Fassadenbekleidungen mit Naturwerksteinen

Schäden infolge konstruktiver Feuchtekumulation

Aktuelles Beispiel eines Schadenfalles

Schutzfunktion von Fassadenbekleidung

Bei der Bekleidung von Fassaden mit Natursteinen steht der optischeEindruck im Vordergrund.

Gefolgt vom Schutz gegen starke Witterungseinflüsse müssen dieseFassadenbekleidungen dauerhaft d.h. langlebig sein und zugleich eine nur

geringe Neigung gegen Verschmutzung aufweisen.

Die Langlebigkeit von Natursteinplatten ( Haltbarkeit ) ist nicht graduiert.Zur Zeit werden auf europäischer Ebene entsprechende Prüfverfahren

erarbeitet. Bis dahin gelten die nationalen Frost-Tau- Wechsel Prüfungenals Maß für die Langlebigkeit ( Haltbarkeit )

Eigenschaften und Ziele von geklebten Natursteinfassaden

• Hohes optisches Gewicht

• Langlebigkeit/Dauerhaftigkeit

• d.h. nicht schadensanfällig

• Schutz vor Durchfeuchtungen

• Hohe mechanische Festigkeit

• Reinigungsfähig ( bei Graffiti )

• Gering verschmutzungsanfällig

• Leicht reparierfähig

• Einfach herstellbar

• Kostengünstig

Technische Definition

• Ein Natursteinbelag stellt eineVerbundkonstruktion dar.

• Hauptprobleme durch dieunterschiedlichen Materialien(Schichtenaufbau) sind:

-unterschiedliche Trocknung

-unterschiedliche thermische undhygrische Dehnung, mit der Folge:

- Spannungen infolge vonScherungen oder Frostschäden

-Tauwasserausfall im Mörtelbett

Kritischste Schicht

Grundlagen

• DIN 18515 – 1 Außenwandbekleidungen,angemörtelte Fliesen und Platten;Grundsätze für die Planung undAusführung

gem. Pkt. 4.4 auch für Naturwerksteinplattennach DIN 18516-3

Wenn ein Unterputz erforderlich wird, sind andiesen klare Forderungen gerichtet, hier i.b.die Bewehrung und seine Dicke.

Die Dicke des Unterputzes ist abhängig vonder Schlagregenbeanspruchungsgruppe

Grundlagen

Falls Bewehrung erforderlich wird ist diese in dem tragenden Untergrundzu verankern ( Bewehrung und Verankerung aus nicht rostendem Stahl ).

Bei einer Schlagregenbeanspruchungsgruppe III ist der Unterputzmindestens 20 mm dick herzustellen ( s. Bild vorher )

Zum Ausgleich von Unebenheiten darf die Putzdicke 10 mm nichtunterschreitenDer Putzmörtel soll einem Mörtel der Gruppe P III ( DIN 18550 )entsprechen, Körnung bis 4 mm

Bei Dünnbettverlegung muss der Dünnbettmörtel die Anforderungen derDIN 18156 erfüllen.

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Der Untergrund muß eine Abreißfestigkeit von mehr als 0,5 N/mm_haben.

Ein Spritzbewurf ist immer erforderlich

Fugenbreite zwischen den Natursteinplatten mind. 4 mm – 6 mm

Übliche Schäden

Die häufigsten konstruktiven Ursachen von Feuchteschädenan Fassaden aus Naturstein sind

-fehlende oder zu gering bemessene Tropfkanten (-überstände) derFensterbänke, der Attiken, Mauer- und Brüstungsköpfe und derOrtgänge.

-Sie führen in aller Regel zu auffälligen Verschmutzungen und je nachAuffälligkeit zu einer starken optischen Beeinträchtigung der Fassade.

Verhinderung durch fachgerechte Planung

Die o.g. Überstände der Tropfkantenentstammen den Fachregeln desKlempnerhandwerks, da sich der inVOB DIN 18339 empfohlene Wertvon 20 mm in der Praxis als zugering erwiesen hat.

Die o.g. Werte für die Abstandsmaße sollten auch als maßgebend für

die Tropfkanten aus anderen Baustoffen angesehen werden. Ebenso

sind die Abstandsmaße auch für Tropfkanten von Fensterbänken als

maßgeblich anzusehen, da diese in den Fachregeln nicht ausdrücklich

Erwähnung finden.

Sollten die Planungsvorgaben hierzu durch Architekt oder Bauherr

geringer sein ( zumeist aus optischen Gründen ) kann ich dem aus-

führenden Unternehmen nur empfehlen ,hiergegen Bedenken zu er-

heben ( VOB / Teil B §4 Ziff. 3 ) und zwar schriftlich.

Feuchteschäden infolge fehlerhafter Bekleidung undfehlerhafter Ausführung

• Rückwärtige Durchfeuchtung

• Eisenhaltige Natursteine imSpritzwasserbereich

Kontrolle der Vorarbeiten

• Der auf der vertikalenAbdichtungslage ausgeführteUnterputz darf nicht unter dieTerrainoberkante geführtwerden. Ansonsten wirdFeuchtigkeit aus dem Erdreichkapillar aufgenommen undführt so zu einerHinterfeuchtung und zuFrostschäden der daraufgeklebten Natursteinplatten

Tauwasser im Innern von Bauteilen

KondesatpunktKondesatpunktKondensatpunktKondensatpunkt

unproblematischunproblematisch

Die Bildung von Tauwasser / Einfluss aufMaterialeigenschaften

- Die Klimawerte der Luft in beheizten Gebäuden unterscheiden sich vorallem im Winter gegenüber denen der Außenluft.

- Auf Grund höherer Innentemperaturen und den üblichen Luftfeuchten inbeheizten Innenräumen, ist der Wasserdampfdruck höher als im Freien.

- Dieser Druckunterschied bewirkt eine Wanderung der Moleküle desWasserdampfes vom beheizten Raum durch die Porenräume der Baustoffeder Wand hindurch in Richtung Außenluft.

- Die Menge des dabei transportierten Wasserdampfes hängt einmal vonder Differenz des Dampfdruckes zu beiden Seiten der Wand ab und zumanderen von dem Diffusionswiderstand der jeweiligen Baustoffschichten.

- Bei ungünstigem Temperatur- und/oder Dampfdruckverlauf kann in denBauteilschichten Kondensat/Tauwasser entstehen.

Außenbauteile/Situation bei Außenwänden beheizter Räume

Die Wasserdampfdiffusionsfähigkeit von Außenbauteilen wird in dereinschlägigen Fachliteratur häufig als „überschätzt und in ihrer Funktionmissverstanden“ beschrieben. Diese Äußerungen beziehen sich zumeistnur auf die Aspekte des Innenraumklimas ( Schimmelbildung ).

Für die Konstruktion von nicht hinterlüfteten Fassaden ist die Fähigkeitder Wasserdampfdiffusion jedoch ein wichtiger Gesichtspunkt.

Bei einem Wohngebäude soll die Fähigkeit der Wasserdampfdiffusion dereinzelnen Bauteilschichten ,aus denen ein Außenbauteil zusammengesetztist, grundsätzlich von Innen nach Außen zunehmen.

Mit geklebten Natursteinfassaden ist dies fast nicht immer möglich.

Es steht außer Zweifel, dass die kurzfristigen täglichen klimatischenSchwankungen von Wandkonstruktionen mit Natursteinaußenfassaden imallgemeinen gut abgepuffert werden und hieraus Schäden im üblichen Fallnicht zu erwarten sind, da :

- von kurzfristigen Änderungen der Temperatur und Luftfeuchte werdenzumeist nur die oberflächennahen Zonen einer Wandkonstruktionbetroffen sein.

Aus diesem Grund werden diese bei nachfolgenden Betrachtungen nichtberücksichtigt.

Die Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl µ

-Ist eine materialspezifischeEigenschaft.

-In der DIN 4108 – 4 sindRichtwerte für die Natursteineangegeben . Es handelt sich bei

diesen Richtwerten um die jeweilsungünstigsten Werte.

für Granit, Basalt und Marmor wirdµ mit 10.000 (ohne Dimension )angegeben.Bei einer etwa 10 mm dicken Platteliegt die diffusionsäquivalenteLuftschichtdicke ( µ x s ) bei etwa1000 m

Bestimmung von µ gemäß DIN52615

Kritische Konstruktionen

- Geklebte, nicht hinterlüfteteKonstruktionen

- Mehrschichtige Unterputzenicht für Natursteinverklebunggeeignet ( fehlende Armierung)

- Mauerwerk mit fehlerhaftemÜberbindemaß

- Naturstein mit unbekanntemDiffusionsverhalten

- Naturstein mit unbekannterWasseraufnahmeUnterputz

Beton

Mauerwerk

Mauerwerk

• Falsches Überbindemaß kannzu Verformungen desMauerwerks führen.

Überprüfung der Voraussetzungen

• Beispiel einer einfachenVerformungsberechnung

Überprüfung der Materialkenndaten am aktuellen Fall

• Haftverbundfestigkeit desTragmörtels (Leichtunterputz)aus 10 Meßstellen

• Druckfestigkeit des Tragmörtel( Leichtunterputz ) aus 15Meßstellen

• im Mittel 0,9 N/mm_

• im Mittel 9,0 N/mm_

hieraus errechnet sich ein statischerZug-E-Modul von etwa 6970

N/mm_Aus der Wärmedehnungszahl beiZementmörteln von etwa0,0000011m/m grd. errechnet sichbereits bei einer Temperaturdifferenzvon 12 grd. eine Zugfestigkeit vonmehr als 0,9 N/mm_.

Dünnbettmörtel nach DIN 18156 (EN 12004) : > 0,5 N/mm_

Weitere häufig übersehene Auswirkungen

Die hygrische und die thermische Längenänderung

Natursteine Granit oder Kalkstein ändern ihre Ausgangslängen um bis zu0,18 mm/m wenn sich die Luftfeuchtigkeit von 50% auf 100% erhöht.

Mit dem thermischen Längenänderungskoeffizienten z.B. für Granit liegtdann eine theoretische Gesamtverformung bei rd. 0,25 mm/m grd..

Die durch die hygrischen und thermischen Längenänderungen auf denKlebemörtel einwirkende Scherspannung kann bezogen auf die Parameterder DIN 4108-3 bereits Werte von mehr als 1 N/mm_ erreichen.

Die EN 12004 beschreibt Anforderungen der Scherfestigkeiten nur beiDispersions- oder Reaktionsharzklebern, nicht bei Zementklebern

Analytische Rasterelektronenmikroskopie

- Minimalinvasive Routineanalyse

Das elektronenoptische Bild liefertschnell und zuverlässig eine sichereInformation über denMörtelzustand,

z.B. über Porenanteil undVerteilung

z.B. über Frosteinflüsse

z.B. über zu frühen Wasserentzug

z.B. über permanente Feuchte

z.B. über die Art mech. Schäden

Analytische Rasterlektronenmikroskopie

• Die Röntgenmikroanalyse(EDX- A)

Liefert in kurzer Zeit eine sehrgenaues quantitatives Elementver-teilungsspektrum und damit klareHinweise auf die Zusammensetzungder Substanz.

Andere Einflüsse wie z.B. Bildungvon Treibmineralien z.B. Ettringit,Thaumasit, oder Zumischungen z.B.Gips oder kristalline Wasserbinderlassen sich schnell ermitteln.

DieTransmissionselektronenmikroskopie istungleich aufwendiger und wird nur zu

Forschungszwecken eingesetzt. So wurde an dem zuvorbezeichneten Punkt, Gips imMörtel festgestellt.

Bauphysikalische Berechnungen

Die rechnerische Untersuchung von Diffusionsvorgängen erfolgt nachdem Berechnungsverfahren von Glaser und bildet die Grundlage für dierechnerische Überprüfung von Konstruktionen nach DIN 4108 Teil 3 „Klimabedingter Feuchteschutz“.

Die durch die schematisierten Randbedingungen in DIN 4108 Teil 3festgelegten Klimadaten sind „ worst case“ Betrachtungen. Sieentsprechen daher überwiegend nicht den tatsächlichenKlimaverhältnissen.

Das Verfahren kann jedoch auch „operativ“ angewendet werden. Solassen sich unter stationären Gesichtspunkten realistischereBetrachtungsweisen vornehmen.

Genauer aber ungleich aufwendiger sind instationäre Berechnungen, wiediese näherungsweise durch bestimmte Programme heute möglich sind.

Wandquerschnitt von Innen nach Außen

Grundlagen der Berechnung

1 = Gipsputz ohne Zuschlag

2 = Leichthochlochziegel

3 = Leichtunterputz

4 = Verlegemörtel / Kalkzement

5 = Naturstein / Granit o. Marmor

Klimabedingungen

WORST CASE Betrachtung

Kondensatpunkt

Bauphysikalische Berechnungen

Das Berechnungsergebnis

Die in der Befeuchtungsperiodegebildete Menge an Tauwasser istgrößer als diejenige Menge die inder Verdunstungsperiodeentweichen kann.

Hier sind jetzt Wasser- und Frost-Tau-Wechselbeständige Schichteni.b. der Unterkonstruktion gefragt.Ein Leichtunterputz ist dies nicht.

Quasi operativ stationär

oder

Wärmebrücken

• Definition

Wärmebrücken sind Zonen derAußenbauteile, bei denen gegenüberder sonstigenFläche ein besondershoher Wärmeverlust auftritt. Nebenden geometrischen gibt esinsbesondere konstruktiveWärmebrücken, die anBauteilanschlüssen auftreten.

Wärmebrücken müssen deshalbbesonders konstruktiv behandelt undenergetisch optimiert werden.

Die Folgen :

• Das sich bildende Kondensat/Tauwasser kann nichtvollständig entweichen.

• Tauwasser kumuliert sich inden Kapillaren derUnterkonstruktion

• Die permanente Feuchteverändert dieMaterialeigenschaften derMörtelschichten.

• Zusätzlich tritt eineVerformung ein ( Scherungen )

Man erkennt sehr leicht, dass geklebte Natursteinfassadenbauphysikalisch kritische Konstruktionen sind. SollenNatursteinfassaden geklebt werden so lassen sich die o.b. Risikendurch die nachfolgend aufgezählten Maßnahmen minimieren:

- Putze als Untergründe sind grundsätzlich nicht geeignet.

- Vorzugsweise sollten werksfertige Produkte verwendet werden.

- Bei Dünnbettmörteln ist die Frost-Tau-WechselbeständigkeitBestandteil der Fremd- und Eigenüberwachung.

- Möglichst keine großen Plattenformate verwenden um einenmöglichst hohen Anteil an Fugen zu bilden.

- Möglichst keine polierten Natursteinoberflächen einsetzen

- Zahnung mindestens 6 mm, besser 8 mm

Unkritische Konstruktionen für angemörtelte Bekleidungen

• Luftdichte Wandkonstruktionengelten nach DIN 4108 ohneweiteren Nachweis alsausreichend feuchtigkeitssicherbezüglich innerenTauwasserausfalls, wennfolgende Außenwandaufbautenvorliegen:

- Mauerwerk nach DIN 1053 (1) einoder zweischalig, ggfs. mitKerndämmung, Wände ausNormalbeton nach DIN EN 206-1bzw. DIN 1045-2, Wände ausgefügedichtem Leichtbeton nachDIN 4219-1/-2, Wände aushaufwerksporigem Leichtbetonnach DIN 4322 jeweils mitInnenputz mit Außenschichten aus:

hilfreiche Leiteratur

- angemörtelte oder angemauerteBekleidungen nach DIN 18515-1 und DIN 18515-2, bei einemFugenanteil von 5 %

- Bei Wärmedämmschichten istein Diffusionsnachweis zuführen.

Hilfreiche Fachliteratur