Schlagregensichere Fassaden

Hydrophobierende Imprägnierung steinsichtiger von innen gedämmter Fassaden

Viele Altbauten können nur von innen gedämmt werden. Gelangt während des Winters Schlagregen in diese Fassadenkonstruktion, kann die Feuchte nur unzureichend nach außen abtrocknen, da infolge der Dämmung kaum noch Wärme in die Wandkonstruktion gelangt – es steht keine ausreichende Verdunstungsenergie mehr zur Verfügung. In der Konsequenz bleiben solche Fassaden länger feucht, sättigen stärker auf und kühlen massiver ab. Damit steigt das Gefährdungspotential für Frostschäden erheblich. Vor diesem Hintergrund sollten die meisten innen gedämmten Konstruktionen mit einem Schlagregenschutz ausgestattet werden, der schon bei Erstellung des energetischen Sanierungskonzepts Berücksichtigung finden sollte. Daher werden für Ziegel-, Klinker- und teils auch Natursteinfassaden unterschiedliche Imprägniersysteme eingesetzt, da sie die einzige Möglichkeit einer Wasserabweisung darstellen, die die Fassadenoptik nicht verändert. Besonderes sorgfältig muss man bei der thermischen Sanierung von sensiblen Konstruktionen wie einschaligem Ziegelsichtmauerwerk planen und ausführen. Der kapillare Feuchtetransport und damit das Austrocknungspotential nach innen muss in solchen Fällen in der Regel erhalten bleiben, was dazu führt, dass innenseitig keine dampfsperrende Schicht eingebaut werden darf.

Um eine solche Gebäudesituation erfassen zu können, ist es notwendig das Außenklima und insbesondere die Schlagregenbelastung am Standort des Gebäudes einschließlich dessen zeitlichen Verlaufs zu berücksichtigen. Für eine erste überschlägige Abschätzung steht in DIN 4108 eine Übersichtskarte zur Schlagregenbeanspruchung zur Verfügung. Genauere Betrachtungen erfordern den Einsatz von hygrothermischen Simulationsprogrammen wie Delphin oder WUFI.

Steinsichtige Fassaden in Gebieten der Schlagregengruppen II und III sollten unbedingt mit einem geeigneten Schlagregenschutz versehen werden. Gebäude in Gebieten der Schlagregengruppe I kann man aber auch nicht pauschal als unkritisch betrachten. Sie bedürfen einer genauen Analyse hinsichtlich ihrer Exposition. Berechnungen zeigen, dass lang anhaltender Nieselregen – gemeinhin als eher unkritisch eingeschätzt – zu höheren Feuchtegehalten in den betroffenen Baustoffen führen kann, als heftige, das heißt von starkem Wind getriebene, aber kürzer einwirkende Schlagregenbelastungen.

Wirkungsweise hydrophobierender Imprägnierungen

Das primäre Ziel einer hydrophobierenden Imprägnierung liegt darin, einen Baustoff wasserabweisend zu machen oder seine Wasseraufnahme zumindest stark herabzusetzen. Erreicht wird dies durch eine Veränderung der Oberflächenspannung der Baustoffoberfläche sowie an den Porenoberflächen innerhalb des Baustoffs. Bei den heute überwiegend eingesetzten Schutzstoffen, Silanen und Siloxanen, legt sich nach dem Eindringen in den Baustoff eine nur ein Molekül dicke Schicht auf die Porenwandungen, so dass deren eigene Oberflächenspannung unwirksam wird und an deren Stelle die Oberflächenspannung des ausreagierten Schutzstoffs tritt. Eine gute Hydrophobierung zeichnet sich dadurch aus, dass der Porenquerschnitt durch den eingebrachten Schutzstoff praktisch nicht verringert wird und die Wasserdampfdiffusionsfähigkeit des Baustoffs nicht beziehungsweise nur geringfügig beeinflusst wird.

Für die Qualität der ausgeführten Hydrophobierung ist vor allem die Eindringtiefe des Wirkstoffs in den Untergrund entscheidender Bedeutung: Alle Baustoffe reagieren auf klimatische Wechselbeanspruchungen mit Dehnungen beziehungsweise Schrumpfungen. Am stärksten ausgeprägt sind diese Belastungen nahe der Oberfläche Bereich, da sich hier die größten Temperatur- und Feuchtewechsel vollziehen. Eine Hydrophobierung verändert die feuchtetechnischen Materialeigenschaften. Im Übergang von behandeltem zu unbehandeltem Material können daher Spannungsspitzen entstehen, die allerdings mit zunehmender Tiefe, das heißt mit zunehmender Eindringtiefe des Hydrophobierungsmittels, abnehmen.

Selbst bei einer qualitativ hochwertig ausgeführten Verfugung können aufgrund der unvermeidlichen Temperaturwechselbeanspruchungen mit der Zeit Fugenflankenabrisse auftreten. Über diese Fehlstellen kann dann Feuchte in die Konstruktion gelangen. Die auf diese Weise entstehenden Risse haben in der Regel einen sich mit zunehmender Tiefe verjüngenden (konischen) Verlauf. Eine hohe Eindringtiefe des Hydrophobierungsmittels reduziert daher die Gefahr eines Wassereintrags über diese Fehlstellen.

Feuchteschutz an steinsichtigen Fassaden

Die Hydrophobierung einer steinsichtigen Fassade sollte als umfassender Schutz immer erst nach dem Ausschöpfen möglicher anderer Feuchteschutzmaßnahmen durchgeführt werden. Zuerst sollte eine konstruktive Lösung, die dem Regenschutz der Fassade dient, geprüft werden. Dazu gehören Dachüberstände, Abdeckungen von stark regenbelasteten Bauteilen wie Mauerkronen, Wasserschlägen oder Gesimsen. Im zweiten Schritt müssen dann konstruktive Details geprüft und gegebenenfalls instand gesetzt werden, wie Fugenflankenabrisse, Risse, zurück- oder ausgewitterte Fugen und Ähnliches.

Neben dem konstruktiven Schutz vor Feuchte muss man dafür Sorge tragen, dass das betreffende Mauerwerk nicht durch anderweitige Feuchtequellen als dem Regen belastet ist. Beispiele hierfür sind defekte Dachrinnen oder Fallrohre, aufsteigende Feuchte aus erdberührten Bereichen durch fehlende oder defekte Abdichtungen und Dränagen, Leckagen an den Wasser beziehungsweise Abwasser führenden Systemen im Gebäude oder auch erhöhte Salzgehalte im Mauerwerk.Erhöhte Salzgehalte im Mauerwerk sind praktisch nicht zu entfernen. Ab einem Gesamtsalzgehalt von etwa einem Masseprozent ist eine Hydrophobierung nicht sinnvoll. Salze sind je nach Wasserlöslichkeit hygroskopisch, das heißt, sie können Wasser aus der Luft einlagern. Die am stärksten hygroskopischen Salze sind Nitrate, gefolgt von Chloriden und Sulfaten. Schon bei einer relativen Luftfeuchte von etwa 50 Prozent können Nitrate in Lösung gehen; ab 70 bis 80 Prozent relativer Luftfeuchte gehen auch die meisten anderen bauschädlichen Salze in Lösung. Der Salztransport erfolgt zumeist in Richtung der Verdunstungszone. Nach einer Hydrophobierung liegt diese Verdunstungszone hinter der hydrophobierten Oberfläche. Wenn bei niedriger Luftfeuchte das im Salz eingelagerte Wasser wieder abgegeben wird, kristallisieren die Salze aus. Dieser Kristallisationsvorgang bedingt eine Volumenvergrößerung der Salze im Porenraum und es kommt zu einer mechanischen Beanspruchung des Baustoffs. Bei entsprechender Luftfeuchte wiederholt sich dieser Vorgang beständig und kann zu einer strukturellen Zerstörung des Baustoffs hinter der hydrophobierten Oberfläche führen.

Als Alternative zu einer Hydrophobierung können auch lasierende wasserabweisende Beschichtungen eingesetzt werden. Infrage kommt eine solche Lösung, wenn sich die Fassadenbaustoffe oder ein Teil der Fassadenbaustoffe nicht mit einer Hydrophobierung schützen lassen.

Adaptive Hydrophobierung

Um die Auswirkung der hydrophobierenden Imprägnierung auf die Trocknungseigenschaften eines Ziegels einzuschätzen, wurden Imprägniercremes mit unterschiedlichen Wirkstoffgehalten (10, 30 und 60 Prozent) auf eine Ziegeloberfläche aufgetragen. Nach der Wassersättigung der Proben über die unbehandelte Oberfläche, wurden die Proben so abgedichtet, dass eine Verdunstung nur über die imprägnierte Oberfläche erfolgen konnte. Anhand der Verdunstungsverläufe ist zu erkennen, dass die Imprägnierung der Probekörper Einfluss auf den Sättigungsgrad der Proben hat (Wassergehalt zum Zeitpunkt „0“). Je geringer der Wirkstoffgehalt, desto höher ist der volumetrische Sättigungsgrad zu Beginn. Bei 10 Prozent Wirkstoff sind 0,27 m³/m³ Wasser in der Proben, bei 60 Prozent Wirkstoff liegen 0,22 m³/m³ vor.

Die schnellste Wasserabgabe weisen die Proben mit 10 Prozent Wirkstoffgehalt auf. Bereits nach drei Tagen zeigen diese schon geringere Feuchten als die beiden anderen Proben. Der weitere Trocknungsverlauf zeigt: Je höher der Wirkstoffgehalt, desto niedriger ist der effektive Rücktransport von Wasser. Da auch bei einer gut ausgeführten hydrophobierenden Imprägnierung und einer intakten Gesamtkonstruktion der Feuchteeintrag in das Mauerwerk oft nicht vollständig ausgeschlossen werden kann, sollte die Wirksamkeit der Imprägnierung, insbesondere in kritischen Fällen, daher nicht stärker eingestellt werden als notwendig.

Langzeitkontrolle und Wartung

Aus den heutzutage in hydrophobierenden Imprägnierungen eingesetzten Wirkstoffen entstehen nach der Reaktion Polysiloxanharze. Dabei handelt es sich um extrem beständige Schutzstoffe, die außer durch die normale Baustoffverwitterung praktisch nicht zerstört werden können. Die Kontrolle der Wirksamkeit einer Behandlung durch Wasseraufnahmemessungen und eine auffrischende Behandlung sind aber dennoch ratsam, da Fugenflankenabrisse und Feinstaubpartikel, die sich im Laufe der Zeit auf der Fassade ablagern können, die Wirkung der Imprägnierung herabsetzen.

Infolge von Temperaturschwankungen und den daraus resultierenden Schrumpf- und Dehnungsprozessen der Fassadenbaustoffe, sind Fugenflankenabrisse kaum zu unterbinden. Da diese Risse Fehlstellen in der Hydrophobierung darstellen können, muss man ihre Entwicklung beobachten und, wenn es notwendig wird, eine Fugeninstandsetzung durchführen.

Eine ausreagierte Hydrophobierung kann zwar praktisch nicht mehr zerstört werden, im oberflächennahen Bereich aber nach und nach durch hydrophile Feinstaubpartikel überlagert werden, so dass nach einiger Zeit der Abperleffekt der frischen Hydrophobie verschwindet. Bei Beregnung kann es dann zu hohen Feuchtegehalten dieser dünnen Oberflächenzone kommen, da die hier aufgenommene Feuchte nicht an tiefere Bereiche abgegeben werden kann. Da ein Wiederherstellen des Abperleffekts durch Reinigung nicht möglich ist, empfiehlt sich – je nach Exposition – eine Auffrischung der Oberflächenhydrophobierung im Abstand von 7 bis 10 Jahren.

Bei durchschnittlicher Beanspruchung sollten Kontrollen im Abstand von etwa 5 Jahren ausreichend sein, bei starker Bewitterung können aber auch kürzere Intervalle ratsam sein. Dafür sind Kontroll- und Wartungsverträge für die Zeit nach einer Hydrophobierung empfehlenswert

Autoren

Dipl.-Ing. Jens Engel ist als Produktmanager Bauten- und Fassadenschutz bei der Firma Remmers Baustofftechnik in Löningen tätig. Dipl.-Ing. Philipp Heinze ist wissenschaftlicher Mitarbeiter des bauphysikalischen Labors des Instituts für Bauklimatik an der TU Dresden. Dr.-Ing. Rudolph Plagge ist Leiter des bauphysikalischen Labors des Instituts für Bauklimatik an der TU Dresden.