Hydrophobierung von Naturstein - Bundesverband öffentlich ...

Gebäudeschäden
Martin Sauder
Hydrophobierung von Naturstein
Einleitung
Sachverständige haben sich häufig mit
Schäden auseinander zu setzen, die
im Zuge der Hydrophobierung von
Baustoffen entstanden sind, gerade
bei hochporösen Materialien, wie
Putz, Ziegelmauerwerk und Naturstein.
Vielfach zeigen die Untersuchungen
der Objekte, dass zwar eine
wasserabweisende Oberfläche erreicht
wurde, dennoch (oder gerade deswegen?)
treten Schäden auf, die im
Extremfall zur Substanzzerstörung
führen können.
Die Aufgabe des Sachverständigen besteht
zunächst meist darin, festzustellen, ob eine
Hydrophobierung überhaupt aufgebracht
wurde und eine entsprechende Wirkung
vorliegt. In der Praxis wird das Aufgabengebiet
dann oft deutlich erweitert: Es stellen
sich Fragen, die sowohl die Verarbeitung
als auch die Planung und Ausschreibung
betreffen. Gut funktionierende wasserabweisende
Imprägnierungen sind, wie
130 | Der Sachverständige . Mai 2003
die Praxis zeigt, in vielen Fällen für Schäden
verantwortlich.
Im Folgenden sollen die verschiedenen
immer wieder auftretenden typischen
Schäden behandelt werden, mit denen
sich der Sachverständige beschäftigen
muss. Eine Reihe von Untersuchungen bildet
die Grundvoraussetzung, um die richtigen
Schlussfolgerungen zu treffen und
die Schadensursachen auch zweifelsfrei zu
ermitteln. Die geschilderten Schäden und
Zusammenhänge betreffen v. a. Natursteinflächen,
sind jedoch in vielen Fällen
ohne weiteres übertragbar auf andere poröse
Baustoffe.
1. Material und Verarbeitung
Nachdem in den vergangenen Jahrzehnten
mit den unterschiedlichsten Materialien
experimentiert und gearbeitet wurde,
hat sich seit ca. 10 Jahren das Spektrum
der verarbeiteten Hydrophobierungsmittel
deutlich verkleinert. Es sind immer noch
sehr unterschiedliche Mittel auf dem
Markt. Vorwiegend werden jedoch folgende
Gruppen verwendet, deren im Baustoff
Abb. 1 und 2: Oberfläche
eines vulkanischen Tuffsteins.
Die wasserabweisende Schicht
wird als Schale großflächig
abgelöst. In Abb. 2 ist im
Anschnitt nach der Benetzung
mit Wasser die helle hydrophobierte
Zone deutlich zu
erkennen (siehe Pfeile).
� Folgen der wasserabweisenden
Ausrüstung
� Lebenserwartung von
Hydrophobierungen
� Erfahrungsberichte über
verschiedene Schadensfälle
abgeschiedener Wirkstoff, ein Polysiloxan,
identisch ist:
� Lösemittelgelöste oligomere Siloxane
� Monomere Silane
� Imprägniercremes auf Siloxanbasis
Während die beiden erstgenannten im
Flutverfahren aufgebracht werden, da sie
sehr dünnflüssig sind, erfolgt die Applikation
der Cremes mit der Lammfellrolle
oder im Spritzverfahren mit dem Airlessgerät.
Auf die verschiedenen Materialien
und ihre Vor- und Nachteile soll jedoch
hier nicht näher eingegangen werden, da
mit allen Produkten – ordnungsgemäße
Verarbeitung vorausgesetzt – sehr gute
wasserabweisende Oberflächen herzustellen
sind.
Andere Präparate, seien es Polyurethane,
Acrylatkombinationen etc., werden in Einzelfällen
auch eingesetzt, im Vergleich zu
den oben genannten Produkten stellen sie
jedoch nur eine Randgruppe dar.
In der Praxis trifft man bei den noch immer
am weitesten verbreiteten lösemittelhaltigen
Produkten alle möglichen Formen der
Verarbeitung: Sie werden mit dem Pinsel
�
�
Ein Beitrag vom 10. DST

oder mit der Rolle aufgetragen, manchmal
auch mit Niederdruckspritzen, die oft zu
einer starken Verneblung der Lösung führen.
Diese Art der Applikation bei niedrig
viskosen Flüssigkeiten hat zur Folge, dass
die Baustoffoberfläche sehr schnell nass
erscheint und den Eindruck erweckt, das
Materialangebot für den Baustoff sei ausreichend.
Es ist für den Verarbeiter nahezu
unmöglich, zu kontrollieren, wie viel ein
solcher oberflächlich nasser Baustoff tatsächlich
aufgenommen hat, bzw. wie tief
die Lösung eingedrungen ist.
Das Ergebnis sind Oberflächen mit sehr
unterschiedlichen Eindringtiefen, die oft
direkt nebeneinander liegen. Dies
wiederum hat sowohl auf die Verschmutzung
der Oberflächen als auch auf die
Nachhaltigkeit der Maßnahme selbst einen
großen Einfluss. Ziel der Hydrophobierungen
ist es stets, die Wasseraufnahmefähigkeit
der Baustoffoberflächen so
weit herab zu setzen, dass der sog. Wasseraufnahmekoeffizient
w < 0,5 kg/m²*h 0,5
ist (Prüfung nach DIN 52617).
An dieser Stelle ebenfalls zu erwähnen ist
die Tatsache, dass eine reine Hydrophobierung
niemals eine Verfestigung darstellt.
Die abgeschiedenen Wirkstoffmengen
sind äußerst gering, sie bewirken nur
eine extrem dünne Auskleidung der Porenwände
und besitzen keinerlei klebende
oder verfestigende Wirkung.
2. Häufige Schadensbilder
und ihre Ursachen
2.1 Fleckige Verfärbungen
hydrophobierter Oberflächen
Einige Jahre nach der Applikation treten
auf manchen Fassaden unterschiedlich
gefärbte fleckige Zonen auf. Dunkle, verschmutzt
erscheinende Bereiche liegen
neben unveränderten Flächen mit »sauberem«
Stein. Die dunkleren Bereiche werden
fälschlicherweise oft interpretiert als
Folge der Staub- und Schmutzanlagerung
auf Flächen, in denen das Hydrophobierungsmittel
bereits abgebaut ist.
Daher tragen solche Erscheinungen beträchtlich
dazu bei, ein verbreitetes Vorurteil
zu stützen, das von einer »Lebenserwartung«
von Hydrophobierungen ausgeht,
die ca. 3 – 5 Jahre nicht übersteigt.
Die eigentliche Ursache zeigt sich erst bei
genauer Untersuchung. Gerade die dunkel
erscheinenden Flächen sind wasserabweisend,
die Behandlung war hier also erfolgreich.
Der Abbau des Materials in direkter
Nähe der Oberfläche – oft nur bis
in eine Tiefe < 1 mm! – bewirkt, dass sich
hier häufig ein Wasserfilm bildet, der infolge
der gestörten Kapillarität des Steins
nicht vom Material aufgenommen wird.
Diese direkt an der Oberfläche vorhandene
Durchfeuchtung begünstigt das
Wachstum von Mikroorganismen sehr
stark. Es siedeln sich in solchen Flächen
vielfach Organismen an, die Melanin abscheiden,
also einen schwarzen, sehr widerstandsfähigen
Farbstoff, der für die
scheinbare Verschmutzung verantwortlich
ist.
Gerade die funktionierende Hydrophobierung
bewirkt also in solchen Fällen die Verfärbung,
nicht die unwirksame.
An dieser Stelle muss daher auch ein anderer
Trugschluss besprochen werden, der
immer wieder zu lesen ist: Dabei steht die
Beobachtung im Vordergrund, dass die
hydrophobierte Oberfläche zunächst einen
deutlichen »Abperleffekt« aufweist.
Benetzt man sie mit Wasser, wird dieses
für jeden sichtbar abgestoßen. Bereits kurze
Zeit nach dem Auftragen einer Hydrophobierung
ist dieser Effekt jedoch verschwunden,
was zu dem falschen Schluss
führt, die Wirkung des Mittels sei nicht
mehr vorhanden.
Prüft man jedoch die Wasseraufnahme
derartiger Oberflächen, z. B. mit Karstens'schen
Prüfröhrchen, zeigt sich stets, dass
die wasserabweisende Wirkung immer
noch sehr gut messbar vorhanden ist. Lediglich
Oberflächeneinflüsse, wie Staub,
Wind und v. a. UV-Einstrahlung, lassen den
»Abperleffekt« rasch verschwinden. Eine
Wasseraufnahme findet jedoch nach wie
vor nicht statt.
Sind Eindringtiefen von > 5 mm erreicht,
so ist ein Abbau der wasserabweisenden
Wirkung nach unseren Erfahrungen nicht
mehr möglich. Prüfungen an den verschiedensten
Bauwerken ergaben selbst nach
mehr als 40-jähriger Standzeit noch hervorragende
wasserabweisende Eigenschaften.
2.2 Oberflächenparallele Schalen
Hydrophobierte Fassaden aus Naturstein,
insbesondere Sandsteine und vulkanische
Tuffe, können oberflächenparallele Schalen
bilden, die, gerade bei denkmalwerter
Bausubstanz, irreversible Schäden bedeuten,
da die historische Oberfläche
meist unwiederbringlich zerstört ist. Im
besten Falle sind umfangreiche restauratorische
Maßnahmen erforderlich, um die
gelösten Partien wieder am Untergrund zu
fixieren. Bei genauer Prüfung stellt man
Gebäudeschäden
stets fest, dass die Schalen unabhängig
von Struktur und Gefüge nur die Oberfläche
nachzeichnen. Es löst sich die wasserabweisende
Schicht an der Oberfläche
vom nicht hydrophoben Untergrund ab.
Die Abbildungen 1–3 zeigen ein solches
Erscheinungsbild exemplarisch an Steinoberflächen
aus Weiberner Tuff, aufgenommen
am Münster St. Vitus in Mönchengladbach.
Mehrere Mechanismen sind dafür verantwortlich:
Zum einen besitzt die wasserabweisende
Schicht ein völlig anderes Längenänderungsverhalten
im Hinblick auf thermische
und hygrische Einflüsse als der unbeeinflusste
Stein. Die Folge davon sind oberflächenparallele
Spannungen, die durchaus
bei vielen aufeinander folgenden Feuchtigkeits-
und Temperaturwechseln zu einer
Ablösung der Oberfläche führen können.
2.3 Durchfeuchtung des Steins
Dieser Effekt überlagert sich in der Praxis
oft mit einem weiteren: An nahezu jedem
Bauwerk gibt es Bereiche, in denen eine
flächig hydrophobierte Oberfläche von
Wasser hinterlaufen wird. Risse infolge
Bauwerksbewegungen, abgerissene
Fugenflanken, defekte Abdeckungen auf
Gesimsen u. ä. sind die häufigsten Ursachen.
Eingedrungene Feuchtigkeit kann
bei funktionierender Hydrophobierung
nicht in flüssiger Form an die Oberfläche
gelangen. Vielmehr vollzieht sich der Übergang
von der flüssigen in die Gasphase
hinter der wasserabweisenden Schicht. Im
Vergleich zur kapillaren Wanderung des
Wassers ist daher die Austrocknungsgeschwindigkeit
stark herabgesetzt.
Die Folge sind oft lang anhaltende Durchfeuchtungen
hinter der hydrophobierten
Schicht, die, wie Messungen in der Praxis
ergaben, bis zu Durchfeuchtungsgraden
von 70–85 % führen können. Hier ist in
jedem Falle mit Frostschäden zu rechnen,
wenn es zu einer nahezu vollständigen
Durchfeuchtung des Steins kommt und
die klimatischen Verhältnisse entsprechend
sind.
Zwischen der trockenen Oberfläche und
dem durchnässten Untergrund sind aber
in jedem Falle vergleichbare Spannungen
zu erwarten, wie sie im vorausgegangenen
Abschnitt beschrieben wurden.
2.4 Anreicherung wasserlöslicher
Berliner Salze Architekturbüro sucht Kooperation
mit ö.b.u.v. Sachverständigen für Gebäudeschäden
zur Erweiterung des Geschäftsfeldes.
Tel. 0173-2345215
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Mai 2003 . Der Sachverständige | 131

Gebäudeschäden
Abb. 3: Oberfläche eines Tuffsteins mit hydrophobierter Oberfläche. Die abgelöste
Schale ist ca. 4–5 mm dick. Mit der Schale wird die gesamte steinmetzmäßig
bearbeitete Oberfläche entfernt – gerade bei denkmalwerter Substanz ein
unersetzlicher Verlust. Auf der zurückliegenden Fläche zeichnen sich Aufwachsungen
von wasserlöslichen Salzen ab.
Die Durchfeuchtung hat weiterhin zur Folge,
dass lösliche Stoffe im Stein mobilisiert
und bis zur Grenze der Hydrophobierung
transportiert werden. Hier kann
es, da dieser Bereich nun die Verdunstungsfront
darstellt, zum Auskristallisieren
dieser Salze kommen. Oft sind erhebliche
Kristallisations- und Hydratationsdrucke
mit derartigen Kristallisationsphänomenen
verbunden. Der mechanische Druck, der
dabei entsteht, führt bereits ohne sonstige
physikalische Effekte zur Absprengung
der Schalen, wie es in den Abb. 1–3 zu
erkennen ist.
Alle hier geschilderten Schadensmechanismen
wirken sich also um so gravierender
aus, je besser die wasserabweisenden Eigenschaften
der Baustoffe an der Oberfläche
sind.
3. Schlussfolgerungen
3.1 Voruntersuchung und Planung
Grundvoraussetzung ist eine sorgfältige
Vorplanung und Zieldefinition:
� Ist eine Hydrophobierung im jeweiligen
Falle überhaupt erforderlich?
� Ist bereits eine Belastung mit bauschädlichen
wasserlöslichen Salzen im Stein
vorhanden?
� Sind die konstruktiven Gegebenheiten
für eine flächige Hydrophobierung geeignet?
132 | Der Sachverständige . Mai 2003
� Sind Bauwerksbewegungen oder auch
Schrumpf- und Quellvorgänge im Baustoff
zu erwarten?
Auch die Risikoabwägung zwischen Vorund
Nachteilen durch die Imprägnierung
muss für jedes Bauwerk und Bauteil separat
getroffen werden. Ohne Voruntersuchungen
dürfen derartige Arbeiten nicht
ausgeschrieben oder vergeben werden.
Obwohl es sich bei Hydrophobierungen
nur um einen scheinbar einfachen Arbeitsgang
handelt, der erst ganz zum Ende,
nach Abschluss aller übrigen Maßnahmen,
durchgeführt wird, bedarf er doch großer
Sorgfalt, da er sich im Extremfall sehr negativ
auf den Erfolg einer Instandsetzung
auswirken kann.
3.2 Verarbeitung
Art und Qualität der Verarbeitung haben
großen Einfluss auf die Dauerhaftigkeit der
Maßnahme: Nur mit genau definierter
Auftragsmenge und Eindringtiefe kann
eine erfolgreiche Hydrophobierung durchgeführt
werden. Diese wiederum kann nur
kontrolliert werden, wenn die Applikationsverfahren
dies zulassen.
Verarbeitung mit der Rolle, Quast oder Pinsel
ist grundsätzlich nicht gestattet. Dabei
ist eine Auftragsmenge nicht zu kontrollieren.
Auch die Herstellervorschriften, die
oft eine derartige Verarbeitung noch zulassen,
sollten dahin gehend überprüft
und geändert werden.
Lücken innerhalb der behandelten Oberfläche
verursachen stets umfangreiche und
irreversible Schäden.
3.3 Materialauswahl
Auch bei Natursteinbauwerken ausschließlich
alkalistabile Materialien verwenden.
Wird dies nicht beachtet, ist das gesamte
Fugennetz nicht hydrophob, was dazu
führt, dass die Oberfläche nahezu vollständig
hinterlaufen wird, mit den bereits oben
geschilderten Folgeschäden.
Vorteile bringen die neuen Imprägnierungscremes,
da sie ohne Applikationsverluste
auf der Oberfläche aufliegen und
langsam kapillar aufgenommen werden.
3.4 Qualitätssicherung
Ohne intensive und sachkundige Bauüberwachung
und Qualitätssicherung bei derartigen
Maßnahmen sind Misserfolge fast
vorprogrammiert. Es empfiehlt sich, stets
eine Musterfläche anlegen zu lassen, die
als Referenzfläche dient und zu Vergleichszwecken
bei eventuell auftretenden Unstimmigkeiten
heran gezogen werden
kann.
3.5 Begutachtung im Schadensfall
Es sind stets mehrere Faktoren, die zum
Auftreten von Schäden führen. Daher wird
auch von dem Sachverständigen, der mit
der Begutachtung beauftragt ist, meist
eine Reihe verschiedener Prüfungen und
Analysen verlangt, um die jeweilige Ursache
im Einzelfall exakt zu ermitteln: Dazu
gehören insbesondere:
� Einsichtnahme in die Bauakten,
� Messung des Durchfeuchtungsgrades
hinter der wasserabweisenden Zone,
� Prüfung der Eindringtiefe an mehreren
Stellen,
� Analyse auf bauschädliche Salze, in
mehreren Tiefenstufen hinter der Oberfläche,
� Messung des Wasseraufnahmekoeffizienten,
� Detaillierte Überprüfung der Entwässerung
an der betreffenden Fassade.�
Dipl.-Geol. Martin Sauder ist von der
IHK des Saarlandes öffentlich bestellt und
vereidigt für Schäden an sowie
Restaurierung und Sanierung von
mineralischen Baustoffen und Naturstein.
Er ist ferner Geschäftsführer eines Instituts
für Baustoffuntersuchung und
Sanierungsplanung in Saarbrücken.