Ziegel- und Backsteinmauerwerk - Martin Sauder · Ziegelformate Porosierter Hochlochziegel „Klimatherm ST 9“, Lieferformate: 10 DF, 12 DF, 14 DF. 27.06.2011 10 Dipl.-Geol. Martin

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Ziegel- und Backsteinmauerwerk

Institut für Baustoffuntersuchung und Sanierungsplanung GmbH



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Dipl.-Geol. Martin Sauder

Carreau Wendel, Cantine

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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


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



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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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



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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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



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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Mauerziegel: CE-ZeichenMauerziegel: CE-Zeichen


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



ZiegelformateZiegelformate

Vollziegel und Lochziegel: Normalformat

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Hochlochziegel Langlochziegel



Porosierter Hochlochziegel „Klimatherm ST 9“, Lieferformate: 10 DF, 12 DF, 14 DF

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ZiegelsteinmauerwerkZiegelsteinmauerwerk

Mauerwerk aus Langlochziegeln zwischen einem Tragwerk aus Stahlbetonstützen

Typisch Mittelmeerraum



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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Bezeichnung der Teile eines Ziegel-steinmauerwerks



„am“: Achtelmeter, also 12,5 cm.

Aus diesem Maß ergeben sich alle Stein- und Mauerwerksmaße

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Ziegelsteinmauerwerk: Läuferverband


Ziegelsteinmauerwerk: Läuferverband (50 %)

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Binderverband

„



Blockverband

„

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Kreuzverband

„


Ziegelsteinmauerwerk: Kreuzverband

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In der Praxis: Vermischungen kommen vor.


Block- und Kreuzverband zusammen

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Blockverband an der Cantine


MauerwerksverbändeMauerwerksverbände

Blockverband

Märkischer Verband

Schlesischer Verband

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MauerwerksverbändeMauerwerksverbände

Holländischer Verband

Wilder Verband


Ziegelsteinmauerwerk: Flämischer Verband

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Schadensursache Salze


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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


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)


Eigenschaften bauschädlicher Salze: Sulfate


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)


Eigenschaften bauschädlicher Salze: Carbonate und Chloride

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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)


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


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


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


Schadensursache Frost

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Schadensursache Frost

Salze auf Hüttensteinmauerwerk


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Salze und Feuchtigkeit


Salze und Feuchtigkeit


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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


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


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..



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


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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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



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


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:



Vorteile: langsame Erhärtung, keine zu große Endfestigkeit

Nachteile: Wegen des C3A-Gehaltes bei sulfathaltigemMauerwerk problematisch


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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


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


• 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.


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


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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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



Prüfung des historischen Mörtels


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

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Analyse der Zuschläge


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


CaSiO3 x CaSO4 x CaCO3 x 15 H2OCaSiO3 x CaSO4 x CaCO3 x 15 H2O

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Prüfung des vorhandenen Mauerwerks


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


Verarbeitung Art des Einbaus

Verdichtung

Nachbehandlung

Schichtstärken

Aufarbeitung von erhärtetem Mörtel

Verarbeitung Art des Einbaus

Verdichtung

Nachbehandlung

Schichtstärken

Aufarbeitung von erhärtetem Mörtel


Bauwerkskonditionen Mauerwerksfeuchtigkeit

Nutzung des Bauwerks

Umwelteinflüsse

Bauwerkskonditionen Mauerwerksfeuchtigkeit

Nutzung des Bauwerks

Umwelteinflüsse

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40

Visuelle Prüfung von Mörtelproben


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


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


Wasseraufnahme in porösen Baustoffen

Poren/Kapillaren < 0,10 µm (100 nm): kein Kapillartransport

Poren/Kapillaren >100 µm (0,1 mm): kein Kapillartransport


Porenradien und Teilchengröße

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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


€2 σ . cos Θρ . r . gH =

Transportmechanismen von Wasser


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.


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

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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.


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.


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:


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


Ergebnis der Feuchtig-keitsmessungen

GOK

zu erwartender Verlauf bei aufsteig. Feuchte

26

4

Höh

e [m

]

Durchf.grad [%]10050

Durchf.grad [%]1005000


Darr-Verfahren: Einzelmessungen, graphisch ausgewertet

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Beispiel

Ziegel Granit

BaufeuchtePorosität

Durchf.-grad

DG =Baufeuchte (M.-%)

Sättigungsfeuchte (M.-%)* 100


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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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


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.


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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Ziegel- und Backsteinmauerwerk - Martin Sauder · Ziegelformate Porosierter Hochlochziegel „Klimatherm ST 9“, Lieferformate: 10 DF, 12 DF, 14 DF. 27.06.2011 10 Dipl.-Geol. Martin