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TU Berlin

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Wärmedämmverbundsysteme: Untersuchungen zur Gebrauchsfähigkeit gerissener Putzsysteme (Dipl.-Ing. O. Fechner)

Zusammenfassung

Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) werden seit nunmehr über 35 Jahren mit stetig steigendem Marktanteil für die Wärmedämmung von Außenwänden eingesetzt. In der Praxis haben Rißbildungen im Putz von WDVS häufig zu Beanstandungen geführt. In Einzelfällen sind sogar Schäden im WDVS entstanden, die auf Rißbildungen im Putz zurückzuführen sind. Bei der Beurteilung der Gebrauchsfähigkeit gerissener Putze im Verbund mit Dämmstoffen stellt sich die Frage, bis zu welcher Breite ein Riß zulässig ist. Ziel der vorliegenden Untersuchungen ist es, Kriterien zur Beurteilung der Risse in Putzen von Wärmedämmverbundsystemen zu erarbeiten. Dafür wurden Versuche an großformatigen Bauteilen, begleitende Versuche an kleinformatigen Prüfkörpern sowie Freilandversuche durchgeführt. Die Forschungsarbeiten wurden von der DFG im Rahmen des Schwerpunktprograms "Bauphysik der Außenwände" gefördert.

 

1 Schäden im WDVS als Folge von Putzrissen

Häufig wirken sich Risse im Putz nur auf die ästhetische Erscheinung eines Gebäudes aus, weil sich an den durchfeuchteten Putzrändern nach Regenfällen Staubansammlungen bilden. Dringen aber größere Feuchtemengen in das Putzsystem ein , so kann es neben der Ansammlung von aufgestauten Feuchtemengen auch zu Putzabplatzungen kommen. Bild 1 und Bild 2 zeigen solche Schäden. Im ersten Fall handelt es sich um ein ca. 50 Meter hohes Gebäude, das mit Mineralfaserdämmplatten und einem kunstharzvergüteten mineralischen Dünnputzsystem bekleidet worden war (Bild 1). Die Putzoberfläche wies eine Vielzahl von in erster Linie vertikal orientierten Putzrissen mit einer Breite von ca. 0,1 bis ca. 0,3 mm auf [1]. Die Rißbildungen im Putz waren schon kurz nach Fertigstellung des Gebäudes festgestellt worden. Es lag eine mehrjährige Bewitterungsbeanspruchung des ungeschützten, gerissenen Putzes vor, bevor es zu dem auf Bild 1 dargestellten Schaden kam. Die Empfehlung, die Risse mit einer rißüberbrückenden Beschichtung zu überdecken war nicht beachtet worden. Der Schaden ist durch die Einwirkung von Windböen in Orkanstärke ausgelöst worden. Aus dem Putz ist eine ca. 50 m² große zusammenhängende Fläche herausgelöst worden und abgestürzt. Zuvor waren starke Regenfälle und ein Abfall der Temperatur unter den Gefrierpunkt aufgetreten. Haftzuguntersuchungen ergaben, daß in den oberen Wandbereichen keine ausreichende Sicherheit gegenüber einer Windsogbeanspruchung mehr vorlag (vorh sA << 7,5 kN/m² = erf. sA) [2].

 

Bild 2 zeigt Schäden als Folge von Rißbildungen bei Gebäuden, die mit einem WDVS aus Polystyrolplatten versehen worden sind. Das Erscheinungsbild der Schädigung unterscheidet sich aber dahingehend, daß bei Eindringen von Wasser in das WDVS aufgrund der geringen Wasseraufnahmefähigkeit und der großen Dampfdichtigkeit des Polystyrols sowie der im allgemeinen ebenfalls großen Dampfdichtigkeit von Kunstharzbeschichtungen ein höherer Dampfdruck im System entsteht, der den Putz belastet. Dies führt zu Blasenbildungen und Hohllagen sowie zu Abplatzungen entlang der Fugenränder.

 

Um die Frage der zulässigen Rißbreiten in den Putzoberflächen von WDVS zu klären, wurden Untersuchungen entsprechend dem folgenden Versuchsplan durchgeführt:

 

  1. Klären von Mechanismen hinsichtlich des Eindringens von Wasser in das Wärmedämmverbundsystem.
  2. Einfluß der "Alterung" der Wärmedämmung im Hinblick auf das Wassereindrangvermögen in das Wärmedämmverbundsystem.
  3. Auswirkungen des Wassers im Wärmedämmverbundsystem.
  4. Haftzugfestigkeit der WDVS unter der Einwirkung von Wasser und anschließender Rücktrocknung.
  5. Feuchtebeanspruchung unter natürlichen Bedingungen.
  6. Freilandversuche mit gerissenen und nicht gerissenen Prüfflächen.
  7. Haftzugfestigkeit zwischen Putz und Wärmedämmung nach Bewitterung in Abhängigkeit von der Rißbreite.
  8. Schlagregenversuche im Labor.
  9. Zusammenfassung der Versuchsergebnisse

 

2 Wasserdurchlässigkeit von Putzrissen

Zur Bestimmung der Wassereindringmenge, die in gerissenen Putz eindringt, wurde ein Versuchsaufbau entwickelt. Ziel der Untersuchungen war es, die unterschiedlichen Feuchtetransportmechanismen bei kapillarem Saugen und bei Sickerströmungen an Putzrissen unterschiedlicher Breite zu erfassen. Es zeigte sich, daß ab einer Rißbreite von 0,2 mm ständig anhaltende Wasserdurchtritte durch die sich nicht bewegenden Risse zu verzeichnen waren. Bei kleineren Rißbreiten wurden mit zunehmender Versuchsdauer abnehmende Wasserdurchtrittsmengen festgestellt. Dieser "Selbstheilungseffekt" ist auf Quellvorgänge an den Rißrändern zurückzuführen [3].

 

Das nachstehende Bild 3 zeigt den prinzipiellen Verlauf des Wassereindranges im Rißbereich. Proben mit den Abmessungen 100 mm × 150 mm wurden im Bereich eines 0,2 mm breiten Risses während der ca. 20minütigen Versuchsdurchführung ständig mit einer 10 cm hohen Wassersäule belastet. Zeitgleich erfolgte die rechnergestützte Wägung der Wasseraufnahme an einem mit der belastenden Wassersäule verbundenen Meßgefäß.

 

Bereich 1:
Nach einem kurzen Einschwingvorgang nimmt die Probe kontinuierlich Wasser auf. Die Wasseraufnahme beträgt ca. 4 Gramm in 9 Minuten (entspricht etwa 0,4 g/min). Zunächst nimmt hauptsächlich die Putzoberfläche Wasser auf.
Bereich 2:
Die Wasseraufnahme findet deutlich schneller statt. In ca. 2 Minuten werden ca. 6 g Wasser eingelagert. Dies entspricht etwa 3 g/min. Wasser dringt bis in die Wärmedämmung ein. Die Hohlräume im Dämmstoff werden aufgefüllt, bis ein Gleichgewicht zwischen Wasserdruck und der Oberflächenspannung des mineralischen Dämmstoffes erreicht wird.
Bereich 3:
Die Wasseraufnahme findet nur noch verlangsamt statt. In ca. 8 Minuten dringen nochmals ca. 1,5 g Wasser ein (dies entspricht etwa 0,2 g/min).

 

In weiteren Versuchsreihen (VR) wurde die Wasserdurchlässigkeit von Putzrissen im Verbund mit Mineralfaserdämmstoffen nach definierten Vorbelastungen geprüft [4]. Durch die Versuche konnte nachgewiesen werden, daß eine klimatische Vorbelastung der Wärmedämmverbundsysteme die Wirkung der Hydrophobierung an den Mineralfaserplatten und am Putz veränderte. Die Vorbelastung beeinflußt das Wassereindringen in Putzrisse und die Art der Wassereinlagerung in den Mineralfaserplatten. Die Proben wurden vor der Beaufschlagung mit einer 40 cm hohen Wassersäule jeweils 7 Tage (VR 1 bis 4) bzw. 28 Tage (VR 5 bis 8) unterschiedlich vorbelastet.

 

Normalklima - VR 1 bzw. VR 5 Klimaraum bei 20 C und ca. 65% rel. LF

Warmwasserbad - VR 2 bzw. VR 6 Lagerung der Probekörper über einem Wasserbad bei 60 C und ca. 100% rel. LF

Wasserbad - VR 3 bzw. VR 7 Lagerung der Probekörper über einem Wasserbad bei 20 C und ca. 100% rel. LF

Wasserlagerung - VR 4 bzw. VR 6 Lagerung der Putzschicht im Wasserbad bei 20 C und ca. 100% rel. LF

 

Die Lagerung des Putzes im Wasser bewirkt eine Wassereinlagerung im Grenzbereich zwischen Dämmung und Putz.

 

Die in Bild 4, Bild 5 und Bild 6 aufgeführten Mittelwerte der im Dämmstoff enthaltenen Feuchtemengen stellen ein auf die Rißlänge bezogenes Maß in g/cm für das Wasseraufnahmevermögen des Probekörpers im Rißbereich dar. Betrachtet man die in Bild 4 enthaltenen Mittelwerte der Wassermengen im Dämmstoff bei einer Rißbreite von 0,1 mm so fällt auf, daß die Wassermengen der 7 Tage im Normalklima (VR 1) gelagerten Proben mit 2,74 g/cm am geringsten sind. Bei den Probekörpern der 7tägigen Wasserlagerung (Versuchsreihe 4) ist ca. die doppelte Menge Wasser in die Wärmedämmung gegenüber im Normalklima gelagerter Probekörper eingedrungen. Ein weiteres Ansteigen der Wassermenge um etwa den vierfachen Wert zeigt sich bei den Proben der 7tägigen Wasserbadlagerung (VR 3). Die höchsten Wassermengen mit 23,40 g/cm nehmen die Probekörper auf, die der Warmwasserbadlagerung (VR 2) ausgesetzt waren.

 

Die Wassereinlagerungsmengen in einen 0,1 mm breiten Riß nach 28tägiger Lagerung sind Bild 4 - rechte Seite zu entnehmen.

 

Bei Rißbreiten von 0,2 mm und 0,4 mm treten bei der Warmwasserlagerung (VR 2) die höchsten Eindringmengen auf. Die gemessenen hohen Feuchtegehalte weisen darauf hin, daß trotz Hydrophobierung der Mineralfaserplatten nach Temperatur- und Luftfeuchtebeanspruchung mehr Wasser eingelagert werden kann.

 

Der Trend, daß mit größerer Rißbreite auch die Menge des eingelagerten Wassers in der Dämmschicht erhöht wird, wird am deutlichsten bei den Reihen 1 und 5 (7 / 28 Tage Lagerung im Normalklima - Bild 6). Bei 7- und 28tägiger Lagerung der Probekörper im Warmwasserbad bleiben hingegen die Feuchtegehalte unabhängig von der Rißbreite auf einem etwa gleich hohem Niveau . Hier zeigt sich besonders deutlich, daß eine Vorbelastung die Wasseraufnahmeeigenschaften von Mineralfaserdämmstoffen verändert.

 

Auch der Vergleich der Mittelwerte der Wassereindringtiefen in die Mineralfaser-Dämmschicht verdeutlicht die Veränderungen im Dämmstoff. Bei nahezu unbelasteten Prüfkörpern, die 7 Tage im Normalklima (VR 1) gelagert wurden, ist eine Wassereindringtiefe von t m = 0,23 cm festgestellt worden.
Nach 28tägiger Warmwasserbadbeanspruchung (VR 5) sind dagegen Wassereindringtiefen von t m = 1,80 cm vorhanden. Auf Bild 7 und Bild 8 ist das Wassereindringprofil jeweils 28 Tage gelagerter Probekörper dargestellt. Proben, die einer Warmwasserdampfbeanspruchung ausgesetzt waren weisen eine ca. 8mal größere Wassereintrittstiefe auf als Proben, deren Putz im Wasser gelagert wurde. Die Wärmedämmung ist dann lediglich in einem dünnen Bereich unterhalb des Putzes durchnäßt.

 

3 Verhalten von Putz und Dämmstoff unter Feuchte- und Temperaturbeanspruchung

Das durch den Putz in den Dämmstoff gelangende Wasser kann sich je nach Dämmstoffart unterschiedlich in diesem ausbreiten und die mechanischen Eigenschaften des WDVS nachteilig beeinflussen. Um diesen Einfluß und eine mögliche Regenerierung der Dämmstoffe nach dessen Austrocknung zu klären, sind die folgenden Versuche durchgeführt worden: Es wurde der Einfluß einer definierten Feuchte- und Temperaturbeanspruchung auf die Haftzugfestigkeit zwischen Putz und Mineralfaserplatten sowie Polystyrolplatten ermittelt. Die Untersuchung der Abreißfestigkeit von Wärmedämmverbundsystemen wurde an verputzten 200 mm × 200 mm großen Prüfkörpern vorgenommen.

 

Ziel der Untersuchung war es auch den Einfluß der Faserzusammensetzung und des Herstellungsprozesses auf die Abreißfestigkeit von Mineralfaserdämmplatten festzustellen. Hierzu wurden Dämmstoffe unterschiedlicher Hersteller definierten Feuchte- und Temperaturbeanspruchungen unterzogen.

 

Die Versuchsparameter Temperatur, Feuchte und Zeit wurden durch verschiedene Lagerungsarten, wie bereits in Abschnitt 2 erläutert, variiert:

 

- 28tägige Normalklimalagerung

- 28tägige Putzlagerung im Wasser

- 7tägige Warmwasserdampflagerung

 

Die untersuchten Mineralfaserplatten vom Typ HD sollen im Neuzustand eine Mindesthaftzugfestigkeit von 15 kN/m² aufweisen. Als Vergleichswert für die Abreißfestigkeit von mineralischen Wärmedämmstoffplatten wurde jedoch 7,5 kN/m² zugrunde gelegt. Hierdurch wird dem Festigkeitsabfall durch Relaxationsvorgängen im Dämmstoff und dem Einfluß von Umwelteinflüssen bereits Rechnung getragen. Der Wert orientiert sich an einer Windsogbeanspruchung im Eckbereich von Gebäuden über 20 m Höhe bei dreifacher Sicherheit (dies entspricht etwa 2,2 kN/m² × 3). Für Polystyroldämmstoffplatten gilt gemäß den Festlegungen des DIBt ein Grenzwert von 80 kN/m² (bei vollständiger Verklebung). Sämtliche untersuchten Dämmstoffe stammen aus dem Produktionsjahr 1997.

 

Untersuchte Dämmstoffe

 

System A:
Steinwolle-Putzträgerplatte mit biolöslichen Eigenschaften (erhöhter SiO2-Gehalt), Dicke 100 mm
System B:
Steinwolle-Putzträgerplatten mit hoher Anfangsfestigkeit. Bedingt durch einen hohen Grad an Faltung der Fasern während des Herstellungsprozesses ergibt sich eine höhere Verfestigung, Dicke 100 mm,
System C:
Steinwolle-Putzträgerplatte mit erhöhtem AL2O3 - Anteil, Dicke 100 mm,
System D:
Steinwolle-Putzträgerplatte, Dicke 70 mm,
System E:
Polystyrol-Partikelschaum aus EPS 15, Dicke 100 mm.

 

Zur Ermittlung des Feuchteeinflusses wurde die Haftzugfestigkeit jeweils im Neuzustand sowie an feuchten und an nach der Belastung rückgetrockneten Proben ermittelt. Die Festigkeiten der rückgetrockneten Proben sind grundsätzlich höher als die der feuchten Proben (vgl. Bild 9). Der Ausgangswert wird jedoch nicht wieder erreicht. Es ist ein irreversibler Abfall der Haftzugfestigkeit vorhanden.

 

       sA,neu > sA,trocken > sA,feucht  [kN/m²]

 

Festigkeitssteigerung nach Rücktrocknung

Die nach der Belastung durch Wärme und Feuchtigkeit festgestellten Festigkeitsverluste der Haftzugfestigkeit teilen sich in zwei Verlustarten auf:

 

  1. den irreversiblen Festigkeitsverlusten (Differenz 1: irreversibel) und
  2. den reversiblen Festigkeitsverlusten (Differenz 2: reversibel)

 

Nach der Rücktrocknung erreichen die Proben wieder einen Teil der Anfangsfestigkeit. Dieser Anteil wird als reversibel bezeichnet. Da die rückgetrockneten Proben aber nicht wieder die Ausgangsfestigkeit aufweisen, bedeutet dies, daß ein Teil der Festigkeitsverluste nach einer Belastung irreversibel ist.

 

Ergebnis

Die absoluten Festigkeitsverluste der belasteten Probekörper sind nachfolgend für Mineralfaserdämmstoffe und Polystyrol getrennt dargestellt (Bild 10 und Bild 11).

 

Im Vorgriff auf die Tabelle 1 ist für den Dämmstoff Polystyrol festzuhalten, daß unter Wassereinfluß - also sowohl im Warmwasserdampf als auch im kalten Wasser - eine Nachverfestigung bewirkt wird im Vergleich zur Lagerung im Normalklima.

 

Um eine Aussage über den Einfluß von Feuchte- und Temperaturbeanspruchung unabhängig von der Ausgangsfestigkeit machen zu können, werden die relativen Festigkeitsabfälle der Haftzugfestigkeiten herangezogen. Dabei sind die Haftzugfestigkeiten der feuchten und rückgetrockneten Probekörper jeweils auf die Haftzugfestigkeiten im Neuzustand zu beziehen.

 

Der relative Festigkeitsabfall ist gleichermaßen in einen reversiblen Anteil und in einen irreversiblen Anteil aufgeteilt. In der folgenden Tabelle sind die relativen Festigkeitsverluste abhängig von der Lagerungsart zusammengestellt.

 

 

relative Festigkeitsverluste [%] :

/
7 Tage
Warmwasserdampf
28 Tage
Putz im Wasser
28 Tage
Normalklima
System
um [%]
irrev.
rev.
um [%]
irrev.
rev.
um [%]
irrev.
rev.
A
8,1
33,3
31,5
5,1
51,3
2,3
0,82
0
24,2
B
7,3
39,9
33,3
7,3
63,5
6,8
0,77
15,2
9,3
C
8,2
62,8
14,4
9,8
34,5
17,1
0,83
13,4
8,5
D
6,1
61,5
13
6,2
27,8
18,5
1,09
14,4
0,9
AD
7,4
49,4
23,1
7,1
44,3
11,2
0,88
10,8
10,7
E
21
10,9
28,1
14,7
8,2
17,8
2,3
34,6
3,9
Je Versuchsreihe wurden 10 Einzelprüfungen durchgeführt
Tabelle 1: Relative Festigkeitsabfälle der untersuchten Dämmstoffe

 

 

Betrachtet man abschließend getrennt nach Lagerungsarten die verbliebenen Restfestigkeitsanteile im feuchten und zurückgetrockneten Zustand, so ergibt sich für die 5 untersuchten Dämmstoffe:

 

 

Restfestigkeit [%] :
/
Lagerung
feucht
rückgetrocknet
Mineralfaser *)
Warmwasserdampf
27,6
50,6
Putz im Wasser
44,5
55,7
Normalklima
78,5
89,3
Polystyrol
Warmwasserdampf
61
89,1
Putz im Wasser
73,9
91,8
Normalklima
61,5
65,4
Tabelle 2 : Restfestigkeit nach Konditionierung, *) Mittelwert für System A bis D



Beurteilung

Zunächst ist festzuhalten, daß nach einer 28tägigen Lagerung im Normalklima der Mindestwert 7,5 kN/m² von sämtlichen untersuchten Dämmstoffsorten erbracht wurde. Gegenüber der Festigkeit im Neuzustand ist aber bereits ein Abfall festzustellen. Dieser Abfall wird durch Relaxationsvorgänge im Dämmstoff bewirkt. Klose [9] führt hierzu aus, daß durch ungünstige Produktionsbedingungen, hohe Recyclinganteile und Umweltbelastungen der Effekt bis auf 40% ansteigen kann. Nach seinen Angaben ist dieser anfängliche Festigkeitsverlust im Einbauzustand nach ca. einem Jahr abgeschlossen.

 

Weiterhin trifft für sämtliche Probekörper zu, daß im feuchten Zustand niedrigere Haftzugfestigkeiten gemessen werden als im trockenen Zustand. Der baupraktische Feuchtegehalt nach DIN 4108, Teil 4, Anhang A beträgt um = 1,5 [M-%]. Die nach 28tägiger "Warmwasserdampflagerung" und ebenfalls 28tägiger Lagerung "Putz im Wasser" unter Laborbedingungen festgestellten Feuchtegehalte haben sich durchweg höher eingestellt. Der wesentliche Unterschied zwischen beiden Belastungsarten besteht in der Art der Wasserbelastung. Bei der Warmwasserdampflagerung gelangt das Wasser von der verputzten Vorderseite durch den Dämmstoff hindurch bis zur Rückseite. Dies entspricht Verhältnissen, wie sie bei einer Umkehrdiffusion im Sommer vorliegen. Wird dagegen lediglich der Putz im Wasser gelagert, so entspricht diese Belastung einer Durchfeuchtung nach einem langen und heftigen Regenereignis.

 

Die niedrigen Restfestigkeiten nach einer "Warmwasserdampfbeanspruchung" machen deutlich, daß der Einfluß von Wasser entlang der gesamten Dämmstoffdicke die Festigkeit nachhaltig beeinflußt. Im feuchten Zustand sinkt die Restfestigkeit im Mittel bis auf 30% der Ausgangsfestigkeit ab. Bei der "Putz im Wasser" Lagerung beträgt die Restfestigkeit immerhin noch nahezu 45 Prozent vom Ausgangswert. Auch die ansich hohe Festigkeit des Systems B wird durch den Wassereinfluß im Grenzbereich zwischen Putz und Wärmedämmung nahezu aufgehoben. In der Grenzfläche profitiert das System nicht von der hohen Verfilzung des Dämmstoffes, wie dies bei einer Wasserdampfbeanspruchung zu konstatieren ist. Im Vergleich zwischen Mineralfaser- und Polystyroldämmstoffplatten fällt auf, daß der Wassereinfluß im Polystyrolsystem, wenn er auf den Putzbereich beschränkt bleibt, sogar eine Nachverfestigung des Systems im feuchten Zustand bewirkt. Hierdurch fällt der Anteil an reversiblen Verlusten kleiner aus. Eine dampfförmige Belastung ergibt aber auch für den Dämmstoff Polystyrol einen unwiderruflich verlorenen Festigkeitsverlust von etwa 10 Prozent der Ausgangsfestigkeit.

 

Bruchbild bei Haftzugversuchen an WDVS

Bei der Vielzahl der Haftzugversuche an Wärmedämmverbundsystemen mit Mineralfaserplatten und Polystyrol konnten keine signifikanten Bruchbilder festgestellt werden: Oftmals traten verschiedene Bruchbilder in einer Versuchsserie auf.

 

Bei den Probekörpern aus Polystyrol war aufgrund der wesentlich größeren Haftzugfestigkeiten öfter ein Versagen in der Klebefläche zwischen Putz und Abreißplatte oder meist in der Ebene des Bewehrungsgewebes festzustellen. Bei den Probekörpern aus dem Mineralfaserdämmstoff vom Typ C erfolgte häufiger als bei den anderen Mineralfaserdämmstoffen ein Abreißen in der Mitte des Dämmstoffes. Bei den Probekörpern aus dem Mineralfaserdämmstoff vomTyp B stellte sich sehr häufig ein ganz charakteristisches Bruchbild ein, das durch die andersartige Faltung während der Herstellung bedingt war. Die Faserstruktur ist gegenüber anderen Mineralwolledämmstoffen, die eine verschobene lamellenartige Textur oder parallel zur Plattenoberfläche gerichtete Faserstruktur haben, eher schräg zur Plattenoberfläche gerichtet. Ingesamt hat das System B unter Wasserbeaufschlagung die größten Reserven gezeigt. Insbesondere nach einer Warmwasserdampfbeanspruchung sind aufgrund der guten Verfilzung zwischen den Fasern hohe reversible Festigkeitsanteile festgestellt worden.

 

4 Instationäre Berechnungen zur Feuchtebelastung

Wasser im WDVS beeinflußt deren mechanische Eigenschaften nachhaltig. Um die Wassermenge in WDVS unter natürlichen klimatischen Randbedingungen kennenzulernen, wurden mit Hilfe des Programmpaketes "WUFI" [6] instationäre Berechnungen von WDVS mit Mineralfaserdämmstoffen und Polystyroldämmstoffen durchgeführt [7]. Zum Vergleich der Feuchtebelastung wurden u.a. die relativen Luftfeuchtigkeiten in der Grenzschicht Putz/Wärmedämmung betrachtet. Bei 100% relativer Luftfeuchte kommt es an dieser Ansetzstelle zu einem Feuchteausfall. Hierdurch können wie bereits erwähnt die mechanischen Eigenschaften des Dämmstoffes beeinflußt werden. In der folgenden Tabelle sind die relativen Summenhäufigkeiten für verschiedene Klassen der relativen Luftfeuchte zusammengestellt. In der linken Tabellenhälfte wird das gesamte auftretende Spektrum von 0 - 100% relative Luftfeuchte aufgelistet. Die rechte Tabellenhälfte liefert eine Auflösung höherer Luftfeuchten im Bereich von 90 bis 100% relativer Luftfeuchtigkeit. In einer weiteren statistischen Betrachtung wurde ein gleichartiger Temperaturverlauf der betrachteten Wandaufbauten im Berechnungszeitraum (10 Jahre, Zeitschritt 1h) unter der Annahme einer 95%igen Aussagewahrscheinlichkeit und einem Signifikanzniveau von a = 5% ermittelt. Lediglich im Bereich der höchsten berechneten Temperaturen (ca. 55 °C) werden etwas höhere Werte bei Verwendung von Polystyrol festgestellt. Dies bedeutet, daß in beiden Wandaufbauten an der Untersuchungsstelle zum gleichen Zeitpunkt jeweils die gleiche Temperatur herrscht. Aus diesem Grund kann die vergleichende Betrachtung zunächst auf die relativen Luftfeuchtegehalte beschränkt bleiben.

 

Die beiden nachfolgenden Diagramme in Bild 12 und Bild 13 zeigen jeweils den Unterschied der relativen Luftfeuchtegehalte in den Klassen von 0% - 100% relativer Luftfeuchte und den Bereich mit genauerer Auflösung von 90% - 100% relativer Luftfeuchte.

 

Vergleicht man die Verläufe für Polystyrol und Mineralfaser im Gesamtbereich, so fällt auf, daß beide Verteilungen sehr ähnlich verlaufen (Bild 12). Die am häufigsten auftretenden Werte fallen aber in unterschiedliche Klassen. Für Polystyrol liegt die relative Feuchte am häufigsten zwischen 80% und 90%. Bei Mineralfaser sind dagegen die meisten Werte in der Klasse von 90% bis 100% zu finden. Erst die genaue Auflösung im Bereich von 90% bis 100% verdeutlicht den tatsächlichen Unterschied: In Wärmedämmverbundsystemen aus Mineralfasern kommt es in 9,9% des betrachteten Zeitraumes zum Ausfall von Tauwasser, bei der Polystyroldämmung dagegen treten Luftfeuchten von 96% bis 100% nahezu nicht auf. Eine Feuchteakkumulation im Laufe der 10jährigen Berechnungsdauer wurde aber nicht festgestellt.

 

Eine vergleichende Berechnung mit dem Glaserverfahren hat ergeben, daß beide Wandaufbauten tauwasserfrei sind.

 

Dieser zunächst überraschende Effekt ist durch die genauere Erfassung der einwirkenden Feuchtemengen durch das Programm "WUFI" zu erklären: Der Vorgang der Umkehrdiffusion im Sommer wird vollständig erfaßt. Zudem wird die höhere Kapillaraktivität des mineralischen Putzes gegenüber dem kunstharzgebundenen Putz berücksichtigt. Weiterhin ist ein Polystyrolsystem im Hinblick auf die sommerliche Umkehrdiffusion als dampfdichter einzustufen (Dampfdiffusionswiderstand: Polystyrol (µ = 50) und Mineralfaser (µ = 1,3)).

 

5 Freilandversuche

Ergänzend zu den Laboruntersuchungen wurden Freilandversuche durchgeführt. Die Versuchsanlage bestand aus zehn ca. 1,0 m × 1,20 m großen Wandabschnitten, in die jeweils drei kleinformatige gerissene und ungerissene Probekörper mit den Abmessungen 300 × 625 mm eingebaut waren (siehe Bild 14).

 

Im Rahmen der Freilandversuche wurden 5 Putzsysteme untersucht. Die Putzsysteme unterscheiden sich in der Putzsorte und in der Beschichtungsdicke.

 

Zu Vergleichszwecken wurde auch eine unbeschichtete Probe untersucht (System 4). In jedem Einzelsegment sind mit einer speziell entwickelten Spannvorrichtung folgende Rißbreiten eingestellt worden: ungerissen; 0,1 mm; 0,2 mm (2×); 0,4 mm und 1,0 mm. Folgende Systeme wurden untersucht:

 

 

System 1:
mineralisches Dünnputzsystem, Dicke ca. 7 mm,
System 2:
mineralisches Dickputzsystem, Dicke ca. 13 mm,
System 3:
Vergleichsputz mit mineralischem Oberputz, Dicke ca. 13 mm,
System 4:
Vergleichsputz ohne Oberputz, Dicke ca. 9 mm,
System 5:
Silikatisches Dünnputzsystem, Dicke ca. 7 mm

 

Die Freilandversuchsanlage ist auf dem Gelände der TU Berlin an einer exponiert gelegenen, nach Westen orientierten Wand montiert. Das nachfolgende Bild zeigt die Versuchseinrichtung. Während der Freilandbewitterung wurden sämtliche Probekörper in regelmäßigen Zeitabständen gewogen, um die aufgenommenen Wassermengen zu bestimmen.

 

Bild 15 und Bild 16 zeigen das unterschiedliche Wasseraufnahmeverhalten eines Dünnputzes (System 1) und eines Dickputzes (System 2). Auf Bild 17 ist exemplarisch die Wasseraufnahme im Untersuchungszeitraum für eine ungerissene Probe sowie für gerissene Proben mit den Rißbreiten 0,1 und 0,2 mm wiedergegeben.

 

Ergebnis der Waseraufnahmeversuche

Unterschiedliche Materialeigenschaften bewirken ein deutlich geändertes Wasseraufnahmeverhalten der untersuchten Wärmedämmverbundsysteme. Bei der Verwendung von Kunstharzputzen auf Mineralfaserdämmstoffen wurden nahezu keine Unterschiede im Wasseraufnahmeverhalten zwischen dem gerissenen bzw. ungerissen Putz festgestellt. Anders verhält es sich aber beim mineralischen Dickputz. Die gerissenen Proben nehmen deutlich mehr Wasser auf (siehe Bild 16). Vergleicht man, wie auf Bild 17 dargestellt, das Wasseraufnahmeverhalten bei unterschiedlichen Rißbreiten, so wird deutlich, daß bei einem 0,2 mm breiten Riß eine größere Wassermenge aufgenommen wird. Weiterhin ist festzuhalten, daß sämtliche gerissenen und ungerissenen Proben im Sommer wieder ausgetrocknet waren.

 

Haftzugfestigkeit zwischen Putz und Wärmedämmung nach Bewitterung in Abhängigkeit von der Rißweite

An den im Freiland bewitterten Probekörpern wurden Haftzugversuche durchgeführt, mit dem Ziel eine Abhängigkeit zwischen der Rißweite und den mechanischen Eigenschaften festzustellen. Zu diesem Zweck wurde jedes Segment in der Weise aufgeteilt, daß jeweils aus der Mitte ein gerissener Bereich und seitlich zwei ungerissene Bereiche mit den Abmessungen 200×200 mm entstehen. In Bild 18 ist das Ergebnis der Haftzugfestigkeitsuntersuchung exemplarisch für das System 1 dargestellt. In der Grafik sind jeweils die mittleren Haftzugfestigkeiten für die ungerissenen Bereiche den Werten aus den gerissenen Bereichen gegenübergestellt.

 

Ergebnis

Mit zunehmender Rißweite nimmt die Haftzugfestigkeit überproportional stärker ab als bei sehr kleinen Rißweiten. Ein grundsätzlich ähnliches Verhalten wurde auch für die übrigen Putzsysteme festgestellt. Bezieht man den Festigkeitsabfall sämtlicher gerissenen Probekörper mit Oberputzbeschichtung jeweils auf die Haftzugfestigkeit der ungerissenen Probekörper, so ergibt sich das in Tabelle 4 dargestellte Gesamtergebnis.

 


relativer Festigkeitsabfall [%]
Rißbreite
System 1
System 2
System 3
System 5
Mittel
ungerissen
0
0
0
0
0
0,1 mm
18,1
34,7
45,4
33,2
32,8
0,2 mm
5,4
35,1
63
33,3
0,4 mm
36,9
81,1
57,8
25,9
50,4
1,0 mm
65
64,8
35,5
44,3
52,4
Tabelle 4: Relativer Festigkeitsabfall [%] der Haftzugfestigkeit im Rißbereich.

 

Für den Festigkeitsverlust in Abhängigkeit der Rißweite ergibt sich auf der Grundlage der Mittelwerte der mit Oberputz beschichteten Systeme folgender Zusammenhang, siehe Bild 19.

 

6 Schlagregenversuche

In einem von der TU Berlin hergestellten Reißrahmen aus Aluminiumprofilen, der es ermöglicht Risse mit definierter Rißbreite in Probenmitte einzuprägen, wurden Probekörper des zu untersuchenden Wärmedämmverbundsystemes mit den Abmessungen dWDVS × 1000 mm × 1000 mm eingebaut und einem künstlichen Schlagregen unterworfen. Der künstliche Schlagregen [8] kann ununterbrochen und zeitlich genau festgelegt erzeugt werden. Die Anlage ist weiterhin mit einer Böenvorrichtung ausgestattet, die es erlaubt, einen plötzlich einsetzenden Wind in frei wählbaren Intervallen zu erzeugen. Der zu beregnende Probekörper ist an einer Waage angehängt, so daß während der Versuchsdauer eine kontinuierliche Wägung der Probe (einschließlich Reißrahmen) erfolgen kann, um auf diese Weise Aufschluß über die Wasseraufnahme der gerissenen Probekörper zu erhalten. Die Versuchsvorrichtung gestattet es, vergleichende Untersuchungen an unterschiedlich weit gerissenen Putzproben durchzuführen.

 

Bild 20 zeigt vergleichend die Wasseraufnahme eines Dünnputzsystemes mit einem 0,2 und 0,6 mm breitem Riß. Die Zeitachse wird bei der Aufzeichnung der Wasseraufnahme üblicherweise im Wurzelmaßstab dargestellt, um den linearen Zusammenhang zwischen Wasseraufnahme und Wurzel der Zeit zu erfassen. Im oberen Linienzug ist ein Knickpunkt zu erkennen. Im ersten - steil verlaufenden Bereich - bestimmt hauptsächlich die Wasseraufnahme der gerissenen Putzbeschichtung mit einer Rißbreite von 0,6 mm den Verlauf. Im zweiten - abgeflachten Bereich - wird die Wasseraufnahme durch die Wärmedämmung bestimmt, da das Wasser auf der Putzrückseite austritt. Die Wasseraufnahme in der ersten Stunde unterscheidet sich beim breiteren Riß dadurch, daß eine größere Wassermenge in einer kürzeren Zeit aufgenommen wird. Am Ende des Versuches ist aber in beiden Fällen nahezu die gleiche Wassermenge aufgenommen worden.

 

Bild 21 verdeutlicht den Einfluß einer Freilandbewitterung auf eine unbeschichtete Putzträgerplatte. Nach einer halbjährigen Bewitterung in einer Winterperiode wird nahezu 1 kg/m² mehr Wasser im Schlagregenversuch aufgenommen.

 

7 Zusammenfassung und Ausblick

Im Bereich eines Putzrisses kann durch den Einfluß von Wasser die Dauerhaftigkeit von Wärmedämmverbundsystemen mit mineralischem Dämmstoff ungünstig beeinflußt werden. Die Untersuchungen belegen, daß eine Wasserbeanspruchung in Abhängigkeit der Rißbreite vorhanden ist:

 

- Die Wassereindringmenge ist abhängig von den Eigenschaften und dem Alterungszustand der Wärmedämmung bzw. des Putzes. Die klimatische Vorbelastung ("Belastungsgeschichte") des Wärmedämmverbundsystemes wirkt sich auf die Wasserverteilung in unmittelbarer Rißnähe aus.

- Für statische Risse bis zu einer Rißbreite von 0,1 mm wurden nur sehr kleine Wassereindringmengen festgestellt. Mehrfach nahm der Wassereindrang im Laufe des Versuches so stark ab, daß kein Wasserzutritt mehr vorlag.

- In Wärmedämmverbundsysteme mit Putzen auf Polystyroldämmung tritt weniger Wasser ein als in vergleichbare Systeme aus Mineralfaserdämmung.

- Die Haftzugfestigkeit des Wärmedämmverbundsystemes ist von der Verteilung des eingedrungenen Wassers in der Wärmedämmung abhängig. Dringt die Feuchtigkeit tief in den Dämmstoff ein (z.B. durch Diffusionsvorgänge), so wird die Haftzugfestigkeit stärker herabgesetzt, als bei einer Anlagerung der Feuchte zwischen Putz und Wärmedämmung.

- Die Haftzugfestigkeit zwischen Putz und Wärmedämmung wird durch Wassereinfluß irreversibel herabgesetzt. Auch nach einer Rücktrocknung wird nicht wieder die Ausgangsfestigkeit erreicht.

- Der Feuchtehaushalt beregneter WDVS mit Mineralfaser- bzw. Polystyroldämmstoff wurde rechnerisch untersucht. Zwischen Wärmedämmung und Putz liegt bei WDVS aus Mineralfaser eine höhere Feuchtebelastung vor. ln beiden Fällen findet aber keine Feuchteanreicherung statt.

 

Im Hinblick darauf, daß das eindringende Wasser zu einem Gefügeschaden oder einer Verringerung der Haftzugfestigkeit zwischen Putz und Dämmstoff führen kann, wird folgende auf der sicheren Seite liegende Regelung für zulässige Rißbreiten vorgeschlagen:

 

- Putz auf Mineralfaserdämmung: w <= 0,2 mm

- Putz auf Polystyroldämmung: w <= 0,3 mm.

 

Literatur

[ 1 ] Ruhnau, R.: Ingenieurgemeinschaft Cziesielski, Ruhnau + Partner, Gutachtliche Stellungnahme R 55/89.2, Beurteilung von Rissen, Auftraggeber: Amtsgericht Charlottenburg, Berlin 1989.

[ 2 ] Ruhnau, R und Fechner, O.: Ingenieurgemeinschaft Cziesielski, Ruhnau + Partner, Gutachtliche Stellungnahme R 18/93.2, Windschaden am WDV-System, Untersuchungen zur Standsicherheit und Sanierungsmöglichkeiten, Berlin 1993.

[ 3 ] Soblik, D.: Wasserdurchlässigkeit von Außenputzen im Bereich von Rissen, Diplomarbeit, Fachgebiet Allgemeiner Ingenieurbau, TU Berlin, 1994.

[ 4 ] Klaus, M.: Wasserdurchlässigkeit von Putzrissen im Verbund mit Mineralfasern, Diplomarbeit, Fachgebiet Allgemeiner Ingenieurbau, TU Berlin, 1996.

[ 5 ] Klaus, P.: Haftzugfestigkeit in Abhängigkeit des Feuchtegehaltes, Diplomarbeit, Fachgebiet Allgemeiner Ingenieurbau, TU Berlin, 1996.

[ 6 ] Künzel, H.M.: Verfahren zur ein- und zweidimensionalen Berechnung des gekoppelten Wärme- und Feuchtetransports in Bauteilen mit einfachen Kennwerten. Dissertation, Universität Stuttgart, 1994.

[ 7 ] Stieler, G.: Berechnungen zur langfristigen Feuchtebelastung von Wärmedämmverbundsystemen, Diplomarbeit, Fachgebiet Allgemeiner Ingenieurbau, TU Berlin, 1997.

[ 8 ] Maerker, B. : Erzeugung eines künstlichen Schlagregens für die Bauteilprüfung, Dissertation, Technische Universität Berlin, 1983.

[ 9 ] Klose, G.-R.: Wärmedämmverbundsysteme: Verfahren zur künstlichen Alterung von Steinwolle-Dämmstoffen. Ingenieur Hochbau, Berichte aus Forschung und Praxis, Festschrift zum 60. Geburtstag von Prof. Dr. E. Cziesielski, Werner Verlag, 1998.

 

 

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