27.06.2011
1
Ziegel- und Backsteinmauerwerk
Institut für Baustoffuntersuchung und Sanierungsplanung GmbH
Ziegel- und Backsteinmauerwerk
Institut für Baustoffuntersuchung und Sanierungsplanung GmbH
27.06.2011
2
Ziegel- und Backsteinmauerwerk
Institut für Baustoffuntersuchung und Sanierungsplanung GmbH
Dipl.-Geol. Martin Sauder
Carreau Wendel, Cantine
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
Carreau Wendel, Cantine
Keramisch gebundene BaustoffeKeramisch gebundene Baustoffe
RohstoffeRohstoffe Wesentlicher Bestandteil: Lehm/Sand-GemischeTon (Kaolin), wasserhaltige Mineralgemische auch: Metalloxide, z. B: KorundKorngrößen 0,1 – 10 µm, aus Al2O3-Schichten (Oktaeder) und SiO2-Schichten (Tetraeder)
Herstellung generell : Herstellung generell: Formen der Steine oder sonstigen GegenständeTrocknenBrennen der aus Ton geformten WarenBrenntemperatur richtet sich nach Verwendungszweck und Ausgangsmaterial
Dipl.-Geol. Martin Sauder
DefinitionDefinition ursprünglich nur aus Ton durch Brennen hergestellte wasser- und formbeständige Erzeugnisse.Heute: alle Erzeugnisse, die aus anorganischen Rohstoffen geformt und bei >900 °C gebrannt und dadurch mehr oder weniger gesintert werden.
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Abläufe beim BrennenAbläufe beim Brennen
Bis 120 °C Austreiben des Wassers450 – 600 °C Abspaltung Hydratwasser der Tone
800 °C Verfestigung durch erste Grenzflächen-reaktionen
1000 – 1500 °C Verdichtung und teilweises Schmelzen („Sintern“)
Ab 1200 °C Schmelzen
BrenntemperaturenBrenntemperaturen
900-1100 °C Ziegelwaren (Backsteine, Dachziegel)
1150-1300 °C Steinzeug, Klinker
1300-1450 °C Porzellan
1300-1800 °C feuerfeste Steine
Dipl.-Geol. Martin Sauder
Dipl.-Geol. Martin Sauder
MauerziegelMauerziegel
Normen und Regelwerke
DIN 105 Teile 1 – 6 Mauerziegel
DIN EN 771-1 Festlegungen für Mauersteine, Teil 1: Mauerziegel
DIN 1053 Mauerwerk, Berechnung und Ausführung
DIN EN 1344 Pflasterziegel: Anforderungen und Prüfverfahren
DIN 4051 Kanalklinker
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
MauerziegelMauerziegel
Vollziegel : Querschnitt durch Lochung nicht mehr als 15 % reduziert
Hochlochziegel senkrecht zur Lagerfläche gelocht
Vormauerziegel Ziegel mit nachgewiesenem Frostwiderstand
Klinker Ziegel, oberflächlich gesintert mit Wasserauf-nahme ≤ 7 % und Druckfestigkeit ≥ 28 MPa mit nachgewiesenem Frostwiderstand
Wärmedämmziegel Ziegel mit engen Grenzen der Rohdichte-klassen und erhöhter Anforderung an Wärme-dämmung und Lochung
Planziegel : Ziegel mit besonderer Maßhaltigkeit, v. a. bzgl. der Ziegelhöhe
Dipl.-Geol. Martin Sauder
MauerziegelMauerziegel
Ziegelarten nach DIN 105• Vollziegel und Hochlochziegel der Dichteklassen >1.2• Wärmedämmziegel und Hochlochziegel der
Rohdichteklassen <1.0• Hochfeste Ziegel und hochfeste Klinker• Keramikklinker• Leichtlanglochziegel und Leichtlanglochziegelplatten• Planziegel
Ziegelarten nach DIN 105• Vollziegel und Hochlochziegel der Dichteklassen >1.2• Wärmedämmziegel und Hochlochziegel der
Rohdichteklassen <1.0• Hochfeste Ziegel und hochfeste Klinker• Keramikklinker• Leichtlanglochziegel und Leichtlanglochziegelplatten• Planziegel
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
Mauerziegeltypen DIN 105Mauerziegeltypen DIN 105
DIN 105 SteinartKurz-
zeichenFestigkeits-
klasse* Rohdichte-klasse**
Vorzugs-formate
Vollziegel MzVormauerziegel VMzVollklinker KMzHochlochziegel HLz 1,2 - 1,8 NF-20 DFVormauerhochlochziegel VHLz 6 - 28 1,2 - 1,8Hochlochklinker KHLz 28 1,9Leichthochlochziegel HLzLeichthochlochziegel W HLzWVollziegel MzVormauerziegel VMzVollklinker KMzHochlochziegel HLzVollklinker KKKeramik-Hochlochklinker KHKLeichtlanglochziegel LLz NF-20 DFLeichtlangloch-Ziegelpl. LLp 40 s-115 s
Teil 1 4 - 281,2 - 2, 2
DF, NF, 2 DF
Teil 2
DF, NF, 2DF, 3 DF
4 - 20 0,6 - 1,0 NF-20 DF
DF, NF, 2 DF, 3 DF
Teil 4 60 1,4 - 2,2DF, NF,
2 DF
2 - 12 0,5 - 1,0Teil 5
Teil 3 36-60 1,2 - 2,2
*: N/mm² **: g/cm³*: N/mm² **: g/cm³
Dipl.-Geol. Martin Sauder
MauerziegelMauerziegel
Ziegelbezeichnungen nach DIN 105
Mauerziegel DIN 105
Ziegelbezeichnungen nach DIN 105
Mauerziegel DIN 105
Rohdichteklasse 1,2 g/cm
Festigkeitsklasse 12 N/mm²
Format: 2DF = 24*11,5*11,3 cm (zweifach Dünnformat)
Mz
Kurzbezeichnung nach DIN 105
- 1,2- 2 DF12
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
Mauerziegel: CE-ZeichenMauerziegel: CE-Zeichen
Dipl.-Geol. Martin Sauder
ZiegelsteinformateZiegelsteinformate
NF: NormalformatDF: Dünnformat
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DefinitionenDefinitionen
Einige historische ZiegelformateKlosterformat(e) 28-30 × 14-15 × 9-10 cm altes (deutsches) Reichsformat 25 × 12 × 6,5 cm Reichsformat (RF) - Deutschland 24 × 11,5 × 6,3 cm Standardformat k.u.k. Monarchie 29 × 14 × 6,5 cm
Aktuelle ZiegelformateNormalformat (NF) - Deutschland 24 × 11,5 × 7,1 cm Normalformat - Österreich 25 × 12 × 6,5 cm Vollbackstein (zu SIA 266*)-Schweiz 25 × 12 × 6 cm
30 × 9 × 6 cm 32 × 12 × 6 cm
Dünnformat (DF) 24 × 11,5 × 5,25 cm englisches Format 21 × 10 × 6,5 cm (Waalformaat) - Niederlande 20...21 × 10 × 5 cm
*:Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein
Dipl.-Geol. Martin Sauder
Dipl.-Geol. Martin Sauder
ZiegelformateZiegelformate
Vollziegel und Lochziegel: Normalformat
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
ZiegelformateZiegelformate
Hochlochziegel Langlochziegel
Dipl.-Geol. Martin Sauder
ZiegelformateZiegelformate
Porosierter Hochlochziegel „Klimatherm ST 9“, Lieferformate: 10 DF, 12 DF, 14 DF
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
ZiegelsteinmauerwerkZiegelsteinmauerwerk
Mauerwerk aus Langlochziegeln zwischen einem Tragwerk aus Stahlbetonstützen
Typisch Mittelmeerraum
Dipl.-Geol. Martin Sauder
ZiegelsteinmauerwerkZiegelsteinmauerwerk
Mauerwerksverband: Übergreifen zwischen den einzelnen Steinen wegen der benötigten Stabilität. Dadurch werden die Lasten im Mauer-werk auf den gesamten Querschnitt verteilt.
Mindestübergreifen: 4,5 cm
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
ZiegelsteinmauerwerkZiegelsteinmauerwerk
Bezeichnung der Teile eines Ziegel-steinmauerwerks
Dipl.-Geol. Martin Sauder
ZiegelsteinmauerwerkZiegelsteinmauerwerk
„am“: Achtelmeter, also 12,5 cm.
Aus diesem Maß ergeben sich alle Stein- und Mauerwerksmaße
27.06.2011
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
Ziegelsteinmauerwerk: Läuferverband
Dipl.-Geol. Martin Sauder
Ziegelsteinmauerwerk: Läuferverband (50 %)
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
ZiegelsteinmauerwerkZiegelsteinmauerwerk
Binderverband
„
Dipl.-Geol. Martin Sauder
ZiegelsteinmauerwerkZiegelsteinmauerwerk
Blockverband
„
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
ZiegelsteinmauerwerkZiegelsteinmauerwerk
Kreuzverband
„
Dipl.-Geol. Martin Sauder
Ziegelsteinmauerwerk: Kreuzverband
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
In der Praxis: Vermischungen kommen vor.
Dipl.-Geol. Martin Sauder
Block- und Kreuzverband zusammen
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
Blockverband an der Cantine
Dipl.-Geol. Martin Sauder
MauerwerksverbändeMauerwerksverbände
Blockverband
Märkischer Verband
Schlesischer Verband
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
MauerwerksverbändeMauerwerksverbände
Holländischer Verband
Wilder Verband
Dipl.-Geol. Martin Sauder
Ziegelsteinmauerwerk: Flämischer Verband
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GOK GOK
Herkunft der Baufeuchte Herkunft der Schadstoffe
Kondensation
Niederschlag
aufsteigendeFeuchte
Spritzwasser
seitl. eindringende Feuchte
Tausalz
Eigensalze
Nitrate, Sulfate
Phosphate
Atmosphär. Belastungen (SO2, CO2)
hygroskop. Wasseraufnahme
Schadstoffe aus der jew. Nutzung
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Feuchte-und Schadstoffhaushalt im Mauerwerk
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Name Formel Löslichkeit [g/l]
Gips CaSO4 * 2 H2O 2,4
Thenardit Na2SO4 110
Mirabilit Na2SO4 * 10 H2O 110
Epsomit MgSO4 * 7 H2O
(zum Vergleich: Kochsalz [NaCl]: 360g/l, Kalk [CaCO3]: 0,015g/l)
Institut für Baustoffuntersuchung und Sanierungsplanung GmbH
Eigenschaften bauschädlicher Salze: Sulfate
Name Formel Löslichkeit [g/l]
Kochsalz NaCl 360
Calciumchlorid CaCl2 * 6 H2O 750
Kaliumcarbonat K2CO3 * 2 H2O 1470
Natriumcarbonat (Soda)
Na2CO3 * 10 H2O 1000
(zum Vergleich: Kalk [CaCO3]: 0,015g/l)
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Eigenschaften bauschädlicher Salze: Carbonate und Chloride
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Name Formel Löslichkeit [g/l]
Nitrokalit KNO3 * 2 H2O 1000
Ca-Nitrat Ca(NO3)2 1210
Ca-Nitrat Ca(NO3)2 * 4 H2O 2660
Mauersalpeter 5 Ca(NO3)2*NH4NO3*10 H2O 2500
(zum Vergleich: Kochsalz [NaCl]: 360g/l, Kalk [CaCO3]: 0,015g/l)
Institut für Baustoffuntersuchung und Sanierungsplanung GmbH
Eigenschaften bauschädlicher Salze: Nitrate
Stabilitätsverlust : Umwandlung stabiler Minerale in instabile Salze
Kristallisationsdruck : Aufbauen eines Sprengdruckes beim Auskristallisieren
Hydratationsdruck : Einbau von Wasser ins Kristallgitter: Volumenzunahme, Druckaufbau
Ausgleichsfeuchte Spontane Wasseraufnahme aus der Luft, Erhöhung der Ausgleichs-feuchte und z. T. erhebliche Durchfeuchtung
Stabilitätsverlust : Umwandlung stabiler Minerale in instabile Salze
Kristallisationsdruck : Aufbauen eines Sprengdruckes beim Auskristallisieren
Hydratationsdruck : Einbau von Wasser ins Kristallgitter: Volumenzunahme, Druckaufbau
Ausgleichsfeuchte Spontane Wasseraufnahme aus der Luft, Erhöhung der Ausgleichs-feuchte und z. T. erhebliche Durchfeuchtung
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Bauschädliche Auswirkungen von Salzen
Wechsel der Hydratstufen= Spannungsaufbau im Baustoff = Zermürbung
Wechsel der Hydratstufen= Spannungsaufbau im Baustoff = Zermürbung
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Salzsprengtest nach VDI Richtlinie 3797
-16,00
-14,00
-12,00
-10,00
-8,00
-6,00
-4,00
-2,00
0,00
2,00
4,00
1 6 11 16
Anzahl Zyklen
Mas
senä
nder
ung
[%]
Pr. 1
Pr. 2
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Einfluss des Hydratationsdruckes: "Salzsprengtest"
1 Zyklus:
- Lagerung in Natriumsulfatlösung
- Trocknen im Trockenschrank
- Abkühlen auf Zimmertemperatur
1 Zyklus:
- Lagerung in Natriumsulfatlösung
- Trocknen im Trockenschrank
- Abkühlen auf Zimmertemperatur
Dipl.-Geol. Martin Sauder
Schadensursache Frost
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
Schadensursache Frost
Salze auf Hüttensteinmauerwerk
Institut für Baustoffuntersuchung und Sanierungsplanung GmbH
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Salze und Feuchtigkeit
Institut für Baustoffuntersuchung und Sanierungsplanung GmbH
Salze und Feuchtigkeit
Institut für Baustoffuntersuchung und Sanierungsplanung GmbH
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Einstufung der Salzgehalte nach WTA*
*WTA e.V.: Wissenschaftlich-technische Arbeitsgemeinschaft für Denkmalpflege und Bauwerkserhaltung
1. Chemische SalzumwandlungUmwandlung der Salze in unlösliche Stoffe, meist Blei- und Bariumverbindungen; klappt nicht bei Nitrat!PbSiF6 + NaCl PbCl2 + Na2SiF6
unlöslich2. AusspülenAuswaschen mit Wasserüberschuss durch Berieseln; bei Einzelteilen auch durch Tauchen in WannenNachteil: Am Bauwerk Gefahr starker Durchfeuchtung; Verschleppen von Salzen in den Stein!
3. Behandlung mit KompressenAusnutzen des Konzentrationsgefälles zwischen Baustoff und Kompresse; Kompressen aus Zellstoff, Methylcellulose, Bentonit, befeuchtet mit dest. Wasser; Salze wandern in die Kompresse.Gute Wirkung, aber langwierig und daher teuer
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Behandlung bauschädlicher Salze
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Ein gewisser Anteil an Restfeuchte wird längere Zeit im Mauerwerk verbleiben, dazu kommt die Feuchtigkeit aus dem Anmachwasser.
Gefahr des Sulfattreibens bei direktem Kontakt von Zement mit gips-oder sulfathaltigem Mauerwerk.
Verstärkte Salzbildung und SchädigungZerstörung von Putz, Stuck, FassungenRisse und Gefügezerstörung durch Treiben
Gegenmaßnahmen: HS-Zement ( C3A - Gehalt reduziert )zementfreie Mörtel konstruktive Trennung von Beton und historischem Bestand
Ein gewisser Anteil an Restfeuchte wird längere Zeit im Mauerwerk verbleiben, dazu kommt die Feuchtigkeit aus dem Anmachwasser.
Gefahr des Sulfattreibens bei direktem Kontakt von Zement mit gips-oder sulfathaltigem Mauerwerk.
Verstärkte Salzbildung und SchädigungZerstörung von Putz, Stuck, FassungenRisse und Gefügezerstörung durch Treiben
Gegenmaßnahmen: HS-Zement ( C3A - Gehalt reduziert )zementfreie Mörtel konstruktive Trennung von Beton und historischem Bestand
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Gefahren bei der Verwendung von CEM I
Einflüsse auf den historischen Mörtel
Art und Eigenschaften der Zuschläge
Flusssand Lehm- und TongehaltForm der Zuschläge, in Abhängigkeit vom Liefergebiet und der regionalen GeologieStabilität der Zuschläge
Künstliche Zuschläge VerdichtungNachbehandlungAufarbeitung von erhärtetem Mörtel
Zusätze: ZiegelmehlTrassSchlacke
Art und Eigenschaften der Zuschläge
Flusssand Lehm- und TongehaltForm der Zuschläge, in Abhängigkeit vom Liefergebiet und der regionalen GeologieStabilität der Zuschläge
Künstliche Zuschläge VerdichtungNachbehandlungAufarbeitung von erhärtetem Mörtel
Zusätze: ZiegelmehlTrassSchlacke
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Art des Bindemittels: Sumpfkalk
Hydraulischer Kalk
Zement
Kunstharzvergüteter Mörtel
Bindemittelgehalt reines Bindemittel ohne Zuschläge, z. B. beim Versetzen von Quadern und Werksteinen mit extrem engen Fugen
Bindemittelanteile von 1:1 bis 1:10
Mit Einflüssen auf die Festigkeit, Löslichkeit, Untergrundhaftung etc..
Art des Bindemittels: Sumpfkalk
Hydraulischer Kalk
Zement
Kunstharzvergüteter Mörtel
Bindemittelgehalt reines Bindemittel ohne Zuschläge, z. B. beim Versetzen von Quadern und Werksteinen mit extrem engen Fugen
Bindemittelanteile von 1:1 bis 1:10
Mit Einflüssen auf die Festigkeit, Löslichkeit, Untergrundhaftung etc..
Einflüsse auf den historischen Mörtel
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Prüfungen am historischen Mörtel
Art des BindemittelsArt des Bindemittels Kalk, hydraulischer Kalk, ZementDolomitkalk
Chemische Besonderheiten Neubildungen aufgrund Nutzung
Gehalt an Bindemittel Möglichst auch Anteile ermitteln, falls verschiedene Bindemittel vorhanden sind
Glühverlust Zur Ermittlung der wasserfreien Mischungsverhältnisse
Art der Zuschläge Mineralogische Zusammen-setzung, ggf. Herkunft, Form, Besonderheiten
Kornverteilung der Zuschläge Aufstellen der Sieblinie
Verarbeitung Qualität der Verdichtung Schichtstärken etc.
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Prüfungen am historischen Mörtel
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0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Sie
bdur
chga
ng %
Kornfraktion [mm]
Diagramm 1: Kornsummenkurve von Mörtelproben aus großer Grotte
GR-1
GR-2
GR-3
GR-4
Deutlich hebt sich der Mörtel GR-2 von den anderen 3 Proben ab.
Bereits mit der Kornsummenkurve sind daher wesentliche Unterscheidungen möglich
Deutlich hebt sich der Mörtel GR-2 von den anderen 3 Proben ab.
Bereits mit der Kornsummenkurve sind daher wesentliche Unterscheidungen möglich
Konfiguration des neuen Mörtels
Art des Bindemittels : Alle chemischen Reaktionen mit schadensfördernden Neubildungen müssen ausgeschlossen sein.Festigkeitsentwicklung ist bei den verschiedenen Bindemitteln sehr unterschiedlich
Bindemittelanteil: Abhängig von der benötigten FestigkeitAbhängig von der Art der Verarbeitung
Art des Bindemittels : Alle chemischen Reaktionen mit schadensfördernden Neubildungen müssen ausgeschlossen sein.Festigkeitsentwicklung ist bei den verschiedenen Bindemitteln sehr unterschiedlich
Bindemittelanteil: Abhängig von der benötigten FestigkeitAbhängig von der Art der Verarbeitung
Zusätze: organische Zusätze zur Verbesserung der FrischmörtelkonsistenzVerbesserung des Wasserrückhaltevermögens
Zusätze: organische Zusätze zur Verbesserung der FrischmörtelkonsistenzVerbesserung des Wasserrückhaltevermögens
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Konfiguration des neuen Mörtels
Wasseraufnahme: Saugfähigkeit des neuen Mörtels sollte ungefähr in der Höhe des Wasseraufnahmevermögens des umgebenden Mauerwerks liegen.
Wasseraufnahme zu niedrig: Stauwirkung, Durchfeuchtung von Fugenflanken, Hinterfeuchtung von Mauerwerksoberflächen
Wasseraufnahme zu hoch: Durchfeuchtung ausgehend von den Fugen
Abhängig von der Art der Verarbeitung
Wasseraufnahme: Saugfähigkeit des neuen Mörtels sollte ungefähr in der Höhe des Wasseraufnahmevermögens des umgebenden Mauerwerks liegen.
Wasseraufnahme zu niedrig: Stauwirkung, Durchfeuchtung von Fugenflanken, Hinterfeuchtung von Mauerwerksoberflächen
Wasseraufnahme zu hoch: Durchfeuchtung ausgehend von den Fugen
Abhängig von der Art der Verarbeitung
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Konfiguration des neuen Mörtels
Bei niedrig festem Mauerwerk :
Verwendung reiner Kalkmörtel
Kalkhydrat oder natürlich hydraulische Kalke
Festigkeiten reiner Luftkalkmörtel: nicht definiert, aber erfahrungsgemäß Festigkeiten > 2 MPa
Natürlich hydraulische Kalkmörtel:
NHL 2 Druckfestigkeit 2-7 MPa
NHL 5 Druckfestigkeit 5-15 MPa
Vorteile: langsame Erhärtung, keine zu große Endfestigkeit
Nachteile: Wegen des C3A-Gehaltes bei sulfathaltigemMauerwerk problematisch
Bei niedrig festem Mauerwerk :
Verwendung reiner Kalkmörtel
Kalkhydrat oder natürlich hydraulische Kalke
Festigkeiten reiner Luftkalkmörtel: nicht definiert, aber erfahrungsgemäß Festigkeiten > 2 MPa
Natürlich hydraulische Kalkmörtel:
NHL 2 Druckfestigkeit 2-7 MPa
NHL 5 Druckfestigkeit 5-15 MPa
Vorteile: langsame Erhärtung, keine zu große Endfestigkeit
Nachteile: Wegen des C3A-Gehaltes bei sulfathaltigemMauerwerk problematisch
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Konfiguration des neuen Mörtels
Beispiel für einen Putz nach historischem Vorbild
Bindemittel NHL 2 natürlich hydraulischer Kalk
Zuschläge Rheinsand 0/2 mmGrubensand 0/4 mm
Rheinsand/Grubensand: 2/1,5
Mischungsverhältnis 1 / 3,5
Zusätze Tierhaare zur Rissüberbrückung (Kälber-, Dachshaare)
Eventuell Kaseinzusatz: macht das Ganze geschmeidiger, reduziert den Wasserbedarf, macht den Mörtel auch wetterfester
Beispiel für einen Putz nach historischem Vorbild
Bindemittel NHL 2 natürlich hydraulischer Kalk
Zuschläge Rheinsand 0/2 mmGrubensand 0/4 mm
Rheinsand/Grubensand: 2/1,5
Mischungsverhältnis 1 / 3,5
Zusätze Tierhaare zur Rissüberbrückung (Kälber-, Dachshaare)
Eventuell Kaseinzusatz: macht das Ganze geschmeidiger, reduziert den Wasserbedarf, macht den Mörtel auch wetterfester
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Auswahlkriterien für Werktrockenmörtel
Festigkeit Festigkeit des neuen Mörtels sollte ≤ Originalmörtel sein
Festigkeitsaufbau langsam und spannungsarm, v. a. bei historischen Gebäuden
Bindemittelauswahl Dadurch bedingt: reine Zementmörtel sind bei historischem Untergrund kaum gefragt.
Trasshaltige Mörtel entwickeln erfahrungsgemäß hohe Endfestigkeit, auch Trasskalkmörtel
Handelsübliche Trasskalkmörtel enthalten bis 10-15 % CEM I-Zusatz
Sulfathaltige Umgebung erfordert besondere Mörtel, z. B. mit HS-Zementanteilen oder zementfreie Mörtel
Festigkeit Festigkeit des neuen Mörtels sollte ≤ Originalmörtel sein
Festigkeitsaufbau langsam und spannungsarm, v. a. bei historischen Gebäuden
Bindemittelauswahl Dadurch bedingt: reine Zementmörtel sind bei historischem Untergrund kaum gefragt.
Trasshaltige Mörtel entwickeln erfahrungsgemäß hohe Endfestigkeit, auch Trasskalkmörtel
Handelsübliche Trasskalkmörtel enthalten bis 10-15 % CEM I-Zusatz
Sulfathaltige Umgebung erfordert besondere Mörtel, z. B. mit HS-Zementanteilen oder zementfreie Mörtel
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Auswahl geeigneter Mörtel
Generell gilt: Der Mörtel muss zum Untergrund passen• Altmörtel• Mauerwerk
Der Mörtel muss zur Nutzung passen• Raumfeuchtigkeit• Äußere Einflüsse, Lagerung von Stoffen etc.
Der Mörtel muss zur Konstruktion passen• Spritzwasserbelastung• Starre/elastische Konstruktion
Generell gilt: Der Mörtel muss zum Untergrund passen• Altmörtel• Mauerwerk
Der Mörtel muss zur Nutzung passen• Raumfeuchtigkeit• Äußere Einflüsse, Lagerung von Stoffen etc.
Der Mörtel muss zur Konstruktion passen• Spritzwasserbelastung• Starre/elastische Konstruktion
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• Wesentliche Voruntersuchungen:
• Gehalt an Baufeuchte und Durchfeuchtungsgrad
• Quantitativer Salzgehalt
• Alle Untersuchungen in verschiedenen Höhen über OKF und in unterschiedlichen Tiefen hinter der Mauerwerksoberfläche
• Wesentliche Voruntersuchungen:
• Gehalt an Baufeuchte und Durchfeuchtungsgrad
• Quantitativer Salzgehalt
• Alle Untersuchungen in verschiedenen Höhen über OKF und in unterschiedlichen Tiefen hinter der Mauerwerksoberfläche
Salz- und feuchtebelastetes MauerwerkSalz- und feuchtebelastetes Mauerwerk
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• Tierische und menschliche Ausscheidungen werden umgewandelt.
• Stickstoffhaltige Eiweißverbindungen oxidieren – Bildung von „Stickoxiden“ = Nitrat (echter Salpeter)
• Probleme: sehr gut löslich: bis 2600 g/l !
• Daher: extrem mobil im Mauerwerk
• Problem: sehr stark wasseranziehend !
• Daher entsteht allein durch Nitratkonzentration erhöhte Baustofffeuchte.
• Tierische und menschliche Ausscheidungen werden umgewandelt.
• Stickstoffhaltige Eiweißverbindungen oxidieren – Bildung von „Stickoxiden“ = Nitrat (echter Salpeter)
• Probleme: sehr gut löslich: bis 2600 g/l !
• Daher: extrem mobil im Mauerwerk
• Problem: sehr stark wasseranziehend !
• Daher entsteht allein durch Nitratkonzentration erhöhte Baustofffeuchte.
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Herkunft von NitratenHerkunft von Nitraten
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Raum Höhe OKF [m]
Tiefe hinter Ofl [cm]
Nitrat [Masse-%]
Sulfat [Masse-%]
Chlorid [Masse-%]
Stall
1,2014-16 0,27 0,03 0,13
6-8 0,59 0,13 0,25
0-2 0,80 0,38 0,32
0,40
12-14 1,21 0,43 0,49
6-8 0,50 0,11 0,30
0-2 0,44 0,14 0,26
Wohnraum neben
Scheune
1,50
14-15 0,08 0,03 0,01
8-10 0,07 0,03 0,00
0-2 0,08 0,03 0,01
0,90
20-23 0,21 0,03 0,09
10-13 0,16 0,03 0,07
1-3 0,13 0,04 0,06
0,30
14-17 0,26 0,23 0,08
8-10 0,30 0,28 0,07
0 - 1 0,28 0,93 0,08
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Art der Zuschläge – und die Folgen
Evangelische Kirche Hirschberg
Baujahr: ca. 1892
Materialien:• Ziegelsteinmauerwerk
• Basaltsockel, massiv
• Sandsteingewände, und -gesimse
Evangelische Kirche Hirschberg
Baujahr: ca. 1892
Materialien:• Ziegelsteinmauerwerk
• Basaltsockel, massiv
• Sandsteingewände, und -gesimse
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Dipl.-Geol. Martin Sauder
Art der Zuschläge – und die Folgen
Art der Zuschläge – und die Folgen
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Zuschläge aus der näheren Umgebung:• Schieferbruchstücke• Sandstein• Gemahlene Schlacke
Weitere äußere Einflüsse: • Durchfeuchtung des
erdberührten Mauer-werks
• Zementmörtel aus den 80er Jahren
Zuschläge aus der näheren Umgebung:• Schieferbruchstücke• Sandstein• Gemahlene Schlacke
Weitere äußere Einflüsse: • Durchfeuchtung des
erdberührten Mauer-werks
• Zementmörtel aus den 80er Jahren
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Art der Zuschläge – und die Folgen
Prüfung des historischen Mörtels
Dipl.-Geol. Martin Sauder
Analyse der Zuschläge, nachdem sie unter dem Mikros kop einzeln heraus präpariert und dann zerkleinert wurden.Analyse der Zuschläge, nachdem sie unter dem Mikros kop einzeln heraus präpariert und dann zerkleinert wurden.
Sphalerit Zinksulfid ZnSEisenkies Eisensulfid FeSSphalerit Zinksulfid ZnSEisenkies Eisensulfid FeS
Gips Calciumsulfat CaSO 4 * 2 H2OHexahydrit Magnesiumsulfat Mg(SO) 4 * 6 H2OEpsomit Magnesiumsulfat Mg(SO) 4 * 7 H2OHalit Natriumchlorid NaCl
Gips Calciumsulfat CaSO 4 * 2 H2OHexahydrit Magnesiumsulfat Mg(SO) 4 * 6 H2OEpsomit Magnesiumsulfat Mg(SO) 4 * 7 H2OHalit Natriumchlorid NaCl
Quarz Siliziumdioxid SiO2Calcit Calciumcarbonat CaCO3
Quarz Siliziumdioxid SiO2Calcit Calciumcarbonat CaCO3
27.06.2011
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Analyse der Zuschläge
Dipl.-Geol. Martin Sauder
Röntgenbeugungsanalyse von Zuschlägen aus den Mörte lprobenDie Zuschlagkörner wurden manuell herauspräpariertMengenangabe halbquantitativ geschätzt
Mineralname chem. Be- Formelzeichnung 2.2. 4.2. 23 4.2.1.
Quarz Siliziumdioxid SiO2 40 40 35 30Muscovit KAl2[(OH,F)2|AlSi3O10] 30 20 25 2Analcim NaAlSi2O6 * H2O <1 0Calcit Calciumcarbonat CaCO3 4 3 10 15Sphalerit Zinksulfid ZnS 1 1 5Albit Na-Feldspat NaAlSi3O8 <1 3 3Mikroklin Kalifeldspat KAlSi3O8 3Chlorit (Fe,Mg,Al)6(Si,Al)4O10(OH)8 9 5Dolomit Ca-Mg-Carbonat (Ca,Mg)(CO 3)2 13 5 15 45Gips Calciumsulfat CaSO 4 * 2 H2O 0 6Thaumasit CaSiO3 * CaSO4 * CaCO3 * 15H2O 0 5
Konz. Halbquantitativ Masse-%
Was war geschehen?
Schadensmechanismus Oxidation der Sulfide im Mörtel
Bildung verschiedener Sulfate
Wegen der Anwesenheit des Dolomits: Bildung von Magnesiumsulfat, wasserhaltig
Bildung von Thaumasit
Schadensmechanismus Oxidation der Sulfide im Mörtel
Bildung verschiedener Sulfate
Wegen der Anwesenheit des Dolomits: Bildung von Magnesiumsulfat, wasserhaltig
Bildung von Thaumasit
Folgen für das BauwerkStarke hygroskopische Durchfeuchtung
Treiberscheinungen
Umfangreiche Salzkristallisation auf dem Sockel
Starke Rissbildung im Mauerwerk und Putz
Folgen für das BauwerkStarke hygroskopische Durchfeuchtung
Treiberscheinungen
Umfangreiche Salzkristallisation auf dem Sockel
Starke Rissbildung im Mauerwerk und Putz
Dipl.-Geol. Martin Sauder
CaSiO3 x CaSO4 x CaCO3 x 15 H2OCaSiO3 x CaSO4 x CaCO3 x 15 H2O
27.06.2011
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Prüfung des vorhandenen Mauerwerks
Dipl.-Geol. Martin Sauder
Mörtelarten Erfassen der verschiedenen Mörtelarten und Mörtelgenerationen im BauwerkWenn möglich, Differenzieren nach Alter der Mörteltypen
Wasseraufnahme Wasseraufnahme von Mörtel und Stein. Im Einzelfall kann es erforderlich werden, wasserabweisende Mörtel auch zum Verfugen einzusetzen.
Festigkeiten Bestimmung direkt bei Gewinnung größerer StückeKleinwürfelverfahren, direkte Bestimmung mit UmrechnungBestimmung der Mörtelgruppe nach DIN 1053 bzw. DIN EN 998-1 über die vollständige Analyse
Chemische Belastung Analyse von Verwitterungsneubildungen,Ermittlung von Bindemittelveränderungen
Mörtelarten Erfassen der verschiedenen Mörtelarten und Mörtelgenerationen im BauwerkWenn möglich, Differenzieren nach Alter der Mörteltypen
Wasseraufnahme Wasseraufnahme von Mörtel und Stein. Im Einzelfall kann es erforderlich werden, wasserabweisende Mörtel auch zum Verfugen einzusetzen.
Festigkeiten Bestimmung direkt bei Gewinnung größerer StückeKleinwürfelverfahren, direkte Bestimmung mit UmrechnungBestimmung der Mörtelgruppe nach DIN 1053 bzw. DIN EN 998-1 über die vollständige Analyse
Chemische Belastung Analyse von Verwitterungsneubildungen,Ermittlung von Bindemittelveränderungen
Einflüsse auf den historischen Mörtel
Verarbeitung Art des Einbaus
Verdichtung
Nachbehandlung
Schichtstärken
Aufarbeitung von erhärtetem Mörtel
Verarbeitung Art des Einbaus
Verdichtung
Nachbehandlung
Schichtstärken
Aufarbeitung von erhärtetem Mörtel
Dipl.-Geol. Martin Sauder
Bauwerkskonditionen Mauerwerksfeuchtigkeit
Nutzung des Bauwerks
Umwelteinflüsse
Bauwerkskonditionen Mauerwerksfeuchtigkeit
Nutzung des Bauwerks
Umwelteinflüsse
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Visuelle Prüfung von Mörtelproben
Dipl.-Geol. Martin Sauder
Kapillares SaugenPrüfung: Max. Wasseraufnahme DIN EN 13755
Wasseraufnahmekoeff. DIN EN 1925
KapillarkondensationPrüfung: Bestimmung der Ausgleichsfeuchte,
nicht genormt
"Hygroskopische" WasseraufnahmePrüfung: wie 2.
KondenswasserbildungPrüfung: Messung von rel. Luftfeuchte,
Luft- und Baustofftemperatur
Kapillares SaugenPrüfung: Max. Wasseraufnahme DIN EN 13755
Wasseraufnahmekoeff. DIN EN 1925
KapillarkondensationPrüfung: Bestimmung der Ausgleichsfeuchte,
nicht genormt
"Hygroskopische" WasseraufnahmePrüfung: wie 2.
KondenswasserbildungPrüfung: Messung von rel. Luftfeuchte,
Luft- und Baustofftemperatur
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Mechanismen der Wasseraufnahme in porösen Baustoffen
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Feuchtetransport in porösen Baustoffen geschieht fast ausschließlich über Kapillartransport.
Feuchtigkeit gelangt in die Poren aus der Luft mittels Kapillarkonden-sation (= Kondensation von Wasserdampf in sehr engen Poren unterhalb des Sättigungsdampfdrucks)
Begrenzung des Feuchtetransports : Kapillarradius
Feuchtetransport in porösen Baustoffen geschieht fast ausschließlich über Kapillartransport.
Feuchtigkeit gelangt in die Poren aus der Luft mittels Kapillarkonden-sation (= Kondensation von Wasserdampf in sehr engen Poren unterhalb des Sättigungsdampfdrucks)
Begrenzung des Feuchtetransports : Kapillarradius
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Wasseraufnahme in porösen Baustoffen
Poren/Kapillaren < 0,10 µm (100 nm): kein Kapillartransport
Poren/Kapillaren >100 µm (0,1 mm): kein Kapillartransport
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Porenradien und Teilchengröße
27.06.2011
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Kapillargesetze in vereinfachter Darstellung
H = Steighöheσ = OberflächenspannungΘ = Randwinkel der
Benetzung
ρ = Dichter = Kapillarradiusg = Erdanziehung
Θ
Θ <90o
Θ
BENETZBAR NICHT BENETZBAR
Der Randwinkel der Benetzung bestimmt die kapillare Steighöhe
2 σ ρ . r . g = Konstant! H = K . cos Θ H = f (Θ)
Bei Betrachtung von Wasser in einer Pore:
Θ <90o
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€2 σ . cos Θρ . r . gH =
Transportmechanismen von Wasser
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Berechnung der kapillaren Steighöhe von Wasser in einer Glaskapillare mit dem Durchmesser von 0,1 mm
H = Steighöhe mσW = (bei 20 °C) 0,0073 N/mΘ = Randwinkel der Benetzung
ρ = Dichte: 1000 kg/m³r = Kapillarradius: 0,1 mmg = Erdanziehung (9,81 m/s²)
Glas ist vollständig benetzbar, also gilt: Randwinkel Θ= 0° cos Θ = 1
€H =2 * 0,073 * 1
1000 * 0,0001 * 9,81= 0,15 m€2 σ . cos Θ
ρ . r . gH =
Steighöhe im Vergleich dazu bei einem Kapillar-radius von 10 µm (0,01 mm): 1,50 m
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CM - Gerät Reaktion von Calciumcarbid mit Wasser = Azetylen (C2H2).
Druck in der Flasche proportional zum Feuchtegehalt. Genauigkeit ? Messung beeinflussar!
„Darr-Methode“ Bestimmung an festen Baustoffproben durch Wiegen vor und nach Trocknung. Zerstörend! Durchfeuchtungsgrad kann bestimmt werden nach Ermittlung der Porosität an den gleichen Proben. Gut reproduzierbar! Vergleich verschiedener Baustoffe ist möglich
Elektr. Leitfähigkeit Nur Trendmessung möglich. Bei Holz, Mörtel, Beton können auch Absolutwerte erhalten werden. Im Altbau ungeeignet!
Viele störende Einflüsse.
CM - Gerät Reaktion von Calciumcarbid mit Wasser = Azetylen (C2H2).
Druck in der Flasche proportional zum Feuchtegehalt. Genauigkeit ? Messung beeinflussar!
„Darr-Methode“ Bestimmung an festen Baustoffproben durch Wiegen vor und nach Trocknung. Zerstörend! Durchfeuchtungsgrad kann bestimmt werden nach Ermittlung der Porosität an den gleichen Proben. Gut reproduzierbar! Vergleich verschiedener Baustoffe ist möglich
Elektr. Leitfähigkeit Nur Trendmessung möglich. Bei Holz, Mörtel, Beton können auch Absolutwerte erhalten werden. Im Altbau ungeeignet!
Viele störende Einflüsse.
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Messverfahren der Baustofffeuchtigkeit
CM GerätCM – Gerät
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Die gleiche Problematik im Neubau:
Defekte Vertikalisolie-rung führt zu flächigem Feuchtigkeitseintritt, besonders über das Fugennetz
27.06.2011
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Erdberührendes Mauerwerk:
Gefahr von Kondenswasserausfallbesteht insbesondere an Außenwänden in Kontakt mit kaltem Erdreich.
Die zirkulierende Luft kühlt sich über dem Boden ab.
Es kann ein ähnliches Schadensbild wie bei aufsteigender Feuchte entstehen.
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Durchfeuchtung durch Kondensat
• Zu geringe Dämmeigenschaften der Außenwände
• Wärmebrücken: Punktuell kalte Wand- oder Bodenflächen in Kontakt mit feuchter Raumluft: Rollladenkästen, Deckenanschlüsse an Außenwände, Fensterleibungen
• Zu hohe Luftfeuchtigkeit durch Raumnutzung: Kochen, Duschen, offene Aquarien, Tropenpflanzen, viele Menschen in kleinen Räumen etc.
• Fehlende oder falsche Lüftung: Kein Austausch der feuchtigkeitsbeladenen Luft gegen trockene Luft, also Anreicherung der Luftfeuchte und Kondenswasserausfall
• Zu geringe Dämmeigenschaften der Außenwände
• Wärmebrücken: Punktuell kalte Wand- oder Bodenflächen in Kontakt mit feuchter Raumluft: Rollladenkästen, Deckenanschlüsse an Außenwände, Fensterleibungen
• Zu hohe Luftfeuchtigkeit durch Raumnutzung: Kochen, Duschen, offene Aquarien, Tropenpflanzen, viele Menschen in kleinen Räumen etc.
• Fehlende oder falsche Lüftung: Kein Austausch der feuchtigkeitsbeladenen Luft gegen trockene Luft, also Anreicherung der Luftfeuchte und Kondenswasserausfall
Ursachen für Kondenswasserausfall
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Zu Kondenswasser-ausfall kommt es bei Unterschreitung der Taupunkttemperatur.
Diese ist stets abhän-gig vom Feuchtege-halt der Luft und der Lufttemperatur.
Unterhalb des Taupunktes fällt flüssiges Wasser aus.
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Feuchtigkeitsverteilung: Kapazitive Messung
Messgerät mit Kugelkopfsonde.
Prinzip: Änderung des dielektrischen Felds durch den Wassergehalt des Baustoffs. Hier eingesetzt zur flächigen Erfassung der relativen Feuchtigkeitsverteilung bis 5 cm Tiefe
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Feuchtigkeitsverteilung in Isoliniendarstellung:
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Vergleichende Messungen, die nur die Ermittlung der „relativen“ Feuchtigkeitsverteilung zulassen:
• Messgeräte auf Basis elektr. Widerstand
• Messgeräte auf Basis Dielektrizitätskonstante
• Messgeräte auf Basis Mikrowellen
Einzelmessung mit Ermittlung des absoluten Feuchtigkeitsgehaltes:
• Darr-Verfahren
• CM-Gerät
Vergleichende Messungen, die nur die Ermittlung der „relativen“ Feuchtigkeitsverteilung zulassen:
• Messgeräte auf Basis elektr. Widerstand
• Messgeräte auf Basis Dielektrizitätskonstante
• Messgeräte auf Basis Mikrowellen
Einzelmessung mit Ermittlung des absoluten Feuchtigkeitsgehaltes:
• Darr-Verfahren
• CM-Gerät
Ermittlung der Baustofffeuchte
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Feuchtigkeitsverteilung: Rastermessung Mikrowelle
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Ergebnis der Feuchtig-keitsmessungen
GOK
zu erwartender Verlauf bei aufsteig. Feuchte
26
4
Höh
e [m
]
Durchf.grad [%]10050
Durchf.grad [%]1005000
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Darr-Verfahren: Einzelmessungen, graphisch ausgewertet
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Beispiel
Ziegel Granit
BaufeuchtePorosität
Durchf.-grad
DG =Baufeuchte (M.-%)
Sättigungsfeuchte (M.-%)* 100
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Berechnung des Durchfeuchtungsgrades
Definition:Anteil des effektiv genutzten Poren-raums, der mit Wasser gefüllt ist.
6 %
15 %
2 %
2,5 %
40 % 80 %
Betrachtet man nur die Werte der Baufeuchte, ist der Granit scheinbar trockener, die wahren Verhältnisse zeigt erst der Durchfeuchtungsgrad.
Beispiel Feuchtemessung im Darr-Verfahren
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Beispiel Feuchtemessung im Darr-Verfahren
Probe Tiefe Höhe Masse Masse Bau- Masse Masse max. D urchf. hinter Ofl. ü. OKF baufeucht trocken feuchte trocken gesä ttigt W.A. grad
[mm] [m] [g] [g] [M.-%] [g] [g] [M.-%] [%]
5.1. 15 - 40 31,30 30,10 3,99 29,10 32,00 9,97 40,005.2. 40 - 70 31,60 30,20 4,64 20,00 22,70 13,50 34,345.3. 70 -110 16,40 16,20 1,23 15,40 18,50 20,13 6,135.4. 110-170 61,70 60,70 1,65 59,30 70,00 18,04 9,13
6.1. 20 - 60 44,80 40,10 11,72 38,60 43,20 11,92 98,356.2. 80 -140 44,80 43,60 2,75 42,30 47,30 11,82 23,286.3. 140-170 30,50 30,40 0,33 29,90 30,8 3,01 10,93
Tab. 2: Ergebnisse der Bestimmung von Feuchtegehalt undDurchfeuchtungsgrad an Proben aus der linken Außenw and
1,60
1,70
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Demnach sind die Durchfeuchtungsgrade an der Oberfläche viel höher als im Kern des Mauerwerks. Hier kommt als Ursache keinesfalls aufsteigende Feuchtigkeit oder ein undichtes Dach in Frage, wie es zunächst vermutet wurde.
Beispiel Feuchtemessung im Darr-Verfahren
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
20 70 120 170
Dur
chfe
ucht
ungs
grad
[ %
]
Tiefe hinter Ofl. [ mm ]
Verteilung der Feuchtigkeit im Wandquerschnitt
Datenreihen1
Datenreihen2
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Korrelation mit Salzgehalten
Probe- Entnahmestelle und Entnahmetiefe Nitrat ChloridNr. [M.-%] [M.-%]
1Gipsputz unter Stuckgipsschicht, lt. Messgerät durchfeuchteter Bereich, 2-8 mm hinter Ofl.
2,04 0,49
2 wie vor, aber 8 - 15 mm hinter Ofl., Altputz 1,08 0,20
3Gipsputz unter Stuckgipsschicht, lt. Messgerät rel. trocken, 8-12 mm hinter Ofl.
0,09 0,04
4wie vor, aber 8 - 12 mm hinter Ofl., älterer Gipsputz
0,07 0,03
7.1.Gipsputz im Bereich mit mittlerer Feuchte lt. Messgerät
0,45 0,06
8 Gipsputz bis 10 mm hinter der Oberfläche 0,86 0,04
Und die Ursachen? Der aufwändige Putz wurde auf ein vorbelastetes, stark nitrathaltiges Mauerwerk aufgebracht.
Nach einigen Jahren: Salze dringen an die Oberfläche und sorgen für hygroskopische Durchfeuchtung.
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