerstören Steine. 14 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Dazu ein Zitat von Konrad Fischer: ...“Im Umgebungsbereich der wasserblockierenden und schadsalzbelasteten harten Zementmörtelfugen wittern die regelmäßig weicheren und poröseren Mauersteine schneller ab - zurückliegende Steinköpfe und hervortretende Zementmörtelfugen, in denen das Regenwasser direkt aufgefangen und langfristig gespeichert wird, entstehen. Obendrein wird das freie und bestens wasserlösliche Ca(OH)2 - bis zur endgültigen Carbonatisierung noch jahrzehntelang im hinteren Fugenbereich vorhanden (auch wegen Carbonatisierungsblockade durch typischerweise dauerfeuchte Zementfugen) ausgewaschen und lokal in Ausblühbelag aus Kalksinter oder in Verbindung mit Schwefelsäure in schwärzliche Gipskrusten "verwandelt". Der für überharte Zementmörtel übliche Fugenabriss an der oberen Steinflanke und die entsprechenden Haarrisse quer zum Fugenverlauf wirken natürlich als kapillare Pumpe zur größtmöglichen Befeuchtung des hinteren Fugenbereichs.“ Detail Kellermauerwerk im selben Objekt, die Kellerwand ist innen und außen mit Zementmörtel zugesperrt! Zu sehen sind die schwärzlichen Gipskrusten und der ausgeblühte Kalk. Dem ausführenden Handwerksbetrieb ist nur bedingt die Schuld für die Schäden zuzuschreiben, er hatte nach einem detaillierten Sanierungsprojekt gearbeitet, das auf der Grundlage von Forderungen des Denkmalamtes u.a. nach steinsichtiger Freilegung des Sockels erarbeitet wurde. Allerdings forderte das Denkmalamt die Verfugung mit einem diffusionsoffenen Saniermörtel und innen mit einem Luftkalkmörtel. Zur ästhetischen und bautechnischen Problematik der "romantischen" Mode der Steinsichtigkeit ein Zitat aus Pat Gibbons: "Case studies of traditional lime 15 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 harling - a discussion document, Technical conservation, research and education division, Historic Scotland, 1996: "Früher waren viele Gebäude mit verschiedenen Arten von Oberflächenschutz beschichtet. Sie waren üblicherweise aus kalkgebundenen Baustoffen und bedeckten nicht nur das Mauerwerk, sondern auch die Architekturdetails. Nach einiger Zeit verschlissen diese Schutzschichten und wurden oft nicht mehr ergänzt, der wichtigste Grund für ihre Vernichtung war aber die viktorianische Mode [des 19. Jahrhunderts], Oberflächenbehandlungen mittelalterlicher und nachmittelalterlicher Bauwerke zu entfernen. Hieraus folgte für die dann entblößten Gebäude nicht nur, das sie sehr unterschiedlich im Vergleich zu ihrem gewohnten Erscheinungsbild aussahen, sondern sich auch ganz ungeeignet verhielten. Die bis ins späte 20. Jahrhundert fortgesetzte Mode, Mauerwerkfassaden zerstörerisch freizulegen, wurde in seiner schädigenden Wirkung noch verstärkt durch überall eingesetzte zementhaltige Fugen- und Putzmörtel. In beiden Fällen ist das Ergebnis eine Parodie auf das historische Erscheinungsbild und eine dauerhaft schlechtere Widerstandsfähigkeit des Bauwerks gegen Bewitterung." (Übersetzung Konrad Fischer) Die Liebe der Engländer und des deutschen Bildungsbürgertums, das Ende des 19.Jhr. in Scharen nach Italien pilgerte (den Run hatte u.a. ein gewisser Herr Goethe aus Weimar ausgelöst) galt den wunderschönen, 600, 700 Jahre alten Fassaden der prächtigen Bauten solcher Städte wie Florenz, Siena und Pisa. Das sind allerdings sorgfältig aus Werksteinquadern mit hydraulischen Kalkmörteln aufgeführte Wände, die keinen Putz benötigen. (Auf solche Kleinigkeiten wurde natürlich nicht geachtet) So etwas hatte man doch auch im eigenen Land, also runter mit dem Putz, nicht nur die Welschen hatten alte Kulturgüter vorzuweisen! Wahrscheinlich wurzeln hier alte und immer noch vorhandene Minderwertigkeitskomplexe. Auf mit einer Handvoll Kalk gemauerten Bruchsteinwände kann die Freilegung vom Putz verheerend wirken. 16 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Außenwand eines kleinen Hauses aus Bruchstein mit Lehmmörtel gemauert. Nur der Putz bot Schutz vor Nässe. Wie wenig fest bzw. frostsicher Bruchsteinmauerwerk geringerer Qualität sein kann, zeigt dieses Beispiel: Ein Nebengebäude in einem Bauerngehöft verlor im Laufe der Jahre seinen Putz, das Dach war defekt, das Gelände wuchs und damit erhöhte sich der Spritzwassereintrag. Der restliche Putz wurde abgetragen, geplant war die steinsichtige Verfugung des Gebäudes durch Eigenleistung im Zuge der Modernisierung des Gehöftes. Das Fehlen des Putzes führt zum Zerstören der Fugenmörtel. Sind die oft nur etwa handtiefen festeren Kalkmörtel aus der Lagerfuge gewittert, wird die Zerstörung des Mauerwerkes stark beschleunigt. Detail der Wand im Spritzwasserbereich, der innere Lehmmörtel beginnt auszufrieren. 17 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Bereits nach einigen Wintern ist die Tragfähigkeit einer solchen Wand in Frage gestellt. Auf dem Bild entspricht sie dem einer schlecht gesetzten Trockenmauer. Zum Verputz einer Bruchsteinwand sollten Sanierungsmörtel auf Luftkalkbasis verwendet werden. Vor dem Verputzen sollten lose Teile und Verschmutzungen mechanisch entfernt werden. Die Wand wird mit der Kelle oder der Putzmaschine mit 2 Lagen Putz versehen, der mit dem Reibebrett oder der Kelle und einer Bürste geglättet wird. Das Anwerfen mit Kelle oder Maschine sorgt für eine ausreichende Verzahnung mit dem Untergrund. Wichtig ist die Einhaltung einer entsprechenden Abbindezeit zwischen den Schichten. Man sollte nicht versuchen, den ungleich fluchtenden Wänden gerade, ebene Flächen aufzuzwingen. Das kostet unnütz Material, Geld und entspricht nicht dem originalen Verputz, der möglichst sparsam aufgetragen wurde, und der ästhetischen Wirkung. Rondell, Aschersleben Das obige Foto zeigt als Beispiel des wieder verputzte Bruchsteinmauerwerk einer Kanonenbastion aus dem 16.Jhr. Das Obergeschoss aus Fachwerk wurde im 19.Jhr. im Zuge eines Umbaues aufgesetzt. So ähnlich sahen Bruchsteinmauern zum Zeitpunkt ihrer Entstehung aus. das Rondell so aus, ein 18 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Die Wiederherstellung von Außenputz an mittelalterlichen Bauwerken mit Bruchsteinfassaden führt oft zu kontroversen Diskussionen in der Bevölkerung, die dies als Kulturschande und Modernisierung empfinden, da sie seit Generationen das gewohnte Bild der abgewitterten Fassaden kennen. Bei der Ausführung von Putzen auf Bruchsteinmauerwerk wird wieder verstärkt auf reine Luftkalkputze ohne hydraulische und hydrophobierende Zusätze zurückgegriffen. Der Vorteil dieser Putze ist ihre relative Rissfreiheit, ihre geringe Neigung zum Abscherbeln und zu Salzausblühungen und – Auswaschungen. Nachteile sind der Preis und die aufwendigere Verarbeitung im Vergleich zu herkömmlichen vergüteten Maschinenputzen. Reine Luftkalkputze verfügen dach dem Erhärten über ein Porenvolumen bis 30%. Sie können aufgenommenes Wasser schnell wieder abgeben, sind aber nicht frostsicher. Bedingt durch die langsame Erhärtung des Kalkes von außen nach innen kann eine Putzfläche beim Abklopfen hohl klingen, da der innere Kalk noch nicht ausgehärtet ist. Bei einer Putzstärke von ca. 2 cm dauert die Durchhärtung bis zu 80 Tage. Schon aus diesem Grund wurden und werden Luftkalkputze nicht in großen Dicken aufgetragen, um Trocknungszeiten und Arbeitsgänge beim Auftragen zu sparen. Hygroskopische Feuchte und Kondenswasser, Salze Bereits stark durchfeuchtete und versalzene Wände zu sanieren ist ein sehr komplexer und vielschichtiger Vorgang, für den es keine einfachen Lösungen gibt. Jede Wand stellt, was inneren Aufbau, verwendetes Material und Feuchtebelastung betrifft, ein Unikat dar, für den eine spezielle Lösung gesucht werden muss. Jeder Sanierung muss eine umfangreiche Analyse der Bauteile, insbesondere des Wandaufbaues und der Ursachen des Wassereintrages vorangehen. 19 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Der nächste Schritt ist die Beseitigung der Ursache des Wassereintrages. Hier hilft oft das Fernhalten von Regen- und Sickerwasser durch Dachüberstand und Spritzwasserschutz im Sockelbereich einschließlich Ableitung von Oberflächenwasser. Im Inneren ist Kondens- und Planschwasser fernzuhalten bzw. zu minimieren. Was dann noch bleibt, ist der Eintrag von aufsteigender kapillarer Feuchte aus dem Erdreich, wenn kein geeigneter Sockel vorhanden ist und durch Nutzung entstehendes Kondenswasser. Erfahrungsgemäß ist das nicht mehr viel an Feuchte, da die Steine in der Regel eine geringe Kapillarität aufweisen. Lehmmörtel sind zwar hoch kapillar, aber weisen nur eine geringe Durchlässigkeit hinsichtlich Bruchsteinwände weniger der Menge kapillar als auf. die Auf jeden Fall Kombination sind Ziegel- Kalkzementmörtel. Kondenswassereintrag hängt stark von der Nutzung der Räume ab. Natursteinwände haben zwar eine schlechte Wärmedämmung, aber ein hohes Wärmespeichervermögen und durch ihre Masse eine hohe Wärmebeharrung. Wenn die Wand die Möglichkeit erhält, über ihre Oberflächen innen und außen Feuchtigkeit durch Verdunstung abzugeben, wird sich in der Wand ein Feuchtegleichgewicht einstellen, das in der Regel akzeptabel ist. Die Vermeidung von Kondenswasser bzw. die Austrocknung sichert eine angemessene Wandtemperierung durch Strahlheizungssysteme. Je nach Grad der Durchfeuchtung und der Massigkeit der Wand kann das Jahre dauern. Eine staubtrockene Bruchsteinwand anzustreben wäre unnötig und töricht, da eine gewisse Eigenfeuchte auch zur Stabilität der Wand beiträgt. Um dieses Gleichgewicht beizubehalten, sind geeignete Beschichtungen der Wand erforderlich. Am besten eignen sich Kalkputze mit diffusionsoffenen Anstrichen auf Kalkbasis. Wenn ein gut gefugtes und sauber gesetztes Sockelmauerwerk als Abdichtung für die aufgehenden Mauern vorhanden ist, sollte aufsteigende kapillare Feuchte aus dem Erdreich kein Problem sein. Anders verhält es sich, wenn das Mauerwerk durch äußere Einflüsse oder falsche Sanierungsversuche in der Vergangenheit mit Salzen belastet ist oder bei der Sanierung Fehler gemacht werden. Nicht nur früher 20 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 und in Eigenleistung durch Laien, auch heute sind Fachleute mit modernen Werkstoffen vor Schäden nicht gefeit. Innerhalb kurzer Zeit nach der Sanierung Natursteinmauerwerk. Ursachen: Hygroskopische Beschichtungen, überputzter Sockel aufgetretene Nässeschäden an Feuchtigkeit, Salze, diffusionsarme Detail des kürzlich sanierten Altbaues, der Spritzwasserschutz durch Kies hat nichts genutzt. Der Neuverputz der Wand beginnt sich bereits zu lösen. Bei der Komplexität der Probleme hinsichtlich Feuchtigkeit in massiven Natursteinwänden ist also auch ein Fachmann nicht vor Misserfolgen gefeit. Oft sind es aber banale und dumme Fehler, die auftreten und die man einfach vermeiden kann. 21 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Salze in Natursteinwänden Versalzene Wände im Zusammenhang mit Feuchtigkeit stellen ein erhebliches Gefährdungspotential für Wände dar: Im Foto sind verheerende Schäden in einer Sandsteinschicht zu erkennen, im die Verdunstungshorizont Das hier in Verdunstungszone liegt. der aus- kristallisierende Salz machte aus dem Sandstein eine pulverige Masse. Der Verlust an Tragfähigkeit führte bereits zu Verformungen des Giebels und ersten Rissen im Bereich der Deckenverankerungen. Was macht Salze so gefährlich? Salze sind normalerweise in Baustoffen enthalten, vor allem in Bindemitteln. Auf Grund ihrer Schwerlöslichkeit spielen sie in trockenen Wänden keine Rolle, vielmehr sichern sie den Bestand und die Funktion der Bindemittel. Mit zunehmender Löslichkeit nimmt das Gefährdungspotential einer schädigenden Wirkung auf die Baustoffe zu. Ausgelöst werden Schäden durch die treibende Wirkung von Salzen bei Hydratation und Kristallisation sowie durch Frost-Tau- Perioden. Verschiedene Salze und Minerale, die sich in Bindemitteln befinden, reagieren bei Wasseraufnahme volumenvergrößernd. Dies trifft vor allem für Zementmineralien zu wie bei dem oben beschriebenen Ettringitzyklus. Vor allem in frühhochfesten Portlandzementen sind solche treibenden Mineralien zu finden. Zemente mit vorwiegend dicalciumsilikatischer Erhärtung neigen weiniger zum Treiben. Es gibt aber eine Reihe weiterer Salze, deren Hydratationsverhalten reversibel ist und das abhängt vom Wassergehalt der Baustoffe und der Umgebungstemperatur. 22 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Wenn die Hydratationstemperatur im Bereich normaler Umgebungstemperaturen, wie sie in Bauwerken vorkommen, liegt, stellen solche Salze ein Gefährdungspotential dar. Mit Hydratationstemperatur wird der Temperaturwert bezeichnet, bei dem die Wasseranlagerung bzw. die Wasserabgabe erfolgt. Anlagerung bzw. Abgabe von Wasser erfolgen, wenn die Hydratationstemperatur über- bzw. unterschritten wird. Die bei der Wasseraufnahme entstehenden Volumenvergrößerungen können Drücke erzeugen, die zur Zerstörung des Gefüges von mineralischen Baustoffen mit geringer Porosität führen können. Dies trifft für eine Reihe von Natursteinen zu, vor allem Sandsteine, Kalke und andere Sedimente, die infolge ihrer Entstehung als Meeresablagerungen über genügend Salze verfügen und die in Bruchsteinmauerwerk zu finden sind. Harte eruptive Gesteine haben eine zu geringe Porosität für Schädigungen durch Salzkristallisation. Der Kristallisationsdruck einiger Salze ist erheblich. Bei Magnesiumsulfat (Bittersalz MgSO4 Volumenvergrößerung ca. 430%! x 7 H2O) beträgt die Die Wasserzuführung einer versalzenen Mauer braucht nicht durch Bodenfeuchte, Regen oder Kondenswasser erfolgen, bei einer genügend hohen Salzkonzentration erfolgt eine hygroskopische Feuchtigkeitsaufnahme aus der Umgebungsluft. Je nach Temperatur, Salzgehalt und Luftfeuchte kann eine Mauer ein Vielfaches an Wasser binden als es bei einer salzfreien Mauer mit der Gleichgewichtsfeuchte möglich ist. Die mechanische Zerstörung erfolgt durch die ständigen Schwankungen von Temperatur und Feuchtegehalt infolge der Nutzung und/oder der jahreszeitlich bedingten Klimawechsel. Wenn das verdunstende Wasser einer Wand Nachschub aus Erdfeuchte, Regenwasser oder Kondenswasser und Salzen wie Tausalze und Nitrate aus dem Boden erhält, wird ein fortschreitender Verfall der Wand stattfinden. die wichtigsten bauschädigenden Salze 23 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Zu den wichtigsten und am häufigsten auftretenden bauschädigenden Salzen zählen Sulfate Chloride Carbonate Nitrate Ca SO4 x 2 H2O MgSO4 x7H2O Na2SO4 x10H2O 3 CaO Al2O3 3CaSO4 x 32H2O CaCl2 x 6H2O NaCl MgCl2 Na2CO3 x10 H2O K2CO3 Ca(NO3)2 x 4H2O 5 CaO (NO3)2 4NH4NO3 x10H2O Calziumsulfat, Gips Magnesiumsulfat, Bittersalz Natriumsulfat, Glaubersalz Ettringit Calziumchlorid Kochsalz Magnesiumchlorid Natriumcarbonat, Soda Kaliumcarbonat, Pottasche Calziumnitrat Kalksalpeter Über einen längeren Zeitraum wird sich bei relativer Konstantheit der Bedingungen ein Feuchtegleichgewicht in der Wand einstellen. Ab einer bestimmten Steighöhe über dem Punkt des Wassereintrags (zum Beispiel Erdfeuchte) bleibt die Wand trocken, die Verdunstungsrate ist gleich der Wasseraufnahme. Auf der Wandoberfläche zeichnen sich mehr oder weniger Wasserränder ab, die häufig durch Salzränder verstärkt werden. Bei genügend Luftfeuchtigkeit hoher wie Nordseiten von Fassaden und Innenwänden, schlecht gelüfteter Räume kommt noch ein Befall mit Mikro- organismen und/ oder Schwarzschimmel dazu, die das Salz und die Feuchte als Nährsubstrat nutzen. 24 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Wenn rate die erhöht Salzgehalt gesenkt Trocknungswird, der werden der Wand kann und/ oder die Wasserzufuhr verringert wird, kann die Verdunstungslinie unterhalb der betroffenen Aufenthaltsräume und in das Wandinnere wandern, ohne das teure mechanische oder elektrophysikalische Trockenlegungsverfahren angewandt werden müssen. Die Feststellung von Art und Menge von Salzen, die Analyse der Feuchteschäden und die Festlegung von geeigneten Sanierungskonzepten sollten durch Fachleute durchgeführt werden. So bietet die Handwerkskammer Halle Laborkapazitäten zur Salzbestimmung und zur Schadensanalyse an. Der marktschreierischen Werbung von Trockenlegungsfirmen in Tageszeitungen vertrauen sollte man lieber nicht. Mit gesundem Menschenverstand und Informationen über die Nutzung des Gebäudes in der Vergangenheit kann man schon selber einige wichtige Angaben erhalten. Das Schwätzchen mit den Rentnern der Nachbarschaft (die natürlich immer wissen wollen, was ich da mit Feuchtemesser, Hammer und Kamera mache) kann wertvolle Informationen über frühere Nutzungen liefern. Angaben über Tierhaltungen, Lagerungen von Düngemitteln und Pflanzenschutzmitteln, Lage von Trockentoiletten und Jauchegruben auf dem Dorf oder gewerbliche Nutzungen in Hinterhöfen bei städtischen Bebauungen können sehr wichtig sein. Wenn man dann Kristallwachstum auf der Wand findet, wo früher einmal auf dem Hof die Mistgrube war, ist mit einem Taschenlabor(Feuerzeug) schnell festgestellt, ob hier die Wand mit Nitraten belastet ist. 25 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Zu den Sanierungsverfahren für feuchte und versalzene Wände Bruchsteinwände mit ihrer üblicherweise mehrschaligen Ausführung sind grundsätzlich viel weniger kapillar und damit feuchtegefährdet wie Ziegelwände. Wenn aufsteigende Nässe auftritt, dann in der äußeren Schale und hier im Putz. Der Kern ist ohnehin nur gering kapillar. Daher sind feuchte Natursteinwände im Gegensatz zu Ziegelwänden oft mit geringen und einfachen Mitteln trocken zu legen, da die Ursache innen fast immer Kondensatfeuchte ist. Im Kellerbereich sind Natursteinwände auf Grund der porösen Mörtel empfindlich gegen drückendes oder mäßig drückendes Wasser. Seit Vitruv wurden solche Wände durch eine außen vorgesetzte zweite Mauerschale trockengehalten. Wenn die Hohlräume irgendwann einmal verfüllt werden und die Entwässerung nicht mehr funktioniert, dringt natürlich Wasser durch die Wand. Ansonsten sollte man sich bei einem Altbau überlegen für was der Keller einmal gedacht war: zum Lagern von Bier, Wein, Gemüse und Obst; als natürlicher Kühlschrank im Sommer. So sollte man es auch jetzt halten. Trockenlegungsverfahren Bruchsteinwände sind also, bedingt durch die Materialien Naturstein und grobporigen Mörtels, nie solchen Belastungen durch aufsteigende Feuchte ausgesetzt wie Ziegelwände, deren poröses, hochkapillar wirkendes Material viel mehr Feuchtigkeit transportieren kann. Feuchtebelastungen entstehen bei Natursteinmauerwerk hauptsächlich durch kapillare Putzschichten, Nässeeintrag durch Spritz- und Kondenswasser sowie hygroskopische Salze. Die Trockenlegungsverfahren sind daher für die Anwendung von Ziegelmauerwerk entwickelt worden. Die Trockenlegung von Mauerwerk hat sich zu einem lukrativen Geschäftszweig entwickelt, in dem neben seriösen Firmen eine ständig wachsende Zahl von Anbietern mit mehr oder weniger aggressiven Werbemethoden Kunden aquiriert. Diese Firmen haben sich auf eine der möglichen Methoden und Verfahren spezialisiert und versuchen, 26 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 allen möglichen Kunden ihre Methode als „alleinseligmachende Wahrheit“ zu verkaufen, egal, ob die konkreten Umstände dies zulassen oder nicht. Die Gefahr besteht, den Bock zum Gärtner zu machen, wenn solche Firmen kostenlose Feuchtemessungen und Salzanalysen anbieten. Ob die dann angebotenen Trockenlegungsmaßnahmen sinnvoll oder erforderlich sind oder nicht, kann der Kunde ohne einige Grundkenntnisse nicht mehr unterscheiden. Vor allem bei Angeboten solcher Firmen zur Trockenlegung von Natursteinwänden sollte man sehr vorsichtig mit der Vergabe von Aufträgen sein und hier in jedem Fall einen Fachplaner bzw. Gutachter einschalten. Die Außendienstmitarbeiter solcher Firmen sind hervorragende Verkäufer, aber wenig geschult in bauphysikalischen Fragen, fachliches Grundwissen ist für solche Leute eher störend. Spätestens wenn man beginnt, die marktschreierischen Aussagen zur Wirksamkeit zu hinterfragen merkt man das am plötzlich frostigen oder patzigen Ton der Verkäufer, die auf konstruktive Fragen nicht gedrillt wurden. Zu den Verfahren einer aktiven Trockenlegung von Bruchsteinwänden ist Folgendes zu sagen: Grundsätzlich gehe ich hier von einer Trockenlegung im Wohnbereich aus. Keller sind ein Sonderfall, ich bitte dazu die Information über Kellertrockenlegung oder das Vademecum Teil 4 zu nutzen. Mechanische Verfahren Zweck dieser Verfahren ist der nachträgliche Einbau einer waagerechten Abdichtung, die den kapillaren Feuchtetransport in der Wand nach oben unterbrechen soll. Grundsätzlich sind mechanische Verfahren, mit denen Bleche in Lagerfugen getrieben werden, ungeeignet, da bei Bruchsteinmauerwerk keine durchgehenden Lagerfugen vorhanden sind. Sie wurden für Ziegelmauerwerk entwickelt. 27 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Das Aufsägen der Mauer und das nachträgliche Einbauen von Abdichtungen hängt vom Zustand des Wandinneren ab. Auch dieses Verfahren ist für Ziegelwände entwickelt worden, um die Lagerfuge auszuräumen bzw. die weichen Ziegel zu schneiden. Da bei beiden Verfahren erhebliche Kräfte auftreten, kann dies zu Zerstörungen führen, da Bruchsteinwände völlig inhomogen sein können. Einem Abschnitt mit hoher Festigkeit und dichter Struktur kann eine mehr oder weniger lose Anhäufung von Steinen folgen oder in der Wand befinden sich plötzlich einzelne Steine mit einer mehrfach höheren Festigkeit. Mechanische Verfahren sind sehr teuer und kritisch im Hinblick auf die Standfestigkeit des Bauteils zu betrachten. Sie sind entwickelt worden für die Trockenlegung von Ziegelmauerwerk und gehören auch dafür eingesetzt. Injektagen, Imprägnierungen Schon das Ausführen der großen Anzahl von Bohrlöchern, die für diese Verfahren benötigt werden, stellen eine Belastung der Tragfähigkeit der Wand dar und können im ungünstigsten Fall zur Zerstörung der Wand führen. In die Bohrlöcher werden Suspensionen, Schmelzen oder chemische Lösungen eingebracht, die das Ziel haben, die Kapillaren in den Steinen und im Mörtel zu verstopfen oder die Kapillarwirkung zu unterbrechen. Sowohl druck- als auch drucklose Injektagen können bei den unkalkulierbaren Hohlräumen in einer Bruchsteinwand zu nicht vorausplanbaren Ergebnissen führen, sind aber grundsätzlich möglich. 28 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Bohrungen in einer Bruchstein- Giebelwand Gut für Bruchsteinmauerwerk geeignet ist eine Kombination mit dem Impulssprühverfahren. Hierbei werden die Imprägniermittel in kurzen Impulsen in die Bohrlöcher eingesprüht und sickern über die Innenflächen der Bohrlöcher in das Wandmaterial ein. Ein weiteres mögliches Verfahren ist die Versiegelung mit Paraffin. In eng gesetzte Bohrungen werden Heizstäbe eingesetzt, die das Mauerwerk aufheizen und austrocknen. Dann wird in die Bohrlöcher flüssiges, heißes Paraffin eingefüllt, dessen Viskosität der von Wasser entspricht und die Kapillaren und Hohlräume ausfüllt. Die Preise der mechanischen und chemischen Verfahren liegen zwischen etwa 300,- bis ca. 500,- € pro m², allein dies sollte zu einer sorgfältigen Abwägung von Maßnahmen zur Trockenlegung führen. 29 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Senkrechte Abdichtung Oft hilft der nachträgliche Einbau einer senkrechten Abdichtung die Zufuhr von Bodenfeuchte so zu senken, das sich ein akzeptables Feuchtegleichgewicht in der Wand einstellt. Die Kosten liegen bei etwa 160,- € pro m². Das Mauerwerk wird bis auf Höhe Fundamentoberkante abschnittsweise freigelegt und gereinigt. Auf die Wand wird lagenweise ein Ausgleichsputz PIII mit Dichtmittelzusatz als Dichtputz aufgetragen. Nach Aushärtung kann weiter mit mineralischer Dichtschlämme gearbeitet werden. Wichtig ist die Ausbildung des Überganges zwischen Wand und überstehender Fundamentkante, hier ist ein Haupteintrittspunkt von Wasser, das sich auf dem Absatz staut und über die Aufstandsfugen eindringen kann. Die aufgehende Wand oberhalb des Sockels wird außen durch Schlagregen und Luftfeuchtigkeit belastet. Als Schlagregenschutz dient der Außenputz, der Dachüberstand und die Traufrinne. Beim Aufbau des Sockelputzes, der sich etwa 40 cm im und bis ca. 30 cm oberhalb des Geländes befinden sollte, sind die einschlägigen Regeln der Technik zu beachten, die man z.B. in den „Leitlinien für das Verputzen von Mauerwerk und Beton“ des Industrieverbandes Werkmörtel e.V. findet. Welches Putzsystem eingesetzt wird, sollte immer individuell vor Ort abgeklärt werden. Man sollte nicht versuchen, den alten, oft unebenen und nicht exakt fluchtenden Wänden eine ebene und lotrechte Fläche aufzuzwingen. Abgesehen vom Materialeinsatz ist dies auch ästhetisch nicht angemessen, da es den Charakter des Gebäudes verfälscht. Elektrische Verfahren Trotz der teilweise seit Jahrzehnten angewandten Verfahren sind diese in Fachkreisen immer noch umstritten, obwohl sich damit Erfolge haben erzielen lassen. 30 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Die Wirkprinzipien der Ladungswanderug sind labortechnisch nachweisbar. Trotzdem gibt es keines der am Markt vorhandenen Systeme, mit dem sich ein nachweisbarer und überprüfbarer praktischer Erfolg sicher erzielen lässt. Mal klappt es, mal nicht. Neben älteren Verfahren, die mit Elektroden arbeiten, gibt es Methoden, deren Wirkung wissenschaftlich nicht nachvollziehbar ist. Auch bei bewährten Verfahren ist der Erfolg nicht immer gegeben, da die Komplexität der elektrochemischen Vorgänge nur schwer zu erfassen ist und eine umfassende Analyse des Ist-Zustandes erfordert. Elektrophysikalische Verfahren bedienen sich des Prinzips der Elektroosmose und des Zeta- Potentials. Das Prinzip der Elektroosmose ist schon seit mehr als 180 Jahren bekannt. Wenn an Wasser mit gelösten Salzen mittels Elektroden ein elektrisches Feld angelegt wird, erfolgt eine Ladungswanderung und damit ein Wassertransport. Dieser Transport erfolgt auch in natürlichen elektrischen Feldern, die zwischen WasserSalzlösungen unterschiedlicher Konzentration entstehen können. Der erste Versuch, die Elektroosmose passiv anzuwenden wurde bereits 1935 vorgenommen. Die Idee war, durch „kurzschließen“ des Mauerwerkes das Strömungspotential zwischen Verdunstungszone und Fundamentfuß zu kompensieren und damit den kapillaren Anstieg des Wassers zu bremsen. Bei der aktiven Elektroosmose werden Elektroden ins Mauerwerk eingesetzt, und mit einer Stromquelle verbunden. Die Idee des Verfahrens ist, eine größere elektroosmotische Kraft über die Stromeinspeisung als die vorhandene Kapillarkraft zu erzeugen und in die entgegengesetzte Richtung, nach unten wirken zu lassen. Nachteile des Verfahrens sind die Vielzahl von zu berücksichtigenden Faktoren wie Salzkonzentration, Durchfeuchtung, metallische Einbauteile wie Leitungen, Blitzschutz usw. Aus Sicherheitsgründen und im Hinblick auf den Stromverbrauch kann die Anlage nur mit begrenzten Spannungen/Stromstärken arbeiten. Das Verfahren wirkt nur so lange, wie 31 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Strom fließt. Der Arbeits- und Kostenaufwand für solche Anlagen ist sehr hoch, ein Nachweis der Funktionsfähigkeit konnte in vielen Anwendungsfällen nicht nachgewiesen werden. Eines der Steuerkästen eines Elektroosmoseanbieters. Es besteht hier die Gefahr, das die Anbieter sich die Notwendigkeit einer Trockenlegung und das natürlich erfolgreiche Ergebnis durch eigene Messungen herbeischaffen. Große Vorsicht sollte man bei den sogenannten „Zauberkästchen“ üben. Bezeichnet werden damit Geräte zur Mauerwerkstrockenlegung, die mittels Funkwellen Technologie) oder (langwellige elektromagnetische „Gravo-Magnetismus“ (und Impulse, vielleicht IRnoch irgendwelchen Beschwörungsformeln) arbeiten sollen. Als Beweis für die Wirksamkeit und Seriösität des Verfahrens werden Referenzlisten mit öffentlichen Gebäuden, begeisternde Kommentare von Wissenschaftlern und Dankschreiben zufriedener Kunden vorgelegt. Die eigentliche Funktionsweise ist wissenschaftlich nicht nachgewiesen und wird von der Fachwissenschaft einhellig bestritten. Die von einigen Anbietern genannte IR- Technologie wird z.B. in der Lebensmitteltechnologie als Messverfahren eingesetzt. Die ausgesendeten Impulse sollen das elektrostatische Feld der Kapillaren zerstören und damit die elektrostatische Auftriebskraft für Mauerwerksfeuchte beseitigen. Diese Verfahren werden als schonend, sanft und nachhaltig beschrieben und mit der Homöopathie verglichen, 32 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 die natürlich auch keinerlei Strahlenbelastung für die Hausbewohner emitieren. Gewährleistung wird für die technische Funktion der Geräte und deren Betriebssicherheit zugesichert, nicht aber für den Erfolg der Trockenlegung. Messungen zur Wirksamkeit von solchen Zauberkästchen wurden bereits durch die TU Wien und die ETH Zürich durchgeführt, eine Wirksamkeit konnte weder im Labor noch am Bauwerk festgestellt werden. Die Erfolge in der Trockenlegung, mit denen diese Geräte beworben werden, sind sicher nicht auf deren Einsatz zurückzuführen. Nur wenn sich alle anderen Rahmenbedingungen nicht ändern und beim Einsatz eines solchen Gerätes dann eine signifikante Austrocknung erfolgt, wäre das dem Gerät zuzuschreiben. In der Regel ist es aber so, das eine Trockenlegung im Rahmen einer Sanierung oder Modernisierung erfolgt. Dort erfolgen üblicherweise solche Baumaßnahmen wie Erneuerung der Dacheindeckung und der Dachentwässerung, Erneuerung Sockel- und Fassadenputz, Nutzungsänderung, Freiflächengestaltung usw. Schon diese Maßnahmen führen in der Regel zu einer erheblichen Austrocknung des Mauerwerks, da Wassereintrag, der zur Durchfeuchtung führte, weitgehend minimiert wird. Der Erfolg stellt sich auch ohne Kästchen ein. Trocknungsverfahren Nach dem Beseitigen des Feuchteeintrages kann man die überschüssige Feuchte aus der Wand versuchen zu entfernen, um ein niedrigeres Feuchtegleichgewicht einzustellen. Das funktioniert auch auf natürliche Weise, dauert aber dann länger. Um diese Zeitspanne bis zur Nutzung zu beschleunigen, werden erschiedene Verfahren angeboten. Wirkprinzip ist, die feuchten Wandteile zu erwärmen und zu belüften, um die Austrocknung zu beschleunigen. Der Wärmeeintrag kann mit Warmluft, Mikrowellen oder Infrarotwellen erfolgen. Wer mehr Zeit hat: Im Winter die Heizung hochfahren und die Räume nach Erwärmung der Innenluft durchlüften, je kälter die Außenluft, um so besser. 33 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Verfahren zur Entsalzung Für denkmalpflegerische Belange wurden in den letzten Jahren eine Reihe von Verfahren zur Entsalzung und Trocknung von Wänden entwickelt, die belastete Wände und Putze von schädlichen Salzen befreien sollen. Dabei sollte man davon ausgehen, das eine vollständige Entsalzung technisch nicht machbar und schädlich ist, da Salze Bestandteile der Bindemittel darstellen und so auch die Festigkeit der Baumaterialien sichern. Opferputz Hier wird ein spezieller Putz mit hoher Verdunstungsoberfläche eingebaut, in dem sich die Salze durch Verdunstung akkumulieren sollen. Opferputz wird eingesetzt Austrocknung in Kombination der Wand mit Verfahren zu Erhöhung (Heizung/Lüftung) und der unter Nutzungsbedingungen. Der Opferputz sieht ästhetischer aus als eine rohe, unverputzte Wand, auf der Salzkristalle ausblühen. Wenn die Speicherkapazität erschöpft oder die Entsalzung abgeschlossen ist, wird der mit Salz befrachtete Opferputz ausgebaut und der endgültige Putz aufgebracht. Der einfachste und billigste Opferputz ist ein Kalkputz aus Weißkalkhydrat und scharfem, grobem Sand. Kompressenverfahren Auf die versalzenen Vornässung Wandoberflächen Putzkompressen aus werden Mineral- und nach gründlicher Zellulosegemischen aufgebracht, in die Salze aus dem Mauerwerk eindiffundieren sollen. Kompressen sollen schneller und effektiver funktionieren wie Opferputz. 34 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Strömungsverfahren (Vakuum- Fluid) Die Wand wird vorgenässt und das Wasser mit den gelösten Salzen durch Vakuum wieder entfernt. Chemische Immobilisierung Ein weiteres Verfahren aus der Denkmalpflege ist das Barium- Verfahren. Bariumverbindungen werden als Lösung in die Bauteile gebracht, bei den dann erfolgenden Ionenaustauschreaktionen werden schwerlösliche, immobile Bariumverbindungen gebildet, die nicht an der Oberfläche auskristallisieren. Der Nachteil der letzten 3 Verfahren besteht in der vorsätzlichen Vernässung der Bauteile, um die Salze in Lösung zu bringen. Dieses Wasser muss auch wieder heraus. mechanische und thermische Verfahren Das einfachste und wirksamste Mittel der Entsalzung ist immer noch das mechanische Abbürsten der Wandoberflächen im Zuge der Austrocknung. Wenn sich danach die Bauteilfeuchte der Wand eingestellt hat und nicht durch äußere Wasserzufuhr periodisch verändert wird, werden auch keine Versalzungen mehr sichtbar sein. Voraussetzung dafür ist, das die Kondensation von Luftfeuchte als weiterer Motor des Salztransportes vermieden wird. Durch geeignete Zuordnung der besonders belasteten Gebäudebereiche mit Nutzungen, die keine hohen Ansprüche an die Trockenheit der Räume stellen, können so Auswirkungen von Bauteilfeuchte minimiert werden. Mit dem gezielten Einsatz geeigneter Heizungs- und Lüftungsanlagen kann man die Trocknung der kritischen Wandbereiche beschleunigen und Taupunktbildungen durch den Einsatz von vielleicht etwas mehr Energie vermeiden. Bewährt hat sich seit einigen 35 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Jahren die Wandtemperierung feuchter Bereiche durch in die Wand eingelassene bzw. aufgebrachte Heizrohre, über die Wärme gezielt in die Wände eingebracht wird und zur Trocknung bei gleichzeitiger Verhinderung von Tauwasser führt. Zu verheerenden Schäden kann das Aufbringen von diffusionsdichten Farbanstrichen führen. Damit werden die Verdunstungsraten drastisch vermindert; eindringende Feuchte wie an Fassaden dringt dann immer noch über vorhandene Risse in die Wand ein, wird aber am Verdunsten gehindert. Das Ergebnis sind solche typischen Schadensbilder: Salz- und Dampfdruck sprengen weg; die die Farbe erhöhte Verdunstungs- rate entlang der Farbrisse führt zu verstärkten Salzabsprengungen. Räume mit Luftfeuchten hohen sollten entsprechend belüftet werden können. Im Zweifelsfall sollte man sich nicht auf das Lüftungsverhalten der Nutzer verlassen, sondern zu automatischen Belüftungen, die über Luftfeuchtesensoren gesteuert werden, greifen. In solchen Bereichen wie Bauteilinnentemperatur an Bädern und besonders Küchen ist gefährdeten es ratsam, Stellen die durch Innendämmungen und vorgesetzte dampfdichte Schalen zu erhöhen, um Kondenswassereintrag in die Wand zu vermeiden. Ein normaler Fliesenbelag ist weder wasserdicht noch dampfdicht! Vorhandene Keller, die in Gewölbetechnik erstellt wurden, sind als Aufenthaltsräume nicht geeignet. Üblich waren einfache Tonnengewölbe, 36 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 die nicht gegen Feuchte gedichtet wurden. Das war auch völlig überflüssig; Kellerräume waren als Lager für Bier, Wein und Lebensmittel wie Obst und Gemüse gedacht. Dazu war eine möglichst hohe Luftfeuchtigkeit und eine konstante Kühle erforderlich. Die Verdunstung der Bodenfeuchte und der aufsteigenden Erdfeuchte im Sommer kühlte den Keller, je mehr Verdunstung, je besser. Nach diesem Prinzip wurden auch noch in der Gründerzeit Keller gebaut; es gab noch keine erschwinglichen Kühlschränke. Deshalb hatten diese Keller Flachschichtpflaster als Bodenbelag, der direkt auf den Baugrund verlegt wurde. So sollte im Sommer eine möglichst hohe Verdunstungsrate erzielt werden, um die Umgebung im Keller kühl und feucht zu halten. Gewölbekeller in Altbauten sollte man daher nicht versuchen, in staubtrockene Aufenthaltsräume zu verwandeln, in dem man die Fußböden und die Wände abdichtet. Das Ergebnis sind rapide steigende Salz- bzw. Feuchteränder im darüber liegenden Geschoss, da die kapillare Feuchte nicht mehr im Keller verdunsten kann und weiter nach oben steigt. Besser ist es, den Keller so zu nehmen, wie er ist: kein Lager für alte Möbel, sondern ein schöner Weinkeller mit möglichst hoher Verdunstungsleistung. Trotz aller Probleme mit Natursteinwänden sind gemauerte Ziegelwände, die etwa seit 1870 im mehrgeschossigen Wohnungsbau Verwendung fanden, stärker durch Feuchte und Salzbelastung gefährdet. Das liegt an der höheren Kapillarität, dem größeren Porenraum und den Ausgangsmaterialien für die Ziegelherstellung. Sicherung der statischen Funktion Die Sicherung der Tragfähigkeit einer Natursteinsteinwand einzuschätzen ist durch ihre Inhomogenität ein schwieriges Problem. Selbst die äußeren Unterscheidungsmerkmale für Bruchstein-, Schichten- bzw. hammerrechtes 37 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Schichtenmauerwerk sagen nichts über die Art der Ausführung des Mauerwerkes aus. Für die Tragfähigkeit einer Mauer sind außer der äußeren Form und dem Material entscheidend: das Verhältnis Fugenhöhe/Länge der Steine, die Neigung der Lagerfugen und der Übertragungsfaktor (Anteil der Steine, die als Binder durch die Mauer gehen), die Dicke der Fugen. Die DIN 1053 schreibt dafür Mindestwerte vor. Für Bruchsteinmauerwerk betragen die Mindestanforderungen: 0,25 als Verhältnis Fugenhöhe zu Steinlänge, 0,30 als Tangens des Neigungswinkels der Lagerfugen zur Horizontalen, mindestens 0,50 als Verhältnis der Grundflächen der durchgehenden Bindersteine zur Mauergrundfläche. Lagerfugen sollten (Bruchsteinmauerwerk). 10 bis 20 mm Bruchsteinwände dick mit sein, max. 30 Lehmmörtel mm und Abweichungen von den o.g. Gütekriterien liegen damit unter dem Mindestgrundwert der zulässigen Druckspannung von 0,2MN/m². Wie soll man das Tragverhalten einer solchen Wand sicher einschätzen? Anders als bei verputzten Ziegelsteinwänden sind bei abgewitterten Bruchsteinwänden Risse und Verformungen als Zeichen von Überlastung kaum erkennbar, da Risse in den Fugen nur bei erheblicher Breite sichtbar sind. Wenn ein Statiker mit den heute zulässigen Materialkennwerten eine Bruchsteinwand nachrechnet, wird wohl häufig ein negatives Ergebnis herauskommen. 38 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Die Wand fällt deshalb nicht um; aber die üblichen Sicherheitsreserven sind oft aufgebraucht. Gefährlich kann es werden, wenn Sanierungsmaßnahmen die Tragfähigkeit weiter einschränken. Dazu ein kleiner Exkurs in die Statik: Die Tragfähigkeit von Mauerwerk wird mit der zulässigen Druckspannung definiert. Diese zulässige Spannung wurde experimentell für die jeweiligen Wandmaterialien ermittelt und in Normen festgelegt. Nach den heute geltenden Normen werden Natursteinmauern in 4 Güteklassen eingeteilt (DIN 1053 Teil 1). Bruchsteinmauerwerk hat die Güteklasse N 1 und gemäß DIN nur eine max. zulässige Druckspannung von 0,3 MN/m², die betrachteten Wände eher nur 0,2 MN/m². Das bedeutet, das eine Wand aus Bruchstein und dem durchschnittlichen Gewicht von ca. 2,5 to pro m³ max. 8 m hoch sein dürfte, nur um ihr eigenes Gewicht tragen zu können. Dabei sind noch nicht berücksichtigt die Auflast der Wand, die ja noch die Decke des Erdgeschosses und das Dach bzw. das nächste Geschoss tragen muss. Dazu kommt noch ein geometrischer Faktor, die Gefahr des Ausknickens. Der deutsche Mathematiker Leonard Euler befasste sich im 18.Jhr. mit der Standsicherheit von Wänden, Säulen, Pfeilern und Stützen. Dabei stellte er fest, das neben der Festigkeit des verwendeten Materials nicht allein die Länge bzw. Höhe des Bauteils ausschlaggebend ist, sondern auch seine geometrische Form und die Art der Einbindung in das Bauwerk oben und unten. Euler versuchte, das in mathematische Formeln zu fassen. Für die Art und damit die Festigkeit des Materials verwendete er das Elastizitätsmodul, eine materialabhängiger Kennzahl, die das Verhältnis von aufgebrachter Spannung zur Verformung wiedergibt(Hooke`sches Gesetz). Die geometrische Form des Bauteils berücksichtigte er durch das Verhältnis von der Knicklänge zur Form, dem Schlankheitsgrad λ. 39 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Mit der Knicklänge berücksichtigte Euler nicht nur die Länge des Bauteils, sondern auch seine Art des Einbaues, heute bekannt als die Euler`schen Knickfälle, aus denen sich Beiwerte zur Erhöhung bzw. Minderung der geometrischen Länge ableiten. Das bedeutet, das besonders schlanke Wände eine geringere rechnerische Druckfestigkeit aufweisen, da bereits geringste Abweichungen von der Lotrechten, der zentrischen Krafteintragung oder Inhomogenitäten im Wandmaterial zum Versagen führen können. Einspannungen oben oder unten, rechts bzw. links erhöhen die Sicherheit gegen Ausknicken und somit die rechnerische zulässige Druckfestigkeit. Bei unserem Beispiel einer 2- geschossigen Hauswand aus Bruchsteinmauerwerk sind keine Minderungen erforderlich, da wir von einer 4seitigen Einspannnung ausgehen können (Fundament, Dach, Giebelwände rechts und links). Es gilt die rechnerische Druckfestigkeit. Der Nachweis funktioniert allerdings nur bei einer Wand mit ungestörtem Querschnitt. Tür- und Fensteröffnungen verringern den tragenden Querschnitt und erhöhen die Druckbelastung des verbleibenden Querschnittes. Bei einer angenommenen Wandlänge von 10 m und 2 Fenstern sowie einer Tür im EG ergibt sich bereits in den Wandpfeilern eine Belastung von 0,23 MN/m², und zwar ohne die Auflasten aus Decke und Dach! Auch wenn die Belastung noch nicht zum Versagen der Wand führt, so werden erhebliche Verformungen in den höher belasteten Wandteilen auftreten. Deshalb ist der nachträgliche Einbau von zusätzlichen Fensteröffnungen in Bruchsteinwände immer riskant und sollte sorgfältig geplant und ausgeführt werden, um Verformungen des restlichen Mauerwerkes zu vermeiden. Was passiert aber, wenn eben keine 4- seitige Einspannung vorliegt? Hier ist so ein Fall im Grenzbereich der Statik, es gibt keine Verzahnung mit der Giebelwand! Man kann nur hoffen, das es noch aussteifende Querwände gibt und die Bundbalken halten... 40 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Wie man sieht, hat sich hier schon was bewegt! Weder der Bruchstein untere noch Teil der aus obere Abschnitt aus Trockenlehmsteinen sind mit der Längswand verzahnt. Auf die Wand wurde vor ca. 100 Jahren noch eine zusätzliche Auflast in Form einer Veränderung der Dachneigung gesetzt. Resultat: die Längswand beginnt auszuknicken. Hier sind so ziemlich alle Sicherheitsreserven aufgebraucht. Mauerwerksart Bruchsteinmauerwerk Hammerrechtes Schichtenmauerwerk unregelmäßiges und regelmäßiges Schichtenmauerwerk Quadermauerwerk MörtelGruppe I II III I II III I II III I II III A Gesteinsgruppe B C D E 0,2 0,2 0,3 0,3 0,5 0,6 0,4 0,7 1,0 0,8 1,2 1,6 0,2 0,3 0,5 0,5 0,7 1,0 0,6 0,9 1,2 1,0 1,6 2,2 0,6 0,9 1,2 1,0 1,6 2,2 1,6 2,2 3,0 3,0 4,0 5,0 0,3 0,5 0,6 0,6 0,9 1,2 0,8 1,2 1,6 1,6 2,2 3,0 0,4 0,7 1,0 0,8 1,2 1,6 1,0 1,6 2,2 2,2 3,0 4,0 Zulässige Druckspannungen in MN/m² nach DIN 1053 T 1 Gruppe Gesteinsarten Mindestdruckfestigkeit in MN/m² A Kalksteine, Travertin, vulkanische Tuffe 20 B weiche Sandsteine ( tonige BM ) 30 C dichte (feste) Kalksteine u. Dolomite, einschl. Marmor, Basaltlava. 50 41 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 D Quarzitische Sandsteine ( mit kiesigem BM ), Grauwacke u. dgl. 80 E Granit, Seynit, Diorit, Quarzporphyr, Melaphyr, Diabas usw. 120 Die Sanierung von Rissen sollte immer erst nach der Feststellung der Schadensursache und der Konsolidierung der Risse erfolgen. Die Wahl des Verfahrens hängt ab von der Größe der Risse und der Struktur der betroffenen Mauer. Das wichtigste Verfahren ist die Verpressung der Risse mit fließfähigen Mineralsuspensionen auf Trasszement oder Trasskalkbasis, welcher vom EModul her auf das Wandmaterial abgestimmt sein sollte. Um die Schalenablösung zwischen innerer und äußerer Wandschale zu sichern, können Nadelanker in Verbindung mit kraftschlüssig wirkenden Suspensionen eingebracht werden. Nadelanker bestehen aus Stahlstäben um 10 mm Durchmesser, die in ca. 800 mm tiefe Bohrlöcher eingebaut werden. Die Verankerung erfolgt durch Verpressung der Bohrlöcher und das Aufschrauben auf eine Ankerplatte, die vertieft auf den Wandflächen eingebaut wird, um die Ankerköpfe zu verdecken. Die Anker sollten nicht mit einer hohen Vorspannung eingebaut werden, um weitere Risse möglichst zu vermeiden. Wie entstehen solche Kraftumlagerungen? Durchbrüche Eine der Hauptursachen ist die Veränderung von Querschnitten durch Schwächungen wie Tür- und Fensterdurchbrüche: Die vorhandene Belastung konzentriert sich auf einen kleineren Wandquerschnitt, dies führt zu höheren Drücken und Verformungen. 42 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Vorgeschwächte Abschnitte in diesen höher belasteten Bereichen können dann durch Bruch versagen, wie z.B. ausgefrorene bzw. zu weiche Steine, zu große Fugen, untergelegte Zwickelsteine in Lagerfugen, die bei der punktförmigen Belastung brechen usw. Durch plötzlich vorhandene freie Abschnitte fehlt in den angrenzenden Wandbereichen der Gegendruck, Steine wandern aus. Bei der Herstellung der Durchbrüche wird mechanische Energie aufgewandt, die zur Lockerung des angrenzenden Gefüges führt. Die Schäden kann man durch abschnittweises Arbeiten und das Einsetzen von umlaufenden Rahmen mit möglichst schnellem Verbund minimieren; so werden Kraftumlagerungen klein gehalten. Manchmal werden in Wände Bögen eingelassen, um Fehlstellen im Gründungsbereich zu überbrücken. Wenn solche tragenden Elemente geschwächt werden, kann es ebenfalls zu ernsthaften Schäden führen. Tür- und Fensterverbreiterungen Um mehr Licht bzw. Durchgang zu schaffen, werden Durchbrüche neu geschaffen oder Laibungen weggenommen und so Öffnungen verbreitert. Hier in diesem Beispiel wurde der Pfeiler unter einem Endfeld eines Kreuzgratgewölbes 43 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 weggenommen, um einen Türdurchbruch zu schaffen. Selbst bei sorgfältigster Ausführung sind an einem solch hoch belasteten Verformungen Bereich unvermeidbar. Das Ergebnis sind Risse. Stützgewölbebildung über Durchbrüchen Um Erdgeschosse für gewerbliche Zwecke nutzen zu können, werden große Öffnungen für Türen und Schaufenster geschaffen. Die darüber liegenden Wände werden mit Stahlträgern abgefangen. Wenn die Träger nicht stramm genug unterfüttert werden und sich bei Belastung verformen (Durchbiegung), entsteht im darüber liegenden Bereich der Wand ein Stützgewölbe, praktisch ein flacher Bogen. Da dieser entstehende Bogen weder über die entsprechenden Widerlager verfügt noch für seine Funktion ausgelegt ist, führt der Schub am Bogenende beim Durchsacken zur Verschiebung der Wand und zu Rissen. 44 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Detail Risse Stützgewölbe Ähnliche Schäden Nachbargebäuden können Stützkräfte entstehen, an wenn Außenwänden durch Abbruch wegfallen und von die Stützgewölbe zusammenfallen. 45 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Risse über einem Torbogen, hervorgerufen durch den Abriss des Nachbarhauses Trotz eines stehen gebliebenen Teiles der Nachbarwand und zusätzlicher Stützpfeiler reißt die Fassade durch Kraftumlagerungen. Ursache ist die damals übliche Bauweise mit Kommunwänden als Giebel, die Häuser halten sich gegenseitig. Entlastungsbögen über scheitrechten Gewölben Um rechteckige Fenster- und Türöffnungen zu erzielen, wurden scheitrechte Stürze verwendet. Bei hohen Belastungen aus den darüber liegenden Wänden und Decken wurden über die scheitrechten Stürze Entlastungsbögen aufgemauert. Bei verputzten Wänden sind diese Bögen nicht sichtbar. Wenn dann im Zuge von Türverbreiterungen oder dem Versetzen von Fensteröffnungen Widerlager abgebrochen werden, kann dies zum Absacken der Bögen und zu Rissbildungen in der Wand führen. Einbau von Stahlbetondecken Durch nachträglichen Einbau von Stahlbetondecken werden oft erhebliche zusätzliche Lasten auf die Wände übertragen. Von Vorteil ist die Einspannung der Wände unter die Decken durch Reibung und damit die Verbesserung der Knicksicherheit. 46 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Das funktioniert aber nur, wenn der gesamte Wandquerschnitt gleichmäßig durch die Decke belastet wird. Geschieht dies nur im Innenbereich, kann Bruchsteinwänden Wandschale es bei üblich, kommen. zur zweihäuptigem einseitigen Schlimmstenfalls Mauerwerk, Belastung verformt sich wie der die bei inneren innere Wandschale so stark, das sie von der restlichen Wand abschert. Wenn der innere Verbund der Wand zerstört ist, besteht die Gefahr des Ausknickens der äußeren Wandschale. Infolge der Belastung durch die Decke wird sich die innere Schale stärker verformen als die Äußere. Schlimmstenfalls kommt es zur Ablösung der inneren Schale und zum Bruch. Neuverfugungen mit Zementmörtel, Vierungen, Steinauswechselungen Durch die Neuverfugung bzw. die Auswechselung defekter Steine mit starrem Zementmörtel kommt es zur Kraftumlagerung in die benachbarten, weicheren Bereiche des Mauerwerks, das Ergebnis sind Verformungen und Risse. Riss durch einen Stein infolge Kraftumlagerung in einem Bogen nach Verfugung mit Zementmörtel 47 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Setzungen durch Vernässung des Baugrundes und/oder Änderung der Belastung einzelner Bauteile Vor allem Säulen, Pfeiler und Stützen, die im Innenbereich punktförmig hohe Einzellasten in den Baugrund ableiten, sind besonders sensibel hinsichtlich Änderungen im Baugrund und in der Belastung. geringe Zugfestigkeit Veränderungen zur von Schäden Nachbargebäudes mit Entfernungen einigen von Natursteinen Aushub führen. einer Dutzend können Schon Metern schon der Baugrube zum Durch die geringe Abbruch kann eines auch bei Nachsetzen von senkrechten Traggliedern führen. Bei Vorhandensein von bindigen Böden können Einleitungen von Wasser zum Verlust der Tragfähigkeit und zu Grundbrüchen führen, wie folgendes Beispiel verdeutlicht. In der nachträglich eingebauten Wand versteckt befindet sich ein Pfeiler, der das Treppenpodest einer massiven Treppe aus Sandsteinblockstufen trägt. Er führte zur Ursache der Schäden im Bodenbelag der Treppe, die behoben werden sollten. 48 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Im Bereich des Stützenfußes ist der Treppenbelag durchgestanzt, Fliesen im Umfeld waren gekippt bzw. einseitig hohlliegend. Der Boden war in der Nähe der Stütze aufgewölbt. Ursache der Schäden war ein Grundbruch unter der Stütze. Der bindige Boden wurde durch eine falsch gesetzte Grundleitung seit etwa 10 Jahren durchfeuchtet und gab jetzt nach. Die Fallrohre wurden statt in eine ordentliche Grundleitung in ein Dränrohr in der Hoffnung eingebunden, so die Versickerung des Regenwassers zu lösen! Das Ergebnis war eine Fundamentbewässerungsanlage. 49 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Der bindige Boden unter dem Fundament war nur noch toniger Brei. Die äußere Schale der Bruchsteinwand begann sich vom Kern zu lösen; besonders an Stellen höherer Belastung wie Türen und Fenster. Wenn solche Schäden unter einzelnen Stützen eines Kreuzgewölbes o.ä. erfolgen, kann das zu einer Kettenreaktion führen, die zum Einsturz des gesamten Gewölbes führen kann. Zur Sanierung solcher, durch Vernässung oder statischer Mehrbelastung versagender Gründungen sind Spezialisten zur Analyse und zur Sanierungsplanung unerlässlich. Spätestens hier hört die Eigenleistung auf. Die Auswahl des Sanierungsverfahrens richtet sich nach Art und Umfang der Schäden, den vorhandenen Baugrund und die Nachbarbebauung. Mögliche Verfahren sind Injektagen, die die Tragfähigkeit des Baugrundes erhöhen sollen, Mikrobohrpfähle und Stopfverdichtungen. Veränderung der Lasteintragungen durch Nutzungsänderung Die häufigste Ursache für erhöhte Lasten eines Altbaues stammen aus der Umnutzung von Dachgeschossen Dachgeschossen als Aufenthaltsraum. In den lassen sich große, helle Wohnräume einbauen, die Dachflächen machen den Einbau einer zeitgemäßen Wärmedämmung 50 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 möglich. Trockenestriche, Gipskartonverkleidungen, Trennwände und die Verkehrslasten führen zu einer erhöhten Belastung der tragenden Bauteile des Hauses, vor allem der Außenwände und der Gründung. Schlafzimmer, Kinderzimmer und Bäder werden deshalb gern in die Dachgeschosse implantiert, da durch das Dachtragwerk und Trockenbauverfahren eine freie Grundrisslösung möglich ist. Gerade bei kleineren Gebäuden mit geringen Gebäudebreiten von 6 – 8 m bieten Sparren- bzw. Kehlbalkentragwerke dafür gute Voraussetzungen, da bei diesem Typ Dachtragwerk keine Stuhlsäulen die Raumaufteilung erschweren. Die Problematik ist, das die Dachräume früher nur als Kaltdach zum Wäschetrocknen und als Abstellraum genutzt wurden. Die Decken zum darunter liegenden Geschoss wurden daher schwächer ausgeführt; allerdings ließen die Zimmerer früher große Sicherheitsreserven bei der Dimensionierung der Holzprofile. Der Ausbau alter Dachböden bedarf trotzdem immer einer Überprüfung durch einen Statiker oder einem anderen geeigneten Baufachmann. Vorsicht ist bei Sparrendächern geboten, wenn Laien selbst Hand am Dachgeschossausbau anlegen. Dazu einige Erläuterungen zur Funktionsweise von Dachtragwerken. Die beiden Hauptarten Sparrendächer. Beim von Satteldächern Sparrendach bildet sind ein Pfettendächer Sparrenpaar und und der Deckenbalken (Bundbalken) ein unverschiebliches Dreieck (Gespärr). In den Sparren herrschen durch die Last der Dachhaut vornehmlich Druckkräfte, im Bundbalken vornehmlich Zugkräfte. Druck im Sparren Kehlbalken 51 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Zug im Bundbalken Aufschieblinge Sparrenfußpunkt als Detail; wenn der waagerechte Bundbalken zerstört ist, wird waagerechter Schub in die Außenwand übertragen: Aufschiebling Die Aufschieblinge sind charakteristisch für Sparrendächer, sie sichern die Überdeckung der vorstehenden Bundbalken. Der Überstand ist erforderlich, damit der Sparren am Fußpunkt (Versatz) nicht ein zu kurzes Holz abschert. Da die Bundbalken nicht unendlich lang überstehen, ist der Dachüberstand bei Sparrendächern begrenzt. Die waagerechten Windlasten längs zum First werden durch schräge Zugbänder, die Windrispen, aufgenommen, die über die Sparren laufen. Seit etwa 150 Jahren sind diese Windrispen aus verzinktem Bandstahl, früher erfolgte die Aussteifung über die massiven, leicht nach innen geneigten Giebelwände im Dachgeschoss. Beim Einbau von Dachflächenfenstern also bitte nicht einfach die Windrispen trennen, wenn sie stören! Der Schwachpunkt der Konstruktion ist die Verbindung zwischen Sparren und Bundbalken (Sparrenfußpunkt). Dieser Punkt liegt in unmittelbarer 52 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Nähe der Traufe, also dort, wo das Wasser vom Dach abfließt und Nässeschäden am wahrscheinlichsten sind. Vorteil ist der freie Dachraum. Kritisch sind Schäden am Fußpunkt, wenn die Verbindung Sparren- Bundbalken keine Last mehr aufnehmen kann. Der Sparren wandert nach außen aus, der First senkt sich. Dasselbe passiert, wenn an irgendeiner Stelle der Bundbalken getrennt wird, z.B. beim nachträglichen Einbau einer Treppe. Kehlbalken werden eingefügt, wenn die Sparren so lang sind, das die Durchbiegungen zu groß werden. Sparrendach mit Kehlbalkenlage Wenn oberhalb Kehlbalkenlage der Last eingetragen wird, kann unter die Kehlbalkenlage eine Stuhlsäule gestellt sein. Laien verwechseln deshalb oft ein Sparrendach mit einem Pfettendach. Daher gehören Veränderungen am Tragwerk eines Sparrendaches bzw. generell eines Dachtragwerkes immer in die Hand eines Zimmerers. 53 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 In diesem Fall wurden bei einer Erweiterung des kleinen Häuschens ein Anbau errichtet und eine Treppe zum vorher ungenutzten Dachboden (Sparrendach mit Kehlbalkenlage) eingebaut. Dabei mussten einige Bundbalken entfernt werden. Im Laufe der nächsten Jahre traten am Haus verheerende Risse in der Fassade und am Giebel auf. Hinter dieser Wand liegt die Treppe, die Wand schiebt nach außen 54 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Der zweite Dachtyp ist das Pfettendach. Hier liegen die Sparren auf parallel zum First laufenden Pfetten. Je nach Lage gibt es Fußpfetten, Mittelpfetten und Firstpfetten. Die Fußpfetten liegen auf der Längswand auf; die Mittel- und Firstpfetten werden durch senkrechte Stützen, die Stuhlsäulen getragen, die durch Kopfbänder mit den Pfetten unverschieblich verbunden sind. Die Stuhlsäulen tragen die Last des Daches auf die Decke ab. Durch die Kopfbänder werden waagerechte Windlasten längs zum First aufgenommen. Damit die Mittelpfetten nicht durch die Last der Sparren nach innen ausweichen, werden sie von waagerechten Hölzern, den Zangen, auf Abstand gehalten. Bei der Stuhlsäule unter einer Firstpfette ist dies nicht erforderlich, da sich die Sparren hier berühren und der waagerechte Druck sich aufhebt. Sparren Druck Zange Mittelpfetten Stuhlsäulen Fußpfetten 55 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Das System Pfette-, Stuhlsäule-, Zange heißt Dachstuhl, da das Dach hier praktisch aufsitzt. Mittlerweile ist das Wort Dachstuhl zum Synonym für alle Dachtragwerke aus Holz geworden. Der Vorteil des Pfettendaches ist die Möglichkeit, Häuser mit größeren Tiefen zu bauen; die Sparrenlänge gibt nicht mehr die Breite des Gebäudes wie beim Sparrendach vor. Am Fußpunkt werden keine waagerechten Kräfte außer Windkräften in die Außenmauern eingeleitet. Die Dachneigung kann flacher gehalten werden, der Dachüberstand kann größer als beim Sparrendach sein. Der Nachteil ist der erhöhte Holzeinsatz für den Stuhl und die im Dachraum stehenden Stuhlsäulen. Da die Stuhlsäulen im Gegensatz zum Sparrendach, wo die Dachlasten ausschließlich in die Außenwände abgeleitet werden, Lasten aus der Mittel- und den Firstpfetten punktförmig in die Dachgeschossdecke ableiten, ist hier Vorsicht beim Ausbau geboten. Die Last wird am Fußpunkt entweder über ein Querholz auf zwei oder drei Deckenbalken verteilt oder unter der Stuhlsäule steht im darunter liegenden Geschoss eine Stütze oder eine Wand. Das Querholz wird weggesägt, da es eine Stolperstelle ist, die Wand darunter weggerissen, weil sie stört. Absenkungen in der Decke und in der Dachfläche können die Folge sein. Als dritter Dachtyp existiert das Binderdach. Dachbinder als vorgefertigte Bauelemente sind keine Entwicklung des Industriezeitalters, es gibt sie seit der Gotik. Einige Kirchen und Profangebäude in Burgund oder in Italien verfügen über freitragende vorgefertigte Dachbinder mit Zuggliedern aus Holz, die mit Kränen aufgesetzt wurden. 1662 – 65 wurde im Rahmen der Aufstockung der Kirche San Giovannino in Florenz flache, freitragende, vorgefertigte Dachbinder ohne Zugglied mit dem Kran montiert. Um Platz für das hölzerne Tonnengewölbe der Decke ohne störende Zugglieder zu haben. Der Konstrukteur der Binder war übrigens ein katholischer Priester, Domenico Fontani. 56 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Prinzip des Fontani-Binders Prinzip eines einfachen Dachbinders In einfachen Wohngebäuden sind solche Binderkonstruktionen vor 1870 praktisch nicht zu finden. Für den Neuaufbau von Dachtragwerken im Zuge der Sanierung alter Gebäude sind sie dann interessant, wenn es gilt Raum zu schaffen und Gewicht, Zeit und Geld zu sparen. Zur Frage der Herstellung der physikalischen Funktion von Wänden kommt auch noch die ästhetische Frage: Sieht das schön aus? 57 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Hier wurde steinsichtig Bruchsteinmauerwerk saniert. Weder das Mauerwerk noch die Sanierung sind sehenswert. Statt das gleiche Wandmaterial zu nehmen, wurden alte Ziegel verwendet. Übrigens ist das kein Karnickelstall auf dem Dorf, sondern Teil der Wasserburg Egeln. Hier kann man im Detail erkennen, was Materialien mit unterschiedlichen EModulen bewirken. Außerdem zu bewundern: „Die Kunst der Fuge“ oder der Unterschied zwischen Handwerk und Eigenleistung. 58 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Natürlich kann man der ganzen Problematik der Sanierung von Wandflächen aus Bruchstein aus dem Wege gehen, wenn man nach gutem deutschem Brauch die Wand verkleidet. So sieht dann die schöne heile (und abwaschbare) Fassade mit hammerrechtem Bruchstein aus Plastik aus... Es lebe das Imitat. Quelle dieser steinsichtigen Mode der Darstellung von Bruchsteinmauerwerk sind einige durchaus bedeutende Bauten des ausgehenden 19. und beginnenden 20.Jh., als der aufkommende deutsche Nationalstolz sich in romantisierenden Nachbildungen alter Ritterburgen Anfang machte Schloss Neuschwanstein in manifestierte. Den Bayern, gefolgt vom Wiederaufbau der Hochkönigsburg im Elsass, dem Umbau des Schweriner Schlosses, den allgegenwärtigen Krieger- und Heldendenkmälern usw. Die alten Landgerichtsgebäude aus wilhelminischer Zeit sind Trutzburgen gotischer Baukunst. 59 Ingenieurbüro Dipl.-Bau-Ing. Georg Böttcher 06449 Aschersleben, Hohlweg 20 Tel 03473/ 814201 und 0172/ 3409116 und 072/ 3420515 Die Hochkönigsburg (Haute - Koenigsburg) im Elsass. Die Bürger der nahe gelegenen Stadt Schlettstadt schenkten ruine, (Selestat) die die jährigen Burg- im 30- Krieg von schwedischer Artillerie zusammengeschossen wurde, dem deutschen Kaiser. Der ließ die Burg Anfang des 20. Jh. wieder (natürlich mit steinsichtigem Mauerwerk) aufbauen. Viele wohlhabende Bürger und Intellektuelle eiferten ihrem großen Potentaten im Kleinen nach, so entstanden viele kleine „Koenigs“-burgen, wie die Georgsburg, die sich ein wohlhabender Bauunternehmer bei Könnern an der Saale als seinen Traum von Ritterschaft und neuer deutscher Größe errichtete. Wie beim Vorbild großen wurde die Fassade nicht verputzt, es sollte „original ja nach Mittelalter“ aussehen. Es gab natürlich auch eine Ritterstube! Georg Böttcher fecit 60