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________________________________________________________________________________________________ Dr. Uwe Erfurth IfB Institut für Bautenschutz LfD Dresden 2009 Diplom-Chemiker ö.b.u.v. Sachverständiger D – 86465 WELDEN
• Dr. Uwe Erfurth • Diplom-Chemiker
• ö.b.u.v. Sachverständiger für Anstriche und Außenputze • Mitglied des ISK Internationaler Sachverständigenkreis D-A-CH • Mitglied der SwissBauCo – Winterthur - CH
• Sonnenstraße 11 D - 63785 Obernburg
• Tel. +49 8293 - 7044 • Fax. +49 8293 – 6704 • Mobil +49 172 – 62 84 594
IfB Institut für Bautenschutz
www.institut-erfurth.de „Publikationen�
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Schloss Wolfsthurn, Mareit, Südtirol
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Putz und Anstrich
Der Fassadenputz muss auf die Anforderungen von
- Untergrund und - Bewitterung
abgestimmt sein In unserem Klima bedeutet das :
Putze mit hydraulischen Bindemittelanteilen
Luftkalkputze sind außen viel zu empfindlich
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Schloss Altegloffsheim, „Solubel�-Putz, „Hochleistungs-Kalkputz nach 6 Monaten
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• SOLUBEL®-Kalkputzsysteme
• Ein patentiertes umweltfreundliches und zementfreies Putzsystem für Außen- und Innenputze, entwickelt in enger Zusammenarbeit mit Denkmalpflegern.
• Mit traditionell verbürgten Bestandteilen nach
bewährtem Rezept, beinhaltet das Solubel- Kalkputzsystem die aufeinander abgestimmten Systembestandteile: Ausgleichsputz Unter- und Oberputz Feinputz Kalkglätte Kalkanstrich
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Nicht zu viel versprochen: denn Solubel (lat.) bedeutet löslich Schloss Alteglofsheim
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Putz und Anstrich
Luftkalkputze auf unbeheizten Fassaden carbonatisieren zu langsam und sind deshalb bis zum Winter nicht frostbeständig. Hydraulische Kalkputze sind in der Regel nach 28 Tagen frostbeständig. Ideale Druckfestigkeiten auch für historische Fassaden liegen zwischen 4 – 6 N/mm²
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Bauschäden vermeiden
• Neuer Außenputz auf Altbau
– Druckfestigkeit >/= 5,0 N/mm² – Biegezugfestigkeit >/= 1,5 N/mm² – mit Puzzolanen (Trass)
– Bei Wunsch nach Sumpfkalk (P I a) sofort Bedenken schriftlich anmelden
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Putz und Anstrich
Putze mit natürlichem hydraulischen Kalk haben schwankende Druckfestigkeiten und sind deshalb ebenfalls schadensträchtig Ideale Bindemittel sind :
- hydraulische Kalke (Mischproukte) - Kalk/Zement - Puzzolan/Kalk (Trasskalk)
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Versuchswand: Schloss Oberschleißheim nach 7 Jahren
Publikation Dr. Künzel
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Der Kalkputz der Restauratoren war bereits nach dem 1. Winter zerstört
Publikation Dr. Künzel
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Grab-Pyramide Schloss Rheinsberg 2. Versuch nach dem 1. Winter
Hydraulischer Kalkputz - NHL, freskal gestrichen
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Versuche vor Ort
Hydr. Kalkputz, Restaurator
Hydr. Kalkputz, Industrie
FRP
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Nach dem 1. Winter
Hydr. Kalkputz, Restaurator
FRP
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Schon die Kalknorm DIN EN 459-1 (alte DIN 1060) kennt folgende 8 unterschiedliche Arten von Kalk :
Benennung Kurzbezeichnungen • 1. Weißkalk 90 CL 90 • 2. Weißkalk 80 CL 80 • 3. Weißkalk 70 CL 70
[ 4. Dolomitkalk 85 DL 85 ] [ 5. Dolomitkalk 80 DL 80 ] • 6. Hydraulischer Kalk 2 HL 2 • 7. Hydraulischer Kalk 3,5 HL 3,5 • 8. Hydraulischer Kalk 5 HL 5
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CL 90 CL 80 CL 70
100 90 80 70 50 40 30 20 10 CaO
NHL2 NHL3,5 NHL5
----Zement-----
Silikate, Aluminate aus Ton
Luftkalk – hydraulischer Kalk - Zement
10 50
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CL 90 CL 80 CL 70
100 90 80 70 50 40 30 20 10 CaO
NHL2 NHL3,5 NHL5
----Zement-----
Brenntemperatur < 1000 °C
Brenntemperatur > 1000 °C
Brenntemp.> 1200 °C
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Die 2. Illusion :
Rein ist von diesen handelsüblichen Kalksorten laut DIN keiner ! :
�Baukalke sind Bindemittel, deren analytischen Hauptbestandteile die Oxide und Hydroxide des Calciums (CaO, Ca(OH) 2 ) mit geringen Anteilen des Magnesiums (MgO, Mg(OH) 2 ), Siliciums ( SiO2 ), Aluminiums (Al2O3 ) und Eisens (Fe2O3 ) sind.�
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5 Jahre nach erneutem Solubel-Putz durch den Erfinder Ruf war die Treppenanlage gerade mit einem K/Z-Sanierputz neu verputzt
Schloss Alteglofsheim
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Schloss Alteglofsheim
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Problemzone Geländeanschluss : Öffnen des Mauerwerks für Regenwasser !!!
Schloss Alteglofsheim
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Schloss Alteglofsheim
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Solubel: 1 Jahr nach der Nachsanierung schon wieder schadhaft.
Ein Kalkputz kann kein Sanierputz gegen Salze sein
Schloss Alteglofsheim
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Das Salzbildungspotential von Kalk !
Was gleichfalls fast immer übersehen wird, ist die Tatsache, dass gerade der Kalk (Calciumcarbonat) ein Salzbildungspotential besitzt. Die atmosphärischen Schadstoffe aus den Verbrennungsgasen wie Schwefeldioxid, -trioxid und die Stickoxide wandeln bei der Bewitterung den Kalk, und zwar sowohl Calciumhydroxid als auch Calciumcarbonat, in Calciumsulfat bzw. Calciumnitrat um . Alles bauschädliche Salze ! Dies bedeutet, dass der Kalk in Putz und Anstrich unter heutigen Umweltbedingungen ein erhebliches Salzbildungspotential darstellt. Berücksichtigt man diese nun wirklich nicht neue Erkenntnis, so wird einem klar, wie unsinnig z.B. das Überziehen von porösen Natursteinfassaden mit Kalkschlämmen ist ! wie es regional in Deutschland zur Zeit in Mode gekommen ist.
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Abbinde-Reaktion des Kalkhydrats als
Putzbindemittel + Salzbildung aus Kalk (1) Ca(OH) 2 + CO2 ==> CaCO3 + H2O Kalkhydrat Kohlendioxid Kalk(-Stein) Wasser
Diese Reaktion zum Calciumcarbonat findet erst mit dem Austrocknen des Putzes statt, wenn also das Kohlendioxid in den Putz ein diffundieren kann. Bedauerlicherweise wird gerade das Calciumhydroxid wie auch das Calciumcarbonat von den Schadstoffen der Luft angegriffen und in schädliche Salze umgewandelt:
(1-1) Ca(OH) 2 + H2SO4 ==> CaSO4 x 2 H2O
Gips
(1-2) CaCO3 + H2SO4 + H2O ==> CaSO4 x 2 H2O + CO2 Î Gips
(1-3) CaCO3 + 2 HNO3 + H2O ==> Ca(NO3) 2 x 2 H2O + CO2 Î Calciumnitrat = "Salpeter"
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Schloss Alteglofsheim
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Schloss Alteglofsheim
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Der Hauptnachteil der Luftkalkputze liegt aber im ungünstigen Abbindeverlauf:
Beachten muss man hierbei, dass der Putz von der Oberfläche her abbindet, weil das Kohlendioxid erst dann in die Mörtelschicht eindringen kann, wenn das Wasser den Porenraum verlassen hat.
Dies führt nun zu der unglücklichen Situation, dass der Putz an der Oberfläche hart wird, während er in der Tiefe noch weich ist.
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Wasser
CO2
Verlauf der Carbonatisation = sehr langsame Festigkeitsentwicklung
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Wasser
CO2
Verlauf der Carbonatisation = sehr langsame Festigkeitsentwicklung
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Wasser
CO2
Verlauf der Carbonatisation = sehr langsame Festigkeitsentwicklung
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Wasser
CO2
Verlauf der Carbonatisation = sehr langsame Festigkeitsentwicklung
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Wasser
CO2
Verlauf der Carbonatisation = sehr langsame Festigkeitsentwicklung
Wenn der Putz durchfeuchtet, ist die Carbonatisation gestoppt !
Noch nicht fest, lösliches Kalkhydrat vorhanden
Harte Kruste führt zu Spannungsrissen
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Kirche Freystadt 3 Jahre nach Neuputz
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Kirche Freystadt 3 Jahre nach Neuputz
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Kirche Freystadt 3 Jahre nach Neuputz
Putze unter GOK müssen vertikal gegen Feuchtigkeit geschützt werden z.B. mit mineralischen Dichtungsschlämmen
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Dom von Brixen, alter hydr. Kalkputz, 1979 vor dem Neuanstrich
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Hydraulische Kalke
Hier sind die tonigen/mergeligen Anteile im Kalkstein, die zu den hydraulischen Bindemitteln führen, schon so hoch, dass auch unter Wasser die Abbindung erfolgt.
Trocknet der Putzmörtel dann aus, so tritt über die Carbonatisation eine zusätzliche festigkeitssteigernde Wirkung ein.
Aus solchen Bindemitteln können viele carbonatische Anteile herausgelöst werden, ohne dass die hydraulische Bindemittelmatrix zusammenbricht. Diese hydraulischen Putze haben einen sehr wichtigen Vorteil gegenüber den Luftkalkputzen :
2 Abbindestufen: 1. Hydraulisch 2. Carbonatisation
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2 stufige Festigkeitsentwicklung
Hydraulisch in 28 Tagen
Carbonatisation mit der Zeit
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Hydraulisch in 28 Tagen
Carbonatisation mit der Zeit
2 stufige Festigkeitsentwicklung
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Hydraulisch in 28 Tagen
Carbonatisation mit der Zeit
2 stufige Festigkeitsentwicklung
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Hydraulisch in 28 Tagen
Carbonatisation mit der Zeit
2 stufige Festigkeitsentwicklung
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Hydraulisch in 28 Tagen
Carbonatisation mit der Zeit
2 stufige Festigkeitsentwicklung
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Hydraulisch in 28 Tagen
Carbonatisation mit der Zeit
2 stufige Festigkeitsentwicklung
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Dom von Brixen, 30 Jahre nach Neuanstrich mit Keim-Purkristalat
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(2) 2 C3S + 6 H2O <--> C3S x H2O (CSH) + 3 Ca(OH)2 (3) 2 C2S + 4 H2O <--> C3S2 x H2O (CSH) + Ca (OH)2 (4) C3A + 6 H2O <--> C3AH6 (5) C3A + Ca(OH)2 + 6 H2O <--> C4AH13 Abkürzungen in der Zementchemie :
C = CaO H = H2O
A = Al2O3 C = CO2
S = SiO2 S = SO2
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Aus den tonigen Mineralien von Kalksteinen entstehen wegen der niedrigeren Brenntemperatur überwiegend :
(3) 2 C2S + 4 H2O <--> C3S2 x H2O (CSH) + Ca (OH)2 C3A-Phasen sind kaum zu finden, was aber auch Vorteile hat, denn damit ist eine Ettringit-Bildung mit Sulfaten weitgehend ausgeschlossen !
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Pfarrkirche Thyrnau, 3 Jahre nach Neuputz mit Solubel
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Pfarrkirche Thyrnau, 3 Jahre nach Neuputz mit Solubel
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Pfarrkirche Thyrnau, 3 Jahre nach Neuputz mit Solubel
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Pfarrkirche Thyrnau, 3 Jahre nach Neuputz mit Solubel
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Nach 3. Winter nach Neuputz Eis in der Tiefe !
Pfarrkirche Thyrnau, 3 Jahre nach Neuputz mit Solubel
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Nach 3. Winter nach Neuputz Eis in der Tiefe !
Pfarrkirche Thyrnau, 3 Jahre nach Neuputz mit Solubel
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Kirche Freystadt 3 Jahre nach Neuputz
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Kirche Freystadt 3 Jahre nach Neuputz
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Kirche Freystadt 3 Jahre nach Neuputz
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Kirche Freystadt 3 Jahre nach Neuputz
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Kirche Freystadt 3 Jahre nach Neuputz
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Ca(OH)2 Wasser
Ca(OH)2 löslich
Kapillarer Rücktransport beim Austrocknen (Mai/Juni)
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Wasser
Kapillarer Rücktransport beim Austrocknen (Mai/Juni)
Ca(OH)2
Ca(OH)2 löslich
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Wasser
Kapillarer Rücktransport beim Austrocknen (Mai/Juni)
Ca(OH)2
Ca(OH)2 löslich
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Wasser
Kapillarer Rücktransport beim Austrocknen (Mai/Juni)
CO2
Ca(OH)2
Ca(OH)2 löslich
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Ca(OH)2 löslich
Kapillarer Rücktransport beim Austrocknen (Mai/Juni)
X CaCO3 Salz !
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Kirche Freystadt 3 Jahre nach Neuputz
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Kirche Freystadt 3 Jahre nach Neuputz
nicht carbonatisiert carbonatisiert
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Nachversinterung
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Kirche Freystadt 3 Jahre nach Neuputz
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Kirche Freystadt 3 Jahre nach Neuputz
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Bauhaus Weimar Kalkanstrich nach 1 Jahr
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach dem 1. Winter
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach dem 1. Winter
Carbonat-Ausblühungen Wegen aufsteigender Feuchte
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach dem 1. Winter
Keine Vertikalsperre unter GOK !
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach dem 1. Winter
Tausalz von der Terrasse !, Sanierputz WTA notwendig
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach dem 1. Winter
Luftkalkputz mit wenig Weißzement ist nicht Frost- bzw. Salz-beständig
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach dem 1. Winter
Nach dem 1. Winter, 6 Monate nach Einweihung !
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach 2 Jahren
Nach dem 2. Winter muss der Schandfleck beseitigt werden
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach 2 Jahren
Nach dem 3. Winter: Vorsichtshalber noch nicht gestrichen
Jetzt Zementputz + Dichtungsschlämme
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6 Monate nach feierlicher Einweihung
Bauhaus Dessau
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach dem 1. Winter
Dokumentierter Riss nach dem 1. Winter
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach dem 1. Winter
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach dem 1. Winter
Obwohl Keim-Silikatfarbe nachgewiesen worden war, wurde Kalkanstrich mit Acrylatdispersion + Hydropobierung vorgeschrieben
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach dem 1. Winter
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach dem 2. Winter
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach dem 1. Winter
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Weltkulturerbe Bauhaus-Dessau nach dem 3. Winter
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Risse im Putz und deren Sanierung
Jetzt E - 4
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Entkopplung mit Stucanet
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Hydraulische Kalke
„Kalke, die vorwiegend aus Calciumsilikaten, Calciumaluminaten und Calciumhydroxid bestehen und durch Brennen von tonhaltigem Kalkstein und nachfolgendem Löschen und Mahlen und/oder durch Mischen von geeigneten Stoffen und Calciumhydroxid hergestellt werden. Diese Kalke erstarren und erhärten unter Wasser. Atmosphärisches Kohlendioxid trägt zur Erhärtung bei.
Hydraulische Kalke (HL), die durch Brennen (unter 1250 Grad C) von mehr oder weniger tonhaltigem Kalkstein, zu Pulver gelöscht, mit oder ohne Mahlung, entstehen, werden �Natürliche hydraulische Kalke" (NHL) genannt.��
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Puzzolan – Kalke = Trasskalke Wie oben schon erwähnt, ist der Kalk als Calciumhydroxid bzw. als Calciumcarbonat unter heutigen Umweltbedingungen äußerst kritisch zu betrachten, da diese Verbindungen durch die Umweltschadstoffe in schädliche Salze umgewandelt werden. Dies führt nicht nur zu einem Abbau des carbonatischen Bindemittels, sondern zu Salzwanderungen in die anschließenden Bereiche. Insbesondere bei falsch rezeptierten Steinersatzmörtel kam es in den Nachbarbereichen zu beschleunigter Zerstörung der Sandsteine durch diese Salzbildung ausgehend von zu hohen Gehalten an Kalhydrat und Alkalien. Steinersatzmörtel müssen deshalb unbedingt auf möglichst kalkhydrat- und alkali-armen Rezepturen, gegebenenfalls auf Puzzolanbasis aufgebaut sein, weil dadurch sich das Salzbildungspotential verringert. Die Kalknorm DIN 1060 erlaubt den Zusatz solcher Puzzolane : �Kalke, denen bis zu 20 % geeignete puzzolanische oder hydraulische Stoffe zugegeben sind, werden mit NHL-P bezeichnet.�
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Vorteile der Puzzolan-haltigen Bindemittel
Maßgeblich für die Eignung als Puzzolan ist das Vermögen eines Materials zusammen mit Calciumhydroxid (Kalkhydrat) und Wasser Ca-Si/Al-Hydrate ( CSH / CAH ) zu bilden. Dies bedeutet, dass das Kalkhydrat in eine weitgehend auch gegen die Schadstoffe der Atmosphäre stabile hydraulische Verbindung umgewandelt wird und somit der Carbonatisation nicht mehr zur Verfügung steht.
Wenn aber kein Calciumhydroxid bzw. kein Calciumcarbonat vorhanden ist, dann wird dadurch das Salzbildungspotential und auch die Gefahr von unerwünschten Ausblühungen reduziert. Entscheidend dabei ist, dass der Gehalt an Alkalien niedrig ist.
Auch C3A bzw. CAH-Phasen sind unerwünscht, um eine Ettringit-Reaktion zu vermeiden. Dies lässt sich aber durch Auswahl geeigneter hydraulischer Verbindungen und alkaliarmer Gläser bzw. durch kontrollierten Tuffabbau (Trass) steuern und durch Untersuchungen nachweisen. Bei dem Wiederaufbau der Frauenkirche in Dresden wurden Trassmörtel eingesetzt, deren Alkaligehalte auf unter 0,1 % festgelegt wurden. Dies konnte bis heute ohne Probleme für jede Charge nachgewiesen werden.
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Die Kalk-Puzzolan-Reaktion ist sehr komplex:
Die Hydroxyl-Ionen lagern sich an die Silicium- und Aluminium-Atome an und es bilden sich Komplexionen sowie auch intermediär die Kieselsäure, die dann unter Ca+ - Aufnahme polymerisieren und fest werden.
Entscheidend ist dabei, dass das Calciumhydroxid damit in unlösliche CSH-Phasen umgewandelt und fest wird und somit keine Ausblühungen möglich sind. Deshalb werden beim Verlegen von porösen Natursteinen solche Puzzolanmörtel (Trasszement, Trasskalk) eingesetzt.
Diese Puzzolanreaktion ist relativ langsam. Puzzolan-Putze (z.B. Trassputze) müssen deshalb lang feucht gehalten werden, damit das Kalkhydrat nicht mit dem Kohlendioxid der Luft carbonatisieren kann. Dies ist aber durch Zugabe von Zellulosen und Nachfeuchten (ca. 10 Tage) möglich. Diese Putzmörtel sind dann besonders stabil unter heutigen Umweltbedingungen.
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Luft-Kalkputz Innen
Auch Probleme ??? Beispiel: Altenberger Dom
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Kalkputz Innen
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Kalkputz Innen • Aufgabenstellung • Im Altenberger Dom haben sich im Jahr 2007 einige kleine
Putzstücke von dem Gewölbe Q gelöst. Die Bezirksregierung Köln beauftragte mich, die Ursachen der Putzablösung zu untersuchen. Dazu fand ein Ortstermin am 13.02.2009 statt. Ab 09:00 Uhr besichtigte ich mit Frau Abraham von der Bezirksregierung vom Gerüst aus die schadhaften Bereiche und nahm Proben zur weiteren Untersuchungen im Labor. Hinzu kam Dr. Stürmer vom Denkmalamt Brauweiler, der mich über die speziellen Gegebenheiten informierte.
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Kalkputz Innen Anschließend fand eine gemeinsame Lage-Besprechung statt, bei der teilnahmen: Frau Abraham Bezirksregierung Köln Bauherr Herr Reusteck Bauministerium Bauherr Herr Prof.Dr. Nussbaum Bauforschung Frau Dr. Lepsky Bauforschung Prof. Dr. Oswald Sachverständigenbüro Oswald Herr Spilker Sachverständigenbüro Oswald Herr Lemke Ing.-Büro Shwab + Lemke Frau Lemke Ing.-Büro Schwab + Lemke Herr Klein Ing.-Büro Schwab + Lemke Herr Dr. Stürmer RhAD Brauweiler Herr Nett Baufirma Schorn Herr Dr. Erfurth SV-Büro Erfurth
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Kalkputz Innen
Gewölbe Q mit Putzabplatzungen
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Kalkputz Innen
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Kalkputz Innen
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Kalkputz Innen
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Kalkputz Innen
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Kalkputz Innen
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Kalkputz Innen Beurteilung : Die Überprüfungen der Alt- und Neuputzflächen auf Hohllagen hat zahlreiche kleinere Hohllagen bestätigt. Dies bedeutet, dass die dünnen Putzlagen auf den Gewölben Haftungsprobleme haben. Ob es zu weiteren Abplatzungen kommen wird, hängt allein von den Verformungen in den Gewölben ab. Ob und in welchem Umfang diese zu erwarten sind, kann ich nicht beurteilen. Bei dem Vorgespräch wurde mir berichtet, dass die Heizung auch im Sommer bei hohen rel. Luftfeuchtigkeiten anspringt, um die Luftfeuchtigkeit abzusenken. Dadurch werden natürlich Rekristallisationseffekte unterbunden, weil sich nicht genügend Porenwasser anreichern kann. Für die Rekristallisation wird aber Kohlendioxid in wässriger Lösung (verdünnte Kohlensäure) benötigt, damit Kalk als Hydrogencarbonat in Lösung gehen kann und nach Abtrocknung wieder auskristallisieren kann. Es bleibt zu diskutieren, ob die Heizungsführung ggf. diese Rekristallisationsprozesse im Putzgefüge und in der Haftungszone unterbindet. Schon jetzt kann man sagen, dass die (ggf. anteilige) Verwendung von einem hydraulischen Kalk im Putzbindemittel diese Probleme nicht zeigen würde. Deshalb würde ich bei evtl. notwendigen Ausbesserungen und Neuputz zu einem hydraulischen Kalkputz raten. Dies wird man aber noch im Detail zu diskutieren haben.