Bauphysikalische Prozesse vs. Schadensprozesse

Präsentation zum Thema: "Bauphysikalische Prozesse vs. Schadensprozesse"—  Präsentation transkript:

1 Bauphysikalische Prozesse vs. Schadensprozesse
Dipl.-Ing. Tobias Steiner Bauphysik IBO – Österreichisches Institut für Bauen und Ökologie GmbH

2 Übersicht  Allgemeines  Porenstruktur von Baustoffen und ihre Eigenschaften  Verwitterungsprozesse  Kondensationsprozesse  Befeuchtungsprozesse  Deformationsprozesse

3 Allgemeines  Schädigungsprozesse in und an Baustoffen  Ursachen von Feuchteanreicherung in Bauteilen  Hygrische Prozesse in und an Außenwandkonstruktionen  Schadensschwerpunkte

4 Übersicht über Schädigungsprozesse in und an Baustoffen  Hygrische Einwirkungen  Thermische Einwirkungen  Statische Einwirkungen  Einwirkung aus Herstellung und Gebrauch

5 Physikalische Schädigungen  Hygrische Einwirkungen - Luftfeuchtigkeit Kapillarwasser Kondenswasser Thermische Einwirkungen - Hitze Kälte Frost  Statische Einwirkungen - Belastung aus Eigengewicht Belastung aus Auflast Belastung aus Wind  Einwirkung aus Herstellung - Heizung und Gebrauch - Reinigung Wurzelsprengung Beschädigung falsche Materialauswahl

6 Chemische Schädigungen  Schadstoffbelastung  Bindemittellösung  Bindemittelumwandlung  Salzschädigung

7 Biologische Schädigungen  Mikro – Organismen  Algen und Flechten  Schimmelpilz  Pilze

8 Ursachen von Feuchteanreicherung in Bauteilen  Oberflächenkondensat  Kernkondensation  Hygroskopische Feuchteanreicherung  Feuchtigkeit aus Bewitterung  Feuchtigkeitszufuhr durch aufsteigende Feuchtigkeit

9 Oberflächenkondensat  Taupunktunterschreitung  Überhöhte Feuchteproduktion  Geringe Lüftung  Geringe Wärmedämmwerte  Wärmebrücken  Verminderung der Wärmedämmung durch Baufehler (Durchfeuchtung, Lufteintritt)

10 Kernkondensation  Taupunktunterschreitung in Bauteilen  Ungünstige Baustoffauswahl  Ungünstiger Schichtenaufbau  Luftkonvektion in Bauteile hinein  Dampfdichte Beschichtungen  Fehlende Hinterlüftung

11 Hygroskopische Feuchteanreicherung  Hygroskopische Stoffe
Hygroskopische Feuchteanreicherung  Hygroskopische Stoffe  salzhaltige Materialen  Einwanderungen von hygroskopischen Stoffen durch Bewitterung, Bodenfeuchtigkeit und Nutzungsprozesse  Kapillarkondensation

12 Feuchtigkeit aus Bewitterung  Schlagregenbelastung  Windbelastung  geringe Besonnung  schlechte Feuchtigkeitsabgabe  ungeeignete Oberflächensysteme (keine wasserabweisenden bzw. wasserhemmenden Oberflächenschichten)

13 Feuchtigkeitszufuhr durch aufsteigende Feuchtigkeit  keine oder defekte Feuchtigkeitssperren  hohe Bodenfeuchtigkeit  Belastung durch zeitweise drückendes Wasser oder drückendes Wasser  Hangwasser

14 Hygrische Prozesse in und an Außenwandkonstruktionen
Wassereindringung von oben Kondenswasser Regen (SO2,CO2,NOx) Dampfdiffusion Kondenswasser Regen (SO2,CO2,NOx) Dampfdiffusion Hygroskopische Feuchte Schlagregen (Streusalz) Oberflächenwasser Sickerwasser Gelöste Salze Dampfdiffusion Erdfeuchte Gelöste Salze

15 Schadensschwerpunkte am nicht industriell errichteten Mehrfamilienhaus (bis 1960), Quelle: AIBAU

16 Schadensschwerpunkte an den Wohnungen in Fertigteilbauweise Quelle: AIBAU

17 Übersicht  Allgemeines  Porenstruktur von Baustoffen und ihre Eigenschaften  Verwitterungsprozesse  Kondensationsprozesse  Befeuchtungsprozesse  Deformationsprozesse

18 Porenstruktur von Baustoffen und ihre Eigenschaften  Porenstruktur  Hygroskopische Feuchtigkeit  Transportmechanismen  Einfluss von Salzen auf den Feuchtehaushalt  Praktischer Feuchtigkeitsgehalt von Baustoffen  Kapillare Eigenschaften  Wasseraufnahmekoeffizient  Wassereindringkoeffizient  Wasserkapazität  Kritischer Feuchtigkeitsgehalt  maximaler Wassergehalt  Trocknungsverlauf  Wasserdampfdiffusion durch poröse Baustoffe  Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit

19 a) Makropore (offene Pore)
b) Sackpore c) isolierte Pore d) „Ink-Bottle“-Pore e) Baustoffgerüst (Strukturverband) f) Vergrößerungsausschnitt (schematisch) g) Mikroporen (Gelporen, ca fach vergrößert)

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22 Kapillarer Wassertransport !
Porengrößenverteilung von Ziegel

23 Sorption ! Regenaufnahme ! Porengrößenverteilung von Porenbeton

24 Sorption ! Regenaufnahme ! Porengrößenverteilung von Kalksandsteinen

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26 Offene Porosität unterschiedlicher Materialien

27 Hygroskopische Feuchtigkeit
Kapillarradius in Meter Ungebundenes Wasser Monomolekulare Belegung Multimolekulare Belegung Feuchtigkeitsgehalt Kapillarkondensation Gebundenes Wasser Kapillarkondensation Sorptionsprozesse Adsorption Hydratation Relative Luftfeuchtigkeit Hygroskopische Feuchtigkeit

28 Darstellung der Sorptionsstadien und der Transportmechanismen bei zunehmender Befeuchtung eines porösen Stoffes

29 Feuchtigkeitsgleichgewichtszustände - Sorptionsisothermen
16 12 8 4 Asbestzement Holz Feuchtigkeit in Volumen - % Zementmörtel Kalkzementmörtel Kalksandstein HWL-zementgeb. Schwerbeton Gasbeton Ziegel Gips Luftfeuchtigkeit in % Feuchtigkeitsgleichgewichtszustände - Sorptionsisothermen

30 30 25 20 15 10 5 70 80 90 100 Einfluss von Salzen auf den
Einfluss von Salzen auf den Feuchtigkeitshaushalt Wasseraufnahme in Volumenprozent 40 mg/cm³ NaCl 20 mg/cm³ NaCl 4 mg/cm³ NaCl Ziegel Relative Luftfeuchtigkeit in Prozent

31 Messung von Sorptionsisothermen
Porenradius : Relative Luftfeuchtigkeit Feuchtigkeitsgehalt Monomolekulare Belegung Mulimolekulare Kapillar- Kondensation Ungebundenes Wasser Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit einstell- und regelbar 20°C 20°C 70 % 70 % 000,00 g 127,13 g 20°C 70 % Waage Klimaschrank

32 Messung von Sorptionsisothermen
im Klimaschrank

33 Hygroskopische Eigenschaften von Salzen
Salz Löslichkeit Aktivität - ab einer g /100 ml rel. LF Na2CO3 * 10 H2O Soda Na2SO4 * 10 H2O Glaubersalz NaCl Kochsalz Mg(NO3)2 * 6 * H2O Magnesiumnitrat Ca(NO3)2 * 4 * H2O Calciumnitrat K2CO * 2 * H2O Pottasche MgCl * 6 * H2O Nagnesiumclorid CaCl * H2O Calciumclorid

34 Versalzungs-grad in mg/g Ziegel
Hygroskopische Wasseraufnahme von Ziegelsteinen mit und ohne Versalzung Salzart Versalzungs-grad in mg/g Ziegel Wasseraufnahme in M-% 20 Tage 65%r.F. 20 Tage 86%r.F 20 Tage 97%r.F 180 Tage 83%r.F 0,1 0,2 0,3 NaCl 29 1,0 5,5 9,3 9,5 43 1,6 6,2 11,1 13,2 MgSO4 55 2,3 3,1 4,1 4,5 28 1,3 2,8 2,2 2,9 Ca(NO3)2 82 5,1 7,2- 10,8 12,3 107 5,2 9,4 12,1 12,5

35 Vollziegelwände 1,0 - 2,5 Hohlziegelwände 1,5 - 4,0
Praktischer Wassergehalt nach Cammerer Material Wassergehalt in Volumen-Prozent Vollziegelwände , ,5 Hohlziegelwände , ,0 Kalksandstein ,5 - 13,0 Bimsbaustoffe ,5 - 13,0 Gas- u. Schaumbeton 3,5 - 13,0 Kies- u. Splittbeton 3,5 - 13,0 Innenputze 1,0 - 10,0 Außenputze 1, ,0

36 Praktische Feuchtigkeitsgehalte von Baustoffen

37 Verhalten von Flüssigkeit an der Oberfläche von Baustoffen
Adhäsion >Kohäsion Adhäsion = Kohäsion Adhäsion < Kohäsion Adhäsion Kohäsion

38 Kapillarkraft Kapillardruck Kapillare Steighöhe Kapillare Kraft- und Druckverhältnisse und Steighöhe

39

40 hkapillar rkapillar 1,46 mm 10 mm 1,46 cm 1 mm 14,6 cm 0,1 mm 1,46 m
Kapillare Steighöhen hkapillar rkapillar 1,46 mm 10 mm 1,46 cm 1 mm Porenbeton 14,6 cm 0,1 mm Porenbeton 1,46 m 0,01 mm Mörtel 14,6 m 0,001 mm Ziegel 146 m 0,0001 mm Beton 1,460 km 0,00001 mm

41 Zeit - t Zeit - t Masse(H2O) A = w * t Probe
Wassertransport durch kapillar aktive Bauteile Wasseraufnahmekoeffizient Masse(H2O) A = w * t Probe Massenzunahme in kg Massenzunahme in kg Wasserbad Zeit - t Zeit - t

42 Hinweise zur w – Wert -Messung
Praktische Hinweise zur w – Wert - Messung

43 Wasseraufnahmekoeffizient in kg/m²*h 0,5
Tabelle Wasseraufnahmekoeffizient von Baustoffen Baustoffe Wasseraufnahmekoeffizient in kg/m²*h 0,5 Ziegel (1700 kg/m³) 25 Ziegel (2200 kg/m³) 3 Kalksandstein (1600 kg/m³) 8 Kalksandstein (1900 kg/m³) Schwerbeton 1 – 2 Porenbeton 4 – 8 Gipsbauplatten (900 kg/m³) 70 Gipsbauplatten (600 kg/m³) 35 Kalkzementputz 2 – 4 Zementputz 1 – 3 Kunststoffdispersionsbeschichtung 0,05 - 0,2

44 Wasseraufnahmekoeffizient von Sandsteinen
Wasseraufnahmekoeffizient in kg/m²*h 0,5 Eichenbühler Roter Mainsandstein – senkrecht zur Schichtung 0,74 0,83 0,97 Eichenbühler Roter Mainsandstein – parallel zur Schichtung 2,7 2,8 2,9 Bucher Sandstein - senkrecht zur Schichtung 101 109 120 Bucher Sandstein - parallel zur Schichtung 90 57 158

45 Zeit - t Zeit - t = B * t h Probe
Wassertransport durch kapillar aktive Bauteile Wassereindringkoeffizient = B * t h Probe Steighöhe in m Steighöhe in m Wasserbad Zeit - t Zeit - t

46 Wassereindringkoeffizient von Baustoffen
Wassereindringkoeffizient in m / h 0,5 Ziegel (1700 kg/m³) 0,14 Ziegel (2200 kg/m³) 0,005 Kalksandstein (1600 kg/m³) 0,065 Kalksandstein (1900 kg/m³) 0,02 Schwerbeton Porenbeton 0,05 Gipsbauplatten (900 kg/m³) 0,13 Gipsbauplatten (600 kg/m³) 0,11 Kalkzementputz 0,08 Zementputz

47 Hygrische Kennwerte von Baustoffen für Speicherung und Transport
Unter Wasserspeicherung versteht man den Gehalt an Wasser oder Feuchtigkeit, den ein Baustoff durch unterschiedliche Prozesse aufgenommen hat und der in Masse- oder Volumenprozent angegeben wird. Der Feuchtigkeitsgehalt wird angegeben in und

48 hygroskopischen Feuchtigkeitsgehalt .
Kommt ein Baustoff in Kontakt mit der in der Luft enthaltenen Luftfeuchtigkeit, so sorbiert er den hygroskopischen Feuchtigkeitsgehalt .

49 Kommt ein Baustoff mit Wasser in Berührung, so können die Kapillaren auf Grund der ihnen eigenen Kapillarkräfte Wasser aufsaugen. Der Baustoff nimmt nach ausreichend langer Zeit einen Feuchtigkeitsgehalt an, der als freie Wassersättigung oder als Wasserkapazität bezeichnet wird.

50 maximalen Wassergehalt
Lagert man eine Baustoffprobe sehr lange unter Wasser, erzeugt man über der Wasseroberfläche einen Unterdruck oder erhitzt man bei der Wasserlagerung das Wasserbad auf Siedetemperatur, so kann man die verbleibende Luft austreiben und der Baustoff nimmt den Sättigungsfeuchtigkeits, den sogenannten maximalen Wassergehalt an. Dieser Wert entspricht in etwa dem gesamten freien , d.h. von außen zugänglichen Porenraum eines Baustoffs.

51 kritische Feuchtigkeitsgehalt.
Eine weitere wichtige Größe ist der sogenannte kritische Feuchtigkeitsgehalt. es sind durchgehende, Wasser gefüllte Kapillaren vorhanden. unter diesem Feuchtegehalt ist kein kapillarer Feuchtetransport möglich Ein Baustoff mit einem kleinen kritischen Feuchtigkeitsgehalt trocknet schneller aus als ein Baustoff mit einem hohen kritischen Feuchtigkeitsgehalt.

52 Porenraum eines Baustoffes mit einem Feuchtigkeitsgehalt oberhalb des kritischen Feuchtigkeitsgehaltes

53 Verdunstungsgeschwindigkeit in kg/m².h
3. Trockg. 2. Trocknungsa. 1. Trocknungsabschnitt Trocknungsverlauf eines Baustoffes Verdunstungsgeschwindigkeit in kg/m².h Baustofffeuchtigkeitsgehalt in Masse - %

54 Wasserdampfdiffusion durch poröse Baustoffe

55 Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit
von Dämmstoffen

56 Keramik Klinker Fliesen Diffusions-
Dry cup - Methode 50 % 0 % Keramik Klinker Fliesen Diffusions- widerstands koeffizient

57 Keramik Klinker Fliesen Diffusions-
Wet cup - Methode 50 % 50 % 100 % 100 % Wasser Keramik Klinker Fliesen Diffusions- widerstands koeffizient

58 Diffusions-widerstandszahl Übliche Schichtstärke
Baustoff Diffusions-widerstandszahl Übliche Schichtstärke Äquivalente Luftschichtdicke Aluminiumfolie 0,0002 m 400 m Öllackfilm 23000 0,00015 m 3,45 m Dispersionsfilm 6000 1,2 m Klinker 420 0,25 m 100,8 m Kunstharzputz 140 0,002 m 0,28 m Holz 30 0,025 0,75 m Beton 0,15 m 4,5 m Polystyrol 0,06 m 1,8 m Zementputz 20 0,025 m 0,5 m Kalkputz 11 0,275 m Ziegel 9 2,16 m Porenbeton 6 0,30 m Bimsbeton 5 0,24 m Mineralwolle 1

59 Diffusionswiderstandszahl von Sandsteinen
- Eichenbühler Roter Mainsandstein – senkrecht zur Schichtung 45 47 49 Eichenbühler Roter Mainsandstein – parallel zur Schichtung 30 31 Bucher Sandstein - senkrecht zur Schichtung 11,8 12,0 Bucher Sandstein - parallel zur Schichtung 8,9 13,5 9,2

60 Wasserverdunstung durch Diffusion und kapillaren Wassertransport
Masse (H2O) = F (u , t) Fläche Massenabnahme Feuchteleitfähigkeit Dämmstoff Dämmstoff 500 400 300 200 100 105 104 103 102 10 Probe 234,75 g Waage Zeit in Stunden Feuchtegehalt - kg/m³

61 Verdunstung von Feuchtigkeit an
Oberflächen poröser Stoffe

62 Übersicht  Allgemeines  Porenstruktur von Baustoffen und ihre Eigenschaften  Verwitterungsprozesse  Kondensationsprozesse  Befeuchtungsprozesse  Deformationsprozesse

63 Verwitterungsprozesse  Mechanische Verwitterung  Chemische Verwitterung  Metallische Verwitterung  Biologische Verwitterung

64 Mechanische Verwitterung  Frost - Tau – Wechsel  Kristallisation von Salzen  Hydratationsdruck  Spannungen durch thermisches und hygrisches Dehnen  Auswaschen und Ausspülen

65 Chemische Verwitterung  Umwandlung von wasserunlöslichen Salzen in wasserlösliche durch Feuchte und Fremdstoffe  Schichtenbildung durch chemische Prozesse

66 Metallische Verwitterung  Carbonatisierung  elektrochemische Prozesse durch minimale Materialunterschiede, Umgebungsbedingungen und Belüftungsverhältnisse

67 Biologische Verwitterung  Veränderung des Feuchtehaushaltes durch Bewuchs und Besiedelung  Wurzeldruck und Schadstoffeintrag durch pflanzliche und tierische Ausscheidungen  Stoffzersetzung und -umwandlung durch Algen, Pilze, und Bakterien

68 Massenverlust durch Verwitterung
Gefügeänderung Festigkeit Massenverlust durch Verwitterung Latente Schäden Sichtbare Schäden Zeit Ablauf einer Gesteinsschädigung im Verlauf von Jahrzehnten und Jahrhunderten

69 Volumenänderung 1,1 Dichtesprung beim Aggregatszustandswechsel
bei einem Frost - Tau - Wechsel 1,00 -15°C -10°C -5°C 0° °C °C 15°C

70 Frost-Tau-Wechsel Abhängigkeit des Gefrierpunktes vom Porendurchmesser

71 Volumen- vergrößerung beim Übergang Wasser - Eis etwa 11 % Bei Durch- feuchtungen in der Nähe der Sättigungs- feuchtigkeit bedeutsam

72 Kristallwachstum und Entwicklung von Kristallisationsdruck
Flüssigkeitsbewegung Verdunstung Kristallisationsdruck Flüssigkeitsbewegung Verdunstung Kristallbildung Anhydrit CaSO4 33,5 N/mm² ( 0°C ) 38,9 N/mm² ( 20°C ) Dodekahydrat MgSO4 * 12 H2O 6,7 N/mm² ( 0°C ) 8,0 N/mm² ( 20°C ) Epsomit MgSO4 * 7 H2O 10,5 N/mm² ( 0°C ) 12,5 N/mm² ( 20°C ) Gips CaSO4 * 2 H2O 28,2 N/mm² ( 0°C ) 33,4 N/mm² ( 20°C ) Halit NaCl 55,4 N/mm² ( 0°C ) 65,4 N/mm² ( 20°C ) Heptahydrit Na2CO3 * 7 H2O 10,0 N/mm² ( 0°C ) 11,9 N/mm² ( 20°C ) Hexahydrit MgSO4 * 6 H2O 11,8 N/mm² ( 0°C ) 14,1 N/mm² ( 20°C ) Kieserit MgSO4 * H2O 27,2 N/mm² ( 0°C ) 32,4 N/mm² ( 20°C ) Natron Na2CO3 * 10 H2O 7,8 N/mm² ( 0°C ) 9,2 N/mm² ( 20°C ) Thermonatrit Na2CO3 * H2O 28,0 N/mm² ( 0°C ) 33,3 N/mm² ( 20°C )

73 Kristallisations-druck in N/mm²
wichtige bauschädliche Salze Salzgruppe Chem. Formel Name Löslichkeit in g/l Kristallisations-druck in N/mm² MgSO4 * 7 H2O Bittersalz 710 41,5 Sulfate CaSO4 * 2 H2O Gips 2,4 111 Na2SO4*10 H2O Glaubersalz 110 27,7 3CaO*Al2O3* 3CaSO4*32H2O Ettringit Mg(NO3)2 * 6 H2O Magnesiumnitrat 1250 Nitrate Ca(NO3)2 * H2O Calciumnitrat 2660 5Ca(NO3)2* 4NH4NO3..10H2O Kalksalpeter 266 Chloride CaCl2 * 10 H2O Calciumchlorid 750 NaCl Kochsalz 360 65,4 Na2CO3*10H2O Soda 210 30,8 Carbonate K2CO3 Pottasche 1120 CaCO3 Kalk 0,015

74 Löslichkeit von Salzen in Wasser
100 ml Wasser (kalt) 100 ml Wasser (warm) CaCO3 Calciumcarbonat,Kalk 0,0015 g 0,0019 g CaCl2 Calciumchlorid 75 g 159 g Ca(NO3)2 * 4 H2O Calciumnitrat, Salpeter 266 g 660 g Ca(NO3)2 Calciumnitrat 121 g 376 g CaSO4 * 2 H2O Calciumsulfat, Gips 0,24 g 0,22 g CaF2 Calciumfluorid 0,002 g K2CO3 Kaliumcarbonat, Pottasche 112 g 156 g K2CO3 * 2 H2O Kaliumcarbonat, Dihydrat 147 g 331 g 2 K2CO3 * 3 H2O Kaliumcarbonat, Trihydrat 129 g 268 g MgSO4 * 7 H2O Magnesiumsulfat, Bittersalz 71 g 91 g MgCl2 * 6 H2O Magnesiumchlorid 167 g 367 g Mg(NO3)2 * 6 H2O Magnesiumnitrat 125 g --- NaSO4 * 10 H2O Natriumsulfat, Glaubersalz 11 g 92 g NaCO3 * 10 H2O Natriumcarbonat, Soda 21 g 420 g NaCl Natriumchlorid, Kochsalz 96 g 39 g NaF Natriumfluorid 4 g -- BaSO4 Bariumsulfat 0,0002 g 0,0004 g PbSO4 Bleisulfat 0,004 g 0,005 g PbCl2 Bleichlorid 1 g 3 g

75 Löslichkeit von Salzen in Wasser
Chloride 1000 100 10 1 Ca Mg Na Löslichkeit von Salzen in Wasser Löslichkeit in g/l H2O Sulfate Mg Na Ca Bicarbonat Hydrooxyd Carbonat Silikat Ca Ca Ca Ca

76 Kristallisationsdruck der wichtigsten bauschädlichen Salze
Chemische bezeichnung Mol-volumen Kristallisationsdruck bei C/Cs = 2 Kristallisationsdruck bei C/CS = 10 0 ° C 50 °C 0 °C CaSO4*1/2*H2O 46 33,5 39,8 112,0 132,5 CaSO4*2*H2O 55 28,2 33,4 93,8 111,0 MgSO4*7*H2O 147 10,5 12,5 35,0 41,5 MgSO4*6*H2O 130 11,8 14,1 39,5 49,5 MgSO4*1*H2O 57 27,2 32,4 91,0 107,9 NaSO4*10*H2O 220 7,2 8,3 23,4 27,7 NaSO4 53 29,2 34,5 97,0 115,0 NaCl 28 55,4 65,4 184,5 219,0 Na2CO3*10*H2O 199 7,8 9,2 25,9 30,8 Na2CO3*7*H2O 154 10,0 11,9 36,5 Na2CO3*1*H2O 28,0 33,3 93,5 110,9

77 Kristallwachstum und Entwicklung von Hydratationsdruck
Flüssigkeitsbewegung Verdunstungv Verdunstung Hydratationsdruck durch H2O-Anlagerung bei Befeuchtung Dehydrataion in einer Trockenphase Flüssigkeitsbewegung Verdunstung Kristallbildung unter Einbau von Kristallwasser

78 Hydratationsdrücke Salz 50 % Luftfeuchtigkeit 70% Luftfeuchtigkeit
Gips 57,5 N/mm² 114,5N /mm² 175,5 N/mm² Magnesiumsulfat 1,9 N/mm² 6,8 N/mm² 11,7 N/mm² Natriumcarbonat 0 N/mm² 28,4 N/mm² 61,1 N/mm²

79 Hydratationsdrücke Salz – Calciumsulfat CaSO4*1/2H2O→CaSO4*2H2O 0 °C
100 % 219,0 N/mm² 175,5 N/mm² 92,6 N/mm² 70 % 160,0 N/mm² 114,5 N/mm² 25,4 N/mm² 50 % 107,2 N/mm² 57,5 N/mm² 0,0 N/mm² Salz – Magnesiumsulfat MgSO4*6*H2O→MgSO4*7*H2O 0 °C 20 °C 60 °C 100 % 14,6 N/mm² 11,7 N/mm² 9,2 N/mm² 70 % 9,7 N/mm² 6,8 N/mm² 4,0 N/mm² 50 % 5,0 N/mm² 1,9 N/mm² 0,0 N/mm² Salz – Natriumcarbonat Na2CO3*H2O→Na2CO3*7*H2O 0 °C 20 °C 60 °C 100 % 93,8 N/mm² 61,1 N/mm² 43,0 N/mm² 70 % 63,7 N/mm² 28,4 N/mm² 9,4 N/mm² 50 % 24,3 N/mm² 0,0 N/mm²

80 Porenbildung während eines Salzkristallisationstests
Frost-Tau-Wechsel-Tests

81 Verwitterungsgrad eines Baustoffs durch Frost-Tau-Wechsel
Veränderungen der Porenstruktur, Gefügelockerungen Absanden, Abplatzen Verwitterungsgrad eines Baustoffs durch Frost-Tau-Wechsel oder durch Salzkristallisationsbelastungen

82

83 Rechenergebnisse für die Salzbelastung nach einem
dreißigjährigen Feuchtigkeits- und Salztransport in einem Mauerwerk. Nach dreißig Jahren stellen sich in der Verdunstungszone Salzkonzentrationen von etwa 0,7 Prozent ein.

84 Schadenswirkung von Salzen
Salzart Salzkonzentrationen [M-%] Sulfate Nitrate Chloride Schadens-wirkung 0 - 0,030 0, ,08 0,08 - 0,25 0,25 - 0,8 0 - 0,018 0, ,05 0,05 - 0,16 0,16 - 0,5 0 - 0,010 0, ,03 0,03 - 0,09 0,09 - 0,3 keine Beeinträchti-gung keine akute Beeinträchtigung, aber bei baulichen Maßnahmen berücksichtigen Erhöhte Hygroskopische Wasseraufnahme, Baustoffzer- Mürbung Starke Ausblühungen Dauerhafte Durchfeuchtung Schadenswirkungen von bauschädlichen Salzen auf Grund der Salzkonzentrationen (Autor unbekannt)

85 Salzart Gering [M-%] Mittel Hoch Gesamtsalzgehalt < 0,10 0,10 - 0,25 > 0,25 Sulfat Nitrat < 0,05 0,05 - 0,15 > 0,15 Chlorid < 0,03 0,03 - 0,10 > 0,10 Orientierungshilfe für die Bewertung oberflächennaher Proben bei 3 cm Bohrtiefe (nach einem nicht gültigen Entwurf für [Wta99]); Ab dem Salzbelastungsgrad „hoch“ ist von hygroskopischer Feuchte im Mauerwerk auszugehen. Ohne die Zeile Gesamtsalzgehalt ebenfalls in [Öno55].

86 Maßnahmen im Ausnahmefall erf. Belastung mittel
Chloride1 < 0,2 M-% 0,2 - 0,5 M-% > 0,5 M-% Nitrate < 0,1 M-% 0,1 - 0,3 M-% > 0,3 M-% Sulfate2 < 0,5 M-% 0,5 - 1,5 M-% > 1,5 M-% Bewertung3 Belastung gering Maßnahmen im Ausnahmefall erf. Belastung mittel Weitergehende Untersuchungen zum Gesamtsalzgehalt (Salzverbindung, Kationenbestimmung) erforderlich Maßnahmen im Einzelfall erforderlich Belastung hoch Maßnahmen erforderlich Bewertung der schadensverursachenden Wirkung verschiedener Salzionen in Mauerwerkskörpern nach [Wta99] 1 Bei tragwerksichernden Maßnahmen, wie dem Einbau von Ankern/Nadeln, ist bei Chloridbelastungen > 0,1 M-% auf die Auswahl besonderer Stahlgüten und speziell rezeptierter Verpreß-/Verfüllmörtel zu achten 2 Beurteilung bezogen auf leicht lösliche Sulfate; besonders zu bewerten sind sulfathaltige Baustoffe 3 Für die Entscheidung über das Erfordernis von Maßnahmen sind nicht allein die Ergebnisse der Salzuntersuchungen ausschlagebend Für einfache Rückschlüsse zum Gesamtsalzgehalt ist der ermittelte höchste Gehalt von Salzionen, unabhängig ob Chlorid, Nitrat oder Sulfat und die Bewertung o.a. Tabelle maßgebend

87 Entstehen von Verwitterungsprofilen
Gesunder Stein Sandige Zwischen- schicht Innenkruste Außenkruste Verwitterungsprofil Entstehen von Verwitterungsprofilen

88 Wärme- und Feuchtigkeitsdehnung homogen und einheitlich
Wärme- und Feuchtigkeitsdehnung unterschiedlich Ruß Staub Regen CO2 SO2 Verwitterungsprofil Gesunder Stein Krustenbildung: Staub- und Rußteilchen werden an die Gesteinsschicht angelagert und durch Kristallbildung (Kalzit, Gips) fixiert. Durch die dadurch bedingte Verdichtung und chemische Veränderung entsteht eine Oberflächenschicht mit abweichenden Eigenschaften im Vergleich zum homogenen Ausgangsmaterial. Außenkruste

89 Darstellung einer Rückseitenverwitterung
Wetterseite Geschützte Seite Steinplastik Sonne Ruß Staub Regen CO2 SO2 Schatten Benetzung Staubablagerung Krustenbildung Wasser Salz Transfer Darstellung einer Rückseitenverwitterung Auf der Wetterseite werden Staub und Schmutz durch häufiges Beregnen ab- und ausgewaschen, die Trocknung erfolgt rasch und das Temperatur und Dampfdruckgefälle ist zur geschützten Seite gerichtet. An der geschützten Seite kann sich Staub ablagern, es herrscht kein Abwascheffekt und es können sich Krusten bilden. Durch den Wassertransport werden gelöste Stoffe in die Kruste transportiert. Der erhöhte Salz- und Wassergehalt führt zur Steinschädigung.

90 Porenkennwerte Feuchtekennwerte Mech. Kennwerte Effektive Porosität
Wasseraufnahme Biegezugfestigkeit Gesamtporosität W - Wert Haftzugfestigkeit Luftpermiabiltät Diffusionswiderstandsfaktor Elastizitätsmodul Spezifische Oberfläche Sorptionsfeuchte Thermische Dehnung

91 Übersicht  Allgemeines  Porenstruktur von Baustoffen und ihre Eigenschaften  Verwitterungsprozesse  Kondensationsprozesse  Befeuchtungsprozesse  Deformationsprozesse

92 Kondensationsprozesse  Einflussgrößen  Oberflächenkondensation und erhöhte Luftfeuchtigkeit  Oberflächentemperaturen  Wärmetransportkennwerte  Wärmebrücken  Instationäre Kondensationsprozesse  Kernkondensation

93 Kondensationsprozesse
Bauphysikalische Beschreibung von Kondensationserscheinungen und Zuständen mit erhöhter Luftfeuchtigkeit

94 Oberflächenkondensation und erhöhte Luftfeuchtigkeit
Zur Schimmelpilzbildung kommt es, wenn sich auf inneren Oberflächen Kondenswasser bildet. Es kann aber ebenfalls bereits bei höheren Luftfeuchtigkeiten im Bereich der Wandoberfläche zur Schimmelpilzbildung kommen. Eine genaue Grenze ist nicht anzugeben, da verschiedene Zustände und deren Häufigkeit eine Rolle spielen.

95 Einflussgrößen Luftfeuchtigkeit
(absolute, relative, Wasserdampfpartialdruck, Taupunkttemperatur Wärmetransportgrößen (Wärmeleitfähigkeit, Oberflächentemperaturen, Wärmebrücken) Feuchteproduktion (Arbeiten, Wohnen, Schlafen, Zimmerpflanzen, feuchte Bauteile, Möblierung)

96 Beschreibung der Luftfeuchtigkeit in der Bauphysik
1. Die absolute Luftfeuchtigkeit in Gramm Wasserdampf pro Kubikmeter Luft f in g / m³ 2. Der Wasserdampfpartialdruck in Pascal p in Pa 3. Die relative Luftfeuchtigkeit in Prozent

97 Sättigungswasserdampfgehalt der Luft in
Abhängigkeit von der Lufttemperatur

98 Taupunkt : 20°C,50%

99 Demonstrationsversuch zur Erklärung des Wasserdampfpartialdruckes
im Gefäß Druckmanometer Druckmanometer Wasser eingeschlossen in einer Ampulle

100 Wasserdampfpartialdruck im Sättigungszustand
in Abhängigkeit von der Temperatur Flüssiges Wasser 20 °C 50 % Wasserdampf

101 Taupunkttemperatur für verschiedene Luftzustände

102

103 Näherungsweise möglich !!!! Bei welcher Luftfeuchtigkeit
stellen sich an der Oberfläche eine rel.Feuchte von 80% ein.

104

105

106 , - Übergangswiderstand
Berechnung von Wärmetransportkennwerten Zeichenerklärung : sj - Schichtstärke - Wärmeleitfähigkeit , Übergangswiderstand

107

108

109 Luftumwälzung und Temperaturverhältnisse in einem
beheizten Raum 25°C 18°C 30°C Schimmelpilz oder Durch- feuchtung durch Kondens- wasser 15°C Problem: Wärmebrücken beachten !

110 Luftumwälzung und Temperaturverhältnisse in einem
beheizten Raum

111

112 Vertikale Kante : Horizontale Kante Wärmebrückenwirkung

113

114 Berechnung der Feuchtigkeitsbelastung aus Feuchtigkeitsproduktion
Luftwechselzahl und Raumvolumen

115 Feuchtigkeitsbilanz von Räumen
Thermische und hygrische Bauteilkennwerte Luftwechsel Klima f f a b . . Q Feuchtigkeitsproduktion Q Tio<TLuft TLuft>Tio Nutzungsbedingungen Wärmeverlust Temperaturverteilung

116 Innere Feuchtigkeitsbelastung
Feuchtigkeitsquellen Wasserdampfmenge in kg/h Mensch,leichte bis mittlere Aktivität 30 bis 60 g pro Stunde Geschleuderte Wäsche trocknen 10 bis 50 g pro Stunde pro kg Wäsche Nasse Wäsche trocknen 25 bis 120 g pro Stunde pro kg Wäsche Zimmerblumen (z.B.Veilchen) 5 bis 15 g pro Stunde Topfpflanzen (z.B. Farn) 7 bis 15 g pro Stunde Mittelgroßer Gummibaum 10 bis 20 g pro Stunde Freie Wasseroberfläche (Aquarium) 40 g pro Stunde und pro Quadratmeter

117 Feuchtigkeitsproduktion in Wohnungen in g/h

118 Durch Lüftung abgeführte Feuchtigkeitsmenge
außen innen

119 Durch Lüftung abgeführte Feuchtigkeitsmenge
Fensterstellung Luftwechselzahl in 1/h Fenster gekippt, Rolladen zu 0,3 bis 1,5 pro Stunde Fenster gekippt, kein Rolladen 0,8 bis 4,0 pro Stunde Fenster halb offen 5 bis 10 pro Stunde Fenster ganz offen 9 bis 15 pro Stunde Gegenüberliegende Fenster offen Ca. 40 pro Stunde

120 Aufstellen einer Feuchtigkeitsbilanz
Zugeführte Feuchtigkeit = abgeführter Feuchtigkeit

121 Berechnung des Feuchtigkeitsgleichgewichtes von Räumen

122

123

124 Instationäre Kondensationsprozesse

125 Temperaturverlauf im Erdreich

126 Kondensationsphase Trocknungsphase
Bildung eines dünnen Wasserfilms (Ruß, Staub, Säure) Quellen, Schwinden, Schadstoff- einlagerung, Schwärzung, Schalen- und Krustenbildung

127 -10°C, 90 % +25 °C, 60 % Winter Sommer 12°C, 20 % 12°C, 100 %
Thermisch - hygrische Verhältnisse bei Winter- und Sommerlüftung massiver bzw. erdberührender Räume -10°C, 90 % +25 °C, 60 % Winter Sommer 12°C, 20 % 12°C, 100 %

128 Kernkondensation

129 20 °C % O H O H Differenzstrom °C %

130 Kernkondensat ist Kondenswasser, das in einem Bauteil auftritt
Kernkondensat ist Kondenswasser, das in einem Bauteil auftritt. Die Wasserdampfdiffusion durch einen porösen Körper ist die Ursache für diese Art der Feuchtigkeitsanreicherung in Bauteilen. Der Transport des Wasserdampfes erfolgt vom höheren zum niedrigeren Wasserdampfteildruck. Im Winter treten durch die Raumbeheizung relativ große Partialdruckdifferenzen zwischen der Innen- und Außenluft auf. Zur Kondensation von Wasserdampf kommt es jedoch nur, wenn der Wasserdampfteildruck an einer Stelle im Bauteil den Wasserdampfsättigungsdruck erreicht.

131 Einflussgrößen Wasserdampfdiffusion
(Diffusionswiderstandszahl, äquivalente Luftschichtstärke) Kapillarer Wassertransport (Wasseraufnahme-, Wassereindringkoeffizient, kapillare Leitfähigkeit, Feuchtespeicherung, Sorptionsisotherme) Wärmetransport (Wärmeleitfähigkeit einzelner Schichten, Eigenschaftsänderung durch Feuchteeinfluß)

132 Wasser - dampf diffusion Glaser Diagramm Temperaturverlauf Sättigungs-
druck Wasserdampf- partialdruck Kondensationszone

133 Wirkung einer Dammschicht (Mineralwolle) auf der Innenseite 20 °C
Temperatur- und Dampfdruckverlauf 20 °C % °C % 20 °C 2400 Pa Meist starke und gefährliche Kondensat- bildung 65 % Wirkung einer Dammschicht (Mineralwolle) auf der Innenseite -10 °C 220 Pa 80 %

134 Kondensationszone 20 °C 2400 Pa Dämmschicht Trägerplatte Innenputz
Temperatur- und Dampfdruckverlauf 20 °C 2400 Pa Innenputz Trägerplatte Dämmschicht Bauplatte Wetterschutz 65 % -10 °C 220 Pa 80 % Kondensationszone

135 Übersicht  Allgemeines  Porenstruktur von Baustoffen und ihre Eigenschaften  Verwitterungsprozesse  Kondensationsprozesse  Befeuchtungsprozesse  Deformationsprozesse

136 Befeuchtungsprozesse  Aufsteigende Feuchtigkeit  Befeuchtungsmechanismen  Oberflächentemperaturen  Kapillare Wasseraufnahme  Wasseraufnahme durch drückende Feuchtigkeit  Wasseraufnahme durch Kondensation  Wasseraufnahme durch Sorption  Hygroskopische Wasseraufnahme  Bewitterung

137 Befeuchtungsmechanismen
Kapillare Wasseraufnahm Wasseraufnahme durch drückende Feuchtigkeit Wasseraufnahme durch Kondensation Wasseraufnahme durch Sorption Hygroskopische Wasseraufnahme

138 Schädigung von Mauerwerk durch aufsteigende Feuchtigkeit

139 Schädigung von Mauerwerk durch aufsteigende Feuchtigkeit

140 1 - Oberflächenwasser 2 - Sickerwasser 3 - Stau- und Hangwasser 4 - Kapillar- und Haftwasser 5 - Schichtenwasser 6 -6Grundwasser Darstellung des im Erdreich vorkommenden Wassers

141 Aufsteigende Feuchtigkeit durch defekte und untaugliche Sperren
Verdunstung Verdunstung Verdunstung Verdunstung Spritzwasser Spritzwasser Kondenswasser Kondenswasser Seitlich eindringende Erdfeuchtigkeit Seitlich eindringende Erdfeuchtigkeit kapillar aufgesaugte Erdfeuchtigkeit kapillar aufgesaugte Erdfeuchtigkeit Aufsteigende Feuchtigkeit durch defekte und untaugliche Sperren Aufsteigende Feuchtigkeit unter Spritzwasser und Witterungseinfluß Verdunstung Verdunstung Verdunstung Verdunstung Spritzwasser Spritzwasser Kondenswasser Kondenswasser Seitlich eindringende Erdfeuchtigkeit Seitlich eindringende Erdfeuchtigkeit kapillar aufgesaugte Erdfeuchtigkeit kapillar aufgesaugte Erdfeuchtigkeit Aufsteigende Feuchtigkeit bei geringer Verdunstung oder starker Erdfeuchtezufuhr Aufsteigende Feuchtigkeit bei hoher Belastung durch Kondensation

142 Schematische Darstellung der
Verdunstung Verdunstung Verdunstung Verdunstung Verdunstung Spritzwasser Spritzwasser Verdunstung Kondenswasser Kondenswasser Seitlich eindringende Erdfeuchtigkeit Seitlich eindringende Erdfeuchtigkeit Seitlich eindringende Erdfeuchtigkeit kapillar aufgesaugte Erdfeuchtigkeit kapillar aufgesaugte Erdfeuchtigkeit kapillar aufgesaugte Erdfeuchtigkeit Aufsteigende Feuchtigkeit und gelöster Salze, die in den Verdunstungszonen kristallisieren Vergrößerung der Durchfeuchtungsbereiche und Verringerung der Verdunstung durch Salzkristallisation Vergrößerung der Durchfeuchtungsbereiche und Blockierung der Verdunstung durch Salzkristallisation Schematische Darstellung der Schadensentwicklung durch die Wechselwirkung von Feuchtigkeits- und Salztransport in der Wand

143 Aufsteigende Mauerfeuchte
Beispiel: Aufsteigende Mauerfeuchte KZM, ZV Oberflächen: Außen: 4cm SanP, ZV Innen: 3cm KZM Klima: keine Nutzung gut gelüftet unverputzt SanP,KZM SanP,SanP Oberflächen: Außen: 3cm KZM, ZV Innen: 3cm KZM Klima: keine Nutzung gut gelüftet Oberflächen: Außen: unverputzt Innen: unverputzt Klima: keine Nutzung gut gelüftet 2 m Höhe 1 m 0 m

144 außen innen außen innen außen innen außen innen
Schematische Darstellung der Feuchtigkeitsverteilungen in Mauerwerk außen innen außen innen außen innen außen innen keine Verdunstung (Erdreich) Regen- beanspruchung Aufsteigende Feuchtigkeit Hygroskopische Feuchtebelastung Kondensation

145 Bewitterung  Ursachen und Erscheinungsformen von
eindringendem Regenwasser  Wasseraufnahme  Wasserabgabe durch Verdunstung und Diffusion

146

147 Feuchtigkeitsbilanz von Fassaden

148 Wasseraufnahme und Feuchtigkeitsabgabe von Außenputzen

149

150 Schematische Darstellung der Kantenverwitterung an Mauerwerk
als Folge der hygrischen Belastung im Bereich Stein-Fuge

151 Feuchtigkeitsverteilungen und Bildung von Feuchtigkeitsnestern
Beregnung Trocknung Stein Fuge Stein Stein Feuchtigkeitsverteilungen und Bildung von Feuchtigkeitsnestern Fuge Fuge Stein Stein Fugenwirkung und Bildung von Feuchtigkeitsnestern Stein Fuge Stein Stein Fuge Fuge Stein Stein Fuge Fuge Stein Stein Stein Anisotropie bei Sandsteinen und Bildung von Feuchtigkeitsnestern Stein Stein Stein Oberflächenverkleidung und Bildung von Feuchtigkeitsnestern

152 Feuchtigkeitsverteilungen und Bildung von Feuchtigkeitsnestern
Stein Stein Stein Wasseraufnahme bei Fachwerk und Bildung von Feuchtigkeitsnestern

153 Verschmutzung eines nicht hydrophobierten und eines hydrophobierten Baustoffes
Hydrophobierung Pore Baustoffmatrix Hydrophobierung Hydrophobierung Hydrophobierung Hydrophobierung Neuer bzw. sauberer Baustoff Porentief verschmutzter Baustoff Durch Hydrophobierung nur oberflächlich verschmutzter Baustoff

154 Hinterwanderung einer Hydrophobierung durch einen Riss bei Schlagregenbelastung
hinter die Hydrophobierung eingedrungene Feuchtigkeit, Verdunstungsbehinderung durch den hydrophobierten Bereich

155 Feuchtigkeitsschutz an steinsichtigen Fassaden und Fugensystemen
Beregnung Trocknung Stein Stein Stein Stein Fuge Fuge Fuge Fuge Stein Stein Stein Stein Ausbildung von Feuchtigkeitsanreicherungen im Bereich von Fugen bei einer Oberflächen - Hydrophobierung Wasseranreichernde Wirkung einer unrichtig sanierten Fuge

156 Feuchtigkeitsschutz an steinsichtigen Fassaden und Fugensystemen
Beregnung Trocknung Stein Stein Stein Stein Fuge Fuge Fuge Fuge Stein Stein Stein Stein Ausbildung von Feuchtigkeitsanreicherungen im Bereich von Fugen bei einer Oberflächen - Hydrophobierung Wasseranreichernde Wirkung einer unrichtig sanierten Fuge

157 Feuchtigkeitsschutz an steinsichtigen Fassaden und Fugensystemen
Beregnung Trocknung Stein Stein Stein Stein Fuge Fuge Fuge Fuge Stein Stein Stein Stein Ausbildung von Feuchtigkeitsanreicherungen im Bereich von Fugen bei einer Oberflächen - Hydrophobierung Wasseranreichernde Wirkung einer unrichtig sanierten Fuge

158 Übersicht  Allgemeines  Porenstruktur von Baustoffen und ihre Eigenschaften  Verwitterungsprozesse  Kondensationsprozesse  Befeuchtungsprozesse  Deformationsprozesse

159 Deformationsprozesse  Thermische Formänderungsprozesse  Hygrische Formänderungsprozesse  Verwitterungsprozesse  Kondensationsprozesse  Befeuchtungsprozesse  Deformationsprozesse

160 Thermische Formänderungsprozesse

161 Ausdehnungskoeffizient
Baustoff Ausdehnungskoeffizient in K-1 Elastizitätsmodul E in N/mm² Kalkmörtel 0,000012 6000 Zementmörtel 0,000010 20000 Vollklinker 0,000006 15000 Klinker 0,000005 30000 Beton 0,000012 30000 Porenbeton 0,000008 1000 Kalksandstein 0,000008 15000 Sandstein 0,000012 40000 Kalkstein 0,000006 30000 Granit 0,000007 20000

162 Stationäre Temperaturverteilung von Außenwänden

163 Verstärkung der Deformationswirkung durch instationäre Einflüsse

164 Wirkungen

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167 Feuchtigkeitsverteilung von Außenwänden

168 Wirkungen

169 Maximale Druckfestigkeit und Zugfestigkeit von Baustoffen

170

171 Maximale Spannungen in Baustoffen - Verwitterungsverhalten

172

173 Schadensbilder von Putzschichten